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Micropesées d'ingrédients composés

Micro pesées d'ingrédients composés Le premier système de pesage automatique télécommandé installé pour le mélange de caoutchouc a eu lieu vers 1955, avec l'équipement de pesage composé de leviers d'échelle mécaniques connectés à des indicateurs à cadran ayant des ensembles de potentiomètres montés sur les broches du cadran et un simple circuit de pont de Wheatstone activant l'électro relais mécaniques pour le contrôle de l'alimentation du matériel. Ce premier système, et plusieurs qui ont suivi, comprenaient l'automatisation de l'alimentation et de la pesée du noir de carbone et des huiles, les stocks de polymère étant chargés manuellement sur un convoyeur à bande monté sur une balance mécanique/cadran. La commande pour séquencer les cycles de pesée et de chargement du mélangeur a été accomplie par un cylindre entraîné par moteur ayant des contacts d'essuie-glace réglables pour commander les paramètres variables du système.

Micropesées d'ingrédients composés 1

Au départ, aucune tentative n'a été faite pour automatiser les micro-ingrédients. Cet article couvrira les problèmes qui ont été rencontrés dans les nombreuses tentatives faites dans le domaine de l'automatisation des micro-ingrédients (qui doivent être considérés comme des expériences d'apprentissage) et se terminera par une description des derniers équipements disponibles qui fournissent la solution optimale à ces problèmes. Définition des termes Chaque fois que l'on parle de pesage automatique, certains termes peuvent prêter à confusion s'ils ne sont pas définis.

* Précision. Pour cette présentation, la précision signifie la quantité réelle de matière introduite dans le processus. Étant donné que l'intégrité de l'ensemble du lot dépend de la quantité réelle de chaque ingrédient dans le lot, toutes les autres variables d'un système de pesage doivent être régulées ou contrôlées pour garantir que la quantité réelle est aussi proche que possible de la quantité formulée en laboratoire.

* Résolution. Ce terme est utilisé en référence à l'élément capteur/transducteur de poids dans le système et définit le plus petit incrément utilisable qu'un signal de poids peut générer pour être utilisé pour l'affichage et le contrôle. * Répétabilité.

C'est une chose d'être en mesure de fournir un système automatisé qui maîtrise le facteur de précision de temps en temps, mais un système performant n'est acceptable que lorsque la précision est présente à peu près tout le temps. La capacité d'un système à atteindre les objectifs de précision de manière cohérente est appelée répétabilité. * Pesage net.

Micropesées d'ingrédients composés 2

Ceci est utilisé dans le pesage par lots lorsqu'un ou plusieurs matériaux sont introduits dans une trémie montée sur un ensemble capteur/transducteur de charge avec remise à zéro automatique du système entre les pesées de matériaux individuels. Cette technique s'oppose à la perte de poids ou au poids par soustraction qui est décrite plus en détail plus loin. Tentatives originales d'automatisation des micro-ingrédients Étant donné que plusieurs types de noir de carbone étaient alimentés par des doseurs à vis et pesés automatiquement avec succès dans une trémie de pesée commune connectée à l'arrière d'un mélangeur via un bec verseur, les tentatives originales de pesée des micro-ingrédients utilisaient une version plus petite de ce même concept.

La seule différence était que le bec verseur est entré dans le côté du mélangeur en raison de contraintes d'aménagement physique. Plusieurs problèmes sérieux sont apparus assez rapidement en utilisant cette technique de pesée nette, y compris le nombre limité de matériaux qui pouvaient être manipulés, le fait que certains des matériaux tels que le soufre et l'oxyde de zinc collaient aux parois de la trémie de pesée et du tuyau de descente, la limitation de résolution d'une pièce : 1 000 entraînant une précision minimale, les effets des vibrations sur l'équipement de vente mécanique, ainsi que les dépenses liées à l'utilisation d'un de ces systèmes par mélangeur, ont conduit à la conclusion évidente que ce n'était pas un moyen viable d'automatiser la micro pesée des ingrédients. À partir de ces premières tentatives d'automatisation, les problèmes ont commencé à se concentrer dans les catégories de précision, de manutention des matériaux et de coût.

Introduction de la technologie des cellules de pesée Une amélioration majeure de l'aspect instrumentation du système a été rendue disponible grâce à l'introduction de cellules de pesée à jauge de contrainte électronique au lieu de leviers et de cadrans mécaniques. Cela a abouti à des capacités de résolution d'une partie : 5 000, avec la possibilité de fournir un amortissement et un filtrage électroniques pour un meilleur contrôle des vibrations. Cette nouvelle technologie a fourni des "sauts quantiques" dans le domaine de la précision, l'un des problèmes ciblés à résoudre.

L'instrumentation des cellules de charge a également ouvert de nouvelles possibilités dans le domaine du contrôle d'entrée de formule grâce à l'utilisation d'appareils analogiques-numériques et numériques-analogiques. Les molettes numériques et les cartes perforées sont devenues le mode acceptable pour le contrôle des formules, et l'enregistrement des données est devenu une réalité. Cependant, les deux autres problèmes de l'automatisation des micro-ingrédients, à savoir l'aspect de la manipulation des matériaux et le coût total du système, n'ont pas été aidés par cette mise à niveau de l'instrumentation.

Tentatives pour résoudre les problèmes de manipulation des matériaux Avec le développement d'un matériau en feuille à faible indice de fusion qui pourrait être utilisé pour fabriquer des sacs, l'idée est venue que mettre les micro-ingrédients dans ce type de sac et laisser tomber le sac entier dans le mélangeur éliminerait beaucoup de les problèmes de collage rencontrés à l'origine dans le concept commun de trémie de pesée essayé initialement. Cela a conduit à la réalisation que le remplissage des sacs à un emplacement central permettrait à un système de desservir plusieurs lignes de mélangeurs, ce qui aiderait à justifier les coûts d'un système automatisé. Mais cela laissait le défi quant à la meilleure façon de remplir les sacs.

La préparation des pré-mélanges de mélanges maîtres a été essayée avec le lot pré-mélangé transporté vers une seule balance qui serait utilisée pour remplir le sac à travers un seul bec de remplissage. Un opérateur se tenant au bec de remplissage plaçant des sacs vides et scellant les sacs remplis était utilisé à l'origine. L'étape suivante a été la tentative de remplacer l'opérateur par un système de manutention automatique des sacs.

Un type utilisant des sacs reliés par une languette et tirés d'une boîte en accordéon a été utilisé, et la tentative suivante a été l'utilisation d'un système de formage/remplissage/scellage où le stock de tubes était extrait d'un rouleau, un sac formé et rempli avec le pré-mélange et scellé formant le fond du sac suivant. Du point de vue de la manutention des sacs, ces machines ont très bien fonctionné. Cependant, le vieux problème de la manutention des matériaux a de nouveau fait son apparition.

Les lots prémélangés n'étaient pas absolument homogènes lorsqu'ils sortaient du prémélangeur, et le transport des lots du mélangeur à la station de remplissage provoquait une ségrégation et, par conséquent, il n'y avait aucun moyen d'assurer l'exactitude des proportions des matériaux. qui ont été introduits dans les sacs. L'utilisation d'une balance nette au-dessus du bec de remplissage de ces machines automatiques de manutention de sacs n'a pas éliminé le problème de manutention des matériaux mélangés collant dans la trémie de pesée et le bec de sac. Contrôle de la perte de poids À peu près au même moment que l'introduction des sacs à faible point de fusion et de la manutention automatique des sacs, un nouveau concept de pesage appelé perte de poids a été développé.

Bien que vous connaissiez probablement ce terme, cela signifie brièvement qu'une trémie de pesée et un ensemble d'alimentation sont montés sur une plate-forme de pesée, que la trémie de pesée est remplie à partir d'un bac d'approvisionnement supérieur et qu'après le tarage (remise à zéro de la charge totale ), le doseur fonctionne pour peser (ou peser par soustraction) la quantité de lot requise. Le principal avantage de ce type de contrôle du poids est qu'il n'y a pas de trémie de pesée ou de surface de contact à laquelle les matériaux peuvent coller après avoir été pesés, ce qui se traduit par une bien meilleure précision de pesage du matériau manipulé. Le problème d'avoir un bec de remplissage avec un système de manipulation automatique des sacs n'a cependant pas éliminé les problèmes de ségrégation et de mélange non homogène déjà mentionnés.

Tout ce que cette solution a fait a été de mettre une quantité plus précise de quantités inconnues du mélange dans le sac. À ce stade du développement de l'alimentation par perte de poids, il y avait encore quelques inconvénients, l'un étant le très grand rapport charge morte/charge vive de la trémie et de l'équipement d'alimentation par rapport à la quantité réelle d'ingrédients à peser. Cela a nécessité le développement d'une méthode de compensation de cette charge morte par un dispositif mécanique, de sorte qu'une cellule de charge d'une capacité proche du poids maximum requis pour un lot donné puisse être utilisée.

À cette époque, cependant, la technologie et l'instrumentation des cellules de pesée avaient augmenté au point où des capacités de résolution de 1:10 000 étaient disponibles, de sorte que la tendance technologique allait dans le sens d'une meilleure précision. Un autre inconvénient de l'utilisation du contrôle de la perte de poids était le fait que chaque ingrédient avait besoin de son propre bac d'approvisionnement, d'un chargeur de remplissage et d'un système de pesée, ce qui a poussé la tarification d'un système à ingrédients multiples au point où il était difficile de justifier les coûts. Bien que le facteur de précision dans un système automatisé allait dans la bonne direction, les exigences de certains des produits chimiques à utiliser dans les combinaisons doseur/balance disponibles étaient telles que ces systèmes n'étaient toujours pas à un niveau où toutes les exigences pouvaient être satisfaites. être satisfait.

En raison des caractéristiques de manutention de la plupart des ingrédients à utiliser, des alimentateurs à vis sans fin sont nécessaires. Les chargeurs de type conventionnel utilisant une commande d'entraînement à deux vitesses fournissent un rapport de réduction (vitesse d'alimentation rapide à vitesse d'alimentation lente) d'environ 50:1 seulement ; et bien que le chargeur ait fonctionné plus lentement au taux de goutte à goutte, le débit volumétrique ne change pas, ce qui entraîne une grande quantité de matériau à prendre en compte à la fin de la pesée. Certes, ce facteur n'est pas aussi critique dans le contrôle de la perte de poids qu'il l'est dans le pesage net, mais il reste un facteur important compte tenu de l'inertie d'un système de pesage pendant l'alimentation et de la coupure du flux de matière à la fin du pesage.

La génération "actuelle" de transducteurs et d'alimentations Tout ce qui a été discuté jusqu'à présent était des informations générales menant à l'équipement disponible aujourd'hui, qui a la capacité de relever tous les défis, y compris la précision, la manipulation des matériaux et le coût, qui échappaient jusqu'à présent aux solutions complètes . Considérons d'abord les transducteurs qui sont utilisés. Les types à corde vibrante ou à jauge de contrainte ont encore des limites dans la plage de résolution de 1:10 000, et bien qu'il existe un transducteur gyroscopique disponible, qui a une capacité de résolution beaucoup plus élevée, il est très difficile à mettre en œuvre dans une application de pesage dynamique.

Cela nous amène à un transducteur maintenant disponible appelé type de restauration de force magnétique. Cet appareil démarre à un point d'équilibre nul et lorsqu'une charge est appliquée, le courant nécessaire pour ramener la bobine du transducteur à ce point nul peut être mesuré très précisément, ce qui donne un capteur de poids ayant une résolution utilisable et une capacité d'affichage de 1:120 000. Ce type de transducteur est maintenant disponible, intégré dans une plate-forme d'échelle de 600 x 750 mm (23.

6 "x 29,5") par exemple, ce qui est assez grand pour le montage d'un ensemble trémie/chargeur résultant en une balance de perte de poids d'une capacité de 240 kilogrammes (529,2 livres) qui peut être lue à 2 grammes près (.

004 livres ou 0,064 onces). De plus, en raison de la conception de flexion incluse dans cette plate-forme de balance, il est possible de précharger cette balance avec jusqu'à 65 kilogrammes (143 livres) pour compenser la « charge morte » de l'ensemble trémie et chargeur sans éroder la charge vive. capacité et lisibilité comme mentionné précédemment.

Grâce à cette nouvelle technologie, le signal de poids de cette plate-forme de pesée peut être facilement converti au format RS232 pour s'interfacer avec à peu près n'importe quel appareil de type microprocesseur ou micro-ordinateur. Cependant, afin de tirer parti de ce nouveau niveau de capacité de capteur/transducteur de poids, il est nécessaire d'utiliser une nouvelle conception de chargeur qui a un rapport de réduction beaucoup plus élevé que ceux précédemment disponibles. Étant donné qu'une alimentation de type vis sans fin est toujours nécessaire (en raison des caractéristiques de manipulation des ingrédients manipulés), l'utilisation d'une commande d'entraînement à deux vitesses avec deux vis sans fin de diamètre différent est la réponse.

Le fait de faire fonctionner les deux vis sans fin à la vitesse d'alimentation élevée pendant la majeure partie du cycle d'alimentation, puis de ne faire fonctionner que la vis sans fin de petit diamètre à une vitesse beaucoup plus faible pour le cycle d'alimentation au goutte-à-goutte entraîne des rapports de réduction approchant 500: 1, éliminant le précédemment décrit problèmes d'avance comme point de coupure. Empiriquement, il a été constaté que la précision d'une pesée, lorsque le chargeur de taille et de type appropriés est monté sur une plate-forme de balance correctement dimensionnée, ne sera pas supérieure à plus ou moins 3 divisions de la résolution. À partir de cette entrée, vous pouvez voir qu'il n'est pas possible d'attendre des précisions dans la plage allant jusqu'à 10 kg.

(22,05 lb) à plus ou moins 6 g.

(.01 lb).

Les problèmes de manipulation des matériaux étant résolus, les capacités de précision étant disponibles pour répondre aux exigences de mélange d'aujourd'hui et sur la base de l'utilisation de sacs à faible point de fusion comme meilleure méthode pour garantir que la bonne quantité du bon matériau pénètre dans le composé, la seule chose qui reste est la meilleure façon de remplir les sacs. La figure 1 montre le système optimal qui intègre toute la technologie actuelle. Bien que seules trois stations de perte de poids soient représentées, un nombre illimité de stations est possible, puisqu'elles sont situées dans une rangée le long des deux côtés d'un convoyeur de conteneurs qui peut être aussi long que nécessaire.

Chaque plate-forme de balance est montée sur un support portable, de sorte qu'elles peuvent être positionnées selon les besoins, et si nécessaire, différentes unités de capacité peuvent être déplacées en position au fur et à mesure que les formules varient. De plus, sur chaque plate-forme de pesée, il y a des rails en V inversés, et sous chaque ensemble trémie/alimentateur, il y a des roues à rainures en V, permettant de placer n'importe quelle trémie/alimentateur à n'importe quelle station de pesée. Avec cet agencement, le nombre minimum de balances peut être utilisé (c'est là que les économies de coûts se produisent) et un grand nombre d'ensembles trémie/alimentateur peuvent être stockés dans un emplacement pratique et mis en place selon les besoins.

Garder une trémie/alimentateur dédiée à un matériau particulier permet également de gagner du temps lors du nettoyage et élimine la possibilité de contamination si une unité trémie/alimentateur est utilisée pour plus d'un matériau. Sous les buses de décharge des mangeoires qui ont été mises en place par roues, il y a un ensemble de convoyeur composé de conteneurs équidistants dans lesquels les sacs vides sont placés. L'espacement des ensembles d'alimentation par perte de poids coïncidera avec les lignes médianes de ces conteneurs ; le convoyeur sera contrôlé de manière à ce qu'ils soient automatiquement indexés un incrément à la fois.

Lorsque le cycle d'indexation est terminé, chaque balance pèse sa quantité requise directement dans le sac, les formules étant conservées en mémoire dans le micro-ordinateur qui gère l'ensemble du système. Avec un nombre de plates-formes de pesée égal au nombre maximum d'ingrédients jamais mis dans n'importe quel composé et des unités de trémie/alimentation portables égales au nombre total d'ingrédients jamais utilisés, le déplacement de ces assemblages dans la bonne position offre une flexibilité et des combinaisons d'ingrédients illimitées. Avec ce type de système de pesage de micro-ingrédients, un opérateur se tient à l'extrémité de cet ensemble de convoyage de conteneurs pour placer les sacs vides dans les conteneurs au fur et à mesure qu'ils sont positionnés devant lui, et il sort également les sacs remplis au fur et à mesure qu'ils arrivent, thermoscellés les place sur une palette ou dans un conteneur de type fourre-tout pour les livrer aux stations de malaxage.

Bien que cela ne soit pas illustré sur le dessin de référence, le contrôle de la poussière est intégré au système en plaçant des points de « ramassage » de la poussière à l'emplacement de décharge de l'alimentateur à chaque station de pesée. Bien sûr, avec la technologie numérique d'aujourd'hui, tout ce qui se passe sur la ligne de remplissage de sacs peut être enregistré, et comme protection supplémentaire, une identification de détecteur de proximité industriel robuste peut être fournie afin que le système ne fonctionne pas à moins que les matériaux requis dans le formule sont en effet en position sur les plateformes de pesée. Comme vérification finale que la bonne quantité de matériau a été introduite dans chaque lot de mélangeur, les sacs remplis peuvent être placés sur un convoyeur d'indexation automatique des sacs sur le côté de la trémie d'entrée du mélangeur, et une plate-forme de balance peut être située à la sortie. l'extrémité de ce convoyeur pour attraper et contrôler le poids du sac juste avant qu'il ne soit déchargé dans la trémie du mélangeur.

Ce type d'arrangement de convoyeur d'indexation élimine la nécessité pour un opérateur d'être au mélangeur au moment exact du cycle du mélangeur, et le contrôleur du mélangeur peut indexer le convoyeur de sacs à plusieurs points du cycle si nécessaire pour des composés sophistiqués. Conclusion Aujourd'hui, la bonne application des techniques actuelles de manutention des matériaux, de détection du poids et de manutention des sacs permet de satisfaire les exigences élevées de la pesée des micro-ingrédients pour le compoundage du caoutchouc.

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