Дозирование сыпучих материалов // Новые огнеупоры. 2018. №1
Авторы:
Шлегель И.Ф. — к.т.н., директор ООО «ИНТА-СТРОЙ»;
Шаевич Г.Я. — исполнительный директор ООО «ИНТА-СТРОЙ»;
Шульга С.С. — начальник отдела ООО «ИНТА-СТРОЙ»;
Клочков А.В. — инженер-конструктор ООО «ИНТА-СТРОЙ»
Считается, что весовое дозирование сыпучих материалов значительно точнее, чем объемное дозирование [1]. В технической литературе указывается точность весового дозирования – 2…5%, а точность объемного дозирования 5…10% [2]. При этом оценка точности определяется путем взвешивания отмеренных порций материала.
Но этот способ определения точности дозирования не учитывает изменение массы материала во времени. Так, широко известно, что сыпучие материалы обладают адсорбционными свойствами и способны поглощать пары воды и другие газы из воздуха. При этом меняется масса материала, а объем его зачастую остается прежним.
Поглощение влаги цементом, например, не только увеличивает его влажность и массу, но и приводит к его гидратации, что снижает его марочность.
Активные порошкообразные сорбенты могут увеличить свою массу в 1,5…2,0 раза с течением времени.
Поэтому утверждение, что способ весового дозирования является более точным, по отношению к отдельным материалам, считаем не совсем корректным.
В силу вышесказанного, требования некоторых технологов обеспечить именно весовое дозирование сыпучих материалов выглядит необоснованным. В процессах приготовления массы, точность дозирования в пределах ± 10% многих добавок никак не влияет на качество изделий, и лишь в технически обоснованных случаях требуется высокая точность дозирования.
Как показывает наша практика, при объемном дозировании можно получить точность в пределах ± 2% если учитывать способ подачи материала, его агрегатное состояние и наличие механического воздействия – удара, вибрации и т.д., способа удаления воздуха.
Этот подход использован при проектировании дозатора пресса для полусухого прессования изделий, где необходима высокая точность дозирования. В существующих конструкциях в погоне за производительностью увеличивают количество одновременно прессуемых изделий, но не учитывают способ распределения материала по прессформам, который в процессе сегрегации в бункере имеет далеко не равномерное агрегатное состояние – по краям собираются крупные частицы, в середине мелкий порошок. Поэтому, даже применяя различные способы усреднения крупности частиц, невозможно добиться одинаковой дозировки многоместных прессформ. А это, при одинаковом ходе пуансонов, приводит к различной степени пропрессовки изделия. В результате одно изделие получается перепрессованным, другие рыхлыми с небольшой прочностью.
Институтом ИНТА-СТРОЙ разработана серия одноручьевых горизонтальных прессов, в которых серьезное внимание уделено системе объемного дозирования.
Рис.1. Схема камеры прессования с дозатором и бункером:
1 — бункер пресса, 2 — дозируемый порошок, 3 — емкостные датчики, 4 — шнековый транспортер, 5 — объемный дозатор, 6 — регулировочная стенка дозатора , 7 — камера прессования, 8 — прессующий ползун, 9 — затвор, 10 — отпрессованный сырец, 11 — лазерный датчик расстояния.
Все элементы пресса работают в автоматическом режиме. Точность дозирования обеспечивается постоянством “подпора” материала. На бункере пресса (1) установлены три емкостных датчика (3), которые отслеживают наличие дозируемого материала (2). Контроллер обрабатывает информацию с емкостных датчиков (3) и управляет скоростью шнекового транспортера (4), таким образом, высота столба в бункере изменяется в небольших пределах, чем обеспечивается постоянство давления при заполнении дозатора.
В процессе прессования объемный дозатор отмеряет порцию пресс-порошка (5). Регулировочная стенка дозатора (6) соединена посредством резьбы с приводом от шагового двигателя и способна изменять объем камеры дозатора с большой дискретностью до 0,1% от объема. Далее отмеренная порция попадает в камеру прессования (7) где формируется кирпич-сырец (10). После удаления кирпича-сырца из камеры прессования происходит измерение его толщины лазерным датчиком расстояния (11) с точностью 0,1 мм, контроллер обрабатывает пять последних измерений, находит среднее и сравнивает его с заданной величиной, после чего вносит корректировку в объем дозатора для получения требуемой толщины сырца. Сортировщик производит отбраковку кирпичей, не укладывающихся в заданный интервал размеров.
Горизонтальный пресс ШЛ-403, установленный на опытном кирпичном заводе института, эксплуатируется с 2010 года.
Рис. 2. Горизонтальный пресс ШЛ-403.
В результате работы на сырье различных месторождений марка получаемого кирпича получается различной, но не опускается ниже 500, а на некоторой глине достигает 900 кг/см3 [3]. Отклонения от номинального размера не более ± 0,4 мм, что в перерасчете на толщину прессовки (40 мм) дает погрешность ± 1%. Этого удалось достигнуть во многом благодаря точности объемного дозирования.
С другой проблемой объемного дозирования мы столкнулись на Камышловском заводе ООО «Уральская диатомитовая компания».
Для отгрузки продукции сухих сильно пылящих гранул диатомита там применяют простейшие объемные дозаторы (рис.3) собственного производства.
Рис. 3. Схема объемного дозатора:
1 — бункер, 2 — заслонка верхняя, 3 — емкость дозирования, 4 — заслонка нижняя, 5 — выгрузка, 6 — пневмоцилиндры.
Принцип работы объемного дозатора ООО «Уральская диатомитовая компания» заключается в следующем: открывается верхняя заслонка (2) и материал поступает из бункера (1) в емкость дозирования (3); после заполнения емкости материалом, верхняя заслонка закрывается; открывается нижняя заслонка (4) и материал высыпается через выгрузку (5) заполняя мешок. Открытие заслонок осуществляется с помощью пневмоцилиндров (6) по сигналу с кнопки пульта управления.
Самый серьезный недостаток работы этих дозаторов – большое пыление. При открывании верхней заслонки происходит заполнение объема дозатора (55 л.) продуктом, а воздуху, находящемуся в этом объеме, надо куда-то деваться, вот он и выходит наружу через различные неплотности. Аспирация не справляется с большим объемом пыли, образующейся одномоментно у дозатора. Не спасают даже попытки тщательного уплотнения заслонок, которые к тому же приводят к образованию воздушного пузыря внутри бункера и снижают точность дозирования.
Для Камышловского завода ООО «Уральская диатомитовая компания» институтом ИНТА-СТРОЙ был разработан «Объемный дозатор с пневмокомпенсатором» ШЛ-377 (рис.4).
Принцип работы дозатора ШЛ-377 (рис.5) заключается в следующем: при открытии верхней заслонки (2), материал поступает из бункера (1) заполняя емкость дозирования (3) объемом 55 литров.
Рис.5. Схема кинематическая дозатора ШЛ-377:
1 — бункер, 2 — заслонка верхняя, 3 — емкость дозирования, 4 — заслонка нижняя, 5 — выгрузка, 6 — гофра, 7 — аспирация.
Одновременно с этим гофра (6) разжимается, вытягивая пылевоздушную смесь из дозатора; после чего верхняя заслонка закрывается, открывается нижняя заслонка (4) и материал высыпается через выгрузку (5) в мешок; в конце цикла нижняя заслонка закрывается, а гофра сжимается медленно, вытесняя пылевоздушную смесь в систему аспирации (7).
Данный дозатор обеспечивает отсутствие пыли в зоне дозирования и упаковки материала. Высокая точность настройки внутреннего объема позволяет дозировать материал с низкой погрешностью. Простота конструкции делает дозатор удобным в обслуживании и обеспечивает высокую надежность. Дозирование производится по заданному циклу. Однократное нажатие на кнопку «пуск» запускает цикл дозирования одной порции материала. Наличие программного обеспечения позволяет вести учет смен и количество отгружаемого материала.
Список литературы:
1. Рогинский Г.А. Дозирование сыпучих материалов. М.: Химия, 1978.
2. Зенков Р.Л., Гриневич Г.П., Исаев В.С. Бункерные устройства. М.: Машиностроение, 1977.
3. Шлегель И.Ф. Некоторые аспекты полусухого прессования кирпича // Строит. материалы. 2012. № 11
Перспективы производства и применения легкого пористого заполнителя // Строительные материалы. 2005. № 7
Кирпичные заводы полусухого прессования нового поколения // Доклад с 11-ой Международная конференция огнеупорщиков и металлургов.
Вопросы формообразования пенобетонных блоков //Строительные материалы. 2007. №4.
Источник
Разница между объемными и весовыми дозаторами
Промышленные дозаторы позволяют получить точно заданные дозы вещества, могут изменять количество дозируемого продукта в соотношении с другим веществом, а также выполнять дозировку в конкретно запрограммированной и временной последовательности.
Если рассматривать дозирование сыпучих веществ, то самую высокую эффективность показывают автоматические регуляторы объема дозируемого продукта, ведь они могут компенсировать влияние внешних факторов и не позволяют отклоняться от четко заданной программы. Объемные и весовые дозаторы используются на производственных линиях различных предприятий чаще всего. Рассмотрим, в чем заключаются их основные отличия и особенности.
Виды дозаторов в зависимости от типа подачи вещества
По системе подачи дозируемого вещества дозаторы подразделяются на:
Непрерывные. Работают по принципу непрерывной и равномерной подачи материала. Объемы дозируемого вещества можно контролировать путем регулировки времени и скорости его подачи. Этот метод дозирования считается наиболее точным для сыпучих продуктов.
Дискретные. Подают дозируемый продукт порционно, через четкие временные отрезки. При таком методе контроль объема дозируемого вещества регулируется числом поступающих порций за конкретную временную единицу или объемом каждой порции. Эти дозаторы менее точные, но более простые в работе и обслуживании.
Какой конкретно дозатор выбрать для своего производства — зависит от вещества, которое необходимо дозировать и конечной цели этой дозировки. В любом случае подобрать качественное и надежное оборудование такого плана всегда можно по ссылке https://flexmash.com/dozatory/.
Весовые дозаторы
Весовой способ дозирования базируется на измерении массы вещества с использованием стандартных величин — грамм, килограмм и т. д. Весовые дозаторы можно использовать буквально для любого вещества, поэтому на рынке они встречаются чаще всего. Исключение — жидкие и пастообразные продукты, которые обычно измеряют в миллилитрах и литрах.
Принцип работы весового дозатора
Общий принцип работы весовых дозаторов следующий:
- Вещество засыпается в специальный взвешивающий ковш до установленной оператором границы.
- Как только этот ковш будет заполнен до установленной дозы, устройство подачи вещества останавливается.
- Затем ковш пересыпает набранную дозу в смеситель или следующую емкость фасовочной линии.
Весовые дозаторы имеют высокоточные датчики измерения массы продукта, а также позволяют, при необходимости, досыпать в емкости недостающую массу вещества для достижения максимально точного веса. При весовом дозировании нет нужды использовать оборудование для пересчета мер, ведь такие дозаторы позволяют максимально рационально использовать продукт, быстро подстраиваться под новые настройки оператора и т. д.
Вот почему именно весовые дозаторы чаще всего используются для работы с линиями, где фасовка производится в разные тары. Такие устройства чаще всего встречаются на линиях высокой и средней производительности.
Объемные дозаторы
Такое оборудование работает по принципу наполнения продуктом емкости до определенного уровня. В качестве мер используются литры или кубическим сантиметры. Объемный способ дозирования продукции применяется для работы с жидкостями, газами, пастообразными продуктами. Но, иногда такие дозаторы все же можно увидеть на линиях где фасуют сыпучие вещества.
Особенности дозаторов объемного типа
По сравнению с весовыми, у объемных дозаторов относительно простая конструкция, включающая наборы тар, в которые поступает дозируемый продукт и, при достижении им определенной черты, выполняется дозирование. Такие устройства активно используются на фасовочных линиях, где работают с небольшими дозировками веществ, выпускаемых в: саше, стиках, дой-паках и т.п. Но, применять объемные дозаторы там, где нужна максимальная точность дозирования и наивысшая гарантия качества продукта, не имеет смысла.
Сыпучие материалы очень трудно точно отмерить при помощи объемных дозаторов, что обусловлено их свойствами:
- фракционностью;
- влажностью;
- уплотненностью;
- и т. д.
Например, чаша с цельным арахисом будет занимать объем, аналогичный объему чаше с молотым арахисом. Но, последний продукт из-за большей плотности может иметь и больший вес. Также у объемных дозирующих устройств есть пределы по дозам, которые напрямую зависят от используемого типа тары. И при необходимости ее невозможно будет быстро заменить иной.
Кроме того, применение объемных дозаторов предполагает будущий перерасчет объемных мер — из литров/миллилитров и килограммы/граммы, что нужно для бухгалтерской отчетности любого предприятия. В этом смысле весовой дозатор куда более удобен и практичен, ведь позволяет еще и исключить погрешности при перерасчете величин.
Но если говорить о дозировании жидкостей, то здесь могут применяться как весовые, так и объемные дозаторы. Хотя в современных реалиях весовые дозаторы постепенно вытесняют объемные, предлагая максимальную точность дозирования, стабильную надежность и эффективность в плане получения конечного результата и быстроту изменения дозы при необходимости.
Источник
Дозаторы: объемный и весовой
Одним из важнейших устройств фасовочно-упаковочного оборудования является дозатор. Зачастую, именно от дозатора оборудования зависит поддержание непрерывного цикла фасовки и упаковки продукции, а также скорость совершения операций упаковочным автоматом. Так что же такое дозатор и для каких целей он служит?
Определение дозатора
Дозатор — это мерное устройство, отмеряющее определенную (заданную) дозу (порцию) какого-либо продукта. Примеров дозаторов можно привести достаточно много и большинство из них мы используем в быту — мерные ложки, мерные стаканы, весы и т.д. В производстве используемые дозаторы, как правило, являются автоматическими, в противном случае их применение не имеет смысла, так как не уменьшает долю ручного труда.
Наше оборудование комплектуется исключительно автоматическими дозаторами, т.е. устройствами, способными непрерывно, с заданной периодичностью и точностью, отмерять и подавать в упаковочный автомат дозы (порции) продукта, подлежащего упаковке.
В данной статье мы рассмотрим 2 наиболее восстребованных вида дозаторов, предназначенных для работы с сыпучими непылящими продуктами. Почему сыпучими? Это связано с конструктивными особенностями самого дозатора — его конструкция такова, что не позволяет с необходимой скоростью и точностью отмерять несыпучие продукты. А относительно пылящих существует другая проблема. Дело в том, что пылящие продукты загрязняют упаковочную плёнку, тем самым значительно ухудшая качество ее сварки (пайки). Но даже учитывая указанные ограничения, продуктов, с которыми могут работать наши дозаторы, огромное множество. Ведь сыпучими непылящими являются все крупы, орехи, семечки, зерна кофе, семена растений, зерно, сахар, соли и много другое.
Итак, в своем фасовочно-упаковочном оборудовании мы используем два вида автоматических дозаторов: объемные и весовые. В чем их принципиальная разница? Во-первых, в способе дозирования и в ограничениях, которые налагает данный способ, во-вторых, в конструкции и, как следствие, в цене. Попробуем описать более подробно.
Объемный дозатор
Объемным дозатором является мерное устройство, дозирующее продукт по принципу заполнения свободного пространства (объема). Более простыми словами, объемный дозатор — это стакан, заполнение полости которого и является объемным способом дозировки. Характерный пример — бабушки торгующие семечками. Вряд ли вы встретите такую, которая бы для дозировки своего продукта не использовала стакан, банку или чашку, а пользовалась, скажем, весами.
Аналогично работает и наш объемный дозатор — барабан, содержащий в себе набор металических «стаканов» с одной стороны заполняется сыпучим продуктом из бункера дозатора, а с другой — подает этот продукт в упаковочный автомат. Соотвественно, доза упакованного продукта будет равна объему «стакана», находяегося в барабане.
Данный способ дозирования в упаковочном оборудовании имеет свои преимущества и недостатки.
К преимуществам можно отнести, во-первых, простоту конструкции дозатора. Как уже упоминалось, дозатор представляет собой барабан с набором «стаканов». «Стаканы», в свою очередь состоят из двух частей, способных перемещаться одна относительно другой, увеличивая или уменьшая объем. Естественно, к указанному набору следует добавить электропривод и регулирующие механизмы — но это уже нюансы.
Во-вторых, при всей своей простоте объемный дозатор способен показывать достаточно высокую производительность — 38 доз (порций) продукта в минуту при максимальной производительности упаковочного автомата 40 упаковок в минуту.
И в-третьих, вследствие простоты конструкции, дозатор имеет невысокую цену. Пожалуй, именно цена и будет самым важным преимуществом объемного дозатора для упаковочного оборудования.
Теперь о недостатках. Недостатков у данного дозатора, как и достоинств, тоже три. И в зависимости от ситуации, перевес может быть как на стороне достоинств, так и на стороне недостатков.
Первым недостатком можно выделить сам способ дозирования — все же в нашей жизни более распространены весовые меры продуктов, чем объемные. И покупатель в магазине, покупая крупы, сахар, чай или те же семечки, больше ориентируется на их вес, нежели на занимаемый объем. Лишь некоторые продукты мы привыкли мерять объемами, но они скорее являются жидкостями, а не сыпучими продуктами.
Таким образом, мы получаем ситуацию, когда при смене дозируемого продукта, происходит также и смена веса расфасованного продукта. К примеру, вы фасовали семечки и ваш дозатор имел объем «стакана», равный весу семечек в пределах 500 грамм. Если вдруг, вы решите на этом же дозаторе расфасовать гречку, то, вследствие ее большей плотности и при том же объеме «стакана», фасовка будет значительно превышать указанные 500 грамм. Значит, либо получаем нестандартную фасовку для нестандартных покупателей, либо вынуждены менять сам дозатор. Можно, конечно, «поиграться» объемами «стаканов», но тут уже появляется недостаток номер два.
Второй недостаток состоит в малом диапазоне регулировки объема «стакана» дозатора. Как упоминалось ранее, «стакан» объемного дозатора состоит из двух частей, и смещая одну относительно другой можно регулировать объем. Но дело том, что конструкция дозатора позволяет регулировать объем «стаканов» лишь в пределах +/- 30%. Т.е., если вы заказали дозатор для фасовки, скажем, 100 граммовых пакетов сахара, а значит объем «стакана» вашего дозатора равен 100 граммам сахара, то увеличить или уменьшить его вы можете максимум на 30 грамм. Следовательно, расфасовать сахар в 200 граммовые пакеты у вас уже не получится.
И последний, третий недостаток — дозатор не предназначен для дозирования трудносыпучих продуктов. Имеется в виду, что при смене дозируемого продукта необходимо учитывать соотвествие его сыпучести эталонному и, по возможности, использовать равносыпучие продукты. В противном случае, дозатор может не обеспечить необходимое качество дозирования. К примеру, расфасовав гречку, ничто не мешает на том же дозаторе расфасовать рис, но при попытке «засунуть» в дозатор изюм, усердно липнущий к стенкам, или кукурузные палочки, с трудом проявляющие сыпучесть, не следует ожидать позитивного эффекта. Скорее всего, результат такого дозирования будет равен нулю.
Весовой дозатор
Весовым дозатором является мерное устройство, дозирующее продукт по его весу. Т.е. весовой дозатор, по сути, представляет собой усложненные электронные весы, отмеряющие продукт в рамках заданного весового критерия.
Конструктивно, весовой дозатор состоит из взвешивающего ковша, подвешенного на тензодатчике, вибролотка и электронного управляющего блока (ЭУБ). Принцип работы дозатора можно описать примерно следующим образом. На ЭУБ оператор выставляет желаемый вес дозировки, причем выставляет его по двум параметрам: грубая дозировка и точная дозировка. После запуска дозатора, ЭУБ подает сигнал на вибролоток, который, вибрируя с заданной амплитудой, перемещает (насыпает) продукт из бункера дозатора во взвешивающий ковш. Наполнение ковша контролируется тензодатчиком, передающем сигнал на ЭУБ, и при достижении порога грубой дозировки, ЭУБ уменьшает амплитуду колебаний вибролотка, аккуратно досыпая продукт до достижения порога точной дозировки. Как только заданный вес будет достигнут, ЭУБ резко останавливает вибролок и открывает ковш, высыпая его содержимое в бункер упаковочного автомата. Далее, ковш закрывается и процедура начинается по-новой.
Как видим, конструкция весового дозатора, как и принцип его работы, значительно сложнее чем у объемного. И в этом кроются преимущества и недостатки весового дозатора.
Начнем, как обычно, с преимуществ. Преимуществ у данного дозатора можно выделить четыре. Во-первых, использование традиционных для потребителя весовых мер значительно расширяет круг дозируемых продуктов. Весовому дозатору, в отличие от объемного, все равно, что дозировать — 100 грамм соли или 100 грамм орехов, для него проблема смены дозируемого продукта просто не актуальна. Таким образом, весовой дозатор намного универсальнее объемного.
Во-вторых, весовой способ дозировки является более точным, чем объемный, а если учесть возможность грубой и точной дозировки, можно утверждать, что весовой дозатор по соблюдению качества дозировки намного превосходит объемный. При этом вы сами регулируете необходимые вам допуски.
В-третьих, диапазон регулировок весового дозатора не идет ни в какое сравнение с объемным. Здесь не существует +/- 30%: если необходимо фасовать продукт в 100 граммовые пакеты, выставляете на ЭУБ необходимое значение, увеличили фасовку до 1000 грамм — достаточно снова изменить показатели на ЭУБ, передумали и уменьшили фасовку до 50 грамм — дозатор способен отмерять и такой вес.
К последнему, четвертому, преимуществу, можно причислить отсутствие проблемы трудносыпучих продуктов. Для вибролотка, подающего продукт в ковш не важна сыпучесть продукта — даже липнущий к стенкам изюм, под действием вибрации продолжает двигаться и ссыпаться в ковш. А для ковша имеет значение исключительно вес продукта, а не его расположение в объеме.
Исходя из описанных преимуществ, может сложиться впечатление, что использовать объемные дозаторы просто не имеет смысла, поскольку весовые превосходят их по всем критериям. Это не совсем так, ведь весовые дозаторы тоже имеют свои недостатки. И как уже упоминалось ранее, недостатки весового дозатора проистекают из сложности его конструкции. В принципе, недостатка всего два, но они достаточно серьезны.
Первый недостаток — скорость работы дозатора. Если объемный дозатор способен показывать производительность в пределах 38 доз в минуту, то весовой дозатор с одним взвешивающим ковшом («ручьем») может «выдавать» не более 10 доз в минуту. Следовательно, чтобы показать производительность на уровне объемного, весовому дозатору необходимо иметь минимум 4 «ручья». А в этом случае проявляется второй недостаток весового дозатора.
Второй недостаток — цена. Стоимость весового дозатора даже с одним «ручьем» превышает стоимость объемного дозатора примерно на 15%, а если речь идет о дозаторе с 4 «ручьями», получаем разницу цен более, чем в 4,5 раза. И по этим двум показателям (скорость работы и цена) весовой дозатор значительно уступает объемному.
Резюме
Учитывая изложенное, можно в очередной раз повторить народную мудрость «Каждому товару — свой покупатель». Если вы планируете фасовать один продукт или хотя бы продукты одинаковой плотности в стабильных объемно-весовых показателях, разумнее будет остановить свой выбор на объемном дозаторе. Если же в ваши планы входит фасовка продуктов различной плотности, либо существенная смена их весовых показателей, для вас остается только один вариант — весовой дозатор.
Источник
