蠕动泵注入系统的制作方法

本申请要求2014年1月24日申请的美国专利申请号61/931,448的权益，其通过引用的方式结合如同全部提出。

通过引用结合

2009年9月1日申请的美国专利No.7,581,684通过引用的方式结合，如同全部提出。

技术领域

本申请一般地涉及活塞泵系统，且更具体地涉及在草坪维护设备中使用用于在地表精确深度以下放置粒状或液体物质的蠕动泵喷射系统。

背景技术：

用于涉及高尔夫产业和草坪管理的草坪和土壤维护对商业成功发挥关键作用。果岭和球道提供高尔夫球手度过大部分时间的表面。对该表面适当的处理和维护产生更高质量产品，并提供了一个更美观的景观，这创造了非常吸引人且理想的打球场地。

各种材料，例如土壤改良剂、肥料、杀虫剂和通气的引入改善土壤和它支持的生长物的属性。通气可以用来控制压实、土壤温度、调节土壤湿度和改善排水。及时通气改善土壤质地，且某些物理或生物添加物的掺入防止土壤压实，土壤压实会阻碍整个植被健康、发芽、根系生长和水传输。

从历史上看，引进材料到土壤表面或地下通过使用耕作工具来完成。这些耕作工具挖或犁土壤表面并释放添加物到所产生的开口。通过在高尔夫球场耕地导致的土壤喷发和表面扰动的量导致高级高尔夫球手打球减少且清理、喷洒土壤改良剂以及追肥的劳动成本增加。

也已经有使用将材料引入到土壤的其他方法。例如使用高压水枪将液态物质喷射到地表下的技术可以不需要破坏地表面，但是一般局限于使用液体或湿的添加材料。这些和其它方法可能涉及更昂贵的机械并且需要更多时间。

因此，需要更快、更移动、性价比更好的系统用于处理和维护地面，同时将可用作添加物的材料的数量和类型以及将这些材料放置到土壤表面以下的方式最大化。

技术实现要素：

公开了在草坪维护设备中使用的用于以精确深度放置添加物(如液体材料)到土壤的蠕动泵喷射系统。例如使用水或空气冲击流的流体喷射携带材料通过蠕动泵喷射系统并进入土壤且不会在表面上喷发而干扰任何接下来随即进行的活动或其他处理。这在材料被添加到草坪，在高尔夫球场、运动场等铺设果岭和球道时是尤其有利的。

在一个冲击流递送的添加物可用于有效地在土壤中钻孔。该孔的直径的范围可以为0.1至2.0英寸。基本上同时，产生的孔可被填充有土壤添加物或改良剂。一旦孔被填充，土壤的表面光滑，只有最少的土壤破坏和位移。

添加物通过上游阀注入到注入歧管以及高压水通过提升阀组件、在该阀的下游被注入，其中添加物材料被注入。流体/添加物在高压冲击流之间被注入到喷射歧管，并在喷射歧管中与高压水混合。在一些情况下，流体/添加物可被注入到配量材料。这导致注入的材料不被高压损坏且允许添加物完全溶解到土壤。该混合物以精确量被推入通过蠕动泵组件的管，到该设备的喷嘴和歧管。

该设备根据该设备沿着其行进路径行进的距离使其喷嘴喷射，例如根据在一段时间感测的对地速度。对地速度传感器产生一信号，该信号由中央控制器根据对地速度来计算并用于计算行进的距离，或即时速度。中央控制器可以在行进中调节蠕动泵的喷射器速率，且针对使用多个蠕动泵的系统，可以单独和共同调整这些泵。

因此，直到设备行进其预先设定的距离，可能不会出现从喷嘴的下一次冲击流，不管该设备在该距离内走得快还是慢。换句话说，虽然孔之间的间距可以由操作员进行调整，但一旦作出选择，从孔的开始到下一孔的开始的间距基本上保持固定。

该设备可以提供添加物的深层渗透到土壤中，大到10英寸的深度且用于穿通草皮。该设备还可以穿通纤维或稳定的运动草皮，以允许网下面的更好的根繁殖；一次性通气、改良和施肥，并允许在光滑表面玩大约一小时。

为了简洁起见，该发明内容不会列出本发明的所有方面，这将在下面进一步详细描述。

附图说明

前面的发明内容以及下面优选实施方式的详细描述结合附图阅读时将更好地被理解。为了说明本发明的目的，示出了目前较好的附图的实施方式。然而应当理解，本发明并不限于所示的精确布置。

图1是根据公开的实施方式的用于注射添加物到土壤的系统的示意图；

图2是根据所公开的实施方式的具有编码器盘的旋转托架的立体图；

图3是根据所公开的实施方式的可移动平台上的图1的系统的示意性侧视图；

图4是根据公开的实施方式的方法的流程图。

为了便于理解，如果可能，使用了相同的附图标记来表示在图中是相同的一样的元件。附图不是按比例绘制的，并且为了清楚可以被简化。可以构想的是一个实施方式的元件和特征可以有利地并入其他实施方式中而无需进一步详述。

虽然参考用于注入液体添加物到土壤的系统来描述，但是本发明可以被修改用于各种应用，同时仍然在所要求保护的发明的实质和范围内，这是由于潜在应用的范围很大，而且因为本发明旨在能适应许多这样的变化。例如，该系统可用于应用在除土壤以外的稳定的地面覆盖，例如沥青或碎石的情况。

具体实施方式

在以下的描述中使用某些术语仅用于方便而不是限制性的。词语“前”，“后”，“前进”，“后退”，“内”与“外”表示参考的图中的方向。另外，术语“一”被定义为包括一个或多个所引用的项目，除非另外特别指出。对被引用为“a、b或c的至少一者”(其中a、b和c表示列出的项)的列出项的引用意思是项a、b或c的任意单个或其组合。叙述“入土壤”等指的是到土壤表面以及土壤表面以下，除非上下文明确有其他意思。术语包括上面特别提到的词语，它们的派生词，以及类似含义的词。

图1示意性示出了用于注入添加物进入土壤的系统100的实施方式，包括蠕动泵组件102。蠕动泵组件102被配置用于将材料放置在土壤系统或土壤的表面S上或下面。该设备将湿材料提供到至少土壤表面S且优选地到土壤表面里的期望深度D。蠕动泵组件102通常已知包括在旋转托架组件104上被支撑旋转的多个辊子103。当托架104如箭头105指示在可变电压电机208(图1和2)的影响下旋转时，辊子103依次压缩弹性管106，以在旋转方向(即，对应于箭头105)中挤压管106内的材料。旋转托架组件104的轴向面可以包括编码器盘202。编码器盘202具有特征204，例如孔204，围绕盘202的周边形成，如图2所示。传感器206(图1)被定位成从编码器盘202读取或感测数据，例如在给定时间的通过的特征204的数量，以及将该数据提供给计算机控制系统或控制器108。

弹性管106的第一端106a流体地耦合到包含添加物111的添加物储存器110。弹性管106的第一端106a可以直接耦合到该储存器110，或者可以具有形成入口管线124的一个或多个中间流体导管。添加物贮存器110包含液体添加物111，其可以包括一种或多种可混溶或不混溶液体或悬浮在一种或多种液体(如在悬浮液中)中的一种或多种固体，或其它液体组合物，如凝胶，适合于通过蠕动泵泵送。

弹性管106的第二端106b直接地或通过形成出口管线126的一个或多个中间流体导管被流体地耦合到歧管112。止回阀120被放置在蠕动泵102和歧管112之间的出口管线126中。止回阀120被配置为允许从蠕动泵102流到从歧管112，但是防止或阻止从歧管流到蠕动泵102。蠕动泵被控制以在除了注入期间外不断提供一定量的添加物到歧管112，这在下面讨论。当添加物111流入歧管112时，歧管内的压力为大气压或接近大气压(即0磅每平方英寸表压)使该添加物自由流动。在所示优选实施方式中，弹性管106的第二端106b通过出口管线126在歧管长度L的中间点L/2处与歧管耦合。

歧管112包括多个喷嘴114。在图1中示意性示出的非限制实施方式中，八个喷嘴114被示出均匀地沿长度L间隔开，但是间隔不必是平均地。在其他实施方式中，可以使用更多或更少数量的喷嘴114，间隔可以是平均或非平均地。喷嘴114与歧管112的内部直接流体连通，如图所示。在一个实施方式中，一个或多个喷嘴114可具有阀以与歧管112连接。

加压流体116源经由压力管线128与歧管112流体连通。在一个优选实施方式中，歧管112和加压流体116源之间的连接点经由压力管线128的歧管112的长度L的中间点L/2处。在一个优选实施方式中，加压流体116源连接至在弹性管106的第二端附近的歧管112。

加压流体116源可以蓄能器或其他设备或结构，被配置成以基本恒定的压力提供流体117。这里使用的加压流体117是在大于其附近气压的压力下。该压力有时称为表压以与包括大气压的总或绝对压力区分。在一些实施方式中，加压流体117可以是在高达4000磅每平方英寸的压力下，例如加压流体117的压力的范围可以从大约2000磅每平方英寸至大约4000磅每平方英寸。

阀，例如提升阀118，被放置在加压流体116源和歧管112之间的压力管线128中，优选地邻近歧管112。提升阀118被配置成加压流体117的爆发或喷射到歧管。有利的是，加压流体117的爆发或喷射与通过弹性管106b的第二端递送到歧管的添加物111相互作用。在歧管中加压流体117与添加物111的相互作用均匀或基本均匀地将添加物111分散在加压流体117中。

歧管112内的(表)压力从大气压变化到近似加压流体源116的压力。因此，止回阀不被包括，因为歧管的内容物不会在加压流体源116的方向流动。然而，止回阀可被放置在压力管线中，以确保歧管的内容物不进入高压源116。

在一个实施方式中，包含干填充材料134的料斗132可以经由管线136被耦合到喷嘴114(为清楚起见图1中只示出连接到一个喷嘴114)。当注射的材料经过喷嘴114时，流速导致在流动后在喷嘴114中形成真空。这种真空可以被用于将干燥材料134抽入喷嘴114并流入由于注射在土壤表面S或地G中导致的任何空隙。干燥材料134流入喷嘴114能够由在料斗132的阀控制或单独由在喷嘴114的阀来控制。

系统100能够被支撑在平台302上，其可以相对于土壤或土壤系统的表面S移动，如图3所示。平台302能够被设计为被拉扯或牵引并可在联结装置304处连接到拖拉机或适于牵引的其他车辆(未示出)。系统100具有轮子306，其在系统100沿着表面S被牵引时作为自由轮。平台304也可以是自行式，具有至少一个轮306作为驱动轮。

传感器308可以连接至车轮306，无论是自由轮或驱动轮，用于选择性感测对应于对地速度的数据。在一个实施方式中，数据涉及对应于已知直径的轮子306的转动的角位。传感器308和控制器108之间是通信链路310，以便于传感器308和控制器108之间的对地速度数据的通信。

在图3中示出的非限制性的实施方式中，整个系统100被支撑在平台302上以仅方便图示。一些组件可以被置于单独的车辆中以支撑在表面S上的运动。通信链路310可以是有线链路，或者可以是无线链路连接。

当输出电机208转动托架组件104时，辊103压缩空腔蠕动泵102内的弹性管106，以通过第一端106a从添加物储存罐110抽取添加物111，并迫使添加物111通过弹性管的第二端106b。在一个实施方式中，托架组件104能够顺时针旋转(如图所示)或逆时针方向旋转，且弹性管106中的添加物能够在柔性管内在辊子103的行进方向被推动(即，对应于图1中的箭头105)。

蠕动泵102以精确量提供或计量出添加物111到喷射歧管112。这是通过在支架组件104上安装编码器盘202来完成(图2)。编码器盘202可以由金属形成，例如不锈钢，具有特征，例如孔204，其由传感器206感测到，传感器例如是霍尔效应接近传感器。如图2所示，传感器206(例如接近传感器)被安装到蠕动泵壳体，并检测在它正前方的金属的不存在或存在。在一个实施方式中，接近传感器50读取每时间段编码器盘202的转数，并经由通信链路130将转数报告给计算机控制系统，控制器108。通信链路130可以是有线链路或无线链路以便于至少控制信号从控制器108到电机208的传输。如图4的非限制性实施方式所示，编码器盘202中的每个通孔204表示蠕动泵102的每1转容量的1/40。例如，如果该蠕动泵102的每转容量为0.16盎司，则每个孔将等于0.0036盎司。如图1所示，计算机发送控制信号(例如可变输出电压)给电机208，以在每一段时间在给定转数泵送添加物材料111。换句话说，控制器108控制从蠕动泵102输出的材料量。所需材料输出量能够在控制器108处被预先设定，且可以从每1000平方英尺约3盎司到每1000平方英尺365盎司变化。蠕动泵102的输出由控制器108基于由传感器206和传感器308提供的数据来控制。传感器308提供对地速度数据给中央控制器108。

如图1所示，蠕动泵102的添加物111通过阀(止回阀120)被提供到喷射歧管112，且高压流体(例如水)通过提升阀组件118被喷射邻近到阀120，其中蠕动泵102的添加物材料111被提供。当高压流体(例如，水)被注入到喷射歧管112时，该注入导致在歧管112中的压力上升。在歧管112中的压力能够上升到与加压流体源116的压力相同或基本相同。这种压力增加关闭止回阀120，这允许添加物111流入歧管。歧管112内的压力导致在歧管112中的在流体117喷射的影响下混合的流体117和添加物111通过喷嘴114离开歧管。喷嘴114可以与大气自由开放的流体连通，如图所示，或者可以包括一个或多个阀，以限制流出歧管112。

随着歧管112中的压力下降，止回阀转到打开位置且添加物111再次进入混合室。高压流体117喷射入喷射歧管112停止添加物运动进入喷射歧管大约0.05至0.30秒的持续时间。在这段时间内，混合室中的压力从大约0p.s.i(表压，因此对应于大气压)增加到大约4000p.s.i(表压)。在每次高压流体117喷射到歧管112之后，歧管112中的压力减小到大约0p.s.i；在此期间，在高压注射之间，添加物移动到喷射歧管112。如下所述，添加物和高压水的混合物被泵入土壤。

在止回阀120关闭且歧管112中的压力升高期间，蠕动泵102的托架组件104继续根据可变电压电机208的控制转动。弹性管106的第二端106b或出口管线126，或弹性管106和出口管线126，在该时间段期间充当用于泵送的添加物材料111的蓄能器。

添加物111和高压流体117的混合物在高压下通过喷嘴114被注入地G。高压流体117通过喷嘴114移动的速度允许混合物被压入土壤剖面，深度D从大约1英寸至12英寸。高压流体117和混合物进入土壤在土壤中产生裂缝。混合物然后通过毛细作用被吸入土壤中的微孔。

图4是表示根据公开的实施方式的用于将添加物注入土壤的方法400的流程图。在402，与系统100的对地速度有关的数据由传感器(例如传感器308)感测，其可以包括被安装在轮子306上的编码器盘和固定在可移动平台302上的接近传感器。数据被传送给可以存储数据的控制器108。

在404，至少包括歧管112和喷嘴114的系统100的对地速度在控制器108处根据接收到的数据来计算。

在406，在控制器108处计算在计算出的对地速度下的喷嘴组件114覆盖的单位时间的面积。

在408，该控制器108确定在喷嘴114处所需的添加物111的量，以将预定的每单位面积的添加物的量应用于土壤。

在410，控制器108经由通信链路130提供控制信号(例如可变电压)给蠕动泵102，以将所确定量的添加物111输送到歧管112。在蠕动泵102在出口管线106b中产生的压力下，使得止回阀120打开，允许所确定量的添加物111被输送到歧管112。

在412，提升阀118打开，且加压流体117被引入到歧管112。在加压流体117进入歧管时，止回阀120被推动以关闭且歧管成为被加压到与加压流体117的压力相同或基本相同。加压流体117进入歧管112作为射流或冲击流，且在歧管112内分布添加物。

在414，加压歧管迫使加压流体和添加物的混合物通过喷嘴114并将加压流体和添加物的混合物注入到土壤中。该过程可以被重复编程到控制器108的设定数量的循环。

因此详细描述了各种方法、配置和本提升阀的特点，本领域技术人员可以理解且将是显而易见的是，许多物理变化(其中只有少数在上述详细描述中例示)可以在装置和方法中做出，且不改变其中体现的发明概念和原理。因此，本实施方式被认为在所有方面是示例性且非限制性的，本发明的范围由权利要求书而非上述描述来定义，且因此还包含在权利要求书等同含义和范围内的所有改变。