Устройство для измерения плотности руды
ORE DENSITY MEASUREMENT DEVICE

Устройство относится к области приборостроения, метрологии и может быть использовано в горнодобывающей промышленности для измерения плотности руды.
При разработке рудных месторождений ископаемых материалов на этапе транспортировки руды от места добычи к месту ее переработки необходимо располагать данными о содержании в руде конечного продукта, например, металла.
На практике содержание конечного продукта в руде меняется от нуля до некоторого максимума не только для разных карьеров одного месторождения, но и при разработке различных участков одного карьера. Поэтому маршрут транспортировки - в отвал или в различные (по технологии переработки) обогатительные цеха - зависит от сорта руды, критерием определения которого является ее плотность. Чем выше плотность руды по сравнению с плотностью «пустой» породы, тем выше содержание конечного продукта и сор труды. При этом принадлежность матер нала к тому или иному сорту обычно определяется не истинной величиной его плотности, а ее средним значением, величина которого лежит в некотором, принятом для определенного сорта, диапазоне. Сортность руды определяет логистику работы распределительного транспортного узла, то есть определение конкретного маршрута транспортных единиц (обычно железнодорожного состава из нескольких вагонеток) от карьера к месту их разгрузки.
Определение плотности руды осуществляется по результатам измерения величин массы и объема ее образцов с помощью плотномеров.
В уровне техники известны приборы для измерения плотности твердых тел (Измерение массы, объема и плотности / Гаузнер С.И. и др. М.: Изд-во стандартов, 1972. Ильинский Г.А. Определение плотности минералов. Л.: Недра, 1975.).
Недостатками известных устройств является сложность определения плотности образцов твердых тел вне лабораторных условий, длительность получения результатов измерений.
Наиболее близким устройством к заявляемому сортировочному плотномеру являются гидростатические весы, которые представляют собой подвешенную на спиральной пружине двойную чашку. Нижняя чашка погружена в прозрачный сосуд с жидкостью известной плотности. К верхней чашке прикреплена стрелка, которая при деформации пружины перемещается относительно неподвижной шкалы. Массу образцов определяют визуально или с помощью датчика по величине линейного перемещения нагружаемой пружины известной жесткости (Кивилис С.С. Плотномеры. - М.: Энергия, 1980. С. 97-101) - прототип.
Недостатками прототипа являются: сложность проведения испытаний образцов вне лабораторных условий; практическая неосуществимость установки прототипа непосредственно на транспортное средство с исследуемым грузом, то есть проведение исследований в движущемся транспортном потоке; длительность получения результатов измерений; необходимость участия оператора для проведения измерений; случайное или преднамеренное искажение результатов испытаний, проводимых человеком; ненадежность конструкции при эксплуатации; низкая производительность процесса измерений.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание нового устройства, обеспечивающего: работу при установке непосредственно на транспортное средство с исследуемым грузом; возможность получать данные о плотности груза в период его движения на транспортном средстве; «антивандальное» исполнение конструкции устройства, исключающее его разрушение даже при значительном механическом воздействии; исключение эксплуатационного обслуживания устройства человеком, что предотвращает как случайные ошибки измерений за счет наличия «человеческого фактора», так и преднамеренное искажение результатов исследования образцов; получение практически мгновенных результатов исследования; повышение надежности конструкции; упрощение регистрации данных, полученных при проведении исследований; простоту изготовления и обслуживания.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве, включающем пружинные весы с чашкой и стрелкой, прозрачный вертикально градуированный сосуд с жидкостью известной плотности, датчики фиксации линейных перемещений, станину, чашка пружинных весов выполнена в виде стального сосуда с жидкостью известной плотности со стрелкой и двумя противолежащими вертикальными градуированными прозрачными вставками, при этом сосуд снабжен воронкой и опорами вертикального качения, контактирующими с внутренней поверхностью жестко скрепленного со станиной защитного кожуха, на внутренней поверхности которого установлен датчик фиксации линейных перемещений стрелки чашки весов, а датчик фиксации линейных перемещений уровня жидкости в сосуде установлен на его внешней стороне в створе прозрачных вставок. Воронка сосуда может быть снабжена уплотнениями герметизации внутреннего объема кожуха. В пространстве между сосудом и внутренней поверхностью кожуха может быть установлен источник света. Хотя бы одна опор а вертикального качения может перемещаться в направляющих.
Устройство имеет следующие отличия от прототипа:
- чашка пружинных весов выполнена в виде стального сосуда с жидкостью известной плотности со стрелкой и двумя противолежащими вертикальными градуированными прозрачными вставками;
- сосуд снабжен воронкой и опорами вертикального качения, контактирующими с внутренней поверхностью жестко скрепленного со станиной защитного кожуха;
- на внутренней поверхности кожуха установлен датчик фиксации линейных перемещений стрелки чашки весов;
- датчик фиксации линейных перемещений уровня жидкости в сосуде установлен на его внешней стороне в створе прозрачных вставок;
- воронка сосуда может быть снабжена уплотнениями герметизации внутреннего объема кожуха;
- в пространстве между сосудом и внутренней поверхностью кожуха может быть установлен источник света;
- хотя бы одна опор а вертикального качения может пер вмещаться в направляющих.
Это позволит обеспечить: работу устройства при установке непосредственно на транспортное средство с исследуемым грузом; возможность получать данные о плотности груза в период его движения на транспортном средстве; «антивандальное» исполнение конструкции устройства, исключающее его разрушение даже при значительном механическом воздействии; исключение эксплуатационного обслуживания устройства человеком, что предотвращает как случайные ошибки измерений за счет наличия «человеческого фактора», так и преднамеренное искажение результатов исследования образцов; получение практически мгновенных результатов исследования; упрощение регистрации данных, полученных при проведении исследований; повышение надежности конструкции; простоту изготовления и обслуживания.
Сопоставительный анализ заявляемой устройства и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемого устройства по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».
В просмотренном патентно-информационном фонде не обнаружено технических решений с указанными отличиями, а также технических решений с указанной совокупностью отличительных признаков.
Предлагаемое техническое решение применимо и будет использовано в горнодобывающей промышленности для определения плотности руды.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - схема устройства;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - схема перемещений уровня жидкости и стрелки весов после размещения образцов в устройстве.
Устройство (фиг. 1) включает чашку пружинных весов в виде стального стакана 1 со стрелкой 2 и прозрачными вставками 3 с жидкостью 4 и вертикальной градуировкой 5. Стакан 1 установлен на пружине 6, снабжен резьбовой воронкой 7 с уплотнениями 8 и вертикальными опорами качения 8 с направляющими 10. Пружинные весы заключены в жестко скрепленный со станиной 11 защитный кожух 12, на котором установлен датчик 13 фиксации линейных перемещений стрелки 2. Датчик 14 (фиг. 1, 2) фиксации уровня жидкости 4 установлен на стакан 1 в створе его прозрачных вставок 3. Источник света 15 показан на фиг. 2. Размещение образцов 16 в стакане 1 показано на фиг. 3.
Устройство работает следующим образом.
1
2
1
2
Станину 11 (для первого и всех последующих измерений) укрепляют вертикально снаружи на стенку транспортного средства, например, вагонетку (на чертежах не показано). В сосуд 1 заливают жидкость 4 с плотностью меньшей, чем плотность исследуемых образцов 16, в объеме достаточном для полного погружения порции образцов в жидкость. Датчик 14 фиксирует уровень жидкости 4 в сосуде 1, а датчик 13 - положение стрелки 2. Одновременно с заполнением вагонетки рудой, через воронку 7 вручную сбрасывают в сосуд 1 и порцию исследуемых образцов 16 руды (фиг. 3). За счет веса образцов 16 происходит проседание пружины 6 на величину L (фиг. 3) и подъем жидкости 4 в сосуде 1 на величину L (фиг. 3). Величины линейного перемещения L стрелки 2 и линейного перемещения уровня жидкости L по данным шкалы 5 фиксируют, соответственно, датчик 13 и датчик 14. Свободу строго вертикальных перемещения сосуда 1 при сжатии пружины 6 весом порции образцов 16 и весом жидкости 4 обеспечивают опоры качения 9 движущиеся в направляющих 10. Направляющие 10 препятствуют возможному вращению сосуда 1 относительно кожуха 12.
Противолежащие прозрачные вставки 3 в сосуде 1 обеспечивают прохождение сигнала, например, светового, от источника света 15 на датчик 14 уровня жидкости 4. Уплотнения 9 воронки 7 предохраняют объем размещения элементов пружинных весов и датчиков 13 и 14 от попадания посторонних предметов и пыли.
Наличие источника света 15 необходимо при использовании оптических датчиков фиксации перемещений стрелки 2 и уровня жидкости 4. При использовании иных датчиков, например, механических, надобность в источнике света отпадает.
2
1
Получив показания датчиков о линейных перемещениях L уровня жидкости и линейных перемещениях L стрелки 2, определяют плотность ρ исследуемых образцов 16, а значит и сор труды, по формуле:
1
2
ρ=L/L.
Это возможно при градуировке датчика 13 в единицах массы, а шкалы 5 - в единицах объема.
1
2
Некоторые колебания фиксируемых величин L и L, связанные с движением транспортной единицы, не снижают эффективности работы устройства, так как сорт материала определяется не по истинной, а по средней величине плотности материала. При необходимости повышения точности измерений можно их проводить при остановке транспортной единицы. Еще одним резервом повышения точности измерений является установка заявляемого устройства на все транспортные единицы, входящие в общий транспортный состав (обычно это состав вагонеток), что позволит усреднить данные всех устройств-плотномеров, находящихся на одном составе.
Дальнейшая транспортировка исследованного груза осуществляется по направлениям, определяемым показаниями его сортности. При разгрузке основного груза транспортной единицы (обычно поворотом, например, вагонетки на 180° над приемным бункером) происходит и разгрузка жидкости и образцов из заявляемого устройства. При возвращении порожней транспортной единицы к месту загрузки вышеизложенный процесс работы устройства повторяется.
Участие человека в процессе исследования плотности образцов груза на транспортной единице заключается только в закладке приблизительно одинакового количества транспортируемого материала (например, одной лопаты) в воронку устройства, что исключает влияние случайного или преднамеренного (что имеет место на практике) человеческого фактора.
Конструкция устройства, по сравнению с прототипом, включающим стеклянные сосуды, является достаточно надежной («антивандальной») и может выдержать как удары образцов при их загрузке в воронку, так и случайное механическое воздействие при движении транспортной единицы по трассе месторождение - перерабатывающий цех.
Устройство может быть использовано в горнорудной или иной добывающей промышленности, а так же как прибор контроля изменения плотности (например, при изменении влажности) материалов при их хранении.