2.4.4. Дозирующие устройства для
отпускных бункеров
Дозировочные устройства для порционного отпуска сыпучих гру-
зов из бункеров можно классифицировать в зависимости от принятой
организации процесса измерения массы отпущенного материала и
формирования заданной порции устройства дозированной загрузки
вагонов (рис.2.61).
1. Дискретного действия. Устройства этого типа предусматрива-
ют наличие в составе оборудования бункерных весов или бункерных
порционных дозаторов, в весовой емкости которых определяется мас-
са выпускаемого материала и накапливается отпускаемая порция. При
этом загрузка вагона обычно осуществляется несколькими порциями.
99
2. Непрерывного действия. Сюда входят устройства, непрерывно
измеряющие массу материала, поступающего в вагон, и выдающие
командный сигнал при формировании заданной дозы. Такие устройст-
ва создаются на базе расходомеров или платформенных весов.
ДОЗИРОВАННАЯ ЗАГРУЗКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ
Дискретного действия Непрерывного действия
Бункерные весы
Бункерные
порционные
дозаторы
Расходомеры Платформенные
весы
Ультразвуковые Радиационные Весовые Измерители
давления
Объемные
Весы непрерывного
действия
Дозаторы непрерывного
действия
Рис.2.61. Классификация способов дозированной загрузки железнодорожных вагонов
Расходомеры в зависимости от используемого физического эф-
фекта разделяются на:
- ультразвуковые, определяющие расход по снижению интенсивности
ультразвукового излучения и сдвигу его фазы;
- радиоизотопные, использующие для определения расхода рентге-
новское излучение;
- весовые, использующие для определения расхода весы или доза-
торы непрерывного действия и конвейерные весы;
- измерители давления, определяющие расход по величине давления
потока материала на грузоприемный узел;
- объемные, использующие для определения массы объемную массу
материала.
Первые два типа расходомеров способны осуществлять изме-
рение достаточно больших расходов сыпучих материалов, однако
точность этого измерения невелика, и относительная погрешность до-
зирования превосходит допустимую при загрузке.
Измерители давления обладают удовлетворительной точностью,
но ограниченной пропускной способностью. Кроме того, такие рас-
ходомеры создают помехи истечению трудносыпучих материалов,
провоцируя их зависание. Объемные расходомеры могут измерять
большие расходы, имеют простую конструкцию, но недостаточную
точность измерения. Такие расходомеры не могут обеспечить требуе-
мые нормы загрузки вагонов.
Перечисленные особенности исключают возможность при-
менения расходомеров, кроме весовых, при высокопроизводительной
100
загрузке железнодорожных вагонов, несмотря на их простоту и надеж-
ность.
Загрузка с помощью бункерных весов и дозаторов перио-
дического действия осуществляется таким образом, что масса ма-
териалов измеряется непосредственно без интегрирования расхода, а
порция формируется в емкости весов или дозатора.
Весы или дозатор состоят из установленной на силоизмеритель-
ном преобразователе емкости и загружающим и разгружающим пита-
телями (в частном случае затворами), а также из устройства задания и
отсечки дозы сыпучего груза.
Дозирование обычно осуществляется путем набора одной или
нескольких порций.
Дозирование набором одной порции осуществляется следующим
образом. Измеряется масса опорожненного бункера и рассчитывается
масса бункера, при которой следует прекратить загрузку. При этом к
массе опорожненного бункера прибавляют установку массы от-
пускаемого материала. В полученную величину обычно вводят по-
правку на инертность загружаемого питателя и на массу столба отпус-
каемого материала, который будет засыпан в емкость после отсечки
дозы. Запускается загружаемый питатель, и масса материала в емко-
сти начинает нарастать. По достижении массой материала заданной
величины срабатывает отсечка дозы. В статике измеряется масса на-
полненного бункера и запускается разгружающее устройство и бункер
опорожняется. Когда фактическая масса бункера становится близкой к
ожидаемой величине и изменение этой массы уже не происходит, раз-
гружающий питатель отключается (закрывается затвор). Происходит
взвешивание опорожненного бункера в статике. Разность масс напол-
ненного и опорожненного бункеров равняется фактической массе от-
пущенного материала.
При загрузке несколькими порциями, когда наибольший предел
взвешивания весов значительно меньше грузоподъемности вагона,
заданная масса отпущенного материала делится на величину макси-
мальной для используемого бункера порции, и вычисляется количест-
во порций за которые будет набрано отпускаемое количество мате-
риала. Порции набираются аналогично тому, как это делается при до-
зировании набором одной порции. Массы порций фактически отпу-
щенных в вагон суммируются. По величине недогруза первых n - 1
порций корректируется последняя порция, за счет чего суммарная
ошибка дозирования определяется лишь ошибкой дозирования по-
следней порции.
Ошибка измерения массы, определяемая в предположении о
нормальном законе распределения ошибки измерения весоизмери-
тельной системы:
101
Σ = + 2
Т
2
Ε n(Ε Б Ε , (2.8)
где ΣΕ , 2
Ε Б , 2
ΕТ - относительные погрешности суммарной массы от-
пущенного материала, измерения брутто и тары. С учетом того,
что Ε Б = ΕТ = Ε n ,
ΣΕ = Ε 2n . (2.9)
Таким образом, с увеличением n относительная погрешность
взвешивания массы отпускаемого материала растет. Поэтому для по-
лучения высокой точности измерений с помощью бункерных весов и
дозаторов периодического действия применяют тестовые методы по-
вышения точности измерений. Тестовый метод позволяет исключить
влияние на результаты измерений погрешностей, связанных с неста-
бильностью параметров систем, и ряда других составляющих погреш-
ностей измерения путей использования специальных тестов, функ-
ционально связанных с измеряемой величиной и обработкой резуль-
татов измерений.
На рис. 2.62 представлена автоматизированная система дозиро-
ванной загрузки вагона сыпучими строительными материалами (пес-
ком, щебнем и др.), разработанная Куйбышевским филиалом Оргэнер-
гострой, которая использует тестовый метод повышения точности из-
мерения.
В нее входят два отпускных бункера 1 объемом около 8 м3, уста-
новленные на весоизмерительные датчики 2, измерительный прибор
3, устройство для управления перемещением вагонов 4 с датчиком
контроля 8. При помощи специализированного вычислительного уст-
ройства для обработки поступающей информации и выработки управ-
ляющего воздействия 5 и задатчика 6 набирается заданное значение
массы материала, соответствующее грузоподъемности вагона. При
воздействии исполнительного механизма 7 заслонка 9 принимает со-
ответствующее положение в коллекторе 10, который загружается лен-
точным транспортером 11.
Загрузочный комплекс работает следующим образом. После ус-
тановки вагона в исходное состояние и подачи сигнала на загрузку из-
мерительное устройство осуществляет взвешивание пустого бункера,
результат измерения запоминается в вычислительном устройстве.
Материал поступает в бункер до тех пор, пока в нем не накопится за-
данная доза, после чего подается сигнал на переключение потока ма-
териала во второй бункер. По окончании дозирования бункер взвеши-
вается в статике.
Для реализации тестового метода производится дополнительное
измерение массы пустого бункера с грузом известной величины (эта-
102
лоном), который автоматически подвешивается к бункеру спе-
циальным исполнительным механизмом. Дополнительное измерение
проводится до начала дозирования, а результат запоминается в вы-
числительном устройстве.
Результаты 3-х измерений обрабатываются вычислительным
устройством по специальному алгоритму, в результате чего опреде-
ляется значение отдозированной массы.
3 6
5 4
9
11 10
Рис.2.62. Функциональная схема устройства для дозированной
загрузки строительных материалов в железнодорожные вагоны
7
8
1 2
9
а
7
2
1
9
б
7
2
1
в
103
При дозировании и взвешивании последующих доз дополни-
тельное взвешивание не производится, а для решения алгоритма ис-
пользуется результат, находящийся в памяти вычислительного уст-
ройства. Разработанная система загрузки вагонов привязана к типо-
вому погрузочному посту карьера. Ее внедрение позволяет обеспе-
чить технические нормы загрузки вагонов, уменьшить их простои.
Такая система дозирования позволяет производить отгрузку как
в один вагон (см. рис.2.62, а), так и в два, с одного пути (см. рис.2.62,б)
и с параллельных путей (см. рис.2.62, в).
Комплекс для погрузки угля (КПУ), показанный на рис.2.63, вве-
ден на шахте «Распадская» производственного объединения «Южкуз-
бассуголь». Погрузку дозируют по объему груза подпором при непод-
вижном погрузочном устройстве и непрерывном передвижении ваго-
нов. Со склада уголь подают на наклонный конвейер 5, который пере-
мещает его в промежуточный загрузочный бункер 4 для обеспечения
прохода межвагонного промежутка. Группу вагонов передвигают ма-
невровым электротягачом 1 типа Э-1 со стабильной линейной ско-
ростью 0,05—0,3 м/с.
Выдвижной телескопической желоб 2 устанавливают на высоте,
определяемой типоразмером подлежащего загрузке вагона и насып-
ной плотностью угля с учетом отсыпки «шапки» и, следовательно, до-
зирования угля в вагоне. Когда очередной вагон подается под желоб
2, для интенсивной подачи угля и заполнения начального объема от-
крывается шиберный затвор 3 с большим проходным сечением. После
этого создается подпор угля при непрерывном движении вагона. На
заключительной стадии погрузки вагона затвор 3 закрывается, а ос-
тавшийся в желобе 2 уголь размещается в хвостовой части кузова.
Комплекс обеспечивает погрузку угля в вагоны всех типоразмеров с
производительностью до 4000 т/ч, работает на режимах дистанцион-
ного и автоматического управления.
5
1
2
3
Рис.2.63. Схема углепогрузочного 4
комплекса П-4М
104
Непрерывность работы достигается также регулированием ско-
рости электротягача для согласования интенсивностей загрузки по-
движного состава и подачи угля под погрузку. Однако из-за объемного
способа дозирования комплекс обладает низкой точностью загрузки.
Его применение целесообразно при подаче на погрузку 2…4 тыс. т. уг-
ля за 1 ч.
Загрузка с помощью платформенных весов. Этот способ загруз-
ки предусматривает использование платформенных весов в сочета-
нии с устройством задания и отсечки дозы. Платформенные весы
должны оснащаться железнодорожной колеёй и встраиваться непо-
средственно в железнодорожный путь. Отпуск груза при этом осуще-
ствляется следующим образом. Вагон фиксируется на платформен-
ных весах. Измеряется его собственная масса (масса тары), после че-
го запускается загружаемое устройство, масса груза в вагоне начинает
нарастать, соответственно нарастает и масса брутто. При наполнении
до нужной массы брутто, вырабатывается сигнал отсечки дозы. В ста-
тике измеряется масса брутто и вычисляется масса порции отдозиро-
ванного груза.
Таким образом, данный способ загрузки позволяет получить
оценку количества отпущенного материала с коммерческой точно-
стью. Однако, подобный отпуск груза не нашел применения на зерно-
перерабатывающих предприятиях. Это вызвано тем, что в местах по-
грузки зерна нет возможности для установки платформенных вагон-
ных весов, так как на этом же месте происходит выгрузка зерна, кото-
рая предусматривает наличие приемных бункеров и транспортных
конвейеров, располагаемых под вагоном. Обычно платформенные ва-
гонные весы устанавливаются в некотором удалении от места погруз-
ки, и на них происходит только взвешивание вагона для коммерческих
расчетов.
Загрузка с помощью весовых расходомеров. Весовые расходо-
меры в зависимости от используемого весоизмерительного устройства
и системы измерения можно разделить на три основные группы:
- расходомеры на основе конвейерных весов;
- расходомеры на основе весов непрерывного действия;
- расходомеры на основе дозаторов непрерывного действия.
Наиболее широкое распространение для устройств загрузки ва-
гонов нашли расходомеры на основе конвейерных весов, так как в
значительной части устройств загрузки конвейеры естественным об-
разом используются для транспортировки загружаемого материала.
Конвейерные весы используются для загрузки вагонов в угольной, ме-
таллургической, химической, строительной и других отраслях народ-
ного хозяйства.
Конвейерные весы имеют грузоприемное устройство с встроен-
ным в него силоизмерительным преобразователем и преобразовате-
лем скорости ленты конвейера в электрический сигнал. Сигналы сило-
105
измерительного преобразователя и преобразователя скорости, будучи
перемноженными, дают величину, пропорциональную фактическому
расходу материала (из сигнала силоизмерительного преобразователя
исключается величина сигнала, пропорциональная нагрузке от самой
ленты транспортера). Интегрируя этот расход во времени с момента
начала загрузки можно получить оценку фактического количества ма-
териала, отпущенного в вагон. По достижении этой величины установ-
ки массы отпускаемой порции конвейерные весы вырабатывают ко-
манду на остановку подающего транспортера. При этом в вагон загру-
жается заданное количество груза (с погрешностью 1%), и с непосто-
янством количества материала, поданного в вагон после поступления
команды на остановку питателя.
В настоящее время ОКБ СИМ «Точмаш» разработаны конвейер-
ные весы 4504 ВКУ, которые используются в системах загрузки угля.
Весы конвейерные 4504 ВКУ являются средством измерения и
предназначены для автоматического взвешивания материала, транс-
портируемого ленточными конвейерами, которые контролируют про-
хождение через весы заданной массы материала пропорционального
линейной плотности материала на участке конвейерных весов. Для
измерения массы транспортируемого материала применен тензодат-
чик.
Весы рассчитаны для работы в районах с умеренным климатом и
для температуры не ниже -30°.
Для измерения перемещения ленты применен импульсный дат-
чик перемещения ленты (ДПИ). Через каждые 10 см перемещения
ленты конвейера ДПИ выдает импульс.
В системе измерения весов применена цифровая обработка ин-
формации, что значительно упрощает ее реализацию.
На рис. 2.64 приведено устройство для дозированной загрузки
угля в железнодорожные вагоны, построенное на базе конвейерных
весов 4504 ВКУ. Устройство состоит из подающего конвейера 1, тех-
нологически связанного с бункером 2, узлов коммутации потока (за-
твора) 3 с приводом 4. На конвейере 1 установлен измеритель 5 ин-
тенсивности потока материала, включающий первичные преобразова-
тели 6 (функции этих преобразователей выполняет измеритель погон-
ной нагрузки, измеритель скорости движения ленты и угла наклона
конвейера) и вторичный преобразователь 7 интенсивности потока ма-
териала в частотно-модулированный сигнал, выход которого соединен
с блоком обработки информации 8. Блок обработки информации
включает в себя интегратор 9, счетчик 10, узел задания дозы 11 и де-
шифратор закрытия затвора 12, выходной сигнал которого подается в
блок управления 13 приводом затвора, и узел сброса показаний счет-
чика 14.
Устройство работает следующим образом. Задается вставка
требуемой порции угля в вагоне с помощью узла задания дозы. Вклю-
106
чается подающий конвейер и открывается затвор 3 подачи материала.
При достижении числа импульсов к заданному значению на вы-
ходе дешифратора появляется сигнал, который подается в блок
управления приводом затвора и в узел сброса счетчика. Затвор за-
крывается, а счетчик сбрасывается в нуль. Процесс загрузки дозы за-
канчивается. После подачи следующего вагона цикл загрузки повто-
ряется. Несмотря на простоту конструкции и дешевизну встраиваемых
конвейерных весов, они по сравнению с весами с собственным транс-
портером обладают меньшей точностью, что связано с большой дли-
ной ленты транспортера, в который встраиваются весы.
Загрузка с помощью весов непрерывного действия с контролем
дозы выполняется аналогично загрузке с помощью конвейерных
весов, однако, наличие собственного короткобазного транспортера
позволяет не только увеличить точность измерения, но и упростить
конструкцию отпускного устройства и расширить его функциональные
возможности. В настоящее время на предприятиях комбикормовой и
зерноперерабатывающей промышленности используются весы неп-
рерывного действия 4450 ВН производительностью до 160 т/ч,
выпускаемые Одесским ПО Точмаш, погрешность измерения которых
не превышает 0,5%. Они состоят из весового транспортера с
приводом и измерительным электрооборудованием. Отдельные
элементы весов, устанавливаемые на транспортере, позволяют
расширить их температурный диапазон до -30°C (рис. 2.65)
7 4
9 11
10 12
14
5 6
1
2
3
18 19
8
Рис. 2.64.Функциональная схема устройства для дозирования загрузки
угля в железнодорожные вагоны
107
Вместо весов 4450 ВН в системах загрузки подвижного состава
могут быть использованы дозаторы непрерывного действия типа 4488
ДН. Однако существующие дозаторы имеют максимальную
производительность только до 63 т/ч и для обеспечения более
высокой производительности загрузки вагонов необходимо иметь в
системе не менее 3-х дозаторов, что значительно усложняет и
удорожает отпускное устройство.
Отпускные устройства для дозированной загрузки подвижного
состава зерновыми грузами. В настоящее время загрузка вагонов на
элеваторах и зерноперерабатывающих предприятиях осуществляется
без изменения массы загружаемого продукта с помощью четырех
отпускных труб, расстояние между которыми равно расстоянию между
люками вагона-хоппера. Верхние части труб объединены одной
самотечной трубой, в которую зерно поступает из отпускных бункеров.
На элеваторах используется также отпускное устройство типа ЛД-5.
Оно имеет четыре телескопические отпускные трубы, которые могут
перемещаться по вертикали. После установки вагона оператор
поочередно отпускает каждую телескопическую трубу в
соответствующий люк в крыше вагона. По окончании загрузки все
трубы поднимаются в верхнее положение. Управление каждой трубой
дистанционное. Эти устройства не обеспечивают дозированную
загрузку вагонов из-за отсутствия в своем составе средств измерений.
5 7 10 2 4 1
3 8 6 9
Рис.2.65. Весовой транспортер весов
4450ВН: 1- привод; 2- основание;
3- рама; 4- ведущий барабан; 5- блок
роликов (барабан) на сходе;
6- транспортерная лента;
7- весоизмеритель; 8- центрирующее
устройство; 9- плужный скребок; 10- узел
конических выключателей
108
На рис. 2.66 приведено автоматизированное отпускное устройст-
во для дозированной загрузки вагонов (АОУДЭ) на базе весов непре-
рывного действия типа 4450ВН, разработанное ВНИИКП (Латвийский
филиал). Оно состоит из самотечных подающих и распределительных
отпускных труб 1, коммутационных задвижек с приводом 2 и весов не-
прерывного действия 3, которые включают в себя приемную воронку
4, электропривод 5, блок измерения 6, блок задания и отсечки дозы 7,
блок управления электроприводом весов 8.
Отпускное устройство работает следующим образом. Оператор
устанавливает вагон в исходное положение, задает требуемую дозу
отпускаемого материала, включает привод транспортера весов и от-
крывает затвор перекрытия потока. Зерно из производственного сило-
са поступает в приемную воронку 4 весов непрерывного действия, а
затем по ленте транспортера весов и самотечным распределитель-
ным трубам в вагон. Материал может поступать в приемную воронку
весов и с помощью другого транспортного оборудования (ленточных и
цепных транспортеров, нории и т.д.).
По мере накопления в вагоне зерна наступает момент, когда ко-
личество зерна, поступившего в вагон, становится равным полному
значению заданной дозы. В этот момент на выходе блока контроля
дозы появляется командный сигнал на остановку привода транспорте-
ра весов, который подается в блок управления приводом весов. Весы
останавливаются. Загрузка прекращается. Оператор закрывает люки
вагона и подает под погрузку следующий вагон.
Рис.2.66. Функциональная схема автоматизированного устройства для дозированной
загрузки железнодорожных вагонов
2
10 9 4 1
3
1
5
6
7
8
109
Механизм управления оборудованием отпускного устройства по-
зволяет осуществлять такую загрузку вагона, после окончания которой
в загрузочном тракте практически не остается материала. Это требо-
вание важно выполнять при загрузке последнего вагона.
Весы непрерывного действия в представленной схеме устанав-
ливаются непосредственно над вагоном, что позволяет использовать
подобное устройство для всех технологических схем отпуска зерновых
грузов.
Возможны и другие варианты установки весов в технологической
схеме загрузки вагонов. Причем наиболее рациональным является
размещение вагона непосредственно на выходе производственного
силоса, так как в этом случае упрощается система управления отпуск-
ным устройством (отпадает надобность в узле задания предваритель-
ного дозирования).
Таким образом, на основании анализа вышеприведенных описа-
ний конструкций отпускных дозировочных устройств, можно сделать
вывод, что загрузка с помощью платформенных вагонных весов,
обеспечивая требуемую точность, не может быть реализована на зер-
ноперерабатывающих предприятиях из-за невозможности их установ-
ки на месте погрузки. Наиболее простую конструкцию и относительную
дешевизну имеют отпускные устройства на базе весов непрерывного
действия с устройством задания и отсечки дозы. Такие устройства
обеспечивают технические нормы загрузки вагонов в соответствии с
требованиями МПС.
