Весовой дозатор дискретного действия
Полезная модель относится к весовым дозаторам дискретного действия, предназначен для порционного дозирования сыпучих материалов различной степени дисперсности, мелкоштучных и крупноштучных материалов и может быть использован, прежде всего, в пищевой, сельскохозяйственной, химической промышленности. Задачей является повышение производительности весового дозатора за счет увеличения скорости дозирования при обеспечении высокой точности дозирования в широком диапазоне весов и повышение адаптивности под свойства различных дозируемых материалов. Весовой дозатор дискретного действия в общем случае выполнения состоит из загрузочного бункера, горизонтального вибролотка, весового грузоприемного бункера, вибратора, весоизмерительного устройства, привода, системы управления, виброизоляторов. При этом вибролоток связан с вибратором и установлен с возможностью отклонения от горизонтального положения с управляемым переменным углом наклона посредством связанного с ним привода и системы управления. Вибролоток установлен таким образом, что один его конец (неподвижный) расположен под выходным отверстием загрузочного бункера, а другой (подвижный) - над весовым грузоприемным бункером, который соединен с весоизмерительным устройством. Причем система управления соединена с вибратором, приводом и весоизмерительным устройством, а виброизоляторы установлены на элементах конструкции между вибратором и весоизмерительным устройством. В частном случае выполнения дозатора вибролоток выполнен с возможностью регулирования амплитуды и частоты его вибрации. Дозатор за счет возможности регулирования угла насыпки, амплитуды и частоты вибрации вибролотка, позволяет повысить скорость дозирования, т.е. увеличить производительность дозатора, обладает высокой адаптивностью к дозируемым материалам, позволяет осуществлять дозирование малых и больших доз в широком диапазоне весов. 3 ил.
Полезная модель относится к весовым дозаторам дискретного действия, предназначен для порционного дозирования сыпучих материалов различной степени дисперсности, мелкоштучных и крупноштучных материалов и может быть использован, прежде всего, в пищевой, сельскохозяйственной, химической промышленности.
Известно изобретение «Весовой дозатор», описанное в патенте 
2010753 с приоритетом от 26.04.1991 г., МПК5 B65B 1/32, опубликовано 15.04.1994 г.
Указанный весовой дозатор содержит корпус, бункер с откидным дном, установленный на стойках и подпружиненный относительно корпуса, и расположенные над бункером питатель грубой подачи материала и питатель тонкого дозирования и датчики массы, причем каждый питатель выполнен в виде дозирующего ротора, роторы смонтированы на общем валу и образуют шлюзовое устройство, при этом ротор питателя тонкого дозирования закреплен на валу жестко, а ротор питателя грубой подачи соединен с валом посредством электромагнитной муфты, связанной с датчиками массы. Дно бункера выполнено в виде двух створок, раскрытие которых осуществляется от электромагнита по сигналам датчика, имеющего контакты, фиксирующие наличие грубой и точной массы материала в бункере. При грубой подаче материала посредством вращения обоих дозирующих роторов с включенной электромагнитной муфтой бункер дозатора ускоренно заполняется. Однако когда масса материала в бункере достигнет величины немного меньше нормы, срабатывает контакт грубой массы датчика, подается команда на отключение электромагнитной муфты и вращение ротора питателя грубой подачи прекращается, а вращение ротора, обеспечивающего точную дозировку материала в бункере, продолжается. При достижении требуемой массы материала срабатывает контакт точной массы датчика, вращение роторного вала отключается, включается электромагнит, откидывающий створки бункера. Опорожняясь, бункер поднимается на пружинах, на что реагирует датчик массы, подавая команды электромагниту на закрытие створок, на включение электромагнитной муфты и на вращение роторного вала.
Известна также полезная модель «Вибрационный питатель для сыпучего материала» по свидетельству 14574, с приоритетом от 17.02.2000 г., МПК7 B65G 27/02, опубликовано 10.08.2000 г.
Этот вибрационный питатель содержит бункер с выпускным узлом и вибратор, причем выпускной узел выполнен в виде отдельно установленной горизонтальной трубы, которая связана с вибратором, придающим ей продольные колебания под углом к оси трубы в вертикальной плоскости, при этом часть горизонтально установленной трубы введена в бункер вблизи его дна через выполненное в боковой поверхности отверстие, края которого соединены с трубой гибкой мембраной. Наружная часть трубы установлена на упругом подвесе например, в виде системы наклонных стержней, на котором также установлен якорь электромагнита. Под действием переменного электромагнитного поля, создаваемого электромагнитом, якорь возбуждает колебания в упругом подвесе, передаваемые трубе. Колебания трубы приводят в псевдоожиженное состояние частицы сыпучего материала, которые захватываются концом трубы в бункере и под действием ее колебаний транспортируются к выходному концу. Такая конструкция приводит в движение не весь бункер, а выпускной узел в виде трубы. Загрузка трубы постоянна, поэтому при изменении загрузки бункера не меняется амплитуда или частота колебаний трубы. Для стабилизации расхода, не требуется ни автоматическая компенсация, ни существенный запас мощности вибратора.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является широко применяемый в промышленности весовой дозатор дискретного действия с вибрационным питателем. Конструктивные особенности дозаторов двухстадийного дозирования, к которым относится наиболее близкий аналог (прототип), описаны в книге «Весовое дозирование зернистых материалов / С.В.Першина, А.В.Каталымов, В.Г.Однолько, В.Ф.Першин», М.: Машиностроение, 2009. - 260 с. (см. стр.96-97).
Схема дозатора-прототипа представлена на рисунке фиг.2.
Весовой дозатор дискретного действия содержит загрузочный бункер 1, снабженный задвижкой в нижней части, горизонтально расположенный вибролоток 2, вибратор 3, грузоприемный весовой ковшик 4, весоизмерительную ячейку 5 и систему управления (не показана). Вибролоток осуществляет равномерную подачу дозируемого сыпучего материала из загрузочного бункера в грузоприемный ковшик. Перемещение сыпучего материала осуществляется за счет энергии продольной вибрации, сообщаемой горизонтальному вибролотку вибратором. Взвешивание дозируемого материала в грузоприемном весовом ковшике производится при помощи весоизмерительной ячейки, сигнал с которой поступает в систему управления дозатора, где происходит его преобразование и обработка. Вибролоток 2 и вибратор 3 установлены неподвижно на массивной плите 6, закрепленной на общей раме 7 при помощи виброизоляторов 8, предназначенных для снижения негативного воздействия вибрации на весоизмерительную ячейку, которая также закреплена на этой общей раме.
Наполнение грузоприемного ковшика дозируемым материалом происходит в два этапа. В режиме насыпки основной части дозы амплитуда вибрации вибролотка имеет максимальное значение и, соответственно, скорость подачи дозируемого материала максимальна. При достижении некоторого установленного значения массы для основной дозы сыпучего материала амплитуда вибрации снижается, перемещение насыпаемого материала по вибролотку замедляется, и дозатор переходит в режим точной досыпки дозы.
Недостатком известного весового дозатора дискретного действия является малый диапазон регулирования производительности (скорости подачи дозируемого материала) при обеспечении требуемой точности дозирования, для увеличения которого необходимо использовать дополнительные устройства, например, шторки для частичного перекрытия потока в процессе точной досыпки, и т.д. Производительность дозатора падает при увеличении дозы материала. Для работы в диапазоне малых и в диапазоне больших доз требуется применение вибролотков различной конструкции. Кроме того, существенным недостатком описанного весового дозатора является негативное влияние вибрации на точность весоизмерения несмотря на то, что дозатор оснащен виброизоляторами, так как массивная плита с вибролотоком и вибратором закреплена на раме, на которой также закреплена весоизмерительная ячейка.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение производительности весового дозатора за счет увеличения скорости дозирования при обеспечении высокой точности дозирования в широком диапазоне весов и повышение адаптивности под свойства различных дозируемых материалов.
Поставленная задача решается за счет того, что в дозаторе дискретного действия, который содержит загрузочный бункер, горизонтальный вибролоток, весовой грузоприемный бункер, вибратор, виброизоляторы, весоизмерительное устройство, систему управления, причем вибролоток связан с вибратором и установлен таким образом, что один его конец расположен под выходным отверстием загрузочного бункера, а другой - над весовым грузоприемным бункером, который соединен с весоизмерительным устройством, причем система управления соединена с вибратором и весоизмерительным устройством, при этом виброизоляторы установлены на элементах конструкции между вибратором и весоизмерительной ячейкой, согласно полезной модели в общем случае дозатор дополнительно оснащен приводом, связанным с системой управления, а вибролоток установлен с возможностью отклонения от исходного положения на управляемый переменный угол посредством этого привода. Под воздействием вибратора вибролоток совершает колебательные движения (вибрирует).
Заявляемая полезная модель осуществляет дозирование сыпучих материалов различной степени дисперсности, мелкоштучных и крупноштучных материалов следующим образом.
В начале набора каждой дозы (порции) по команде системы управления вибролоток при посредстве привода отклоняется от горизонтального положения на некоторый угол наклона - «угол насыпки» и в весовой грузоприемный бункер дозируемый материал начинает поступать с большой скоростью. Стабилизация процесса подачи дозируемого материала в весовой грузоприемный бункер обеспечивается за счет вибрирования лотка в процессе насыпки, при котором снижается коэффициент внутреннего трения дозируемого материала. В грузоприемном бункере при помощи весоизмерительного устройства происходит взвешивание дозируемого материала. При достижении некоторого установленного значения веса для основной дозы материала, по команде системы управления, при посредстве привода угол наклона вибролотка уменьшается, лоток поднимается, скорость потока дозируемого материала снижается. Точная досыпка оставшейся части дозы осуществляется при небольшом угле наклона вибролотка - «угле досыпки».
При достижении установленного для дозы значения веса материала по команде системы управления при посредстве привода производится возврат лотка в исходное положение.
В заявляемом дозаторе перемещение дозируемого материала от загрузочного бункера к весовому грузоприемному бункеру по отклоненному вниз лотку происходит под действием силы гравитации, и вибрация необходима только для снижения силы внутреннего трения дозируемого материала. В связи с этим в заявляемом дозаторе требуемая энергия вибрации значительно ниже, чем в дозаторе-прототипе, где за счет нее происходит перемещение дозируемого материала. При этом снижение энергии вибрации позволяет уменьшить вредные влияния вибратора на весоизмерительное устройство, что приводит к повышению точности дозирования.
Процесс набора одной дозы (порции) дозируемого материала в весовом бункере показан на графике зависимости массы продукта m в весовом грузоприемном бункере от времени t (кривая а - для дозатора-прототипа и кривая b - для заявляемого дозатора, приведенном на фиг.3
В дозаторе-прототипе (кривая а).
Процесс наполнения весового грузоприемного бункера, как показано на рисунке, происходит следующим образом. Режиму насыпки основной части дозы соответствует участок 0-1 кривой а, когда скорость подачи дозируемого материала максимальна, при этом амплитуда вибрации имеет максимальное значение. При достижении установленной для основной дозы массы материала {точка 1) амплитуда вибрации снижается, перемещение насыпаемого материала по вибролотку замедляется, и дозатор переходит в режим точной досыпки, что соответствует участку 1-2 кривой а .
В заявляемом дозаторе (кривая b).
Конструкция дозатора позволяет значительно сократить время (t' 1) насыпки основной дозы материала за счет регулирования скорости подачи материала при отклонении вибролотка от горизонтального положения.
При насыпке основной дозы (участок 0-1' кривой b) вибролоток отклоняется на максимальный угол - «угол насыпки», определяемый свойствами дозируемого материала, весом дозы и заданной точностью дозирования (% погрешности веса дозы), при этом обеспечивается высокая скорость подачи дозируемого материала. При достижении некоторого установленного значения массы в точке 1', производится подъем лотка в положение досыпки (угол наклона вибролотка уменьшается), в процессе подъема лотка скорость потока дозируемого материала постепенно снижается (участок 1'-2' кривой b). Точная досыпка оставшейся части дозы (участок 2'-3' кривой b) осуществляется при небольшом угле наклона вибролотка - «угле досыпки».
Параметры режима определяются свойствами дозируемого материала и заданной массой (весом) дозы и подбираются экспериментально. При этом подбор максимального угла насыпки для каждого вида дозируемого материала за счет увеличения скорости его подачи в весовой грузоприемный бункер при обеспечении заданной точности дозирования позволяет увеличить производительность заявляемого весового дозатора в широком диапазоне весов.
Возможность подстройки угла насыпки под изменяющиеся свойства дозируемых материалов (например, мука, крупы, сахар, конфеты) обеспечивает высокую адаптивность заявляемого дозатора.
Таким образом, совокупность существенных признаков, характеризующих выполнение заявляемого дозатора в общем виде, обеспечивает повышение производительности весового дозатора за счет увеличения скорости дозирования при обеспечении высокой точности дозирования в широком диапазоне весов, повышение адаптивности к различным дозируемым материалам, снижение потребляемой энергии при достаточной точности дозирования.
В частном случае исполнения весового дозатора, вибролоток выполнен с возможностью регулирования амплитуды и частоты его вибрации с помощью вибратора и системы управления.
В этом случае процесс дозирования осуществляется также, как и в общем случае, который иллюстрируется приведенным выше графиком зависимости массы продукта m в весовом грузоприемном бункере от времени t, с учетом следующих дополнений.
При насыпке основной дозы (участок 0-1' кривой b) для обеспечения высокой скорости подачи дозируемого материала вибролоток отклоняется вниз на максимальный «угол насыпки», а его вибрация с помощью вибратора осуществляется с максимальной амплитудой и частотой. Параметры режима определяются свойствами дозируемого материала и заданной массы (веса) дозы и подбираются экспериментально. Точная досыпка оставшейся части дозы (участок 2'-3' кривой b) осуществляется при небольшом угле наклона вибролотка - «угле досыпки» и, при необходимости, уменьшении амплитуды и/или частоты вибрации.
Таким образом, заявляемый дозатор в рассматриваемом частном случае исполнения за счет возможности отклонения вибролотка от горизонтального положения на управляемый переменный угол и одновременного регулирования амплитуды и частоты вибрации вибролотка, позволяет повысить скорость дозирования (т.е. увеличить производительность дозатора).
При этом еще больше увеличивается адаптивность заявляемого дозатора под изменяющиеся свойства дозируемых материалов, т.к. за счет регулирования амплитуды и частоты вибрации вибролотка увеличивается диапазон регулирования скорости подачи дозируемого материала.
Дозатор позволяет также осуществлять дозирование для малых и больших доз в широком диапазоне весов, обладает низкой зависимостью производительности от веса дозы.
Увеличение диапазона регулирования скорости подачи дозируемого материала позволяет повысить производительность дозатора в два и более раз по сравнению с прототипом при сопоставимой точности дозирования.
Заявляемая полезная модель поясняется следующими чертежами:
на фиг.1 представлена схема заявляемого дозатора:
а) с вибролотком в горизонтальном положении,
б) с вибролотком в положении насыпки дозируемого материала;
на фиг.2 представлена схема дозатора-прототипа;
на фиг.3 представлен график зависимости массы продукта m в весовом грузоприемном бункере от времени t:
кривая а - для дозатора-прототипа,
кривая b - для заявляемого дозатора.
Весовой дозатор дискретного действия (фиг.1) в общем случае выполнения содержит загрузочный бункер 1, горизонтальный вибролоток 2, весовой грузоприемный бункер 3, вибратор 4, весоизмерительное устройство 5, привод 6, систему управления 7, виброизоляторы 8.
При этом вибролоток 2 связан с вибратором 4 и установлен с возможностью отклонения от горизонтального положения с управляемым переменным углом наклона посредством связанного с ним привода 6 и системы управления 7. Вибролоток 2 установлен таким образом, что один его конец (неподвижный) расположен под выходным отверстием загрузочного бункера 1, а другой (подвижный) - над весовым грузоприемным бункером 3, который соединен с весоизмерительным устройством 5. Причем система управления 7 соединена с вибратором 4, приводом 6 и весоизмерительным устройством 5, а виброизоляторы 8 установлены на элементах конструкции между вибратором 4 и весоизмерительным устройством 5.
В частном случае выполнения, когда вибролоток 2 выполнен с возможностью регулирования амплитуды и частоты его вибрации с помощью вибратора 4 и системы управления 7, весовой дозатор дискретного действия имеет в своем составе те же конструктивные элементы, что и в общем случае выполнения (фиг.1).
Весовой дозатор дискретного действия (фиг.1) в общем случае выполнения работает следующим образом.
Вибратор 4 воздействует на вибролоток 2, в результате чего вибролоток 2 совершает колебательные движения (вибрирует).
В начале набора каждой дозы (порции) по команде системы управления 7 вибролоток 2 при посредстве привода 6 отклоняется от горизонтального положения на некоторый угол наклона - «угол насыпки». При этом дозируемый материал (сыпучий материал различной степени дисперсности, мелкоштучный или крупноштучный материал) из донной части загрузочного бункера 1 сначала попадает на вибролоток 2, а затем поступает с большой скоростью в весовой грузоприемный бункер 3. При этом для обеспечения высокой скорости подачи дозируемого материала вибролоток 2 с помощью привода 6 отклоняется на максимальный для конкретного вида дозируемого материала, заданных веса дозы и точности дозирования «угол насыпки». Стабильность подачи дозируемого материала в весовой грузоприемный бункер 3 обеспечивается за счет вибрирования лотка 2 в процессе насыпки, при котором снижается коэффициент внутреннего трения дозируемого материала. В грузоприемном бункере 3 при помощи весоизмерительного устройства 5 происходит взвешивание дозируемого материала.
При достижении определенного веса материала, меньшего веса дозы, по команде системы управления 7 при посредстве привода 6 угол наклона вибролотка 2 уменьшается он поднимается, скорость потока дозируемого материала постепенно снижается. Точная досыпка оставшейся части дозы осуществляется при небольшом угле наклона вибролотка 2 - «угле досыпки». При достижении установленного для дозы значения веса материала по команде системы управления 7 при посредстве привода 6 осуществляется возврат вибролотка 2 в исходное, т.е. горизонтальное положение. После этого по команде системы управления 7 начинается набор следующей дозы.
То есть изменение режима работы дозатора (насыпка, досыпка дозируемого материала в дозе, переход к набору следующей дозы) осуществляется по командам системы управления 7, которая соединена с весоизмерительным устройством 5 и связана с вибратором 4 и приводом 6.
Параметры режима управления углом наклона вибролотка 2 (угол насыпки, угол досыпки, возврат в исходное положение) определяются свойствами конкретного вида дозируемого материала, заданным весом дозы, заданной точностью дозирования, и определяются экспериментально.
При этом подбор максимального угла насыпки для каждого вида дозируемого материала за счет увеличения скорости его подачи в весовой грузоприемный бункер при обеспечении заданной точности дозирования позволяет увеличить производительность заявляемого весового дозатора в широком диапазоне весов. Возможность подстройки угла насыпки под изменяющиеся свойства дозируемых материалов (например, мука, крупы, сахар, конфеты) обеспечивает высокую адаптивность заявляемого дозатора.
В частном случае выполнения, когда вибролоток 2 выполнен возможностью регулирования амплитуды и частоты его вибрации с помощью вибратора 4 и системы управления 7, дозатор (фиг.1) работает также, как в общем случае выполнения с учетом следующих особенностей.
При насыпке основной дозы для обеспечения высокой скорости подачи дозируемого материала вибролоток 2 с помощью привода 6 не только отклоняется на максимальный «угол насыпки», но и его вибрация с помощью вибратора 4 осуществляется с максимальной амплитудой и частотой. Точная досыпка оставшейся части дозы осуществляется при небольшом угле наклона вибролотка 2 - «угле досыпки» и, при необходимости, уменьшении амплитуды и/или частоты вибрации вибролотка 2, обеспечиваемом вибратором 4 при помощи привода 6. Параметры режима вибрации определяются свойствами конкретного вида дозируемого материала, заданным весом дозы и заданной точностью дозирования.
Таким образом, возможность регулирования амплитуды и частоты вибрации вибролотка 2, позволяет в частном случае исполнения заявляемого дозатора повысить скорость дозирования (производительность дозатора).
При этом еще больше увеличивается адаптивность заявляемого дозатора под изменяющиеся свойства дозируемых материалов, т.к. за счет регулирования амплитуды и частоты вибрации вибролотка 2 увеличивается диапазон регулирования скорости подачи дозируемого материала.
Дозатор позволяет также осуществлять дозирование для малых и больших доз в более широком диапазоне весов.
Для осуществления полезной модели - весового дозатора дискретного действия могут быть использованы известные в данной области техники конструктивные элементы, комплектующие детали, материалы и крепеж.
Так, загрузочный бункер 1, вибролоток 2, весовой грузоприемный бункер 3 могут быть выполнены, например, из листа нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т ГОСТ 5582-75 толщиной 1-2 мм.
В частности, загрузочный бункер 1 может быть установлен на опорные стойки, которые могут быть выполнены, например, из круга сталь 3 ГОСТ 2590-88 с покрытием краской.
В качестве вибратора 4, может быть использован линейный вибратор NTS 120HF производства компании Martin Vibration System and Solutions Inc. (США).
В качестве весоизмерительного устройства 5 может быть использована, например, весоизмерительная ячейка L6H5 произв. компании ZEMIC (Китай).
Привод 6 может быть выполнен, например, на основе шагового электродвигателя A41K-M599 фирмы Autonics (Корея) и соединен с лотком 2 посредством тяги, выполненной из шпильки М8 ГОСТ 9066-75 с установленными на ней вилкообразными наконечниками GN751 производства компании Elesa-Ganter (Германия).
Система управления 7 может быть реализована, например, на основе программируемого логического контроллера, например, семейства Simatic S7-200 производства компании Siemens (Германия).
В качестве виброизоляторов 8 могут быть использованы, например, резинометаллические изоляторы GN351 производства компании Ganter-Griff (Германия).
1. Весовой дозатор дискретного действия, состоящий из загрузочного бункера, горизонтального вибролотка, весового грузоприемного бункера, весоизмерительного устройства, вибратора, виброизоляторов, системы управления, причем вибролоток связан с вибратором и установлен таким образом, что один его конец расположен под выходным отверстием загрузочного бункера, а другой - над весовым грузоприемным бункером, соединенным с весоизмерительным устройством, причем система управления соединена с вибратором и весоизмерительным устройством, при этом виброизоляторы установлены на элементах конструкции между вибратором и весоизмерительным устройством, отличающийся тем, что дополнительно оснащен приводом, связанным с системой управления, а вибролоток установлен с возможностью отклонения от исходного положения на управляемый переменный угол посредством привода.
2. Весовой дозатор по п.1, отличающийся тем, что вибролоток выполнен с возможностью регулирования амплитуды и частоты его вибрации с помощью вибратора и системы управления.
