码头连续计量工艺及计量电子地磅的研究与应用
为有效解决码头船运散料连续卸载静态计量问题，重庆钢铁集团对码头船运散料在连续卸载过程中的连续静态计量工艺进行了研究，同时为配套该工艺，研制了一种新型固定式电子地磅，该固定式电子地磅通过了国家相关部门型式评价，满足国家贸易结算秤的要求。重庆钢铁集团获得该型式固定式电子地磅的制造许可。该连续卸载静态计量工艺及固定式电子地磅已在重庆钢铁集团成功应用。
一、引言
目前，码头大宗散货都是在卸货前或卸货后进行计量结算，在计量方式上存在较大差异。计量精度高的计量方式投资大，计量周期长，计量成本高，作业率低; 计量精度低的计量方式经常产生计量异议。沿江、沿海的企业基本都采用水尺计重方式计量，该种计量方式能避免装卸损耗误差，降低成本，提高运输效率，加快运输周转和流通。但其计量精确度受诸多因素的影响，因而中华人民共和国进出口商品检验局对水尺计重方式明确规定，即精确度在 5‰以内。水尺计重方式在实际使用过程中由于船舶拱陷变形、人为制造暗仓、江水波动等因素，计量数据还是有较大误差，重庆钢铁集团采购的大宗散料就是采用的水尺计重方式进行计量结算。因此，为了有效解决码头散料计量问题，对码头连续计量工艺及配套的固定式电子秤进行研究并成功应用。研制的新型固定式电子地磅通过国家相关部门型式评价，满足国家贸易结算 III 秤的要求，有效解决了码头散料计量问题。重庆钢铁集团获得该型式固定式电子地磅的制造许可。从使用情况来看，该连续计量工艺及配套的固定式电子地磅具有重要的推广价值。

二、码头散货连续静态计量工艺研究
随着我国经济高速发展，大量的散货如铁矿石、煤炭、铜精砂等大宗稳定原材料，多采用连续输送方式完成进出港口作业。连续输送是一种高效、节能、环保、低成本的散货运输方式，尤其适合大宗稳定的散货输送，不少企业也都对散料进出港口这一过程物料计量做了大量的研究工作。

1.码头散货计量方式的对比
目前，从码头大宗散货计量方式来看，主要有水尺计重、电子皮带秤计量、汽车衡计量、抓斗计量、非连续累加料斗秤计量、动态轨道衡计量等。

水尺计重方式: 测量船只空载和重载吃水之差计算载重。中华人民共和国进出口商品检验局对水尺计重方式明确规定，即精确度在 5‰以内。水尺计重方式在实际生产过程中由于船舶拱陷变形、人为制造暗仓等因素，计量数据还是有较大误差。该种计量方式能够避免装卸损耗误差，降低成本，提高运输效率，加快运输周转和流通，目前使用较为广泛。
电子皮带秤计量: 电子皮带秤作为一种连续计量设备，有效实现了散货在装卸过程中的计量，确保了码头的装卸作业率。虽然电子皮带秤计量方式理论上计量精度可达到 0. 5% ，但电子皮带秤在实际使用过程中受皮带张力、环境温度等多因素的影响，很难保证其精度，目前，该种计量方式的计量数据除贸易双方协商认可外，不能作为贸易结算的依据。
汽车衡计量:汽车衡计量精度高，能满足贸易结算的要求，但用于港口码头大宗散料的运输计量，显然运输计量成本太高，作业效率低下。
抓斗计量: 抓斗计量方式虽然实现了散货在装卸过程中的计量，但抓斗在作业过程中易产生倾斜、刮卡和撞击，对计量精度产生很大的影响，很难保证计量准确性。
非连续累加料斗秤计量: 该种计量方式保证了计量精度，但用于码头大宗散料的计量时，很难保证码头装卸的作业率。
动态轨道衡计量: 动态轨道衡计量能满足贸易结算要求，但动态轨道衡投资大，对场地的要求很高，而且只限于配有火车轨道的港口作业区，不适应那些多货物品种装卸的港口及小码头。

2.码头散货连续静态计量思路
对于非专业散货码头，对散货的接卸具有随机性，采用电子皮带秤和皮带机输送线作业显然没有必要，且易造成资源严重浪费。对于采用多台设备联合作业的专业散货码头，需要对各设备的作业状况进行分布式的实时监测控制，以便保证后方皮带机料流的稳定。目前码头散料计量在采用的计量方式上存在精度不够理想，或设备安装位置较大、投资大，或计量成本较高，不能很好地适应散货抓斗、皮带机连续卸载作业特点。而采用散货非连续累加计量料斗的方式对散货进行计量，可以不受恶劣工况影响，对各种装卸工艺适应性强，且设备安装调试后稳定性好。与传统计量方式比较能减少货损、提高计量效率和精度，同时还具有较高的性价比，但转换次数较多，对码头装卸作业率影响较大。
通过对码头散货计量的深入研究发现: 以前绝大多数码头散料计量研究者均是从计量本身研究计量问题，取得的效果和成果都没有较大突破。转变思维从工艺入手，运用静态计量在确保计量精度的同时，能否解决码头散货连续计量的问题呢?
3.码头散货连续静态计量工艺
如何将静态计量转化到码头卸载作业和胶带机连续生产中来，是研究码头散货连续静态计量工艺的核心问题。我们集思广益、大胆创新，结合重庆钢铁集团原料码头现有卸船工艺和静态计量的工作原理，提出了将码头计量与缓冲工艺结合起来的思路。码头散货连续静态计量工艺如图 1 所示。在码头原有卸料皮带机输送料线中，将 1号皮带机延长至码头后方陆域，增加 1 条 2 号皮带机，在增加的 2 号皮带机上设计 1 条 3 号布料皮带机，通过布料小车将散料往返间隔输入 2 个计量斗，1 个计量斗进料，另 1 个计量斗对散料进行静态计量，经计量后的散料快速卸如缓冲仓，经仓下给料设施放料，通过 4 号皮带机再返回到原料的皮带机运输系统。

从连续静态计量工艺上来看，不但能解决精确计量问题，确保贸易结算计量的准确性，同时也解决了连续生产的问题，还能改善重庆钢铁集团码头现有长料线皮带机输送系统小、故障多的生产状况，有效提高生产作业率。该连续静态计量工艺要适应的散料品种包括精矿、铁粉矿、块矿、球团矿、石料、煤等，要确保排料的顺畅性、运行的稳定性，因此，在工艺方案明确后，计量斗的设计是关键，其核心技术难点是必须实现快速排料，且排料要干净，排料设备还要可靠运行。
三、码头船运散货连续卸载静态计量秤研究
散货连续静态计量工艺明确后，计量料斗的设计成功与否是整个计量系统成功的关键因素，计量料斗的设计必须解决多方面的问题: 必须解决计量斗的装载能力与卸载皮带机输送能力的匹配问题; 解决计量斗装满程度与下料顺畅性的关系; 解决同种物料不同水分下在料斗里排料顺畅性问题; 解决不同品种散料在料斗里放料的顺畅性问题; 解决计量斗排料开口尺寸与下料顺畅性的关系; 解决计量料斗篦子与下料顺畅性的关系;计量料斗放料不同开闭形式、不同动力驱动形式对下料顺畅性以及计量精度的的影响; 必须保证设计出的计量秤通过国家非自动衡器型式评价实验室型式评价，满足国家贸易结算III秤的标准，获得国家颁发的该型式衡器制造许可证。
1.计量料斗放料机构的研究
通过对计量料斗要实现的目标以及要解决问题的深入分析，计量料斗的放料机构是最为关键的因素。在我们日常使用的料斗秤中，其放料装置有弧形闸门、腭式闸门、平板闸门 ( 插板阀) 。以上 3 种闸门各有优缺点，通过实际计算核定它们共同的特点放料口较小，仅为 1. 5m2 左右，放料能力明显有限，较难实现快速排料的要求; 但是如果在相同的空间高度和宽度，使用平板闸门的系统装料能力将明显高于其余两种方式，通过反复比较和探索，从闸板阀的工作原理中得到启发，为计量料斗找到了一种新的开闭方式———车载液压开闭机构，该机构通过液压驱动，通过滚轮在钢轨上运动，实现计量料斗的打开和关闭，同时在关闭时承载物料的重量。通过实物试验，这种开闭机构的设计是合理的。
2.计量料斗的结构形式
在计量料斗开闭机构研究的基础上，结合卸载输送系统的输送能力，在试验料斗秤反复试验的基础上，确定了如图 2 所示的计量料斗。

图 2 中，计量料斗由料斗、支撑框架体、车载式开闭机构、轨道、液压推杆、密封装置和称重传感器组成。计量料斗长 12 m，宽 3 m，分 4 个单元，每个单元有独立的下料口，下料口为边长1.75 m 的正方形，料斗侧壁与水平面之间的夹角75°，计量料斗采用钢板焊接制作，其与支撑框架体焊死，计量料斗内部衬板采用 30 mm 厚的高分子材料。车载式开闭机构以对开的方式设置在每个下料口的底部，以液压作为动力驱动车载式开闭机构在轨道上滚动运行，卸料时两液压推杆以 0. 1 m / s 的速度同步打开，卸完料后两液压推杆同样以 0. 1 m / s 的速度同步关闭。在计量料斗底部支撑框架上配置 6 个称重传感器。
该计量料斗的容积大于 80 m3 ，按铁矿石比重计算，装载能力达到 250 t，有效确保了系统的输送能力; 料斗长度达到 12 m，当 2 个计量料斗按长度方向顺排时总长度达到 24 m，有效解决了布料小车在计量仓上的往返时间与输送能力匹配问题; 计量料斗每个单元独立的高达 3 m2 的下料口以及侧壁与水平面之间的大夹角，有效确保了各种散料排料的顺畅性; 料斗内部高分子材料衬板也确保了物料在料斗内壁不粘料; 采用车载式开闭机构不仅保证了打开关闭长期稳定运行，同时在关闭时承担了部分散料重量，通过钢轨传递给支撑框架; 每个独立的下料口使用 2 台车载式开闭机构采用对开式安装，确保了大尺寸的下料口，也为排料的顺畅性提供了支撑。计量料斗及附属设备的重量通过支撑框架体有效传递给 6 个称重传感器，确保了计量数据的准确性。
3.计量料斗的工作原理

如图 3 所示，布料小车在 A、B 计量料斗上往复运动，将散料卸进 A、B 计量料斗。在布料皮带机运行轨道上设有 A0 称量位，A1 返回位，A2 极限位，B0 称量位，B1 返回位，B2 极限位 6 个检测点。当布料小车从 A 计量料斗向 B 计量料斗运行通过 B0 点时，称量 A 料斗毛重 tA － 1 ，毛重称量完毕，打开 A 料斗闸门放料，20 s 后关闭闸门计量皮重 tA － 2 ，单次净重 tA － 0 = tA － 1 － tA － 2 ; 当布料小车从 B 计量料斗向 A 计量料斗运行通过 A0 点时，称量 B 料斗毛重 tB － 1 ，毛重称量完毕，打开 B 料斗闸门放料，20 s 后关闭闸门计量皮重 tB － 2 ，单次净重 TB － 0 = tB － 1 － tB － 2 。如此循环，将 A、B 计量料斗所有单次净重相加得到总净重。
四、计量器具型式批准及制造计量器具许可
本工艺流程中设计制造的计量料斗属于新型固定式电子衡器，根据 《中华人民共和国计量法》的相关规定: 新型衡器的合法使用必须通过国家相关部门的型式批准以及获得该型式的制造计量器具许可。依据 GB / T 23111—2008 《非自动衡器》、GB / T 7723—2008 《固定式电子衡器》、JJG539—1997 《数字指示秤 》、03—SXG 13—001— 2011 《数字指示秤评价大纲》对该新型固定式电子衡器进行了型式评价。评价项目包括: 外观、零点检查、加载前置零、称量性能测定、多指示装置衡器、除皮、偏载测试、鉴别力测试、重复性、示值随时间变化、预热时间测试、量程稳定性测试，所评价项目均通过。经型式评价后批准的计量器具新产品 ( 固定式电子秤) : 型号: LCS; 规格: LCS—200—LDI ( 200 t / d = 50 kg ) ; 准确度:三级。同时，该工艺中使用的计量料斗作为新型衡器，制造单位重庆钢铁集团获得该型式的 《中华人民共和国制造计量器具许可证》: 计量器具名称: 固定式电子秤; 型号: LCS; 规格:LCS—200—LDI ( 200  t / d  = 50  kg ) ;准 确 度:III级。
该计量料斗作为一种新型衡器通过国家相关主管部门的计量器具型式批准及制造计量器具许可后，该新型衡器用于贸易结算符合 《中华人民共和国计量法》的相关规定。
五、使用效果
码头连续计量工艺及配套计量秤在重庆钢铁集团新区 2 号码头得到应用，从应用效果来看，设计的连续计量工艺不仅满足连续卸载作业静态计量的要求，同时还由于计量料斗下缓冲仓的缓冲作用，降低了原来长输送料线的故障率，提高了码头卸载作业率; 设计的静态料斗秤排料顺畅，车载式开闭机构运行稳定，计量精度高。该料斗秤作为一种新型固定式电子秤通过国家相关主管部门型式评价，满足国家贸易结算三级秤的要求。
六、结束语
连续静态计量是一种能很好地将连续输送方式和精确静态计量相结合的计量手段，该计量方式已经在重庆钢铁集团的船运散料连续卸载中投入使用，连续计量工艺合理，计量秤运行稳定、可靠，有效保证了散料的卸载、生产的输送、计量的正常秩序，取得了良好的效果。该计量工艺及新型固定式电子秤可适用于码头、矿山、粮食、煤矿等皮带连续输送的精确计量控制，具有重要的推广价值。