БУНКЕРНЫЙ ДОЗАТОР С ИЗМЕНЯЕМЫМ ОБЪЕМОМ

Полезная модель относится к устройствам дозирования по объему и массе твердых, хорошо сыпучих, не липких материалов, а также мелкоштучных, мелкокусковых и гранулированных продуктов и может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой и химической промышленности, а также в строительстве.
Известно бункерное устройство /RU 2145301, B65D 88/54, 2000/, у которого передняя стенка бункера выполнена шарнирно закрепленной с возможностью увеличения разгрузочного отверстия. Она снабжена возвратными пружинами с возможностью регулировки натяжения. Шарнирный затвор снабжен с внешней стороны противовесом в виде резьбового штока с двумя контргайками. Устройство обеспечивает повышение технологичности использования, возможность вывода крупногабаритных кусков дозируемого материала, повышение надежности в работе, более широкий интервал регулировки производительности подаваемого материала.
Недостатком известного устройства является то, что оно лишь регулирует поток продукта и не позволяет выдавать точно дозируемые порции материалов.
Известен подготовительный бункер дозатора для сыпучих материалов /RU 20088, В65В 1/10, 2001/. Указанное устройство позволяет выдавать точно дозируемые порции сыпучих материалов, однако затруднен процесс регулирования объема этих порций. Их можно регулировать только одновременно, без учета отдельной порции путем замены всех стаканов или за счет изменения размеров «телескопических» стаканов в небольших пределах. То есть, изменение объема порции происходит путем изменения внешних габаритов стакана цилиндрической формы.
Известен дозатор /RU 2351123, А01К 5/02, 2009/, который содержит корпус, - размещенный вертикально, в верхней части которого выполнено загрузочное отверстие и в нижней конической части - выгрузное отверстие, которые соосны с вертикальной осью вала привода. На вертикальном валу привода жестко закреплены два горизонтальных диска: один за загрузочным отверстием, а другой перед выгрузным отверстием. В каждом диске выполнен вырез в виде сектора с углом раскрытия меньше 180° и сектора сдвинуты друг относительно друга на 180. Данная конструкция принята за прототип.
Недостатком данного устройства является затрудненный процесс регулирования объема порций, определяемый скоростью вращения вала, которая сильно отличается для различных продуктов. Пределы регулирования также ограниченны диапазоном вращения вала. Кроме того, дозирование в потоке может вызывать заклинивание дисков на некоторых материалах.
Авторы решали задачу по созданию бункера с изменяемым объемом, лишенного указанных недостатков. Целью данной полезной модели также является создание устройства, соединяющего в себе преимущества объемного и весового дозирования сыпучих веществ. Данная полезная модель способствует решению одной из важнейших задач дозирования сыпучих - достижению высокой скорости без потери точности при больших объемах.
Технический результат полезной модели заключается в получении возможности индивидуального регулирования объема каждой порции, а также в расширении пределов этого регулирования при неизменных внешних габаритах бункера.
Для решения поставленной задачи предлагается бункер с изменяемым объемом, содержащий корпус, а также входное и выходное запорные устройства. Отличительной особенностью предлагаемого бункера является то что, корпус выполнен коробчатым, по меньшей мере, одна из стенок выполнена с оконным проемом, закрытым набором пластин, кинематически связанных друг с другом, со стенкой и механизмом управления пластинами, размещенном в оконном проеме.
Дополнительно предлагается корпус разделить перегородкой на несколько камер, каждая из которых выполнена с оконным проемом, закрытым набором пластин, кинематически связанных друг с другом и с механизмом управления пластинами, размещенном в оконном проеме.
Дополнительно предлагается бункер установить на тензодатчики.
Бункер может быть оснащен либо ручным приводом, либо электроприводом. При этом, в случае, когда используется электропривод полезно его выполнить с шаговым электродвигателем.
Выполнение бункера с коробчатым корпусом, у которого, по меньшей мере, одна из стенок выполнена с оконным проемом, закрытым набором пластин, кинематически связанных друг с другом, со стенкой и механизмом управления пластинами, размещенном в оконном проеме, позволяет плавно регулировать объем бункера, а также расширить пределы этого регулирования.
Предлагаемое устройство представляет собой объемно-весовой дозатор дискретного действия. Основой данного изобретения является способ изменения объема бункера при помощи подвижных пластин, образующих внутри него объемную фигуру. Увеличение или уменьшение объема данной фигуры влечет соответствующие изменения объема бункера без изменения его внешних габаритов.
Существующие типы весовых (ВД) и объемных (ОД) дозаторов невозможно одинаково эффективно примененять на всей линейке сыпучих продуктов при сохранении заявленной точности. Причины этого - снижение скорости дозирования при увеличении объема дозы (ВД) и уменьшение объема дозы при увеличении скорости дозирования(ОД). ВД гарантируют заявленную точность лишь при достаточном времени успокоения тензодатчике в. Формально это время составляет не более 2-3 сек. Однако, практика показывает, что вследствие динамической природы весового дозирования - влияния вибрации, «динамического удара» и кинетической энергии поступающего потока продукта, а так же вибрации питателей и периферийных устройств, реальное время может достигать 5-7 сек. Кроме того, на точность дозирования ВД оказывает влияние интервал времени между сигналом прекращения и фактическим прекращением подачи продукта, а так же интервалы времени между актами считывания веса, в течение которых возможно поступление продукта в накопительную емкость. Также возможны ложные срабатывания порогов «грубо-точно», а также временные задержки между этими переходами. Для больших доз и малой производительности такой показатель не является критичным. Однако, для автоматических линий с высокой производительностью способ дозирования продукта по сути определяет стоимость всей установки.
В отличие от ВД, в предлагаемом устройстве набор дозы происходит в заранее подготовленный объем, тем самым исключая систематическую ошибку измерений, вызванную динамической природой весового дозирования. Это особенно важно для автоматического скоростного дозирования веществ со стабильной насыпной плотностью, с величиной дозы в пределах от 10 до 50 л. После поступления в бункер устройства дозы большего объема, можно произвести контрольное взвешивание продукта с последующей точной догрузкой в течение минимального интервала времени, как правило не превышающего время подачи под загрузку следующей емкости. При этом можно произвести сравнение показаний веса и объема для определения и анализа изменений насыпной плотности продукта и последующей корректировки объема бункера. Подобный анализ существенно ускоряет автоматическое дозирование при сохранении заявленной точности.
ОД в гораздо большей степени, чем ВД, зависят от флуктуации насыпной плотности дозируемого продукта. По этой причине размеры и цена карусельной установки стаканчикового ОД (ОСД) увеличиваются пропорционально количеству, а не размеру стаканов, достигая экономически целесообразного предела в районе дозы в 2-4 л. Дальнейшее увеличение объема стакана в рамках одной карусельной установки приводит к увеличению погрешности дозирования без возможности корректировки отдельной дозы.
В отличие от ОСД, в данном устройстве размер дозы корректируется индивидуально по каждой порции продукта. Размер дозы и форма накопительной емкости при этом могут меняться в широких пределах.
Существуют устройства, так или иначе применяющие отдельные элементы предлагаемой конструкци. Однако, не найдено устройство, изменяющее внутренний объем бункера при сохранении его внешней геометрии.
На фиг.1 представлен принцип работы пластин, на фиг.2 представлен вертикальный разрез заявленного устройства, на фиг.3 представлен фронтальный вид заявленного устройства, на фиг.4 представлен боковой вид заявленного устройства, на фиг.5 представлен вид сверху на запорное устройство, на фиг.6-10 представлены механизмы управления пластинами, где 1 - стенки корпуса бункера, 2 - окно подвода продукта, 3 - окно вывода продукта, 4 - перегородка, разделяющая внутреннее пространство бункера на камеры А и В, 5 - механизм управления пластинами, 6 - пластины, закрывающие оконные проемы, 7 - привод (серводвигатель), 8 - элементы привода (конические угловые редукторы), 9 - входное запорное устройство (шибер), 10 - пневмопривод входного запорного устройства, 11 - выходное запорное устройство (секторный затвор), 12 - пневмопривод секторного затвора, 13 - нижняя ось, 14 - верхняя ось, 15 - нижняя промежуточная ось, 16 - верхняя промежуточная ось, 17 - пластина, 18 - загрузочное отверстие пластины, 19 - вентиляционный фланец, 20 - осевой соединитель, 21 - вентиляционная решетка, 22 - зажим, 23 - петля, 24 - приводной вал, 25 - фланец, 26 - винт, 27 - регулятор длины винта, 28 - гайка, 29 - приводной вал, 30 - весовая рама, 31 - тензодатчики, 32 - дверца, 33 - ревизионный люк, 34 - смотровой люк, 35 - датчик уровня, 36 и 37 - оконные проемы, 38 - шарниры, связывающие пластины, 39 - блокиратор весового режима, 40 - блокиратор-ограничитель бокового смещения, 41 - осевая стойка, 42 - фланец, 43 - направляющая осевой стойки, 44 - подвижный соединительный элемент; 45 - штанга.
Устройство работает следующим образом. При задействовании механизма управления пластинами, показанного на фиг.6, оси 13 и 14 перемещаются по направляющим, расположенным на стенках 1. Кинематически связанные с подвижными осями 13 и 14 пластины 6, перемещаются во внутреннем пространстве бункера, увеличивая или уменьшая его объем, при этом постоянно закрывают оконные проемы 36 и 37. Открывают входное запорное устройство 9 и через отверстие пластины 18 заполняют камеру А сыпучим продуктом, после заполнения камеры А закрывают входное запорное устройство 9, одновременно открывая вход камеры В и и выход 3 камеры А при помощи выходного запорного устройства 11, и пока отмеренная порция сыпучего продукта выгружается из камеры А, заполняют сыпучим продуктом камеру В.
Перед началом первого рабочего цикла для каждой части дозатора устанавливается предварительный объем дозы сыпучего материала (СМ). Для этого, как показано на фиг.6, привод 7 через элементы привода 8 и приводной вал 24 приводит во вращение четыре приводных вала 29 с закрепленными на них гайками 28. Вращение приводных валов 29 сообщает поступательное движение четырем размещенным внутри них винтам 26, имеющих резьбовые соединения с гайками 28. Вертикальное движение винтов 26, соединенных с осевыми соединителями 20, приводит в движение оси 13, 14 и соединенные с ними оси 15, 16. В случае автоматического режима работы устройства, расчет положения осей 15, 16, соответствующее определенному объему, производит контроллер. Для работы устройства в ручном режиме на винтах 26 наносятся риски с отметками, соответствующими занимаемому объему. В случае дозирования по массе, после установки предварительного объема дозы СМ, производится тестовое взвешивание, по результатам которого вносятся необходимые поправки для получения требуемого объема дозы. Для дозирования по объему требуемый и предварительный объем дозы могут не совпадать из-за флуктуации параметров плотности СМ. Поэтому также проводится несколько тестовых замеров. В рабочем цикле поправки объема вносятся только после опустошения емкости дозатора. В случае применения контроллера, управляющего сервоприводом электродвигателя по обратной связи с контрольно-весовым устройством (чеквэйером), расчеты и поправки необходимого объема дозы производятся автоматически.
В начале рабочего цикла продукт, поступающий из накопительной емкости (бункера) через загрузочное окно 2 полностью заполняет одну из частей дозатора до срабатывания датчика уровня 35, после чего управляемое пневмоцилиндром 10 запорное устройство 9 «прорезает» пластиной 17 статичный столб СМ, перекрывая его поступление в процессе разгрузки заполненной емкости и одновременно через отверстие пластины 18 открывая заполняющий поток СМ в пустую емкость дозатора. После перемещения пластины 17 происходит разгрузка заполненной емкости открытием соответствующего секторного затвора 11.
Загрузка и выгрузка СМ в рабочем цикле дозатора происходит одновременно. Такая двухпоточная схема обеспечивает высокую производительность, создавая практически непрерывный поток материала. Максимальная погрешность измерений в режимах объемного дозатора по ГОСТ 8.579-2002 составляет ±1-4% (по объему) и ±0,2-0,5% в режимах весового дозатора по ГОСТ 10223-97(по массе).
Существуют несколько вариантов исполнения механизмов управления пластинами для различного применения.
Механизмы, показанные на фиг.6, 7, обеспечивают наибольшую точность позиционирования пластин за счет применения угловых конических редукторов и предназначены для работы данного устройства в автоматическом и полуавтоматическом режиме. Разница между ними состоит в применении данных механизмов для больших (фиг.6) или малых доз (фиг.7).
Механизмы, показанные на фиг.8, 9, представляют собой бюджетное решение для полуавтоматического или ручного управления пластинами.
Механизм, показанный на фиг 10, предназначен для ручного управления пластинами, не требующего частой регулировки.
Описание работы механизмов. Для механизмов, показанных на фиг.6.
Привод 7 через элементы привода 8 приводит во вращение четыре приводных вала 29 с закрепленными на них гайками 28. Вращение приводных валов 29 сообщает поступательное движение четырем размещенным внутри них винтам 26, имеющих резьбовые соединения с гайками 28. Вертикальное движение винтов 26, соединенных с осевыми соединителями 20, приводит в движение оси 13, 14, и соединенные с ними через пластины 6 оси 15, 16.
Для механизмов, показанных на фиг.7
Привод 7 через элементы привода 8 приводит во вращение два приводных вала 29 с закрепленными на них гайками 28. Вращение приводных валов 29 сообщает поступательное движение двум размещенным внутри них винтам 26, имеющих резьбовые соединения с гайками 28. Вертикальное движение винтов 26, соединенных с осевыми соединителями 20, приводит в движение оси 13, 14, и соединенные с ними через пластины 6 оси 15, 16. Прямолинейное движение осей обеспечивают четыре осевые стойки 41, соединенные с осями соединителями 20 и перемещающиеся в направляющих 43.
Для механизмов, показанных на фиг.8
Привод 7 через элементы привода 8 приводит во вращение приводной вал 24, на котором с помощью резьбового соединения установлены две пары подвижных соединительных элементов 44, имеющих в парах разнонаправленную резьбу. Вращение вала 24 приводит к разнонаправленному поступательному движению в парах подвижных соединительных элементов 44 с присоединенными штангами 45. Движение штанг 45 приводит к вертикальному перемещению соединенных с ними осевых стоек 41 в направляющих 43. Движение стоек 41, соединенных с осевыми соединителями 20, приводит в движение оси 13, 14 и соединенные с ними через пластины 6 оси 15, 16.
Для механизма, показанного на фиг.9
Привод 7 через элементы привода 8 приводит во вращение приводной вал 24, на котором с помощью резьбового соединения установлена пара подвижных соединительных элементов 44, имеющих разнонаправленную резьбу. Вращение вала 24 приводит к разнонаправленному поступательному движению в паре подвижных соединительных элементов 44 с присоединенными штангами 45. Движение штанг 45 приводит к вертикальному перемещению соединенных с ними осевых стоек 41 в направляющих 43. Движение стоек 41, соединенных с осевыми соединителями 20, приводит в движение оси 13, 14 и соединенные с ними через пластины 6 оси 15, 16.
Для механизма, показанного на фиг.10
Вращением приводного вала 24 с закрепленными на нем гайками 28 сообщается поступательное движение двум размещенным внутри них винтам 26, имеющим резьбовые соединения с гайками 28. Вертикальное движение винтов 26, соединенных с осевыми соединителями 20, приводит в движение оси 13, 14, и соединенные с ними через пластины 6 оси 15, 16. Равномерность движения осей обеспечивают четыре осевые стойки 41 в направляющих 43, соединенные с осями 13, 14 осевыми соединителями 20.
Все представленные механизмы снабжены дополнительными узлами регулировки высоты положения осей 27. Это сделано с целью предотвращения заклинивания пластин вследствие повреждения дозатора в процессе его эксплуатации.
Благодаря установленным тензодатчикам 31, предлагаемое бункерное устройство может иметь шесть режимов работы: 1 - объемный дозатор, 2 - объемный дозатор с периодическим контролем веса, 3 - объемный дозатор с постоянным автоматическим весовым контролем (чеквэйер), 4 - объемно-весовой дозатор, 5 - весовой дозатор с системой потери веса (Loss-in-weight system), 6 - весовой дозатор.
1. В режиме объемного дозатора устройство может использоваться для дозирования материалов с переменной насыпной плотностью (например - керамзитовый гравий и другие пористые заполнители бетонной смеси).
2. В режиме объемного дозатора с периодическим контролем веса весовой контроль может использоваться для полуавтоматической или ручной подстройки объема бункера с пульта управления или по шкалам и готовым таблицам пересчета весовых мер дозы в объемные.
3. В режиме объемного дозатора с постоянным весовым контролем устройство может быть интегрировано в автоматическую линию с управлением объемом по линии обратной связи с чеквэйером. Пересчет объемных и весовых мер дозы производит контроллер.
4. В режиме объемно - весового дозатора бункер с изменяемым объемом представляет собой комбинированное устройство для последовательного дозирования состава смесей по объему и весу перед поступлением в смеситель для получения суммарной заданной массы (например керамзит и песок).
5, 6. В режимах весового дозатора и Loss-in-weight дозатор может использовать заранее подготовленные объемы для грубой и точной дозы в отсеках А и В, тем самым организуя скоростное дозирование с быстрым заполнением объема грубой дозы и точной досылкой по второй линии.
В одном технологическом процессе могут одновременно или последовательно использоваться несколько режимов (например керамзит и песок). Особенностью и преимуществом первых трех режимов является высокая скорость дозирования за счет двухпоточной схемы (одновременно происходящей загрузки - выгрузки продукта). Сравнение весовых и объемных показаний дает возможность определить насыпную плотность дозируемого продукта, а в ряде случаев и состав смеси. Отсутствие сложных и дорогостоящих движущихся частей в процессе дозирования делает конструкцию дозатора более жизнеспособной по сравнению со шнековым и ротационным способом объемного дозирования, сокращает стоимость обслуживания и время простоев оборудования.