ПАКУВАЛЬНЕ ОБЛАДНАННЯ

Пристрої вагового дозування

Технологічна операція дозування сипкої продукції ваговим дозатором (рис. 3.16) складається з таких етапів: переміщення продукції з бункера-накопичувача; транспортування продукції живильником до зважувальної ємності; набір заданої дози продукції у зважувальній ємності; розвантаження зважувальної ємності.

Для забезпечення високої точності дозування продукції в значній кількості пакувального обладнання застосована грубо-точна технологічна схема формування дози.

За цією схемою доза умовно поділена на дві складові в часі, коли основна частина маси дози Мх реалізується при максимальних витратах продукції, а, значить, при швидкому наборі маси М, — грубе дозування,

і друга частина при малих витратах і відносно повільному наборі маси М2 (рис. 3.17).

В реальних процесах дозування витрати продукції на першому етапі циклу нестабільні (5, = Ml/Atl ф const), з таких причин: зміна плинності через коливання значень вологості продукції; зміна адгезійних властивостей матеріалів бункерів, заслінок і т. ін. А тому точка А, що відповідає співвідношенню Д/,/Дґ2, в залежності від перерахованих факторів може змінювати свої координати в сторону збільшення або зменшення Д/,. Так як тривалість циклу Т = Д/, + Д/2, то можливе і суттєве зменшення продуктивності дозувального пристрою.

Для прогнозування реальної циклограми вагового дозатора проаналізуємо переміщення сипкої продукції на всіх складових етапах операції дозування.

На першому етапі операції характерним параметром є швидкість v витікання сипкої продукції із випускного отвору бункера:

де А — коефіцієнт переміщення продукції, що залежить від струкгурно - механічних характеристик продукції;

/— коефіцієнт тертя продукції по бічним стінкам вихідного каналу бункера;

Rk — розрахунковий узагальнений лінійний розмір отвору.

Отвори випускних каналів бункерів у вагових дозаторах конструктивно виконують здебільшого у вигляді прямокутної щілини довжиною В0 і

шириною <S0, при чому довжина щілини дорівнює ширині вантажонесу чого елемента живильника. В високоавтоматизованих дозаторах ширина <50 щілини автоматично регулюється заслінкою, що дозволяє змінювати пропускну здатність живильника не тільки за рахунок швидкості переміщення тягового елемента, але і за параметрами потоку продукції.

Розрахунковий лінійний розмір RK отвору вихідного каналу бункера визначається із залежності:

(В0 - a)-{S0 - а)

це а — найбільший лінійний розмір твердої частинки продукції.

Переміщення продукції від бункера до зважувальної ємності дозатора характеризується інтенсивністю подачі Р.

Р = В • S ■ р ■ ок, (3.29)

де В — ширина вантажонесучого елемента живильника; д — товщина шару продукції:

— швидкість переміщення продукції живильником.

Для досягнення заданої точності дозування потрібно забезпечити високу стабільність подачі продукції. Така задача конструктивно вирішується застосуванням у живильниках вантажонесучих елементів вібраційного типу з багатоступінчастою системою (дві-три ступені). В цьому випадку швидкість переміщення продукції vK можна визначити:

^K^aYA..-fj-^ї. (3.30)

де К] К2 — емпіричні коефіцієнти, що залежать від фізико-механічних і реологічних характеристик продукції, приймаються за таблицями;

А — амплітуда і со — частота коливання вантажонесучого елемента; а — кут нахилу вантажонесучого органу до горизонту; fj — кут між вектором прикладання силового імпульсу до продукції і горизонтом;

Кр — коефіцієнт режиму роботи вантажонесучого органу.

Значення безрозмірного коефіцієнта Кр визначається залежністю:

А ■ со[1] ■ s'm(j3-a) (3 31)

g ■ cos а

Аналізуючи формулу (3.29), приходимо до висновку, що змінювати інтенсивність потоку продукції Р можна за рахунок зміни або

55

F1=Fc + Fd, (3.32)

де Fc — статичне навантаження на датчик від ваги мірної ємності;

Fd — повне динамічне навантаження від продукції, шо надійшла і надходить в ємність.

Контроль набору дози фактично зводиться до визначення повного динамічного навантаження, величина якого визначиться сумою миттєвого значення ваги продукції, що знаходиться в ємності, і динамічного зусилля від тиску потоку продукції, яка переміщається в ємності:

FD=m, • g + F,,

де т, — миттєве значення маси продукції в ємності, 0<mt< тк; тк — задана маса дози;

F, — динамічне зусилля від тиску продукції, що переміщається. Величина динамічного зусилля F, визначиться за формулою:

де ve — середня миттєва швидкість падіння потоку продукції в момент його контакту з поверхнею масиву продукції, що знаходиться у зважувальній ємності;

z — поточне значення координати точки контакту по осі OZ;

Ср — аеродинамічний коефіцієнт опору повітря потоку продукції, що переміщається.

Миттєве значення величини маси продукції в ємності визначиться:

tn, = р • t= В • S • р • v К •/,

де / — поточне значення часу формування дози, 0 < t < tK; tK — тривалість формування дози, tK = Т.

Використавши (2.33-2.35), одержимо рівняння, що характеризує про­цес формування дози з урахуванням динамічних складових.

На основі проведеного аналізу операції дозування ваговим дозатором можна констатувати, що продуктивність і точність дозування залежать, в першу чергу, від параметрів живильника. Найменша похибка дозування

визначається величиною мінімальної маси продукції Аттіп, яку живиль­ник може видати в зважувальну ємність (рис. 3.19).

,с

Рис. 3.19. Схема межового обвалювання Аттіп продукції з несучої поверхні живильника

Мінімальна маса продукції, що обвалюється з несучого елемента живильника, визначається розмірами межового ААВС і дорівнює:

В • S • h0 ■ р

Д_ =-

2 • tgaK

де /?0 — висота вертикальної стінки вільно розташованої продукції на несучій поверхні в момент зупинки живильника; ак — динамічний кут природного укосу продукції.

Висота вертикальної стінки /г0 визначиться виразом:

2 • гп cosа

(3.39)

1 - sin «п

P'S 1 ОШ«Л0 де а0 — статичний кут природного укосу продукції.

Швидкість переміщення продукції живильником, за якої забезпе­чується найвища точність дозування:

*“ ==. (3.40)

v.

Останнім етапом технологічної операції дозування є розвантаження зважувальної ємності. На цьому етапі відкриваються заслінки дна ємнос­ті або ємність обертається. Здебільшого сипкий продукт переміщається під дією гравітаційних сил по похилій поверхні з подоланням сил опору тертя з боку бічних поверхонь ємності.

де / — довжина похилих площин ємності;

(р — кут нахилу бічних поверхонь ємності до горизонту;

Ис — висота шару продукції біля бічних стінок ємності; п — коефіцієнт тиску продукції на бічні стінки; b — відстань між бічними стінками;

f — коефіцієнт тертя продукції по несучим поверхням і бічним стінкам ємності.

Наведені аналітичні залежності із застосуванням методів пошуку оптимальних рішень дозволяють реалізувати одну із поставлених задач: знайти параметри дозувального пристрою, при яких продуктивність буде найвища при допустимій похибці дозування; знайти параметри дозувальних пристроїв, при яких точність дозування найвища при заданій продуктивності.

Так як режим дозування двоступінчастий, умовну точку А переходу з одного режиму дозування на інший можна визначити:

Також можна визначити коефіцієнт Фп раціонального виконання операції дозування ваговим дозатором, що визначає, яка частина дози

Із аналізу виразу (3.41) видно, що при відповідних співвідношеннях параметрів можлива ситуація, коли процес при заданій інтенсивності реалізувати неможливо. Так, при:

інтенсивність подачі продукції настільки висока, що складова динамічного зусилля від тиску продукції перевищує величину повного динамічного зусилля на датчик, і тоді процес формування дози контролювати системою керування неможливо.

Оптимальним за швидкодією є режим формування дози, що

реалізується за кривою 2 (рис. 3.20) без врахування коливальних процесів датчика контролю ваги і за кривою 3 з урахуванням коливальних процесів.