喂料机精度的九大常见问题

喂料机精度是任何想控制散装固体材料流动性的塑料加工业者所担心的一件事情。本文通过对喂料机精度原理的介绍以及它们在现实工艺操作中应用的结合，试图来回答一些围绕喂料机精度方面的最常见问题，讨论的焦点仅限于单个的喂料机精度上。希望能够实现一个更实用和更全面的理解，并可用于形成关于连续喂料基础技术的工作常识。
 
第一个问题：如何定义喂料机精度？

为了充分定义喂料精度，有必要聊一聊喂料机性能的三个泾渭分明的方面：重复性、线性和稳定性。“重复性”可显示出喂料机的排料速率在给定工作点上的一致性，“线性”则评估喂料机在其整个工作范围内以所要求的平均速率放料的准确程度，而“稳定性”可判定性能随时间的漂移变化。

◆ 重复性
喂料精度是喂料机用户最熟悉的性能统计数据。它量化了放料速率一致性的短期水平。可重复性对质量保证很重要，因为它测量了卸料流的预期可变性，以及产品本身的预期可变性。
重复性测量是通过从排料流中提取一系列仔细计时的连续捕获样本，进行称重，然后计算样本重量的标称公差，表示为所采集样本的平均值的百分比。测量通常在喂料机的标称预期操作速率下完成。

◆ 线性
一般来讲，对重复性的统计根本无法展示喂料机是否提供了目标速率，重复性仅仅测量出流体速率的变化性。相反，正是对线性的统计，能显示出喂料机在整个操作范围内如何出色地提供所需的平均速率。完美的线性是由设定值和实际平均喂料速率之间的直线对应关系来表示的。

◆ 稳定性
如果一台性能完美的喂料机不能长期保持其性能，那么它就没有多少价值了。许多因素可能导致性能漂移，如喂料机类型、控制和称重系统的稳定性、材料的操作特性和可变性、喂料机的机械系统、维护和操作环境本身。

第二个问题：如何将工艺要求转化为喂料机精度标准？

首先通过分析质量标准和规范，来缩小喂料机相关性能和最终产品质量之间的差距。在这些分析数据的基础之上，喂料机精度的三个性能参数（可重复性、线性和稳定性）组合能确定适合的喂料机性能标准。

最终产品的配方标准通常是以产品所需成分的总和来表示的，而喂料机的性能是以各个流量来表示的。将工艺需求转换为喂料性能要求还必须包括对工艺时间量程的仔细考虑。例如，在塑料配混中，喂料机性能的时间量程可以被指定为在挤出机内发生混合的停留时间，在某些情况下短于7秒。

在这一短时间内，影响喂料精度的因素包括喂料机的选型和尺寸、称重分辨率、控制响应性和环境变化，如振动和冲击。例如，在给定的喂料速率下，小直径的喂料螺杆比大直径的喂料螺杆旋转得更快，最大限度地减少卸料流脉冲的影响。改用双螺杆也能使脉冲最小化。高分辨率的称重系统将更精细地识别重量变化，从而在短时间内执行更多的控制修正，从而提高短期性能。一个旨在抑制振动影响的称重系统将使信号受损最小化，使瞬间的喂料性能更高。
 
第三个问题：如何决定是选择体积式喂料机还是重力喂料机？

根据定义，重力喂料机以一种测量流体重量的方式，然后调整喂料机的输出，以达到和保持所需的设定值。同样根据定义，体积式喂料机不对流体进行称重。体积喂料机的操作方式是在单位时间内提供一定体积的材料，然后通过采样校准过程转化为基于重量的流速。

因此，体积式喂料机虽然简单且相对便宜，但因为不能检测或调整材料密度的变化，所以它们是开环设备。对于密度变化不显著的材料，体积式喂料机可以达到所要求的精度。然而，如果对精度的要求很高，那么许多材料的密度或流动特性变化很大，足以保证称重式喂料。大多数喂料机制造商都有资源来确定一种给定的材料是否能以所需的精度进行体积式喂料，或者是否需要一台称重式喂料机。

如上所述，因为体积式喂料机从卸料速率的角度来看是开环装置，所以载荷变化和喂料螺杆上的材料积累改变了每次旋转的体积，毫无征兆地抛弃了校准过程。重力式喂料机自动地根据这些条件来作出检测和调整。

随着自动化和工厂范围的集成变得越来越规范，数据捕获与通信也正成为许多工艺中越来越重要的考虑因素。称重式喂料机在这里占据着优势，它们实际测量流量，大多数喂料机制造商现在提供基于PC的通信接口，与PLC和其他工厂范围数据采集或监测系统兼容。

第四个问题：是什么因素决定了体积式螺杆喂料机的准确性？

如上所述，体积式喂料机通过在单位时间内输送一定体积的材料来工作。流速的改变是通过改变螺杆的速度来实现的。一系列的螺杆设计、尺寸和几何形状以及搅拌系统可用来优化对特定材料的加喂。

单螺杆喂料机

对于许多加料应用，高精度不是一个关键问题，也不需要直接的流量测量，那么体积式螺杆喂料机就代表着一种经济型解决方案。基本上，影响螺杆喂料机精度的因素有三个要素：每次螺杆旋转所传递容积的一致性、螺杆速度控制的准确性、材料密度的变化。

第五个问题： 失重式螺杆喂料机是如何工作的？

失重式螺杆喂料机这个概念很简单，但执行起来很有挑战性。失重喂料机由一个孤立于工艺的料斗和喂料机构成，从而使整个系统都可以连续称重。当喂料机排放物料时，系统重量降低。失重喂料机控制器调整喂料机速度，以产生等于给料速率设定值的减重速率。

由于其称重精度高，材料处理能力强，具有材料控制设计，以及能以极低的速率精确喂料，因此失重螺杆喂料已成为广泛的行业和应用领域首选的喂料方法。

第六个问题：什么时候应该选择称重带喂料机？关于其潜在性能需要了解哪些？

当喂入相对自由流动的材料时，称重带喂料机因其工作原理通常是一个不错的选择。称重带喂料机通过连续对短输送带上的物料进行，并控制输送带速度，以形成所需的排料流量。与通常必须加大物理尺寸以适应更高流量的大多数失重给料系统不同，称重带喂料系统可以在保持结构紧凑的同时实现高速率，只需通过将控制物料的几何形状与在更高的皮带速度下操作相组合即可。

称重带喂料机

影响称重带喂料机性能潜力的因素包括物料的一致性、称重系统的分辨率、响应性和环境敏感性，以及喂料机各种机械和电子系统的有效性。

第七个问题：在重力喂料机的应用中，如何尽量减少冲击和振动的影响？

貎似前面问题所描述的挑战还不够厉害，因此冲击和工厂环境振动对连续喂料机称重系统的影响值得单独对待。

乍一看，即使在工厂环境中尝试精确称重也是毫无结果的，因为振动是规则性的，偶尔的碰撞和摩擦也可以预期。然而，在这个智能机器的时代，传感器设计的创新和强大的实时信号处理技术增强了柔性连接和冲击支架等传统措施，即使在明显混乱的称重环境中，这些技术也能够可靠地获取有意义的数据。

先进的重量传感器技术旨在减少测量过程中的信号污染，与高度复杂的测量后处理技术相结合，以最大限度地减少环境冲击和振动传输到喂料机的的影响。

第八个问题：如何测量喂料机的精度？

无论是自动操作还是手动操作，精确的采样对于精确的性能测量都是至关重要的。今天，由于认识到采样精度的重要性，越来越多的加工厂家正在将采样过程自动化。自动采样消除了与人工采样相关的人为错误，如不一致的采样时间，并简化了数据处理过程。自动采样包括使用输出到电脑的精密秤。当喂料机向精密秤卸放物料时，软件控制着重量数据的获取。

科倍隆楷创公司唯一采用的采样程序叫作微分动态采样。这种高度精确的方法包括以每秒一次的频率来输出称重读数，并自动地计算逐次“微样本”之间的差异。然后，这些数值在期望的采样规模或周期里被汇总，形成一个单一的“宏样本”。重复此过程，直到得到所需的30个宏样本（用于重复性测量）或10个宏样本（用于线性测量）。

请注意，自动采样是在不到一分钟的时间量程内可靠地确定喂料精度的唯一方法。当采取短时间内的样本时，在样本时间上的人工误差成为一个巨大的因素，以致无法形成有意义的结果。

虽然自动采样是大势所趋，但在操作环境中校准喂料机时，仍经常使用人工采样。工具包括一块手表，两个容器，一个取样秤，一个记录保存工作表，和一个计算器。无论是线性测试还是可重复性测试，程序大同小异。

第九个问题： 最常见的喂料机故障排除和维护问题是什么？

假设喂料机的选择和设计正确，且上下游设备运行正常，那么大部分问题是由于安装不当、维护不足、操作和维护人员缺乏培训、工艺材料或操作条件和要求的变化。

因此，从一开始，只要通过确保适当的安装和对操作和维护人员的全面培训，就可以避免许多问题。特别是对于更复杂的喂料系统，外包安装服务就是针对潜在的高成本问题和开机延迟的廉价保险。

操作与保养培训不仅能使工厂人员熟悉设备本身，而且通过接触故障排除的方法和实践，它在提高解决问题的技能方面也是千金难买的。鉴于喂料机的设计和配置是为了处理特定速率范围内的特定材料，工艺材料或操作要求的变化也是意外问题的重要来源。在许多情况下，由于新材料的物理特性的细微差异，仅仅改变材料供应商就会导致喂料机问题。

而且，如果喂料机需要以超出其初始设计范围的速率运行，出现性能上的困难就不会令人意外。一些喂料机被设计成很容易在工厂中重新排列，如果有这种需要，那么这一点在购买时值得考虑。此外，如果工艺条件，如环境或材料温度，或振动水平发生显著变化，并注意到喂料机性能的变化，则应谨慎向制造商提出咨询。当然，并不是所有的问题都可以归因于上面所提出的原因。除了喂料机部件的机械或电子故障外，喂料机的工作原理本身也存在一些问题。由于体积式、失重式和称重带喂料机遵循不同的喂料原则，因此每一种将被分别对待。

总结

今天，错误配方、浪费材料和次品废品的代价过于昂贵，我们要想办法做出预防。确保喂料机的准确性是防止这些工艺缺陷的关键所在，逐步熟悉喂料机原理和实用知识就迈出了很好的第一步。但是，针对在喂料上的问题，用户还需要什么来确保一个正确、可靠和经济有效的解决方案呢？

答案在于选择优质的供应商，并尽可能充分地利用购买前后能得到的支持性服务。仔细审查供应商，收集参考资料，并与现有客户交谈。评估供应商的经验、应用专业知识和系统工程方面的能力。了解供应商的测评程序、服务和备件程序。

简而言之，在采购过程的早期就进行沟通和调查，所投入的时间和精力一定会在未来几年带来可观的回报。

作者：冯大勇

来源：荣格-《国际塑料商情》

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