為有效解決碼頭船運散料連續卸載靜態(tài)計量問(wèn)題，重慶鋼鐵集團對碼頭船運散料在連續卸載過(guò)程中的連續靜態(tài)計量工藝進(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)了國家相關(guān)部門(mén)型式評價(jià)，滿(mǎn)足國家貿易結算秤的要求。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)行計量結算，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(cháng)，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(jìn)出口商品檢驗局對水尺計重方式明確規定，即精確度在 5‰以?xún)?。水尺計重方式在?shí)際使用過(guò)程中由于船舶拱陷變形、人為制造暗倉、江水波動(dòng)等因素，計量數據還是有較大誤差，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(jìn)行計量結算。因此，為了有效解決碼頭散料計量問(wèn)題，對碼頭連續計量工藝及配套的固定式電子秤進(jìn)行研究并成功應用。研制的新型固定式電子地磅通過(guò)國家相關(guān)部門(mén)型式評價(jià)，滿(mǎn)足國家貿易結算 III 秤的要求，有效解決了碼頭散料計量問(wèn)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(lái)看，該連續計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、碼頭散貨連續靜態(tài)計量工藝研究

隨著(zhù)我國經(jīng)濟高速發(fā)展，大量的散貨如鐵礦石、煤炭、銅精砂等大宗穩定原材料，多采用連續輸送方式完成進(jìn)出港口作業(yè)。連續輸送是一種高效、節能、環(huán)保、低成本的散貨運輸方式，尤其適合大宗穩定的散貨輸送，不少企業(yè)也都對散料進(jìn)出港口這一過(guò)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(lái)看，主要有水尺計重、電子皮帶秤計量、汽車(chē)衡計量、抓斗計量、非連續累加料斗秤計量、動(dòng)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(jìn)出口商品檢驗局對水尺計重方式明確規定，即精確度在 5‰以?xún)?。水尺計重方式在?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中由于船舶拱陷變形、人為制造暗倉等因素，計量數據還是有較大誤差。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計量設備，有效實(shí)現了散貨在裝卸過(guò)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(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，該種計量方式的計量數據除貿易雙方協(xié)商認可外，不能作為貿易結算的依據。

汽車(chē)衡計量:汽車(chē)衡計量精度高，能滿(mǎn)足貿易結算的要求，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(shí)現了散貨在裝卸過(guò)程中的計量，但抓斗在作業(yè)過(guò)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(shí)，很難保證碼頭裝卸的作業(yè)率。

動(dòng)態(tài)軌道衡計量: 動(dòng)態(tài)軌道衡計量能滿(mǎn)足貿易結算要求，但動(dòng)態(tài)軌道衡投資大，對場(chǎng)地的要求很高，而且只限于配有火車(chē)軌道的港口作業(yè)區，不適應那些多貨物品種裝卸的港口及小碼頭。

2.碼頭散貨連續靜態(tài)計量思路

對于非專(zhuān)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(xiàn)作業(yè)顯然沒(méi)有必要，且易造成資源嚴重浪費。對于采用多臺設備聯(lián)合作業(yè)的專(zhuān)業(yè)散貨碼頭，需要對各設備的作業(yè)狀況進(jìn)行分布式的實(shí)時(shí)監測控制，以便保證后方皮帶機料流的穩定。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，或設備安裝位置較大、投資大，或計量成本較高，不能很好地適應散貨抓斗、皮帶機連續卸載作業(yè)特點(diǎn)。而采用散貨非連續累加計量料斗的方式對散貨進(jìn)行計量，可以不受惡劣工況影響，對各種裝卸工藝適應性強，且設備安裝調試后穩定性好。與傳統計量方式比較能減少貨損、提高計量效率和精度，同時(shí)還具有較高的性?xún)r(jià)比，但轉換次數較多，對碼頭裝卸作業(yè)率影響較大。

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

3.碼頭散貨連續靜態(tài)計量工藝

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

從連續靜態(tài)計量工藝上來(lái)看，不但能解決精確計量問(wèn)題，確保貿易結算計量的準確性，同時(shí)也解決了連續生產(chǎn)的問(wèn)題，還能改善重慶鋼鐵集團碼頭現有長(cháng)料線(xiàn)皮帶機輸送系統小、故障多的生產(chǎn)狀況，有效提高生產(chǎn)作業(yè)率。該連續靜態(tài)計量工藝要適應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、運行的穩定性，因此，在工藝方案明確后，計量斗的設計是關(guān)鍵，其核心技術(shù)難點(diǎn)是必須實(shí)現快速排料，且排料要干凈，排料設備還要可靠運行。

三、碼頭船運散貨連續卸載靜態(tài)計量秤研究

散貨連續靜態(tài)計量工藝明確后，計量料斗的設計成功與否是整個(gè)計量系統成功的關(guān)鍵因素，計量料斗的設計必須解決多方面的問(wèn)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(wèn)題;解決計量斗裝滿(mǎn)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; 解決計量斗排料開(kāi)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(kāi)閉形式、不同動(dòng)力驅動(dòng)形式對下料順暢性以及計量精度的的影響; 必須保證設計出的計量秤通過(guò)國家非自動(dòng)衡器型式評價(jià)實(shí)驗室型式評價(jià)，滿(mǎn)足國家貿易結算III秤的標準，獲得國家頒發(fā)的該型式衡器制造許可證。

1.計量料斗放料機構的研究

通過(guò)對計量料斗要實(shí)現的目標以及要解決問(wèn)題的深入分析，計量料斗的放料機構是最為關(guān)鍵的因素。在我們日常使用的料斗秤中，其放料裝置有弧形閘門(mén)、腭式閘門(mén)、平板閘門(mén) ( 插板閥) 。以上3 種閘門(mén)各有優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)實(shí)際計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(mén)的系統裝料能力將明顯高于其余兩種方式，通過(guò)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(kāi)閉方式———車(chē)載液壓開(kāi)閉機構，該機構通過(guò)液壓驅動(dòng)，通過(guò)滾輪在鋼軌上運動(dòng)，實(shí)現計量料斗的打開(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，這種開(kāi)閉機構的設計是合理的。

2.計量料斗的結構形式

在計量料斗開(kāi)閉機構研究的基礎上，結合卸載輸送系統的輸送能力，在試驗料斗秤反復試驗的基礎上，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(chē)載式開(kāi)閉機構、軌道、液壓推桿、密封裝置和稱(chēng)重傳感器組成。計量料斗長(cháng) 12 m，寬 3 m，分 4 個(gè)單元，每個(gè)單元有獨立的下料口，下料口為邊長(cháng)1.75 m 的正方形，料斗側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，計量料斗內部襯板采用 30 mm 厚的高分子材料。車(chē)載式開(kāi)閉機構以對開(kāi)的方式設置在每個(gè)下料口的底部，以液壓作為動(dòng)力驅動(dòng)車(chē)載式開(kāi)閉機構在軌道上滾動(dòng)運行，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。在計量料斗底部支撐框架上配置 6 個(gè)稱(chēng)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，有效確保了系統的輸送能力; 料斗長(cháng)度達到 12 m，當 2 個(gè)計量料斗按長(cháng)度方向順排時(shí)總長(cháng)度達到 24 m，有效解決了布料小車(chē)在計量倉上的往返時(shí)間與輸送能力匹配問(wèn)題; 計量料斗每個(gè)單元獨立的高達 3 m2 的下料口以及側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; 料斗內部高分子材料襯板也確保了物料在料斗內壁不粘料; 采用車(chē)載式開(kāi)閉機構不僅保證了打開(kāi)關(guān)閉長(cháng)期穩定運行，同時(shí)在關(guān)閉時(shí)承擔了部分散料重量，通過(guò)鋼軌傳遞給支撐框架; 每個(gè)獨立的下料口使用 2 臺車(chē)載式開(kāi)閉機構采用對開(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。計量料斗及附屬設備的重量通過(guò)支撐框架體有效傳遞給 6 個(gè)稱(chēng)重傳感器，確保了計量數據的準確性。

3.計量料斗的工作原理

如圖 3 所示，布料小車(chē)在 A、B 計量料斗上往復運動(dòng)，將散料卸進(jìn) A、B 計量料斗。在布料皮帶機運行軌道上設有 A0 稱(chēng)量位，A1 返回位，A2 極限位，B0 稱(chēng)量位，B1 返回位，B2 極限位 6 個(gè)檢測點(diǎn)。當布料小車(chē)從 A 計量料斗向 B 計量料斗運行通過(guò) B0 點(diǎn)時(shí)，稱(chēng)量 A 料斗毛重 tA － 1 ，毛重稱(chēng)量完畢，打開(kāi) A 料斗閘門(mén)放料，20 s 后關(guān)閉閘門(mén)計量皮重 tA － 2 ，單次凈重 tA － 0 =tA － 1 － tA － 2 ; 當布料小車(chē)從 B 計量料斗向 A 計量料斗運行通過(guò) A0 點(diǎn)時(shí)，稱(chēng)量 B 料斗毛重 tB － 1 ，毛重稱(chēng)量完畢，打開(kāi) B 料斗閘門(mén)放料，20 s 后關(guān)閉閘門(mén)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

本工藝流程中設計制造的計量料斗屬于新型固定式電子衡器，根據 《中華人民共和國計量法》的相關(guān)規定: 新型衡器的合法使用必須通過(guò)國家相關(guān)部門(mén)的型式批準以及獲得該型式的制造計量器具許可。依據 GB / T 23111—2008 《非自動(dòng)衡器》、GB / T 7723—2008 《固定式電子衡器》、JJG539—1997 《數字指示秤 》、03—SXG 13—001— 2011 《數字指示秤評價(jià)大綱》對該新型固定式電子衡器進(jìn)行了型式評價(jià)。評價(jià)項目包括: 外觀(guān)、零點(diǎn)檢查、加載前置零、稱(chēng)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(shí)間變化、預熱時(shí)間測試、量程穩定性測試，所評價(jià)項目均通過(guò)。經(jīng)型式評價(jià)后批準的計量器具新產(chǎn)品 ( 固定式電子秤) : 型號: LCS;規格: LCS—200—LDI ( 200 t / d = 50 kg ) ; 準確度:三級。同時(shí)，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(chēng): 固定式電子秤; 型號: LCS; 規格: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(guò)國家相關(guān)主管部門(mén)的計量器具型式批準及制造計量器具許可后，該新型衡器用于貿易結算符合 《中華人名共和國計量法》的相關(guān)規定。

五、使用效果

碼頭連續計量工藝及配套計量秤在重慶鋼鐵集團新區 2 號碼頭得到應用，從應用效果來(lái)看，設計的連續計量工藝不僅滿(mǎn)足連續卸載作業(yè)靜態(tài)計量的要求，同時(shí)還由于計量料斗下緩沖倉的緩沖作用，降低了原來(lái)長(cháng)輸送料線(xiàn)的故障率，提高了碼頭卸載作業(yè)率; 設計的靜態(tài)料斗秤排料順暢，車(chē)載式開(kāi)閉機構運行穩定，計量精度高。該料斗秤作為一種新型固定式電子秤通過(guò)國家相關(guān)主管部門(mén)型式評價(jià)，滿(mǎn)足國家貿易結算三級秤的要求。

六、結束語(yǔ)

連續靜態(tài)計量是一種能很好地將連續輸送方式和精確靜態(tài)計量相結合的計量手段，該計量方式已經(jīng)在重慶鋼鐵集團的船運散料連續卸載中投入使用，連續計量工藝合理，計量秤運行穩定、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、煤礦等皮帶連續輸送的精確計量控制，具有重要的推廣價(jià)值。