皮带秤的皮带效应及其称重不确定度影响研究(3)

在测得物料对传感器的作用力时,有多种因素会导致误差的产生。称重传感器除了受到物料对其的作用力外,还会受到皮带与托辊自身重力作用,这类误差


在测得物料对传感器的作用力时,有多种因素会导致误差的产生。称重传感器除了受到物料对其的作用力外,还会受到皮带与托辊自身重力作用,这类误差可通过对皮带与托辊自身重力进行测量从而消除影响。除此之外,皮带由于其自身特性会对托辊产生除重力外的作用力,影响称重结果,这类误差主要便是由“皮带效应”造成的。

“皮带效应”是由皮带本身的力学特性与动力特性以及皮带秤这一计量工具的工作原理所决定的一种不可避免的计量误差因素。它主要来源于皮带张力与皮带运行阻力变化,并且其与皮带重量、运行速度、刚度、张力变化、运行阻力以及其结构性能等因素直接相关。

根据皮带秤的结构原理及皮带秤称量误差相关文献【13】【18】【19】【20】,尽可能列出“皮带效应”的影响因素,如图2.1所示,以便于对其进行分析。

图2.1 “皮带效应”影响因素

该效应对皮带秤称重误差的影响极为显著,下文将对其影响称重误差的具体因素进行进一步分析。

2.2  皮带效应造成称重误差的主要因素

称重传感器对物料重量的测量误差是当前皮带称计量误差的重要构成,对其产生影响的因素较多。此处,针对单托辊皮带秤结构,并使用其简化模型,对这类误差开展相应的分析。

1—皮带;2—物料;3—支撑托辊;4—称重托辊;5—称重传感器

图2.2 简化称重模型

如图2.2,称重传感装置受到的力,用F(t)表示,用它减去皮带自重,也就是F0(t),由此就可以得到散状物料对传感装置作用力的关系:

式中: —物料质量分布函数

           —重力加速度

—权函数,取值在0~1之间,代表各处物料分布重量对传感装置受力贡献的相对大小。

实际情况中的权函数 影响因素十分复杂,通常难以确切描述。早在上世纪六十年代,美国相关研究人员就采用了应变能法来进行演算,进而得到下式【9】:

式中: —称重托辊数,本文中针对单托辊皮带秤进行分析,故 =1

q—单位长度物料质量(即上述物料质量分布函数的平均值)

—皮带运输机的倾角

—皮带的张力

—托辊的非准直度

—皮带的弹性模量

—皮带截面的面积惯性矩

—托辊的实际间距

从式(2-2)中可知,称重误差为传感器所受作用力减去物料对传感器产生的作用力,即式(2-2)中第二项与第三项的和:

从该公式中可以看出,皮带张力、托辊间距及其非准直度,以及皮带截面的惯性矩等,都会不同程度的影响称重误差。在实际称重时,“皮带效应”对其的影响主要是皮带张力变化,具体分析如下:

第一,皮带张力的变化,会对称重误差带来显著影响。物料一般都会经过皮带进行运输,传感装置则借助于相应的动作来采集物料重量信息。如果皮带张力出现动态变化,必然会引起测重误差。

第二,在皮带张力的作用下,皮带的阻力也会出现显著的变化。皮带在运行时,会遭受各种阻力,这样,皮带就会对称架产生作用力,如果垂直分量出现作用力,必然会对称重结果带来影响。当托辊转动时,会受到皮带的切向力作用来克服轴承和支座处的摩擦,即托辊转动阻力。对应的切向力同样会对称重的准确性带来负面影响。另外,皮带在具体工作环境中,其橡胶覆盖层,和托辊的接触面,也会形成一种非理想性的形变,进而遭受压入阻力的作用。另外,皮带在托辊之间进行运动时,皮带也开始不断卷舒和张开,因此,振弯阻力就会对其产生作用。这些阻力均与皮带张力有着密切联系。