CN110088016A - 振动进料器和用于调节振动进料器的振动驱动器的方法 - Google Patents

Abstract

振动输送机包括具有振动驱动器（10）的驱动单元（4）、支撑组件（5）和用于振动驱动器（10）的控制装置（26），所述支撑组件（5）具有用于待输送的材料的输送机元件。驱动单元（10）配备有加速度传感器（27），加速度传感器（27）在振动输送机（25）操作时检测驱动单元（4）的当前加速度，并且控制装置（26）设计成使用加速度传感器（26）的当前加速度信号来产生用于振动驱动器（10）的控制变量，使得支撑组件（5）基本上在其共振频率（fres）处振动，从而允许检测振动输送机（25）的驱动单元（4）在操作期间的加速度并且由此产生用于振动驱动器（10）的控制变量，使得振动输送机（25）的支撑组件（5）更接近其共振频率（fres）地振动或者再次向着其共振频率（fres）返回。支撑组件（4）的振幅和关联的质量流ṁ可以借助于根据本发明的控制装置（28）调节到目标值。

Description

振动进料器和用于调节振动进料器的振动驱动器的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于调节振动进料器的振动运动的方法，以及根据权利要求6的前序部分的振动进料器。

技术背景

这种类型的振动进料器被用于许多工业行业中，用于各种各样的材料，只要这些材料能够全部通过振动进料器输送。散状材料被置放在进料元件（通常是进料器托盘）上，进料元件然后执行具有对应的返回-振动的循环向前/向上运动——由此材料的各个颗粒被以投掷角度向前且同时略微向上地投掷。进料元件在往回落下的颗粒再次回到静置于其上之前执行返回，使得在实施下一向前/向上运动时，颗粒被更进一步输送。

振动进料器相应地包括振动载体装置，用于位于其上的可更换进料元件并且根据材料和其他标准设计，其中，通过驱动单元使载体装置根据期望振动。由于该振动运动，振动进料器的驱动单元也振动（反作用力），这由于驱动单元被安装在基座上而被允许，因为否则将产生相当大的噪声，并且会影响邻近的机器和设备。

特别地，在生产线中使用的振动进料器必须在若干方面满足严格的要求。这尤其涉及对爆炸的防护（例如，在欧洲，根据欧盟的ATEX指南）和电磁兼容性（例如，在欧洲，根据EMV——欧盟的指南）。爆炸防护和电磁兼容性经常导致相当大的支出，因为用于振动进料器的控制装置或控制器经常包含在生产线的中央控制器中，并且因此可以远离振动进料器多达300 ṁ，这意味着相应的电缆连接是必需的，这要求在爆炸防护和电磁兼容性方面的昂贵设计。由于振动进料器通常包括以磁性方式运行的振动驱动器，并且经常还包括用于振动进料器的电磁路径检测器以用于调节正被输送的量或者流过振动进料器的进料元件的质量流ṁ，所以爆炸防护和电磁兼容性是不容低估的主题，其包括关于振动进料器自身的结构。

发明内容

因此，本发明的目的是改进所提及的种类的振动进料器。

为此目的，操作根据权利要求1的描述的特征的振动进料器，其中，根据本发明配置的振动进料器包括权利要求6的描述的特征。

由于驱动单元的加速度被用作用于振动驱动器的调节变量的事实，因此可以利用简单的传感器来实施调节，爆炸防护和电磁兼容性与此无关。由于加速度传感器被布置在载体装置上（即，在振动进料器自身上）的事实，因此可以以小量的支出在振动进料器自身上局部地确保爆炸防护和电磁兼容性。除了所列举的要求以外，不需要相对昂贵的传感器用于载体装置的振动运动。此外，独立于上述优点，由于对载体装置的加速度的检测而获得对质量流ṁ的改进的、特别精确的调节。

另外的优选实施例包括从属权利要求的特征。

附图说明

现将参考附图详细地解释本发明。原则上，附图中相同的物品利用相同的附图标记标注，在附图中：

图1示出了根据现有技术的振动进料器的示意图，

图2示出了根据本发明的振动进料器的优选实施例的示意图，

图3示出了根据本发明的用于第一调节循环的流程图，以及

图4示出了根据本发明的用于第二调节循环的流程图。

具体实施方式

作为示例，图1示意性地示出了根据现有技术的振动进料器1，其经由支承装置（在该情况下是弹性的足部或者支撑件3a、3b）安装在基座2上。可见的是：用于载体装置5的驱动单元4，载体装置5进而具有进料元件，此处进料元件配置为布置在载体装置5上的进料器托盘6，进料器托盘6经由填充通道7在其后端8a处加载散状材料9（例如，谷物、医药产品、塑料颗粒以及各种各样类型的粉末或者各种各样类型的金属材料等）。由于载体装置5的振动运动，进料器托盘6也振动，使得在进料器托盘6的前端8b处从振动进料器1排出散状材料9。

驱动单元4包括振动驱动器10，振动驱动器10在所示出的实施例中配置为承载交变电流的线圈，其在操作中形成周期性磁场并因此作用在磁体11上，磁体11进而布置在片簧12a上。片簧12a和12b形成用于载体装置5的驱动杆，其考虑到投掷角度而略微倾斜并且被设置为由双箭头13a、b指示的振动运动，使得载体装置5由于相对于驱动单元4的底板13的循环平行移动而执行振动振荡，该振动振荡产生所输送的材料或散状材料9沿进料的进料器方向14的质量流ṁ。

在附图中示出的另一物品是用于载体装置4的振动振荡的振幅的传感器16，振幅是对散状材料9的由振动振荡产生的质量流ṁ的量度。传感器16包括固定到驱动单元4的线圈装置17，其中，提供在载体装置5上的磁棒18突伸到线圈装置的开口中，其中，在振动进料器1的操作中，磁棒18的振动振荡在线圈装置17中感生电压，该电压能够用于以已知的方式计算载体装置5的路径或实际位置。

在传感器中检测的载体装置5的移动经由线路19通信给布置在基座2上的控制器20，控制器经由馈送线路21为振动驱动器10供应交变电流，使得载体装置5的实际振动振荡尽可能保持在针对相应的进料操作设置的各个值的范围内。优选的是：振动驱动器10、传感器16和线路19、20被屏蔽以便防爆炸且电磁兼容，并且控制器20被设置在同一位置处作为线路控制器。

如果载体装置5不是刚性地固定到基座2（这通常是如上文提及的情况），则其同样由于被驱动的载体装置5的反作用力而振动并且以与之相反的意义振动。因此，传感器仅检测驱动单元4与载体装置5之间的相对移动，而不检测相对于基座2的移动，该移动对于质量流ṁ而言不是决定性的。因此，估计的校正因子必须被用于在操作中检测的载体装置5的振动振荡，作为其结果，对质量流ṁ的调节仅可以是近似的，即使驱动单元4的质量m_A例如通过负重而与载体装置5的质量相比保持为大使得所得到的驱动单元4的（反向）振荡的振幅相对为小。

上文参考图1描述的结构（包括变型）原则上对于专家来说是已知的。

总而言之，图1示出了振动进料器1，其具有包括振动驱动器10的驱动单元4、包括用于待输送的材料9的进料元件6的载体装置5并且具有用于振动驱动器10的外部控制器20。

如开始所提及的，这种类型的振动进料器具有的缺点是：调节它们是昂贵的，一方面由于需要通过检测载体装置5的真实移动来精确调节质量流ṁ自身，并且另一方面由于用于爆炸防护和电磁兼容性的支出，尤其是考虑到对控制器20的必需的电缆布置。

图2示意性地示出了根据本发明的振动进料器25，其中，用于振动进料器25的控制器26附接到其振动驱动器10，其中，控制器26配备有加速度传感器27。还示出了用于爆炸防护和电磁兼容性目的的封装28，封装28围封振动驱动器10、控制器26和加速度传感器27。振动驱动器10设置有到外部电压源的馈送线路29，出于清楚的原因，在附图中未示出外部电压源。

优选地，加速度传感器27牢固地附接到控制器26，控制器26进而固定到振动驱动器10，振动驱动器10就其自身而言刚性地连接到底板13（或者仅仅连接到驱动单元4）。

当处于操作中时，振动驱动器10产生载体装置5的驱动振荡（具有驱动器频率）。在附图中所示出的实施例中，磁体11经由示意性绘出的保持器11’直接布置在载体装置5上，其中，于是与现在一样，载体装置5与驱动单元4之间的相对运动由弹簧-弹性片簧12a、12b确定。

载体装置5因此执行具有振动运动的振幅A_T的振动振荡，其产生质量流ṁ。载体装置5由振动振荡产生的反作用力进而产生驱动单元4的振荡，即，驱动单元4由于作用在其上的反作用力而执行的振荡。驱动单元4的振荡具有与振动振荡相同的频率，但是振幅A_A不同。

加速度传感器27现检测驱动单元4的振荡，并且将相应的（实际）加速度信号优选地连续地发送给控制器26。这由用于实时启动振动驱动器10的控制器26处理，即，控制器26产生用于振动驱动器10的调节变量S，其中，控制器26还被配置成经由调节变量S启动振动驱动器10，使得载体装置5在其共振频率f_res内振荡或振动。

结果是，加速度传感器27被布置在驱动单元4上，使得，当振动进料器25处于操作中时，加速度传感器27检测驱动单元4的实际加速度，并且控制器26配置成使用加速度传感器27的实际加速度信号来产生用于振动驱动器10的调节变量S，使得载体装置5基本上在其共振频率f_res内振动。

在所示出实施例中，驱动单元4包括用于载体装置5的弹簧-弹性配置的驱动杆，经由驱动杆，载体装置5安装在驱动单元4上。优选地，驱动杆配置为片簧12a、12b。

如果，如在图2中所示出的，在优选实施例中，控制器26布置在驱动单元4上并且加速度传感器27布置在控制器26上，则有利地形成紧凑的布置，该布置能够在驱动单元4上设置在合适的位置处，尤其优选地设置在用于振动驱动器10（或者其线圈）的封装28中，其中，于是最优选地，封装28在爆炸遏制方面是有效的并且在电磁兼容性方面被屏蔽。这由如下事实支持：由于本发明的控制器26，其具有布置在其上的加速度传感器27，因此振动进料器25可以利用48V的供应电压和1A的电流强度来操作。

利用在附图中未示出的根据本发明的实施例，在多于一个驱动杆上提供振动驱动器。此外，如果振动驱动器以不同方式起作用（例如，在任何一时间处仅沿一个方向并且然后沿相反的方向），则这也是本发明的一部分。利用这种类型的配置，在功率消耗为4瓦的情况下，能够实现多达近似5000 kg/h的进料输出。

图3示出控制器26的第一调节循环的流程图，以便在如通过本发明说明的振动驱动器10的帮助下使被加载的载体装置5连同其填充的进料器托盘6在其共振频率f_res的范围内操作。在操作中，振动装置10在共振频率f_res中（或者在其范围内）的能量消耗最小，即，振动进料器25的效率处于其最大值。载体装置5的共振频率f_res尤其取决于其实际质量m_{ist T}，即，在操作中针对实际进料要求选择的进料元件（进料器托盘6的设计）和利用散状材料9的填充，因为出于若干原因，该填充在进料过程期间不保持可靠地稳定，但是可以在一定程度上连续改变。

第一调节循环以步骤40开始，此时振动进料器接通，即，切换到“在共振频率范围中操作”模式。在接下来的步骤41中，控制器26从关联存储器加载用于振动驱动器10的驱动频率的预定值，此处是开始频率f_开始，开始频率f_开始被选择成使得载体装置5的所得到的振动振荡位于尽可能接近其共振频率f_res。相应地，控制器26将具有开始频率f_开始的相应的交变电压施加给振动驱动器10。（开始频率f_开始当然也是施加给振动驱动器10的交变电压的实际频率f_ist）。专家可以例如通过载体装置5的假定的平均质量（驱动单元4的质量是已知的）将开始频率f_开始编程为固定值，或者替代地，这可以由操作者例如依据当前使用的进料器托盘6（图2）而在开始之前输入。

在步骤42中，控制器26从加速度传感器27的加速度信号确定驱动单元4的实际振动。

在步骤43中，控制器26将实际振动单元4的相位ϕ_驱动与施加给振动驱动器10的交变电压的相位ϕ_电压进行比较。如果驱动单元4和实际交变电压的实际振动不同相，则载体装置5在其共振频率之外操作（参见下文的描述），因此在步骤44中确定驱动单元的振荡的交变电压是超前的（ϕ_驱动>ϕ_电压）或是落后的（ϕ_驱动<ϕ_电压）。

如果ϕ_驱动>ϕ_电压，则该过程跳到步骤45，其中，实际驱动频率（此处是施加给振动驱动器10的交变电压的频率f_ist）减小一步（参见下文中的描述）。该步的大小在实际情况下由专家确定，并且尤其取决于所使用的振动进料器的调节模型。替代地，该步的大小可以由操作人员输入。

如果ϕ_驱动<ϕ_电压，则该过程跳到步骤46，在步骤46处，实际驱动频率（即此处是施加给振动驱动器10的交变电压的频率f_ist）增大一步。该步的大小在实际情况下同样由专家确定，或者可以由操作人员输入。

在步骤45、46中被更改的频率是新的实际驱动频率f_ist，使得在跳回到步骤42之后，可以从加速度传感器的加速度信号确定驱动单元4的对应地新的实际振荡。

当执行步骤42至46时，在振动进料器处于操作中的同时，相移△ϕ总是在ϕ_驱动-ϕ_电压之间迭代地减小，直到在步骤43中该过程跳到步骤47为止，在此之后，第一调节循环继续或者中止（在步骤48中停止）。

上文描述的过程基于如下模型：振动驱动器10由于协调的交变电压而产生载体装置5的协调的振动振荡，其中，交变电压超前在振动驱动器10的线圈中感生的交变电流90°。由交变电流产生的磁场激发载体装置5的振动振荡，其中因此，对于激发载体装置5的共振而言，交变电流必须超前振动振荡90°，或者在交变电压的情况下超前总共180°。

由于驱动单元4以相反的意义振荡（即相对于载体装置5移动180°）并且上文描述的相位比较是利用如上文描述的驱动单元4（加速度传感器布置在驱动单元4上）的振荡来实施的，因此强制性的是，在假定的协调地振荡的双质量系统（驱动单元4和载体装置5）的情况下，交变电压和驱动单元的振荡同相，以便激发载体装置处于共振中。根据本发明，假定的是，对于固定的驱动单元4而言，振动驱动器10代表振荡器，其经由弹簧-弹性驱动杆来驱动配置为载体装置5的共振器。现在，如果驱动单元4也振荡，并且如果考虑其相移ϕ而不是载体装置5的振动振荡，则驱动单元的振荡可以用于调节共振频率f_res。

利用在附图中未示出的另外的实施例，施加给振动驱动器10的不是协调的交变电压，而是随机的（且周期性的）电压形式，该电压形式由专家依据振动进料器的实际实现确定并且由例如方形电压脉冲构成，并且该电压形式在线圈中感生适当的周期性电流。此处，不再可能以一般方式规定激发载体装置5的共振所必需的处于ϕ_驱动-ϕ_电压之间的相移△ϕ，而是现在必须依据电压形式来确定相移△ϕ。这可以通过计算或者通过试错法来完成：由于用于载体装置5的共振-振动振荡的能量消耗是最小的，所以所选择的电压形式的频率可以例如变化，直到能量消耗是最小的且能够查明用于激发共振的相应的相移△ϕ为止。类似于图2的步骤43，然后将确定相移△ϕ是否如所要求的，并且然后，根据具体情况，将类似于步骤44至46地校正相移，或者该过程将以步骤47处的调节循环类似地继续。按照图2以相同顺序执行剩余的步骤。

因此有可能在开动振动进料器25之后利用第一调节循环迅速达到共振-振动振荡的范围，或者在进料速度漂移或改变的情况下再次达到共振-振动振荡的范围。

独立于控制器和振动驱动器的实际配置产生本发明的方法，在该方法中，从驱动单元5的连续检测的加速度产生用于振动驱动器的调节变量S（在上文描述的实施例中是交变电压的频率），使得振动进料器25的载体装置5更接近其共振频率f_res地振荡（即，在实际频率f_ist的每次改变之后-此处是交变电压-按照图2的步骤45或46），或者例如在漂移之后回到其共振频率f_res。

利用该方法，优选地从所检测的加速度确定驱动单元的振荡，并且使振动驱动器的驱动频率朝载体装置的共振频率的方向连续改变，直到振动驱动器的驱动振荡和载体装置的振动振荡包括导致激发载体装置的共振的相移为止。

在该点处应当注意的是，振动振荡也可以机械地产生，例如通过偏心轮。偏心轮的旋转数量于是对应于驱动频率。

图4示出根据本发明的用于第二调节循环的过程，以便根据本发明调节载体装置5的绝对振幅A_{abs T}，即，载体装置5相对于基座2而不仅是相对于驱动单元4的移动。

以下符号已经被用于所涉及的变量：“A”代表驱动单元4，“T”代表载体装置5，“abs”用于振幅的绝对值（即，相对于基座2而非相对于振动进料器自身的部件），“ist”代表在振动进料器的操作期间的实际值，并且“res”代表共振。

第二调节循环以步骤50开始，以便发起对振幅A_{abs ist T}的调节。为此目的，计算载体装置5的实际质量m_istT。如上文所提及的，该质量依据所使用的进料元件或进料器托盘6和当前存在于进料器托盘6中散状材料9（图2）改变。

在步骤51中，检索载体装置5的实际共振频率f_{res ist}，由于执行第一调节循环，实际共振频率f_{res ist}是已知的并且被存储在控制器26的合适的存储器中（图2）（并且实际共振频率f_{res ist}取决于实际质量m_{ist T}）。

在步骤52中，然后例如根据如下公式计算载体装置5的质量m_{ist T}：

。

其中，

m_A 驱动单元4的已知质量，

f_{res ist} 由第一调节循环确定的载体装置5的实际共振频率（在其实际质量为m_{ist T}的情况下），以及，

c 驱动杆或片簧12a、12b的已知的弹簧常数。

在步骤53中，例如通过如下公式计算载体装置5的振动振荡的实际绝对振幅A_{abs ist T}：

。

其中，可以从驱动单元4的加速度的双重积分获得实际绝对振幅A_{abs ist A}。

所要求的值A_{abs额定 T}被存储在控制器26的合适的存储器中（图2），并且可以由操作者或通过线路控制器输入到所述存储器中。

如果振动振荡的振幅A_{abs ist T}不对应于其要求的值A_{abs额定 T}，则在步骤55中进行校正，其中，控制器26（图2）相应地启动振动驱动器10，例如，其中控制器26依据振幅A_{abs ist T}是否要增大或减小而逐步增大或减小施加给其线圈的周期性电压形式的振幅。在实际情况下同样由专家确定步长，或者替代地步长可以由操作者输入到控制器26（图2）的存储器中。

由于振动振荡的改变的振幅A_{abs ist T}有可能会改变（例如，填充进料器托盘6（图2）），所以该过程在步骤55之后优选地跳回到步骤51，以便重新计算载体装置5的质量m_{ist T}。由于上文示出的计算中的重新计算使用载体装置5作为其基础，载体装置5就其自身而言通过进料器托盘6（图2）的改变的填充而改变，所以为了执行步骤51，控制器26必须从第一调节循环检索瞬时共振频率f_{res ist}。

结果是一种方法，在该方法中，优选地驱动单元4的所检测的加速度然后被用于调节载体装置5的振动运动的振幅A_T。

进一步优选地，使用载体装置5的实际共振频率f_{res ist}确定其实际质量m_ist T，并且然后由此确定载体装置5的振动运动的实际振幅A_{abs ist T}。

最后，利用根据本发明的方法，尤其优选地调节振动驱动器10，使得载体装置5的振动运动的实际振幅A_{abs ist T}位于预定值A_{abs额定 T}的范围内或者回到预定值A_{abs额定 T}的范围。

控制器26优选地进一步配置成使用驱动单元4的加速度信号来产生用于振动驱动器10的调节变量，使得载体装置5的实际振幅位于预定值的范围内或者回到预定值的范围。

最后，控制器26进一步配置成确定载体装置5的实际质量m_istT，并且利用实际质量m_istT确定起始于载体装置5的共振频率f_res的振动运动的实际绝对振幅A_{abs ist T}和支撑载体装置5的弹簧-弹性形成的驱动杆的弹簧常数c，并且因此产生用于振动驱动器10的调节变量，使得振幅A_{abs ist T}达到预定值的范围或者回到预定值的范围。

Claims (12)

1.一种用于调节振动进料器（25）的振动运动的方法，其特征在于，在操作中，连续地检测所述振动进料器（25）的驱动单元（4）的加速度并由此产生用于振动驱动器（10）的调节变量（S），使得所述振动进料器（25）的载体装置（5）更接近其共振频率（f_res）地振动或者再次往回移向所述共振频率（f_res）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述驱动单元（4）的所检测的加速度进一步被用于调节所述载体装置（5）的振动运动的振幅（A_{abs T}）。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，从所检测的加速度确定驱动单元（4）的振动，并且使所述振动驱动器（10）的驱动频率朝所述载体装置的共振频率（f_res）的方向改变，直到所述振动驱动器（10）的驱动振荡和所述载体装置（5）的振动振荡具有导致激发所述载体装置（5）的共振的相移（△ϕ）为止。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，使用所述载体装置（5）的实际共振频率（f_res），确定其实际质量（m_{实际 T}）并由此进而确定其振动运动的实际振幅（A_{abs ist T}）。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，调节所述振动驱动器（10），使得所述载体装置（5）的振动运动的实际振幅（A_{abs ist T}）位于预定值（A_{abs额定 T}）的范围内或者再次回到所述预定值（A_{abs额定 T}）的范围。

6.一种用于执行根据权利要求1所述的方法的振动进料器，其具有包括振动驱动器（10）的驱动单元（4）、载体装置（5）并且具有用于所述振动驱动器（10）的控制器（26），所述载体装置（5）包括用于待输送的材料的进料元件，其特征在于，加速度传感器（27）布置在所述驱动单元（10）上，当所述振动进料器（25）处于操作中时，所述加速度传感器（27）检测所述驱动单元（4）的实际加速度，并且所述控制器（26）配置成在加速度传感器（26）的实际加速度信号的帮助下产生用于所述振动驱动器（10）的调节变量（S），使得所述载体装置（5）基本上在其共振频率（f_res）内振动。

7.根据权利要求1所述的振动进料器，其中，所述控制器（26）布置在所述驱动单元（4）中，并且所述加速度传感器（27）进而布置在所述控制器（26）上。

8.根据权利要求6所述的振动进料器，其中，所述振动驱动器（10）包括封装的线圈（28），并且所述控制器（26）以及所述加速度传感器（26）布置在所述封装（28）内，并且其中，所述封装（28）优选地在爆炸遏制方面是有效的和/或被屏蔽以实现电磁兼容性。

9.根据权利要求6所述的振动进料器，其中，所述驱动单元（26）包括用于所述载体装置（5）的弹簧-弹性配置的驱动杆，经由所述驱动杆，所述载体装置（5）安装在所述驱动单元（4）上。

10.根据权利要求9所述的振动进料器，其中，所述驱动杆被配置为片簧（12a、12b）。

11.根据权利要求6所述的振动进料器，其中，所述控制器（26）还配置成：使用所述驱动单元（4）的加速度信号来产生用于所述振动驱动器（10）的调节变量，使得所述载体装置（5）的实际振幅（A_{abs ist T}）位于预定值的范围内，或者回到所述实际振幅（A_{abs ist T}）的范围。

12.根据权利要求6所述的振动进料器，其中，所述控制器（26）还配置成使用所述载体装置（5）的共振频率（f_res）和弹性配置并支撑所述载体装置的驱动杆的弹簧常数（c），以用于确定所述载体装置（5）的实际质量（m_{实际 T}）并因此确定所述振动运动的实际振幅（A_{abs ist T}），并且因此用于产生用于所述振动驱动器（10）的调节变量，使得所述实际振幅到达预定值的范围或者再次回到所述预定值的范围。