CN102470332A - 使用线性泵的可变流量控制器 - Google Patents

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Abstract

公开了可变比分配系统(10)和固定比分配系统100。每个泵(12)由使齿轮泵(16)旋转的DC电动机(14)提供动力，齿轮泵(16)嵌入液压动力机组(18)中。动力机组(18)的输出供给液压线性电动机(20)，其中其方向由双输出换向阀(22)控制。液压线性电动机(20)驱动机械地连接到液压泵(12)的一个或两个材料泵(24)。使用定制设计的电动机控制模块(MCM)(26)，通过改变DC电动机(14)的转矩输出来控制材料泵(24)的压力和/或流量输出。MCM(26)使用线性位置传感器(28)和安装在材料泵(24)的输出处的压力变送器(30)作为用来控制泵(24)的主要过程变量(或反馈)。该系统不依赖昂贵的流量计来控制泵的输出。

Description

使用线性泵的可变流量控制器
技术领域
本申请要求2009年7月29日递交的美国专利申请序列号为61/229,347的利益，该专利申请的内容特此通过引用被并入。
背景技术
当在高端系统中分配双组分材料时，一个问题是需要在分配操作之间的空闲时期期间维持恒定的压力。在过去的实践中，尤其是在基于RIM(反应注射成型)的分配器中，使用了自动循环系统。自动循环系统要求分配泵和调节系统连续运行。
发明内容
本发明的方法将消除对自动循环系统、其成本和功率要求的需要，同时提供相似的结果。在根据本发明的固定比系统中，存在下列优点：(1)压力控制：在静态和动态条件下维持压力设定点，这消除了静态到动态的压力死区；(2)流速控制：将双组分材料的流速维持在设定点以保证准确的体积分配速率；(3)换向控制：减少在线性活塞泵的方向改变(换向)期间的体积损失——在换向期间的这种损失可造成分配体积中的损失；(4)材料粘度控制：对A侧和B侧部件的两个独立热量控制器为了分配重复性并通过在敷料器中的混合而控制材料粘度；(5)敷料器控制：在材料分配开始前保证所有参数满足要求。
相似地，在可变比系统中，存在以下优点：(1)压力控制：在静态和动态条件下维持压力设定点，这消除了静态到动态的压力死区；(2)流速控制：将双组分材料的流速维持在设定点以保证准确的体积混合比和分配速率；(3)换向控制：减少在线性活塞泵的方向改变(换向)期间的体积损失——在换向期间的这种损失可造成分配体积中的损失；(4)材料粘度控制：对A侧和B侧部件的两个独立热量控制器为了分配重复性并通过在敷料器中的混合而控制材料粘度；(5)敷料器控制：在材料分配开始前保证所有参数满足要求；和(6)同步泵控制：无相移的泵控制。
以下的公开基于图1的系统结构图。该图示出了完整的变比系统。一般设计可用于可变比分配系统和固定比分配系统。
如图中所示，每个泵由使齿轮泵旋转的DC电动机提供动力，齿轮泵嵌入液压动力机组中。动力机组的输出供给液压线性电动机，其中其方向由双输出换向阀控制。液压线性电动机驱动机械地连接到液压泵的一个或两个材料泵。
使用定制设计的电动机控制模块(MCM)，通过改变DC电动机的转矩输出来控制材料泵的压力和/或流量输出。MCM使用线性位置传感器和安装在材料泵的输出处的压力变送器作为用来控制泵的主要过程变量(或反馈)。该系统不依赖昂贵的流量计来控制泵的输出。
将安装两个MCM来独立地控制两个泵。在这种配置中，这两个MCM将彼此通信以为用户提供真正的可变比系统。
为了消除对昂贵的自动循环部件的需要，该系统将停转到用户输入的设定压力。停转到压力是在关闭分配阀的情况下操作电动机和泵至低转矩水平的过程。当在这种模式下时，为维持所要求的目标压力仅需要施加到电动机的小水平转矩。
实施这个工作将节约相当大的功率，因此消除了对在空闲的非分配时期期间内连续操作泵的需要，且将消除操作材料调节系统的需要。停转到设定压力将帮助保证在分配操作开始时从材料敷料器分配的材料处在期望压力下。
系统将在分配操作之后在压力下停转到在最后分配操作期间设定的目标压力。这将在分配之间的空闲情况期间保持。
当启动新的分配操作时，在分配开始之前，将用于分配的新的目标压力输入到压力控制逻辑中(取代较老的目标压力)。如果之前描述的空闲停转条件维持一段延长的时间，“停转到压力”条件将终止。允许“停转到压力”条件存在的有限限制是节省功率，减少液压动力机组和其他机械部件中的热量。
下列优点适用于没有配置自动循环系统的系统：
·本发明消除了对自动循环阀、逻辑和相关循环管道系统的需要。
·本发明消除了在分配水平运行调节系统的需要，因此节省了运行机器的相当大的功率。
·由于泵在空闲时期期间不会高度运行，预期机械部件上的磨损较少。
在可变比分配配置中，用户可选择以恒定流速分配双组分材料。MCM将采用用户要求的流速(对于混合的双组分材料以随着时间增加的体积为单位)，并使用下列项将信息数字地转化为系统中每个泵的目标活塞速率：
1.A泵和B泵的尺寸。
2.用户输入的材料比。
通过控制泵压力和泵速度来进行所分配的材料的流速控制。通过计算以固定时间间隔的泵位置的变化，由MCM逻辑计算速度。
现有的MCM逻辑将通过用单速PID逻辑回路或两个级联的PID回路维持泵换向之间的活塞速度来控制流量，顶部速率控制回路将其控制输出供给具有压力设定点的较低压力控制回路。如果在低分配压力下运行，可使用仅泵速率控制回路。
为了将系统成本最小化，流量控制逻辑不需要置入昂贵的流量计以监控泵的流量输出。对于该系统，单独的可选的流量监控模块可用来验证泵的流量输出。单独的可选的系统使用安装在材料流动路径中的流量计来验证系统的流量输出。
在每次泵的速率计算之后，MCM负责监控和跟踪是否达到泵的目标流速。如果逻辑对其大部分分配操作不能维持目标速率(在目标的某个百分比内)，将产生相应的空比(off ratio)或低流量(off flow)错误代码。
当在可变比例系统中以恒定流量分配时，下列条件适用：
a.当分配在整个分配操作期间需要有在同一比例的最终混合材料的比例的2组分时，两个泵将以同步模式运行。换句话说，为更好地确保在泵换向过程中不存在“占比情形(on ratio condition)”，两个泵必须同时换向以同时重复两个泵中的压力下降。对于一些2组分材料来说，这一过程可能是不必要的。
b.为了控制2个泵的比，这两个泵必须在分配操作期间的大部分时间维持它们各自的泵速率。例如，为了对相同尺寸的2个泵以2∶1比分配，一个泵的泵速率需要比第二个泵快2倍。对于这种类型的分配来说，如以上阐述的，较慢同步的泵将是“短行程的”(不会行进整个泵长度)。
下列优点适用于可变比控制系统：
1.本发明允许使用更便宜且将分配更多种类的材料的线性泵。对于可变比分配应用使用合理的齿轮泵是更昂贵的，且当分配高粘度或研磨材料时不能很好地工作。
2.对于用户来讲，本发明不需要用于控制流量的昂贵的流量计。
3.本发明允许用户改变流速和分配比而无需改变任何机械设置。
4.本发明允许用户在主动分配操作期间改变流速和分配比。
从结合附图所做出的以下描述中，本发明的这些和其他目标和优点将呈现得更加充分，其中在这几个图中相似的参考符号始终指相同或相似的部分。
附图的简要说明
图1示出了根据本发明的可变比系统。
图2示出了根据本发明的固定比系统。
用于实现本发明的最佳模式
以下的公开基于图1的系统结构图。该图示出了完整的可变比系统10。一般设计可用于可变比分配系统10和固定比分配系统100。
如图中所示，每个泵由使齿轮泵16旋转的DC电动机14提供动力，齿轮泵16嵌入液压动力机组18中。动力机组18的输出供给液压线性电动机20，其中其方向由双输出换向阀22控制。液压线性电动机20驱动机械地连接到液压泵12的一个或两个材料泵24。
使用定制设计的电动机控制模块(MCM)26，通过改变DC电动机14的转矩输出来控制材料泵24的压力和/或流量输出。MCM 26使用线性位置传感器28和安装在材料泵24的输出处的压力变送器30作为控制泵24的主要过程变量(或反馈)。该系统不依赖昂贵的流量计来控制泵的输出。
将安装两个MCM 26以独立地控制两个泵24。在这种配置中，这两个MCM 26将彼此通信以为用户提供真正的可变比系统。
为了消除对昂贵的自动循环部件的需要，该系统将停转到用户输入的设定压力。停转到压力是在关闭分配阀32的情况下操纵电动机14和泵24至低转矩水平的过程。当在这种模式下时，为维持所要求的目标压力仅需要施加到电动机的小水平转矩。
实施这个工作将节约相当大的功率，因此消除了对在空闲的非分配期间内连续操作泵24的需要，且将消除操作材料调节系统的需要。停转到设定压力将帮助保证在分配操作开始时从材料敷料器分配的材料处在期望压力下。
系统将在分配操作之后在压力下停转到在最后分配操作期间设定的目标压力。这将在分配之间的空闲情况期间保持。
当启动新的分配操作时，在分配开始之前，将用于分配的新的目标压力输入到压力控制逻辑中(取代较老的目标压力)。如果之前描述的空闲停转条件维持一段延长的时间，“停转压力”条件将终止。允许“停转到压力”条件存在的有限限制是节省功率，减少液压动力机组和其他机械部件中的热量。
在可变比分配配置中，用户可选择以恒定流速分配双组分材料。MCM将采用用户要求的流速(对于混合的双组分材料以随着时间增加的体积为单位)，并使用下列项将信息数字地转化为系统中每个泵的目标活塞速率：
1.A泵和B泵的尺寸。
2.用户输入的材料比。
通过控制泵压力和泵速度来进行所分配的材料的流速控制。通过计算以固定时间间隔的泵位置的变化，由MCM逻辑计算速度。
现有的MCM逻辑将通过用单速PID逻辑回路或两个级联的PID回路维持泵换向之间的活塞速度来控制流量，顶部速率控制回路将其控制输出供给具有压力设定点的较低压力控制回路。如果在低分配压力下运行，可使用仅泵速率控制回路。
为了将系统成本最小化，流量控制逻辑不需要置入昂贵的流量计以监控泵的流量输出。对于该系统，单独的可选的流量监控模块可用来验证泵的流量输出。单独的可选的系统使用安装在材料流动路径中的流量计来验证系统的流量输出。
在每次泵的速率计算之后，MCM负责监控和跟踪是否达到泵的目标流速。如果逻辑对其大部分分配操作不能维持目标速率(在目标的某个百分比内)，将产生相应的空比或低流量错误代码。
当在可变比例系统中以恒定流量分配时，下列条件适用：
a.当分配在整个分配操作期间需要有在同一比的最终混合材料的比的2组分时，两个泵将以同步模式运行。换句话说，为更好地确保在泵换向过程中不存在“占比情形”，两个泵必须同时换向以同时重复两个泵中的压力下降。对于一些2组分材料来说，这一过程可能是不必要的。
b.为了控制2个泵的比，这两个泵必须在分配操作期间的大部分时间维持它们各自的泵速率。例如，为了对相同尺寸的2个泵以2∶1比分配，一个泵的泵速率需要比第二个泵快2倍。对于这种类型的分配来说，如以上阐述的，较慢同步的泵将是“短行程的”(不会行进整个泵长度)。
下列优点适用于可变比控制系统：
设想可对流量控制系统做出各种改变和修改，而不偏离如下列权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种可变流量多组分分配系统，所述分配系统包括：
第一液压泵和第二液压泵；
DC电动机，其给每个所述液压泵提供动力；
双输出换向阀；
至少一个液压线性电动机，其方向由所述换向阀控制；
第一电动机控制模块；以及
至少一个材料泵，所述材料泵具有压力输出和流量输出，且被机械地连接到所述液压线性电动机，所述输出中的一个通过使用所述电动机控制模块改变所述DC电动机的转矩输出来控制。
2.根据权利要求1所述的可变流量多组分分配系统，还包括线性位置传感器和安装在所述材料泵的输出处的压力变送器。
3.根据权利要求2所述的可变流量多组分分配系统，还包括第二电动机控制模块，其中所述第一电动机控制模块和所述第二电动机控制模块独立地控制所述第一材料泵和所述第二材料泵。
4.根据权利要求3所述的可变流量多组分分配系统，其中所述第一电动机控制模块和所述第二电动机控制模块彼此通信，以提供真正的可变比率系统。
5.根据权利要求1所述的可变流量多组分分配系统，其中所述电动机控制模块将停转到用户输入的设定压力。
6.根据权利要求5所述的可变流量多组分分配系统，其中小水平转矩施加于所述电动机以维持所要求的目标压力。
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