西门子妙声力公司MSI单托辊皮带秤
方原柏
（昆明有色冶金设计研究院）

摘要：首先叙述了西门子妙声力公司的简况和主要产品，然后介绍了该公司MSI单托辊秤的整体性能、秤架结构，最后着重对秤架特点进行了分析。
关键词：电子皮带秤 秤架结构 单托辊秤架 直接承重式秤架

1 概述
加拿大妙声力公司是一家以生产超声波物位仪表著称的自动化仪表公司，1954年成立，1974年与美国著名的梅里克公司达成在皮带秤和称重给料机方面的合作协议。公司的主要产品均与固体物料有关，如超声波物位计、雷达物位计、冲量式固体流量计、皮带秤和称重给料机。1996年，Mass Dynamics分部作为妙声力公司新的业务部门，专门从事连续称重仪表的生产和销售工作。1998年的资料介绍，妙声力公司在世界称重设备的生产商排列中名列第五。两年前，在电机电器及自动化领域声名卓著的德国西门子公司收购兼并了多家自动化仪表公司，妙声力公司即为其中的一个。
由于西门子公司要在自动化仪表领域打造新的形象，其连续称量仪表也借西门子、妙声力两个品牌进入中国。而且它的价格不高，性能也不错，将会对国内连续称量仪表市场产生较大的冲击。
西门子妙声力公司的连续称量仪表有以下几类：MUS通用皮带秤、MSI单托辊皮带秤、MMI多托辊皮带秤、MLC小量程皮带秤、MTS扭矩式皮带秤及称重给料机。
MUS通用皮带秤为简易型单托辊皮带秤，秤架为不带杠杆和支点的双称重传感器直接承重式，在33%~100%量程范围内精确度指标为0.5~1.0%。
MSI单托辊皮带秤为高精确度型，秤架为不带杠杆和支点的双称重传感器直接承重式，但结构较MUS通用皮带秤有所改进，称重传感器由铝制改为不锈钢，在20%~100%量程范围内精确度指标为0.5%。
MMI多托辊皮带秤为高精确度型，秤架采用两个或多个MSI单托辊秤架组成，因而配用4个或更多个称重传感器，在20%~100%量程范围内精确度指标为0.25%。
MLC小量程皮带秤，适用于烟草、饲料、糖等轻物料的计量，秤架仍为不带杠杆和支点的双称重传感器直接承重式，但称重传感器的量程仅有4.5kg(10磅)、9kg(20磅)两种，在20%~100%量程范围内精确度指标为0.5%。
MTS扭矩式皮带秤采用不带平衡重的杠杆式结构，2400型、2800型装有一组杠杆，杠杆上装有两组称量托辊，2400型仅有一个称重传感器，2800型有两个称重传感器，在25%~125%量程范围内精确度指标为0.5%；4000型、8000型装有两组互不相连的杠杆，每组杠杆上装有两组称量托辊，4000型共有两个称重传感器，8000型共有四个称重传感器，在25%~125%量程范围内精确度指标为0.25%。
称重给料机有四个系列产品：400系列用于低负荷，采用一个称重传感器，量程为0.045~9.0t/h；600系列用于低中负荷，采用两个称重传感器，量程为0.45~18.0t/h；800系列用于中高负荷，采用两个称重传感器，量程为4.5~72t/h；1200系列用于高负荷，采用双托辊双杠杆秤架，量程为9.0~270t/h；3600系列用于特大负荷，采用单托辊或双托辊秤架，量程为270~725t/h；所有称重给料机精确度均为0.5%。
皮带秤的二次仪表有以下几种：BW100为可配1个或2个称重传感器的经济型积算仪；BW500为可配1~4个称重传感器的多功能型积算仪，可带Modbus、Profibus-DP、DeviceNET等现场总线，可完成PID控制，实现物料量配比调节；此外还有Compu-M、CompuScale III等积算仪可供选用。
我院在工程设计中选用了两台配用BW100积算仪的MSI单托辊秤，近期已由我院在现场调试合格并投入运行。本文将介绍MSI单托辊秤的整体性能、秤架结构、秤架的特点分析。
2 MSI单托辊秤的整体指标
精确度：在20%~100%量程范围内为0.5%。
皮带宽度：500~2000 mm
皮带速度：最高4m/s
额定输送量：最大5000t/h
输送机倾角：与水平面≤±20º，固定倾角； 最大倾角与水平面为 ±20º~30º时，可测量但测量精确度降低
输送机托辊：平托辊到35º；最大可为±45º，可测量但测量精确度降低
托辊直径：50~180mm
托辊间距：500~1500 mm
称重传感器：带优良防潮保护性能的不锈钢制平行四边形传感器
速度传感器：可选择MD-256轴端安装式传感器、MD-36轴端安装式传感器或RBSS返回皮带安装式传感器
3 MSI单托辊秤的秤架结构
MSI单托辊秤的秤架采用直接承重式结构，不带杠杆和支点的双称重传感器支承（见图1）。


图1 MSI单托辊秤的秤架结构示意图
1 托辊安装架；2 砝码架；3称重传感器；4物料重力；5托辊架卡；6托辊架；7安装架；8动态梁；9静态梁；10秤架；11 固定板

把皮带输送机上现有的一组托辊架6从输送机的支架上拆下来，通过两个托辊架卡5支撑在直接承重式秤架的托辊安装架1上，托辊安装架与动态梁8是连成一体的。秤的安装架7则用螺栓固定在输送机的支架上，而静态梁9则与秤安装架固定成一体，静态梁上装有两个平行四边形称重传感器 3，称重传感器是通过其底部的螺栓孔固定在静态梁上，称重传感器的侧面则与动态梁用螺栓相连。在背向皮带运行方向的秤架一侧，还设有一根与动态梁相连的砝码架2，在皮带输送机空载运行时，可在砝码架上悬挂随皮带秤带来的校验砝码（砝码通常是两个以上，因为在调试过程中需要在砝码架的两端分别悬挂一个砝码，以便对秤架上所使用的两个称重传感器的平衡性进行调试）。
在静态梁上还装有两个运输用固定板11，每一块固定板一端用螺栓固定在静态梁上，另一端在运输过程中与动态梁上的固定螺栓相连（如图所示），使运输途中动态梁固定不动，称重传感器可不致承受较大的力。而在安装时，可将固定板与动态梁的连接螺栓松开，并将其固定在静态梁上另两个螺栓上即可。
秤架上还为两个称重传感器的电缆线配置了穿线管（见图中上部有分叉的管道），以方便用户配线并有效的保护两个称重传感器的电缆线。
4 秤架特点分析
西门子妙声力公司的MIS单托辊皮带秤直接承重式秤架结构具有以下优点：
4.1 秤架结构简单
秤架结构中没有杠杆、没有支点、也没有平衡重，物料的重量通过称量托辊组直接加在称重传感器上，皮重、料重一起称，所以秤架结构非常简单，重量也非常轻。以500、650、800、1000mm宽的皮带秤为例，秤架部分重量仅为37、40、44、52kg，大致是同样皮带宽度杠杆式秤架重量的1/2~1/4。
4.2 秤架通用性好
秤架结构不仅简单，对不同宽度皮带来说零部件的通用性也比较好，除了静态梁、动态梁的宽度相应变化外，其余部分几乎是一样的。
这种秤架的另一个特点是对各种结构形式的托辊组都是适用的，例如平托辊或20°、30°、35°、45°槽型托辊组均可以用同一种托辊卡固定在动态梁上。
西门子妙声力公司的MMI多托辊皮带秤秤架采用两个或多个MSI单托辊秤架组成，所以对整个公司来说，不管是单托辊秤、双托辊秤还是四托辊秤，另部件是完全一样的。
4.3 秤架安装简单
只用四个螺栓和一组现有的托辊架，就可以将整个秤架方便地安装到皮带输送机上，由于秤架沿皮带运行方向的长度很短，只有240~300mm，所以可以在非常窄小空间的皮带输送机上运行，例如在托辊间距只有500mm或者更短间距的皮带输送机上，这种秤架也可以安装并运行。
4.4 维护方便
在秤架上没有杠杆支点，没有可动部件，也不存在诸如支点磨损等问题。杠杆式秤架秤体大，水平面方向的表面积大，大面积积灰需经常清扫，否则会引起零点变化，而MSI单托辊秤架尺寸短小，水平方向的表面积更小，积灰量很小，积灰引起零点变化也小，可无需经常清扫。
4.5 秤架不受非垂直力的干扰
由于采用平行四边形称重传感器，所以它只承受通过称量托辊传送来的垂直力，而不受各种侧向力包括皮带及物料在运行方向的水平分力、托辊摩擦力的影响，而且它对所承受的垂直力可快速反应。
由于在秤架下方两侧装有两个称重传感器，与大多数只装一个称重传感器的单托辊秤架相比，因皮带跑偏、物料在皮带上堆积偏向一侧等可能引起的偏心荷载对称量精确度的影响要小的多。同时因有两个支撑点，在同样刚度的情况下，可选用较小的钢材断面，进一步减轻秤架重量。
4.6 秤架精确度高
由于采用的是高精确度的称重传感器，其重复性是0.01%，非线性和滞后均为0.02%。这样的高精确度对于MSI单托辊秤的名义精确度0.5%来说不仅足够，而且还有余地，所以只要称重传感器的有效量程（指由于输送物料重量加在称重传感器上使之受力的部分）在15~30%范围内，就足以保证皮带秤的整体精确度。同时因为采用直接承重式结构，没有杠杆、没有支点、也没有平衡重，也相应减少了因这些部件带来的测量精确度损失和在物料输送过程中机械震动给称量系统带来的干扰。我们使用的MSI单托辊秤的有关订货参数见表1。


在皮带秤使用前的调试过程中，皮带输送机的实际速度为1.27m/s，则根据公式可计算出由于输送物料重量加在称重传感器上的力P：
P = QL/3.6V = 100×1/3.6×1.27 = 21.87 kg
这台秤所配称重传感器为2个G4-TBSP-100型，额定量程100磅，约等于45kg，总容量为90kg，21.87kg与90kg相比，相当于称重传感器的有效量程为24.3%，另据秤的参数表中940、941（分别代表左右两个称重传感器的输出毫伏值）所存数值看，约为8~9 mV，根据供桥电压为10VDC，称重传感器的灵敏度为2mV/V，可以计算出皮带秤因称量托辊组、皮带、动态梁、托辊组卡等加在称重传感器上的皮重值大致在称重传感器量程的40~45%之间。按100%称重传感器量程考虑，称重传感器还有30%以上的余量，即皮带输送机的输送量再大一倍也不会使称重传感器过载。
由此可知，只要称重传感器的精确度足够高（例如优于0.03%，这种精确度的称重传感器在国内也能生产），采用带反向平衡重的杠杆式秤架去皮重的方式不仅没有必要，相反却带来秤架结构复杂、成本加大、实际称量精确度反而降低等一系列问题。

通过本文的介绍和分析，作者的观点是多个称重传感器支承的直接承重式秤架结构具有结构简单、通用性好、安装简单、维护方便、不受非垂直力的干扰、精确度高等优点，应该代表了今后电子皮带秤秤架的发展方向。


The MSI Single Idler Belt Scale in SIEMENS MILLTRONICS Co. ltd

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