CN1129436A - 速度可控的无挡板气动输送机 - Google Patents

Abstract

一个无挡板的、速度可控的、无盖的等容气动输送机和控制全体或单个制品速度的方法。一第一组气孔倾斜穿过输送机表面通到一个普通气室，以使穿过气孔的空气有一第一量级的朝下游方向的力矢量，一第二组气孔倾斜穿过输送机表面通到一个普通气室，以使穿过气孔的空气有一个小于第一量级的第二量级的朝上游方向的力矢量，因而产生一个朝下游方向的力的矢量差，使制品朝下游方向运动。沿输送机表面的每个侧边的一排外侧气孔可以向内倾斜，以产生空气的横向流动，其形成单个或零散制品必须通过的空气阻挡层，从而限制单个或零散制品的速度；向内横向流动的空气还在这些制品中的零散制品的后沿产生一个低压牵拉效应，以辅助制品保持直立位置。

Description

速度可控的无挡板气动输送机

技术领域

本发明涉及一种用于一般圆柱状轻质制品的气动输送机，尤其涉及一个可控制无论是整体还是零散或是单个流动制品的输送速度的无挡板输送机。

技术背景

近年来，气动输送机已普遍用于输送轻质制品，如用在诸如圆柱状轻质饮料罐体的制造和灌装作业中。由于这类气动输送器使罐体的输送速度要远远高于机械输送机能够达到的速度，因此这类气动输送机己获得巨大成功。这些气动输送机一直以不同型式采用气流喷嘴和气孔，用以沿输送表面传送容器。气流引入到输送面的角度包括喷嘴或气孔引导气流平行于运动方向以及以不同的角度横截于运动方向。一般说来，这些装置的目的在于利用气流的吹力使容器沿所需方向运动。

本申请人已对装置作了改进，其中通过气流喷嘴供给的气流可以利用附壁效应(Coanda Effect)使气流沿输送机的表面运动，因而也沿在输送机上的容器的底面运动。利用这一效应和贝努力原理(Bernoulli Principle)，在气流高速流过的区域产生低压，从而根据气压的变化来控制容器，而不是依靠装置在所需方向上吹动容器的能力。这些原理已经用于在相邻的容器之间形成所需的高压区和低压区以调节容器的流动。

贝克尔(Barker)的美国专利第3,105,720号表示出一种用圆柱状容器的另一端处的气孔将容器从一个输送机竖直地移动到另一个输送机的方法。

福得(Futer)的美国专利第3,180,688号公开了利用一系列气孔和竖直喷嘴的一类输送机。该竖直喷嘴使制品悬浮在输送机上，而气孔提供一个朝下游方向的推动力，用以使制品朝下游方向运动。

麦尔姆端(Malmgren等)的美国专利第3,385,490号公开了用于沿一输送机输送网状或板装材料的装置，其中设有从输送机的外边缘向内朝中心倾斜的气孔，该装置的中心设有排气网用于排出空气。该装置试图使一片材料由于通过气孔中的气流产生的向下游运动力的作用聚到中心并朝下游方向输送。从气孔中喷出的气体向内侧的分量旨在使两边平衡，从而使板关材料在输送机上聚到中心。

奉(Fong)的美国专利第3,733,056号和4,033,555号各自公开了一种使粒状物料流体化的输送机，并利用指向下游方向和与运动方向基本横截的气孔。

哈桑(Hassan等)的美国专利第4,165,132号公开了用于输送薄片的气动输送机，其中在输送机的侧边缘设有向内倾斜的气流喷嘴，用以使薄片在输送机上悬浮并向中心聚集。这些喷嘴还产生一个朝下游方向的分力，其使薄片沿输送机朝下游方向运动。

伦赫特(Lenhart)的美国专利第4,456,406号公开了一类需要顶盖的输送机，并利用制品间形成的高压区产生阻挡容器的空气层，以使容器在沿输送机运动时保持松散的分离状态。这使得容器彼此间的碰撞和由于碰撞对容器产生的潜在损伤降到最低。

伦赫特(Lenhart)的美国专利第4,732,513号提供了一种无盖的气体输送机，其中设有稍向下游方向倾斜的以基本竖直方向穿过输送面的喷嘴，并设有构成空气隔墙的侧壁，以产生包围并使各个容器浮起的气流，使容器按所要求的速度运动。但如果需要调节容器的运动速度，就需要通过挡板改变穿过喷嘴的空气体积。

所有上述的发明都能实现各自的目标。但是为了控制制品在输送器上的流动，就需要沿风室在不同位置设置挡板，以控制通过沿输送表面任一特定位置的空气喷嘴或气孔流出的空气量。为了改变制品从输送机的一个部位移到下一个部位的运动速度，以使容器从一个加工工位移到下一个加工工位产生的潜在损伤为最小，设置挡板是必要的。当试图用挡板控制制品的速度对，由于静压上下变化，通过平台上气孔的气流速度也相应改变，而且当流速改变时流量也发生变化。由于存在两个平行变量，就使得控制非常困难。如果为降低制品速度而将压力设定得过低，制品就不能在平台表面上充分地浮起，从而无法输送。反之如果为了以更高的速度输送制品而将压力设的太高，制品就会在平台上浮得太高，可能会产生摇摆，从而使其不能在气动输送机上顺利地朝下游流动，并可能倾翻，在输送器上产生堵塞。

另外利用上述的这些气动输送机，当一个制品从一个上游位置移到一个下游位置时，作用在每个容器上的空气体积逐渐增加，使制品的运动速度越来越高，并接近极限速度。当单个或零散容器沿输送机移动时情况尤其如此。这种情况会使制品互相碰撞的力足以导致诸如饮料罐体之类的脆性容器发生损环。

本发明的概要

本发明提供一种无挡板的、速度可控制的无盖的等容气动输送机以及以控制速度来控制全体制品的方法。这里所用的术语“等容”意是指沿输送机的平台的上表面产生相对力矢量的相对空气体积。第一组气孔朝下游方向以相对输送机表面倾斜的贯穿输送器表面延伸，以使通过气孔的空气有一第一量级的朝下游方向的力矢量。一第二组气孔朝上游方向以相对输送机表面倾斜的贯穿输送器表面延伸，以使通过气孔的空气有一个小于第一量级的第二量级的朝上游方向的力矢量，从而产生一个朝下游方向的力的矢量差，以使制品朝下游方向运动。沿输送机表面的每个边缘的气孔可以向内侧倾斜，以产生空气的横向流动，该横向气流产生使单个或零散移动的制品必须通过的空气阻挡层，从而限制单个或零散制品的运行速度。空气向内侧的横向流动还在零散制品的后沿产生一低压牵拉效应，以辅助制品保持直立位置。

更特殊的是，第一组气孔与第二组气孔以交替排列方式布置，而平台或输送机表面的每一边的外侧气孔总是第一组气孔的一部分，这可以保证朝下游方向的气孔比上游方向至少多一排。

另一种型式，在朝下游方向的多排气孔的中间间隙设置朝上游方向的气孔。至少朝下游方向的第一排外侧气孔可以向内侧倾斜，以提供与容器的运动方向横切的空气流动，从而产生一个空气阻挡层阻碍单个或零散制品的运动。但是当输送机充满制品时，气孔几乎全部被覆盖，而使得气流只对着容器的底部，以在朝下游方向的净力矢量的作用下使容器全体朝所要求的下游方向运动。

通过相对上游气孔的数目改变下游气孔的数目，或者通过改变单个气孔的尺寸，就可实现容器的精确运动，而不必改变气室中的静压或在气室内不同递增位置设置挡板，而且采用朝上游方向和下游方向的气孔，使得在沿输送机的一个上游位置和一个下游位置之间任一位置处与制品接触的空气体积相同，从而使制品以基本衡定的速度运动。该速度由下游方向的气体体积与上游方向的气体体积之差来决定。采用这种结构，可以输送诸如两端开孔的圆柱体制品以及诸如泡沫聚苯乙烯(STYROFOAM^)板之类的轻质制品，而不会被吹离输送机。

通过下面结合附图的描述本发明的其它优点将显而易见。

附图的简要说明

图1是根据本发明制造的输送机的局部透视图；

图2是沿图1中线2-2截取的纵剖视图，其示出了输送机的更多细节；

图3是沿图2中线3-3截取的一个放大的纵向剖视图，其表示出气流穿过气孔相对于输送机上的容器的底面的运动；

图4是根据本发明制造的一个输送机表面的局部放大平面图；

图5是与图4相类似的一个局部平面图，但示出了另一种气孔排列布置；

图6是一输送机表面的一部分的局部放大剖视图，其示出了气孔排列的细节；

图7是沿图6中线7-7截取的一个水平阶梯剖视图，其示出了气孔结构的更多细节；

图8是沿图6中线8-8截取的一个放大的水平剖视图，其示出了气流穿过气孔的流动；

图9是一个与图3相类似的纵向剖视图，其示出了沿输送机的大量容器；

图10是与图4和图5相似的一个局部俯视图，其示出了一第三种可替代的气孔排列；以及

图11是输送机表面一部分放大的纵向剖视图，其示出了空气穿过气孔相对于容器底面的流动。

实施本发明的优选形式

如图1-3所示，根据本发明提供有一个输送机10，它有一个以平台12形式的输送表面，其上开有气孔14用于将容器16从一上游位置输送到一下游位置，这在下面将作更全面的介绍。气室18与平台12的底侧相连，且由一个风机(未示出)通过一进口20供给空气。在平台12的外侧边缘设有上开口的轨道22，以使容器保持在输送表面上。如图3所示，空气穿过气孔且由于附壁效应(Coanda Effect)，将沿箭头24所示的方向沿平台的表面流动。从气孔中喷出的气流将产生一个低压区，从而使容器16的底面26与平台12紧靠在一起。本发明的这一特点的原理将在下面作更全面的解释。

本发明的等容平台设计是依据以相同速度相对的空气容积。图4示出了一横过输送机平台宽度方向的优选侧向气孔设计。在该实施例中，每个外侧边缘的第一组两排气孔14将气流朝下游方向引导，而内侧的下一排在每一侧上的气孔14则朝相反的上游方向，紧接着内侧的下两排气孔14朝下游方向，然后重复这种模式。假定一共有23排气孔，下面将举例说明这种模式。16排气孔朝下游方向，而7排气孔朝相对的上游方向，这使朝下游方向的气孔多228％。为获得单个容器沿平台12所要求的最大速度，假定要求流向下游方向的气体体积比流向上游方向的气体体积多25％，228％－25％＝203％。这就需要相对于朝下游方向的气孔使朝上游方向的7排气孔14的开孔面积增加16排朝下游方向的气孔14的开孔面积为203％。

如图6与图7所示，平台上的气孔为梯形设计。采用这种设计，气孔的截面积可以在非常接近的参数内变动，该参数还可控制通过气孔排出的气体体积。参照上面实例，可以通过增加气孔开口的高度H来增加7排气孔的开孔面积。如图8所示，高度H增加几千英寸，7排气孔排出的气体体积就可增加。很明显，通过改变高度H可精确控制力的矢量差。如图9中的箭头27所示，外部空气还可通过侧向导轨22引入，来帮助容器朝下游方向运动。

正是采用这种方案，可以设计一种适于各种所需参数的非常精确、无级控制的气动输送机。

当今非常尖端的数控冲孔设备使这种精密控制得以实现。当平台采用CAD(计算机辅助设计)系统和计算机程序(该程序可计算由简单改变气孔开口的高度H引起的气孔面积变化的百分率)时，气动输送进入了一个全新的时代，使其可以做在不久以前认为几乎没有可能或不可能做到的事情。这样气动输送机的制造成本比现有市售的气动输送机明显降低，现有市售的气动输送机需要沿气室大约每8英尺设置一个挡板，或者在向输送机送风的风机内设置轴向叶片挡板。此外，本发明的气动输送机无需顶盖。

可以看出通过改变朝上游方向或下游方向的气孔的高度H或气孔的数目构成的等容平台设计使得任意容器进入拐弯前减速并且在拐角内任一点加速，使其离开拐角，然后逐步恢复到最大设定速度。如果该气动输送机与供应容器的机械输送机对接，构成的等容平台设计使容器在离开机械输送机时加速，以降低供给容器的密度，然后逐渐减速达到最大设定速度。

根据沿等容设计的16英尺长的输送机上8英尺长部分的预定对间研究表明，一个12盎司的铝制211×413的修边上开口容器可以以大约每分钟200英尺的速度运动，并冲击一个静止的容器阻挡层，而容器没有倾倒或产生任何损伤。还进行了容器与一个已倾倒容器的碰撞试验，也没有发生倾倒。

根据以上测试结果，仅通过实例得出了如下结果：

导轨之间输送机宽度＝17

7个容器宽度×4.6个容器/线性英尺＝32.2个容器/线性英尺

要求的每分钟容器速率＝2500CPM容器密度    容器数/线性英尺   FPM@2500CPM  估计的CPM100％      32.2              80  FPM       257687％       28.0              90  FPM       252075％       24.0              104 FPM       249662％       20.0              125 FPM       250050％       16.0              156 FPM       249643％       14.0              179 FPM       2506 40％       13.0              192 FPM       2496

以上的平台设计可在一无顶盖的气动输送机上以大约200FPM的最大速度将一个容器推动到任何距离处。这种同一平台设计还可在气室的最小静压下以所示的FPM输送所示任何密度的容器。容器之间的碰撞噪音非常小，如此平稳地输送容器，以至没有检测到受损伤的容器。

通过采用靠近输送机的每个外边缘的一排或多排以一内侧角导引的气孔，产生沿输送表面横向流动的空气。图5示出了它的一个实施例，此处一排外侧的气孔28相对于输送方向向内倾斜。

图10示出了一个另外的实施例，此处沿平台12的每个外边缘设置有三排倾斜的气孔30。由此产生的横向气流作为单个或零散运动制品必须通过的阻挡层。该横向气流还在单个或零散流动制品的尾部或后沿产生牵拉效应，产生一个朝平台12牵拉容器后沿的低压区。另一方面，在输送机输送大量容器对，如密度为100％，横向气流被抑制，且气孔只作用到容器的底部，如前所述，由于大量容器在向下游运动的净力矢量的作用下朝下游方向运动，因此此大量容器则向下游方向运动。

用上面应用的方法，可以达到控制单个、零散或全体容器以基本相同的速度流动。

当如图10所示的倾斜气孔30的倾角A改变时，如箭头31所示的空气流动方向也发生变化。倾角越垂直于输送机的边缘，单个或零散运动容器通过时的空气阻力就越大，且容器后沿上的牵拉效果也就越大。这是在极少量气孔被容器覆盖，使得空气从未被覆盖的气孔自由流出，横过输送机平台表面时发生的结果。如图10所示，横过气流的体积和速度力矢量(CVV)是上面所讨论的控制中的主要因素。

在输送机上堆积的容器越致密，更多的气孔就将被覆盖，因此空气能够自由流动的空间变得非常有限。结果是只有正处在容器下面的气孔才能作用到容器上。在这种情况下，流体体积和速度力矢量(FVV)是该控制的主要因素。

通过倾斜气孔30排出空气的体积越大，就越能有效地降低单个或零散容器的移动速度，同时，倾斜气孔30可有效地增加通过其上方的紧密排列的容器的速度。

例如，一个诸如12盎司重的铝制容器的物体，需要0.5英寸的静压，以提供容器之下的最优空气体积，使其在输送机的平台上升起约0.005英寸。从气孔出来的空气速度在0.5水柱的静压力下是2,832英尺/分钟，每个气孔则有一个0.00808平方英寸的开孔。如果气孔的向内倾角为60°，那么就可以70％的2,832英尺/分钟的速度，即沿横过气体的体积和速度力矢量(CVV)的方向以1,982英尺/分钟的速度及沿流体体积和速度力矢量(FVV)的方向以所需850英尺/分钟的速度输送致密码放的容器。

当容器随机供给到气动输送机上时，单个或零散容器的移动速度将由逆向和朝下游方向的气孔和CVV的组合来控制。

在测试中，单个容器的速度可达到174英尺/分钟(FPM)，密集排列容器的速度可达到151英尺/分钟(FPM)。这些速度适合于满足几乎所有情况。其意义是不会对单个容器产生损伤，这是因为由于作用到彼此之间的容器上的压力非常小，使单个和密集排列容器之间朝下游方向的速度差非常小。

由于轻质容器的日益增加，控制气动输送机上的容器的速度在当今市场是必需的。因为容器越轻，它越容易在直线段输送机的下游的拐弯处因容器与容器间及容器与导轨间的碰撞产生损伤。

如图8和图11所示，气孔与平台表面的倾角约为25°-30°，由于附壁效应(Coanda Effect)，气流横过平台表面对产生层流流动，在此空气以高于周围环境空气的速度运动。根据贝努力原理，(Bernoulli Principle)，较高的气流速度将产生一个压降。附壁效应(Coanda Effect)是即使在气流转向偏离喷射轴线的情况下，一股靠着表面排出的气流仍有依随该表面的倾向。这使环境空气夹带在壁周围，从而使其上方的压力减小。

图11中的低压区32起稳定容器并将其拉向平台的作用，如图中箭头34所示，当气体从容器的径向下方穿过时，通过平板与容器的底面之间0.003英寸至0.005英寸的非常狭小的竖直空间，也产生一个低压区，以进一步加强牵拉效果，而将容器拉向平台表面。

正处在容器的重心下方的气孔向平台表面小角度倾斜，使得大部分空气保持在容器的底面上或非常接近其底面流动，通过使沿容器重心向上的气流降到最小，而使单个容器的稳定性极大增强，从而其可以单个或以任意间距隔开输送，而且在全部输送时，也不是依靠邻近接触容器的支持来防止倾倒。

通过以上所述，本发明的优越性已显而易见。本发明提供一个无挡板的、速度可控的无盖的气动输送机，其可最大限度地降低所输送的诸如轻质铝制饮料罐之类的脆性容器的损伤。通过采用等容设计，即一组气孔朝下游方向，而一第二组气孔朝上游方向，可改变气孔的数目和/或尺寸，以提供更精确的下游气流与上游气流的流量差，从而非常精确地控制沿输送机从上游位置移到下游位置的大量容器的运动速度。另外，通过设置一排或几排朝下游方向向内倾斜的外侧气孔，由气流的横向流动产生空气阻挡层，以阻碍单个或稀疏聚集容器的运动，进而防止其达到极限速度，从而以与大量容器输送对近似相同的速度流动。另外，通过改变平台上的气孔的数目和尺寸，可以使容器的速度精确的增加或降低，获得使容器转弯，进入或离开机械输送机所需的速度。当朝下游方向的气孔面积与朝上游方向的气孔面积之比为常数时，沿平台表面的任一递增位置处朝下游方向的气体的净体积基本相同。采用这种布置，平台从上游位置到下游位置可以有一个每线性英尺516的上倾角，而不需要额外的静压来移动制品。本发明的等容输送机适用于铝、钢和塑料制品及两端开口的圆柱和泡沫聚苯乙烯(STYROFOAM^)平板的输送。

结合其特定的实施例已对本发明作了详细描述，可以理解在本发明的精神和范围内可进行其它的各种改进。

Claims (16)

1.一种用于以可控制的速度输送全部制品的无挡板的、速度可控的、无盖的等客气动输送机，所述等容输送机包括：

一个从一个上游位置延伸到一个下游位置的输送机表面，用于将全体制品从所述上游位置移到所述下游位置，所述表面有相对的第一和第二侧边及一个底面；

一个可与一定压力的气源连接的普通气室，且该气室连接到所述输送机的所述底面，用于供给一定压力的气体；

沿所述输送机表面产生等容朝上游方向和朝下游方向的力矢量的装置，其中朝下游方向的力矢量大于朝上游方向的力矢量，以从上游位置向下游位置移动该制品。

2.一种用于以可控制的速度输送全部制品的无挡板的、速度可控的、无盖的等容气动输送机，所述等容输送机包括：

一个从一个上游位置延伸到一个下游位置的输送机表面，用于将全体制品从所述上游位置移到所述下游位置，所述表面有相对的第一和第二侧边及一个底面；

一个可与一定压力的气源连接的普通气室，且该气室连接到所述输送机的所述底面，用于供给一定压力的气体；

一第一组气孔以相对所述输送机表面倾斜穿过所述输送机表面，使从其中穿过的空气有一第一量级的朝下游方向的力矢量。

一第二组气孔以相对所述输送机表面倾斜延伸过所述输送机表面，以使从中穿过的气体有一个小于第一量级的第二量级的朝上游方向的力矢量，从而产生一个朝下游方向的力的矢量差，以使制品朝下游方向从所述上游位置移到所述下游位置。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一组和第二组气孔在从所述上游位置到所述下游位置的任何递增位置处产生基本相同的朝下游方向的净体积空气量，以使制品以恒定的均匀速度从所述上游位置运动到所述下游位置。

4.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一组气孔的气孔数目大于所述第二组气孔的气孔数目，以产生所述力的矢量差。

5.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一组气孔的总开孔面积大于所述第二组气孔的总开孔面积，以产生所述力的矢量差。

6.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一组和第二组各排气孔的位置可以交替排列的方式设置。

7.如权利要求3所述的设备，其中，所述第一组气孔包括在每排所述第二组气孔之间的多排气孔。

8.如权利要求6所述的装置，其中：所述第一组气孔包括沿所述输送机的所述相对的第一和第二侧边的每一边的至少一排的气孔，其有一个向内的面矢量。它可产生一个使零散流动中的单个制品或多个制品必须通过的空气阻挡层，以限制制品的运动速度。

9.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一组和第二组气孔中的每一组的每个气孔以一个与所述输送机表面成倾斜的锐角在所述输送器上成形，以使从所述气孔中喷出的空气大致平行于输送机表面流动，以在制品的底面和输送机表面之间产生一个低于大气压的压力，而使制品保持在直立位置，并紧紧靠在所述输送机表面上，且可横过所述相对的第一和第二侧边吸入环境空气，以将制品沿所述输送机表面从所述上游位置推到所述下游位置。

10.如权利要求9所述的装置，其中，从气孔中喷出的气体由于附壁效应(Coando Effect)有沿所述输送机表面运动的趋势；由于贝努力原理(Bernoulli Principle)流动空气的速度会产生低压。

11.一种将全体制品以可控制的速度沿一个无挡板的、无盖的等容气动输送机从一个上游位置输送到一个下游位置的方法，所述方法包括：

设有一个从上游位置延伸到下游位置的输送机表面；

设有沿输送机表面沿其上倾斜向上的气流，从而使气体有一第一较大量级的朝下游方向的矢量；

设有沿输送机表面沿其上倾斜向上的气流，从而该气流有一个稍小的第二量级的朝上游方向的矢量，以产生一个朝下游方向的力的矢量差；以从上游位置向下游位置移动制品。

12.如权利要求11所述的方法，其还包括下列步骤：

在上游位置和下游位置之间的任何递增位置处提供朝下游方向的一均匀净体积空气。

13.如权利要求11所述的方法，其还包括下列步骤：

提供一由横过输送机表面的横向气流，以产生空气阻挡层来抑制单个或零散制品朝下游方向的运动，并在这些制品的后沿产生一个低压区，使其沿输送机平稳运动。

14.一种以可控制的速度沿一个无档板的、无盖的等容输送器将全体制品从一个上游位置输送到一个下游位置的方法，所述方法包括：

设有从上游位置向下游位置延伸的一输送机表面；

设有延伸过输送机表面的一第一组气孔，其倾斜穿过输送机表面，使穿过其中的空气有一第一量级的朝下游方向的矢量。

设有延伸过输送机表面的第二组气孔，倾斜穿过输送机表面，使穿过其中的空气有一第二量级的朝上游方向的矢量，

从普通气室以足够使制品在输送机表面上浮起的压力和体积向第一组和第二组气孔供给空气；

导引空气以与输送机表面基本平行的方向穿过第一组和第二组气孔，以在制品的底面和输送机表面之间产生一个低于环境气压的低压区，使制品保持在直立位置，并紧靠在输送机表面上。

相对于所述第二组气孔调整第一组气孔的总面积，使第一量级的矢量大于第二量级的矢量以从上游位置向下游位置移动制品，

15.如权利要求14所述的方法，其进一步包括：

相对于所述第二组气孔的面积改变第一组气孔的总面积，以改变制品从上游位置运动到下游位置的运动速度。

16.如权利要求14所述的方法，其还包括下列步骤：

提供横过输送机表面的横向气流，以产生一个空气阻挡层，来抑制单个或零散制品朝下游方向的运动，并在这些制品的后沿产生一个低压区，以使制品在输送机上平稳运动。

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