CN114514104B - 用于轮胎注射填充混合机的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种通过以下控制轮胎填充混合机的操作的方法：(a)在第一混合器中混合橡胶/聚氨酯与催化剂以形成纯净聚氨酯；(b)在研磨机中研磨经固化聚氨酯芯碎片；(c)在第二混合器中混合所述纯净材料及所述研磨材料从而形成混合的防爆材料；(d)将所述混合的防爆材料注入轮胎中；(e)测量所述混合的防爆材料中研磨材料对纯净材料的比率；(f)比较研磨材料对纯净材料的测量比率与研磨材料对纯净材料的预先存储的优选比率；及(g)使进入所述第二混合器的纯净材料与研磨材料的相对百分比增加或减少达作为所述测量比率与所述预先存储的优选比率之间的差的分数的量。

Description

用于轮胎注射填充混合机的控制系统

相关申请案

本申请案主张2019年9月12日申请的相同标题的第SN 62/899,318号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的全部公开内容出于所有目的以引用的方式完整并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及通过混合的防爆材料注入轮胎来对轮胎进行防爆处理的装备，且特定来说涉及用于此类装备的控制系统。

背景技术

申请人先前开发用于混合材料以形成注入轮胎中的防爆材料的新颖系统。这些新颖系统的实例在第6,988,524号及第6,918,979号美国专利中阐述，其以引用的方式并入本文中。在这些系统中，机器首先研磨废轮胎片，且然后将这些研磨轮胎片与液体纯净橡胶材料(例如聚氨酯)混合以形成防爆混合物。然后，通过附接的注射器将这种防爆混合物注入轮胎的芯中。然后，允许防爆轮胎固化(通常达24小时)，使得防爆混合物在轮胎中固化，且然后轮胎接着备用。

确保满足研磨材料对纯净材料的所期望比率(并随时间保持恒定)并不容易。这是由于系统部件的正常磨损、研磨过程产生的反压及材料自身中的不一致性的因素。另一问题是，客户(即：系统操作者)通常希望使用高比率的回收材料(以降低自身成本并增加回收)。不幸的是，如果研磨橡胶/聚氨酯在混合物中的百分比过高，这可能会导致弱化的最终产品。另外，使用过高百分比的研磨橡胶/聚氨酯也会导致系统装备的过度磨损，这可能需要提早更换磨损的部件。

操作混合系统的客户通常将要求在最终混合物中优选比率的研磨橡胶(例如：65％或60％)。因此，期望一种控制系统，其将提供对装备参数的连续调整，使得随着时间的推移，研磨橡胶/聚氨酯的实际比率将保持接近此优选比率(例如：针对65％的期望比率，从64.5％到65.5％)。如将要解释的，本系统执行此功能。

在当前控制系统的开发之前，通过变化注射器螺旋钻速度而手动调整研磨材料对纯净材料的比率。然而，这要求事先使用磅秤及定时器的档位及速度对系统的输出进行测量。发生的一个问题是，如果泵或注射器开始执行超出预期范围，那么研磨材料对纯净材料的混合物的比率可能会开始意外变化。取而代之期望的是一个种自动控制系统，其可在泵或注射器的部分故障期间介入并校正混合物比率。如将要展示，如果泵或注射器开始出现故障或另外移动超出标准操作范围，那么本系统可执行此类自动控制(以调整混合物比率)。这样做的好处是允许系统操作者在系统故障、泵送不合格产品及损失操作时间之前干预及执行预防性维修。另外，在泵故障及产生不合格材料之前，可检测对泵或注射器速度的不可接受调整，并将其用于触发系统停机。

当前期望(并由本系统提供)的是一种先进的控制系统，其用于自动地调整注入轮胎的研磨橡胶/聚氨酯材料对纯净橡胶/聚氨酯材料的比率。优选地，当前控制/调整系统将在每一轮胎已填充后调整比率。最优选的是，当前控制系统将以最少操作者干预自动地进行比率调整。然而，同样重要的是，当前控制系统进行这些调整而不会出现过调或过度补偿，使得系统不连续重新调整其比率。

发明内容

根据本发明，提供一种用于控制轮胎填充混合机的操作的控制系统。在优选方面中，所述控制系统通过以下操作：(a)在第一混合器中等份混合聚氨酯异氰酸酯及催化剂以形成纯净聚氨酯；(b)在研磨机中研磨经固化聚氨酯芯碎片；(c)在第二混合器及注射器组合中混合所述纯净聚氨酯及所述研磨聚氨酯芯碎片，从而形成混合的防爆材料；(d)将所述混合的防爆材料注入轮胎中；(e)测量所述混合的防爆材料中研磨经固化聚氨酯芯碎片对纯净橡胶的比率；(f)比较研磨聚氨酯芯碎片对纯净聚氨酯的所述测量比率与研磨聚氨酯对纯净聚氨酯的预先存储的优选比率；及然后(g)使进入所述第二混合器的纯净聚氨酯与研磨聚氨酯芯碎片的相对百分比增加或减少达作为所述测量比率与所述预先存储的优选比率之间的差的分数的量。

应理解，如本文所使用的“经固化聚氨酯芯碎片”在本文中被理解为指经固化纯净聚氨酯、经固化纯净聚氨酯及呈块状或颗粒的废聚氨酯、与橡胶碎屑颗粒混合的经固化纯净聚氨酯，或这些中的任一者的混合物中的任一者。

在优选方面中，本控制系统自动地调整混合比率，使得所述测量比率将被移动到所述优选比率周围的优选带或范围内。例如，如果优选比率为65％研磨材料，那么本系统可提供连续自动调整，以将所述测量比率移动到64.5％到65.5％之间的带内。注意：应理解，这些百分比值仅为示范性的，且可取决于特定客户/操作者期望选择其它值。

在优选方面中，在每一轮胎填充之后测量所述混合比率，并缓慢调整所述混合比率，使得其在一段时间内进入可接受带或范围内。稍微缓慢地移动到优选带或范围内的一个优点是，系统不会过调或过度补偿，或最终进入一个不断调整及改变其值的循环。

在任选的优选方面中，所述测量比率与所述预先存储的优选比率之间的差的分数为1/2％(即：1.005或0.9995)。因而，每当所述测量比率超出所期望比率周围的可接受带或范围，所述混合比率的控制便调整1/2％(即：调高1.005或调低0.9995)。

优选地，此调整(即：向所述优选比率范围移动)通过增加或减少螺旋钻的速度来执行。因而，如果所述测量比率降至低于所期望比率周围的可接受带或范围的较低水平，那么所述螺旋钻的所述速度增加达1/2％(即，乘以1.005)。相反，如果所述测量比率超过所期望比率周围的可接受带或范围的较高水平，那么所述螺旋钻的所述速度降低1/2％(即，乘以0.995)。此较高比率可快得多地移动回到正常范围内，例如3％到5％或分别为0.97及0.95的乘数，因为高于标称的比率可能会对工艺及机械具有许多破坏性效应，例如更高压力及重扭矩要求，以及产生可能过早失效的不合格材料。

申请人已测试并实验验证当前的混合再调整控制系统方法。选择调整所述混合比率的优选量涉及大量测试及重新评估。

另外，本发明者已实验确定，在对所述螺旋钻速度进行约20次(或通常更少)调整内，所述测量比率通常将移动到所述优选范围内。换句话说，在已填充20个轮胎(或更少)之后，所述混合物中纯净材料与研磨材料的所述相对百分比的比率将落在由客户/操作者选择的期望或理想比率周围的带或范围内。

此优选(1/2％)分数的选择并不明显，而是取而代之已由本发明者实验确定为一个合适的时间段，在所述时间段内重新调整所述混合物中研磨材料对纯净材料的相对比率。一方面，从所述测量比率进行调整到最优(即：期望)比率的速度越快，越好。快速调整的优点是，其最具成本效益地达到最优混合。然而，此类快速调整必须与系统过调或过度校正的可能性相平衡。明确来说，不期望比率从一个轮胎到下一个轮胎剧烈摆动。尽管1/2％是优选的分数，但应理解，1/4％到5.0％的范围内的分数都是有益的，且都考虑为涵盖在本系统的范围内。

在优选方面中，混合的防爆材料中研磨材料对纯净材料的所述比率通过磅秤测量(即：对研磨材料对纯净材料的输入进行称重)。在优选方面中，通过增加或减少所述注射器螺旋钻的所述速度来增加或减少进入所述第二混合器的纯净材料与研磨材料的所述相对百分比。

在进一步方面中，所述优选的控制系统方法还防止研磨材料对纯净材料的所述相对比率的快速过度调整或过度补偿。如果所述测量比率与所期望比率相差超过预定误差百分比，那么此优选地通过不调整混合物比率来完成。在这些各种方面中，此预定误差百分比可被设置为7％或8％。换句话说，如果所述测量比率与所期望比率相差超过7％，那么特定测量将被忽略。本发明的这种方法的优点是，其在其忽略来自连续调整过程的数据异常值。注意：应理解，7％的选择是非限制性的，且可取而代之选择其它值。此外，可将忽略异常值的预定误差百分比设置为与所期望比率不同的百分比，或设置为高于或低于优选或理想比率的离散数字。例如，如果所期望百分比为65％，那么系统可被设置以忽略高于70％或低于50％的任何测量读数。需要应理解的是，这些值是非限制性的，且可为系统的操作者/客户选择其它值。

本发明者已实验确定，通过拒绝异常值读数(例如：偏离所期望比率太远的读数)的系统最佳地执行向最优或所期望混合物的优选范围的持续缓慢移动。如果未拒绝此类异常值，那么调整到所期望比率的摆动将大得多，且系统可能花费长得多的时间来稳定在优选比率值周围。通过避免此类异常值的使用，本系统取而代之以更可预测的速度及方式朝着理想或所期望比率移动。

在进一步优选方面中，本方法包括将测量数据记录到可编程逻辑控制器中。任选地，此数据可包括：(a)测量比率及采取所述测量比率的时间，(b)预先存储的优选比率(即，所期望比率)，及(c)螺旋钻的速度及测量所述螺旋钻的所述速度的时间。然后，此数据可从所述可编程逻辑控制器传送到远程系统操作者。数据可通过无线调制解调器、蓝牙连接、以太网有线连接、手机等传送。记录此数据并将其传输到远程操作者的优点是，所述远程操作者可接着识别及诊断系统问题，使得可在正常系统停机期间执行调整及维护。另外，此信息可用于验证(即：展示每一轮胎满足要求)、质量控制(及加强训练)及提供持续改进。可就材料交付、填充轮胎的数量及随时间推移所使用材料的分解进行报告。

在其它优选方面中，本系统还可测量所述第一混合器中异氰酸酯与催化剂的比率，比较此测量比率与预先存储的所期望比率，且然后提供连续调整，以调整所述混合器中异氰酸酯与催化剂的比率(类似于在所述第二混合器中调整研磨材料对纯净材料的量的方式)。

附图说明

图1是解释其操作的本系统的流程示意图。

图2A是本系统的透视图。

图2B是本系统的侧视图。

图2C是本系统的俯视平面图。

图2D是本系统的正视图。

图3A是用于与本系统一起使用的示范性螺旋钻的说明。

图3B是图3A的示范性螺旋钻的特写说明(展示螺旋钻的进一步细节)。

图4A是本控制系统将研磨橡胶对纯净橡胶混合物调整到优选比率的第一数据曲线图。明确来说，此数据曲线图展示混合物中研磨橡胶的百分比随时间的变化。

图4B是本控制系统将研磨橡胶对纯净橡胶混合物调整为优选比率的第二数据曲线图。此数据曲线图还展示混合物中研磨橡胶的百分比随时间的变化。

表1展示测试结果的两个案例，其中当前控制系统在19个遍次(即：19个轮胎被填充)(案例1)及16个遍次(即：16个轮胎被填充)(案例2)内将混合物移动到其优选比率范围内。

具体实施方式

图1是如下般解释其操作的本系统的流程示意图。轮胎填充系统10包括第一混合器20，所述第一混合器20将聚氨酯接收到入口22中，并将催化剂接收到入口24中。第一混合器20将聚氨酯及催化剂混合以形成纯净聚氨酯。

研磨机30研磨其中的经固化聚氨酯芯碎片。这些芯碎片优选地来自使用过的轮胎，且可任选地为经固化纯净聚氨酯、经固化纯净聚氨酯及呈块状或颗粒的废聚氨酯、与橡胶碎屑颗粒混合的经固化纯净聚氨酯，或这些材料中的任一者的混合物中的任一者。螺旋钻32(图3A及3B)安置在研磨机30内用于将芯碎片磨碎到优选的小的大小。在优选方面中，研磨芯碎片可具有1/2英寸或更小的直径。此小尺寸可通过将研磨芯碎片传递穿过螺旋钻32，且然后传递穿过具有1/2英寸孔的筛网来实现。在优选方面中，研磨机30具有上部料斗31，其中插入大片的橡胶。

然后，将来自研磨机30的研磨橡胶芯碎片及来自第一混合器20的纯净聚氨酯在第二混合器40中混合在一起，以形成轮胎防爆材料，其然后被传递穿过注射器50进入轮胎60。轮胎60可为有内胎或无内胎轮胎。注射器50可为螺杆式注射器。注射器50还将随附一个泵。

图2A到2D说明本系统10的进一步视图，其中提供控制轮胎填充混合机10的操作的控制系统及方法。此方法首先包括：(a)在第一混合器20中混合异氰酸酯及催化剂以形成纯净聚氨酯；(b)在研磨机20中研磨芯碎片；(c)在第二混合器40中混合纯净材料及研磨芯碎片，从而形成混合的防爆材料；(d)将混合的防爆材料注入轮胎60中。

此方法的控制通过以下提供：(e)测量混合防爆材料中研磨芯碎片对纯净聚氨酯的比率；(f)比较研磨材料对纯净材料的测量比率与研磨材料对纯净材料的预先存储的优选比率；及(g)使进入第二混合器的纯净材料与研磨材料的相对百分比增加或减少达作为测量比率与预先存储的优选比率之间的差的分数的量。

明确来说，优选地提供磅秤以测量从第二混合器40出来的混合防爆材料中研磨材料对纯净材料的比率(即：通过测量进入第二混合器40的研磨橡胶/聚氨酯碎片的重量，及通过测量进入第二混合器40的纯净橡胶/聚氨酯的重量)。

混合比率测量优选地在每一轮胎被填充之后进行。接下来，如上文所陈述，进入第二混合器40的纯净材料与研磨材料的相对百分比经调整达测量比率与预先存储的优选比率之间的差值的分数。在任选的实施例中，分数为1/2％。因而，在已填充大概20个轮胎(或更少)后，测量比率将落在纯净材料对研磨材料的优选范围内。然而，应理解，分数不需要是1/2％，且可取而代之范围从1/4％到5％。

在优选方面中，研磨对纯净材料的比率为65％到60％的研磨材料对纯净材料；然而，此期望的比率可能取决于实施轮胎填充及固化的环境温度及湿度而变化。

在优选实施例中，通过增加或减少研磨机30中螺旋钻32的速度来增加或减少进入第二混合器40的纯净材料与研磨材料的相对百分比。在这方面，螺旋钻32的速度优选地调整达1/2％(或调整达一些其它合适的量或在一些其它合适的范围内)。

在进一步优选方面中，当测量比率被确定为异常值(其可能是数据读取错误的结果)时，本系统通过不执行调整来自动地避免过度补偿。明确来说，如果测量比率与期望比率偏离达超过一定百分比(或高于或低于预定值)，那么忽略所述特定读数，且不依其起作用。在优选方面中，如果研磨材料对纯净材料的测量比率与预先存储的优选比率相差达大于此预定误差百分比，那么进入第二混合器的纯净材料与研磨材料的相对百分比不增加或减少。在任选的优选方面中，预定误差百分比约为7％或8％，或所期望混合带或范围可设置在64.5％到65.5％之间(针对所期望65％比率)，或设置在59.5％到60.5％之间(针对所期望60％比率)。拒绝异常值的本方法确保当前系统不因数据错误而进行大的调整。这防止本系统过度补偿或过度调整。

在本系统的进一步方面中，数据被记录到可编程逻辑控制器中。此类数据可包含：(a)测量比率及采取所述测量比率的时间，(b)预先存储的优选比率，及(c)螺旋钻的速度及测量所述螺旋钻的所述速度的时间。此数据可从可编程逻辑控制器传输到远程系统操作者，使得操作者可验证轮胎满足所期望要求，并跟踪及预测材料使用及订购。在优选方面中，操作者可通过NVC应用程序或网址接入到控制系统。本系统可任选地扫描条形码以跟踪材料装运。

图3A及3B是用于与本系统一起使用的示范性螺旋钻的说明。在优选方面中，传感器测量螺旋钻的温度及振动。另外，可将传感器(例如超声波传感器)添加到料斗31，以检测料斗中的橡胶碎屑水平。如果水平下降过低，那么可使用传感器来自动地使系统操作停机。这具有当回收的橡胶碎屑供应落进机器时，防止纯净材料被浪费的有利效应。由于橡胶碎屑以散装方式装入料斗31中，这也确保研磨材料对纯净材料的比率保持一致。

图4A及4B是本控制系统如下般将研磨橡胶对纯净混合物调整到优选比率的优选范围或带内的两种不同案例的说明。针对65％的目标值，向本控制系统中设定从64.5％到65.5％的期望范围。因而，在此范围内(64.5％到65.5％)的生产被视为是可接受且期望的。也向当前控制系统预先设定62％及68％的异常拒绝值。因而，如果测量值降至低于62％或高于68％，那么其简单地被忽略。

在图4A中，操作者/客户期望65％的混合物为研磨橡胶。在第一轮胎被填充之后进行第一测量[1]。由于测量值[1]降至62％以上，因此对混合物进行调整(例如：通过将螺旋钻速度增加达1.005倍)。在第二轮胎被填充之后进行第二测量[2]。测量[2]更接近优选(即：64.5％到65.5％)范围，且螺旋钻速度将再次增加达1.005倍。此模式在轮胎[3]、[4]、[5]及[6]中的每一者之后重复。最终，在测量[7]时(即：在第7个轮胎已被填充之后，无需进一步调整)。相反，简单地在轮胎[8]、[9]及[10]中的每一者之后进行测量，以确保测量值仍在可接受范围内。

在图4B中说明另一实例。在第一轮胎被填充之后进行第一测量[1]。由于测量值[1]降至65.5％以上，因此对混合物进行调整(例如：通过将螺旋钻速度降低达0.995倍)。在第二轮胎被填充之后进行第二测量[2]。测量[2]更接近优选范围(即：64.5％到65.5％)，且螺旋钻速度将再次降低达0.995倍。在进行测量[3]之后，重复此模式。然而，接下来测量异常结果[4]。由于测量[4]高于异常值限值68％，因此其简单地被忽略，且不采取任何动作。接下来，进行测量[5]及[6]，其中每一测量后对混合物进行调整。最终，在测量[7]时(即：在第7个轮胎已被填充之后，无需进一步调整)。取而代之，简单地在轮胎[8]、[9]及[10]中的每一者之后进行测量，以确保测量值仍在可接受范围内。

应理解，图4A及4B中的值仅为用于说明本发明概念的实例值。不同的百分比值可用于所期望混合百分比，且用于未进行校正调整的可接受带或范围(在所期望混合百分比周围)。另外，可将不同的百分比值用作异常值(高于或低于其时，简单地忽略测量比率数据)。在异常值与优选范围之间的区域中，系统连续且自动地调整混合物，以将其缓慢移动到优选范围内。

表1展示实验测试结果的两个案例，其中控制系统在19个遍次(即：19个轮胎被填充)(案例1)及16个遍次(即：16个轮胎被填充)(案例2)内将混合物移动到其优选比率范围内。表1中的数字不对应于图4A及4B中的数字，因为4A及4B仅展示系统操作的两个案例的理论概述。

最后，本系统还同时任选地测量第一混合器10中橡胶/聚氨酯对催化剂的比率。然后，比较测量比率与预先存储的所期望比率，其中当前控制系统提供连续调整，以调整混合器中橡胶对催化剂比率(类似于在第二混合器中调整研磨橡胶对纯净橡胶的量的方式)。

附录-表1

Claims (9)

1.一种控制轮胎填充混合机的操作的方法，其包括：

(a)在第一混合器中混合聚氨酯异氰酸酯及催化剂以形成纯净聚氨酯；

(b)在研磨机中研磨经固化聚氨酯芯碎片；

(c)在第二混合器中混合所述纯净聚氨酯及经研磨芯碎片，从而形成混合的防爆材料；

(d)将所述混合的防爆材料依序注入一系列轮胎中；

(e)在将所述混合的防爆材料注入所述一系列轮胎中的每一者中之间的时间间隔：

(1)通过以下测量所述混合的防爆材料中经研磨芯碎片对纯净聚氨酯的测量比率：

(i)在所述纯净聚氨酯进入所述第二混合器之前对所述纯净聚氨酯进行称重，及

(ii)对填充的所述轮胎进行称重，所述轮胎含有纯净聚氨酯及经研磨芯碎片的混合物；及然后

(iii)比较填充的所述轮胎的测量重量与进入所述第二混合器的所述纯净聚氨酯的测量重量，从而计算所述混合的防爆材料中经研磨芯碎片对纯净聚氨酯的所述测量比率；

(2)比较经研磨芯碎片对纯净聚氨酯的所述测量比率与经研磨芯碎片对纯净聚氨酯的预先存储的优选比率；及然后

(3)使进入所述第二混合器的纯净聚氨酯与经研磨芯碎片的相对百分比增加或减少达作为所述测量比率与所述预先存储的优选比率之间的差的分数的量，

(i)其中所述分数在1/4％与5％之间，且

(ii)其中仅当经研磨芯碎片对纯净聚氨酯的所述测量比率在期望误差范围内时，执行进入所述第二混合器的所述纯净聚氨酯与所述经研磨芯碎片的所述相对百分比的所述增加或减少。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述分数是1/2％。

3.根据权利要求1所述的方法，其中通过磅秤测量所述纯净聚氨酯的重量及经填充的所述轮胎的重量。

4.根据权利要求1所述的方法，其中通过增加或减少所述研磨机中的螺旋钻的速度来增加或减少进入所述第二混合器的纯净聚氨酯与经研磨芯碎片的所述相对百分比。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述螺旋钻的所述速度经调整达1/2％。

6.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：

将数据记录到可编程逻辑控制器中，所述数据包括：

(a)所述测量比率及采取所述测量比率的时间，及

(b)所述预先存储的优选比率，及

(c)所述螺旋钻的所述速度及测量所述螺旋钻的所述速度的时间。

7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：

将所述数据从所述可编程逻辑控制器传输到远程系统操作者。

8.根据权利要求1所述的方法，其中如果经研磨芯碎片对纯净聚氨酯的所述测量比率与所述预先存储的优选比率相差达超过预定误差百分比，那么进入所述第二混合器的纯净聚氨酯对经研磨芯碎片的所述相对百分比不增加或减少。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述预定误差百分比是7％。

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