沥青搅拌设备集料称量系统的改进

1、背景和目的
　　2005年1月1日开始实施的《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004，下称新规范)规定间歇式沥青拌和机矿料级配的允许偏差为：筛孔0.075mm为±2%，筛孔≤2.36mm为±5%，筛孔≥4.75mm为±6%。从目前国内使用的沥青拌和机来看。由于新规范要求的提高，早期的3000型系列沥青拌机在集料称量方面不能适应新的要求，后期的4000型系列沥青拌机已有所改进，但在系统稳定性和使用维护方面还不够理想。所以，对3000型系列沥青拌和机的集料称量系统进行改进以适应新规范要求，也可为4000型沥青搅拌设备称量系统的改进作参考。
　　2、早期3000型系列沥青拌和机集料称量系统的基本结构与存在问题

　　早期的3000型系列沥青拌和机集料称量系统基本结构如图1所示，在这种结构下，由于气缸关门过程和集料落到称量斗上都存在一定的延时，所以必须在未称到设定值之前提前一定的量关闭热料仓门，延时一定时问后再取称量结果值。早期3000型系列沥青拌和机的关仓提前值一般采用冲量自动修正法，根据上一次称量的关仓提前值和称量误差值调整下一次称量的关仓提前值，调整算式如下：
　　下一次称量关仓提前值=上一次称量提前值+上一次称量误差值
　　应用实践表明，一般间歇式沥青拌和机必须在大约30s时间内完成集料称量，为了在一定的时间内完成称量任务，热料仓门必须开得足够大。但是热料仓门开得越大，适应热料仓储料变化等不稳因素的能力就越差，特别是出现缺料等待、进料快慢变化较大等生产工况时，根据上一次称量误差调整的关仓提前值到下一次称量时工况已经变化很大而根本不能适用，系统稳定性很差，误差很大。
　　3、双气缸双电磁阀的双开度集料称量系统基本结构、算法和优势

　　双气缸双电磁阀的双开度集料称量系统机构示意图如图2所示，两条相同直径的气缸组成一组控制一个料仓门(如图3所示)，气缸行程根据料仓和集料的特性选择，匀由单独的二位五通电磁阀控制(如图4所示)。两条气缸全部打开时为大开度，一条气缸打开一条气缸关闭时为小开度，两条气缸全部关闭时料仓门关闭，称量流程如图5所示。这种系统先以大开度保证称量速度，再转为小开度保证称量精度和系统稳定，同时兼顾了称量速度、称量精度和系统稳定性的要求，系统对元器件要求不高，结构简单，维护容易。


　　4、双气缸双电磁阀的双开度集料称量系统应用效果
　　实际生产数据采样如表1所示，从记录数据可见4#料仓的关仓提前值多数处于等料状态的超低值，从第8条记录之后4#仓的料还出现时多时少的现象，这种情况同时影响3#仓的关仓提前值出现较大波动，记录的称量结果均比较稳定，误差在规范允许范围，说明这种结构对缺料等待、进料快慢变化较大等生产工况适应能力较强。

　　生产应用说明采用双气缸双电磁阀的双开度称量系统可以兼顾称量速度和称量精度的要求，而且系统稳定性好。
　　5、小结
　　从改进过程来看，单开度称量机构不能适应复杂多变的工况造成系统稳定性差是误差大的根本原因，双气缸双电磁阀的双开度集料称量系统从执行机构的结构和控制过程的算法两个方而提出了简单可行的改进方法，为解决困扰沥青搅拌设备称量配料系统的这一设计问题提供了新的思路。从改进后的应用来看，大小开度的转换值选择比较关键，开度转换值太大会影响称量速度，太小则可能没有大开度转小开度的过程变成了原来的单开度称量结构，目前改进后系统的开度转换值还是根据现场过程手动设定，进一步改进可考虑设计一定的算法自动修正。
　　从上述集料称量系统的改进经验，还可以比较容易理解填料和沥青称量的误差以及不稳定的原因。首先，填料称量螺旋输送器普遍采用如异步电动机，或异步电动机加蝶阀，或制动电机都存在较大误差和不稳定，原因是填料因受潮等原因造成传输不稳定导致最终停止称量的提前值无法适应。所以填料称量控制比较好的结构方式是：双速制动电机控制，或双速电机加高速蝶阀控制，或变频器加异步电动机控制。其次，沥青称量仍然存在不稳定的原因也是单开度称量造成的问题，解决方法可同样参考集料称量采用双气缸双电磁阀的双开度称量机构。
　　另外，上述结构可以为部分在用的4000型系列沥青搅拌设备称量系统的改进作参考。