Способ измерения массы сыпучего материала при вибротранспортировании

(51) 5 ЕТЕНИЯ 8твенное обьединени ельство СССР11/04, 1977.ельство СССР11/16, 1985. шение к ой техни- материат (лоток) крывают,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА ПРИ ВИБРОТРАНСПОРТИРОВАНИИ(57) Использование: имеет отно транспортной и весоизмерительнке промышленности строительных лов, Сущность изобретения: трак вибропитателя герметично пере Изобретение относится к транспортной и весоизмерительной технике и может быть использовано для порционного дозирования сыпучих материалов, преимущественно в промышленности строительных материалов и торговле,Изобретение может быть использовано также для измерения расхода жидкости, сыпучих и кусковых материалов, например в горнорудной промышленности, в отраслях, где перемещение материалов и изделий осуществляется вибротранспортом,Известен способ непрерывного весового дозирования, заключающийся в том, что сыпучий материал подают на вибротранспортирующий рабочий орган, измеряют его вибрационные параметры и по ним судят о массе сыпучего материала на нем. затем подают в него сыпучии материал, Одновременно измеряют вибрационные параметры лотка, по которым судят о массе сыпучего материала на нем. Через определенный промежуток времени подачу прекращают, а материал прижимают к поверхности лотка, Величина вибрационных параметров в момент прижатия сыпучего материала к лотку характеризует его (сыпучего материала) физическую массу, После измерения физической массы тракт вибропитателя разгерметизируют и сыпучий материал вибропитателем транспортируют потребителю. При подаче сыпучего материала двум потребителям тракт вибропитателя разгерметизируется с соответствующего конца. Изобретение может быть использовано для дискретного дозирования различных материалов и веществ, 2 з.п, ф-лы, 4 ил. Недостатком этого способа является то, что физически измеряется не масса, а линейная плотность массы сыпучего материала. Из теории непрерывной транспортировки материалов известно, что по данным только с линейной плотности нельзя с помощью каких-либо расчетов судить о расходе сыпучего материала или о массе порции, прошедшей через вибротранспортирующий рабочий орган и выданной потребителю.О том, что в данном способе измеряется именно линейная плотность сыпучего материала, свидетельствует следующее. В установившемся режиме на вибротранспортирующем рабочем органе постоянно находится определенное количество сыпучего материала. Если поток через вибротранспортирующий рабочий орган, скажем, 176899710 15 20 25 30 35 40 45 55 але,постоянен, то количество сыпучего материала на нем также неизменно. Следовательно, по количеству сыпучего материала, находящегося на вибротранспортирующем рабочем органе, нельзя судить о величине расхода и прошедшей массе, То, что измеряется именно линейная плотность, свидетельствует происходящие при транспортировке физические процессы. Ведь любая частица сыпучего вещества проходит путь от начала вибротранспортирующего рабочего органа к его концу,Кроме этого, точность измерения линейной плотности массы сыпучего материала на вибротранспортирующем рабочем органе падает при увеличении его коэффициента загрузки.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ измерения массы, состоящий в том, что сыпучий материал насыпают на ленту транспортера и перемещают его, подавая на отводной вибротранспортирующий лоток, согласуют скорости подачи и схода сыпучего материала на отводном вибротранспортирующем лотке, измеряют время, скорость транспортера и линейную плотность сыпучего материала на отводном вибротранспортирующем лотке по его вибрационным параметрам, определяют массу сыпучего материала как произведение скорости, линейной плотности и времени.Этому способу присуще несколько недостатков. Первый недостаток состоит в том, что необходимо измерять четыре параметра: время, скорость транспортерной ленты, скорость схода сыпучего материала с отводного вибротранспортирующего лотка и линейную плотность материала на нем, Как известно, измерение любого параметра можно провести с некоторой погрешностью. Когда для определения величины используют измерения нескольких параметров, то погрешности эти, в простейшем случае, суммируются, В итоге, точность результата измерения гораздо ниже точности любой из составляющих, Кроме того, измерение любого параметра требует аппаратных затрат поскольку нужны датчики, линии связи, функциональные преобразователи, умно- жители и т.д., требует обслуживания и наладки в процессе эксплуатации,Следует отметить, что прямого метода измерения скорости сыпучего материала не существует. Поэтому на практике используют косвенные пути, главным образом его наносят на транспортерную ленту, а ее скорость определяют с помощью тахометрических датчиков. Но при этом необходимо обеспечить надежное, без проскальзывания контактирование тахометрического датчика с лентой. В реальных условиях эксплуатации, например, при производстве силикатного кирпича, сопровождаемого образованием тончайшей пыли, играющей роль смазки, такой контакт обеспечить весьма непросто даже если транспортерная лента не прослабляется. Все это сильно осложняет аппаратную реализацию способа и точность измерения, требует значительных затрат,Другой недостаток этого способа состоит в том, что необходимо согласовать скорость поступления сыпучего материала на отводной вибротранспортирующий лоток со скоростью его схода с него. В данном способе важна не столько скорость подачи сыпучего ратериала на отводной вибротранспортирующий лоток, сколько скорость схода материала с него, В самом деле, если скорость перемещения сыпучего материала по отводному вибротранспортирующему лотку равна скорости его подачи транспортером, то произведение линейной плотности на скорость в точности отражает расход, Но если скорость перемещения сыпучего материала на отводном вибротранспортирующем лотке меньше скорости его поступления, то со временем на нем буде идти накопление сыпучего материала. При этом средняя линейная плотность возрастает,внося погрешность в измерение и давая завышенный расход, И наоборот, Если скорость перемещения сыпучего материала на отводном вибротранспортирующем лотке больше скорости его поступления, то это приводит к падению линейной плотности сыпучего материала на нем, в результате чего фиксируется расход меньше действительного,В практике эти скорости периодически подстраиваются по визуальным наблюдениям оператора, Поэтому автоматизация такого процесса крайне затруднительна.Следующий недостаток состоит в том, что с изменением количества сыпучего материала на отводном вибротранспортирующем лотке изменяются его резонансные свойства, в результате чего точность измерения при различной производительности также будет различной, Такое поведение отводного вибротранспортирующего лотка обусловлено диссипацией энергии в его колеблющихся элементах и в сыпучем материЦель изобретения -повышение точности и упрощение способа. Поставленная цель достигается тем, чтов известном способе измерения массы, преимущественно сыпучих материалов, заклю 1768997чающемся в том, что сыпучий материал подают на вибропитатель, измеряют его вибрационные параметры и по ним судят о массе сыпучего материала на нем, тракт вибропитателя герметично перекрывают до прекращения подачи сыпучего материала, после чего тракт разгерметизируют, тракт вибропитателя разгерметизируют с одного из концов, после прекращения подачи сыпучий материал фиксируют на вибропитателе, например, прижимают к его поверхности,Герметичное перекрытие тракта вибропитателя при подаче на него сыпучего материала приводит к его накоплению. Поскольку из тракта вибропитателя сыпучий материал не убывает, то его скорость относительно вибропитателя равна нулю, В эти моменты вибрационные параметры вибропитателя зависят от физической массы сыпучего материала на нем,Аналогичная картина наблюдается после прекращения подачи сыпучего материала и разгерметизации тракта вибропитателя. Поскольку в этом случае сыпучий материал не поступает. то вибрационные параметрь, вибропитателя тоже определяются физической массой сыпучего материала на нем, Причем в любой промежуток времени можно судить о его количестве на вибоопитаеле.Осу;цествление предложенного характера движения сыпучего материала позволяет совместить процессы транспортирования и измерения массы сыпучего материала с помощью только одного вибропитателя, При этом отпадает необходимость измерения нескольких параметоов. что и повышает его точность.На фиг. 1 представлено устройство для осуществления способа измерения массы сыпучего материала типа песка; на фиг, 2 - то же, с возможностью выдачи песка с обоих концов вибропитателя; на фиг. 3 - то же, для взвешивания пылящих материалов типа цемента; на фиг. 4 - разрез А - А на фиг. 3.Устройство для взвешивания песка состоит из вибропитателя. включающего открытый сверху лоток 1 (т.е. желоб (тракт), у которого левая часть заглушена), приводимый в колебание электромагнитным вибратором 2, На открытом конце лотка на оси, установленной на уровне борта, закреплен затвор 3, поворачиваемый пневмоцилиндром 4. В положении, указанном на фиг. 1, затвор герметично перекрывает тракт вибропитателя, При этом формируется своеобразный бункер, в котором при подаче песка 5 происходит его накопление, В положении, отмеченном пунктиром, затвор разгерметизирует тракт, пропуская песок, Песок в ло 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ток насыпают любым приспособлением, например, подают из расходного бункера б с помощью вибрационного питателя 7, причем так, чтобы между ними не было механической связи, влияющей на вибрационные характеристики "измерительного" вибропитателя, Измерение вибрационных параметров осуществляют вибропреобразователем 8.Схема 9 управления производит обработку сигналов вибропреобразователя и команд при ручном управлении, выдает регулирующие сигналы на пневмоцилиндр 4, питание на электромагнитный вибратор 2 и на вибропитатель 7, а также индицирует результаты измерения на индикаторе и выдает их во внешние цепи,В данном способе могут контролироваться различные вибрационные параметры,Примеры реализации,П р и м е р 1, Измерение массы песка производят за счет определения импендансных характеристик такой колебательной системы как вибролоток с песком, Упругими связями в этой колебательной системе являются пружины электромагнитного вибратора.В данном варианте в устройстве на фиг, 1 в качестве вибропреобразователя устанавливают датчик механического импенданса, закрепленного на лотке. В схему управления подают команду, по которой она включает питание электромагнитного вибратора 2, в результате этого с датчика 8 механического импенданса в нее поступают сигналы, пропорциональные силе, с которой электромагнитный вибратор 2 воздействует на лоток, и его ускорению.Схема управления производит их деление согласно выражению:п =Р(1), где в - текущая массы лотка с песком, кг;Р - усилие, с которым электромагнитный вибратор воздействует на колеблющуюся массу, Н;а - ускорение лотка, м/сек .2Результат деления выдается на индикатор и во внешние цепи, Затем проверяют, не остался ли песок на лотке от предыдущего измерения ( при первом включении в работу), Для этого в схему управления подают команду "Заслонку открыть", Схема направляет в пневмоцилиндр сжатый воздух так, что заслонка поворачивается в положение "Открыто" (см. пунктир). Под действиемвибрации остатки песка сбрасываются с лотка, Как только показания индикатора перестанут изменяться. в схему управления подают(5) команду "обнуление", по которой она запоминает величину.Рогпл = (2)аогде вл - масса пустого лотка,Эта операция называется установкой нуля, В дальнейшем величину этой массы схема управления вычитает из величины текущей массы и на индикатор выставляет значение массы песка согласно формуле;п 1 п = - пв,Р(3)аЗатем в схему управления дают команду "Заслонку закрыть" и после ее обработки (закрытия) в лоток подают песок любыми порциями, Под действием вибрации каждая порция песка подобно жидкости растекается по всей площади лотка. Максимальное количество песка ограничивается высотой его бортов. Набрав на лотке нужное количество песка, подачу прекращают.После прекращения подачи вибрационные параметры лотка зависят от физической массы песка на нем. Причем для более точного измерения отсчет показаний рекомендуется производить после окончания переходного процесса, вызванного прекращением подачи песка. (Известно, что переходные процессы в таких механических колебательных системах заканчиваются через несколько периодов, Скажем, если электромагнитный вибратор получает питание от сети промышленной частоты 50 Гц через однопопупериодный выпрямитель, то по истечении уже 0,1 - 0,2 с после прекращения подачи песка показания индикатора будут соответствовать физической массе песка),После взвешивания в схему управления подают команду "Заслонку открыть". Как только она откроется, песок под действием вибрирующего лотка постепенно выдается потребителю, Удалив песок с лотка, в схему подают команду "Заслонку закрыть" и после ее срабатывания устройство готово к взвешиванию следующей порции,П р и м е р 2. Измерение массы песка осуществляют за счет отслеживания резонансной частоты лотка с сыпучим материалом,В этом случае в устройстве на фиг, 1 в качестве вибропреобразователя устанавливают на лотке аксеперометр, Реакция схемы управления аналогична той, что рассмотрена ранее, Только здесь о величине массы судят по частоте собственных колебаний механической системы. Поэтому при изменении массы песка в лотке производят из 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 менение частоты источника питания вибратора 2,После подачи питания на вибратор 2лоток приходит в вынужденные колебания счастотой, в общей случае пропорциональной частоте источника питания, Акселерометр выдает частотный сигнал с амплитудой,зависящей от отношения частоты собственных колебаний лотка к частоте источникапитания. В резонансном режиме, когдаэто отношение равно 1, величина сигналаакселерометра максимальна и имеет экстремальный характер, т.е, вторая производная амплитуды по частоте равна нулю.Как известно, в резонансном режимемасса колеблющегося тела, в нашем случаелотка с песком, связана с частотой собственных колебаний соотношением;К(4)4 д 1где К - коэффициент жесткости упругих связей механической колебательной системы,т.е, пружин электромагнитного вибратора,кг/с;1 - резонансная частота колебаний механической системы, Гц,Следовательно, измерение массы повторому варианту состоит в таком изменении частоты источника питания, чтобы онасовпадала с частотой собственных колебаний механической системы (с переменнымколичеством песка),Аналогично предыдущему производятустановку нулевой точки отсчета. В результате схема управления выдает на индикатори во внешние цепи информацию согласноуправлению,кгпп =4 л 2огде 10 - частота собственных колебаний механической системы при пустом лотке.Подчеркнем еще раз, что при измерении массы по данному варианту частоту источника питания изменяют, так, что втораяпроизводная амплитуды акселерометра почастоте равна нулю во всем диапазоне изменения количества песка.В данном устройстве (и рассматриваемых ниже) на период загрузки лотка сыпучим материалом электромагнитныйвибратор можно периодически отключать.Это целесообразно делать, когда поступление песка в лоток идет с небольшой производительностью,В устройстве, изобракенном на фиг, 2,лоток выполнен с желобом, открытым собоих концов, На этих концах установленызатворы 3, приводимые во вращение пневмоцилиндрами 4. Лоток приводится в коле 1768997 1010 15 20 бание реверсивным электромагнитным вибратором 10. Изменение массы песка в таком устойстве производят, устанавливая вектор возмущающей силы перпендикулярно желобу,В остальном работа такого устройства аналогична рассмотренному выше, позволяя осуществить обслуживание двух потребителей, например, при фасовке продуктов в торговле с использованием автоматического затаривания мешков,При взвешивании пылящих сыпучих материалов типа цемента тракт вибропитателя исполняют в виде трубы, выполненной из двух симметричных частей 11, соединяемых посредством фланцев, 1 Лежду фланцами зажата свободно лекащая эластичная пленка 12, образующая с нижней частью трубы герметичную полость. Эта полость через вентиль 13 соединена с атмосферой или с источником сжатого воздуха, Цемент из расходного бункера подаеся шнековым питателем 14 через затвор 15. Расходный бункер связан с тоубой с помощью гибкого сильфона 1 б.Измерение массы производят так, Затвор 3 закрывают, а затвор 15 открывают. Вентилем 13 вначале соединяют образованную эластивной пленкой полость с атмосферой, а в момент дви:.ения лотка вверх - герметизируют. Цемент подают с помощью шнекового питателя до определенного заполнения трубы. После этого шнековый питатель отключают и закрывают затвор 15. Затем через вентиль 13 в герметичную полость подают сжатый воздух, в результате чего эластичная пленка прижмет цемент к верхней части трубы, вытесняя воздух из объема 17 через неплотности в затворах,Прижатый к трубе цемент лишается подвижности из-за чего они составляют единое твердое тело, Это способствует увеличению чувствительности датчика вследствие роста амплитуды резонанса и добротности колебательной системы, а значит позволяет более точно измерить массу,Использование заявляемого технического решения позволяет по сравнению с прототипом упростить процесс определения массы за счет исключения проведения операций измерения времени, скоростей подачи и схода сыпучего материала на и с вибропитателя. При этом отпадает необходимость в аппаратных средствах, предназначенных для этих измерений (т,е, датчиков, усилителей, линий связи и т.д,), и средств, осуществляющих перемещение сыпучего материала. Другими словами, полученный результат получен не с помощью дополнения известного обьекта какими-либо опера 25 30 35 40 45 50 55 циями, а наоборот, за счет исключения из известного объекта определенных операций, и организаций их нового взаимодействия.Повышение точности измерения массы также получено не путем дополнительных затрат, но за счет использования имеющихся средств по новому, В самом деле, ведь и в прототипе есть средства для создания вибрации (вибротранспортирующий рабочий орган) и измерения вибрационных характеристик, Новая организация движения сыпучего материала на вибропитателе позволяет определять непосредственно егофизическую массу,Периодический характер измерения массы не препятствует достижению той же производительности, что и при использовании непрерывных способов измерения массы. В самом деле, поскольку специальных требований к производительности подачи сыпучего материала на вибропитатель нет,то можно использовать любые известные средства или способу, обеспечивающие быстрое заполнение вибропитателя, Скажем, сбросом в вибропитатель заранее подготовленного обьема сыпучего материала, Так как переходные процессы в весоизмерительной системе заканчиваются за несколько периодов колебаний, а выдача сыпучего материала с вибропитателя осуществляется с не меньшей, чем у известных объектов скоростью, то экономия времени на загрузке позволит обеспечить сравнимую производительностьь,Нужно отметить, что операции фасовки материалов в упаковку очень распространены. К примеру, муки и сахара в торговле, цемента в строительстве и т.д, Здесь преимущества заявленного способа неоспоримы,В промышленности строительных материалов, в комбикормовой промышленности широко используют смеси, приготовляемые и фасуемые порциями. Сейчас, как правило, каждый компонент взвешивается в отдельном дозаторе, В последнее время как за рубежом, так и у нас в стране находят применение многокомпонентные дозаторы. В такой дозатор компоненты подаются отдельными механизмами по очереди, чаще всего вибрационными или шнековыми питателями,Предлагаемый способ за счет оснащения вибропитателей вибропреобразователями и системой управления позволяет осуществлять одновременный набор свех компонентов в один бункер, Уже при составлении двухкомпонентной смеси производительность заявляемого способа может на20 - ЗОО превысить производительность оборудования, в основу которого положена чередующаяся подача компонентов известными питателями, При четырех и более компонентах может быть достигнута производительность в несколько раз большая,Использование данного способа, совмещающего процессы транспортирования и измерения массы сыпучих или кусковых материалов, позволяет путем дооснащения существующих вибротранспортирующих машин виброизмерительными приборами и управляющими средствами обеспечить и измерение массы,Использование данного и зобретения позволит получить новый класс измерительных вибропитателей со своей "экологической" нишей,Формула изобретения 1. Способ измерения массы сыпучего материала при вибротранспортировании,включающий подачу сыпучего материала на вибропитатель, измерение вибрационных параметров и определение по ним величины массы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, 5 с целью повышения точности и упрощенияспособа, в процессе измерения вибрационных параметров массы производят герметичное перекрытие тракта вибропитателя до момента прекращения подачи сыпучего 10 материала,2, Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что после измерения вибрационных параметров производят разгерметизацию 15 тракта вибропитателя с одного из его концов,3, Способ по и, 1, о т л и ч а ю щи й с ятем, что перед разгерметизацией тракта вибропитателя осуществляют фиксацию 20 массы сыпучего материала путем прижатияего к поверхности вибропитателя.1768997Составитель Е, Костоломов Редактор В, Трубченко Техред М.Моргентал КоРРектоР О, Густи Заказ 3639 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 ,67 Л