CN104254689A - 具有水平安装的步进/伺服电机的喷枪泵 - Google Patents
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Abstract
一种用于泵送粘性液体的泵。所述泵包括主体、细长芯和围绕所述芯的管。安装在所述主体上的步进或伺服电机具有选择性地可旋转的输出轴。可操作地连接所述电机输出轴和所述细长管的传动件使所述管在升高位置和降低位置之间往复移动。限定可膨胀下部腔室的进口止回阀被定向以在每个向下泵送行程期间打开，使得液体进入所述下部腔室。所述泵包括泵腔室和把所述下部腔室连接到所述泵腔室的供给通道。所述通道具有止回阀，所述止回阀被定向以在每个向上行程期间打开，从而把液体从所述下部腔室输送到所述泵腔室。连接到所述泵腔室的出口通道允许液体在每个向上和向下行程上从所述泵腔室流到出口。
Description
发明领域
本发明涉及泵，且更具体说来涉及可称为喷枪泵或回转泵的类型的可膨胀腔室泵，尤其适于从其供应源(例如，滚筒中的润滑剂)泵送润滑剂(包括润滑脂)。
发明背景
本发明的泵与下列美国专利中所示的泵在相同领域：2,187,684；2,636,441；2,787,225；3,469,532；3,502,029；3,945,772；4,487,340；4,762,474；和6,102,676，后者针对密苏里州圣路易斯市的林肯工业有限公司销售的喷枪泵，商标为美国专利申请13/331,249描述了与本发明的泵在相同一般领域中的另一种泵。虽然例如上文识别的那些喷枪泵之类的喷枪泵已在商业上获得成功，但是需要提供选择性可变输出压力并降低对复杂的减速传动的需要的泵。
发明概要
在一方面，本发明包括一种用于从容器泵送粘性液体的泵。所述泵包括泵体，所述泵体适于设置于所述容器上方。所述泵也包括细长芯，当所述主体被设置于所述容器上方时，所述细长芯从固定地连接到所述主体的上端向下延伸，经过上部和下部，到达下端。当所述主体处于所述容器上方的适当位置时，围绕所述芯的细长管从所述主体垂直向下延伸到所述液体中。所述管具有纵向轴线，所述纵向轴线在安装在所述主体上以进行垂直往复移动的上端和与所述上端相对的下端之间延伸、延伸通过所述芯的所述下端。所述管具有上盖和下盖，当所述管往复移动时，所述上盖和下盖可滑动地容纳所述芯并提供横向支撑。当所述主体处于适当位置时，安装在所述主体上的步进电机具有在所述容器中的所述液体上方水平延伸的选择性地可旋转的输出轴。所述泵也包括传动件，所述传动件可操作地连接所述步进电机输出轴和所述细长管，以使得当所述步进电机输出轴旋转时，所述管在所述升高位置和所述降低位置之间往复移动，从而在交替向上和向下泵送行程中驱动所述管。安装在所述管内部在所述芯的所述下端下方的进口止回阀与所述芯的所述下端一起限定可膨胀且可收缩的下端腔室。所述进口止回阀被定向以在所述管的每个向下泵送行程期间打开，以允许粘性液体进入所述下端腔室。所述泵具有环状泵腔室，所述环状泵腔室部分由所述管和所述芯限定为在所述下端腔室上方。在所述管中把所述下端腔室连接到所述环状泵腔室的供给通道具有供给通道止回阀，所述供给通道止回阀被定向以在所述管的每个向上泵送行程期间打开，其中所述进口止回阀关闭以把粘性液体从所述下端腔室输送到所述环状泵腔室。连接到所述环状泵腔室的出口通道允许粘性液体在每个向上泵送行程和每个向下泵送行程上从所述环状泵腔室流到出口。
在另一方面，本发明包括一种用于从容器泵送粘性液体的泵。所述泵包括泵体，所述泵体适于设置于所述容器上方；和细长芯，当所述主体被设置于所述容器上方时，所述细长芯从固定地连接到所述主体的上端向下延伸，经过上部和下部，到达下端。另外，所述泵具有细长管，所述细长管围绕所述芯，且当所述主体处于所述容器上方的适当位置时，所述细长管从所述主体垂直向下延伸到所述液体中。所述管具有纵向轴线，所述纵向轴线在安装在所述主体上以进行垂直往复移动的上端和与所述上端相对的下端之间延伸、延伸通过所述芯的所述下端。所述管具有上盖和下盖，当所述管往复移动时，所述上盖和下盖可滑动地容纳所述芯并提供横向支撑。所述泵也包括步进电机，所述步进电机安装在所述主体上，所述步进电机具有选择性地可旋转的输出轴，所述输出轴可操作地连接到所述细长管，用于使得当所述步进电机输出轴旋转时，所述管在所述升高位置和所述降低位置之间往复移动，从而在交替向上和向下泵送行程中驱动所述管。可操作地连接到所述步进电机的控制件控制所述步进电机的操作。此外，所述泵包括进口止回阀，所述进口止回阀安装在所述管内部、在所述芯的所述下端下方，且与所述芯的所述下端一起限定可膨胀且可收缩的下端腔室。所述进口止回阀被定向以在所述管的每个向下泵送行程期间打开，以允许粘性液体进入所述下端腔室。所述泵也具有环状泵腔室，所述环状泵腔室部分由所述管和所述芯限定为在所述下端腔室上方。在所述管中把所述下端腔室连接到所述环状泵腔室的供给通道具有供给通道止回阀，所述供给通道止回阀被定向以在所述管的每个向上泵送行程期间打开，其中所述进口止回阀关闭以把粘性液体从所述下端腔室输送到所述环状泵腔室。并且，连接到所述环状泵腔室的出口通道允许粘性液体在每个向上泵送行程和每个向下泵送行程上从所述环状泵腔室流到出口。
其它目的和特征将部分自下文明显且部分在下文中指出。
附图简述
图1是本发明的一个实施方案的喷枪泵的透视图；
图2是安装在润滑剂的供应源上的喷枪泵的侧视图；
图3是图1中泵的俯视图；
图4是沿图3的线4-4的平面取的垂直剖面图；
图5是示出泵的图4的部分的放大图tu[0001]，图58是示出泵中处于升高位置的步进电机的失速曲线的以psi计的压力对比以rpm计的速度的图；
图6是类似于图5但沿图3的平面6-6取的视图；
图7是类似于图5但示出处于降低位置的泵管的视图；
图8是示出细节的图5的部分的放大图；
图9是沿图5的线9-9的平面取的放大的水平截面图；
图10A图10C是示出在泵管的下行程和上行程期间当泵管在其上升和降低位置之间移动时泵管的下端、喷枪结构和喷枪结构上的活塞的顺序视图；
图11是示出喷枪结构的下端部分、活塞和相关组件的分离的透视图；
图12是根据本发明的一个实施方案示出控制器控制驱动喷枪泵的电机(例如，伺服电机或步进电机)的框图。
图13是根据本发明的一个实施方案示出控制器控制驱动喷枪泵的电机(例如，伺服电机或步进电机)的操作的流程图。
图14是示出电机的失速曲线的以psi计的压力对比以rpm计的速度的图。
对应的参考字符在整个附图中指示对应的部分。
详细描述
参考图1和图2，特别构造用于从供应源泵送润滑剂(特别是润滑脂)的本发明的喷枪泵或回转泵在全文中用参考数字21来指定。泵21包括中空主体和喷枪结构25，所述中空主体一般用23来指定，其适于放置于供应源上方，所述喷枪结构25从主体向下延伸。一般用25来指定的喷枪结构旨在延伸进入润滑剂的供应源。如图2中所指示，供应源可包括在容器R(例如滚筒)中，主体被安装在滚筒的顶部或盖T上，其中喷枪结构25通过顶部中的孔向下延伸进入滚筒朝向容器的底部B。虽然泵21已被开发用于泵送润滑剂且特别是润滑脂，但是其适于泵送其它可泵送的产品，尤其是粘性液体。
通常，泵21的基本结构和操作类似于先前提及的美国专利申请13/331,249中描述的喷枪泵的基本结构和操作，所述美国专利申请以引用的方式并入。特别地，参考图4图8，泵21包括在全文中用参考数字31来指定的构成泵杆或芯的细长构件，其从主体23向下延伸。芯31具有上端部分33、下端部分35和中间部分37。这些部分33、35、37在喷枪结构25的垂直中心轴线上共线。如图5和图8中示出，芯的上端部分33包括相对短的管状元件41，管状元件41具有从其下端延伸到其上端的孔43。后者延伸进入十字管45，十字管45延伸通过主体23并相对于芯31横向延伸。如本领域技术人员将明白的，管状元件41和十字管45充当出口。十字管45具有直径减小的末端(图7)，所述末端固定在穿入管状构造51、53的管状护圈47、49的开口中，管状构造51、53从主体23的相对壁水平向外延伸。O形环55被提供以把管状护圈密封在管状构造51、53中。如图7中进一步示出，O形环57也把十字管45的直径减小的末端密封在管状护圈47、49的开口中。管状元件41的上端被固定在十字管45中从十字管的底部向上延伸的垂直开口59中。开口57终止于十字管45的顶部下方。
如图5和图6中示出，管状元件41具有与十字管45的底部啮合的凸缘，且被O形环密封在开口59中。如本领域技术人员将理解，管状元件41的孔43的上端向十字管45的孔61打开，从而允许产品被通过管状元件的孔向上泵送以流入十字管的孔并向右流出十字管的孔，如图5和图7中的箭头所示。十字管45的左端由能够监测压力的塞子63阻塞，如下文将解释。如图9示出，管状元件41具有外径D1和总截面积A1。如图8示出，管状元件41具有直径减小的下端部分，所述下端部分固定地容纳在芯31的中间部分37的上端67的圆柱凹槽65中。当泵21操作时，产品进入管状元件41的孔43的下端并向上行进。芯31的中间部分37的上端67具有短轴向通道71和侧端口69，短轴向通道71从凹槽65的底部向下延伸，侧端口69正好在凹槽65的底部下方，以与围绕中间部分37的泵腔室73连通，从而行进到通道71并然后到管状元件41的出口通道43。
参考图5和图10A，泵芯31的中间部分37包括比管状元件41长得多的细长实心圆柱芯构件或杆75。在一个实施方案中，整个泵芯31可测量从管状元件41的上端到泵芯31的下端约19.15英寸，且管状元件可测量从其上端到细长构件75的上端67约4.0英寸。在示出的实施方案中，芯构件75具有沿其大部分长度的直径为D2(参看图9)的均匀的圆形横截面，但具有直径减小的下端延伸77。
参考图10A，泵芯31的下端部分35包括围绕实心芯构件75的下端延伸77的细长圆柱套筒83，其具有与实心芯构件的直径D2基本相同的外径。因此，泵芯31沿其中间部分37和下端部分35的外表面具有均匀的直径D2和截面积A2，如图9示出。
如图10A示出，套筒83具有从其下端到其上端轴向延伸的细长圆柱孔85。孔85具有对应于实心芯构件75的下端延伸77的外径的直径。套筒83的上端被固定(例如，通过螺纹连接)到延伸77。套筒83的长度使得其构成泵芯31的下端的下端与延伸77的下端隔开。在套筒83的下端形成的进口阀包括止回阀阀座85，止回阀阀座85具有可称为进口端口的止回阀端口87(参看图10A)。进口端口也包括止回阀球89。球89被一般用91来指定的止回阀闭合器向下偏置抵靠阀座85，以关闭端口87。
在示出的实施方案中，止回阀闭合器91包括杆93，杆93具有上部95和下部99，上部95可移动地容纳在孔97中，从延伸77的下端向上延伸，下部99向下延伸进入套筒83以啮合止回阀球89。杆93的上部95紧密间隙滑动配合在孔97内。位于孔中的弹簧101把杆93向下偏置以促使止回阀球89抵靠其阀座85。弹簧101围绕杆93的上部95的直径减小的延伸103，并对杆上的肩部105作出反应。杆93的下部99的外径小于套筒83的内径，以在杆和套筒之间提供通道111。环状通道111允许润滑剂从进口端口87向上流到环状通道的上端，其中套筒83中的横向端口113允许润滑剂从通道横向流出。因此，环状通道111和后端口113共同构成把下端腔室195连接到环状泵腔室73的供给通道。并且，止回阀球89和阀座87构成供给通道止回阀。通过芯31的横向孔115使上部中的孔97对围绕泵芯31的中间部分37的细长环状泵腔室73开孔，从而允许杆93在孔97中上下移动。如本领域技术人员将理解，把弹簧101设置在孔97中而不是环状通道111中促进润滑剂通过通道流到横向端口113。
参考图4，细长泵管121围绕泵芯31，并从邻近泵芯上端的位置向下延伸。一般以123指示的电机驱动的传动件被安装在主体23上，用于使泵管121在泵行程中往复移动。传动件123使泵管121在相对于固定泵芯31的升高位置(如图5、图6和图8中示出)和相对于泵芯的降低位置(如图7中示出)之间往复移动。泵管121在上行程期间朝向升高位置移动且在下行程期间朝向降低位置移动。
举例而言，在一个实施方案中，泵芯31约19.15英寸长，且具有约0.275英寸的直径D1和约0.390英寸的直径D2。泵管121约18.8英寸长，且具有约0.562英寸的内径。在这个实例中，图6和图8中以S指示的泵行程约为0.75英寸。
参考图5图8，泵管121具有一般用125来指示的上端盖，上端盖可在泵芯的上端部分33上向上并向下滑动，即，在管状元件41上。这个上端盖125具有孔127，孔127被调整尺寸以滑动地容纳管状元件41(参看图8)。上端盖125具有固定地安装在泵管121的上端中的下部或阀杆129和阀杆上的上部主体部分131。
如图8示出，一般用141来指定的双重密封件被设置为邻近上端盖125以密封泵管121的上端。双重密封件141包括设置于孔145中从盖125的阀杆129的下端向上延伸的上密封件143。上密封件143围绕芯31的管状元件41并对阀杆129和管状元件密封。在示出的实施方案中，上密封件143是在管状元件41上滑动的杯形密封件。双重密封件141也包括在管状元件41周围在上端盖125的阀杆129下方的金属衬套147。由衬套147进行的下密封件149对上密封件143下方的泵管121密封。在示出的实施方案中，下密封件149是位于环状槽151中在衬套145的外表面中的O形环密封件。可设想，在不脱离本发明的范围的情况下，可使用其它双重密封设置。
如图10A示出，泵管121具有一般用161来指定的下盖，所述下盖可滑动地安装在泵芯31的下端部分35(套筒83)上，所述下盖关闭泵管的下端以上部分。下盖161包括固定地安装在泵管121中刚好在泵管的下端上方的一般圆柱管状构件163。弹性环165被提供在盖161的上端上。环被护圈167固定在盖161上。环165围绕套筒83，所以其滑动地对套筒密封。在一个实施方案中，环165是在纵向平面中具有U形横截面的杯形密封件。O形环密封件169围绕管状构件163的下部。泵管121具有分别比沿其在上端盖125和下端盖161之间的整个长度的泵芯31大的内径D3和大的内部截面积，从而限定上文提及的泵腔室73。泵腔室73在固定泵芯31的表面和泵管的内表面之间延伸，并从上盖延伸到下盖。泵管121比泵芯31长，并在泵芯的下端75下方向下延伸，而不管其处于降低位置还是升高位置。在一个实施方案中，泵管121具有沿其整个长度的比泵芯31的中间部分37或下部35大的内部横截面。
泵管121包括细长管状构件171，细长管状构件171在其升高位置(图5、图6和图8示出)从其上端盖125一直向下延伸到下盖161下方的下端173。管状圆柱止回阀接头175被设置于管状构件171的下端部分中。这个接头175被如177指示的O形环密封件固定在管状构件171的下部中，并在构件171的下端173下方延伸。接头175具有从其下端处的开181向上延伸的通道179。通道179具有六角喉部183，六角喉部183形成向上的环状肩部185。构成进口止回阀的球止回阀189的环状阀座187(参看图10A)被安装在肩部185上。阀座187和球189占据接头175的上端中的向上开口凹槽191。球189被固定在接头175的上端上的内部肋护圈193捕获在凹槽191中。如图10A示出般形成球护圈193，以允许球189向上移动离开球阀座187，从而提供在球周围的润滑剂向上流到泵管121中固定芯31的下端75下方的空间195。空间195构成可膨胀且可收缩的下端腔室。球阀座187中的中央开197的面积为泵芯31其下端75的截面积的至少70％(即，面积A2的至少70％)，以减小阀座187上的压力下降。
参考图5，主体23具有大致矩形水平截面的上部201，和朝向其下端锥形向下的下部203，其下端具有向外延伸的凸缘205，凸缘205充当用于把主体安装到含有润滑剂的滚筒R的顶部T上(参看图2)的基部，其中泵21的喷枪结构25通过顶部中的孔朝向滚筒的底部B向下延伸。主体23还具有底部部分207，底部部分207具有中央圆形开口。主体23的顶部由固定到主体的上部(例如，通过螺钉紧固件)的顶板209关闭。
泵管121从主体23的锥形下部203内部向下延伸并通过底部部分207。泵管121可滑动地容纳在青铜衬套211中，青铜衬套211被提供在细长管状套管213的上端中，形成喷枪结构25的部分。当泵管处于其升高位置时(如图5和图8中示出)，套管213从主体23一直沿喷枪结构25向下延伸到刚好在泵管121的下端173上方的水平。套管213的内径大于泵管121的外径(如图8示出)，所以套管213和泵管121之间有细长环状空间215。如图10A示出，泵管121(更具体说来，细长管状构件171)可在固定在管状套管213的下端中的青铜衬套219中密封滑动。衬套219引导泵管121，并充当防止润滑剂进入泵管121和套管213之间的空间215的密封件。
参考图1图3和图6，壳体221被安装在主体23的侧壁上。如图6示出，电机231(例如，伺服电机或步进电机)被安装在壳体221内部。步进/伺服电机231具有在主体上水平延伸的旋转输出轴233。用于使泵管121在其泵行程S中上下往复移动的传动件123包括使旋转输出轴233和泵管121的上端相互连接的旋转往复机构。如图5和图6中示出，这个机构包括由楔237连接到轴233的偏心轮235，所以其随轴旋转。偏心轮235包括偏心地安装在轴233上的圆形盘。虽然可在不脱离本发明的范围的情况下使用其它电机，但是在一个实施方案中，电机231是可购自加利福尼亚的阿纳海姆的AnaheimAutomation的Nema Frame步进电机。旋转往复机构还包括随动件241，随动件241包括安装在围绕偏心轮235的球轴承245上的环243。从环243延伸的轭247横跨十字管45。销249把轭247连接到泵管121的上端盖125的主体部分131的上端。如本领域技术人员将理解，当偏心轮235在每旋转一圈中旋转时，随动件241被上升和降低(如销249所允许，其也来回振荡)，以使泵管121在泵行程S中线性上下往复移动。另外，泵行程S的长度由偏心轮235的曲柄(例如，0.75英寸)来确定。
在一个实施方案中，泵芯31的中间部分37和下部35的外径D2大于管状元件41(即，泵芯31的上端部分)的外径D1。另外，泵芯的中间部分37和下部35的总截面积A2大于管状元件41的总截面积A1(参看图9)。更具体说来，在一个实施方案中，面积A2与面积A1的两倍一样大。(例如，D2可约为0.390英寸，D1可约为0.275英寸，面积A2约为0.120平方英寸且面积A1约为0.060平方英寸。)
在一个实施方案中，一般由261指定的活塞被提供在喷枪结构25的下端，用于在泵管121的下行程中把润滑剂向上挤压进入泵管121的下端，通过进口止回阀191。如图10A-图10C和图11中示出，喷枪结构25的管状套管213在其下端具有在泵管121的下端下方延伸的管状壁263。这个管状壁263限定用于容纳来自润滑剂的供应源R的可泵送产品的进口腔室267。壁263具有至少一个大的开口269，且理想地具有多个大的开口以允许可泵送产品从供应源自由地流入进口腔室267。
参考图10A和图11，活塞261被设置在管状壁263限定的进口腔室267内。活塞261包括被调整尺寸以紧密配合在壁263内的大致圆形的基部271。活塞261也包括具有把主体连接到基部271的锥形下部275的大致圆柱主体273，和通过倾斜朝上的肩部279连接到主体的直径减小的大致圆柱主体277。
活塞261被调整大小和形状，使得当泵管121处于其升高位置(如图5和图6中示出)时，润滑剂自由地从供应源R流入进口腔室267，流入围绕活塞261的主体273和主体277的空间，且然后向上流经主体277进入止回阀接头175的通道179以填充进口球止回阀191下方的空间。活塞261还被调整大小和形状，使得当泵管121处于其降低位置(如图7和图10B中示出)时，活塞261的大致圆柱主体273具有与止回阀接头175的通道179相对紧密的圆周配合，且活塞的主体277具有与通道179的喉部183更松散的圆周配合。活塞的向上肩部279的轮廓适于啮合通道179中喉部183紧下方的向下肩部175。如图示出，活塞261被一体形成为单个部件，但是将理解，活塞261可包括分开的部件。其它活塞配置也是可能的。
再次参看图10A图10C和图11，活塞261被活塞的基部271上方的上部保持环281和基部下方的下部保持环283固定在管状套管213的下端部分263中的适当位置。保持环281、283具有容纳在套管213的下端部分263中的环状槽中的外周边缘。理想地，下部保持环283是把活塞261紧密固持在两个环281、283之间以防止活塞晃动的弹性可压缩螺旋环。如果必要或需要时，可通过移除下部保持环283来从泵套管213移除活塞261。
如图6中进一步示出，控制件291被容纳在壳体221内，用于控制步进/伺服电机231的操作。特别地，控制件291是由密苏里州圣路易斯市的林肯工业有限公司定制的微处理器，且适于控制电机231的输出轴233的旋转的速度和方向。如本领域技术人员将理解，控制件291操作以改变从供应源R泵送的润滑剂的流速。安装在塞子63中的压力传感器293(广义地，压力监测器)由电导线295可操作地连接到控制件291。在一个实施方案中，传感器是可购自宾西法尼亚州伯利恒的Hydac技术公司的No.846F-A-6000-00。传感器293与十字管45的孔61连通以测量孔中的压力。当孔61中流体的压力在预定范围之外时，控制件291调整电机231的速度，以调整被泵送的润滑剂的流速，并从而调整十字管45的孔61中流体的压力。例如，当压力下降到低于预定范围时，控制件291增大电机231的速度以增大润滑剂的流速，从而增大十字管45的孔61中流体的压力。虽然控制件291可操作以把孔61中润滑剂的压力维持在其它预定范围内，但是在一个实施方案中，控制件把压力维持在约1000psi到约3500psi的范围中。如本领域技术人员将理解，控制件291可把系统压力控制在良好的设计极限内。
泵21可周期性地操作，每个周期发生在偏心轮235的旋转时。作为偏心轮处于其旋转的所述点的结果，每个周期可被认为始于泵管121处于图5、图6和图8中示出的行程S的上端的最上部升高位置，其中高点位于最上方且低点在下方。当泵管121处于其升高位置时，其上端盖125的双重密封件141处于构件73的上端67上方大约等于或稍大于距离S的距离的升高位置(如图5、图6和图8中示出)，且其下盖151的密封件155处于芯31的下端75上方大于S的距离的升高位置(如图5和图6中示出)。作为前述周期的结果，腔室115完全填充润滑剂(如下文将描述)。进口止回阀球191处于其接近芯的下端75的完全升高位置，且下部腔室197处于其完全收缩状态。如图5和图6中示出，止回阀球89关闭。通道111充满润滑剂，且止回阀球89在阀座85上处于其关闭位置，如图5和图6中示出。当偏心轮235从其图5的位置旋转时，泵管121被向下驱动，泵管121的下端包括向下插入滚筒R中的润滑剂中的止回阀接头165。如图7示出，腔室197膨胀且止回阀球191打开，从而当腔室197膨胀时允许润滑剂进入以填充腔室197并产生吸力来把润滑剂引入腔室197。止回阀球89保持关闭。
当泵管在其下行程中被向下驱动时，管状元件41(构成芯31的上端部分)中长度等于泵行程S的长度的部分被从泵腔室73排出，且芯的下端部分中长度等于泵行程S的部分进入泵腔室。因此，等于泵行程S乘以管状元件41的截面积A1(S×A1)的体积被从泵腔室73排出，且等于泵行程乘以芯的下端部分的截面积A2(S×A2)的体积进入泵腔室。因此，等于S×A2减去S×A1的润滑剂的体积被通过管状元件41中的通道43输送到出口管45。因为A2等于2×A1，所以从泵腔室73排出的体积等于S×A1(即，泵行程S的长度乘以芯31的上端部分33的截面积A1)。
当偏心轮235旋转通过从图5的位置到图7的位置的旋转的第一半时，泵管121在其下行程中向下移动。当泵管相对于固定喷枪结构向下移动时，泵管的下端向下移动通过由管状套管213的下端部分263限定的进口腔室267中的润滑剂，且活塞261向上移动进入泵管的下端，以把来自进口腔室的润滑剂向上压入泵管并通过进口止回阀191进入下部腔室197。尤其在润滑剂相对较硬(例如，厚的高粘性润滑脂)的情况下，泵管121的向下移动和活塞261的向上移动加快了下部腔室197的装载，下部腔室197在泵管的下行程的下端完全膨胀(如图7和图10B中示出)且完全填充润滑剂。
当偏心轮235旋转通过旋转的第二半时，即，从如图7示出高点在下且低点在上的点回到如图5示出高点在上且低点在下的点，偏心轮235在具有泵行程S的长度的上行程中把泵管121再向上拉回。当泵管121向上移动时，下部止回阀球191关闭，且润滑剂被从腔室197向上压，从而打开止回阀89，如图10C示出，并且润滑剂被通过通道111和端口113从腔室197输送到泵腔室73。又，当泵管121向上移动时，管状元件41(构成芯31的上端部分)中长度等于行程S的部分重新进入泵腔室73，且芯31的下端部分中长度等于行程S的部分被从泵腔室排出。因此，等于泵行程长度S乘以管状元件41的截面积A1(S×A1)的体积进入泵腔室73。此外，等于S×A2的体积被通过通道71从腔室197传输到泵腔室73，所以等于S×A2减去S×A1的润滑剂的体积被通过管状元件41中的通道输送到出口管45。因为A2等于2×A1，所以从泵腔室排出的体积等于S×A1(跟下行程上一样)。可称为进口腔室的腔室197在上行程上至少排出85％，即，留下不超过15％，这在泵送具有携入空气的润滑脂时是有利的。在进口腔室197留下小于15％的状况下，避免了否则可能由于携入空气而造成的泵输出的减少。
在每个行程期间提供等量的润滑剂使得泵能够用以计量润滑剂的预定测量的量。例如，如果特定情况需要输送与活塞杆65的一个行程所输送的润滑剂相等量的润滑剂，那么控制件291就发信号给电机115以在一个行程期间驱动活塞杆。如果期望20倍的量，那么控制件就发信号给电机以在20个行程期间操作来输送增加的量。
泵管121的向上移动也使得活塞261移出止回阀接头197的通道169，朝向图5和图6中示出的位置，其中润滑剂自由地从供应源R流入进口腔室267。这个流动由套管213的下端部分263的管状壁265中的开口269提供的相对较大的开口面积来促进。
图12是根据本发明的一个实施方案示出控制器控制驱动喷枪泵的电机(例如，伺服电机或步进电机)的框图。图13是根据本发明的一个实施方案示出控制器控制驱动喷枪泵的电机(例如，伺服电机或步进电机)的流程图。
容器302容纳润滑剂，并具有与喷枪泵306的输入端305连通的容器出口304，喷枪泵306具有与需要润滑剂的系统(未示出)连通的输出端308。驱动机构310包括用于驱动喷枪泵的电机，例如，步进电机或伺服电机。控制器312通过选择性地改变施加到电机的电流或电压以控制电机的速度和/或转矩来驱动喷枪泵306以通过其对系统的输出端来分配润滑剂而控制电机的操作。压力传感器314感测喷枪泵306的输出端的压力状况，并提供指示压力状况的压力状况信号316。控制器312响应于压力状况信号316并根据压力状况信号316和有形、非暂时性存储器318中存储的目标压力状况之间的差来选择性地改变施加到电机的电流或电压，从而改变电机的速度和/或转矩。存储器也存储软件控制指令，所述软件控制指令由在一个实施方案中可包括处理器的控制器来执行。
在电机包括步进电机的实施方案中，控制器312通过电源320选择性地施加PWM(脉冲宽度调制)脉冲到步进电机，以根据目标压力状况相比感测的压力状况来改变步进电机的速度和转矩。
在一个实施方案中，控制器312施加PWM脉冲到步进电机，使得当压力信号在第一范围内时，步进电机的速度是第一速度且为第一转矩。此外，控制器312施加PWM脉冲到步进电机，使得当压力信号在高于第一范围的第二范围内时，步进电机的速度是小于第一速度的第二速度，且为大于第一转矩的第二转矩。
在一个实施方案中，电机包括伺服电机，且其中所述控制器312根据目标压力状况相比感测的压力状况来选择性地施加变化的电压到伺服电机，以改变伺服电机的速度。
例如，控制器312施加电压和/或电流到伺服电机，使得当压力信号在第一范围内时，伺服电机的速度是第一速度且为第一转矩，且控制器312施加电压和/或电流到伺服电机，使得当压力信号在高于第一范围的第二范围内时，伺服电机的速度是小于第一速度的第二速度，且为大于第一转矩的第二转矩。
或者也设想，如图14中示出的曲线或用于控制电机的速度或转矩的算法可被存储在存储器318中，且控制器312根据曲线或算法控制电机的速度或转矩。在一个实施方案中，存储器318中存储的目标压力是4000PSI，且存储器318中的控制指令由控制器执行，以在4000PSI或低于4000PSI下最大化润滑剂流和压力，而不会使电机失速。例如，在不使电机失速且不使电机定子饱和的情况下，电机速度(电压)将被尽可能快地操作且/或电机电流带来尽可能多的转矩(例如，电机在图14中示出的失速曲线500下方操作)。当压力增大时，电机的速度将减小且电机的转矩将增大。此外，电机被操作，使得电机温度被维持在其工作范围内。
当驱动机构310包括步进电机时，一个实施方案包括存储器318中由控制器312执行的控制指令，从而使得当润滑剂的压力增大(如压力信号316所指示)时，施加到步进电机的PWM脉冲的频率减小且脉冲宽度增大，以减小速度并增大转矩。施加到步进电机的脉冲的频率将被维持在最小值以上，且脉冲的宽度将被维持在低于最大值，以防止失速且最小化电机温度。当驱动机构310包括伺服电机时，一个实施方案包括存储器318中由控制器312执行的控制指令，从而使得当压力增大时，施加到伺服电机的电压减小且施加到伺服电机的电流增大。伺服电机可具有编码器，所述编码器把指示伺服电机的速度的反馈提供给控制器312。施加到伺服电机的电压将被维持在最小值以上，且施加的电流将被维持在低于最大值，以防止失速且最小化电机温度并最小化电机饱和。
图13示出用于供应润滑剂到系统的方法的一个实施方案，且示出存储器318中存储的软件指令的一个实施方案。方法包括：提供用于容纳润滑剂的容器302。也提供喷枪泵306，喷枪泵306具有与容器出口304连通的输入端305，且具有与系统连通的输出端308。驱动机构310驱动喷枪泵306，驱动机构310包括电机，其包括步进电机和伺服电机中的至少一个。通过选择性地改变施加到电机的电流或电压以控制电机的速度和/或转矩来驱动喷枪泵306以通过其对系统的输出端308来分配润滑剂而控制电机的操作。在402，感测喷枪泵306的输出端308的压力状况，且在404比较指示压力状况的压力状况信号316。根据压力状况信号316和存储器318中存储的目标压力状况之间的差来选择性地改变施加到电机的电流或电压，以改变电机的速度和/或转矩。
当电机包括步进电机时，根据目标压力状况相比感测的压力状况来将PWM脉冲选择性地施加到步进电机，以改变步进电机的速度和转矩。
在一个实施方案中，当感测的压力(在402)相比目标压力(在404)之间的差在第一范围内(在406)时，PWM脉冲被施加到步进电机(在408)，使得步进电机在第一速度且为第一转矩。当差在高于第一范围的第二范围内(在410)时，PWM脉冲被施加到步进电机(在412)，使得步进电机在小于第一速度的第二速度，且为大于第一转矩的第二转矩。
当电机包括伺服电机时，控制器312根据存储器318中存储的目标压力状况相比感测的压力状况316来选择性地施加变化的电压到伺服电机，以改变伺服电机的速度。特别地，电压被施加到伺服电机，使得当压力信号在第一范围内时，伺服电机的速度是第一速度且为第一转矩，且电压被施加到伺服电机使得当压力信号在高于第一范围的第二范围内时，伺服电机的速度是小于第一速度的第二速度且为大于第一转矩的第二转矩。
作为如上所述的电机操作的结果，通过输出端308供应到系统的润滑剂的压力上升，且保持接近或稍低于存储器318中存储的目标压力。同时，当压力增大时，泵送的润滑剂的体积随时间减小，以避免过大的压力并通过系统的安全或减压阀来最小化润滑剂的释放。这抑制了过大的背压、最小化电机失速并促进更多的润滑剂迅速且有效地供应给系统。因此，系统和其组件被有效地润滑，且由于系统组件的不当润滑而导致故障的风险被最小化。
如上文与固定芯31和可往复泵管121描述的泵能够在相对高的速度(例如，每分钟600个周期(600个泵管行程))下可靠地操作，即使在低温下高粘性的润滑脂的情况下。所述泵可在相对短的行程(例如，如上所述的0.75英寸的行程)的情况下操作，并作用以在泵管的每个下行程以及每个上行程上输送计量体积S×A1的润滑剂。
如本领域技术人员将理解，比起许多现有市售的喷枪泵，上述喷枪泵21具有若干优点。因为喷枪泵21是由能够以可变的速度运行其输出轴的步进/伺服电机来驱动的，所以泵提供的输出压力和流速可以变化，以符合需求或特定操作条件和环境。喷枪泵能够视需要以所需的压力提供粘性液体。另外，因为电机能以较低的速度运行，所以可消除例如一些现有市售喷枪泵中发现的复杂的减速传动。可设想，通过消除减速传动，比起具有减速传动的喷枪泵，可降低喷枪泵的成本和复杂性。
如本领域技术人员将理解，可使用上述喷枪泵代替其它类型的润滑剂泵，例如2011年10月12日提交的题为″Pump having StepperMotor and Overdrive Control″的美国专利申请序列号13/271,862中所述的润滑剂泵，所述美国专利申请以引用的方式并入本文。在这个申请中，当压力较低(例如，0psi)时，在系统启动期间，泵可提供大量的润滑剂流(例如，150cc/min)；当润滑剂压力较高(例如，5000psi)时，在系统启动之后，泵可提供减少的润滑剂流(例如，10cc/min)。
如本领域技术人员也将理解，电机可为伺服电机而非步进电机，且可相应地修改控制件。
详细描述了本发明之后，将明显的是，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，修改和变化是有可能的。
当介绍本发明或其优选实施方案的元件时，冠词“一(a/an)”、“该(the)”和“所述”旨在表示有一个或多个元件。术语“包括(comprising)”、“包含(including)”和“具有”旨在为包括性的，且意味着可能有所列出的元件之外的额外元件。
鉴于上述情况，可看出，实现了本发明的若干目的并获得了其它有利结果。
由于可在不脱离本发明的范围的情况下对上述结构进行各种变化，所以意图是包含在以上描述中且在附图中示出的所有内容应被解释为说明性意义而非限制性的意义。
Claims (31)
1.一种用于从容器泵送粘性液体的泵，所述泵包括：
泵体，所述泵体适于设置于所述容器上方；
细长芯，当所述主体被设置于所述容器上方时，所述细长芯从固定地连接到所述主体的上端向下延伸，经过上部和下部，到达下端；
细长管，所述细长管围绕所述芯，且当所述主体处于所述容器上方的适当位置时，所述细长管从所述主体垂直向下延伸到所述液体中，所述管具有纵向轴线，所述纵向轴线在安装在所述主体上以进行垂直往复移动的上端和与所述上端相对的下端之间延伸、延伸通过所述芯的所述下端，所述管具有上盖和下盖，当所述管往复移动时，所述上盖和下盖可滑动地容纳所述芯并提供横向支撑；
电机，所述电机包括步进电机或伺服电机，所述电机安装在所述主体上，当所述主体处于适当位置时，所述电机具有在所述容器中的所述液体上方水平延伸的选择性地可旋转的输出轴；
传动件，所述传动件可操作地连接所述电机输出轴和所述细长管，以使得当所述电机输出轴旋转时，所述管在所述升高位置和所述降低位置之间往复移动，从而在交替向上和向下泵送行程中驱动所述管；
进口止回阀，所述进口止回阀安装在所述管内部、在所述芯的所述下端下方，且与所述芯的所述下端一起限定可膨胀且可收缩的下端腔室，所述进口止回阀被定向以在所述管的每个向下泵送行程期间打开，以允许粘性液体进入所述下端腔室；
环状泵腔室，所述环状泵腔室部分由所述管和所述芯限定为在所述下端腔室上方；
供给通道，所述供给通道在所述管中、把所述下端腔室连接到所述环状泵腔室，所述供给通道具有供给通道止回阀，所述供给通道止回阀被定向以在所述管的每个向上泵送行程期间打开，其中所述进口止回阀关闭以把粘性液体从所述下端腔室输送到所述环状泵腔室；和
出口通道，所述出口通道连接到所述环状泵腔室，以允许粘性液体在每个向上泵送行程和每个向下泵送行程上从所述环状泵腔室流到出口。
2.如权利要求1所述的喷枪泵，其还包括压力监测器，所述压力监测器与所述泵中所述供给通道止回阀下游的液体流体连通，用于测量所述液体的压力。
3.如权利要求1和2中之一所述的喷枪泵，其中所述压力监测器被安装用于感测所述出口通道中液体的压力。
4.如权利要求1-3中之一所述的喷枪泵，其还包括控制件，所述控制件可操作地连接在所述压力监测器和所述电机之间，用于响应于来自所述压力监测器的信号而控制所述电机的操作。
5.如权利要求4所述的喷枪泵，其中所述控制件响应于来自所述压力监测器的所述信号而调整电机输出轴速度。
6.如权利要求4和5中之一所述的喷枪泵，其中所述控制件调整输出轴速度以把所述压力监测器感测的压力维持在约1000psi到约3500psi的范围中。
7.如权利要求1-3中之一所述的喷枪泵，其还包括控制件，所述控制件可操作地连接到所述电机，用于控制所述电机的操作。
8.如权利要求7所述的喷枪泵，其中所述控制件响应于所述泵中液体的至少一个特性而调整电机输出轴速度。
9.如权利要求7和8中之一所述的喷枪泵，其中所述控制件响应于所述泵中液体的选自由压力和流速组成的特性群的至少一个特性而调整输出轴速度。
10.如权利要求7-9中之一所述的喷枪泵，其中所述控制件响应于所述泵中的液体压力而调整输出轴速度。
11.如权利要求7-10中之一所述的喷枪泵，其中所述控制件控制所述电机，以实现选定数量的向上泵送行程和向下泵送行程，所述选定数量的向上泵送行程和向下泵送行程对应于输送预定量的粘性液体通过所述出口。
12.一种用于从容器泵送粘性液体的泵，所述泵包括：
泵体，所述泵体适于设置于所述容器上方；
细长芯，当所述主体被设置于所述容器上方时，所述细长芯从固定地连接到所述主体的上端向下延伸，经过上部和下部，到达下端；
细长管，所述细长管围绕所述芯，且当所述主体处于所述容器上方的适当位置时，所述细长管从所述主体垂直向下延伸到所述液体中，所述管具有纵向轴线，所述纵向轴线在安装在所述主体上以进行垂直往复移动的上端和与所述上端相对的下端之间延伸、延伸通过所述芯的所述下端，所述管具有上盖和下盖，当所述管往复移动时，所述上盖和下盖可滑动地容纳所述芯并提供横向支撑；
电动机，所述电动机安装在所述主体上，所述电动机具有选择性地可旋转的输出轴，所述输出轴可操作地连接到所述细长管，用于使得当所述电机输出轴旋转时，所述管在所述升高位置和所述降低位置之间往复移动，从而在交替向上和向下泵送行程中驱动所述管；
控制件，所述控制件可操作地连接到所述电动机，用于控制所述电机的操作；
进口止回阀，所述进口止回阀安装在所述管内部、在所述芯的所述下端下方，且与所述芯的所述下端一起限定可膨胀且可收缩的下端腔室，所述进口止回阀被定向以在所述管的每个向下泵送行程期间打开，以允许粘性液体进入所述下端腔室；
环状泵腔室，所述环状泵腔室部分由所述管和所述芯限定为在所述下端腔室上方；
供给通道，所述供给通道在所述管中、把所述下端腔室连接到所述环状泵腔室，所述供给通道具有供给通道止回阀，所述供给通道止回阀被定向以在所述管的每个向上泵送行程期间打开，其中所述进口止回阀关闭以把粘性液体从所述下端腔室输送到所述环状泵腔室；和
出口通道，所述出口通道连接到所述环状泵腔室，以允许粘性液体在每个向上泵送行程和每个向下泵送行程上从所述环状泵腔室流到出口。
13.如权利要求12所述的喷枪泵，其中所述电动机包括步进电机。
14.如权利要求12和13中之一所述的喷枪泵，其中所述控制件响应于所述泵中液体的至少一个特性而调整步进电机输出轴速度。
15.如权利要求12-14中之一所述的喷枪泵，其中所述控制件响应于所述泵中液体的选自由压力和流速组成的特性群的至少一个特性而调整输出轴速度。
16.如权利要求12-15中之一所述的喷枪泵，其中所述控制件响应于所述泵中的液体压力而调整输出轴速度。
17.如权利要求12-16中之一所述的喷枪泵，其还包括压力监测器，所述压力监测器与所述泵中所述供给通道止回阀下游的液体流体连通，用于测量所述液体的压力并将对应于所述测量的压力的信号提供给所述控制件。
18.如权利要求12-17中之一所述的喷枪泵，其中所述压力监测器被安装用于感测所述出口通道中液体的压力。
19.如权利要求12-18中之一所述的喷枪泵，其中所述控制件调整输出轴速度以把所述压力监测器感测的压力维持在约1000psi到约3500psi的范围中。
20.如权利要求12-19中之一所述的喷枪泵，其中所述控制件控制所述步进电机，以实现选定数量的向上泵送行程和向下泵送行程，所述选定数量的向上泵送行程和向下泵送行程对应于输送预定量的粘性液体通过所述出口。
21.一种用于供应润滑剂到系统的装置，其包括：
容器，所述容器用于容纳润滑剂，所述容器具有容器出口；
喷枪泵，所述喷枪泵具有与所述容器出口连通的输入端且具有与所述系统连通的输出端；
驱动机构，所述驱动机构包括电机，所述电机包括步进电机和伺服电机中的至少一个，以用于驱动所述喷枪泵；
控制器，所述控制器用于通过选择性地改变施加到所述电机的电流或电压以控制所述电机的速度和/或转矩来驱动所述喷枪泵以通过所述喷枪泵对所述系统的输出端来分配润滑剂而控制所述电机的操作；和
压力传感器，所述压力传感器用于感测所述喷枪泵的所述输出端的压力状况并提供指示所述压力状况的压力状况信号；
所述控制器响应于所述压力状况信号以根据所述压力状况信号和目标压力状况之间的差来选择性地改变施加到所述电机的所述电流或电压，从而改变所述电机的所述速度和/或所述转矩。
22.如权利要求21所述的装置，其中所述电机包括步进电机，且其中所述控制器选择性地施加PWM脉冲到所述步进电机，以当所述感测的压力相比所述目标压力增大时，减小所述电机的所述速度，且当所述感测的压力相比所述目标压力增大时，增大所述步进电机的所述转矩，其中所述感测的压力被维持在所述目标压力或低于所述目标压力。
23.如权利要求21和22中之一所述的装置，其中所述控制器选择性地施加PWM脉冲到所述步进电机，以根据所述目标压力状况相比所述感测的压力状况来改变所述步进电机的速度和转矩。
24.如权利要求21-23中之一所述的装置，其中：
所述控制器施加PWM脉冲到所述步进电机，使得当所述压力信号在第一范围内时，所述步进电机的所述速度是第一速度且为第一转矩；且
所述控制器施加PWM脉冲到所述步进电机，使得当所述压力信号在高于所述第一范围的第二范围内时，所述步进电机的所述速度是小于所述第一速度的第二速度，且为大于所述第一转矩的第二转矩。
25.如权利要求21所述的装置，其中：
所述电机包括伺服电机；且
其中所述控制器选择性地施加变化的电压到所述伺服电机，以根据所述目标压力状况相比所述感测的压力状况来改变所述伺服电机的速度。
26.如权利要求25所述的装置，其中：
所述控制器施加电压到所述伺服电机，使得当所述压力信号在第一范围内时，所述伺服电机处于第一速度且为第一转矩；且
所述控制器施加电压到所述伺服电机，使得当所述压力信号在高于所述第一范围的第二范围内时，所述伺服电机的所述速度是小于所述第一速度的第二速度且为大于所述第一转矩的第二转矩。
27.一种用于供应润滑剂到系统的方法，其包括：
提供用于容纳润滑剂的容器，所述容器具有容器出口；
提供喷枪泵，所述喷枪泵具有与所述容器出口连通的输入端并具有与所述系统连通的输出端；
提供驱动机构，所述驱动机构包括电机，所述电机包括步进电机和伺服电机中的至少一个，以用于驱动所述喷枪泵；
通过选择性地改变施加到所述电机的电流或电压以控制所述电机的速度和/或转矩来驱动所述喷枪泵以通过所述喷枪泵对所述系统的输出端来分配润滑剂而控制所述电机的所述操作；
感测所述喷枪泵的所述输出端的压力状况并提供指示所述压力状况的压力状况信号；和
根据所述压力状况信号和目标压力状况之间的差来选择性地改变施加到所述电机的所述电流或电压，从而改变所述电机的所述速度和/或所述转矩。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述电机包括步进电机，且所述方法还包括：选择性地施加PWM脉冲到所述步进电机，以根据所述目标压力状况相比所述感测的压力状况来改变所述步进电机的速度和/或转矩。
29.如权利要求28所述的方法，其还包括：
施加PWM脉冲到所述步进电机，使得当所述压力信号在第一范围内时，所述步进电机的所述速度是第一速度且为第一转矩，和
施加PWM脉冲到所述步进电机，使得当所述压力信号在高于所述第一范围的第二范围内时，所述步进电机的所述速度是小于所述第一速度的第二速度且为大于所述第一转矩的第二转矩。
30.如权利要求27所述的方法，其中：
所述电机包括伺服电机；且
所述控制器选择性地施加变化的电压到所述伺服电机，以根据所述目标压力状况相比所述感测的压力状况来改变所述伺服电机的速度。
31.如权利要求30所述的方法，其还包括：
施加电压到所述伺服电机，使得当所述压力信号在第一范围内时，所述伺服电机的所述速度是第一速度且为第一转矩；和
施加电压到所述伺服电机，使得当所述压力信号在高于所述第一范围的第二范围内时，所述伺服电机的所述速度是小于所述第一速度的第二速度且为大于所述第一转矩的第二转矩。
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