PL204083B1 - Sposób oddzielania frakcji metalowych ze strumienia materiału masowego oraz urządzenie do oddzielania frakcji metalowych ze strumienia materiału masowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu oddzielania frakcji metalowych ze strumienia materiału masowego oraz urządzenia do oddzielania frakcji metalowych ze strumienia materiału masowego, zwłaszcza w procesach utylizacji materiałów odpadowych gdzie ważnym elementem całości procesu jest oddzielenie cząstek metalowych od cząstek niemetalowych.

Frakcje metalowe muszą zostać wysortowane lub odseparowane z najróżniejszych strumieni materiałów masowych. W najprostszym przypadku są to koronowe kapsle od butelek po piwie oraz części aluminiowe ze strumienia materiałów sypkich połamanego szkła. Dotyczy to także niehomogenicznego strumienie materiałów masowych, przykładowo złomowane części samochodów muszą zostać posortowane według swych różnych frakcji metalicznych i niemetalicznych. W szczególności celem jest także oddzielenie frakcji stali szlachetnej od innych frakcji metalowych.

Znane rozwiązanie sposobu rozdzielania tego rodzaju frakcji zostało przedstawione w niemieckim opisie patentowym DE 3513364, według którego cewka czujnika o zmiennej indukcyjności steruje na zsypie odpadów dyszą sprężonego powietrza, która oddziela metale nieżelazne. Według tego znanego rozwiązania może zostać wydmuchana określona frakcja, lecz nie frakcja występująca w niewielkiej ilości, dla której oddzielenia konieczna byłaby mniejsza energia. Oddzielanie frakcji niemetalicznych jest tu niemożliwe pomimo, iż to właśnie byłoby bardzo pożądane w przypadku rozdrobnionego złomu samochodowego. Poprzez efekt nasycenia może ponadto element metalowy spowodować silną zmianę reaktancji indukcyjnej, co może odczulić cewkę na tak długi okres czasu, że może to spowodować znaczny wzrost nieprawidłowości sortowania.

Inne znane rozwiązania, takie jak przedstawione przykładowo w publikacji niemieckiego zgłoszenia patentowego DE 4040969 również nie zapewniają poprawnego wykrywania frakcji metalowych. Ponadto równoległe rozpoznawanie zarówno koloru, jak i wykrywanie frakcji metalowych wymaga znacznego czasu, który, jak to opisano w rozwiązaniu znanym z opisu patentowego niemieckiego DE 4017129, warunkuje również powolna prędkość przemieszczania materiałów masowych.

W kolejnym znanym rozwiązaniu, przedstawionym w opisie patentowym niemieckim nr DE 4235956, precyzyjna struktura powierzchni materiałów zostaje wykryta poprzez napromieniowanie za pomocą fal elektromagnetycznych, wymagają znacznego nakładu kosztów. Według innego rozwiązania znanego z opisu patentowego DE 4017274, urządzenie do rozpoznawania i separowania części metalowych, zawiera specjalne zsypy wyposażone w cewki detekcyjne, które sterują mechanizmami klapowymi dla zmiany kierunku przepływu płynnych materiałów sypkich. Przy materiale rozrobionym, przykładowo przy złomie samochodowym, powstają jednak elementy wyraźnie przekraczające swą wielkością wielkość znamionową i one mogą zablokować przepływ materiału. Kanały te nawet w przypadku materiałów sypkich mają tendencję do zapychania się.

Pożądaną jest możliwość doregulowywania, zależnie od sortowanego w danej chwili materiału masowego, selektywności, celem sprostania zróżnicowanym własnościom różnych rodzajów materiału masowego oraz stworzenia możliwości wysortowywania żądanych części. Tak więc znany jest przykładowo fakt, że rozdrobniony już złom samochodowy różni się od siebie znacznie w zależności od kraju pochodzenia. Podczas gdy w europejskim złomie samochodowym występuje wiele składników metali lekkich i tworzyw sztucznych, to w złomie samochodów amerykańskich spotyka się znacznie więcej elementów ze stali szlachetnej, których wysortowanie będzie szczególnie korzystne. Wiadomo jest ponadto, że wielkość i kształt sortowanych części zależy, oprócz od stosowanych w samochodach materiałów, także od rodzaju maszyny do rozdrabniania złomu. Jednak gdy pierwsza partia zostanie dostarczona z określonego zakładu przetwórczego, należy z reguły wyjść z założenia, że przez długi okres czasu (przez następne lata), nadchodzić będą części o podobnej wielkości i podobnym kształcie, a również parametry sortowania urządzenia sortującego pozostaną zasadniczo podobne.

Celem wynalazku jest więc opracowanie sposobu i urządzenia do wysortowywania tych frakcji metalicznych, przy czym to wysortowywanie następować winno szybko oraz pewnie także w odniesieniu do części większych.

Według wynalazku, sposób oddzielania frakcji metalowych ze strumienia materiału masowego o ustalonej szerokości, transportowanego przy użyciu przenośnika materiału masowego polega na oddzielaniu frakcji metalowych, za pomocą dysz nadmuchowych umieszczonych w strefie opadania materiału. Dysze nadmuchowe rozmieszcza się na szerokości strumienia materiału masowego i modyfikuje się trajektorię strumienia materiału masowego w ten sposób, że wytwarza się odgałęziony

PL 204 083 B1 strumień materiału masowego zawierający frakcje metalowe. Dyszami nadmuchowymi steruje się za pośrednictwem cewek czujnikowych materiału masowego.

Według wynalazku, sposób oddzielania frakcji metalowych charakteryzuje się tym, że wykrywa się skokowy przyrost tłumienia w każdym z wielu pól wysokiej częstotliwości, które indukuje się w cewkach czujnikowych materiału masowego przez układy rezonansowe LC. Pola wysokiej częstotliwości wytwarza się na składowej poziomej materiału masowego, a następnie matematycznie oblicza się skokowy przyrost tłumienia. Po wykryciu skokowego przyrostu tłumienia, uruchamia się jedną, lub większą ilość dysz nadmuchowych i odchyla się trajektorię ruchu frakcji metalowych do odgałęzionego częściowego strumienia materiału masowego.

W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku, skokowy przyrost tłumienia porównuje się ze wzorcowymi skokowymi przyrostami tłumienia pola wysokiej częstotliwości, które ustala się dla różnego rodzaju frakcji cząstek materiału masowego.

Według wynalazku skokowy przyrost tłumienia porównuje się ze wzorcowymi skokowymi przyrostami tłumienia pola wysokiej częstotliwości, które ustala się dla różnego rodzaju kolorów cząstek materiału masowego. Pozwala to frakcjonować strumień na różne rodzaje materiału według jego cech kolorystycznych.

Według wynalazku, urządzenie do oddzielania frakcji metalowych ze strumienia materiału masowego transportowanego przy użyciu przenośnika materiału masowego, zawiera dysze nadmuchowe umieszczone w strefie opadania materiału masowego z przenośnika. Dysze nadmuchowe modyfikujące trajektorię ruchu części strumienia masowego ustawione są w poprzek strumienia materiału masowego. Dysze nadmuchowe zawierają indywidualne zespoły sterujące kierunkiem nadmuchu.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera wiele cewek czujnikowych w postaci obwodów rezonansowych LC umieszczonych pod poziomą skł adową strumienia materia ł u masowego. Urządzenie zawiera także dodatkowe czujniki optoelektroniczne położenia każdej cząstki materiału masowego, przy czym cewki czujnikowe umieszczone są w korpusie czujnika emitującym linie pola w zwartej wiązce w górę poprzez otwór korpusu.

Cewki czujnikowe korzystnie zasilane są w paśmie wysokiej częstotliwości około 100 kHz.

W korzystnej wersji wynalazku, korpus cewki czujnikowej zawiera centralnie, pionowo umiejscowiony rdzeń ferrytowy.

Według wynalazku, cewki czujnikowe są rozmieszczone poprzecznie względem strumienia materiału masowego, w co najmniej dwóch rzędach.

Cewki czujnikowe w każdym rzędzie zamocowane mogą być na wspólnej listwie osadzonej w zespole regulacji odległości tej listwy od strumienia materiału masowego.

Zespół regulacji odległości wspólnej listwy od strumienia materiału masowego może także zawierać mechanizm przemieszczania tej listwy wzdłuż strumienia materiału masowego.

Cewki czujnikowe połączone mogą być przez demodulator, z obwodem porównawczym poziomu sygnału.

Poprzez zgodne z wynalazkiem rozmieszczenie cewek czujników elektromagnetycznych poniżej przebiegającego korzystnie poziomo przenośnika taśmowego istnieje możliwość rejestracji nie tylko sygnału cyfrowego cząstki metalu, lecz także przebiegu tego sygnału, z którego szczegółów, w szczególności narastania krawędzi skoku, wyciągać można także wnioski odnośnie wielkości i rodzaju materiału transportowanej indywidualnej cz ęści materiału masowego.

Za pomocą czujnika opisanego bliżej w dalszej części opisu w przykładzie wykonania, istnieje możliwość wygenerowanie prądów wirowych w części metalowej przeznaczonej do wysortowania, w szczególności w części z aluminium lub ze stali szlachetnej, które wtedy ze swej strony generują pole magnetyczne o charakterystycznej strukturze. Poprzez strukturę tego pola, szczególnie jednak poprzez straty kondukcyjne, jakich doznają prądy wirowe w metalu, następuje strata energii w generują cym pole czujniku, która stanowi informację wytł umieniu tego oscylatora, wielkości wymiaru, odstępie i wielkości wykrytego obiektu metalowego. Poszczególne wysortowywane części zostają przy tym nieco podgrzane przez prądy wirowe.

Dotychczas wykorzystywano już generowanie przeciwdziałających sobie pól przez prądy wirowe, indukowanych przez bardzo silne pola do tego, by odchylać z toru opadania części, w których występowały przeciwstawne prądy wirowe. Jednak takie wychylenie determinowane jest przez geometrię obiektu oraz przez przepływające przez te części prądy wirowe, w mniejszym stopniu zaś przez sam materiał, a w żadnej mierze przez składową kierunkową pola.

PL 204 083 B1

W odróż nieniu od własności tych znanych rozwiązań w rozwiązaniu według wynalazku eliminuje się część metalową ze strumienia materiału masowego poprzez uruchomienie listwy w dyszami wydmuchowymi, która wysyła na tę część strumień powietrza na jego odcinku opadania. W ten sposób dla wybranych części zapewniona zostaje w znacznie lepszy sposób zawsze taka sama trajektoria, niż za pomocą bardzo silnego pola, które indukuje prądy wirowe o różnej intensywności we wszystkich obiektach, dla ich odpychania.

Ponadto wynalazek umożliwia dokonywanie wyliczeń komputerowych danych, jakie zarejestrowane zostaną w danym obiekcie, a mianowicie jego wielkości, siły wygenerowanego prądu wirowego, przy czym odpowiedź zwrotna zależna jest od jego masy, a w przypadku mas porównywalnych części, od jego materiału. Cechy te mogą zostać także określone przez całkowanie rachunkowe w stosunku do powierzchni impulsu wygenerowanego prądu wirowego lub, co można łatwo zrealizować w urządzeniu, mogą być także uwzględnione przez zmianę odległości czujnika w stosunku do strumienia materiału masowego. Tak więc w obu przypadkach można łatwo zmieniać granice zadziałania konieczne dla separacji pożądanych frakcji. Korzystne jest także alternatywne optyczne rejestrowanie obecności niektórych rodzajów części na taśmie przenośnika, lub też na początku strefy opadania, gdzie stwarza to możliwość dokładniejszej informacji o położeniu części metalowych, która z kolei za pomocą o wiele gęściej od cewek rozmieszczonych, wyposażonych w dokładne punkty zadziałania dysz powietrznych, generować może nadmuch na punkty ciężkości części, powodując w ten sposób optymalne odchylanie ich trajektorii opadania.

Za pomocą wielu czujników, które zostały umieszczone obok siebie poprzecznie w stosunku do strumienia materiału masowego, można monitorować cały strumień materiału masowego, a w stosunku do obiektów rejestrowanych optycznie, uzyskiwać dalszą informację, a przy wystarczającej selektywności w oparciu o rozmiar obiektu oraz informację z czujnika, podejmować także decyzję odnośnie rodzaju metalu.

Ponadto według wynalazku zaproponowano, poza czujnikami o tym samym odstępie w stosunku do strumienia materiału masowego, rozmieszczenie dalszych czujników w innych odstępach w stosunku do strumienia materiał u masowego, a to w celu rozpoznawania frakcji o zasadniczo róż nych zakresach odpowiedzi w strumieniu materiału masowego, a tym samym umożliwienia wysortowywania określonych frakcji pomiędzy granicami górnymi i dolnymi. Można jednak montować także dodatkowo czujniki opto-elektroniczne, które na podstawie otrzymanych sygnałów mogą identyfikować za pomocą sygnałów zarejestrowanych w sposób opto-elektroniczny, przykładowo, rozmiar i kolor obiektu.

Dalszą zaletę wynalazku stanowi możliwość odwracania logiki, tzn. albo wydmuchiwania nadających się do użytku frakcji metalicznych albo wydmuchiwania nadających się do użytku frakcji tworzyw sztucznych, zależnie od wymagań rynkowych.

Przedmiot wynalazku przedstawiono poniżej w przykładach wykonania, oraz na załączonych rysunkach, na których fig. 1 - przedstawia w sposób schematyczny urządzenie do sortowania, zaś fig. 2 - geometrię rozmieszczenia cewek czujnikowych LC.

P r z y k ł a d I.

Oddzielenie frakcji metalowych ze strumienia materiału masowego o ustalonej szerokości, transportowanego przy użyciu przenośnika materiału masowego 10, dokonuje się za pomocą dysz nadmuchowych 20 umieszczonych w strefie opadania materiału. Dysze nadmuchowe 20 rozmieszcza się na szerokości strumienia materiału masowego i zmienia się trajektorię strumienia materiału masowego w ten sposób, że wytwarza się odgałęziony strumień materiału masowego, przy czym dyszami nadmuchowymi 20 steruje się za pośrednictwem cewek czujnikowych 18 materiału masowego. Wykrywa się skokowy przyrost tłumienia w każdym z wielu pól wysokiej częstotliwości które indukuje się w cewkach czujnikowych 18 materiału masowego przez układy rezonansowe LC, przy czym te pola wysokiej częstotliwości wytwarza się na składowej poziomej materiału masowego. Oblicza się następnie skokowy przyrost tłumienia, oraz uruchamia się jedną, lub większą ilość dysz nadmuchowych i odchyla się trajektorię ruchu frakcji metalowych do odgałęzionego częściowego strumienia 22 materiału masowego. W innym przykładzie wykonania, skokowy przyrost tłumienia porównuje się ze wzorcowymi skokowymi przyrostami tłumienia pola wysokiej częstotliwości które ustala się dla różnego rodzaju cząstek materiału masowego. Skokowy przyrost tłumienia porównuje się ze wzorcowymi skokowymi przyrostami tłumienia pola wysokiej częstotliwości które ustala się dla różnego rodzaju kolorów cząstek materiału masowego.

PL 204 083 B1

P r z y k ł a d II.

Urządzenie, które przedstawiono w przykładzie wykonania schematycznie na rysunku fig. 1, składa się z przenośnika 10 do transportu materiału masowego, do którego dołączono zsyp grawitacyjny w pierwszej części strefy zrzutu celem prowadzenia równoległego pojedynczych części. W innych przykładach wykonania urządzenie nie zawiera zsypu. W czasie swobodnego opadania poszczególne obiekty zostają zarejestrowane przez kamerę, która odzwierciedla liniowo strumień obiektów, a której sygnały doprowadzone do układu elektronicznego, który za pomocą oszacowania wielu linii rozpoznaje pojedyncze obiekty oraz klasyfikuje je według klas kolorów, a w niektórych przypadkach także kształtu, ale przede wszystkim rejestruje do każdego obiektu właściwą informację z cewek czujników 18, aby w oparciu o te informacje przekazywać sygnał y do szeregu dysz wydmuchowych 20. Dysze wydmuchowe 20 zmieniać mogą trajektorię ruchu obiektów podłużnych oraz takie, przy których nie zadziałały cewki czujników 18 w ten sposób, że przykładowo trajektoria zostaje odchylona w prawo poza element separacyjny 22. Ze względu na fakt, że cewki czujnika 18 na brzegu wykazują gorsze własności działania, niż cewki 18 w środkowej części strumienia materiału masowego, proponuje się ich rozmieszczenie w dwóch rzędach, co pokazano na załączonym rysunku fig. 1. Przesunięcie czasowe sygnałów zadziałania w stosunku do części materiału masowego można skompensować za pomocą środków przetwarzania sygnałów w drodze do elektroniki sterującej. Większość wykonanych jako obwody rezonansowe LC cewek czujnikowych 18 rozmieszczonych jest głównie pod poziomym odcinkiem strumienia materiału masowego. Ma to tę zaletę, że bardzo silnie wchodząca w wynik zmienna odstępu do cewki ulega w ten sposób najmniejszym zmianom przy kolejnych obiektach ze względu na to, ze te obiekty przeważnie spoczywać będą swym punktem ciężkości najbliżej taśmy przenośnika.

Obwody rezonansowe indukują prądy wirowe o wysokiej częstotliwości, których obecność powoduje wzrost tłumienia cewek 18, które sygnalizują obecność części metalowej, lecz które nie nadają się jeszcze do określenia pozycji wydmuchiwania. Przewidziano więc dodatkowe środki optoelektroniczne, a mianowicie kamerę 14 dla uchwycenia miejsca każdej części w materiale masowym. Oświetlenie 16 następować przy tym może za pomocą światła stałego lub oświetlenia chwilowego. W innym przykładzie wykonania może wystąpić tu również rozmieszczenie kamery 14, naświetlenia 16, a także dysz wydmuchowych 20 w sposób przeciwległy do przedstawionego na rysunku fig. 1, względnie pod rozwagę mogą być również wzięte dwie lub więcej kamer 14. Taki wariant nadaje się szczególnie do prawidłowego wysortowywania materiałów kompozytowych, takich jakie we wzrastającej mierze występują w złomie samochodowym.

W przypadku materiałów kompozytowych trzeba będzie przy tym rozpoznać, czy. np. występują węże z zaciskami metalowymi, przy czym w oprogramowaniu urządzenia można będzie zadać warunek wstępny ich doprowadzania do określonej frakcji. Może przy tym okazać się pożądane ich doprowadzenie, ze względu na występowanie niewielkich części metalowych, do frakcji metali, względnie z powodu przeważają cego udziału gumy, do frakcji nieżelaznej.

Możliwe jest tu wykorzystanie możliwie niewielkich cewek czujnikowych 18 przy wysokiej częstotliwości, przykładowo rzędu 100 kHz. Jak to pokazano na rysunku fig. 2, przy wymiarach cewki 35 mm oraz odstępie od punktu środkowego w rzędzie 50 mm, tworzy się sieć cewek czujników 18 o odstępie 25 mm, co oznacza kontrolowany obszar każ dorazowo na odcinku 10 mm po każdej stronie cewki. Odpowiada to zakreskowanemu obszarowi zewnętrznemu na rysunku fig. 2. Przy szerokości roboczej przenośnika np. 1200 mm oraz prędkości przemieszczania materiału masowego 2,0 m/s i przy 48 czujnikach na linię oraz szybkoś ci analizowania 0,2 kHz, przy wielkoś ci części 50 mm, mierzone jest 8 wartości pomiarowych dla każdej części, co umożliwia dobre oszacowanie krawędzi sygnału. Przetwarzanie obrazu można w innych przykładowych wykonaniach poprawić przez zmianę rozdzielczości pionowej czujników metali z 10 mm na 1 mm, gdyż tutaj można pracować z rastrem 0,5 mm oraz szybkością zmian wybierania rzędu 2 kHz.

Cewki czujnikowe 18 są rozmieszczone w korpusach emitujących wiązki linii pola magnetycznego w górę poprzez otwór w korpusie, który wykonany jest jako jedna całość z umieszczonym pionowo w jego środku rdzeniem ferrytowym 24 o przykładowej średnicy 10 mm.

Napięcie robocze prądu stałego najkorzystniej powinno wykazywać wartość od 20 do 30V. Do nastawy czułości zadziałania służą, obok potencjometru, środki do odsuwania cewek czujnikowych 18 każdej linii cewek od strumienia materiału masowego na różne odległości. Uzyskiwane to będzie za pomocą szuflady pionowej, regulowanej precyzyjnie za pomocą napędów wałków dla każdego rzędu

PL 204 083 B1 cewek czujnikowych 18. Może to również być realizowane szybciej za pomocą nie pokazanych na rysunkach sterowanych programowo elektromagnesów w przynajmniej dwóch płaszczyznach.

Odebrane od każdej z cewek sygnały doprowadzane są poprzez demodulator do układu przerzutnikowego celem oszacowania wartości poziomu sygnału.

Claims (10)

1. Sposób oddzielania frakcji metalowych ze strumienia materiału masowego o ustalonej szerokości, transportowanego przy użyciu przenośnika materiału masowego, za pomocą dysz nadmuchowych umieszczonych w strefie opadania materiału, przy czym dysze nadmuchowe rozmieszcza się na szerokości strumienia materiału masowego i modyfikuje się trajektorię strumienia materiału masowego w ten sposób, że wytwarza się odgałęziony strumień materiału masowego, przy czym dyszami nadmuchowymi steruje się za pośrednictwem cewek czujnikowych materiału masowego, znamienny tym, że wykrywa się skokowy przyrost tłumienia w każdym z wielu pól wysokiej częstotliwości które indukuje się w cewkach czujnikowych materiału masowego przez układy rezonansowe LC, przy czym te pola wysokiej częstotliwości wytwarza się na składowej poziomej materiału masowego, a następnie matematycznie oblicza się skokowy przyrost tłumienia, oraz uruchamia się jedną, lub większą ilość dysz nadmuchowych i odchyla się trajektorię ruchu frakcji metalowych do odgałęzionego częściowego strumienia materiału masowego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że skokowy przyrost tłumienia porównuje się ze wzorcowymi skokowymi przyrostami tłumienia pola wysokiej częstotliwości które ustala się dla różnego rodzaju cząstek materiału masowego.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że skokowy przyrost tłumienia porównuje się ze wzorcowymi skokowymi przyrostami tłumienia pola wysokiej częstotliwości które ustala się dla różnego rodzaju kolorów cząstek materiału masowego.

4. Urządzenie do oddzielania frakcji metalowych ze strumienia materiału masowego transportowanego przy użyciu przenośnika materiału masowego, zawierające dysze nadmuchowe umieszczone w strefie opadania materiału masowego z przenośnika, gdzie dysze nadmuchowe modyfikujące trajektorię ruchu części strumienia masowego ustawione są w poprzek strumienia materiału masowego, przy czym dysze nadmuchowe zawierają indywidualne zespoły sterujące, znamienne tym, że zawiera cewki czujnikowe (18) w postaci obwodów rezonansowych LC umieszczonych pod poziomą składową strumienia materiału masowego, oraz zawiera dodatkowe czujniki optoelektroniczne (14) położenia każdej cząstki materiału masowego, przy czym cewki czujnikowe (18) umieszczone są w korpusach emitujących linie pola w zwartej wiązce w górę poprzez otwór korpusu.

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że cewki czujnikowe (18) zasilane są w paśmie wysokiej częstotliwości rzędu 100 kHz.

6. Urządzenie, według zastrz. 4, znamienne tym, że korpus cewki czujnikowej (18) zawiera centralnie, pionowo umiejscowiony rdzeń ferrytowy (24).

7. Urządzenie, według zastrz. 4, znamienne tym, że cewki czujnikowe (18) są rozmieszczone poprzecznie względem strumienia materiału masowego, w co najmniej dwóch rzędach.

8. Urządzenie, według zastrz. 7, znamienne tym, że cewki czujnikowe (18) w każdym rzędzie zamocowane są na wspólnej listwie osadzonej w zespole regulacji odległości tej listwy od strumienia materiału masowego.

9. Urządzenie, według zastrz. 8, znamienne tym, że zespół regulacji odległości listwy od strumienia materiału masowego zawiera mechanizm przemieszczania tej listwy wzdłuż strumienia materiału masowego.

10. Urządzenie, według jednego z zastrz. od 4 do 9, znamienne tym, że cewki czujnikowe (18) połączone są przez demodulator, z obwodem porównawczym poziomu sygnału.