Устройство для определения плотности угольного пирога, утрамбованного в коробе Российский патент 2024 года по МПК G01N3/40 

Изобретение относится к измерительным приборам и используется в коксохимическом производстве для определения плотности угольного пирога, изготовленного по технологии трамбования.

При применении технологии трамбования очень важным показателем при формировании угольного пирога является его плотность (гр./см3). Данный показатель определяется при выдаче угольного пирога в помещение эвакуации, с направляющими для выдвижения угольного пирога, его разлома, сбора в бункерах и транспортировка разломанного пирога в угольную башню для повторного использования. При этом в определенный период выдвижение угольного пирога останавливается, отбираются пробы перед помещением эвакуации методом высверливания керна диаметром 50 мм на всю ширину пирога. Данная операция по отбору проб повторяется 5-6 раз при продвижении угольного пирога. После чего пробы складываются в герметичные мешочки и отправляются в лабораторию. В лаборатории определяется масса керна и исходя из расчета объема керна рассчитывается плотность (р=m/v). Выполняется только в период остановки выдачи кокса, при этом по продолжительности взятие пробы занимает порядка двух часов. Данным способом можно определить плотность только в одном единичном пироге, поскольку после взятия пробы его приходится разламывать и отправлять на измельчение и повторное использование.

Недостатком данного метода является необходимость остановки производства, трудоемкость, продолжительность и возможность проверки плотности только единичных угольных пирогов. Поскольку остальная часть утрамбованных пирогов остается не проверенными, это порой отрицательно сказывается на качестве трамбования угольных пирогов для коксования.

Известен пенетрометр для исследования прочностных свойств грунта (См. патент SU 975885 от 23. 11. 1982 г) включающий корпус с рукояткой, штангу с конусным наконечником и измерительное устройство с упругим элементом и индикатором часового типа с фиксатором положения стрелки, штанга снабжена градуировочной шкалой и насадкой с рычажным приводом, рукоятка на корпусе установлена вдоль оси штанги, а упругий элемент выполнен в виде плоской пружины.

К недостаткам известного пенетрометра можно отнести ограниченные технологические возможности, связанные с неприспособленностью работы устройства в горизонтальной плоскости, например, в коксохимическом производстве при определении плотности угольного пирога в трамбовочном коробе. При этом, отсутствие автоматического привода приводит к погрешности в измерениях.

Известен пневматический пенетрометр (См. патент №181486 от 16. 07. 2018 г. Бюл. №20), взятый за прототип, состоящий из блока управления и анализа, штока, пневмоударного механизма, электронных контактов, датчика усилия пенетрометра, шагового двигателя, погружающей иглы, фиксатора стержня, представляет собой измерительный прибор с блоком управления и анализа, к которому к штоку приделан пневмоударный механизм.

К недостаткам известного пневматического пенетрометра можно отнести ограниченные технологические возможности, связанные с невозможностью применения устройства в коксохимическом производстве при определении плотности угольного пирога в трамбовочном коробе, массивность и сложность конструкции, обеспечивающей обратно-поступательное движение пневмоударного механизма.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков аналогов и прототипа, а именно расширение технологических возможностей устройства, связанных с обеспечением возможности применения устройства в коксохимическом производстве для определения плотности угольного пирога без остановки производства; создание конструктивно надежного, простого устройства, обеспечивающего точное, быстрое измерение плотности каждого угольного пирога в трамбовочном коробе.

Поставленный технический результат достигается использованием сочетания общих с прототипом известных признаков, включающих корпус, снабженный приводом перемещения штока с погружной иглой, измерительным устройством и блоком управления, и новых признаков, заключающихся в том, что корпус устройства снабжен опорно-ориентирующей площадкой, выполненной с возможностью крепления к боковой стороне короба снабженной отверстием, опорно-ориентирующая площадка выполнена перпендикулярно продольной оси штока и погружной иглы, привод перемещения штока выполнен в виде пневмоцилиндра, снабженного пневмораспределителем, блоком управления, связанным с датчиками положения поршня и с измерительным устройством.

Измерительное устройство выполнено в виде тензодатчика, смонтированного между штоком и погружной иглой, выполненной длиной от 50,0 до 120 мм, и диаметром от 5-ти до 10-ти мм.

Блок управления связан с рабочим местом оператора посредством интернета.

Опорно-ориентирующая площадка снабжена крепежными элементами для крепления на боковой стороне короба.

Тензодатчик кабелем соединен с программируемым логическим контроллером (ПЛК) блока управления.

Новизной является то, что корпус устройства снабжен опорно-ориентирующей площадкой, выполненной с возможностью крепления к боковой стороне короба снабженной отверстием, опорно-ориентирующая площадка выполнена перпендикулярно продольной оси штока и погружной иглы, привод перемещения штока выполнен в виде пневмоцилиндра, снабженного пневмораспределителем, блоком управления, связанным с датчиками положения поршня и с измерительным устройством.

Признак наличия корпуса обеспечивает размещение в его пространстве всех соединенных в одну действующую конструкцию узлов, обеспечивает защиту от нежелательных механических воздействий и воздействий агрессивной среды.

Признак снабжения корпуса устройства опорно-ориентирующей площадкой с возможностью крепления к боковой стороне короба, снабженной отверстием, обеспечивает расширение технологических возможностей устройства, а именно, возможность использования устройства в коксохимическом производстве для определения плотности угольного пирога в трамбовочном коробе. Также обеспечивает жесткое и надежное крепление устройства к боковой стороне трамбовочного короба, без люфта, что влияет на точность результата измерения. Признак снабжения короба отверстием обеспечивает проникновение погружной иглы через него в угольный пирог в момент замера плотности пирога.

Признак выполнения опорно-ориентирующей площадки перпендикулярно продольной оси штока и погружной иглы обеспечивает перпендикулярное положение штока и иглы, относительно стороны короба, при определении плотности угольного пирога.

Признак выполнения привода перемещения штока в виде пневмоцилиндра снабженного пневмораспределителем, блоком управления, связанным с датчиками положения поршня и с измерительным устройством, обеспечивает перемещение, с расчетными усилием и скоростью, иглы в угольный пирог на заданную глубину, определенную технологическим процессом; возможность его обратно-поступательного движения при простоте и надежности конструкции. Наличие датчиков положения поршня обеспечивает четкость движений пневматического привода.

Признак выполнения измерительного устройства в виде тензодатчика, смонтированного между штоком и погружной иглой, обеспечивает получение информации об измерении и оперативную передачу результатов измерения плотности пирога на блок управления.

Признак выполнения погружной иглы, длиной от 50,0 до 120 мм, способствует ее проникновению на необходимую и достаточную глубину угольного пирога и получения достоверной информации о его плотности, способствует точности замера плотности трамбованного пирога. Так выполнение иглы длиной менее 50,0 мм не даст достоверного результата, так как глубины проникновения будет недостаточно для определения реальной плотности пирога. А выполнение иглы длиной более 120 мм не целесообразно, поскольку на точность измерения большая длина уже не влияет, при этом возможна деформация иглы, или ее поломка.

Признак выполнения погружной иглы диаметром от 5-ти до 10-ти мм способствует оптимальному усилию привода при вхождении в угольный пирог при определении его плотности. Выполнение диаметра иглы менее 5-ти мм также не целесообразно, поскольку игла может деформироваться, или сломаться, так как ее прочность может оказаться не достаточной для проникновения в угольный пирог под давлением необходимым для измерения плотности трамбованного пирога. Выполнение иглы диаметром более 10-ти мм. уже может отразиться на точности измерения. При этом для большего диаметра необходимо больше усилия для проникновения в трамбованный пирог и возникнет необходимость в увеличении давления воздуха в пневмоцилиндре или замене его на более мощный.

Признак связи блока управления с рабочим местом оператора посредством интернета способствует передаче информации полученной при измерении плотности угольного пирога в режиме реального времени, оперативной ее обработке и получению информации о плотности пирога. А в случае необходимости позволяет оперативно отреагировать и внести корректировки в режим трамбования.

Признак снабжения опорно-ориентирующей площадки крепежными элементами для крепления на боковой стороне короба способствует надежной фиксации опорно-ориентирующей площадки перед началом работы, способствует точному измерению плотности угольного пирога, так как исключает случайный сдвиг площадки во время замера плотности пирога, люфт между коробом и устройством, а также исключает продольный люфт погружной иглы в процессе измерения плотности.

Признак соединения тензодатчика кабелем с программируемым логическим контроллером (ПЛК) блока управления способствует непосредственной передаче информации, полученной при измерении плотности угольного пирога, от тензодатчика блоку управления. Это исключает искажение информации, способствует быстрой ее обработке.

Таким образом, именно сочетание указанных выше признаков обеспечивает достижение поставленного предлагаемым изобретением технического результата - расширение технологических возможностей устройства, связанных с обеспечением возможности применения устройства в коксохимическом производстве для определения плотности угольного пирога без остановки производства; создание конструктивно надежного, простого устройства, обеспечивающего точное, быстрое измерение плотности каждого угольного пирога в трамбовочном коробе.

Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники и не вытекает из него явным образом - позволяет получить более высокий технический результат, то предлагаемые существенные признаки и их сочетание можно считать имеющими изобретательский уровень.

Согласно проведенных патентно-информационных исследований, сочетания известных и новых признаков предлагаемого изобретения в источниках патентной и научно-технической информации не обнаружено, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.

Описание осуществления предлагаемого изобретения позволяет отнести его к промышленно выполнимым.

На фиг. 1 схематично показано место крепления устройства на боковой стороне короба.

На фиг. 2 схематично показано устройство для определения плотности угольного пирога, утрамбованного в коробе.

На фиг. 3 показана структурная схема устройства для определения плотности угольного пирога.

Устройство для определения плотности угольного пирога состоит из корпуса 1 снабженного опорно-ориентирующей площадкой 2 выполненной с возможностью крепления к ребрам 3 жесткости боковой стороны 4 короба 5 снабженной отверстием 6, опорно-ориентирующая площадка 2 выполнена перпендикулярно продольной оси 7 штока 8 с погружной иглой 9, привод перемещения штока 8 выполнен в виде пневмоцилиндра 10 и снабжен пневмораспределителем 11, датчиками 12 положения поршня 13 привода, блоком 14 управления выполненным виде контроллера - программируемого логического контроллера (ПЛК), связанного с автоматизированным рабочим местом оператора 15 (АРМ) посредством интернета, а измерительное устройство выполнено в виде тензодатчика 16, на котором смонтирована погружная игла 9 длиной 110 мм, диаметром 6 мм. Торец 17 погружной иглы 9 выполнен в виде плоской поверхности перпендикулярной продольной ее оси. При этом пневмоцилиндр снабжен штуцерами 18 для подачи воздуха.

Предлагаемое устройство для определения плотности угольного пирога работает следующим образом:

Принцип действия устройства основан на корреляционной зависимости удельного сопротивления пенетрации и механическими свойствами угля. Удельное сопротивление пенетрации рассчитывается как отношение силы, действующей на наконечник к площади наконечника.

Экспериментальным путем была выявлена зависимость показаний плотности пирога и выведена формула:

Плотность, керна (гр/см.куб.)=0,9699+0,004469* показания плотномера (кг.).

Приведенная ниже таблица, основанная на практических измерениях плотности угольного пирога, является основанием для утверждения того, что выявленная зависимость и выведенная на ее основе формула обеспечивают точное измерение плотности пирога предлагаемым к регистрации устройством.

Перед началом работы необходимо внимательно осмотреть само устройство и место подсоединения сжатого воздуха. Установить устройство на посадочное место, на два ребра жесткости боковой стороны короба с угольным пирогом на против отверстия и жестко закрепить. Подать на устройство сжатый осушенный воздух от компрессора 20 через регулятор 19 давления. Включить подготовленное к работе устройство. Нажать кнопку «Ввод». После подачи первого звукового сигнала устройство переходит в режим автоматической настройки. Второй сигнал свидетельствует о готовности устройства к работе. Нажать кнопку «Старт». Программируемый логический контроллер открывает канал подачи сжатого воздуха пневмоцилиндра для движения поршня «вперед» и через штуцер 18 подает воздух. Поршень 13 двигаясь вместе со штоком 8 перемещает тензодатчик 16 с погружной 9 иглой в сторону угольного пирога. В момент прокола иглой 9 угольного пирога, под прямым углом, сила надавливания фиксируется тензодатчиком 16 и передается в блок управления 14 выполненный в виде программируемого логического контроллера (ПЛК). ПЛК аккумулирует полученную информацию, затем передает ее на рабочее место оператора 15 (АРМ), где она обрабатывается и выводится в понятной наглядной форме. При этом датчик положения поршня даст сигнал о том, что поршень находится в крайнем переднем положении. ПЛК даст команду пневмораспределителю о закрытии канала для движения поршня «вперед». Сигналом на пневмораспределитель для подачи иглы «назад» служит сигнал с ПЛК по истечении 20 сек. после прокола (после подачи иглы «вперед»). Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность применения устройства в коксохимическом производстве для определения плотности угольного пирога без остановки производства. Предлагаемое устройство, простой и надежной конструкции, при этом обеспечивает точное, быстрое измерение плотности каждого угольного пирога в трамбовочном коробе, а не отдельных угольных пирогов, как при существующем способе проверки. В сутки загружают до 80 печей с утрамбованными угольными пирогами, применение предлагаемого устройства гарантирует повышение качества сформированного угольного пирога за счет возможности проверки каждого угольного пирога и, в случае необходимости, своевременной возможности корректировки режима трамбования.

В настоящее время на предприятии на предлагаемое изобретение разработана техническая документация, изготовлен опытный образец, показавший хорошие результаты: быстрое и точное измерение плотности каждого угольного пирога, утрамбованного в коробе.

Изобретение относится к измерительным приборам и используется в коксохимическом производстве для определения плотности угольного пирога, изготовленного по технологии трамбования. Устройство для определения плотности угольного пирога, утрамбованного в коробе, включает корпус, снабженный приводом перемещения штока с погружной иглой, измерительным устройством и блоком управления. Корпус устройства снабжен опорно-ориентирующей площадкой, выполненной с возможностью крепления к боковой стороне короба, снабженной отверстием. Опорно-ориентирующая площадка выполнена перпендикулярно продольной оси штока и погружной иглы. Привод перемещения штока выполнен в виде пневмоцилиндра, снабженного пневмораспределителем, блоком управления, связанным с датчиками положения поршня и с измерительным устройством. Технический результат: расширение технологических возможностей устройства, связанных с обеспечением возможности применения устройства в коксохимическом производстве для определения плотности угольного пирога без остановки производства; создание конструктивно надежного, простого устройства, обеспечивающего точное, быстрое измерение плотности каждого угольного пирога в трамбовочном коробе. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Устройство для определения плотности угольного пирога, утрамбованного в коробе, включающее корпус, снабженный приводом перемещения штока с погружной иглой, измерительным устройством и блоком управления, отличающееся тем, что корпус устройства снабжен опорно-ориентирующей площадкой, выполненной с возможностью крепления к боковой стороне короба, снабженной отверстием, опорно-ориентирующая площадка выполнена перпендикулярно продольной оси штока и погружной иглы, привод перемещения штока выполнен в виде пневмоцилиндра, снабженного пневмораспределителем, блоком управления, связанным с датчиками положения поршня и с измерительным устройством.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измерительное устройство выполнено в виде тензодатчика, смонтированного между штоком и погружной иглой, выполненной длиной от 50,0 до 120 мм и диаметром от 5-ти до 10-ти мм.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления связан с рабочим местом оператора посредством интернета.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что опорно-ориентирующая площадка снабжена крепежными элементами для крепления на боковой стороне короба.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тензодатчик кабелем соединен с программируемым логическим контроллером (ПЛК) блока управления.