УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗВЕШИВАНИЯ МАССИВНЫХ СЛИТКОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ Российский патент 1997 года по МПК G01G11/14 

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности, к устройствам для измерения массы крупногабаритных слитков, заготовок в производственной технологической линии с остановкой последних во время измерения.

Известно устройство для взвешивания массивных слитков в движении (см. а. с. N 1734459 кл. 5 G 01 G 11/14, 1990 г.) содержащее весоизмерительный ролик с датчиками вертикальной и горизонтальной нагрузки, датчики горизонтальной нагрузки через один фильтр и схему совпадения подключены к одному входу сумматора, а датчики вертикальной нагрузки через другие фильтры, аналого-цифровые преобразователи и ячейки памяти подключены ко второму и третьему входу сумматора, измерение массы производится во время его движения по транспортеру технологической линии в момент времени, когда слиток находится в неустойчивом положении на весоизмерительном ролике, что определяется отсутствием сигнала с датчиков горизонтальной нагрузки.

Недостатки устройства связаны с нарушением равномерно-поступательного движения массивного слитка при измерении. При этом, во-первых, весоизмерительный ролик динамические нагрузки при наезде на него слитка, что ухудшает условия работы датчиков нагрузки и снижает надежность системы измерения. Одновременно ухудшаются условия эксплуатации самих весоизмерительных роликов, подвергающихся ударным нагрузкам, что предопределяет появление на них дефектов типа скола и снижает общий ресурс работы устройства. Во-вторых, при мерной резке транспортируемых слитков образуются дефекты формы концов слитка грат от газорезательной машины, впадины на нижних торцевых ребрах от машины механической резки, что затрудняет их выход на весоизмерительный ролик.

Кроме того, при определении момента отсчета показаний регистратора с использованием датчиков горизонтальной нагрузки не учитывается тот факт, что при наезде слитка на весоизмерительный ролик происходит потеря скорости движения слитка и возникает усилие удара торможения на ролике. В дальнейшем слиток ускоряется с возникновением усилий, прикладываемых в том числе и к весоизмерительному ролику. Эти усилия смещают момент времени появления минимального усилия на датчиках горизонтальной нагрузки слиток заходит дальше точки зенита на весоизмерительном ролике. При этом имеет контакта слитка с роликом. Вертикальная составляющая результирующей силы отличается от веса слитка тем больше, чем больше вес и меньше длина слитка, меньше диаметр и больше высота поднятия весоизмерительного ролика. При этом точность замера веса слитка меняется в широких пределах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для взвешивания массивных слитков в движении (с. а.с. N 1734459 кл. 5 G 01 G 11/14, 1990 г). Оно содержит транспортер, весоизмерительный ролик, снабженный датчиками нагрузки, фильтр, блоки памяти, таймер, блок сравнения, соединенный с системой измерения. Слиток, перемещаясь по рольгангу транспортера, наезжает на весоизмерительный ролик, размещенный на датчиках нагрузки. Датчики нагрузки передают сигнал через фильтр и таймер в блоки памяти, которые последовательно передают дискретные значения сигнала в схему сравнения. В блоке памяти записывается минимальное значение сигнала с одного датчика нагрузки. Другой датчик нагрузки снабжен аналогичным каналом обработки информации, сумматор обеспечивает сравнение сигналов с обеих датчиков.

Недостатком устройства является наличие динамических ударов на весоизмерительный ролик, датчики нагрузки и систему передачи усилия. Это приводит к снижению надежности и ресурса работы устройства. Наличие дефектов формы концов слитков затрудняет их заход на весоизмерительный ролик, поднятый над опорной плоскостью транспортера. В результате возможно смещение и разворот слитка относительно измерительного ролика, что затрудняет проведение замера и дальнейшую транспортировку слитка. Устройство не определяет и не задает момент отсчета показаний измерительной системы, обеспечивающий максимально возможную точность измерения. Вследствие этого точность измерения снижения.

Целью патента является повышение точности измерения массы слитка и надежности устройства путем измерения во время кратковременной остановки слитка поднятием его над опорной плоскостью транспортера с помощью эксцентрикового механизма подъема.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для взвешивания массивных слитков в технологической линии, содержащее транспортер, весоизмерительный ролик, снабженный датчиками нагрузки и последовательно соединенными с ними фильтрами, сумматор, регистратор, дополнительно содержащий второй или большее количество весоизмерительных роликов, расположенных между приводными опорами транспортера и снабженных датчиками нагрузки и последовательно соединенных с ними фильтрами, эксцентриковой механизм подъема весоизмерительных роликов с датчиком их положения, коммутирующий ключ, причем выходы фильтров соединены с сумматором, который через коммутирующий ключ соединен с регистратором, а управляющий вход коммутирующего ключа подключен к выходу датчика положения. При этом механизм подъема в одном варианте неподвижен и расположен под подвижными датчиками нагрузки, связанными с весоизмерительными роликами. В другом варианте механизм подъема подвижен, соединен с весоизмерительными роликами и расположен над неподвижным датчиком нагрузки.

Устройство позволяет измерять массу слитка во время его кратковременной остановки в транспортере технологической линии. Для этого секция приводных роликов рольганга или транспортера на участке взвешивания отключается. Слиток останавливается, по возможности, симметрично над весоизмерительными роликами, число которых не менее двух. Консольные части слитка недошедшая до первого весоизмерительного ролика и прошедшая последний должны быть, по возможности, близкими по длине. Это обеспечивает более равномерное распределение нагрузки на датчики нагрузки, что повышает надежность и ресурс работы устройства. При значительном смещении слитка относительно весоизмерительных роликов, центр тяжести слитка может уходить за пределы первого или последнего весоизмерительного ролика, что нарушает его устойчивость при измерении.

После успокоения слитка, включается эксцентриковый механизм подъема весоизмерительных роликов. Механизм одновременно начинает поднимать все ролики. Весоизмерительные ролики поднимаются над опорной поверхностью рольганга или транспортера и поднимают слиток. На выходах датчиков нагрузки появляются сигналы, которые поступают в сумматор. При достижении определенной высоты подъема срабатывает датчик положения, установленный на выходном валу механизма подъема. Двигатель механизма подъема останавливается. По сигналу от датчика положения срабатывает коммутационный ключ и в состоянии покоя слитка сигнал с сумматора через ключ поступает на регистратор.

В отличие от измерения массы слитка в движении нет динамических ударов на устройство, влияния сил инерции на показания регистратора. Достоинством эксцентрикового механизма подъема является высокая скорость, синхронность и плавность подъема всех весоизмерительных роликов, которые перемещаются лишь в вертикальном направлении в пределах нескольких сантиметров и не требует при работе большого рабочего пространства. Подъем осуществляется поворотом компактного эксцентрикового кулачка, позволяющего передавать значительные усилия. Высокая скорость подъема слитка уменьшает время цикла измерения и сохраняет ритмичность производства. Синхронность подъема слитка предупреждает его перекос при подъеме и при измерении. Это препятствует скатыванию слитка и выравнивает усилие на датчики нагрузки. Плавность подъема слитка предупреждает перегрузки датчиков нагрузки.

Дополнительно введенные весоизмерительные ролики позволяют при измерении придавать слитку устойчивое состояние. При жестком базировании слитка следует наложить на него шесть связей. Однако, поскольку при подъеме и измерении перекоса измерительных роликов нет, то при этом смещения слитка в направлении движения транспортера (одна связь) и перпендикулярно ему (две связи) нет. Для наложения оставшихся трех связей достаточно на всех весоизмерительных роликах иметь три точки опоры. Фактически число опорных точек, как правило, значительно выше, что обеспечивает избыточность связей, несколько снижает устойчивость слитка и приводит к его колебанию на роликах. Предлагаемая измерительная схема обеспечивает существенно меньше колебания слитка, чем в известном устройстве-прототипе. Увеличение числа весоизмерительных роликов больше двух целесообразно при взвешивании слитков повышенной массы или длины. В первом случае для снижения усилий на датчики нагрузки путем перераспределения веса на большее число датчиков. Во втором случае для уменьшения прогиба слитков, что актуально в случае, если они находятся в горячем состоянии.

Использование вращающихся весоизмерительных роликов вместо жестких опор исключает поломку опор, механических связей, подшипников и датчиков нагрузки при подъеме еще не остановившегося слитка.

В первом варианте устройства механизма подъема крепится неподвижно к основанию и с помощью эксцентриков поднимает стаканы с датчиками, а через них и промежуточные ползуны опоры весоизмерительных роликов, а значит и сами ролики. Во втором механизм подъема подвижен, устанавливается вместе с промежуточными ползунами и с помощью эксцентриков отталкивается от бобышек, свободно двигающихся в стаканах с датчиками. При этом сами стаканы неподвижно крепятся к основанию устройства.

Поскольку при измерении большой массы требуются мощные тяжелые механизмы подъема, то в этом случае рекомендуется использовать первый вариант устройства. Каждую опору роликов можно понимать самостоятельно, исключив из конструкции жесткие связи стаканов и ползунов между собой. Это снижает вес подвижных частей устройства, мощность двигателя подъема, экономит электроэнергию и материалы. Первый вариант целесообразен и при измерении масс слитков большой длины, где требуется большое число измерительных роликов, распределенных по большой площади. Жестко связанная конструкция подвижных частей устройства оказывается громоздкой и экономически невыгодной.

Второй вариант рекомендуется использовать для взвешивания слитков малых масс и длин. Жестко связанная конструкция подвижных частей устройства обеспечивает его повышенную надежность.

Отфильтрованные от помех сигналы со всех датчиков суммируются и передаются на регистратор через коммутационный ключ, что предотвращает фиксирование массы при подъеме, когда к весу слитка добавляется динамическое слагаемое. Ключ пропускает сигнал измерения на регистратор после прекращения подъема слитка по команде от датчика положения. Поскольку во время снятия показаний регистратора слиток неподвижен, то сигнал с сумматора остается неизменным. Нет необходимости в поиске его экстремума.

Таким образом, вновь введенные элементы устройства второго, либо большего числа весоизмерительных роликов со своими датчиками нагрузки и фильтрами, эксцентрикового механизма подъема с датчиком положения и коммутационного ключа в указанной связи с другими элементами позволяют устройству производить измерение массы слитка во время его кратковременной остановки поднятием над опорной плоскостью рольганга или транспортера, что обеспечивает повышение точности измерения и надежности устройства.

На фиг.1 приведена схема первого варианта устройства для взвешивания массивных слитков в технологической линии. На фиг.2 схема второго варианта устройства для взвешивания массивных слитков в технологической линии. На фиг.3 принципиальная схема измерения массы слитков в технологической линии. На фиг.4 блок-схема измерительной системы устройства.

Первый вариант устройства, представленный на фиг.1 содержит: весоизмерительные ролики 3; ползуны 4; стаканы 5; эксцентриковые кулачки 6; механическую связь 7; направляющие 9 и 11; подшипники 10; датчики нагрузки 8.На фиг. 1 также обозначено 1 взвешиваемый массивный слиток; 2 приводные ролики транспортера; Gсл1 усилие, передаваемое со стороны слитка на первый датчик нагрузки; Gсл3 усилие, передаваемое со стороны слитка на третий датчик нагрузки; dh высота подъема слитка на транспортером.

Эксцентриситет эксцентриковых кулачков 6 равен dh. Механическая связь 7 связывает между собой все эксцентриковые кулачки 6, редуктор и двигатель подъема (на фиг. не показаны). У каждого конца весоизмерительного ролика 3 в первом и во втором варианте устройства имеется по одинаковому комплекту элементов; ползун 4 с направляющим 9; эксцентриковый кулачок 6 и датчик нагрузки 8. Общее количество элементов в устройстве равно удвоенному количеству роликов 3. Ползун 4 размещается в направляющих 9 и может перемещаться в вертикальном направлении, передавая усилие с подшипника весоизмерительного ролика 3 на датчик нагрузки 8. Датчик 8 установлен в стакане 5, который имеет возможность перемещаться в направляющих 10. Подъем и опускание стакана 5 осуществляется вращением эксцентрикового кулачка 6. Механическая связь 7 располагается в подшипниках 11, которые жестко крепятся к неподвижному основанию устройства. В качестве датчиков 8 используются стандартные средства, например, датчики таблеточного типа Ф-3233. Эксцентриситет dh устанавливается в зависимости от массы и длины слитка в пределах 15 30 мм, причем большее значение рекомендуется для слитков массой до 5 тонн и длиной свыше 4 м, а меньшее для слитков массой свыше 10 тонн и длиной до 4 м.

Второй вариант, представленный на фиг2 дополнительно содержит бобышку 12 и подвижную площадку 13. Бобышка 12 размещается над датчиком нагрузки 8 в стакане 5, перемещаясь в нем в вертикальном направлении и передавая усилие со стороны эксцентрикового кулачка на датчик 8. Ползун 4 размещается в направляющих 9 и может перемещаться в вертикальном направлении, передавая усилие с подшипника весоизмерительного ролика 3 на кулачок 6. Подъем и опускание ползуна 4 осуществляется вращением эксцентрикового кулачка 6. Механизм подъема роликов 3 вращения кулачков 6 (на фиг.2 не показан) размещается на подвижной площадке 13, где жестко установлены все ползуны 4. В результате вращения кулачков 6 происходит перемещение площадки 13, а с ней - ползунов 4.

На фиг. 3 показан один весоизмерительный ролик 3 с расположенным на нем слитком 1. На фиг.3 дополнительно обозначено: Gсл вес слитка 1. Вес слитка Gсл распределяется на все датчики нагрузки, в том числе с концов ролика 3: Gсл1 на первый датчик нагрузки и Gсл2 на второй.

На блок-схеме измерительной системы устройства, представленной на фиг.4, дополнительно обозначено: 14-фильтр; 15-сумматор; 16-датчик положения; 17-коммутационный ключ; 18-регистратор.

Измерительная схема устройства является идентичной для обоих вариантов устройства. Сигнал с каждого датчика нагрузки 8 проходит через фильтр 14 и поступает на сумматор 15. В нем сигналы со всех датчиков суммируются и подаются на вход коммутационного ключа 17. На управляющий вход ключа 17 подается сигнал с выхода датчика положения 16. С выхода 17 сигнал подается на регистратор 18.

Фильтры 14 выполнены в виде, например, пассивных RC-цепей потенциального типа серии К155. Сумматор 15 выполнен, например, на микросхеме К155ИЕ6. Коммутационный ключ 17 выполнен, например, на микросхеме К155ЛА3. Датчик положения 16 выполнен, например, на базе концевого выключателя серии КУ. Регистратор 18 представляет собой стандартное средство регистрации сигналов напряжения одноканальный вольтметр.

Устройство работает следующим образом. Слиток, перемещающийся по роликовому транспортеру или рольгангу, тормозится над весоизмерительными роликами 3 (фиг.1, 2) так, что его центр тяжести располагался между роликами 3. Приводные ролики 2 транспортера на участке взвешивания останавливаются. Включается эксцентриковый привод подъема роликов 3. Механическая связь 7 и эксцентриковые кулачки 6 поворачиваются. По первому варианту устройства (фиг. 1) кулачки 6 нажимают на стаканы 5, которые через датчики нагрузки 8 нажимают на ползуны 4. По второму варианту устройства (фиг.2) кулачки 6 отталкиваются от бобышек 12, которые передают усилие на датчики нагрузки 8, уложенные на днища неподвижно установленных стаканов 5, кулачки 6 нажимают на ползуны 4. В результате по обоим вариантам устройства ползуны 4 нажимают на весоизмерительные ролики и поднимают слиток 1 над роликами 2 транспортера. При достижении высоты поднятия dh=dh1 срабатывает датчик положения и механизм подъема отключается. Где dh1= dhmax-E; dhmax-максимальная высота поднятия роликов 3 над роликами 2; E-заранее заданное число, k=0, 1-02. Большие значения коэффициента k рекомендуются для больших уравнений dhmax.

Сигналы с датчиков нагрузки 8 (фиг.4) фильтруются в 14 от помех и поступают в сумматор 15, где складываются и подаются на управляемый вход коммутирующего ключа 17. Сигнал, пропорциональный массе слитка, зависит от наличия разрешающего управляющего сигнала на ключе 17. При срабатывании датчика положения 16 сигнал выхода поступает на управляющий вход ключа 17. Ключ открывается и сигнал с сумматора 15 поступает на регистратор 18, где и фиксируется масса слитка.

После фиксирования показания регистратора 18 вновь включается механизм подъема и после прохождения зенита эксцентрикового кулачка (при dh=dhmax) ролики 3 (фиг.1, 2) опускаются. В нижнем положении роликов 3 механизма подъема вновь отключается. Устройство возвращается в исходное положение. Включается привод транспортера на участке взвешивания и слиток продолжает движение по технологической линии.

Устройство может иметь сопряжение с системой автоматической остановки и запуска двигателей приводов транспортера и подъема весоизмерительных роликов, что обеспечивает полную автоматизация процесса измерения массы слитка в технологической линии.

Пример. Слитки размером 300х320х4000 мм, масса 3.00 т, взвешиваются на устройстве, расположенном в роликовом транспортере адьюстажа. Второй вариант устройства содержит два весоизмерительных ролика диаметром 250 мм на расстоянии 2500 мм. Мощность трехфазного асинхронного двигателя подъема 8 кВт. Эксцентриковые кулачки с dhmax=30 мм, шириной 40 мм выполнены из износостойкой стали марки 3Х2В8. Этой сталью наплавлены контактные поверхности четырех ползунов и четырех бобышек;
dh1= dhmax-E; E= k•dhmax=0,2•30=6 мм dh1=30-5=25 мм. В качестве четырех датчиков нагрузки используются таблеточные датчики марки Ф-3233 или 9035 ДСТ на номинальную нагрузку 1.5 т и точностью 0.01% Тарировка устройства осуществляется при взвешивании контрольного эталонного груза. С учетом погрешности датчика, потерь на трение в местах соприкосновения трущихся частей устройства и помех в каналах передачи и преобразования информации, общая точность измерения составляет не ниже 0.1% что в 2 5 раз выше, чем при использовании устройства прототипа.

Применение устройства позволяет повысить точность взвешивания массивных слитков в технологической линии и повысить надежность измерительного устройства.

Использование: измерение массы крупногабаритных слитков, заготовок в производственной технологической линии с остановкой последних во время измерения. Сущность изобретения: устройство для взвешивания содержит транспортер, два или более весоизмерительных роликов, расположенных между приводными опорами транспортера и укомплектованных датчиками нагрузки и фильтрами, коммутирующим ключом, причем выходы фильтров соединены с сумматором, который через коммутирующий ключ соединен с регистратором, а ключ - датчиком положения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для взвешивания массивных слитков в технологической линии, содержащее транспортер, весоизмерительный ролик, снабженный датчиками нагрузки и последовательно соединенными с ними фильтрами, сумматор, регистратор, отличающееся тем, что оно снабжено вторым, либо большим количеством весоизмерительных роликов, расположенных между приводными опорами транспортера и укомплектованных датчиками нагрузки и последовательно соединенными с ними фильтрами, эксцентриковым механизмом подъема весоизмерительных роликов с датчиком их положения, коммутирующим ключом, причем выходы фильтров соединены с регистратором, а управляющий вход коммутирующего ключа подключен к выходу датчика положения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что эксцентриковый механизм подъема неподвижен и расположен под подвижными датчиками нагрузки, связанными с весоизмерительными роликами. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что эксцентриковый механизм подъема подвижен, соединен с весоизмерительными роликами и расположен над неподвижными датчиками нагрузки.