CN102886216A - 多种颗粒状物料混匀装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多种颗粒状物料混匀装置及方法。解决现有技术中采用人工混料，需要耗费大量的人力和时间，效率较低以及采用搅拌机械混料，容易造成对物料的损伤，影响物料混合的问题。混匀装置包括有均分部和混合部，均分部包括若干排数量倍数递增的柱体和管路，管路延伸至柱体上方分成两条支路，两条支路分别绕过柱体两侧延伸至下一排的柱体上方，如此重复直至最后一排柱体后，混合部为混合漏斗，混合漏斗设置在均分部下方。本发明具有的优点是：减少了人为操作对颗粒状物料混合均匀性的影响，提高了混料的效率，提高了物料混合的均匀性；不仅使得物料从空间上实现随机均匀分布，而且也能在时间上实现随机不同分布。

Description

多种颗粒状物料混匀装置及方法

技术领域

本发明涉及一种物料混匀技术领域，尤其是涉及一种效率高、损伤小、均匀性好的多种颗粒状物料混匀装置及方法。

背景技术

在LED封装行业、塑胶注塑行业、食品加工行业、冶金行业中都有将两种或两种以上颗粒状物料混匀的操作。目前，混匀颗粒状物料时常采用的方法和借助的设备有人工混料、搅拌机械混料等。但这些方式都存在缺陷，如人工混料，需要耗费大量的人力和时间，效率较低，且物料混合的均匀性受人为操作的影响较大；如采用搅拌机械混料，一般对物料的搅动比较剧烈，容易造成对物料的损伤，并且混料筒内部容易产生混料死角，也会影响物料混合的均匀性。

如在LED封装行业，LED显示屏是由数量庞大的LED灯组成，为了使不同颜色、不同参数的LED灯组合后，能达到最佳的显示效果，需要先把LED灯混合均匀，以期LED显示屏上的LED灯在亮度、波长、光通量、电压值等参数上达到均衡分布。

目前，行业内的混灯工艺主要采用人工的方式，即操作人员铺好防静电包装纸，佩戴好静电环、防静电手套，打开离子风机将准备好的LED灯按要求倒入不同的胶盆内，LED灯堆积的高度一般不能超过胶盆深度的2/3；然后用双手把一个胶盆中的LED灯捧到另一个胶盆中，并把LED灯分散均匀，为了使LED灯混合更均匀，只能采用轻洒的方式，重复上述动作一般不少于6次，才能基本把LED灯混合均匀。这就存在上述的缺陷，此种混合方式效率低，投入人力大，以10kk材料为例，大约需要30-40人，混灯的时间一般在4-6小时；另外人工混灯的粒度、频率、数量很难保持一致，混灯的均匀性难以提高，如果其中一部分人手法不当，会造成整批材料混合不均匀，而且还容易把LED灯的灯脚弄歪，把LED灯的表面刮花。

行业内也有采用设备混灯的方式，这种混灯设备一般是把材料作为一个整体，采用机械搅拌的方式。但这种类型的设备具有上述的缺点，采用搅拌的方式，容易损伤LED灯，产生掉墨、PPA缺角、灯脚变形等缺陷，造成对物料的损伤。如专利号为201020584052.5，名称为混灯机的中国实用新型专利，其包括马达带动旋转的滚筒，滚筒水平放置，滚筒内壁上设有多个凸起，工作时，滚筒旋转，滚筒内的LED灯跟着转动，当LED灯转动接近至滚筒上方附件时，才由于重力作用而自动落下，落下过程中随机地与滚筒内凸起接触，凸起把LED灯分散开，达到混合LED灯的目的。但该设备就是采用了机械搅拌的方式，就具有上述的缺点，无法处理数量庞大的的材料，容易损伤LED灯，产生掉墨、PPA缺角、灯脚变形等缺陷。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中采用人工混料，需要耗费大量的人力和时间，效率较低的问题以及采用搅拌机械混料，容易造成对物料的损伤，也会影响物料混合的问题，提供了一种效率高、损伤小、均匀性好的多种颗粒状物料混匀装置。

本发明还提供了一种效率高、损伤小、均匀性好的多种颗粒状物料混匀方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种多种颗粒状物料混匀装置，包括有均分部和混合部，所述均分部包括若干排数量倍数递增的柱体和引导物料掉落的管路，所述管路上端具有进料口，管路延伸至柱体上方分成两条支路，两条支路分别绕过柱体两侧延伸至下一排的柱体上方，如此重复直至最后一排柱体后，管路下端分布形成出料口，所述混合部为混合漏斗，混合漏斗设置在均分部下方。本发明的均分部应用了N重伯努利概型的基本原理，物料经过均分部后落在各个出料口的数量基本相同，实现了物料空间上的随机平均的分配。混合漏斗位于所有出料口的下方，接收出料口落出的物料，将这些物料进行聚拢混合，使其不均一性不断降低、相互分散而达到均一状态。

作为一种优选方案，所述柱体由上至下逐排递增，每排柱体居中分布，柱体之间均匀间隔。该柱体逐排以2的倍数递增。

作为一种优选方案，所述管路延伸至柱体的正上方，管路分成两条支路后两支路的相连接处紧贴柱体表面。这样使得物料可以正落在柱体上，而两支路的管路的相接处与柱体表面相贴，使得该连接处形成柱体表面的结构，使得物料掉落在该相接处即相当于掉落在柱体上。

作为一种优选方案，所述均分部和混合部之间设有随机固定机构，所述随机固定机构包括一固定平台，固定平台上设置有若干通孔，这些通孔均位于混合漏斗开口的范围内，所述管路的出料口随机固定在通孔上。进一步增加了混料的均匀性。

作为一种优选方案，位于相邻两排柱体之间的管路倾斜角度由中间向外侧逐渐增大。伴随着管路倾斜角度的增大，物料下落的时间越来越长，且各出料口间的下落时间差也越来越大，该物料经过的出料口越靠近外侧，落下所需的总时间越长，这样使得物料在时间上随机混合。

作为一种优选方案，所述混合漏斗的漏斗口覆盖均分部所有的出料口，混合漏斗的出口上设置有控制阀。由均分部掉落的物料能全部进入混合漏斗内。设置有控制阀可以控制物料从混合漏斗倒出。

作为一种优选方案，所述管路的进料口为漏斗状。进料口为漏斗状便于倒入物料。

一种多种颗粒状物料混匀方法，包括以下步骤：

a．分别量取多种原始物料的一定比例，组成待混匀物料；

b．将待混匀物料倒入混匀装置中，待混匀物料经过混匀装置的均分和混合过程后得到已混匀物料；

c．将已混匀物料继续倒入混匀装置中，重复2-5次，得到满足混合效果要求的已混匀物料。

因此，本发明具有的优点是：1.减少了人为操作对颗粒状物料混合均匀性的影响，装置避免了混料筒内部死角的产生，提高了混料的效率，提高了物料混合的均匀性；2.不仅使得物料从空间上实现随机均匀分布，而且也有利于物料下落过程中互相分散，降低不均一性，逐渐趋于达到均一状态。

附图说明

附图1是本发明的一种结构示意图；

附图2是本发明的一种工作流程示意图。

1-混匀装置2-柱体3-管路4-进料口5-出料口6-混合漏斗7-控制阀8-固定平台9-通孔

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例一种多种颗粒状物料混匀装置，如图1所示，该混匀装置由均分部和混合部两部分构成，该均分部包括若干排数量倍数递增的柱体2和引导物料掉落的管路3，该柱体以2的倍数递增，第一排为1个，第二排为2个，第三排为4个，以此类推，最后一排为2^n-1个，柱体由上至下逐排递增，且每排柱体都居中分布，柱体之间之间均匀间隔。管路上端具有进料口4，进料口为漏斗状，管路延伸至柱体正上方分成两条支路，两条支路分别绕过柱体两侧延伸至下一排的柱体正上方，如此重复直至最后一排柱体后，管路下端分布形成出料口5，该管路分成两条支路后两支路的相连接处紧贴柱体表面，且位于相邻两排柱体之间的管路倾斜角度由中间向两侧逐渐增大。在均分部和混合部之间设有随机固定机构，该随机固定机构包括一固定平台8，固定平台上设置有若干通孔9，管路的出料口随机固定在通孔上。混合部为一混合漏斗6，该混合漏斗位于固定平台下方，该固定平台上的通孔均位于混合漏斗入口的范围内，混合漏斗的出口上设置有控制阀。

如图2所示，该混匀装置的混匀方法为：

1.分别量取多种原始物料的一定比例，组成待混匀物料；

2.将待混匀物料倒入混匀装置中，待混匀物料经过混匀装置的均分和混合过程后得到初步混匀物料；

3.将初步混匀物料继续倒入混匀装置中，重复5次，得到满足混合效果要求的已混匀物料。

该混匀方法采用N重伯努利基本原理，在此方法中，物料在此方法中，物料与第n层（n＝1，2，3…）柱体的碰撞为一次事件，那么包括物料往柱体左侧掉落和往右侧掉落两个子事件，设为A和

理想状态下往左和往右的概率各一半，即有

设出物料口的编号i从左往右编为1，2，3，4…2^n-1，，在N次碰撞中，物料往左掉落（子事件A）在某k次发生，而其余n-k次不发生的概率都为

即有

$P\left(i\right)=P{\left(A\right)}^{k}P{\left(\stackrel{\‾}{A}\right)}^{n-k}={\left(\frac{1}{2}\right)}^n$

证明如下：

n=1时

$P\left(1\right)=P\left(A\right)=\frac{1}{2}$

$P\left(2\right)=P\left(\stackrel{\‾}{A}\right)=\frac{1}{2}$

可见 $P\left(1\right)=P\left(2\right)=\frac{1}{2}$

∴ $P\left(i\right)={\left(\frac{1}{2}\right)}^n$ 成立；

n=2时

$P\left(1\right)=P\left(\mathrm{AA}\right)=\frac{1}{2}\×\frac{1}{2}=\frac{1}{2^2}$

$P\left(2\right)=P\left(A\stackrel{\‾}{A}\right)=\frac{1}{2}\×\frac{1}{2}=\frac{1}{2^2}$

$P\left(3\right)=P\left(\stackrel{\‾}{A}A\right)=\frac{1}{2}\×\frac{1}{2}=\frac{1}{2^2}$

$P\left(4\right)=P\left(\stackrel{\‾}{A}\stackrel{\‾}{A}\right)=\frac{1}{2}\×\frac{1}{2}=\frac{1}{2^2}$

可见 $P\left(1\right)=P\left(2\right)=P\left(3\right)=P\left(4\right)=\frac{1}{2^2}$

∴ $P\left(i\right)={\left(\frac{1}{2}\right)}^n$ 成立；

假设n=k(k≥2)时，原命题成立

即 $P\left(i\right)={\left(\frac{1}{2}\right)}^k$

当n=k+1时

$P{\left(i\right)}^{\′}=P\left(i\right)P\left(A\right)=P\left(i\right)P\left(\stackrel{\‾}{A}\right)={\left(\frac{1}{2}\right)}^k\×\frac{1}{2}={\left(\frac{1}{2}\right)}^{k+1}$

可见当n=k原命题成立的条件下，n＝k+1时原命题也成立；

由以上证明可知：物料落入每个出口的概率均相等。

物料被第n排柱体均分后落向固定平台通孔的过程中，由于所有的出料口均已随机的固定在固定平台上面，所以物料通过通孔落下的位置也有相同的概率随机性，更有利于增加物料在下落过程中相互分散，降低不均一性，逐渐趋于达到均一状态。

结论一：当倒入大量物料时，物料落向固定平台上的每个通孔概率及数量基本相同，即此方法可以实现物料在空间上随机、均匀分布。

另外，物料在空间上是均匀分布的，将颗粒状物料在混料筒内经过的轨迹近似看作是直线且忽略撞击反弹的情况下，设每次物料与柱子撞击后的速度变为零（即V₀=0），运行轨迹与铅垂线成θ角(0＜θ＜90°)，运行轨迹长度为s，下落高度为h，重力加速度为g，下落时间为t，质量为m，

则：下落加速度

F=mgcosθ－f=mgcosθ－μmgsinθ=mgcosθ(1－μtanθ)

其中μ为物体间的动摩擦因数，f为物体间的摩擦力。

此处由于物料在斜面上是运动的，故F＞0，所以默认0≤μtanθ＜1是一直成立的；否则物料将于斜面上静止不动。

则 $a=\frac{F}{m}=g\cos \mathrm{\θ}(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})$

代入公式 $s=V_{0}t+\frac{a{t}^2}{2}$

求得 $t=\sqrt{\frac{2h}{g(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}}/\cos \mathrm{\θ}$

为了了解物料下落的时间t与倾角θ的关系，

对t进行一次求导运算：

$t^{\′}={[\sqrt{\frac{2h}{g(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}}/\cos \mathrm{\θ}]}^{\′}$

$={\left[\sqrt{\frac{2h}{g}}{(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{1}{2}}{\cos }^{-1}\mathrm{\θ}\right]}^{\′}$

$\sqrt{\frac{2h}{g}}[(-\frac{1}{2}){(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{3}{2}}(0-\mathrm{\μ}{\cos }^{-2}\mathrm{\θ}){\cos }^{-1}\mathrm{\θ}+{(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{1}{2}}(-1){\cos }^{-2}\mathrm{\θ}(-\sin \mathrm{\θ})]$

$\begin{array}{c}=\\ =\sqrt{\frac{2h}{g}}[\frac{\mathrm{\μ}}{2}{(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{3}{2}}{\cos }^{-3}\mathrm{\θ}+{(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{1}{2}}{\cos }^{-2}\mathrm{\θ}\sin \mathrm{\θ}]\end{array}$

∵0≤μtanθ＜1

∴t′＞0，θ∈(0,90°)

∴t∝θ(0≤θ＜90°)；

即：伴随倾角θ的增大，物料下落的时间t变长。

为了继续了解物料下落的时间变化量Δt与倾角θ的关系，

对t′继续进行求导，即对t进行二次求导运算：

$t^{\′\′}=\sqrt{\frac{2h}{g}}{[\frac{\mathrm{\μ}}{2}{(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{3}{2}}{\cos }^{-3}\mathrm{\θ}+{(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{1}{2}}{\cos }^{-2}\mathrm{\θ}\sin \mathrm{\θ}]}^{\′}$

$=\sqrt{\frac{2h}{g}}\frac{\mathrm{\μ}}{2}[(-\frac{3}{2}){(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{5}{2}}(-\mathrm{\μ}{\cos }^{-2}\mathrm{\θ}){\cos }^{-3}\mathrm{\θ}+{(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{3}{2}}(-3){\cos }^{-4}\mathrm{\θ}(-\sin \mathrm{\θ})]$

$+\sqrt{\frac{2h}{g}}(-\frac{1}{2}){(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{3}{2}}(-\mathrm{\μ}{\cos }^{-2}\mathrm{\θ})\sec \mathrm{\θ}\tan \mathrm{\θ}$

$+\sqrt{\frac{2h}{g}}{(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{1}{2}}({\tan }^2\mathrm{\θ}\sec \mathrm{\θ}+{\sec }^3\mathrm{\θ})$

$=\sqrt{\frac{2h}{g}}\frac{\mathrm{\μ}}{2}[\frac{3\mathrm{\μ}}{2}{(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{5}{2}}{\cos }^{-5}\mathrm{\θ}+{(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{3}{2}}{\sec }^3\mathrm{\θ}\tan \mathrm{\θ}]$

$+\sqrt{\frac{2h}{g}}\frac{\mathrm{\μ}}{2}{(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{3}{2}}{\sec }^3\mathrm{\θ}\tan \mathrm{\θ}+\sqrt{\frac{2h}{g}}{(1-\mathrm{\μ}\tan \mathrm{\θ})}^{-\frac{1}{2}}({\tan }^2\mathrm{\θ}\sec \mathrm{\θ}+{\sec }^3\mathrm{\θ})$

∵0≤μtanθ＜1

∴t″＞0，θ∈[0,90°)

∴t′∝θ(0≤θ＜90°)；

即：伴随倾角θ的增大，物料下落的时间变化量Δt也变大。

综上两个求导过程的结论，则有：伴随倾斜角度θ的增大，不仅物料下落的时间t越来越长，而且下落的时间差Δt也越来越大。

设物料从进料口到出料口所需时间为t_总，即物料通过每层柱子之间的时间之和：

其中t_k均随着θ的增大而增大；

设物料从出料口到出料口随机固定结构所需时间为t_n+1，物料经过最后一排柱体均分后与铅垂线成θˊ角(0＜θˊ＜90°)，则有：由于所有的出料口均已随机的固定在固定平台上面，所以此θˊ角度也有一定的随机性，因此此时物料下落的时间t_n+1也有一定的随机性，可以不再计入下落的总时间之内。

结论二：当物料经过的出料口越靠近外侧（即θ越大），落下所需的总时间越长，越有利于物料在下落过程中相互分散，降低不均一性，逐渐趋于达到均一状态。

综合结论一和结论二，此方法有利于物料的混合均匀性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了混匀装置、柱体、管路、进料口、出料口等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种多种颗粒状物料混匀装置，其特征在于：包括有均分部和混合部，所述均分部包括若干排数量倍数递增的柱体（2）和引导物料掉落的管路（3），所述管路上端具有进料口（4），管路延伸至柱体上方分成两条支路，两条支路分别绕过柱体两侧延伸至下一排的柱体上方，如此重复直至最后一排柱体后，管路下端分布形成出料口（5），所述混合部为混合漏斗（6），混合漏斗设置在均分部下方。

2.根据权利要求1所述的多种颗粒状物料混匀装置，其特征是所述柱体（2）由上至下逐排递增，且每排柱体居中分布，柱体之间均匀间隔。

3.根据权利要求1所述的多种颗粒状物料混匀装置，其特征是所述管路（3）延伸至柱体（2）的正上方，管路分成两条支路后两支路的相连接处紧贴柱体表面。

4.根据权利要求1或2或3所述的多种颗粒状物料混匀装置，其特征是所述均分部和混合部之间设有随机固定机构，所述随机固定机构包括一固定平台（8），固定平台上设置有若干通孔（9），这些通孔均位于混合漏斗入口的范围内，所述管路（3）的出料口（5）随机固定在通孔上。

5.根据权利要求1或2或3所述的多种颗粒状物料混匀装置，其特征是位于相邻两排柱体之间的管路（3）倾斜角度由中间向外侧逐渐增大。

6.根据权利要求1或2或3所述的多种颗粒状物料混匀装置，其特征是所述管路（3）的进料口为漏斗状。

7.一种多种颗粒状物料混匀方法，采用权利要求1-6中任一项中的混匀装置，其特征在于：包括以下步骤：

a．分别量取多种原始物料的一定比例，组成待混匀物料；

b．将待混匀物料倒入混匀装置中，待混匀物料经过混匀装置的均分和混合过程后得到已混匀物料；

c．将已混匀物料继续倒入混匀装置中，重复2-5次，得到满足混合效果要求的已混匀物料。

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