CN101678973A - 从料斗及其类似物中排放材料的装置 - Google Patents

Abstract

一种最佳排放料斗中的大量干料的装置，包括向料斗提供振动激励的装置，所述激励装置包括随时确定料斗及其材料的共振频率后自动、连续改变该振动激励的频率、把该振动激励的频率保持在料斗及其材料的共振频率上或接近共振频率的装置。

Description

从料斗及其类似物中排放材料的装置

本发明涉及从统称为料斗的料斗、粮仓或其类似物中的材料的排放。

谷物种植者必须排空其粮仓，这不仅是因为避免其中的谷物的浪费，而且是因为残留的谷物会招来昆虫和害虫，这些昆虫和害虫在下一季收获和储藏谷物时会侵蚀谷物。谷物经销商发现谷物中有害虫就会拒收谷物，因此农夫必须防治谷物害虫。

农庄当前使用的许多谷物料斗的底部非常浅，从而很难清除最后几百公斤的谷物。因此农夫常常敲击料斗以使谷物流动，而这会造成料斗机械损坏。

有时农夫会钻进料斗清除谷物，但这极危险；钻进料斗的人会受到伤害，特别是，如果排放料斗中材料的螺旋输送机正在运转。

此外，大量干料如谷物、混合物、化学品、药物、肥料等从装得很满或装得不满的料斗排放时，即使料斗的形状最适合于排放，但由于材料形成一弧度，出口上方材料中常常会出现真空，因此材料停止流动。在某些场合，材料在料斗中央排出，料斗四壁处的材料在料斗的圆锥形底部上向下滑动，从而滞留在圆锥形底部上。

为解决该问题，农夫通常使用料斗晃动器，但料斗晃动器有如下缺点：

这类装置通常工作在单一频率下，即市电频率(50或60Hz)，这对大多数料斗结构来说远非是最佳频率。这些晃动器因此多数是无效的，因为它们提供的能量受到料斗结构的限制而不是用来抖动料斗内的固体颗粒。

现有料斗晃动器不是移动式的，它们用市电驱动。

还有一些系统，包括本发明人之一James Francis McDiarmid的澳大利亚专利申请No.2004201408的系统，该系统提供一种一般在料斗出口处与料斗接触的振动装置，从而使得料斗发生通常为声波频率的振动。

这类装置的有效性随料斗中的材料、料斗中材料的数量和所选频率而改变。

本发明的目的是提供上述系统的一种变种，使得料斗中的材料的排放比原先更有效。

本发明包括一种最佳排放料斗中的大量干料的装置，包括向料斗提供振动激励的装置，所述激励装置包括随时确定料斗及其材料的共振频率后自动、连续改变该振动激励的频率、把振动激励的频率保持在料斗及其材料的共振频率上或接近振动频率的装置。

应该看到，不管料斗中材料的状态如何，上述的频率改变可确保振动的最佳传送和料斗中材料的最有效抖动。

最好是，料斗达到共振频率时，该装置修正振动振幅，使得装置运转状态和料斗材料的流动最佳。

该装置包括一测量该装置和料斗的振动的加速度计，起先变动振动频率，直到加速度计示出最佳振动，然后在该位置左右变动该频率以保持最佳振动，尽管料斗振动的共振频率随其材料和材料在料斗中所处部位而改变。

振动的初始频率视料斗的一般特性而定可从下限或上限开始，然后向上或向下变动，直到达到共振频率。工作中，该频率可在该最佳频率上下在预定频率范围内自动变动，使得该装置工作在最佳激励频率上。

最好是，本发明装置与料斗的圆锥形底部相连，从而在会发生堵塞的部位提供最佳激励。

为更好理解本发明，下面结合附图说明本发明一种特别应用场合，该附图与名称为“Hopper Emptying Device”的在先的澳大利亚专利申请No.2004201408说明书中的附图相同，只是表示出该装置的一种可能布局。

参见附图，一料斗1包括一圆柱形顶部2和一圆锥形底部3。圆锥形底部3有一排放区4。正常情况下，料斗中的材料流到排放区后流入料斗4正下方的螺旋输送机(未示出)。但是由于材料5压实在圆锥形底部3中和/或料斗底部3的坡度不够，因此材料会在料斗内滞留，倚在底壁3上而不流动。

为了排出料斗壁3上的材料5，在该实施例中，把该移动式装置10装到料斗壁3上。振动装置6包括一接触料斗壁3的安装板7。安装板7最好用该板内的电磁铁固定在料斗壁上。电磁铁可由一移动式电源如车辆8中干电池的12或24V直流电供电。该电源与一开关9连接，开关合上时，电流流过板7中的电磁铁。电磁铁的使用便于振动装置6从料斗的圆锥形底部装入和卸下。

下面详细说明也由移动式电源如12或24V直流干电池供电的振动装置10。尽管在该附图中电源为车辆上的直流电源，但也可使用任何其它直流或交流电源。

本发明装置包括一受微处理器控制的装置，该装置促使用来储存大量干料的料斗或与料斗类似结构的排放。

该装置的原理是向该结构提供合适的振动激励，造成材料抖动，从而促使材料流动。该装置满足各式各样工业的需要，这些工业依赖于有效处置颗粒状干料，例如但不局限于在食品加工、制药、化学品制造、谷物储存和货运中的使用。

该装置的工作原理是每一种结构在一定自然频率上发生特有的共振。

如应用于料斗，在共振状态下，该结构会以最佳大小振动，从而使得颗粒材料界面抖动。这一抖动与重力协同促使材料向下流动。对该装置的主要要求是，控制振动装置的频率和振幅，使得在料斗的整个排空过程中把料斗或与料斗类似结构保持在最佳共振状态下。

该装置包括一装在该振动发生器上或旁的加速度计。一旦工作，该控制器生成开动与料斗连接的振动器的低电平、低频率电信号。用该加速度计连续监控所造成的料斗的振动。逐渐提高该振动频率，自动调节振动振幅把料斗或与料斗类似结构上的振动保持在最佳大小上。

用测得的振动大小确定是否达到共振或接近共振状态。一旦达到共振或接近共振状态，振动振幅提高到使得大量材料或干料流动所需的大小。材料排放过程中料斗或与料斗类似结构的自然频率会变动。为适合这一情况，本发明装置积极主动搜索该新的共振频率，从而连续改变激励频率，从而在整个过程中保持真正共振，使得排放过程最佳。

由于该控制器使得该系统工作在最佳共振频率上，因此所使用振动器可比当前用来产生相同结果的振动器小。该装置全自动地适合于颗粒材料种类和数量、料斗类型和环境条件的变动。

该装置用来控制能在料斗或与料斗类似结构中生成各式各样振动特征、频率和振幅的振动激励器。

该装置能同时控制料斗或与料斗类似结构各部位上的多个激励器和传感器。

为了更详细的说明该原理，该控制器的任务有：

1、它产生一激励与料斗连接的振动器的恒定振幅低电平电信号。用该加速度计监控所生成的料斗振动的同时在两预定频率之间逐渐变动(正弦波扫描)该振动频率。

2、所得振动振幅作为激励频率的函数存储在控制器的存储器中。

3、控制器检测相当于最大振动响应振幅(共振频率)的频率后在该频率上生成一全电平信号。这已证明可造成大量干料流动。

4、该控制器还在与主(中央)频率成比例的两预定限值之间调制该激励信号的频率，以确保计及该结构的自然频率的微小偏移。这持续了一预定时间(例如1分钟)。

5、根据上一个共振频率生成一组新频率后，在与料斗的动态行为一致的预定频率范围上进行新正弦波扫描(步骤1)。

6、连续重复步骤1-5以确保在料斗或与料斗类似结构上保持最佳大小的振动。

该控制软件为全自动，设计成反复寻找该结构的最高振幅共振频率后，用预定频率调制方式(任选)暂定在该频率上预定时间。用该扫描-正弦波方法确立共振频率，使用该方法，测量该结构的频率响应的同时使得该结构发生频率连续变动的正弦波振动。最厉害的共振频率相当于最大响应振幅。该结构然后在共振频率(可对共振频率进行频率调制以确保包括共振频率上下的频率区间)下振动。这持续了一预定周期后，使用减小的带宽正弦波扫描再次测量结构的共振频率。这可确保激励频率总是等于随着材料排放会变动的该结构的实际共振频率。连续反复该过程直到系统停止工作。

该软件用控制器的声频输出信道发射激励信号，用控制器的输入(线路输入)信道接收加速度计信号。

确定控制器功能的配置参数如下：

·正弦扫描的最小频率(Hz)。相当于该结构的预期最低共振频率的一部分

·正弦扫描的最大频率(Hz)。相当于该结构的预期最高共振频率

·初始扫描时间(秒)。初始扫描整个频率范围的时间

·扫描后稳定时间(秒)。扫描完成后扫描熄灭时间

·暂定振荡的带宽(％)。作为激励频率一部分的频率调制范围

·暂定振荡的时间(秒)。频率调制速率

·暂定时间(秒)。采取新正弦波扫描更新结构的共振频率前的共振激励时间

·周期数。可设定为无限或系统自动停止前的预定周期数。

·连续扫描的频率下限(共振频率的百分比)。共振频率更新的频率扫描下限。

·连续扫描的频率上限(共振频率的百分比)。共振频率更新的频率扫描上限。

·连续扫描时间(秒)。扫描整个频率范围的时间。

·共振搜索点。该频率范围上离散频率值的数目。

·正弦波扫描的衰减因子。相当于扫描正弦波振动的振幅。

·暂定的衰减因子。相当于该共振激励振动的振幅。

该系统配置成操作系统启动顺序一旦完成该控制软件即自动开始工作。该软件装在控制器的也启动该系统的操作系统的RAM中。

由于该控制器使得该系统工作在最佳共振频率上，因此所使用的振动器可比当前用来产生相同结果的振动器小。

应该看到，该装置全自动地适合于颗粒材料种类和数量、料斗类型和环境条件的变动。

此外，该系统为移动式，能从一料斗移动到另一料斗，由于搜索共振频率后不断检查所用频率是否为最佳频率，因此从一料斗移动到另一料斗时不用花时间设置或校准。

尽管以上说明了本发明装置一种特别形式及其某些可能的变种，但应指出，这些只是示例性的，其外形、与料斗和振动测量操作的连接方法可在本发明范围内作出种种改动。

例如，确定共振频率的方法不必使用正弦波扫描而可使用其它方法及其算法。如所公知，所使用的操作系统和其它细节也可改动。

Claims (13)

1、一种最佳排放料斗中的大量干料的装置，包括向料斗提供振动激励的装置，所述激励装置包括随时确定料斗及其材料的共振频率后自动、连续改变该振动激励的频率、把该振动激励的频率保持在料斗及其材料的共振频率上或接近共振频率的装置。

2、按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述频率的变动确保传送最大振动和料斗的容纳物的最有效抖动。

3、按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，达到共振频率时，修正振动振幅，使得该装置工作状态最佳。

4、按权利要求1-3中任一权利要求所述的装置，包括一测量该装置和料斗的振动的加速度计，起先变动振动频率，直到加速度计示出最佳振动，然后在该位置左右变动该频率以保持最佳振动，尽管料斗的共振频率随其材料和材料在料斗中所处部位而改变。

5、按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，从一低频向上提高振动频率，直到加速度计表明已达到共振，此时围绕该结构的共振频率振动。

6、按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，用该加速度计监控所生成的振动的同时在两预定频率之间初始变动振动频率，把振动振幅作为激励频率的函数存储在一存储器中，然后确定最大激励的位置即共振频率后加到振动器上。

7、按权利要求6所述的装置，其特征在于，发现最大激励的频率后围绕该频率连续变动该振动频率，如发现共振频率有任何变动把该频率用作当前频率，围绕该频率进行振动。

8、按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，确定共振频率时用最佳电力保持激励。

9、按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，确定共振频率和再次估计共振频率时使用正弦波扫描。

10、按权利要求5-9中任一权利要求所述的装置，其特征在于，用一控制器自动控制该装置的运行，该自动运行包括变动激励装置的频率的同时通过监控加速度计输出初次确定共振频率，一旦确定就修正共振频率的变动，使得激励装置工作在所述变动的频率上，直到检测到共振频率的进一步变动。

11、按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置位于料斗圆锥形底部上或旁，在靠近可能发生堵塞的部位提供最佳激励。

12、按权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述激励装置可不止一个。

13、按上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置为移动式，可从一料斗移动到另一料斗，所述控制装置自动确定当前料斗的共振频率，从而最佳排放料斗中材料。

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