CN101362061A - 对多种颗粒材料进行计量的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对多种颗粒材料进行计量的方法和设备，包括：a)对多计量设备进行初始校准，其包括：将多种颗粒材料加到各个料斗，每一料斗都配抽取设备；分别驱动每一抽取设备，由此获得相应数量的被抽取颗粒材料；对颗粒材料进行称量；将需要计量的每一种颗粒材料的重量数据***到CPU中，以便得到所需组分的混合物；b)循环地进行下面的操作：将CPU的控制信号作为抽取器开闭周期的函数发送出去，其用于抽取至少供两台抽取设备处理的、计量量的各种颗粒材料；在一承装容器中收集经上述步骤抽取的计量量的每一种颗粒材料；通过传感器来检测所述承装容器预定的装填阈值，从而在达到所述预定的装填阈值时使所述的至少两台抽取设备停止工作。

Description

对多种颗粒材料进行计量的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用来处理多种颗粒材料特别是塑料颗粒的混合物的设备和方法。
背景技术
塑料材料在进行转换或再生处理之前，在切割成或磨成所需粒度或大小的颗粒或簿片时，需要加入其它的粒料或粉料，其通常为细粉或塑料颗粒(磨碎)，同时如果需要还会加入少量或极少量的一种或多种添加剂，其通常为着色粉末、润滑剂等，这一点是塑料转换领域技术人员公知的。颗粒材料的计量设备或计量装置，均为体积式和重力式，市场上可以买到的在计量精度上并不令人满意。
体积式计量装置大体上由一个承装所计量粒料的容腔和一个从所述容腔配送或抽取粒料的电动螺旋进料装置。该螺旋装置单位时间配送的量或者是抽取的批数由旋转的时间、旋转的速度和螺旋的大小决定。来自不同粒料容腔的批料落入到混合搅拌设备或混合器中。适用的混合器包括各种类型：水平式、垂直式、喷入式和溢流式，所有这些均是要将不同量的塑料粒料和所需的添加剂充分混合起来从而获得尽可能均匀的混合物。
重力计量装置具有两个或多个侧翼存储斗，其在设置上能够将粒料通过重力送到下层的称重斗，该称重斗接着再将送入的物料排入下层的混合/均化斗中。通常来讲，该送料、称重和混合/均化操作均由一程序电子控制单元来控制。
然而，现有的计量装置虽然从许多方面讲都不错，但也存在一些缺点，特别是在使用混合器或搅拌器时。事实上，在粒料转换过程中，每小时转换的塑料粒料混合物的量相对较少，其少于20kg/小时，并且其中添加剂的百分量也很低，其量级为0.2-0.3％。
现在在市面上可买到的计量机具一般适用于产量很高的情况，其中送到转换机如布置在计量装置下流的注射机的塑料粒料混合物的量通常都大于50kg/小时。此外，混合器内物料的量通常都逼近计量装置的产能。这样，当转换机每小时所要塑料物料混合物的量很少时，等待着被转换机处理的混合物会在混合器中呆很长的时间，有时候甚至能超过30分钟。在等待期间，由于混合粒料的性质和粒度不同，因此由于混合物料的比重不同，混合物会分层。换句话讲，比重较大的物料会与混合物中的其它成分分开，由此会使混合物不均匀，从而破坏转换机模压出的最终产品的物化性能。转换机本身的振动也会使混合物中的粒料自发地出现分层。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种新的方法来计量颗粒材料，其用于所述颗粒材料的计量设备上，在使用时不需使用混合器。
本发明的另一目的是提供所述颗粒材料的计量方法，其能制作出均匀的混合物，同时相对于现有的技术水平具有更高的计量精度。
本发明的另一个目的是提供一种颗粒材料计量方法，其能以一种灵活的方式和极具竞争性的生成成本用于各种计量设备。
本发明的另一个目的是提供一种颗粒材料的多计量设备，其能对百分含量极低，小于0.2％的每一种被计量颗粒材料进行计量。
通过下面这一种对多种颗粒材料进行计量的方法，本发明的这些以及其它目的将更加清楚，该方法包括以下步骤：
a)对多计量设备进行初始校准，其包括以下步骤：
将准备计量的多种颗粒材料加到各个料斗或料筒中，每一个料斗都配备一个抽取设备，该抽取设备是所述多计量设备的一个部分；
分别驱动每一个抽取设备，其中每一个抽取设备均与一个料斗相关联，由此在单位时间内能够进行预定数目的开闭操作，从而获取相应数量的被抽取颗粒材料；
对所述抽取设备抽取的所述数量的颗粒材料进行称量；
将需要计量的每一种颗粒材料的重量数据***到程序控制单元中，以便根据需要计量的每一种颗粒材料所需的百分含量计算出每一抽取设备的开闭周期，从而得到最终所需组分的混合物；以及接着
b)循环地进行下面的序列操作：
将所述程序控制单元处理的控制信号作为抽取器开闭周期的函数发送出去，其用于抽取至少供两台抽取设备处理的、计量量的各种颗粒材料；
在一承装容器中收集经上述步骤抽取的所述计量量的每一种颗粒材料；以及
通过传感器来检测所述承装容器预定的装填阈值，从而在达到所述预定的装填阈值时使所述的至少两台抽取设备停止工作。
本发明的另一方面是一种能够实现上述方法的颗粒材料的多计量设备，其包括有多个用于各种需要计量的颗粒材料的加料斗，并且这些加料斗配备有各自的抽取设备以及用来控制所述抽取设备的程序电子控制单元，其特征在于包括：至少一个输送区，其在设置上用来从所述抽取设备接收计量量的不同颗粒材料；至少一个承装容器，其设置在所述输送区的下游，用来从所述输送区接收计量量的颗粒材料并将其分配给一个用户单元；以及传感装置，其用来控制所述至少一个承装容器中预定高度的到达，其在所述预定高度到达时发送一个控制信号给所述程序电子控制单元。
附图说明
参照附图结合本发明下面优选实施例的说明，本发明的其它方向和优点将会更加清楚，其中的优选实施例仅为示例，而非限定。其中：
图1所示为用来实现本发明方法的一种多计量设备的部分的立体图，其中的一些部件被去掉了；
图2的流程图总体上展示了本发明方法的操作序列；
图3是图2流程图中最后几步的详细流程；以及
图4a展示的是三个料斗的三个分配设备的开关操作相对于时间的关系，其中的料斗中含有不同的颗粒材料，其目的是获取这样的一种混合物，该混合物中各种颗粒材料具有不同的百分含量；
图4b展示的是三个料斗的三个分配设备的开关操作相对于时间的关系，其中的料斗中含有不同的颗粒材料，其目的是获取这样的一种混合物，该混合物中各种颗粒材料具有不同的百分含量；
图4c展示的是三个料斗的三个分配设备的开关操作相对于时间的关系，其中的料斗中含有不同的颗粒材料，其目的是获取这样的一种混合物，该混合物中各种颗粒材料具有不同的百分含量。
具体实施方式
参见上述附图，就知道如何通过一种多计量设备DM来制造本发明的颗粒材料混合物，其中的多计量设备DM由多个上部料斗构成，这些料斗可拆地安装在数目相同的、由一固定支撑框TL限定的壳座中。附图中展示了三个料斗T1、T2和T4，其中有一个料斗T3被省掉了，这是为了更好地展示多计量设备DM的内部，显然，该多计量设备也可包括有四个以上或四个以下的料斗。
料斗T1-T4可根据需要具有相同或不同的尺寸，并用来容纳需要转换的各种颗粒材料，这些材料通常为塑料颗粒原料，或者是粗料形式的废碎料或废渣料，或者是着色剂和/或需要以计量方式加入到另一种或其它颗粒材料中的另一种颗粒状添加剂。
每一个料斗T1-T4均带有一个下出口，其可由相应的任易一种合适的抽取剂量设备DE1-DE4截取，该设备优选为一种由本申请同一申请人提出的美国专利US-6 9816 19 B2中公开的振荡转子形成的抽取剂量装置。因此这种抽取剂量设备DE1-DE4优选由一种能用一合适的线性执行器AL控制的振荡转子所构成，从而将上层各个料斗中的、计量量的物料分配出去。
作为选择，在一种特别优选的变化形式中，抽取设备DE1-DE4可由一“眼睑”机构构成，该机构可参考本发明申请人的美国专利US-7 137 729 B2，该机构反复并快速地开闭从而通过重力，在预定的时间段(千分之一秒)内以很高精度分配出预定量的颗粒材料。
在每一个料斗T1-T4出口的下面，输送区ZC带有斜壁，这些斜壁向下面的承装容器CP汇聚从而通过重力输送料斗T1-T4抽取的颗粒材料，其中的承装容器可以是任易一种合适的类型。承装容器CP优选由两个端法兰所限定的管道构成：上面的FA和下面的FB在使用中分别固定到输送区ZC的下法兰F1和转换机的连接法兰FMT或者是塑料颗粒材料的压头(图中未示出)。
承装容器CP这里最好提供一个位置传感装置MS，该传感装置MS例如可由一雷达探头或者是一对光电池构成，其优选为位置可调地布置在承装容器CP的不同高度处，用来检测承装容器CP中传输的颗粒材料是否达到了预定的混合物高度。一旦颗粒材料的混合物达到了该预定高度，那么该位置传感器MS会将一个输入信号发送到一程序电子控制单元CPU，该程序电子控制单元CPU则会发送一个控制信号给抽取设备DE1-DE4，从而中断颗粒材料的进一步分配。一旦承装容器CP中颗粒材料混合物的高度下降到预定阈值之下，那么该分配会自动地重新开始。
图2所示的流程涉及多计量设备DM的初始校准操作，图3的流程图则展示了本发明计量和混合操作的各个步骤。
一开始是在初始校准或配置步骤中，操作人员人工将盘状容器VS(图1)预先布置在一输送区ZC中，然后再启动与料斗T1相连的抽取设备DE1，该抽取设备DE1中含有准备计量的第一种颗粒状材料。该抽取设备DE1在预定的时间间隔内具有预定的周期性的开闭周期(块110)。
从承装料斗T1抽取并输送到容器VS中的颗粒材料的量在称重装置上如任易一台合适类型的高精度电子称重仪进行称重(块120)，其中的称重装置布置在多计量设备DM的外部。然后将该重量值保存在程序控制单元CPU中(块130)。对其余的、承载了其它准备计量物料的料斗T2-T4重复进行上述操作(块140)。
一旦校准操作结束，操作人员就将各个承装料斗T1-T4中承载的每一种颗粒材料所需的百分含量的数据保存到程序控制单元CPU中(图3中的块150)从而能够获得所需的颗粒材料的混合物以及多计量设备DM所期望的混合物的小时产量(如，kg/小时)。
一旦每一种颗粒材料的百分含量已知，即每一种颗粒材料必须出现在所需混合物中的百分含量已知，那么程序控制单元CPU就计算出料斗T1-T4的每一台抽取设备DE1-DE4的每一个开闭操作的周期(块160)，将打开的时间保持为常数，使每一台抽取设备DE1-DE4的开闭周期直接正比于所需计量的每一种颗粒材料为获取所需混合物所需的百分含量。下面详细描述每一台抽取设备周期性开闭操作的一个计算实例。
接着的操作步骤包括：将程序电子控制单元CPU处理的信号发送到所有的或者是某些抽取设备DE1-DE4，这些抽取设备带电后(块170DE1、170DE2、...、170DEn)以各自的周期X、Y、...、Z打开和关闭，其中的周期与每一台抽取设备抽取的颗粒材料的特定的、必须出现在所需混合物中的百分含量相关联。所有或部分料斗T1、T2、...、Tn所抽取的材料收集到输送区域ZC中，并排出到承装容器CP中(块200)，承装容器CP这里有位置传感器MS。如果混合物的高度超过了预定的值VP(块210)，那么程序控制单元PCU会将每一台抽取设备的状态保存下来(块220)从而立即停止所有的抽取设备DE1、DE2、...、DEn(块230)。
一旦承装容器CP中承装的颗粒材料混合物的高度低于预定的高度VP，那么每一台抽取设备均会被激励(块240DE1、240DE2、...、240DEn)，重新从前面保存的状态开始，从而以前面中断操作(块170DE1、170DE2、...、170DEn)相同的周期X、Y、...、Z分别继续开闭操作。该处理的结束可由操作人员手动控制，该操作人员可例如通过按下一个合适的停止按钮(图中未示出)来关闭该多计量设备DM(块270和280)。
在图4a-图4c所示的示例中展示了三台抽取设备DE1-DE3的开闭周期，这些抽取设备在设置上分别将60％、30％和10％的颗粒材料分配到最终的混合物中。更为特别的是，其中料斗T1中承装的是经计量其在最终混合物中的百分含量等于10％的颗粒材料，料斗T2中承装的是经计量其在最终混合物中的百分含量等于30％的颗粒材料，料斗T3中承装的是经计量其在最终混合物中的百分含量等于60％的颗粒材料，这里需要注意的是：料斗T1的抽取设备DE1的函数F1(图4c)的周期P1比料斗T2的抽取设备DE2的函数F2(图4b)的周期大三倍，同时F2的周期P2又是料斗T3的抽取设备DE3的函数F3(图4a)的周期的两倍。
平行于Y轴的两条间断线表示抽取设备DE1-DE3在承装容器CP中收集的混合物达到预定阈值高度时的中断操作。这里需要注意的是，抽取设备DE1-DE3的函数F1-F3在每次中断后如何从该中断之前的那种状态重新开始启动，从而继续以相同的周期进行程序化的开闭操作。换句话讲，一旦抽取设备DE1-DE3中断操作，即承装容器CP达到了预定高度，那么程序电子控制单元CPU就将该状态以及与每一个分配设备DE1-DE3前面达到的开闭周期状态相对应的精确时刻保存下来。当承装容器CP中的混合物下降时，每一个分配设备DE1-DE3会被程序电子控制单元CPU再次激活，从而再次启动并完成预定时间隔或周期P内前面已进行的相同数目的开闭循环，由此保持计量和混合过程的连续性。
在图4a-4c的示例中，在抽取设备的函数F1-F3中，抽取设备打开的时间间隔ΔT保持为常数。如果需要，也可以改变该参数，改变最终混合物中各种颗粒材料百分含量的算法，从而获得所需组分的混合物。
采用本发明的方法，能够在不使用特定的用于颗粒材料本身的混合设备的情况下准确地计量并混合静态类型的各种颗粒材料，因此大大地降低了混合物在承装容器CP滞留期间的分层问题以及采用混合设备进行搅拌混合物时出现的其它问题。
为了使***具有更大的灵活性，同时也为了更为有效地混合形成最终混合物所需的各种颗粒材料，各个抽取设备DE1、DE2、...、DEn的函数F1、F2、...、Fn之间均可有一个Δt，这一点对本领域技术人员来说是非常容易理解的。
此外，如果所使用的抽取设备DE1、DE2、...、DEn具有恒定的打开时间，那么程序控制单元CPU，在抽取设备因承装容器CP已达到装填高度而需要中断的时刻与其中一个或多个抽取设备DE1、DE2、...、DEn打开的时刻重合时，会使抽取设备本身的中断延迟一个时间间隔，这样那些处于打开步骤的抽取设备就能继续完成物料的分配。结果，中断只有在所有的抽取设备DE1、DE2、...、DEn均处于关闭步骤时才会出现。
如上所述，在下面权利要求保护的范围之内，本发明还有许多的修改和变化。

Claims (8)

1.一种对多种颗粒材料进行计量的方法，其包括以下步骤：
a)对多计量设备(DM)进行初始校准，其包括以下步骤：
将准备计量的多种颗粒材料加到各个料斗或料筒(T1、T2、...、Tn)中，每一个料斗都配备一个抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)，该抽取设备是所述多计量设备(DM)的一个部分；
分别驱动所述每一个抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)，其中每一个抽取设备均与一个料斗(T1、T2、...、Tn)相联，由此在单位时间内能够进行预定数目的开闭操作，从而获取相应数量的被抽取颗粒材料；
对所述每一台抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)抽取的所述数量的颗粒材料进行称量；
将需要计量的每一种颗粒材料的重量数据***到程序控制单元(CPU)中，以便根据准备计量的每一种颗粒材料所需的百分含量，计算出每一抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)的开闭周期(P1、P2、...、Pn)，从而得到最终所需组分的混合物；以及接着
b)循环地进行下面的序列操作：
将所述程序控制单元(CPU)处理的控制信号作为抽取器(DE1、DE2、...、DEn)开闭周期的函数发送出去，其用于抽取至少供两台抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)处理的、计量量的各种颗粒材料；
在一承装容器(CP)中收集经上述步骤抽取的所述计量量的每一种颗粒材料；以及
通过传感器(MS)来检测所述承装容器(CP)预定的装填阈值，从而在达到所述预定的装填阈值时使所述的至少两台抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)停止工作。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，其包括以下步骤：一旦所述承装容器(CP)内颗粒材料混合物的高度落到所述预定阈值之下，那么就自动地重新启动至少两台所述的抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)。
3.如权利要求1的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
在每一台抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)停止时，将每一台分配设备(5)的准确时刻和状态保存下来；以及
通过所述程序控制单元(CPU)重新激活至少两台抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)，从而继续前面各个开闭时间间隔或周期(P1、P2、...、Pn)内已进行的同一个开闭序列。
4.如前面任一权利要求的方法，其特征在于，包括：各个抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)所述开闭周期(P1、P2、...、Pn)之间的一个时间段。
5.如前面任一权利要求的方法，其特征在于，包括：当该抽取设备具有一个恒定的打开时间并且因所述承装容器(CP)达到装填高度而中断的时刻出现在一台或多台抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)正处于打开的时刻时，所述抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)的中断有一个时间延迟，这样那些正处于打开步骤的抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)就能继续完成材料的分配。
6.一种能够权利要求1方法的颗粒材料的多计量设备，其包括有多个用于各种准备计量的颗粒材料的加料斗(T1、T2、...、Tn)，并且这些加料斗配备有各自的抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)以及用来控制所述抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)的程序电子控制单元(CPU)，其特征在于，包括：至少一个输送区(ZC)，其在设置上用来从所述抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)接收计量量的不同颗粒材料；至少一个承装容器(CP)，其设置在所述输送区(ZC)的下游，用来从所述输送区(ZC)接收计量量的颗粒材料并将其分配给用户单元；以及传感装置(MS)，其用来控制所述至少一个承装容器(CP)中预定高度的到达，其在所述预定高度到达时发送一个控制信号给所述程序电子控制单元(CPU)。
7.如权利要求6的计量设备，其特征在于，每一种抽取设备(DE1、DE2、...、DEn)均是循环地开闭设备。
8.如权利要求6的计量设备，其特征在于，所述位置传感装置(MS)包括：至少一对发送接收装置，其布置在所述至少一个承装容器(CP)的外部的相对两侧。
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