СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ КОНВЕЙЕРА С ЗАГРУЗОЧНЫМ БУНКЕРОМ Российский патент 2017 года по МПК B65G43/08 

Изобретение относится к конвейерным системам, а именно к способам регулирования работы конвейера и загрузочного бункера.

Известен способ регулирования скорости ленты конвейера, включающий ступенчатое изменение скорости ленты в зависимости от соотношения значений поступающего на ленту грузопотока и приемной способности конвейера [1].

Этот способ регулирования скорости ленты неприменим для конвейера, оборудованного загрузочным бункером, поскольку не предусматривает контроль заполнения бункера и регулирование выходящего из бункера грузопотока.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ управления скоростью конвейера, основанный на одновременном изменении производительности питателя и скорости конвейера в зависимости от загрузки бункера транспортными единицами. При этом учитывают время проезда каждой транспортной единицы к бункеру, фиксируют момент начала разгрузки каждой транспортной единицы и управляют скоростью конвейера так, чтобы груз в бункере не накапливался [2].

Недостатком данного способа является то, что емкость бункера не используется в достаточной мере для сглаживания изменений поступающего в бункер грузопотока. Это приводит к частому изменению скорости конвейера. Кроме того, перед началом работы бункер не имеет достаточного запаса груза, и конвейер простаивает или работает с малой производительностью.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы конвейера с загрузочным бункером.

Способ регулирования скорости конвейера с загрузочным бункером включает измерение уровня заполнения бункера, измерение скорости ленты конвейера и производительности питателя, включение загрузки и остановку загрузки бункера, включение и остановку конвейера, включение и выключение питателя, изменение скорости ленты конвейера и производительности питателя в течение времени регулирования путем плавного и ступенчатого регулирования по командам системы управления (СУ).

Согласно изобретению загрузку бункера производят независимо от работы питателя и конвейера, если уровень заполнения ψ бункера не превышает предельного значения уровня заполнения ψ_n бункера;

конвейер и питатель включают по команде СУ, если уровень заполнения ψ бункера больше начального значения уровня заполнения ψ₀ бункера;

затем производительность питателя W и скорость ленты V конвейера синхронно изменяют до значений W_i, и V_i, если уровень заполнения ψ бункера соответствует условию ψ_i-1<ψ≤ψ_i, а V≠V_i, и W≠W_i, i=1…n, где n - количество ступеней регулирования скорости, ψ_i - значение i-го уровня заполнения бункера, V_i, - значение i-й ступени скорости ленты, W_i - значение i-й ступени производительности питателя;

или обеспечивают производительность питателя W=W_n и скорость ленты конвейера V=V_n, если ψ>ψ_n;

вначале выключают питатель, а затем после освобождения ленты от груза останавливают конвейер, если имеет место хотя бы одно из условий: уровень заполнения ψ бункера меньше начального значения уровня заполнения ψ₀ бункера, скорость ленты V и/или производительность питателя W не принимают значения V_i, и W_i, соответствующей ступени регулирования, в течение времени регулирования, СУ подала команду остановки конвейера.

При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в повышении эффективности работы конвейера и питателя за счет ступенчатого регулирования скорости ленты конвейера, производительности питателя с учетом заполнения бункера, обеспечения полной загрузки ленты без просыпания груза, уменьшения потерь энергии и износа узлов конвейера и питателя.

На фиг. 1 изображена схема конвейера с питателем и загрузочным бункером, на фиг. 2 - графики изменения уровня заполнения бункера ψ и скорости ленты V.

Способ регулирования скорости конвейера с загрузочным бункером реализуют следующим образом.

Система контроля 1 уровня заполнения загрузочного бункера 2 производит непрерывное измерение в течение всего времени работы конвейера 3 и/или загрузки бункера 2. Сигналы системы контроля 1 уровня заполнения бункера 2 по кабелю 4 поступают в блок управления 5. Сигнал датчика скорости 6 ленты 7 конвейера 3 поступает в блок управления 5 по кабелю 8. Сигнал датчика производительности 9 питателя 10 поступает в блок управления 5 по кабелю 11.

Блок управления 5 соединен с линией 12 подвода электроэнергии. Блок управления 5 соединен кабелем 13 с электроприводом 14 конвейера 3, а также соединен с электроприводом питателя 10 (соединительный кабель и электропривод питателя 10 на схеме не показаны).

Диспетчер или автоматизированная система управления производством (далее СУ) передает блоку управления 5 команды на включение и выключение конвейера 3. СУ на фиг. 1 и 2 не показана. Блок управления 5 запрограммирован на ступенчатое изменение скорости V ленты 7 конвейера 3 и производительности W питателя 10.

Скорость V ленты 3 может принимать значения V₁, V₂… V_n. Производительность W питателя 10 может принимать значения W₁, W₂… W_n, где n - количество ступеней регулирования скорости. Значения скорости ленты V_i, и значения производительности питателя W_i, каждой ступени регулирования согласованы так, чтобы лента 7 была полностью загружена без просыпания груза.

Система контроля 1 уровня заполнения бункера 2 передает в блок управления 5 текущее значение ψ уровня заполнения бункера 2. Блок управления 5 сравнивает текущее значение ψ с запрограммированными фиксированными значениями ψ_i, уровня заполнения бункера 2:

ψ₀ - начальное значение уровня заполнения бункера 2,

ψ_i - значение i-го уровня заполнения бункера 2, i=1…n,

ψ_n - предельное значение уровня заполнения бункера 2.

Уровень заполнения ψ бункера 2 и фиксированные значения уровня заполнения ψ_i могут быть представлены высотой слоя груза или объемом груза или массой груза в бункере 2 в зависимости от используемой системы контроля 1 уровня заполнения бункера 2.

Таким образом, количество фиксированных значений уровня заполнения бункера 2 с учетом значения начального уровня на единицу превышает количество ступеней регулирования скорости n. Количество ступеней регулирования n скорости V, значения уровней заполнения ψ_i, бункера 2 определяют периодичность регулирования скорости V ленты 7 и подбираются эмпирически или рассчитываются на основании стохастических характеристик поступающего в бункер 2 грузопотока q_in. С увеличением количества ступеней возрастает интенсивность регулирования скорости ленты 7, но снижается энергоэффективность конвейера 3, поскольку большую часть времени конвейер 3 и питатель 10 будут работать в переходных режимах.

Загрузка бункера 2 может осуществляться как загрузочным конвейером, грейферным захватом, так и разгрузкой самосвалов или вагонеток. На фиг. 1 поступающий в бункер 2 грузопоток обозначен стрелкой q_in. Загрузку бункера 2 производят независимо от работы питателя 10 и конвейера 3, если уровень заполнения ψ бункера 2 не превышает предельного значения уровня заполнения ψ_n, то есть ψ≤ψ_n.

После получения команды СУ на включение конвейера 3 блок управления 5 включает электроприводы конвейера 3 и питателя 10, если уровень заполнения ψ бункера 2 больше начального значения уровня заполнения ψ₀ бункера 2. То есть ψ>ψ₀. При этом скорость ленты 7 и производительность питателя 10 плавно принимают значения V_i и W_i, соответствующие i-й ступени регулирования в зависимости от уровня заполнения ψ бункера 2. Если уровень заполнения ψ бункера 2 меньше или равен начальному значению уровня заполнения ψ₀ бункера 2 (ψ≤ψ₀), то блок управления 5 не включает электроприводы конвейера 3 и питателя 10 и выдает сигнал об отсутствии в бункере 2 достаточного количества груза.

Во время работы конвейера 3 датчик скорости 6 ленты 7 и датчик производительности 9 питателя 10 производят непрерывное измерение скорости V ленты 7 и производительности W питателя 10 для обеспечения точности и надежности работы всей системы.

При работе конвейера 3 и питателя 10 блок управления 5 плавно и синхронно изменяет производительность W питателя 10 и скорость V ленты 7 в зависимости от уровня заполнения ψ бункера 2.

Блок управления 5 плавно и синхронно изменяет производительность W питателя 10 и скорость V ленты 7 до значений W_i, и V_i, если уровень заполнения ψ бункера 2 соответствует условию ψ_i-1<ψ≤ψ_i, i=1…n, а V≠V_i и W≠W_i, где ψ_i, - значение i-го уровня заполнения бункера 2, V_i - значение i-й ступени скорости ленты 7, W_i - значение i-й ступени производительности питателя 10.

Плавное изменение скорости ленты 7 обеспечивает нормальную работу конвейера 3 без рывков и поломок. Изменение производительности питателя 10 синхронно изменению скорости ленты 7 обеспечивает эффективную загрузку конвейера 3 без просыпания груза.

Таким образом, при работающем конвейере 3 блок управления 5 осуществляет одно из следующих пяти действий:

1) Если текущий уровень заполнения бункера ψ соответствует скорости ленты i-й ступени (то есть выполняется условие ψ_i-1<ψ≤ψ_i, V=V_i и W=W_i при i=1…n), то блок управления 5 сохраняет движение ленты 7 со скоростью i-й ступени V_i и производительность питателя 10 равную W_i.

2) Если текущий уровень заполнения ψ бункера 2 не соответствует скорости ленты i-й ступени (то есть выполняется условие ψ_i-1<ψ≤ψ_i i=1…n, а V≠V_i), то блок управления 5 плавно увеличивает или уменьшает скорость ленты 7 до значения скорости i-й ступени (V=V_i, i=1…n), и синхронно увеличивает или уменьшает производительность питателя 10 до значения i-й ступени (W=W_i, i=1…n).

3) Если скорость ленты 7 и/или производительность питателя 10 не принимают значения W_i и V_i, соответствующие i-й ступени регулирования, в течение заданного времени регулирования, то блок управления 5 выдает сигнал о неисправности, выключает питатель 10 и после освобождения ленты 7 от лежащего на ней груза 15 плавно останавливает движение ленты 7 без остановки загрузки бункера 2.

4) Если текущий уровень заполнения бункера ψ стал меньше или равен начальному значению уровня заполнения бункера ψ₀ (то есть выполняется условие ψ₀≥ψ и V>0), то блок управления 5 выдает сигнал об отсутствии в бункере 2 достаточного количества груза, выключает питатель 10 и после освобождения ленты 7 от груза 15 плавно останавливает движение ленты 7 без остановки загрузки бункера 2.

5) Если текущий уровень заполнения бункера ψ превысил максимально допустимое значение уровня заполнения бункера ψ_n (то есть выполняется условие ψ>ψ_n и V>0), то блок управления 5 останавливает загрузку бункера 2 без изменения производительности питателя 10 и скорости движения ленты 7. То есть блок управления 5 сохраняет движение ленты 7 со скоростью V_n и производительность питателя 10 равную W_n.

После получения команды СУ на выключение конвейера 3 блок управления 5 вначале выключает электропривод питателя 10, в результате чего прекращается подача груза на ленту 7. Затем в течение времени t конвейер 3 продолжает работать с прежней скоростью для освобождения всей ленты 7 от груза 15. Через время t, после освобождения ленты 7 от груза 15, блок управления 5 выключает электропривод 14 и плавно останавливает конвейер 3. Блок управления 5 вычисляет время t, необходимое для освобождения ленты 7 от груза, на основании значения скорости V_i движения ленты 3 перед остановкой конвейера 3. t=L_p/V_i, где L_p - длина загруженного участка конвейера 3.

Полное освобождение ленты 7 от груза 15 перед остановкой конвейера 3 обеспечивает последующее включение конвейера 3 с минимальными динамическими нагрузками.

На фиг. 2 приведен пример изменения уровня заполнения ψ бункера 2 и скорости V ленты 3 во времени t. График уровня заполнения бункера ψ показывает, что в начальный момент времени t=0, когда СУ подала команду на включение конвейера 3, груз в бункере 2 отсутствует. Затем происходит монотонное заполнение бункера 2 при изменении времени t от 0 до t₅, а также монотонное снижение уровня заполнения бункера 2 при изменении времени t от t₅ до t₈.

В данном примере блок управления 5 конвейера 3 настроен на трехступенчатый режим изменения скорости V ленты 7 и четыре фиксированных значения уровня заполнения ψ бункера 2. То есть скорость V ленты 3 может принимать три ненулевых значения V₁, V₂, V₃. Фиксированные значения уровня заполнения бункера 2 на фиг. 1 и 2 обозначены ψ₀, ψ₁, ψ₂, ψ_3.

При t>t₁ уровень заполнения ψ превышает начальное значение ψ₀, и блок управления 5 включает электроприводы конвейера 3 и питателя 10. При этом скорость V ленты 7 в течение времени D плавно увеличивается до значения V₁. Производительность питателя 10 также в течение времени D плавно увеличивается до значения W₁, соответствующего 1-й ступени регулирования (изменение производительности питателя 10 на графиках не показано).

В течение интервала времени t₁+D≤t≤t₂ лента 7 движется со скоростью V=V₁, поскольку ψ₀<ψ≤ψ₁.

При t>t₂ уровень заполнения ψ превышает значение ψ₁, и блок управления 5 в течение времени D плавно увеличивает скорость V ленты 7 до значения V₂, а производительность питателя 10 также - до значения W₂, соответствующего 2-й ступени регулирования. В течение интервала времени t₂+D≤t≤t₃ лента 7 движется со скоростью V=V₂, поскольку ψ₁<ψ≤ψ₂.

При t>t₃ блок управления 5 аналогично увеличивает скорость V ленты 7 до значения V₃, а производительность питателя 10 увеличивает до значения W₃, соответствующего 3-й ступени регулирования, поскольку ψ₂<ψ≤ψ₃.

В течение интервала времени t₄≤t≤t₆ уровень заполнения ψ превышает предельное значение ψ₃, и блок управления 5 останавливает загрузку бункера 2 без изменения скорости ленты 7 и производительности питателя 10. Поскольку в течение интервала времени t₆≤t≤t₇ уровень заполнения ψ также превышает значение ψ₂, то в течение интервала времени t₆≤t≤t₇ лента 7 движется со скоростью V=V₃, а питатель 10 работает с производительностью W=W₃, что соответствует 3-й ступени регулирования. То есть в течение интервала времени t₃+D≤t≤t₇ лента 7 движется со скоростью V=V₃, поскольку ψ>ψ₂.

В течение интервала времени t₇≤t≤t₈ уровень заполнения ψ стал меньше значения ψ₂, и блок управления 5 в течение времени D плавно снижает скорость V ленты 7 до значения V₂, а производительность питателя 10 плавно снижает до значения W₂, соответствующего 2-й ступени регулирования. В течение интервала времени t₇+D≤t≤t₈ лента 7 движется со скоростью V=V₂, поскольку ψ₁<ψ≤ψ₂.

В момент времени t=t₈ СУ подает команду на остановку конвейера 3, и блок управления 5, согласно заявляемому способу, выключает питатель 10 без изменения скорости движения ленты 7. При этом загрузка бункера 2 продолжается, так как ψ≤ψ₃. Продолжение загрузки бункера 2 при выключенном питателе 10 приводит к увеличению уровня заполнения ψ в течение времени t>t₈.

В момент времени t=t₉ лента 7 полностью освобождается от транспортируемого груза 15, и блок управления 5 останавливает конвейер 3, плавно снижая скорость V ленты 7 до 0 в течение времени D. t₉-t₈=L_p/V₂.

Загрузку бункера 2 продолжают до достижения уровнем заполнения предельного значения ψ=ψ₃. После этого загрузку бункера 2 останавливают (на схеме фиг. 2 не показано).

Данный пример иллюстрирует, как в зависимости от уровня заполнения бункера 2 ступенчато изменяется скорость ленты 7 конвейера 3 и производительность питателя 10. Заявленный способ регулирования скорости конвейера 3 обеспечивает движение ленты 7 с полной загрузкой и минимально необходимой скоростью без переполнения бункера 2, снижает энергозатраты, износ узлов конвейера 3 и питателя 10.

Источники информации

1. Патент РФ №2600404, кл. В65G 43/08. Опубл. 20.10.2016, Бюл. №29.

2. Авторское свид. СССР №1113334, кл. В65G 43/08. Опубл. 15.09.1984, Бюл. №34.

Загрузку бункера производят независимо от работы питателя и конвейера, если уровень заполнения ψ бункера не превышает предельного значения уровня заполнения ψ_n бункера. Конвейер и питатель включают по команде системы управления (СУ), если уровень заполнения ψ бункера больше начального значения уровня заполнения ψ₀ бункера, затем производительность питателя W и скорость ленты V конвейера синхронно изменяют до значений W_i и V_i, если уровень заполнения ψ бункера соответствует условию ψ_i-1<ψ≤ψ_i, а V≠V_i и W≠W_i, i=1…n, где n - количество ступеней регулирования скорости, ψ_i - значение i-го уровня заполнения бункера, V_i - значение i-й ступени скорости ленты, W_i - значение i-й ступени производительности питателя; или обеспечивают производительность питателя W=W_n и скорость ленты конвейера V=V_n, если ψ>ψ_n. Выключают питатель, а затем после освобождения ленты от груза останавливают конвейер, если уровень заполнения ψ бункера меньше начального значения уровня заполнения ψ₀ бункера, или скорость ленты V и/или производительность питателя W не принимают значения V_i и W_i в течение времени регулирования, или СУ подала команду остановки конвейера. Повышается эффективность работы конвейера с загрузочным бункером. 2 ил.

Способ регулирования скорости конвейера с загрузочным бункером, включающий измерение уровня заполнения бункера, измерение скорости ленты конвейера и производительности питателя, включение загрузки и остановку загрузки бункера, включение и остановку конвейера, включение и выключение питателя, изменение скорости ленты конвейера и производительности питателя в течение времени регулирования путем плавного и ступенчатого регулирования по командам системы управления (СУ), отличающийся тем, что загрузку бункера производят независимо от работы питателя и конвейера, если уровень заполнения Ψ бункера не превышает предельного значения уровня заполнения Ψ_n бункера;

конвейер и питатель включают по команде СУ, если уровень заполнения бункера больше начального значения уровня заполнения Ψ₀ бункера;

затем производительность питателя W и скорость ленты V конвейера синхронно изменяют до значений W_i и V_i, если уровень заполнения бункера соответствует условию Ψ_i-1<Ψ≤Ψ_i, а V≠V_i и W≠W_i, i=1…n, где n - количество ступеней регулирования скорости, Ψ_i - значение i-го уровня заполнения бункера, V_i - значение i-й ступени скорости ленты, W_i - значение i-й ступени производительности питателя;

или обеспечивают производительность питателя W=W_n и скорость ленты конвейера V=V_n, если Ψ>Ψ_n;

или вначале выключают питатель, а затем после освобождения ленты от груза останавливают конвейер, если имеет место хотя бы одно из условий:

уровень заполнения Ψ бункера меньше начального значения уровня заполнения Ψ₀ бункера,

скорость ленты V и/или производительность питателя W не принимают значения V_i и W_i соответствующей ступени регулирования, в течение времени регулирования,

СУ подала команду остановки конвейера.