為有效解決碼頭船運(yùn)散料連續(xù)卸載靜態(tài)計(jì)量問(wèn)題，重慶鋼鐵集團(tuán)對(duì)碼頭船運(yùn)散料在連續(xù)卸載過(guò)程中的連續(xù)靜態(tài)計(jì)量工藝進(jìn)行了研究，同時(shí)為配套該工藝，研制了一種新型固定式電子地磅，該固定式地磅通過(guò)了國(guó)家相關(guān)部門型式評(píng)價(jià)，滿足國(guó)家貿(mào)易結(jié)算秤的要求。重慶鋼鐵集團(tuán)獲得該型式固定式電子地磅的制造許可。該連續(xù)卸載靜態(tài)計(jì)量工藝及固定式地磅已在重慶鋼鐵集團(tuán)成功應(yīng)用。

一、引言

目前，碼頭大宗散貨都是在卸貨前或卸貨后進(jìn)行計(jì)量結(jié)算，在計(jì)量方式上存在較大差異。計(jì)量精度高的計(jì)量方式投資大，計(jì)量周期長(zhǎng)，計(jì)量成本高，作業(yè)率低; 計(jì)量精度低的計(jì)量方式經(jīng)常產(chǎn)生計(jì)量異議。沿江、沿海的企業(yè)基本都采用水尺計(jì)重方式計(jì)量，該種計(jì)量方式能避免裝卸損耗誤差，降低成本，提高運(yùn)輸效率，加快運(yùn)輸周轉(zhuǎn)和流通。但其計(jì)量精確度受諸多因素的影響，因而中華人民共和國(guó)進(jìn)出口商品檢驗(yàn)局對(duì)水尺計(jì)重方式明確規(guī)定，即精確度在 5‰以內(nèi)。水尺計(jì)重方式在實(shí)際使用過(guò)程中由于船舶拱陷變形、人為制造暗倉(cāng)、江水波動(dòng)等因素，計(jì)量數(shù)據(jù)還是有較大誤差，重慶鋼鐵集團(tuán)采購(gòu)的大宗散料就是采用的水尺計(jì)重方式進(jìn)行計(jì)量結(jié)算。因此，為了有效解決碼頭散料計(jì)量問(wèn)題，對(duì)碼頭連續(xù)計(jì)量工藝及配套的固定式電子秤進(jìn)行研究并成功應(yīng)用。研制的新型固定式電子地磅通過(guò)國(guó)家相關(guān)部門型式評(píng)價(jià)，滿足國(guó)家貿(mào)易結(jié)算 III 秤的要求，有效解決了碼頭散料計(jì)量問(wèn)題。重慶鋼鐵集團(tuán)獲得該型式固定式電子地磅的制造許可。從使用情況來(lái)看，該連續(xù)計(jì)量工藝及配套的固定式電子地磅具有重要的推廣價(jià)值。

二、碼頭散貨連續(xù)靜態(tài)計(jì)量工藝研究

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，大量的散貨如鐵礦石、煤炭、銅精砂等大宗穩(wěn)定原材料，多采用連續(xù)輸送方式完成進(jìn)出港口作業(yè)。連續(xù)輸送是一種高效、節(jié)能、環(huán)保、低成本的散貨運(yùn)輸方式，尤其適合大宗穩(wěn)定的散貨輸送，不少企業(yè)也都對(duì)散料進(jìn)出港口這一過(guò)程物料計(jì)量做了大量的研究工作。

1.碼頭散貨計(jì)量方式的對(duì)比

目前，從碼頭大宗散貨計(jì)量方式來(lái)看，主要有水尺計(jì)重、電子皮帶秤計(jì)量、汽車衡計(jì)量、抓斗計(jì)量、非連續(xù)累加料斗秤計(jì)量、動(dòng)態(tài)軌道衡計(jì)量等。

水尺計(jì)重方式: 測(cè)量船只空載和重載吃水之差計(jì)算載重。中華人民共和國(guó)進(jìn)出口商品檢驗(yàn)局對(duì)水尺計(jì)重方式明確規(guī)定，即精確度在 5‰以內(nèi)。水尺計(jì)重方式在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中由于船舶拱陷變形、人為制造暗倉(cāng)等因素，計(jì)量數(shù)據(jù)還是有較大誤差。該種計(jì)量方式能夠避免裝卸損耗誤差，降低成本，提高運(yùn)輸效率，加快運(yùn)輸周轉(zhuǎn)和流通，目前使用較為廣泛。

電子皮帶秤計(jì)量: 電子皮帶秤作為一種連續(xù)計(jì)量設(shè)備，有效實(shí)現(xiàn)了散貨在裝卸過(guò)程中的計(jì)量，確保了碼頭的裝卸作業(yè)率。雖然電子皮帶秤計(jì)量方式理論上計(jì)量精度可達(dá)到 0. 5% ，但電子皮帶秤在實(shí)際使用過(guò)程中受皮帶張力、環(huán)境溫度等多因素的影響，很難保證其精度，目前，該種計(jì)量方式的計(jì)量數(shù)據(jù)除貿(mào)易雙方協(xié)商認(rèn)可外，不能作為貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)。

汽車衡計(jì)量:汽車衡計(jì)量精度高，能滿足貿(mào)易結(jié)算的要求，但用于港口碼頭大宗散料的運(yùn)輸計(jì)量，顯然運(yùn)輸計(jì)量成本太高，作業(yè)效率低下。

抓斗計(jì)量: 抓斗計(jì)量方式雖然實(shí)現(xiàn)了散貨在裝卸過(guò)程中的計(jì)量，但抓斗在作業(yè)過(guò)程中易產(chǎn)生傾斜、刮卡和撞擊，對(duì)計(jì)量精度產(chǎn)生很大的影響，很難保證計(jì)量準(zhǔn)確性。

非連續(xù)累加料斗秤計(jì)量: 該種計(jì)量方式保證了計(jì)量精度，但用于碼頭大宗散料的計(jì)量時(shí)，很難保證碼頭裝卸的作業(yè)率。

動(dòng)態(tài)軌道衡計(jì)量: 動(dòng)態(tài)軌道衡計(jì)量能滿足貿(mào)易結(jié)算要求，但動(dòng)態(tài)軌道衡投資大，對(duì)場(chǎng)地的要求很高，而且只限于配有火車軌道的港口作業(yè)區(qū)，不適應(yīng)那些多貨物品種裝卸的港口及小碼頭。

2.碼頭散貨連續(xù)靜態(tài)計(jì)量思路

對(duì)于非專業(yè)散貨碼頭，對(duì)散貨的接卸具有隨機(jī)性，采用電子皮帶秤和皮帶機(jī)輸送線作業(yè)顯然沒(méi)有必要，且易造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)。對(duì)于采用多臺(tái)設(shè)備聯(lián)合作業(yè)的專業(yè)散貨碼頭，需要對(duì)各設(shè)備的作業(yè)狀況進(jìn)行分布式的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制，以便保證后方皮帶機(jī)料流的穩(wěn)定。目前碼頭散料計(jì)量在采用的計(jì)量方式上存在精度不夠理想，或設(shè)備安裝位置較大、投資大，或計(jì)量成本較高，不能很好地適應(yīng)散貨抓斗、皮帶機(jī)連續(xù)卸載作業(yè)特點(diǎn)。而采用散貨非連續(xù)累加計(jì)量料斗的方式對(duì)散貨進(jìn)行計(jì)量，可以不受惡劣工況影響，對(duì)各種裝卸工藝適應(yīng)性強(qiáng)，且設(shè)備安裝調(diào)試后穩(wěn)定性好。與傳統(tǒng)計(jì)量方式比較能減少貨損、提高計(jì)量效率和精度，同時(shí)還具有較高的性價(jià)比，但轉(zhuǎn)換次數(shù)較多，對(duì)碼頭裝卸作業(yè)率影響較大。

通過(guò)對(duì)碼頭散貨計(jì)量的深入研究發(fā)現(xiàn): 以前絕大多數(shù)碼頭散料計(jì)量研究者均是從計(jì)量本身研究計(jì)量問(wèn)題，取得的效果和成果都沒(méi)有較大突破。轉(zhuǎn)變思維從工藝入手，運(yùn)用靜態(tài)計(jì)量在確保計(jì)量精度的同時(shí)，能否解決碼頭散貨連續(xù)計(jì)量的問(wèn)題呢?

3.碼頭散貨連續(xù)靜態(tài)計(jì)量工藝

如何將靜態(tài)計(jì)量轉(zhuǎn)化到碼頭卸載作業(yè)和膠帶機(jī)連續(xù)生產(chǎn)中來(lái)，是研究碼頭散貨連續(xù)靜態(tài)計(jì)量工藝的核心問(wèn)題。我們集思廣益、大膽創(chuàng)新，結(jié)合重慶鋼鐵集團(tuán)原料碼頭現(xiàn)有卸船工藝和靜態(tài)計(jì)量的工作原理，提出了將碼頭計(jì)量與緩沖工藝結(jié)合起來(lái)的思路。碼頭散貨連續(xù)靜態(tài)計(jì)量工藝如圖 1 所示。在碼頭原有卸料皮帶機(jī)輸送料線中，將 1號(hào)皮帶機(jī)延長(zhǎng)至碼頭后方陸域，增加 1 條 2 號(hào)皮帶機(jī)，在增加的 2 號(hào)皮帶機(jī)上設(shè)計(jì) 1 條 3 號(hào)布料皮帶機(jī)，通過(guò)布料小車將散料往返間隔輸入 2 個(gè)計(jì)量斗，1 個(gè)計(jì)量斗進(jìn)料，另 1 個(gè)計(jì)量斗對(duì)散料進(jìn)行靜態(tài)計(jì)量，經(jīng)計(jì)量后的散料快速卸如緩沖倉(cāng)，經(jīng)倉(cāng)下給料設(shè)施放料，通過(guò) 4 號(hào)皮帶機(jī)再返回到原料的皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)。

從連續(xù)靜態(tài)計(jì)量工藝上來(lái)看，不但能解決精確計(jì)量問(wèn)題，確保貿(mào)易結(jié)算計(jì)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)也解決了連續(xù)生產(chǎn)的問(wèn)題，還能改善重慶鋼鐵集團(tuán)碼頭現(xiàn)有長(zhǎng)料線皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)小、故障多的生產(chǎn)狀況，有效提高生產(chǎn)作業(yè)率。該連續(xù)靜態(tài)計(jì)量工藝要適應(yīng)的散料品種包括精礦、鐵粉礦、塊礦、球團(tuán)礦、石料、煤等，要確保排料的順暢性、運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此，在工藝方案明確后，計(jì)量斗的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，其核心技術(shù)難點(diǎn)是必須實(shí)現(xiàn)快速排料，且排料要干凈，排料設(shè)備還要可靠運(yùn)行。

三、碼頭船運(yùn)散貨連續(xù)卸載靜態(tài)計(jì)量秤研究

散貨連續(xù)靜態(tài)計(jì)量工藝明確后，計(jì)量料斗的設(shè)計(jì)成功與否是整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)成功的關(guān)鍵因素，計(jì)量料斗的設(shè)計(jì)必須解決多方面的問(wèn)題: 必須解決計(jì)量斗的裝載能力與卸載皮帶機(jī)輸送能力的匹配問(wèn)題;解決計(jì)量斗裝滿程度與下料順暢性的關(guān)系; 解決同種物料不同水分下在料斗里排料順暢性問(wèn)題; 解決不同品種散料在料斗里放料的順暢性問(wèn)題; 解決計(jì)量斗排料開(kāi)口尺寸與下料順暢性的關(guān)系; 解決計(jì)量料斗篦子與下料順暢性的關(guān)系;計(jì)量料斗放料不同開(kāi)閉形式、不同動(dòng)力驅(qū)動(dòng)形式對(duì)下料順暢性以及計(jì)量精度的的影響; 必須保證設(shè)計(jì)出的計(jì)量秤通過(guò)國(guó)家非自動(dòng)衡器型式評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室型式評(píng)價(jià)，滿足國(guó)家貿(mào)易結(jié)算III秤的標(biāo)準(zhǔn)，獲得國(guó)家頒發(fā)的該型式衡器制造許可證。

1.計(jì)量料斗放料機(jī)構(gòu)的研究

通過(guò)對(duì)計(jì)量料斗要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)以及要解決問(wèn)題的深入分析，計(jì)量料斗的放料機(jī)構(gòu)是最為關(guān)鍵的因素。在我們?nèi)粘Ｊ褂玫牧隙烦又校浞帕涎b置有弧形閘門、腭式閘門、平板閘門 ( 插板閥) 。以上3 種閘門各有優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)實(shí)際計(jì)算核定它們共同的特點(diǎn)放料口較小，僅為 1. 5m2 左右，放料能力明顯有限，較難實(shí)現(xiàn)快速排料的要求; 但是如果在相同的空間高度和寬度，使用平板閘門的系統(tǒng)裝料能力將明顯高于其余兩種方式，通過(guò)反復(fù)比較和探索，從閘板閥的工作原理中得到啟發(fā)，為計(jì)量料斗找到了一種新的開(kāi)閉方式———車載液壓開(kāi)閉機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)，通過(guò)滾輪在鋼軌上運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)量料斗的打開(kāi)和關(guān)閉，同時(shí)在關(guān)閉時(shí)承載物料的重量。通過(guò)實(shí)物試驗(yàn)，這種開(kāi)閉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是合理的。

2.計(jì)量料斗的結(jié)構(gòu)形式

在計(jì)量料斗開(kāi)閉機(jī)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合卸載輸送系統(tǒng)的輸送能力，在試驗(yàn)料斗秤反復(fù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定了如圖 2 所示的計(jì)量料斗。

圖 2 中，計(jì)量料斗由料斗、支撐框架體、車載式開(kāi)閉機(jī)構(gòu)、軌道、液壓推桿、密封裝置和稱重傳感器組成。計(jì)量料斗長(zhǎng) 12 m，寬 3 m，分 4 個(gè)單元，每個(gè)單元有獨(dú)立的下料口，下料口為邊長(zhǎng)1.75 m 的正方形，料斗側(cè)壁與水平面之間的夾角75°，計(jì)量料斗采用鋼板焊接制作，其與支撐框架體焊死，計(jì)量料斗內(nèi)部襯板采用 30 mm 厚的高分子材料。車載式開(kāi)閉機(jī)構(gòu)以對(duì)開(kāi)的方式設(shè)置在每個(gè)下料口的底部，以液壓作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車載式開(kāi)閉機(jī)構(gòu)在軌道上滾動(dòng)運(yùn)行，卸料時(shí)兩液壓推桿以 0. 1 m / s 的速度同步打開(kāi)，卸完料后兩液壓推桿同樣以 0. 1 m / s 的速度同步關(guān)閉。在計(jì)量料斗底部支撐框架上配置 6 個(gè)稱重傳感器。

該計(jì)量料斗的容積大于 80 m3 ，按鐵礦石比重計(jì)算，裝載能力達(dá)到 250 t，有效確保了系統(tǒng)的輸送能力; 料斗長(zhǎng)度達(dá)到 12 m，當(dāng) 2 個(gè)計(jì)量料斗按長(zhǎng)度方向順排時(shí)總長(zhǎng)度達(dá)到 24 m，有效解決了布料小車在計(jì)量倉(cāng)上的往返時(shí)間與輸送能力匹配問(wèn)題; 計(jì)量料斗每個(gè)單元獨(dú)立的高達(dá) 3 m2 的下料口以及側(cè)壁與水平面之間的大夾角，有效確保了各種散料排料的順暢性; 料斗內(nèi)部高分子材料襯板也確保了物料在料斗內(nèi)壁不粘料; 采用車載式開(kāi)閉機(jī)構(gòu)不僅保證了打開(kāi)關(guān)閉長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)在關(guān)閉時(shí)承擔(dān)了部分散料重量，通過(guò)鋼軌傳遞給支撐框架; 每個(gè)獨(dú)立的下料口使用 2 臺(tái)車載式開(kāi)閉機(jī)構(gòu)采用對(duì)開(kāi)式安裝，確保了大尺寸的下料口，也為排料的順暢性提供了支撐。計(jì)量料斗及附屬設(shè)備的重量通過(guò)支撐框架體有效傳遞給 6 個(gè)稱重傳感器，確保了計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.計(jì)量料斗的工作原理

如圖 3 所示，布料小車在 A、B 計(jì)量料斗上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將散料卸進(jìn) A、B 計(jì)量料斗。在布料皮帶機(jī)運(yùn)行軌道上設(shè)有 A0 稱量位，A1 返回位，A2 極限位，B0 稱量位，B1 返回位，B2 極限位 6 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。當(dāng)布料小車從 A 計(jì)量料斗向 B 計(jì)量料斗運(yùn)行通過(guò) B0 點(diǎn)時(shí)，稱量 A 料斗毛重 tA － 1 ，毛重稱量完畢，打開(kāi) A 料斗閘門放料，20 s 后關(guān)閉閘門計(jì)量皮重 tA － 2 ，單次凈重 tA － 0 =tA － 1 － tA － 2 ; 當(dāng)布料小車從 B 計(jì)量料斗向 A 計(jì)量料斗運(yùn)行通過(guò) A0 點(diǎn)時(shí)，稱量 B 料斗毛重 tB － 1 ，毛重稱量完畢，打開(kāi) B 料斗閘門放料，20 s 后關(guān)閉閘門計(jì)量皮重 tB － 2 ，單次凈重 TB － 0 = tB － 1 － tB － 2 。如此循環(huán)，將 A、B 計(jì)量料斗所有單次凈重相加得到總凈重。

四、計(jì)量器具型式批準(zhǔn)及制造計(jì)量器具許可

本工藝流程中設(shè)計(jì)制造的計(jì)量料斗屬于新型固定式電子衡器，根據(jù) 《中華人民共和國(guó)計(jì)量法》的相關(guān)規(guī)定: 新型衡器的合法使用必須通過(guò)國(guó)家相關(guān)部門的型式批準(zhǔn)以及獲得該型式的制造計(jì)量器具許可。依據(jù) GB / T 23111—2008 《非自動(dòng)衡器》、GB / T 7723—2008 《固定式電子衡器》、JJG539—1997 《數(shù)字指示秤 》、03—SXG 13—001— 2011 《數(shù)字指示秤評(píng)價(jià)大綱》對(duì)該新型固定式電子衡器進(jìn)行了型式評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)項(xiàng)目包括: 外觀、零點(diǎn)檢查、加載前置零、稱量性能測(cè)定、多指示裝置衡器、除皮、偏載測(cè)試、鑒別力測(cè)試、重復(fù)性、示值隨時(shí)間變化、預(yù)熱時(shí)間測(cè)試、量程穩(wěn)定性測(cè)試，所評(píng)價(jià)項(xiàng)目均通過(guò)。經(jīng)型式評(píng)價(jià)后批準(zhǔn)的計(jì)量器具新產(chǎn)品 ( 固定式電子秤) : 型號(hào): LCS;規(guī)格: LCS—200—LDI ( 200 t / d = 50 kg ) ; 準(zhǔn)確度:三級(jí)。同時(shí)，該工藝中使用的計(jì)量料斗作為新型衡器，制造單位重慶鋼鐵集團(tuán)獲得該型式的 《中華人名共和國(guó)制造計(jì)量器具許可證》: 計(jì)量器具名稱: 固定式電子秤; 型號(hào): LCS; 規(guī)格:LCS—200—LDI ( 200  t / d  = 50  kg ) ;準(zhǔn) 確 度:III級(jí)。

該計(jì)量料斗作為一種新型衡器通過(guò)國(guó)家相關(guān)主管部門的計(jì)量器具型式批準(zhǔn)及制造計(jì)量器具許可后，該新型衡器用于貿(mào)易結(jié)算符合 《中華人名共和國(guó)計(jì)量法》的相關(guān)規(guī)定。

五、使用效果

碼頭連續(xù)計(jì)量工藝及配套計(jì)量秤在重慶鋼鐵集團(tuán)新區(qū) 2 號(hào)碼頭得到應(yīng)用，從應(yīng)用效果來(lái)看，設(shè)計(jì)的連續(xù)計(jì)量工藝不僅滿足連續(xù)卸載作業(yè)靜態(tài)計(jì)量的要求，同時(shí)還由于計(jì)量料斗下緩沖倉(cāng)的緩沖作用，降低了原來(lái)長(zhǎng)輸送料線的故障率，提高了碼頭卸載作業(yè)率; 設(shè)計(jì)的靜態(tài)料斗秤排料順暢，車載式開(kāi)閉機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定，計(jì)量精度高。該料斗秤作為一種新型固定式電子秤通過(guò)國(guó)家相關(guān)主管部門型式評(píng)價(jià)，滿足國(guó)家貿(mào)易結(jié)算三級(jí)秤的要求。

六、結(jié)束語(yǔ)

連續(xù)靜態(tài)計(jì)量是一種能很好地將連續(xù)輸送方式和精確靜態(tài)計(jì)量相結(jié)合的計(jì)量手段，該計(jì)量方式已經(jīng)在重慶鋼鐵集團(tuán)的船運(yùn)散料連續(xù)卸載中投入使用，連續(xù)計(jì)量工藝合理，計(jì)量秤運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，有效保證了散料的卸載、生產(chǎn)的輸送、計(jì)量的正常秩序，取得了良好的效果。該計(jì)量工藝及新型固定式電子秤可適用于碼頭、礦山、糧食、煤礦等皮帶連續(xù)輸送的精確計(jì)量控制，具有重要的推廣價(jià)值。