【摘 要】 皮帶秤是物料輸送過程中，普遍使用的計量設備，其稱量方式為連續(xù)、動態(tài)稱量。被

稱物料的重量值，在稱量值附近做上下波動，形成連續(xù)的脈動循環(huán)。稱重傳感器受力和其他靜態(tài)衡

器不同，是承受脈動循環(huán)應力，受力時間相對較長。本文試圖分析皮帶秤用稱重傳感器在連續(xù)、脈

動、循環(huán)受力的情況下，對稱重傳感器性能的影響。

 

一、概述

 

電子皮帶秤由于其結構簡單，直接安裝在皮帶輸送機上，與皮帶輸送機有著較好的安裝、匹配

關系，構件少、成本低，在物料輸送過程中完成稱重計量任務，所以，獲得了廣泛的應用。在港口、

煤礦、礦山等領域，到處可以見到電子皮帶秤。其稱量原理為：利用安裝在皮帶輸送機上的稱重傳

感器和測速傳感器輸出的電信號，稱重、計算單位時間里流過皮帶秤的物料重量，與物料通過的時

間相乘積，即得到被輸送物料的重量。雖然流過電子皮帶秤的物料，在秤的前方通過檔煤器等裝置

控制物料（如煤層）的高度，進行了物料流量平衡，但是由于通過電子秤的物料高低不同、比重不

同，其重量值還是在其稱量值附近波動，呈現(xiàn)出脈動、連續(xù)的稱量。所以，稱重傳感器的受力，基

本上是在稱量值附近上下波動，稱重傳感器受到來自傳力架的交變載荷的重量，這對于稱重傳感器

的金屬彈性體來講，處于疲勞工作狀態(tài)。所以，研究振動對皮帶秤用稱重傳感器的影響，尤其是長

期穩(wěn)定性的影響，有著重要的現(xiàn)實意義。

 

二、皮帶秤用稱重傳感器及受力范圍

 

皮帶秤以秤架結構形式進行分類，有單托輥式，多托輥式和懸浮式皮帶秤。一般的都是使用懸

臂梁式稱重傳感器或S型稱重傳感器。如圖1和圖2所示。

 

懸臂梁式稱重傳感器受力端與秤架之間可以通過連桿——上、下球頭座用球面連接，這樣傳力

精度高，可以有自動調心的功能；也可以直接用螺紋連接，需要調整好連接桿的長度和末端的連接

結構；S型傳感器與秤架之間一般用關節(jié)軸承連接，也具有自動調心功能，可以消除側向力，并且

潤滑情況要優(yōu)越，旋轉靈活。

 

在稱重傳感器量程選擇上，是根據(jù)皮帶秤最大流量這個技術指標來選擇實際量程。由于皮帶張

力和皮帶自重的影響，稱重傳感器會受到一個初始載荷。一般的，初始載荷在稱重傳感器量程的20%

 

圖1 懸臂梁傳感器及球面聯(lián)接件

 

圖2 S型傳感器及關節(jié)軸承聯(lián)軸器

 

左右，實際使用的量程在60%左右，留出量程的20%作為安全載荷，考慮振動、過載等的影響。也

有按照30∶40∶30（初始載荷：使用載荷：預留量程）的比例來確定設計稱重傳感器的受力情況的。

即：稱重傳感器使用量程一般在稱重傳感器滿量程的70%～80%左右。

 

傳感器的滿量程信號輸出計算公式如下：

 

RbSKRinε=

 

公式中的符號：S—靈敏度，一般為 2 mV/V；

 

K—應變計靈敏系數(shù)，一般K＝2.1；

 

Rb—稱重傳感器輸出電阻；

 

Rin—稱重傳感器輸入電阻。

 

 

靈敏度與稱重傳感器的受到的應變量成正比。設計中，取滿量程時稱重傳感器對應的應變量為

1200με，則稱重傳感器的靈敏度輸出為2mv/V，70%～80%的應變量為：840～960με；初始零點

附近的20％的應變量，其變形量為240με。對于物料輸送量變化較大的皮帶秤，稱重傳感器的受

力在240～960με之間變化，一般皮帶輸送機會在最大輸送能力的狀態(tài)下運行，稱重傳感器的受力

在70%～80%之間變化。

 

三、稱重傳感器受到的振動

 

皮帶輸送機在運行中，由于物料的濕度、黏度等問題，會造成皮帶粘附物料、托輥粘附上物料

使托輥直徑不均、被輸送物料由于水分不同等影響造成重量不均勻等，會使皮帶機產生機械振動。

另外，在皮帶機的開機運行（和關機運行）的過程中，皮帶輸送機整機的運行頻率會由小變大（或

由大變�。�，在頻率變化的過程中，皮帶輸送機在某一頻率點上會發(fā)生共振，使皮帶產生較大的振

幅，也會影響到傳感器的性能和長期穩(wěn)定性。所以，稱重架附近的皮帶機支撐架，應進行良好的固

定，增加其強度、剛度，提高抗沖擊能力。

 

一般皮帶上粘附了物料和物料不均勻造成的振動，由于其粘附的長度不固定，輸送的物料厚度

不固定，所以屬于一種不規(guī)則的振動；而托輥上粘附了物料造成的振動，屬于一種周期性的振動。

我們以后一種情況分析如下：

 

皮帶秤的速度，由0.8～2.5m/s，0.8～3.15m/s，1.0～5.0m/s等幾種設計；對應的物體流量為40～

500t/h，100～1000t/h，800～6000t/h；設托輥的直徑為108mm，其線速度計算公式為：

 

v＝2πrn m/s

 

式中n為圈數(shù)/s。計算上述速度下，對應的托輥轉數(shù)。

 

表1 皮帶秤線速度與旋轉圈數(shù)的關系

 

序號

 

速度m/s（秒）

 

圈數(shù)/s（秒）

 

圈數(shù)/h（小時）

 

1

 

0.8～2.5

 

2.36～7.37

 

8496～26532

 

2

 

0.8～3.15

 

2.36～9.29

 

8496～33444

 

3

 

1.0～5.0

 

2.95～14.74

 

10620～53064

 

若把上述數(shù)據(jù)當作是由于托輥粘附了物料使直徑不均勻而產生了振動，設托輥粘附的物料面積

較小，則可以簡單地認為是每轉動一圈振動一次。這個振動，通過秤架、連桿，直接傳遞到稱重傳

感器上。

 

根據(jù)現(xiàn)有設計手冊查到的數(shù)據(jù)顯示，總結現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)，可以把加載頻率分為如下三種范圍：

 

（1）正常頻率 （5～300Hz）；

 

（2）低頻 （0.1～0.5Hz）；

 

（3）高頻 （300～10000Hz）；

 

所以，皮帶機托輥粘附物料使托輥直徑不均勻造成的振動，屬于正常頻率振動范圍，但接近于

低頻振動。

 

四、振動對稱重傳感器性能的影響

 

將鋼、鋁及其它高熔點的金屬試樣在不同的頻率下進行試驗，其結果說明，室溫下的加載頻率

在相當大范圍內變化時，對疲勞極限沒有明顯影響。

 

美國材料與試驗學會（ASTM）根據(jù)他們的試驗結果得出，至少在200～7000c/min的范圍內，

頻率變化對疲勞強度不產生任何影響。他們發(fā)現(xiàn)，高頻試驗時試樣發(fā)熱，試樣愈大發(fā)熱越大、愈甚。

但這種發(fā)熱只是在足以引起材料發(fā)生蠕變時才起有害作用。

 

可以認為，在大氣條件下，當試驗溫度小于50℃時，頻率在正常頻率范圍內變化對于大多數(shù)金

屬（除了易熔合金及其它熔點低的金屬）的疲勞極限沒有影響。而低頻使疲勞極限降低，高頻使疲

勞極限升高。因為低頻振動條件下，容易造成疲勞裂紋擴展。

 

1、振動對稱重傳感器工藝布線的影響

 

由上述理論可知，低頻振動，對易溶合金的疲勞極限是有影響的。在稱重傳感器上，主要就是

對焊錫點的影響，應防止由于振動疲勞而發(fā)生開裂、脫焊。為了消除這種影響，在稱重傳感器的工

藝布線及焊接中，就要認真進行考慮。在應變計制做過程中所焊接的應變計引線，一般是直徑0.12～

0.15mm的鍍銀銅線。由于焊接工經過了培訓上崗，并且是在顯微鏡下進行的專門焊接，焊點質量

要求較高，質量較好，可以耐得住振動影響。當粘貼到稱重傳感器上之后，加壓固化如果壓力過高，

會使焊點的熔點溫度下降，接近應變膠的固化要求溫度，發(fā)生焊點脫焊，造成焊點質量下降；在應

變計組橋過程中，如果焊接工技術不熟練，靠近應變計的第一個配線點焊接時間過長，通過引線傳

遞到應變計上的焊點的熱量過多，也會造成應變計上的焊點脫焊或者焊錫弱化，影響質量；有些稱

重傳感器制造廠，喜歡在貼片后，將應變計的引線焊接去掉，直接用配線材和應變計連接，這樣一

是會省材料，二也因為減少了焊點，可提高效率，但是，應變計是處于應變區(qū)范圍內，焊錫是低熔

點合金，配線材的直徑較應變計引線為粗，所以，一定要有良好的焊接技術，才可以進行這樣的工

藝焊接方法。所以，皮帶秤用稱重稱重傳感器從工藝布線上，就要考慮振動對稱重傳感器性能的影

響。

 

2、振動對稱重傳感器性能的影響

 

超載靜壓、脈動疲勞，是消除稱重傳感器內應力的有效方法。以脈動疲勞的方法效果更佳。所

以，皮帶秤的連續(xù)運行所產生的機械振動，無形中消除了稱重傳感器的初始內應力，使稱重傳感器

渡過初始不平衡期，而進入到穩(wěn)定工作期。稱重傳感器的耐久性，在GB/T 7551-87《電阻應變稱重

傳感器》中，有加速壽命試驗與此相近。規(guī)定在稱重傳感器上施加30%~80%的額定載荷，每1min

加載5～200次，用100000次循環(huán)的脈動載荷進行疲勞試驗，頻率相當于：0.08～3.33Hz。此時要

求稱重傳感器的零點、靈敏度不能超差。標準規(guī)定，對0.02級的稱重傳感器，靈敏度不穩(wěn)定的衡量

是：在6個月中，變化量小于0.04%。濟南金鐘電子衡器股份有限公司早在90年代末期，曾經委

 

托山東工業(yè)大學做過合金鋼傳感器的疲勞試驗，當時也是考慮用在配料皮帶秤上�？紤]到皮帶秤運

 

 

行速度、振動頻率的特殊性，將頻率定位5Hz。現(xiàn)將試驗情況列表如下：

 

表2 稱重傳感器疲勞試驗

 

序號

 

性能指標

 

試驗前

 

50萬次試驗后

 

100萬次試驗后

 

150萬次試驗后

 

單位

 

1

 

非線性

 

-0.016

 

-0.017

 

-0.018

 

-0.017

 

%F.S

 

2

 

靈敏度

 

2.000987

 

2.001413

 

2.001477

 

2.001523

 

mV/V

 

3

 

蠕變

 

0.011

 

0.007

 

0.007

 

0.010

 

%F.S/20min

 

4

 

滯后

 

0.021

 

0.026

 

0.024

 

0.026

 

%F.S

 

5

 

重復性

 

0.002

 

0.005

 

0.001

 

0.005

 

%F.S

 

6

 

蠕變恢復

 

-0.007

 

-0.006

 

-0.008

 

-0.008

 

%F.S/20min

 

7

 

輸入電阻

 

437.92

 

438.56

 

437.80

 

437.66

 

Ω

 

8

 

輸出電阻

 

352.68

 

352.33

 

352.30

 

352.66

 

Ω

 

9

 

零點

 

0.038

 

0.043

 

0.045

 

0.048

 

mV

 

 

 

試驗條件如下：

 

稱重傳感器：S型，2t；靈敏度：2mV/V；材質：40CrNiMoA合金鋼。

 

設備：Instron8502型電液伺服疲勞試驗機施加載荷循環(huán)，動態(tài)載荷精度不低于0.005%，循環(huán)

載荷最大值：Pmax＝1.6t，循環(huán)載荷最小值：Pmin＝0t；載荷量80%（也可以根據(jù)應變量來設定最

大變形量），循環(huán)頻率f＝5Hz；15V直流穩(wěn)壓電源；FLUK8505A數(shù)字電壓表。前50萬次每一萬次

循環(huán)記錄一次零點示值，后100萬次，每50萬次記錄一次零點示值。

 

由上表可以看出，靈敏度的變化在0.00027（萬分之二點七）左右。其余性能變化不大。蠕變

變小的原因是因為稱重傳感器受到長時間的脈動疲勞，消除了應力影響，材料的強度提高的結果。

 

3、結論

 

通過表1和表2可知，當皮帶秤受到150萬次的循環(huán)疲勞時，其對應的皮帶秤工作時間：帶速

0.8～2.5m/s的為176～57小時；帶速0.8～3.15m/s的為176～45小時；帶速1～5m/s的為141～28

小時，所以從靈敏度降低這一方面考慮，皮帶秤在工作一段時間后，應該進行量程校正。隨著工作

時間的延長，稱重傳感器的穩(wěn)定性會增強，校正時間間隔可以增加。

 

五、結束語

 

本文只是分析了皮帶輸送機運行過程中，由于托輥受潮、粘附污物、灰塵而造成托輥直徑不均，

 

在皮帶機運行過程中產生振動對稱重傳感器性能的影響。并用試驗數(shù)據(jù)證明：皮帶秤長期工作時，

稱重傳感器的性能變化不大，而稱重傳感器的靈敏度會發(fā)生變化，變化量在0.027％左右。所以皮

帶秤使用一段時間后，應進行校準。皮帶秤的長期穩(wěn)定性問題，受到多種因素的影響，稱重傳感器

是其中之一。需要關心此事的同仁們共同努力，才能夠在技術上有所突破。