专利名称：用于控制线性泵系统的系统和方法
技术领域：
本发明大致涉及一种泵控制系统。更特别地，本发明涉及降低线性泵中的压降。
背景技术：
线性泵包括在壳体中往复运动的活塞以推动流体通过壳体。传统的线性泵在返回冲程中抽取流体进入壳体，并且在前进冲程中将流体推出壳体。阀用于防止通过泵回流。阀也可以被配置以在每个返回冲程和前进冲程过程中在活塞的相对两侧上抽入流体和泵送流体，以提供来自泵的稳定的液体流。然而，当活塞反转方向时具有泵压固有下降，其导致分配流体量的变化。当需要精确计量的流量时，这种变化尤其是不可取的。例如，在双组分计量系统中，树脂材料和催化剂材料同时地从分配枪的混合头排出。两种材料的混合产生化学反应，化学反应启动凝固过程，导致完全固化后硬化材料。有利地，在整个分配过程中，提供树脂材料和催化剂材料的平稳流，以确保树脂和催化剂的适当比例，以使混合物适当地固化。因此，需要减少与在单和双组分计量系统中所使用的线性泵相关的压力损失。
发明内容
本发明涉及操作线性泵系统的方法和系统。操作线性泵系统的方法，包括操作线性马达系统和往复运动线性泵。线性马达系统被操作以在第一和第二反转位置之间往复运动输出轴。线性泵使用线性马达系统的输出轴往复运动以产生材料流。线性马达系统以提供恒定材料流输出状态的速度被驱动。当输出轴反转方向时，线性马达系统以在恒定输出状态所需的速度之上的增加的速度被临时驱动。 线性泵系统包括线性马达系统、线性材料泵和马达控制模块。线性马达系统在第一和第二反转位置之间产生输出轴的往复运动。线性材料泵连接到输出轴以产生材料的输出流。马达控制器发出反转命令、扭矩命令和控制逻辑输入到线性马达系统。发出反转命令以反转输出轴的方向。发出扭矩命令以控制输出轴的速度。发出控制逻辑输入以产生材料流的恒定输出状态的速度往复运动输出轴。马达控制模块调整扭矩命令，用于在当反转命令发出时开始的临时时间期间、以在恒定输出状态所需的速度之上的增加的速度操作输出轴。
图I显示具有泵单元、组分材料容器和分配枪的双组分泵系统。图2显示具有独立控制线性组分泵的图I的双组分泵系统的原理图。图3显示控制图2的线性组分泵的方法的流程图。
具体实施例方式图I显示双组分泵系统10，具有泵单元12、组分材料容器14A和14B和分配枪16。泵单元12包括液压动力包18、显示模块20、流体歧管22、第一线性泵24A、第二线性泵24B、液压液体储存器26和配电箱28。如图2所示，用于每个线性泵24A和24B的电动马达、双输出换向阀、液压线性马达、齿轮泵和马达控制模块(MCM)都设在液压动力包18内。分配枪16包括分配头32并且通过软管34A和34B分别地连接到第一线性泵24A和第二线性泵24B。软管36A和36B分别地连接进料泵38A和38B到线性泵24A和24B。压缩空气分别地通过软管40A、40B和406供应到进料泵38A和38B和分配枪16。组分材料容器14A和14B包括第一和第二的粘性材料的鼓形圆桶,第一和第二的粘性材料在混合时形成硬化结构。例如，包括树脂材料的第一组分，诸如聚酯树脂或乙烯基酯树脂，存储在组分材料容器14A中，并且包括导致树脂材料变硬的催化剂材料的第二组分，诸如甲乙酮过氧化氢(MEKP)，存储在组分材料容器14B中。电力供应到配电箱28，然后分配电力到双组分系统10的多个部件，诸如在液压动力包18内的MCM和显示模块20。来自分开的源(未显示)的压缩空气通过软管40A和40B供应到送料泵36A和36B，以分别地提供第一和第二组分材料流到线性泵24A和24B。线性泵24A和24B由在液压动力包18中的齿轮泵液压地操作。齿轮泵由在电源包18中的电动马达操作，以从液压流体储存器26中抽取液压流体，并且提供加压的液压流体流到双输出换向阀，双输出换向阀操作线性马达，如参考图2将更详细地讨论。当用户操作分配枪16时，由线性泵24A和线性泵24B供应到歧管22的加压组分材料被推动到混合头32。混合头32混合第一和第二组分材料以启动凝固过程，凝固过程例如在被混合的组分材料被喷射进入模具时完成。第一和第二组分材料通常以恒定的输出状态从枪16分配。例如，用户可以在显示模块20处提供输入以控制MCM以恒定压力或恒定流量分配组分材料。MCM配合电动马达和双输出换向阀使用控制逻辑输入和输出，在其他部件之中，以提供恒定的输出状态。然而，因为线性泵24A和线性泵24B包括必须反转方向的活塞，当泵中压力在反转点处下降时，在恒定输出状态中有轻微的变化。本发明提供一种控制系统和方法，用于减少被分配组分材料的压力变化，该压力变化起因于在线性泵24A和泵24B的反转点处产生的压力降。图2显示具有独立地控制的线性组分泵24A和24B的图I的双组分泵系统10的示意图。泵系统10包括泵单元12、分配枪16、第一线性泵24A、第二线性泵24B、液压流体储存器26A、第二液压流体储存器26B、马达控制模块(MCM) 42A和42B、电动马达44A和44B、齿轮泵46A和46B、双输出换向阀48A和48B、液压线性马达50A和50B、输出压力传感器52A和52B和速度线性位置传感器54A和54B。液压储存器26A和26B还分别包括泄压阀56A和56B、过滤器58A和58B、液面指示器60A和60B和压力传感器62A和62B。液压流体箱26A、MCM42A、马达44A、齿轮泵46A、双输出换向阀48A和液压线性马达50A定位在液压动力包18内，并且包括第一线性马达系统64A。同样地，液压流体储存器26B、MCM42B、电动马达44B、齿轮泵46B、双输出换向阀48B和液压线性马达50B位于液压动力包18内，并且包括第二线性马达系统64B。在本发明其他的实施例中，线性马达系统共享部件，诸如电动马达、齿轮泵和液压流体箱。在泵单元填装和激活的情况下，加压的第一和第二组分材料分别地由送料泵38A和38B(如图I所示)被分别提供到线性泵24A和24B。进料泵38A和38B由压缩空气操作。线性泵24A和24B由第一和第二线性马达系统64A和64B操作以提供加压的第一和第二组分材料到分配枪16。此外，压缩空气被提供到分配枪16以操作泵或阀机构以释放加压 组分材料进入混合头32并且释放出枪16。线性马达系统64A和64B分别地由马达控制模块(MCM) 42A和42B控制。MCMS 42A和42B以相等和相同方式操作线性马达系统64A和64B，以使成比例量的组分材料被提供到分配枪16。操作线性马达系统64A和64B的说明将关注到线性马达系统64A，线性马达系统64B以类似方式的操作，相同部件相应地编号。马达44A接收来自配电箱28 (图I)的电力。在一个实施例中，马达44A包括直流(DC)马达。MCM 42A发出扭矩命令CT，扭矩命令Ct由马达44A接收以控制驱动轴66A的速度。驱动轴66A连接到齿轮泵46A，齿轮泵46A浸没在液压流体储存器26A中的液压流体内。齿轮泵46A利用来自马达44A的旋转输入，以从储存器26A抽入流体，并且在线路68A中产生加压液压流体流。液压流体储存器26A包括液面指示器60A，液面指示器60A用于确定在储存器26A内的流体的量。压力传感器62A可以用于确定储存器26A内的未填充情况。在其他实施例中，驱动轴66A用于驱动其他类型正排量泵，正排量泵将旋转输入转换成加压流体流，诸如旋片泵或蠕动泵。来自泵46A的加压液压流体流过泄压阀56A并且到双输出换向阀48A。当存在过剩的压力情况时，泄压阀56A提供允许过剩的加压液压流体返回到储存器26A的装置。正如下面将要讨论的，换向阀48A使用加压的液压流体以往复运动线性马达50A。在通过过滤器58A以后，加压液压流体从在线路70A中的换向阀48A返回到储存器26A。过滤器58A从液压流体中去除杂质。因此，在储存器26A、齿轮泵46A、换向阀48A和线性马达50A之间形成液压流体的闭合回路流。如本领域已知，双输出换向阀48A根据传统换向阀设计构造。双输出换向阀48A接收加压液压流体的连续流动和转向流体流动到线性马达50A。具体来说，换向阀48A包括连接到线路68A的输入，和连接到线路70A的输出和连接到线路72A和74A的两个端口。加压流体交替地供给到线路72A和74A，线路72A和74A用来驱动线性马达50A。线性马达50A包括活塞76A，活塞76A在两个流体室之间的壳体78A内滑动。每个流体室接收分别地来自线路72A和72B的加压流体流。例如，换向阀48A在第一位置中，线路72A提供加压流体到在壳体78A中的第一室以向下(关于图2)移动活塞76A。同时，在壳体78A的其他室内的流体被推出线性马达50A和通过线路74A返回到换向阀48A并离开到达线路70A。MCM42A发出反转命令Ck，反转命令Ck由换向阀48A接收，以控制线性马达50A启动反转方向的时间。收到反转命令(^后，换向阀48A切换到第二位置，以使加压流体通过线路74A被供应到壳体78A，并且来自壳体78A的流体通过线路72A移除。因此，换向阀48A的操作壳体78A内在两个反转位置之间往复运动活塞76A，其也往复运动输出轴80A。速度线性位置传感器54A连接到轴80A，并且基于活塞76A移动的速度提供MCM 42A活塞76A的移动和速度的指示。特别地，当输出轴80A移动远离反转位置之一时，位置传感器54A提供位置信号Sra给MCM 42A。线性马达50A的输出轴80A直接地机械地连接到线性泵24A的活塞轴82A。轴82A驱动壳体86A内的活塞84A。活塞84A从容器14A抽取组分材料进入壳体86A，如由送料泵38A(图I)提供。线性泵24A包括双动泵，在双动泵中，组分材料在上冲程(参考图2)推入线路88A，并且在下冲程(参考图2)推入路线路89A。具体来说，在上冲程，阀90A打开以通过歧管22 (如图I所示)从进料泵38A抽取组分材料并且进入壳体86A，并且阀92A打开以允许活塞84A推动材料通过线路88A进入分配枪16，而阀94A和96A被关闭。在向下冲 程，阀90A和92A靠近，而阀94A打开以通过歧管22 (如图I)从进料泵38A抽取组分材料并且进入壳体86A，并且阀96A打开以允许活塞84A推动材料通过线路89A进入分配枪16。线性泵24A的双动作在操作过程中保持组分材料的连续和接近恒定的供应。然而，如前所述，在活塞轴82A的反转点处出现轻微的压降。本发明通过在反转点附近加速活塞轴82A来减轻经历的压降。来自线路88A、89A的组分材料通过来自线性泵24A的压力推入分配枪16，其在从枪16喷射之前与来自线性泵24B的组分材料在混合头32内混合。压力传感器52A检测线路88A内的组分材料的压力和将压力信号Spr发送到MCM 42A。可选的加热器98A可以连接到线路88A，以在从混合头32分配之前加热组分材料，例如，以降低组分材料的粘度或促进与其他组分材料的反应和固化。MCM 42A接收位置信号Sro和压力信号Sp,并且发出反转命令Ck和扭矩命令CT。使用位置信号Sra和压力信号Si^ MCM 42A协调反转命令Ck和扭矩命令CT，以控制线性马达系统在恒定输出状态。例如，双组分泵系统10的操作者可以在显示模块20(图I)中指定输入，泵单元12将操作以提供恒定压力的第一和第二组分材料到歧管22(图2中省略，显示在图I中)，或组分材料的恒定流量输出到歧管22。MCM 42A操作控制逻辑，不断地调整反转命令Ck和扭矩命令CT，以保持恒定输出状态。扭矩命令Ct确定马达44A如何快速旋转轴66A，这直接关系到线性马达50A的壳体78A内的室将如何快速填充流体。反转命令Ck确定换向阀48A切换位置的时间。反转命令Ck的发出协调如何快速填充壳体78A内室，以使换向阀48A可以切换流体流动进入壳体78A的方向。控制逻辑保持马达44A的速度和换向阀48A的切换速度一致，以保持所需的恒定输出状态。如将参考图3讨论，本发明操作线性马达系统64A，以在活塞轴82A反转方向时最小化压力下降。图3显示流程图，图表说明控制图2的线性组分泵24A和24B的方法。在第一步骤100处，马达控制模块(MCM) 42A，使用控制逻辑输入，例如，编程的输入或在显示模块20处进入的输入，操作线性泵系统64A，以使线性泵24A在恒定输出状态处操作。具体来说，MCM 42A调整到电动马达44A的扭矩命令Ct以控制轴66A的速度。
在步骤110处，当泵轴82A在反转点处达到其行进的端部时，MCM 42A发出反转命令Ck形式的控制逻辑输出到换向阀48A作为控制逻辑的部分。接下来，在步骤120处，MCM42A关闭控制逻辑，以使MCM 42A不再不断地更新扭矩命令Ct和反转命令Ck以产生恒定输出状态。在步骤130处，MCM 42A发出扭矩命令Ct到马达44A，以增加轴66A的速度，从而增加压流体流到双输出换向阀48A的输出。相应地，MCM 42A发出反转命令Ck到换向阀48A以反转泵输出轴80A的方向，与加压液压流体的流量相称。具体来说，换向阀48A必须进行操作以允许在线性马达50A中的壳体78A内的室以等于由泵46A提供的流速被填充和抽空。因此，在执行步骤130以后，输出轴80A的速度瞬间地增加超过先前在步骤100处执行的速度，以实现恒定输出状态。当轴82A在壳体86A内反转位置处时，输出轴80A因而以增加的速度操作线性泵24A的轴82A，以降低在线性泵24A中的压力下降。输出轴80A和活塞轴82A因而比在控制逻辑模式下将会发生的更快地反转方向。在步骤140处，控制逻辑从线性位置传感器54A检测输出轴80A的方向反转。随后，在步骤150处，到马达44A的扭矩命令Ct被降低到低于在步骤130处通过改变扭矩命令Ct指示的水平。通常情况下，速度保持成比在控制逻辑下被命令的速度更高一定量。然而，如果需要的话，速度可以降低到低于在步骤100处的速度，以最小化地破坏恒定输出状态。在步骤160处，复位状态被检测，以使控制逻辑可以在步骤170处开启。例如，当在线路88A中的压力被检测为增加时，复位状态可以被确定，表明轴82A和轴78A已经完成反转过程。步骤170可以在预定的时间期间以后立即发生，通常为几十毫秒，以便尽量减少破坏恒定输出状态。因此，当MCM 42A接收来自压力传感器52A的压力信号Slff时，控制逻辑可以被重建，以使马达44A和换向阀48A再次在恒定输出状态下操作，如在步骤100处完成。在其他实施例中，复位状态可以根据预定的时间量建立，如线性马达50A根据步骤130和150的泵速度完成反转过程所花费的预测时间。本发明提供用于减少线性泵系统的操作过程中的压力变化的系统和方法。如上所述，当活塞反转方向时，线性泵本身产生输出压力下降。对于所披露的实施例，泵的输出压力与活塞运动速度成正比，其由驱动致动线性泵的线性马达的电动马达的速度确定。因此，当活塞停止以反转方向时，泵的压力下降。当恒定输出状态是所需时，泵压的下降特别是不利的。此外，在恒定输出状态下，到驱动线性马达的电动马达的输入速度保持大致不变，甚至在恒定压力输出状态下，线性泵的输出压力表现轻微波形模式。在本发明的一个实施例中，电动马达的速度在线性马达的反转点附近瞬间增加到提供恒定输出状态所必需的速度之上。正因为如此，输出压力的轻微波形模式减少。虽然本发明已经关于基于电动马达的速度或扭矩控制来控制线性泵系统进行描述，本发明可以应用到其他类型的线性泵系统，或可以用于以其他方式控制所描述的系统。液压流体压力可以使用可编程液压调节器控制，而不是控制电动马达的速度，可编程液压调节器控制线性马达的速度代替换向阀48A。具体来说，压力调节器将供应来自电动马达和齿轮泵结合的加压液压流体，并且将供应流体到线性马达或回到流体存储器。压力调节器 然后将编程或控制，以改变进入线性马达和被供应回到储存器的液压流体的比例。通常情况下，控制逻辑将被用于使用压力调节器控制恒定的输出状态。然而，控制逻辑可以临时暂停，并且在线性马达在反转位置处或接近反转位置时，压力调节器到线性马达的输出将增力口。替代地，描述的实施例的液压系统和液压调节器，可以由气动系统、气动压力调节器取代。虽然已经参照示例的实施例描述本发明，本领域技术人员将理解，不偏离本发明的范围的情况下，可以做出各种修改，并且等价物可以代替其元件。此外，在不偏离其基本范围的情况下，可以做出许多修改以适应特定情况或材料给本发明的教导。因此，期望本发 明不限于披露的具体的实施例，而是本发明将包括落入附后权利要求的范围内的全部实施例。
权利要求
1.一种线性泵系统，包括 线性马达系统，使输出轴在第一反转位置和第二反转位置之间往复运动； 线性材料泵，连接到输出轴以产生材料流；和 马达控制模块 发出反转命令到线性马达系统，以反转输出轴的方向； 发出扭矩命令到线性马达系统，以控制输出轴的速度；和 发出控制逻辑输入到线性马达系统，用于以产生材料流的恒定输出状态的速度往复运动输出轴； 其中所述马达控制模块调整所述扭矩命令，用于在当反转命令发出时开始的临时时间期间、以增加的速度操作输出轴，所述增加的速度在恒定输出状态所需的速度之上。
2.根据权利要求I所述的线性泵系统，其中所述线性马达系统还包括 线性液压马达，包括输出轴； 电动马达，接收来自马达控制模块的扭矩命令； 由电动马达驱动的旋转液压泵，提供与电动马达的速度相称的加压液压流体流、以控制输出轴的速度；和 液压双输出换向阀，连接到线性液压马达，并且响应于从马达控制模块接收反转命令，接收来自旋转液压泵的加压液压流体流、以液压地反转输出轴的方向。
3.根据权利要求I所述的线性泵系统，其中马达控制模块响应于调整扭矩命令关闭控制逻辑输入，并且同时以恒定输出状态所需的速度之上的速度操作输出轴。
4.根据权利要求3所述的线性泵系统，其中线性马达系统还包括 连接到线性液压马达的位置传感器，响应于输出轴从一个反转位置移动离开，发出位置信号； 其中马达控制模块改变被调整的扭矩命令，以响应于接收位置信号降低输出轴的所述增加的速度。
5.根据权利要求3所述的线性泵系统，其中所述马达控制模块在所述临时时间期间终止以后开启所述控制逻辑输入。
6.根据权利要求5所述的线性泵系统，其中在复位状态被检测到时所述临时时间期间终止。
7.根据权利要求5所述的线性泵系统，其中所述线性马达系统还包括 压力传感器，用于检测材料流中的压力； 其中所述复位状态包括被检测的压力上升。
8.根据权利要求I所述的线性泵系统，其中所述恒定输出状态包括恒定压力输出或恒定流量输出。
9.一种操作线性泵系统的方法，包括如下步骤 操作线性马达系统，以使输出轴在第一反转位置和第二反转位置之间往复运动； 使用所述线性马达系统的输出轴使线性泵往复运动，以产生材料流； 以提供材料流的恒定输出状态的速度驱动线性马达系统； 启动输出轴的方向反转；和 在当启动输出轴的方向反转时开始的临时时间期间、以增加的速度驱动线性马达系统，所述增加的速度在所述恒定输出状态所需的速度之上。
10.根据权利要求9所述的操作线性泵系统的方法，还包括如下步骤 操作具有输出轴的线性液压马达； 操作电动马达； 用电动马达操作旋转液压泵，用于提供加压液压流体流到线性液压马达、以控制输出轴的速度；和 操作液压双输出换向阀，所述液压双输出换向阀连接到线性液压马达并且接收加压液压流体流以反转输出轴的方向。
11.根据权利要求10所述的操作线性泵系统的方法，还包括如下步骤 马达控制模块，协调电动马达和液压双输出换向阀的操作，其中 所述线性马达系统响应于从马达控制模块接收控制逻辑输入、以提供恒定输出状态的速度被驱动； 响应于液压双输出换向阀接收来自马达控制模块的反转命令，启动输出轴的方向反转; 响应于电动马达接收来自马达控制模块的扭矩命令，以增加的速度驱动线性马达系统。
12.根据权利要求11所述的操作线性泵系统的方法，还包括如下步骤 在发出扭矩命令时关闭控制逻辑输入，同时以所述增加的速度操作。
13.根据权利要求12所述的操作线性泵系统的方法，还包括如下步骤 检测在反转位置处的输出轴的位置；和 响应于检测反转位置，改变扭矩命令以降低所述增加的速度。
14.根据权利要求12所述的操作线性泵系统的方法，还包括如下步骤 在所述临时时间期间终止以后，开启所述控制逻辑输入。
15.根据权利要求14所述的操作线性泵系统的方法，还包括如下步骤 检测输出材料流的压力； 当检测到压力上升时，终止所述临时时间期间。
16.根据权利要求9所述的操作线性泵系统的方法，其中恒定输出状态包括恒定压力输出或恒定流量输出。
17.一种操作线性泵系统的方法，包括如下步骤 操作线性马达系统，以使输出轴在第一反转位置和第二反转位置之间往复运动； 使用线性马达系统的输出轴使线性泵往复运动，以产生材料流； 以提供材料流的恒定输出状态的速度驱动线性马达系统；和 当输出轴反转方向时，以增加的速度临时驱动线性马达系统，所述增加的速度在恒定输出状态所需的速度之上。
18.根据权利要求17所述的方法，其中驱动线性泵的步骤包括 反转输出轴的方向； 控制输出轴的速度；和 其中使用控制逻辑控制输出轴的方向和速度，以提供恒定输出状态，当线性泵以所述增加的速度被临时驱动时暂停控制逻辑。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括如下步骤检测输出轴的位置；和当检测到输出轴从反转位置移动离开时，降低所述增加的速度。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括如下步骤检测材料流中的压力；和当检测到压力上升时启动所述控制逻辑。
全文摘要
本发明公开一种操作线性泵系统的系统和方法，涉及操作往复运动线性泵的线性马达系统和发出命令和控制逻辑输入到线性马达系统的马达控制模块。线性马达系统被操作以在第一和第二反转位置之间往复运动输出轴。使用输出轴使线性泵往复运动以产生材料流。泵反转命令反转输出轴的方向。扭矩命令控制输出轴的速度。控制逻辑输入以产生材料流的恒定输出状态的速度往复运动输出轴。马达控制模块调整扭矩命令，用于在当发出反转命令时开始的临时时间期间、以在恒定输出状态所需的速度之上的增加的速度操作输出轴。
文档编号F04B49/06GK102639873SQ201080054375
公开日2012年8月15日 申请日期2010年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者克里斯托弗·R·布莱克森, 尼古拉斯·D·龙, 罗杰·D·布劳 申请人:格瑞克明尼苏达有限公司