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影响螺杆喂料器精度的5个常见问题 |
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作者： 来源：CPRJ 中国塑料橡胶 |
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螺杆喂料器广泛应用在颗粒、片状、粉状、短纤维等固体原料的输送计量。笔者结合多年实际应用经验，提炼出围绕着螺杆喂料器精度的几个常见问题，希望能够给大家在选用螺杆器时带来一些帮助。
如何正确描述精度？
基于数学统计学标准方差和平均的原理，我们通常用重复精度和线性精度描述螺杆喂料器的精度。重复精度是衡量螺杆喂料器的流量保持一致的指标。线性精度是衡量螺杆喂料器工作流量范围的精度指标。
重复精度是基于标准样本方差，描述螺杆喂料器的流量在一段时间内，若干个采样周期内流量样本的离散情况，是描述螺杆器重复误差的重要指标之一。重复误差可以基于标准方差进行量化。
计算公式如下：
（n 为样本数量，x为采样周期内样本重量）
我们通常以95.5%样品重量都在2STDEV（2个sigma）范围内，来描述重复精度：重复精度%=x平均重量/2STDEV。
如何正确取样来获得的标准方差是准确描述螺杆喂料器重复误差的关键。由于在大多数工厂缺乏专业测量手段，传统的取样靠手工方法获得。影响手工测量精度的主要因素是电子秤的称量精度，以及手工采样计时的误差。测量的样本重量越小，要求电子秤的精度越高，精度通常为样本重量的0.1%。要获得准确的采样计时，要适当增加采样计时时间，减少样本重量的人为误差，同时要求同一个人计时操作，样本的采集连续进行。
专业喂料器制造厂家通常采用自动化程序取样，来保证精确取样，减少手工取样的人为误差，同时简化数据的处理过程。标准的自动程序取样所用工具是高精度电子秤，电子秤通过附有标准通讯端口，如RS232或以太网端口，与用于数据处理的计算机相连，并采用标准数据处理程序，以快速处理数据，计算出精度指标。松耐（Sonner）公司采用自主研发的取样程序，以实现差分动态取样。这种取样方法可以任意设定0.1秒至10秒间隔输出样本重量，以满足后续1min样本重量数据处理的需求，获得无系统误差的任意组样本重量，正确评估喂料器的重复精度和线性精度。
线性精度是描述喂料器从最小喂料量到最大喂料量的运行范围内，每个运行点的准确程度。即是在整个量程内实际喂料量和设定量之间误差，误差越小表征的喂料器线性精度越高。
表征公式如下：
（X为样本重量平均重量，F设定为设定标准重量值）
为了获得线性精度，与测量喂料器重复精度的方法一样，要定时采集数组样品重量。一般情况下，我们取5%，25%，50%，75%流量下连续取4个数组，每组10个样品重量，然后计算每个组别的平均样本重量与设定重量之间的差值，根据上述公式计算出每个设定点线性误差率，这些误差就是线性精度，表征喂料器在其运行范围内准确性。
如何确认客户所需精度？
正确理解客户加工工艺信息，了解客户产品技术规格和产品质量标准，是成功选择螺杆喂料器的关键。
通过对客户加工工艺信息中的原料配方组成、原料特征、整条生产线的生产产能范围、用户现场的安装环境等信息的分析确认，来确认螺杆喂料器部件的选型，例如对喂料器计量螺杆规格、称重部件精度、量程，以及存放原料的料仓容积一一确认选型，保证喂料器系统以最佳的组成，满足用户产品质量标准对喂料器精度的要求。
由于在混配造粒工艺中，固体原料物理特性的复杂性，使得在同一台螺杆喂料器上所表现的精度都不一样，这就要求我们更谨慎选择螺杆喂料器。通常大部分专业的螺杆喂料器制造商都非常重视各种固体原料测试工作，已确认最佳的螺杆喂料器组合，满足用户的工艺需求。
什么情况下选择体积式和失重式喂料器？
失重式喂料器是通过检测实际的流量，自动调整喂料器螺杆转速，来达到和维持设定的流量。体积式喂料器是通过运行前的针对要输送的原料进行采样标定出整个螺杆转速范围内每个点所对应流量值，如果更换另一种原料，要重新标定，然后根据标定值，和所要运行的流量，推断出螺杆转速，在此转速下运行喂料器。
原料配方及整条生产线的产能范围，现场安装环境等都是确认螺杆喂料器部件的选型的考虑因素
体积式喂料器是一个开环的控制的喂料装置，具有相当经济性，维护简单，对安装环境要求不高等优点，但当原料堆积密度变化较大，会使得体积式螺杆喂料精度难以控制。体积式螺杆喂料器一般应用在对精度不是最关键技术指标的加工工艺中，影响这种方案精度的因素有三个方面：计量部件螺杆的几何机械结构（如单螺杆、双螺杆组合形式）；螺杆螺纹结构形式（弹簧形式、Auger形式、Concave形式）；螺杆的喂料速度和原料的物理状态（如堆积密度、流动性、物料的粘度）。通过对原料状态特征的了解，选择相适应的螺杆组合和螺纹结构形式，可以适当提高和保证体积式喂料器的精度。
例如：对大多数颗粒状原料，特别是新料而言，一般选择单螺杆体积式喂料器，由于这种原料颗粒均匀，流动性好，能够在输送过程中，堆积密度比较稳定一致，体积式螺杆喂料器一样能够达到较高的重复精度和线性精度，只不过需要离线进行取样校正等繁琐操作，来准确达到要运行的设定流量。对于粉状原料而言，由于大多数粉料的流动不好，原料粘度较大，我们一般选择双螺杆体积式喂料器，虽然双螺杆能够克服原料在螺槽 滞留和架桥问题，但无法保证原料在每一螺槽 容积恒定，因此体积式螺杆喂料器对于此类原料，精度表现差，要谨慎选用。
影响失重式螺杆喂料器运行精度的因素
正确设计
失重式喂料器是连续工作的流量控制系统，因此需要有一个高动态、高精度的称重系统检测喂料器短时间（通常在1-5秒内）出口流量，来确保流量控制的精确性；要正确选用螺杆和速度范围来匹配原料的物理特征和工作流量范围；同时要考虑喂料料仓的容积和防架桥装置来优化系统。
为了保证失重式螺杆喂料器工作在高精度状态下，不仅要正确评估客户加工工艺及原料信息特征，还要系统地设计失重螺杆喂料器的原料供给系统和混合下料系统，以及辅助的排气系统。
体积式螺杆喂料器一般应用在对精度不是最关键技术指标的加工工艺中，
螺杆的几何结构、螺纹结构等都对精度有影响。
安装和运行环境
这是影响失重式螺杆喂料器精度的第二个因素。通常要关注以下几点的设计安装：1） 原料补料料仓系统和失重喂料器平台采用独立分离式设计，并且坚固，确保原料供给系统工作时的机械震动不会影响失重式喂料系统的稳定运行，设计独立维修及工作人员工作空间，确保工作人员的走动、工作不会影响失重式喂料系统的稳定运行。2）在失重式螺杆喂料器的原料出口、入口、排气口，应设计可靠的软连接装置，以隔离机械震动对失重式喂料系统的影响。
补料过程控制
当失重式喂料器料仓里原料消耗到达最低补料量时，系统可以自动或手动进入补料过程控制，这时由于系统重量处于增加阶段，因此无法进行闭环重量控制，系统处于体积式开环控制状态，直至补料量达到设定重量，补料阶段结束，系统才重新自动或手动回到失重式闭环控制阶段。由此看出，任何一个失重式螺杆喂料器都无法避免再补料期间体积式运行，理论上讲，体积式运行时间越短，失重式运行时间越长，体积式阶段的运行精度对失重式运行阶段精度影响就越小，但实际上不可能实现。因此，一般选取失重式运行时间/体积式运行时间至少不小于10：1作为安全比值，当然越大于这个比值，补料带来的精度影响就越少。
典型失重式控制原理图
失重加料器的工作过程原理图
在补料阶段，由于新进的原料破坏了喂料料仓里气压的平衡，会伴随系统的排气发生，如果排气不顺畅，同样导致补料时间的延长从而影响系统运行精度。除了上述因素外，由于补料前料仓里料位和补料后料仓里料位是不一样的而导致原料堆积密度有一定变化，为了减少系统从补料阶段恢复到失重式控制阶段后的不稳定时间，优化补料期间体积式运行时螺杆速度是十分必要的，通过历史数据模型计算出优化的螺杆速度，系统精度效果远远好于保持补料前螺杆速度。
常见故障有哪些？如何正确维护？
无论是体积式还是失重式螺杆喂料器在用户工厂运行过程中，存在的主要问题有：不正确的安装；设备没有得到正常维护保养，操作人员及维修人未得到足够的培训；用户的加工工艺及原料、操作状态发生变化，与订购时确认的技术条件差异太大。
体积式喂料器常见问题及对策
由于体积式螺杆喂料器是一个简单开环的控制装置，通常由喂料料仓、螺杆喂料部份、马达驱动部份，以及变频速度控制器组成。这种简单机械控制装置安装较为简单，能够适应较恶劣的环境，只要定期检查马达控制线路和定期清洁螺杆和喂料料仓，就基本可避免故障的发生。
体积式螺杆喂料器的主要问题是螺杆卡死的问题和架桥问题，发生这类问题的原因主要是来至2个方面：1） 用户的原料发生改变，导致目前的螺杆无法适应，例如所选的螺杆喂料器用来输送粉状原料，通常会选用双螺杆输送，以确保稳定输送，但如果改变成要输送粒料，大部分双螺杆结构对颗粒状原料都会发生卡死。2 ）用户的原料尺寸由于供应商的问题，特别是一些回收原料，有大尺寸异物，导致螺杆卡死。3）没有进行设备停机后清洁工作，导致有一些原料由于长期滞留在螺杆和喂料料仓内结块，在下次重新运行时，螺杆卡死。要解决上述问题要主要是更换螺杆来适应原料的变化，以及要采取有效措施控制原料的洁净度，和停机后及时做好清洁工作。
失重式喂料器常见问题及对策
失重式喂料器是一个较为复杂的过程控制系统，产生的问题故障主要有以下几种常见情况。
1. 没有正确安装失重式喂料器系统。平台结构单薄，喂料器原料进口、出口以及排气口软连接未正确安装，都会在日后失重式喂料器的运行埋下严重的隐患。因此，在未达到安装要求时，应及时整改，确保系统长期稳定运行打下坚实基础。
2. 称重系统异常。称重系统需要在没有外力的情况下才能稳定工作，因此，称重系统异常大多是受外力影响。有以下几种表现形式： 1) 称重平台机械故障，发生这种情况主要由于在维修或清洁失重喂料器时，没有安装安全装置导致称重平台遭受外力而损坏，因此在做上述工作时要按照操作规程操作，避免平台损坏；或者是原料卡在称重平台里，影响称重系统不稳定，因此要及时清理平台的原料；2) 软连接失效：软连接的材质大部分是采用硅胶制成，由于软连接一直与原料接触，特别是与一些腐蚀性原料接触时，会使得软连接变硬失去卸载外力的功能，要定期清洁或更换软连接；3) 排气系统堵塞，工作不顺畅。如果排气系统过于简单，只有小面积过滤器的话，特别在处理粉时，如果未及时清理的话，会导致过滤器堵塞，要定期清理过滤器或建立更好排气系统；4) 与喂料器连接的电线没有正确安装。由于在生产过程中，失重喂料器上马达或编码器的电线会不小心移动，导致称重系统受到干扰，要及时小心处理电线的位置。
以上所述仅是经常发生在失重式喂料器的问题及故障，导致失重喂料器不能正常工作的原因有很多，用户要仔细阅读操作规程，深入了解喂料器的结构原理，不断总结学习，减少设备运行故障。(end)
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(5/18/2011) |
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