CZ306123B6 - Validační zařízení a způsob měření statického a dynamického sypného úhlu - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zařízení a způsobu, který umožňuje jak reálně, tak i simulačně měřit jak statický, tak dynamický sypný úhel hromady. Řeší provádění kontrolních a simulačních experimentů, které mají vliv na procesy v oblasti dopravy a skladování sypkých materiálů. Řešení využívá metodu DEM (discreet element method). Na základě naměřených hodnot mechanicko-fyzikálních vlastností reálného materiálu se pomocí programování v software EDEM vytvoří reálná směs pro dynamickou simulaci. Potřebné optimalizační parametry se získají měřením na fyzickém prototypu – validačním zařízení několika obdobných konstrukcí, které je v příkladné verzi tvořeno rámem, který se skládá z vodorovného nosníku (6) a na něj připojeného svislého nosníku (7), na kterém je prostřednictvím svorky s ruční pákou (23) pevně přichyceno rameno (8). Na konci ramene (8) je umístěn držák (20) pro umístění trubky (2) nebo zásobníku (21). K nosníku (6) je pomocí šroubu připevněno tenzometrické čidlo (10), které je propojeno s kruhovou deskou (11), která je dále spojena s vibračním podstavcem (12), ke kterému je připevněn pohon (14). Na vibračním podstavci (12) je postavena miska (13). K nosníku (6) je pomocí šroubu připevněn otočný stojan (5), na kterém je uchycena kamera (3) a dále je na nosníku (6) umístěna kontrastní stěna (4), na které mohou být vyznačeny rastry různých měřítek. Pod nosníkem (6) je umístěna sběrná nádoba (15).

Description

Validační zařízení a způsob měření statického a dynamického sypného úhlu

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení a způsobu, který umožňuje jak reálně, tak i simulačně měřit jak statický, tak dynamický sypný úhel hromady materiálu a srovnávat tyto hodnoty s dynamickou, simulační metodou diskrétních prvků. Řeší provádění kontrolních, nebo simulačních experimentů pro verifikaci inženýrských děl a výzkumnou činnost v oblasti aplikací procesů při sypání materiálu na hromadu.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že pro specifikaci partikulárního materiálu je třeba zjistit základní mechanicko-fyzikální veličiny jako je např. vnější tření, vnitřní tření, granulometrie, koeficient restituce a jiné, aby byl materiál dokonale popsán a mohl být dále použit pro návrh inovativních zařízení, nebo jako vstupy do nových diskrétních výpočetních metod. Další výše nejmenovanou, ale důležitou mechanicko-fyzikální veličinou, kterou je třeba změřit je statický a dynamický úhel hromady. Existují různé metody, jak se dá tento úhel zjistit, např. podle SU 1 486 754, JPH0 622 990, JPH 1 128 156, CN 2 023 950 a JPH I 116 021. Jsou však nepřesné, nedokonalé a žádná nevyužívá možnost validace a srovnání s diskrétními výpočetními metodami a s tím spojené vytváření základních databank a knihoven pro tyto výpočty. Jedině zjišťováním těchto informací pomocí validačních zařízení jako je např. zařízení podle vynálezu se dá v budoucnu zjednodušit, zlevnit a urychlit návrh inovativních zařízení a principů. Validační metoda podle vynálezu dosud nebyla realizována.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky řeší způsob a zařízení pro validaci a měření statického a dynamického úhlu hromady sypké hmoty podle vynálezu.

Zařízení a způsoby sloužící pro návrh nových a optimalizaci stávajících systémů při dopravě a skladování sypkých hmot s využitím simulační metody DEM a ověřování takových řešení pomocí programu EDEM jsou dostatečně popsány např. v CZ 304 329 nebo v PV 2013-50 (CZ 305 150). Řešení podle vynálezu aplikuje tyto principy na uskladnění materiálu do hromad. K jejich ověření a validaci byly zkonstruovány fyzické modely (prototypy) měřicích zařízení popsaných v níže uvedených příkladech. Tato ověřovací zařízení slouží k validaci matematických metod, aby bylo možno potvrdit, že výsledky simulace odpovídají realitě a tyto výsledky jsou v praxi použitelné. Při simulaci prostředí zařízení se provádí snímání veličin materiálu jak přímou metodou (na zařízení je umístěno tenzometrické čidlo), tak i nepřímou metodou - vizuálně kamerou. Konstrukce validačního zařízení je rozměrově upravitelná. Díky rozebíratelnému stavebnicovému systému je možno validaci přizpůsobit na daný problém či materiál.

Výhodou vynálezu je optimalizace, automatizace a zpřesnění měření statického a dynamického úhlu hromady partikulární hmoty.

Další výhodou je možnost validace a kalibrace s výpočetní metodou diskrétních prvků a vytváření základních elektronických materiálových knihoven. Ty jsou důležité pro další návrh inovativních zařízení, dílčích principů, procesů granulovaných hmot a tím zlevnění, zlepšení a urychlení jejich vývoje.

- 1 CZ 306123 B6

Objasnění výkresů

Vynález je blíže ilustrován s pomocí výkresů, kde na obrázku 1 je znázorněno zařízení pro měření statického a dynamického sypného úhlu podle příkladu 1. na obrázku 2 je znázorněno zařízení pro měření statického a dynamického sypného úhlu podle příkladu 2.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Validační zařízení pro měření statického a dynamického sypného úhlu podle obrázku 2 je tvořeno rámem, který se skládá z vodorovného nosníku 6 a na něj připojeného svislého nosníku 7, na kterém je posuvně uloženo rameno 8. Ke svislému nosníku 7 je pomocí šroubů připevněn ozubený hřeben 17. K rameni 8 jsou připevněny vodící kladky 19 a pohon 16. ke kterému je připevněn ozubený pastorek 18. Na konci ramene 8 je umístěn držák 9, v němž je upnuta trubka 2. K nosníku 6 je pomocí šroubu připevněno tenzometrické čidlo 10, které je propojeno s kruhovou deskou 11, která je dále spojena s vibračním podstavcem 12, ke kterému je připevněn pohon 14. Na vibračním podstavci 12 je postavena miska 13. K nosníku 6 je pomocí šroubu připevněn otočný stojan 5, na kterém je uchycena kamera 3 a dále je na nosníku 6 umístěna kontrastní stěna 4. na které mohou být vyznačeny rastry různých měřítek. Pod nosníkem 6 je umístěna sběrná nádoba 15. ’ ' '

Do trubky 2 se nasype měřený sypký materiál. Po jejím naplnění se trubka 2 pomocí pohonu 16 pomalu zvedá vertikálním směrem vzhůru. Přitom se zároveň ze sypkého materiálu postupně na misce 13 vytváří hromada a přebytek materiálu se sesype do sběrné nádoby 15. Po zvednutí trubky 2 nad úroveň hromady se spustí pohon 14, který udílí misce 13 rotaci. Miska 13 rotuje kolem své svislé osy a kamera 3 postupně snímá hromadu ze všech stran a zároveň je pomocí tenzometrického čidla 10 měřena hmotnost hromady. Zároveň se také provede softwarové modelování měřeného materiálu pomocí programu EDEM a jeho simulace pomocí metody DEM. Po provedení validačního měření se naměřené hodnoty sypných úhlů porovnají s vygenerovanými hodnotami ze simulační metody DEM. Po srovnání hodnot se zkoriguje výpočet metody DEM úpravou vstupních parametrů, provede se nový' výpočet, a pokud se vygenerované hodnoty blíží naměřeným hodnotám z reálného validačního prostředí, je možno hodnoty uložit do databank a knihoven, kde jsou připraveny pro optimalizaci vývoje nebo úprav zařízení pro dopravu nebo skladování sypkých materiálů pomocí metody DEM. Pokud se vygenerované hodnoty z metody DEM neblíží reálným hodnotám z validačního zařízení, tak se korekce a výpočet opakuje.

Uvedený postup slouží k měření statického úhlu. Při měření dynamického úhlu se navíc zapne vibrační podstavec 12, který miskou 13 třese.

Příklad 2

Validační zařízení pro měření statického a dynamického sypného úhlu podle obrázku 2 je tvořeno rámem, který se skládá z vodorovného nosníku 6 a na něj připojeného svislého nosníku 7, na kterém je prostřednictvím svorky s ruční pákou 23 pevně přichyceno rameno 8. Na konci ramene 8 je um ístěn držák 20. do kterého je upnutý zásobník 21 s tvarovanou výsypkou. Zásobník 21 s tvarovanou výsypkou je na výpustném otvoru opatřen regulačním uzávěrem 22.

K nosníku 6 je pomocí šroubu připevněno tenzometrické čidlo 10, které je propojeno s kruhovou deskou H, která je dále spojena s vibračním podstavcem 12, ke kterému je připevněn pohon 14. Na vibračním podstavci 12 je postavena miska 13.

- 9 ~

K nosníku 6 je pomocí šroubu připevněn otočný stojan 5, na kterém je uchycena kamera 3 a dále je na nosníku 6 umístěna kontrastní stěna 4, na které mohou být vyznačeny rastry různých měřítek. Pod nosníkem 6 je umístěna sběrná nádoba £5.

Zásobník 21 s tvarovanou výsypkou se prostřednictvím pohybu ramene 8 nastaví do takové výšky, aby bylo možné vytvořit při výsypu materiálu ze zásobníku 21 s tvarovanou výsypkou celou výšku hromady. Do zásobníku 21 s tvarovanou výsypkou se nasype měřený sypký materiál. Po jeho naplnění se otevře regulační uzávěr 22. Materiál se sype na misku 13. přičemž se postupně vytváří hromada a přebytek materiálu se sesypává do sběrné nádoby 15. Po vytvoření hromady se uzavře regulační uzávěr 22 a spustí se pohon £4, který udělí misce 13 rotaci. Miska 13 rotuje kolem své svislé osy a kamera 3 postupně snímá hromadu ze všech stran a zároveň je pomocí tenzometrického čidla 10 měřena hmotnost hromady. Zároveň se také provede softwarové modelování měřeného materiálu pomocí programu EDEM a jeho simulace pomocí metody DEM. Po provedení validačního měření se naměřené hodnoty' sypných úhlů porovnají s vygenerovanými hodnotami ze simulační metody DEM. Po srovnání hodnot se zkoriguje výpočet metody DEM úpravou vstupních parametrů, provede se nový výpočet, a pokud se vygenerované hodnoty' blíží naměřeným hodnotám z reálného validačního prostředí, je možno hodnoty' uložit do databank a knihoven, kde jsou připraveny pro optimalizaci vývoje nebo úprav zařízení pro dopravu nebo skladování sypkých materiálů pomocí metody DEM. Pokud se vygenerované hodnoty z metody DEM neblíží reálným hodnotám z validačního zařízení, tak se korekce a výpočet opakuje.

Uvedený postup slouží k měření statického úhlu. Při měření dynamického úhlu se navíc zapne vibrační podstavec £2, který miskou 13 třese.

Průmyslová využitelnost

Vynález lze využít při optimalizaci nebo vývoji nových zařízení pro dopravu nebo skladování sypkých materiálů, zejména v průmyslu těžebním, dopravním, farmaceutickém apod.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Validační zařízení pro statické a dynamické měření sypného úhlu s rámem, které se skládá z vodorovného nosníku s kontrastní stěnou na kterém je připojen svislý nosíku s ramenem přičemž pod vodorovným nosníkem je umístěna sběrná nádoba (15), vyznačující se tím, že je rozebíratelného stavebnicového typu přičemž k nosníku (6) je připevněn stojan (5) s kyvným ramenem, na kterém je pohyblivě uchycena kamera (3), přičemž k nosníku (6) je pomoci šroubu připevněno tenzometrické čidlo (10), které je propojeno s kruhovou deskou (11). která je dále spojena s vibračním podstavcem (12), ke kterému je připevněn pohon (14), na vibračním podstavci (12) je postavena miska (13), na konci posuvného ramene (8) je umístěn držák (9, 20) ve kterém je upnuta trubka (2) nebo zásobník (21) s oddělitelnou tvarovanou výsypkou, který je na výpustném otvoru opatřen regulačním uzávěrem (22).
2. 2. Validační zařízení pro statické a dynamické měření sypného úhlu s rámem, které se skládá z vodorovného nosníku s kontrastní stěnou na kterém je připojen svislý nosíku s ramenem přičemž pod vodorovným nosníkem je umístěna sběrná nádoba podle nároku 1, vyznačující se tím, že mechanický posuv ramene (8) zajišťuje ozubený hřeben(17), vodící kladky (19) a pohon (16) s ozubeným pastorkem (18).

   -3 CZ 306123 B6
3. 3. Způsob měření a modelování statického sypného úhlu pomocí validačního zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že do trubky (2) se nasype měřený sypký materiál, po naplnění se trubka (2) pomocí pohonu (16) pomalu zvedá vertikálním směrem vzhůru nebo se nejprve pohybem ramene (8) nastaví potřebná vzdálenost zásobníku (21) s oddělitelnou tvarovanou výsypkou od misky (13), poté se do zásobníku (21) s oddělitelnou tvarovanou výsypkou nasype měřený sypký materiál, po naplnění zásobníku (21) s oddělitelnou tvarovanou výsypkou se otevře regulační uzávěr (22), přičemž se zároveň ze sypkého materiálu postupně na misce (13) vytváří hromada a přebytek materiálu se sype do sběrné nádoby (15), po zvednutí trubky (2) nad úroveň hromady se spustí pohon (14), na rotující misce (13) se kamerou (3) postupně ze všech stran snímá úhel mezi stranou hromady a podložkou (1) a zároveň se pomocí tenzometrického čidla (10) měří hmotnost hromady, přičemž se také provede softwarové modelování měřeného materiálu a jeho simulace a po provedení validačního měření se naměřené hodnoty sypných úhlů a naměřené hodnoty z tenzometrického čidla porovnají s vygenerovanými hodnotami ze simulace, po srovnání hodnot se zkoriguje výpočet vstupních parametrů simulace jejich úpravou, provede se nový výpočet, přičemž se korekce a výpočet opakují tak dlouho, dokud se vygenerované hodnoty neblíží naměřeným hodnotám z reálného validačního zařízení.
4. 4. Způsob měření a modelování dynamického sypného úhlu pomocí validačního zařízení podle nároku 3, vy z n ač u j í c í se t í m , že se během měření spustí vibrační podstavec (12).