专利名称：挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，主要用于吹膜机、拔管机、电线电缆机、塑料缠绕机和喷丝(杆)机上对出料的长度、厚度的均匀性进行控制。
背景技术：
现有技术中ー种对挤出机的出料的均匀性控制的基本方法是，采用天平式称量装置测量计算出进料速度(即单位时间内进入挤出机内的原料量)，然后根据进料速度控制挤出机的挤压螺杆或牵引辊的转速，使进料速度与所述的挤压螺杆的转速成反比，或与牵引辊的转速成正比，保持出膜厚度均匀。这种天平式的称量装置主要包括原料斗、机架、称量斗和进料接管(与挤出机的进料ロ连接)，原料斗和进料接管分别安装在机架的上端和下端，在该原料斗的下端出口装有闸门；所述的称量斗安装在原料斗与进料接管之间，该称量斗的一侧与ー杠杆的一端连接，该杠杆的另一端装有一固定配重，该杠杆的支点铰接在该机架上，在该杠杆上设有上下限位机构和补料接近开关；在称量斗的下端出口装有料位接近开关。这种称量装置利用料位接近开关发出相邻的两次送料信号的时间间隔，用进料ー 称量斗的重量除以该时间间隔，进而计算出挤出机出料单位长度重量。但是由于料位的测量误差较大，因此计算出的単位时间内的进料量精度较低。为了解决上述问题，还有采用两套天平装置进行称量，虽然在一定程度上提高控制精度，但是增加了的结构复杂性，提高了成本和故障率。另外，在毎次向称量斗内放料时，由于闸门关闭需要ー个过程，颗粒料对闸门有随机的阻力，均会导致每次放入称量斗内的原料与设定的重量存在误差，如果以此刻进行计时和计算，必然导致控制结果出现较大的误差，影响控制精度。
发明内容本实用新型的目的就是提供一种挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，以解决现有技术存在的结构复杂，成本高，不易维修调试，控制精度差，成本提高和故障率高的问题。本实用新型的技术方案是一种挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，包括控制器和称量装置，该控制器的输入端与称量装置连接，该控制器的输出端与挤出机的挤压螺杆的驱动电机或牵引辊的驱动电机连接，所述的称量装置包括原料斗、机架、称量斗和进料接管，原料斗和进料接管分别安装在机架的上端和下端，在该原料斗的下端出口装有闸门，该闸门与ー个闸门驱动装置连接；所述的称量斗安装在原料斗与进料接管之间，该称量斗的一侧与ー杠杆的一端连接，该杠杆的另一端装有一固定配重，该杠杆的支点铰接在该机架上，在该杠杆上设有上下限位机构，在该固定配重下面装有下接近开关，其特征在于在所述的固定配重的上方设有活动配重，该活动配重活动地支撑在ー配重支架上， 在该活动配重的下面设有上接近开关；该闸门驱动装置的受控端、上接近开关和下接近开关分别与所述的控制器连接。所述的活动配重由主体和设在该主体下端的缩径滑杆组成，该缩径滑杆纵向滑动地支撑在所述的配重支架上，该固定配重的上面与活动配重的缩径滑杆下端之间留有工作间隙；该缩径滑杆的下端中央为球面或尖端。在所述的配重支架设有纵向孔，在该内纵向孔装有直线轴承，在该直线轴承的中心孔内滑动配合地插入所述的活动配重下端的缩径滑杆。所述的活动配重为圆盘状，所述的缩径滑杆为圆柱形，并与该活动配重同轴。所述的活动配重由配重主体和摆臂组成，该摆臂的一端与所述的机架铰接，另ー 端与该配重主体连接；在所述的固定配重的上端设有顶杆，在该顶杆的顶端装有滚轮；该顶杆上的滚轮的顶端与活动配重的下面之间留有工作间隙。在所述的活动配重的主体或摆臂上装有砝码。所述的闸门驱动装置采用液缸、气缸或电动装置；所述的控制器采用微机或可编程控制器。在所述的牵引辊上装有转速传感器，并与所述的控制器连接。所述的控制器的输出端通过变频器与所述的牵引辊的驱动电机连接。在所述的机架的下部设有与地面安装的支架；将所述的进料接管下端出口与挤出机的进料ロ相对设置但留有间隙，或将所述的进料接管下端出口通过软管与挤出机的进料ロ连接。本实用新型的优点是采集活动配重与固定配重一起下降到某ー设定位置对应的时刻为计时起点，此刻对应的称量斗内的原料重量是一定的，忽略了放料初始时刻原料重量存在的误差，大大提高了控制精度，并简化了结构，降低了制造成本和故障率，容易维修调试。
图I是本实用新型应用在挤出机上的第一实施例的总体结构(称量斗内无原料或只有少量原料，称量斗处于上位；采用转速传感器测量牵引辊的转速)示意图；图2是本实用新型第一实施例的工作原理图之ー(称量斗刚刚装满原料后，处于下位)；图3是本实用新型第一实施例的工作原理图之ニ(开始计时的称量斗位置，此刻为起点时刻)；图4是本实用新型第一实施例的工作原理图之三(活动配重落到配重支架上，并与固定配重接触的状态);图5是本实用新型应用在挤出机上的第二实施例的总体结构(与图I的状态相同， 省去转速传感器)示意图；图6是本实用新型应用在挤出机上的第三实施例的总体结构(摆臂式活动配重)示意图；图7是本实用新型应用在挤出机上的第四实施例的总体结构(称量装置与挤出机分离结构)示意图。
具体实施方式
參见图I-图4，本实用新型一种自动控制挤出机出料单位长度重量的高精度控制装置的第一实施例，该实施例包括控制器18和称量装置，该控制器18的输入端与称量装置连接，该控制器18的输出端与挤出机15的挤压螺杆的驱动电机14或牵引辊16的驱动电机连接。该实施例的称量装置包括原料斗I、机架2、称量斗7和进料接管8，原料斗I和进料接管8分别安装在机架2的上端和下端，在该原料斗I的下端出口装有闸门3，该闸门3 与ー个闸门驱动装置4连接。所述的称量斗7安装在原料斗I与进料接管8之间，该称量斗7的ー侧与ー杠杆11的一端连接，该杠杆11的另一端装有一固定配重12,该杠杆11的支点通过支轴9铰接在该机架2上，在该杠杆11上设有上下限位机构10，上下限位机构10 的上限限制固定配重12处于上位时顶起活动配重5，但不会接触配重支架6的下端，如图2 所示；上下限位机构10的下限限制固定配重12处于下位时不接触下接近开关13，留有很小的间隙即可，如图I所示。在该固定配重12下面装有下接近开关13。在所述的固定配重12的上方设有活动配重5，该活动配重5由主体52和连接在该主体下端的缩径滑杆51组成，该缩径滑杆51纵向滑动地支撑在所述的配重支架6上。在该固定配重12和活动配重5均处于下位时，该固定配重12的上面与活动配重5的缩径滑杆51下端之间留有工作间隙S (3 5mm)，该缩径滑杆51的下端中央为球面或尖端，在该活动配重5的下面设有上接近开关19。所述的固定配重12和活动配重5为扁圆柱形(圆盘)状，所述的缩径滑杆51为圆柱形，并与活动配重5同轴。工作间隙S的设置，是为了在活动配重5处于下位，并且固定配重12的顶端与活动配重5的缩径滑杆51下端接触吋，使得下接近开关13与固定配重12略大于ー个感应距离，也就是工作间隙S稍大于下接近开关13的感应距离。所述的闸门驱动装置4的受控端、上接近开关19和下接近开关13分别与所述的控制器18连接。所述的控制器18采用微机或可编程控制器。所述的闸门驱动装置4采用液缸、气缸或电动装置。在所述的牵引辊16上装有转速传感器20 (俗称计米器)，转速传感器20与所述的控制器18连接。牵引辊16的驱动电机的转速由控制器18通过变频器22进行控制。对牵引辊16的驱动电机的转速控制，也可不需要转速传感器20(參见图5所示的第二实施例)。由所述的控制器18输出速控变频信号控制该牵引辊16的驱动电机的转速， 通过该转速与牵引辊16周长计算出单位时间内输出的产品长度。与上述现有计米器的方式计算和控制挤出机产品长度及其均匀性相比，具有结构简单(省去了计米器)，计量精度高，节约成本的优点。在所述的配重支架6的纵向孔内装有直线轴承61，该直线轴承61滑动插入所述的活动配重5下端的缩径滑杆51，降低缩径滑杆51上下移动的摩擦阻力，提高控制精度。该实施例在应用时将其进料接管8下端出口通过法兰21与挤出机15的进料ロ 151直接连接。參见图6，本实用新型的第三实施例与第一或第二实施例中的活动配重5不同，其余部分完全相同，该相同的部分不再赘述。该实施例的活动配重5，所述的活动配重5由配重主体25和摆臂26组成，该摆臂26的一端与该配重主体5连接，另一端通过轴承30与所述的机架I铰接。在所述的固定配重12的上端设有顶杆28，在该顶杆28的顶端装有滚轮(轴承)29。在该固定配重12和活动配重5均处于下位吋，该顶杆上的滚轮29的顶端与活动配重5的下面之间留有工作间隙 S。还可在所述的活动配重5的摆臂26 (或配重主体25)上装有可调的砝码27 (根据需要更换不同重量和位置，并用螺钉紧固摆臂26或主体25上，与天秤的砝码作用相同)，用于调节配重5的重量，以满足不同的计量需要。该实施例的活动配重5的作用(工作原理)与上述实施例的完全相同，只是采用摆臂26将配重的配重主体25与机架I连接，使得活动配重5上下移动更加灵活，不会由于机械配合的误差而产生阻力，安装和运输也更加便利。參见图7，本实用新型的上述实施例在应用时将其进料接管8下端出ロ通过法兰 21与挤出机15的进料ロ 151直接连接，其特点是结构简单。但是由于是与挤出机15直接连接，挤出机15在工作时产生一定的震动，对称量装置的称量精度有一定影响。为了进一步提高称量精度，可以在机架I的下部设有与地面安装的支架31。将所述的进料接管8下端出口与挤出机15的进料ロ 151相对设置但留有间隙(未图示)，或将所述的进料接管8下端出ロ通过软管23与挤出机15的进料ロ 151连接(软管23的两端分别用接箍与进料接管 8和进料ロ 151紧固连接)。这样，由于整个的称量装置与挤出机15没有直接的刚性连接， 大大降低了挤出机15的工作震动对称量装置的称量精度的影响。本实用新型工作过程和控制原理说明如下(以第一实施例生产塑料薄膜为例)系统的初始状态是在原料斗I内装满原料，固定配重12的重量和活动配重5的重量根据设计要求进行配置(例如固定配重12的重量满足在称量斗7没有原料或少量原料的情况下处于下位；而活动配重5的重量W根据需要选取)。I、在挤出机15开启工作后，下接近开关13向控制器18发出放料的信号，控制器 18控制闸门驱动装置4动作开启闸门3，原料很快充满称量斗7，重量达设定值后(在此过程中，可能闸门关闭需要ー个过程，很可能放到称量斗7内的原料大于设定值，毎次放料量存在较大差别)，称量斗7向下快速移动为下位，杠杆11的固定配重12向上顶起活动配重 5，二者均变为上位。此时上接近开关19发出停止放料信号，控制器18控制闸门驱动装置 4动作关闭闸门3。2、随着挤出机15的运转，称量斗7内的原料的料位慢慢下降，固定配重12与其顶起的活动配重5 —起同步下降，当活动配重5由最高值Hl下降到某ー设定高度H2时(參见图2和图3)，上接近开关19发出起点时间信号，控制器18开始计吋。高度H2为上接近开关19的感应距离，根据需要选择上接近开关19的感应距离，一般3 — 5mm即可。3、随着挤出机15的运转，称量斗7内的原料的料位继续下降，固定配重12与其顶起的活动配重5 —起同步下降，当活动配重5下降落到配重支架6上时，但是由于此时称量斗7内的原料的重量大于平衡状态时的固定配重12重量，所以固定配重12的上面与活动配重5的缩径滑杆51下端未脱离接触，固定配重12的下面与下接近开关13的间距大于エ 作间隙s，所以下接近开关13没有感应信号输出(參见图4)。4、当称量斗7内的原料重量低于平衡状态时的固定配重12时，固定配重12下降而脱离活动配重5，此时下接近开关13发出终点时间信号，控制器18计时结束，计时时长为T。控制器18计算单位时间内原料的使用量(即单位时间内进入挤出机的原料重量)为W/ T其中W为活动配重5所计量的称量斗7内的原料重量(按照天枰的平衡关系计算)，也可设计为配重5的重量等于称量斗7内原料的重量，此时W=配重5的重量；与此同吋，下接近开关13向控制器18发出放料的信号，控制器18控制闸门驱动装置4动作开启闸门3，继续下ー个工作过程(參见图I)。由于上述过程只是采集活动配重5和固定配重12下降到特定位置时的时间节点， 而不管初始状态时放到称量斗7内的原料大于设定值的较大差别，即超出的放料重量(对应于活动配重5高于H2的情況，即Hl吋)没有记忆在控制器18内，只有当活动配重5由最高值Hl下降到高度H2时，上接近开关19才发出起点时间信号，控制器18开始计吋。所以该装置提高了控制精度。本实用新型利用単位时间内原料的使用量W/ T对挤出机出料(薄膜)17单位长度重量的均匀性控制原理，简要说明如下。由于挤出机在初始状态时称量斗7内没有原料，所以杠杆11的固定配重12 —端在重力的作用下处于下位，称量斗7处于上位。在控制器18上设定(输入)产品的每米重量 A，如I克/米。设挤出机使用一称量斗7的原料重量W = IOOOgo控制器18计算出挤出机每挤出一称量斗7的原料所使用的时长T，如果该时长T 为恒定值(如50秒)，则控制器18根据设定的产品參数(薄膜厚度或米/克)控制牵引辊16 按照一定的转速运转。根据上述的给出的參数，挤出机每秒出料量B=W/T=1000/50=20g/s， 用挤出机毎秒出料量B (20g/s)除以产品的每米重量A (lg/m)，即得到牵引辊16的转速V 应为20m/s，控制器18根据转速传感器20检测的牵引辊16的转速对其调整为20m/s。或者控制器18通过控制变频器22直接调整牵引辊16的驱动电机的转速，达到用转速传感器20检测和调整牵引辊16转速的相同目的。其工作原理是控制器18直接获得变频器22的频率信号，由此调整和计算出牵引辊16的驱动电机的转速，再根据牵引辊16的驱动电机与牵引辊16的转速比计算出牵引辊16的转速，由该牵引辊16的转速乘以牵引辊 16的周长即可得到挤出产品的每秒长度。通过变频器22控制牵引辊16的驱动电机的转速，克服了计米器測量产品长度由于安装误差或滑动产生的误差，可以明显提高控制精度。当挤出机的转速由于各种原因(如电压波动或塑料有杂质堵料变化等)降低时，使得进料速度变慢，上述的时长T延长(如55s)，此时控制器18根据该时长延长的程度计算出牵引辊16的转速V=1000/55/l=18. 18m/s,降低转速；或提高挤出机电机14的转速，以满足每米重量A=lg/m的要求，保持出膜的厚度均匀。如果挤出机的转速变快，则进料速度提高，导致所述的时长T缩短(如45s)，此时控制器18根据该时间间隔缩短的程度计算出牵引辊16的转速V=1000/45/l=22. 22m/s，提高牵引棍16的转速；或降低挤出机电机14的转速，以满足姆米重量A=lg/m的要求,从而达到自动调节出膜厚度，使其保持均匀的目的。本实用新型最突出的特点是采用了固定配重12与活动配重5的相互配合，能够实现对每次充满的每ー称量斗7内的原料的初期(开始计时)和末期(计时完毕)的时长的记录采集，从而可以计算出“单位时间内进入挤出机内的原料重量”。如果只有ー个固定配重 (相当于固定配重12与活动配重5为一体)时，当向称量斗7内充满原料(如5公斤)后，称量斗7变为下位，上接近开关19发出停止放料信号，闸门3关闭；随着挤出机15的运转，称量斗7内的原料的料位慢慢下降，当配重由最高值Hl下降到某ー设定高度H2时(如相当于称量斗7内的原料为4. 5公斤)，上接近开关19发出计时起点信号，控制器18才开始计时。 但是，称量斗7内的原料在此重量时，称量斗7即可变为上位，配重变为下位，此时下接近开关13即被触发，控制器18开启闸门3放料(同时开始计时)，而此时称量斗7内的原料只进入挤出机一小部分，计时的时长基本为零。所以不能实现计算“单位时间内进入挤出机内的原料重量”的功能。而本实用新型的固定配重12只有在称量斗7内的原料基本用完(只有一小部分) 的时候，才会由上位变为下位触发下接近开关13，计时才会结束。从计时开始到结束，进入挤出机内的原料略小于充满的称量斗7原料重量。而从计时开始到结束的时长内进入挤出机内的原料重量是固定配重12和活动配重5的重量決定的(根据天枰的平衡公式计算配重 5的重量与称量斗7内原料的重量关系)。可以根据需要改变配重5的重量。将W值输入储存到控制器18，由控制器18的程序自动完成“単位时间内进入挤出机内的原料重量”的计算和整个控制工作。本实用新型也可用于多机共挤的应用形式(多台挤出机从ー个挤出口出料，共用 ー组牵引辊)，每台挤出机単独使用一套本实用新型的控制装置，用每台挤出机采集的W/T 数据的平均值控制牵引辊的转速，控制原理与上述的单台机器的相同。本实用新型的称量精度可以达到万分之五，比现有技术提高ー个数量级。
权利要求1.一种挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，包括控制器和称量装置，该控制器的输入端与称量装置连接，该控制器的输出端与挤出机的挤压螺杆的驱动电机或牵引辊的驱动电机连接，所述的称量装置包括原料斗、机架、称量斗和进料接管，原料斗和进料接管分别安装在机架的上端和下端，在该原料斗的下端出口装有闸门，该闸门与ー个闸门驱动装置连接；所述的称量斗安装在原料斗与进料接管之间，该称量斗的ー侧与ー杠杆的一端连接，该杠杆的另一端装有一固定配重，该杠杆的支点铰接在该机架上，在该杠杆上设有上下限位机构，在该固定配重下面装有下接近开关，其特征在于在所述的固定配重的上方设有活动配重，该活动配重活动地支撑在ー配重支架上，在该活动配重的下面设有上接近开关；该闸门驱动装置的受控端、上接近开关和下接近开关分别与所述的控制器连接。
2.根据权利要求I所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于所述的活动配重由主体和设在该主体下端的缩径滑杆组成，该缩径滑杆纵向滑动地支撑在所述的配重支架上，该固定配重的上面与活动配重的缩径滑杆下端之间留有工作间隙；该缩径滑杆的下端中央为球面或尖端。
3.根据权利要求2所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在干在所述的配重支架设有纵向孔，在该内纵向孔装有直线轴承，在该直线轴承的中心孔内滑动配合地插入所述的活动配重下端的缩径滑杆。
4.根据权利要求3所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于所述的活动配重为圆盘状，所述的缩径滑杆为圆柱形，并与该活动配重同轴。
5.根据权利要求I所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于所述的活动配重由配重主体和摆臂组成，该摆臂的一端与所述的机架铰接，另一端与该配重主体连接；在所述的固定配重的上端设有顶杆，在该顶杆的顶端装有滚轮；该顶杆上的滚轮的顶端与活动配重的下面之间留有工作间隙。
6.根据权利要求5所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于在所述的活动配重的主体或摆臂上装有砝码。
7.根据权利要求I所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于所述的闸门驱动装置采用液缸、气缸或电动装置；所述的控制器采用微机或可编程控制器。
8.根据权利要求I所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在干在所述的牵引辊上装有转速传感器，并与所述的控制器连接。
9.根据权利要求I所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于所述的控制器的输出端通过变频器与所述的牵引辊的驱动电机连接。
10.根据权利要求I所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于在所述的机架的下部设有与地面安装的支架；将所述的进料接管下端出口与挤出机的进料ロ相对设置但留有间隙，或将所述的进料接管下端出口通过软管与挤出机的进料 ロ连接。
专利摘要一种挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其控制器的输入端与称量装置连接，控制器的输出端与挤出机的挤压螺杆的驱动电机或牵引辊的驱动电机连接。称量装置包括原料斗、机架和称量斗，原料斗安装在机架的上端，在原料斗的下端出口装有闸门；称量斗安装在原料斗下面，该称量斗的一侧与一杠杆的一端连接，该杠杆的另一端装有一固定配重，该杠杆的支点铰接在该机架上，在该固定配重下面装有下接近开关；在固定配重的上方设有活动配重，该活动配重活动地支撑在一配重支架上，在该活动配重的下面设有上接近开关；该闸门、上接近开关和下接近开关分别与所述的控制器连接。优点是简化了结构，降低了成本，控制原理简单，提到了控制精度。
文档编号B29C47/92GK202336998SQ20112042126
公开日2012年7月18日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年8月26日
发明者王根乐 申请人:王根乐