Пристрої вагового дозування

Технологічна операція дозування сипкої продукції ваговим дозатором (рис. 3.16) складається з таких етапів: переміщення продукції з бункера-накопичувача; транспортування продукції живильником до зважувальної ємності; набір заданої дози продукції у зважувальній ємності; розвантаження зважувальної ємності.

Для забезпечення високої точності дозування продукції в значній кількості пакувального обладнання застосована грубо-точна технологічна схема формування дози.

За цією схемою доза умовно поділена на дві складові в часі, коли основна частина маси дози Мх реалізується при максимальних витратах продукції, а, значить, при швидкому наборі маси М, — грубе дозування,

Бункер

Пристрої вагового дозування

Рис. 3.16. Структурна схема вагового дозатора: 1 — бункер-накопичувач; 2 — живильник; 3 — зважувальна ємність; 4 — споживча упаковка

і друга частина при малих витратах і відносно повільному наборі маси М2 (рис. 3.17).

В реальних процесах дозування витрати продукції на першому етапі циклу нестабільні (5, = Ml/Atl ф const), з таких причин: зміна плинності через коливання значень вологості продукції; зміна адгезійних властивостей матеріалів бункерів, заслінок і т. ін. А тому точка А, що відповідає співвідношенню Д/,/Дґ2, в залежності від перерахованих факторів може змінювати свої координати в сторону збільшення або зменшення Д/,. Так як тривалість циклу Т = Д/, + Д/2, то можливе і суттєве зменшення продуктивності дозувального пристрою.

Пристрої вагового дозування

Рис. 3.17. Циклограма грубо-точного вагового дозування

Для прогнозування реальної циклограми вагового дозатора проаналізуємо переміщення сипкої продукції на всіх складових етапах операції дозування.

На першому етапі операції характерним параметром є швидкість v витікання сипкої продукції із випускного отвору бункера:

v = A• 2 •

~1+/2 (

І

/ 1

Кк • 8

її Р j

(3.27)

де А — коефіцієнт переміщення продукції, що залежить від струкгурно — механічних характеристик продукції;

/— коефіцієнт тертя продукції по бічним стінкам вихідного каналу бункера;

Rk — розрахунковий узагальнений лінійний розмір отвору.

Отвори випускних каналів бункерів у вагових дозаторах конструктивно виконують здебільшого у вигляді прямокутної щілини довжиною В0 і

шириною <S0, при чому довжина щілини дорівнює ширині вантажонесу чого елемента живильника. В високоавтоматизованих дозаторах ширина <50 щілини автоматично регулюється заслінкою, що дозволяє змінювати пропускну здатність живильника не тільки за рахунок швидкості переміщення тягового елемента, але і за параметрами потоку продукції.

Розрахунковий лінійний розмір RK отвору вихідного каналу бункера визначається із залежності:

RK =

(3.28)

(В0 — a)-{S0 — а)


це а — найбільший лінійний розмір твердої частинки продукції.

Переміщення продукції від бункера до зважувальної ємності дозатора характеризується інтенсивністю подачі Р.

Р = В • S ■ р ■ ок, (3.29)

де В — ширина вантажонесучого елемента живильника; д — товщина шару продукції:

— швидкість переміщення продукції живильником.

Для досягнення заданої точності дозування потрібно забезпечити високу стабільність подачі продукції. Така задача конструктивно вирішується застосуванням у живильниках вантажонесучих елементів вібраційного типу з багатоступінчастою системою (дві-три ступені). В цьому випадку швидкість переміщення продукції vK можна визначити:

О и

^K^aYA..-fj-^ї. (3.30)

де К] К2 — емпіричні коефіцієнти, що залежать від фізико-механічних і реологічних характеристик продукції, приймаються за таблицями;

А — амплітуда і со — частота коливання вантажонесучого елемента; а — кут нахилу вантажонесучого органу до горизонту; fj — кут між вектором прикладання силового імпульсу до продукції і горизонтом;

Кр — коефіцієнт режиму роботи вантажонесучого органу.

Значення безрозмірного коефіцієнта Кр визначається залежністю:

Кр=-

А ■ со[1] ■ s’m(j3-a) (3 31)

g ■ cos а

Аналізуючи формулу (3.29), приходимо до висновку, що змінювати інтенсивність потоку продукції Р можна за рахунок зміни або

55

Пристрої вагового дозування

Рис. 3.18. Схема навантаження датчика контролю ваги: а) загальний вигляд схеми зважування; б) поперечний переріз потоку продукції, що подається живильником

геометричних параметрів В і S, або кінематичних — vK і Кр. Потрібно відмітити, що інтенсивність подачі продукції до зважувальної ємності є визначальним параметром продуктивності операції дозування.

Вага продукції, що набирається в зважувальній ємності, фіксується датчиком і контролюється системою керування дозатором. При досягненні встановленої величини дози продукції у зважувальній ємності система керування зупиняє рух вантажонесучого елемента живильника і доза продукції відсікається від суцільного потоку.

В режимі формування дози датчик вимірювання ваги навантажується як постійною вагою зважувальної ємності, так і змінною вагою продукції, що поступає в ємність. Повне зусилля Fщо діє на датчик визначиться виразом (рис. 3.18):

F1=Fc + Fd, (3.32)

де Fc — статичне навантаження на датчик від ваги мірної ємності;

Fd — повне динамічне навантаження від продукції, шо надійшла і надходить в ємність.

(3.33)

Контроль набору дози фактично зводиться до визначення повного динамічного навантаження, величина якого визначиться сумою миттєвого значення ваги продукції, що знаходиться в ємності, і динамічного зусилля від тиску потоку продукції, яка переміщається в ємності:

FD=m, • g + F,,

де т, — миттєве значення маси продукції в ємності, 0<mt< тк; тк — задана маса дози;

F, — динамічне зусилля від тиску продукції, що переміщається. Величина динамічного зусилля F, визначиться за формулою:

Пристрої вагового дозування

де ve — середня миттєва швидкість падіння потоку продукції в момент його контакту з поверхнею масиву продукції, що знаходиться у зважувальній ємності;

z — поточне значення координати точки контакту по осі OZ;

Ср — аеродинамічний коефіцієнт опору повітря потоку продукції, що переміщається.

(3.35)

Миттєве значення величини маси продукції в ємності визначиться:

tn, = р • t= В • S • р • v К •/,


де / — поточне значення часу формування дози, 0 < t < tK; tK — тривалість формування дози, tK = Т.

Пристрої вагового дозування

Причому абсолютне значення похибки дозування можна визначити:

Пристрої вагового дозування

Використавши (2.33-2.35), одержимо рівняння, що характеризує про­цес формування дози з урахуванням динамічних складових.

На основі проведеного аналізу операції дозування ваговим дозатором можна констатувати, що продуктивність і точність дозування залежать, в першу чергу, від параметрів живильника. Найменша похибка дозування

визначається величиною мінімальної маси продукції Аттіп, яку живиль­ник може видати в зважувальну ємність (рис. 3.19).

Пристрої вагового дозування

•с — > V

«V ї *>*» V

Пристрої вагового дозування

Рис. 3.19. Схема межового обвалювання Аттіп продукції з несучої поверхні живильника

Мінімальна маса продукції, що обвалюється з несучого елемента живильника, визначається розмірами межового ААВС і дорівнює:

(3.38)

В • S • h0 ■ р

Д_ =-

2 • tgaK

де /?0 — висота вертикальної стінки вільно розташованої продукції на несучій поверхні в момент зупинки живильника; ак — динамічний кут природного укосу продукції.

Висота вертикальної стінки /г0 визначиться виразом:

2 • гп cosа

К ~■

(3.39)

1 — sin «п

P’S 1 ОШ«Л0 де а0 — статичний кут природного укосу продукції.

Швидкість переміщення продукції живильником, за якої забезпе­чується найвища точність дозування:

*“ ==. (3.40)

v.

1

(

ТІ*

z + —

v 2)

2 • С г

Останнім етапом технологічної операції дозування є розвантаження зважувальної ємності. На цьому етапі відкриваються заслінки дна ємнос­ті або ємність обертається. Здебільшого сипкий продукт переміщається під дією гравітаційних сил по похилій поверхні з подоланням сил опору тертя з боку бічних поверхонь ємності.

п ■ hc 1 + —

°р =, 2 ‘8-І

(3.41)

sin (р — fу • COS (р

де / — довжина похилих площин ємності;

(р — кут нахилу бічних поверхонь ємності до горизонту;

Ис — висота шару продукції біля бічних стінок ємності; п — коефіцієнт тиску продукції на бічні стінки; b — відстань між бічними стінками;

f — коефіцієнт тертя продукції по несучим поверхням і бічним стінкам ємності.

Наведені аналітичні залежності із застосуванням методів пошуку оптимальних рішень дозволяють реалізувати одну із поставлених задач: знайти параметри дозувального пристрою, при яких продуктивність буде найвища при допустимій похибці дозування; знайти параметри дозувальних пристроїв, при яких точність дозування найвища при заданій продуктивності.

Так як режим дозування двоступінчастий, умовну точку А переходу з одного режиму дозування на інший можна визначити:

(3.42)

т, — М,

2g

z + ■

пи

В • 8 • р • vK

Також можна визначити коефіцієнт Фп раціонального виконання операції дозування ваговим дозатором, що визначає, яка частина дози

1

Фп =1

т,

( ^

в • 8 • р • vK • Ср •

2 8z + ~

V

V 2 J

(3.43)

Із аналізу виразу (3.41) видно, що при відповідних співвідношеннях параметрів можлива ситуація, коли процес при заданій інтенсивності реалізувати неможливо. Так, при:

(3.44)

>1,

28

т

В • 8 • р • vk • С р

інтенсивність подачі продукції настільки висока, що складова динамічного зусилля від тиску продукції перевищує величину повного динамічного зусилля на датчик, і тоді процес формування дози контролювати системою керування неможливо.

Оптимальним за швидкодією є режим формування дози, що

реалізується за кривою 2 (рис. 3.20) без врахування коливальних процесів датчика контролю ваги і за кривою 3 з урахуванням коливальних процесів.

Пристрої вагового дозування

Рис. 3.20. Графіки режимів формування дози: 1 — двоступінчастий режим; 2 і З — оптимальні режими

Оставить комментарий