RU1768997C - Способ измерени массы сыпучего материала при вибротранспортировании - Google Patents

Abstract

Использование: имеет отношение к транспортной и весоизмерительной технике промышленности строительных материалов . Сущность изобретени : тракт (лоток) вибропитател  герметично перекрывают, затем подают в него сыпучий материал. Одновременно измер ют вибрационные параметры лотка, по которым суд т о массе сыпучего материала на нем. Через определенный промежуток времени подачу прекращают , а материал прижимают к поверхности лотка. Величина вибрационных параметров в момент прижати  сыпучего материала к лотку характеризует его (сыпучего материала ) физическую массу. После измерени  физической массы тракт вибропитател  разгерметизируют и сыпучий материал вибропитателем транспортируют потребителю. При подаче сыпучего материала двум потребител м тракт вибропитател  разгерметизируетс  с соответствующего конца. Изобретение может быть использовано дл  дискретного дозировани  различных материалов и веществ. 2 з.п ф-лы, 4 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к транспортной и весоизмерительной технике и может быть использовано дл  порционного дозировани  сыпучих материалов, преимущественно в промышленности строительных материалов и торговле.

Изобретение может быть использовано также дл  измерени  расхода жидкости, сыпучих и кусковых материалов, например в горнорудной промышленности, в отрасл х, где перемещение материалов и изделий осуществл етс  вибротранспортом.

Известен способ непрерывного весового дозировани , заключающийс  в том, что сыпучий материал подают на вибротранс- портирующий рабочий орган, измер ют его вибрационные параметры и по ним суд т о массе сыпучего материала на нем.

Недостатком этого способа  вл етс  то, что физически измер етс  не масса, а линейна  плотность массы сыпучего материала. Из теории непрерывной транспортировки материалов известно, что по данным только с линейной плотности нельз  с помощью каких-либо расчетов судить о расходе сыпучего материала или о массе порции, прошедшей через вибротранспортирующий рабочий орган и выданной потребителю.

О том, что в данном способе измер етс  именно линейна  плотность сыпучего материала , свидетельствует следующее. В установившемс  режиме на вибротранс- портирующем рабочем органе посто нно находитс  определенное количество сыпучего материала. Если поток через вибротранспортирующий рабочий орган, скажем,

VI О 00 О О VI

посто нен, то количество сыпучего материала на нем также неизменно. Следовательно , по количеству сыпучего материала, наход щегос  на вибротранспортирующем рабочем органе, нельз  судить о величине расхода и прошедшей массе. То, что измер етс  именно линейна  плотность, свидетельствует происход щие при транспортировке физические процессы. Ведь люба  частица сыпучего вещества проходит путь от начала вибротранспортирующего рабочего органа к его концу.

Кроме этого, точность измерени  линейной плотности массы сыпучего материала на вибротранспортирующем рабочем органе падает при увеличении его коэффициента загрузки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к за вленному  вл етс  способ измерени  массы, состо щий в том, что сыпучий материал нз- сыпают на ленту транспортера и перемещают его, подава  на отводной вибро- транспортирующий лоток, согласуют скорости подачи и схода сыпучего материала на отводном вибротранспортирующем лотке, измер ют врем , скорость транспортера и линейную плотность сыпучего материала на отводном вибротранспортирующем лотке по его вибрационным параметрам, определ ют массу сыпучего материала как произведение скорости, линейной плотности и времени.

Этому способу присуще несколько недостатков . Первый недостаток состоит в том, что необходимо измер ть четыре параметра: врем , скорость транспортерной ленты, скорость схода сыпучего материала с отводного вибротранспортирующего лотка и линейную плотность материала на нем. Как известно, измерение любого параметра можно провести с некоторой погрешностью. Когда дл  определени  величины используют измерени  нескольких параметров, то погрешности эти, в простейшем случае, суммируютс . В итоге, точность результата измерени  гораздо ниже точности любой из составл ющих. Кроме того, измерение любого параметра требует аппаратных затрат поскольку нужны датчики, линии св зи, функциональные преобразователи, умножители и т.д., требует обслуживани  и наладки в процессе эксплуатации.

Следует отметить, что пр мого метода измерени  скорости сыпучего материала не существует. Поэтому на практике используют косвенные пути, главным образом его нанос т на транспортерную ленту, а ее скорость определ ют с помощью тахометриче- ских датчиков. Но при этом необходимо

обеспечить надежное, без проскальзывани  контактирование тахометрического датчика с лентой. В реальных услови х эксплуатации, например, при производстве

силикатного кирпича, сопровождаемого образованием тончайшей пыли, играющей роль смазки, такой контакт обеспечить весьма непросто даже если транспортерна  лента не прослабл етс . Все это сильно осложн ет

0 аппаратную реализацию способа и точность измерени , требует значительных затрат.

Другой недостаток этого способа состоит в том, что необходимо согласовать скорость поступлени  сыпучего материала на

5 отводной вибротранспортирующий лоток со скоростью его схода с него. В данном способе важна не столько скорость подачи сыпучего материала на отводной вибротранспортирующий лоток, сколько скорость

0 схода материала с него. В самом деле, если скорость перемещени  сыпучего материала по отводному вибротранспортирующему лотку равна скорости его подачи транспортером , то произведение линейной плотно5 сти на скорость в точности отражает расход. Но если скорость перемещени  сыпучего материала на отводном вибротранспортирующем лотке меньше скорости его поступлени , то со временем на нем будет идти

0 накопление сыпучего материала. При этом средн   линейна  плотность возрастает, внос  погрешность в измерение и дава  завышенный расход. И наоборот. Если скорость перемещени  сыпучего материала на

5 отводном вибротранспортирующем лотке больше скорости его поступлени , то это приводит к падению линейной плотности сыпучего материала на нем, в результате чего фиксируетс  расход меньше действи0 тельного.

В практике эти скорости периодически подстраиваютс  по визуальным наблюдени м оператора. Поэтому автоматизаци  такого процесса крайне затруднительна.

5Следующий недостаток состоит в том,

что с изменением количества сыпучего материала на отводном вибротранспортирующем лотке измен ютс  его резонансные свойства, в результате чего точность изме0 рени  при различной производительности также будет различной. Такое поведение отводного вибротранспортирующего лотка обусловлено диссипацией энергии в его колеблющихс  элементах и в сыпучем матери5 але.

Цель изобретени  - повышение точности и упрощение способа.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе измерени  массы, преимущественно сыпучих материалов, заключающемс  в том, что сыпучий материал подают на вибропитатель, измер ют его вибрационные параметры и по ним суд т о массе сыпучего материала на нем, тракт вибропитател  герметично перекрывают до прекращени  подачи сыпучего материала, после чего тракт разгерметизируют, тракт вибропитател  разгерметизируют с одного из концов, после прекращени  подачи сыпучий материал фиксируют на вибропитателе, например, прижимают к его поверхности.

Герметичное перекрытие тракта вибропитател  при подаче на него сыпучего материала приводит к его накоплению. Поскольку из тракта вибропитател  сыпучий материал не убывает, то его скорость относительно вибропитател  равна нулю. В эти моменты вибрационные параметры вибропитател  завис т от физической массы сыпучего материала на нем.

Аналогична  картина наблюдаетс  после прекращени  подачи сыпучего материала и разгерметизации тракта вибропитател . Поскольку в этом случае сыпучий материал не поступает, то вибрационные параметрь, вибропитател  тоже определ ютс  физической массой сыпучего материала на нем. Причем в любой промежуток времени можно судить о зго количестве на вибоопитателе.

Осуществление предложенного характера движени  сыпучего материала позвол ет совместить процессы транспортировани  и измерени  массы сыпучего материала с помощью только одного вибропитател . При этом отпадает необходимость измерени  нескольких параметров, что и повышает его точность.

На фиг. 1 представлено устройство дл  осуществлени  способа измерени  массы сыпучего материала типа песка; на фиг. 2 - то же, с возможностью выдачи песка с обоих концов вибропитател ; на фиг. 3 -то же, дл  взвешивани  пыл щих материалов типа цемента; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3.

Устройство дл  взвешивани  песка состоит из вибропитател , включающего открытый сверху лоток 1 (т.е. желоб (тракт), у которого лева  часть заглушена), приводимый в колебание электромагнитным вибратором 2. На открытом конце лотка на оси, установленной на уровне борта, закреплен затвор 3, поворачиваемый пневмоцилинд- ром 4. В положении, указанном на фиг. 1, затвор герметично перекрывает тракт вибропитател . При этом формируетс  своеобразный бункер, в котором при подаче песка 5 происходит его накопление. В положении, отмеченном пунктиром, затвор разгерметизирует тракт, пропуска  песок. Песок в лоток насыпают любым приспособлением, например , подают из расходного бункера 6 с помощью вибрационного питател  7, причем так, чтобы между ними не было механической св зи, вли ющей на вибрационные характеристики измерительного вибропитател . Измерение вибрационных параметров осуществл ют вибропреобразователем 8.

0Схема 9 управлени  производит обработку сигналов вибропреобразовател  и команд при ручном управлении, выдает регулирующие сигналы на пневмоцилиндр 4, питание на электромагнитный вибратор 2

5 и на вибропитатель 7, а также индицирует результаты измерени  на индикаторе и выдает их во внешние цепи.

В данном способе могут контролироватьс  различные вибрационные парамет0 ры.

Примеры реализации. Пример 1. Измерение массы песка производ т за счет определени  импендан- сных характеристик такой колебательной

5 системы как вибролоток с песком. Упругими св з ми в этой колебательной системе  вл ютс  пружины электромагнитного вибратора .

В данном варианте в устройстве на фиг.

0 1 в качестве вибропреобразовател  устанавливают датчик механического импен- данса, закрепленного на лотке. В схему управлени  подают команду, по которой она включает питание электромагнитного виб5 ратора 2, в результате этого с датчика 8 механического импенданса в нее поступают сигналы, пропорциональные силе, с которой электромагнитный вибратор 2 воздействует на лоток, и его ускорению..

0Схема управлени  производит их деление согласно выражению:

т -1(1),

тv

где т - текуща  массы лотка с песком, кг;

5F - усилие, с которым электромагнитный вибратор воздействует на колеблющуюс  массу, Н;

а - ускорение лотка, м/сек . Результат делени  выдаетс  на индика0 тор и во внешние цепи. Затем провер ют, не осталс  ли песок на лотке от предыдущего измерени  ( при первом включении в работу ). Дл  этого в схему управлени  подают команду Заслонку открыть. Схема направ5 л ет в пневмоцилиндр сжатый воздух так, что заслонка поворачиваетс  в положение Открыто (см. пунктир). Под действием вибрации остатки песка сбрасываютс  с лотка. Как только показани  индикатора перестанут измен тьс , в схему управлени  подают

(2)

команду обнуление, по которой она запоминает величину.

Гол -Ј,

Эо

где тл - масса пустого лотка.

Эта операци  называетс  установкой нул . В дальнейшем величину этой массы схема управлени  вычитает из величины текущей массы и на индикатор выставл ет значение массы песка согласно формуле:

ГПП - - ГПл , 3

(3)

Затем в схему управлени  дают команду Заслонку закрыть и после ее обработки (закрыти ) в лоток подают песок любыми порци ми. Под действием вибрации кажда  порци  песка подобно жидкости растекаетс  по всей площади лотка. Максимальное количество песка ограничиваетс  высотой его бортов. Набрав на лотке нужное количе- ство песка, подачу прекращают.

После прекращени  подачи вибрационные параметры лотка завис т от физической массы песка на нем. Причем дл  более точного измерени  отсчет показаний рекомен- дуетс  производить после окончани  переходного процесса, вызванного прекращением подачи песка. (Известно, что переходные процессы в таких механических колебательных системах заканчиваютс  через несколько периодов. Скажем, если электромагнитный вибратор получает питание от сети промышленной частоты 50 Гц через однополупериодный выпр митель, то по истечении уже 0,1-0,2 с после прекраще- ни подачи песка показани  индикатора будут соответствовать физической массе песка).

После взвешивани  в схему управлени  подают команду Заслонку открыть. Как только она откроетс , песок под действием вибрирующего лотка постепенно выдаетс  потребителю. Удалив песок с лотка, в схему подают команду Заслонку закрыть и после ее срабатывани  устройство готово к взве- шиванию следующей порции,

Пример 2. Измерение массы песка осуществл ют за счет отслеживани  резонансной частоты лотка с сыпучим материалом .

В этом случае в устройстве на фиг. 1 в качестве вибропреобразовател  устанавливают на лотке акселерометр. Реакци  схемы управлени  аналогична той, что рассмотрена ранее. Только здесь о величине массы суд т по частоте собственных колебаний механической системы. Поэтому при изменении массы песка в лотке производ т изменение частоты источника питани  вибратора 2,

После подачи питани  на вибратор 2 лоток приходит в вынужденные колебани  с частотой, в общей случае пропорциональной частоте источника питани . Акселерометр выдает частотный сигнал с амплитудой, завис щей от отношени  частоты собственных колебаний лотка к частоте источника питани . В резонансном режиме, когда это отношение равно 1, величина сигнала акселерометра максимальна и имеет экстремальный характер, т.е. втора  производна  амплитуды по частоте равна нулю.

Как известно, в резонансном режиме масса колеблющегос  тела, в нашем случае лотка с песком, св зана с частотой собственных колебаний соотношением: t К

m

(4)

4л2 f2

где К - коэффициент жесткости упругих св зей механической колебательной системы, т.е. пружин электромагнитного вибратора, кг/с2;

f - резонансна  частота колебаний механической системы, Гц.

Следовательно, измерение массы по второму варианту состоит в таком изменении частоты источника питани , чтобы она совпадала с частотой собственных колебаний механической системы (с переменным количеством песка).

Аналогично предыдущему производ т установку нулевой точки отсчета. В результате схема управлени  выдает на индикатор и во внешние цепи информацию согласно управлению,

К /1 1 ,.

mn -х- h(5)

4л2 V to/

где f0 - частота собственных колебаний механической системы при пустом лотке.

Подчеркнем еще раз, что при измерении массы по данному варианту частоту источника питани  измен ют, так, что втора  производна  амплитуды акселерометра по частоте равна нулю во всем диапазоне изменени  количества песка.

3 данном устройстве (и рассматриваемых ниже) на период загрузки лотка сыпучим материалом электромагнитный вибратор можно периодически отключать. Это целесообразно делать, когда поступление песка в лоток идет с небольшой производительностью .

В устройстве, изображенном на фиг. 2, лоток выполнен с желобом, открытым с обоих концов. На этих концах установлены затворы 3, приводимые во вращение пнев- моцилиндрами 4. Лоток приводитс  в колебание реверсивным электромагнитным вибратором 10. Изменение массы песка в таком устойстве производ т, устанавлива  вектор возмущающей силы перпендикул рно желобу .

В остальном работа такого устройства аналогична рассмотренному выше, позвол   осуществить обслуживание двух потребителей , например, при фасовке продуктов в торговле с использованием автоматического затаривани  мешков.

При взвешивании пыл щих сыпучих материалов типа цемента тракт вибропитател  исполн ют в виде трубы, выполненной из двух симметричных частей 11, соедин емых посредством фланцев Между фланцами зажата свободно лечаща  эластична  пленка 12, образующа  с нижней частью трубы герметичную полость Эта полость через вентиль 13 соединена с атмосферой или с источников сжатого воздуха. Цемент из расходного бункера подаетс  шнековым питателем 14 через затвор 15. Расходный бункер св зан с трубой с помощью гибкого сильфо- на 16.

Измерение массы производ  так. Затвор 3 закрывают а затвор 15 открывают. Вентилем 13 вначале соеди,-,   ют образованна гО эластивной пленкой полость с атмосферой , а в момент двю.ени  лотка вверх - герметизируют. Цемент подают с помощью шнекового питател  до определенного заполнени  трубы. После этого шнековый питатель отключают и закрывают затвор 15. Затем через вентиль 13 в герметичную полость подают сжатый воздух, в результате чего эластична  пленка прижмет цемент к верхней части трубы, вытесн   воздух из объема 17 через неплотности в затворах.

Прижатый к трубе цемент лишаетс  подвижности из-за чего они составл ют единое твердое тело. Это способен вует увеличению чувствительности датчика вследствие роста амплитуды резонанса и добротности колебательной системы, а значит позвол ет более точно измерить массу.

Использование за вл емого технического решени  позвоп ет по сравнению с прототипом упростить процесс определени  массы за счет исключени  проведени  операций измерени  времени, скоростей подачи и схода сыпучего материала на и с вибропитател . При этом отпадает необходимость в аппаратных средствах предназначенных дл  этих измерений (т.е. датчиков, усилителей, линий св зи и т.д), и средств, осуществл ющих перемещение сыпучего материала Другими словами, полученный результат получен не с помощью дополнени  известного объекта какими-либо операци ми , а наоборот, за счет исключени  из известного объекта определенных операций , и организаций их нового взаимодействи .

Повышение точности измерени  массы

также получено не путем дополнительных затрат, но за счет использовани  имеющихс  средств по новому. В самом деле, ведь и в прототипе есть средства дл  создани 

0 вибрации (вибротранспортирующий рабочий орган) и измерени  вибрационных характеристик . Нова  организаци  движени  сыпучего материала на вибропитателе позвол ет определ ть непосредственно его

5 физическую массу.

Периодический характер измерени  массы не преп тствует достижению той же производительности, что и при использовании непрерывных способов измерени  мас0 сы. В самом деле, поскольку специальных требований к производительности подачи сыпучего материала на вибропитатель нет, то можно использовать любые известные средства или способу, обеспечивающие бы5 строе заполнение вибропитател . Скажем, сбросом в вибропитатель заранее подготовленного объема сыпучего материала. Так как переходные процессы в весоизмерительной системе заканчиваютс  за несколь0 ко периодов колебаний, а выдача сыпучего материала с вибропитател  осуществл етс  с не меньшей, чем у известных объектов скоростью, то экономи  времени на загрузке позволит обеспечить сравнимую произ5 водительность.

Нужно отметить, что операции фасовки материалов в упаковку очень распространены . К примеру, муки и сахара в торговле, цемента в строительстве и т.д Здесь пре0 имущества за вленного способа неоспоримы .

В промышленности строительных материалов , в комбикормовой промышленности широко используют смеси, приготовл емые

5 и фасуемые порци ми. Сейчас, как правило, каждый компонент взвешиваетс  в отдельном дозаторе. В последнее врем  как за рубежом, так и у нас в стране наход т применение многокомпонентные дозаторы. В

0 такой дозатор компоненты подаютс  отдельными механизмами по очереди, чаще всего вибрационными или шнековыми питател ми

Предлагаемый способ за счет оснаще5 ни  вибропитателей вибропреобразовател ми и системой управлени  позвол ет осуществл ть одновременный набор свех компонентов в один бункер Уже при составлении двухкомпонентной смеси производительность за вл емого способа может на

20-30% превысить производительность оборудовани , в основу которого положена чередующа с  подача компонентов известными питател ми. При четырех и более компонентах может быть достигнута произ- водительность в несколько раз больша .

Использование данного способа, совмещающего процессы транспортировани  и измерени  массы сыпучих или кусковых материалов, позвол ет путем дооснащени  существующих вибротранспортирующих машин виброизмерительными приборами и управл ющими средствами обеспечить и измерение массы.

Использование данного и зобретени  позволит получить новый класс измерительных вибропитателей со своей экологической нишей.

Claims (3)

1. Способ измерени  массы сыпучего материала при вибротранспортировании,

включающий подачу сыпучего материала на вибропитатель, измерение вибрационных параметров и определение по ним величины массы, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и упрощени  способа, в процессе измерени  вибрационных параметров массы производ т герметичное перекрытие тракта вибропитател  до момента прекращени  подачи сыпучего материала.

2.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что после измерени  вибрационных параметров производ т разгерметизацию тракта вибропитател  с одного из его концов .

3.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что перед разгерметизацией тракта вибропитател  осуществл ют фиксацию массы сыпучего материала путем прижати  его к поверхности вибропитател .

В

Фца.1

Фиг. 2

/J

11

Редактор В. Трубченко

Составитель Е, Костоломов

Техред М.МоргенталКорректор О. Густи

Фиг.З

11

Фив Л