CN1291897C - 定量分配器 - Google Patents

Abstract

一种可以改变其排出体积的定量分配器，它可以减小排出体积的波动幅度、能够迅速地使物质充满从分配器到注入点的通道，并且可以使用该物质清洗该注入点。在该分配器中，由分配器排出的物质体积与向该分配器供给的物质压力相对应，而且对活塞加压的弹性体具有根据活塞位置而变化的杨氏模量。

Description

定量分配器

技术领域

本发明涉及一种定量分配器，它排出所需数量的粉末或液体，例如润滑剂。

背景技术

定量分配器是指一种排出预定体积流体，如液体或粉末并将该流体分配到所需要地方的装置。例如，定量分配器用于将预定体积的润滑剂注入机器或系统的各个润滑点。这种分配器接收流体，例如由间歇运行的泵进给的润滑剂，并且通过使用泵提供流体的压力推起分配器的活塞排出存储在分配器缸体内腔中的流体或物质。

有两种类型的定量分配器；一种类型的定量分配器在泵对物质加压时排出该物质，而另一种类型的定量分配器在对物质减压时排出该物质。两种类型均通过活塞全冲程运动排出物质的预定体积。

在前一种增压式排出分配器中，当活塞被物质加压时，分配器的活塞克服弹性体，例如弹簧的力被推起，然后排出存储在缸体内腔中的物质。被排出物质的体积与活塞运动的最大距离相对应。然后，当活塞减压时，活塞被弹性体的力推下，从而物质被进给并存储在缸体内腔中。

另一方面，在后一种减压式排出分配器中，当活塞被加压时，分配器的活塞克服弹性体的力被推起，然后物质被进给并存储在缸体内腔中。因为活塞是全冲程运动，所以物质的体积是恒定的。当活塞减压时，活塞被弹性体的力推下，于是存储在缸体内腔中的物质被排出。

如上所述，在两种类型的分配器中，活塞的运动距离被限定为定长，因而计量或进给物质的体积和排出物质的体积被确定为固定容积。

在上述现有技术的分配器中，当排量或配给体积需要改变时，必须更换限定活塞运动距离的构件，以改变存储在缸体内腔中物质的体积。所以要变换物质的排量就很不方便。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种能够改变物质排出体积的定量分配器。

根据本发明，提供了一种定量分配器，它包括缸体、置于缸体中的活塞、对活塞加压的弹性体，活塞受到物质间歇施加到分配器上克服弹性体力的压力而运动，从分配器排出的物质的预定体积由活塞在缸体中的运动距离确定，其中从分配器排出的物质体积与向分配器供给物质的压力相对应。

对活塞加压的弹性体可以具有根据活塞位置而变化的杨氏模量。

弹性体可包含多个串联布置的弹性元件，各个弹性元件彼此具有不同的杨氏模量。

弹性体可包括多个并联布置的弹性元件，使得由于活塞位置而造成弹性元件的压缩起始点彼此不相同。

另外，根据本发明，提供了一种定量分配器，它包括缸体、置于缸体中的活塞、对活塞加压的弹性体，活塞受到物质间歇施加到分配器上克服弹性体力的压力而运动，从分配器排出的物质的预定体积由活塞在缸体中的运动距离确定，其中被活塞彼此分开的缸体内腔流入端和排出端由于活塞的运动距离超过正常操作的运动距离而相互连通，从而用于向分配器供给物质的管道就和分配器的出料口相互连通。

被活塞彼此分开的缸体内腔的流入端和排出端可以通过在活塞的运动距离超过正常操作的运动距离的地方扩大缸体内径相互连通。

附图说明

通过下面对优选实施例的说明并参照其中的附图，本发明的上述及其它目的、特征及优点会更加清楚，其中：

图1是用于说明本发明定量分配器的工作原理图；

图2是分配器第一方面的主体剖面示意图；

图3是分配器第二方面的主体剖面示意图；

图4是分配器一个实施例的剖面透视图；

图5是图4分配器剖视图，其中分配器未被施加压力；

图6是图4分配器剖视图，其中分配器被施加压力并且排出物质；

图7是图4分配器在减压时的剖视图；

图8是图4分配器连续排出物质时的剖视图；和

图9是用于说明现有技术定量分配器的工作原理图。

具体实施方式

首先将描述本发明的工作原理。

类似于传统的分配器，根据本发明的定量分配器可以使用间歇地施加到活塞上的压力，克服缸体中弹性体，例如弹簧的力，通过置于缸体中活塞的运动而排出存储在分配器缸体内腔中的物质。因此，物质的排出体积由活塞的运动距离确定，而该距离由弹性体，例如弹簧的压缩量或延伸量确定。如上所述，在传统的分配器中，通过将活塞的运动距离限定为常量，从而将计量和排出的物质体积确定为固定容积。相反，在本发明的分配器中，活塞的运动距离或物质的排出体积与向分配器提供的物质压力相对应。

图9是用于说明活塞的运动距离x与施加到活塞上的压力P之间的关系图。在图9中，横轴表示活塞的运动距离x，纵轴表示施加到活塞上的压力P。另外，在图9中比较了两种情况：在第一种情况下，用于移动活塞的弹性体的杨氏模量或弹簧常数Ka相对较低，而在第二种情况下，用于移动活塞的弹性体的杨氏模量或弹簧常数Kb高于Ka。

假定用于排出所需排出体积的物质，例如润滑剂的活塞运动距离为x1。当弹性性体具有较低的杨氏常数Ka时，对活塞加压的压力P1也很低。另一方面，当弹性体具有较高的杨氏常数Kb时，必须使用较高的压力P2对活塞加压。

因此，如果压力P受到例如向分配器进给物质的泵排量的波动而在ΔP的范围内波动，如图9所示，则在使用具有较高杨氏模量Kb的弹性体时，活塞运动距离的波动幅度Δx2相对较小。然而，在使用具有较低杨氏模量Ka的弹性体时，波动幅度Δx1相对较大。

因此，当使用具有相对较高杨氏模量的弹性体来移动分配器的活塞时，由于向分配器供给的物质所产生压力的波动而导致物质排出体积的波动就相对较小，这样分配器就可能排出所需或更加精确体积的物质。然而，施加到活塞上的压力必须相当高。另一方面，当弹性体具有相对较低的杨氏模量时，施加到活塞上的压力并不需要非常高。然而，物质排出体积的波动幅度就变得较高，这将十分不利。

因此，根据本发明的分配器使用一种弹性体，该弹性体具有可根据其自身压缩量或延伸量而变化的杨氏模量。更详细地说，弹性体的杨氏模量随着压缩量或延伸量变大而变大。

图1表示活塞运动距离与压力P之间的关系。在图1中，实线A表示当弹性体具有可变杨氏模量时的关系，而虚线B表示当弹性体具有常量杨氏模量时的关系。

如果排出所需体积物质所要求的活塞运动距离在实线A上为x1，则所需的压力P1相对较低。另一方面，在虚线B上，所需的压力P2要相当高于P1。当这些压力受到向分配器进给物质的泵排量的波动而在ΔP的范围内波动时，在实线A上活塞运动距离的波动幅度Δx1相对较小，然而，在虚线B上的波动幅度Δx2相当大。因此，在使用定量分配器时，根据本发明，使用具有可变杨氏模量的弹性体，可以将进给物质的泵压力或排量设定得相当低。另外，当活塞的压力由于例如泵排量的波动而出现波动时，物质排出体积的波动就小于常量杨氏模量中的波动，从而可以排出精确所需的物质体积。

通过串联或并联布置多个弹性元件，或是把它们形成组合，可以提供具有可变杨氏模量的弹性体。

图2是根据本发明定量分配器的第一方面的主体剖视图。活塞2位于分配器的缸体1中，弹性体或弹簧组件4置于活塞2和附着在缸体1一端(在图2中为上端)的盖3之间。弹性体4通过串联或整体地排列具有不同弹簧常数的弹性元件或弹簧而形成。弹性体4的一部分可以是另一种弹性元件，例如橡胶。在图2所示的这第一方面中，由具有较大弹簧常数的弹簧开始，按顺序串联布置了弹簧4a、4b和4c。

活塞2和盖3之间的缸体内腔中充满流体或物质。当向分配器进给物质的泵(未示出)起动时，该物质的压力施加到活塞2上，致使活塞2克服弹性体4的力而运动或推动，从而将物质由盖3上布置的出料口3a中排出。接下来，当停止向活塞2施加压力时，活塞2便被弹性体4的力推下并且返回至其初始位置。当活塞2被推下时，物质通过在活塞2上设置的孔2d流入缸体内腔，从而使物质再次充满内腔。

接下来将描述一种改变包括一系列弹簧或弹性元件在内的弹性体或弹簧组件弹簧常数的方法。包括一系列弹簧(假定弹簧的数量为n，并且弹簧分别具有弹簧常数K1、k2……kn-l、kn(k1、k2……kn-1、kn＞0))的弹簧组件的总弹簧常数K可以计算如下：

1/K＝1/k1+l/k2+......+1/kn-1+1/kn    (1)

当物质被加压且活塞运动时，所有弹簧均被活塞均匀加压。随着活塞压力的增加，一个弹簧(在图2中为弹簧4c)被压缩至其最大压缩量，这使该弹簧不能再压缩，由此可以将该弹簧认为是一个刚性体。假定该弹簧即刚性体的弹簧常数为Kn，则弹簧组件的总弹簧常数K′可表示如下：

1/K′＝1/k1+1/k2+......+1/kn-1    (2)

由等式(1)和(2)可以看出，1/K-1/K′＝l/kn＞0，因此，1/K＞1/K′或K′＞K(∵K＞0，K′＞0)。因此，当活塞的压力增加时，总弹簧常数也增加。

于是，随着活塞压力的进一步增加，另一个弹簧(在图2中为弹簧4b)被压缩至其最大压缩量，这样将该弹簧可以认为是一个刚性体，因而总弹簧常数由于上述同一原因而进一步增加。换句话说，每个被视为刚性体的弹簧都会增加弹性体4的总弹簧常数或杨氏模量。这样可提供一种使用具有如图1所示可变杨氏模量的弹性体的分配器。

图3是根据本发明定量分配器第二方面的主体剖视图。该第二方面与第一方面有下列不同：代替弹性体4置于活塞2和活塞3之间的弹性体或弹簧组件5是通过并联布置任意数量的弹性元件或弹簧而形成的。在该第二方面，用于移动活塞2的弹性体5是通过布置具有可能不同或可能相同的弹簧常数的弹簧5a、5b和5c而形成的。弹性元件也可以是另外一种弹性元件，例如橡胶。

在包括并联布置的弹簧的弹性体5中，一个弹簧5a的两端自始就分别与活塞2和盖3邻接，但是其它的弹簧5b和5c布置成它们各自一端在活塞2移动后才与盖3邻接。换句话说，在不施加压力时，弹簧5b和5c各自一端并不与盖3邻接，因此，弹簧5b和5c并不压缩。当物质被加压且由活塞施加压力时，活塞2与盖3或活塞2冲程终点之间的距离变短。当压力进一步增加时，弹簧5b的末端与盖3邻接，因此，推回活塞2的弹簧数量逐个增加。这时，可以通过增加压缩弹簧的数量而增加用于将活塞2推回的弹性体5的总弹簧常数。当压力进一步增加时，弹簧5c的末端与盖3邻接，并且弹性体5的弹簧常数进一步增加。这样，可形成具有如图1所示可变杨氏模量的弹性体。

假定弹簧数目为n(n为任意数，在图3所示的实例中为3)，并且各个弹簧的弹簧常数为k1、k2……kn-1、kn(k1、k2……kn-1、kn＞0)，则弹性体5或弹簧组件的总弹簧常数K表示如下：

K＝k1+k2+......+kn-1+kn    (3)

假定最初只有一个弹簧(在图3实例中弹簧5a)与盖3邻接，其它弹簧随着压力的增加而依次与盖3邻接，则总弹簧常数K增长如下：

K＝k1→K＝k1+k2→K＝K1+k2+k3→……

这样，即可获得使用如图1所示可变杨氏模量的弹性体。

图4是本发明定量分配器一个实施例的剖面透视图，其中通过并联布置的两个弹性元件或弹簧形成一个弹性体或弹簧组件。

定量分配器包括具有缸体内腔1a、1b和1c的缸体1。由活塞2彼此分开的缸体内腔1a和1b形成缸体的大直径部分，而缸体内腔1c形成缸体的小直径部分。活塞2包括置于缸体的大直径中并将腔体分为1a和1b两个腔的主活塞部分2a；分别置于主活塞部分2a轴端的缩小的直径部分2b和2c；以及置于部分2c顶部上的缩小的直径部分2c′，其具有缩小的直径使得可以插入缸体内腔1c中。盖3安装在缸体1的一端(在图4中为上端)，并且具有排出物质的出料口3a。在盖3上指向活塞2的一端布置一孔，它设有用于容纳弹簧组件作为弹性体的底部，并且在活塞2上指向盖3的一端布置一孔，它设有用于容纳弹簧组件的底部。盖3孔的直径与活塞2孔的直径不同。该弹簧组件5通过在活塞2和盖3之间并联布置两个弹簧或弹性元件而形成具有可变杨氏模量或弹簧常数的弹性体。两个弹簧中具有较小直径的弹簧5a总是邻接活塞2和盖3孔的底部。具有较大直径的另一弹簧5b与活塞2孔的底部邻接，但是在图4中活塞2向下移动或向缸体内腔1c移动时不与盖3邻接。同样，具有较大直径的弹簧5b可以附着在盖3上并在活塞2向上移动后被压缩。

在活塞2上缩小的直径部分2c和2c′处设置通孔2d，具有阀塞6a和轴6b的阀6将插入孔2d。轴6b可以开启和关闭孔2d。阀塞6a可起到单向阀的作用，使物质从管道7穿过缸体内腔1c流入缸体内腔1b(即从下到上)，但不允许该物质逆向流动。管道7可以是用泵(未示出)向分配器供给物质用的管道，并且物质可以通过缸体上布置的孔1d导入缸体1。

缸体1的较大直径部分被活塞2的主活塞部分2a分为指向盖3的排出端缸体内腔1a和指向具有较小、直径的缸体内腔1c的流入端缸体内腔1b。另外，缸体内腔1a包括一个具有比缸体内腔1a更大直径的间隙1e。在盖3上布置有通道或孔3b，以保持缸体内腔1a和出料口3a即使在活塞2的缩小直径部分2b与盖3邻接时也能流体连通。同样，在缩小的直径部分2b上布置有孔2f，以使部分2b内部和外部之间流体连通。数字8和8′表示用于密封物质的O形环。

下面将使用图5-7描述该实施例的操作。

在图5中，向分配器供给物质的泵未被起动并且管道7中物质处于低压状态。在该位置，活塞2受到弹性体或弹簧组件5的力而被推下，并且缩小直径部分2c末端与缸体内腔1b中在缸体内腔1b和1c之间形成边界的端面邻接。另外，阀6的阀塞6a与设有孔1d的缸体端面邻接，并且阀6的轴6b关闭在活塞2中形成的孔2d。

当泵被起动并且管道内物质的压力升高时，物质首先对阀6的阀塞6a加压。因为阀塞6a布置成物质可以由管道7流入缸体内腔lb，即由下向上流动，所以物质的压力可以作用到活塞2缩小的直径部分2c的端面上，并且在图5中活塞2和阀6被向上移动或推动。在活塞2开始移动时，只有弹簧组件5的弹簧5a被活塞2的移动压缩，因此，活塞2甚至是相当低的压力也可以移动。通过活塞2向上移动，物质可以流入由活塞2缩小的直径部分2c限定的缸体内腔1b内，并且可压缩具有较大直径的主活塞部分2a的端面。接下来，当活塞进一步向上移动以至于另一弹簧5b的一端与盖3的末端邻接时，该弹簧也被压缩并且弹性体5的弹簧常数会增加。然后，活塞2停止在弹性体5反作用力与泵用于进给物质输出压力平衡的位置上。

存储在缸体内腔1a中的物质由出料口3a排出的体积与活塞2向上移动推出的体积相对应。图6示出活塞被物质加压和向上推的位置。在该情况下，如果施加到活塞2上的压力例如因为泵排量的波动而发生波动，则活塞2的运动距离的波动会很小，因为如上所述、弹性体5的总弹簧常数是增大的，并且可以排出更为精确体积的物质。

在物质的正常排出中，如图6所示，在缸体内腔1a和1b之间的流体连通被截断时，会排出预定体积的物质，换句话说，形成于主活塞部分2a上用以形成缩小的直径部分2c的端部2g并未到达间隙1e的下端部1f。

图7示出泵被关闭并且物质压力减小的位置。在该情况下，弹性体5的反作用力或推斥力向活塞2施加向下的力。该向下的力作用在存储在缸体内腔1b的物质上，并且物质的压力施加到阀6的阀塞6a上。因为阀塞6a不允许物质流过缸体内腔到管道7，即由上向下流动，所以阀塞6a被向下加压而被推下。因此，阀6的轴6b开启孔2d以连通缸体内腔1a和1b，然后缸体内腔1b中的物质就通过孔2d流入缸体内腔1a。在此，流入缸体内腔1a的物质体积与排出体积相对应。最后，分配器返回至如图5所示的等待位置。

可以通过周期性地重复上述动作将物质喷射到注入点。虽然上述实施例是通过将本发明应用到加压排出分配器配置的，但是也可以将本发明应用到减压排出分配器中。

上述操作是正常的定量排出操作，并且由该操作排出的物质体积通常都很小。另一方面，当分配器安装在机器中或系统上时，例如由分配器到每个注入点的管道通路并没有装满物质或润滑剂。因此，即便执行上述操作而且分配器排出预定体积的物质，但该物质也不会立即到达注入点。所以，为使物质装满从分配器到注入点的管道，必须要从分配器中排出数量相当大的物质。然而，如果重复如图5-7所示的正常排出操作，则需要很长的时间将物质装满该管道。

同样，将被润滑的注入点零件，例如轴承、线性导轨和滚珠丝杆可能会被粘附的灰尘或由机床等产生的切屑污染。为了除去这些污物并且清洗零件，必须向注入点供给大量的物质或润滑剂。在此情形下，零件不能通过重复物质流速很低的正常排出操作而得到充分清洗。

因此，在该实施例中，泵的压力进一步增加，从而将比正常排出操作更大的压力施加到活塞2上。活塞2可被压力推动直至活塞2的缩小直径部分2c的端部2g置于缸体1间隙1e的端部1f上面。做到这点最简单的方法是驱动泵以使得活塞2的缩小直径部分2b的末端与盖3的端面邻接，或者活塞2通过泵的压力全冲程运动。

图8指出此时分配器活塞所处的位置。当活塞2向上移动直至端部2g位于端部1f上方时，如图8所示，管道7、缸体内腔1c、缸体内腔1b、间隙le和缸体内腔1a可以相互连通。另外，即便活塞2的缩小直径部分2b的末端与盖3的端面邻接，缸体1a也可以与出料口3a连通，因为孔2f和3b维持了缸体内腔1a和料口3a之间的连通。因此，可以实现从管道7到出料口3a之间的流体通道。所以，通过该通道能够以远高于分配器正常排出操作的流速不间断地排出由泵向分配器供给的物质，以此可以迅速地使该物质充满由分配器到注入点的管道。同样理由，也可以使用该物质或润滑剂很容易地清洗注入点或润滑点的轴承、线性导轨和滚珠丝杠。

如上所述，在该实施例中，每次排出体积都由向分配器供给物质例如润滑剂的压力确定。因此，可以通过改变向分配器供给物质的泵的压力任意改变物质的排出体积。另外，受到压力波动造成的排出体积的波动可能减小，从而可以排出精确和所需体积的物质。

由于在正常或固定体积的排出操作中活塞不是全冲程运动，所以本发明的定量分配器可以通过向活塞施加比正常排出操作更大的压力以使活塞的移动距离超过正常排出操作的距离，从而以比正常排出操作更大的流速排出物质。(在传统的分配器中，由于活塞在固定体积排出操作中全冲程运动，故活塞无法进一步移动。)这样，在开始使用分配器时，就有可能填满从分配器到注入点的管道并且清洗注入点，例如润滑点。

虽然在图4-8实施例中弹性体包括并联布置的弹性元件或弹簧，但是弹性元件也可以串联布置，如图2所示，这样弹性体的杨氏模量或弹簧常数就可由于活塞的位置而变化。另外，也可以通过对串联和并联的弹性元件进行组合而配置弹性体。

本发明的定量分配器可以很容易地改变物质的排出体积，不需要向物质施加很高的压力，而且可以减小排出体积的波动。同样，分配器可以因为向分配器的活塞施加比正常排出操作更大的压力而连续地排出物质，所以分配器可以在安装到机器或系统中时很迅速地使物质充满从分配器到注入点的管道，因此，分配器的工作效率得以提高。另外，分配器可以通过连续地向该注入点排出物质以清洗该点。

尽管在对本发明进行描述时参照了出于说明目的而选用的特定实施例，但应当明白，本领域的普通技术人员可以在不背离本发明的宗旨和范围的情况下对其做出多项修改。

Claims (5)

1.一种定量分配器，它包括一缸体，置于该缸体中的活塞，对该活塞加压力的弹性体，该活塞受到物质间歇施加到该分配器上克服弹性体力的压力而运动，从分配器排出的物质的预定体积由活塞在该缸体中的运动距离确定，其中，

对活塞加压的弹性体具有根据活塞位置而变化的杨氏模量，使得自该分配器的物质的排出体积与向该分配器供给的物质的压力相对应。

2.如权利要求1所述的定量分配器，其特征在于，该弹性体包括多个串联布置的弹性元件，各个弹性元件都具有彼此不同的杨氏模量。

3.如权利要求1所述的定量分配器，其特征在于，该弹性体包括多个并联布置的弹性元件，使得由于活塞位置而造成弹性元件的压缩起始点彼此不相同。

4.如权利要求1所述的定量分配器，其特征在于，被活塞彼此分开的缸体内腔的流入端和排出端由于活塞的运动距离超过正常操作的运动距离而相互连通，从而用于向分配器供给物质的管道和分配器的出料口相互连通。

5.如权利要求4所述的定量分配器，其特征在于，被活塞彼此分开的缸体内腔的流入端和排出端通过在活塞的运动距离超过正常操作的运动距离的地方扩大缸体内径而相互连通。

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