CN1022125C - 容积式泵 - Google Patents

Abstract

本发明的泵可以用来泵送未经硫化的橡胶等材料，它具有通过开口(12)向缸体(11)送料的一螺旋(21)和推送橡胶使其通过一个止回装置(15)的一输送活塞(10)。这种泵是容积式的。

Description

本发明涉及一种容积式泵。具体来说，本发明涉及泵送糊状材料如未经硫化橡胶用的容积式泵。

橡胶产品的工艺方法，在制造产品的各阶段中需要对未经硫化的橡胶测定剂量。

例如，生产混合橡胶产品时一般要进行测重。用橡胶制轮胎坯时，欧洲专利申请EP264600提出使用一种液缸活塞装置，利用精确测出作为挤压件的活塞所扫过的容积的方法来测定容积剂量。但是，由于缸体是空的，为使之能够再次测定剂量必须再次将其充满，所以这种方法是一种间断性的方法。

由于采用了螺旋挤压机，使从原料到压制成产品的流程不再间断，但是，螺旋挤压机不是容积式的，尤其是在启动和停机阶段，其容积是很不确定的。只有在非常稳定的状况下，如稳定的温度，挤压机出口压力头损耗无变化的情况下，螺旋挤压机才能挤压出可测定的容积，另外，从一种原料变换成具有不同物理性质的另一种原料如不同的粘合剂 时，对于螺旋的一定的转速，螺旋挤压机所挤压出来的体积是不同的。使挤压机或泵可被认为是容积式的一个必要条件是：挤出的量只取决于所述挤压机或泵的控制参数（例如，输入轴转速）而不明显取决于被挤压材料的物理性质。

专利文献FR2301377中公开了一种容积式泵，它具有第一和第二往复活塞，在液压控制下，通过一组有选择地将缸体连接于排放口或送料装置的阀门而送入或排出材料。

本发明的目的是提供一种容积式泵，它可以连续工作，无论在启动或停机阶段都保持其容积式泵的特性，即对于输入轴一定的转速来说其排放量也是一定的。

按照本发明的容积式泵，具有至少一个能在缸体中滑动，在上死点（PMH）和下死点（PMB）间往复运动的活塞和向缸体送料的装置，其特征在于：缸体的壁上具有一个在输送期间可以被封闭的材料入口和一个装有止回阀的出口，所述送料装置通过入口向缸体送料，在泵的一个循环中被挤压出的体积是每个输送活塞在其行程中入口被封闭那一点和上死点之间所扫过的容积的函数，所述泵是由一根输入轴驱动的，每个活塞的运动由一凸轮系统控制，因而使得通过出口的材料排放量对于所述输入轴的恒定转速来说是恒定不变的。

按照传统的术语，“上死点”是压缩结束时所达到的行程端点，“下死点”是活塞行程的另一个端点。

上述泵在每一个循环中所输送的材料体积与输送压力无关，因而是容积式的。但是，这种泵最简单的变型是只有一个活塞，其输出量是脉动的，其平均量是恒定的，但在循环的整个期间不尽相同。

因此，本发明对这种容积式泵装置增设了一个用于稳定排放的部件，另一方面，本发明提供了一种多活塞泵，其瞬时输出量与平均输出量相等。

现在对照以下附图描述本发明的不同实施例，在各实施例中，泵都设计为一个由一根输入轴驱动的单元，能够由一自动装置控制，该自动装置具有一传动装置，该传动装置可与其输入轴接合，但是这种布置结构肯定是非限定性的。

图1是一容积式泵;

图2是图1所示泵上装有一脉动补偿装置;

图3解释图2所示泵的某些运动;

图4所示为一多活塞容积式泵的剖视图，它是沿图6的Ⅳ-Ⅳ线剖开的;

图5是沿图6中Ⅴ-Ⅴ线的剖视图;

图6是沿图4中Ⅵ-Ⅵ线的剖视图;

图7和8说明对图4所示泵的关键运动的控制。

图1和2中，一输送活塞10可在一缸体11中滑动。图中的输送活塞10处于其行程的上死点。在这个位置上，缸体11壁上的四个入口12被输送活塞10封闭，而在行程的下死点时它们不再被封闭。如图所示有一个局部地围住缸体11的腔20。送料螺旋21的转动轴线与缸体11的轴线重合，送料螺旋在腔20中转动，并将材料送向入口12，入口12布置在腔20的端部。

由于任何材料，具体来说，未经硫化的橡胶是通过布置在缸体11侧壁上的入口12注入的，可以具有很大的通路截面和最小压力头损耗，所以可很有效地送入缸体。缸体11的连续性是靠几个窄部分120来维持的，以便保证输送活塞10在缸体11中的导向。入口12在轴向（输送活塞10的运动方向）上的尺寸是经过最佳化选择的，以便于通过缸体11的完整输送来保证泵的容积特性（也就是入口在轴向上尽可能大），并且在给定的转速下获得最大的排放（也就是出口在轴向上尽可能小）。由于腔20在所有侧面包围着缸体11，对缸体的活塞扫过的部分的注入是在整个圆周上进行的，因而十分迅速。

在腔20的另一侧有一送料口22，位于腔20的径向外壁上，由于送料螺旋21的转动自动形成橡胶的送进，足以向送料口送入一束未经硫化的橡胶。人们也可以构思出送进生橡胶的其它形式，这里不要求容积精度。由于送料螺旋相对于缸体11的同轴布置，保证了材料在整个缸体11中的良好的最终分布，也可减小尺寸。

在上死点侧封闭缸体11的壁13具有一个出口14，该出口设有一个止回装置。在这个实施例中，止回装置是一球体15，其向后的运动受到止块的限制。球体15在输送活塞10给予橡胶的压力的作用下打开出口14，而在背压作用下闭合出口14。这种泵可以对糊状产品如未经硫化的橡胶进行完满的容积式剂量测定。

为了封闭出口14，不受出口14下游背压的影 响，可以借助弹簧将珠体15压回到球座上。也可以设置与输送活塞10同步控制的如闸板那样的止回装置，以便入口12一旦被输送活塞10封闭即迅速抬起，而且活塞一旦到达其上死点即封闭出口14。

运动链系包括输入轴3，控制螺旋21转动的第一齿轮系31和通过一连杆曲柄系统33控制从输送活塞10延伸出的杆100的往复运动的第二齿轮系。

至此所描述的泵的输出量都是脉动的，这就是说，对于输入轴3的一定转速，平均输出量是恒定的，然而输送活塞10在一个循环中的瞬时输出量却是变化的。对于需要避免脉动的应用场合，在止回装置的下游和排放口的上游需要增设一个能够补偿脉动的可变化容积的外壳。该外壳容积的变化须使其可以吸收由泵在其行程的有用部分中挤出的部分体积并在泵循环的其余部分维持通过排放口的排放，在止回装置封闭了缸体的出口时恢复其容积。

这就是图2所示增设的装置的作用。如图2所示，容积可变的外壳4设置于出口14和排放口17之间。在活塞10的介于它封闭入口12的那点和上死点之间的那一段行程中所必须吸收的体积必须相应于补偿活塞41所扫过的容积。补偿活塞41的头部410构成外壳4的一部分壁。

在图2中，标号40代表外壳4容积的可变部分，也就是说，这一可变部分是当补偿活塞41处于其图示位置时的补偿活塞41的头部410和当补偿活塞41处于其上死点时的补偿活塞41的头部410之间所包含的容积。补偿活塞41的运动与输送活塞10的运动相协调以便使通过排放口17的排放恒定。

这些运动是由同一输入轴3来控制的。可以看到，驱动输送活塞10的连杆曲柄系统33的曲柄330也保证凸轮42的同步转动，凸轮42控制补偿活塞41的前进，而补偿活塞41的返回则由腔4中的背压来保证。

在图3中的展开图表示泵的主运动。横坐标代表曲柄330的转动角，纵坐标代表输送活塞10的行程（曲线A），补偿活塞41的曲线是曲线B。

凸轮的轮廓按下述方式决定：即由输送活塞10和补偿活塞41的位移所产生的容积，其代数和，保证通过排放口17有恒定的排放。在上述代数和中，只计入输送活塞10在入口12的封闭和上死点之间（行程部分H，称为有用行程）的有用位移PC期间的动作。而在循环中的其它时间则认为是零。上述恒定排放本身的决定十分简单，只要将输送活塞10能够挤出的材料的体积在整个循环上平均开而不考虑补偿活塞41。在补偿阶段PC，由于输送活塞10（曲线A）和补偿活塞41（曲线B）产生的排放总和由曲线C代表。

当输送活塞10的运动由连杆曲柄系统控制时，活塞的线速度接近于在其封闭入口12的瞬间（在该瞬间出口14被放开）时它的最大值。因此，补偿活塞41突然反向运动，这时，返回速度最大，在运动的这一反向之后，返回速度是精确的。

以这种方式设计的泵可以做得十分紧凑，非常适合于制造轮胎坯时橡胶的自动化测定剂量，所谓“轮胎坯”是指制造过程中硫化之前的任何阶段。本发明可用于制造轮胎的方法中，使用前述的泵送方法泵送未经硫化的橡胶制成轮胎坯。

为了避免进行突然的补偿，输送活塞的运动以及补偿活塞的运动可由凸轮来控制，凸轮的轮廓需适当地设计。当配料的流变学性质允许时，也可用一个送料螺旋21为几个活塞送料。这使泵的排放量得以增加，而其它条件不变，这就减小了腔20中橡胶流的中断，如果送料螺旋继续转动，则这种中断会导致橡胶温度过高。因此，当预见到的应用场合中不适于用连杆曲柄系统来驱动时，最好采用下述的容积式泵：这种泵具有一个进料口和一个排放口，并且完全由一个输入轴驱动，它具有至少一个输送活塞，在缸体中的上、下死点间做往复运动，缸体的壁上具有一个在输送期间可被封闭的进口，还有一个设置了止回装置的出口，上述泵具有为上述缸体通过入口送料的装置，泵在一个循环中挤出的材料体积是每个输送活塞介于其封闭入口那一点和上死点间行程所扫过的容积的函数，每个活塞的运动由一凸轮系统控制，其路径的设计，应使通过排放口排放的材料排放量对恒定的输入轴转速来说是恒定不变的。

图4是本发明容积式泵的一个变型，它具有两个输送活塞10，其运动由同一凸轮50控制。在本说明书中，术语“凸轮”指借助转动按照选定的规律产生线性周期运动或角度周期运动的任何机械零 件。

输入轴3直接与送料螺旋21接触，送料螺旋21装在腔20内，腔20上设置一送料口22。送料螺旋21保证向腔20的端部200送料，材料从该端部通过入口12进入缸体11。这些入口12布置在缸体11的整个圆周上以便保证良好的装料性能。

如上所述，每个缸体11的装料是靠缩回的活塞10进行的。被挤压的精确体积取决于在活塞10封闭入口12那一瞬时将扫过的缸体11内的容积。在缸体11上死点一侧的出口14设置一止回装置，图中所示为一球体15，球体15的运动下文将加以说明。

两输送活塞10的运动相互协调，以便使通过位于外壳4下游的排放口17的排放保持恒定，外壳4接受每个缸体11输送的材料。所有活塞的运动都受一凸轮50的控制。凸轮50是双动式圆柱形的。通过一周转轮系34，凸轮50被驱动，其转速4倍于输入轴3的转速。输入轴3刚性地连接于行星齿轮载体341，在行星齿轮载体341上装有两个曲柄销342。行星齿轮343装在上述曲柄销342上的滚针轴承344上。行星齿轮343的齿与外齿环345和内齿环346相啮合。内齿环346紧固在凸轮50上。凸轮50通过减摩轴承装在输入轴3上以及泵体1之内。

活塞10的平动平行于凸轮50的转动轴线。每个活塞10从下死点到上死点的运动受一主滚轮51的控制，滚轮51与凸轮上加工出的第一路径52相接合。滚轮51装在一叉形件上，其两侧板520设置在滚轮51的两相对侧。另外，滚轮51布置在它所驱动的活塞11的轴线上。上述叉形件避免滚轮悬臂式安装。因此，活塞10，具体来说是与滚轮51相连接构成活塞10后部延伸的杆100，不受挠曲作用，由于输送压力相当大，产生很大的力，因此这一点是很重要的。

从上死点向下死点的返回运动在很小的力下发生，是由副滚轮53控制的，滚轮53比主滚轮51小得多。滚轮53相对于活塞10悬臂式地安装在杆100上，并与凸轮50的第二种径54相接合。

图7和8是凸轮50的展开图，说明凸轮50的设计原理。横坐标代表角度。一整转相应于2π弧度。“N”是输送活塞10的数目。有必要设置N个滚轮组件51和53，每个都用来保证对一个输送活塞10的驱动，它们相隔2π/N弧度。纵坐标表示每个输送活塞10轴向上的位移。高度H代表每个活塞的有用行程，也就是说，入口12封闭点和上死点间的行程。在一个2π/N-R的弧上，路径52具有一个不变的斜度，其中R是两活塞间的重叠角，该角相应于到达上死点的输送活塞减速，为了保证排放恒定随后的输送活塞必须加速的时间。除了这些重叠期间之外，对于输入轴3恒定转速的作用，输送活塞10之一作均匀的前进运动。因此，路径52相应于2π/N的斜度是不变的。

在2π/N的下游侧，路径52设计成能使活塞在上死点处制动（因此在下游侧的期间R的末端，路径52的斜度为零），而在2π/N的上游侧，路径52设计成能使随动输送活塞协调地启动（路径52的形状使得每个滚轮51的前进之和保证排放恒定）。路径52的其余部分使得每个活塞从上死点PMH移向下死点PMB，然后上行以封闭入口12，其间的连接是逐渐的以保证平滑的运动。

副滚轮53与路径54接合，路径54的形状保证了双动式驱动，即每个活塞的各个滚轮51和53都总是与路径相接合。也可以在装有滚轮的叉形件上开槽口以便借助侧缘使其与路径进入接合状态，从而保证活塞向下死点的返回，因此用一个滚轮获得双重的控制。

每根杆100都穿入泵体1上的凹槽101。该凹槽的作用是收集活塞10和有关缸体11间橡胶的微量泄漏，以便防止橡胶在不希望的地点聚集，例如在传动装置的高度上聚集。在任何情况下，这些泄漏与泵的容积来比都完全可以忽略不计，泵的容积精度达0.3%，但是对泵的保养方面而言则必须考虑到这些泄漏，因为泵必须能无故障地工作数万个小时。

放置在缸体下游的止回装置是由一球体15构成的，球体15与缸体11外侧的出口14上形成的球座配合工作。每个球体15都与一延伸杆150相接触。两根延伸杆150与同一根摇杆162（见图5）相接触，摇杆162保证当一球体15松开出口14时，另一球体15则抵紧其球座，反之亦然。摇杆162又由两推杆163驱动，每根推杆163又受一滚轮164作用。两滚轮164相隔180°，沿凸轮 50上加工出的路径165运动，从而使球体15的运动与相应的输送活塞保持同步。为了保证用一个路径165实现双动式控制，必须设置两根推杆163，如图4所示。图8与图7相位一致，但是专门为N＝2时的情况而绘制的。

如果必要，本发明的泵可以增设空气，水或油冷却装置以便排放送料螺旋产生的热量。该送料螺旋也起搅拌作用。

显然，本说明书只是有关本发明的描述而并不是对本发明范围的限定，对本发明的非关键的技术特征来说，本专业技术人员可以构想出许多变化。

当应用于轮胎制造时，对于构成轮胎的每一种橡胶配料都可以设置一台本发明的泵。每一台泵都由一自动装置操纵，该自动装置在按照需要挤压出的体积驱动输入轴3转动时在制造过程中保证排放口17的适当排放以制造轮胎坯。可以使用一个用于操纵的自动装置按照一定的程序相继与不同的泵相联结。也可以绕一坯具布置若干用于操纵的自动装置以便同时输送不同的橡胶配料。一组本发明的容积式泵连同一个或多个用于操纵的自动装置可以构成橡胶产品制造机的容积式挤压机，欧洲专利申请0264600就是其中的一例。本发明也可以用来制备半成品如橡胶胎面或者其它产品如阀瓣等。

Claims (11)

1、一种容积式泵，具有至少一个能在缸体(11)中滑动，在上死点(PMH)和下死点(PMB)间往复运动的活塞(10)和向缸体送料的装置，其特征在于：缸体(11)的壁上具有一个在输送期间可以被封闭的材料入口(12)和一个装有止回阀的出口(14)，所述送料装置通过入口(12)向缸体送料，在泵的一个循环中被挤压出的体积是每个输送活塞在其行程中入口(12)被封闭那一点和上死点之间所扫过的容积的函数，所述泵是由一根输入轴驱动的，每个活塞的运动由一凸轮系统控制，因而使得通过出口(14)的材料排放量对于所述输入轴的恒定转速来说是恒定不变的。

2、按照权利要求1所述的泵，其特征在于：所述送料的装置由在一腔（20）中转动的送料螺旋（21）构成，该送料螺旋延伸于所述入口和位于所述腔（20）外壁上的一送料口之间。

3、按照权利要求2所述的泵，其特征在于：所述腔（20）至少在入口（12）的高度上局部地绕缸体（11）布置，送料螺旋（21）的转动轴线与所述缸体（11）的轴线相同。

4、按照权利要求1-3之一所述的泵，其特征在于：它还具有一容积可变的外壳（4），外壳（4）位于出口（14）的下游和一排放口（17）的上游。

5、按照权利要求4所述的泵，其特征在于：它还具有一个补偿活塞（41），其头部（410）构成外壳（4）壁的一部分，而且外壳（4）容积的可变部分是在循环的任意点上补偿活塞（41）的头部（410）和在补偿活塞（41）的上死点（PMH）上补偿活塞（41）的头部（410）之间所包含的容积。

6、按照权利要求5所述的泵，其特征在于：补偿活塞（41）的运动受一凸轮（42）的控制，凸轮（42）与输送活塞（10）的运动保持同步转动。

7、按照权利要求2所述的泵，其特征在于：它具有至少两个在所述缸体（11）中滑动的输送活塞（10），所述送料螺旋（21）向所有上述缸体（11）送料，设有止回装置的每个出口（14）通向设有一个排放口（17）的收集器，而且所有输送活塞（10）的运动是协调的以便使通过排放口（17）的排放保持恒定。

8、按照权利要求7所述的泵，其特征在于：所有活塞的运动受一个双动式圆柱凸轮（50）的控制，其转动轴线平行于所述活塞的轴线。

9、按照权利要求8所述的泵，其特征在于：每个输送活塞从下死点（PMB）至上死点（PMH）的运动受与凸轮（50）的第一路径（52）接合的一主滚轮（51）的控制，所述主滚轮（51）装卡在两侧壁（520）之间并设置在所述活塞（10）的轴线上，而且从上死点（PMH）向下死点（PMB）的返回运动是受与凸轮（50）的第二路径（54）相接合的副滚轮（53）的控制，所述副滚轮（53）相对于每个活塞（10）悬臂式地安装。

10、按照权利要求1所述的泵，其特征在于：所述止回装置是由一个与缸体（11）外侧出口（14）上形成的球座（151）配合工作的球体（15）构成的。

11、按照权利要求10所述的泵，其特征在于：所述球体（15）的运动受到控制，与输送活塞（10）的运动同步。

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