Способ определения объема транспортируемого конвейерной лентой сыпучего материала
METHOD OF DETERMINING OF BULK MATERIAL VOLUME TRANSPORTED BY THE CONVEYOR BELT

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения объема сыпучего материала при его транспортировке конвейером снегоочистительной техники.
Известен способ определения количества сыпучего материала в емкости путем измерения степени ее опорожнения, при этом в свободном от контролируемого вещества пространстве емкости возбуждают акустический импульс и по параметрам возникших свободных колебаний находящегося над поверхностью материала воздуха судят о количестве содержащегося в емкости материала (Патент №321687 от 19.11.1971 г.).
Недостатком способа является невозможность определения количества сыпучего материала на открытой поверхности без боковых стенок.
Наиболее близким по совокупности признаков является способ определения объема транспортируемого конвейером сыпучего материала (Патент №1527499 от 07.12. 1989 г.), в котором поверхность сыпучего материала освещают узким плоским пучком света так, что на поверхности сыпучего материала образуется полоса света, ориентированная поперек движения конвейерной ленты. Над конвейерной лентой вдоль направления ее движения под некоторым углом к горизонтальной плоскости устанавливают передающую телевизионную камеру, с помощью которой получают телевизионный сигнал изображения узкой освещенной полосы, обработка которого позволяет получить информацию об объеме оттранспортированного за известное время сыпучего материала.
Недостатками способа являются техническая сложность реализации, а также зависимость точности получаемой об объеме сыпучего материала информации от светоотражающих свойств контролируемого сыпучего материала и степени освещенности его поверхности внешними источниками.
Разработанный способ направлен на решение актуальной задачи - повышения точности определения объема сыпучего материала, проходящего через конвейерную ленту, для оценки производительности снегоочистительной техники.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения объема транспортируемого конвейером сыпучего материала, включающем освещение поверхности сыпучего материала направленным излучением, регистрацию отраженного излучения с последующей обработкой полученного сигнала, по которому определяют объем транспортируемого сыпучего материала, освещение поверхности сыпучего материала осуществляют направленным электромагнитным излучением регистрацию отраженного электромагнитного излучения осуществляют с помощью n пар источников и приемников ультразвуковых волн, установленных параллельно конвейерной ленте, определяют разность времен регистрации отраженных от сыпучего материала ультразвуковых волн, площадь поперечного сечения сыпучего материала определяют, интегрируя аппроксимированные значения высоты слоя сыпучего материала в каждый момент времени, а высоту слоя сыпучего материала определяют по формуле:
д
i
в
h=h-0,5Δtν,
д
где h - расстояние между источниками ультразвуковых волн и поверхностью конвейерной ленты, м;
в
ν - скорость распространения ультразвуковой волны в воздухе, м/с;
i
Δt - разность времен регистрации отраженных от сыпучего материала ультразвуковых волн, с;
i - номер источника ультразвуковых волн.
Способ иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема определения объема транспортируемого конвейерной лентой сыпучего материала при очистке железнодорожных путей, на фиг. 2 - вид по стрелке А:1 - сыпучий материал; 2 - контрольная область конвейерной ленты; 3 - конвейерная лента; 4 - источники ультразвуковых колебаний; 5 - приемники ультразвуковых колебаний; 6 - расстояние между источниками и приемниками ультразвуковых колебаний и поверхностью контрольной области конвейерной ленты; 7 - плоскость крепления источников и приемников ультразвуковых колебаний; 8 - ультразвуковые волны; 9 - микрокомпьютерная техника; 10 - датчик частоты вращения конвейера.
i
i
i
i
д
i
в
д
в
i
T
И
T
И
Предложенный способ реализуется следующим образом. Для определения объема транспортируемого конвейерной лентой сыпучего материала 1, прошедшего через контролируемую область 2 конвейерной ленты 3, n пар источников 4 и приемников 5 ультразвуковых колебаний стационарно устанавливают на одинаковом расстоянии 6 от поверхности контролируемой области конвейерной ленты на одной прямой 7. Источники ультразвуковых колебаний генерируют волну 8, направленную по нормали к поверхности конвейерной ленты. Средствами микрокомпьютерной техники 9 определяют разности времен Δt, с, между генерацией ультразвуковой волны источником и регистрацией отраженной от поверхности транспортируемого конвейерной лентой сыпучего материала в точке x приемником. Определяют высоту слоя транспортируемого конвейерной лентой сыпучего материала в точке x над поверхностью конвейерной ленты по формуле: h=h-0,5Δtν, м, где h - расстояние между источниками ультразвуковых колебаний и поверхностью конвейерной ленты, м, ν - скорость распространения ультразвуковой волны в воздухе, м/с. После этого определяют площадь поперечного сечения слоя транспортируемого конвейерной лентой сыпучего материала в момент времени t, с, по формуле: , где ƒ(i) - функция, полученная аппроксимацией значений h, высоты слоя транспортируемого конвейерной лентой сыпучего материала. Определяют скорость движения конвейерной ленты ν, м/с, по данным датчика частоты вращения 10 вала конвейерной ленты. Количество m измерений площади поперечного сечения слоя транспортируемого конвейерной лентой сыпучего материала определяют по формуле m=t/t, где t - время измерения объема транспортируемого конвейерной лентой сыпучего материала, с, t - длительность одного измерения, с. Объем транспортируемого конвейерной лентой сыпучего материала определяют по формуле:. Полученные значения объема транспортируемого конвейерной лентой сыпучего материала сохраняются в запоминающих устройствах микрокомпьютерной техники.
3
Предложенный способ был опробован на базе поезда снегоуборочного самоходного «ПСС-1К», прикрепленного к депо станции «Инская» Западно-Сибирской железной дороги в моменты выезда на пути необщего пользования для уборки снежных масс. На предусмотренной конструкцией самоходного поезда металлической перекладине, расположенной над контролируемой областью конвейерной ленты, были установлены три ультразвуковых датчика модели HC-SR04, представляющих собой источники и приемники ультразвуковых колебаний в общем корпусе. Датчики были направлены по нормали к поверхности контролируемой области конвейерной ленты для обеспечения минимального расстояния распространения ультразвуковой волны. Частота генерируемых ультразвуковых колебаний составляла 40 кГц. Разности времен между генерацией ультразвуковой волны и регистрацией отраженной от поверхности снежной массы в контролируемой области конвейерной ленты волны определялись специализированным программным обеспечением на базе микрокомпьютера Raspberry Pi 2. Площадь поперечного сечения слоя снежной массы определялась из результатов аппроксимации полученных значений высоты слоя снежной массы методом наименьших квадратов. Скорость движения конвейерной ленты определялась с помощью магнитного датчика частоты вращения вала и составляла 1 м/с. В течение одного часа работы суммарный объем снежной массы, прошедшей через контролируемую область конвейерной ленты,составил 400 м. Полученные данные были подтверждены инструментальными и визуальными измерениями.
Преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в уменьшении технической сложности реализации способа, а также в увеличении точности определения объема сыпучих материалов со специфическими светоотражающими свойствами, в частности снега.