УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА

1. Область техники
Предлагаемое устройство относится к технике измерения параметров полидисперсных сыпучих материалов, таких как песок, цемент, поваренная соль и др., в процессах их переработки. 2. Уровень техники
Анализ патентов, стандартов, научной литературы и других информационных источников показывает, что известные устройства измерения угла естественного откоса, или, так называемого, угла внутреннего трения, предназначены для измерений этого параметра в стационарных лабораторных условиях путем испытаний отобранных проб.
Известно устройство измерения угла естественного откоса глинозема по ГОСТ 27802-93 [1], которое состоит из воронки, консольной стойки, плиты и цилиндра. Значение угла откоса α определяется по формуле:
α=arctg[80/(D-6)],
где D - средняя арифметическая длина четырех пересекающихся линий, мм.
Известно так же устройство для реализации способа определения угла естественного откоса порошкообразного материала по патенту РФ №2002129550 [2], в состав которого входят тарель с вертикальной стенкой, образующей подложку из испытуемого материала, и выпускное отверстие, расположенное на расстоянии h от подложки. В этом устойстве диаметр тарели d определяют из выражения: d=7,5h.
В результате информационного поиска устройств непрерывного автоматического измерения угла естественного откоса дижущегося сыпучего материала не обнаружено, а измерение этого угла в стационарных условиях с использованием описанных и других лабораторных устройств предполагает периодический отбор проб и выполнение ручных операций в процессе измерений.
3. Сущность полезной модели
Технической задачей является разработка автоматического устройства измерения угла естественного откоса полидисперсного сыпучего материала в потоке.
Необходимо отметить, что сыпучесть материала, характеризуемая углом естественного откоса, является важным технологическим параметром, определяющим стабильную работу всего технологического оборудования и качество готового продукта.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемой полезной модели, содержащей выпускное устройство в виде расходного бункера испытуемого материала и подложки в виде рабочей ветви ленты крутонаклонного конвейера, закрепленного с возможностью поворота относительно оси приводного барабана, дополнительно установлены: механизм для изменения угла наклона транспортера, датчики контроля верхнего и нижнего потоков сыпучего материала, стрелочный указатель со шкалой и два приемных бункера под верхним и нижним барабанами конвейера.
Основными отличительными признаками предлагаемого устройства контроля угла естественного откоса от известных устройств является наличие крутонаклонного ленточного конвейера, установленного с возможностью изменения угла наклона при помощи реверсивного электропривода и датчиков контроля верхнего и нижнего потоков сыпучего материала.
Благодаря наличию этих признаков дозированный отбираемый из технологической линии сыпучий материал через расходный бункер попадает на движущуюся вверх ленту конвейера и разделяется на два потока. Так как рабочая ветвь ленты движется вверх, то в зависимости от соотношения сил трения и сил тяжести часть потока с малым углом откоса будет перемещаться по ленте вниз, а другая его часть с большим углом откоса поднимется вверх. Если эти потоки не равны между собой, то сработает один из датчиков контроля потока и по его сигналу реверсивный электропривод при помощи передаточного механизма изменит угол наклона конвейера так, что больший из потоков уменьшится. Отсчет значения угла откоса производится по шкале в равновесном состоянии устройства измерения, т.е. когда верхний и нижний потоки равны и угол наклона конвейера равен углу естественного откоса сыпучего материала. При необходимости более точных измерений возможна градуировка предлагаемого устройства с использованием лабораторного средства измерений, например, по ГОСТ 27802-93, как образцового.
Для очистки нижней ветви ленты конвейера от налипшего комкуемого материала на верхнем барабане установлен подпружиненный скребок. Если учесть, что для измерений отбирается малая часть основного технологического потока (2-3%), то испытуемый сыпучий материал из верхнего и нижнего накопительных бункеров может объединяться в один поток и возвращаться в технологическую линию транспортирующим устройством малой производительности, например, наклонным скребковым транспортером.
В общем случае направление движения испытуемого материала по транспортерной ленте зависит не только от силы внутреннего трения, но и от силы трения материала о поверхность транспортерной ленты, что вызывает существенную дополнительную погрешность результата измерений. Для уменьшения этой погрешности на рабочей поверхности ленты конвейера нанесены рифы в виде поперечных параллельных полос, благодаря которым на поверхности ленты образуется подложка из испытуемого сыпучего материала.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает в автоматическом режиме измерение угла естественного откоса сыпучего материала в технологическом потоке прямым способом во всем диапазоне и с достаточной точностью. Измерение угла естественного откоса в динамическом режиме обеспечивает соблюдение принципа инверсии в технологии переработки сыпучих материалов и позволяет использовать это устройство в системах автоматического управления, что, несомненно, повысит качество готового продукта.
В целом, совокупность признаков предлагаемой полезной модели необходима и достаточна для решения поставленной задачи и в полном объеме ранее нигде не использовалась для решения поставленной задачи или других эквивалентных задач. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критериям существенной новизны и полезности.
Схема и основные элементы конструкции устройства измерения угла естественного откоса сыпучего материала иллюстрируются чертежами на фиг.1,2.
Фиг.1 - устройство измерения угла естественного откоса сыпучего материала;
Фиг.2 - верхний барабан конвейера. 4. Примеры конкретного выполнения
Пример 1 конкретного выполнения
В соответствии с чертежом (фиг.1) предлагаемое устройство состоит из крутонаклонного ленточного конвейера 1, снабженного верхним 3 и нижним 12 датчиками потока сыпучего материала. Под приводным и ведомым барабанами конвейера и над серединой рабочей ветви ленты 14 конвейера неподвижно установлены: расходный бункер 2, накопительный бункер 7 материала с большим углом откоса и накопительный бункер 11 материала с малым углом откоса. Рама конвейера 1 через передаточный механизм 8 кинематически связана с реверсивным электроприводом 9, а приводной барабан сочленен с электроприводом 10. На верхнем конце рамы конвейера неподвижно закреплен стрелочный указатель 4. Шкала 5 устройства измерения установлена неподвижно так, что при изменении угла наклона конвейера стрелка 4 перемещается вдоль ее линии.
Измерение угла естественного откоса сыпучего материала предлагаемым устройством по примеру 1 осуществляется следующим образом. Малая дозируемая часть технологического потока отбирается из непрерывной технологической линии и через расходный бункер 2, самотеком поступает на ленту 14 конвейера 1, которая под углом, близким к углу естественного откоса, движется вверх. Если в сумме сила трения материала о поверхность ленты и сила внутреннего трения больше проекции силы тяжести, то материал вместе с лентой перемещается вверх. Для более сыпучего материала сила трения между частицами меньше, сформулированное условие не выполняется и материал на движущейся ленте перемещается вниз. С учетом того, что датчики 3 и 12 настроены на одинаковые значения проходящих по ленте потоков, то при нарушении их баланса срабатывает датчик увеличившегося потока и включается реверсивный электропривод 9 угла наклона конвейера. Изменение угла наклона конвейера происходит до тех пор, пока увеличившийся поток не уменьшится до заданного значения и оба потока не сбалансируются. Отсчет угла естественного откоса осуществляется по неподвижной шкале 5 при помощи стрелочного указателя 4, неподвижно закрепленного на раме конвейера. Пример 2 конкретного выполнения
В устройстве измерения угла естественного откоса сыпучего материала по примеру 2 под верхним барабаном конвейера 1 с возможностью поворота закреплен скребок 6 из эластичного материала, снабженный упругим элементом, например, пружиной 13 (фиг.2). Упругий элемент обеспечивает постоянный контакт скребка с транспортерной лентой 14, в результате чего прилипший к ленте комкуемый материал соскабливается с нее и ссыпается в накопительный бункер 7. Стрелочный указатель 4 и датчик верхнего потока 3 на фиг.2 не показаны.
Пример 3 конкретного выполнения
В устройстве измерения угла естественного откоса сыпучего материала по примеру 3 на рабочей поверхности ленты 14 конвейера 1 нанесены рифы в виде поперечных параллельных полос (фиг.2). Глубина рифов h и расстояния между полосами b определяются по следующим формулам:
h=(2…3)d и b=(3…4)d,
где d - средний диаметр частиц сыпучего материала, мм.
Благодаря наличию рифов на рабочей поверхности ленты при ее движении образуется подложка из испытуемого материала, что практически исключает влияние силы трения материала о поверхность ленты на результат измерения и повышает его точность.
5. Промышленная применимость
Экспериментальный образец устройства измерения угла естественного откоса сыпучего материала изготовлен и испытан в экспериментально-технологической лаборатории факультета технологии и предпринимательства Томского государственного педагогического университета. Испытания, проведенные на соли поваренной пищевой сорта «Экстра», подтвердили работоспособность и перспективность заявляемой полезной модели.
В 2009 году планируется совместно с Томским государственным архитектурно-строительным университетом провести испытания измерительного устройства на сыпучих строительных материалах, определить основные метрологические характеристики и изучить технико-экономические возможности его использования в технологических линиях производства кирпича и цемента.
Источники информации
1. Глинозем. Метод определения угла естественного откоса / ГОСТ 27802-93 (ИСО 902-76). Минск, 1993.
2. Способ определения угла естественного откоса порошкообразного материала / Патент РФ №2002129550.