CN1188426A - 使松散物料均匀化的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种使松散物料均匀化的方法和装置,其中松散物料从上面供入一个边侧和底侧均受限制的容器,并依靠一位于容器底部的出料输送机输出。本发明的区别特征在于松散物料从上面输入容器(20)的其中一端部处,其中松散物料滑下到容器的相对端,这层松散物料在容器内形成一斜坡形状,由于该滑下,较重和/或较粗的松散物料部分比较轻的物料部分滑下得多,在每一单位时间里,沿输出方向从容器每一长度段(△1)由容器底部输出的松散物料量相当于输入到同一单位时间内,同一容器长度段垂直上方的松散物料层的上表面段(An)上的松散物料量,其中松散物料在物料层中基本上往下并沿整个物料层长度方向往所述出料输送机(30)运动,松散物料由各段输出的速率与新的物料输送到物料层上表面段的表面上方的速率相同。

Description

使松散物料均匀化 的方法和装置
本发明涉及一种使松散物料均匀化的方法和装置，它包括一个具有一后端壁和一前端壁以及两个侧壁的容器，一个用于将松散物料从上面输入所述容器的进料输送机，所述容器用于容纳一层松散物料，这层松散物料的范围受端壁和侧壁的限制；还有一个位于容器底部的出料输送机，所述出料输送机至少在两端壁之间延伸并向两个端壁之间的松散物料敞开，用于将松散物料输往前端壁。
包含固体颗粒的松散物料通常具有不同的粒径(颗粒尺寸)分布和/或质量分布。
这类松散物料可能包含例如石子、沙、沥青或砂砾混合物、沥青混凝土、湿混凝土等，在处理这类松散物料时，该松散物料通常被分离成包含较粗和较细颗粒的多个部分。当容器被从上面例如一点供入的这种松散物料充满时，所述松散物料在容器内将形成斜坡，粗和/或重颗粒沿此斜坡落下聚集在斜坡底部的程度大于细和/或轻颗粒。如果松散物料具有一干稠度，例如为砂砾时，会发生这一分离过程，但在湿的松散物料，例如湿的水泥混凝土的情况下，也会发生这一分离过程，在这种情况下粗和/或重颗粒将落到容器底部并在那儿以相应方式形成斜坡。这将使容器内分离成包含粗和/或重颗粒的区域和包含细和/或轻颗粒的区域，但这些区域的大小将依赖于所输入的松散物料的不同组分。在依靠连续工作的输送机装置，例如螺旋输送机、循环传输带、连续工作的刮板运输机、管式气动传送器等等将松散物料从容器中输出时，在输出的物料中颗粒的尺寸和/或质量分布将不同。例如在输出用于铺设马路表面的沥青混和物时，人们发现粒状物料在马路表面上分离成粗、细两种组分，这会削弱其耐磨性，因为可能会缺少一定尺寸的颗粒而另外的又可能过多，尽管所提供的物料具有合适的颗粒尺寸分布。
本发明总的目的在于解决上述问题。本发明利用了下述观察事实，即当松散物料从容器上方基本上一点，或可能沿一条线被供入时，松散物料在容器内将按上述方法分离，这意味着所提供的具有一定颗粒尺寸和/或质量分布的松散物料，或所提供的具有随时间变化的颗粒尺寸和/或质量分布的松散物料，在一定程度上都将根据其颗粒尺寸和/或质量分布按可预测的方式被分离。根据本发明利用该观察现象对出料输送机进行尺寸设计，使之在单位时间和单位长度上输出的一定体积量的松散物料，与容器内发生的分离相适配，由此输出的松散物料将获得与所输入松散物料相对应的颗粒尺寸分布，同时颗粒尺寸分布依靠现有经验利用了先前在容器内的分离得以均匀化。
更具体地说，根据本发明，上述目的是这样实现的，即对出料输送机进行设计，使之每单位长度输出的松散物料的体积量沿着输送机的长度方向从其后端壁到前端壁增长，其中当输入输送机的松散物料与输出的松散物料量相等保持平衡时，沿传输方向所述单位长度输出的松散物料体积量的增加值与位于端壁与侧壁之间的这层松散物料上表面的相应单位长度的表面积成正比。
本发明的其它特征、方面和优点从下述优选实施例的说明及从属权利要求中将显而易见。
下面参照附图对优选实施例作进一步的详细说明，附图中：
图1为实施本发明基本原理的具有一出料输送机的容器的简图，
图2所示为位于一坐标系内的松散物料的上表面；
图3所示为出料输送机的可能的实施例；
图4为与本发明优选实施例的装置相连的沥青路面铺设机械的侧视图；
图5为沿图4中V-V切割线的视图；
图6为沿图4中VI-VI线的视图。
如图1所示，一容器用20来总体加以标示。其由一垂直的前端壁21和一垂直的后端壁22以及两个侧壁23、24组成，这两个侧壁分别具有一位于上部的垂直部分和位于下部的倾斜向下/向内到底部25区域的部分。
在底部25有一出料输送机30，在优选实施例中该输送机为一螺旋输送机，其部分长度在两个垂直端壁21、22之间延伸。在此区域，出料螺杆30暴露在容器20内容纳的松散物料之中。出料螺杆30延伸超过容器20，但螺杆的这一部分仍被设计传统螺旋输送机40。
松散物料依靠一进料输送机按箭头10所示从上方供入容器20内。按照本发明，松散物料依靠该进料输送机10在邻近前端壁21之处供入。松散物料具有变化的颗粒尺寸和/或颗粒密度，这会使得较大和/或较重的颗粒沿着在容器20内相继形成的松散物料堆35的边侧滚下。最粗和/或最重的物料因此收集在靠近后端壁22的斜坡底部36，而最细和/或最轻的物料大部分留在顶部37。在平衡状态时，依靠螺旋输送机30输出物料的速率与依靠进料输送机10输入物料的速率相同。
本发明装置要实现的目的是，从容器20输出的松散物料相比容器20内的松散物料具有显著提高的均匀性，最好与依靠进料输送机10输入的松散物料相比，也具有更佳的均匀性。按照本发明，使松散物料按如上所述滚下或滑下而产生分离。由于侧壁倾斜向内，在此区域的这层松散物料的上表面在两侧壁之间的长度因松散物料堆的斜坡形状从前端壁到后端壁逐渐变小，使得这层松散物料的上表面从上面看为楔形。由于物料滚下或滑下到侧壁，斜坡得到一个圆拱的形状，当这层松散物料的上表面被弄平后，将得到一个如图1虚线所示的形状。这条线能近似为一条直线，这样获得一个如图2中实线所示的表面。
本发明不结合下面要论述的理论，申请人认为，在这层松散物料的上表面与螺旋输送机的输送体积之间存在着一种关系，其中松散物料沿螺旋输送机的传输方向每单位长度n的输出增量ΔVn与位于端壁和侧壁之间的松散物料量35的上表面A的具有相应长度n的表面积An成正比例关系，其中Vn相当于螺旋输送机在单位长度n上的输出量。这样存在一个函数关系Vn＝f(1)，其中1是出料输送机30沿传输方向的延伸长度，按照下述可计算出松散物料的上表面。
如图2所示，为该表面提供一坐标系，其中沿容器其中一长边的直线可被表示为：y＝kx+b，此处k为直线的斜率，亦即tany/x，b为表面与后端壁22的交界线宽度的一半。
在x轴线上方的表面积A可表示为：∫(kx+b)dx，则整个表面积为2∫(kx+b)dx＝[kx2+2bx]
按照上述讨论，在任一单位长度上的输送增量与同一单位长度上的上表面积成正比，由此得出ΔVn＝KAn，进而得到ΔVn＝K[kx2+2bx]x x+n，其中K为一按经验算出的常数，它与容器的尺寸、结构、填充度以及松散物料的类型相关，常数k和b也与上述因素相关。因而上述表达式可简化为ΔVn＝[k1x2+k2x] x x+n。
按照上述，从实际观点看，对于如上所述定义上表面积的容器来说，螺旋输送机的输送增量为螺旋输送机沿传输方向伸长量的一指数函数(凹函数)，此外已知松散物料的倾斜度在35°±5°范围内，按照已知的容器结构可得到一个用于经验计算的很好的起始值，这样根据表达式Vn＝Vn+1+ΔVn，螺旋输送机的螺旋输送量可依靠从一起始值增长的螺旋输送量计算出。
由于螺旋输送机被设计成其螺旋输送量如上述那样向输出开口方向增加，从而可使物料(输入和输出)保持均衡并使其分离均匀，亦即，这层松散物料将基本上垂直地向下移动。如果螺旋输送机未按上述描写来设计，例如在其整个长度上，它都具有一个恒定的螺旋输出量，则根据上述理论以及实际进行的实验，有更多物料在后端壁处被去除，因而坡度更陡，越来越多地产生滑动，其结果是明显更粗的颗粒部分将被输出。
按照上述讨论，为了使输出物料均匀，螺旋输送增量用一凸函数来表示，当进料输送机在邻近后端壁22处输入松散物料时，与上述函数相反，螺旋输送增量将沿传输方向减少ΔVn。
假设容器的壁并不向内倾斜，而是基本上相互平行，则松散物料的顶部表面基本上为矩形，按照上述讨论，出料输送机将被设计成其螺旋输送量呈线性增长。如果容器底部表面配备有大量平行设置的覆盖容器底部绝大部分的出料螺旋输送机，则那样类型的实施例是可以想象的。
上述均可采用不同结构的螺旋输送机30来实现，例如螺旋输送杆的外径D为一常数，而螺旋输送轴的直径d沿螺旋输送机的传输方向逐渐变小；或是螺旋输送轴的直径d为常数，而螺旋输送杆的外径D沿螺旋输送机的传输方向逐渐增大；和/或螺旋输送杆的外径D和螺旋输送轴的外径d为常数，而每单位长度Δl的松散物料的输出增量通过螺旋输送机(螺旋输送杆)的螺旋角α沿传输方向的相应增大而达到。
螺旋输送机30的优选实施例如图3所示。如图所示，螺旋输送机的外径D和螺旋角α为常数，而螺旋输送轴的外径d逐渐变小。通过制造螺旋输送轴，使其分段30I-V要么呈圆柱状，要么呈圆锥状，使其具有不同的朝向容器输出松散物料的那一端逐渐增大的锥度，亦即在本实施例中，其锥度沿朝向输出端的方向逐渐增大，从而近似地实现了理想的螺旋输送增量。图示螺旋输送机由5个分段组成，其中最后一分段30v位于容器外以用于继续传输松散物料。这一构造便于螺旋输送杆的制造，使之能获得近似理想的形状，从而发挥充分的作用。
在图4至6所示的本发明用于使松散物料均匀化的装置的实施例中，该装置由一个机动的铺设沥青路面的机器1组成。该装置中与图1所示相对应的局部采用与图1中相同的标记。
所述装置包括一个配备有横向传输螺旋输送机6的主容器5；一进料输送机10；一容器20；两个平行设置的出料螺旋输送机30和30′，其中这两个螺旋输送机30和30′通过伸长段40、40′与一个用于将沥青物料铺设在马路表面上的横向布料螺纹螺杆(未示出)相连接。主容器5是一个可容纳1吨由一个载重平台2提供的沥青料的容器。该横向传输螺纹螺杆6沿传输方向具有一个逐渐增大的螺旋输送量。根据上述本发明的基本原理，在位于主容器5的区域内，进料机10沿输送方向同样有一个螺旋输送增量。进料螺旋输送机10在容器20基本垂直的端壁21处有其出口15。沿出料螺旋输送机30和30′的传输方向看，所述出口15位于最前面。具有大约2.5m3容积的容器20有两个基本上相对的垂直端壁21、22，它们与出料螺旋输送机30和30的输出方向正交，也与局部倾斜向内的纵向侧壁23、24正交。后端壁22基本上比前端壁21长。侧壁23、24的上部边缘从前端壁21向后倾斜到后壁22。所述容器在其底部具有一个向下逐渐减小的矩形水平断面。所述断面具有一个沿输出松散物料的方向恒定不变的长度。出料螺旋输送机30和30′均经一致设计，但其中一个为左手螺旋结构，另一个为右手螺旋结构，它们有相反的旋转方向。依靠未示出的驱动装置，这两个螺纹螺杆在底部下方的出料箱38内旋转。
在铺设沥青路面时，所述铺设沥青路面的机动车1在路面上运动。主容器5由一个位于沥青铺设机前的装载车来填充沥青，其中装载车将沥青物料从其平台2卸下到主容器5中。当一辆装载车已卸空，而新的装载车尚未与该沥青铺设机连接上之前，所述主容器5也充当一个中间储仓。依靠横向传输螺旋输送机6和进料输送机10将沥青物料从主容器5供入容器20中，根据前述的本发明基本原理，为使松散物料在载货平台2上和主容器5内的分离均匀，这两个输送机均设计成具有增长的螺旋输送量。进料输送机10从主容器的底部开始平行于次级容器20侧壁的上边缘延伸，物料在邻近前端壁21之处连续地供入容器20中而且其输入速率基本上与依靠出料螺旋输送机30和30′将沥青物料从容器20输出的速率相等。出料螺旋输送机30和30′的伸长部位是传统的螺旋输送机40和40′，它们将沥青物料向前输送给一个图中未示出的横向布料螺纹螺杆，该螺纹螺杆的目的是将沥青物料分布到应当铺设沥青的路面宽度上。
容器20内的沥青物料含量应使整个出料螺纹螺杆30和30′被沥青物料所覆盖，在向容器20供入和排出沥青之间存在着平衡时，沥青物料将形成分成几个不同部分的具有不同颗粒尺寸和/或质量分布的物料料堆。通过按照本发明出料螺旋输送机30和30′的设计结构，出料螺旋输送机30和30′在单位时间和单位长度内带走与容器20内单位长度上的那层浆料的表面积成正比的预定体积量的物料。在这层松散物料的每个垂直分割段内的物料体积量，如表面An下的分段体积量VSn，将沿着朝向出料输送机的方向连续地基本上垂直地下降。这可以理解为在容器内的这层松散物料的每一部分，按照本发明的方法和装置将沿着朝向出料输送机的方向从上表面基本上垂直地下降，该出料输送机从每一分割段输出物料的速率与新的物料被输入到这一分割段物料表面上的速率相同。
根据上述说明，可以认为螺旋输送增量并非一定要由一个螺旋输送机来完成。重要的是在容器所有部分中的松散物料由于该希望的螺旋输送增量基本上被垂直地供入/下降。是靠一个还是几个螺旋输送机，抑或其它类型的输出装置来实现这一点并不重要。
本发明装置具有许多优点。不是非要避免松散物料分离成多部分，在任何位置输出松散物料时总是会产生物料分离现象，而是利用物料分离这一事实，使松散物料良好的均衡和均匀化。所述装置及其工作原理原则上可以用于各种各样的松散物料，例如沙料、石子、石块、沥青混凝土等，因此可以认为，本发明并不局限于上述和图示实施例，而是可以在权利要求框架范围内作修改。

Claims (25)

1.一种使松散物料均匀化的方法，其中松散物料从上面输入一个边侧和下侧受限制的容器(20)内，并依靠一位于容器底部的出料输送机(30)被输出，其特征在于，松散物料从上面被输送到容器的一端，其中松散物料滑下到容器的另一相对端，由此在容器内形成一层具有斜坡形状的松散物料，其中因滑动，较重和/或较粗的松散物料部分比较轻的部分滑下更多，在每个单位时间内从容器的底部，沿输出方向输出的容器的每个长度段(Δl)内的松散物料体积量，与同一单位时间内输送到所述容器长度段垂直上方的松散物料层上表面段(An)上的松散物料体积量相当，其中松散物料在物料层中基本上往下地，沿物料层的整个长度向所述出料输送机移动，该出料输送机从各分段(Δ1)中输出物料的速率与新的物料被输送到物料层上表面段上的速率基本相同。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，松散物料从容器内大体上沿水平方向输出。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在供入松散物料的容器的同一端处输出松散物料。
4.一种使松散物料均匀化的装置，它包括一具有一后端壁(22)和一前端壁(21)以及两侧壁(23，24)的容器(20)；一用于将松散物料从上方输入所述容器内的进料输送机(10)，该容器(20)可供容纳一层范围大小受端壁和侧壁限制的松散物料；一位于容器较低部位的出料输送机(30，30′)，所述出料输送机至少在端壁之间延伸并面向两端壁之间的松散物料敞开，以便使松散物料沿着朝向前端壁(21)的方向输出，其特征在于，出料输送机(30，30′)被设计成这样，即输送机单位长度(n)输出的松散物料量沿着输送机从后端壁到前端壁的长度方向增长，其中当输入容器内的松散物料量与输出的松散物料量保持平衡时，所述单位长度输出的松散物料量沿传输方向的增量与位于端壁与侧壁之间的松散物料层的上表面(A)的相应单位长度(n)内的表面积(An)成正比，亦即ΔVn＝f(An)。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述侧壁(23，24)，至少其一部分倾斜向内朝向出料输送机(30，30′)，进料输送机(10)用于将松散物料输入容器的邻近一端壁(21)的一端，其中每单位长度的松散物料的输出增量沿传输方向按一个函数关系ΔVn＝f(1)非线性地增长，其中1是出料输送机沿传输方向从后端壁开始计算的伸长量，当进料输送机在邻近前端壁输入松散物料时，在容器范围内f(1)是一个凹函数，而当进料输送机在邻近后端壁处输入松散物料时，f(1)是一个凸函数。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，当进料输送机在邻近前端壁处输入松散物料时，松散物料的输出量沿传输方向基本上按照一指数函数增大，当进料输送机在邻近后端壁处输入松散物料时，则松散物料的输出量沿传输方向基本上按照该指数函数的反函数减小。
7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，在任意单位长度(n)上的松散物料输出增量(ΔVn)按照关系式ΔVn＝(k1，k2)An＝[k1x2+k2x]x x+n与松散物料上表面的相应单位长度内的表面积(An)成正比例关系，比例系数为常数(k1，k2)，它们可通过实践经验来确定。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述常数(k1，k2)的值取决于容器的尺寸、容器的设计结构，容器中的松散物料的充填度，以及松散物料的类型和组成成份。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在出料输送机长度(1)方向上，任意单位长度(n)的松散物料输出量(Vn)根据关系式Vn＝Vn-1+ΔVn从l＝0的初始值开始计算。
10.如权利要求4所述的装置，其特征在于，出料输送机属于任一类型的连续工作式输送机，包括螺旋输送机、管式气动传输器、循环传输带、连续工作的刮板运输机、以及斗式提升机。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，出料输送机包括两个或更多的并排工作的螺旋输送机。
12.如权利要求10至11中任一项所述的装置，其特征在于，当进料输送机供入容器内的松散物料与螺旋输送机从容器输出的松散物料基本上一样多而保持平衡时，在容器两端壁之间的螺旋输送机的输送量相对于容器内的松散物料量这样变化，即该输送量沿松散物料的传输方向在出料螺旋输送机的任意轴向单位长度(n)上的增长量相当于所述该单位长度的松散物料的输出增量(ΔVn)。
13.如权利要求10至11中任一项所述的装置，其特征在于，当该螺旋输送机的外径(D)为常数，而螺旋输送轴的直径(d)沿螺旋输送器的传输方向减小时，螺旋输送机获得增大的螺旋输送量。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，螺旋输送轴由多个圆柱段和/或具有不同锥度的圆锥段组成，以便为各单位长度(n)提供希望的输送增量(ΔVn)。
15.如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，当螺旋输送轴的直径(d)为常数，而螺旋输送机外径(D)沿螺旋输送机的传输方向增长时，螺旋传输机可获得输送增量。
16.如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，螺纹螺杆的外径(D)和出料螺纹螺杆的外径(d)均为常数，而松散物料每单位长度(Δl)的输出增量通过螺旋输送机的螺旋角(α)沿传输方向的相应增量而达到。
17.如权利要求13至16中任一项所述的装置，其特征在于，松散物料的输出量在单位时间和单位长度内的增量通过权利要求13至16中所有条件或一些条件的组合以及同一个出料螺旋输送机来实现。
18.如权利要求4所述的装置，其特征在于，端壁均为垂直的。
19.如权利要求4至18中任一项所述的装置，其特征在于，进料输送机向容器内提供松散物料所邻近的端壁比对侧的端壁高。
20.如权利要求4至19中任一项所述的装置，其特征在于，它还包括一个用于松散物料的主容器，进料输送器从该主容器处收集松散物料，以便将它们输送到所述首先提到的后面的容器。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，主容器(5)具有一个比后面的容器(20)小的容积。
22.如权利要求20或21所述的装置，其特征在于，进料输送机用于从一低水平位置从主容器(5)输出松散物料到位于后面的容器(20)上方的高水平位置。
23.如权利要求20至22中任一项所述的装置，其特征在于，该装置包括下面挨个顺序排列的单元：主容器、进料输送机、后面的容器以及出料输送机。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于它与一个铺设沥青路面的机器相连。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述出料输送机延伸越过前端壁一直到铺设沥青路面的机器。
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