速度可控的無擋板氣動輸送機的製作方法
2023-10-12 00:00:39 3
專利名稱:速度可控的無擋板氣動輸送機的製作方法
技術領域:
本發明涉及一種用於一般圓柱狀輕質製品的氣動輸送機,尤其涉及一個可控制無論是整體還是零散或是單個流動製品的輸送速度的無擋板輸送機。
背景技術:
近年來,氣動輸送機已普遍用於輸送輕質製品,如用在諸如圓柱狀輕質飲料罐體的製造和灌裝作業中。由於這類氣動輸送器使罐體的輸送速度要遠遠高於機械輸送機能夠達到的速度,因此這類氣動輸送機已獲得巨大成功。這些氣動輸送機一直以不同型式採用氣流噴嘴和氣孔,用以沿輸送表面傳送容器。氣流引入到輸送面的角度包括噴嘴或氣孔引導氣流平行於運動方向以及以不同的角度橫截於運動方向。一般說來,這些裝置的目的在於利用氣流的吹力使容器沿所需方向運動。
本發明人已對裝置作了改進,其中通過氣流噴嘴供給的氣流可以利用附壁效應(Coanda Effect)使氣流沿輸送機的表面運動,因而也沿在輸送機上的容器的底面運動。利用這一效應和貝努力原理(Bernoulli Principle),在氣流高速流過的區域產生低壓,從而根據氣壓的變化來控制容器,而不是依靠裝置在所需方向上吹動容器的能力。這些原理已經用於在相鄰的容器之間形成所需的高壓區和低壓區以調節容器的流動。
貝克爾(Barker)的美國專利第3,105,720號表示出一種用圓柱狀容器的另一端處的氣孔將容器從一個輸送機豎直地移動到另一個輸送機的方法。
福得(Futer)的美國專利第3,180,688號公開了利用一系列氣孔和豎直噴嘴的一類輸送機。該豎直噴嘴使製品懸浮在輸送機上,而氣孔提供一個朝下遊方向的推動力,用以使製品朝下遊方向運動。
麥爾姆端(Malmgren等)的美國專利第3,385,490號公開了用於沿一輸送機輸送網狀或板裝材料的裝置,其中設有從輸送機的外邊緣向內朝中心傾斜的氣孔,該裝置的中心設有排氣網用於排出空氣。該裝置試圖使一片材料由於通過氣孔中的氣流產生的向下遊運動力的作用聚到中心並朝下遊方向輸送。從氣孔中噴出的氣體向內側的分量旨在使兩邊平衡,從而使板狀材料在輸送機上聚到中心。
奉(Fong)的美國專利第3,733,056號和4,033,555號各自公開了一種使粒狀物料流體化的輸送機,並利用指向下遊方向和與運動方向基本橫截的氣孔。
哈桑(Hassan等)的美國專利第4,165,132號公開了用於輸送半導體薄片的氣動輸送機,其中在輸送機的側邊緣設有向內傾斜的氣流噴嘴,用以使薄片在輸送機上懸浮並向中心聚集。這些噴嘴還產生一個朝下遊方向的分力,其使薄片沿輸送機朝下遊方向運動。
倫赫特(Lenhart)的美國專利第4,456,406號公開了一類需要頂蓋的輸送機,並利用製品間形成的高壓區產生阻擋容器的空氣層,以使容器在沿輸送機運動時保持鬆散的分離狀態。這使得容器彼此同的碰撞和由於碰撞對容器產生的潛在損傷降到最低。
倫赫特(Lenhart)的美國專利第4,732,513號提供了一種無蓋的氣體輸送機,其中設有稍向下遊方向傾斜的以基本豎直方向穿過輸送面的噴嘴,並設有構成空氣隔牆的側壁,以產生包圍並使各個容器浮起的氣流,使容器按所要求的速度運動。但如果需要調節容器的運動速度,就需要通過擋板改變穿過噴嘴的空氣體積。
所有上述的發明都能實現各自的目標。但是為了控制製品在輸送器上的流動,就需要沿風室在不同位置設置擋板,以控制通過沿輸送表面任一特定位置的空氣噴嘴或氣孔流出的空氣量。為了改變製品從輸送機的一個部位移到下一個部位的運動速度,以使容器從一個加工工位移到下一個加工工位產生的潛在損傷為最小,設置擋板是必要的。當試圖用擋板控制製品的速度時,由於靜壓上下變化,通過平臺上氣孔的氣流速度也相應改變,而且當流速改變時流量也發生變化。由於存在兩個平行變量,就使得控制非常困難。如果為降低製品速度而將壓力設定得過低,製品就不能在平臺表面上充分地浮起,從而無法輸送。反之如果為了以更高的速度輸送製品而將壓力設的太高,製品就會在平臺上浮得太高,可能會產生搖擺,從而使其不能在氣動輸送機上順利地朝下遊流動,並可能傾翻,在輸送器上產生堵塞。
另外利用上述的這些氣動輸送機,當一個製品從一個上遊位置移到一個下遊位置時,作用在每個容器上的空氣體積逐漸增加,使製品的運動速度越來越高,並接近極限速度。當單個或零散容器沿輸送機移動時情況尤其如此。這種情況會使製品互相碰撞的力足以導致諸如飲料罐體之類的脆性容器發生損環。
WO91/10611公開了一種用以在一個輸送表面上通過使空氣流動經過在輸送表面上的多個孔隙以輸送諸如菸草的物質的有蓋氣動輸送機。該多個孔隙中的某些孔隙彎曲成一個角度使得流動經過該孔隙的空氣具有在第一方向上的分量,而其他的孔隙則彎曲成另一個角度使得流動經過個孔隙的空氣具有在與第一方向相反的第二方向上的分量。彎曲成相同角度的孔隙集合在一起成一組,使得彎曲在不同角度的孔隙集合成另一組,該兩組孔隙沿該輸送表面交替地設置在該輸送表面上。然而該輸送機並不適宜於輸送諸如在直立狀態的容器的物品。
本發明的概要本發明提供一種無擋板的、速度可控制的無蓋的等容氣動輸送機以及以控制速度來控制全體製品的方法。這裡所用的術語「等容」意是指沿輸送機的平臺的上表面產生相對力矢量的相對空氣體積。第一組氣孔朝下遊方向以相對輸送機表面傾斜的貫穿輸送器表面延伸,以使通過氣孔的空氣有一第一量級的朝下遊方向的力矢量。一第二組氣孔朝上遊方向以相對輸送機表面傾斜的貫穿輸送器表面延伸,以使通過氣孔的空氣有一個小於第一量級的第二量級的朝上遊方向的力矢量,從而產生一個朝下遊方向的力的矢量差,以使製品朝下遊方向運動。沿輸送機表面的每個邊緣的氣孔可以向內側傾斜,以產生空氣的橫向流動,該橫向氣流產生使單個或零散移動的製品必須通過的空氣阻擋層,從而限制單個或零散製品的運行速度。空氣向內側的橫向流動還在零散製品的後沿產生一低壓牽拉效應,以輔助製品保持直立位置。
更特殊的是,一第一組縱向延伸的氣孔與一第二組縱向延伸的氣孔以縱向交替排列方式布置,在此平臺或輸送機表面的每一邊的一排外側氣孔總是第一組氣孔的一部分,這可以保證朝下遊方向的氣孔比上遊方向至少多一排。
另一種型式,在朝下遊方向的多排縱向延伸氣孔的中間間隙設置朝上遊方向的縱向延伸氣孔。至少朝下遊方向縱向延伸的第一排外側氣孔可以向內側傾斜,以提供與容器的運動方向橫切的空氣流動,從而產生一個空氣阻擋層阻礙單個或零散製品的運動。但是當輸送機充滿製品時,縱向延伸的氣孔幾乎全部被覆蓋,而使得氣流只對著容器的底部,以在朝下遊方向的淨力矢量的作用下使容器全體朝所要求的下遊方向運動。各排縱向延伸的氣孔定義為縱向通過輸送機表面,但各排氣孔也可定義為橫向通過輸送機表面。這取決於這裡面公開的不同實施例,第一組和第二組氣孔可定義為橫過輸送器表面的橫向或者縱向延伸布置的各排氣孔。
通過相對上遊氣孔的數目改變下遊氣孔的數目,或者通過改變單個氣孔的尺寸,就可實現容器的精確運動,而不必改變氣室中的靜壓或在氣室內不同遞增位置設置擋板,而且採用朝上遊方向和下遊方向的氣孔,使得在沿輸送機的一個上遊位置和一個下遊位置之同任一位置處與製品接觸的空氣體積相同,從而使製品以基本衡定的速度運動。該速度由下遊方向的氣體體積與上遊方向的氣體體積之差來決定。採用這種結構,可以輸送諸如兩端開孔的圓柱體製品以及諸如泡沫聚苯乙烯(STYROFOAM板之類的輕質製品,而不會被吹離輸送機。
通過下面結合附圖的描述本發明的其它優點將顯而易見。
附圖的簡要說明
圖1是根據本發明製造的輸送機的局部透視圖;圖2是沿圖1中線2-2截取的縱剖視圖,其示出了輸送機的更多細節;圖3是沿圖2中線3-3截取的一個放大的縱向剖視圖,其表示出氣流穿過氣孔相對於輸送機上的容器的底面的運動;圖4是根據本發明製造的一個輸送機表面的局部放大平面圖;
圖5是與圖4相類似的一個局部平面圖,但示出了另一種氣孔排列布置;圖6是沿圖4中線6-6截取的輸送機表面的一部分的局部放大剖視圖,其示出了氣孔排列的細節;圖7是沿圖6中線7-7截取的一個水平階梯剖視圖,其示出了氣孔結構的更多細節;圖8是沿圖6中線8-8截取的一個放大的水平剖視圖,其示出了氣流穿過氣孔的流動;圖9是一個與圖3相類似的縱向剖視圖,其示出了沿輸送機的大量容器;圖10是與圖4和圖5相似的一個局部俯視圖,其示出了一第三種可替代的氣孔排列;以及圖11是輸送機表面一部分放大的縱向剖視圖,其示出了空氣穿過氣孔相對於容器底面的流動。
實施本發明的優選形式如圖1-3所示,根據本發明提供有一個輸送機10,它有一個以平臺12形式的輸送表面,其上開有氣孔14用於將容器16從一上遊位置輸送到一下遊位置,這在下面將作更全面的介紹。氣室18與平臺12的底側相連,且由一個共用供給氣源,如風機(未示出)通過一進口20供給空氣。在平臺12的外側邊緣設有上開口的軌道22,以使容器保持在輸送表面上。如圖3所示,空氣穿過氣孔且由於附壁效應(Coanda Effect),將沿箭頭24所示的方向沿平臺的表面流動。從氣孔中噴出的氣流將產生一個低壓區,從而使容器16的底面26與平臺12緊靠在一起。本發明的這一特點的原理將在下面作更全面的解釋。
本發明的等容平臺設計是依據以相同速度相對的空氣容積。圖4示出了一橫過輸送機平臺寬度方向的優選縱向氣孔設計。在該實施例中,每個外側邊緣的第一組兩排縱向氣孔14將氣流朝下遊方向引導,而內側的下一排縱向氣孔13則朝相反的上遊方向,緊接著內側的下兩排縱向氣孔14朝下進方向,然後重複這種模式。假定一共有23排縱向氣孔,下面將舉例說明這種模式。16排縱向氣孔朝下遊方向,而7排縱向氣孔朝相對的上遊方向,這使朝下遊方向的氣孔多228%。為獲得單個容器沿平臺12所要求的最大速度,假定要求流向下遊方向的氣體體積比流向上遊方向的氣體體積多25%,228%-25%=203%。這就需要相對於朝下遊方向的氣孔使朝上遊方向的7排氣孔14的開孔面積增加16排朝下遊方向的氣孔14的開孔面積為203%。
當氣孔定義為如圖5的橫向排列時,一第一組橫向列15橫向延伸或橫過輸送機表面,這裡一組相間交替排列的第二組橫向列17橫向延伸或橫過輸送機表面。如圖5所示,第一組氣孔15將氣流引向上遊方向,第二組氣孔17將氣流引向下遊方向。即設置更多朝下遊方向的氣孔,然後調節朝上遊方向的氣孔面積,這是一種獲得所要求速度的方法。
如圖6與圖7所示,平臺上的氣孔為梯形設計。採用這種設計,氣孔的截面積可以在非常接近的參數內變動,該參數還可控制通過氣孔排出的氣體體積。參照上面圖4的實例,可以通過增加氣孔開口的高度H來增加7排氣孔的開孔面積。如圖8所示,高度H增加幾千分之一英寸,7排氣孔排出的氣體體積就可增加。很明顯,通過改變高度H可精確控制力的矢量差。如圖9中的箭頭27所示,外部空氣還可通過側嚮導軌22引入,來幫助容器朝下遊方向運動。
正是採用這種方案,可以設計一種適於各種所需參數的非常精確、無級控制的氣動輸送機。
當今非常尖端的數控衝孔設備使這種精密控制得以實現。當平臺採用CAD(計算機輔助設計)系統和電腦程式(該程序可計算由簡單改變氣孔開口的高度H引起的氣孔面積變化的百分率)時,氣動輸送進入了一個全新的時代,使其可以做在不久以前認為幾乎沒有可能或不可能做到的事情。這樣氣動輸送機的製造成本比現有市售的氣動輸送機明顯降低,現有市售的氣動輸送機需要沿氣室大約每8英尺設置一個擋板,或者在向輸送機送風的風機內設置軸向葉片擋板。此外,本發明的氣動輸送機無需頂蓋。
可以看出通過改變朝上遊方向或下遊方向的氣孔的高度H或氣孔的數目構成的等容平臺設計使得任意容器進入拐彎前減速並且在拐角內任一點加速,使其離開拐角,然後逐步恢復到最大設定速度。如果該氣動輸送機與供應容器的機械輸送機對接,構成的等容平臺設計使容器在離開機械輸送機時加速,以降低供給容器的密度,然後逐漸減速達到最大設定速度。
根據沿等容設計的16英尺長的輸送機上8英尺長部分的預定時間研究表明,一個12盎司的鋁製211×413的修邊上開口容器可以以大約每分鐘200英尺的速度運動,並衝擊一個靜止的容器阻擋層,而容器沒有傾倒或產生任何損傷。還進行了容器與一個已傾倒容器的碰撞試驗,也沒有發生傾倒。
根據以上測試結果,僅通過實例得出了如下結果導軌之間輸送機寬度=177個容器寬度×4,5個容器/線性英尺=32,2個容器/線性英尺要求的每分鐘容器速率=2500CPM容器密度容器數/線性英尺 FPM@2500CPM 估計的CPM100% 32.280FPM 257687%28.090FPM 252075%24.0104FPM249662%20.0125FPM250050%16.0156FPM249643%14.0179FPM250640%13.0192FPM2496以上的平臺設計可在一無頂蓋的氣動輸送機上以大約200FPM的最大速度將一個容器推動到任何距離處。這種同一平臺設計還可在氣室的最小靜壓下以所示的FPM輸送所示任何密度的容器。容器之間的碰撞噪音非常小,如此平穩地輸送容器,以至沒有檢測到受損傷的容器。
通過採用靠近輸送機的每個外邊緣的一排或多排以一內側角導引的縱向氣孔,產生沿輸送表面橫向流動的空氣。圖5示出了它的一個實施例,此處一排外側的縱向氣孔28相對於輸送方向向內傾斜。
圖10示出了一個另外的實施例,此處沿平臺12的每個外邊緣設置有三排對角延伸的傾斜的氣孔30。由此產生的橫向氣流作為單個或零散運動製品必須通過的阻擋層。該橫向氣流還在單個或零散流動製品的尾部或後沿產生牽拉效應,產生一個朝平臺12牽拉容器後沿的低壓區。另一方面,在輸送機輸送大量容器時,如密度為100%,橫向氣流被抑制,且氣孔只作用到容器的底部,如前所述,由於大量容器在向下遊運動的淨力矢量的作用下朝下遊方向運動,因此此大量容器則向下遊方向運動。
用上面應用的方法,可以達到控制單個、零散或全體容器以基本相同的速度流動。
當如圖10所示的傾斜氣孔30的傾角A改變時,如箭頭31所示的空氣流動方向也發生變化。傾角越垂直於輸送機的邊緣,單個或零散運動容器通過時的空氣阻力就越大,且容器後沿上的牽拉效果也就越大。這是在極少量氣孔被容器覆蓋,使得空氣從未被覆蓋的氣孔自由流出,橫過輸送機平臺表面時發生的結果。如圖10所示,橫過氣流的體積和速度力矢量(CVV)是上面所討論的控制中的主要因素。
在輸送機上堆積的容器越緻密,更多的氣孔就將被覆蓋,因此空氣能夠自由流動的空間變得非常有限。結果是只有正處在容器下面的氣孔才能作用到容器上。在這種情況下,流體體積和速度力矢量(FVV)是該控制的主要困素。
通過傾斜氣孔30排出空氣的體積越大,就越能有效地降低單個或零散容器的移動速度,同時,傾斜氣孔30可有效地增加通過其上方的緊密排列的容器的速度。
例如,一個諸如12盎司重的鋁製容器的物體,需要0.5英寸的靜壓,以提供容器之下的最優空氣體積,使其在輸送機的平臺上升起約0.005英寸。在靜壓為0.5英寸水柱時,通過開孔面積為0.00808平方英寸的氣孔的氣流速度為2,382英尺/分鐘(FPM)。如果氣孔30的向內傾斜是60°,則FVV是2,832英尺/分鐘(FPM)的30%,或850英尺/分鐘(FPM),這是輸送緊密排列的容器所需的速度。
當容器隨機供給到氣動輸送機上時,單個或零散容器的移動速度將由逆向和朝下遊方向的氣孔和CVV的組合來控制。
在測試中,單個容器的速度可達到174英尺/分鐘(FPM),密集排列容器的速度可達到151英尺/分鐘(FPM)。這些速度適合於滿足幾乎所有情況。其意義是不會對單個容器產生損傷,這是因為由於作用到彼此之間的容器上的壓力非常小,使單個和密集排列容器之間朝下遊方向的速度差非常小。
由於輕質容器的日益增加,控制氣動輸送機上的容器的速度在當今市場是必需的。因為容器越輕,它越容易在直線段輸送機的下遊的拐彎處因容器與容器間及容器與導軌間的碰撞產生損傷。
如圖8和圖11所示,氣孔與平臺表面的傾角約為25°-30°,由於附壁效應(Coanda Effect),氣流橫過平臺表面時產生層流流動,在此空氣以高於周圍環境空氣的速度運動。根據貝努力原理(Bernoulli Principle),較高的氣流速度將產生一個壓降。附壁效應(Coanda Effect)是即使在氣流轉向偏離噴射軸線的情況下,一股靠著表面排出的氣流仍有依隨該表面的傾向。這使環境空氣夾帶在壁周圍,從而使其上方的壓力減小。
圖11中的低壓區32起穩定容器並將其拉向平臺的作用,如圖中箭頭34所示,當氣體從容器的徑向下方穿過時,通過平板與容器的底面之間0.003英寸至0.005英寸的非常狹小的豎直空間,也產生一個低壓區,以進一步加強牽拉效果,而將容器拉向平臺表面。
正處在容器的重心下方的氣孔向平臺表面小角度傾斜,使得大部分空氣保持在容器的底面上或非常接近其底面流動,通過使沿容器重心向上的氣流降到最小,而使單個容器的穩定性極大增強,從而其可以單個或以任意間距隔開輸送,而且在全部輸送時,也不是依靠鄰近接觸容器的支持來防止傾倒。
通過以上所述,本發明的優越性已顯而易見。本發明提供一個無擋板的、速度可控的無蓋的氣動輸送機,其可最大限度地降低所輸送的諸如輕質鋁製飲料罐之類的脆性容器的損傷。通過採用等容設計,即一組氣孔朝下遊方向,而一第二組氣孔朝上遊方向,可改變氣孔的數目和/或尺寸,以提供更精確的下遊氣流與上遊氣流的流量差,從而非常精確地控制沿輸送機從上遊位置移到下遊位置的大量容器的運動速度。另外,通過設置一排或幾排朝下遊方向向內傾斜的外側氣孔,由氣流的橫向流動產生空氣阻擋層,以阻礙單個或稀疏聚集容器的運動,進而防止其達到極限速度,從而以與大量容器輸送時近似相同的速度流動。另外,通過改變平臺上的氣孔的數目和尺寸,可以使容器的速度精確的增加或降低,獲得使容器轉彎,進入或離開機械輸送機所需的速度。當朝下遊方向的氣孔面積與朝上遊方向的氣孔面積之比為常數時,沿平臺表面的任一遞增位置處朝下遊方向的氣體的淨體積基本相同。採用這種布置,平臺從上遊位置到下遊位置可以有一個每線性英尺516的上傾角,而不需要額外的靜壓來移動製品。本發明的等容輸送機適用於鋁、鋼和塑料製品及兩端開口的圓柱和泡沫聚苯乙烯(STYROFOAM)平板的輸送。
結合其特定的實施例已對本發明作了詳細描述,可以理解在本發明的精神和範圍內可進行其它的各種改進。
權利要求
1.一種用以輸送大量直立輕質容器的無蓋輸送機,每個容器具有從其底面延伸的圓柱狀側壁;所述無蓋輸送機具有一個從一上遊位置延伸到一下遊位置的表面,所述表面用以以每個所述直立輕質容器的所述底面與所述輸送機表面處於流體化的連通狀態全部地移動所述大量直立輕質容器,所述輸送機表面有一中心、相對的第一和第二側邊,及一個底面;一個與一定壓力的氣源連接的共用氣室,其連接到所述輸送機表面的所述底面,用於補給一定壓力的空氣;而且從所述共用氣室穿過所述輸送機表面的一個第一組和第二組氣孔,分別用以產生空氣的朝上遊方向力矢量和朝下遊方向力矢量,以便在所述輸送機表面上支持所述大量直立輕質容器,所述氣孔設置成用以在每一個所述大量直立輕質容器的下方產生一個第一低壓區,以便容器在朝下遊方向運動時保持在直立位置而不會傾倒,所述第一組和第二組氣孔以預定的排列布置在所述輸送機表面上,以便以受控制的速度將所述大量直立輕質容器從上遊位置到下遊位置受控制地移動。
2.如權利要求1所述的輸送機,其特徵在於將所述第一組和第二組氣孔設置成在朝下遊方向上、從上遊位置到下遊位置增進的任何位置處產生相同的的空氣體積量,以便以受控制的均勻速度將所述大量直立輕質容器從上遊位置移動到下遊位置。
3.如權利要求1所述的輸送機,其特徵在於所述第一組氣孔的氣孔數目大於所述第二組氣孔的氣孔數目,以便產生一個朝下遊方向的力矢量差。
4.如權利要求1所述的輸送機,其特徵在於所述第一組和第二組氣孔有選擇性地在縱向方向上相間隔排列,以便預定的所述排列布置能受控制地移動所述大量直立輕質容器。
5.如權利要求1所述的輸送機,其特徵在於所述第一組和第二組氣孔有選擇性地在橫向方向上相間隔排列,以便預定的所述排列布置能受控制地移動所述大量直立輕質容器。
6.如權利要求1所述的輸送機,其特徵在於所述第一組氣孔的總開孔面積大於所述第二組氣孔的總開孔面積,以便從中流出的一定壓力的空氣能受控制地移動所述大量直立輕質容器。
7.如權利要求1所述的輸送機,其特徵在於還包括一個沿所述輸送表面的相對的所述第一和第二側邊的每一側邊安置的第三組氣孔,每個所述第三組氣孔設置成可提供一個引向所述中心的空氣的力矢量,以便產生一個空氣阻擋層,通過所述空氣阻擋層移動的所述大量直立輕質容器中的單個或零散容器,以便限制所述大量直立輕質容器中的單個或零散容器的速度,並在每一個所述大量直立輕質容器中的單個或零散容器的後沿產生一個第二低壓區,以便朝向所述輸送機表面拉動所述後沿,以便保持所述大量直立輕質容器的所述單個或零散容器處於一個直立位置。
全文摘要
無擋板、速度可控、無蓋的等容氣動輸送機,其第一組氣孔傾斜穿過輸送機表面通到氣室,使穿過的空氣有第一量級朝下遊方向力矢量,第二組氣孔傾斜穿過輸送機表面通到氣室,使穿過的空氣有小於第一量級的第二量級朝上遊方向力矢量,而產生使製品朝下遊方向運動的力矢量差。沿輸送機表面每側邊的一排外側氣孔可向內傾斜,產生限制單個或零散製品速度的空氣阻擋層的橫向流動空氣;向內橫向流動空氣在零散製品的後沿產生輔助製品保持直立的低壓牽拉效應。
文檔編號B65G51/00GK1257818SQ99110640
公開日2000年6月28日 申請日期1999年7月20日 優先權日1993年6月24日
發明者R·A·倫哈特 申請人:辛普裡馬蒂克工程公司