ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ  МОДЕЛИРОВАНИЕ  УСТРОЙСТВ  СИСТЕМЫ  АВТОМАТИЧЕСКОЙ  КОНТЕЙНЕРНОЙ  ДОСТАВКИ  ПРОБ  НА  АНАЛИЗ

Лобоцкий  Юрий  Генрихович

канд.  техн  .  наук,  ведущий  специалист  ООО  «Центр  инженерно-технического  обеспечения»,  РФ,  г.  Москва

E -mail:  lobs@nsi.ru

Хмара  Валерий  Васильевич

д-р  техн.  наук,  профессор  ФГБОУ  ВПО  Северо-Кавказский  горно-металлургический  институт  (Государственный  технический  университет),  РФ,  г.  Владикавказ

E-mail:  

PARAMETRIC  MODELING  OF  COMPOSITIONS  OF  AUTOMATIC  CONTAINER  DELIVERY  SYSTEM  OF  SAMPLES  FOR  ANALYSIS

Yuriy  Lobotsky

candidate  of  Science,  leading  expert  of  LLC  “Engineering  support  center”,  Russia  Moscow

Valeriy  Khmara

doctor  of  Science,  professor  of  FSBEI  HVE  North  Caucasian  Mining  and  Smelting  Institute  (State  Technical  University),  Russia  Vladikavkaz

АННОТАЦИЯ

В  статье  изложены  результаты  параметрического  моделирования  устройств  системы  автоматической  контейнерной  доставки  проб  на  анализ  с  использованием  ранее  разработанных  унифицированных  узлов  и  деталей.  Разработанные  узлы  системы  имеют  коэффициент  унификации  К_у  равный  от  87,5  %  до  100  %.  Подробно  рассмотрена  конструкция  каждого  основного  устройства  системы  автоматической  контейнерной  пневматической  доставки  проб  на  анализ  с  указанием  всех  разработанных  ранее  унифицированных  узлов  и  деталей.

ABSTRACT

In  the  article  there  are  presented  parametric  modeling  results  of  compositions  of  automatic  container  delivery  system  of  samples  for  analysis  with  the  use  of  pre-developed  unified  assemblies  and  details.  The  developed  system  assemblies  have  unification  factor  equal  from  87,5  %  to  100  %.  Structure  of  each  main  composition  of  automatic  container  pneumatic  delivery  system  of  samples  for  analysis  has  been  considered  indicating  all  pre-developed  unified  assemblies  and  details. 

Ключевые  слова:  контейнерная  доставка  проб  на  анализ;  транспортный  контейнер;  автоматическая  загрузка  пробы  в  транспортный  контейнер;  автоматическая  разгрузка  пробы  из  транспортного  контейнера;  автоматический  стрелочный  перевод;  автоматический  распределитель  доставленных  на  анализ  проб.

Keywords:  container  delivery  of  samples  for  analysis;  shipping  container;  sample  automatic  loading  into  shipping  container;  sample  automatic  unloading  from  shipping  container;  automatic  point;  automatic  distributor  of  delivered  for  analysis  samples. 

Известно,  что  необходимую  для  оптимального  управления  непрерывными  и  дискретно-непрерывными  технологическими  процессами  во  всех  отраслях  промышленности  аналитическая  информация  о  составе  исходного  сырья,  промежуточных  продуктов,  готовой  продукции  и  отвальных  хвостов  получают  в  автоматизированных  системах  аналитического  контроля  (АСАК)  [1].  Основной  подсистемой  АСАК  с  точки  зрения  возможного  влияния  на  сокращение  времени,  затрачиваемого  на  отбор  представительной  пробы,  её  доставки  и  подготовки  к  инструментальному  анализу,  является  подсистема  автоматической  доставки  проб  на  анализ.  В  настоящее  время  достаточно  широко  распространены  системы  контейнерной  и  бесконтейнерной  доставки  проб  на  анализ.  Обе  эти  системы  имеют  свои  существенные  преимущества  и  отдельные  недостатки.  Однако  наибольшее  распространение  получила  контейнерная  система  доставки  проб  на  анализ  [3],  обладающая  такими  бесспорными  преимуществами  как: 

·     универсальность  (возможность  доставки  жидких,  пульповых  или  легко  сыпучих  твердых  продуктов), 

·     высокие  (до  20  м/с)  скорости  доставки  проб, 

·     практически  любая  конфигурация  трасс  доставки  проб  на  анализ, 

·     простота  и  универсальность  систем  управления  составлением  маршрутов  доставки  проб, 

·     возможность  автоматической  технической  диагностики  состояния  всех  технических  средств  системы, 

·     простота  обслуживания  технических  средств  системы.

Любая  система  контейнерной  доставки  проб  на  анализ  включает  в  себя:

·     транспортный  контейнер,  обеспечивающий  автоматическую  загрузку  и  разгрузку  доставляемой  на  анализ  пробы;

·     станцию  автоматической  загрузки  проб  в  транспортный  контейнер,  обеспечивающую  прием  порожнего  транспортного  контейнера,  его  загрузку  дозированным  объемом  усредненной  пробы  и  отправку  груженого  транспортного  контейнера  на  анализ;

·     станцию  автоматической  разгрузки  пробы  из  транспортного  контейнера,  обеспечивающую  прием  груженого  транспортного  контейнера,  автоматическую  разгрузку  доставленной  пробы  в  специальные  лотки,  очистку  (при  необходимости)  полости  транспортного  контейнера  от  остатков  доставленной  пробы,  возврат  к  месту  отбора  пробу  порожнего  (и  очищенного)  транспортного  контейнера;

·     автоматический  распределитель  доставленных  проб  (когда  в  транспортном  контейнере,  отправляемом  из  одной  станции  загрузки  проб,  отправляются  одноименные  продукты  отобранные  из  разных  технологических  агрегатов,  работающих  параллельно);

·     систему  транспортных  трубопроводов  доставки  проб  на  анализ  и  возврата  порожних  транспортных  контейнеров;

·     автоматические  стрелочные  переводы,  обеспечивающие  автоматический  перевод  движущегося  транспортного  контейнера  из  нескольких  транспортных  трубопроводов  в  один  транспортный  трубопроводов  и  из  одного  транспортного  трубопровода  в  несколько  транспортных  трубопроводов;

·     автоматические  перепускные  клапаны,  обеспечивающие  герметизацию  трассы  доставки  движущегося  транспортного  контейнера,  автоматический  сброс  в  атмосферу  транспортирующего  сжатого  воздуха  после  доставки  транспортного  контейнера  к  месту  назначения.

В  предыдущей  статье  нами  были  рассмотрены  вопросы  параметрического  моделирования  узлов  и  деталей,  являющихся  основой  при  конструировании  устройств  системы  автоматической  контейнерной  доставки  проб  на  анализ.  Один  из  возможных  вариантов  такой  системы  приведен  на  рис.  1.  В  приведенной  схеме  использованы  следующие  обозначения:

Оборудование  для  автоматического  отбора  разовых  проб:

·     АП  —  автоматические  пробоотборники,  обеспечивающие  отбор  представительных  разовых  проб  с  регулируемой  дискретностью.  Каждая  разовая  проба  направляется  в  устройство  пропорционального  сокращения  и  затем  передается  в  устройство  усреднения  разовых  проб.

·     УУП  —  устройства  усреднения  разовых  проб,  обеспечивающие  автоматическое  усреднение  последовательно  отобранных  в  заданный  отрезок  времени  разовых  проб  и  дозирование  усредненной  пробы,  которая  передается  в  систему  контейнерной  доставки  проб  на  анализ.

Управление  работой  автоматических  пробоотборников  (АП)  и  устройств  усреднения  разовых  проб  (УУП)  осуществляется  от  собственного  блока  управления,  устанавливаемого  в  непосредственной  близости  от  автоматического  пробоотборника. 

Оборудование  контейнерной  системы  пневмотранспорта  проб  на  анализ:

·     СЗП  —  станция  автоматической  загрузки  проб  в  транспортный  контейнер;

·     ПК  —  перепускной  клапан;

·     СП  1  и  СП  4  —  универсальные  автоматические  стрелочные  переводы  «Из  2-х  в  1»  и  «Из  1  в  2-е»;

·     СП  2  и  СП  3  —  универсальные  автоматические  стрелочные  переводы  «Из  4-х  в  1»  и  «Из  1  в  4-е»;

·     СРП  —  станция  автоматической  разгрузки  проб  из  транспортного  контейнера;

·     РП  —  автоматический  распределитель  проб;

·     Л  —  специальный  приемный  лоток  для  доставленных  проб.

Автоматическое  управление  оборудованием  контейнерной  системы  пневмотранспорта  проб  на  анализ  осуществляется  от  микропроцессорной  системы  управления,  работающей  в  режиме  реального  времени. 

По  данной  схеме  предполагается,  что  пробы  необходимо  отбирать  в  двух,  территориально  размещенных  отдельно,  цехах  (пробы  1  и  2  в  одном  цехе,  а  пробы  3,  4,  5  и  6  —  в  другом).  Причем  пробы  5  и  6  относятся  к  одному  технологическому  продукту,  но  отбираются  из  разных  однотипных  технологических  агрегатов,  работающих  поочередно. 

Как  видно  из  рассматриваемой  структурной  схемы  в  системе  отбора  и  пневматической  доставки  проб  на  анализ  используется  довольно  большое  количество  однотипного  оборудования:

·     5  станций  автоматической  загрузки  проб  в  транспортный  контейнер;

·     5  станций  автоматической  разгрузки  проб  из  транспортного  контейнера;

·     26  перепускных  клапана;

·     2  универсальных  автоматических  стрелочных  переводов  «Из  2-х  в  1»  и  «Из  1  в  2-е»;

·     2  универсальных  автоматических  стрелочных  переводов  «Из  4-х  в  1»  и  «Из  1  в  4-е»;

·     один  автоматический  распределитель  проб;

·     6  приемных  лотков  для  доставляемых  на  анализ  проб.

Эти  данные  убедительно  говорят  о  том,  что  существует  прямая  необходимость  и  целесообразность  в  проведении  исследований  с  целью  оптимизации  создаваемых  конструкций  устройств  системы  автоматической  контейнерной  доставки  проб  на  анализ.

Рисунок  1.  Условная  структурная  схема  автоматической  системы  отбора  и  пневматической  доставки  проб  на  анализ

Для  этих  целей  целесообразно  использовать  метод  агрегатирования  с  применением  ранее  разработанных  унифицированных  узлов  и  деталей.  Кроме  того  в  создаваемых  устройствах  системы  автоматической  контейнерной  доставки  проб  на  анализ  используется  ограниченный  набор  покупного  оборудования.

Разработанная  конструкция  станции  автоматической  загрузки  проб  в  транспортный  контейнер  с  учетом  всех  перечисленных  выше  положений  приведена  на  рис.  2. 

Рисунок  2  Станция  автоматической  загрузки  проб  в  транспортный  контейнер

В  данной  конструкции  использованы  следующие  унифицированные  узлы  и  детали:

1.  Бесштоковый  двусторонний  магнитный  цилиндр  с  демпфированием  фирмы  КАМОЦЦИ  . 

2.  Транспортный  контейнер. 

3.  Приемный  стакан. 

4.  Каретка. 

5.  Механизм  вертикального  перемещения  транспортного  контейнера. 

6.  Узел  подачи  транспортирующего  сжатого  воздуха. 

7.  Датчик  присутствия  транспортного  контейнера. 

Кроме  перечисленных  унифицированных  узлов  и  деталей  в  конструкции  станции  загрузки  проб  в  транспортный  контейнер  установлен  узел  загрузки  проб  в  транспортный  контейнер  (8),  обеспечивающий  при  подъеме  вверх  транспортного  контейнера  полное  открытие  его  загрузочного  клапана  и  загрузку  в  транспортный  контейнер  дозированного  объема  усредненной  пробы.  При  переводе  загруженного  транспортного  контейнера  в  исходное  положение  загрузочный  клапан  герметизирует  его  полость. 

Станция  автоматической  разгрузки  проб  из  транспортного  контейнера  (см.  рис.  3)  также  разработана  с  учетом  перечисленных  выше  положений.

В  данной  конструкции  использованы  следующие  унифицированные  узлы  и  детали:

1.  Бесштоковый  двусторонний  магнитный  цилиндр  с  демпфированием  фирмы  КАМОЦЦИ  . 

2.  Транспортный  контейнер. 

3.  Приемный  стакан  —  2  шт. 

4.  Каретка. 

5.  Механизм  вертикального  перемещения  транспортного  контейнера. 

6.  Узел  подачи  транспортирующего  сжатого  воздуха. 

7.  Датчик  присутствия  транспортного  контейнера. 

Кроме  перечисленных  унифицированных  узлов  и  деталей  в  конструкции  станции  разгрузки  проб  из  транспортного  контейнера  установлен  узел  разгрузки  проб  из  транспортного  контейнера  (8),  обеспечивающий  при  подъеме  вверх  транспортного  контейнера  полное  открытие  его  разгрузочного  клапана  и  разгрузку  из  транспортного  контейнера  доставленной  на  анализ  усредненной  пробы.

Рисунок  3.  Станция  автоматической  разгрузки  проб  из  транспортного  контейнера

При  переводе  загруженного  транспортного  контейнера  в  исходное  положение  разгрузочный  клапан  герметизирует  его  полость.  Кроме  функции  разгрузки  доставленной  на  анализ  усредненной  пробы  в  станции  разгрузки  проб  предусмотрена  возможность  вывода  из  системы  транспортного  контейнера  и  ввода  в  систему  нового  транспортного  контейнера.

Универсальный  автоматический  стрелочный  перевод  «Из  2-х  в  1»  и  «Из  1  в  2-е»,  конструкция  которого  представлена  на  рис.  4,  также  использует  ряд  унифицированных  узлов  и  деталей.

Рисунок  4.  Универсальный  автоматический  стрелочный  перевод  «Из  2-х  в  1»  и  «Из  1  в  2-е»

В  данной  конструкции  использованы  следующие  унифицированные  узлы  и  детали:

1.  Бесштоковый  двусторонний  магнитный  цилиндр  с  демпфированием  фирмы  КАМОЦЦИ  . 

2.  Транспортный  контейнер. 

3.  Приемный  стакан  —  2  шт. 

4.  Каретка. 

5.  Узел  подачи  транспортирующего  сжатого  воздуха  —  3  шт. 

6.  Датчик  присутствия  транспортного  контейнера  —  3  шт. 

Универсальный  автоматический  стрелочный  перевод  «Из  4-х  в  1»  и  «Из  1  в  4-е»,  конструкция  которого  представлена  на  рис.  5,  использует  следующие  унифицированные  узлы  и  детали:

1.  Бесштоковый  двусторонний  магнитный  цилиндр  с  демпфированием  фирмы  КАМОЦЦИ  —  4  шт. 

2.  Транспортный  контейнер. 

3.  Приемный  стакан  —  4  шт. 

4.  Каретка  —  4  шт. 

5.  Узел  подачи  транспортирующего  сжатого  воздуха  —  5  шт. 

6.  Датчик  присутствия  транспортного  контейнера  —  5  шт. 

Конструкция  автоматического  распределителя  проб  приведена  на  рис.  6  и  использует  следующие  унифицированные  узлы  и  детали:

1.  Бесштоковый  двусторонний  магнитный  цилиндр  с  демпфированием  фирмы  КАМОЦЦИ  . 

2.  Каретка. 

3.  Лотки  для  доставляемых  проб. 

Конструкция  приемных  лотков  аналогична  конструкции  приемных  стаканов  с  той  разницей,  что  у  приемных  лотков  дно  сплошное,  т.е.  не  имеет  отверстия,  обеспечивающая  прием  доставляемых  одноименных  проб,  но  отбираемых  из  двух  технологических  агрегатов.

Оценка  уровня  унификации  создаваемого  изделия  базируется  на  использовании  следующей  формулы  [2]:

    (1)

где:  N  —  общее  количество  используемых  узлов  в  создаваемом  изделии;

N₀  —  количество  оригинальных  узлов  в  создаваемом  изделии.

Рисунок  5.  Универсальный  автоматический  стрелочный  перевод  «Из  4-х  в  1»  и  «Из  1  в  4-е»

Рисунок  6.  Автоматический  распределитель  проб

Результаты  расчета  уровня  унификации  разработанных  устройств  системы  автоматической  контейнерной  доставки  проб  на  анализ  (без  учета  корпусных  деталей  устройств  —  крышки,  дна  и  боковых  стенок)  сведены  в  таблицу  1.  Необходимо  отметить,  что  отверстия  на  крышке  и  дне  каждого  устройства,  а  также  все  присоединительные  размеры  для  установки  унифицированных  узлов  устройств  системы  автоматической  контейнерной  доставки  проб  на  анализ  также  унифицированы.

  Таблица  1.

Результаты  расчета  уровня  унификации  устройств  системы  контейнерной  доставки  проб  на  анализ

Список  литературы:

1.Брегман  И.И.,  Хмара  В.В.,  Голант  Ю.А.,  Нефедьев  Ю.А.,  Оголь  А.Ф.  Автоматизированная  система  аналитического  контроля  (АСАК)  металлургических  предприятий  цветной  металлургии  //  М.,  Цветметинформация,  1984,  —  60  с.

2.Димов  Ю.В.  «Метрология,  стандартизация  и  сертификация».  Учебник  для  студентов  ВУЗов.  С-Пб:  Питер,  2005  г.

3.Хмара  В.В.  Универсальная  контейнерная  система  пневмотранспорта  проб  на  анализ.  Основы,  принципы  построения,  конструкция,  алгоритмы  функционирования:  Монография.  Lambert  Academic  Publishing/  2012.  —  С.  89.