CN109415880A - 用于采用直动阀的工作机器的喷射组件 - Google Patents

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Abstract

用于包括流体储罐的工作机器的喷射组件，该喷射组件包括多个喷嘴组件，每个喷嘴组件包括直动阀。喷射组件也包括控制器和选择器，控制器可操作地连接到每个用于控制直动阀的打开和关闭，选择器可操作地连接到控制器。选择器可以由工作机器的操作者使用以便选择性地操作一个或多个直动阀，从而从流体储罐提供所期望的流体的喷射模式。

Description

用于采用直动阀的工作机器的喷射组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年5月2日提交的美国临时专利申请No.62/330,643的权益。
技术领域
本发明涉及一种用于诸如铣床、取料机/土壤稳定机、粘性物摊铺卡车或沥青铺设机的工作机器的喷射组件。更具体地，本发明涉及一种用于以较高流速喷射水或用于喷射诸如沥青水泥和沥青乳液的稠密流体的阀组件。
背景技术
道路工程通常由携带一个或多个工作部件并沿着道路行进的工作机器执行。一种这样的工作机器是铣削机、轮式或履带式车辆，其设有包括多个切削齿的旋转工作滚筒。滚筒安装在机器框架上的外壳中，并适于被降低与道路表面接触并绕水平轴线旋转，从而当机器沿着道路前进时切入表面至所需深度。
通常，铣削机还包括输送机系统，输送机系统设计成将已经由旋转滚筒从道路切削出的铣削材料带到机器的前面、后面或旁边的位置，用于放入卡车中以从铣削现场移除。一个或多个喷射组件通常被安装在输送机上方和滚筒外壳内，使得可以喷射水以控制在铣削过程中产生的灰尘和热量。通常地，必须提供较高流速的水喷射，从而控制在铣削操作期间产生的灰尘和热量。如果机器用于就地冷却再生，则可提供第二喷射组件以将沥青乳液或液体沥青水泥喷射到铣削材料上。提供可转向的履带或车轮驱动组件以驱动机器并使其沿期望的铣削路径转向。用于驱动机器和操作其系统的动力通常由柴油发动机提供。
另一种类型的工作机器是道路加固机/取料机。这种机器类似于铣削机，其包括轮式或履带式车辆，车辆包括铣削组件，铣削组件包括铣削滚筒，铣削滚筒上安装有多个切削齿，切削齿包含在铣削外壳或腔室内。然而，道路加固机/取料机的铣削滚筒通常用于将现有的路基或道路铣削或粉碎到比铣削机重新铺设前(通常称为取料)或到比铣削机初始铺设之前(通常称为加固)的更大的深度，并且它将粉碎的材料留在原地。提供类似于在铣削机中提供的喷水组件，以控制在铣削或粉碎过程中产生的灰尘和热量。如果机器用于就地冷却再生，可提供第二喷射组件以将沥青乳液或液体沥青水泥喷射到粉碎材料上。
当完成铣削或加固操作时，通常由另一种加工机器用沥青铺设材料铺设道路。沥青铺设机通过多个补给车和/或材料传输车辆供应沥青铺设材料。铺设机是自推进的，并且由轮式或履带驱动系统驱动。在普通类型的铺设机中，沥青接收料斗位于机器的前端，以接收来自卡车或物料传输车辆的沥青铺设材料，并且位于沥青接收料斗下面的料斗输送机将沥青铺设材料从料斗传输到沥青分配组件，沥青分配组件包括安装在机器后部附近的横向分配螺旋输送器。沥青铺设材料被放置或横跨道路或其他表面以待分配螺旋输送器铺设，并且位于分配螺旋输送器后面的机器后端的浮式刮板压实沥青铺设材料以形成沥青垫。
常常期望在将沥青铺设材料分配和压实成垫子之前将沥青乳液、液体沥青水泥或类似物质(通常称为“粘性物”或“粘性材料”)施加到道路表面上，以便有助于将沥青铺设材料粘合到下层表面上。通常就在铺设操作之前，通过从横向延伸穿过表面的喷杆或喷射组件被喷涂到待铺设的表面上来施加粘性物。一些沥青铺设机包括粘性物喷射组件，其适于将粘性材料放置到分配位于螺旋输送器前面的道路表面上。有时粘性材料由另一个工作机器施加，工作机器是在沥青铺设机前方行进的粘性物摊铺卡车。
在铣削机、加固机/取料机、沥青铺设机和粘性物摊铺卡车上发现的各种喷射组件通常包括多个喷嘴，每个喷嘴由提升阀致动。与喷射组件相关的阀的直接流体致动尚未被认为是实用的，因为通过工作机器中的阀组件的水喷射的流量太高以至于不能可靠地打开和关闭阀，并且被用在沥青铺设材料或粘性物喷射的热沥青水泥和乳液非常粘稠以至于它们会在阀组件中“冻结”。因此，这些喷射组件通常采用较小的先导控制阀，其使用诸如空气或液压流体的中间动力传递流体来控制喷射阀的打开和关闭。这种阀组件通常非常可靠，但它需要用于先导流体的单独的流体回路以及小控制阀和提升阀组件之间的多个流体管线。期望的是可以提供用于工作机器的喷射组件，其可以采用更简单但可靠的控制系统。
本发明优选实施例的优点
本发明的优点之一是它提供了一种用于与喷射组件的喷嘴相关的阀的直接致动，其被用于诸如铣削机、取料机/土壤加固机、沥青铺设机或分配卡车的工作机器上。这种直动阀不需要单独的流体控制回路，由此消除较小的流体致动的先导阀以及部件以及与空气或液压流体回路相关的流体管道的需求。因此，这种直动阀可能位于比先导流体控制阀更有利地定位，从而最小化阀组件所需的空间。
通过研究附图和随后的描述，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。
构造的注解
在描述本发明的情况下术语“一”、“一个”、“该”和类似术语的使用意为覆盖了单数和复数，除非在此另外标记或被上下文清楚反驳。。术语“包括”、“具有”和“包含”意为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另外指出。术语“基本上”、“一般”和程度的其它词语是相对的修饰，它们意在从如此修改的特征中指出可允许的变型。在描述本发明的物理或功能特征时使用的这些术语并不意在将这种特征限制到术语所修改的绝对值，而是提供对这种物理或功能特征的近似值。除非本文中另外指明或由上下文明显指出，本文中描述的所有方法可能以任何合适的次序执行。
除非本文说明或由上下文明显指出，关于附件、联接件等的术语，诸如“连接”和“互连”，是指其中结构或部件通过中间结构直接或间接地固定或附接到彼此的关系，以及可移动的和刚性的附接或关系。术语“可操作地连接”是这样的附接、联接或连接：其允许相关结构或部件凭借该关系按预期操作。术语“电连接”是这样的附接、联接或连接：其允许电从一个这样的结构或部件流到或通过另一个。术语“流体连通”是这样的附接、联接或连接：其允许流体从一个这样的结构或部件流到或通过另一个。
本文涉及的任何和所有示例或者示例性的语言(例如“诸如”和“优选地”)的使用仅旨在更好地说明本发明及其优选实施例，而不是对本发明的范围进行限制。除非特别说明，说明书中的任何内容都不应解释为指示对本发明实践所必需的非要求的元素。本文中具体限定了某些术语。这些术语给出了与这些定义一致的它们最宽泛的合理构造，如下：
术语“骨料”和类似术语是指用于生产沥青铺设材料的碎石和其他颗粒材料，例如，诸如碎石灰石和其他类型的碎石、碎波特兰水泥混凝土、切碎或粉碎的矿物和纤维素纤维、再生沥青路面、再生沥青瓦、砾石、沙子、石灰和其他颗粒添加剂。
术语“沥青水泥”和类似术语是指在沥青铺设材料的生产中与骨料材料组合使用的沥青流体，或者作为粘性材料。沥青水泥在沥青铺设材料的生产中用作各种骨料的粘合剂。术语“沥青乳液”是指沥青水泥在水中的化学稳定的分散体。在沥青铺设材料生产中，沥青乳液也与的骨料一起使用，或作为粘性材料使用。
术语“沥青铺设材料”和类似术语是指在沥青生产设备中的使用沥青水泥或沥青乳液以及任何各种骨料材料生产的沥青铺设混合物。
当用于工作机器的喷射组件或这种喷射组件的部件时，术语“上面”、“上方”和类似术语是指远离机器运行所在表面的相对位置或方向。
当用于工作机器的喷射组件或这种喷射组件的部件时，术语“下面”、“下方”和类似术语是指朝向机器运行所在表面的相对位置或方向。
术语“工作方向”指的是工作机器在道路或路基上工作时的主要行进方向。
术语“框架”是指支承喷射组件的工作机器的结构部件。
术语“线性致动器”指的是产生被直线引导的力的电动、液压、电动液压、气动或机械装置。“线性螺线管”是一种线性致动器，其包括缠绕在圆柱形管周围的电线圈，圆柱形管包含可沿管轴向自由移动的铁磁致动器或柱塞。复位弹簧通常设在圆柱形管的一端或邻近与柱塞一起移动的部件。当电流通过线圈时，建立吸引柱塞朝向线圈的中心的磁场，导致其在管内移动，直到它压缩复位弹簧。当电流的流动停止时，复位弹簧迫使柱塞退出到其原始静止位置。
术语“直动阀”是指不需要单独的流体控制回路的阀。
发明内容
本发明包括喷射组件，喷射组件安装在工作机器的框架上并包括多个喷嘴。与喷射组件中的每个喷嘴相关联的是直动阀，更具体地是由线性螺线管实现的直动式提升阀。本发明还包括电源、控制器和选择器，电源用于选择性地使线性螺线管通电，控制器用于控制线性螺线管的致动，选择器可以由工作机器的操作者使用以便选择一个或多个直动式提升阀来运行。
在本发明的一个优选实施例中，控制器适于采用脉冲宽度调制(“PWM”)电流控制以便减小保持直动式提升阀打开所需的电流，也称为“保持电流”。在本发明的另一个实施例中，提升阀可以设置有机械锁定件，机械锁定件将保持阀打开，使得可以用螺线管低电流释放来关闭阀。
为了便于理解本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例，以及发明人已知的用于实现本发明的最佳模式，并且其详细描述如下。然而，本发明并不意在限制于所述的实施例或者结合在此所述的装置进行使用。因此，发明者设想的本发明的范围包括在权利要求书中所引用的所有等同物，以及诸如对于与本发明相关领域的技术人员容易想到的各种修改和替代性实施例。发明人期望本领域技术人员采用似乎对他们来说合适的此类变型，包括本发明的不同于本文所具体描述的实践。此外，除非文中另外指出或通过上下文明确排出，本发明包含在任何可能的变型中的本文中所述的本发明的元件以及部件的任何组合。
附图说明
在附图中示出了本发明的优选实施例，其中相同的附图标记始终表示相同的部件，并且其中：
图1是应用了本发明第一实施例的沥青铺设机的侧视图。
图2是图1中所示的喷射组件的第一实施例的立体图。
图3是与本发明结合使用的直动式提升阀组件的侧视图。
图4是图3的直动式提升阀组件的剖视图，图4通过图3的线4-4截取，其示出了处于关闭位置的阀组件。
图5是图2中所示的本发明的喷射组件的第一实施例的正视图，示出了其在施加第一喷射模式时的用途。
图6是图2中所示的本发明的喷射组件的第一实施例的正视图，示出了其在施加第二喷射模式时的用途。
图7是图2中所示的本发明的喷射组件的第一实施例的正视图，示出了其在施加第三喷射模式时的用途。
图8是图2中所示的本发明的喷射组件的第一实施例的正视图，示出了其在施加第四喷射模式时的用途。
图9是本发明的喷射组件的第二实施例的正视图，示出了其在施加第五喷射模式时的用途。
图10是本发明的喷射组件的第二实施例的正视图，示出了其在施加第六喷射模式时的用途。
具体实施方式
本发明的优选实施例的描述旨在结合附图阅读，附图被认为是本发明的整个书面描述的一部分。附图不一定按比例绘制，并且为了清楚和简明起见，本发明的某些特征可能以比例夸大或略微示意性的形式示出。
本发明包括喷射组件，用于与诸如图1所示的沥青铺设机12之类的工作机器连接。如图所示，铺设机12包括履带驱动系统14，履带驱动系统14由发动机(未示出，但容纳在发动机舱16中)驱动，从而沿箭头18所示的工作(或铺设)方向移动。铺设机12还包括重力进料料斗20，其适于从运货卡车或材料传输车辆(未示出)接收一定量的沥青铺设材料。传统的输送机(也未示出)安装在料斗20的底部并且适于将沥青铺设材料从料斗20输送到横向的分配螺旋输送器22，分配螺旋输送器22运行以将沥青铺设材料分布在要铺设的道路的宽度上或其待铺设的部分的宽度上。浮式刮板24位于分配螺旋输送器的后面，并适于使沥青铺设材料平整和压实以形成沥青垫。沥青铺设机12还包括用于粘性材料的流体储罐26，流体储罐26与喷射组件28流体连通。如本发明所涉及领域的普通技术人员所理解的，这种流体连通包括流体储罐26和喷射组件28之间的流体回路以将粘性材料从储罐输送到喷射组件，喷射组件28包括泵和合适的管道或软管。
现在参照图2，喷射组件28附接到机器12的框架上，并包括安装在支承梁32上的二十四个喷嘴组件30。本发明还包括控制器，控制器包括输入模块34、输出模块36和喷射控制器38。输入模块34和输出模块36可位于喷射组件28附近并且可操作地连接到喷射控制器38，喷射控制器38位于操作员站41中的操作员控制面板40中(参见图1)。输入模块34可操作地连接到喷射组件28的每个喷嘴组件30的电磁开关组件42并且可操作地连接到喷射控制器38，并且适于决定与每个喷嘴组件30相关联的阀组件是打开还是关闭，并将该信息传送给机器12的操作者。在本发明的优选实施例中，输入模块34也可操作地连接到喷射组件中的各种传感器(未示出)以及喷射控制器38，其中传感器可以诸如测量系统中的流体温度、压力、流速和其他操作参数的传感器。在该优选实施例中，输入模块34适于向位于操作员站41中的机器操作员提供关于这些系统参数的信息。输出模块36可操作地连接到诸如电池43的电源，并且适于使喷射组件28中的各种电磁开关组件通电。输出模块36也可操作地连接到喷射控制器38，以允许机器12的操作者控制喷射组件28中的各种电磁开关组件的激活。
在图3和图4中更详细地示出了喷嘴组件30。如图所示，喷嘴组件30包括直动阀，直动阀包括电磁开关组件42以及阀组件，阀组件包括阀外壳44和喷嘴外壳45。如图4中最佳地所示，该直动阀包括直动式提升阀，直动式提升阀由线性螺线管实现。电磁开关组件42包括开关销绝缘体46，开关销绝缘体46可操作地连接到开关导体47。开关导体47电气地连接到电源43，并且开关销48电气地连接到开关导体47以提供从电源43到线圈50的电力路径。如图4所示，电磁开关组件未通电，因此围绕提升轴54的复位弹簧52将提升阀56保持与喷嘴外壳45中的提升阀衬套58抵靠，从而关闭阀，其中提升阀56附接在提升轴的下端。当控制器使电流从电源43流过开关导体47以及开关销48使线圈50通电时，安装在提升轴54的上端的柱塞60被线圈产生的磁场向上拉，直到其上端抵靠行程止动部62。这使得提升阀56从提升阀衬套58中退出，因而允许沥青乳液或另一种流体在足以将其从喷嘴外壳45的底部排出的压力下通过入口端口64进入阀外壳44。轴密封件66防止流体在提升轴54周围向上泄漏。
由于控制器的输入模块34可运行地连接到每个喷嘴组件30，因此可以运行喷嘴组件以产生各种喷射构造。因此，图5示出喷射组件28中所有喷嘴组件的同时运行，从而产生三重覆盖喷射构造。图6示出多对喷嘴组件的同时运行，其中每对之间的单个喷嘴组件被关闭以产生类似于通过图5中所示的运行获得的喷射覆盖范围。在图6的示例中，控制器通过增加通过2/3喷嘴组件的流体压力(即，关闭喷嘴组件的1/3)来产生与图5构造的运行类似的喷射模式。类似地，图7示出了交替喷嘴组件的同时运行。在这种构造中，通过提高通过运行的喷嘴组件的流体压力，控制器可产生与通过图5的运行构造获得的流体流速相同的流体流速，同时仅运行图5的构造的一半喷嘴组件。图8示出了1/3喷嘴组件的同时运行，其中每个运行的喷嘴组件与一对非运行的喷嘴组件相邻。在这种构造中，通过提高通过操作喷嘴组件的流体压力，控制器可产生与通过图5的操作构造获得的流体流速相同的流体流速，同时仅操作图5的构造的1/3的喷嘴组件。
图9和10示出了一种替代的喷射组件128，其具有沿支承梁132间隔开的十五个喷嘴组件30。图9显示了当所有喷嘴组件同时运行时可获得的喷射模式，并且图10示出了当仅一半喷嘴组件同时运行时可获得的喷射模式，其中每个运行的喷嘴组件与一个非运行的喷嘴组件相邻。
本发明提供了与用于工作机器的喷射组件相关的阀的直接电动致动。通过避免与这种传统系统相关的先导控制阀以及流体管道和部件，本发明极大地简化了喷射组件的设计，并使设计者能够灵活地将用于喷射组件的控制部件定位到更靠近阀，因而保持控制器和阀之间的布线更短。
尽管此说明书包含很多具体内容，但这些不应被诠释成是对本发明的范围的限制，而是仅提供对本发明的一些目前较佳的实施例以及发明人实施本发明所设想的最佳模式的说明。如在此所述，本发明可有各种修改和改变，如由具有本发明相关领域的普通技术人员所理解的。

Claims (17)

1.一种用于工作机器的喷射组件，所述喷射组件包括流体储罐并适于在道路上运行，所述喷射组件与所述流体储罐流体连通，并且还包括：
(a)多个喷嘴组件，所述喷嘴组件包括直动阀；
(b)控制器，所述控制器操作地连接到每个所述直动阀，用于控制所述直动阀的打开和关闭；
(c)选择器，所述选择器操作地连接到所述控制器，所述选择器由所述工作机器的操作者使用以便选择性地操作一个或多个直动阀，从而从流体储罐将所期望的流体的喷射模式提供到道路上。
2.根据权利要求1所述的喷射组件，其特征在于，每个所述直动阀是由线性螺线管实现的直动式提升阀。
3.根据权利要求2所述的喷射组件，其特征在于，所述控制器适于采用脉冲宽度调制电流控制，以减小保持所述直动提升阀打开所需的电流。
4.根据权利要求2所述的喷射组件，其特征在于：
(a)包括附接在工作机器的框架上的支承梁；
(b)包括用于所述控制器的电源；
(c)其中每个所述喷嘴组件：
(i)被安装在所述支承梁上；
(ii)包括电磁开关组件和阀组件；
(d)其中所述控制器包括：
(i)喷射控制器；
(ii)输入模块，所述输入模块操作地连接到每个所述喷嘴组件的所述电磁开关组件和所述喷射控制器，所述输入模块适于决定每个喷嘴组件的所述阀组件是打开还是关闭；
(iii)输出模块，所述输出模块操作地连接到所述喷射组件和所述电源，所述输出模块适于使所述喷射组件中的每个所述喷嘴组件的所述电磁开关组件通电。
5.根据权利要求4所述的喷射组件，其特征在于，所述输入模块操作地连接到一个或多个传感器，用于测量所述喷射组件的运行参数。
6.根据权利要求4所述的喷射组件，其特征在于，每个阀组件包括：
(a)喷嘴外壳，所述喷嘴外壳包括提升阀衬套；
(b)阀外壳，所述阀外壳与述工作机械的所述流体储罐和所述喷嘴外壳流体连通；
(c)提升轴，所述提升轴具有上端和下端；
(d)提升阀，所述提升阀附接在所述提升轴的下端；
(e)柱塞，所述柱塞附接在所述提升轴的上端；
(f)复位弹簧，所述复位弹簧围绕提升轴并适于当所述电磁开关组件未通电时保持所述提升阀与所述喷嘴外壳中的所述提升阀衬套抵靠。
7.根据权利要求6所述的喷射组件，其特征在于，每个电磁开关组件包括：
(a)开关导体，所述开关导体电气地连接到电源；
(b)开关销绝缘体，所述开关销绝缘体操作地连接到所述开关导体；
(b)开关销，所述开关销电气地连接到所述开关导体；
(d)线圈，所述线圈围绕与其相关的所述阀组件的所述柱塞，所述线圈电气地连接到所述开关销；
其中，所述控制器适于使所述电磁开关组件通电，以使来自所述电源的电流流过所述开关导体和所述开关销，以使所述线圈通电，从而产生磁场，所述磁场使所述柱塞被向上拉，使得提升阀不与提升阀外壳抵靠。
8.根据权利要求7所述的喷射组件，其特征在于，每个阀组件包括在所述阀外壳中的入口，所述入口与所述工作机器的所述流体储罐流体连通。
9.根据权利要求7所述的喷射组件，其特征在于，每个阀组件包括行程止动部，当所述控制器导致电流使线圈通电以产生磁场以向上拉柱塞时，所述行程止动部备定位成与所述柱塞的所述上端接合。
10.根据权利要求7所述的喷射组件，其特征在于，每个阀组件包括轴密封件，当向上拉所述柱塞时，该轴密封件防止流体围绕提升向上泄漏，使得提升阀不与提升阀外壳抵靠。
11.一种用于在道路上运行的包括流体储罐的工作机器的方法，所述方法包括：
(a)提供与所述流体储罐流体连通的喷射组件，所述喷射组件还包括：
(i)多个喷嘴组件，所述喷嘴组件包括直动阀；
(ii)控制器，所述控制器操作地连接到每个所述直动阀，用于控制所述直动阀的打开和关闭；
(iii)选择器，所述选择器作地连接到所述控制器，所述选择器由工作机器的操作者使用以便选择性地操作一个或多个直动阀，从而从流体储罐将所期望的流体的喷射模式提供到道路上。
(b)采用所述选择器选择运行一个或多个所述直动阀，从而在道路上提供所期望的喷射模式。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括采用所述选择器以同时运行所述喷射组件中的所有所述直动阀。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括采用所述选择器以同时运行喷射组件中的相邻对的直动阀，在每对所述相邻对之的单个喷嘴组的运行被关闭。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括采用选择器同时运行喷射组件中的一半直动阀，其中与每个运行的直动阀相邻的直动阀被关闭。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括采用选择器同时运行喷射组件中的三分之一直动阀，其中与每个运行的直动阀相邻的一对直动阀被关闭。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括提供一种喷射组件，其中每个所述直动阀是由线性螺线管实现的直动式提升阀。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法包括提供具有控制器的喷射组件，所述控制器包括：
(a)喷射控制器；
(b)输入模块，所述输入模块操作地连接到每个所述喷嘴组件的所述电磁开关组件和所述喷射控制器，所述输入模块适于决定每个所述喷嘴组件的所述阀组件是打开还是关闭；
(c)输出模块，所述输出模块操作地连接到所述喷射组件和电源，所述输出模块适于使所述喷射组件中的每个喷嘴组件的所述电磁开关组件通电。
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