Устройство для весового непрерывного дозирования сыпучих материалов Российский патент 2023 года по МПК G01F11/00 

Устройство относится к области непрерывного весового дозирования сыпучих материалов и может быть использовано в химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для непрерывного весового дозирования сыпучих материалов (Патент РФ №2 251083, 27.04.2005, Бюл. №12). Недостаток устройства заключается в том, что при вертикальных колебаниях сыпучий материал неконтролируемо расширяется, что снижает точность дозирования.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для непрерывного весового дозирования - прототип (патент РФ №2 691 786, 18.06.2019, Бюл. №17), содержащий порционный дозатор объемного принципа действия, загрузочный лоток, основание, состоящее из неподвижной платформы, на которой шарнирно закреплена подвижная платформа с приводом поворота этой платформы относительно шарнира, лоток, установленный на подвижной опоре, вибратор, установленный на неподвижной платформе и соединенный с загрузочным краем лотка, весоизмерительное устройство, блок управления, соединенный с порционным дозатором, вибратором, приводом поворота подвижной платформы.

Недостатком устройства является невысокая точность дозирования, поскольку определение веса отдельной порции осуществляется в то время, когда материал находится в движении, что вызывает динамические воздействия на весоизмерительное устройство и снижает точность дозирования.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении точности дозирования.

Технический результат по изобретению достигается тем, в устройстве для двухстадийного непрерывного дозирования сыпучих материалов, содержащее порционный дозатор в виде бункера, установленного на подвижной плите, имеющей мерную емкость и привод, загрузочный лоток, установленный на весоизмерительном устройстве, причем один край загрузочного лотка закреплен на весоизмерительном устройстве с помощью шарнира, а другой край загрузочного лотка закреплен на весоизмерительном устройстве с помощью кронштейна, под загрузочным лотком установлен привод поворота загрузочного лотка относительно шарнира, вибрирующий лоток, установленный на подвижной платформе, закрепленной с помощью шарнира на неподвижной опоре, на которой также установлен вибратор, соединенный с загрузочным краем вибрирующего лотка, и привод, обеспечивающий поворот подвижной платформы вокруг шарнира, датчик расхода, установленный под ссыпающим краем вибрирующего лотка, имеющий чувствительный элемент в виде пластины, на которую падает поток дозируемого материала с ссыпающего края вибрирующего лотка, и блок управления, соединенный своими входами с весоизмерительным устройством и с датчиком расхода, а выходами - с приводом порционного дозатора, с приводом поворота загрузочного лотка, с приводом вибрирующего лотка и с вибратором.

Изобретение поясняется чертежами, на которых показаны: на фиг. 1 схема устройства; на фиг. 2 - фрагмент схема устройства, в момент выгрузки отдельной порции из порционного дозатора в загрузочный лоток; на фиг. 3 - фрагмент схема устройства, в момент выгрузки отдельной порции из загрузочного лотка в вирирующий лоток.

Перечень позиций, указанных на чертежах: 1 - бункер порционного дозатора; 2 - подвижная плита с мерной емкостью (отверстием); 3 - привод порционного дозатора; 4 - загрузочный лоток; 5 - весоизмерительное устройство; 6 - шарнир; 7 - кронштейн; 8 - привод загрузочного лотка; 9 - вибрирующий лоток; 10 - подшипниковая опора; 11 - подвижная платформа; 12 - неподвижная платформа; 13 - шарнир; 14 - привод подвижной платформы; 15 - вибратор; 16 - расходомер.

Устройство работает следующим образом.

Материал, подлежащий дозированию, загружается в бункер 1. В блок управления 17 вводятся следующие данные: заданная производительность дозатора Q г⋅с^-1; насыпная плотность дозируемого материала, г/см³; ориентировочное значение ΔТ₀ с; объем мерной емкости см³. По этим значениям в блоке управления рассчитывается число порций, которые необходимо порционным дозатором подать в загрузочный лоток 4. После этого начинается процесс дозирования. Материал из бункера 1 заполнил мерную емкость в подвижной плите 2. Блок управления 17 рассчитывает, сколько порций необходимо подать в загрузочный лоток 4 и подает управляющий сигнал на привод 3. За счет перемещения подвижной плиты 2 из исходного положения (фиг. 1) в положение выгрузки (фиг. 2) влево, как это показано на фиг. 2. Порция полностью формируется в загрузочном лотке 4. Весоизмерительное устройство 5 взвешивает отдельную порцию и передает информацию в блок управления 17, где определяется вес порции. Блок управления подает сигнал на привод 8, лоток 4 поворачивается относительно шарнира 6 (фиг. 3).и порция подается в вибрирующий лоток 9, в котором отдельные порции преобразуются в непрерывный поток. Процесс преобразования отдельных порций в непрерывный поток в вибрирующем лотка достаточно полно описан в работах

После этого, загрузочный лоток 4 возвращается в исходное положение (фиг. 1). Следует обратить особое внимание на то, что при взвешивании порции материал находится в состоянии покоя, т.е. на весоизмерительное устройство 5 не воздействуют динамические нагрузки. Кроме этого, во время взвешивания порции (фиг. 1) привод 8 не касается загрузочного лотка 4. Блок управления рассчитывает промежуток ΔТ=ΔP/Q, по истечению которого необходимо подать очередную порцию в вибрирующий лоток 9. На этом первый цикл дозирования заканчивается. Цикл состоит из двух стадий. На первой стадии формируется отдельная порция, которая подается в вибрирующий лоток. На второй стадии отдельные порции преобразуются в непрерывный поток, этот процесс достаточно подробно исследован и результаты опубликованы в открытой печати [Першин, В. Ф. Двухстадийное непрерывное дозирование при производстве и использовании углеродных наноматериалов / В.Ф. Першин, А.М. Воробьев, В.М. Нечаев, А.А. Пасько, Т.Х.К. Алсайяд // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2018. - №6. - С. 12 - 14, Алсайяд, Т.Х.К. Совершенствование непрерывного весового дозирования при производстве и использовании углеродных наноматериалов / Т.Х.К. Алсайяд, В.Ф. Першин, А.А. Баранов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2018. - Т. 24, №2. - С. 344 - 353]. При реализации второго цикла дозирования порционным дозатором формируется вторая порция, определяется ее вес и подается она в вибрирующий лоток по истечении промежутка времени ΔТ, который был рассчитан на первом цикле. Следует также отметить, что на каждом цикле дозирования строго соблюдается условие равенства производительности дозатора заданному значению.

Перед началом дозирования конкретного сыпучего материала с заданной производительностью, целесообразно экспериментально определить параметры дозатора, при которых непрерывный поток на выходе из вибрирующего лотка 9 на фиг. 1 максимально равномерен. На выходе из вибрирующего лотка поток материала поступает на чувствительный элемент расходометра 16, данный способ определения расхода сыпучего материала и его равномерность дан в описании к полезной модели RU 87011. Информация от расходомера передается на блок управления 17, где рассчитывается неравномерность потока и формируются управляющие команды на привод подвижной платформы 14 и вибратор 15. За счет изменения угла наклона вибрирующего лотка и частоты вибрации обеспечивается максимальная равномерность потока материала на выходе из вибрирующего лотка 9.

Сравнение предлагаемого устройства с прототипом осуществляли на лабораторных установках. При оценке точности дозирования прототипа использовали информацию из описания к патенту РФ №2 691786, где указано, что при производительности 0,05 г/с, погрешность составляла 0,6% (пример 1), а при производительности 0,5 г/с погрешность составила 0,15% (пример 2).

При экспериментальных исследованиях с использованием предлагаемого устройства, при дозировании тех же материалов, при производительности 0,05 г/с, погрешность составляла 0,2%, а при производительности 0,5 г/с погрешность составила 0,05%.

В табл. 1. приведены результаты экспериментальных исследований с использованием предлагаемого устройства с заданной производительностью

Q=0,05 г⋅с-1

Таблица 1
Результаты эксперимента по непрерывному дозированию при производительности дозатора 0,05 г/с ΔP,г ΔT,с ΔP_ПРОБ Δ P_ПРОБ,% 1 1,526 30,52 3,006 0,2 2 1,544 30,88 3 1,432 28,64 3,009 0,3 4 1,452 29,04 5 1,562 31,24 3,008 0,27 6 1,556 31,12 7 1,456 29,12 2,991 0,3 8 1,575 31,50 9 1,462 29,40 3,007 0,23 10 1,476 29,52 11 1,455 29,10 3,005 0,17 12 1,562 31,24 13 1,573 31,46 3,003 0,3 14 1,451 29,02 15 1,424 28,48 2,990 0,3 16 1,575 31,5 17 1,546 30,92 2,991 0,3 18 1,533 30,66 19 1,423 28,46 3,007 0,23 20 1,420 28,40 21 1,344 26,88 3,008 0,27 22 1,497 29,94 23 1,522 30,44 2,992 0,27 24 1,428 28,56 25 1,488 29,76 2,994 0,23 26 1,572 31,44 27 1,571 31,42 3,002 0,07 28 1,446 28,92 29 1,501 30,02 2,994 0,2 30 1,506 30,12

Дозируемый материал - «Таунит М». Устройство работало в соответствии с описанным выше регламентом. Из потока материала, высыпающегося из узла выгрузки 8 отбирались пробы в течение промежутков времени ΔТ_ПРОБ равных 60 с. Пробы взвешивались и в соответствии с ГОСТ 8.469-2002 по ф-ле:

где Q_З - заданное значение производительности, кг/ч; T-действительное время отбора контрольной пробы, мин; G - действительное значение массы контрольной пробы, кг; Q_макс - значение наибольшего предела производительности дозатора, кг/ч.

Обработка результатов табл. 1 показала, что средняя погрешность дозирования равна 0,2%. Для прототипа погрешность дозирования при аналогичных условиях составляла 0,6% (пример 1 из описания к патенту РФ № 2691786).

Аналогичным образом определяли погрешность дозирования при производительности Q=0,5 г⋅с^-1. Результаты экспериментов приведены в табл. 2. В данном случае заданный вес пробы 6 г.

Таблица 2
Результаты эксперимента по непрерывному дозированию при производительности дозатора 0,5 г/с ΔP,г ΔT,с ΔP_ПРОБ Δ P_ПРОБ,% 1 15,072 30,14 30,024 0,08 2 15,441 30,88 3 14,692 29,38 29,976 0,08 4 14,752 29,50 5 14,862 29,72 30,011 0,04 6 15,398 30,80 7 15,496 30,99 29,971 0,10 8 14,757 29,51 9 14,962 29,92 30,024 0,08 10 14,676 29,35 11 15,255 30,51 30,010 0,03 12 15,162 30,32 13 15,273 30,55 30,016 0,05 14 14,922 29,84 15 14,724 29,45 29,976 0,08 16 14,875 29,75 17 14,546 29,09 29,979 0,08 18 14,833 29,67 19 14,856 29,71 30,020 0,07 20 14,870 29,74 21 15,644 31,29 30,030 0,1 22 15,174 30,35 23 15,122 30,24 29,975 0,08 24 14,728 29,46 25 14,888 29,78 29,976 0,08 26 14,872 29,74 27 15,571 31,14 30,026 0,09 28 14,881 29,76 29 14,692 29,38 29,964 0,12 30 15,306 30,61

Обработка результатов табл. 2 показала, что средняя погрешность дозирования равна 0,08%. Для прототипа погрешность дозирования при аналогичных условиях составляла 0,25% (пример2 из описания к патенту РФ № 2691786).

Таким образом, поставленная цель достигнута, точность непрерывного дозирования повышена в три раза.

Изобретение предназначено для весового непрерывного дозирования сыпучих материалов. Сущность: устройство содержит порционный дозатор (1), загрузочный лоток (4), вибрирующий лоток (9), блок (17) управления. Порционный дозатор (1) выполнен в виде бункера, установленного на подвижной плите (2), имеющей мерную емкость и привод (3). Загрузочный лоток (4) установлен на весоизмерительном устройстве (5). Причем один край загрузочного лотка (4) закреплен на весоизмерительном устройстве (5) с помощью шарнира (6), а другой край загрузочного лотка (4) закреплен на весоизмерительном устройстве (5) с помощью кронштейна (7). Под загрузочным лотком (4) установлен привод (8) поворота загрузочного лотка (4) относительно шарнира (6). Вибрирующий лоток (9) установлен на подвижной платформе (11), закрепленной с помощью шарнира (13) на неподвижной опоре (12). На неподвижной опоре (12) также установлены вибратор (15), соединенный с загрузочным краем вибрирующего лотка (9), и привод (14), обеспечивающий поворот подвижной платформы (11) вокруг шарнира (13). Под ссыпающим краем вибрирующего лотка (9) установлен датчик (16) расхода. Датчик (16) расхода имеет чувствительный элемент в виде пластины, на которую падает поток дозируемого материала с ссыпающего края вибрирующего лотка (9). Блок (17) управления соединен своими входами с весоизмерительным устройством (5) и с датчиком (16) расхода, а выходами - с приводом (3) порционного дозатора, с приводом (8) поворота загрузочного лотка, с приводом (14) вибрирующего лотка и с вибратором (15). Технический результат: повышение точности дозирования. 3 ил., 2 табл.

Устройство для двухстадийного непрерывного дозирования сыпучих материалов, содержащее порционный дозатор в виде бункера, установленного на подвижной плите, имеющей мерную емкость и привод, загрузочный лоток, установленный на весоизмерительном устройстве, причем один край загрузочного лотка закреплен на весоизмерительном устройстве с помощью шарнира, а другой край загрузочного лотка закреплен на весоизмерительном устройстве с помощью кронштейна, под загрузочным лотком установлен привод поворота загрузочного лотка относительно шарнира, вибрирующий лоток, установленный на подвижной платформе, закрепленной с помощью шарнира на неподвижной опоре, на которой также установлен вибратор, соединенный с загрузочным краем вибрирующего лотка, и привод, обеспечивающий поворот подвижной платформы вокруг шарнира, датчик расхода, установленный под ссыпающим краем вибрирующего лотка, имеющий чувствительный элемент в виде пластины, на которую падает поток дозируемого материала с ссыпающего края вибрирующего лотка, и блок управления, соединенный своими входами с весоизмерительным устройством и с датчиком расхода, а выходами - с приводом порционного дозатора, с приводом поворота загрузочного лотка, с приводом вибрирующего лотка и с вибратором.