DIPLOMOVÁ PRÁCE. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. Manipulace, dávkování a míchání sypkých materiálů. Agronomická fakulta

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta

Manipulace, dávkování a míchání sypkých materiálů

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Brno 2006

Vedoucí diplomové práce:

Vypracoval:

doc. Ing. Jiří Fryč, CSc.

Michal Belák

Mendelova zemědělská a lesnická a univerzita v Brně Ústav zemědělské, potravinářské a enviromentální techniky

Agronomická fakulta 2005/2006

ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE

Řešitel

Michal Belák

Magisterský studijní program

Zemědělská specializace

Obor

Provoz techniky a automobilová doprava

Název tématu:

Manipulace, dávkování a míchání sypkých materiálů

Zásady pro vypracování: 1.

Poveďte teoretický rozbor činnosti jednotlivých zařízení

2.

Navrhněte způsob provedení experimentálních měření

3.

Proveďte vlastní experimentální měření

4.

Proveďte vyhodnocení a statistický rozbor naměřených veličin

5.

Vyvoďte teoretické i praktické závěry z výsledků měření

2

Rozsah práce: 40 až 50 stran

Datum zadání diplomové práce: leden 2004 Datum odevzdání diplomové práce: duben 2006

Seznam odborné literatury:

1. Maloun, J. Technologická zařízení a hlavní procesy při výrobě krmiv Česká zemědělská univerzita, Technická fakulta, 2001 ISBN 80-213-0783-8. 2. Pavliš, M.Průmyslová výroba krmiv a mlynářství, Praha SNP 1981 3. Plisková, V. Technológia pre 4. ročník strednej priemyselnej školy študijného odboru priemyselná výroba krmív a mlynárstvo Bratislava : Alfa, 1989 4. Příkryl, M. Technologická zařízení staveb živočišné výroby Česká zemědělská univerzita, Technická fakulta, 1997,ISBN 80-901052-0-3

Michal Belák řešitel diplomové práce:

doc.Ing. Jiří Fryč, CSc. vedoucí diplomové práce

prof. Ing. Jan Mareček, DrSc. vedoucí ústavu

prof. Ing. Jaroslav Hlušek CSc. děkan AF MZLU v Brně

3

Prohlášení

Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Doprava, dávkování a míchání sypkých hmot vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendlovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům

V Brně dne 20. května, 2006 Podpis diplomanta:

4

Na tomto místě bych rád poděkoval doc. Ing. Jiřímu Fryčovi za cenné rady a věcné připomínky k mojí diplomové práci.

5

Anotace Obsahem této diplomové práce je problematika dopravy, manipulace a dávkování sypkých hmot. Úvod práce je věnován základní teorii sypké hmoty, je popsána její fyzikální podstata a jsou uvedeny její definice a mechanicko-fyzikální závislosti. V teoretické části je dále uveden rozbor z hlediska dopravy a dávkování sypké hmoty. Zvláštní část práce tvoří popis a rámec současného stavu vážící techniky, uvedení praktických zařízení a technologií, která odráží nejnovější praktické poznatky v problematice vážení, dávkování, řízení a vyhodnocování chování sypké hmoty. Praktickou část diplomové práce tvoří popis a konstrukce prototypu nového způsobu dávkování sypkých hmot. Název tohoto zařízení je „Válcový dávkovač sypkých hmot pro kontinuální dávkovací linky“. Provedl jsem konstrukci prototypu zařízení, která umožnila detailnější a komplexnější pohled na konstrukci a provedení tohoto způsobu dávkování a umožnila nalezení důležitých závislostí a kritérií při sestavování a kompletaci tohoto zařízení.

Annotation This thesis is focused on issue of transportation, manipulationa and dosing of cohesionless material. The opening is devoted to basic theory of bulk goods, there is a description of its physical principles and the definitions and physical-mechanical characteristics are pointed out. In the theoretical part is further mentioned the analysis in the view of transportation and dosing of cohesionless material. Special part of my thesis is formed by description and frame of weighing technique in the current state, pointing out machinery and technologies that flashes back the newest knowledge in weighing, dosing, managing and behavior evaluation of cohesionless material. The practical part is devoted to description and construction the new way of dosing cohesionless material prototype. It is called „Tubular dosing machine of cohesionless material for continual dosing lines“. I built a prototype that enabled more detail and more complex view of construction and this dosing machine´s performance, it enabled retrieval of important relations and criteria by construction and completion of this machine.

6

Obsah 1. Úvod.............................................................................................................................. 9 2. Cíl a metodika práce ..................................................................................................... 9 3. Vlastní práce ............................................................................................................... 10 3.1. Mechanicko-fyzikální vlastnosti sypkých (partikulárních) hmot ............... 10 3.2. Základní definice mechanicko-fyzikálních vlastností sypkých hmot ............. 12 3.2.1 Ideální sypká hmota, její význam. .......................................................... 14 3.2.2 Shrnutí pojmu ideální sypká hmota ........................................................ 16 3.3. Doprava sypkých hmot ................................................................................... 17 3.3.1. Rozdělení dopravy .................................................................................. 17 3.3.2. Spádová dopravní zařízení............................................................................ 18 3.3.3. Spádové dopravní trubky ........................................................................ 19 3.3.4. Spádové dopravní žlaby.......................................................................... 20 3.3.5. Pohyblivé dopravní žlaby ....................................................................... 21 3.3.6. Posuvné dopravní žlaby ................................................................................ 22 3.3.7. Dopravní třasadla .......................................................................................... 23 3.3.8. Vibrační dopravníky ............................................................................... 24 3.3.9. Pásové dopravníky .................................................................................. 26 3.3.10. Hrabičkové dopravníky............................................................................... 32 3.3.11. Profilové dopravníky (redlery) ................................................................... 33 3.3.12. Trubkový řetězový dopravník..................................................................... 35 3.3.13. Korečkové dopravníky................................................................................ 36 3.3.14. Šnekové dopravníky.................................................................................... 38 3.3.15. Pneumatické dopravníky............................................................................. 41 3.3.16. Podtlakové pneumatické systémy ............................................................... 42 3.3.17. Tlakové pneumatické dopravníky............................................................... 43 3.3.18. Kombinované pneumatické dopravníky ..................................................... 44 3.4. Dávkovače sypkých hmot ............................................................................... 45 3.4.1. Dávkovač šoupátkový............................................................................. 45 3.4.2. Dávkovač turniketový (rotační bubnový) ............................................... 47 3.4.3. Dávkovač šnekový .................................................................................. 50 3.4.4. Dávkovač pásový .................................................................................... 52 3.4.5. Dávkovač kotoučový (diskový) .............................................................. 52 3.5. Současná průmyslová vážící technika ................................................................. 54 3.5.1. Kontinuální dávkování............................................................................ 56 3.5.2. Dávkovací pásové váhy ......................................................................... 61 3.5.3 Diferenciální dávkovací váhy ................................................................. 67 3.5.4. Vyhodnocovací a řídící systémy pro dávkovací váhy ............................ 70 3.6. Kontinuální váhy............................................................................................. 72 3.6.1. Pásové váhy ............................................................................................ 73 3.6.2. Pásové váhy pro obchodní účely............................................................ 78 3.6.3. Průtokoměry sypkých hmot se skluzovou nebo odrazovou deskou ....... 78 3.6.4. Průtokoměry sypkých hmot na Coriolisově principu ............................. 80 3.6.5. Vyhodnocovací jednotky pro kontinuální váhy...................................... 81 4. Válcový dávkovač sypkých hmot ............................................................................... 83 4.1. Současný stav techniky ................................................................................... 83 4.2. Válcový dávkovač pro kontinuální dávkovací linky, popis technického řešení .. 84

7

4.3. Shrnutí, teoretické výhody a nevýhody .......................................................... 89 4.4. Konstrukce válcového dávkovače sypkých hmot ........................................... 90 4.4.1. Postup montáže, technologie výroby ............................................................ 91 4.4.2. Mechanika řemenů a objasnění technologie lepení ...................................... 92 4.4.3. Těsnění.......................................................................................................... 94 4.4.4. Instalace svrchního pásu ............................................................................... 95 4.4.5. Vnější konstrukce, pohon.............................................................................. 96 4.4.6. Účel konstrukce ............................................................................................ 97 4.5. Stav konstrukce po sestavení ............................................................................... 97 4.6. Zkouška pootočením....................................................................................... 98 5. Závěr a zhodnocení ................................................................................................... 103 6. Soupis použité literatury ........................................................................................... 105

8

1. Úvod Obor a problematika sypkých hmot je velmi široký pojem, její aplikace a technologie se vyskytují v různých obměnách v mnoha odvětvích průmyslu. Teoretická analýza chování sypké hmoty a její implementace v praxi bývá často poměrně složitým procesem, který vyžaduje jisté praktické zkušenosti konstruktéra a jeho všeobecný přehled a znalost stávajících technologií. Snahou všech provozovatelů zařízení a technologií na manipulaci se sypkými hmotami je přizpůsobení se patřičným normám a zabezpečení vhodné optimalizace provozních podmínek. Tyto provozní podmínky ovlivňují nejenom chod celého systému, mají i dopad na další fázi výrobních celků. Kritéria a požadavky na vhodnou technologii sypkých hmot jsou často velmi protichůdná, příkladem může být požadavek provozovatele dopravníkového pásu na zvýšení stávajícího výkonu své linky. Zvýšení výkonu může mít za následek větší opotřebení funkčních částí dopravního zařízení a zvýšení emisní (prašnost). Technologie sypkých hmot je dynamicky se rozvíjející oblast průmyslu. Zájmem provozovatele těchto technologií by mělo být sledování rozvoje současné techniky a uplatňování vhodné inovační politiky.

2. Cíl a metodika práce V této diplomové práci se zaměřím na charakteristiku technologií zpracování, manipulaci a dávkování sypkých hmot, podle stávajícího patentu válcového dávkovače sypkých hmot jsem navrhl technologické změny, na něž jsem uplatnil v rámci České republiky užitný vzor. V teoretické části je cílem práce podání přehledu o veškerých technologiích na dopravu a dávkování sypkých hmot, je uveden popis současných technologií, který je doplněn odkazy a příklady použití nejnovější techniky. Praktická část je věnována návrhu nové technologie dávkování sypkých hmot, na kterou mi byl v čase výroby prototypu udělen v rámci České republiky výše zmíněný vzor. Cílem praktické části je návrh technologického postupu, výroba a odzkoušení funkčního prototypu tohoto zařízení.

9

3. Vlastní práce 3.1. Mechanicko-fyzikální vlastnosti sypkých (partikulárních) hmot Tyto vlastnosti předurčují schopnost sypké hmoty protékat přes otvory, výsypky, zásobníky a umožňují sledovat změny směru toku. Na základě těchto znalostí sypké hmoty se zabezpečuje kontinuita toku, plynulost dopravních operací, eliminace poruch (klenbování, komínování), Bez znalostí mechanicko-fyzikálních vlastností sypké hmoty nelze provádět navrhování systémů ani pevnostní výpočty. Pro objasnění mechanicko-fyzikálních principů sypkých hmot zavádíme „definici“ sypké hmoty, tj. uvažovaný model chování sypkých hmot, jedná se matematický popis pozorování, nebo teoretická uvažovaná souvislost mezi fyzikálními veličinami, přeformování materiálu, respektující skutečné vlastnosti sypké hmoty. U sypkých hmot vystupují rozličné fenomény, které vynikají při srovnání pevného tělesa a fluidů. Volná plocha sypké hmoty může vytvořit kužel, to je způsobeno v protikladu k tekutinám, existence smykových napětí i v klidu, tedy vnitřní tření mezi jednotlivými částečkami. Dále je sypká hmota v protikladu k pevným tělesům schopna zaplnit příslušný objem. Sypká hmota se vyznačuje kritickou hustotou, za které probíhá plastické přeformování (tok) za konstantního objemu. Nezpevněný (podkonsolidovaný) sypký materiál vykazuje pokles objemu za toku, dokud se nedosáhne kritické hodnoty. Překonsolidované materiály se zprvu rozvolňují (zvětšují svůj objem), tento fyzikální jev je popsán jako dilatace. Naproti tomu fluidy a pevné látky vykazují při plastickém přetvoření stabilní konstantní objem. Souvislosti mezi pórozitou jako mírou hustoty sypké hmoty, tak jako smykového a normálového napětí jako kvalitativního ukazatele jsou zřejmé ze stavového diagramu Roscoe.

10

Srovnání pevného tělesa, sypké hmoty a tekutiny podle zaplněné nádoby

Diagram podle Roscoe, závislost porózity, tahové pevnosti, tíhového a smykového napětí

Kritická stavová linie E1 E2 dodává pro porózitu n1 normálové a smykové napětí

τ1,

σ1

při kterých za konstantního objemu začíná tok. V Mohrově rovině σ tvoří

projektované body P1P2 soustavu probíhajících přímek, kterými jsou popsána místa toku. Křivka T1C1E1 se nazývá místem toku, představuje hranici ve smyslu teorie

11

plasticity. Křivka E1F1 je nazývána místem zpevnění, když zhuštění rozvolněné sypké hmoty znovu nabude pórozitu n1. Tahová pevnost je na pórozitě závislé normálové napětí σ t (n) při nulovém smykovém napětí. Jako koheze je v mechanice sypkých hmot označeno na pórozitě závislé smykové napětí τ c (n) při nulovém normálovém napětí. Sypká

(partikulární)

hmota

je

specifická

především

svými

geometrickými

a mechanicko-fyzikálními vlastnostmi. Tyto vlastnosti charakterizují sypkou hmotu a předurčují chování látky v dopravních systémech. Granulometrie, tj. geometrické vlastnosti jsou důležité zejména v mlecích a dávkovacích procesech, protože výrazně ovlivňují chování sypké hmoty v následném procesu zpracování sypké hmoty až po konečné zpracování. Mechanicko-fyzikální parametry (vlastnosti toku sypké hmoty) jsou vlastně "indiciemi" pro odhalení chování sypké hmoty v dopravních celcích.

3.2. Základní definice mechanicko-fyzikálních vlastností sypkých hmot •

Úhel vnějšího tření σ w jako funkce tlakového napětí τ w mezi sypkou hmotou s stěnou

•

Sypná hmotnost sypké hmoty ρ b jako funkce velikosti hlavního napětí σ1 v sypké hmotě

•

Úhel vnitřního tření ϕ1 sypké hmoty na počátku toku, jako funkce hlavního napětí σ1 (nebo jako funkce odpovídající měrné hmotnosti ρ b )

•

Úhel vnitřního tření ϕ e sypké hmoty při stacionárním toku (tak zvaný efektivní úhel vnitřního tření) jako funkce hlavního napětí σ1 v sypké hmotě

•

Tlaková pevnost σ c sypké hmoty jako funkce velikosti hlavního napětí σ1 v sypké hmotě

12

Úhel vnitřního tření ϕ1 Je veličina, která charakterizuje tok sypké hmoty z hlediska její energetické náročnosti, tedy jeho velikost odpovídá účinnosti pohybu částic. Není vnitřního tření bez pohybu jednotlivých částic sypké hmoty, tedy vnitřní tření za klidu nemá z fyzikálního hlediska smysl. Na úhel vnitřního tření má dominantní vliv tvar částice, granulometrie a fyzikální, chemické, elektrostatické a jiné vlastnosti jednotlivých částic.

Objemová hmotnost (sypná hmotnost) Tato veličina udává okamžitý stav materiálu, přičemž objemová hmotnost sypkého materiálu se mění v mezích podle intenzity zhuštění, homogenity a promísení, odpovídá tomuto stavu. Někdy se udává, že stav sypkého materiálu závisí na jeho „předcházející minulosti“.

Smykové napětí – mezní stav Mezi hlavní vlastnosti sypkých materiálů patří fyzikální princip přenášení třecích sil v klidu. V kapalinách vznikají třecí síly za pohybu, tj. při určitém gradientu rychlosti, v klidovém stavu tyto síly zanikají. U sypkých hmot třecí síly působí stále a jsou poměrně málo závislé na gradientu rychlosti. Mezní stav sypké hmoty je veličina, která definuje sypkou hmotu z hlediska její stability, po překročení její hodnoty se uvede systém do pohybu.

Smyková pevnost (vnitřní tření) Jedna z nejdůležitějších mechanických vlastností sypkých materiál, představuje souhrn hodnot mezních smykových napětí pro různá normálová napětí a pro různé hodnoty objemové hmotnosti materiálu. Smyková pevnost je veličina silně závislá na zhutnění materiálu a tedy přímo na jeho objemové hmotnosti.

Stěnové (vnější tření) Další důležitou vlastností sypkých materiálů je stěnové vnější tření, kterým se určuje mezní smykové napětí sypkého materiálu při pohybu po určitém povrchu. Jeho velikost je úměrná drsností stěnového povrchu, závisí také na druhu sypké hmoty.

13

3.2.1 Ideální sypká hmota, její význam. Při modelování a fyzikálních výpočtech chování různých skupenství se používá termínu „ideální“ hmota, která slouží k srovnávání s výsledky s modelovým příkladem ideální hmoty. Také v problematice sypkých hmot je zavedeno označení ideální sypká hmota. Ideální (dokonalé) tekutiny mají úhel vnitřního tření φ blížícím se k nule, ideální pevná hmota má φ blížící se 90º, ideální sypká hmota s úhlem vnitřního tření φ = 30º. V ideální sypké hmotě, kde nevznikají žádné vazby mezi částicemi, konají práci dvě síly. Práci činnou koná tíha a práci disipační koná třecí síla, která je funkčně vázaná na vodorovnou sílu působící na částici, tedy disipační práci koná jen síla související s vodorovnou silou působící na částici.

a) Bilance sil působících na částici sypké hmoty

a)

b) Bilance ztrátové práce

b)

G - tíha částice (v gravitačním poli země se jedná o svislou sílu) N = G.k - normálová síla (vodorovná síla působící na částici) T = N.f - třecí síla (síla působící proti tíze částice za pohybu, třecí síla) T = G.k.f

Třecí síla je úměrná tíhové síle částice, koeficientu úměrnosti (v tomto případě koeficientu sypnosti) a koeficientu tření. Z rovnice mimo jiné vyplývá, že mírou mechanické účinnosti toku ideální sypké hmoty je právě součin koeficientu sypnosti a koeficientu tření.

14

f = tg.φ k=

koeficient tření, tangenta úhlu vnitřního tření tg φ

1 − sin ϕ koeficient bočního tlaku, koeficient sypnosti 1 + sin ϕ

Mírou velikosti ztrátové práce a tím i mechanické účinnosti toku ideální sypké hmoty je k.f. Vertikální tlak je nepřímo úměrný součinu koeficientu vnitřního tření f a koeficientu sypnosti k, tedy součinu k.f

Matematická analýza modelu ideální sypké hmoty – analýza funkce F(φ) = k.f

Analýza funkce F(φ) = k.f je provedena klasickým postupem aplikaci diferenciálního počtu. Je vypočtena první a druhá derivace funkce podle úhlu vnitřního tření φ a stanovena hodnota lokálního extrému. Výchozí rovnice: F (ϕ ) = k . f =

1 − sin(ϕ ) .tg (ϕ ) 1 + sin(ϕ )

1 Výpočtem lokálního extrému vychází, že kořenem rovnice je úhel ϕ = 30. deg(ϕ = π ) 6 Výpočtem typu extrému pro φ=30.deg vychází, že druhá derivace je záporná, a proto se jedná o lokální maximum.

Funkce F(φ) = k.f má lokální maximum o velikosti φ=30deg, (1/6.π)

15

Ideální sypká hmota je tvořena kuličkami. Velikost úhlu vnitřního tření φ ideální sypké hmoty je rovna hodnotě úhlu svahu α a činí 30º. Úhel svahu u ideální sypké hmoty invariantní vůči vnějším a vnitřním vlivům.

Úhel svahu ideální sypké hmoty je konstantní a rovem α = 30º

3.2.2 Shrnutí pojmu ideální sypká hmota Popis toku sypkých hmot, to znamená určení průběhů tlaků, určení geometrických vlastností tokových profilů a dynamiky toku (proudových polí), je principálně možný na jednotném základě vycházejícím z ideální sypké hmoty. Dominantní pro průběh sledovaných veličin je funkce F(φ) = f.k, která vyjadřuje míru disipační práce a může se považovat jako měřítko míry mechanické účinnosti toku. Tento součin je dán vlastnostmi materiálu, které vyjadřují stav hmoty, a tím předurčují jak průběh tlaků, tak velikost proudových polí a hodnotu vlastní frekvence toku.

16

3.3. Doprava sypkých hmot Dopravou sypkých hmot se z obecného hlediska rozumí přemísťování kvanta sypké hmoty z místa uložení či mezi-uložení do místa určení. Tato přeprava může být charakterově pouze přepravou funkční, odpovídá hlavní

činnosti dopravního zařízení, nebo dopravou pomocnou, kdy funkční přeprava (doprava) materiálu probíhá mezi operacemi, tj. plní funkci dopravního mezičlánku (mezioperační doprava). Základní požadavek pro dopravu sypké hmoty je ten, aby existovala samotná technologická možnost přesunu sypké hmoty, daná především fyzikálně-mechanickými vlastnostmi hmoty. Tento charakter významně ovlivňuje volbu dopravního zařízení. Na technologii dopravy jsou kladeny různé nároky: a)

množství přepravované hmoty (výkonnost dopravního zařízení)

b)

fyzikálně-mechanické vlastnosti přepravované hmoty (prašnost, lepivost, působení abrazivních částic atd.)

c)

volba optimální způsoby dopravy, životnost apod.

3.3.1. Rozdělení dopravy 1. Podle směru dopravy a) horizontální doprava b) vertikální doprava c) šikmá doprava, kombinace 2. Podle principu dopravy a) spádová doprava (stacionární doprava) b) mechanická doprava (pohyb hmoty je primárně způsoben působením třecích sil) c) pneumatická doprava, kombinovaná doprava. 3. Podle technologie dopravy a) Pásový dopravník b) Hrabičkový dopravník c) Profilový dopravník d) Korečkový dopravník e) Šnekový dopravník f) Pneumatický dopravník 17

3.3.2. Spádová dopravní zařízení Spádová dopravní zařízení jsou jednoduchá zařízení, která se uplatňují především ve stacionárních soustavách s vertikálním uspořádání technologických článků na kratší vzdálenosti, zejména ve skladovém hospodářství. Zajišťují přemísťování sypkých, zrnitých, kusových a tekutých materiálů účinkem gravitační síly v rovinách mírně nakloněných, šikmých a především svislých. Při jejich provozu je nezbytné zabezpečit, aby se na jedné straně neucpávala vpádová

část zařízení a na druhé nebyl materiál poškozen. S tohoto důvodu musí být dodržen jejich optimální sklon který je vymezen maximální a minimální hodnotou. Maximální sklon je dán úhlem βmin, tento úhel závisí na druhu pohybu materiálu.

Schéma spádového dopravního zařízení a sil působících při dopravě na částice materiálu.

V případech kdy se materiál pohybuje na spádovém zařízení bez vnitřního tření částic mezi sebou, platí, že γ < βmin < γ0

Pokud se materiál pohybuje za současného vnitřního tření částic mezi sebou, platí že: Bmin < γ0

βmin = γ0 + 10°

Maximálně přípustný sklon Max je limitován maximálně možnou rychlostí na konci spádového zařízení, aby nedocházelo k poškozování dopravovaného materiálu (zejména zrnin, luštěnin apod.), nesmí tato konečná rychlost v být větší než 2 m/s. Její skutečnou velikost lze odvodit z rovnice sil, působících na částečku materiálu, pohybující se po nakloněné rovině.

18

Rychlost na konci spádového zařízení:

v = 2 g .L(sin β − f1 . cos β ) + v0

2

v0 – počáteční rychlost materiálu na spádovém dopravním zařízení (m/s), v krajním případě v0 = 0 L - délka spádového zařízení (m) H - výška spádového zařízení, dána úhlem sklonu f1 - koeficient tření materiálu o povrch spádového zařízení kψ = součinitel zaplnění dopravního vedení, velikost závisí na druhu materiálu

Výkonnost spádového zařízení: Q = S .v s .kψ .ρ

/kg/s/

3.3.3. Spádové dopravní trubky Spádové dopravní trubky jsou vhodné především pro dopravu sypkých materiálů ve svislém nebo šikmém směru. Nejběžněji se používají k dopravě materiálů ze zásobníků a sil, které jsou ve spodní části kuželovité nebo jehlanovitě zúžené, nejméně pod úhlem 60°. Spádové trubky na ně navazují buď se čtvercovým nebo kruhovým průřezem. Rychlost materiálu je v nich částečně zpomalována účinkem sil vnitřního tření, takže při dopravě v šikmém směru ji lze určit upraveným vztahem: v = 2 g .L(sin β − k . f 1 . cos β ) + v0

2

k – koeficient, vyjadřující vzájemný vliv vnějších sil a sil vnitřního tření pro čtvercový průřez trubky

k = 1,65

pro kruhový průřez trubky

k = 1,50

Při dopravě ve svislém směru se rychlostní poměry změní v =

1 2.g .H (m/s) k

K uzavírání spádových trubek na jejich konci nebo i mimo jejich konce slouží různé uzávěry, které se buď posouvají (plochá šoupátka), nebo mají kývavý pohyb (segmentová šoupátka). Zpravidla jsou ovládány mechanicky. Velikost síly šoupátka je

19

dána

tlakem

materiálu

na

desku

šoupátka,

je

závislá

na

ploše

průřezu

šoupátka S a na koeficientu tření povrchu šoupátka. Druh šoupátka se volí podle velikosti zatížení tj. podle síly potřebné k ovládání uzávěru. Různým postavením dvou šoupátek ve spádové trubce je možno vytvořit nejjednodušší objemový dávkovač. Šoupátka mezi sebou vytváří ve spádové trubce prostor, jehož objemová náplň daného materiálu je předem známa.

3.3.4. Spádové dopravní žlaby Spádové dopravní žlaby se nejvíce uplatňují pro dopravu sypkých materiálů v obalech a kusových břemen. Nejčastěji se připojují jako dopravní mezičlánky u stacionárních systémů s vertikálním uspořádáním článků k dopravě materiálů mezi jednotlivými podlažími. Protože v těchto případech se prakticky jedná o svislou dopravu, u nichž by konečná rychlost v přesáhla hodnotu 2 m/s, umisťují se kaskádovitě nebo stáčejí do šroubovice.

Spádové dopravní žlaby

Kaskádový skluzný žlab je sestaven ze šikmých spádových žlabů zavěšených proti sobě. Při dopravě z jednoho žlabu padá materiál do druhého pod úhlem β, přičemž mění směr přibližně o 90°. Úhel sklonu jednotlivých kaskád je při tom volen tak, aby nedošlo k nežádoucímu zrychlení materiálu. Šroubový dopravní žlab (tobogan) je ve své podstatě šroubovice stočená kolem nosného sloupu pod úhlem stoupání α , tento úhel stoupání musí být větší než úhel vnitřního tření materiálu o povrch šroubovice ϕ1 , musí platit: α > ϕ1 (°)

20

Dosahovaná rychlost pohybu materiálu v, při daném úhlu α 0 :

v = g.R

sin α 0 − cos α 0 . f 1 f1

R – poloměr šroubovice šroubového dopravního žlabu (m)

α 0 - úhel stoupání šroubovice (°) f1 - součinitel tření materiálu o povrch šroubovice

K zabezpečení plynulého průchodu materiálu pro šroubovici je nutno stanovit optimální velikost poloměru R. Kromě poloměru nosného sloupu r jej ovlivňují rozměry částic materiálu (délka l a šířka b) a minimální mezera mezi částicemi materiálu a stěnou šroubovice na vnitřní a vnější straně c. V závislosti na těchto rozměrech jej lze vypočítat pomocí výrazu:

R = (1 + c + r ) 2 +

b2 4

3.3.5. Pohyblivé dopravní žlaby Pohyblivé dopravní žlaby jsou zvláštním typem dopravních žlabů s mírným sklonem, kterým je udělován kmitavý pohyb. Sinusová složka tíhové síly materiálu působí tedy u nich při dopravě jen minimálně, naopak převládá účinek setrvačných sil, vyvolaných zrychlením dopravního žlabu a předaných materiálu pomocí tření. Oběma společně působícími účinky se tak dosahuje i dopravy materiálu na delší vzdálenosti. Proto se zařazují jen do stacionárních systémů s horizontálním uspořádáním článků. Aby se dosáhlo požadovaného pohybu materiálu a tím i dostatečné výkonnosti, je nutno u nich volit správný počet frekvencí dopravního žlabu a to v souladu s jeho amplitudou kmitu. V praxi se z toho uplatňují tři základní typy dopravních žlabů:

1. posuvné žlaby 2. třasadla 3. vibrační dopravníky

21

3.3.6. Posuvné dopravní žlaby Posuvné dopravní žlaby jsou založeny na základu jen posuvně a konají přímočarý vratný pohyb ve směru osy dopravního žlabu. Počet frekvencí je u nich minimální (n<1 s −1 ) a amplituda kmitu naopak maximální (více jak 100mm).

Schéma posuvného žlabu

Žlab je poháněn klikovým mechanismem, který mu udílí přímočarý nesinusový kmitavý pohyb o rychlosti v a zrychlení a. Z počátku tohoto pohybu částice materiálu o tíhové síle G = m .g spočívají volně na dně dopravního žlabu. Do pohybů je uvede třecí síla na styčné ploše, její maximální velikost bude činit Ft = = G. f1 = m.g . f1

/N/

kde f1 je součinitel tření mezi dopravovaným materiálem a styčnou plochou žlabu. Třecí hnací síla musí být v rovnováze s dynamickou silou částic materiálu m.a m = m.g . f 1

Zrychlení materiálu na dopravním žlabu

a m = g. f1

Dopravní žlab nekoná sinusový pohyb, bude mít jeho rychlost i zrychlení a určitý

časový průběh.

Graf časového průběhu rychlosti a zrychlení posuvného dopravního žlabu.

22

Z grafu vyplývá, že pokud zrychlení dopravního žlabu g. f1 bude větší nebo rovno hodnotě zrychlení a, bude se materiál pohybovat společně s dopravním žlabem, (rychlost materiálu bude rovna rychlosti žlabu, místo od bodu 0 až do bodu A, dále od bodu D až do bodu E) Pokud zrychlení dopravního žlabu bude větší než g. f1 , dojde ke klouzání a částice materiálu se budou pohybovat zrychlením a m = g . f 1 (stav mezi body A – D). V celém časovém průběhu bude tedy dosaženo střední rychlosti v s , která bude dána součinem l (amplituda kmitavého pohybu posuvného žlabu) a frekvencí klikového mechanismu.

v s = l.n

Za předpokladu vytvořeného konstantního průřezu vrstvy materiálu o hodnotě S bude při této střední rychlosti vs dosaženo výkonnosti posuvného žlabu: Q = S .v s .ϕ

/kg/s/

Z této rovnice lze pro požadovanou synchronizaci stacionární soupravy odvodit potřebné rozměry žlabu.

3.3.7. Dopravní třasadla Dopravní třasadla mají žlab uložen na vzpěrných ramenech, které jsou vetknutě uložena jak na žlabu, tak na základu. Počet frekvencí se u nich pohybuje v rozmezí 2 až 10 s −1 při amplitudě kmitu 12 - 20 mm.

Schéma dopravního třasadla s hnacím klikovým mechanismem. (1-dopravní žlab, 2-vzpěrná ramena, 3-klikové ústrojí)

23

Žlab je poháněn klikovým mechanizmem, jehož osa je kolmá ke směru vzpěrných ramen. Protože ramena jsou postavena od svislice šikmo pod úhlem β = 20°, má kmitavý pohyb žlabu nejen složku vodorovnou, ale i svislou. Svislá složka zrychlení kmitavého pohybu je funkcí úhlu pootočení a dynamická síla, kterou složka zrychlení vyvolává, mění velikost normální (kolmé) reakce Fn materiálu na žlab a tím umožňuje pohyb materiálu ve žlabu. Za předpokladu ryze harmonického pohybu žlabu lze velikost normální (kolmé) reakce Fn, kterou působí částice materiálu na žlab určit ze vztahu: Fn = m.g + m.a zy = m.( g + a zy )

veličina a zy (m.s −2 ) představuje svislou složku zrychlení dopravního žlabu, její velikost je dána derivací rychlosti dopravního žlabu v zy podle času t. Aby mohlo třásadlo správně pracovat je třeba splnit podmínku, reakce Fn musí mít vždy kladnou hodnotu, v opačném případě by materiál na dopravním žlabu nadskakoval a z dopravního třasadla by se stalo třásadlo třídící. Maximální přípustná frekvence otáčení n max =

1 2π

g r. sin β

Při těchto otáčkách je dosahováno výkonnosti dopravního třasadla, jejíž velikost je dána stejným vztahem jako u posuvných žlabů.

3.3.8. Vibrační dopravníky Vibrační dopravníky mají dopravní žlab zavěšen nebo podepřen na pružinovém závěsu. Do kmitavého pohybu jsou uváděny budičem kmitů. Vyznačují se vysokým počtem frekvencí (v rozmezí 20 - 100 s −1 ) a minimální amplitudou kmitů (0,05 – 10mm), takže dosahují zvýšenou průměrnou rychlost v s . Jsou vhodné pro dopravu materiálů na kratší vzdálenosti (asi do 20m) s přípustným sklonem dopravního žlabu ±20° od vodorovné roviny. Umožňují tedy i dopravu materiálu směrem nahoru. Vertikální složka zrychlení žlabu a zy přesahuje u nich totiž tíhové zrychlení, takže částice materiálu jsou vrhány vpřed a opisují vrhové paraboly.

24

Schéma vibračního dopravníku s budičem kmitů

Aby došlo k požadovanému mikrovrhu částic materiálu, musí být kmitavý pohyb dopravního žlabu ryze harmonické povahy. Při sklonu pod úhlem β ve směru l se jeho dráha o velikosti l z = r (1 − cos ω.t ) (m) rozloží obdobně jako u dopravních třásadel na dvě složky – vodorovnou x z a svislou y z , jejichž hodnoty odpovídají:

x z = r. cos β .(1 − cos ω.t )

/m/

y z = r. sin β .(1 − cos ω.t )

/m/

Na těchto drahách bude kmitavý pohyb uskutečňován určitými složkovými rychlostmi v zx a v zy při určitých složkových zrychleních a zx a a zy . Jejich velikost se určí první nebo druhou derivací dráhových složek x z a y z podle času t. Na vznik požadovaného mikrovrhu částic materiálu bude mít při tom rozhodující vliv

časový průběh svislých složek, svislá složka rychlosti v zy a svislá složka zrychlení a zy .

Graf průběhu svislých složek rychlosti v zy a zrychlení a zy vibračního dopravníku

25

Z uvedeného grafu je zřejmé, že materiál se bude z počátku pohybovat synchronně s dopravním žlabem a to tak dlouho, dokud vertikální zrychlení a zy nepřekročí záporné tíhové zrychlení g, což nastane v době t 0 . Pak se částice materiálu odpoutá od žlabu a nastane požadovaný mikrovah. Předpokládá se však, že v uvedeném čase t 0 má

částice materiálu vektor rychlosti totožný shodný se žlabem. Ukončení mikrovrhu částic materiálu nastane v okamžiku opětovného dopadu materiálu na žlab a to za čas t d Při daných kinematických poměrech je dosahováno určité střední rychlosti materiálu v s . Protože ji kromě úhlu sklonu β ovlivňuje především počet frekvencí, je vhodné ji zjišťovat z nomogramu. Pro dané rozmezí počtu frekvencí n (20 - 100 s

−1

) činí

prakticky tato rychlost 0,125 – 0,6 m.s −1 . Obdobně jako u pohyblivých žlabů je tato střední rychlost rozhodujícím parametrem pro stanovení dosahované výkonnosti Q /kg.s −1 /

Vibrační dopravník

3.3.9. Pásové dopravníky Pásové dopravníky jsou určeny k přemísťování materiálů sypkých, zrnitých a drobovitých ve stavu suchém, vlhčeném až kašovitém a to v rovině vodorovné nebo pod mírným úhlem. Proto se s výhodou používají u všech stacionárních systémů

26

s horizontálním uspořádáním článků. Jejich největší přípustný sklon je dán součinitelem tření mezi materiálem a dopravním pásem, který se pohybuje v rozmezí 15 – 38 °. Obecně ho lze stanovit vztahem:

β max = ϕ1 − 10°

Vyznačují se příznivými provozně-technickými vlastnostmi, které plynou s velké provozní rychlosti dopravního pásu (v = 1,0 – 3,5 m.s −1 ). Tato rychlost zaručuje při dané dopravní výkonnosti malé měrné zatížení pásu. Rovněž spotřeba energie na pohon, vztažená na jednotkové dopravní množství materiálu, je menší než u ostatních mechanických dopravníků. Základním funkčním prvkem pásových dopravníků je dopravní pás, který je nejen nosným, ale i tažným elementem. Tomuto pásu je udělován pohyb hnacím bubnem s hnacím ústrojím. Na protilehlém konci je napínán napínacím bubnem. Prostřednictvím válečkové stolice s podpěrnými a nosnými válečky je celá konstrukce uložená v rámu dopravníku. Dopravní pás je nekončitý, zpravidla pryžový. Jeho konstrukční tloušťka h přímo závisí na počtu textilních vložek, zvulkanizovaných do pryžového pojidla. Nosná větev dopravního pásu vymezuje svojí konstrukční šířkou B průřez vrstvy materiálu. Ke zvětšení průřezu je možno ji formovat dvěma nebo třemi válečky v horní stolici, takže kromě rovného ložného profilu pásu lze patřičným sklonem nosných válečků získat i korýtkový profil.

Schéma ložných profilů (a-rovný, b-korýtkový)

27

U rovného dopravního pásu, který je uložen na vodorovném nosném válečku je průřez ložné plochy materiálu vymezen parabolou s velikostí: S=

2 1 b.h = b 2 .tgϕ 3 6

/m²/

b- šířka materiálu, uloženého na dopravním pásu /m/ dosahuje cca 0,8 – 0,85 šířky pásu B h – výška vrstvy materiálu na dopravním pásu /m/

φ- sypný úhel materiálu, daný úhlem vnitřního tření /°/

U korýtkového dopravního pásu uloženého na dvou nebo třech nosných válečcích se celkový průřez ložné plochy materiálu skládá ze dvou dílčích ploch S1 a S2. Horní plocha S1 je opět vymezena parabolou

S1 =

1 2 b1 .tgα 6

/m²/

Plochu S2 je možno považovat za plochu lichoběžníku. Při konstrukční hodnotě sklonu S1 = 0,05.b1

bočních válečků α = 20º

2

/m²/

Z rovnice kontinuity je zřejmé, že průřez ložné plochy materiálu S /m²/ při určité rychlosti pohybu pásu v /m.s

−1

/ bezprostředně ovlivňuje výkonnost pásových

dopravníků Q. Proto je snaha konstruktérů tento průřez, zejména u korýtkových dopravních pásů zvětšovat a to cestou zvyšováním úhlů sklonu bočních válečků až na hodnotu 35º. Hnací a napínací bubny bezprostředně zajišťují pohyb dopravního pásu. Proto je nutné aby svým vhodně voleným průměrem Db zaručovaly správné přilnutí dopravního pásu při maximálně možném úhlu opásání α. Této podmínce vyhovuje průměr bubnu o velikosti násobku koeficientu přilnutí dopravního pásu k bubnu (jeho velikost závisí na ohybových vlastnostech textilních vložek a zpravidla se pohybuje v rozmezí 0,12 – 0,14) a počtu textilních vložek. Kromě podmínky správného přilnutí je ještě nutné, aby mezi bubny a pásem bylo dosaženo maximálního součinitele tření f1(tg1), potřebného pro přenos třecího pohonu. Z tohoto důvodu nesmí být povrch bubnu víc hladký, a proto se velmi často obkládá pryží, nebo dřevěnými lištami. Hnací buben přenáší převodem do elektromotoru kroutící moment na dopravní pás. Napínací buben zajišťuje dodatečné vypnutí pásu a je proto posuvný ve směru podélné osy dopravníku. Potřebná napínací síla Fz je přitom vyvíjena pružinami, závažím nebo napínacími šrouby. 28

Válečková stolice z nosného rámu a v něm valivě uložených válečků. Nosné válečky v horní stolici pracovní větev dopravního pásu, válečky dolní stolice naopak zpětnou větev pásu. Tím zabraňují nežádoucímu průhybu pásu. Jestliže na dopravní větvi činí jejich rozteč lv, pak v místě násypky by měla činit 0,5 lv a na zpětné větvi 2 lv.

Schéma dopravního pásu s hnacím a napínacím bubnem a jeho třetího pohonu

Při provozu pásových dopravníků je materiál přiváděn na dopravní pás zpravidla násypkou a vytváří na něm souvislou vrstvu, takže dosahovaná výkonnost Q /m³. s −1 / je dána rovnicí kontinuity (Q = S. v). Z pásu může být materiál odváděn dvěma způsoby, a sice na libovolném místě pásu pomocí stíračů nebo přepadem přes koncový buben. Použití jednostranných nebo oboustranných stíračů je méně používáno, neboť v důsledku zvýšených pracovních odporů vyžaduje zvýšenou spotřebu energie. Výhodnější a častější je vyprazdňování materiálů přes okraj dopravního pásu. Využívá se při něm kinetické energie, kterou částicím udílí rychlost dopravního pásu. Částice materiálu po opuštění dopravního pásu odlétají tak na určitou vzdálenost L po parabolické dráze, jejíž parametry lze odvodit ze zákonů mechaniky. Maximální možné délky letu L bude dosaženo při úhlu βmax = π/4, naopak maximální výšky dráhy

částic materiálu Hmax bude dosaženo βmax = π/2. Uvedenými

technicko-provozními

parametry

patří

pásové

dopravníky

mezi

nejvýhodnější typy dopravních zařízení.

29

Jednoduchý pásový dopravník

Vakové dopravníky Ve všech oblastech manipulace a dopravy sypkých materiálů se zpřísňují požadavky týkající se ochrany životního prostředí a hygieny práce. Nové emisní normy výrazně snižují přípustné množství pevných částic v ovzduší, což vede k vývoji nových principů kontinuální dopravy. U nových dopravních systémů je nutné zajistit nehlučný a neprašný provoz a vysoký stupeň provozní spolehlivosti spojený s dlouhou životností. Jedním s poměrně nových systémů pro přípravu směsy sypkých materiálů v uzavřeném prostředí jsou tzv. vakové dopravníky. Vakový dopravník je dopravník speciální konstrukce. Speciální pryžový pás je opatřen na okraji klíny a je svinut do vaku. Materiál je dopravován po celé délce v uzavřeném prostoru. Systém vakového dopravníku umožňuje nakládání materiálu v kterémkoliv místě trasy. Vyprazdňování se děje na výsypném bubnu, kde dochází k rozbalení pásu nebo je možné případný odběr materiálu provádět speciálním vyprazdňovacím šnekem. Vratná větev je rovněž uzavřena a nedochází tady k znečišťování prostoru pod dopravníkem zbytky přepravovaného materiálu. Pohon dopravníku je zajištěn soustavou parciálních pohonů rozmístěných na trati. Hnací síla je přenášena na pás zpravidla pomocí třecích kladek. Systém parciálních pohonů je lepší z hlediska lepšího rozložení tahových sil v pásu,

čímž se snižují nároky na pevnost pásu v tahu a může být použito menšího počtu nosných vložek v pásu.

30

Popis jednotlivých hlavních částí vakového dopravníku: 1. Násypná stanice – je speciální konstrukce štěrbinového tvaru, pro snížení tření je styčná plocha mezi násypnou stanicí a pryžovým pásem vyložena polyuretanovými deskami. Celá konstrukce je v prachotěsném provedení. 2. Výsypná stanice – je ocelové konstrukce, výsypný buben není poháněný a je maximálně odlehčen. Ve výsypné stanici dochází k rozbalení pryžového pásu a k vysypávání materiálu. Proti úniku prachu je stanice opatřena pryžovým těsněním a zkrápěním přesypu. Pro usměrnění toku materiálu (vysoká dopravní rychlost) je ve stanici umístěn nastavitelný štít s výměnnými otěrovými deskami. 3. Napínací stanice – skládá se z vratného bubnu uloženého na vozíku a napínací věže. Vozík je napínán pomocí lan a kladek závažím v napínací věži. Pojezd vozíku eliminuje pružné deformace pryžového pásu (hlavně ve fázi rozjezdu dopravníku) 4. Trať dopravníku – je vyrobena zpravidla s válcovaných profilů. Na trati jsou umístěny nosné válečky o daném průměru a s danou roztečí. Přítlačné kladky slouží k seřízení přítlačného pásu. Na trati jsou dále umístěny poháněcí jednotky. 5. Poháněcí jednotky – každou jednotku tvoří dva pohony. Pohon tvoří převodovka s přírubovým motorem a poháněcí kladka, ve které je nalisována volnoběžka, jež zajišťuje plynulý chod dopravníku při poruše pohonu. V šikmé části jsou použity brzdové elektromotory. Pro zajištění přenosu třecí síly na pryžový pás je hnací kladka opatřena vrstvou polyuretanu. 6. Pryžový pás – je to speciální konstrukce. Na okrajích bývá nalepen nosný klín. Porovnáme-li vakový dopravník s klasickým dopravníkem vyplynou následující výhody: Materiál je dopravován v celé délce v uzavřeném prostoru. (platí pro značné přenosové vzdálenosti). Po zprovoznění vysoce poklesne prašnost, především v uzlech a dopravníkových mostech. V pryžovém pásu nevznikají velké tahové síly a pás je tedy lehčí tudíž energeticky méně náročný. Ve vakovém dopravníku je možno realizovat oblouky jak ve vertikálním tak i horizontálním směru, lze realizovat i složité dopravní trasy bez nutnosti přesypů. Dopravní rychlost může dosahovat až 10 m/s. Pro dopravníky s vyšší rychlostí tj. nad 4 m/s, jsou kladeny vysoké požadavky na kvalitu výroby, bezpečnostních prvků, seřízení funkčního mechanismu a řízení provozu. Pro vyšší rychlosti dopravníků je výhodné, zvláště při rozjezdu, použít frekvenční měnič.

31

Mezi nevýhody vakového dopravníku patří: vysoká finanční náročnost, která je dána konstrukční náročností a složitostí elektrického vybavení (velký počet pohonů, čidla apod.). V porovnání s klasickým dopravníkem je daleko vyšší požadavek na přesnost provedení vulkanizového spoje pásu, je zde vysoká citlivost na přetížení pásu z důvodu pěchování materiálu. Vzhledem k rozsáhlým možnostem použití a ke stále se zpřísňujícím ekologickým požadavkům je použití tohoto dopravníku velice atraktivní.

3.3.10. Hrabičkové dopravníky Krabičkové dopravníky jsou vhodné k přemísťování materiálů objemných a drobovitých v rovině vodorovné až šikmé s maximálním úhlem zdvihu 45º. Jejich předností je jednoduchá konstrukce a možnost vykládání materiálů na libovolném místě dopravního žlabu pomocí otvorů, uzavíratelných šoupátky. Mezi nevýhody tohoto způsobu dopravy patří především velká energetická náročnost a značné poškozování dopravovaného materiálu roztíráním. Tyto vlastnosti vycházejí z odlišného principu, neboť na rozdíl od pásových dopravníků materiál neunášejí, ale hrnou hrnoucími nástroji (hrabičkami) v nepohyblivém dopravním žlabu. Základním funkčním prvkem krabičkových dopravníků je tažný element, sestávající se z dvou řetězů, k jehož článkům jsou v určité rozteči připevněny hrabičky. Tento konstrukční celek, poháněný řetězovým kolem a napínaný napínacím kolem se pohybuje v dopravním žlabu. Tažné řetězy jsou obdobně jako u pásových dopravníků nekončité, mají tedy tažnou a vratnou větev. Tažná větev je vedena ve dně dopravního žlabu buď se smykovým, nebo kladkovým vedením. U smykového vedení se řetězy s hrabičkami smýkají po dně dopravního žlabu nebo po speciální liště. U kladkového provedení jsou řetězy připevněny ke kladkám pojíždějících po kolejnicích, umístěných po stranách žlabu. Zpětná větev je vedena vždy pod dopravním žlabem. Nejčastěji jsou používány řetězy Gallovy, Ewartovy či článkové s rozebíratelnými pásnicemi. Hnací ústrojí (hrabičky) jsou k tažným řetězům připevněny pomocí speciálních článků. K dopravě materiálů drobovitých nebo materiálů s větší měrnou (objemovou) hmotností jsou obvykle ocelové.

32

Řetězová kola zajišťují posuv tažného elementu s hrabičkami. Hnací řetězové kolo je poháněno přes řetězový převod elektromotorem tak, aby optimální rychlost posuvu tažného elementu činila 0,3 – 0,5 m.s −1 . Napínací kolo napíná řetěz, aby nedocházelo k nežádoucím odporům třením při smýkání v dopravním žlabu. Dopravní proces krabičkových dopravníků nelze považovat za ryze kontinuální, ale naopak za přerušovaný, neboť rozteč hrabiček neumožňuje vytvoření souvislé vrstvy materiálu. Velikost rozteče musí být větší než hodnota l 2 ( l h < l 2 ) a v závislosti na šířce hrabiček by měla činit:

l 2 = (3 − 6)b

Dosahovaná výkonnost krabičkového dopravníku bude: Q = mh .

v lh

/s −1 /

mh -

hmotnostní množství materiálu, hrnuté jednou krabičkou

v-

rychlost posuvu tažného elementu, jejíž optimální velikost činí 0,3 – 0,5 m.s −1 ,

/kg/

v krajních případech až 10 m.s −1 .

l2 -

rozteč hrabiček

/m/

3.3.11. Profilové dopravníky (redlery) Profilové dopravníky jsou prakticky krabičkové dopravníky, upravené pro dopravu sypkých materiálů, jako například obilí, šrotu, krmných směsí apod. Mohou dopravovat materiál v rovině vodorovné, šikmé a svislé, mohou být dokonce i lomené. Dopravuje-li se jimi materiál ze směru vodorovného do svislého, nazývají se L-redlery, naopak pokud dopravují materiál ze směru svislého do vodorovného, nazývají se Z-redlery. Uplatňují se především jako dopravníky k plnění skladovacích prostorů a dále jako plnící dopravníky ve stacionárních krmných systémech na suchá krmiva. Jejich výhodou je, že ve srovnání s ostatními dopravníky při stejné výkonnosti nejmenší průřez a jsou jediným plynule dopravujícím zařízením ve svislém směru. Navíc lze u nich počítat s rovnoměrnou dopravou i bez použití podavačů, na příklad při přímém

33

odběru materiálu ze zásobníku. Jejich nevýhodou je, že se nehodí pro dopravu vlhkých a abrazivních materiálů. Hlavními funkčními ústrojími profilových dopravníků jsou dopravní žlab a v něm se pohybující řetěz s unášeči. (viz obr. 31) Schéma vodorovného profilového dopravníku

Dopravní žlab je složen z několika sekcí o maximální délce 3000 mm. U vodorovných redlerů má dno, postranice a víko. Dno je sešroubováno s postranicemi pevně, víko je naopak uloženo na postranicích volně a zamezuje prášení. K vyprazdňování materiálu na libovolném místě může být opatřeno jedním nebo několika otvory se šoupátkovými uzávěry. U svislých redlerů je dopravní žlab upraven na šachtu. Dopravní řetěz je sestaven s nekončitého okruhu z jednotlivých speciálních článků, kloubově navzájem spojených, v určité vzdálenosti (rozteč 100 – 250 mm) jsou ke článkům navařeny unášeče. Pracovní pásmo s unášeči se smýká po dně žlabu, zpětné pásmo je vedeno v horní části po úhelnících, připevněných uvnitř bočnice žlabu. Rychlost posuvu je menší než u klasických krabičkových dopravníků a pohybuje se v rozmezí 0,006 – 0,14 m.s −1 . Pro práci redlerů je charakteristické, že výška vrstvy hrnutého materiálu h2 je několikrát větší než výška řetězu h1 . U svislých redlerů je pohyb materiálu šachtou směrem nahoru podmíněn požadavkem, aby sypký materiál nepropadal mezerami mezi unášeči, ale naopak byl unášen řetězem vzhůru. Výkonnost obou typů redlerů se vyjádří s rovnice kontinuity. Q = S .v.kψ .ρ

/kg.s −1 /

S - celkový průřez dopravního žlabu nebo šachty redleru

/m²/

v - rychlost pohybu materiálu

/m.s −1 /

kψ - součinitel zaplnění průřezu dopravního žlabu nebo šachty redleru (0,75 – 0,8)

ρ - měrná hmotnost dopravovaného materiálu

/kg.m −3 /

34

3.3.12. Trubkový řetězový dopravník Začlenění trubkového řetězového dopravníku: Trubkový řetězový dopravník (dále jen dopravník) svým provedením náleží mezi dopravníky pro dopravu materiálu ze žlabovitého prostoru s tažným zařízením. Svým charakterem se blíží redlerovým dopravníkům lomeným. Dopravník má ve svém principu zcela jednoduché dopravní zařízení. Mezi poháněcí a vratnou stanicí obíhá řetěz s unášecími kotouči, jehož vratná větev je vedena v potrubí. Vhodnou volbou materiálu, těsnění unášecího kotouče a dopravního potrubí je možné navrhnout dopravník pro dopravu nejrůznějších materiálů. Splňuje náročné požadavky na vlastnosti dopravníku, např. plynotěsná provedení pro přetlak do 0,5 baru až po tlakové provedení (5 barů i více), nebo pro přepravu materiálu s teplotou i přes 600°C. Při těchto teplotách musí být dopravník vybaven kompenzátorem tepelné roztažnosti. Přednosti koncepce, kdy doprava probíhá v uzavřeném prostoru, tj. dopravním potrubí, doplněné o dokonalé propracování všech dílů dopravníku, jak po stránce konstrukční, tak po stránce materiálové předurčují tento dopravník pro širokou oblast využití. Zvláště při řešení složitých problémů podřídit dopravní trasu stávající situaci. Uplatní se zde minimální prostorové nároky a výše popsané vlastnosti dopravníku, ale především možnost provést zakřivení trasy ve všech směrech. Dopravníky jsou vyráběny v široké škále výkonů, od zcela malých průměrů do 100 mm a dopravního výkonu 0,5 m³/hod. až do průměru 250 mm a odpovídajícímu výkonu 110 m³/hod (je avizován dopravník o průměru 300 mm) Dopravní výkon přitom závisí na rychlosti unášecího řetězu, která nebývá vyšší než 0,6 m/s. Z hlediska životnosti a spolehlivosti dopravníku je vhodnější použít nižších dopravních rychlostí a rovněž volit trasu s minimálním počtem oblouků. Délka dopravníku bývá do 60 m při vodorovné dopravě a 30 m při svislé dopravě. Poháněcí stanice se skládá z elektromotoru, převodovky a řetězového kola, které jsou umístěny v hermeticky uzavřeném krytu, kam ústí obě větve dopravníku. Ve spodní

části je kryt opatřen výsypným otvorem s přírubou. Vratná stanice je řešena obdobně, pouze místo pohonu je řetězové kolo opatřeno napínacím zařízením.

35

Dopravníky pracující pouze ve svislém směru jsou napínány buď posunem motoru, nebo jsou bez napínání, přenos síly z řetězového kola na řetěz je zajištěn vlastní hmotností tohoto řetězu. Významnou část dopravníku tvoří jeho řídící systém. Tento systém zajišťuje optimalizaci rychlosti chodu dopravníku v závislosti na jeho vytížení.

Čidlo objemového vytížení snímá okamžitou spotřebu dopravního výkonu a řídící systém na základě těchto údajů volí optimální dopravní rychlost. V praxi to znamená prodloužení životnosti dopravníku, protože pracuje v optimálním režimu s minimálními dopravními rychlostmi a s ní vyplývající energetické náročnosti. Oblast použití: Dopravníky je možno dopravovat většinu materiálů od prachových částic a tekutých kalů až po kusový materiál se zrnitostí cca 90 mm. Koncepční uspořádání dopravníku, jeho těsnost a doprava v navzájem oddělených komůrkách jej přímo předurčuje pro některé oblasti dopravy, jako je doprava problematických sypkých hmot tj. doprava prachů a hořlavých materiálů. Způsob dopravy je relativně šetrný, při dopravě materiálu dochází ke tření mezi materiálem a vnitřní stěnou dopravního potrubí. Vzhledem k malým dopravím rychlostem je deformace dopravovaného zrna malá.

3.3.13. Korečkové dopravníky Korečkové dopravníky jsou určeny k dopravě sypkých, zrnitých a kusových materiálů ve směru svislém nebo šikmém s minimálním úhlem zdvihu β = 60º. K jejich přednostem patří způsobilost dopravy do značných výšek (až 60 metrů) a značný rozsah výkonnosti (Q = 0,02-0,35 m 3 .s −1 ) při poměrně malých průřezových rozměrech. Mezi nedostatky patří značná konstrukční složitost a náchylnost k přetížení, což vyžaduje jejich rovnoměrné plnění materiálem. Po konstrukční stránce sestává korečkový dopravník ze dvou hlavních funkčních skupin dopravního ústrojí, vloženého do dopravního pláště

36

Schéma korečkového dopravníku (1-hlava dopravního pláště, 2-šachta, 3-pata dopravního pláště, 4-dopravní pás nebo řetěz, 5-koreček)

Dopravní ústrojí tvoří nekončitý vlečný prostředek, kterým je buď pás nebo jeden až dva řetězy. Na tomto vlečném prostředku jsou v určité rozteči připevněny korečky. Dopravní pás je pryžový nebo kožený o maximální šířce 300 mm. Používá se u rychloběžných korečkových dopravníků při dopravě sypkých a zrnitých materiálů. V horní a spodní části je veden přes bubny, z nichž je jeden hnací a druhý napínací. Korečky mohou mít různý tvar, pro sypké materiály jsou vhodnější hluboké korečky v opačném případě korečky mělké. Pro správnou funkci dopravního ústrojí korečkových elevátorů jsou rozhodující dva základní technické parametry – rychlost a rozteč korečků. Rychlost dopravního ústrojí rozhoduje při konstrukčně daném poloměru otáčení o způsobu vyprazdňování materiálu z korečků, které může být odstředivé nebo gravitační. Charakter pohybu korečkových dopravníků je pohyb cyklický, sestává se z plnění korečků nasypáváním nebo nahrabáváním materiálu, dopravou materiálu na určitou zdvihovou výšku a jeho vysypáváním. Q = Vk .kψ .ρ .

v l

/kg.s −1 /

Vk -

geometrický objem korečku /m³/

kψ -

součinitel zaplnění korečků materiálem, který má zpravidla hodnotu: kψ = 0,75 – 0,95 u hlubokých korečků

37

kψ = 0,45 – 0,65 u mělkých korečků v-

rychlost pohybu dopravního ústrojí elevátoru, jejíž praktická hodnota se

pohybuje: v = 1,25 – 2,15 m.s −1 při použití pásu v = 0,5 – 1,2 m.s −1 při použití řetězu

l - rozteč korečků na dopravním ústrojí, jejíž velikost se pohybuje v rozmezí 0,3-0,5m. Regulaci výkonnosti na požadovanou hodnotu lze nejlépe zajistit změnou rozteče korečků.

3.3.14. Šnekové dopravníky Šnekové dopravníky slouží k dopravě sypkých, zrnitých a stébelnatých materiálů v rovině vodorovné, šikmé a ve výjimečných případech i svislé. Jejich předností je jednoduchá konstrukce, možnost plnění a vyprazdňování na libovolném místě a spolehlivý provoz při malých rozměrech pracovního ústrojí. Mezi nevýhody patří značné poškozování částic dopravovaného materiálu drcením a roztíráním, vysoká energetická náročnost vyvolaná intenzivním třením částic materiálu o pracovní povrch a s tím i značné opotřebení pracovního materiálu. Těchto „nevýhodných“ vlastností se velmi často využívá ve stacionárních krmných systémech k mačkání a míchání materiálů. Konstrukce se skládá ze dvou funkčních částí – dopravního šneku a dopravního žlabu. Dopravní šnek koná otáčivý pohyb a posouvá materiál ve směru osy žlabu. Aby tento posun materiálu nastal, je nutné, aby tření materiálu o stěny žlabu bylo větší než tření materiálu o povrch závitu šneku, dále je třeba zajistit potřebné zaplnění komory šneku materiálem maximálně do poloviny jeho průřezu. Konstrukčně je dopravní šnek složen s plného nebo trubkovitého hřídele, uloženého v ložiskách a na něm připevněných šnekových článků, tvořících plnou nebo obvodovou šnekovnici.

38

Schéma dopravníkových šneků (a-plná šnekovnice, b-obvodová šnekovnice)

Pro zajištění optimálního dopravního účinku jsou u dopravního šneku rozhodující tři navzájem se podmiňující technické parametry – průměr šneku, stoupání šneku a jeho otáčky. Průměr šneku „D“ je výchozím parametrem, odvozeným z požadované výkonnosti Q/ kg.s −1 /. Pro spolehlivou funkci by mělo platit:

D > (4 – 6) l max pro tříděné materiály D > (8– 10) l max pro netříděné materiály

Stoupání šneku „s“ musí ve vztahu ke zvolenému průměru šnekovnice „D“ umožnit maximální rychlost posuvu materiálu po šnekovnici. Při stanovení jeho velikosti je nutno vzít v úvahu, že normálová síla FN je ke šnekovnici skloněna nejenom pod úhlem

α, ale v důsledku tření materiálu po šnekovnici ještě navíc o úhel φ. Optimální velikost stoupání „s“

s=

π .D. f 1 2

Schéma sklonu normálové síly FN v důsledku tření materiálu o povrch šmekovnice

39

Dopravní žlab, v němž je šnek uložen s vůlí 3 až 5 mm je buď otevřený s poloválcovým průřezem, nebo uzavřený k kruhovým průřezem. Jeho celková délka může činit až 50 m.

Ve

spodní

části

bývá

opatřen

otvory

s uzavíratelnými

šoupátky

pro vyprazdňování materiálu na libovolném místě. Vlivem tření částic o rotující šnekovnici dochází k odklonu hladiny dopravovaného materiálu od vodorovné osy.

Schéma odklonu vrstvy materiálu od vodorovné osy šneku vlivem tření částic o povrch šnekovnice.

Odklonění γ nesmí přesáhnout velikost sypného úhlu materiálu φ, jinak by došlo k sesouvání horních vrstev částic materiálu. Velikost úhlu odklonění γ rozhodujícím způsobem ovlivňuje úhel stoupání šnekovnice

α, jsou optimální dopravní podmínky zajištěny správnou hodnotou stoupání. Při optimálních parametrech lze výkonnost šnekových dopravníků stanovit vztahem: Q=

π .D 2 4

.s.n.kψ .ρ .k β

s – stoupání šnekovnice

/m/

n – otáčky šneku /s −1 /, které v závislosti na třecích vlastnostech materiálu jsou 1,5 až 5,0 s −1 kψ - součinitel zaplnění průřezu dopravního žlabu jehož velikost optimálně činí 0,25 – 0,45 k β - součinitel korekce, vyjadřující zmenšení příčného průřezu dopravovaného materiálu vlivem sklonu, při úhlu sklonu β = 0 činí 1,0 a se zvyšujícím se sklonem postupně klesá.

40

3.3.15. Pneumatické dopravníky Pneumatické dopravníky se používají k dopravě různorodých materiálů a to jak materiálů sypkých a zrnitých (mouka, zrno), tak i materiálů stébelnatých a vláknitých (sláma, seno) Oproti mechanickým dopravníkům mají řadu nesporných výhod. Mezi hlavní přednosti patří především skutečnost, že mohou materiál dopravovat ve všech rovinách, i po zakřivené dráze a často též velmi těžko přístupných míst. Dopravní trasu tvoří zcela uzavřené dopravní potrubí, a proto pracují téměř bez ztrát na dopravovaném materiálu i při značných přepravních vzdálenostech (až 2000 m). Dají se snadno dálkově ovládat, což umožňuje automatizovat jejich provoz. Mezi nevýhody patří větší spotřeba energie na jednotku přepravovaného materiálu, bývá zpravidla 4 – 6krát větší než za stejných podmínek u mechanických dopravníků. Při vyšších dopravních rychlostech se mohou přepravované materiály poškozovat nárazem na stěny potrubí. Pneumatické dopravníky nejsou schopny přepravovat materiály s větší měrnou hmotností a materiály se sklonem ke koagulaci a nalepování. K pohybu materiálu využívají pneumatické dopravníky aerodynamických účinků proudícího vzduchu. Předpokladem je, aby tomuto proudícímu vzduchu v potrubí byla ventilátorem udělena taková rychlost, která by zabezpečila unášení částic materiálu, v opačném případě by docházelo k nalepování částic materiálu na stěny dopravního potrubí, případně až k jeho ucpávání a tím by byl dopravní proces narušován. Ve svislém potrubí působí na každou částici materiálu při zanedbání nepatrné třecí síly Ft dvě hlavní síly – tíhová síla materiálu Fg a aerodynamická síla proudícího vzduchu F.

Tíhová síla:

Fg = m .g = .Vm .ρ m .g

/N/

m – hmotnost dopravovaných částic materiálu

/kg/

Vm - objem dopravovaných částic materiálu

/m³/

Aerodynamická síla proudícího vzduchu vyjadřuje jeho unášecí schopnost a činí: Fg = k .S .ρ v .

(v − v m ) 2 2

k - koeficient čelního odporu vzduchu, který podle částic materiálu má hodnotu 0,23 – 0,72

41

S – plocha kolmého průřezu částic materiálu, která je vystavena působením vzdušného proudu

ρ v - měrná hmotnost proudícího vzduchu

/kg.m −3 /

v – rychlost proudícího vzduchu, v m - rychlost částic materiálu ve vzdušném proudu

Částice materiálu ve vodorovném proudění se pohybuje pomocí turbulentního proudění, při kterém dochází k vzájemnému tření mezi částicemi a narážením částic o stěny potrubí. Podmínka pohybu částic v potrubí je, aby rychlost proudění vzduchu byla větší než rychlost vznosná, která bude současně limitujícím faktorem mezního stavu dopravního procesu. Na velikost tohoto zvýšení má kromě měrné hmotnosti materiálu bezprostřední vliv součinitel koncentrace pneumatické dopravy.

µ=

Qm Qv

/m.s −1 /

Qm - hmotnostní množství dopravovaného materiálu, dopravovaného v potrubí za čas Qv - hmotnostní množství vzduchu, proudícího v dopravním potrubí za časovou jednotku

Čím větší bude koncentrace dopravy, tím větší musí být provozní rychlost proudícího vzduchu. V běžných podmínkách při součiniteli koncentrace dopravy µ = (2 -3), provozní rychlost se pohybuje v rozmezí 15 – 27 m.s −1 , což odpovídá přibližně 1,5 násobku rychlosti vznosné. Vlastní proces pneumatické dopravy lze uskutečňovat trojím způsobem – sacím (podtlakovým), tlačným (přetlakovým) a kombinovaným.

3.3.16. Podtlakové pneumatické systémy Podtlakové dopravníky se používají k ukládání materiálu sypkého a zrnitého z různých skladovacích prostorů na jedno místo vyskladnění. Jejich výhodou je možnost odsávání materiálu i ze špatně přístupných míst.

42

Materiál je nasáván pod tlakem prostřednictvím sací jehly a odváděn spolu se smíšeným vzduchem do odlučovače. V odlučovači se odděluje dopravovaný materiál do vzduchu. Odsávaní materiálu při běžné provozní rychlosti vzduchu 15-25 m.s

−1

zajišťuje

ventilátor, který je umístěn buď za odlučovačem, nebo je vřazen do porubí mezi sací jehlu a odlučovač a to v případě, že nehrozí nebezpečí poškozování materiálu oběžným kolem ventilátoru.

Schéma podtlakového pneumatického dopravníku

Pro správnou funkci celého systému je třeba zvolit vhodný druh jehly a druh radiálního ventilátoru. Sací jehla se skládá ze dvou soustředných válců, v nichž jeden je spojen ohebnou hadicí (savicí) s dopravním potrubí a druhý (vnější) má v horní části otvory, jimiž se při zaboření jehly do materiálu nasává vzduch. Tento vzduch proudí prostorem mezi vnitřním a vnějším válcem do směšovacího prostoru, v němž se otáčí o 180°, strhává materiál, mísí se s ním a v protisměru vchází do dopravního potrubí. Velikost vnitřního průměru sací jehly D pro požadovanou výkonnost Q udává vztah: D = (0,008 − 0,01).Q Odlučovač (cyklon) využívá k oddělení materiálu od proudícího vzduchu tíhové síly materiálu a síly tření, která vzniká působením odstředivé síly.

3.3.17. Tlakové pneumatické dopravníky Přetlakové dopravníky mají stejné použití jako dopravníky podtlakové, jejich výhodou je, že umožňují dopravu na větší vzdálenost a do větších výšek než dopravníky sací. Materiál se do nich vpravuje do tlakového potrubí násypkou s Venturiho podavačem, přetlakový vzduch vhání do dopravního potrubí radiální ventilátor s rychlostí 15–30 m.s −1 , umístěný v potrubí 2 – 3 metry před Venturiho podavačem.

43

Schéma tlakového dopravníku

3.3.18. Kombinované pneumatické dopravníky Kombinované pneumatické dopravníky mají přednosti tlakových a podtlakových systémů. Umožňují odsávání materiálů z libovolného místa, tak jeho dopravu do jakéhokoliv skladovacího prostoru, přitom je možno jejich provoz plně automatizovat. Materiál je nejprve nasáván sací jehlou do sacího potrubí a odtud do odlučovače. V odlučovači je materiál oddělen od vzduchu, hromadí se v jeho spodní části a vlastní tíhou padá do turniketového dávkovacího kola, které jej vpravuje do výtlačného potrubí. Odsávání v sací větvi a výtlak do přetlakové větve zajišťuje buď jeden, nebo více ventilátorů vřazených do potrubí na rozhraní obou větví.

Schéma kombinovaných pneumatických dopravníků

44

3.4. Dávkovače sypkých hmot Dávkovače sypkých hmot zabezpečují nadávkování sypké hmoty v požadovaném množství a v požadovaném čase, umožňují kvantitativní změnu dávkovaného množství materiálu. V technologiích dávkování sypkých hmot se uplatňují dva principy nadávkování sypké hmoty, tj. objemové a hmotnostní dávkování. Objemové dávkování se vyznačuje tím, že dávkovaný materiál zaujímá předem definovaný objem dávkovací komory, materiál je v kvantech dávkován na požadované množství, změna množství dávkovaného materiálu je zpravidla možná jen změnou frekvence zaplňování či uvolňování materiálu z objemové dávkovací komory či změnou otáček funkční části dávkovače. Hmotnostní dávkovače se vyznačují vážením hmotnosti určitého množství dávkovaného materiálu za časovou jednotku, jsou zpravidla vybaveny váženým mostem, řídící jednotkou a vyhodnocovací jednotkou. Objemové dávkování je poměrně nepřesné, dosahovaná přesnost činí (1 – 3%), v některých případech i nad 10 %. Hmotnostní dávkování dosahuje v běžných provozech přesnost (0,4 – 1%), tyto hodnoty se mohou výrazně lišit podle technologie a druhu dávkovaného materiálu, např. dosahovaná přesnost dávkování krmných směsí pásovou dávkovací váhou činí stejně jako u objemových dávkovačů přesnost (1 – 3%). Volba vhodného druhu technologie dávkování závisí na kvantitativních i kvalitativních požadavcích dávkovaného materiálu a na jeho mechanicko-fyzikálních vlastnostech (měrná hmotnost, sypný úhel, vlhkost a přilnavost).

3.4.1. Dávkovač šoupátkový Šoupátkový dávkovač je jednoduchý typ objemového dávkovače, který odměřuje dávky s přerušovaným procesem, zpravidla se umísťuje pod násypku nebo zásobník se sypkou hmotou.

45

Schéma objemového šoupátkového dávkovače (1-zásobník, 2-uzavírací kladka, 3komora, 4-vyprazdňovací klapka)

Jeho činnost je řízena střídavým otvíráním a uzavíráním klapek. K odměření dávky dochází po naplnění komory o definovaném objemu. Dávkování materiálu je cyklické. Výkonnost šoupátkového dávkovače se určí vztahem:

Qd =

V .ρ m tn

/kg. s −1 /

V – objem komory dávkovače

ρ – měrná hmotnost materiálu t n - doba vydání jedné dávky, jejíž hodnota zpravidla činí 30 -120 s.

Příklad použití šoupátkového dávkovače

Šoupátkový dávkovač DS1 je určen pro dávkování větších objemů drobných, sypkých a neprašných produktů jako je rýže, mák, zrnková káva, hrách, čočka, některé druhy těstovin např. kolínka, mušličky a nepotravinářské zboží např. krmné směsi, granuláty apod. Toto zařízení lze použít jako samostatný dávkovač, nebo jej můžeme aplikovat do již stávající linky. Dávkuje se zde pomocí jedné odměrky. Odměrka se v násypce naplní na zadaný objem daný průměrem a výškou odměrky. Naplněná odměrka spodní částí klouže po dně dávkovače. Nad výsypkou je ve dnu dávkovače otvor, kterým se zboží z odměrky vysype. Podle dávkovaného produktu se dodávají různé druhy násypek. K doplňování do násypky dávkovacího zařízení je vhodné použít vynášecí dopravník.

46

Schéma šoupátkového dávkovacího zařízení DS1

Základní technické údaje a popis stroje:

3.4.2. Dávkovač turniketový (rotační bubnový) Turniketový dávkovač odměřuje dávky rotačním pohybem turniketového kola s radiálně umístěnými lopatkami, uloženého v bubnu. Prostor mezi jednotlivými lopatkami a pláštěm bubnu vytváří pracovní komory, které udávají objem základní dávky, její velikost lze teoreticky plynule měnit buď otáčkami nebo aktivní šířkou rotoru.

47

Schéma turniketového dávkovače a jeho činnosti (a – průřez dávkovače, b – graf závislosti stupně zaplnění kψ na otáčkách n)

Tento dávkovač pracuje s kontinuálním provozem, jeho výkonnost je dána vztahem: Qd = S .i.n.b.ρ m .kψ

/kg s −1 /

S – plocha příčného řezu mezi dvěma lopatkami i – počet lopatek na turniketovém dávkovacím kole n – počet otáček turniketového kola, který by měl činit 0,5 -0,67 s −1 b – pracovní šířka jedné lopatky kψ - součinitel zaplnění komor dávkovače (0,8 – 0,9)

Z grafu na obr. 142 vyplývá, že s rostoucími otáčkami n klesá součinitel zaplnění komor kψ a to zejména při hodnotách nad 0,7. Tím je podstatně omezeno využívání počtu otáček při regulaci změny dávky.

Příklad použití turniketového dávkovače

V tomto případě jsou jednotlivé komory turniketového dávkovače nahrazeny odměrkami. Objemový dávkovač MD2 je určen pro dávkování drobných sypkých produktů jako je rýže, mák, zrnková káva, hrách, čočka, některé druhy těstovin např. kolínka, mušličky a nepotravinářské zboží např. krmné směsi, granuláty, apod. Tento dávkovač je ve standardním provedení určen jako dávkovací zařízení k balícím strojům, přičemž

řízení dávkovače obstarává balicí stroj. Dávkovač lze také použít jako samostatný dávkovač s externím ovládáním, nebo upravit na balicí stroje jiného výrobce, či jiné

48

konstrukce. Dávkuje se zde pomocí odměrek. Odměrky se v násypce naplní na zadaný objem daný průměrem a výškou odměrky. Naplněná odměrka spodní částí klouže po dně dávkovače. Nad výsypkou je ve dnu dávkovače otvor, kterým se materiál z odměrky vysype.

Obr. 21 Schéma objemového dávkovače MD2

Základní technické údaje a popis stroje:

49

3.4.3. Dávkovač šnekový Šnekový dávkovač je technicky řešen jako šnekový dopravník, od něj se však odlišuje jinými geometrickými parametry - průměrem, stoupáním a počtem otáček.

Schéma šnekového dávkovače (1-násypka, 2-dávkovací šnek, 3-klapka pro regulaci)

Podle způsobu dávkování je technicky řešen ve dvou variantách. U prvé varianty je hnací jednotka dávkovače ovládána časovým spínačem (pro přerušované dávkování), u druhé varianty je naopak hnací jednotka doplněna regulačním mechanismem na změnu otáček dávkování. Výkonnost dávkovače je definovaná stejně jako výkonnost šnekového dopravníku. Q=

π .D 2 4

.s.n.kψ .ρ .k β

s – stoupání šnekovnice

/m/

n – otáčky šneku /s −1 /, které v závislosti na třecích vlastnostech materiálu jsou 1,5 až 5,0 s −1 kψ - součinitel zaplnění průřezu dopravního žlabu, jehož velikost optimálně činí 0,25 – 0,45 k β - součinitel korekce, vyjadřující zmenšení příčného průřezu dopravovaného materiálu

Příklad použití šnekového dávkovače

Šnekový dávkovač SD1 je určen pro přesné dávkování prašných, obtížně sypných, pudrovitých a granulovaných produktů jako je mletá káva, puding, hladká mouka, cukr

50

moučka, sádra, prací prášky, suché barvy apod. Tento dávkovač je ve standardním provedení určen zejména jako objemové dávkovací zařízení k balícím strojům. Dávkuje se zde pomocí šneku, který vytlačí z násypky přesný objem daný průměrem a stoupáním šneku a počtem otáček. Dávkovač má vlastní řídicí systém, který umožňuje jednoduché a velmi přesné nastavení parametrů dávkování a je plně synchronizován s balicím strojem. Lze jej také použít jako samostatný dávkovač s externím ovládáním, nebo upravit na balicí stroje jiného výrobce, či jiné konstrukce.

Schéma šnekového dávkovače SD1

Základní technické údaje a popis stroje:

51

3.4.4. Dávkovač pásový Pásový dávkovač je založen na principu činnosti pásového dopravníku. Od pásového dopravníku se liší posuvným hradítkem, které definuje objemové množství dopravovaného materiálu, výkonnost a regulaci dávkovaného množství materiálu zabezpečuje stavitelné hradítko.

Výkonnost pásového dávkovače je dána vztahem: Qd = b.h.v.ρ m .kψ b – šířka vrstvy materiálu na dopravníkovém pásu h – výška vrstvy materiálu na dopravníkovém pásu v – rychlost posuvu materiálu na dopravníkovém pásu kψ - součinitel rovnoměrnosti zaplnění dopravníkového pásu, jehož hodnota činí 0,75 – 0,8

Schéma pásového dávkovače (1- násypka, 2 – posuvné hradítko, 3 – dávkovací pás, 4 – výpad)

3.4.5. Dávkovač kotoučový (diskový) Kotoučový dávkovač se převážně používá k nadávkování malého množství materiálu, u něhož se požaduje vysoká přesnost. Jeho hlavní funkční součást je rotující kotouč, na který je materiál přiváděn posuvným válcovým nátrubkem s nastavitelnou výškou. Z tohoto nátrubku je dále na obvodu shrnován stíracím ústrojím.

52

Schéma kotoučového dávkovače (1-násypka, 2-posuvný nátrubek,3 -shrnující stěrka,4kotouč).

Výkonnost dávkovače určují dvě nezávisle proměnné – poloměr válcového nátrubku a výška vrstvy materiálu na kotouči. Výkonnost je dána vztahem: Qd =

2.π 2 .h 2 .ω.ρ m h (R + ) tgϕ 0 2.tg .ϕ 0

h – výška vrstvy materiálu na dopravníkovém pásu

ω – úhlová rychlost rotujícího kotouče

ϕ 0 - sypný úhel materiálu na kotouči ρ m - měrná hmotnost materiálu R – vnitřní poloměr vrstvy materiálu

Ze vztahu vyplývá, že kinematický režim kotoučového dávkovače je určen úhlovou rychlostí ω, aby materiál neodlétával účinkem odstředivé síly, musí platit podmínka nerovnosti síly odstředivé s třecí materiálu o kotouč, vyjádřený vztahem:

m.R0 .ω k 〈 m.g. f 1 2

53

3.5. Současná průmyslová vážící technika Průmyslovou vážící techniku lze dělit podle dvou hlavních kritérií. Prvním kritériem je způsob realizace procesu vážení, druhým pak jeho účel. Při nejznámějším způsobu vážení se vážený objekt nachází po určitou dobu na pevné podložce – tzv. nosiči břemene. Po dosažení klidového stavu, který je charakterizován ustálením údaje o hmotnosti v definovaném časovém intervalu, lze provést odečet hmotnosti. Tento typ vážení, při kterém jsou objekty váženy jednotlivě nebo po částech je nazýván vážením diskontinuálním. Proces, při kterém je hmotnost břemena měřena průběžně a udávána ve vztahu k časovému intervalu (např. t/h), je nazýván vážením kontinuálním. Tento způsob vážení je nejčastěji používán k velikosti průtoku sypkých hmot.. Podle účelu vážení lze až na drobné výjimky rozdělit váhy rovněž do dvou skupin – na váhy technologické a váhy určené pro obchodní účely. Váhy technologické bývají součástí technologických procesů při mísení a míchání směsí, vsázkování do pecí, navažování přísad apod. Váhy pro obchodní účely jsou nedílnou součástí všech obchodních či kontrolních operací vztahujících se k množstvím definovaným hmotností. U technologických vah bývá maximální povolená chyba vážení definována relativní chybou vztaženou nejčastěji k vážícímu rozsahu a pohybuje se v rozmezí 0,1 % až 5 %. Kalibrace technologických vah a kontrola stálosti jejich parametrů jsou výhradně věcí jejich uživatelů a provozovatelů. U vah používaných v obchodním styku, v ekologii, zdravotnictví a v některých dalších odvětvích, si v většině vyspělých zemí stát vyhrazuje právo nad jejich metrologickými parametry a používáním. Veškeré právní aspekty výroby a používání těchto měřidel jsou v České republice definovány zákonem o metrologii. Tyto váhy patří do skupiny měřidel označená jako Stanovená měřidla, která podléhá tzv. legálnímu metrologickému dozoru. Konstrukce a metrologické parametry nových typů vah zařazených mezi stanovená měřidla musí být před uvedením na trh prověřeny typovými zkouškami vykonanými příslušnými orgány.

54

Graf dovolených chyb vyjadřující přípustné odchylky elektromagnetické váhy ve třídě přesnosti III.

Po uvedení vah do provozu jsou jejich parametry ověřovány při tzv. prvotních ověřeních. Stejná ověřování probíhají pak periodicky v intervalech stanovenými příslušnými vyhláškami. Převážná většina vah používaná v obchodím styku je zařazena mezi váhy s neautomatickou činností, tj. váhy, které vyžadují zásah operátora během vážícího procesu, například během naložení nebo odstranění měrného břemene s nosiče a také za účelem získání výsledku vážení. Metrologické požadavky kladené na statické váhy s neautomatickou činností schopné ověření jsou shrnuty e evropské normě EN 4550 s názvem Metrologické aspekty vah s neautomatickou činností, která byla zpracována společnou skupinou CEN (Comité Europeén de Normalisation – Evropská komise pro normalizaci) a CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrotechnique – Evropská komise pro normalizaci v elektrotechnice). Tato norma vychází z doporučení OIML R 76-1 z roku 1992 s názvem Váhy s neautomatickou činností. Váhy jsou podle této normy rozděleny do čtyř tříd přesnosti na váhy jemné, přesné, běžné a hrubé. Váhy s neautomatickou činností používané v obchodním styku musí splňovat požadavky třídy přesnosti běžných vah (podle Doporučení OIML R 76-1 označované též OIML Ш). Maximální dovolené chyby této třídy jsou definovány diagramem na předchozím obrázku. Měřítkem na vodorovné ose je zatížení váhy v počtu dílků, na svislé ose pak maximální povolená chyba rovněž v počtu dílků. Plná čára definuje maximální přípustné chyby

55

při ověřování, čímž má být garantována maximální přípustná chyba po celou periodu mezi následnými ověřeními (čárkovaná čára).

3.5.1. Kontinuální dávkování Sypké materiály mohou být dávkovány na principu měrného objemu nebo měrné hmotnosti. Při objemovém dávkování je cílem dosažení rovnoměrného toku materiálu, jehož velikost je zadávána a sledována v m³/h nebo častěji v l/h. Zařízení pro objemová dávkování fungují většinou bez zpětné vazby, protože následné měření objemu vstupního materiálu je prakticky nemožné. Pouze u materiálu s konstantní sypnou hmotností lze provést kontrolu vážením a přepočtem na objem. Typickými objemovými dávkovači jsou šnek a turniket. U obou zařízení je dlouhodobá i krátkodobá stabilita dávkování závislá na zachování konstantního a pokud možno vysokého stupně plnění podavače. Hodnoty plnění u šnekových a turniketových podavačů se pohybují v rozmezí 60-90 % teoretického objemu a jsou velmi závislé na vlastnostech materiálu a tvaru výstupní části zásobníku. Pro zlepšení přísunu materiálu do podavače jsou často do spodní části zásobníku a sil montovány tzv. aktivátory, které odstraňují klenby a vzduchové bubliny v blízkosti vstupu do podavače a zajišťují homogenní přísun materiálu. Jedná se o různá rotující tělesa vhodných tvarů, která promíchávají nebo seškrabují materiál na stěnách zásobníku.

Obr. 69 Princip pružné stěny u objemových dávkovačů uváděné do kmitavého pohybu „pádly“

56

Další způsob zlepšující plnění zejména šnekových podavačů je znázorněn na obr. 69. Je nazýván FlexWall (Pružná stěna) a sestává se s dvou hlavních elementů – násypky vyrobené s pružného a velmi odolného materiálu a ze systému „pádel“ s odpovídajícím pohonem. Pádla umístěná ve vhodné vzdálenosti od násypky se pohybují způsobem naznačeným na obrázku a vtlačují střídavě horní a dolní části dovnitř. Tím je materiál v násypce stále udržován v pohybu, což zajišťuje jeho rovnoměrné zatékání do závitů vynášejícího šneku.

Obr. 70 Principální schéma kontinuálního dávkovacího systému

Systémy pro kontinuální dávkování sypkých hmot lze obecně charakterizovat blokovým schématem na obr. 70. Je zřejmé, že se jedná o klasický regulační obvod. Protékající množství materiálu vynášené podávacím zařízením ze zásobníku je měřeno a hodnota okamžitého dopravovaného množství (t/h) je porovnávána s hodnotou žádanou. Podle rozdílu těchto dvou hodnot je regulován výkon objemového podávacího zařízení. Zásobníky dávkovaného materiálu mohou být realizovány různým způsobem. Jedná se většinou o kontejnery, zásobníky, sila a skládky rozmanitých forem, jejichž objem musí být v relaci s typem a výkonem dávkovacího zařízení a možnostmi periodického doplňování. Tvar zásobníku, zejména jeho spodní části vycházejí s vlastností dávkovaného materiálu. Pro optimální objemové nebo hmotnostní dávkování je nutný plynulý přísun

57

materiálu do prostoru jeho vynášení. Největším problémem je vynášení lepivých a klenbu tvořivých materiálů malými otvory. Pro vynášení materiálu ze zásobníků existuje celá řada vhodných zařízení. Jsou to především šnekové a spirálové podavače, turnikety, pneumatické válce, pásové podavače, článkové pásové podavače, redlery, vibrační žlaby a nejrůznější vyhrabovací pásy a rošty. Jejich výběr záleží na požadovaném výkonu a vlastnostech použitého materiálu.

Obr. 71 Vynášecí šneky a spirály diferenciálních dávkovacích vah

Na obr. 71 je několik příkladů vynášecích šneků a spirál používaných v diferenciálních dávkovacích vahách a na obr. 72 podávací vibrační žlab pro přímý odtah ze sila.

Obr.72 Vibrační žlab pro přímý odtah materiálu ze sila

58

Tab. 5 Výběr podavače podle typu materiálu

Tab. 6 Výběr měřícího zařízení podle typu materiálu

59

Pro hrubou orientaci o použitelnosti jednotlivých podavačů uvádím tabulku 5. Podle údajů v tabulce lze navrhnout vhodné podávací zařízení, které bude respektovat vlastnosti dávkovaného materiálu. Dalším kritériem pro volbu zařízení je potřebný výkon podavače s ohledem na požadovaný regulační rozsah dávkovacího systému. Spodní a horní hranice podávacího výkonu většiny zařízení je určena konstrukčními možnostmi respektujícími fyzikální zákony. Nelze například libovolně zmenšovat výkon turniketu zmenšováním jeho rozměrů, neboť malým vstupním otvorem neprotéká vůbec. Snižování počtu otáček rotoru většího turniketu vede naopak ke značným nepravidelnostem v podání materiálu zaviněným skokovým vyprazdňováním komor. Při výpočtu otáček je třeba vycházet z předpokládaného dosažitelného objemového toku a z rozptylu sypké hmotnosti, který se u běžných materiálů pohybuje v rozmezí ± 20%.

Řada v technické praxi běžně používaných materiálů vykazuje silné abrazivní účinky při styku se stěnami dopravních cest vynášecích prvků, což významně snižuje funkčních prvků potažmo zařízení. Podávací zařízení použitelná pro tyto materiály musí být chráněna použitím speciálních materiálů nebo povrchových úprav. Návrh optimálního podavače respektující vlastnosti materiálu umožňující podávání o žádaném výkonu a regulačním rozsahu není snadnou záležitostí a vyžaduje mnohaleté zkušenosti a řadu pokusů v materiálových laboratořích. Renomovaní světoví výrobci zabývající se dopravou a dávkováním sypkých hmot disponují databázemi většiny materiálů používaných v hlavních průmyslových odvětvích. Tyto dříve získané pozitivní i negativní poznatky jsou při návrhu nových systémů hojně využívány, což je zárukou spolehlivého a bezproblémového řešení. Měřící zařízení pro zajišťování okamžité hodnoty přepravovaného množství je popsána v kapitole kontinuálního vážení. V tab. 6 je uveden orientační přehled vhodných měřících zařízení pro různé typy materiálů. Při kontinuálním dávkování sypkých hmot vznikají různé druhy systematických nebo náhodných chyb. Jako chybu dávkovací se označujeme absolutní hodnotu okamžité hodnoty rozdílu mezi požadovaným dávkovacím výkonem a výkonem skutečným. Tato chyba se v průběhu procesu neustále mění a pro uživatele je směrodatná její mez. Její maximální hodnota závisí na vlastnostech materiálu, kvalitě podavače, chybě měřícího

členu a zesílení v regulační smyčce. U běžných dávkovacích systémů se tato chyba pohybuje obvykle v rozmezí 0,25-2 %. Protože se nejedná o měřící zařízení, ale 60

o rozsáhlý regulační systém, jehož některé prvky jsou na straně zákazníka, lze chybu dávkování určit zodpovědně teprve po hlubší analýze a pouze pro daný případ. Pro posouzení kvality dávkování se v mnoha případech udává také krátkodobá dávkovací konstanta, jejíž odchylky mohou v některých technologických procesech přivodit zásadní problémy. Odchylky krátkodobé dávkovací konstanty jsou chybou principální, vyplývající z podstaty regulačního procesu. Vzniká pomalými nebo nedostatečnými odezvami regulačního obvodu, který nedokáže dostatečně rychle reagovat na regulační odchylky. Její velikost lze definovat více způsoby, ale téměř vždy se jedná o odchylky skutečného přepravního výkonu opakovaně měřené (10x – 20x) v krátkých intervalech po sobě.

3.5.2. Dávkovací pásové váhy Princip

nejznámějšího

a

nejpoužívanějšího

z principálního schématu na obr. 73

dávkovacího

systému

je

patrný

Regulátor porovnává okamžité přepravované

množství s množstvím požadovaným a vzniklou regulační odchylkou je regulována rychlost vynášecího pásu a tím i přísun materiálu tak, aby tato odchylka byla minimální. Pohyb dopravního pásu, který u pásové váhy slouží zároveň jako pás vynášecí, je zjišťován střídavým elektromotorem s vhodně dimenzovaným převodovým ústrojím. Rozpojíme-li zpětnovazební smyčku, vyřadíme porovnávání a regulaci podle okamžité hodnoty zatížení pásu v místě vážící stolice a získáme tak objemový dávkovač.

Obr. 73 Principální schéma dávkovací pásové váhy

61

Pro měření okamžitého přepravovaného množství pásovým dopravníkem jsou použity principy shodné s klasickou pásovou váhou. Dávkovací pásové váhy jsou běžně konstruovány v délkách 1,5 – 8 m .Tato vzdálenost je definována vzdáleností hnacího a vratného bubnu. Vzhledem k těmto minimálním délkám není možno používat klasické válečkové stolice tvaru „U“ nebo „V“. Dopravník je vybaven rovnými válečky a přímý běh pásu je zajišťován speciálními mechanickými a elektronickými prvky. Konstantní napětí pásu, které je podmínkou správného měření hmotnosti, je vytvářeno napínacími prvky založenými na gravitačním principu. Znečisťování dopravního pásu a následně i hnacího a vratného bubnu může vést k jeho vybočování, které již není možno vodícími elementy korigovat. Změna průměru a odchylky od kruhovitosti hnacího bubnu jsou dále příčinnou nepravidelného běhu a vibrací. Dávkovací pásové váhy určené pro dávkování lepivých materiálů bývají obvykle vybaveny vhodnými stěrkami pro odstraňování nálepů z obou stran dopravního pásu. Tím je napomáháno jeho precisnímu chodu a zároveň jsou minimalizovány změny jeho táry. Hlavním úkolem dávkovacích pásových vah je vytváření konstantního, gravimetricky kontrolovaného toku materiálu podle předem nastavené hodnoty. Váhu lze také použít pro vytvoření určité dávky (šarže). Je-li materiál dávkován v určitém časovém intervalu, získáme jeho požadované celkové množství. Toto použití lze však považovat pouze za okrajové, neboť klasickými metodami statického navažování lze dosáhnout vyšších přesností a rychlostí. Běžné dávkovací pásové váhy jsou vyráběny pro přepravovaná množství od 50 kg/h až do 2000 t/h, v šířkách pásů 400 až 2000 mm. Pro optimální zástavbu lze podle místních podmínek volit některou z běžně vyráběných délek. Typická hodnota maximální dosahované chyby dávkování se podle typu váhy a dopravovaného materiálu mění v rozmezí 0,5 až 1 % z předvolené hodnoty v mezích regulačního rozsahu 1:20. Správná funkce regulačního obvodu dávkovací pásové váhy je podmíněna konstantním přísunem materiálu. Ten je zase podmíněn jeho homogenitou, vhodným uzpůsobením dopravní cesty a optimálním typem podávacího zařízení. Pro dávkované materiály s normální tekutostí postačí klasická násypka podle obr. 75 spojená přírubou s hlavním bunkrem. Dobře tekoucí materiál je pásem přímo odtahován ze sila. Vertikálním hradítkem v přední části násypky, jehož tvar by měl respektovat sypný úhel dávkovaného materiálu, lze nastavit výšku jeho vrstvy a tím i zatížení pásu. 62

Obr. 74 Dávkovací pásová váha typu MULTIDOS

Obr. 75 Jednoduchá násypka

Obr. 76 Násypka s vibrátorem

Pro půdorysný tvar násypky a její rozměry existuje řada kritérií. Pro materiály s nízkou vlhkostí, které nelepí a neklenbují lze použít menší násypky se čtvercovým půdorysem. Pro vlhké a lepivé materiály, které malým otvorem ze sila vytékají jen obtížně nebo vůbec, jsou naopak konstruovány násypky obdélníkového tvaru s větší odtahovou plochou. Pro násypky s většími půdorysnými rozměry, které umožňují dávkování lepivých a klenbujících materiálů, jsou používány nezvykle široké pásy s extrémně pomalým chodem (1 – 5 m/s). Při návrhu speciálních násypek s velkou odtahovou plochou je třeba postupovat velmi obezřetně, neboť odtahová síla roste se čtvercem odtahové plochy. Již při odtahových plochách kolem 2 m² se dostáváme na hranici odtahového momentu běžných dávkovacích pásových vah a pevnosti gumového pásu.

63

Při extrémních odtahových plochách a problematických materiálech lze použít dávkovací článkový podavač podle obr. 79, kde je gumový pás nahrazen pásem složeným z ocelových článků.

Obr. 77 Podavač s turniketem

Obr. 78 Váha s uklidňovací trasou

Vnitřní plochy násypky, které přicházejí do styku s abrazivním materiálem, podléhají rychle opotřebením a proto bývají vyloženy speciálními materiály (hardox). Násypky pro materiály s větším zrnem, ale i s významným podílem prachu s tendencemi k nalepování (uhlí, koks) jsou doplněny s příložnými vibrátory (motory s exentry) a pružným límcem bránícím přenosu vibrací do hlavního sila obr. 76. Přísun některých velmi roztékavých materiálů (provzdušněných) do váhy je třeba regulovat turniketem poháněným elektromotorem.

Obr.79 Dávkovací článkový podavač

Turniket, jehož otáčky jsou řízeny v souladu s rychlostí vynášecího pásu, plní tzv. uklidňovací trasu, která zajišťuje homogenní vrstvu bez relativních pohybů v vážící

části. Příklad tohoto uspořádání je na obr. 77.

Na obr. 78 je podávací zařízení

64

s válcovým hradítkem. Jeho funkce je shodná s funkcí turniketu, ale umožňuje dosažení větších podávacích výkonů. Regulační odchylka pro optimální nastavení hradítka nebo otáček turniketu se odvozuje přímo ze snímače zatížení pásu. Říkáme, že se jedná o tzv. blokovou regulaci s využitím dvou vzájemně propojených regulátorů. U vstupu do násypky je navíc umístěno pneumaticky ovládané uzavírací hradítko, které zastaví tok materiálu při odstavení váhy nebo výpadku sítě. V aplikacích podle obr. 77,78 není vrstva materiálu na páse vytvářena odtahem z násypky přes hradítko v její přední části, ale dalším podávacím zařízením. V případě použití odděleného podavače spolupracují dva regulační systémy. První okruh obsahující externí podávací zařízení reguluje na konstantní vrstvu vrstvy na páse. Tato výška může být snímána buď standardní vážící stolicí umístěnou v přední části váhy a používanou i pro druhý regulační obvod nebo přídavnou vážící stolicí situovanou hned za místem dopadu materiálu na pás. Použití přídavné vážící stolice je nutné při delším pásu a jeho nízké rychlosti k eliminaci dopravního zpoždění v regulační smyčce. Druhá regulační smyčka, která je řízena součinem zatížení pásu v místě hlavní měřící stolice a jeho rychlosti, řídí hlavní pohon dávkovací pásové váhy a tím i celkový výkon. Pro rychlou a plynulou regulaci je nutné, aby oba regulační obvody byly propojeny do tzv. bloku. Při návrhu podávacího zařízení nelze opomenout požadovaný regulační rozsah celého dávkovacího systému, který se obvykle pohybuje v rozmezí 1 : 10 až 1 : 30. Zahrnemeli do propočtu i možné kolísání sypné hmotnosti dávkovacího materiálu, zjistíme, že zamyšlené podávací zařízení není možno plynulého podávání v celém rozsahu. Klasickým příkladem nevhodného řešení je použití turniketu, u kterého jsou po dosažení minimálního podávacího výkonu značně regulovány otáčky rotoru. Při jeho otáčení pak dochází k nárazovému vyprazdňování jednotlivých komor, což lze označit spíše jako porcování než kontinuální dávkování. Požadujeme-li malý regulační rozsah (1 : 5), lze regulační obvod pro pohon váhy vyloučit, nastavit konstantní rychlost pásu a výkon regulovat pouze podávacím zařízením. Tím vytvoříme zařízení, které lze pojmenovat vážící pás s podavačem. Regulace výkonu podavače se při konstantní rychlosti pásu odráží ve změně výšky vrstvy dávkovaného materiálu. Odtud také pramení omezení regulačního rozsahu, neboť nízká vrstva materiálu znamená nízké zatížení pásu a tím i malé využití jmenovitého rozsahu použitých snímačů zatížení ve vážící stolici. To má značný vliv na snižování přesnosti dávkování a zvyšování intenzity rušivých vlivů působících na pás. 65

V technologických procesech, u nichž je třeba dosáhnout vyšší a spolehlivě garantované přesnosti dávkování je možno dávkovací pásovou váhu doplnit o speciální kalibrační zařízení. Celá mechanika váhy včetně násypky a pohonného agregátu je umístěna na rámu opatřeném snímači zatížení podle obr 80, jehož výstupní signál je úměrný hmotnosti celé soustavy a jeho změny pak změnám hmotnosti násypky.

Obr.80 Dávkovací pásová váha s kalibračním zařízením

Při normálním provozu je do násypky přiváděn konstantní tok materiálu. Na začátku kalibračního cyklu je násypka doplněna na maximální hmotnost a přísun materiálu je zastaven. Dávkování probíhá nyní pouze z obsahu násypky. Jakmile dosáhne hmotnost násypky minima, je údaj o prošlém materiálu vypočtený s rozdílů hmotností soustavy určených statickou váhou porovnáním s požadovaným údajem o nadávkovaném množství. Při zjištění rozdílu jsou opraveny korekční faktory pásové váhy a regulátoru a dávkování probíhá dále v normálním režimu. Tento cyklus lze automaticky provádět bez přerušení přísunu materiálu do následného technologického procesu.

66

3.5.3 Diferenciální dávkovací váhy V odstavci věnovaném popisu kalibračního zařízení pro dávkovací pásovou váhu byl naznačen princip, který umožňuje zjistit celkovou dávku měřením úbytku v zásobníku přiměřené velikosti. Zařazením vhodného regulátoru, který zajistí, aby i úbytek byl v čase konstantní a rovnal se žádané hodnotě, vytvoříme dávkovací zařízení nazývané diferenciální dávkovací váha, jejichž principální schéma je na obr. 81

Obr. 81 Principální schéma diferenciální dávkovací váhy

Dávkovací zařízení a zásobník se zásobou dávkovaného materiálu jsou váženy s využitím vhodného snímače zatížení. Úbytek hmotnosti v čase (-dG/dt) odpovídá skutečnému odebíranému množství. Výkon vynášecího zařízení váhy je regulován tak, aby změna hmotnosti byla konstantní. Po určité době je třeba zásobník doplnit dalším materiálem. Je zřejmé, že při doplňování materiálů do váženého zásobníku nelze regulovat výstupní výkon obvyklým způsobem a regulátor je přepnut do režimu, ve kterém zachovává poslední hodnotu vynášecího mechanizmu před přepnutím. Po doplněním obsahu je opět přepnut do základního režimu s regulací podle úbytku. U diferenciální dávkovací váhy rozeznáváme vždy dva režimy regulace – hmotnostní (gravimetrický)

s regulací

na

konstantní

úbytek

a

objemový (volumetrický)

se zachováním konstantního objemu vynášeného materiálu, jak vyplývá z grafického znázornění na obr. 81.

67

Problematickým místem diferenciální váhy je kromě vynášecího zařízení i plnící orgán. Je to prvek, který musí umožnit v relativně krátké době naplnění značného množství materiálu a následně musí dopravní cestu okamžitě a spolehlivě uzavřít. Jakékoliv odpadávání nebo propouštění materiálu v době gravimetrického režimu působí rušivě na dávkování. Nejběžnějším doplňovacím orgánem jsou klapky s pneumatickým ovládáním motýlkového typu. Méně často jsou používány šneky nebo turnikety, jejichž výkon musí být navržen souladu s plánovaným intervalem pro doplňování. Tento faktor bývá často limitující. Pro dosažení požadované tzv. krátkodobé dávkovací konstanty je do značné míry určující poměr gravimetrického a volumetrického intervalu. U běžných diferenciálních vah středního výkonu se používá 20 – 40 doplnění za hodinu v trvání přibližně 7 s. Rychlé doplňování materiálu do zásobníku diferenciální váhy vede k tlakovému rázu. Přetlak v zásobníku je obvykle spojen se značným prášením, které je v moderních provozech nepřípustné. Většina zásobníků diferenciálních vah určených pro materiály, při jejichž doplňování dochází k prášení, musí být vybavena odpovídajícími filtry. Diferenciálními váhami lze dávkovat i materiály, jejichž transport a dávkování jsou pásovými dopravníky vyloučeny. Přísun materiálu do váženého zásobníku a jeho odvod do další části trati lze zajistit flexibilními hermetickými spojovacími prvky. Tím je zaručeno dokonalé uzavření celého toku materiálu a váhu lze použít i pro dávkování toxických a těkavých materiálů, nebo materiálů přechovávaných v ochranné atmosféře. V hermeticky uzavřených přívodních a odvodních potrubích může vzniknout přetlak nebo podtlak, což se projevuje jako rušivá síla při měření hmotnosti zásobníku. Působením této rušivé, většinou i proměnné síly lze vhodným způsobem eliminovat. Diferenciální dávkovací váhy lze použít pro rozsah dávkovaných množství od 0,05 kg/h až do 90t/h, přičemž maximální chyba dávkování se pohybuje v rozmezí 0,25 až 0,5 % (vztaženo k požadované hodnotě) při regulačním rozsahu až 1 : 80. Základem všech typů vah je kvalitní objemový dávkovač různého provedení přizpůsobený dávkovanému materiálu. Násypky jsou vyrobeny buď z nerezového plechu nebo pružného odolného plastu a doplněny systémem pádel již dříve zmíněných. Optimální vynášení materiálů s násypek může být dle potřeby podporováno aktivátory s horizontální nebo vertikální osou otáčení. Na obr. 83 je v detailním pohledu násypka dávkovací váhy s vertikálním aktivátorem.

68

Obr. 8. Diferenciální dávkovací váha

Obr. 83 Detailní pohled na násypku

aktivátorem

Pro každý typ materiálu je třeba vybrat optimální vynášecí zařízení dostatečně odolné vůči nalepování, abrazi apod. Na obr. 71 bylo uvedeno několik příkladů obvyklých dávkovacích šneků a spirál. Pro materiály typu „krupice“ nebo „granulát“ je ideálním podavačem vibrační žlab. Na obr. 84 je speciální diferenciální váha pro dávkování granulátu s vynášecím zařízením ve tvaru vibračního žlabu.

Obr. 84 Diferenciální dávkovací váha s vibračním žlabem

69

3.5.4. Vyhodnocovací a řídící systémy pro dávkovací váhy Elektronické vyhodnocovací jednotky pro dávkovací váhy sdružují dvě základní funkce – kontinuální vážení a regulaci. Moderní jednotky jsou řízeny výhradně mikroprocesory a poskytují v procesech snímání a regulace, ale i při komunikaci s uživatelem nebo nadřízeným systémem, značný komfort. Ve vážící části je vyhodnocován signál z klasických snímačů zatížení a snímačů rychlosti a vypočítávána skutečná hodnota dávkovaného množství. Tato hodnota je porovnávána s uživatelem nebo nadřízeným systémem přednastavenou požadovanou hodnotou. Rozdílový signál je dále vyhodnocován v regulátoru, který přes silovou část napájí pohon vynášecího zařízení (pás, šnek). V systémech s blokovou regulací jsou začleněny další měřicí vstupy a regulátory. Důležitou součástí řídicí části jsou systémy pro modelování a eliminaci nejrůznějších rušivých vlivů. U různých typů vah jsou zdroje rušivých vlivù různé a i metody jejich eliminace odlišné. Rušivé vlivy pásu jsou u dávkovacích pásových vah rovněž kompenzovány již dříve zmíněnou metodou BIC. U dávkovacích vah je tato kompenzace ještě mnohem důležitější než u vah pásových. Při nízkých rychlostech pásu je pro dosažení uspokojivé krátkodobé dávkovací konstanty nezbytná kompenzace v každém místě pásu. Obdobný systém pro eliminaci rušivých sil u diferenciálních dávkovacích vah (zejména vibrací, skokových změn hmotnosti) je označován DAE (Disturbance-AutoElimination). Většina moderních jednotek bývá vybavena i obvody pro vyhodnocování údajù hmotnosti z dalších kontrolních a kalibračních zařízení ve formě statických zásobníkových nebo plošinových vah. Princip všech těchto systémù, z nich některé již byly popsány, spočívá v porovnání měřeného nebo dávkovaného množství určeného kontinuální vážící nebo dávkovací váhou s množstvím určeným jako rozdíl dvou hladin v kontrolním zásobníku zjištěným přesnějším statickým vážením. S mohutným rozvojem systémů pro procesní automatizaci, do kterých jsou ve většině aplikací kontinuální váhy integrovány, dochází i k rozvoji inteligentních sběrnic k jednotnému připojení všech prvků automatizačního systému. V souvislosti s tím dochází k integraci elektronických vyhodnocovacích, řídicích a komunikačních systémù přímo do mechanické části konstrukce.

70

Většina světových výrobců pohonù nabízí motory s integrovanými frekvenčními měniči. Spojením strojní a elektronické části vznikají tzv. mechatronická zařízení, která přinášejí mnoho výhod díky standardizaci připojení, přehlednosti systému a úsporné kabeláži. Nejmodernější vyhodnocovací a řídicí systém pro kontinuální váhy s označením DISOCONT, je určen přímo pro integraci do mechanických částí dávkovacích systémů. Pro nastavení parametrů váhy a regulačních obvodů, usnadnění servisních prácí a vyhledávání poruch je určen modul se zobrazovací jednotkou a klávesnicí. Mnohem komfortněji lze tyto činnosti provádět s využitím speciálního programového vybavení pro osobní počítače např. EasyServ. Osobní počítače, nejčastěji notebook, jsou k jednotce DISOCONT připojen přes standardní sériové rozhraní EasyServ je program pro prostředí MS WINDOWS, který umožňuje přehledně a pohodlně sledovat provozní stavy váhy, chybová hlášení, a zadávat nebo upravovat její parametry. Všechny parametry váhy mohou být přes EasyServ zálohovány na disku PC. Pro začlenění váhy do komplexního celopodnikového řídicího systému, pro který je DISOCONT zejména určen, lze využít většinu běžných rozhraní (MODBUS, 3964, PROFIBUS). Jednotlivé kontinuální dávkovací váhy bývají často sdružovány do komplexních systémů, které tvoří celé navažovací linky pro přípravu směsí, dávkování do mlýnů, drtičù, pecí, výtlačných lisù nebo různá technologická seskupení. Většina takových úloh je v současné době již realizována nadřízenými systémy pro řízení technologických procesů. K realizaci dílčích úloh lze využít malý nadřízený systém pro skupinové řízení vah s obchodním označením DISOCONT MASTER, který umožňuje centrální řízení, zadávání receptur a poměrové dávkování.

Vyhodnocovací jednotka DISCONT

71

Procesní řízení se systémem DISCONT MASTER

3.6. Kontinuální váhy Ke kontinuálnímu měření hmotnosti transportovaných sypkých materiálů a plnění dalších funkcí spojených s řízením tohoto toku jsou určeny kontinuální váhy. Příkladem může být například navažování sypkého materiálu do silničního vozidla. Hmotnost je možno zjišťovat kontinuálně váhou umístěnou v pásovém dopravníku, kterým je vozidlo plněno, nebo diskontinuálně vážením na silniční váze. Tento příklad však nereprezentuje typické použití kontinuální vážící techniky, neboť cílem výše popsaného procesu vážení je v obou případech určení celkové hmotnosti vozidla nebo navážení předem zvoleného množství materiálu. Těžiště kontinuální vážící techniky spočívá zejména v měření okamžité hodnoty přepravovaného množství materiálu udávané obvykle v t/h či kg/h, případně jeho objemu v dm³/h. Informaci o celkovém přepraveném množství získáme pak integrací okamžité hodnoty přepravovaného 72

množství podle času. Chyby vážení, které kontinuální váhy vykazují, jsou zpravidla udávány ve vztahu k okamžité hodnotě přepravovaného množství a bývají řádově vyšší než u vah diskontinuálních. Ve většině aplikací z této oblasti je funkce kontinuálního vážení doplněna o regulaci na předem zvolenou hodnotu. Moderní kontinuální vážící a dávkovací systémy, které se stále častěji objevují v různých oblastech průmyslu, transportují a váží různé substráty s rozdílnými zrnitostmi, sypnou hmotností, lepivostí a dalšími vlastnostmi, jak je dokumentováno na příkladech na obr. 49 a. 52. Na obr. 49 je vzorek popílku používaný často jako přísada při výrobì cementu. Řada základních surovin při výrobě plastických hmot je dodávána ve formě granulátu (obr. 50) s různou zrnitostí. Na obr. 51 je možno vidět strukturu vzorku upravené železné rudy a na obr. 52 některé komponenty používané v potravinářském průmyslu.

Příklady rozdílné struktury dávkovaných materiálů

3.6.1. Pásové váhy Typickým transportním prostředkem sypkých hmot je pásový válečkový dopravník. Jestliže oddělíme jednu, dvě či více válečkových stolic od základního rámu dopravníku a podložíme je snímači zatížení, můžeme snímat vertikální síly vyvozované dopravníkovým pásem a úměrné jeho zatížení. Vážící zařízení konstruovaná na tomto principu jsou nazývána pásovými váhami. Na principiálním schématu podle obr. 53 je

73

znázorněno uspořádání pásové váhy vybavené navíc snímačem rychlosti pásu (tachogenerátorem). Označíme-li zatížení pásu q na určité části dopravníku o délce l pohybujícího se rychlostí v, je okamžité přepravované množství P dáno vztahem: P=

q.v q.l q = = l l.t t

/kg. s −1 /

Celkové přepravené množství M za čas t získáme integrací: t

M = ∫ Pdt 0

Běžné pásové váhy jsou konstruovány pro pásy o šířkách od 400 do 2 000 mm a pro přepravní výkon, jak bývá přepravované množství často nazýváno, od 100 kg/h až do 20 000 t/h. Zaručované maximální chyby jednotlivých typů vah jsou závislé na řadě souvisejících faktorů. Statická chyba váhy vztažená ke skutečné hodnotě zatížení se bez dynamických vlivù pásu pohybuje kolem 0,1 %. Typické provozní hodnoty chyb se pohybují od 0,25 % do 2 % v závislosti na typu váhy, přepravovaném materiálu a dalších okolnostech. Pro úspěšnou zástavbu pásové váhy existuje několik limitujících předpokladů. Dopravník s materiálem pohybující se ve vážící části musí být uklidněn a stabilizován. Proto je třeba mechaniku váhy umístit do dostatečné vzdálenosti (2 a 5 m) od přesypů začátku nebo konce pásu a vůbec míst, kde se mění jeho profil. Při velkém sklonu pásu dochází k tzv. virtuálnímu pohybu sypkého materiálu přes váhu provázenému jeho vícenásobným vážením, které je zdrojem chyb. Tento pohyb je obtížně definovatelný a nelze jej kalibrací váhy vyloučit. Maximální sklon se podle sypkosti materiálu pohybuje v rozmezí 15 až 20°. Pásovou váhu lze vestavìt i do pásu s proměnným sklonem (dopravníky důlních velkostrojů). Sklon pásu je pak snímán a zaváděn jako korekční činitel do vyhodnocovací jednotky. K minimalizaci vlivů pásu na vážící stolice je třeba zajistit jeho konstantní napínání. Pro tyto účely je mnohem výhodnější napínání gravitační (závažím přes kladku) než např. napínání pružinami, šroubem apod., které je nestabilní.

74

Obr. 5. Vhodný tvar válečkové stolice

Obr. 5. Nevhodný tvar válečkové stolice

Optimální příčný profil dopravníku podle obr. 54 je ve tvaru rozevřeného písmene „U“. Naprosto nevhodný je tvar podle obr. 55, který je příčinou vzniku nedefinovatelné vertikální rušivé síly vlivem přetváření profilu pohybujícího se pásu.

Obr. 56. Mechanika jednoválečkové pásové váhy typu BEP

Obr. 57. Skutečné provedení váhy BEP

75

Obr. 58 Modulární pásová váha BEM

Obr. 59 Dvouválečková pásová váha BMP

Obr. 60 Víceválečková pásová váha BMC

Rychlost pohybu pásu, která je určujícím faktorem pro výpočet přepravního výkonu, může být zadána jako konstanta nebo snímána tachogenerátorem. Zadáme-li rychlost pásu jako konstantu, musíme počítat s tím, že vlivem jejího kolísání, způsobeného např. proměnným

zatížením

pásu

nebo

odchylkami

frekvence

sítě,

zavádíme

do vyhodnocovací jednotky systematickou chybu. Na obr. 56 je výkres mechaniky jednoválečkové pásové váhy a na obr. 57 její skutečné provedení. Minimální provozní chyba se obvykle pohybuje v rozmezí 0,5 a. 1 % a umožňuje vážení v dopravnících s výkonem až 6 000 t/h. Obr. 58 znázorňuje modulární jednoválečkovou pásovou váhu v provedení se dvěma oddělenými opěrami a se dvěma snímači zatížení propojenými válečkovou stolicí. Tato váha je velmi jednoduchá a vyznačuje se nízkou hmotností a rychlou montáží. Používá se často bez snímače rychlosti pásu a minimální dosahovaná provozní chyba se obvykle pohybuje v rozmezí 1 až 2 %. Při vyšších nárocích na přesnost a při vyšších přepravních výkonech lze přejít na dvounebo víceválečkové provedení. Příkladem dvouválečkového provedení je váha typu 76

BMP podle obr. 59. Vážní most této váhy podpírá dvě válečkové stolice a celková vážená část pásu je dvojnásobná ve srovnání s váhou jednoválečkovou, což vytváří předpoklady pro dosažení vyšší přesnosti a reprodukovatelnosti. Dosahovaná minimální chyba bývá nižší než 0,5 % a maximální přepravní výkon pásu je až 15 000 t/h. Při extrémních požadavcích na maximální přepravované množství vyžadující velké zatížení a velkou rychlost pásu je třeba použít speciální konstrukci s dlouhým vážním mostem, podpírajícím větší počet válečkových stolic. Na obr. 60 je příklad takové konstrukce u váhy Schenck typu BMC. Minimální dosažitelná chyba je v rozmezí 0,25 až 0,5 % a přepravní výkon až 20 000 t/h. Pásové váhy lze kalibrovat několika způsoby. Nejjednodušší, avšak nepříliš spolehlivá, je kalibrace statickým závažím zavěšeným na vážní most. Tím lze sice relativně přesně nastavit statický převodní koeficient, nikoliv však parametry zohledňující dynamické chování pásu. Poněkud přesnějších výsledků lze docílit tzv. kalibračním řetězem, kladeným přímo na pás. Moderní vyhodnocovací jednotky jsou vybaveny speciálním programovým vybavením, které umožní provést teoretickou kalibraci s využitím empirických vztahů vycházejících z výpočtů a mnohaletých praktických zkušeností. Takto lze u běžných vah a standardních materiálů dosáhnout uspokojivých výsledků. Nejpřesnějších výsledků, i když nezřídka komplikovaně, lze při nastavování a ověřování kalibračních parametrů dosáhnout tzv. materiálovou zkouškou. Známé množství materiálu (vážené staticky) je převáženo seřizovanou pásovou váhou (doba vážení minimálně 10 až 20 minut) a na základě výsledku jsou její kalibrační parametry korigovány. Tento postup lze opakovat a. k dosažení uspokojivé shody s hodnotou zjištěnou staticky. Tuto metodu nelze bohužel aplikovat u vah určených pro vysoké přepravní výkony, neboť statické převážení několika tisíc tun materiálu je obtížné nebo přímo vyloučené. S materiálovou zkouškou bývají problémy i u extrémně dlouhých pásů, u nichž je nutno počítat s dlouhou dobou potřebnou pro jejich úplné vyprázdnění. Uspořádání systému dávkování směsi může kombinovat použití levnějších postupů vynášení základní komponenty směsi, přičemž je měřen její celkový průtok, a k ní se regulovatelnou pásovou dávkovací váhou přidávají zbylé komponenty.

77

3.6.2.

Pásové váhy pro obchodní účely

Až do nástupu průtokoměrů sypkých hmot na Coriolisově principu byly pásové váhy jedinými kontinuálními váhami schopnými ověření a tím použitelnými v obchodním styku. Jako mechaniku těchto vah lze použít většinu dříve popsaných typů, nejčastěji však dvou nebo víceválečkových. Tyto váhy musí být vždy vybaveny zdvojeným snímáním rychlosti a snímači zatížení schopnými ověření. Podmínky pro konstrukci, zástavbu a provozování těchto vah, jsou ve většině evropských zemí definovány národními předpisy, které obdobně jako v oblasti diskontinuálních vah, vycházejí z mezinárodního doporučení OIML (OIML RI 50). Podle tohoto doporučení jsou pásové váhy rozděleny do tří tříd přesnosti. Maximální provozní chyby vztažené k okamžité hodnotě přepravovaného množství (v pásmu 20 % až 100 % vážícího rozsahu) jsou pro jednotlivé třídy stanoveny na 0,5 %, 1 % a 2 %. Maximální povolené chyby při ověřování jsou pak poloviční (0,25 %, 0,5 % a 1 %). Třída přesnosti I s provozní chybou 0,5 % je v praxi obtížně dosažitelná. Toto doporučení ohraničuje i maximální sklon pásového dopravníku na 0° pro I. třídu, 6° pro II. třídu a 12° pro III. třídu. Jsou-li u dopravníku použity tříválečkové stolice, smí být maximální úhel bočních válečků 20° pro II. třídu a 30° pro III. třídu. Doporučená délka pásu pro všechny třídy by se měla pohybovat v rozmezí 10 až 100 m. Vyhodnocovací jednotky musí pak umožnit, mimo jiné speciální funkce, i mechanické zablokování možnosti změny kalibračních parametrů. Pro ověřování, jehož perioda je stanovena na dva roky, je předepsána výhradně materiálová zkouška.

3.6.3. Průtokoměry sypkých hmot se skluzovou nebo odrazovou deskou Průtok sypkých hmot, které nejsou dopravovány pásovým dopravníkem, lze měřit zařízeními se šikmou skluzovou nebo odraznou plochou schematicky znázorněnou na obr. 61 a 62. Síla, kterou působí protékající materiál na šikmou plochu, úměrná okamžité hodnotě průtoku materiálu (kg/h), je snímána obvyklým snímačem zatížení. Celkové protečené množství je pak rovno integrálu okamžité hodnoty průtoku

78

za stanovený čas. Obvykle dosahovaná provozní chyba se pohybuje v rozsahu 2 až 5 %. Maximální protékané množství dosahuje až 1 000 m³/h. Skutečné provedení průtokoměru typu MULTISTREAM G se skluzem je na obr. 63. Na obr. 64 je zařízení typu MULTISTREAM B využívající principu odrazné desky.

Obr. 61. Princip skluzové desky

Obr. 62. Princip odrazové desky

Obr. 63. Průtokoměr sypkých hmot

Obr. 64. Průtokoměr sypkých hmot

Hlavním problémem u těchto typů průtokoměrů je jejich kalibrace, kterou lze provést pouze zkusmo materiálovou zkouškou. Dosahovaná přesnost měření je velmi závislá na vlastnostech transportovaných materiálů, zejména na jejich změnách. Odrazná i skluzová deska měří při pohybu materiálu jeho kinetickou energii, která se na měřicí desce přeměňuje na tlakovou sílu (odrazná deska) nebo moment (skluzová deska). Tyto

79

účinky však závisí nejen na protékajícím množství, ale do značné míry i na zrnitosti a sypné hmotnosti materiálu. Je proto značný rozdíl v přesnosti těchto zařízení dosahované v provozních podmínkách a přesnosti měřené v laboratorním prostředí, která je některými výrobci mylně udávána. Průtokoměry se šikmým skluzem bývají někdy vybavovány automatickým kontrolním a kalibračním zařízením, které sestává z váženého zásobníku umístěného v dopravní cestě před nebo za měřidlem. Při kalibračním cyklu probíhajícím bez přerušení toku materiálu je porovnáván rozdíl hmotností obsahu zásobníku určený statickým vážením v určitém časovém intervalu s integrálem průtoku snímaným průtokoměrem za tento

časový úsek. Na základě zjištěného rozdílu je automaticky provedena korekce v nastavení průtokoměru. Celý proces je řízen pouze vyhodnocovacím elektronickým systémem váhy.

3.6.4. Průtokoměry sypkých hmot na Coriolisově principu Pro granuláty a jemné homogenní materiály (prach, mouka) lze použít průtokoměry založené na využití Coriolisova principu, dosahující mnohem vyšších přesností než dříve popsané průtokoměry se šikmými skluzy. Schematicky je tento princip znázorněn na obr. 65. Měřicí kolo s pohonným střídavým motorem a převodovkou je volně uloženo ve skříni přístroje a v pevné poloze je fixováno snímačem síly. Materiál vstupující do průtokoměru dopadá do středu měřicího kola, ze kterého je vodícími lopatkami směrován k okrajům a tam opouští celou centrální část. Zrychlení sypkého materiálu měřicím kolem vytváří vznikem Coriolisovy síly reakční moment, který je měřen snímačem síly. Velikost tohoto momentu je pak úměrná protékajícímu množství. Počet otáček je kontrolován digitálním snímačem. Průtokoměr typu MULTICOR S 40 pro dopravní výkon 20 t (40m³/h) je na obr. 66. Průtokoměry založené na tomto principu umožňují měřit průtoky v rozsahu 0,5 a 200 t/h (300m³/h). Teoretickou justáží lze obvykle dosáhnout maximální chyby do 2 % z okamžité hodnoty výkonu, kterou je možno kalibrací s materiálovou zkouškou dále snížit na 0,5 %.

80

Obr. 65. Princip průtokoměru sypkých hmot

Obr. 66 Průtokoměr MULTICOR S

3.6.5. Vyhodnocovací jednotky pro kontinuální váhy V porovnání s vyhodnocovacími jednotkami diskontinuálních vah, které udávají pouze statickou hmotnost váženého předmětu, musí jednotky u kontinuálních vah vyhodnotit nejen signály ze snímače zatížení, ale i součin okamžité hodnoty zatížení a rychlosti pásu, včetně výpočtu integrálu tohoto součinu. U moderních vyhodnocovacích jednotek je součin signálu úměrného okamžité hodnotě přepravovaného nebo protékajícího množství a rychlosti materiálu a stejně tak integrál uvedeného součinu prováděn výhradně v digitální formě. Na obr. 67 je univerzální vyhodnocovací jednotka pro použití v měřicích i dávkovacích systémech. Maximální chyba měření vlastního přístroje (posuzováno podle DIN 43782) činí 0,05% a umožňuje snímání rychlosti pásu již od 0,014 m/s. Jedním z nejdůležitějších faktorů, které příznivě ovlivňují chybu vážení, vyhodnocení a dlouhodobou stabilitu pásových a dávkovacích pásových vah, je eliminace dynamických vlivù pásu a to zejména při běhu naprázdno (zatížení pásu se blíží nule) nebo s minimálním zatížením. Moderní jednotky mohou zaznamenat chování samotného pásu po dobu jedné periody oběhu a vytvořit model jeho působení

81

(označováno BIC). Jednoduché způsoby kompenzace přičítají konstantní signál vhodné velikosti a polarity tak, aby integrál okamžité hodnoty výkonu za dobu jednoho oběhu pásu byl nula. U moderních BIC systémů je kolísání zatěžovací síly vážící stolice působené různou tloušťkou a hmotností pásu kompenzováno po krátkých úsecích délky, obvykle jedné setiny celkové délky pásu. Využitím takového modelu lze eliminovat i vlivy dynamiky pásu za běhu naprázdno a režim s častým střídáním plného zatížení a běhu naprázdno. Pro jednoduché pásové váhy a průtokoměry sypkých hmot bez požadavku na úlohy kontinuálního dávkování je určena vyhodnocovací jednotka podle obr. 68 vybavená pouze analogovým a impulsním výstupem. Běžné pásové váhy lze použít i pro některé funkce řízení. Interní komparátor, sledující celkový integrál přepraveného množství s předvolenou prahovou úrovní, zastaví pás nebo přísun materiálu při dosažení požadovaného množství. Tento proces je ekvivalentem diskontinuálního navažování šarží a typickým příkladem jeho použití je plnění silničních nebo kolejových vozidel sypkými materiály na předem zvolenou hmotnost (uhlí, písek, štěrk). Nasazením pásové váhy schopné ověření lze vytvořit vážní systém pro obchodní vážení včetně tisku vážních lístků a evidence dalších souvisejících dat.

Obr. 67. Vyhodnocovací jednotka

Obr. 68. Otevřená vyhodnocovací jednotka

82

4. Válcový dávkovač sypkých hmot Válcový dávkovač sypkých hmot je myšlenka nového originálního způsobu dopravy a nadávkování sypké hmoty. Na válcový dávkovač sypkých hmot jsou uplatňována v České a Slovenské republice patentová práva. V České Republice je zapsán tento princip jako užitný vzor. V rámci diplomové práce, bude provedena konstrukce prototypu dávkovače, která vychází z tohoto užitného vzoru.

4.1. Současný stav techniky V technologii kontinuálního dávkování se v praxi používají objemové dávkovače komorové (turniketové), závitové, talířové a pásové. Nevýhodou turniketových dávkovačů je výrazná závislost koeficientu zaplnění dávkovacích komor na frekvenci otáčení dávkovacího bubnu. Závitové dávkovače se vyznačují velkým rozsahem nastavení dávkovaného množství změnou frekvence otáčení závitu (šneku), jsou vybavené signalizací přechodu produktu a zpětnou blokací celé linky. Nedostatkem závitových dávkovačů je především jejich energetická náročnost, poškození sypké hmoty drcením a roztíráním, opotřebováváním pracovního povrchu a pokles přesnosti dávkování se zvětšením jejich průměru. Talířové dávkovače se používají k dávkování jen malého množství materiálu s vysokou přesností. Materiál je vázaný na rotující talíř válcovým vpádovým nástavcem a z talíře je na obvodě stíraný stěrkou. Objemové dávkovače vyžadují pravidelné čištění a kontroly přesnosti dávkovaní. Požadavek kontinuálního hmotnostního dávkovaní splňuje vážení dávkovaných množství pásovými dávkovacími váhami. Dávkovací pásová váha je vložená pod nosnou větev tažného pásu a skládá se z vážného mostu se snímači zatížení. Pro uložení a podepření válečkové stolice je váha opatřena tenzometry, snímačem rychlosti tažného pásu a vyhodnocovací jednotkou. Dávkovací pásové váhy mají rovný tažný pás na zmenšení jejich délky, jsou plně programovatelné a vybavené regulací na předem zvolenou hodnotu, která je dosahovaná regulováním rychlosti tažného pásu. Jejich nevýhodou je nutnost regulace výšky vrstvy sypké hmoty na tažném páse pomocí hradítka násypky, nízký a proměnlivý koeficient rovnoměrnosti zaplnění tažného pásu,

83

nutnost gravitačního napínaní a složité zastínění přímého běhu a oboustranné čistoty tažného pásu. Nevýhodou pásových dávkovačů je jejich nevhodnost pro dávkování prašných sypkých a lepivých hmot, jejich složitá konstrukce se odráží v pořizovacích nákladech a nárocích na kvalifikovanou údržbu.

4.2. Válcový dávkovač pro kontinuální dávkovací linky, popis technického řešení Výše uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje válcový dávkovač sypkých hmot pro kontinuální dávkovací linky se svinutou, současně navíjenou a odvíjenou dávkovací komorou ve tvaru válcového pláště, s rozvinutými vratnými větvemi, se stabilním počátkem a koncem. Válcový tvar dávkovače podmiňují tři aspekty, konstantní průměry jednotlivých větví šroubovic, stoupání závitových větví a konstantní rychlost pásu. Konstrukce se sestává z nekonečného pásu svinutého do šroubovice ve tvaru válcové komory. Nekonečný pás se skládá z odolného (plechového) pásu (35), distančního pásu (36), vnitřního ozubeného řemene „A“ (37), vnitřního ozubeného řemene „B“ (34), svrchního pásu (25) a vnějšího hnacího ozubeného řemene (33). Vnitřní ozubený řemen „A“ je pevně spojený s distančním pásem (36), který je pevně spojen s odolným pásem (35), vnitřní ozubený pás “B“ (34) je pevně spojený se svrchním pásem (25). Způsob spojení ozubených řemenů s distančním a svrchním pásem je patrné ze obr. 5. Při chodu zpětnou větví ozubený řemen mění svůj průměr závitu a tím i svůj požadavek na rozteč do sebe zapadajících zubů obou vnitřních

řemenů „A, B“. Tento problém je vyřešen vhodným spojením ozubených řemenů s odolným a svrchním pásem. Toto spojení je ve vhodných roztečích přerušeno, tím je docílena deformace ozubeného řemene v místech tomu určených, při chodu zpětné větve zuby ozubených řemenů do sebe nezapadají. Zuby ozubených řemenů (a) zapadají do zubů ozubeného řemene (b), jednotlivé závity mají konstantní počet zubů a stoupání viz podmínka válcovitosti. Nekonečný pás je poháněný řemenicemi (b, c) v místě navíjení a odvíjení, stabilizaci vratné větve zabezpečují stabilizační kladky (29).

84

Pro spojení dvou ozubených řemenů v jednom závitu šroubovice platí následující podmínky. Vnitřní ozubený řemen (b) musí mít rozdílnou (větší) rozteč zubů než vnitřní ozubený řemen (a), uchycení obou řemenů na odolný pás či svrchní pás musí umožňovat změnu průměru šroubovice, děje se tak při chodu zpětné větve, uchycení

řemenů je patrné z obr. 4, průměr závitů musí odpovídat násobku počtu zubů a roztečí jednotlivých šroubovic (jednotlivé šroubovice mají stejný průměr). Příčný řez nekonečným pásem znázorňuje obr. 3. Válcový dávkovač s rotačně - posuvnou dávkovací komorou, umožňuje kontinuální unášení sypké hmoty z prostoru pod vpádovým nástavcem (2) k výpadovému nástavci, tvorbu úseku sypké hmoty s konstantním průřezem v úseku dávkovací komory před váženým úsekem, její přesné objemové a hmotnostní dávkování a to i při částečně zaplněném prostoru dávkovací komory, přitom úsek s konstantním průřezem je charakterizovaný odkloněnou zarovnanou hladinou a ustáleným sesypem horních vrstev sypké hmoty ve směru kolmém na podélnou osu dávkovací komory. Vratné větve (19, 32) nekonečného pásu odpovídají vratným větvím dávkovací komory, mají stejný tvar a přibližně i délku minimálně jednoho závitu, vratné větve mají stejné rozvinuté úseky, mají rozdílný průměr i rozteč závitů (stoupání) než rozteč závitů v dávkovací komoře. Pro plynulost pohybu nekonečného pásu je použito zdvojení pohonu, tzn. jsou poháněny

řemenice v místě prvního a posledního závitu, bezprostředně před místem odvíjení a navíjení vratné větve. Použití hmotnostního dávkování vyžaduje snímanou část, tato část se nachází v místě první a poslední nosné (podpěrné) kladky (23), funkční váha dávkovací komory spočívá na tenzometrických snímačích.

85

Schéma válcového dávkovače sypkých hmot – pohled A.

86

Schéma válcového dávkovače sypkých hmot – pohled B.

Obr. 3 Příčný řez nekonečným pásem

Obr. 4 Jednotlivé členy nekonečného pásu

87

Obr. 5. Způsob lepení řemenů a důsledek rozvinutí do vodorovné polohy

Legenda 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37.

Těsnění násypky Vpádový nástavec Řemenice (a) Ozubený řemen Pouzdro Řemenice (b) Hřídel (b) Řemenice (b) Nosná část rámu Řemen Řemenice (c) Pouzdro Ložisko Hřídel (c) Spojka Převodovka Motor Hřídel (c) Spodní vratná větev pásu Pouzdro Řemenice (c) Hnací řemenice (b) Nosná kladka Nosná hřídel Svrchní pás Těsnění Pás vratné větve Pouzdro Stabilizační kladka Vnitřní vedení Nerezový pás Vrchní vratná větev pásu Vnější hnací ozubený řemen Vnitřní řemen „B“ Odolný pás Distanční pás Vnitřní řemen „A“

88

4.3. Shrnutí, teoretické výhody a nevýhody Teoretickou výhodou válcových dávkovačů je skutečnost, že přesnost objemového dávkovaní se výrazně nemění se zvětšováním průměru dávkovací komory a ani se změnami fyzikálně-mechanických vlastností dávkované sypké hmoty, které jsou výhodně kompenzované posunem místa počátku úseku s konstantně zaplněným průměrem, změnou odklonu a nepřetržitým zarovnáváním hladiny sesypem dávkované sypké hmoty. Přerušení vpádu sypké hmoty do dávkovací komory je dočasně výhodně kompenzované zvýšeným sesypem z nahromaděného a průběžně udržovaného množství sypké hmoty v prostoru dávkovací komory pod vpádovým nástavcem. Samočistění dávkovací komory v čase chodu válcového dávkovače je předpokladem zvýšené přesnosti dávkovaní a představuje snížené požadavky na údržbu a množství kontrol. Pásy a těsnění dávkovací komory je možné výhodně přizpůsobit požadavkům na zdravotní nezávadnost, na práci ve výbušném prostředí i všem dalším podmínkám. Výhodou válcového dávkovače je i jeho kompaktnost a dosahovaná přesnost objemového a hmotnostního dávkovaní, spojená se šetrným způsobem přepravy sypké hmoty díky jejímu unášení, promísením při jejím samovolném sesypu a vysokým výkonem. Výhodou pro hmotnostní dávkovaní je konstantní tvar a rozměry, hmotnost a elastičnost váženého úseku a jeho nezávislost na zatížení ozubených vnějších i vnitřních řemenů, které jsou opásané na hnacích řemenicích v dostatečné vzdálenosti před a za váženým úsekem bez nutnosti kontroly a úprav jejich předpětí. Nevýhodou při hmotnostním

dávkovaní,

je

nutnost

předběžné

korekce

váženého

množství

vyhodnocovací jednotkou váženého mostu v závislosti na frekvenci otáčení dávkovací komory.

89

4.4. Konstrukce válcového dávkovače sypkých hmot Konstrukce válcového dávkovače vyžaduje odlišný přístup konstruktéra, daný především originální a netypizovanou konstrukcí válcového těla dávkovače a jeho zpětných větví. Konstrukce se dá rozdělit do dvou výrobních celků. První celek je samotné válcové tělo, tj. nekonečný pás svinutý na daný průměr do tvaru válcového pláště s konstantním stoupáním s vratnou a navíjecí se částí, druhý celek je samotná rámová konstrukce a způsob uchycení pohyblivých členů (hřídele, podpěrné kladky, stabilizační kladky, řemenové hnací převody atd.). Základní část prvního celku tvoří odolný nekonečný pás. Jako nejvýhodnější materiál pro jeho konstrukci se jeví nerezový ocelový plech s tloušťkou t = 0,2 mm. Důvodem použití je jeho dobrá mechanická odolnosti proti případným abrazivním částicím dopravované hmoty, také splňuje požadavky na zkrut, změnu průměru svinuté a vratné

části a chemickou a potravinářskou nezávadnost. Tento pás je zhotoven z hutního polotovaru nastřižením na požadovanou šířku a délku. Počet kusů ústřižků je roven počtu budoucích svarových spojení. Jeho budoucí délka musí být úměrná rozměrům válcového pláště dávkovače. Ideální teoretický poměr mezi průměrem bubnu (svinutého odolného pásu) a šířkou odolného pásu činí (3–5). Způsob spojení ústřižků plechů do požadované délky splňuje pouze svařování pomocí plasmy (mikroplasmy). Jakýkoliv přídavný materiál použitý při svařování má za následek omezení pevnosti pásu při ohybu. Následně vytvořený svarový spoj (svarová housenka) musí být vybroušena na tloušťku plechu odolného pásu. Spojení mezi odolným pásem a svrchním pásem obstarávají ozubené řemeny, které současně plní stabilizační a vodící funkci. Mezi odolný pás a vnitřní ozubený řemen „A“a je vhodné použít vložku, tato vložka by měla mít šířku odolného pásu. Plní čistě ochranou a spojovací funkci a musí umožňovat uchycení vnitřních ozubených řemenů. Bylo použito lištové samolepící PVC pásky o tloušťce 0,5mm, umožňuje snadnou manipulaci a pevnost spojení s konstrukcí odolného pásu i spojení s vnitřními řemeny. Konstrukce pláště válcového dávkovače by nebyla možná, pokud by nebyl použit navíjecí (PVC) válec s vnějším průměrem odpovídající vnitřnímu průměru dávkovače. Spojení řemenů bylo provedeno lepením (viz postup montáže). Materiál ozubených

řemenů je polyuretan jako lepidlo bylo použito dvousložkové polyuretanové lepidlo. (Bizon Pover Adhesive) 90

Spojení svrchního pásu s ozubeným vnitřním řemenem „B“ je z principu totožný jako u spojení „A“. Na svrchní pás jsou kladeny podobné požadavky jako na odolný pás, musí být odolný proti opotřebení, musí umožňovat změnu průměru zpětných větví a musí být vhodný pro opracování. V ideálním případě by se jednalo o materiál podobný tvrzené průmyslové gumě. Pro konstrukci prototypu bylo použito průmyslové gumy určené pro konstrukci pásových dopravníků. Tento materiál vykazuje téměř ideální požadavky, jen je prakticky nemožné jej opracovat (frézovat) do požadovaných tvarů (obr. 4, odkaz 25). Z tohoto důvodu bylo použito distančního těsnění o tloušťce 5 mm. Svrchní gumový pás má v průřezu rozměry 60 x 5 mm. Optimální teoretický rozměr frézované gumy musí mít rozměr zvětšený o tloušťku vnitřního těsnění (26). Teoretická šířka svrchního vnějšího pásu = rozměr odolného pásu (25) + šířka těsnění (26). Materiál těsnění by měl splňovat požadavky na zdravotní nezávadnost a odolnost proti opotřebení, jako nejvhodnější se jeví silikon. Pro konstrukci bylo použito PE těsnění, které současně splňovalo distanční funkci pro svrchní gumový pás.

4.4.1. Postup montáže, technologie výroby Nekonečný odolný plechový pás (25) je nasunut na přípravek, tj. válcovou PVC trubku s vnějším průměrem odpovídajícím vnitřnímu průměru dávkovací komory. Jedna navíjecí větev musí být uchycena (šroubovým spojením) na přípravek z důvodu snadné manipulace a zamezení možnosti případného prokluzu při navíjení. Jednotlivé závity jsou posléze navinuty na přípravek s odpovídajícím počtem závitů a tedy funkční délkou dávkovací komory. Délka dávkovací komory musí odpovídat poměru k délce celého navinutého pásu v rozvinutém stavu. Tento poměr je přibližně 1 : 6. Po navinutí určené délky je nekonečný pás uchycen obdobným způsobem jako na začátku navíjení. Po uchycení odolného pásu nastává fáze navíjení a lepení vnitřního distančního pásu na odolný pás. Z důvodu snadné manipulace se distanční pás navíjí a lepí pouze na válcový plášť nikoli na zpětné větve. Tyto zpětné větve jsou zcela logicky navinuty na větším průměru, tudíž

91

není možné zajistit při budoucí změně průměru jejich správnou funkci, v důsledku by tento stav znamenal znehodnocení lepeného spoje a projevil by se vzedmutím distančního pásu (příčinou je navinutí na menší průměr, než dovoluje lepený spoj). Po nalepení distančního pásu určené délky nastává proces lepení vnitřního ozubeného

řemene „A“ na distanční vložku. Způsob lepení vyžaduje zvláštní technologii lepení, viz obr. 5.

4.4.2. Mechanika řemenů a objasnění technologie lepení Podmínkou pro správnou funkci vnitřních řemenů je jejich schopnost při navíjení na určitý průměr zapadnutí zubů do protějších mezer vnitřních řemenů, která je podmíněna stejným počtem zubů. Představme si vodorovnou rovinu a dva totožné

řemeny. Tyto řemeny mají stejnou rozteč zubů, tudíž po spojení jednotlivé zuby přesně zapadají do mezer protilehlých zubů. Tato situace se ovšem mění, chceme-li tyto

řemeny navinout na určitý průměr. Pokud bychom navinuli jeden ze dvou řemenů (např. řemen A) na libovolný průměr, musí zcela logicky druhý (vnější) řemen mít rozdílnou rozteč, s důvodu změny obvodové vzdálenosti. Tato obvodová vzdálenost je v praxi rovna součinu rozteče zubů a počtem těchto zubů, kterážto odpovídá součinu Ludolfova čísla π a průměru navinutí D. Vyjádření průměru řemene „1“.

PA .n z = π .D A

⇒ DA =

PA .n z

π

Vyjádření průměru řemene „2“

PB .n z = π .DB ⇒ DB =

PB .n z

π

Je zcela logické, že jedinou možností jak navinout dva řemeny na určitý průměr je přizpůsobení rozteče zubů druhého řemene. Toto přizpůsobení je úměrné změně osového posunutí průměru řemene „B“. (řemen „B“ má rozdílný průměr od řemene „A“). Tato velikost posunutí je rovna výšce dvou do sebe zapadajících řemenů.

92

Vztaženo na průměr hodnotě posunutí odpovídá dvojnásobek této výšky. V praxi tento problém znamená určit vhodné rozteče ozubených řemenů na zadaný průměr navinutí. Tyto rozteče se určí z podmínky rovnosti počtu zubů, matematické vyjádření této funkce:

π .D A PA

=

π .DB

π .D A

PB

PA

=

π .( D A + 2∆x p ) PB

Průměr DB lze vyjádřit z průměru D A za předpokladu, známe-li rozměry (profil zubu) ozubeného řemene „B“. Průměr D A odpovídá přibližně vnitřnímu průměru dávkovacího bubnu. Přesná hodnota průměru dávkovacího bubnu (dávkovací komory) je rovna rozdílu D A a dvojnásobku tloušťky případné distanční vložky a odolného pásu. Tato rovnice má smysl jen případě a za toho předpokladu, že známe výchozí rozteč zubu „A“ PA . Tato hodnota vychází z normalizace pro dané ozubené řemeny. Vyjádření neznámé (nenormalizované) rozteče PB :

PB =

PA ( D A + 2∆x p ) DA

Tímto způsobem lze vyjádřit rozteč PB , která v praxi znamená požadavek nenormalizované rozteče druhého řemene. Jak vyplývá z normativů, výroba tohoto

řemene znamená značné vstupní náklady na výrobu potažmo pořízení. Tyto náklady se odvíjejí od množství nebo metráže takto vyrobených řemenů. Pro konstrukci prototypu dávkovače bylo vhodné tento problém „obejít“. Je možné vyjít z principu volnosti dvou totožných řemenů (stejná normovaná rozteč i velikost zubů). Spojení dvou totožných řemenů umožňuje částečnou změnu tvaru jejich vodící přímky, tento tvar vodící přímky odpovídá přibližně obvodové ose (obvodu kružnice) požadovaného průměru, a to pouze určitou její částí. Délka výseče této části určuje délku dvou do sebe zapadajících řemenů. V důsledku to znamená, že nekonečný ozubený řemen je rozdělen na určitý počet jednotlivých řemenů. Rozměr (délka) jednoho řemene může být určena pouze experimentálně a to tak, že se dva do sebe zapadající řemeny přiloží na přípravek (viz trubka odpovídajícího průměru) a určí se mez (počet zubů, vzdálenost), při které je možno úspěšně a bez použití síly vložit 93

do sousedních zubů zuby ozubeného řemene. Tato hodnota koresponduje s délkou budoucích částí jednotlivých řemenů. Podstata následné technologie lepení bez ohledu na druh použitých řemenů spočívá v přerušovaném lepení ozubených řemenů na distanční vložku. Toto spojení může být provedeno i vulkanizačním či jiným mechanickým spojením. V našem případě, jsou jednotlivé části řemene postupně nalepovány (polyuretanovým lepidlem) na již navinutou funkční část dávkovacího bubnu. Schéma lepeného spoje je zobrazen na obr. 5, společně s důsledky rozvinutí pásu z daného průměru do vodorovné roviny. Výška vrstvy spojení s neodpovídá měřítku a je z důvodu přehlednosti na výkrese zvětšena. Obdobným způsobem probíhá spojování druhého řemene na vnější svrchní pás (25). Opět je nutné zachovávat pravidelnou rozteč danou roztečí již spojeného vnějšího

řemene „A“. Před tímto spojením je nutná stabilizace řemene „B“ tj. určení přesné polohy řemene pro lepení s vnějším pásem. Tato poloha se zabezpečuje navinutím řemene „B“ na řemen „A“ a jeho dočasném přichycení na řemen „A“. Pro toto spojení bylo použito z časových důvodů sekundového lepidla. Byl spojen nejmenším množstvím lepidla první a poslední zub řemene „B“. Tento postup opakujeme u všech dalších řemenů až do délky funkční části dávkovací komory. Jak bylo uvedeno výše v textu vnější ozubený

řemen „A“ je spojen z distanční vložkou pouze a také v délce funkční válcové části dávkovací komory. Následně je nutné uvolnit (šroubová) spojení a zpětné větve navinout do tvaru válcového pláště a opakovat postup lepení řemenů „A“ na distanční pás i dočasné uchycení řemenů „B“ na řemeny „A“.

4.4.3. Těsnění Podle návrhu řešení funkci těsnění zabezpečuje silikonové těsnění profilu „T“. V konstrukci prototypu bylo z normativních důvodů použito PE (polyethylenové) samolepící těsnění obdélníkového průřezu (5x10 mm), toto těsnění bylo nalepeno podél každé strany nekonečného pásu na kraje distanční vložky.

94

Obr. 6. Prototypové těsnění

4.4.4. Instalace svrchního pásu Při konstrukci svrchního pásu bylo použito průmyslové gumy pro výrobu dopravníkových pásů. Šířka tohoto pásu odpovídala šířce odolného pásu. U teoretického návrhu s použitím těsnění typu „T“ je třeba brát v úvahu šířku těsnění a přesně o tento rozměr musí být vnější pás širší. Na dočasně nalepený vnější pás „B“ se aplikuje vhodné lepidlo, nikoliv už stejnou technologií přerušovaného lepení jako tomu bylo u spojení ozubených řemenů „A“. Lepení vnějšího pásu se provádí za částečně svinutého stavu větví s odpovídajícím průměrem válcového těla. Po nalepení poslední

části vnějšího pásu se svinutý pás stává nekonečným pásem. Po této operaci je nutné stabilizovat počátek i konec navíjení na válcový přípravek z důvodů další manipulace a instalace rámové části. Po přeměření funkční svinuté části dávkovacího válce nám naměřená délka udává celkovou přesnost navíjení i přesnost výroby jednotlivých částí větví (závitů), zejména opakující se výrobní chyba šířky větve (vnějšího pásu) se v důsledku projeví jako nežádoucí mezera mezi závity odolného pásu. Velikost této mezery je rovna součinu počtu závitů a výrobní chyby svrchního pásu.

95

4.4.5. Vnější konstrukce, pohon Druhý výrobní celek dávkovače je jeho vnější konstrukce. Z ekonomických důvodů bylo při konstrukci použito místo hliníkového konstrukčního systému, jak je u strojů tohoto typu běžné, konstrukci ocelovou svařovanou. Vnější konstrukce musí umožňovat bezproblémový chod a stabilizaci zpětné větve. Tuto stabilizační funkci zabezpečuje kladkové vedení. Základní kostru v průřezu tvoří rámový čtverec, přičemž kruhová část dávkovače tvoří jeho vepsanou kružnici. Dle schématu „pohled – A“ je zřejmé, že pohonnou část tvoří vnější řemen (33), který pohání hnací řemenice (22), při konstrukci prototypu bylo použito třecího převodu. Povrch vnějšího svrchního řemene (gumového válce) je téměř hladký, a umožňuje záběr hnacích hřídelů. Pohon tvoří elektromotor (40W, 635 ot.min −1 ), kuželová převodovka s převodem i = 10. Pro regulaci otáček dávkovacího bubnu bude použito frekvenčního měniče.

Obr. 7. Schéma třecího pohonu

96

4.4.6. Účel konstrukce Konstrukce prototypu válcového dávkovače sypkých hmot vychází z teoretického návrhu. Tento návrh umožňuje podle teoretických předpokladů bezproblémovou funkci a naplnění všech výše uvedených výhod. Mezi hlavní teoretické předpoklady bezchybného provozu patří podmínka plynulého a přesného navíjení a odvíjení větví, dále dobrá prachotěsnost daná přesně vymezenou vzdáleností dvou sousedních závitů a požadavek

stabilního

a klidného

chodu. Jelikož se konstrukce prototypu

od teoretického návrhu značně liší, lze z jeho budoucího provozu vyvodit pouze několik ukazatelů:

1. Odolnost a stabilita (životnost) funkčních spojení v závislosti na změně provozních podmínek. 2. Zkouška třecího pohonu (absence vnějšího ozubeného řemene) jako možné alternativy pohonu, měření prokluzu v závislosti na zatížení. 3. Energetická náročnost systému v závislosti na výkonnosti a druhu dávkovaného materiálu. 4. Měření konstantního průtoku materiálu, chování sypké hmoty v místě vpádu a výpadu. 5. Objemové nadávkování sypké hmoty a jeho přepočet hmotnosti v závislosti na otáčkách. 6. Stanovení okamžité, minimální a hraniční výkonnosti systému. 7. Stanovení přesnosti dávkování, zapojení regulační smyčky. 8. Možnost použití válcového dávkovače jako hmotnostní dávkovací váhy.

4.5. Stav konstrukce po sestavení Jak již bylo uvedeno výše, z ekonomických důvodů bylo použito třecího převodu. Správná funkce tohoto způsobu pohonu je závislá na vytvoření optimálních třecích podmínek.

97

Pohon prototypu tvoří přítlačný hřídel, jako materiál byl použit hliník. Tento hřídel je na obou funkčních (třecích) koncích opatřen závitem s podložkou a maticí, která vymezuje axiální posunutí a stabilizaci válcového pláště.

Schéma třecího hřídele

Manipulace s pláštěm dávkovače je velmi obtížná, jednotlivé závity se při montáži musejí stabilizovat pomocí válcového přípravku, který musí být současně uchycen k rámu konstrukce z důvodu možného nežádoucího pootočení. Po uchycení vnějšího pláště do rámové konstrukce byly nastaveny vůle a byla definována délka válcového pláště. Válcový přípravek byl odebrán, přičemž místo navíjení a odvíjení bylo ponecháno upnuté na konstrukci rámu. Místo přítlačných kladek byl použit rovněž přítlačný hřídel, který byl uchycen obdobným způsobem jako hřídel třecí.

4.6. Zkouška pootočením Po kompletaci následovala zkouška pomocí ručního pootočení válcového pláště v rámu. Distanční podložky vymezovaly axiální posuv, přesto docházelo po otočení o jeden závit (jedna otáčka válce) k posunu. Tento posun byl na jednu otáčku velmi malý, přesto po pootočení o další závit docházelo k deformaci vnějšího gumového válce a následovalo vyskočení části jednoho závitu přes tuto distanční vložku. Tato axiální síla byla způsobena nesouměrným navíjením a odvíjením větví.

98

Vnější plášť

99

Pohled zprava – válcový plášť, uchycení třecích a přítlačných hřídelů.

Pohled shora

100

Detail dávkovací komory

101

Stabilizace navíjecích a odvíjecích větví se jevila jako velmi obtížná z důvodu absence vnějšího vodícího řemene, a tudíž nebylo možné zaručit dlouhodobě stálé navíjení a odvíjení větví. Tento problém by mohl být odstraněn pouze tehdy, pokud by bylo možné zabezpečit konstantní navíjení a odvíjení obou větví. Použitím průmyslové gumy jako svrchního pásu bylo docíleno dobrého vedení a přenosu hnacího momentu, ovšem při značné celkové hmotnosti svinutého pásu. Další významný aspekt jsou značné mechanické ztráty třením vyvozené při otáčení pásu. Dávkovací buben bylo možné otočit pouze o 4 závity, po té docházelo k nárůstu odporů a k vyskočení závitu z definované pozice. Jednotlivé mezery mezi závity nedosahovaly požadované těsnosti, z důvodů axiálního posunu válce.

102

5. Závěr a zhodnocení Obsahem této diplomové práce je problematika dopravy, manipulace a dávkování sypkých hmot. Úvod práce byl věnován základní teorii sypké hmoty, v práci je popsána její fyzikální podstata a jsou uvedeny její definice a mechanicko-fyzikální závislosti. V teoretické části je cílem práce podání přehledu o veškerých technologiích na dopravu a dávkování sypkých hmot, je uveden popis současných technologií, který je doplněn odkazy a příklady použití nejnovější techniky

Válcový dávkovač sypkých hmot, je novou originální konstrukcí, která umožňuje teoretické kontinuální dávkování (vážení) sypkých hmot v kontinuálních dávkovacích linkách. Tento způsob dávkování je patentován v České a Slovenské republice. Přes výše uvedené teoretické výhody tohoto systému, je zřejmé, že dávkovač svojí mechanikou a složitostí konstrukce vyžaduje odlišný přístup konstruktéra. Tento systém vyžaduje vysokou přesnost zpracování a spojování jednotlivých dílů, které se projeví zvýšenými výrobními prostředky. Mezi hlavní teoretické výhody patří šetrnost k dopravované (dávkované) sypké hmotě, prachotěsnost, konstantní výška sypké hmoty ve funkční části dávkovacího bubnu a z ní vyplývající možná vysoká přesnost dávkování, vysoká výkonnost, která je závislá na zaplnění dávkovací komory a rychlosti pohybu větví, samočisticí schopnosti, spektrum dávkovaných materiálů (zdravotní nezávadnost odolného pásu), možnost hmotnostního dávkování. Mezi nevýhody patří již zmiňovaná náročnost výroby a samotná složitost principu pohybu. Pokud se při praktické zkoušce prokáže, že některé teoreticky předpokládané výhody nebudou potvrzeny, tudíž naměřené parametry nebudou stejné či srovnatelné s konkurencí, stanou se nevýhodou. Výsledky zkoušek budou do jisté míry zkresleny kompromisy při výrobě prototypu. Zkouška prototypu pouze přiblíží náhled na tento způsob dávkování sypkých hmot. Pro pohon dávkovače bylo použito třecího převodu místo vnějšího vodícího řemene. Tato skutečnost znamenala výrazné snížení výrobních nákladů, ovšem přinesla značnou komplikaci při sestavování a chodu dávkovače. Dávkovač s touto konstrukcí nebyl schopen plynulého provozu a nebylo možné s danými prostředky tento problém eliminovat. 103

Kompromisy a nepřesnosti při výrobě se v praktické zkoušce projevovaly negativně. Případná budoucnost tohoto systému pro dávkování a vážení sypkých hmot je plně závislá na přesnosti, volbě a kvalitě zpracování jednotlivých komponentů a na celkové přesnosti navíjení a odvíjení větví. Konstrukce prototypu umožnila praktickou zkoušku tohoto nového principu pohybu.

104

6. Soupis použité literatury

•

ZEGZULKA, Jiří: Mechanika sypkých hmot. Ostrava: VŠB, 2004. 186s. ISBN 80 – 248 – 0699 – 1.

•

Kol. ČSVTS: Partikulární hmoty 98. VŠB – TU Ostrava. 1998. 140s. ISBN 80 – 7078 – 547 – 0

•

NOVOSAD, Jan: Mechanika sypkých hmot. Praha, 1983. 93s.

•

KEJÍK, Cyril. Technika a mechanizace živočišné výroby. Brno: VŠZ, 1984. 214s, ISBN 55 – 917 – 84.

•

SCHENK: Průmyslová vážící technika. Praha: SCHENK, 2003. 100s.

105