專利名稱：容積式泵及容積式泵送方法
技術領域：
本發(fā)明涉及容積式泵及容積式泵送方法。具體來說，本發(fā)明涉及泵送糊狀材料如未經硫化橡膠用的容積式泵及容積式泵送方法。
橡膠產品的工藝方法，在制造產品的各階段中需要對未經硫化的橡膠測定劑量。
例如，生產混合橡膠產品時一般要進行測重。用橡膠制輪胎坯時，歐洲專利申請EP 264600提出使用一種液缸活塞裝置，利用精確測出作為擠壓件的活塞所掃過的容積的方法來測定容積劑量。但是，由于缸體是空的，為使之能夠再次測定劑量必須再次將其充滿，所以這種方法是一種間斷性的方法。
由于采用了螺旋擠壓機，使從原料到壓制成產品的流程不再間斷，但是，螺旋擠壓機不是容積式的，尤其是在啟動和停機階段，其容積是很不確定的。只有在非常穩(wěn)定的狀況下，如穩(wěn)定的溫度，擠壓機出口料頭損耗無變化的情況下，螺旋擠壓機才能擠壓出可測定的容積，另外，從一種原料變換成具有不同物理性質的另一種原料如不同的粘合劑時，對于螺旋的一定的轉速，螺旋擠壓機所擠壓出來的體積是不同的。使擠壓機或泵可被認為是容積式的一個必要條件是擠出的量只取決于所述擠壓機或泵的控制參數(shù)(例如，輸入軸轉速)而不明顯取決于被擠壓材料的物理性質。
本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)進行的容積式泵送方法和容積式泵，在啟動和停機階段不管擠出量如何都是容積式的，甚至可以用于泵送未經硫化的橡膠等糊狀的、粘彈性或塑性的難于運送的材料。
本發(fā)明提供的容積式泵送方法是借助至少一個輸送活塞，它們在缸體中在上死點和下死點之間滑動，缸體壁在軸向上介于上、下死點之間有入口，在上端中心線處，封堵所述缸體的壁上有出口，出口設有止回裝置，泵送循環(huán)由下述動作構成當活塞未蓋住入口時送入要泵送的材料，推進活塞，因而封閉入口，打開止回裝置以便入口一被完全封閉即放開出口，繼續(xù)推進活塞直至上死點，然后通過止回裝置再次封閉出口并使活塞向下死點返回，然后重復上述循環(huán)。
上述方法的一個變化是采用至少兩個活塞，控制其運動，使通過所述出口的輸出總量恒定。
按照本發(fā)明的容積式泵具有至少一個輸送活塞，它在缸內在上、下死點間作往復式滑動。缸壁在所述上、下死點之間的軸向上具有入口，在上死點側封堵液缸的壁具有設置了止回裝置的出口。上述泵具有通過入口向缸體送料的裝置。在一個泵送循環(huán)中被擠壓出的體積是每個輸送活塞在其封閉所述入口的那一點和上死點之間所掃過的容積的函數(shù)。
按照傳統(tǒng)的術語，“上死點”是壓縮結束時所達到的行程端點，“下死點”是活塞行程的另一個端點。
上述泵在每一個循環(huán)中所輸送的材料體積與輸送壓力無關，因而是容積式的。但是，這種泵最簡單的變型是只有一個活塞，其輸出量是脈動的，其平均量是恒定的，但在循環(huán)的整個期間不盡相同。
因此，本發(fā)明對這種容積式泵裝置增設了一個用于穩(wěn)定排放的部件，另一方面，本發(fā)明提供了一種多活塞泵，其瞬時輸出量與平均輸出量相等現(xiàn)在對照以下附圖描述本發(fā)明的不同實施例，在各實施例中，泵都設計為一個由一根輸入軸驅動的單元，能夠由一自動裝置控制，該自動裝置具有一傳動裝置，該傳動裝置可與其輸入軸接合，但是這種布置結構肯定是非限定性的。


圖1是一容積式泵;
圖2是圖1所示泵上裝有一脈動補償裝置;
圖3解釋圖2所示泵的某些運動;
圖4所示為一多活塞容積式泵的剖視圖，它是沿圖6的Ⅳ-Ⅳ線剖開的;
圖5是沿圖6中Ⅴ-Ⅴ線的剖視圖;
圖6是沿圖4中Ⅵ-Ⅵ線的剖視圖;
圖7和8說明對圖4所示泵的關鍵運動的控制。
圖1和2中，一輸送活塞10可在一缸體11中滑動。圖中的輸送活塞10處于其行程的上死點。在這個位置上，缸體11壁上的四個入口12被輸送活塞10封閉，而在行程的下死點時它們不再被封閉。如圖所示有一個被缸體11局部封閉的腔20。送料螺旋21的轉動軸線與缸體11的軸線重合，送料螺旋在腔20中轉動，并將材料送向入口12，入口12布置在腔20的端部。
由于任何材料，具體來說，未經硫化的橡膠是通過布置在缸體11側壁上的入口12注入的，可以具有很大的通路截面和最小的料頭損耗，所以可很有效地送入缸體。缸體11的連續(xù)性是靠幾個窄部分120來維持的，以便保證輸送活塞10在缸體11中的導向。入口12在軸向(輸送活塞10的運動方向)上的尺寸是經過最佳化選擇的，以便于通過缸體11的完整輸送來保證泵的容積特性(也就是入口在軸向上盡可能大)，并且在給定的轉速下獲得最大的排放(也就是出口在軸向上盡可能小)。由于腔20在所有側面包圍著缸體11，對缸體的活塞掃過的部分的注入是在整個圓周上進行的，因而十分迅速。
在腔20的另一側有一送料口22，位于腔20的徑向外壁上，由于送料螺旋21的轉動自動形成橡膠的送進，足以向送料口送入一束未經硫化的橡膠。人們也可以構思出送進生橡膠的其它形式，這里不要求容積精度。由于送料螺旋相對于缸體11的同軸布置，保證了材料在整個缸體11中的良好的最終分布，也可減小尺寸。
在上死點側封閉缸體11的壁13具有一個出口14，該出口設有一個止回裝置。在這個實施例中，止回裝置是一球體15，其向后的運動受到止塊的限制。球體15在輸送活塞10給予橡膠的壓力的作用下打開出口14，而在背壓作用下閉合出口14。這種泵可以對糊狀產品如未經硫化的橡膠進行完滿的容積式劑量測定。
獨立于出口14下游的背壓，可以通過一彈簧將球體15壓回到其球座上。也可以設置與輸送活塞10同步控制的如閘板那樣的止回裝置，以便入口12一旦被輸送活塞10封閉即迅速抬起，而且活塞一旦到達其上死點即封閉出口14。
運動鏈系包括輸入軸3，控制螺旋21轉動的第一齒輪系31和通過一連桿曲柄系統(tǒng)33控制從輸送活塞10延伸出的桿100的往復運動的第二齒輪系。
至此所描述的泵的輸出量都是脈動的，這就是說，對于輸入軸3的一定轉速，平均輸出量是恒定的，然而輸送活塞10在一個循環(huán)中的瞬時輸出量卻是變化的。對于需要避免脈動的應用場合，在止回裝置的下游和排放口的上游需要增設一個能夠補償脈動的可變化容積的外殼。該外殼容積的變化須使其可以吸收由泵在其行程的有用部分中擠出的部分體積并在泵循環(huán)的其余部分維持通過排放口的排放，在止回裝置封閉了缸體的出口時恢復其容積。
這就是圖2所示增設的裝置的作用。如圖2所示，容積可變的外殼4設置于出口14和排放口17之間。在活塞10的介于它封閉入口12的那點和上死點之間的那一段行程中所必須吸收的體積必須相應于補償活塞41所掃過的容積。補償活塞41的頭部410構成外殼4的一部分壁。
在圖2中，標號40代表外殼4容積的可變部分，也就是說，這一可變部分是當補償活塞41處于其圖示位置時的補償活塞41的頭部410和當補償活塞41處于其上死點時的補償活塞41的頭部410之間所包含的容積。補償活塞41的運動與輸送活塞10的運動相協(xié)調以便使通過排放口17的排放恒定。
這些運動是由同一輸入軸3來控制的?？梢钥吹剑寗虞斔突钊?0的連桿曲柄系統(tǒng)33的曲柄330也保證凸輪42的同步轉動，凸輪42控制補償活塞41的前進，而補償活塞41的返回則由腔4中的背壓來保證。
在圖3中的展開圖表示泵的主運動。橫坐標代表曲柄330的轉動角，縱坐標代表輸送活塞10的行程(曲線A)，補償活塞41的曲線是曲線B。
凸輪的輪廓按下述方式決定即由輸送活塞10和補償活塞41的位移所產生的容積，其代數(shù)和，保證通過排放口17有恒定的排放。在上述代數(shù)和中，只計入輸送活塞10在入口12的封閉和上死點之間(行程部分H，稱為有用行程)的有用位移PC期間的動作。而在循環(huán)中的其它時間則認為是零。上述恒定排放本身的決定十分簡單，只要將輸送活塞10能夠擠出的材料的體積在整個循環(huán)上平均開而不考慮補償活塞41。在補償階段PC，由于輸送活塞10(曲線A)和補償活塞41(曲線B)產生的排放總和由曲線C代表。
當輸送活塞10的運動由連桿曲柄系統(tǒng)控制時，活塞的線速度接近于在其封閉入口12的瞬間(在該瞬間出口14被放開)時它的最大值。因此，補償活塞41突然反向運動，這時，返回速度最大，在運動的這一反向之后，返回速度是精確的。
以這種方式設計的泵可以做得十分緊湊，非常適合于制造輪胎坯時橡膠的自動化測定劑量，所謂“輪胎坯”是指制造過程中硫化之前的任何階段。本發(fā)明可用于制造輪胎的方法中，使用前述的泵送方法泵送未經硫化的橡膠制成輪胎坯。
為了避免進行突然的補償，輸送活塞的運動以及補償活塞的運動可由凸輪來控制，凸輪的輪廓需適當?shù)卦O計。當配料的流變學性質允許時，也可用一個送料螺旋21為幾個活塞送料。這使泵的排放量得以增加，而其它條件不變，這就減小了腔20中橡膠流的中斷，如果送料螺旋繼續(xù)轉動，則這種中斷會導致橡膠溫度過高。因此，當預見到的應用場合中不適于用連桿曲柄系統(tǒng)來驅動時，最好采用下述的容積式泵這種泵具有一個進料口和一個排放口，并且完全由一個輸入軸驅動，它具有至少一個輸送活塞，在缸體中的上、下死點間做往復運動，缸體的壁上具有一個在輸送期間可被封閉的進口，還有一個設置了止回裝置的出口，上述泵具有為上述缸體通過入口送料的裝置。泵在一個循環(huán)中擠出的材料體積是每個輸送活塞介于其封閉入口那一點和上死點間行程所掃過的容積的函數(shù)，每個活塞的運動由一凸輪系統(tǒng)控制，其路徑的設計，應使通過排放口排放的材料排放量對恒定的輸入軸轉速來說是恒定不變的。
圖4是本發(fā)明容積式泵的一個變型，它具有兩個輸送活塞10，其運動由同一凸輪50控制。在本說明書中，術語“凸輪”指借助轉動按照選定的規(guī)律產生線性周期運動或角度周期運動的任何機械零件。
輸入軸3直接與送料螺旋21接觸，送料螺旋21裝在腔20內，腔20上設置一送料口22。送料螺旋21保證向腔20的端部200送料，材料從該端部通過入口12進入缸體11。這些入口12布置在缸體11的整個圓周上以便保證良好的裝料性能。
如上所述，每個缸體11的裝料是靠縮回的活塞10進行的，被擠壓的精確體積取決于在活塞10封閉入口12那一瞬時將掃過的缸體11內的容積。在缸體11上死點一側的出口14設置一止回裝置，圖中所示為一球體15，球體15的運動下文將加以說明。
兩輸送活塞10的運動相互協(xié)調，以便使通過位于外殼4下游的排放口17的排放保持恒定，外殼4接受每個缸體11輸送的材料。所有活塞的運動都受一凸輪50的控制。凸輪50是雙動式圓柱形的。通過一周轉輪系34，凸輪50被驅動，其轉速4倍于輸入軸3的轉速。輸入軸3剛性地連接于行星齒輪載體341，在行星齒輪載體341上裝有兩個曲柄銷342，行星齒輪343裝在上述曲柄銷342上的滾針軸承344上。行星齒輪343的齒與外齒環(huán)345和內齒環(huán)346相嚙合，內齒環(huán)346緊固在凸輪50上，凸輪50通過減摩軸承裝在輸入軸3上以及泵體1之內。
活塞10的平動平行于凸輪50的轉動軸線。每個活塞10從下死點到上死點的運動受一主滾輪51的控制，滾輪51與凸輪上加工出的第一路徑52相接合。滾輪51裝在一叉形件上，其兩側板520設置在滾輪51的兩相對側。另外，滾輪51布置在它所驅動的活塞11的軸線上，上述叉形件避免滾輪懸臂式安裝。因此，活塞10，具體來說是與滾輪51相連接構成活塞10后部延伸的桿100，不受撓曲作用，由于輸送壓力相當大，產生很大的力，因此這一點是很重要的。
從上死點向下死點的返回運動在很小的力下發(fā)生，是由副滾輪53控制的，滾輪53比主滾輪51小得多。滾輪53相對于活塞10懸臂式地安裝在桿100上，并與凸輪50的第二路徑54相接合。
圖7和8是凸輪50的展開圖，說明凸輪50的設計原理。橫坐標代表角度。一整轉相應于2π弧度?！癗”是輸送活塞10的數(shù)目。有必要設置N個滾輪組件51和53，每個都用來保證對一個輸送活塞10的驅動，它們相隔2π/N弧度?？v坐標表示每個輸送活塞10軸向上的位移。高度H代表每個活塞的有用行程。也就是說，入口12封閉點和上死點間的行程，在一個2π/N-R的弧上，路徑52具有一個不變的斜度，其中R是兩活塞間的重疊角，該角相應于到達上死點的輸送活塞減速，為了保證排放恒定隨后的輸送活塞必須加速的時間。除了這些重疊期間之外，對于輸入軸3恒定轉速的作用，輸送活塞10之一作均勻的前進運動。因此，路徑52相應于2π/N的斜度是不變的。
在2π/N的下游側，路徑52設計成能使活塞在上死點處制動(因此在下游側的期間R的未端，路徑52的斜度為零)，而在2π/N的上游側，路徑52設計成能使隨動輸送活塞協(xié)調地啟動(路徑52的形狀使得每個滾輪51的前進之和保證排放恒定)。路徑52的其余部分使得每個活塞從上死點PMH移向下死點PMB，然后上行以封閉入口12，其間的連接是逐漸的以保證平滑的運動。
副滾輪53與路徑54接合，路徑54的形狀保證了雙動式驅動。即每個活塞的各個滾輪51和53都總是與路徑相接合。也可以在裝有滾輪的叉形件上開槽口以便借助側緣使其與路徑進入接合狀態(tài)，從而保證活塞向下死點的返回，因此用一個滾輪獲得雙重的控制。
每根桿100都穿入泵體1上的凹槽101。該凹槽的作用是收集活塞10和有關缸體11間橡膠的微量泄漏，以便防止橡膠在不希望的地點聚集，例如在傳動裝置的高度上聚集。在任何情況下，這些泄漏與泵的容積來比都完全可以忽略不計，泵的容積精度達0.3%。但是對泵的保養(yǎng)方面而言則必須考慮到這些泄漏，因為泵必須能無故障地工作數(shù)萬個小時。
放置在缸體下游的止回裝置是由一球體15構成的，球體15與缸體11外側的出口14上形成的球座配合工作。每個球體15都與一延伸桿150相接觸，兩根延伸桿150與同一根搖桿162(見圖5)相接觸，搖桿162保證當一球體15松開出口14時，另一球體15則抵緊其球座，反之亦然。搖桿162又由兩推桿163驅動，每根推桿163又受一滾輪164作用。兩滾輪164相隔180°，沿凸輪50上加工出的路徑165運動，從而使球體15的運動與相應的輸送活塞保持同步。為了保證用一個路徑165實現(xiàn)雙動式控制，必須設置兩根推桿163，如圖4所示。圖8與圖7相位一致，但是專門為N＝2時的情況而繪制的。
如果必要，本發(fā)明的泵可以增設空氣，水或油冷卻裝置以便排放送料螺旋產生的熱量。該送料螺旋也起攪拌作用。
顯然，本說明書只是有關本發(fā)明的描述而不是對本發(fā)明范圍的限定，對本發(fā)明的非關鍵的技術特征來說，本專業(yè)技術人員可以構想出許多變化。
當應用于輪胎制造時，對于構成輪胎的每一種橡膠配料都可以設置一臺本發(fā)明的泵。每一臺泵都由一自動裝置操縱，該自動裝置在按照需要擠壓出的體積驅動輸入軸3轉動時在制造過程中保證排放口17的適當排放以制造輪胎坯。可以使用一個用于操縱的自動裝置按照一定的程序相繼與不同的泵相聯(lián)結。也可以繞一坯具布置若干用于操縱的自動裝置以便同時輸送不同的橡膠配料。一組本發(fā)明的容積式泵連同一個或多個用于操縱的自動裝置可以構成橡膠產品制造機的容積式擠壓機，歐洲專利申請0264600就是其中的一例。本發(fā)明也可以用來制備半成品如橡膠胎面或者其它產品如閥瓣等。
權利要求
1.一種容積式泵，具有至少一個在一缸體(11)中滑動的輸送活塞(10)，活塞(10)在上死點(PMH)和下死點(PMB)之間作往復運動，缸體(11)的壁上具有入口(12)，軸向分布在上死點(PMB)和下死點之間，在上死點一側封住缸體(11)的壁(13)具有一個裝有止回裝置的出口(14)，上述泵具有通過入口(12)向上述缸體送料的裝置，在泵的一個循環(huán)中被擠壓出的體積是每個輸送活塞在其封閉入口(12)的那一點和上死點(PMH)之間所掃過的容積的函數(shù)。
2.按照權利要求1所述的泵，其特征在于所述送料的裝置由在一腔(20)中轉動的送料螺旋(21)構成，該送料螺旋延伸于所述入口和位于所述腔(20)外壁上的一送料口之間。
3.按照權利要求2所述的泵，其特征在于所述腔(20)至少在入口(12)的高度上局部地繞缸體(11)布置，送料螺旋(21)的轉動軸線與所述缸體(11)的軸線相同。
4.按照權利要求1-3之一所述的泵，其特征在于它還具有一個容積可變的外殼(4)，外殼(4)位于出口(14)的下游和一排放口(17)的上游。
5.按照權利要求4所述的泵，其特征在于它還具有一個補償活塞(41)，其頭部(410)構成外殼(4)壁的一部分，而且外殼(4)容積的可變部分是在循環(huán)的任意點上補償活塞(41)的頭部(410)和在補償活塞(41)的上死點(PMH)上補償活塞(41)的頭部(410)之間所包含的容積。
6.按照權利要求5所述的泵，其特征在于補償活塞(41)的運動受一凸(42)的控制，凸輪(42)與輸送活塞(10)的運動保持同步轉動。
7.按照權利要求1或2所述的泵，其特征在于它具有至少兩個在所述缸體(11)中滑動的輸送活塞(10)，所述送料螺旋(21)向所有上述缸體(11)送料，設有止回裝置的每個出口(14)通向設有一個排放口(17)的收集器，而且所有輸送活塞(10)的運動是協(xié)調的以便使通過排放口(17)的排放保持恒定。
8.按照權利要求7所述的泵，其特征在于所有活塞的運動受一凸輪控制。
9.按照權利要求7所述的泵，其特征在于所有活塞的運動受一個雙動式圓柱凸輪(50)的控制，其轉動軸線平行于所述活塞的軸線。
10.按照權利要求9所述的泵，其特征在于每個輸送活塞從下死點(PMB)至上死點(PMH)的運動受與凸輪(50)的第一路徑(52)相合的一主滾輪(51)的控制，所述主滾輪(51)裝卡在兩側壁(520)之間并設置在所述活塞(10)的軸線上，而且從上死點(PMH)向下死點(PMB)的返回運動是受與凸輪(50)的第二路徑(54)相接合的副滾輪(53)的控制，所述副滾輪(53)相對于每個活塞(10)懸臂式地安裝。
11.按照權利要求1至10之一所述的泵，其特征在于所述止回裝置是由一個與缸體(11)外側出口(14)上形成的球座(151)配合工作的球體(15)構成的。
12.按照權利要求11所述的泵，其特征在于所述球體(15)的運動受到控制，與輸送活塞(10)的運動同步。
13.一種容積式泵，完全由一根輸入軸帶動，具有一個送料口和一個排放口，該泵具有至少一根在一缸體中滑動的輸送活塞，輸送活塞在上死點和下死點之間往復運動，缸體的壁上有一個在輸送期間可以被封閉的材料入口和一個設有止回裝置的出口，所述泵具有通過所述入口向所述缸體送料的裝置，被泵擠壓出來的體積是每個輸送活塞在其行程中封閉入口的瞬間和其行程的上死點之間所掃過的容積的函數(shù)，每個活塞的運動受一凸輪系統(tǒng)的控制，凸輪系統(tǒng)的路徑設計成使得通過排放口的材料排放對于輸入軸的恒定轉速來說是恒定不變的。
14.一種容積式泵送方法，它借助于至少一個在上死點和下死點之間在一缸體內滑動的輸送活塞進行，缸體的壁具有在軸向上分布于上死點和下死點之間的入口以及一個沒有止回裝置的出口，泵送循環(huán)包括當活塞不封閉入口時向所述缸體輸送準備泵送的材料，推進活塞直至入口被封閉，一經活塞完全封閉入口即打開止回裝置以放開出口，繼續(xù)推進活塞直至上死點，然后再次通過止回裝置再次封閉出口。并使活塞返回下死點，然后重復上述循環(huán)。
15.按照權利要求14所述的方法，其特征在于使用至少兩個活塞，其運動受到控制，使通過出口的排放總和保持恒定。
16.制造輪胎的一種方法，其中使用按照權利要求14和15之一的泵送方法將未經硫化的橡膠泵送到坯具。
全文摘要
本發(fā)明的泵可以用來泵送未經硫化的橡膠等材料，它具有通過開口(12)向缸體(11)送料的一螺旋(21)和推送橡膠使其通過一個止回裝置(15)的一輸送活塞(10)。這種泵是容積式的。
文檔編號F04B7/00GK1049398SQ9010398
公開日1991年2月20日 申請日期1990年5月31日 優(yōu)先權日1989年6月1日
發(fā)明者丹尼爾·蘭雷特, 米歇爾·迪爾, 夫蘭西斯·伯雷哈耶 申請人:塞德普魯公司