Вопросы дозирования сыпучих материалов

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

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-405.

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

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

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