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May 30, 2023

フィーダの選択: 考慮すべき要素

Tom Picone, Direttore dello sviluppo aziendale, Vibra Screw Inc. | 9 giugno 2020

Tom Picone 氏、Vibra Screw Inc. ビジネス開発ディレクター | 2020年6月9日

連続供給システムは、製造作業全体を通じて正確な材料の追加が必要なプロセスで使用されます。 連続計量の主な目的は、バルク材料の流量を単位時間当たりの重量単位で自動的に測定し、制御することです。 乾燥バルク固体用の連続計量装置には、ロスインウェイトフィーダー、計量ベルトフィーダー、ピボット計量スクリュー、質量流量計など、数多くの装置があります。 この記事では、ロスインウェイトフィーダーと計量ベルトフィーダーの違いと、どちらを選択すべきかについてのみ説明します。

減量フィーダーとは何ですか?ロスインウェイトフィーダは、供給される材料の損失（または欠如）を感知する連続重量フィーダです。 フィーダー、ホッパー、および材料全体の重量を継続的に測定することにより、システムの重量損失率が正確に制御され、希望する供給速度に一致します。

減量供給システムには、供給ホッパー、計量フィーダー、マイクロプロセッサー コントローラーを備えたサポート スケール システム、およびある種の補充機構が含まれています。 このシステムは電子的または機械的にホッパーとフィーダーの風袋重量のバランスをとり、ロードセルとコントローラーが供給ホッパー内の材料の重量のみを感知します。

重量減少図

時間ゼロでは、ホッパーは満杯 (高重量) であり、オペレーターは設定値または希望の供給速度をコントローラーに入力します。 時間と排出が進むにつれて、実際に感知される「重量減少」は、コントローラー内の予定重量ランプの減少に従います。その傾斜は、単位時間 (設定値) あたりの配送材料の望ましい重量を直接表します。 コントローラーは、検出された速度と希望の速度を頻繁に比較し、フィーダーの出力を変更して設定値に維持します。

感知された重量がホッパー補充レベル (低重量) に達すると、コントローラーは供給システムを容積制御にロックします。 ホッパーが再充填され、重量減少サイクルが繰り返されます。 ロスインウェイトフィーダーは、スクリューフィーダー (シングルまたはツイン)、電磁振動フィーダー (パンまたはチューブ)、そして用途に応じてロータリーフィーダーなど、いくつかの異なるタイプの供給装置を使用して材料の計量を制御できます。

計量ベルトフィーダーとは何ですか?材料がベルト上を通過し、ある時点でベルトを通して計量される比較的短いコンベヤベルトを使用する材料制御装置は、いくつでも使用できます。 計量ベルト フィーダーは、ベルトの固定長部分の重量を測定するロード セルを使用し、ベルト上の直線距離 (フィート) あたりの材料の重量を算出します。 速度センサー (エンコーダー) はベルトの速度を測定します。 これら 2 つの変数の積は、計量フィーダーを「通過する」固体材料の質量流量です。

W = Fv/d

W = 質量流量 (ポンド/分)F = 計量ベルトセクションに作用する重力 (ポンド)v = ベルト速度 (フィート/分)d = 計量ベルトセクションの長さ (フィート)

閉ループデバイスである連続計量ベルトコントローラーは、実際の送り速度を計算する際に重量とベルト速度の両方を感知します。 コントローラーは実際の速度とオペレーターの設定速度を比較し、必要に応じてベルト速度を自動的に調整します。

減量または計量ベルトフィーダの精度を決定する際に考慮すべき要素

ロスインウェイトフィーダロスインウェイトフィーダの精度に関する業界標準は、「1 分間、30 回の最低 30 個の連続サンプルに基づいて、±2 シグマで設定レートの ±1/4 ～ ±1% の精度を提供する」です。スクリューの回転数、またはスケール容量の1%のどちらか大きい方です。精度は材料の流動特性によって異なる場合があります」

減量フィーダーの設計には、精度の能力に直接影響する重要な領域があります。

1. ロスインウェイトフィーダーの容積フィーダー部分は、システムとしてのロスインウェイトフィーダーが 1/4% ～ 1/2 の精度を生産するために、それ自体で 1 ～ 2% の精度を生み出すことができなければなりません。ほとんどの材料では重量分析で % になります。

2. フィーダが補充サイクルを完了すると (フィーダの一体型ホッパーを満たすため)、制御アルゴリズムは重量モードから容積モードに移行し、重量モードに戻ります (重量損失図を参照)。 したがって、減量フィーダが「容積」モードにある間は、フィーダは真の自動制御下にありません。 一部の減量コントローラーは、時間の経過とともに学習した制御データを取得する「学習」制御アルゴリズムを使用し、前回の補充前および補充中のスクリュー速度を記憶し、その経験に基づいて変更を加えます。 一部のロスインウェイトフィーダーは、補充サイクルの前に最後の既知のスクリュー速度に固定されるため、材料のマテリアルハンドリング特性が補償されないことに注意してください。 これにより、不正確性がさらに高まります。

3. 理想的には、減量ホッパーは、調整され脱気された材料の最大供給速度で少なくとも 10 分間の材料保持時間を提供するのに十分な大きさである必要があります。 これは、ホッパーの補充時に、調整済みの材料と空気を混入した材料の間にバッファーを提供するのに役立ちます。 減量ホッパーの高速補充により、容積測定モードの時間が短縮されます。 通常の補充時間は、減量ホッパーのサイズに応じて 5 ～ 15 秒の範囲にする必要があります。

4. 適切な装置を使用して、減量ホッパーを補充します。 材料を流動化して供給ビンから取り出すためにエアレーション装置を決して使用しないでください。 補充バルブが開いたときに材料を即座に排出する排出装置を常に使用してください。

5. 振動パンまたはチューブで減量を使用する場合、パンを押し下げる供給ホッパーからのヘッドロードにより振動振幅が変化し、それによりレート出力が変化する可能性があります。 これは、ホッパー内の材料レベルが変化し、圧力が変化したときに見られます。 このヘッド荷重の変化を防ぐには、適切に設計されたホッパーを使用する必要があります。

計量ベルト計量ベルト フィーダの業界標準は、「1 分間の最小サンプルまたはベルトの 2 周のいずれか大きい方、またはセットの ±1/4% ～ ±1.0% の最小サンプルに基づいて、合計重量の ± 1/2% の精度を提供する」となっています。 30 個の連続した 1 分間サンプルに基づく 2 シグマでの速度。精度は材料の流れの特性によって異なる場合があります。」

計量ベルトから最高の精度を得るには、多くの要素に注意を払う必要があります。 これも：

1. 計量ベルトは、取り扱う材料の種類に応じて適切なサイズでなければならないことは明らかです。 正確な計量のための正しいポンド/フィート荷重、材料タイプに応じた正しいベルト速度。

2. 粉末、特に流動性の高い微粉末を扱う場合、一定のかさ密度を確保するために、フィーダーの上の保管ビンには少なくとも 10 ～ 15 分間の滞留時間が必要です。

3. 取り扱い特性の悪い材料には、流動促進装置が必要です。 理想的には、材料をベルト表面に直接供給する入口ノズルは、入口でベルトから材料ヘッドの負荷を軽減するのに役立つプロファイルを備えている必要があります。 これにより、必要な馬力とベルトの初期始動時のベルトの滑りの可能性が軽減されます。

ａ． 大きいまたは長い繊維状の材料は、ベルト上で流れるのが最も難しい材料です。 ビンからベルト表面まで 90 度回転するには、フィーダー入口シュートを適切に設計する必要があります。 木材およびタバコ産業では、適切な材料の流れを確保するために、特殊な形状をした特殊な入口計量チューブが使用されています。 材料のハングアップを確実に防ぐために、供給出口は最大粒子サイズの少なくとも 3 倍のサイズである必要があります。

4. 良好な精度を維持するには、ベルトの適切な張力が重要です。 ベルトに過度の張力をかけると (通常はベルトの滑りやベルトのトラッキングを防ぐため)、計量機構 (スケール) に下向きのベルト張力がかかるため、精度に大きな影響を与える可能性があります。

5. 速度エンコーダの位置が不適切であるか、送り速度ごとの回転ごとのパルス数が不適切であると、精度に重大な影響が生じる可能性があります。 計量ベルトには、精度、正確なベルト速度、およびベルト上の材料の正確な計量のための 2 つの正確なコンポーネントが必要であることに注意してください。 どちらかがずれていると、ウェイトベルトは必要な精度が得られません。

送り速度

ロスインウェイトフィーダー送り速度は、計量ベルトフィーダーではなくロスインウェイトフィーダーを選択します。 減量フィーダの場合、供給速度が増加するにつれて、システムのコストも高くなります。 減量フィーダーの選択には、スクリューのサイズ、ロードセルの容量、ホッパーのサイズなど、いくつかの要素があります。

1. 計量ホッパーのサイズは、重量の変化に対するフィーダーの感度に大きな影響を与えます。 ホッパーが大きくなるほど、補充までの時間は長くなりますが、ホッパーのサイズが大きくなるにつれて、重量計は重量の変化に対する感度がますます低くなります。 これは、スケールがホッパー内の材料の重量を支え、フィーダーからの重量の損失を測定する必要があるためです。 これら 2 つの要件はしばしば互いに矛盾するため、トレードオフを行う必要があります。 ホッパーと支持構造の重量もスケールで支えられている場合、問題はさらに悪化します。

2. ひずみゲージロードセルを減量アプリケーションに使用する場合、ロードセルの容量は、必要な送り速度、機器の重量、およびホッパーの活荷重容量に直接影響されます。 ロードセルの容量は 3 つの要素に分類されます。風袋 - 機械装置 (フィーダーとホッパー) の重量です。 活荷重 - ホッパー内の材料の重量です。 過負荷 - 体重計の上に立っているオペレーターなどの外力によるロードセルの損傷を防ぎます。 ロードセルのサイズは、必要な送り速度に対して正しい重量あたりのミリボルト (スケール分解能) を提供します。また、ロードセルが大きすぎる場合、送り精度が低下する可能性があります。

3. 減量フィーダーは、1/2 立方フィートのホッパーを使用すると、供給速度を 15 ポンド/時間まで下げることができます。 これらのフィーダーは通常、手動またはポジティブ材料遮断ゲートを備えた定量フィーダーによって補充されます。

4. 必要な供給速度が増加すると、ホッパー容量と補充量が増加します。 使用が困難になり始める減量フィーダーの最大送り速度は 6 インチです。 スクリューまたは約 600 cu ft/hr の送り速度。 6インチ。 40 ポンド/立方フィートの粉末を処理する減量フィーダーには、少なくとも 200 立方フィートのホッパーが必要です。 補充は10分ごとに100立方フィートになります。 望ましい再充填時間は 10 ～ 15 秒であり、再充填装置の要件は 24,000 cu ft/hr になります。 補充バルブの直径は少なくとも 36 インチである必要があります。 これにより、システムのコストに加えて、容量 200 立方フィートのホッパーを備えた減量フィーダーと、最小容量 150 立方フィートの別の補充ホッパーを備えた追加のヘッド ルームが増加します。 システムは非常に高くなり、プロセス スペースに収まらない場合があります。

ベルトフィーダー1を計量します。 計量ベルト フィーダーは、微粉末 (TiO2 など) から粒径の大きな材料 (骨材や木材チップなど) まで、幅広い種類の材料に使用できます。

2. 計量ベルトの用途は、取り扱う材料、その嵩密度、必要な供給速度、および粒子サイズに基づいて決定されます。 後で説明するように、計量ベルト フィーダーの特定の設計基準に影響を与える要因は他にもあります。

3. 計量ベルトは、ベルト幅 6 ～ 96 インチ、送り速度 0.025 ～ 3,000 STPH で購入できます。 一般的な送り速度のターンダウンは、ベルト速度を変化させた場合は 20:1 と見積もられますが、ベルト速度と材料層の深さの両方を変更すると 100:1 になります。 ベッドの深さを変更した場合、ベルトにかかるポンド/フィートの荷重がロード セルの最小または最大荷重を超えてはなりません。

4. 理想的には、微細な材料の場合、制御を失ってベルトに材料が溢れないよう、ベッドの深さとベルトの速度を最小限に抑える必要があります。 ベルト速度は一般に 1 ～ 100 フィート/分で、材料層の深さは 0.5 ～ 12 インチの範囲にあります。理想的なベルト速度範囲は 10 ～ 60 フィート/分が好ましく、研磨材の場合は 10 ～ 30 フィート/分、それ以上の場合は 10 ～ 30 フィート/分が最適です。非浸水性材料を扱う場合の送り速度は、材料床の深さが最大 ​​24 インチの場合、ベルト速度が 100 フィート/分にも達します。材料の沈降時間。これは、特定の用途のベルト速度を計算するときに考慮する必要があります。より高いベルト速度が必要な高速用途では、必要な沈降時間を提供するために、ベルトの長さを長くして計量ブリッジをコンベアの下に移動する必要がある場合があります。 。

5. 計量ベルト上の保管サイロに関する唯一の要件は、微粉末を取り扱う場合、材料が一定のバルクになるまで脱気されていることを確認するために、フィーダーの上のビンに材料を 10 ～ 15 分間保持する必要があることです。密度。 もう 1 つの要件は、保管ビンからの材料の流れが一貫していて中断されないことです。 そうでない場合は、容器に流れ促進装置を装備する必要があります。

6. 材料が重くて粒子サイズが大きい場合は、ビンの出口と計量ベルトの入口の間にゲートバルブを設置する必要があります。 これは、ビンの初期充填中にベルトの損傷を防ぐためにピンまたはスライド ゲートを使用する必要があるマスフロー スロット スタイルの出口に特に当てはまります。 場合によっては、開口部が大きい場合は、入口の下にインパクトアイドラー (ベルトをサポート) を使用する必要があります。

デザインと環境への配慮

減量フィーダー1. スクリューまたは振動フィーダーを備えたロスインウェイトフィーダーは、搬送距離に対する容積フィーダーのスクリュー、チューブ、またはパンの長さに制限されます。 ネジやチューブは延長できますが、スケールやロードセルに影響を与えるほど長くすることはできません。

2. ロスインウェイトフィーダは、特に適切な環境保護のない大型ユニットの場合、屋外に設置しないでください。 その精度は風流の影響を直接受けます。 ロスインウェイトフィーダは、ロードセル上の重量の小さな変化を検出するように設計された計量構造です。 風が吹いてもフィーダーの性能に影響を与えることはありません。

3. 減量フィーダ周囲の空気温度の極端な変化は、温度がロードセルまたは他のコンポーネントの定格温度範囲を超えない限り、通常、フィーダの性能に影響を与えません。

4. 温度がベアリングやシールなどのフィーダコンポーネントの制限を超えない限り、処理される材料の温度はフィーダに影響を与えません。 モーターと減速機への潜在的な熱伝達を考慮し、調整する必要があります。

5. ロスインウェイトフィーダーでは、常に、補充装置と材料が供給される装置との間の柔軟な接続が必要です。

6. ロスインウェイトフィーダーは、このタイプの材料用に設計された硬化またはコーティングされた表面を備えた軽度の研磨性材料を処理できます。

7. 空気圧ゲートバルブによって自動的に補充される減量フィーダーの集塵には、特に 10 立方フィートを超える減量の一部として一体型ビンを使用する場合、何らかの形で集塵する必要があります。ホッパーカバーに取り付けられたフィルターソックスは小さなビンでは十分に機能しますが、素材が非常に細かくて粘着力がある場合、フィルターソックスが見えなくなります。 大きな容器では、短時間で大量の材料が容器を満たすため、大量の粉塵を含んだ空気が追い出されます。 空気が適切に排出されていない場合、フィーダーが加圧され、送りねじまたは振動フィーダーを通じて空気が排出され、材料の流れが妨げられる可能性があります。 大型ビンの減量フィーダーは集塵システムに接続し、補充中のみ真空を作動させる必要があります。 供給サイクルの他の時点でフィーダーに真空を引くと、精度エラーが発生する可能性があります。

8. 正圧搬送システムなど、正圧がかかる可能性のある装置またはシステムに供給する場合、減量フィーダーを圧力から隔離する必要があります。 減量フィーダーは、重量の小さな変化を測定するように設計されています。 減量フィーダーの排出時の圧力は重量変化として認識されますが、フィーダーは実際の材料の供給が重量変化を引き起こしているのか圧力変化を引き起こしているのかを知りません。 フィーダー機器は変化を補正しようとするため、フィードの精度が影響を受けます。

9. ロスインウェイトフィーダーは衛生用途で広く使用されています。 食品や医薬品のほとんどの要件を満たし、迅速な分解と洗浄が可能です。

ベルトフィーダーの重量を量ります1。 計量ベルトの搬送距離は、ほとんどの用途に合わせて簡単に変更できます。 ベルトが適切にトラッキングされるための通常の幅と長さ (プーリーとプーリー) の比率は、最小で長さ:幅が約 2.5 ～ 3:1 です。 計量ベルトは 60 フィートまで延長でき、最大 20 度まで傾けることができます。

2. 計量ベルトフィーダは、密閉型であれば天候に影響されずに屋外に設置できます。できればドラッグまたはスクリュー掃除機を使用して底部が密閉されている必要があります。

3. 減量フィーダと同様に、空気温度の変化は、ロードセルと速度エンコーダの性能に関する仕様温度を超えない限り、一般にフィーダの性能に影響を与えません。 極度に寒い環境では、ベルトが硬くなって柔軟性が低下し、計量能力に影響を与える可能性があります。 通常、ベルトが動いている限り、このようなことは起こりません。 寒い天候で長時間停止する場合は、材料を動かす前にベルトを動かし、ベルトを柔らかくし、硬さを防ぐ必要があります。

4. 材料温度に対応したベルトの使用に注意を払わない場合、材料温度が高いとフィーダの性能に影響を与える可能性があります。 ほとんどのベルト メーカーは高温ベルトを提供できます。 問題は、高温に耐えることができ、材料の計量を妨げない程度に柔軟性のあるベルトを見つけることです。 また、ベルトコンベヤの高温定格は、ベルトが筐体内になく高速で動作する用途向けに設計されています。 ベルトが低速で動作し、密閉されている場合、材料は熱の一部を放出する時間が短くなるため、実際に材料がベルトを焼き付け、ベルトが破損して早期故障が発生する可能性があります。

5. サイロまたはビンがロードセル上にある場合、または振動ビン排出装置が使用されている場合を除き、柔軟な接続を必要とせずに、計量ベルトを上流および下流の機器にしっかりと接続できます。

6. 計量ベルトは、研磨材の取り扱いに何十年も使用されてきました。 ほとんどのベルト メーカーは耐摩耗性ベルトを製造しています。 ただし、高温ベルトと同様に、通常はより重くて硬いため、フィーダのパフォーマンスに影響します。 ベルトは通常、ベルトへの送り込み時の材料の頭部負荷によって摩耗することに注意してください。 摩耗を防ぐ良い解決策は、ベルト表面上の材料を計量する振動コンベアのようなプレフィーダーを使用することです。

7. 減量フィーダーと同様に、計量ベルトは衛生用途で広く使用されています。 ほとんどのサニタリースタイルの計量ベルトには片持ちベルトが付属しており、洗浄時に簡単に取り外しできます。 現在、すべてのベアリング、モーター、減速機はステンレスまたはサニタリー設計で製造されています。 速度エンコーダは洗浄用途向けにも作られています。 唯一の問題はロードセルにあり、ステンレス製ではありますが、高圧洗浄機で洗浄すべきではありません。

8. 重量計量ベルトの最大の欠点は、下流プロセスからの塵、湿気、または煙による機械的問題に対する脆弱性です。 特に供給ホッパーの最初の充填時に、塵や材料が入口のベルトからこぼれる可能性があります。 最初の充填時に材料がベルトから流れ出るのを防ぐために、スライド、バタフライ、またはピン ゲートを使用することをお勧めします。

ほこりがヘッドプーリーに蓄積し、計量ベルトエンクロージャに逆流して、計量ブリッジ、ベアリング、およびベルトサポートアイドラーに問題を引き起こす可能性があります。 ベルトの内側のストランド間に十分なほこりが蓄積すると、ベルトの張力が変化することでベルトの軌道の問題や精度の問題が発生する可能性があります。 計量ベルトの長期間のメンテナンスと高精度のためには、適切な塵埃の排出が重要です。

9. エンクロージャ付きの計量ベルトは通常、底部が開いています。 明らかに、開いていると、ほこりや物質が筐体から漏れ出す可能性があり、ハウスクリーニングの問題が発生したり、州または連邦の OSHA および MSHA 基準に違反したりする可能性があります。 ベルト フィーダは、いくつかの異なる方法を使用して完全に密閉することができます。

o 底部パネルを落とす: これは囲いの最も安価な方法であり、材料が囲いから漏れるのを防ぎますが、オペレータは底部が定期的に掃除されていることを確認するように注意する必要がありますが、これは常に実行されるわけではありません。

o 漏斗の底部: これはほこりを集める効果的な方法です。 漏斗は集塵システムに接続されており、粉塵は吸い取られます。 大きな欠点は、漏斗の底部には材料が蓄積しないように急勾配の側壁が必要なため、追加のヘッドルームが必要になることです。

o ネジ底: 蓄積した埃を取り除く効果的な方法です。 漏斗の底部と同様に、材料をスクリューに入れるために急な側壁が必要です。

o ド​​ラッグコンベヤー: ベルトフィーダーを清潔に保つ効果的な方法でもあります。 最小限のヘッドルームが必要です。

計量ベルトエンクロージャ

まとめしたがって、次回材料を供給するアプリケーションを使用する場合は、ロスインウェイト フィーダーまたは計量ベルト フィーダーのいずれかを使用することについて柔軟な考えを持っておく必要があります。 適切に適用されれば、どちらのフィーダー スタイルでも高い精度と信頼性が得られます。 重要なのは、アプリケーションの詳細に注意を払い、選択したシステムがニーズを最もよく満たしていることを確認することです。 どちらのシステムが他方より優れているということはありません。 最終的には、どのシステムが送り速度、材料特性、スペース要件、既存プロセスとの互換性、計装通信などのすべてのアプリケーションパラメータを最もよく満たすかということになります。

Tom Picone は、Vibra Screw Inc. (ニュージャージー州トトワ) のビジネス開発ディレクターです。 Vibra Screw は、ロスインウェイトフィーダー、計量ベルトスクリューフィーダー、ビンディスチャージャーなどのマテリアルハンドリング機器を製造しています。 詳細については、電子メールで [email protected] にお問い合わせいただくか、vibrascrew.com にアクセスしてください。

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