本申請要求2014年1月24日申請的美國專利申請號61/931,448的權益，其通過引用的方式結合如同全部提出。

通過引用結合

2009年9月1日申請的美國專利No.7,581,684通過引用的方式結合，如同全部提出。

技術領域

本申請一般地涉及活塞泵系統，且更具體地涉及在草坪維護設備中使用用于在地表精確深度以下放置粒狀或液體物質的蠕動泵噴射系統。

背景技術：

用于涉及高爾夫產業和草坪管理的草坪和土壤維護對商業成功發揮關鍵作用。果嶺和球道提供高爾夫球手度過大部分時間的表面。對該表面適當的處理和維護產生更高質量產品，并提供了一個更美觀的景觀，這創造了非常吸引人且理想的打球場地。

各種材料，例如土壤改良劑、肥料、殺蟲劑和通氣的引入改善土壤和它支持的生長物的屬性。通氣可以用來控制壓實、土壤溫度、調節土壤濕度和改善排水。及時通氣改善土壤質地，且某些物理或生物添加物的摻入防止土壤壓實，土壤壓實會阻礙整個植被健康、發芽、根系生長和水傳輸。

從歷史上看，引進材料到土壤表面或地下通過使用耕作工具來完成。這些耕作工具挖或犁土壤表面并釋放添加物到所產生的開口。通過在高爾夫球場耕地導致的土壤噴發和表面擾動的量導致高級高爾夫球手打球減少且清理、噴灑土壤改良劑以及追肥的勞動成本增加。

也已經有使用將材料引入到土壤的其他方法。例如使用高壓水槍將液態物質噴射到地表下的技術可以不需要破壞地表面，但是一般局限于使用液體或濕的添加材料。這些和其它方法可能涉及更昂貴的機械并且需要更多時間。

因此，需要更快、更移動、性價比更好的系統用于處理和維護地面，同時將可用作添加物的材料的數量和類型以及將這些材料放置到土壤表面以下的方式最大化。

技術實現要素：

公開了在草坪維護設備中使用的用于以精確深度放置添加物(如液體材料)到土壤的蠕動泵噴射系統。例如使用水或空氣沖擊流的流體噴射攜帶材料通過蠕動泵噴射系統并進入土壤且不會在表面上噴發而干擾任何接下來隨即進行的活動或其他處理。這在材料被添加到草坪，在高爾夫球場、運動場等鋪設果嶺和球道時是尤其有利的。

在一個沖擊流遞送的添加物可用于有效地在土壤中鉆孔。該孔的直徑的范圍可以為0.1至2.0英寸。基本上同時，產生的孔可被填充有土壤添加物或改良劑。一旦孔被填充，土壤的表面光滑，只有最少的土壤破壞和位移。

添加物通過上游閥注入到注入歧管以及高壓水通過提升閥組件、在該閥的下游被注入，其中添加物材料被注入。流體/添加物在高壓沖擊流之間被注入到噴射歧管，并在噴射歧管中與高壓水混合。在一些情況下，流體/添加物可被注入到配量材料。這導致注入的材料不被高壓損壞且允許添加物完全溶解到土壤。該混合物以精確量被推入通過蠕動泵組件的管，到該設備的噴嘴和歧管。

該設備根據該設備沿著其行進路徑行進的距離使其噴嘴噴射，例如根據在一段時間感測的對地速度。對地速度傳感器產生一信號，該信號由中央控制器根據對地速度來計算并用于計算行進的距離，或即時速度。中央控制器可以在行進中調節蠕動泵的噴射器速率，且針對使用多個蠕動泵的系統，可以單獨和共同調整這些泵。

因此，直到設備行進其預先設定的距離，可能不會出現從噴嘴的下一次沖擊流，不管該設備在該距離內走得快還是慢。換句話說，雖然孔之間的間距可以由操作員進行調整，但一旦作出選擇，從孔的開始到下一孔的開始的間距基本上保持固定。

該設備可以提供添加物的深層滲透到土壤中，大到10英寸的深度且用于穿通草皮。該設備還可以穿通纖維或穩定的運動草皮，以允許網下面的更好的根繁殖；一次性通氣、改良和施肥，并允許在光滑表面玩大約一小時。

為了簡潔起見，該發明內容不會列出本發明的所有方面，這將在下面進一步詳細描述。

附圖說明

前面的發明內容以及下面優選實施方式的詳細描述結合附圖閱讀時將更好地被理解。為了說明本發明的目的，示出了目前較好的附圖的實施方式。然而應當理解，本發明并不限于所示的精確布置。

圖1是根據公開的實施方式的用于注射添加物到土壤的系統的示意圖；

圖2是根據所公開的實施方式的具有編碼器盤的旋轉托架的立體圖；

圖3是根據所公開的實施方式的可移動平臺上的圖1的系統的示意性側視圖；

圖4是根據公開的實施方式的方法的流程圖。

為了便于理解，如果可能，使用了相同的附圖標記來表示在圖中是相同的一樣的元件。附圖不是按比例繪制的，并且為了清楚可以被簡化。可以構想的是一個實施方式的元件和特征可以有利地并入其他實施方式中而無需進一步詳述。

雖然參考用于注入液體添加物到土壤的系統來描述，但是本發明可以被修改用于各種應用，同時仍然在所要求保護的發明的實質和范圍內，這是由于潛在應用的范圍很大，而且因為本發明旨在能適應許多這樣的變化。例如，該系統可用于應用在除土壤以外的穩定的地面覆蓋，例如瀝青或碎石的情況。

具體實施方式

在以下的描述中使用某些術語僅用于方便而不是限制性的。詞語“前”，“后”，“前進”，“后退”，“內”與“外”表示參考的圖中的方向。另外，術語“一”被定義為包括一個或多個所引用的項目，除非另外特別指出。對被引用為“a、b或c的至少一者”(其中a、b和c表示列出的項)的列出項的引用意思是項a、b或c的任意單個或其組合。敘述“入土壤”等指的是到土壤表面以及土壤表面以下，除非上下文明確有其他意思。術語包括上面特別提到的詞語，它們的派生詞，以及類似含義的詞。

圖1示意性示出了用于注入添加物進入土壤的系統100的實施方式，包括蠕動泵組件102。蠕動泵組件102被配置用于將材料放置在土壤系統或土壤的表面S上或下面。該設備將濕材料提供到至少土壤表面S且優選地到土壤表面里的期望深度D。蠕動泵組件102通常已知包括在旋轉托架組件104上被支撐旋轉的多個輥子103。當托架104如箭頭105指示在可變電壓電機208(圖1和2)的影響下旋轉時，輥子103依次壓縮彈性管106，以在旋轉方向(即，對應于箭頭105)中擠壓管106內的材料。旋轉托架組件104的軸向面可以包括編碼器盤202。編碼器盤202具有特征204，例如孔204，圍繞盤202的周邊形成，如圖2所示。傳感器206(圖1)被定位成從編碼器盤202讀取或感測數據，例如在給定時間的通過的特征204的數量，以及將該數據提供給計算機控制系統或控制器108。

彈性管106的第一端106a流體地耦合到包含添加物111的添加物儲存器110。彈性管106的第一端106a可以直接耦合到該儲存器110，或者可以具有形成入口管線124的一個或多個中間流體導管。添加物貯存器110包含液體添加物111，其可以包括一種或多種可混溶或不混溶液體或懸浮在一種或多種液體(如在懸浮液中)中的一種或多種固體，或其它液體組合物，如凝膠，適合于通過蠕動泵泵送。

彈性管106的第二端106b直接地或通過形成出口管線126的一個或多個中間流體導管被流體地耦合到歧管112。止回閥120被放置在蠕動泵102和歧管112之間的出口管線126中。止回閥120被配置為允許從蠕動泵102流到從歧管112，但是防止或阻止從歧管流到蠕動泵102。蠕動泵被控制以在除了注入期間外不斷提供一定量的添加物到歧管112，這在下面討論。當添加物111流入歧管112時，歧管內的壓力為大氣壓或接近大氣壓(即0磅每平方英寸表壓)使該添加物自由流動。在所示優選實施方式中，彈性管106的第二端106b通過出口管線126在歧管長度L的中間點L/2處與歧管耦合。

歧管112包括多個噴嘴114。在圖1中示意性示出的非限制實施方式中，八個噴嘴114被示出均勻地沿長度L間隔開，但是間隔不必是平均地。在其他實施方式中，可以使用更多或更少數量的噴嘴114，間隔可以是平均或非平均地。噴嘴114與歧管112的內部直接流體連通，如圖所示。在一個實施方式中，一個或多個噴嘴114可具有閥以與歧管112連接。

加壓流體116源經由壓力管線128與歧管112流體連通。在一個優選實施方式中，歧管112和加壓流體116源之間的連接點經由壓力管線128的歧管112的長度L的中間點L/2處。在一個優選實施方式中，加壓流體116源連接至在彈性管106的第二端附近的歧管112。

加壓流體116源可以蓄能器或其他設備或結構，被配置成以基本恒定的壓力提供流體117。這里使用的加壓流體117是在大于其附近氣壓的壓力下。該壓力有時稱為表壓以與包括大氣壓的總或絕對壓力區分。在一些實施方式中，加壓流體117可以是在高達4000磅每平方英寸的壓力下，例如加壓流體117的壓力的范圍可以從大約2000磅每平方英寸至大約4000磅每平方英寸。

閥，例如提升閥118，被放置在加壓流體116源和歧管112之間的壓力管線128中，優選地鄰近歧管112。提升閥118被配置成加壓流體117的爆發或噴射到歧管。有利的是，加壓流體117的爆發或噴射與通過彈性管106b的第二端遞送到歧管的添加物111相互作用。在歧管中加壓流體117與添加物111的相互作用均勻或基本均勻地將添加物111分散在加壓流體117中。

歧管112內的(表)壓力從大氣壓變化到近似加壓流體源116的壓力。因此，止回閥不被包括，因為歧管的內容物不會在加壓流體源116的方向流動。然而，止回閥可被放置在壓力管線中，以確保歧管的內容物不進入高壓源116。

在一個實施方式中，包含干填充材料134的料斗132可以經由管線136被耦合到噴嘴114(為清楚起見圖1中只示出連接到一個噴嘴114)。當注射的材料經過噴嘴114時，流速導致在流動后在噴嘴114中形成真空。這種真空可以被用于將干燥材料134抽入噴嘴114并流入由于注射在土壤表面S或地G中導致的任何空隙。干燥材料134流入噴嘴114能夠由在料斗132的閥控制或單獨由在噴嘴114的閥來控制。

系統100能夠被支撐在平臺302上，其可以相對于土壤或土壤系統的表面S移動，如圖3所示。平臺302能夠被設計為被拉扯或牽引并可在聯結裝置304處連接到拖拉機或適于牽引的其他車輛(未示出)。系統100具有輪子306，其在系統100沿著表面S被牽引時作為自由輪。平臺304也可以是自行式，具有至少一個輪306作為驅動輪。

傳感器308可以連接至車輪306，無論是自由輪或驅動輪，用于選擇性感測對應于對地速度的數據。在一個實施方式中，數據涉及對應于已知直徑的輪子306的轉動的角位。傳感器308和控制器108之間是通信鏈路310，以便于傳感器308和控制器108之間的對地速度數據的通信。

在圖3中示出的非限制性的實施方式中，整個系統100被支撐在平臺302上以僅方便圖示。一些組件可以被置于單獨的車輛中以支撐在表面S上的運動。通信鏈路310可以是有線鏈路，或者可以是無線鏈路連接。

當輸出電機208轉動托架組件104時，輥103壓縮空腔蠕動泵102內的彈性管106，以通過第一端106a從添加物儲存罐110抽取添加物111，并迫使添加物111通過彈性管的第二端106b。在一個實施方式中，托架組件104能夠順時針旋轉(如圖所示)或逆時針方向旋轉，且彈性管106中的添加物能夠在柔性管內在輥子103的行進方向被推動(即，對應于圖1中的箭頭105)。

蠕動泵102以精確量提供或計量出添加物111到噴射歧管112。這是通過在支架組件104上安裝編碼器盤202來完成(圖2)。編碼器盤202可以由金屬形成，例如不銹鋼，具有特征，例如孔204，其由傳感器206感測到，傳感器例如是霍爾效應接近傳感器。如圖2所示，傳感器206(例如接近傳感器)被安裝到蠕動泵殼體，并檢測在它正前方的金屬的不存在或存在。在一個實施方式中，接近傳感器50讀取每時間段編碼器盤202的轉數，并經由通信鏈路130將轉數報告給計算機控制系統，控制器108。通信鏈路130可以是有線鏈路或無線鏈路以便于至少控制信號從控制器108到電機208的傳輸。如圖4的非限制性實施方式所示，編碼器盤202中的每個通孔204表示蠕動泵102的每1轉容量的1/40。例如，如果該蠕動泵102的每轉容量為0.16盎司，則每個孔將等于0.0036盎司。如圖1所示，計算機發送控制信號(例如可變輸出電壓)給電機208，以在每一段時間在給定轉數泵送添加物材料111。換句話說，控制器108控制從蠕動泵102輸出的材料量。所需材料輸出量能夠在控制器108處被預先設定，且可以從每1000平方英尺約3盎司到每1000平方英尺365盎司變化。蠕動泵102的輸出由控制器108基于由傳感器206和傳感器308提供的數據來控制。傳感器308提供對地速度數據給中央控制器108。

如圖1所示，蠕動泵102的添加物111通過閥(止回閥120)被提供到噴射歧管112，且高壓流體(例如水)通過提升閥組件118被噴射鄰近到閥120，其中蠕動泵102的添加物材料111被提供。當高壓流體(例如，水)被注入到噴射歧管112時，該注入導致在歧管112中的壓力上升。在歧管112中的壓力能夠上升到與加壓流體源116的壓力相同或基本相同。這種壓力增加關閉止回閥120，這允許添加物111流入歧管。歧管112內的壓力導致在歧管112中的在流體117噴射的影響下混合的流體117和添加物111通過噴嘴114離開歧管。噴嘴114可以與大氣自由開放的流體連通，如圖所示，或者可以包括一個或多個閥，以限制流出歧管112。

隨著歧管112中的壓力下降，止回閥轉到打開位置且添加物111再次進入混合室。高壓流體117噴射入噴射歧管112停止添加物運動進入噴射歧管大約0.05至0.30秒的持續時間。在這段時間內，混合室中的壓力從大約0p.s.i(表壓，因此對應于大氣壓)增加到大約4000p.s.i(表壓)。在每次高壓流體117噴射到歧管112之后，歧管112中的壓力減小到大約0p.s.i；在此期間，在高壓注射之間，添加物移動到噴射歧管112。如下所述，添加物和高壓水的混合物被泵入土壤。

在止回閥120關閉且歧管112中的壓力升高期間，蠕動泵102的托架組件104繼續根據可變電壓電機208的控制轉動。彈性管106的第二端106b或出口管線126，或彈性管106和出口管線126，在該時間段期間充當用于泵送的添加物材料111的蓄能器。

添加物111和高壓流體117的混合物在高壓下通過噴嘴114被注入地G。高壓流體117通過噴嘴114移動的速度允許混合物被壓入土壤剖面，深度D從大約1英寸至12英寸。高壓流體117和混合物進入土壤在土壤中產生裂縫。混合物然后通過毛細作用被吸入土壤中的微孔。

圖4是表示根據公開的實施方式的用于將添加物注入土壤的方法400的流程圖。在402，與系統100的對地速度有關的數據由傳感器(例如傳感器308)感測，其可以包括被安裝在輪子306上的編碼器盤和固定在可移動平臺302上的接近傳感器。數據被傳送給可以存儲數據的控制器108。

在404，至少包括歧管112和噴嘴114的系統100的對地速度在控制器108處根據接收到的數據來計算。

在406，在控制器108處計算在計算出的對地速度下的噴嘴組件114覆蓋的單位時間的面積。

在408，該控制器108確定在噴嘴114處所需的添加物111的量，以將預定的每單位面積的添加物的量應用于土壤。

在410，控制器108經由通信鏈路130提供控制信號(例如可變電壓)給蠕動泵102，以將所確定量的添加物111輸送到歧管112。在蠕動泵102在出口管線106b中產生的壓力下，使得止回閥120打開，允許所確定量的添加物111被輸送到歧管112。

在412，提升閥118打開，且加壓流體117被引入到歧管112。在加壓流體117進入歧管時，止回閥120被推動以關閉且歧管成為被加壓到與加壓流體117的壓力相同或基本相同。加壓流體117進入歧管112作為射流或沖擊流，且在歧管112內分布添加物。

在414，加壓歧管迫使加壓流體和添加物的混合物通過噴嘴114并將加壓流體和添加物的混合物注入到土壤中。該過程可以被重復編程到控制器108的設定數量的循環。

因此詳細描述了各種方法、配置和本提升閥的特點，本領域技術人員可以理解且將是顯而易見的是，許多物理變化(其中只有少數在上述詳細描述中例示)可以在裝置和方法中做出，且不改變其中體現的發明概念和原理。因此，本實施方式被認為在所有方面是示例性且非限制性的，本發明的范圍由權利要求書而非上述描述來定義，且因此還包含在權利要求書等同含義和范圍內的所有改變。