ЭКСПРЕСС-СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ХЛОПКА-СЫРЦА Российский патент 1995 года по МПК G01N33/36 

Изобретение относится к автоматизированным средствам оценки признаков качества хлопка-сырца и может быть использовано на хлопкозаготовительных пунктах и хлопкоочистительных заводах.

Известно устройство для определения характеристик волокнистых материалов [1] содержащее генератор электрических колебаний, соединенный с преобразователем электрических колебаний в звуковые, установленным на входе измерительной камеры, механизм уплотнения пробы в измерительной камере, преобразователь звуковых колебаний в электрические, установленный на выходе измерительной камеры и соединенный с измерителем ослабления звуковых колебаний, выход которого соединен с входом вычислительного блока и блоком индикации, имеющий также генератор электрических колебаний, излучающую и приемные антенны, измеритель ослабления электромагнитных колебаний, дополнительный вычислительный блок и блок индикации.

Это устройство, примененное к хлопку-сырцу, позволяет на основе результатов измерения ослабления звуковых и электромагнитных колебаний в пробе вычислить величину разрывной нагрузки волокна (сортность хлопка) и влажность.

Известно, что при передаче продукции хлопководства хлопка-сырца, в сферу промышленной переработки, необходимо определять его количество и качество в каждой транспортной тележке, поступающей на хлопкоприемный пункт.

Для определения количества (кондиционной массы) хлопка-сырца из результата взвешивания на товарных весах, например, содержимого транспортной тележки, исключается вес посторонних примесей сора и избыточной влаги. В связи с этим необходимо оценивать средние по данному объему продукции засоренность и влажность.

Для определения качества хлопка-сырца (сортности), следовательно, и его цены необходимо оценивать среднюю разрывную нагрузку волокна.

Хлопок-сырец является ценным, имеющим высокую стоимость продуктом, нуждающимся в соответственно точной оценке количества и качества, следовательно, влажности, засоренности, разрывной нагрузке волокна.

Средние значения указанных признаков практически могут быть оценены соответственно математико-статистической теории выборок по результатам анализов, репрезентативно отобранных из макрообъемов хлопка-сырца проб и образцов.

Проведенными исследованиями [2 и 3] установлено, что хлопок-сырец в объемах производственного значения макрообъемах, например в объемах кузовов тележек для его перевозки с хлопкового поля на хлопкоприемный пункт, пространственно неоднороден по технологическим признакам (влажность, засоренность, разрывная нагрузка волокна), а также другим признакам (например, электропроводность, диэлектрическая проницаемость, звукопоглощение, воздухопроницаемость, отражаемость света).

Установлено, что из-за фактической пространственной неоднородности по признакам хлопка-сырца в макрообъемах при стандартных методах, когда анализам на влажность подвергаются выборочные пробы массой 40 г, на засоренность 300 г, а на разрывную нагрузку волокон до 100 г, кондиционная масса оценивается в среднем с точностью 5 отн. а сортность определяется правильно примерно в 85% случаев. Такая точность, безусловно, не соответствует ценности продукции.

Соответственно теории выборок при фактической степени неоднородности по признакам хлопка-сырца для увеличения точности оценок кондиционной массы в 3-4 раза, а правильной оценки сортности в 95% случаев, при средних условиях, непосредственным анализам необходимо подвергать выборочно образцы общей массой 15-20 кг.

Известное устройство [1] с измерительной камерой, вмещающей образец (пробу) указанной массы, из-за технических трудностей создания в области такой большой камеры равномерных звукового и электромагнитного полей не позволяет достичь достаточной точности измерений.

Можно разделить образец на доли и оценивать его признаки усреднением результатов анализа каждой доли, но это существенно увеличит затраты труда и времени на оценку признаков образца в целом.

Недостатком устройства [1] является также то, что с его помощью измеряется только влажность и разрывная нагрузка волокна; для исключения влияния на результаты измерений засоренности пробы необходимо очищать от сорных примесей.

Предлагаемое устройство позволяет экспрессно оценивать с повышенной точностью одновременно не только влажность и разрывную нагрузку волокна, но также и засоренность.

Повышение точности оценок достигается тем, что анализам подвергается репрезентативно отобранный из макрообъема хлопка-сырца образец массой не менее 7-10 кг, потому имеющий признаки по величине, близкие к его признакам;
каждый признак образца рассчитывается по уравнениям множественных регрессий на основании не менее пяти факторных признаков хлопка-сырца;
факторные признаки определяются по результатам измерений выходных сигналов датчиков, коррелирующих с искомыми признаками, при их взаимодействии с несколькими десятками долей образца.

Экспрессность быстродействие устройства, достигается механизацией операций, связанных с подготовкой образца для измерений, применением датчиков с малым временем релаксации выходных сигналов, автоматизацией обработки выходных сигналов датчиков.

Устройство в целом включает механизм, формирующий циркулирующий поток уплотненного образца хлопка-сырца, комплектом датчиков, по выходным сигналам которых определяются факторные признаки хлопка-сырца в потоке, подключенных к вычислительному блоку.

Механизм, формирующий поток образца, включает бункер, хлопкопровод, зубчато-валковый толкатель хлопка и разгрузочное устройство.

На фиг.1 схематически изображен предлагаемый анализатор, вид сверху; на фиг. 2 то же, вертикальный разрез; на фиг.3 схема зубчатовалкового толкателя хлопка (разрез А-А на фиг.4); на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5 разгрузочный толкатель, вид снизу; на фиг.6 разрез В-В на фиг.5.

Хлопкопровод представляет собой круговую кольцевую трубу 1 с вертикальными концентрическими боковыми стенками 2, плавно с закруглением соединенную с покатым потолком 3 и имеющую разъем, над которым установлен бункер 4, а внутри зубчатовалковый толкатель хлопка-сырца.

Наружная боковая стенка 2 (фиг.2) кольцевой камеры крепится к стенкам 5, установленным на основании 6. В этой же стенке, поблизости от разъема, имеется окно, закрываемое дверцей 7 с запорным устройством (на фиг.1 сплошная линия дверца закрыта, пунктиром открыта при выгрузке образца).

Дно 8 кольцевой камеры расположено под боковыми стенками хлопкопровода с зазором 10-20 мм и под зубчатовалковым толкателем, представляет собой кольцо с поверхностью усеченного конуса, связанное, например, спицами 9 со ступицей 10, свободно посаженной на центральную ось 11, установленную вертикально на основании 6. На ступице 10 установлено зубчатое или червячное колесо для передачи момента вращения от редуктора 12 с электроприводом.

Для загрузки в хлопкопровод образца хлопка-сырца служит установленный в разъеме под бункером зубчатовалковый толкатель (фиг. 3 и 4), включающий осевой вал 13, жестко насаженный на вал редуктора 14 с электроприводом, установленным на основании 6. На вал 13 посажен и закреплен барабан 15, на котором установлены зубчатые стальные диски 16.

Огибающая концов зубьев комплекта дисков является поверхностью усеченного конуса с горизонтальной осью, пересекающей ось кольцевого хлопкопровода, и с отношением радиусов оснований, равным отношению радиусов боковых стенок.

При вращении зубчатого валика зубья дисков пересекают через щели направляющую планку 17, отличающуюся тем, что угол между касательной к ней в направлении щелей и рабочей поверхностью зубьев дисков при их вращении всегда не меньше 90^о.

Для разгрузки образца хлопка-сырца из канала хлопкопровода через открытую дверцу 7 в дне канала 8 перпендикулярно к радиусу вырезаны с промежутком 5-8 см параллельные щели 18 (фиг.5). В щелях, вокруг оси 19, закрепленной на кронштейнах 20, установленных снизу дна 8, может поворачиваться, в пределах примерно прямого угла, остроконечные пластинки 21, соединенные с трубкой 22, свободно надетой на упомянутую ось.

Длина и расположение щелей относительно оси 19 таково, что при повороте пластинок 21 в направлении перемещения образца хлопка-сырца в хлопкопроводе острый ее конец, опираясь на край щели, выступает над верхней поверхностью дна на 10± 5 мм, а при повороте пластинок в противоположном направлении, опираясь на другой край щели, устанавливаются вертикально.

На хлопкопроводе, в зоне, противоположной месту расположения зубчатовалкового толкателя с бункером, на потолке установлены датчики факторных признаков 23-27, безынерционные электрические сигналы которых коррелируют с разными физическими свойствами хлопка-сырца (диэлектрическая проницаемость, электропроводимость, поглощение звуковых и электромагнитных волн, воздухопроницаемость, отражаемость света, механическая упругость).

Датчики факторных признаков подключены к управляющему вычислительному блоку, включающему коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, контроллер, электронно-вычислительный блок с дисплеем и принтером.

Датчик и управляющий вычислительный блок комплектуются из элементов, выпускаемых промышленностью, не являются предметом данного изобретения и потому подробно не описываются.

Анализатор работает следующим образом. В исходном положении дно 8 хлопкопровода поставлено так, чтобы разгрузочное устройство находилось на расстоянии 10-15 см за зубчатовалковым толкателем в направлении перемещения хлопка-сырца в хлопкопроводе.

Бункер 4 заполняется анализируемым образцом. Включается привод звуковалкового толкателя. Вращающиеся зубья дисков 16 захватывают хлопок-сырец из бункера и проталкивают его в канал хлопкопровода. Поскольку угол между рабочей поверхностью зубьев и направляющей планкой 90^о, поверхности зубьев и планки гладки, а комки хлопка-сырца механически взаимосвязаны, продукт не увлекается зубьями в щели, а перемещается вдоль них и далее вдоль канала, преодолевая трение о внутренние поверхности.

Пройдя кольцевой канал, в т.ч. и зону расположения датчиков, хлопок-сырец поступает вновь в область действия зубчатовалкового толкателя. Образуется замкнутый поток образца. Добавление хлопка-сырца в бункер следует прекратить.

Включается система измерений и математической обработки выходных сигналов датчиков. Измерения производятся в течение заданного времени. Отключается привод.

После математической обработки результатов измерений выходных сигналов датчиков полученные данные распечатываются принтером в документальной форме или высвечиваются дисплеем.

Для выгрузки образца после анализа открывается дверца 7 в боковой стенке хлопкопровода, включается электропривод. Дно 8 хлопкопровода, с установленным на нем разгрузочным, начинает вращение. Выступающие над верхней поверхностью дна острия планок 21 внедряются в массу неподвижного пока хлопка-сырца, устанавливаются вертикально, упершись в край щели 18, и начинают давить на слой хлопка-сырца, находящийся в канале, и далее перемещают его вдоль канала через окно наружу. После выгрузки хлопка-сырца реверсивным вращением привода дно устанавливается в исходное положение. Анализатор готов для исследования следующего образца.

Экспресс-статистический анализатор хлопка-сырца предназначается для лабораторий хлопкозаводов, хлопкозаготовительных пунктов и хлопкоселекционных станций.

Применение устройства позволит в течение нескольких минут получать распечатанные в документальной форме одновременно уточненные данные о засоренности, влажности, разрывной нагрузке волокна (сортности) хлопка-сырца в анализируемом макрообъеме.

Изобретение соответствует уровню техники, обладает новизной и является промышленно применимым.

Использование: для экспрессивной оценки одновременно влажности, засоренности и сортности хлопка-сырца в макрообъемах, например хлопка-сырца, загруженного в кузов транспортной тележке или уложенного в бунты. Точность оценок обеспечивается выполнением условий, предписываемых для этого статистической теорией выборок. Значения искомых признаков рассчитываются по уравнениям множественных регрессий, где аргументами являются усредненные значения результатов измерений не менее четырех факторных признаков нескольких десятков долей образца хлопка-сырца массой не менее 5 7 кг, репрезентивно отобранного из анализируемого объема. Быстродействие достигается механизацией и автоматизацией операций, связанных с измерением факторных признаков доллей образца и математической обработкой выходных сигналов датчиков с помощью ЭВМ. Анализатор включает механизм, формирующий уплотненный поток образца хлопка-сырца в замкнутом кольцевом канале через зону действия безинерционных датчиков факторных признаков, электрические выходные сигналы которых подключены к вычислительному блоку. Данные результатов анализов представляются визуально дисплеем или распечатываются принтером. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. ЭКСПРЕСС-СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ХЛОПКА-СЫРЦА, содержащий измерительную камеру, механизм уплотнения пробы, и вычислительный блок, соединенный с датчиками факторных признаков, отличающийся тем, что измерительная камера включает кольцевую трубу, на которой установлено не менее четырех факторных датчиков, а механизм уплотнения имеет размещенные на общем приводном валу зубчатые диски и направляющую планку со щелями для прохода зубьев дисков, рабочие поверхности которых размещены под углом не менее 90^o к касательной, проходящей вдоль щелей планок. 2. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что зубчатые диски установлены на расстоянии 30 35 мм. 3. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что дно камеры снабжено приводом его поворота вокруг вертикальной оси и толкателем одностороннего действия, расположенным в исходном положении у входного отверстия камеры, а наружная стенка камеры имеет дверцу для выгрузки пробы.