為有效解決碼頭船運散料連續(xù)卸載靜態(tài)計量問題，重慶鋼鐵集團對碼頭船運散料在連續(xù)卸載過程中的連續(xù)靜態(tài)計量工藝進行了研究，同時為配套該工藝，研制了一種新型固定式電子地磅，該固定式地磅通過了國家相關(guān)部門型式評價，滿足國家貿(mào)易結(jié)算秤的要求。重慶鋼鐵集團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)計量工藝及固定式地磅已在重慶鋼鐵集團成功應(yīng)用。

一、引言

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

二、碼頭散貨連續(xù)靜態(tài)計量工藝研究

隨著我國經(jīng)濟高速發(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)也都對散料進出港口這一過程物料計量做了大量的研究工作。

1.碼頭散貨計量方式的對比

目前，從碼頭大宗散貨計量方式來看，主要有水尺計重、電子皮帶秤計量、汽車衡計量、抓斗計量、非連續(xù)累加料斗秤計量、動態(tài)軌道衡計量等。

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

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

汽車衡計量:汽車衡計量精度高，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輸計量，顯然運輸計量成本太高，作業(yè)效率低下。

抓斗計量: 抓斗計量方式雖然實現(xiàn)了散貨在裝卸過程中的計量，但抓斗在作業(yè)過程中易產(chǎn)生傾斜、刮卡和撞擊，對計量精度產(chǎn)生很大的影響，很難保證計量準確性。

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

動態(tài)軌道衡計量: 動態(tài)軌道衡計量能滿足貿(mào)易結(jié)算要求，但動態(tài)軌道衡投資大，對場地的要求很高，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)計量思路

對于非專業(yè)散貨碼頭，對散貨的接卸具有隨機性，采用電子皮帶秤和皮帶機輸送線作業(yè)顯然沒有必要，且易造成資源嚴重浪費。對于采用多臺設(shè)備聯(lián)合作業(yè)的專業(yè)散貨碼頭，需要對各設(shè)備的作業(yè)狀況進行分布式的實時監(jiān)測控制，以便保證后方皮帶機料流的穩(wěn)定。目前碼頭散料計量在采用的計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，或計量成本較高，不能很好地適應(yīng)散貨抓斗、皮帶機連續(xù)卸載作業(yè)特點。而采用散貨非連續(xù)累加計量料斗的方式對散貨進行計量，可以不受惡劣工況影響，對各種裝卸工藝適應(yīng)性強，且設(shè)備安裝調(diào)試后穩(wěn)定性好。與傳統(tǒng)計量方式比較能減少貨損、提高計量效率和精度，同時還具有較高的性價比，但轉(zhuǎn)換次數(shù)較多，對碼頭裝卸作業(yè)率影響較大。

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

3.碼頭散貨連續(xù)靜態(tài)計量工藝

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

從連續(xù)靜態(tài)計量工藝上來看，不但能解決精確計量問題，確保貿(mào)易結(jié)算計量的準確性，同時也解決了連續(xù)生產(chǎn)的問題，還能改善重慶鋼鐵集團碼頭現(xiàn)有長料線皮帶機輸送系統(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)計量工藝要適應(yīng)的散料品種包括精礦、鐵粉礦、塊礦、球團礦、石料、煤等，要確保排料的順暢性、運行的穩(wěn)定性，因此，在工藝方案明確后，計量斗的設(shè)計是關(guān)鍵，其核心技術(shù)難點是必須實現(xiàn)快速排料，且排料要干凈，排料設(shè)備還要可靠運行。

三、碼頭船運散貨連續(xù)卸載靜態(tài)計量秤研究

散貨連續(xù)靜態(tài)計量工藝明確后，計量料斗的設(shè)計成功與否是整個計量系統(tǒng)成功的關(guān)鍵因素，計量料斗的設(shè)計必須解決多方面的問題: 必須解決計量斗的裝載能力與卸載皮帶機輸送能力的匹配問題;解決計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題; 解決不同品種散料在料斗里放料的順暢性問題; 解決計量斗排料開口尺寸與下料順暢性的關(guān)系; 解決計量料斗篦子與下料順暢性的關(guān)系;計量料斗放料不同開閉形式、不同動力驅(qū)動形式對下料順暢性以及計量精度的的影響; 必須保證設(shè)計出的計量秤通過國家非自動衡器型式評價實驗室型式評價，滿足國家貿(mào)易結(jié)算III秤的標準，獲得國家頒發(fā)的該型式衡器制造許可證。

1.計量料斗放料機構(gòu)的研究

通過對計量料斗要實現(xiàn)的目標以及要解決問題的深入分析，計量料斗的放料機構(gòu)是最為關(guān)鍵的因素。在我們?nèi)粘Ｊ褂玫牧隙烦又?，其放料裝置有弧形閘門、腭式閘門、平板閘門 ( 插板閥) 。以上3 種閘門各有優(yōu)缺點，通過實際計算核定它們共同的特點放料口較小，僅為 1. 5m2 左右，放料能力明顯有限，較難實現(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，通過反復比較和探索，從閘板閥的工作原理中得到啟發(fā)，為計量料斗找到了一種新的開閉方式———車載液壓開閉機構(gòu)，該機構(gòu)通過液壓驅(qū)動，通過滾輪在鋼軌上運動，實現(xiàn)計量料斗的打開和關(guān)閉，同時在關(guān)閉時承載物料的重量。通過實物試驗，這種開閉機構(gòu)的設(shè)計是合理的。

2.計量料斗的結(jié)構(gòu)形式

在計量料斗開閉機構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合卸載輸送系統(tǒng)的輸送能力，在試驗料斗秤反復試驗的基礎(chǔ)上，確定了如圖 2 所示的計量料斗。

圖 2 中，計量料斗由料斗、支撐框架體、車載式開閉機構(gòu)、軌道、液壓推桿、密封裝置和稱重傳感器組成。計量料斗長 12 m，寬 3 m，分 4 個單元，每個單元有獨立的下料口，下料口為邊長1.75 m 的正方形，料斗側(cè)壁與水平面之間的夾角75°，計量料斗采用鋼板焊接制作，其與支撐框架體焊死，計量料斗內(nèi)部襯板采用 30 mm 厚的高分子材料。車載式開閉機構(gòu)以對開的方式設(shè)置在每個下料口的底部，以液壓作為動力驅(qū)動車載式開閉機構(gòu)在軌道上滾動運行，卸料時兩液壓推桿以 0. 1 m / s 的速度同步打開，卸完料后兩液壓推桿同樣以 0. 1 m / s 的速度同步關(guān)閉。在計量料斗底部支撐框架上配置 6 個稱重傳感器。

該計量料斗的容積大于 80 m3 ，按鐵礦石比重計算，裝載能力達到 250 t，有效確保了系統(tǒng)的輸送能力; 料斗長度達到 12 m，當 2 個計量料斗按長度方向順排時總長度達到 24 m，有效解決了布料小車在計量倉上的往返時間與輸送能力匹配問題; 計量料斗每個單元獨立的高達 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; 采用車載式開閉機構(gòu)不僅保證了打開關(guān)閉長期穩(wěn)定運行，同時在關(guān)閉時承擔了部分散料重量，通過鋼軌傳遞給支撐框架; 每個獨立的下料口使用 2 臺車載式開閉機構(gòu)采用對開式安裝，確保了大尺寸的下料口，也為排料的順暢性提供了支撐。計量料斗及附屬設(shè)備的重量通過支撐框架體有效傳遞給 6 個稱重傳感器，確保了計量數(shù)據(jù)的準確性。

3.計量料斗的工作原理

如圖 3 所示，布料小車在 A、B 計量料斗上往復運動，將散料卸進 A、B 計量料斗。在布料皮帶機運行軌道上設(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 個檢測點。當布料小車從 A 計量料斗向 B 計量料斗運行通過 B0 點時，稱量 A 料斗毛重 tA － 1 ，毛重稱量完畢，打開 A 料斗閘門放料，20 s 后關(guān)閉閘門計量皮重 tA － 2 ，單次凈重 tA － 0 =tA － 1 － tA － 2 ; 當布料小車從 B 計量料斗向 A 計量料斗運行通過 A0 點時，稱量 B 料斗毛重 tB － 1 ，毛重稱量完畢，打開 B 料斗閘門放料，20 s 后關(guān)閉閘門計量皮重 tB － 2 ，單次凈重 TB － 0 = tB － 1 － tB － 2 。如此循環(huán)，將 A、B 計量料斗所有單次凈重相加得到總凈重。

四、計量器具型式批準及制造計量器具許可

本工藝流程中設(shè)計制造的計量料斗屬于新型固定式電子衡器，根據(jù) 《中華人民共和國計量法》的相關(guān)規(guī)定: 新型衡器的合法使用必須通過國家相關(guān)部門的型式批準以及獲得該型式的制造計量器具許可。依據(jù) GB / T 23111—2008 《非自動衡器》、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)字指示秤評價大綱》對該新型固定式電子衡器進行了型式評價。評價項目包括: 外觀、零點檢查、加載前置零、稱量性能測定、多指示裝置衡器、除皮、偏載測試、鑒別力測試、重復性、示值隨時間變化、預熱時間測試、量程穩(wěn)定性測試，所評價項目均通過。經(jīng)型式評價后批準的計量器具新產(chǎn)品 ( 固定式電子秤) : 型號: LCS;規(guī)格: LCS—200—LDI ( 200 t / d = 50 kg ) ; 準確度:三級。同時，該工藝中使用的計量料斗作為新型衡器，制造單位重慶鋼鐵集團獲得該型式的 《中華人名共和國制造計量器具許可證》: 計量器具名稱: 固定式電子秤; 型號: LCS; 規(guī)格:LCS—200—LDI ( 200  t / d  = 50  kg ) ;準 確 度:III級。

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

五、使用效果

碼頭連續(xù)計量工藝及配套計量秤在重慶鋼鐵集團新區(qū) 2 號碼頭得到應(yīng)用，從應(yīng)用效果來看，設(shè)計的連續(xù)計量工藝不僅滿足連續(xù)卸載作業(yè)靜態(tài)計量的要求，同時還由于計量料斗下緩沖倉的緩沖作用，降低了原來長輸送料線的故障率，提高了碼頭卸載作業(yè)率; 設(shè)計的靜態(tài)料斗秤排料順暢，車載式開閉機構(gòu)運行穩(wěn)定，計量精度高。該料斗秤作為一種新型固定式電子秤通過國家相關(guān)主管部門型式評價，滿足國家貿(mào)易結(jié)算三級秤的要求。

六、結(jié)束語

連續(xù)靜態(tài)計量是一種能很好地將連續(xù)輸送方式和精確靜態(tài)計量相結(jié)合的計量手段，該計量方式已經(jīng)在重慶鋼鐵集團的船運散料連續(xù)卸載中投入使用，連續(xù)計量工藝合理，計量秤運行穩(wěn)定、可靠，有效保證了散料的卸載、生產(chǎn)的輸送、計量的正常秩序，取得了良好的效果。該計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)輸送的精確計量控制，具有重要的推廣價值。