阵列式皮带秤

皮带秤是一种计量设备，用于大宗散状物料运输过程中的计量。阵列式皮带秤是皮带秤技术的最新技术成果。本书作者为阵列式皮带秤技术的发明者，本书对该技术的描述系统、详尽，并列举大量实际案例，具有较强的实用性。

本书介绍了皮带秤技术的一般背景、传统皮带秤的理论与分析，并系统地介绍了“阵列式皮带秤”的技术原理、力学模型和数学模型、设备组成、使用案例、使用方法等，并分析了该技术的发展前景等。同时，本书作者在研发过程中提出了全新的皮带秤称重误差理论“弹力波误差理论”，并围绕这个理论建立了相应的力学、数学模型。本书对这些创新性的理论也进行了系统论述。

阵列式皮带秤技术是具有自主知识产权的“中国创造”技术和产品。本书作者即为该技术的发明者，本书对该技术的描述系统、详尽，并列举大量实际案例，具有较强的实用性。而且，作者主持了该技术和产品的整个研发过程，书中所列的各种试验与试验数据，以及在此基础上进行的称重理论的分析、论述，具有坚实的实践基础。

同时，本书作者在研发过程中提出了全新的皮带秤称重误差理论“弹力波误差理论”，并围绕这个理论建立了相应的力学、数学模型。本书对这些创新性的理论也进行了系统论述。

散状物料连续运输过程中计量时，皮带秤是一种不可或缺的计量设备。随着传感器和电子技术的发展，皮带秤也从最初的结构粗糙、准确度差，逐步发展成为一种稳定、可靠的计量设备。皮带秤技术从20世纪80年代起，就逐渐形成了一种相对固定的模式，国内外皮带秤厂家虽然众多，但产品却大同小异，这是受传统皮带秤误差理论的影响，在这个理论的原则指导下，皮带秤的同质化现象越来越明显。
众所周知，皮带秤使用中存在的影响因素很多，但其中皮带张力被公认为最大影响因素，因其会导致皮带秤耐久性差，这也成为皮带秤被诟病的最大问题。依据传统皮带秤误差理论的原则，无法有效地解决这一问题，因而限制了皮带秤技术的运用和发展。
自2006年阵列式皮带秤的概念和专利发布后，经过数年完善与发展，一种可以实现高准确性、免维护的皮带秤技术被推向市场，获得市场高度的认可，并逐渐成为公认的高精度皮带秤主流技术和产品，彻底消除了皮带秤耐久性差的顽疾。2015年，阵列式皮带秤获得了OIML（国际法制计量组织）颁发的世界上第一张0.2级皮带秤型式认证证书，中国的皮带秤技术第一次走在了世界的前列。
作为阵列式皮带秤发明专利的申请人，笔者主持了该技术和产品的整个研发过程，并在研发过程中发现并提出了弹力波误差理论，从全新的角度诠释了皮带称重误差的机理，并提出了解决问题的方法，本书对此有相关的叙述。
本书共分10章，分别介绍了阵列式皮带秤的“结构”“原理”“使用”，以及“移动式皮带秤”“远程专家系统”等有关内容。鉴于称重行业的传统习惯，书中关于力的单位采用kgf,力矩的单位采用kgf·m，重量单位采用kg、t。有时重量也看作力。
笔者认为，阵列式皮带秤技术是一种全新的技术体系，其依托的基础是物联网和大数据技术，而这正是新一代称重技术发展的最典型特征。本书的内容，依据翔实的试验数据，对经过验证的实用技术进行讲解，具有很强的参考性。
笔者希望将阵列式皮带秤的理论与实践内容系统地整理与发表，以期促进皮带秤技术进一步提高和发展，为中国在皮带秤称重领域中始终走在世界前列作出自己的贡献。
在阵列式皮带秤的研发过程中，陆勤生先生在实验室建设、皮带秤技术国际建议推进等方面，作出了重要的贡献。在本书撰写过程中，盛伯湛先生在有关国际建议、企业标准及相关理论问题方面，做出很大的努力与贡献。岳陵渊女士和三埃公司的同事们也为本书的撰写提供了诸多帮助。笔者在此表示深深的感谢！
本书的撰写得到了著名称重技术专家方原柏先生的充分肯定和悉心指导，同时还得到了中国计量大学张洪军教授的很多帮助，国内其他同行专家们也提出了很多建议和指导，在此一并致谢！
书中的不妥之处，恳请读者指正！

著者　

第1章 阵列式皮带秤概述 001
1.1 技术背景 002
1.1.1 原始阶段 002
1.1.2 传感器阶段 002
1.1.3 多托辊阶段 002
1.1.4 辅助校准阶段 003
1.1.5 大数据与物联网阶段 004
1.2 传统皮带秤 005
1.2.1 传统皮带秤误差理论 005
1.2.2 皮带张力T分析 005
1.2.3 水平作用力FS分析 010
1.2.4 FS的来源与消除 011
1.3 阵列式皮带秤简介 013
1.3.1 系统技术指标 013
1.3.2 称重单元和称重阵列 014
1.3.3 测速传感器 015
1.3.4 称重仪表系统 015
1.3.5 研发过程概述 016

第2章 阵列式皮带秤的结构 019
2.1 称重单元 020
2.1.1 单点悬浮式称重单元 020
2.1.2 托辊上的水平力 021
2.1.3 水平力的影响 024
2.1.4 称重单元的刚度 026
2.1.5 称重单元倾斜安装 028
2.1.6 传感器偏转试验 029
2.2 称重传感器 032
2.2.1 平行梁式传感器 032
2.2.2 倾斜状况下称重 033
2.2.3 三维紧固方式 034
2.2.4 传感器温度性能 035
2.2.5 传感器温度性能检测装置 037
2.3 测速传感器 039
2.3.1 测速传感器的结构 039
2.3.2 基本测速模式 040
2.3.3 测速传感器校验装置 041
2.3.4 测速传感器影响因素分析 042
2.4 称重仪表 044
2.4.1 现场数据处理仪表 045
2.4.2 远程数据终端 046
2.5 电磁挂码装置 047
2.5.1 电磁挂码结构 048
2.5.2 电磁挂码系统电路 048
2.5.3 基本工作模式 049

第3章 阵列式皮带秤原理 051
3.1 内力理论 052
3.1.1 称重单元分析 052
3.1.2 称重阵列分析 053
3.1.3 内力理论的适用对象 055
3.1.4 内力理论的运用 056
3.2 皮带效应与弹力波 058
3.2.1 发现皮带效应 058
3.2.2 弹力波现象 063
3.2.3 弹力波对称重的影响 065
3.2.4 弹力波特性 067

第4章 弹力波称重技术 069
4.1 弹力波试验分析 070
4.1.1 弹力波试验 070
4.1.2 弹力波影响的性质 072
4.1.3 弹力波影响的程度 072
4.1.4 弹力波的特征 073
4.1.5 弹力波误差的原因 073
4.1.6 大小流量的影响 073
4.2 线性度误差分析 075
4.2.1 线性度误差的概念 075
4.2.2 线性度试验数据 076
4.2.3 线性度误差起因分析 078
4.2.4 线性度误差解决方法 080
4.3 弹力波建模 085
4.3.1 硬件基础 085
4.3.2 弹力波力学模型 087
4.3.3 弹力波数学模型 090
4.4 弹力波误差模型运用 095
4.4.1 补偿模式 095
4.4.2 料流变化的影响 096
4.4.3 数据来源 097
4.4.4 运用方法 098
4.5 阵列式皮带秤原则 099
4.5.1 连续安装 099
4.5.2 称重台单点紧固支撑 099
4.5.3 传感器温补 100
4.5.4 适度安装 100
4.5.5 趋势补偿 100

第5章 移动式阵列皮带秤概述 101
5.1 移动式皮带秤概况 102
5.1.1 移动式皮带秤简介 102
5.1.2 移动式皮带秤现状 103
5.1.3 移动式阵列皮带秤参数 105
5.1.4 移动式阵列皮带秤组成 106
5.2 移动式皮带秤工作原理 107
5.2.1 倾斜情况下传感器受力 107
5.2.2 角度误差的差异 108
5.2.3 角度检测点的位置 109
5.2.4 秤架结构的要求 109
5.3 移动式阵列皮带秤技术 110
5.3.1 阵列式称重单元 110
5.3.2 姿态跟踪单元 111
5.3.3 比对测量方法 112
5.3.4 如何求取等效皮重和A值 114
5.4 称重数学模型 116
5.4.1 移动式阵列皮带秤零点 116
5.4.2 求取跟踪单元的单位重量A/D值 119
5.4.3 积算数学模型 119
5.4.4 悬臂角度计算 120
5.5 移动式阵列皮带秤安装 121
5.5.1 秤架安装 121
5.5.2 调整传感器灵敏度 122
5.5.3 寻找等效皮重 123
5.5.4 复核等效皮重 123
5.5.5 实物标定 124

第6章 远程专家系统 125
6.1 系统简介 126
6.1.1 现场区域设备 126
6.1.2 总部服务器 127
6.1.3 远程访问 127
6.2 常用功能 128
6.2.1 基本数据结构 128
6.2.2 现场数据处理仪表存储功能 130
6.2.3 远程实时监控 131
6.2.4 软件更新 131
6.3 远程误差分析 132
6.3.1 传统皮带秤误差的困境 132
6.3.2 远程误差分析系统组成 133
6.3.3 分析数据来源 134
6.3.4 基本算法 136
6.4 使用情况 137
6.4.1 常见故障判断 137
6.4.2 实物标定的复核 142
6.4.3 数据冲突及处理 143
6.4.4 某港口的案例 144
6.4.5 某钢铁厂的案例 145

第7章 阵列式皮带秤应用 147
7.1 平托辊阵列式皮带秤 148
7.1.1 结构形式 148
7.1.2 称重准确度 149
7.1.3 结构特点 150
7.1.4 流量与物料约束 150
7.1.5 应用场合 151
7.2 普通型阵列式皮带秤 153
7.2.1 核心技术指标 153
7.2.2 电厂煤炭计量案例 153
7.2.3 煤矿贸易计量案例 155
7.3 移动式阵列皮带秤 158
7.3.1 散料装船的控制 158
7.3.2 多种物料掺配 160

第8章 阵列式皮带秤安装与维护 163
8.1 安装选点 164
8.1.1 皮带输送机的要求 164
8.1.2 秤架安装选点 169
8.2 现场安装 173
8.2.1 安装前准备工作 173
8.2.2 称重单元安装 174
8.2.3 托辊共面性调整 174
8.2.4 测速传感器安装 175
8.2.5 系统调试 176
8.3 安装中常见问题 179
8.3.1 边托辊调整 179
8.3.2 端外辊调整 180
8.3.3 调偏托辊位置调整 181
8.3.4 测速传感器安装不当 181
8.3.5 秤体抖动严重 182
8.4 皮带跑偏 183
8.4.1 张力最小原则 183
8.4.2 阻力最小原则 184
8.4.3 重心最低原则 185
8.4.4 皮带跑偏的预防 186
8.5 安装质量检测 187
8.5.1 短期零点稳定性 187
8.5.2 承载系数 192
8.6 标定方法 195
8.6.1 重量初始赋值 196
8.6.2 挂码标定 196
8.6.3 链码标定 197
8.6.4 实物标定 198

第9章 皮带秤实验室 201
9.1 皮带秤实验室概况 202
9.1.1 国外皮带秤实验室 202
9.1.2 国内皮带秤实验室 203
9.2 QPS皮带秤实验室 205
9.2.1 实验室简介 205
9.2.2 主要试验设备 207
9.2.3 实验室功能 209
9.3 耐久性特殊试验 209
9.3.1 皮带秤的耐久性 209
9.3.2 耐久性特殊试验方法 210
9.3.3 耐久性试验数据 215
9.4 OIML型式认证 217
9.4.1 OIML的型式试验与建议 217
9.4.2 实物试验 218
9.4.3 试验数据与OIML证书 219
9.5 移动式皮带秤试验装置 220
9.5.1 移动式皮带秤试验装置设备 221
9.5.2 系统参数和试验数据 222
9.6 皮带秤温度实验室 222
9.6.1 皮带秤温度实验室目标 223
9.6.2 温度实验室系统参数 224
9.6.3 实验室设备 224
9.6.4 基本试验流程 227
9.6.5 试验数据分析 228
9.6.6 实验室总结 235
9.7 国家型式评价实验室 237
9.7.1 实验室系统参数 238
9.7.2 耐久性测试项目 239
9.7.3 实验室布局 240
9.7.4 实验室设备 242
9.7.5 定量皮带秤的试验设施 245

第10章 皮带秤技术发展趋势 247
10.1 不需实物标定的皮带秤 248
10.1.1 实物标定的困境 248
10.1.2 皮带秤的重量基准 249
10.1.3 皮带效应的消除 251
10.1.4 测速传感器的校准 252
10.2 跨界皮带秤 254
10.2.1 传统皮带秤的分类 254
10.2.2 皮带秤的跨界思维 257
10.2.3 跨界皮带秤方案要点 258
10.2.4 跨界皮带秤的可行性 260
10.2.5 跨界皮带秤的前景 261

参考文献 264