CN106460809A - 正位移活塞泵和相关的输送控制方法 - Google Patents

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Abstract

正位移泵，所述正位移泵包括产品计量室(22)、计量活塞(28)、套筒(14)和产品分配装置(24)，所述计量活塞(28)能够滑动地安装在所述计量室内的上死点和下死点之间，所述套筒(14)至少部分地限定用于所述产品的引入室(16)和排出室(18)，所述产品分配装置(24)被安装成能够相对于套筒移动并且能够使计量室与引入室和排出室交替地联通。所述泵还包括能够测量计量室(22)内的产品压力的测量装置(60)和控制单元(62)，所述控制单元(62)连接至测量装置(60)并且能够检测幅度大于或等于预定的压力阈值的压力峰的存在。

Description

正位移活塞泵和相关的输送控制方法
技术领域
本发明涉及正位移活塞泵的领域，更具体地涉及用于控制所述泵的流速的方法。
背景技术
一种有利的应用涉及将橡胶供应至旨在形成用于制造车辆轮胎的成型元件的挤出机。
通常，正位移泵或容积泵包括产品计量活塞，所述产品计量活塞安装在泵体的形成计量室的泵缸中从而在上死点和下死点之间滑动，正位移泵或容积泵还包括用于致动活塞的装置，例如与活塞的一端接触的凸轮。
一种正位移泵包括泵缸，所述泵缸被安装成相对于泵体的套筒滑动，从而通过两个孔使计量室与套筒的引入室和排出室交替地联通，所述两个孔设置在所述套筒的厚度中并且分别专用于引入或排出产品。泵缸包括可以分别关闭引入孔和排出孔的入口阀瓣和出口阀瓣。对于与这种泵有关的更多细节，可以例如参考专利申请FR-A1-2 668 206。
另一种正位移泵包括分配栓塞，所述分配栓塞安装成能够在泵体的套筒内旋转，从而通过设置所述套筒的厚度中的单个孔使计量室与引入室和排出室交替地联通。
为了该目的，在栓塞的外表面上形成第一组和第二组凹槽，并且将所述第一组和第二组凹槽设置成在栓塞的旋转过程中在套筒中的孔的前方经过，从而使计量室依次与引入室然后与排出室联通。
因此，泵送的产品从引入室流动至计量室，然后穿过相同的孔从该计量室流动至排出室。对于与这种泵有关的更多细节，可以例如参考专利申请EP-A1-0 604 888。
在所述连续计量的正位移泵中，活塞仅在朝向计量室流动的产品的压力的作用下从上死点移动至下死点。因此，引入室中产品压力的缺乏可能造成不能填充计量室。泵的流速因此会不规律。
为了控制泵的流速的规律性，专利申请FR-A1-2 911 374描述了一种方法，其中从凸轮的参考位置开始必须在预定的时间限制内检测到计量活塞的致动凸轮和所述活塞之间的电接触。
如果在引入阶段期间产品的压力过低，则活塞不能达到下死点并且在预定的时间限制之外检测到电接触。相反，如果在引入阶段的过程中产品的压力足够高，活塞达到下死点并且在预定的时间限制内检测到电接触。在该情况下，泵的排出流速被视为是规律的。
然而，对于活塞和分配装置的较高速度而言，例如考虑到活塞的惯性和待计量产品的粘弹性，即使计量室被正确填充，也可能在该预定的时间限制之外获得凸轮和活塞之间的电接触。此外，当待计量产品导电时，所述控制方法不能应用。
发明内容
本发明的目的是克服这些缺点。
更特别地，本发明旨在提供用于控制泵流速的方法，所述方法能够可靠地核实所述泵的计量室被填充，并且既能够应用于绝缘的也能够应用于导电性的待计量产品。
在一个实施方案中，提供了用于控制容积泵的流速的方法，所述容积泵的类型包括产品计量室、计量活塞和用于所述产品的引入室和排出室，所述计量活塞安装在所述计量室内从而在上死点和下死点之间滑动，所述引入室和排出室设置成与所述计量室交替地联通，所述方法包括如下步骤：在至少一个泵周期的过程中测量计量室内的产品压力，并且在所述泵周期的压缩阶段的过程中核实数值大于或等于预定的压力阈值的压力峰的存在，在所述压缩阶段的过程中计量室关闭从而不与引入室和排出室联通，并且在所述压缩阶段的过程中计量活塞朝向上死点移动。
在产品压缩阶段的过程中，计量室完全关闭，因此与引入室和排出室隔离。在该阶段的过程中检测所述压力峰能够保证计量室的正确填充。这是因为控制压力阈值是根据计量室的所需的最小填充体积进行选择的。核实压力数值大于或等于预定阈值的压力峰的存在保证了所需体积的产品被注入到了排出室。
如果进入室中的产品量过少，产生的压力峰的压力数值小于阈值。这使得能够检测泵的流速的不规律性。在为此特别提供的压缩阶段的过程中产生的压力峰取决于计量室内的产品的压缩状态，因此取决于存在的产品体积。
在优选的实施方案中，在多个连续的泵周期中测量计量室内的产品压力，并且在每个所述周期的压缩阶段的过程中核实压力峰的存在。
根据所述方法的任选特征，如果检测到的压力峰的数目和泵周期的数目之间的比例小于预定的警报阈值，则输出警报。
该压力阈值可以有利地根据所述泵的流速和泵送的产品类型而限定。
本发明还涉及容积泵，所述容积泵包括产品计量室、计量活塞、套筒和产品分配装置，所述计量活塞安装在所述计量室内从而在上死点和下死点之间滑动，所述套筒至少部分地限定了用于所述产品的引入室和排出室，所述产品分配装置被安装成能够相对于套筒移动并且能够使计量室与引入室和排出室交替地联通。
所述泵还包括用于测量计量室内的产品压力的装置和控制单元，所述控制单元连接至测量装置，并且能够核实数值大于或等于预定的压力阈值的压力峰的存在。
优选地，测量装置能够测量计量室的位于计量活塞的上死点上方的区域中的产品压力。
在一个实施方案中，测量装置的能动部分安装在所述泵的形成了限定计量室的泵缸的厚度的孔中。作为替代，测量装置的能动部分可以安装在计量室内。
优选地，控制单元包括软件装置，所述软件装置能够计算检测到的压力峰的数目和进行的泵周期的数目之间的比例，并且当该比例小于预定的警报阈值时触发警报。
在一个实施方案中，分配装置被安装成能够在套筒内旋转并且包括凹槽，所述凹槽被设计成能够使计量室与引入室和排出室交替地联通，并且临时隔离所述计量室使其不与所述引入室和排出室形成任何联通。
附图说明
通过阅读实施方案的详细说明将更好地理解本发明，所述实施方案以完全非限制性实施例的方式给出并且通过附图进行说明，在附图中：
-图1为根据本发明的一个示例性实施方案的容积泵在产品的引入位置下的横截面的局部示意图，
-图2为图1的泵在所述产品的排出位置下的横截面的局部示意图，并且
-图3和图4为显示被计量产品的压力变化的曲线，其在图1和图2的泵的计量室内分别在多个连续的泵周期和单个周期的期间测得。
具体实施方式
图1和图2显示了总的附图标记为10的容积泵的示例性实施方案，所述容积泵用于分配粘性产品，例如可以由未硫化橡胶组成的弹性体。
泵10包括泵体12，所述泵体12设置有限定引入室16和排出室18的套筒14和限定计量室22的泵缸20。套筒14具有延伸轴线X-X’，并且泵缸20具有与轴线X-X’正交的延伸轴线Y-Y’。泵缸20固定至套筒14。在所显示的示例性实施方案中，计量室22相对于引入室16和排出室18沿径向向外偏离。在整个说明书中，术语“轴向、径向和周向”相对于轴线X-X’进行限定。
泵10还包括产品分配装置24，所述产品分配装置24被安装成能够在套筒14内围绕轴线X-X’旋转，并且被设计成通过两个不同的构件使计量室22与引入室16和排出室18交替地联通。引入室16和排出室18通过分配装置24彼此隔开。
在所显示的示例性实施方案中，泵10还包括连续型进料螺杆26，所述进料螺杆26设置在引入室16中，并且能够保证产品从室的引入孔(未显示)在分配装置24的方向上移动并且对泵送的产品加压。分配装置24固定至螺杆26，并且所述装置的轴线X-X’与螺杆的轴线重合。作为替代，能够设置一些其它进料装置来实现产品朝着分配装置24受力机械转移，所述产品通过所述分配装置24以受压状态挤压。
泵10还包括产品计量活塞28，所述产品计量活塞28安装在计量室22内，从而沿着轴线Y-Y’滑动。计量活塞28的滑动移动垂直于分配装置24的旋转轴线X-X’。活塞28被安装成在计量室22的最大体积位置和最小体积位置之间滑动，所述最大体积位置和最小体积位置分别对应于所述活塞的下死点PMB和上死点PMH。在图1和图2中，上死点和下死点通过虚线示意性显示。
在图1所示的泵周期的引入阶段的期间中，在分配装置24将产品从引入室16分配至计量室22的压力的作用下，活塞28从上死点PMH移动至下死点PMB。通过附图标记为30的箭头示意性地显示了这种朝向下死点的移动。正如下文更详细描述的，泵10包括用于保证计量室22的正确填充的装置。
在图2所示的泵周期的排出阶段的过程中，活塞28在所述泵的致动装置(未显示)的作用下朝向上死点移动。通过附图标记为32的箭头显示了朝向上死点的移动。致动装置可以例如包括安装成与计量活塞28的下端接触的凸轮。
在所显示的示例性实施方案中，分配装置24包括用于产品的引入构件34，用于所述产品并且沿轴向与所述引入构件隔开的排出构件36，和安装所述构件的轴线为X-X’的公共支撑轴38。环形引入构件和排出构件34、36作为一个整体通过键40随着所述轴38旋转。引入构件和排出构件34、36可以在轴38上沿着键40在轴向上滑动。轴38固定至进料螺杆26。
引入构件和排出构件34、36沿轴向设置在套筒的内部隔壁42的每一侧上并且沿轴向支承所述隔壁。环形形状的隔壁42沿轴向隔开引入室16和排出室18。隔壁42从套筒的内孔向内延伸。隔壁42沿径向延伸至支撑轴38的附近，与其保持一定的径向距离。隔壁42具有两个相反的平坦正面，引入构件和排出构件34、36各自在轴向上支承在所述正面上。
分配装置24还包括环形垫圈56和螺母58，所述垫圈46安装在轴38上并且在远离套筒的隔壁42的一侧沿轴向支承排出构件36，所述螺母58旋拧至所述轴的螺纹部分(未显示附图标记)并且沿轴向挡住垫圈56。垫圈56可以例如为Belleville类型。
引入构件34设置在引入室16中。引入构件34包括本体44和摩擦环46，所述摩擦环46被安装成沿轴向支承所述本体。本体44和摩擦环46作为一个整体通过键40随着轴38旋转。本体44被安装成沿轴向支承轴的肩部38a，并且摩擦环46沿轴向支承套筒的隔壁42。在该情况下，轴的肩部38a位于所述轴的一个轴向端部并且沿径向向外延伸。引入构件的本体44包括多个凹部或凹槽44a，所述凹部或凹槽44a在本体44的外表面上形成，并且通往所述本体的沿轴向朝向引入室16取向的正面。凹槽44a在周向方向上优选以规律方式彼此隔开。
在引入构件34(更通常为分配装置24)的旋转过程中，凹槽44a在计量室22的入口孔48的前方经过。凹槽44a使计量室22与引入室16流体联通。
排出构件36具有与引入构件34相似的设计。排出构件36设置在排出室18中。排出构件36包括本体50和摩擦环52，所述摩擦环52被安装成沿轴向支承所述本体50。本体50和摩擦环52作为一个整体通过键40随着轴38旋转。摩擦环52被安装成在沿轴向远离引入构件34的侧面上沿轴向支承套筒的隔壁42。有利地，每个摩擦环46、52由具有低摩擦系数并且可以具有自润滑特性和良好耐磨损性的材料(例如青铜、石墨等)制成。
本体50包括多个在其外表面上形成的凹部或凹槽50a，所述凹部或凹槽50a通往所述本体的沿轴向朝向排出室18取向的正面并且在周向方向上彼此隔开。在分配装置24的旋转过程中，凹槽50a在计量室22的出口孔54的前方经过。凹槽50a使计量室22与排出室18流体联通。
在所显示的示例性实施方案中，入口孔48和出口孔54在泵体的套筒14的厚度中形成并且通往计量室22。在该情况下，孔48、54沿径向延伸通过套筒14的厚度。孔48、54设置成沿径向面对计量活塞26，并且沿径向设置在所述活塞的上死点PMH的上方。孔48、54沿轴向设置在隔壁42的每一侧上，分别设置在引入室16一侧和排出室18一侧。
处于分配装置的排出构件中的凹槽50a相对于引入构件中的凹槽44a设置，使得当一个凹槽44a面对计量室22的入口孔48时，排出构件的凹槽50a都不面对出口孔54设置。在将产品引入计量室22的该引入位置下，出口孔54通过排出构件的外表面关闭，如图1所示。
相反地，在从计量室22中排出产品的排出位置下，一个凹槽50a面对出口孔54，并且引入构件的外表面关闭入口孔48。因此，分配装置24能够使计量室22与引入室16和排出室18交替地联通。
凹槽44a、50a设置在引入构件34和排出构件36上，从而避免在泵周期的压缩阶段的过程中计量室22与引入室16和排出室18出现任何联通。入口孔48和出口孔54通过引入构件和排出构件的外表面关闭。在该阶段的过程中，计量室22与引入室16和排出室18暂时隔离。
凹槽44a、50a设置在分配装置24上，并且所述装置的旋转运动和活塞28的平移运动同步，从而获得下表所示的泵周期。
在该引入阶段中，计量室22的入口孔48打开而出口孔54关闭。在该产品引入阶段的过程中，计量活塞28从上死点PMH移动直至达到下死点PMB。
引入阶段之后是产品输送阶段，在所述产品输送阶段的过程中入口孔48和出口孔54保持相同状态，即分别为打开和关闭。在该输送阶段的过程中，计量活塞28从下死点PMB移动至上死点PMH。输送阶段能够保证计量室22的正确填充。
泵周期继续进入产品压缩阶段，在所述产品压缩阶段中入口孔48和出口孔48关闭，如上所述。在该阶段的过程中，计量活塞28继续朝向上死点PMH移动，并且计量室22因此与引入室26和排出室18暂时隔离。避免了这些室和计量室22之间出现任何产品联通。
之后，周期以产品排出阶段结束，在所述产品排出阶段中入口孔48保持关闭而出口孔54打开。在该阶段的过程中，计量活塞28移动直至达到上死点PMH。
为了控制泵10在排出室18的出口处的流速，所述泵包括压力传感器60和控制单元62，所述压力传感器60持续测量计量室22内的产品压力，所述控制单元62通过连接件64连接至所述传感器。传感器60持续传递与计量室22中存在的产品压力相关的信息。举例而言，传感器60可以为压电类型。控制单元62可以例如为微控制器。
在所显示的示例性实施方案中，传感器部分地安装在形成于泵缸20的厚度中并且通往计量室22的孔(未显示附图标记)中。传感器60的能动部分位于该安装孔内，从而能够测量计量室22内的产品压力。传感器60的能动部分沿径向位于活塞28的上死点PMH的上方，即在径向上位于上死点和孔48、54之间。作为替代，压力传感器60能够以相对于泵缸20的内孔固定的方式设置在活塞的上死点PMH的上方。在另一个变体形式中，传感器60可以固定至活塞28的正面。在这后两种情况下，传感器60安装在计量室22内。
控制单元62的内存中包括用于实施方法的主要步骤的所有硬件装置和软件装置，所述方法通过由传感器60进行的产品压力的测量来控制泵的流速。
通过传感器60测得的数值被连续传递至控制单元62，所述控制单元62采集这些数值从而获得在连续泵周期的过程中计量室内的产品的圧力曲线，如图3所示。为了清楚起见，图4中显示了在每个周期的不同阶段的过程中测得的产品的压力变化。
在引入阶段的一开始，在计量活塞从上死点PMH移动直至达到下死点PMB的过程中，计量室内的产品压力逐步降低。在之后的输送阶段的过程中，产品压力持续下降。
之后，在压缩阶段的过程中，形成产品压力峰70，所述产品压力峰70的数值显著大于在剩余泵周期的过程中测得的压力数值。该压力峰70代表计量室内的产品的压缩状态，所述压缩状态取决于包含的产品量。这是因为在该阶段的过程中，活塞朝向上死点PMH的移动压缩了完全关闭的计量室中的产品。在之后的排出阶段的一开始，在计量活塞朝向上死点PMH移动的过程中，产品压力突然下降然后再次增加。
控制单元62的软件装置能够连续核实如图3所示的数值大于或等于预定的控制压力阈值P控制阈值的压力峰70的存在。所述压力峰的存在能够保证在所讨论的泵周期的排出阶段的过程中所需体积的产品被注入泵的排出室。阈值P控制阈值是代表计量室的令人满意的填充状态的数值。该数值根据泵送的产品类型和泵的所需流速而提前确定。
控制单元的软件装置连续计算检测到的压力峰的数目和进行的泵周期的数目之间的比例，并且当该比例小于预定的警报阈值时触发警报。所述警报在泵停止之前传递至例如操作器。
通过本发明，能够在为此特别提供的泵周期的压缩阶段的过程中通过检测计量室内的压力峰的存在来控制泵的流速的规律性。通过泵内的物理测量来实现计量室的令人满意的填充的核实，从而保证泵的规律流速。
基于包括旋转的产品分配装置的容积泵描述了本发明，所述旋转的产品分配装置被设计成通过特定构件分别进行引入功能和排出功能。本发明还可应用于包含有旋转圆柱形栓塞形式的分配装置的泵，所述旋转圆柱形栓塞包括在其外表面上形成并且在单个孔前方经过的两组凹槽。本发明还可应用于包含有滑动缸形式的分配装置的泵，所述滑动缸装配有入口阀瓣和出口阀瓣从而分别关闭计量室的引入孔和排出孔。

Claims (10)

1.用于控制容积泵的流速的方法，所述容积泵包括产品计量室、计量活塞和用于所述产品的引入室和排出室，所述计量活塞安装在所述计量室内从而在上死点和下死点之间滑动，所述引入室和排出室设置成与所述计量室交替地联通，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
-在至少一个泵周期的过程中测量计量室内的产品压力，并且
-在所述泵周期的压缩阶段的过程中核实数值大于或等于预定的压力阈值的压力峰的存在，在所述压缩阶段的过程中计量室关闭从而不与引入室和排出室联通，并且在所述压缩阶段的过程中计量活塞朝向上死点移动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在多个连续的泵周期中测量计量室内的产品压力，并且在每个所述周期的压缩阶段的过程中核实压力峰的存在。
3.根据权利要求2所述的方法，其中如果检测到的压力峰的数目和泵周期的数目之间的比例小于预定的警报阈值，输出警报。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述压力阈值根据所述泵的流速和泵送的产品类型而限定。
5.容积泵，所述容积泵包括产品计量室(22)，计量活塞(28)，套筒(14)和产品分配装置(24)，所述计量活塞(28)安装在所述计量室内从而在上死点和下死点之间滑动，所述套筒(14)至少部分地限定用于所述产品的引入室(16)和排出室(18)，所述产品分配装置(24)被安装成能够相对于套筒移动并且能够使计量室与引入室和排出室交替地联通，其特征在于，所述容积泵还包括用于测量计量室(22)内的产品压力的装置(60)和控制单元(62)，所述控制单元(62)连接至测量装置(60)并且能够核实数值大于或等于预定的压力阈值的压力峰(70)的存在。
6.根据权利要求5所述的泵，其中测量装置(60)能够测量计量室(22)的位于计量活塞(28)的上死点上方的区域中的产品压力。
7.根据权利要求5或6所述的泵，其中测量装置(60)的能动部分安装在形成于所述泵的限定计量室(22)的泵缸(20)的厚度中的孔中。
8.根据权利要求5或6所述的泵，其中测量装置(60)的能动部分安装在计量室(22)内。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的泵，其中控制单元(62)包括软件装置，所述软件装置能够计算检测到的压力峰(70)的数目和进行的泵周期的数目之间的比例，并且当该比例小于预定的警报阈值时触发警报。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的泵，其中分配装置(24)被安装成能够在套筒内旋转并且包括凹槽(44a、50a)，所述凹槽(44a、50a)被设计成能够在操作过程中使计量室(22)与引入室(16)和排出室(18)交替地联通，并且临时隔离所述计量室使其不与所述引入室和排出室形成任何联通。
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