擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置的製作方法

2023-08-04 23:07:56 2

專利名稱：擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，主要用於吹膜機、拔管機、電線電纜機、塑料纏繞機和噴絲(杆)機上對出料的長度、厚度的均勻性進行控制。
背景技術：
現有技術中一種對擠出機的出料的均勻性控制的基本方法是，採用天平式稱量裝置測量計算出進料速度(即單位時間內進入擠出機內的原料量)，然後根據進料速度控制擠出機的擠壓螺杆或牽引輥的轉速，使進料速度與所述的擠壓螺杆的轉速成反比，或與牽引輥的轉速成正比，保持出膜厚度均勻。這種天平式的稱量裝置主要包括原料鬥、機架、稱量鬥和進料接管(與擠出機的進料口連接)，原料鬥和進料接管分別安裝在機架的上端和下端，在該原料鬥的下端出口裝有閘門；所述的稱量鬥安裝在原料鬥與進料接管之間，該稱量鬥的一側與一槓桿的一端連接，該槓桿的另一端裝有一固定配重，該槓桿的支點鉸接在該機架上，在該槓桿上設有上下限位機構和補料接近開關；在稱量鬥的下端出口裝有料位接近開關。這種稱量裝置利用料位接近開關發出相鄰的兩次送料信號的時間間隔，用進料一稱量鬥的重量除以該時間間隔，進而計算出擠出機出料單位長度重量。但是由於料位的測量誤差較大，因此計算出的單位時間內的進料量精度較低。為了解決上述問題，還有採用兩套天平裝置進行稱量，雖然在一定程度上提高控制精度，但是增加了的結構複雜性，提高了成本和故障率。另外，在每次向稱量鬥內放料時，由於閘門關閉需要一個過程，顆粒料對閘門有隨機的阻力，均會導致每次放入稱量鬥內的原料與設定的重量存在誤差，如果以此刻進行計時和計算，必然導致控制結果出現較大的誤差，影響控制精度。

發明內容
本發明的目的就是提供一種擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，以解決現有技術存在的結構複雜，成本高，不易維修調試，控制精度差，成本提高和故障率高的問題。本發明的技術方案是一種擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，包括控制器和稱量裝置，該控制器的輸入端與稱量裝置連接，該控制器的輸出端與擠出機的擠壓螺杆的驅動電機或牽引輥的驅動電機連接，所述的稱量裝置包括原料鬥、機架、稱量鬥和進料接管，原料鬥和進料接管分別安裝在機架的上端和下端，在該原料鬥的下端出口裝有閘門，該閘門與一個閘門驅動裝置連接；所述的稱量鬥安裝在原料鬥與進料接管之間，該稱量鬥的一側與一槓桿的一端連接，該槓桿的另一端裝有一固定配重，該槓桿的支點鉸接在該機架上，在該槓桿上設有上下限位機構，在該固定配重下面裝有下接近開關，其特徵在於在所述的固定配重的上方設有活動配重，該活動配重活動地支撐在一配重支架上，在該活動配重的下面設有上接近開關；該間門驅動裝置的受控端、上接近開關和下接近開關分別與所述的控制器連接。所述的活動配重由主體和設在該主體下端的縮徑滑杆組成，該縮徑滑杆縱向滑動地支撐在所述的配重支架上，在該固定配重和活動配重均處於下位時，該固定配重的上面與活動配重的縮徑滑杆下端之間留有工作間隙；該縮徑滑杆的下端中央為球面或尖端。在所述的配重支架設有縱向孔，在該內縱向孔裝有直線軸承，在該直線軸承的中心孔內滑動配合地插入所述的活動配重下端的縮徑滑杆。所述的活動配重為圓盤狀，所述的縮徑滑杆為圓柱形，並與該活動配重同軸。所述的活動配重由主體和擺臂組成，該擺臂的一端與所述的機架鉸接，另一端與該主體連接；在所述的固定配重的上端設有頂杆，在該頂杆的頂端裝有滾輪；在該固定配重和活動配重均處於下位時，該頂杆上的滾輪的頂端與活動配重的下面之間留有工作間隙。在所述的活動配重的主體或擺臂上設有可調砝碼。所述的閘門驅動裝置採用液缸、氣缸或電動裝置；所述的控制器採用微機或可編程控制器。在所述的牽引輥上裝有轉速傳感器，並與所述的控制器連接。所述的控制器的輸出端通過變頻器與所述的牽引輥的驅動電機連接，省去了轉速傳感器。在所述的機架的下部設有與地面安裝的支架；將所述的進料接管下端出口與擠出機的進料口相對設置但留有間隙，或將所述的進料接管下端出口通過軟管與擠出機的進料口連接。本發明的優點是採集活動配重與固定配重一起下降到某一設定位置對應的時刻為計時起點，此刻對應的稱量鬥內的原料重量是一定的，忽略了放料初始時刻原料重量存在的誤差，大大提高了控制精度，並簡化了結構，降低了製造成本和故障率，容易維修調試。


圖1是本發明應用在擠出機上的第一實施例的總體結構(稱量鬥內無原料或只有少量原料，稱量鬥處於上位；採用轉速傳感器測量牽引輥的轉速)示意圖2是本發明第一實施例的工作原理圖之一(稱量鬥剛剛裝滿原料後，處於下位)； 圖3是本發明第一實施例的工作原理圖之二(開始計時的稱量鬥位置，此刻為起點時
刻)；
圖4是本發明第一實施例的工作原理圖之三(活動配重落到配重支架上，並與固定配重接觸的狀態)；
圖5是本發明應用在擠出機上的第二實施例的總體結構(與圖1的狀態相同，省去轉速傳感器)示意圖6是本發明應用在擠出機上的第三實施例的總體結構(擺臂式活動配重)示意圖； 圖7是本發明應用在擠出機上的第四實施例的總體結構(稱量裝置與擠出機分離結構) 示意圖。
具體實施例方式
4
參見圖1-圖4，本發明一種自動控制擠出機出料單位長度重量的高精度控制裝置的第一實施例，該實施例包括控制器18和稱量裝置，該控制器18的輸入端與稱量裝置連接，該控制器18的輸出端與擠出機15的擠壓螺杆的驅動電機14或牽引輥16的驅動電機連接。
該實施例的稱量裝置包括原料鬥1、機架2、稱量鬥7和進料接管8，原料鬥1和進料接管8分別安裝在機架2的上端和下端，在該原料鬥1的下端出口裝有閘門3，該閘門3與一個閘門驅動裝置4連接。所述的稱量鬥7安裝在原料鬥1與進料接管8之間，該稱量鬥7的一側與一槓桿11的一端連接，該槓桿11的另一端裝有一固定配重12，該槓桿11的支點通過支軸9鉸接在該機架2上，在該槓桿11上設有上下限位機構10，上下限位機構10的上限限制固定配重12處於上位時頂起活動配重5，但不會接觸配重支架6的下端，如圖2所示； 上下限位機構10的下限限制固定配重12處於下位時不接觸下接近開關13，留有很小的間隙即可，如圖1所示。在該固定配重12下面裝有下接近開關13。在所述的固定配重12的上方設有活動配重5，該活動配重5由主體52和連接在該主體下端的縮徑滑杆51組成，該縮徑滑杆51縱向滑動地支撐在所述的配重支架6上。在該固定配重12和活動配重5均處於下位時，該固定配重12的上面與活動配重5的縮徑滑杆51下端之間留有工作間隙S (3 5mm)，該縮徑滑杆51的下端中央為球面或尖端，在該活動配重5的下面設有上接近開關19。所述的固定配重12和活動配重5為扁圓柱形(圓盤)狀，所述的縮徑滑杆51為圓柱形，並與活動配重5同軸。工作間隙S的設置，是為了在活動配重5處於下位，並且固定配重12的頂端與活動配重5的縮徑滑杆51下端接觸時，使得下接近開關13與固定配重12略大於一個感應距離，也就是工作間隙S稍大於下接近開關13的感應距離。所述的閘門驅動裝置4的受控端、上接近開關19和下接近開關13分別與所述的控制器18連接。所述的控制器18採用微機或可編程控制器。所述的閘門驅動裝置4採用液缸、氣缸或電動裝置。在所述的牽引輥16上裝有轉速傳感器20 (俗稱計米器)，轉速傳感器20與所述的控制器18連接。牽引輥16的驅動電機的轉速由控制器18通過變頻器22進行控制。對牽引輥16的驅動電機的轉速控制，也可不需要轉速傳感器20(參見圖5所示的第二實施例)。由所述的控制器18輸出速控變頻信號控制該牽引輥16的驅動電機的轉速， 通過該轉速與牽引輥16周長計算出單位時間內輸出的產品長度。與上述現有計米器的方式計算和控制擠出機產品長度及其均勻性相比，具有結構簡單(省去了計米器)，計量精度高，節約成本的優點。在所述的配重支架6的縱向孔內裝有直線軸承61，該直線軸承61滑動插入所述的活動配重5下端的縮徑滑杆51，降低縮徑滑杆51上下移動的摩擦阻力，提高控制精度。該實施例在應用時將其進料接管8下端出口通過法蘭21與擠出機15的進料口 151直接連接。參見圖6，本發明的第三實施例與第一或第二實施例中的活動配重5不同，其餘部分完全相同，該相同的部分不再贅述。該實施例的活動配重5，所述的活動配重5由主體25和擺臂沈組成，該擺臂沈的一端與該主體5連接，另一端通過軸承30與所述的機架1鉸接。在所述的固定配重12的
5上端設有頂杆觀，在該頂杆觀的頂端裝有滾輪(軸承)四。在該固定配重12和活動配重5 均處於下位時，該頂杆上的滾輪四的頂端與活動配重5的下面之間留有工作間隙S。還可在所述的活動配重5的擺臂沈(或主體25)上設有可調砝碼27 (根據需要更換不同重量和位置，並用螺釘緊固擺臂26或主體25上)，用於調節配重5的重量(與天秤的砝碼作用相同)，以滿足不同的計量需要。該實施例的活動配重5的作用(工作原理)與上述實施例的完全相同，只是採用擺臂26將配重的主體25與機架1連接，使得活動配重5上下移動更加靈活，不會由於機械配合的誤差而產生阻力，安裝和運輸也更加便利。參見圖7，本發明的上述實施例在應用時將其進料接管8下端出口通過法蘭21與擠出機15的進料口 151直接連接，其特點是結構簡單。但是由於是與擠出機15直接連接， 擠出機15在工作時產生一定的震動，對稱量裝置的稱量精度有一定影響。為了進一步提高稱量精度，可以在機架1的下部設有與地面安裝的支架31。將所述的進料接管8下端出口與擠出機15的進料口 151相對設置但留有間隙(未圖示)，或將所述的進料接管8下端出口通過軟管23與擠出機15的進料口 151連接(軟管23的兩端分別用接箍與進料接管8和進料口 151緊固連接)。這樣，由於整個的稱量裝置與擠出機15沒有直接的剛性連接，大大降低了擠出機15的工作震動對稱量裝置的稱量精度的影響。本發明工作過程和控制原理說明如下(以第一實施例生產塑料薄膜為例) 系統的初始狀態是在原料鬥1內裝滿原料，固定配重12的重量和活動配重5的重量根
據設計要求進行配置(例如固定配重12的重量滿足在稱量鬥7沒有原料或少量原料的情況下處於下位；而活動配重5的重量W根據需要選取)。1、在擠出機15開啟工作後，下接近開關13向控制器18發出放料的信號，控制器 18控制閘門驅動裝置4動作開啟閘門3，原料很快充滿稱量鬥7，重量達設定值後(在此過程中，可能閘門關閉需要一個過程，很可能放到稱量鬥7內的原料大於設定值，每次放料量存在較大差別)，稱量鬥7向下快速移動為下位，槓桿11的固定配重12向上頂起活動配重 5，二者均變為上位。此時上接近開關19發出停止放料信號，控制器18控制閘門驅動裝置 4動作關閉閘門3。2、隨著擠出機15的運轉，稱量鬥7內的原料的料位慢慢下降，固定配重12與其頂起的活動配重5 —起同步下降，當活動配重5由最高值Hl下降到某一設定高度H2時(參見圖2和圖3)，上接近開關19發出起點時間信號，控制器18開始計時。高度H2為上接近開關19的感應距離，根據需要選擇上接近開關19的感應距離，一般3 - 5mm即可。3、隨著擠出機15的運轉，稱量鬥7內的原料的料位繼續下降，固定配重12與其頂起的活動配重5 —起同步下降，當活動配重5下降落到配重支架6上時，但是由於此時稱量鬥7內的原料的重量大於平衡狀態時的固定配重12重量，所以固定配重12的上面與活動配重5的縮徑滑杆51下端未脫離接觸，固定配重12的下面與下接近開關13的間距大於工作間隙s，所以下接近開關13沒有感應信號輸出(參見圖4)。4、當稱量鬥7內的原料重量低於平衡狀態時的固定配重12時，固定配重12下降而脫離活動配重5，此時下接近開關13發出終點時間信號，控制器18計時結束，計時時長為 T。控制器18計算單位時間內原料的使用量(即單位時間內進入擠出機的原料重量)為W/ T其中W為活動配重5所計量的稱量鬥7內的原料重量(按照天枰的平衡關係計算)，也可設計為配重5的重量等於稱量鬥7內原料的重量，此時W=配重5的重量；與此同時，下接近開關13向控制器18發出放料的信號，控制器18控制閘門驅動裝置4動作開啟閘門3，繼續下一個工作過程(參見圖1)。由於上述過程只是採集活動配重5和固定配重12下降到特定位置時的時間節點， 而不管初始狀態時放到稱量鬥7內的原料大於設定值的較大差別，即超出的放料重量(對應於活動配重5高於H2的情況，即Hl時)沒有記憶在控制器18內，只有當活動配重5由最高值Hl下降到高度H2時，上接近開關19才發出起點時間信號，控制器18開始計時。所以該裝置提高了控制精度。本發明利用單位時間內原料的使用量W/ T對擠出機出料(薄膜)17單位長度重量的均勻性控制原理，簡要說明如下。由於擠出機在初始狀態時稱量鬥7內沒有原料，所以槓桿11的固定配重12 —端在重力的作用下處於下位，稱量鬥7處於上位。在控制器18上設定(輸入)產品的每米重量 A，如1克/米。設擠出機使用一稱量鬥7的原料重量W = IOOOgo控制器18計算出擠出機每擠出一稱量鬥7的原料所使用的時長T，如果該時長T 為恆定值(如50秒)，則控制器18根據設定的產品參數(薄膜厚度或米/克)控制牽引輥16 按照一定的轉速運轉。根據上述的給出的參數，擠出機每秒出料量B=W/T=1000/50=20g/s， 用擠出機每秒出料量B (20g/s)除以產品的每米重量A (lg/m)，即得到牽引輥16的轉速V 應為20m/s，控制器18根據轉速傳感器20檢測的牽引輥16的轉速對其調整為20m/s。或者控制器18通過控制變頻器22直接調整牽引輥16的驅動電機的轉速，達到用轉速傳感器20檢測和調整牽引輥16轉速的相同目的。其工作原理是控制器18直接獲得變頻器22的頻率信號，由此調整和計算出牽引輥16的驅動電機的轉速，再根據牽引輥16的驅動電機與牽引輥16的轉速比計算出牽引輥16的轉速，由該牽引輥16的轉速乘以牽引輥 16的周長即可得到擠出產品的每秒長度。通過變頻器22控制牽引輥16的驅動電機的轉速，克服了計米器測量產品長度由於安裝誤差或滑動產生的誤差，可以明顯提高控制精度。當擠出機的轉速由於各種原因(如電壓波動或塑料有雜質堵料變化等)降低時，使得進料速度變慢，上述的時長T延長(如55s)，此時控制器18根據該時長延長的程度計算出牽引輥16的轉速V=1000/55/l=18. 18m/s,降低轉速；或提高擠出機電機14的轉速，以滿足每米重量A=lg/m的要求，保持出膜的厚度均勻。如果擠出機的轉速變快，則進料速度提高，導致所述的時長T縮短(如4 )，此時控制器18根據該時間間隔縮短的程度計算出牽引輥16的轉速V=1000/45/l=22. 22m/s，提高牽引輥16的轉速；或降低擠出機電機14的轉速，以滿足每米重量A=lg/m的要求，從而達到自動調節出膜厚度，使其保持均勻的目的。本發明最突出的特點是採用了固定配重12與活動配重5的相互配合，能夠實現對每次充滿的每一稱量鬥7內的原料的初期(開始計時)和末期(計時完畢)的時長的記錄採集，從而可以計算出「單位時間內進入擠出機內的原料重量」。如果只有一個固定配重(相當於固定配重12與活動配重5為一體)時，當向稱量鬥7內充滿原料(如5公斤)後，稱量鬥7 變為下位，上接近開關19發出停止放料信號，閘門3關閉；隨著擠出機15的運轉，稱量鬥7 內的原料的料位慢慢下降，當配重由最高值Hl下降到某一設定高度H2時(如相當於稱量鬥 7內的原料為4.5公斤)，上接近開關19發出計時起點信號，控制器18才開始計時。但是，稱量鬥7內的原料在此重量時，稱量鬥7即可變為上位，配重變為下位，此時下接近開關13 即被觸發，控制器18開啟閘門3放料(同時開始計時)，而此時稱量鬥7內的原料只進入擠出機一小部分，計時的時長基本為零。所以不能實現計算「單位時間內進入擠出機內的原料
重量」的功能。而本發明的固定配重12隻有在稱量鬥7內的原料基本用完(只有一小部分)的時候，才會由上位變為下位觸發下接近開關13，計時才會結束。從計時開始到結束，進入擠出機內的原料略小於充滿的稱量鬥7原料重量。而從計時開始到結束的時長內進入擠出機內的原料重量是固定配重12和活動配重5的重量決定的(根據天枰的平衡公式計算配重5的重量與稱量鬥7內原料的重量關係)。可以根據需要改變配重5的重量。將W值輸入儲存到控制器18，由控制器18的程序自動完成「單位時間內進入擠出機內的原料重量」的計算和整個控制工作。本發明也可用於多機共擠的應用形式(多臺擠出機從一個擠出口出料，共用一組牽引輥)，每臺擠出機單獨使用一套本發明的控制裝置，用每臺擠出機採集的w/τ數據的平均值控制牽引輥的轉速，控制原理與上述的單臺機器的相同。本發明的稱量精度可以達到萬分之五，比現有技術提高一個數量級。
權利要求
1.一種擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，包括控制器和稱量裝置，該控制器的輸入端與稱量裝置連接，該控制器的輸出端與擠出機的擠壓螺杆的驅動電機或牽引輥的驅動電機連接，所述的稱量裝置包括原料鬥、機架、稱量鬥和進料接管，原料鬥和進料接管分別安裝在機架的上端和下端，在該原料鬥的下端出口裝有閘門，該閘門與一個閘門驅動裝置連接；所述的稱量鬥安裝在原料鬥與進料接管之間，該稱量鬥的一側與一槓桿的一端連接，該槓桿的另一端裝有一固定配重，該槓桿的支點鉸接在該機架上，在該槓桿上設有上下限位機構，在該固定配重下面裝有下接近開關，其特徵在於在所述的固定配重的上方設有活動配重，該活動配重活動地支撐在一配重支架上，在該活動配重的下面設有上接近開關；該間門驅動裝置的受控端、上接近開關和下接近開關分別與所述的控制器連接。
2.根據權利要求1所述的擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，其特徵在於所述的活動配重由主體和設在該主體下端的縮徑滑杆組成，該縮徑滑杆縱向滑動地支撐在所述的配重支架上，在該固定配重和活動配重均處於下位時，該固定配重的上面與活動配重的縮徑滑杆下端之間留有工作間隙；該縮徑滑杆的下端中央為球面或尖端。
3.根據權利要求2所述的擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，其特徵在於在所述的配重支架設有縱向孔，在該內縱向孔裝有直線軸承，在該直線軸承的中心孔內滑動配合地插入所述的活動配重下端的縮徑滑杆。
4.根據權利要求3所述的擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，其特徵在於所述的活動配重為圓盤狀，所述的縮徑滑杆為圓柱形，並與該活動配重同軸。
5.根據權利要求1所述的擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，其特徵在於所述的活動配重由主體和擺臂組成，該擺臂的一端與所述的機架鉸接，另一端與該主體連接；在所述的固定配重的上端設有頂杆，在該頂杆的頂端裝有滾輪；在該固定配重和活動配重均處於下位時，該頂杆上的滾輪的頂端與活動配重的下面之間留有工作間隙。
6.根據權利要求5所述的擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，其特徵在於在所述的活動配重的主體或擺臂上設有可調砝碼。
7.根據權利要求1所述的擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，其特徵在於所述的間門驅動裝置採用液缸、氣缸或電動裝置；所述的控制器採用微機或可編程控制器。
8.根據權利要求1所述的擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，其特徵在於在所述的牽引輥上裝有轉速傳感器，並與所述的控制器連接。
9.根據權利要求1所述的擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，其特徵在於所述的控制器的輸出端通過變頻器與所述的牽引輥的驅動電機連接，省去了轉速傳感ο
10.根據權利要求1所述的擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，其特徵在於在所述的機架的下部設有與地面安裝的支架；將所述的進料接管下端出口與擠出機的進料口相對設置但留有間隙，或將所述的進料接管下端出口通過軟管與擠出機的進料口連接。
全文摘要
一種擠出機出料單位長度重量的高精度自動控制裝置，其控制器的輸入端與稱量裝置連接，控制器的輸出端與擠出機的擠壓螺杆的驅動電機或牽引輥的驅動電機連接。稱量裝置包括原料鬥、機架和稱量鬥，原料鬥安裝在機架的上端，在原料鬥的下端出口裝有閘門；稱量鬥安裝在原料鬥下面，該稱量鬥的一側與一槓桿的一端連接，該槓桿的另一端裝有一固定配重，該槓桿的支點鉸接在該機架上，在該固定配重下面裝有下接近開關；在固定配重的上方設有活動配重，該活動配重活動地支撐在一配重支架上，在該活動配重的下面設有上接近開關；該閘門、上接近開關和下接近開關分別與所述的控制器連接。優點是簡化了結構，降低了成本，控制原理簡單，提高了控制精度。
文檔編號B29C47/10GK102366999SQ20111033585
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年8月26日
發明者王根樂 申請人:王根樂