Спосіб лінеаризації характеристики конвеєрної ваги

1. Спосіб лінеаризації характеристики конвеєрної ваги, який полягає у тому, що попередньо зважують з первісним передатним коефіцієнтом декілька порцій матеріалу, що проходять через ваги з різними лінійними щільностями, і одночасно вимірюють шлях або час проходження порцій матеріалу, підраховують усереднені значення виміряних і дійсних лінійних щільностей або продуктивностей і по цих точках апроксимують реальну характеристику ваги, а потім підраховують і запам'ятовують, наскільки апроксимована характеристика відрізняється від номінальної, і в кількох заданих точках лінійної щільності уводять ці по U 2 (19) 1 3 3732 4 значень лінійних [цільностей і, а в процесі важенкоефіцієнта та нуля ваги. Згідно з цим способом ня, при досяганні ними заданих значень, коректудостатньо увести корекцію лише в одній або двох ють передатний коефіцієнт ваги, тобто до зміряних точках характеристики, щоби вага запрацювала значень додають відповідні значення поправок. точніше у робочому діапазоні. Але визначення поправок у багатьох точАле, при підрахуванні цих параметрів може ках характеристики вагів а виробничих умовах виникати похибка, якщо при важенні порції машляхом переважувань, це дуже кропітка і коштовтеріалу з технологічних причин виникає на справа, періодичне значне зниження або зникнення наванТому частіше проводять ступеневу або кускотаження на стрічку (наприклад, при транспортуво-лінійну апроксимацію, тобто реальну характеванні крупногрудчасти х та одиничних вантажів або ристику ваги апроксимують якоюсь канонічною при заштибуванні живильника конвеєра). Але ж в кривою або прямими зі зміщенням, які розраховацей час конвеєр знаходиться у роботі і безперено по декільком (двом, трьом) точкам характерирвно вимірюється довжина (час) проходження стики, що визначені при градуюванні. стрічки. У цьому випадку, хоча середнє значення Відомий, наприклад, спосіб лінеаризації халінійної щільності (продуктивності) за час проходрактеристики конвеєрної ваги, яка призначена для ження порції підраховано правильно, але воно роботи при змінній лінійній щільності [3], і є найбхарактеризує нелінійність ваги не при заданих лижчим до способу, що заявляється. Тому його лінійних щільностях (q1 ,q2) а в якихось усереднеприйнято за прототип них точках між ними та нульовою точкою. А як раз Згідно з ним на вазі, яку відградуйовано на ці точки треба визначити точно, бо вони є визнанайменшому рівні лінійної щільності, чальними, при підрахуванні величини поправок що працює з первісним передатним ко(дивись формули 2, 3). Якщо швидкість конвеєра ефіцієнтом К', зважують порції матеріалу, що відома і постійна, то може вимірюватись час. У проходять через ваги з різними лінійними випадку вимірювання часу, при важенні порції ма[цільностями і одночасно з важенням вимірюють теріалу, з різних технологічних причин можуть вишлях проходження порцій матеріалу та розрахоникати несподівані зупинки конвеєрної стрічки. вують усереднені значення зміряних та дійсних Якщо час вимірюється ручним способом, точність лінійних щільностей і по ним визначають декілька градуювання знижується від похибок оператора точок реальної характеристики ваги. Далі, апроктому, що треба невпинно стежити за зупинками симують реальну характеристику ваги одним або конвеєра та закінченням вантажопотоку. кількома відрізками прямих, які проходять через У всіх ци х випадках зміряна довжина стрічки, визначені точки. Наприклад, при лінійних або час її проходження, будуть більшими ніж у щільностях менших ці вага працює з передатбезперешкодному режимі важення, а поправки ним коефіцієнтом К', визначеним згідно з характеристики ваги, які визначені при градуюформулою (1) і без зміщення нуля, а при цк ї ванні, будуть некоректними. Які реальну характеристику ваги аппроксимують Крім того, хоча спосіб лінеаризації, який запрямою лінією, зі зміщенням відносно нульової пропоновано у прототипі має переваги над іншими точки координат (дивись креслення) у стандартному робочому діапазоні (20-100)% від Для цього уводять у пам'ять ваги новий перемаксимальної лінійної щільності, де реальна хадатний коефіцієнт і зміщення нуля, які підраховано рактеристика ваги більш менш лінійна, але, при згідно з формулами: малих навантаженнях на ваги, корекція характеристики стає менш вдалою. MK 2 MK 1 В основу корисної моделі поставлено задачу I I1 q - qK1 K= 2 K ' = K2 K ' , (2) підвищення точності лінеаризації, завдяки більш M2 M1 q2 - q1 коректному визначенню шляху, який пройдено I2 I1 стрічкою, осереднених точок дійсноїхарактеристики вагів і розташуванню точок апроксимованої хаK' æ Kö DqK 0 = q'K 0 -q K 0 = ç MK 2 - M2 ÷ = q K 2K' -q 2K , рактеристики при різко змінному характері лінійної I2 è K' ø щільності (продуктивності) матеріалу на конвеєрі. (3) Поставлена задача вирішується тим, що у де: МK1, МK2 і М1, М2 - відповідно, зміряні конспособі лінеаризації ії характеристики конвеєрної веєрною вагою і фактичні маси матеріалу; ваги, згідно з яким попередньо зважують з І1, І2 - шля х, який пройдено стрічкою, у першій і первісним передатним коефіцієнтом декілька другій порціях; порцій матеріалу, що проходять через ваги з q'K0, qK0- відповідно, первісне і скоректоване різними лінійними щільнос-тями і одночасно значення нуля вагів; вимірюють шлях або час проходження порцій маq1, q2 - дійсні лінійні щільності матеріалу у теріалу, підраховують усереднені значення першій і другій порціях; виміряних і дійсних лінійних щільностей або проqK1, qK2 - зміряні лінійні щільності матеріалу у дуктивностей і по цим точкам визначають апрокпершій і другій порціях. Потім вагу переводять у симовану характеристику ваги, а потім режим важення. При важенні, контролюється усепідраховують наскільки апроксимована характериреднене значення зміряної лінійної щільності. В стика відрізняється від номінальної і у кількох задіапазоні від 0 до qK1 вага працює з первісним даних значеннях лінійної щільності, проводять передатним коефіцієнтом К', а коли осереднекорекцією передатного коефіцієнта та (або) нуля на лінійна щільність стає більшою ніж задана (qK1) ваги, згідно з корисною моделлю, на протязі кожавтоматично відбувається корекція передатного ної порції постійно контролюють миттєве значення 5 3732 6 лінійної щільності матеріалу на стрічці і кожен раз, Лінеаризація характеристики конвеєрної ваги коли вона стає нижчою порога нечутливості ваги, учиняється так. При незаванаженій стрічці конна цей час автоматично призупиняють веєра вага налагоджується на нуль і переводиться підсумовування шляху або часу. у режим градуювання; Точки лінійних цільностей, в яких коректують тобто установлюється первісний передатний реальну характеристику ваги, в діапазоні лінійних коефіцієнт К', який розраховано згідно з формулою цільностей менших заданої, розташовують з мен(1). шим ступенем ніж при лінійних цільностях більших Через вагу пропускають порцію матеріалу q2 з заданої. лінійною щільністю близькою до мінімальної При лінеаризації може бути впроваджено (згідно зі стандартом на ваги q1 =0,2qmax але може змінний ступінь між цими заданими точками бути і іншою), а потім - близькою до максимальної. лінійних щільностей. Для цього в час, коли лінійна Одночасно з важенням здійснюють вимір шляху щільність стає нижчою ніж задана, одночасно з або часу. У всі х випадках, коли лінійна щільність важенням вимірюють шлях, який пройдено (продуктивність) падає нижче порога нечутливості стрічкою, а ширину ступіней розраховують таким ваги, підсумовування шляху або часу автоматично чином, щоби різниця між даною поправкою та поприпиняється, а коли стає вищою - автоматично правкою для попереднього (або наступного) стувідновлюється. пеня заданої лінійної щільності (продуктивності) не Таким чином, якщо навантаження на вагу має перевищувала, або була пропорційною заданої різко змінний характер, наприклад, при транспорпохибки важення поділеної на цей шлях (або час), туванні крупногрудчастих або одиничних вантажів, Введення автоматичної призупинки при заштибуванні шибера живильника (або з техпідсумовування шляху або часу, коли лінійна нологічних причин виникатимуть зупинки конщільність стає нижчою за поріг нечутливості ваги, веєра), то результат виміру, за час проходження дає змогу більш ретельно зміряти довжину стрічки, порції, буде підраховано як суму інтервалів шляху яку завантажено, і визначати точки реальної ха(часу), в яких стрічка була завантаженою та рухарактеристики ваги при її градуюванні, що підвищує лася. Для уникнення похибок оператора усі опеточність апроксимації. рації виміру та підсумовування шляху (часу) проЗмінний ступінь між точками лінійної щільності, водяться автоматично. в яких коректують характеристику ваги, дозволяє Після цього розраховують передатний козробити корекцію оптимальною і розширити ефіцієнт ваги, як частку від ділення різниці значень діапазон навантажень, де ваги працюють з задазміряних лінійних щільностей або продуктивностей ним рівнем точності. порцій матеріалу на різницю їх дійсних значень На кресленні відображено графік з реальною помножене на первісний передатний коефіцієнт, а (зображена крапками), номінальними (ОС, OВ) та зміщення нуля визначають як різницю добутків апроксимованими (АС, ОВС) характеристиками зміряної лінійної щільності або продуктивності на ваги. О'С' - ассимптота гиперболи; первісний передатний коефіцієнт та дійсного знаПриведемо опис запропонованого способу чення лінійної щільності (продуктивності) на уточлінеаризації характеристики ваги. нений передатний коефіцієнт: Поріг нечутливості ваги утворюється природM S l - MK1Sli2 q - qK1 K = K 2 i1 K ' = K2 K ' = KK ' ; (4) но, тому що конвеєрна стрічка має неідеальні MSli1 - MS li2 q2 - q1 пружні властивості і при малих лінійних K' æ Kö щільностях частково не контактує з вагою, особDqK 0 = q'0 - q0 = ç MK 2 - M2 ÷ = q K 2K' -q 2K ливо у місцях між середнім і боковими роликами Sl 2 è K' ø ваги. Якщо стики стрічки склепано, його може бути (5) зроблено штучно трохи більшим ніж природній, Для доведення реальної характеристики ваги щоби забезпечити заданной рівень несталості до прямолінійної запам'ятовують ці поправки, тобпоказань ваги, яка виникає від биття об ролики то уводять їх у пам'ять арифметичного блока ваги. ваги стиків стрічки при холостому ході конвеєра. Візьмемо данні, які були отримані при градуюТак зроблено, наприклад, у вітчизняних вагах ЕГВ, ванні ваги, яка використовується для дозування ж. 4219ВКГ, 4504ВКУ, ВКП та інших, в яких викорид. вагонів на підприємстві вугільної промисловості. стано згаданий прототип . Таблиця Маса, яку зважено конвеєрною вагою (доза), т МK1=64,5 Фактична маса матеріалу, т МK2=70 М2=67,03 М1=62,45 Шлях, який пройдено Шлях, який пройдено Осереднені значення завантаженою незавантаженою виміряних і фактичних стрічкою, м стрічкою, м щільностей, кг/м І0=184,5 qK1=52,03 q1=50,38 Sli1 = 1239,6 qK2=89,24 q2=85,46 Sli2= 784,38 МK1, М1 - зміряна конвеєрною вагою і фактична маса матеріалу при меншому рівні лінійної щільності; МK2, М2 - зміряна конвеєрною вагою і фактична маси матеріалу, які визначені при більшому рівні лінійної щільності; Sli1 , Sli2 - підсумований шлях, який пройдено стрічкою, за винятком завантажених ділянок, у першій і другій порціях . Згідно з даними, які приведено, по формулам (4), (5) підрахуємо, усереднені значення лінійних 7 3732 8 щільностей матеріалу на стрічці визначим параТаким чином рівняння гіперболи в перетвометри характеристики ваги; К = 1,061; реній системі координат приймає вигляд 2 2 DqK 0 -1,421. Тобто апроксимована характери= q'K q = 1 звідки q'K = 1127 q2 + 1 . , стика ваги (пряма АС) буде мати вигляд qK 2,28 2,022 =1,061q -1,421. Рівняння гіперболи у первісній системі коорРозраховані поправки коефіцієнта передачі та динат буде мати вигляд нуля уводять у пам'ять ваги. Після чого вага готоq K = 1127q 2 + 1 - 1,51 . (6) , ва до роботи. Слід зазначити, що пряма лінія зі зміщенням У цьому випадку необхідно коректувати реqK = kq + D qK 0 неточно описує реальну характериальну характеристику ваги у більшій кількості точок, ніж при апроксимації прямою стику ваги при лінійних щільностях менших qi (дилінією. Для цього визначають відхилення передатвись, наприклад, на кресленні відхилення прямої ного коефіцієнта ваги відносно номінальної харакАС від номінальної прямої ОС). Апроксимація лотеристики ваги (прямої лінії ОС) і для її маною лінією ОВС теж не зовсім вдало описує лінеаризації для кожної із заданих ступіней харакреальну характеристику ваги. Тому якщо при гратеристики визначають необхідні поправки. Завдяки дуюванні визначені три точки реальної характеритому, що гіпербола при значеннях q>q1 наблистики ваги, то можна виявити закон і точніше апжується до прямої лінії АС, у стандартному робороксимувати її криволінійною функцією другого чому діапазоні (20-100%) достатньо ввести копорядку, наприклад, позитивною віткою гіперболи рекцію характеристики лише в декількох точках або степеневою функцією, після чого використати (наприклад у двох точках). В її нижній частині, з-за ступінчасту лінеаризацію. Наприклад, лінію зі більшого відхилення реальної характеристики від зміщенням, параметри якої визначені вище, може прямої лінії, корекцію необхідно робити у більшій бути використано з деяким уточненням як асимкількості точок. птоту гіперболи. Гіпербола повинна проходити Щоби не дуже переобтяжувати пам'ять арифчерез нульову точку і найближче підходити до лінії метичного блока ваги, можна зменшити кількість зі зміщенням при максимальній лінійній щільності, точок корекції, застосувавши змішану апроксиДля визначення параметрів гіперболи немацію реальної характеристики ваги або змінний обхідно визначити параметрів "а" і "b" її асимптоти ступінь уводу поправок. qK=aq+b. Наприклад, реальну характеристику ваги у Через те, що асимптота не стикається з віткою стандартному робочому діапазоні можна замінити гіперболи, але при великих значеннях q достатньо близько підходить до неї, можна передбачити, прямою зі зміщенням qK = kq + D qK 0 , тобто впрозадля спрощення, що така асимптота описується вадити кусково-лінійну апроксимацію, а в діапазоні прямою лінією, яка е параллельною до прямої від 0 до q1 гіперболою зі зміщенням qK=1,061q-1,421, але зміщена відносно неї униз у qK= 1127q 2 + 1 + b або , точці (q2,qK2) на величину DqK2 = 0,001qK2 (0,1% іншою кривою, яку визначено при градуюванні, від qK2). застосувавши ступінчасту апроксимацію. Тоді для Візьмемо канонічну гіперболу. Щоби вона полінеаризації достатньо корекцію у стандартному чиналась з нульової точки координат розглянемо її робочому діапазоні виконати лише у двох точках у перетвореній системі координат, яку зроблено лінійної щільності, і ввести зміщення нуля, а решту зміщенням униз нульової точки звичайної системи точок використати для корекції реальної характекоординат на величину Ь, дивись на кресленні ристики ваги (передатного коефіцієнта або нуля) лінію О'С. Визначимо параметр Ь: при q< q1. Після цього підраховують і уводять у b = / DqK 0 / + 0,001qK2 = 1,421+ 0,001´ 89,24 = 1,51 характеристику ваги необхідні поправки в заданих звідки b2=2,28. точках лінійної щільності. Тепер вага готова до роботи в режимі важення. q'K q2 З рівняння канонічної гіперболи При важенні контролюється миттєве значення 2 - 2 = 1 b a зміряної лінійної щільності і коли вона стає можна визначити параметр "а": більшою, ніж деяке із заданих значень здійснюється автоматична корекція передатного q2 q2 a= 2 = коефіцієнта та (або) нуля ваги. Завдяки тому, що ( q'K +b)2 q'K -1 при важенні контролюється миттєве значення 2,28 2,28 зміряної лінійної щільності, корекція характеристиПідставив значення q2, qK2 У рівняння отрики здійснюється частіше, що підвищує точність маємо важення. Недоліком ступінчастої апроксимації є те, що 85,462 7303, 4 a= = = 2,022 = 1,422 при переході від однієї ступені до іншої при обме36111 , ( 89,24 + 151)2 , женій кількості ступіней виникає похибка дискрети-1 2,28 зації. Це потребує збільшення кількості ступіней. Але їх кількість можна все ж таки зменшити без збільшення похибки дискретизації впровадивши оптимально змінний ступінь між точками лінійних щільностей, в яких у реальну характеристику ваги будуть уведені поправки для доведення її до пря 9 3732 10 мої лінії. Ширину ступіней можна визначити у та2 l + (2i - n) = 0 (11) кий спосіб Підставляючи в рівняння (10) замість Di знаПри незаванаженій стрічці конвеєра вагу налачення DqK max і поступово визначаючи корні цих годжують на нуль і переводять у режим градуювання, тобто установлють первісний передатний біквадратних рівнянь, починаючи з точки екстрекоефіцієнт К’ який розраховано згідно з формулою мума, можна визначити оптимальну ширину кож(1). ного ступеня, отже і точки на вісі q характеристики, При переважуванні порції матеріалу М1 конв яких у реальну характеристику ваги будуть уветролюють шлях I0 , який пройдено стрічкою при дені поправки для доведення її до прямої лінії. зниженні лінійної щільності менш ніж задана, наПри застосуванні цього способу лінеаризації приклад, мінімальна для даного типорозміру ваги. на конкретному об'єкті ширина ступеней може Задають зведену похибку 8 важення порції, яка уточнюватися таким чином. виникає з-за ступінчастої лінеаризації. Наприклад, вагу відградуйовано при найТоді допустима похибка дискретизації, при меншій лінійній щільності матеріалу q1=20 кг/м, зниженій лінійній щільності за відомий час, визнапорція матеріалу, яку необхідно завантажити у чається за формулою вагон Мі=65 т, швидкість конвеєрної стрічки d × M1 V=1,538 м/с, іноді імовірне заштибування живильDqK max = для будь якої зниженої ника, причому середньостатистичний час роботи 100% × I0 при зниженому рівні лінійної щільності матеріалу лінійної щільності, (7) (q1£20 кг/м), тобто до розштибування живильника, Потім розбивають характеристику ваги на n дорівнює приблизно 2 хвилини (за цей час стрічка ділянок і розраховують оптимальний ступінь між проходить 184,5 м). В іншому варіанті цей час моточками, в яких у реальну характеристику ваги же бути обумовлений різким зниженням лінійної уводяться поправки, щоби прогнозована похибка щільності під кінець розвантаження звісної порції дискретизації Д, при переході від даного до попематеріалу з ями привізного вугілля у наслідок її реднього ступеню не перевищувала значення зачистки вібраторами. DqK max . Це робиться таким чином. Припустимо, статична похибка дискретизації При розрахунках на граничний випадок приDqK max - від ступінчастої апроксимації характерипустимо, що вагу відградуйовано при заданій стики не повинна приводити до похибки важення у лінійній щільності q1 а реальна характеристика порції більшій ніж 0,25%. Тоді з формули (7) при ваги, при лінійних щільностях менших заданої, зниженні навантаження маємо описується канонічною параболою, тобто має 0,25% × M1 0,0025× 65000кг кг значну кривину. DqK max = = £ 0,88 Тоді при ступінчастій апроксимації номінальну 100% × I0 184,5 м м і апроксимовану характеристики ваги, яку Далі, умовно розіб'ємо характеристику ваги з відградуйовано у деякій точці q1, можна записати дискретністю 1кг/м на 20 ділянок, тобто n=20. При рівняннями : цьому біквадратні рівняння (10) приймають вигляд: ì i ì 2 го ïg + (n - 2i)g - 17,6 = 0 (для кожногопопередньо ступеня ) ïqKi = qi = n q1 í 2 ï (8) ïg + (2i - n)g - 17,6 = 0 (для кожногонаступного ступеня) í î 2 ïq = Aq 2 = i q 2 = i × i q = i q (12) Ki i 1 1 1 ï n n n î n2 Прийнявши в останньому рівнянні і=0 визнаВіднімаючи відхили реальної характеристики чимо точку екстремума gекстр. = n / 2 = 10 і поступовід прямої лінії у даній і попередній (або наступній) во визначимо корні цих біквадратних рівнянь, поточках маємо статичні похибки дискретизації чинаючи з точки екстремума (і=10) спочатку для Di- , D i+ при ступінчастій апроксимації характерикожного наступного ступеня, тобто стики: 2i - n2 æ 2i - n ö ì é (i - g) i - g æ i2 = ÷ + 17,6 , а потім для кожного ù i ö ù q1 é æ 2ig ö g + ç ç ÷ú = ïDi- = D qKi- j - DqKi = q1 ê 2 2 ú è 2 ø -ç 2 - ÷ ê ç - 1÷ × g + n n n n øû n ëè n nû ï ê ú ê попереднього ступеня. ø ú è ï ë í 2 Так, gнаприклад, ширина наступного ступеня 2ù é (i - g ) i - g æ i ï i ö ù q é æ 2i ö - ç 2 - ÷ ú = 1 ê ç корекції, після точки екстремума і=10 дорівнює - 1÷ × g + ú ïDi+ = D qKi+ j - DqKi = q1 ê 2 çn n n ÷ ú n ê è n g » ø (кг / м) ú тобто шукана точка на осі абсцис хаnû ê n ï è øû ë ë 4 , î (9) рактеристики q j = qKi + q10 + 4 кг/ м = 14 кг/ м , прийПрийнявши для спрощення, n=q1 маємо два нявши і=14 визначимо ширину подальшого ступебіквадратних рівняння: ня корекції g » 2 (кг / м) і точку q14+2кг/м =16 кг/м і т. ìg2 + (n - 2i)g - nD i- = 0 ( для кожногопопередньо ступеня ) го ï д. Аналогічно визначають і усі інші точки лінійної í 2 щільності, де в характеристику ваги уводяться ïg + (2i - n)g - nD i+ = 0 ( для кожногонаступного ступеня ) î необхідні поправки Dqi . Це точки 1, 6, 10, 14. 16, (10) Потім визначають відстань до точки на вісі q, в 17, 18, 19 і 20(кг/м). Враховуючи деяке зменшення якій похибка дискретизації має екстремальне знапохибки важення від дискретизації при динамічних чення. Задля цього продіфереціюємо, наприклад, коливаннях сигналу лінійної щільності, ширину останнє рівняння (10), тобто маємо 2'k +(2i-n) = 0, ступіней можна пропорційно збільшити. звідки, прийнявши і=0 знайдемо точку ектремума 11 3732 12 Все це дозволяє підвищити точність роботи бок оператора, і розширюється діапазон лінійних ваги при лінійних щільностях менших від тої, яка щільностей, в якому ваги працюють точно. визначена стандартами на ваги. Корисна модель втілено в конвеєрних вагах Техніко-економічні переваги корисної моделі ВКА, які постачаються за замовленнями виникають завдяки більш коректному використанпідприємств. ню відомого раніш способу градуювання та Джерела інформації лінеаризації характеристики ваги при різко змінній 1 Патент України № 29836 від 15.11.2000 р., лінійній щільності матеріалу або продуктивності МПК2 G01G11/14. конвеєра. Крім того підвищується точність важен2. Патент Японії № 58 -14604 від 19 03. 83р, ня, завдяки більш вдалій апроксимації характерикл. J 11/18). стики ваги в її нижній частині та виключення похи3. A.C. CPCP № 1643945, Від ЗО. 03. 91 р., МПК2, G01G11/16. Комп’ютерна в ерстка М. Клюкін Підписне Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститупромислов ої в ласності”, вул. Глазунов а, 1, м. Київ – 42, 01601