УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХСТАДИЙНОГО НЕПРЕРЫВНОГО ДОЗИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель предназначена для непрерывного весового дозирования сыпучих материалов и может быть использована в химической, фармацевтической, пищевой, металлургической и горнодобывающей промышленности.
Аналогом полезной модели является устройство для непрерывного весового дозирования сыпучих материалов (свидетельство на полезную модель №25085), содержащее ленточный транспортер с приводом, установленные на основании, узел подачи материала на ленту транспортера, узел формирования материала на ленте, датчик веса, блок управления, включенный в общую электрическую цепь с приводом ленточного транспортера, узлом подачи материала и датчиком веса. Недостатком устройства является низкая точность дозирования поскольку датчик веса расположен под лентой транспортера и на его показания влияет натяжение ленты транспортера и динамические воздействия возникающие при движении ленты.
Прототипом полезной модели является также устройство (патент РФ №2387957), содержащее ленточный транспортер с приводом, установленные на основании, узел подачи материала на ленту транспортера, узел формирования материала на ленте, датчик веса, узел выгрузки материала, датчик измерения скорости движения ленты, блок управления, включенный в общую электрическую цепь с приводом ленточного транспортера, узлом подачи материала и датчикам веса и скорости движения ленты.
-1
Основным недостатком данного устройства является низкая точность дозирования, особенно при малых производительностях (1 гс и меньше), поскольку на датчик веса, который установлен под лентой транспортера передаются динамические нагрузки, возникающие при движении этой ленты. Кроме этого, при обработке информации, поступающей с датчика веса в блок управления, делается допущение о том, что дозируемый материал равномерно распределен на участке взвешивания.
6
Задачей, на решение которой направлена разработка полезной модели, является повышение точности процесса дозирования благодаря использованию технологии двухстадийного дозирования (Пат. 2138783 Российская Федерация, С1, МКИ G01F 11/00. Способ непрерывного дозирования сыпучих материалов / В.Ф.Першин, С.В.Барышникова; заявитель и патентообладатель Тамб. гос. техн. ун-т. - №98110906/28; ЗАЯВ. 02.06.98; опубл. 27.09.99, Бюл. №27), что позволило организовать взвешивания материала в статических условиях и полностью исключить динамические воздействия на датчик веса.
Технический результат достигается за счет того, что производительность определяется весовым порционным дозатором, а на ленте транспортера отдельные порции преобразуются в непрерывный поток, при этом точность непрерывного дозирования практически равна точности порционного дозирования.
Сущность технического решения заключается в том, в устройстве, содержащем ленточный транспортер с приводом, которые установлены на основании, узел подачи материала на ленту транспортера, узел формирования материала на ленте, датчик веса, узел выгрузки материала, датчик измерения скорости движения ленты, блок управления, включенный в общую электрическую цепь с приводом ленточного транспортера, узлом подачи материала и датчиком скорости движения ленты. С целью повышения точности дозирования в качестве узла подачи материала на ленту транспортера и датчика веса используется порционный дозатор, а над лентой транспортера, перпендикулярно к направлению ее движения установлена регулировочная пластина с возможностью вертикального перемещения и изменения угла наклона пластины к вертикали. Кроме этого, возможен вариант установки регулировочной пластины между двумя ограничительными пластинами, расположенными с двух сторон над транспортерной лентой, вдоль ее. Ограничительные пластины могут быть снабжены приводом изменения расстояния между ними, а регулировочная пластина может состоят из двух равных по длине частей соединенных между собой подвижным соединением типа «шип-паз», при этом один из краев каждой из частей соединен с помощью подвижного соединения с одной из ограничительных пластин, причем привод ограничительных пластин включен в общую электрическую цепь с блоком управления.
Техническому решению поставленной задачи способствует и установка между ссыпающим краем ленты транспортера и узлом выгрузки материала из дозатора датчика расхода, который включен в общую электрическую цепь с блоком управления, причем датчик расхода установлен таким образом, что материал, ссыпающийся с ленты транспортера, сначала поступает на чувствительный элемент датчика расхода, а затем в узел выгрузки материала из дозатора.
На фиг.1 изображена схема двухстадийного ленточного дозатора, фиг.2-4 иллюстрируют варианты исполнения отдельных узлов в соответствии с п.п.2-4 ф-лы, на фиг.5 - варианты распределения материала во времени после его ссыпания с ленты, а на фиг.6 - распределение материала в поперечном сечении ленты транспортера 1.
Устройство для реализации двухстадийного непрерывного дозирования содержит ленточный транспортер 1 с приводом 2, установленные на основании 3 (см. фиг.1). Материал на ленту подается порционным дозатором 4 через узел формирования материала на ленте 5, Датчик веса входит в состав порционного дозатора. Выгрузка материала организована с помощью узла 6. Скорость движения ленты контролируется с помощью датчика измерения скорости 7. Блок управления 8, включен в общую электрическую цепь с приводом 2 ленточного транспортера 1, узлом подачи материала, функцию которого выполняет порционный дозатор 4 и датчиком скорости движения ленты 7. Над лентой транспортера, перпендикулярно к направлению ее движения установлена регулировочная пластина 9 с возможностью вертикального перемещения и изменения угла наклона пластины к вертикали.
На фиг.2 показан вариант исполнения устройства согласно п.2 формулы. В данном случае, регулировочная пластина 9 установлена между двумя ограничительными пластинами 10, расположенными с двух сторон над транспортерной лентой 1, вдоль ее. Регулировочная пластина может перемещаться вертикально по направляющим 11, при этом угол ее наклона к вертикали (угол α на фиг.1) фиксируется винтом 12. Вертикальное положение пластины 9 фиксируется винтом 13.
На фиг.3 показан вариант исполнения устройства согласно п.3 формулы. В данном случае, между ссыпающим краем ленты транспортера 1 и узлом 6 выгрузки материала из дозатора установлен датчик расхода 14 включенный в общую электрическую цепь с блоком управления, причем датчик расхода установлен таким образом, что материал ссыпающийся с ленты транспортера сначала поступает на чувствительный элемент датчика расхода, а затем в узел выгрузки материала из дозатора.
На фиг.4 показан вариант исполнения двухстадийного дозатора согласно п.4 формулы. В данном случае, ограничительные пластины 10 снабжены приводом 15, который вращает втулку 16. Втулка имеет центральное отверстие с внутренней резьбой в которую ввернуты две тяги 17 и 18. Тяги имеют разные по направлению резьбы. Так, например, если на тяге 17 нарезана правая резьба, то на тяге 18 - левая. Регулировочная пластина 9 состоит из двух равных по длине частей соединенных между собой подвижным соединением, например типа «шип-паз». Один из краев каждой из частей соединен с помощью подвижного соединения с одной из ограничительных пластин 10. Привод 15, перемещения ограничительных пластин 10 включен в общую электрическую цепь с блоком управления 8.
На фиг.5 показаны варианты характерных распределений материала во времени после его ссыпания с ленты. На фиг.6 показано распределение материала в поперечном сечении ленты транспортера.
ПД
Устройство работает следующим образом. Сыпучий материал порциями веса ΔP через равные промежутки ΔT порционным дозатором 4 подается в узел 5 распределения материала на ленте транспортера 1. Численные значения ΔP и ΔT задаются блоком управления 8. Шибер, входящий в состав узла 5 предварительно распределяет материал на движущейся ленте. Окончательное распределение материала на ленте осуществляется регулировочной пластиной 9. Производительность Q, которая задается порционным дозатором равна:
ПД
Q=ΔP/ΔT.
Л
Л
ест
Скорость υ движения ленты транспортера контролируется датчиком скорости 7. Окончательно, производительность устройства Q определяется расстоянием h между нижним краем регулировочной пластины 9 и лентой транспортера 1, скоростью υ движения ленты и углом естественного откоса α дозируемого материала (см. фиг.6а) по формуле:
H
ест
Л
2
Q=ρ(Sh+htgα)υ,
H
где ρ - насыпная плотность сыпучего материала.
ПД
H
ест
H
1
2
1
2
1
2
Идеальное преобразование отдельных порций в непрерывный поток осуществляется при равенстве производительностей Q и Q. Для данного случая распределений материала во времени после его ссыпания с ленты показано на фиг.5а. На практике данный вариант практически достигнуть невозможно, поскольку периодически изменяется насыпная плотность ρ и угол естественного откоса α. Эти изменения могут быть вызваны разными причинами, например изменением влажности сыпучего материала, вибрацией устройства для распределения материала на ленте транспортера и т.д. При наличии указанных изменений, например при уменьшении насыпной плотности ρ возможен случай, когда . В этом случае материал будет накапливаться перед регулировочной пластиной 9 и дозатор не будет обеспечивать требуемую производительность. Наиболее реальное распределение материала во времени после его ссыпания с ленты показано на фиг.5б. В основном, производительность равна Q+ΔQ, а перед подачей очередной порции производительность равна Q-ΔQ. В общем случае ΔQ≠ΔQ, однако средняя производительность за промежуток времени ΔT равна Q. На практике желательным является распределение по варианту 5б, но в непосредственной близости к границе перехода к варианту 5а. В этом случае, с одной стороны, отклонения ΔQ, и ΔQ будут минимальны, а с другой стороны, исключена возможность накопления материала перед пластиной 9.
Результаты экспериментальных исследований, выполненных на лабораторной установке, изготовленной по п.1 ф-лы показали, что при существенных изменениях насыпной плотности, которые наблюдались, например при дозировании углеродных наноматериалов семейства «Таунит», имели место значительные (на 15-20%) изменения параметра S (см. фиг.6а), что отрицательно сказывалось на стабильности работы устройства и точности непрерывного дозирования.
Для повышения точности дозирования сыпучих материалов склонных к значительным изменениям насыпной плотности предлагается вариант решения по п.2 ф-лы. Регулировочная пластина 9 установлена между двумя ограничительными пластинами 10, расположенными с двух сторон над транспортерной лентой, вдоль ее, как это показано на фиг.2. В данном случае, в зоне окончательного формирования распределения материала на ленте транспортера 1, в поперечном сечении материал всегда имеет форму прямоугольника и производительность Q рассчитывается по ф-ле:
Н
Л
Q=ρhSυ.
Кроме этого, при изменяющейся насыпной плотности достаточно сложно следить за существованием распределения материала по варианту 5б, который находится в непосредственной близости к границе перехода к варианту 5а. Согласно п.3 ф-лы между ссыпающим краем ленты транспортера 1 и узлом 6 выгрузки материала из дозатора установлен датчик расхода 14 включенный в общую электрическую цепь с блоком управления 8, причем датчик расхода установлен таким образом, что материал ссыпающийся с ленты транспортера сначала поступает на чувствительный элемент датчика расхода, а затем в узел выгрузки материала из дозатора. Данный вариант позволяет не только следить за распределением материала на ленте транспортера 1, но и управлять этим процессом, поскольку информация с датчика расхода подается на блок управления, который после обработки этой информации выдает рекомендации на изменение расстояния между нижним краем пластины 9 и лентой транспортера 1.
При выполнении устройства согласно п.4 ф-лы поддержание оптимального распределения материала на ленте транспортера осуществляется автоматически, поскольку после обработки информации с датчика расхода 14 блок управления 8 подает управляющий сигнал на привод 15 (см. фиг.4). Привод 15 вращает втулку 16, которая имеет отверстие с резьбой. Во втулку 16 ввернуты тяги 17 и 18, причем одна из тяг имеет правую резьбу, а другая левую. Тяги соединены справляющими 11, которые, в свою очередь, соединены с ограничительными пластинами 10. В данном случае регулировочная пластина 9 состоит из двух равных по длине частей соединенных между собой подвижным соединением типа «шип-паз», а один из краев каждой из частей соединен с помощью подвижного соединения с одной из ограничительных пластин, причем привод 15 перемещения ограничительных пластин 10 включен в общую электрическую цепь с блоком управления 8. Таким образом, при вращении втулки 16 в одну сторону ограничительные пластины 10 удаляются друг от друга и численное значение параметра S (см. фиг.6б) увеличивается, а при вращении в другую сторону - сближаются и численное значение параметра S уменьшается.
-1
Экспериментальная проверка работоспособности предлагаемого устройства осуществлялась на лабораторной установке с длиной ленты транспортера 0,75 м и шириной 0,1 м. Скорость ленты могла изменяться от 0,05 до 0,15 мс, расстояние S между ограничительными пластинами от 0,02 м до 0,06 м, а высота h от 0,005 м до 0,03 м. Работу порционного дозатора имитировали следующим образом. С помощью аналитических весов готовили отдельные порции материала весом ΔР с заданной погрешностью ±δР. Порции предварительно укладывали на загрузочный транспортер длиною 1 м, Расстояния между отдельными порциями рассчитывалось в зависимости от требуемого значения ΔT, которое варьировалось в интервале 20-60 секунд. В качестве дозируемых материалов использовались: углеродные наноматериалы семейства «Таунит» («Таунит», «Таунит-М», «Таунит-МД»; порошок меди; соль «Экстра»; речной песок разных фракций). Заданная производительность Q изменялась от 0,5 до 5 грамм в секунду.
-1
-1
Относительная погрешность порционного дозирования изменялась от 0,1 до 1%. Результаты экспериментов показали, что погрешность непрерывного весового дозирования, при отборе проб в течении времени ΔT не превышает 20% от погрешности весового порционного дозирования. Например, если погрешность порционного дозирования составляла 0,1%, т.е. при весе отдельной порции ΔР=50 г, погрешность δР=0,05 г, то погрешность непрерывного дозирования при ΔT=60 с и Q=50 гс не превышала 0,11% и ΔQ≤0,06 гс. При стандартном отборе проб в течении 6 минут, погрешность непрерывного дозирования фактически была равна или меньше погрешности порционного дозирования.
Анализ результатов проведенных экспериментов также показал, что основным фактором влияющим на повышение точности непрерывного весового дозирования является реализация двухстадийной технологии дозирования, т.е. статическое взвешивание отдельных порций материала с высокой степенью точности и преобразование отдельных порций в непрерывный поток. Технические решения изложенные в пп.1, 2, 3 и 4 позволяют не только организовать преобразование отдельных порций в непрерывный поток с высокой степенью равномерности, но и полностью автоматизировать данный процесс.