CN107110135B - 用于流体应用的活塞限位感测 - Google Patents

Abstract

本公开内容的实施方案描述了液体输送系统(100)，其包括气缸(114)、位于气缸(100)内的活塞(214)、连接到活塞(214)的杆(208)以及限位传感器系统，其中所述限位传感器系统具有连接到杆(208)并位于气缸(100)外部的磁体(224)。磁体(224)可具有对应于活塞(214)位于第一冲程限位位置的第一位置和对应于活塞(214)位于第二冲程限位位置的第二位置。此外，限位传感器系统可具有位于气缸(114)外部并且被构造成当磁体(224)位于第一位置和第二位置时致动的舌簧开关。

Description

用于流体应用的活塞限位感测

技术领域

本公开内容涉及液体泵，且更具体地涉及用于确定活塞在液体输送系统中的位置的限位传感器系统。

背景技术

位置感测可提供气缸内活塞的即时模拟或数字电子位置反馈信息。

发明内容

公开了一种液体输送系统。该液体输送系统包括具有端部的气缸、位于气缸内部的活塞、以及连接到活塞并且至少延伸到气缸的端部的杆。该液体输送系统还可包括限位传感器系统，其具有连接到杆、外置于气缸且位于气缸端部的与活塞相对的一侧上的磁体。磁体可具有对应于活塞处于第一冲程限位位置处的第一位置和对应于活塞处于第二冲程限位位置处的第二位置。此外，限位传感器系统可具有诸如舌簧开关的传感器，其外置于气缸定位、且被配置为感测磁体何时处于第一位置以及磁体何时处于第二位置。

以上概述不旨在描述本公开内容的每个所示实施方案或每个实现方式。

附图说明

包括在本申请中的附图被并入说明书并且形成该说明书的一部分。它们与说明书一起举例说明了本公开内容的实施方案，并且用于解释本公开内容的原理。这些附图仅是某些实施方案的说明，并不限制本公开内容。

图1描绘了与本公开内容的实施方案一致的示例性喷涂系统。

图2A和2B描绘了与本公开内容的实施方案一致的示例性泵组件。

图3描绘了与本公开内容的实施方案一致的泵组件的示例性分解视图。

图4A描绘了与本公开内容的实施方案一致的具有限位传感器系统且处于第一位置的示例性气缸。

图4B描绘了与本公开内容的实施方案一致的具有限位传感器且处于第二位置的示例性气缸。

图5A示出了与本公开内容的实施方案一致的示例性行星滚柱丝杠传动机构的分解视图。

图5B示出了与本公开内容的实施方案一致的示例性行星滚柱丝杠传动机构的组装视图。

图6A示出了与本公开内容的实施方案一致的具有限位传感器系统且处于第一位置的示例性行星滚柱丝杠传动机构。

图6B示出了与本公开内容的实施方案一致的具有限位传感器系统且处于第二位置的示例性行星滚柱丝杠传动机构。

图7描绘与本公开内容的实施方案一致的示例性液压回路。

具体实施方式

本公开内容的多个方面涉及液压动力液体泵，更具体的方面涉及用于确定活塞在液体输送系统中的位置的限位传感器系统。虽然本公开内容不一定限于这些应用，但是可以通过使用上下文列举的涂料的各种示例的讨论来理解本公开内容的各个方面。

根据各种实施方案，液体输送系统可包括液压缸。液压缸可以是使用往复式活塞冲程在液体上分配力的机械致动器。活塞被连接到活塞杆或其他合适的结构，且活塞的运动导致活塞杆的往复运动。气缸的一端由气缸顶部(以下称为头部)封闭，且另一端由气缸底部(以下称为底座)封闭，其中活塞杆从气缸中伸出。在液压动力液体输送系统中，液压缸从加压的液压流体获得其动力。在某些实施方案中，致动器(例如，电磁阀)可引导由液压泵产生的液压流体流通过位于气缸上的第一端口(例如靠近头部的端口，以下称为头部端口)。随着液压流体被致动器引导至头部端口，气缸中建立起压力从而迫使活塞从头部通过气缸移动到底座。

在各种实施方案中，可使用限位传感器系统来检测活塞已到达其冲程的末端。限位传感器系统可包括磁体和舌簧开关。在每个活塞冲程期间，无论活塞位于气缸内的何种位置，总有一部分活塞杆保持在气缸的外部。在特定实施方案中，磁体位于活塞杆的该部分上(气缸的底座与活塞相对的一侧上)，使得磁体也能够保持在气缸的外部。当活塞已完成一个冲程时，磁体产生的磁场使舌簧开关打开或闭合。舌簧开关可被连接到能提供逻辑门的电路，该逻辑门使得致动器能够引导液压流体穿过阀到达位于气缸上的第二端口(例如，靠近底座的端口，以下称为杆端口)。随着液压流体被致动器引导至杆端口，气缸中建立起压力从而迫使活塞从底座移动通过气缸并到达头部。在该过程中，液压流体被迫进入头部端口、回到致动器中并折返回到液压流体储存器。随着活塞从底座移动到头部，施加到舌簧开关的磁场减弱，且舌簧开关将改变其状态(如果施加的磁场迫使其闭合，则打开，如果施加的磁场迫使其打开，则闭合)。随着活塞被吸引接近头部并靠近第二舌簧开关，其磁场使第二舌簧开关改变其状态。

在各种实施方案中，由于磁体位于活塞杆的外置于气缸的部分上，所以磁体不暴露于气缸内的加压的液压流体。这可保护磁体免受若将磁体置于气缸内(例如，位于活塞上)暴露于液压流体可能产生的损坏和腐蚀。此外，如果磁体受损(例如，开裂或磁性耗尽)，则可能需要维修或更换。然而，由于磁体定位于气缸外部，所以不需要拆卸液压泵来维修或更换磁体。

根据具体实施方案，舌簧开关也可位于气缸外部。结果，在涂料输送系统中，舌簧开关、舌簧开关连接器和电路板可能暴露于涂料。在特定实施方案中，舌簧开关和舌簧开关连接器可被气密密封，并且电路板可被封闭，以保护它们免受由于暴露于涂料而导致的受损、腐蚀和传感器性能损耗。

现在将参考附图更全面地描述本公开内容的实施方案。然而，可以存在本发明的多个实施方案，并且本发明不限于本文阐述的实施方案。提供所公开的实施方案使得本公开内容可向本领域技术人员充分传达本发明的范围。因此，下文的详细描述不被认为是限制性的。

图1示出了示例性喷涂系统100，其包括上护罩126、框架128、轮130、下护罩132、马达系统102、位于下护罩132下方的电磁阀(图1中未示出)、泵组件106、液压马达136和涂料储存器(未示出)。马达系统102可以是电动的、气动的等等，并且可包括位于下护罩132下方的液压泵(图1中未示出)和同样位于下护罩132下方的液压流体储存器(图1中未示出)。液压泵将液压流体(例如油)从液压流体储存器输送到电磁阀。电磁阀可以是包括螺线管、位于阀体上的头部端口和位于阀体上的杆端口的机电装置。阀体上的头部端口和阀体上的杆端口可由流过螺线管的电流来控制。对于电磁阀而言，电流可使流体在阀体上的头部端口和阀体上的杆端口之间交替流动。

根据各种实施方案，泵组件106包括液压缸114和涂料泵116。电磁阀引导由液压泵产生的液压流体穿过阀体上的头部端口到达液压缸114的头部端口112。当液压流体被电磁阀引导而穿过液压缸114的头部端口122时，气缸中建立起压力并迫使液压活塞移动。当液压活塞移动穿过气缸时，液压流体被迫穿过液压缸114的杆端口124、穿过阀体上的杆端口进入电磁阀、并折返回到液压流体储存器。此外，连接到液压活塞的液压活塞杆(图1中未示出)也可被连接到涂料活塞杆(图1中未示出)。结果，液压活塞使涂料活塞杆移动穿过涂料泵116从而将涂料从涂料储存器泵送到连接至涂料涂覆器(图1中未示出)的出口软管134。

在具体实施方案中，磁体被连接到液压活塞杆。此外，至少两个传感器位于气缸外部，对应于液压活塞在其冲程的每个端部处的两个限位位置(以下称为冲程限位位置)。在某些实施方案中，传感器可以是舌簧开关。舌簧开关是由施加的磁场操作的电开关。它可由舌簧上的一对接触件组成，这对接触件位于由合适材料(例如玻璃或塑料)形成的密闭密封的气密外壳中。在某些实施方案中，接触件可被打开从而不产生电接触。可通过将磁体带到开关附近来闭合开关。一旦磁体被拉动离开，舌簧开关将被再次打开。在其他实施方案中，可以闭合接触件，并且可通过将磁体带到开关附近来打开开关。一旦磁场被移除，舌簧开关就会闭合。

例如，当液压活塞从头部移动通过气缸时，位于液压活塞杆上的磁体更靠近第一舌簧开关移动。当液压活塞已到达气缸中的冲程限位位置时，磁场使第一舌簧开关闭合并形成回路(图1中未示出)。回路可提供电压或者可提供能激活一组金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或其他合适的开关器件的其它合适的指示以改变螺线管的状态。在该示例中，液压流体现在可从阀体上的杆端口释放，通过液压缸114的杆端口124进入气缸中。当液压活塞沿相反方向移动穿过气缸时，相对于第一个舌簧开关的磁场强度减弱，并且第一个舌簧开关被打开。此外，液压流体可通过液压缸114的头部端口122被推回，穿过阀体上的头部端口进入电磁阀中，并折返回到液压流体储存器。然后，涂料活塞杆能移动穿过涂料泵116并继续从涂料储存器泵送涂料。当液压活塞已到达冲程限位位置时，磁场使第二舌簧开关闭合，从而形成回路，并使来自电磁阀的液压流体反向流动。

在另一实施方案中，可使用霍尔效应传感器系统来确定液压活塞何时已到达活塞冲程的末端。霍尔效应传感器系统可包括磁体和传感器。在各种实施方案中，霍尔效应传感器系统可密闭地密封或封闭。传感器可以是响应于由施加的磁体产生的磁场而改变其输出电压的换能器。当液压活塞已到达冲程限位位置时，磁体被定位在使其磁场垂直于传感器的位置。垂直的磁场可感应来自传感器的输出电压，使得电磁阀能够使液压流体交替流动。

在另一个实施方案中，使用光电传感器来确定液压活塞已到达冲程限位位置。光电传感器是用于通过使用光发射器和光电接收器来检测物体的距离、物体是否存在的装置。在另一实施方案中，可使用其它传感器，包括但不限于机械传感器、基部有源换能器传感器、涡流传感器、感应位置传感器、光电二极管阵列传感器和接近传感器(a proximitysensor)。在特定实施方案中，传感器系统可被密闭地密封或封闭，以保护它们免于暴露于涂料中。

图2A示出了示例性泵组件106的外部视图，图2B示出了示例性泵组件106的内部视图。如图2B所示，泵组件106包括液压缸114的头部端口122、液压缸114的杆端口124、软管出口206、涂料活塞杆208、涂料泵腔体210、液压活塞杆212、液压活塞214、涂料进料口216、液压缸腔体218、第一舌簧开关220、第二舌簧开关222和磁体224。致动器(例如，电磁阀)引导液压流体穿过液压缸114的头部端口122进入液压缸腔体218中。液压流体迫使液压活塞214向下移动穿过液压缸腔体218。当液压活塞214向下移动穿过液压缸腔体218时，涂料活塞杆208向下移动通过涂料泵腔体210并将涂料推出软管出口206。此外，液压流体被迫往回穿过液压缸114的杆端口124、进入电磁阀并折返回到液压流体储存器。

当液压活塞214处于冲程限位位置时，磁体224使第一舌簧开关220闭合从而形成回路(图2B中未示出)。回路提供电压或者其他合适的指示，来反转电磁阀的状态并使液压流体穿过液压缸114的杆端口124流入液压缸腔体218，从而反转活塞214的方向。当活塞214向上行进时，液压流体被迫往回穿过液压缸114的头部端口122、进入电磁阀中并折返回到液压流体储存器。涂料活塞杆208也向上移动穿过涂料泵腔体210，并且通过涂料进料口216吸入涂料。当液压活塞已到达其上冲程限位位置时，磁体224使第二舌簧开关222闭合，由此形成回路并且使得液压流体反向流动通过液压缸114的头部端口122进入液压缸腔体。

图3示出了与本公开内容的实施方案一致的示例性泵组件106的分解视图。泵组件106包括液压缸114、涂料泵116和传感器盖组件304。传感器盖组件304可防止涂料进入涂料活塞杆(例如，图2B的涂料活塞杆208)和液压活塞杆212联接在一起的区域，并且可防止涂料到达磁体224和舌簧开关220和222。另外，传感器盖组件304可包括第一舌簧开关220、第二舌簧开关222和电路板330。

如图3所示，液压缸114可包括液压缸紧固件306、气缸308、活塞头磨损环310、活塞头密封件312、液压活塞214、液压活塞杆212、磁体224、液压活塞联接器318、活塞杆密封件324、保险螺母332和流体段块(fluid section block)334。液压缸紧固件306将气缸308牢固地附接到流体段块334。气缸308可包括图2B的液压缸腔体218、图2B的液压缸114的头部端口122和图2B的液压缸114的杆端口124。活塞头磨损环310是装配到位于液压活塞214的外径上的槽中的环。活塞头密封件312可以是动态密封件。它可以是单作用或双作用的，并且可以由丁腈橡胶、聚氨酯、氟碳化合物氟橡胶等制成。保险螺母332可将液压活塞联接器锁定到活塞杆212上，且液压活塞联接器318可将液压活塞杆212附接到涂料活塞杆(例如，图2B的涂料活塞杆208)。

图4A描绘了与本公开内容的实施方案一致的具有限位传感器系统且处于第一位置的示例性液压缸402。液压缸402可包括活塞404、活塞杆406、头部408、底座410、头部分隔部412、底座分隔部414、磁体416、第一舌簧开关420和第二舌簧开关418。

根据各种实施方案，如图4A所示，活塞404最初位于头部408附近的冲程限位位置，且磁体416使得第一舌簧开关420改变状态并形成回路(图4A中未示出)。回路提供电压或其他合适的信号以使致动器(例如，电磁阀)的状态反转，并且引导液压流体通过头部分隔部412进入气缸402中(如箭头422所示)。当液压流体流过头部分隔部412时，活塞404被迫远离头部408。当活塞404移动穿过气缸402时，第一舌簧开关420改变状态，且液压流体被迫往回穿过底座分隔件414进入致动器中(如箭头424所示)。

图4B描绘了与本公开内容的实施方案一致的具有限位传感器系统且处于第二位置的示例性液压缸400。磁体416定位在活塞杆406上，使得当活塞404移动穿过气缸402并靠近底座410时，磁体416靠近第二舌簧开关418并使第二舌簧开关418改变状态。这将形成回路并且提供电压或其他合适的信号以反转电磁阀的状态，并且因此反转液压流体的流动并使活塞404移动远离底座410。

图5A示出了与本公开内容的实施方案一致的示例性行星滚柱丝杠传动机构600的分解视图，且图5B示出了与本公开内容的实施方案一致的示例性行星滚柱丝杠传动机构600的组装视图。行星滚柱丝杠传动机构600包括杆602、齿轮604、滚柱606、滚柱保持器608和管610。根据各种实施方案，行星滚柱丝杠传动机构600可用于代替液压缸(例如，液压缸400)或与液压缸(例如，液压缸400)结合。行星滚柱丝杠传动机构600是用于将旋转运动转变为线性运动的机械装置。

根据各种实施方案，螺纹杆602向围绕杆602径向排列并由螺纹管610密封的多个滚柱606提供螺旋形滚道或螺纹612。螺纹612的导程(lead)是单次旋转的轴向行程。螺纹612的螺距(pitch)被定义为螺纹612的相邻螺纹之间的轴向距离。杆602的螺纹612通常具有与管610的内螺纹相同的螺距或相应的特征。滚柱606与杆602和管610之间的传动元件旋转接触并用作杆602和管610之间的传动元件。滚柱606通常具有单头起始螺纹，其中单头螺旋螺纹沿其长度并且导程和螺距相等。这可在滚柱606接触杆602和管610时限制摩擦。当滚柱606和杆602旋转时，滚柱606以杆602为轨道，管610的旋转导致杆602的行进，且杆602的旋转导致管610的行进。

图6A描绘了与本公开内容的实施方案一致的具有限位传感器系统且位于第一位置的示例性行星滚柱丝杠传动机构700。行星滚柱丝杠传动机构700可包括杆702、滚柱704、管706、头部708、底座710、磁体712、第一舌簧开关714和第二舌簧开关716。

根据各种实施方案，如图6A所示，杆702最初位于头部708附近的冲程限位位置处，并且磁体712使第一舌簧开关714改变状态并形成回路(图6A中未示出)。回路提供电压或其他合适的信号以使滚柱704反向旋转并使杆702移动远离头部708。当杆702移动穿过管706时，第一舌簧开关714改变状态。

图6B示出了与本公开内容的实施方案一致的具有限位传感器系统且位于第二位置的示例性行星滚柱丝杠传动机构700。磁体712定位在杆702上，使得当杆702移动通过管706并靠近底座710时，磁体712靠近第二舌簧开关716并使第二舌簧开关716改变状态。这将形成回路并提供电压或其它合适的信号以使滚柱704反向旋转并使杆702移动远离底座710。

图7描绘与本公开内容的实施方案一致的示例性液压回路500。在各种实施方案中，液压回路500可包括液压储存器502、液压泵504、螺线管506、头部端口508、杆端口510、液压缸512、涂料缸514、涂料储存器516和喷枪518。在某些实施方案中，液压泵504可将液压流体从液压储存器502泵送到螺线管506。在图7中，螺线管506被示出为方向控制阀。方向控制阀可允许流体从一个或多个源流入不同的路径。它们可以由缸内的片轴(spool)组成，可以以机械、电气和液压的方式被控制。此外，片轴的运动可限制或允许来自液压储存器502的液压流体的流动。

在该实施方案中，机电螺线管用于操作4通2位阀，因为存在2个片轴位置和4个阀口。然而，可以使用其他位置阀。与舌簧开关传感器(图7中未示出)组合的4通2位阀能够在液压缸512的下冲程和上冲程之间快速切换。这允许液压回路500实现一致的涂料压力。在该示例中，最初，头部端口508是连接到液压泵504的压力端口，并且杆端口连接到液压储存器502。当液压流体被引导到头部端口508内时，液压缸512中的压力迫使液压活塞向下移动穿过液压缸512，并且液压流体被推出杆端口510且返回到液压储存器502。由于液压活塞被附接到涂料活塞，涂料活塞还向下移动穿过涂料缸514，且位于涂料缸中的涂料被推入喷枪518中。

当液压活塞已到达冲程限位位置时，舌簧开关传感器可提供激活一组MOSFET(图7中未示出)的电压，并且螺线管506将片轴滑动到其第二位置。结果，杆端口510是连接到液压泵504的压力端口，并且头部端口被连接到液压储存器502。当液压流体被引导至杆端口510中时，液压缸512内的压力迫使液压活塞向上移动穿过液压缸512且液压流体被推出头部端口并返回到液压储存器502。此外，涂料活塞还向上移动穿过涂料缸514并且涂料储存器516中的涂料可被向上吸引到涂料缸516中。

出于说明的目的，已经展示了本公开内容的各种实施方案的说明，但这些说明并不旨在穷举或限于所公开的实施方案。在不脱离所公开的实施方案的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域技术人员来讲是显而易见的。本文中使用的术语被选择来解释实施方案的原理、市场中发现的技术的实际应用或技术改进，或使本领域技术人员能够理解本文公开的实施方案。

Claims (17)

1.一种液体输送系统，包括：

液压流体源；

联接到所述液压流体源的液压缸，所述液压缸具有能够在第一限位位置和第二限位位置之间移动的活塞；

杆，所述杆被连接到所述活塞且所述杆的部分从所述液压缸延伸出，其中，磁体位于所述杆的从所述液压缸延伸出的所述部分上；和

位于所述液压缸外部的至少一个传感器，所述至少一个传感器被构造成感测所述磁体，以提供所述活塞到达所述第一限位位置或所述第二限位位置的信号指示，

涂料泵，所述涂料泵联接到所述活塞，以泵送涂料，

其中，所述磁体在整个冲程期间都位于所述液压缸和所述涂料泵的泵腔体的外部。

2.根据权利要求1所述的液体输送系统，其中，所述液体输送系统是联接到涂料泵的往复泵。

3.根据权利要求1所述的液体输送系统，还包括电磁阀，所述电磁阀使所述液压流体进入所述液压缸并从所述液压缸接收所述液压流体。

4.根据权利要求1所述的液体输送系统，其中，所述液体是涂料。

5.根据权利要求1所述的液体输送系统，其中，所述至少一个传感器包括一组舌簧开关，所述舌簧开关被配置成当所述活塞到达所述第一限位位置或所述第二限位位置时改变状态。

6.根据权利要求1所述的液体输送系统，其中，所述至少一个传感器是霍尔效应传感器系统。

7.根据权利要求1所述的液体输送系统，其中，所述至少一个传感器是接近传感器。

8.一种涂料输送系统，包括：

活塞泵组件，包括：

液压流体源；

联接到所述液压流体源的液压缸，所述液压缸具有能够在第一限位位置和第二限位位置之间移动的活塞；

杆，所述杆被连接到所述活塞并且所述杆的部分从所述液压缸延伸出，其中，磁体位于所述杆的从所述液压缸延伸出的所述部分上；和

位于所述液压缸外部的至少一个传感器，所述传感器被构造成感测所述磁体以提供所述活塞到达所述第一限位位置或所述第二限位位置的信号指示；

电磁阀，所述电磁阀使流体进入所述活塞泵组件并从所述活塞泵组件接收所述流体；

涂料储存器；和

涂料泵，所述涂料泵联接到所述活塞，以从所述涂料储存器移动所述涂料，以涂敷到表面，

其中，所述磁体在整个冲程期间都位于所述液压缸和所述涂料泵的泵腔体的外部。

9.根据权利要求8所述的涂料输送系统，其中，所述活塞泵组件是往复泵。

10.根据权利要求8所述的涂料输送系统，其中，所述至少一个传感器包括一组舌簧开关，所述舌簧开关被配置成当所述活塞到达所述第一限位位置或所述第二限位位置时改变状态。

11.根据权利要求8所述的涂料输送系统，其中，所述至少一个传感器是霍尔效应传感器系统。

12.根据权利要求8所述的涂料输送系统，其中，所述至少一个传感器是接近传感器。

13.一种液体输送系统，包括：

行星滚柱丝杠传动机构，所述行星滚柱丝杠传动机构具有能够在第一限位位置和第二限位位置之间移动的杆和围绕所述杆的管，其中，所述杆的部分位于所述管的外部，磁体位于所述杆的所述部分上；和

位于所述管的外部的至少一个传感器，所述传感器被构造成感测所述磁体以提供所述杆到达所述第一限位位置或所述第二限位位置的信号指示，

涂料泵，所述涂料泵联接到所述行星滚柱丝杠传动机构，以泵送涂料，

其中，所述磁体在整个冲程期间都位于所述管和所述涂料泵的泵腔体的外部。

14.根据权利要求13所述的液体输送系统，其中，所述液体是涂料。

15.根据权利要求13所述的液体输送系统，其中，所述至少一个传感器包括一组舌簧开关，所述舌簧开关被配置成当所述杆到达所述第一限位位置或所述第二限位位置时改变状态。

16.根据权利要求13所述的液体输送系统，其中，所述行星滚柱丝杠传动机构是往复式传动机构。

17.根据权利要求13所述的液体输送系统，其中，所述至少一个传感器是霍尔效应传感器系统。