книги из ГПНТБ / Дозирование литейных материалов

си) для составляющих шихты, а также Запорожского завода ферросплавов [76] для песка, шлака и воды представляют ана­ логичные конструкции и состоят (рис. 27) из рычажно-упругого ГМ, магнитоанизотропного датчика и вторичного прибора. Плат­ форма данных устройств шарнирно подвешена к грузоприемному

лов значительные динамические нагрузки вызывают перенапря­ жения, снижающие точность и надежность их работы. Ограниче­ ние деформации упругих элементов для предохранения от пере­ напряжений в данных устройствах затруднено в связи с большой жесткостью элементов и незначительными величинами допускае­ мых рабочих деформаций. Кроме того, недостатком устройств с тензопреобразователями является низкий уровень выходного сигнала и наличие контактного узла реохорда вторичного при­ бора, а устройств с магнитоанизотропными преобразователями— необходимость применения высокочастотных генераторов и спе­ циальных материалов с малым магнитоупругий гистерезисом. Поэтому в условиях литейного цеха предпочтительнее примене­ ние индуктивных преобразователей, которые имеют значитель­ ный по мощности выходной сигнал и являются бесконтактными измерителями перемещений. При перемещении данных преобра­ зователей упругие элементы ЭВУ могут быть менее жесткими, что позволяет повысить чувствительность ГМ, а также осуще­ ствлять демпфирование и механическое ограничение деформаций упругих элементов с целью повышения стойкости и надежности устройств. Кроме того, применяемые с индуктивными преобра­ зователями автокомпенсаторы переменного тока хорошо заре­ комендовали себя в различных отраслях промышленности при измерении расходов, давлений газов и жидкостей, уровней и пр.

50

3. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ВЗВЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

КОНСТРУКЦИИ ИПЛ АН УССР

Грузоприемный механизм. ГМ разработанных взвешивающих устройств представляет собой рычажно-упругий ГМ разомкну­ того или замкнутого типа с шарнирными узлами на подшипниках качения.

Разомкнутый грузоприемный механизм (РГМ) (рис. 28) со­ стоит из рамы 1, один конец которой шарнирно закреплен, а другой опирается на два упругих элемента 4 (винтовые цилин­ дрические пружины), и грузоприемного ковша 2, шарнирно под­ вешенного к раме. Сердечник 5 индуктивного преобразователя крепится к раме посредине между упругими элементами. Указа­ тельным прибором служит автокомпенсатор 3. ГМ устройства представляет собой упругую силоизмерительную систему с шар­ нирами на подшипниках качения. Это в сочетании с бесконтакт­ ной измерительной схемой обеспечивает высокую надежность работы при действии значительных ударных и знакопеременных нагрузок, вибраций и пр. Однако наличие дополнительной сте­ пени свободы РГМ (шарнирной подвески ковша) несколько ограничивает область его применения: устройства с РГМ удобно применять в основном для дозирования материала в грузоприем­ ный ковш с выгрузкой вниз.

Платформа 3 замкнутого грузоприемного механизма (ЗГМ) (рис. 29) с установленным на ней ковшом опирается на грузоприемные рычаги 9 и 10, которые могут поворачиваться в шар­ нирах 2, закрепленных неподвижно [73]. Рычаги замкнуты меж­ ду собой роликом 7, что обеспечивает замкнутость кинематиче-

51

ской цепи грузоприемного механизма. Платформа опирается на упругий элемент 4, в качестве которого удобно использовать винтовые цилиндрические пружины. При изменении веса мате­ риала происходит деформация упругого элемента, платформа перемещается плоско-параллельно, перекатываясь роликами по

узлы устройства практически разгружены, что позволяет выпол­ нить их на подшипниках качения без снижения метрологических характеристик устройства.

Возможны различные варианты кинематических схем ЗГМ (рис. 30) : схема а — кулачковые пары А и В, зубчатая С, фикса­ тор положения платформы D; схема б — аналогичная, пара С— кулачковая; схема в — кулачковые пары А я С, шарнир В; схема г — кулачковая пара А, зубчатая С, шарнир В. Во всех схемах применены пазовые кулачки. Оптимальные варианты из указан­ ных схем определяются в результате анализа точности.

В разработанных ГМ передача усилия осуществляется рыча­ гами, а уравновешивание нагрузки — силой реакции упругого элемента (УЭ). Важным свойством УЭ является его жесткость или чувствительность — величина, обратная жесткости. Если упругая характеристика линейна, то жесткость c=Q/K, а чувстви­ тельность s = K/Q (Q — нагрузка, Я — перемещение). Основными

52

требованиями к УЭ в конструкциях РГМ и ЗГМ являются: линей­ ность упругой характеристики, значительные величины действу­ ющих нагрузок, чувствительность и высокая точность. Наиболее полно указанным требованиям отвечают спиральные и мембран­ ные УЭ: винтовые цилиндрические пружины, сильфоны и пр. [5]. УЭ в виде динамометрических колец, скоб, столбиков, балок хотя

достаточной точности упругих свойств. Следует отметить, что в большинстве случаев отклонения в основных размерах УЭ вызы­ вают значительные изменения упругих свойств. Так, например, жесткость винтовых цилиндрических пружин зависит от диамет­ ра проволоки в четвертой, а от диаметра пружины — в третьей степени, а даже небольшие отклонения по этим размерам могут вызвать значительное изменение жесткости. При существующих допусках на диаметр проволоки и точность навивки разброс по жесткости винтовых цилиндрических пружин может достигать 120% [77]. Большой разброс по жесткости получается также при изготовлении других УЭ: сильфонов, мембран и пр., так как их жесткость зависит в большой степени от толщины материала, допуск на которую трудно выдержать в достаточно узких преде­ лах. В случае сжатия жесткость можно регулировать изменением числа рабочих витков с помощью резьбовых пробок [77]. Одним из преимуществ применения УЭ в разработанных взвешивающих устройствах является возможность простой регулировки общей чувствительности устройства с помощью изменения чувствитель­ ности измерительной схемы [70].

Наиболее полно отвечают предъявляемым требованиям вин­ товые цилиндрические пружины, работающие на сжатие. Лучше всего применять пружины с витком круглого сечения и углом подъема не более 10°. Эти пружины широко распространены в машиностроении, и задача расчета упругих элементов сводится к подбору типа и количества пружин, а также к проверке их на прочность и исследованию их характеристик на линейность в необходимом диапазоне деформаций.

Величина нелинейности характеристики винтовой цилиндри­ ческой пружины зависит от ее геометрии и возрастает с увели­ чением прогиба пружины. Следует отметить, что пружины из проволоки прямоугольного сечения, в которых длинная сторона сечения расположена вдоль оси пружины, с увеличением дефор­ мации .имеют меньшую нелинейность, чем пружины из проволоки , круглого сечения. Однако ввиду сложности изготовления они не получили распространения во взвешивающих устройствах.

Диаметр проволоки пружины d можно определить, пользуясь

53

где k — коэффициент, учитывающий кривизну проволоки и опре-

соответствующего полному сжатию пружины; Qmax — общий вес

где Атак — величина перемещения подвижной части преобразо­ вателя, соответствующая линейному участку его характеристики.

Предельная нагрузка на пружину может возникать при уда­ рах и определяется по соотношению

предварительного расчета пружин следует увеличить их жест­ кость до значения, при котором суммарная деформация всех пружин, входящих в чувствительный элемент, от массы материа­ ла, соответствующая верхнему пределу шкалы, составляла бы 5 мм.

Пружины по торцам снабжаются основаниями, с помощью которых они крепятся болтами к подвижной и неподвижной ра­ мам. Нерабочие витки должны быть поджаты и сторцованы, а крепление их к основаниям выполняется с помощью заклепок сваркой с противоположной стороны основания. В основаниях делается центрирующее гнездо глубиной не более 0,8 d и диа­ метром на 2—3 мм большим внешнего диаметра пружины. Кроме того, для РГМ расстояние между пружинами должно принимать­ ся по отношению &і= (0,9ч-1,0)о (b — расстояние между под­ шипниками грузоприемного ковша). Верхний конец пружин при ненагруженном грузоприемном ковше должен находиться на уровне центра подшипников подвижной рамы.

Упругие элементы (пружины) одного и того же типа должны предварительно испытываться и комплектоваться по жесткости.

54

Для ограничения колебаний подвижной рамы, защиты упругих элементов от перенапряжений и предохранения первичного пре­ образователя от поломки грузоприемный механизм взвешиваю­ щего устройства снабжается нижними и верхними ограничите­ лями, выполненными в виде регулируемых упоров. Верхние ограничители устанавливаются с зазором Д=0,25ч-0,5 мм от подвижной рамы при ненагруженном грузоприемном ковше. Нижние ограничители следует устанавливать, пользуясь соотно­ шением

Нижние и особенно верхние ограничители должны быть за­ щищены от попадания мелких частиц материала, ибо оно влечет за собой нарушение нормальной работы взвешивающего устрой­ ства.

В случае РГМ первичный измерительный преобразователь устанавливается таким образом, чтобы ось его катушки совпа­ дала с продольной осью подвижной рамы и находилась по центру между упругими элементами. В противном случае при недоста­ точной жесткости подвижной рамы может возникнуть дополни­ тельная погрешность, обусловленная перекосами.

Успокоитель колебаний и арретир. Для уменьшения времени переходного процесса и повышения динамической точности раз­ работанные ЭВУ снабжены успокоителем колебаний, шток кото­ рого крепится к удлиненному плечу грузоприемного рычага. При применении взвешивающих устройств в системах дозиро­ вания крупнокусковых шихтовых материалов ГМ подвергается значительным ударным нагрузкам, величина которых во много раз превышает статические. В этом случае необходимо увеличить коэффициент демпфирования путем уменьшения площади сечения перепускных отверстий. Последнее приводит к снижению точно­ сти взвешивающих устройств ввиду возможности затираний, особенно в условиях повышенной запыленности литейного цеха.

В ИП Л АН УССР разработан успокоитель колебаний (рис. 31), позволяющий повысить точность взвешивания и на­ дежность работы ЭВУ. Успокоитель представляет собой два последовательно соединенных сильфона 2 и 9 с жесткой перего­ родкой 4 между ними, которая крепится к грузоприемной плат­ форме. Верхнее / и нижнее 7 основания сильфонов герметично закрыты и закреплены неподвижно, а внутренняя полость запол­ нена жидкостью. В перегородке имеются перепускные отверстия 12 и дроссельный винт 10 для их перекрытия. Под действием нагрузки грузоприемная платформа перемещается вместе с при­ крепленной к ней перегородкой 4. Движение платформы при этом демпфируется за счет перетекания жидкости из одной полости в

55

другую через перепускные отверстия. Коэффициент демпфиро­ вания регулируется с помощью винта 10.

Кроме того, в данной конструкции не вызывают снижения точ­ ности и температурные колебания, так как концы сильфонов жестко закреплены, а давление внутри полостей автоматически выравнивается через перепускные отверстия. Для арретирования грузоприемного механизма во время выполнения вспомогатель­ ных операций (разгрузки материала, переездов и пр.), что по­

вышает долговечность и надеж­ ность весов, успокоитель снабжен электромагнитным клапаном, ка­ тушка 11 которого размещается в перегородке между сильфонами. Якорь 3 электромагнита подпру­

механизмы позволяют получать электрический сигнал, пропор­ циональный весу материала в грузоприемном ковше с помощью одного преобразователя линейных перемещений, что значительно упрощает измерительную схему. Применительно к данной кон­ струкции были разработаны измерительные схемы с индуктив­ ными и трансформаторными преобразователями при использо­

дуктивными и трансформаторными преобразователями и вторич­ ными приборами типа ЭПД-12, ЭМД-212 и др., у которых компенсационным элементом является реохорд, имеют удовле­ творительные метрологические характеристики. Однако они

Более надежными являются дифференциально-трансформа­ торные измерительные схемы, например схемы на базе автоком­ пенсаторов типа ЭПИД, ДСР, Д П Р и др. Надежности этих схем в значительной степени способствуют следующие основные осо-

56

бенности дифференциально-трансформаторных преобразователей (ДТП):

1. Простота конструкции и электрической схемы. В отличие от многих типов преобразователей ДТП не имеют контактов, подшипников и сальниковых уплотнителей.

2.Относительная простота монтажа и эксплуатации и отно­ сительно высокий уровень сигнала по сравнению с другими пре­ образователями подобного типа. Обычные модификации ДТП имеют выходную мощность в 104—105 раз большую, чем тензодатчики.

3.Высокая линейность преобразователя.

4.Реактивное воздействие подвижного сердечника на чув­ ствительный элемент чрезвычайно мало.

5.Возможность использования одной и той же конструктив­ ной модификации для измерения перемещений в довольно широ­ ком диапазоне (0,25—20 мм).

6.Отсутствие гальванической связи между вторичной и пер­ вичной обмотками, что позволяет включить несколько датчиков различным образом для проведения счетно-решающих операций без необходимости применения каких-либо промежуточных эле­ ментов.

На базе дифференциально-трансформаторной схемы дистан­ ционной передачи показаний разработаны весоизмерительные схемы, предназначенные для однокомпонентных и многокомпо­ нентных взвешивающих устройств стационарного и передвижного исполнения. При разработке весоизмерительных схем был использован серийно выпускаемый дистанционный регистратор веса типа ДРВ-Н06, который применяется для определения мас­ сы материала, проходящего через конвейерные весы. Он состоит из ДТП линейных перемещений*и вторичного указательного при­ бора типа ЭПИД-05.

При заводской настройке схемы ДРВ-Н06 нулевому положе­ нию стрелки вторичного прибора, а следовательно, и нулевому значению массы материала в грузоприемном ковше соответствует ненулевое значение выходных напряжений измерительного и компенсационного преобразователей (при Х=0, [ / и = £ / к = 0 , где К — перемещение сердечника преобразователя; £/и и UK — вы­ ходное напряжение соответственно измерительного и компенса­ ционного преобразователей). Поворот стрелки вторичного при­ бора от нуля до конца шкалы сопровождается изменением фазы выходных напряжений преобразователей на 180°. Фаза напряже­ ний і/ж и UK изменяется в точке О', которой соответствует кон­ трольная отметка на шкале прибора ЭПИД-05.

При таких статических характеристиках схемы цену деления шкалы можно устанавливать либо изменением передаточного отношения грузоприемной системы, либо соответствующим выбо­ ром упругих элементов и их заменой, что в процессе эксплуата­ ции практически невозможно. Для получения возможности опе-

57

ративного изменения цены деления была произведена перестрой­ ка схемы ДРВ-Н06 (рис. 32), заключающаяся в том, что при нейтральном положении сердечника измерительного преобразо­ вателя, соответствующем нулевому значению веса материала в ковше, сердечник компенсационного преобразователя также устанавливается на нейтрали.

Регулировка цены деления в этом случае

Рис. 33. Весоизмерительная схема с переключе­ нием цены деления шкалы вторичного прибора.

может быть осуществлена путем шун­ тирования вторичных обмоток измери­ тельного и компенсационного преобразователей переменными

резисторами. Кроме того, при совпадении нуля параметров с электрическим нулем схемы из нее можно исключить преобразо­ ватель точной установки нуля, а балансировку нуля автоматизи­ ровать.

Многодиапазонная весоизмерительная схема с ручной балан­ сировкой нуля приведена на рис. 33. На выход преобразователя ИП, который является измерительным элементом, подключен управляемый делитель напряжения R& Ri—R5. При ручном ди­ станционном управлении взвешивающим устройством оператор переключателем П выбирает необходимую цену деления шкалы вторичного прибора в зависимости от величины набираемой дозы. Функцию оператора могут также выполнять управляющие реле, количество которых равно числу диапазонов взвешивания. При работе весов в автоматическом режиме делитель RR, Ri—R5 слу­ жит для задания программы. Чувствительность схемы регули­ руется делителем Rk, Rn, шунтирующим выход преобразователя КП. Схема предназначена для однокомпонентных взвешивающих устройств, а с применением в ней автоматической балансировки нуля может быть использована и для многокомпонентных.

При величине отвешиваемых доз материала, превышающей верхний предел шкалы вторичного прибора, целесообразно при-

58

менять схему, приведенную на рис. 34. В состав схемы входят

сердечника на некоторую величину. Напряжение £/э поступает на задатчик, состоящий из делителя напряжения и переключателя ПІІІ, которым устанавливается требуемое значение эталонного напряжения nU3, где п = 0; 0,1; 0,2;...; 1,0, причем соблюдается ра-

J.~|

j—

Рис. 34. Многодиапазонная весоизмерительная схема.

венство £Ли=0,1 1/э (U'z — выходное напряжение преобразова­ теля ИП, соответствующее верхнему пределу шкалы вторичного прибора при минимальной цене деления).

Схема работает следующим образом. По мере увеличения массы поступающего материала увеличивается напряжение £/и , которое сравнивается с напряжением UK. Кроме того, на элемент

щее значение п, можно получить различные диапазоны взвеши­ вания при оптимальных метрологических характеристиках всей

В случае отвешивания доз материала, масса которых превы­ шает верхний предел шкалы, на сумматор подается эталонное

59