СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ВЕСОВОГО ДОЗИРОВАНИЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА ЛЕНТОЧНЫМ ДОЗАТОРОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G01G11/00 

Изобретение предназначено для непрерывного весового дозирования сыпучих материалов и может быть использовано, например, в химической, фармацевтической, металлургической и горнодобывающей промышленности.

Известен способ дозирования, который реализован при использовании ленточного дозатора (патент РФ №2387957). Способ включает непрерывную подачу сыпучего материала на ленту транспортера объемным питателем определение показаний весового датчика, расчет весовой производительности, сравнение этой производительности с заданной производительностью, подачу управляющего сигнала на изменение производительности объемного питателя. Устройство, содержит основание, бункер с объемным питателем, ленточный транспортер с приводом, датчиком скорости и датчиком веса, выходы которых связаны с блоком управления.

Недостатком данного способа и устройства для его реализации является низкая точность дозирования, поскольку не учитывается неравномерность распределения материала на ленте, что приводит к ошибкам при расчете весовой производительности дозатора.

Известен также принятый за прототип способ непрерывного дозирования включающий непрерывную подачу сыпучего материала на ленту транспортера длиною Lм и движущуюся со скоростью υ м/с объемным питателем с производительностью Q_П и погрешностью δQ_П, через равные промежутки времени ДГ определение показаний Р_Д весового датчика, расчет весовой производительности Q, сравнение этой производительности с заданной производительностью Q_З, подачу управляющего сигнала на изменение производительности объемного питателя на величину ΔQ_П, который реализуется в устройстве, содержащем основание, бункер с объемным питателем, ленточный транспортер один край которого установлен на датчик веса, привод движения ленты, датчик скорости, выходы датчиков связаны с блоком управления (патент США №4475669).

Недостатком данного способа и устройства для его реализации является низкая точность дозирования, поскольку не учитывается неравномерность распределения материала на ленте, что приводит к ошибкам при расчете весовой производительности дозатора.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности процесса дозирования благодаря созданию нового способа дозирования, в котором учитывается неравномерность распределения сыпучего материала на ленте транспортера, а также устройства для реализации способа.

Технический результат достигается за счет того, что при расчете весовой производительности и корректировке производительности объемного питателя учитывается неравномерность распределения материала на ленте транспортера.

Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве для осуществления способа, содержащем основание, бункер с объемным питателем, ленточный транспортер с приводом, датчиком скорости и датчиком веса, выходы которых связаны с блоком управления, загрузочный край ленточного транспортера установлен на датчик веса, дозатор снабжен датчиком расхода, установленным между объемным питателем и загрузочным краем транспортера таким образом, что поток сыпучего материала из объемного питателя сначала попадает на чувствительный элемент датчика расхода, а затем на загрузочный край ленты транспортера, также дозатор снабжен дополнительным объемным питателем с приводом, установленный таким образом, что потоки сыпучего материала, выходящие с ленточного транспортера и дополнительного объемного питателя соединяются, причем выходы датчика расхода и привод дополнительного объемного питателя соединены в общую электрическую цепь с, блоком управления. С учетом, вышеизложенного в способе непрерывного весового дозирования сыпучего материала при расчете производительности дозатора, корректировке производительности объемного питателя и производительности дополнительного объемного питателя учитывается неравномерность распределения сыпучего материала на ленте транспортера, что повышает точность весового дозирования.

На фиг.1 изображена схема весового ленточного дозатора, фиг.2-3 иллюстрируют реализацию способа.

Весовой ленточный дозатор содержит (фиг.1) ленточный транспортер 1, загрузочный край которого установлен на датчик веса (весовую платформу) 2, основание 3, объемный питатель 4, датчик расхода 5, датчик скорости 6, блок управления 7, дополнительный объемный питатель 8, узел выгрузки материала 9.

На фиг.2 схематично показано распределение материала на ленте транспортера прототипа (фиг.2а), распределение материала после ссыпания с ленты транспортера (фиг.2б), распределение материала на ленте транспортера предлагаемого устройства (фиг.2в), распределение материала после ссыпания с ленты транспортера предлагаемого устройства (фиг.2г).

На фиг.3 показаны экспериментальные данные, полученные на лабораторном ленточном дозаторе, в частности, распределение материала на ленте транспортера прототипа (фиг.3а), распределение материала после ссыпания с ленты транспортера (фиг.3б), распределение материала на ленте транспортера предлагаемого устройства (фиг.3в), распределение материала после ссыпания с ленты транспортера предлагаемого устройства (фиг.3г).

Ленточный дозатор работает следующим образом.

Перед началом работы блоком управления 7 (фиг.1) задается проиводительность Q_П объемного питателя 4 по формуле:

Q_П=Q_З-2δQ_П,

где Q_З - заданная производительность, δQ_П - погрешность объемного питателя.

После этого включают привод транспортерной ленты и объемный питатель 4 начинает подавать сыпучий материал на эту ленту. Скорость движения ленты транспортера фиксируется датчиком скорости 6 и информация передается на блок управления 7. Прежде всего, поток материала поступает на чувствительную пластину датчика расхода 5. Сигнал с датчика поступает на блок управления 7 и записывается в виде функции распределения материала на ленте q(t). Датчик веса 2 фиксирует численное значение реакции загрузочного края транспортера. Если реальное распределение веса материала на ленте описывается функцией p(t), то показание датчика веса 2 в момент времени T будет равно:

,

где T₀=L/υ - время движения материала от загрузочного края транспортера до разгрузочного края.

С использованием функции неравномерности распределения материала на ленте q(t) и значения P_Д в блоке управления 7 рассчитывается масштабный коэффициент K по формуле:

.

Далее рассчитывается величина изменения производительности объемного питателя 4 по формуле:

и производительность дополнительного объемного питателя 8 по формуле:

.

Блок управления направляет соответствующие сигналы на привод объемного питателя 4 и дополнительного объемного питателя 8. Материал с ленты транспортера 1 и из дополнительного объемного питателя 8 поступают в узел выгрузки 9.

Определение функции неравномерности распределения материала на ленте q(t) с помощью датчика расхода 5 (фиг.1) позволяет более точно определить разницу между заданной и реальной производительностью дозатора, а наличие дополнительного объемного питателя 8 позволяет устранить эту разницу. Поскольку максимальная производительность дополнительного объемного питателя 8, следовательно и максимальные отклонения производительности от средних значений, в 10 раз меньше, чем производительность питателя 4, то и точность весового непрерывного дозирования, с использованием предлагаемого способа дозирования и устройства для его реализации, будет примерно в 10 раз выше, чем при использовании прототипа.

На фиг.2 представлены возможные варианты распределения материала на ленте транспортера (фиг.2а) и после ссыпания с ленты (фиг.2б) при максимально возможных отклонениях производительности объемного питателя для прототипа, а на фиг.2в и 2г - для предлагаемого устройства.

Как видно из графиков, в прототипе распределения материала на ленте и после ссыпания одинаковы, поскольку не предусмотрена корректировка производительности в реальном режиме времени. Следует отметить, что отклонения мгновенной производительности весового дозирования при использовании прототипа не могут быть меньше, чем отклонения объемного питателя. Погрешности дозирования могут быть компенсированы в дальнейшем за счет изменения производительности объемного питателя, но не могут быть устранены в реальном времени, т.е. на выходе из дозатора. Более того, в известных в настоящее время способах весового дозирования с использованием ленточных транспортеров, включая и прототип, при расчете мгновенной производительности исходя из показаний датчика веса делается допущение о том, что материал на ленте транспортера распределен равномерно, что практически никогда не соответствует реальной картине. Указанное допущение приводит к дополнительным погрешностям дозирования (см. например, стр.72-76, 114-116, монографию «Весовое дозирование зернистых материалов» авторы: С.В. Першина, А.В. Каталымов, В.Г. Однолько, В.Ф. Першин - М. Машиностроение, 2009. 260 с.).

При использовании предлагаемого способа производительность объемного питателя, в соответствии с формулой изобретения, определяется по формуле:

Q_П=Q_З-2δQ_П.

Таким образом, эта производительность не может быть больше заданной, как это показано на фиг.2в. При ссыпании материала с ленты транспортера в основной поток добавляется дополнительный поток из дополнительного объемного питателя производительность которого, согласно формуле изобретения, определяется по формуле:

.

Поскольку максимальная производительность и отклонения этой производительности от средних значений примерно в 10 раз меньше производительности основного объемного питателя, на выходе из дозатора, в реальном режиме времени, точность дозирования существенно увеличивается, как это показано на фиг.2г.

Проверка работоспособности предлагаемого способа и устройства, а также сравнение с прототипом осуществлялись на специально изготовленной лабораторной установке. Установка имела следующие основные параметры: длина ленты L=0,075 м; ширина ленты S=1 м; скорость движения ленты υ от 0,05 до 0,3 мс^-1; производительность объемного питателя Q_П от 1 до 100 гс^-1; максимальное отклонение производительности от среднего значения ±0,1Q_П; производительность дополнительного объемного питателя Q_ДОП от 0,1 до 100 гс^-1; максимальное отклонение производительности от среднего значения ±0,1Q_ДОП. В качестве датчика расхода использовался датчик изготовленный по патенту РФ №87011; а в качестве блока управления - персональный компьютер.

Работа устройства и реализация способа осуществлялись в соответствии с процедурой изложенной выше. На фиг.3а показано реальное распределение сыпучего материала на ленте транспортера прототипа, а на фиг.3б - после ссыпания материала с ленты. Для наглядности, из большого числа опытов выбран вариант, при котором максимальные отклонения составляют ±9%. В среднем отклонения составляли ±5%. На фиг.3в и 3г показаны аналогичные распределения материала при использовании предлагаемых способа и устройства. В данном случае, максимальные отклонения составляли ±1,2%, а средние отклонения составляли ±0,7%.

Изобретение предназначено для непрерывного весового дозирования сыпучих материалов и может быть использовано, например, в химической, фармацевтической, металлургической и горнодобывающей промышленности. Изобретение направлено на повышение точности процесса дозирования, что обеспечивается за счет того, что осуществляют непрерывную подачу сыпучего материала на ленту транспортера объемным питателем, определяют показания весового датчика через равные промежутки времени, производят расчет весовой производительности, сравнение этой производительности с заданной производительностью, подачу управляющего сигнала на изменение производительности объемного питателя. При этом согласно изобретению производительность объемного питателя задают равной разнице заданной производительности и удвоенной погрешности производительности объемного питателя, измеряют неравномерность потока сыпучего материала на выходе объемного питателя, расчет весовой производительности осуществляют с учетом неравномерности распределения сыпучего материала на ленте транспортера, а разницу между расчетной и заданной производительностями весового дозатора устраняют путем подачи в поток материала, ссыпающегося с ленты транспортера, потока сыпучего материала, выходящего из дополнительного объемного питателя с максимальной производительностью, равной удвоенной погрешности дозирования объемного питателя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ непрерывного весового дозирования, включающий непрерывную подачу сыпучего материала на ленту транспортера длиною L м и движущуюся со скоростью υ м/с объемным питателем с производительностью Q_П и погрешностью δQ_П, через равные промежутки времени ΔT определение показаний Р_д весового датчика, расчет весовой производительности Q, сравнение этой производительности с заданной производительностью Q_З, подачу управляющего сигнала на изменение производительности объемного питателя на величину ΔQ_П, отличающийся тем, что, с целью повышения точности дозирования, производительность объемного питателя задают, равной Q_П=Q_З-2δQ_П, измеряют неравномерность потока q(t) сыпучего материала на выходе объемного питателя, расчет весовой производительности осуществляют с учетом неравномерности распределения сыпучего материала по формуле:
,
где T - момент времени, в который определяется весовая производительность, T₁ - момент времени, соответствующий распределению материала на ссыпающем краю транспортера T₁=T-T₀=T-L/υ, T₀ - время движения материала от загрузочного края ленты транспортера до разгрузочного края, K - масштабный коэффициент для перевода функции неравномерности потока в функцию распределения веса материала на ленте
,
величину изменения производительности объемного питателя определяют по формуле:

а разницу ΔQ_З между расчетной и заданной производительностями весового дозатора устраняют путем подачи в поток материала, ссыпающегося с ленты транспортера потоком сыпучего материала, выходящим из дополнительного объемного питателя с производительностью, Q_ДОП которого равна ΔQ_З:
.

2. Устройство для осуществления способа, содержащее основание, бункер с объемным питателем, ленточный транспортер, один край которого установлен на датчик веса, привод движения ленты, датчик скорости, выходы датчиков веса и скорости, а также привод объемного питателя связаны с блоком управления в общую электрическую цепь, отличающийся тем, что на датчик веса установлен загрузочный край ленточного транспортера, дозатор снабжен датчиком расхода, установленным между объемным питателем и загрузочным краем транспортера таким образом, что поток сыпучего материала из объемного питателя сначала попадает на чувствительный элемент датчика расхода, а затем на загрузочный край ленты транспортера, также дозатор снабжен дополнительным объемным питателем с приводом, установленный таким образом, что потоки сыпучего материала, выходящие с ленточного транспортера и дополнительного объемного питателя соединяются, причем выходы датчика расхода и привод дополнительного объемного питателя соединены в общую электрическую цепь с блоком управления.