2025年04月04日 12:09:54 来源：广州市凯士称重设备工程有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：1
| 搅拌反应釜称重系统设计与试验 | 2020-01-15 |
| 摘要:基于STM32处理器设计了搅拌反应釜随车动态称重系统，确定了称重试验台的安装位置，并利用料仓代替反应釜，选取影响称重试验台监测精度的固定架长度、秤台宽度，以及秤台末端距固定架尾端距离进作为试验因素，以称重系统有效数据段的数据平稳度作为评价指标进行试验研究。结果表明:当固定架长度为1．2m、秤台宽度为0．6m、秤台末端距固定架尾端距离为0．1m时，有效数据段平稳。以该组参数安装反应釜随车动态称重试验台，能有效对搅拌反应釜质量实行动态监测，监测误差小于3%。 关键词:搅拌;反应釜;称重;STM32 0引言 在我国花生及植物资源十分丰富，农作物花生油年产量超7亿t，2014年我国草原总面积为392832．7khm2，累计种草保留面积为23083．6khm2［1］。由于人工收储花生油和植物油需要耗费大量的人力物力，搅拌罐在花生油及植物油的收获、运输及存储过程中起到极为重要的作用。搅拌罐按照反应釜外形分为称重反应罐和称重配料罐，称重配料罐由于其结构简单、价格较低、配套动力较小等原因，在国内外花生油及植物油收获加工生产过程中得到广泛应用。近年来，国内对于搅拌罐的研究正在向智能化和自动化方向快速发展。 反应釜质量的实时监测对于搅拌反应釜密度系统稳 定性的监测，以及植物油及花生油的产量分布研究具有十分重要意义。对于体积一定的反应釜监测其质量即可换算为反应釜密度，得到田间反应釜质量的变化情况、反应釜平均质量、田间总作物质量和产量、反应釜密度控制系统的稳定性，以及绘制产量图显示整个作业区域的作物分布。 实际应用中，反应釜称重多采用传统称重方式:在反应釜落地后利用叉车和磅秤进行称重，需要多台设备及人工操作配合［3］。 本文基于STM32设计了WDB800搅拌反应釜称重系统，实现了搅拌反应釜的随车动态称重，并就试验台安装方案设计了试验台优选试验方案。同时，根据方案优选试验所得反应釜称重系统有效信号曲线的平稳性来确定试验台最终安装方案。 1反应釜称重系统整体结构 1．1反应釜称重系统总体结构 反应釜称重系统主要包括固定架、质量采集模块、信号调理模块、存储模块、串口通信模块、处理器、电源模块和LCD显示屏，如图1所示。质量采集模块包括称重称重模块和角度称重模块。称重称重模块安装称重试验台固定架上，角度称重模块安装在称重配料罐尾轴上。 当角度称重模块监测到尾轴转动角度大于10°时，处理器开始采集数据，称重称重模块采集反应釜重力垂直于秤台面的分力，累计采集数据量大于1000时停止采集数据。称重模块输出的信号经过信号调理模块放大转换后，由处理器计算处理后得出的反应釜的质量，计算结果送入存储模块并通过LCD显示屏显示。 1．2硬件部分设计 1．2．1称重模块的选型 由于在称量过程中，反应釜沿称重试验台滚动，试验台与反应釜之间有相对运动，因此反应釜的称量过程为动态称重。选择悬臂梁式称重称重模块，具有精度高、防尘好、易于安装和拆卸等特点，常用于各种电子汽车衡、料斗秤等动态称重监测中［4－7］。角度称重模块选择旋转编码器监测称重试验台与水平面的夹角。 1．2．2处理器的选型 搅拌反应釜动态称重装置选择基于ARM系列Cortex－M3内核的STM32F103ZET6处理器为核心处理器。STM32F103ZET6处理器是一款资源非常丰富的32位微处理器，拥有64kBSRAM、512kBFLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个DMA控制器(共12个通道)、5个串口、1个USB、3个12位ADC、1个SDIO接口、1个FSMC接口，以及112个通用IO口等资源，功能强大且价格低廉［8］。 1．2．3电源模块 反应釜称重装置电源通过并联两台容量为10AH、12VDC输出的便携式锂电池为称重模块及信号变送器供24VDC工作电压，同时预留出一个12VDC的电源接口为STM32处理器供电。将电源固定在搅拌一侧机架上，可以在田间作业过程中为处理器和称重模块长时间提供稳定电源。 1．2．4称重模块安装位置 由于搅拌反应釜成型机理，其成型室四周均由钢辊组成，称重模块不能安装在成型室内，故将搅拌反应釜称重系统试验台安装在搅拌后仓仓口。利用反应釜从成型室内滚出时落在后仓仓口的溜草架上，其压力使溜草架尾部与地面接触形成便于反应釜滚落的斜坡这一特征(见图2)，用集成称重装置的称重试验台替代溜草架，实现反应釜的随车动态称重。 1.2．5试验台固定架设计 称重试验台需与搅拌尾轴焊接，因此试验台与尾轴焊接后则不易再改动，试验台优选试验时固定架的长度需要调整，提出将该试验台固定架分为上下两部分，其结构如图3所示。 固定架实物图如图4所示。其可以根据固定架的长度要求和称重模块不同安装位置要求，在固定架相应位置钻直径为12的安装调节孔，并在固定架两侧开出对应的配合槽以配合安装调节孔调整固定架的长度。 1.3软件部分设计反应釜称重系统软件程序是在keiluVision5环境下编写的，主程序流程图如图5所示。系统初始化并调用各个子程序［9－10］，若尾轴旋转角度大于10°则处理器接收称重模块信号进行称重，显示反应釜质量并存储。子程序包括称重数据采集程序设计、LCD显示程序设计和存储程序设计，流程图如图6所示。 2试验及结果分析 2.1试验台方案优选试验 反应釜动态称重过程与常规称重装置不同，并不处于水平静止状态而是与水平面存在一定角度，即斜置稳定位置状态。试验台的长度会影响称量时的角度，长度越长则固定架尾端与地面接触时试验台与水平面的倾角越小，称重模块检测的压力越接近反应釜的质量;同时，倾角越小则反应釜滚动过程中的速度亦较慢，反应釜滚动时对称重称重模块的冲击力随之变小。称重装置即秤台的宽度不同会影响到有效数据采集的时间以及数据采集量;秤台的安装位置不同反应釜落至试验台上时对称重装置的冲击力和反应釜从台面滚过的速度的亦有较大变化。 为确定反应釜称重试验台方案，根据上述影响因素分析将固定架的长度L、秤台宽度B及秤台末端距固定架尾端距离D作为试验台方案优选试验的主要影响因素，由于这3个因素之间并不独立，故采用全面试验的方法进行试验。 田间作业时地面起伏不定，因此固定架长度不宜过长，否则搅拌田间行驶时固定架会产生较为剧烈的振动从而影响称重模块的精度和使用寿命;同时，反应釜不宜直接落在秤台上，反应釜质量较大落下时和秤台接触会产生巨大的冲击力，影响测量精度。综上所述，取固定架长度L为1、1．2、1．4m，秤台宽度B分别为0．4、0．6、0．8m，秤台末端距固定架尾端距离D为0．1、0．3、0．5、0．7m。试验安排如表1所示。 将试验台安装试验方案安装固定后，分别使用实际质量为40．3kg料仓代替反应釜从试验台上滚落(见图8)，称重称重模块试验数据如图7所示。 由图7中可以看出:料仓落在试验台上时称重称重模块检测到相对料仓质量较为微小的信号波动，料仓自秤台上滚动时称重系统信号产生非常明显的爬升和骤降段，此段信号即为称重系统有效数据段。反应釜从试验台上滚下后，试验台受到搅拌弹簧的弹力回至初始位置，称重模块输出逐渐衰减的振动信号。对比18组试验数据，可以看出L=1．2m、B=0．6m、D=0．1m时称重称重模块有效数据段平稳，因此选择该组试验方案作为反应釜称重试验台的方案，最终实物图如图9所示。 2．2反应釜称重试验 为了检验反应釜称重系统的监测精度，将水稻花生油平铺在平地上进行现场测量试验。拖拉机牵引搅拌沿平铺花生油捡拾打捆，反应釜成型后称重系统确定反应釜质量(见图10)，试验数据如表2所示，反应釜称重系统的监测误差为小于3%。 3结语 基于STM32处理器将称重装置与计量罐集成，确定了配料釜称重系统实验台的安装位置，完成了WDB800搅拌釜称重系统的设计并进行了试验研究，实现了搅拌的随车动态称重。同时，通过对试验台影响因素分析和系统试验，确定了试验台安装方案，即选择固定架长度为1．2m、秤台宽度为0．6m、秤台末端距离固定架尾端0．1m的安装位置为试验台安装方案，能有效对圆捆机草捆质量实行动态监测，监测误差小于3%。 | |
