устройство для контроля выгрузки сыпучего материала

Формула изобретения

Устройство для контроля выгрузки сыпучего материала, включающее электродвигатель с редуктором, барабан, лот, содержащий трос с чувствительным элементом в виде груза, датчик угла поворота барабана, электромагнитную защелку, элементы нагрузки электродвигателя в виде последовательно соединенных резистора и диода, датчик тока электродвигателя и контроллер, содержащий компаратор, блок индикации, блок управления, счетчик, и подключенный первым входом к датчику тока электродвигателя, вторым входом к датчику угла поворота, первым выходом к обмотке электродвигателя, вторым выходом к электромагнитной защелке, отличающееся тем, что лот снабжен дополнительным чувствительным элементом, имеющим, по крайней мере, два симметричных периферийных участка касания и размещенным подвижно на тросе соосно с первым чувствительным элементом, при этом контроллер снабжен двумя дополнительными компараторами, дополнительным счетчиком и электронно-вычислительным устройством, а элементы нагрузки электродвигателя подключены параллельно цепи электродвигатель - датчик тока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля выгрузки сыпучего материала.

Известно устройство для измерения уровня сыпучих материалов (АС №699338, опуб. 25.11.1979), содержащее лотовый уровнемер, установленный на подвижной раме, передвигающейся по перекрытию бункера, и измеряющий уровень материала в различных точках бункера.

Однако часто особенности конструкции бункера не позволяют разместить на его крыше подобную систему, требующую значительного свободного места для передвижения платформы с уровнемером. Кроме этого, наличие движущейся платформы снижает надежность системы по сравнению с надежностью одного неподвижного уровнемера, к тому же стоимость подобной сканирующей системы значительно выше одного уровнемера.

Известен уровнемер для сыпучих материалов (патент РФ №2158904, МПК G 01 F 23/04, 10.11.2000), который содержит электродвигатель с редуктором, барабан, лот в виде троса с грузом, датчик угла поворота барабана, электромагнитную защелку, контроллер, элементы нагрузки электродвигателя, в виде последовательно соединенных резистора и диода, подключенных параллельно обмотке электродвигателя, датчик тока электродвигателя, ограничитель движения груза, при этом контроллер включает компаратор, подключенный первым входом к датчику угла поворота барабана, вторым входом к датчику тока электродвигателя, первым выходом к обмотке электродвигателя, вторым выходом к электромагнитной защелке (прототип). В данном уровнемере опускание груза вниз происходит под действием его собственного веса, при этом двигатель работает в режиме генератора тока. Достижение грузом верхнего положения регистрируется по увеличению тока потребления двигателя с помощью датчика тока. Уровнемер позволяет измерять уровень сыпучего материала в точке касания грузом его поверхности, но не позволяет контролировать степень заполнения бункеров-питателей в процессе их порционного опорожнения, при котором поверхность сыпучего материала имеет форму воронки.

Задачей изобретения является разработка устройства, позволяющего контролировать выгрузку сыпучего материала, имеющего свойство образовывать после каждой выдачи воронку в остатке материала.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для контроля выгрузки сыпучего материала, включающем электродвигатель с редуктором, барабан, лот, содержащий трос с чувствительным элементом в виде груза, датчик угла поворота барабана, электромагнитную защелку, элементы нагрузки электродвигателя в виде последовательно соединенных резистора и диода, датчик тока электродвигателя и контроллер, содержащий компаратор, блок индикации, блок управления, счетчик и подключенный первым входом к датчику тока электродвигателя, вторым входом к датчику угла поворота, первым выходом - к обмотке электродвигателя, вторым выходом к электромагнитной защелке, лот снабжен дополнительным чувствительным элементом, имеющим, по крайней мере, два симметричных периферийных участка касания и размещенным подвижно на тросе соосно с первым чувствительным элементом, при этом контроллер снабжен двумя дополнительными компараторами, дополнительным счетчиком и электронно-вычислительным устройством, а элементы нагрузки электродвигателя подключены параллельно цепи электродвигатель-датчик тока.

На фиг.1 представлено заявляемое устройство, на фиг.2 представлен вариант лота с дополнительным чувствительным элементом, имеющим два периферийных участка касания, на фиг.3 представлен вариант лота с кольцевым дополнительным чувствительным элементом, на фиг.4 представлен бункер с лотом в рабочем состоянии.

Устройство для контроля выгрузки сыпучего материала (см. фиг.1) содержит помещенный в бункер с сыпучим материалом лот, состоящий из груза 1, закрепленного на тросе 3, и размещенного подвижно на тросе соосно с грузом 1 дополнительного чувствительного элемента 2, барабан 4, связанный с электродвигателем постоянного тока 5 через редуктор 6, электромагнитную защелку 7, датчик угла поворота 8, датчик тока электродвигателя 9, нагрузку электродвигателя в виде последовательно соединенных диода 10 и резистора 11 и контроллер 12. Датчик тока электродвигателя соединен последовательно с обмоткой электродвигателя, а нагрузка электродвигателя включена параллельно цепи двигатель-датчик тока. Контроллер имеет первый вход (аналоговый), соединенный с выходом датчика тока электродвигателя 9, второй вход (дискретный), соединенный с датчиком угла поворота 8, первый выход, соединенный через обмотку электродвигателя 5 (не показано) с датчиком тока 9, второй выход, соединенный с обмоткой питания (не показано) электромагнитной защелки 7.

Контроллер 12 выполнен из блока управления 13, компараторов 14, 15, 16, счетчиков 17, 18, электронно-вычислительного устройства 19 и блока индикации 20. Входы х1 компараторов 14, 15, 16 соединены вместе, подключены к выходу датчика тока электродвигателя 9 и являются первым входом контроллера, счетные входы х1 счетчиков 17, 18 соединены вместе, подключены к датчику угла поворота 8 и являются вторым входом контроллера, выход q1 блока управления подключен через обмотку электродвигателя к датчику тока 9 и является первым выходом контроллера, выход q2 блока управления 13 подключен к обмотке питания электромагнитной защелки 7 и является вторым выходом контроллера. Входы х2 компараторов 14, 15, 16 соответственно соединены с выходами q3, q4, q5 блока управления 13, с которых на компараторы подаются опорные сигналы. Выходы q1 компараторов 14, 15, 16 соответственно соединены с входами х1, х2, х3 блока управления 13. Выходы q6, q7 блока управления 13 соответственно соединены с входами х2 счетчиков 17, 18. Выходы q1 счетчиков 17, 18 соединены с входами х1, х2 электронно-вычислительного устройства 19, выход q8 блока управления 13 соединен со входом х3 электронно-вычислительного устройства 19, выход q1 электронно-вычислительного устройства соединен с входом х1 блока индикации 20.

Лот (см. фиг.2) состоит из груза 1 в виде цилиндра, закрепленного на тросе 3, и дополнительного чувствительного элемента, который имеет диск 21 с отверстием для троса в центре. К диску 21 прикреплены две жесткие пластины 22. Длина каждой из пластин больше диаметра груза.

Второй вариант лота (см. фиг.3) состоит из груза 1 в виде цилиндра, закрепленного на тросе 3 и дополнительного чувствительного элемента, который имеет диск 21 с отверстием для троса в центре. К диску 21 прикреплены стержни 23, на концах которых закреплено кольцо 24.

Дополнительный чувствительный элемент по массе примерно равен массе груза. Устройство работает следующим образом (см. фиг.1). В начальном положении двигатель 5 обесточен, дополнительный чувствительный элемент 2 расположен на грузе 1, закрепленном на тросе 3, трос намотан на барабан 4, обмотка питания электромагнитной защелки 7 обесточена и защелка фиксирует барабан, препятствуя его вращению. На выходах q1 компараторов 14, 15, 16 установлен сигнал логической единицы (единичный сигнал). Запуск уровнемера осуществляется подачей напряжения питания с выхода q2 блока управления через второй выход контроллера 12 на обмотку питания электромагнитной защелки 7, при этом защелка перестает фиксировать барабан. Одновременно с подачей напряжения на обмотку питания электромагнитной защелки на выходах q1 счетчиков 17, 18 и компараторов 14, 15, 16 появляется сигнал логического нуля (нулевой сигнал), на выходе q6 блока управления 13 формируется сигнал разрешения счета, который подается на вход х2 счетчика 17. На выходе q7 блока управления 13 сигнал разрешения счета пока отсутствует.

Барабан начинает раскручиваться под действием веса груза 1 и дополнительного чувствительного элемента 2. Груз и дополнительный чувствительный элемент опускаются вниз с постоянной скоростью V₁, при этом барабан через редуктор раскручивает вал двигателя 5, который работает в режиме генератора тока. По цепи двигатель 5 - датчик тока электродвигателя 9 - резистор 11 - диод 10 протекает ток i₁, который зависит от скорости вращения вала двигателя. При вращении вала двигателя с датчика угла поворота 8 на вход х1 счетчика 17 через второй вход контроллера подаются импульсы, количество которых прямо пропорционально количеству оборотов вала двигателя. Счетчик 17 осуществляет счет импульсов, поступающих на его счетный вход х1.

После касания дополнительного чувствительного элемента стенок воронки, образованной сыпучим материалом, он останавливается, а груз, соединенный с тросом, проходящим через отверстие в дополнительном чувствительном элементе, продолжает движение вниз. Теперь на трос действует только вес груза, который примерно в два раза меньше общего веса груза и дополнительного чувствительного элемента, поэтому скорость опускания груза уменьшается до значения V ₂. Скорости вращения барабана и вала двигателя также уменьшаются, и по цепи двигатель 5 - датчик тока электродвигателя 9 - резистор 11 - диод 10 протекает ток i₂, меньший значения i ₁. Уменьшение тока, протекающего через датчик тока электродвигателя 9, с i₁ до i₂ является сигналом для компаратора 14, который формирует единичный сигнал на своем выходе q1, поступающий на вход х1 блока управления. По единичному сигналу на входе х1 блок управления формирует сигнал разрешения счета на своем выходе q7, который подается на вход х2 счетчика 18. Счетчик 18 начинает счет числа импульсов, поступающих с датчика угла поворота 8.

Как только груз опустится на поверхность материала, как показано на фиг.4, движение барабана и вала двигателя прекращаются, а ток, протекающий по цепи двигатель 5 - датчик тока 9 - резистор 11 - диод 10, уменьшается до нуля. Уменьшение тока, протекающего через датчик тока электродвигателя 9, с i₂ до нуля является сигналом для компаратора 15, который формирует на своем выходе q1 единичный сигнал. Этот сигнал подается на вход х2 блока управления, что приводит к исчезновению сигналов разрешения счета на его выходах q6, q7 и счетчики 17, 18 прекращают счет. Одновременно на выходе q1 блока управления 13 формируется напряжение питания электродвигателя, и оно через первый выход контроллера подается на обмотку электродвигателя 5, который начинает подъем лота.

Подъем лота проходит в два этапа. Сначала происходит подъем груза, и по цепи двигатель 5 - датчик тока электродвигателя 9 протекает ток i₃. Далее груз «подхватывает» дополнительный чувствительный элемент, вес, действующий на трос, увеличивается, что приводит к увеличению тока, протекающего по цепи двигатель 5 - датчик тока электродвигателя 9 до значения i₄.

При достижении чувствительным элементом своего верхнего положения он упирается в приемное устройство (не показано), ток, протекающий по цепи двигатель 5 - датчик тока электродвигателя 9, увеличивается до своего максимального значения i₅. Увеличение тока до значения i₅ является сигналом для компаратора 16, который формирует на своем выходе q1 единичный сигнал, поступающий на вход х3 блока управления 13. При этом на выходах q1, q2 блока управления исчезают питающие напряжения, что приводит к остановке двигателя, обесточиванию электромагнитной защелки и фиксации барабана. Одновременно блок управления 13 формирует на своем выходе q8 сигнал, подающийся на вход х3 электронно-вычислительного устройства 19, которое с использованием данных на выходах счетчиков 17, 18 осуществляет вычисление уровня сыпучего материала в центре воронки по формуле (1), угла наклона стенок воронки по формуле (3) и объема сыпучего материала, содержащегося в бункере, например, по формуле (4).

Количество импульсов N₁, поступивших за весь цикл измерения на первый счетный вход счетчика 17, прямо пропорционально расстоянию от верхней точки бункера до центра воронки, а уровень материала Н в ее центре вычисляется в электронно-вычислительном устройстве по формуле:

где Н_бунк - высота бункера;

K₁ - коэффициент, численно равный количеству импульсов с датчика угла поворота за один полный оборот вала двигателя;

К₂ - коэффициент, численно равный количеству оборотов вала двигателя, при опускании чувствительного груза на один метр.

Количество импульсов N₂, поступивших за весь цикл измерения на первый счетный вход счетчика 18, прямо пропорционально расстоянию Н от точки остановки дополнительного чувствительного элемента до точки остановки груза в центре воронки, которое вычисляется в электронно-вычислительном устройстве по формуле:

где К₁, К₂ - указанные выше коэффициенты.

Исходя из геометрии задачи, показанной на фиг.4, можно определить угол между нормалью, проходящей через центр воронки и касательной стенки воронки

где R - половина поперечного размера дополнительного чувствительного элемента;

Н - расстояние между точками остановки дополнительного чувствительного элемента и груза.

Для цилиндрического бункера диаметром D и высотой Н_бунк объем V материала, находящегося в бункере, вычисляется в электронно-вычислительном устройстве по формуле:

Результаты вычисления с выхода q1 электронно-вычислительного устройства 19 подаются на вход х1 блока индикации 20, который показывает результат вычислений в любой, удобной для оператора форме.

Заявляемое устройство позволяет с высокой точностью и небольшими материальными затратами контролировать процесс выгрузки сыпучего материала из бункеров-питателей.