Нештучной продукции

Устройства отбора, подготовки и контроля проб

В промышленности, изготовлявшей нештучный продукт при непрерывном процессе производства, развитие автоматизации шло с опережением по сравнению с промышленностью, выпускающей дискретную продукцию. Это является следствием большей сложности автоматизации производства дискретных изделий.

В тоже время теория и практика статистического контроля нештучной продукции значительно отстает от соответствующей сферы деятельности при производстве штучной продукции.

Как и в случае статистического контроля штучной продукции практики-автоматизаторы основное внимание уделяли извлечению и подготовке проб для контроля.

Извлечение проб для контроля в большинстве случаев осуществляется вручную. Например, точечные пробы из зерновой массы отбирают вручную при помощи конусных, цилиндрических и пневматических пробоотборников. Отбор точечных проб с помощью щупов — тяжелый и малопроизводительный труд. При поступлении зерен в автомашинах отбор точечных проб, кроме отбора с помощью щупов, можно производить пневматическими пробоотборниками различных типов.

Ручной пневматический пробоотборник (рис. 19,а) состоит из сопла 5, гибкого зернопровода 4, зерносборника 3, делительно-смешивающего устройства 2 и ковшей 1 для взятия навесок зерен.

а) б)

Рис. 19. Ручной (а) и автоматический (б) пневматический

пробоотборники

Автоматический пневматический пробоотборник (рис. 19,б) состоит из отборного устройства с четырьмя пневматическими соплами. Отборное устройство перемещается строго вертикально вниз и вверх в стабилизирующем устройстве с помощью электротельфера, а также вдоль автомобиля по монорельсам. Пневматические сопла 4 соединены пневмопроводом 3 с циклоном-разгрузителем 2, установленным над делительно-смешивающим устройством 1. Делительно-смешивающее устройство предназначено для получения среднего объема пробы из отобранных соплами точечных проб. Масса отобранной пробы 1,5 кг.

Отбор точечных проб осуществляется следующим образом. При поступлении зерен в автомашинах отбор точечных проб производится от каждой автомашины. Щупом или пневматическим или механическим пробоотборником выемки берут минимум из пяти точек (метод квадратов): в четырех углах на расстоянии 30-50 см от стенок, в середине и из трех слоев: в верхнем — на глубине 10 см, в среднем — на глубине, равной 1/2 слоя зерна, в нижнем на расстоянии 10 см от пола. При поступлении семян в автомобилях большой грузоподъемности с длиной кузова до 8 м отбор точечных проб производится в 6 точках (всего 12 точечных проб), при длине кузова до 10 м — в 8 точках (всего 16 точечных проб).

Отбор точечных проб из зерен в вагонах, загруженных до полной грузоподъемности, с помощью щупов или ручных пневматических пробоотборников непосредственно в вагоне невозможен. В этом случае отбор точечных проб производят при выгрузке зерна из вагонов из струи перемещаемых зерен с помощью автоматических пробоотборников, или предварительно разгружают вагон на 1/4, а затем отбирают пробы с помощью щупов или ручных пневматических пробоотборников.

Отбор точечных проб из струи перемещаемых зерен производят путем пересечения всей струи по ширине и толщине специальным ковшом через равные промежутки времени или механическим пробоотборником, работающим непрерывно. При ручном отборе промежутки времени устанавливаются в зависимости от быстроты перемещения зерен с таким расчетом, чтобы суммарная масса точечных проб составляла не менее 0,1 кг на каждую тонну перемещаемых зерен

Отбор точечных проб зерен, хранящихся в элеваторе силосного типа или на складе с наклонными полами, производят при перемещении зерен из одного силоса в другой или из одной секции склада в другую из струи перемещаемых зерен.

Отбор точечных проб зерен, хранящихся насыпью на складе с плоскими полами, производят при высоте насыпи до 1,5м вагонным щупом, при большей высоте насыпи — щупом с навинчивающимися штангами.

При приемке партий жидкой пищевой продукции также, в основном используется ручной труд. При транспортировании молока и сливок в цистернах партией считают каждую цистерну или ее секцию (отсек).

Пробоотборники и мутовки, применяемые для отбора проб и перемешивания молока и сливок, должны быть такой длины, чтобы при погружении в тару до дна часть их оставалась непогруженной.

Для отбора точечных проб жидких молочных продуктов из емкостей, имеющих высоту не более 2 м, применяют трубчатые пробоотборники, которые закрываются после отбора пробы в нижней его части. Простейшим пробоотборником является трубчатый пробоотборник, который представлен в виде тонкостенной металлической трубки, длиной до 2,2 м и диаметром 25 мм.

Для отбора проб компонентов жидких молочных продуктов из больших емкостей применяют зональный пробоотборник, представляющий собой стальной стакан вместимостью 500 мл. Все точечные пробы объединяют, перемешивают и с помощью делителя выделяют средний объем пробы.

Для отбора проб жидких продуктов, которые хранятся в вертикальных цилиндрических баках, применяется специальное автоматическое устройство (рис. 20), состоящее из пробоотборника 1, пульта управления 2, электрической лебедки 5, электропривода поворота стрелы 4 и электропривода открытия люка 3. Объем отбираемой пробы — до 5 л. Скорость подъема и опускания пробоотборника — 0,3 м/с.

Рис. 20. Автоматическое устройство для отбора жидких молочных

продуктов из вертикального цилиндрического бака

При отборе проб жидких продуктов из горизонтальных емкостей цилиндрической или другой формы (железнодорожные цистерны, танкеры) необходимо учитывать особенности геометрии емкости. Например, при отборе проб масла из железнодорожных цистерн следует учитывать тип цистерны и обусловленный этим различный объем слоев масла по высоте цистерны. Поэтому отобранные пробы цистерн могут быть включены в средний объем пробы только пропорционально объему слоя, из которого они отобраны. Это требование учтено в конструкции ручного пробоотборника, который представляет собой тонкостенную дюралюминиевую трубу диаметром 40 мм и длиной, равной диаметру цилиндрической части цистерны плюс высота колпака (люка) цистерны.

Для отбора проб жидких компонентов пищевой продукции из железнодорожных цистерн применяется также механический пробоотборник (рис. 21), который состоит из пробоотборника 1, крана 4, электролебедки 5, микровыключателя 2, конечного выключателя 3, щита пульта управления 6 и питающего кабеля 7. Объем отбираемой пробы – до 1,1 л, скорость подъема и опускания пробоотборника – 0,3 м/с.

Рис. 21. Механический пробоотборник для отбора проб

жидких компонентов из цистерн

При приемке или отгрузке с завода из каждой партии выделяют 10% единиц упаковки, но не менее 5 единиц. Перед отбором проб бочки и барабаны катают для перемешивания содержимого, а затем отбирают пробы трубчатым пробоотборником. Отбор точечных проб жидких компонентов из бутылей и бутылок проводят с помощью металлической трубки, диаметром не более 10 мм, опуская ее до дна бутылки. Содержимое бутылей и бутылок предварительно тщательно перемешивают путем встряхивания.

Комплексы зарубежного производства совмещают отбор, подготовку и контроль проб. В частности, автоматический прибор типа МТА имеет полностью автоматический цикл измерения, начиная от подачи пробы. Прибор позволяет измерять жирность молока, сливок, сыворотки и других продуктов. Прибор агрегатирован с устройством, транспортирующим бутылочки с пробами молока и имеет цифропечатающее устройство. Прибор имеет полностью автоматический цикл измерения массовой доли жира в молоке.

Конструкция оптико-механического блока прибора МТА приведена на рис. 22. Бутылки с образцами молока устанавливаются на транспортирующем устройстве. Новая проба подается через каждые 20 с. Транспортирующее устройство прибора автоматически обеспечивает перемещение бутылок с образцами молока в положение, при котором осуществляется отбор для выполнения анализа.

Рис. 22. Конструкция оптико-механического блока прибора МТА:

1 ‑ транспортирующее устройство; 2 ‑ бутылки с образцами молока;

3 ‑ мешалка; 4 ‑ мешалка в смесительной камере; 5 ‑ смесительная камера, 6 ‑ фотоколориметр; 7 ‑ пипетка; 8,9 ‑ шприцы для растворителя белка

и молока

В фотоколориметре интенсивность светового потока, падающего на фотоэлемент, преобразуется в пропорциональный токовый сигнал, который преобразуется таким образом, что выходное напряжение усилителя пропорционально массовой доле жира в пробе. Результаты измерений содержания жира в пробе и номер пробы фиксируются также на ленте печатающего устройства. Через каждые 20 с на контроль поступает бутылка с новой пробой молока, и процесс измерения содержания жира повторяется. Прибор МТА используется в центральных лабораториях предприятий при массовых анализах молока.

Прибор МТС предназначен для измерения массовой доли жира в молоке (протекающем по трубопроводу) путем периодического анализа проб молока, отбираемых из трубопровода. В состав прибора (рис. 23) входит автоматический пробоотборник 1, устанавливаемый в трубопровод, по которому протекает молоко, и собственно измерительный прибор МТС.

Пробоотборник соединен с прибором МТС трубкой 2, по которой молоко непрерывно поступает в воронку 4, из которой оно подается на слив. Каждые 20 с из воронки автоматической пипеткой 3 отбирается проба молока 1,6 мл, разбавляется дозой растворителя белка объемом 15 мл. Обработка смеси и измерение ее оптической плотности аналогичны прибору МТА. Результаты измерения массовой доли жира отображаются на цифровом индикаторе 7.

Рис. 23. Прибор МТС для измерения массовой доли жира в молоке:

1 ‑ пробоотборник; 2 ‑ соединительная трубка; 3 ‑ пипетка; 4 ‑ воронка; 5 ‑ прибор контроля; 6 ‑ поршневые дозаторы; 7 ‑ цифровой индикатор; 8 ‑ регистрирующий прибор

Задача получения репрезентативной пробы является целью ряда изобретений.

Известен способ отбора проб сыпучих материалов (рис. 3.24), использующийся в пищевой промышленности.

Рис. 24. Способ отбора проб сыпучих материалов

С целью повышения точности отбора и уменьшения механических повреждений проб сбрасывание проб осуществляют одновременно по всей ширине транспортёра с заданными регулируемыми интервалами.

Сыпучий материал 1 поступает на транспортёр 2, где из движущегося потока материала одновременно по всей ширине транспортера сбрасываются с заданными регулируемыми интервалами пробы 3. Эти пробы пробоприёмным транспортером транспортируются и перегружаются в контейнер, где формируется средняя проба партии сыпучего материала. Отбор проб производится без нарушения непрерывности потока материала, который транспортируется на следующую операцию.

Известен способ отбора проб сыпучих материалов использующийся в пищевой промышленности, обеспечивающий повышение представительности отбираемой общей пробы (рис. 25).

Рис. 25. Способ отбора проб сыпучих материалов

Для реализации способа технологический поток перемещения материала должен содержать последовательно установленные транспортеры 1 и 2 с пробоотборным транспортером 3 между ними, последний имеет пробоотборный орган 4 и пробоприёмный конвейер 5. Пробоотборный орган 4 может отбирать пробу, будучи включенным, в нужный момент времени по сигналам датчика полных оборотов пробоотборного транспортера 3, сигналы которого подаются в устройство, включающее пробоотборный орган 4 через заданное постоянное количество полных оборотов.

Сыпучий материал подается на пробоотборный транспортёр 3, с которого из движущегося потока материала с помощью пробоотборного органа 4 отбираются разовые пробы с переменными временными интервалами, через заданное количество полных оборотов пробоотборного транспортёра 3, устанавливаемое в зависимости от массы партии материала. Эти разовые пробы транспортёром 5 передаются для формирования общей пробы. Отбор разовых проб производится без нарушения непрерывности потока материала на транспортёре 3 так, что масса общей пробы оказывается в заданном интервале значений. Например, при массе партии около 3-х тонн достаточно восемь разовых проб по 4 кг для получения обшей пробы порядка 32 кг.

Известен способ отбора пробы из трубопровода и устройство для его осуществления, используемое при гидравлических исследованиях (рис. 26). Устройство для осуществления способа включает быстродействующие задвижки 1, установленные на рабочем трубопроводе 2, линиях 3 рабочего потока и основной линии 4. Суммарное гидравлическое сопротивление линий 3 равно гидравлическому сопротивлению рабочего трубопровода 2. Способ реализуется путём разделения при перекрытии задвижек 1 на основной линии 4 потока на два потока в линиях 3, после чего одна из линий 3 перекрывается задвижками 1 для отбора пробы и одновременно подключается основная линия 4 для пропуска потока.

Рис. 26. Устройство для осуществления отбора пробы из трубопровода

Известен способ непрерывного отбора пробы суспензии путём воздействия на основной технологический поток вращающимся отсекателем пробы со щелью для отвода части этого потока (рис. 27).

Рис. 27. Способ непрерывного отбора пробы суспензии

Способ осуществляется следующим образом. Основной поток суспензии протекает через трубопровод 6, величина его скорости изменяется в зависимости от выбранной технологической точки контроля, от режима работы трубопроводной системы и других факторов в значительных пределах. Эта величина скорости определяется по величине выходного сигнала специально градуированного расходомера 1. Выходной сигнал расходомера 1 подается в блок 2 коррекции, где вырабатывается сигнал рассогласования, поступающий в блок 3 регулирования скорости приводного двигателя, который устанавливает оптимальную скорость вращающегося отсекателя 5 приводом 4 щели.

При оптимальной скорости вращения щели отсекателя 5 пробы непрерывно выделяются из основного потока суспензии, и на контроль отводится необходимая часть потока.

Все вышеописанные технические решения посвящены частной задаче отбора и подготовки проб нештучной продукции и комплексно не решают задачу статистического управления качеством продукции.

На кафедре "Технологические системы пищевых и перерабатывающих производств" Тульского государственного университета создан ряд новых устройств АСК нештучной продукции.

На рис.28 представлено устройство отбора жидких проб из трубопровода.

Рис.28. Устройство отбора жидких проб из трубопровода

Поток жидкости движется по трубопроводу, в колено которого установлен корпус пробоотборника. Крыльчатка 1, установленная на полом валу 2 вращается под действием потока жидкости. Вращающий момент передаётся внутреннему валу 3, который постоянно вращается. Жидкость поступает в полость вала 2, где за счёт группы шнеков 4 перемешивается и перемещается к отсекающему устройству 5.

Отсекающее устройство 5 направляет жидкость в канал отвода пробы 6, где она попадает на делительное устройство, представляющее собой расходящийся канал. Часть пробы, отводимая по каналу 7, идёт на анализ, другая – отводится по каналу 8 через обратный клапан, что предотвращает попадание в канал жидкости из трубопровода. После получения необходимого объёма пробы, муфта 9 мгновенно снимает фиксацию отсекающего устройства 5 и соединяет его с вращающимся внутренним валом 3. После их совместного поворота на 180⁰ муфта автоматически отсоединяет внутренний вал 3 от отсекающего устройства 5 при мгновенном стопорении последнего. Пробоотводящий канал 6 перекрывается и жидкость по каналу сброса 10, поступает в трубопровод.

На рис. 29 представлен пробоотборник жидкости из трубопровода.

Рис.29. Пробоотборник жидкости из трубопровода

По трубопроводу 1 движется исследуемая жидкость. В соответствии с планом статистического выборочного контроля командоаппаратом (не показан) подается сигнал на срабатывание привода кольца 3. Кольцо 3 своими камерами 4 качается в сторону каналов 2 и 5 и через них создается сквозная магистраль течения жидкости. Течение жидкости происходит из-за разности давлений до и после гидроэлемента 6. После формирования установившегося режима течения командоаппаратом подается сигнал на срабатывания привода. Кольцо 3 с наполненными камерами 4 качается в сторону отводных штуцеров (непроходное положение камер). Пробы выводятся на анализ. Процедура повторяется в соответствии с планом контроля.

Достоинством пробоотборника является получение репрезентативных проб жидкости, движущейся по трубопроводу. Это достигается тем, что пробоотбор осуществляется из нескольких точек по периметру трубопровода с дополнительным напором в отводные каналы посредством гидравлического элемента. Также предусмотрено техническое обслуживание (очистка) устройства без разбора магистрали.

Устройство сокращения сыпучих проб, представленное рис. 30, используется при контроле свойств зерна в мукомольной и спиртовой промышленности.

Рис. 30. Устройство сокращения сыпучих проб

Объединённая проба сыпучего материала заполняет загрузочную воронку 4 при закрытой щели между неподвижным усеченным конусом 2 корпуса 1 и распределительным конусом 3. Материал посредством привода 7 перемешивается шнеком 5 и боковой рамой 6. Затем от электромагнита 10 распределительный конус 3 опускается и по его поверхности материал при постоянном перемешивании скатывается. Захват сокращённой пробы происходит с необходимой частотой за счёт перемещения пробоприёмника 8, посредством работы электромагнита 9.

Достоинством устройства является осуществление репрезентативного сокращения проб с возможностью регулирования периодичности отбора проб.

На рис. 31 изображено устройство отбора проб из открытого потока жидкости.

Рис. 31. Устройство отбора проб из открытого потока жидкости

Привод передает движение конвейеру 1 по направлению потока жидкости. Ковш 2, находясь с конвейером 1 на гибкой связи, длина которой отрегулирована по глубине канала, соскальзывая с направляющих, расположенных в верхней части конвейера попадает в поток жидкости и наполняется, погружаясь ко дну. Поплавок 3 удерживает устройство на поверхности потока. После включения привода наполненный ковш 2 попадает на конвейер 1, доходит до верхней точки конвейера 1, где происходит сброс накопленного объёма жидкости в сборник пробы 4

Достоинством устройства отбора проб из открытого потока жидкости является обеспечение возможности забора пробы по всей глубине контролируемого потока жидкости.

На рис.32 представлена конструкция устройства для отбора проб сыпучих материалов.

Рис.32. Устройство для отбора проб сыпучих материалов

Материал, двигаясь на транспортерной ленте 1, попадает на пороговое устройство 2, с которого свободно падает. Сменные пробоотборники 3 установлены на телескопических пластинах 4, вращаются на валу 5 от привода и периодически проходят через поток падающего материала. Отобранный материал под действием собственного веса ссыпается на приемный лоток 6. Варьирование объема пробы осуществляется за счет смены пробоотборников, изменения длины телескопических пластин и изменения скорости вращения привода пробоотборников.

Морфологический подход, использованный при создании устройств, позволяет продолжить поиск новых технических решений элементов системы АСК.

Таким образом, для организации автоматизированного статистического контроля наиболее удобно представление продукции методом "поток" и систематический метод отбора выборок и проб.

Реализацию АСК можно осуществить как в системах с жесткой межагрегатной связью, так и в системах с гибкой межагрегатной связью

Предложено использовать CS - процедуры для создания систем АСК. Разработаны ACS - процедуры автоматизированного непрерывного выборочного контроля, которые по сравнению с известными CS - процедурами не снижают производительность оборудования и обеспечивают полную отбраковку продукции, выпущенную после окончательного отказа.

Использование планов модели ACSP позволило предложить новые методы проведения АСК штучной продукции, нештучной продукции, контроля и размещения продукции в хранилище, контроля и межоперационного накопления продукции, позволяющие оперативно провести приемочный контроль и обеспечить гарантии качества продукции, не дожидаясь окончательного формирования партии.

Представлен ряд новых устройств АСК нештучной продукции, заявленные на уровне патентов.

На зачет также выносятся материалы

исследовательских работ №1 - 9.

Дата добавления: 2014-01-07