Устройство измерения угла естественного откоса сыпучего материала

Полезная модель предназначена для измерения угла естественного откоса сыпучего материала в потоке. Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом измерительном устройстве, состоящем из крутонаклонного ленточного конвейера с реверсивным электродвигателем, управляемым по сигналам датчиков верхнего и нижнего потоков, на верхнем конце рамы конвейера, неподвижно закреплен стрелочный указатель угла наклона, сопряженный со шкалой.

При работе измерительного устройства рабочая ветвь конвейера движется вверх, в результате чего сыпучий материал разделятся на два потока. Отсчет угла естественного откоса осуществляется по шкале в равновесном состоянии системы, когда угол наклона конвейера равен углу естественного откоса сыпучего материала.

Принудительное удаление прилипшего к ленте материала осуществляется подпружиненным скребком, закрепленным на верхнем барабане конвейера. Для уменьшения погрешности измерений на рабочей поверхности ленты конвейера нанесены рифы в виде поперечных параллельных полос.

1. Область техники

Предлагаемое устройство относится к технике измерения параметров полидисперсных сыпучих материалов, таких как песок, цемент, поваренная соль и др., в процессах их переработки. 2. Уровень техники

Анализ патентов, стандартов, научной литературы и других информационных источников показывает, что известные устройства измерения угла естественного откоса, или, так называемого, угла внутреннего трения, предназначены для измерений этого параметра в стационарных лабораторных условиях путем испытаний отобранных проб.

Известно устройство измерения угла естественного откоса глинозема по ГОСТ 27802-93 [1], которое состоит из воронки, консольной стойки, плиты и цилиндра. Значение угла откоса определяется по формуле:

=arctg[80/(D-6)],

где D - средняя арифметическая длина четырех пересекающихся линий, мм.

Известно так же устройство для реализации способа определения угла естественного откоса порошкообразного материала по патенту РФ 2002129550 [2], в состав которого входят тарель с вертикальной стенкой, образующей подложку из испытуемого материала, и выпускное отверстие, расположенное на расстоянии h от подложки. В этом устойстве диаметр тарели d определяют из выражения: d=7,5h.

В результате информационного поиска устройств непрерывного автоматического измерения угла естественного откоса дижущегося сыпучего материала не обнаружено, а измерение этого угла в стационарных условиях с использованием описанных и других лабораторных устройств предполагает периодический отбор проб и выполнение ручных операций в процессе измерений.

3. Сущность полезной модели

Технической задачей является разработка автоматического устройства измерения угла естественного откоса полидисперсного сыпучего материала в потоке.

Необходимо отметить, что сыпучесть материала, характеризуемая углом естественного откоса, является важным технологическим параметром, определяющим стабильную работу всего технологического оборудования и качество готового продукта.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемой полезной модели, содержащей выпускное устройство в виде расходного бункера испытуемого материала и подложки в виде рабочей ветви ленты крутонаклонного конвейера, закрепленного с возможностью поворота относительно оси приводного барабана, дополнительно установлены: механизм для изменения угла наклона транспортера, датчики контроля верхнего и нижнего потоков сыпучего материала, стрелочный указатель со шкалой и два приемных бункера под верхним и нижним барабанами конвейера.

Основными отличительными признаками предлагаемого устройства контроля угла естественного откоса от известных устройств является наличие крутонаклонного ленточного конвейера, установленного с возможностью изменения угла наклона при помощи реверсивного электропривода и датчиков контроля верхнего и нижнего потоков сыпучего материала.

Благодаря наличию этих признаков дозированный отбираемый из технологической линии сыпучий материал через расходный бункер попадает на движущуюся вверх ленту конвейера и разделяется на два потока. Так как рабочая ветвь ленты движется вверх, то в зависимости от соотношения сил трения и сил тяжести часть потока с малым углом откоса будет перемещаться по ленте вниз, а другая его часть с большим углом откоса поднимется вверх. Если эти потоки не равны между собой, то сработает один из датчиков контроля потока и по его сигналу реверсивный электропривод при помощи передаточного механизма изменит угол наклона конвейера так, что больший из потоков уменьшится. Отсчет значения угла откоса производится по шкале в равновесном состоянии устройства измерения, т.е. когда верхний и нижний потоки равны и угол наклона конвейера равен углу естественного откоса сыпучего материала. При необходимости более точных измерений возможна градуировка предлагаемого устройства с использованием лабораторного средства измерений, например, по ГОСТ 27802-93, как образцового.

Для очистки нижней ветви ленты конвейера от налипшего комкуемого материала на верхнем барабане установлен подпружиненный скребок. Если учесть, что для измерений отбирается малая часть основного технологического потока (2-3%), то испытуемый сыпучий материал из верхнего и нижнего накопительных бункеров может объединяться в один поток и возвращаться в технологическую линию транспортирующим устройством малой производительности, например, наклонным скребковым транспортером.

В общем случае направление движения испытуемого материала по транспортерной ленте зависит не только от силы внутреннего трения, но и от силы трения материала о поверхность транспортерной ленты, что вызывает существенную дополнительную погрешность результата измерений. Для уменьшения этой погрешности на рабочей поверхности ленты конвейера нанесены рифы в виде поперечных параллельных полос, благодаря которым на поверхности ленты образуется подложка из испытуемого сыпучего материала.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает в автоматическом режиме измерение угла естественного откоса сыпучего материала в технологическом потоке прямым способом во всем диапазоне и с достаточной точностью. Измерение угла естественного откоса в динамическом режиме обеспечивает соблюдение принципа инверсии в технологии переработки сыпучих материалов и позволяет использовать это устройство в системах автоматического управления, что, несомненно, повысит качество готового продукта.

В целом, совокупность признаков предлагаемой полезной модели необходима и достаточна для решения поставленной задачи и в полном объеме ранее нигде не использовалась для решения поставленной задачи или других эквивалентных задач. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критериям существенной новизны и полезности.

Схема и основные элементы конструкции устройства измерения угла естественного откоса сыпучего материала иллюстрируются чертежами на фиг.1,2.

Фиг.1 - устройство измерения угла естественного откоса сыпучего материала;

Фиг.2 - верхний барабан конвейера. 4. Примеры конкретного выполнения

Пример 1 конкретного выполнения

В соответствии с чертежом (фиг.1) предлагаемое устройство состоит из крутонаклонного ленточного конвейера 1, снабженного верхним 3 и нижним 12 датчиками потока сыпучего материала. Под приводным и ведомым барабанами конвейера и над серединой рабочей ветви ленты 14 конвейера неподвижно установлены: расходный бункер 2, накопительный бункер 7 материала с большим углом откоса и накопительный бункер 11 материала с малым углом откоса. Рама конвейера 1 через передаточный механизм 8 кинематически связана с реверсивным электроприводом 9, а приводной барабан сочленен с электроприводом 10. На верхнем конце рамы конвейера неподвижно закреплен стрелочный указатель 4. Шкала 5 устройства измерения установлена неподвижно так, что при изменении угла наклона конвейера стрелка 4 перемещается вдоль ее линии.

Измерение угла естественного откоса сыпучего материала предлагаемым устройством по примеру 1 осуществляется следующим образом. Малая дозируемая часть технологического потока отбирается из непрерывной технологической линии и через расходный бункер 2, самотеком поступает на ленту 14 конвейера 1, которая под углом, близким к углу естественного откоса, движется вверх. Если в сумме сила трения материала о поверхность ленты и сила внутреннего трения больше проекции силы тяжести, то материал вместе с лентой перемещается вверх. Для более сыпучего материала сила трения между частицами меньше, сформулированное условие не выполняется и материал на движущейся ленте перемещается вниз. С учетом того, что датчики 3 и 12 настроены на одинаковые значения проходящих по ленте потоков, то при нарушении их баланса срабатывает датчик увеличившегося потока и включается реверсивный электропривод 9 угла наклона конвейера. Изменение угла наклона конвейера происходит до тех пор, пока увеличившийся поток не уменьшится до заданного значения и оба потока не сбалансируются. Отсчет угла естественного откоса осуществляется по неподвижной шкале 5 при помощи стрелочного указателя 4, неподвижно закрепленного на раме конвейера. Пример 2 конкретного выполнения

В устройстве измерения угла естественного откоса сыпучего материала по примеру 2 под верхним барабаном конвейера 1 с возможностью поворота закреплен скребок 6 из эластичного материала, снабженный упругим элементом, например, пружиной 13 (фиг.2). Упругий элемент обеспечивает постоянный контакт скребка с транспортерной лентой 14, в результате чего прилипший к ленте комкуемый материал соскабливается с нее и ссыпается в накопительный бункер 7. Стрелочный указатель 4 и датчик верхнего потока 3 на фиг.2 не показаны.

Пример 3 конкретного выполнения

В устройстве измерения угла естественного откоса сыпучего материала по примеру 3 на рабочей поверхности ленты 14 конвейера 1 нанесены рифы в виде поперечных параллельных полос (фиг.2). Глубина рифов h и расстояния между полосами b определяются по следующим формулам:

h=(23)d и b=(34)d,

где d - средний диаметр частиц сыпучего материала, мм.

Благодаря наличию рифов на рабочей поверхности ленты при ее движении образуется подложка из испытуемого материала, что практически исключает влияние силы трения материала о поверхность ленты на результат измерения и повышает его точность.

5. Промышленная применимость

Экспериментальный образец устройства измерения угла естественного откоса сыпучего материала изготовлен и испытан в экспериментально-технологической лаборатории факультета технологии и предпринимательства Томского государственного педагогического университета. Испытания, проведенные на соли поваренной пищевой сорта «Экстра», подтвердили работоспособность и перспективность заявляемой полезной модели.

В 2009 году планируется совместно с Томским государственным архитектурно-строительным университетом провести испытания измерительного устройства на сыпучих строительных материалах, определить основные метрологические характеристики и изучить технико-экономические возможности его использования в технологических линиях производства кирпича и цемента.

Источники информации

1. Глинозем. Метод определения угла естественного откоса / ГОСТ 27802-93 (ИСО 902-76). Минск, 1993.

2. Способ определения угла естественного откоса порошкообразного материала / Патент РФ 2002129550.

1. Устройство измерения угла естественного откоса сыпучего материала, характеризующееся тем, что оно содержит крутонаклонный ленточный конвейер, снабженный реверсивным электродвигателем, установленным с возможностью изменения угла наклона конвейера по сигналам от датчиков верхнего и нижнего потоков, и стрелочным указателем, закрепленным на верхнем конце рамы конвейера и сопряженным с неподвижной шкалой.

2. Устройство измерения угла естественного откоса сыпучего материала по п.1, отличающееся тем, что на оси верхнего барабана конвейера с возможностью поворота установлен скребок, снабженный прижимным упругим элементом.

3. Устройство измерения угла естественного откоса сыпучего материала по п.1, отличающееся тем, что на рабочую поверхность ленты конвейера нанесены рифы в виде поперечных параллельных полос с глубиной рифов 23 и расстояниями между ними 34 средних диаметра частиц сыпучего материала.