УИТС.422319.022 ПЗ	Лист
Изм.	Лист	№ докум.	Подп.	Дата

ВВЕДЕНИЕ

Механизация и комплексная автоматизация промышленности и транс­порта во многом зависят от создания совершенных средств автоматического взвешивания и дозирования сыпучих материалов и жидкостей в химической, металлургической, угольной и пищевой промышленности, строительстве, же­лезнодорожном, речном и морском транспорте, производстве стройматериалов и пластмасс.

Разработка совершенных типов весов и весовых дозирующих приборов ведется на базе применения упругих весовых элементов, электротензорезистор­ных, вибрационно-частотных, магнито-анизотропных, ферродинамических, пневматических и гидравлических датчиков в совокупности с наиболее совер­шенными электрическими, пневматическими, гидравлическими агрегатными унифицированными системами регулирования, управляемыми по различным технологическим показателям счетно-аналитическими машинами и другими средствами автоматизации.

В ряде производственных процессов необходим переход от циклических (периодических) технологических схем к схемам непрерывного производства.

Поэтому в непрерывных технологических процессах производства метал­лургической промышленности, глиноземного производства, пищевой промыш­ленности и других отраслей станет возможно управление технологическим процессом по оптимальным режимам загрузки всех компонентов в требуемом отношении, значение которых может определиться экспресс-анализом качества сплава или смеси, обрабатываемых по определенной программе вычислительной машиной или по показателям температуры, давления и расхода.

Весовая техника в Российской Федерации в настоящее время достигла современного уровня техники зарубежных стран, насчитывающих множество фирм, работающих в этой области.

Принципиальное значение имеют новые решения в ряде отечественных конструкций, применения новых технологий, внедрения в весоизмерительную и весодозировочную технику высоконадежных комплектующих.

В настоящее время развитие весодозировочной техники определяет проблему автоматизации самых различных технологических процессов.

Именно поэтому исследованием и разработкой весодозировочной техники, приборов и систем их управления заняты многочисленные коллективы научно-исследовательских институтов, конструкторских и проектных организаций и учебных институтов.

1 Постановка задачи

1.1 Применение дозаторов

Дозатор применяется для автоматического взвешивании, дозирования и фасовки сыпучих материалов

1.2 Требования предъявляемые к дозаторам

Требования, предъявляемые к системам автоматического регулирования сыпучих материалов, должны соответствовать задаче автоматизации технологических процессов. В самом общем случае они могут быть сформулированы следующим образом.

Должны быть установлены алгоритмы и оптимальные схемы управления дозаторами дискретного и непрерывного действия, обеспечивающие однокомпонентное и многокомпонентное дозирование материалов с требуемыми метрологическими и функциональными зависимостями в системах автоматического регулирования и управления технологическими процессами производства.

Решению этой важной научно-технической проблемы должны предшествовать создание автономных и связных агрегатных систем управления однокомпонентного и многокомпонентного дозирования с унифицированными входными и выходными сигналами (электрическими, пневматическими и гидравлическими), обеспечивающих коррекцию регулируемых параметров по сигналам датчиков, характеризующих различные показатели процесса и показатели качества конечного продукта или полупродукта.

Автоматические весовые дозаторы дискретного действия в настоящее время особенно широко применяются в различных отраслях народного хозяйства.

1.2.1 Энергоемкость. Проектируемое дозирующее устройство должно обеспечивать дозирование сыпучих материалов по 50 кг в упаковку.

1.2.2 Вид потребляемой энергии. В качестве энергии питания устройства выбираем электроэнергию, как относительно недорогой, весьма доступный, удобный, экологически чистый вид энергии. Устройство работает на напряжении 380 Вт. Отклонение напряжения  10 Вт. Частота 50 Гц. Отклонение частоты  2%.

1.2.3 Надежность. Срок службы дозатора – 4-5 лет при регулярном обслуживании и текущем ремонте. Быстроизнашивающимися деталями являются резиновые втулки, прокладки, которые заменяются при периодическом техническом обслуживании и ремонте.

1.2.4 Быстродействие. Требуемое быстродействие – 30 упаковок по 50 кг в час или 1 упаковка за 2 минуты.

1.2.5 Эргономика. Все внутренние детали автомата закрыты защитным щитком (кожухом). Ремонт, смазка, регулировка, наладка и замена деталей допускается, только если автомат находится в выключенном состоянии.

При перерывах в работе автомата необходимо производить контрольное взвешивание дозы жидкости.

Транспортировка должна производиться в вертикальном положении, допускается провоз железнодорожным, автомобильным и морским транспортом.

1.3 Классификация приборов для измерения и дозирования массы

1.3.1 Лабораторная весо-измерительная техника. Эта техника применяется для эталонного измерения массы тел измерения, например гирь, проведения поверок на предмет расхождения массы груза на лабораторных и испытуемых весах. Предела взвешивания в этих весах нет. Отличаются особой точностью измерения массы.

1.3.1 Торговые весы. Это весо-измерительная техника, на табло которой, наряду с индикацией массы груза, имеется индикация стоимости за килограмм груза и индикация полной стоимости груза. Данные весы имеют функцию тарировки. Предел взвешивания от 6 до 20 килограмм. Данные весы относятся к 4 классу точности.

Рисунок 2 – Торговые весы ВР4900

1.3.2 Промышленные весы. Это весы, которые предназначены только для взвешивания массы груза. В вариантном исполнении в промышленных весах имеется функция счета количества изделий, находящихся на чашке или платформе весов.

Рисунок 3 – Промышленные весы ТВН

1.3.3 Медицинские весы (детские). Это весы предназначенные для измерения веса и роста детей до 3 лет. Предел взвешивания до 20 килограмм. Весы выполняются из экологически чистого пластика.

Рисунок 3 – Медицинские весы (детские) ВЕ-120

1.3.4 Сельскохозяйственные весы. Это весы предназначенные для поголовного взвешивания крупного рогатого скота и других животных. К данным весам предъявляются строгие требования по химзащите, пылевлагозащите, морозостойкости. В этих весах имеется возможность автономного питания. Предел взвешивания от 20 килограмм до 30 тонн.

Рисунок 4 – Весы платформенные сельскохозяйственные ВТП-СО

1.3.5 «Гермес» - дозатор фасовочный для больших мешков типа «Big-Bag». Дозатор предназначен для автоматического взвешивания, дозирования и фасовки в большие мешки типа «Big-Bag» хорошо сыпучих продуктов, таких как керамика, бытовые моющие средства, удобрения, гранулы пластмассы, минеральные вещества. Работа дозатора основана на принципе грубой (основной) засыпки продукта в мешок с последующей тонкой досыпкой до заданного веса. Это достигается за счет двухпозиционной пневматической секторной заслонки.

Рисунок 5 – «Гермес», дозатор фасовочный для больших мешков типа

«Big-Bag».

1.3.6 «Дора» - дозатор фасовочный для сыпучих продуктов. Дозатор предназначен для автоматического взвешивания, дозирования и фасовки в любые мешки шириной не менее 310 миллиметров. Дозатор закрепляется на горловине бункера, содержащего фасуемый продукт, либо устанавливается на стойке под горловиной бункера. Принцип работы основан на грубой (основной) засыпки продукта в мешок с последующей тонкой досыпкой до заданного веса. Это достигается за счет двухпозиционной пневматической секторной заслонки. Весовой терминал дозатора снабжен функциями счета количества отвесов и суммирования массы.

Рисунок 6 – «Дора», дозатор фасовочный для сыпучих продуктов.

1.3.7. ДШФ – дозатор шнековый фасовочный. Дозатор предназначен для автоматического взвешивания, дозирования и фасовки в мешки плохосыпучих продуктов, таких как комбикорма, отруби, минеральные вещества и др.

Принцип работы основан на грубой (основной) засыпки продукта в мешок с последующей тонкой досыпкой до заданного веса.

Это достигается за счет изменения оборотов шнекового питателя с помощью частотного преобразователя.

Весовой терминал дозатора снабжен функциями счета количества отвесов и суммирования массы.

Рисунок 7 – ДШФ, дозатор шнековый фасовочный

1.3.8 ДБД – дозатор бункерный дискретного действия. Дозатор предназначен для автоматического взвешивания сыпучих, плохосыпучих и жидких материалов, таких как зерно, крупа, мука, семена зернобобовых и маслянистых культур, комбикорма, гранулы пластмасс, минеральные вещества, строительные смеси, поступающие потоком отдельными порциями. Принцип работы основан на суммировании взвешиваемых отдельных порций продукта, что повышает точность взвешивания больших партий продуктов в потоке. В конструкции применяются пневматические шланговые заслонки и заслонки дроссельного типа, за счет чего достигается полная герметичность потока. В зависимости от условий технологического процесса дозатор может быть использован: для автоматической стабилизации (производительности) потока продукта, для перевешивания больших партий сыпучего продукта в потоке, для фиксированного (заданного) отвеса продукта.

Рисунок 8 – ДБД, дозатор бункерный дискретного действия

1.3.9 ВЖ – весы вагонные железнодорожные. Данные весы применяются для взвешивания вагонов в статике и динамике, поосно и потележно. Наибольший предел взвешивания до 150 тонн, температурный диапазон от – 40 до +80˚С, длина от 3 до 20 метров. К данным весам предъявляются строгие требования по химзащите, пылевлагозащите.

Рисунок 9 – ВЖ, весы вагонные (железнодорожные)

1.3.10 ВАЭ – весы автомобильные электронные. Данные весы применяются для взвешивания любого автотранспорта в любых условиях. Наибольший предел взвешивания до 300 тонн. К данным весам предъявляются строгие требования по химзащите, пылевлагозащите, морозостойкости.

Рисунок 10 – ВАЭ, весы автомобильные электронные

1.3.11 ВЛТ – весовой ленточный транспортер. Данный весовой ленточный транспортер предназначен для взвешивания и сортировки различных штучных грузов, например коробок, мешков, чемоданов, пакетов на движущейся ленте транспортера. Наибольший предел взвешивания до 300 килограмм.

Рисунок 11 – ВЛТ, весовой ленточный транспортер

1.3.12 ЦКВ – цифровые крановые весы. Данные цифровые краны применяются для взвешивания при погрузочных работах, а также негабаритных грузов. Данные весы рассчитаны на взвешивание грузов массой до 30тонн, изготовлены в пылевлагозатитном корпусе, имеют широкий температурный диапазон, возможность дистанционного управления, наличие яркого индикатора и встроенного аккумулятора.

Рисунок 12 – ЦКВ, Цифровые крановые весы

Конструкции и схемы автоматических весовых дозаторов, предназначенных для автоматизации взвешивания и дозирования жидкостей, по характеру технологического процесса производства разделяются на две группы: дискретного и непрерывного действия.

Приборы измерения и дозирования массы

Лабораторная весо-измерительная техника

Весы общего назначения

Весовые

дозаторы

Установки для взвешивания грузов при их движении

Торговые весы

«Гермес»

ВЖ – Весы вагонные

Промышленные весы

«Дора»

ВАЭ – Весы

автомобильные

электронные

Медицинские весы

ДШФ

ВЛТ – Весовой ленточный транспортер

Сельско-хозяйственные весы

ДБД

ЦКВ – Цифровые крановые весы

Рисунок 13 - Классификация приборов для измерения и дозирования

массы.

2 ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ

2.1 Показатели для расчета дозаторов

Исходными данными для расчета основных конструктивных показателей дозаторов являются:

- наибольшая производительность дозатора

- объемная масса дозируемого материала

- величина погонной нагрузки

- нагрузка материала на транспортер

- время нахождения материала на транспортере

Производительность дозатора определяется по формуле:

Q_d = qv_t, (1)

где q – погонная нагрузка кг/м

v_t – скорость транспортера м/сек

Q_d – производительность дозатора кг/сек

Так как

То имеем

(2)

Грузоприемный ленточный транспортер соответственно его скорости v_t и рабочей длине L_t характеризуется определенным временем прохождения на нем материала, воздействующего с усилием P_t, пропорциональным его массе, то есть определенной постоянной времени, которую определяют из условия:

(3)

Q_n = Q(t)

Q_d = Q(t – τ),

где Q_n – производительность питателя

Q_d – производительность дозатора

Q – возмущающее воздействие или изменение производительности

τ – время запаздывания или время пребывания материала на ленте транс-

портера

- скорость изменения нагрузки на весовом транспортере

Поэтому ленточным весовым дозаторам присуще определенное запаздывание между моментом изменения производительности питателя и истинной производительностью дозатора.

Основной принцип действия ленточного дозатора состоит в поддержании регулятором постоянной производительности и определяется зависимостью вида: Q_n = const.

Так как величина производительности питателя и, следовательно, производительности дозатора определяется по величине весовой нагрузки P_t на транспортере, непосредственно воспринимаемой весовым датчиком, то в установившемся режиме будет:

(4)

, (5)

где - погонная нагрузка на транспортере

L_загр – загруженный участок транспортера

- коэффициент с размерностью сек^-1

Поэтому производительность дозатора Q_d пропорциональна нагрузке материала на транспортере.

Условия (2), и следовательно (3), справедливы в случае постоянства ско-рости транспортера v_t = const.

Величину расчетной нагрузки определяют исходя из величины заданной максимальной производительности дозатора Q_max

(6)

(7)

а весовую нагрузку на транспортере – из условия:

P_t = Qτ

Время τ пребывания материала на транспортере в секундах находим из условия:

(8)

Время τ должно быть минимальным, а для устойчивой работы дозатора не более 10 – 12 секунд. Величина нагрузки на транспортере по найденному значению погонной нагрузки получаем из выражения:

P_t = qL_t (9)

В некоторых случаях для оценки весового расхода дозатора для различных сыпучих материалов целесообразно исходить из величины максимальной объем-ной производительности дозатора:

(10)

Получение наилучшего переходного процесса и расширение области устойчивости системы автоматического регулирования дозаторов при различных настройках регулятора достигается при возможно наибольшем соотношении: , τ₂ – время нахождения материала на транспортере – постоянная времени, а τ₁ – время прохождения материала по лотку – чистое запаздывание.

Постоянная времени τ₂ определяется отношением длины транспортера L_t к его скорости v_t:

Увеличение τ₂ за счет удлинения транспортера приводит к нежелательному увеличению габаритных размеров дозаторов, а уменьшение τ₁ ограничивается габаритными размерами вибропитателя и физико-механическими характеристиками и характером движения по лотку дозируемого материала.

Составление структурной схемы для всего объекта, вывод общей передаточной функции, расчет амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик производятся по методике, разработанной профессором Е.Г. Дудниковым, и методам, принятым в теории автоматического регулирования.

Каждое звено, входящее в структурную схему, имеет свою передаточную функцию, отражающую зависимость между изображениями (по Лапласу) входного и выходного сигналов.

Определенный порядок связи между звеньями соответствует характеру их связей в реальном дозаторе.

После составления структурной схемы для всего объекта в целом выводится общая передаточная функция разомкнутой системы, по которой производится дальнейший расчет.