專利名稱：具有止回閥同步裝置的低噪音液壓泵的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及液壓泵領(lǐng)域，具有涉及正排量泵例如軸向活塞泵和葉輪泵。液壓系統(tǒng)廣泛用于許多動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)控制方面，具有很多優(yōu)點(diǎn)，動(dòng)力密度高、耐用，而成本相當(dāng)?shù)汀Ｈ欢簤合到y(tǒng)的噪聲通常很大。這是液壓泵產(chǎn)生的噪聲所致?，F(xiàn)在限制工作間噪聲的規(guī)定越來越嚴(yán)格，所以必需減小液壓泵產(chǎn)生的噪聲。


圖1A和1B示出標(biāo)準(zhǔn)的軸向活塞泵及其操作。裝有許多活塞10來接收液壓流體。活塞10裝在一個(gè)由驅(qū)動(dòng)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)的和由動(dòng)力原(未示出)驅(qū)動(dòng)的缸柱12上。當(dāng)缸柱12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞10由軛架16交替地壓入和拉出，該軛架以特定角傾斜，通常在整個(gè)沖程傾斜約17.5°。該活塞10與供給和接收液壓流體的相應(yīng)入口和出口24、26流體連通。當(dāng)缸柱12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞10退回，使泵送室18膨脹。因而流體從入口24經(jīng)閥體28抽入泵送室?；钊?0在下死點(diǎn)達(dá)到其最大延伸程度，此后活塞10伸入，壓縮抽送室18，由此將流體經(jīng)閥體28排入出口26。
缸柱12通過閥板30流體相通地連接于入口和出口24、26，該閥板包括相應(yīng)的入口和出口卵形槽32、34。圖2A和2B示出典型閥板30的結(jié)構(gòu)和操作。在操作時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的活塞10經(jīng)入口卵形槽32抽入通常在大氣壓下供給的液壓流體。在泵送室18對入口32關(guān)閉后，活塞通過下部死點(diǎn)，壓縮流體，并使流體排入到將流體供給液壓系統(tǒng)的出口卵形槽34。這種閥板是有利的，因?yàn)閷τ谠S多不同的操作條件可以采用不同的閥板來優(yōu)化泵的操作。
當(dāng)泵送室中的流體在下部死點(diǎn)附近的過渡區(qū)域被壓縮時(shí)，液壓流體達(dá)到特定的室壓(Pc)，此后該流體便通過出口34，進(jìn)入具有特定系統(tǒng)壓力(Ps)的液壓系統(tǒng)。然而，活塞室相對于液壓系統(tǒng)的過量增壓或壓力不足已被鑒定為是在液壓泵中產(chǎn)生噪聲的根源。如圖3A所示，過量增壓的活塞室在接通出口34時(shí)產(chǎn)生壓力“上沖”。這種上沖導(dǎo)致相當(dāng)于在系統(tǒng)中形成撞擊而產(chǎn)生的振動(dòng)，由此產(chǎn)生可所到的噪聲。如圖3B所示，很大的壓力差別將產(chǎn)生很大的壓力上沖，這種上沖將產(chǎn)生很大的噪聲。如圖3C所示，壓力不足也產(chǎn)生噪聲，因?yàn)樵诨钊抑袎毫ψ兓乃俣群芡蝗唬休^高的系統(tǒng)壓力沖入活塞室。理想的系統(tǒng)操作應(yīng)在圖3D所示的室壓等于系統(tǒng)壓力的條件下進(jìn)行，在此條件下，壓力上沖是零，而且活塞室中的壓力變化速度不高。
為保證最佳的安靜操作，應(yīng)使液壓泵的室壓與系統(tǒng)壓力匹配。然而有一些變化的因素影響壓力分布?？梢栽谝粋€(gè)很大的速度范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)液壓泵。當(dāng)軸14轉(zhuǎn)得較快時(shí)，活塞10將在單位時(shí)間內(nèi)排出更大的流體體積。其次，利用沖程即由軛架16的角度確定的活塞位移長度也可改變流量。軛架16利用控制活塞20和偏壓活塞22可以在最大傾斜(產(chǎn)生最大的活塞位移)和零傾斜(產(chǎn)生零活塞位移)之間進(jìn)行變化。活塞的位移量對應(yīng)于排放流體的體積，因而對應(yīng)于流速。影響泵送室中壓力的第三因素是液壓流體溫度的變化，因?yàn)闇囟葧?huì)改流體的體積彈性模量(流體稠度)。
這些變量影響室壓，因此在接通出口而室壓和系統(tǒng)壓力不匹配時(shí)，在操作期間便會(huì)增加噪聲。然而在液壓系統(tǒng)中的系統(tǒng)壓力在特定操作的過程也可能發(fā)生變化。因此對于室壓力和系統(tǒng)壓力在大多數(shù)可變的操作條件下一般是不匹配的，從而使標(biāo)準(zhǔn)的液壓泵操作一般均產(chǎn)生噪聲。
由于各種部件例如閥體、外殼、軛架和驅(qū)動(dòng)軸發(fā)生偏移而在泵中形成噪聲。這些偏移是由于在泵送室中受到和壓力有關(guān)的力的作用而造成的。這些偏移是活塞泵送頻率的諧波。因而隨著泵速的增加噪聲的聲調(diào)增加。
泵外殼振動(dòng)的另一根源是“軛架顫動(dòng)”，它是由活塞10作用在軛架16上的往復(fù)力而在軛架16上產(chǎn)生的振動(dòng)。如圖4所示，各個(gè)活塞10將力矩施加在軛架16上，這稍微改變了軛架的斜度，因而改變了活塞沖程。軛架的振動(dòng)產(chǎn)生“前后顛簸”，這又造成泵外殼的偏移，因而產(chǎn)生噪聲。噪聲量與軛架力矩中的變化的量成正比。曲線40示出，對于典型的軛架配置，作為經(jīng)過下部死點(diǎn)(此處泵送室體積最大)的泵送室角度的函數(shù)，力矩可以改變幾百厘米公斤。曲線40本身還在每個(gè)泵送室的角度360/n上重復(fù)，其中n是活塞數(shù)目。
很多液壓泵采用襯套支承軛架16。這些襯套傾向于具有高的摩擦系數(shù)，可盡量減小軛架的振動(dòng)。這種泵產(chǎn)生較低的噪聲。然而這種襯套對于不需要進(jìn)行快速?zèng)_程變化的泵是不需要的。例如，某些注射模制裝置需要在百分之幾秒的時(shí)間內(nèi)從零流量改變到全流量的軛架16。這種軛架通常裝在允許高速變化的低摩擦滾針軸承上。然而這種軸承還可能產(chǎn)生由軛架力矩造成的不希望的位移振動(dòng)。低摩擦軸承還導(dǎo)致較高的振動(dòng)水平，因而增加噪聲量。
減少噪聲的優(yōu)選方法是減小使泵部產(chǎn)生偏移的交替的力和減小軛架的振動(dòng)。采用圖2A和2B所示的節(jié)流槽38可以達(dá)到此目的。該節(jié)流槽伸入到下部死點(diǎn)附近的過渡區(qū)域，并在活塞室和出口34之間形成流體通道。在液壓泵的標(biāo)準(zhǔn)操作期間，活塞室18受到泵送活塞向前運(yùn)動(dòng)的“機(jī)械”加壓。當(dāng)節(jié)流槽38節(jié)流在室和出口34之間的油時(shí)，該泵送室還受到“液壓”加壓。因此在室和系統(tǒng)之間的壓力差達(dá)到平衡，從而減小壓力上沖和噪聲。
壓力分布形狀可利用節(jié)流槽38的形狀控制。節(jié)流槽的設(shè)計(jì)被稱作“泵的同步”。作為噪聲源，除壓力上沖和下沖外，高速的壓力變化也足以形成大量的有助于激起結(jié)構(gòu)諧振的能量，因此產(chǎn)生噪聲。因而重要的是控制增壓速度，從而控制激起泵部件共振的外力函數(shù)的譜量。通過仔細(xì)設(shè)計(jì)節(jié)流槽38，便可以設(shè)計(jì)泵的同步，以便控制增壓，使得不僅可以盡量減小壓力上沖，而且還可以產(chǎn)生最小速度的壓力變化。然而這種泵的同步只能對特定的泵速、系統(tǒng)壓力和泵的沖程進(jìn)行“調(diào)諧”。因?yàn)檫@些量是變化的，所以任何低噪音泵設(shè)計(jì)一定是折衷的，因?yàn)楸帽仨氁軌蛟诤軐挿秶臈l件下操作。
發(fā)明概要由于先有液壓泵的困難和缺點(diǎn)，因此最好是提供一種能夠解決上述問題的而同時(shí)又更耐用、具有更通用泵設(shè)計(jì)的液壓泵。
因此需要一種操作噪聲低的液壓泵。
還需要一種液壓泵，該泵可以在大范圍的泵速、溫度、系統(tǒng)壓力和活塞位移的操作條件下提供較寬范圍的同步。
還需要一種液壓泵，該泵包括可以進(jìn)行可變節(jié)流的節(jié)流裝置。
還需要一種液壓泵，該泵具有可調(diào)的節(jié)流性，以便對不同的條件進(jìn)行優(yōu)化而不改變整個(gè)閥板。
利用本發(fā)明的液壓泵可以滿足這些需要和其它需要，該泵包括流動(dòng)發(fā)生組件，該組件包括至少一個(gè)泵送室，用于產(chǎn)生進(jìn)入液壓系統(tǒng)的強(qiáng)制性排放的液壓流體。該流動(dòng)發(fā)生組件可以是活塞泵、葉輪泵或任何一種其它強(qiáng)制性排放的液壓泵的部件。
閥板與上述流動(dòng)發(fā)生組件流體相通，其中上述閥板上限定了接收液壓流體的入口以及接納所排出之液壓流體的出口。止回閥組件容納于上述閥板中，以便在流動(dòng)發(fā)生組件和出口之間建立流體通道。該止回閥組件減小流動(dòng)發(fā)生組件和出口之間的壓力上沖。
該止回閥組件還包括具有多個(gè)孔的止回閥，上述孔的尺寸被定為允許預(yù)定流量的流體流過止回閥組件，因此止回閥組件可以減小由流動(dòng)發(fā)生組件和出口之間的壓差產(chǎn)生的噪聲。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明可以有其它的不同實(shí)施例，在不同方面的若干細(xì)節(jié)可以改變而完全不違背本發(fā)明。因此附圖和說明自然是例示性的而不是限制性的。
附圖的簡要說明下面參考附圖僅作為例子說明本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中相同的部件具有相同的參考編號，這些附圖是圖1A和1B是剖視圖，分別示出標(biāo)準(zhǔn)軸向液壓活塞泵的結(jié)構(gòu)和操作；圖2A和2B分別是正面圖和斜視圖，示出標(biāo)準(zhǔn)液壓閥板的結(jié)構(gòu)和操作；圖3A、3B、3C和4C是曲線圖，示作為泵送室角度的函數(shù)的以及在標(biāo)準(zhǔn)液壓泵中的活塞室和液壓系統(tǒng)之間的各種壓力分布，該泵送室角度在下部死點(diǎn)處為零；圖4是曲線圖，示出標(biāo)準(zhǔn)液壓泵的軛架力矩以及具有本發(fā)明止回閥的同一泵的軛架力矩，該力矩作為通過下部死點(diǎn)的泵送室角度的函數(shù)被示出；圖5是正面圖，示出具有本發(fā)明止回閥組件的閥板；圖6是傾斜的剖視圖，詳細(xì)畫出了本發(fā)明第一實(shí)施例的止回閥同步裝置；圖7是正面圖和側(cè)視圖，示出本發(fā)明的止回閥；圖8A和8B分別是剖視圖和分解剖視圖，詳細(xì)示出了具有本發(fā)明第二實(shí)施例止回閥組件的閥板；圖9A、9B、9C和9D是側(cè)視圖，示出包含本發(fā)明第一實(shí)施例止回閥同步裝置的液壓泵的操作；
圖10是曲線圖，該圖比較了分別具有或不具有本發(fā)明止回閥同步裝置的液壓泵的壓力分布；圖11是曲線圖，比較了液壓泵和包含本發(fā)明止回閥同步裝置的同一泵的噪聲分布，該噪聲作為系統(tǒng)壓力的函數(shù)示出。
發(fā)明的詳細(xì)說明現(xiàn)在參考附圖，該附圖僅用于例示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，無意用于限制本發(fā)明。附圖示出軸向活塞液壓泵，該泵包括用于減小由壓力分布所產(chǎn)生的噪聲的止回閥同步裝置。然而本發(fā)明還可以應(yīng)用于其它的強(qiáng)制性排流泵例如葉輪泵。圖5和6示出作為本發(fā)明第一實(shí)施例的閥板50，該閥板具有帶連通孔58的止回閥組件56，該孔位于入口52和出口54之間的正好通過下部死點(diǎn)的過渡區(qū)域。該連通孔58流體連通地連接于在閥板50底部上形成的以便安裝止回閥62的止回閥座60。該止回閥座60的尺寸基本上定為稍大于止回閥62，以便使止回閥62可以在閥座中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該止回閥座60通向在液壓泵閥體66的結(jié)合表面上形成的止回閥腔64。止回閥腔64小于止回閥座60，使得止回閥62可以擱在閥體66的表面上。液流通道68形成在閥體66中，流體相通地使止回閥腔64連接于出口54。如下面要說明的，止回閥組件形成一個(gè)可控的流體通道，以便平衡在過渡區(qū)的活塞和出口54之間的流體壓力，因此減小操作期間的噪音水平。
圖7示出止回閥62的細(xì)節(jié)。止回閥最好是一個(gè)具有許多孔70的薄的圓片，這些孔70同心地圍繞在圓片中心的孔72。如下面將說明，有選擇地決定這些相應(yīng)孔70、72的尺寸，從而可建立流過止回閥組件56的所需流速。
圖9A～9D特別示出帶有本發(fā)明的止回閥組件56的液壓泵的操作。從圖9A可看到，泵送室一旦與入口52斷開便連通連通孔58。因?yàn)楸盟褪彝ǔＴ诖宋恢玫氖覊毫Φ陀诔隹?4的壓力，所以液壓流體流過通道68，并使止回閥62靠抵在閥板50上。在此位置，同心孔70被堵塞，流體只能流過中心孔72，然后流過連通孔58，使泵送室壓力增加。
當(dāng)活塞室縮小時(shí)，流體便受到機(jī)械壓縮。如果室壓超過系統(tǒng)壓力(如圖9B所示)，則室內(nèi)流體將止回閥62往下壓，從而使流體可以流過所有的孔70、72，流入止回閥腔64。這樣，大量流體便可以流向出口，使得室壓可以以穩(wěn)定的速率與系統(tǒng)壓力相平衡，由此減小了壓力的上沖和壓力的其它快速變化，這種壓力上沖和快速變化將使泵部件發(fā)生產(chǎn)生噪聲的變形，使軛架發(fā)生沿其支承軸線的振動(dòng)，從而發(fā)生前后振動(dòng)。
如圖9C所示，在機(jī)械壓縮流體期間，在萬一室壓仍低于系統(tǒng)壓力時(shí)，該止回閥仍繼續(xù)對活塞室增壓。因?yàn)閮H有中心孔72通向連通孔58，所以只能穿過少量流體，由此調(diào)節(jié)使缸增壓的速度。在任何情況下，該止回閥組件均可以減少壓力上沖，使系統(tǒng)壓力和室壓力在活塞排出位置基本上達(dá)到平衡，如圖9D所示。
可以決定在止回閥62中的孔70、72的尺寸，以便對一組特定的泵操作條件而言，使泵的同步最佳化。如圖10所示，裝上適當(dāng)選擇的止回閥的泵的壓力曲線74與沒有裝上止回閥的泵的壓力曲線76相比，在各種系統(tǒng)條件下顯著減小了壓力上沖。本申請人已經(jīng)觀測到，0.06厘米的止回閥孔對操作于277公斤/厘米2、1200r/min和滿沖程的Vickers PVK45型泵可以優(yōu)化泵的同步。另外，這種尺寸的止回閥62顯著地減小了操作壓力而不是優(yōu)化壓力的壓力上沖，因此減小了總的噪聲量。圖11示出用0.06厘米節(jié)流孔的Vickers泵的噪聲量曲線80，該節(jié)流孔在泵送室位于下部死點(diǎn)時(shí)是敞開的。在同一位置具有0.06厘米節(jié)流孔但又具有本發(fā)明止回閥組件的泵具有噪聲量曲線82，該曲線表明，在系統(tǒng)壓力低于277公斤/厘米2時(shí)噪聲量減小。因此，與現(xiàn)有同步裝置所得的結(jié)果相比，本發(fā)明的止回閥組件顯著地減少了噪聲。
另外，對于在同一泵中需要進(jìn)行多次操作優(yōu)化的應(yīng)用場合，在已經(jīng)要求泵采用節(jié)流槽時(shí)只需改變節(jié)流閥而不需要替換整個(gè)閥板。當(dāng)然，泵的設(shè)計(jì)也可以包括使節(jié)流槽與止回閥組件組合，以便獲得理想的同步結(jié)構(gòu)。另外，止回閥也可以裝在入口處，靠近上部死點(diǎn)，以便減小在入口處的壓力下沖。
圖8A和8B示出本發(fā)明的第二實(shí)施例。閥板90包括連通孔96，該孔形成與止回閥座98的流體連接。止回插件100將波形墊102容納在一個(gè)腔內(nèi)，在波形墊102上設(shè)置止回閥104。然后將止回插件100插入到止回閥座98中，由此保持住止回閥104。波形墊102將止回閥104推向閥板90。由于波形墊102，只有當(dāng)壓力上沖大到足以克服波形墊的彈力時(shí)止回閥104才能離開閥板90。這樣便消除了止回閥的額外運(yùn)動(dòng)，因此減少了磨損。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，也可以使波形墊102與本發(fā)明第一實(shí)施例的止回閥組件聯(lián)用，以達(dá)到減小止回閥磨損的同樣目的。止回插件100包括流體通道，該通道流體相通地連接于輸送槽106。這樣，流體通道便使連通孔9連接于閥板出口94。本實(shí)施例提供了一種緊湊的單元，不需要像第一實(shí)施例那樣在閥體上鉆孔。
如上所述，本發(fā)明解決了很多與先有液壓泵設(shè)計(jì)有關(guān)的問題，并提供了一種可以減小噪聲的泵。然而應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，技術(shù)人員可以在如權(quán)利要求書中所述的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)對為說明本發(fā)明特點(diǎn)而在本文中說明和示出的各種部件的細(xì)節(jié)、材料和配置進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種液壓泵，包括流動(dòng)發(fā)生組件，包括至少一個(gè)泵送室，以便產(chǎn)生進(jìn)入液壓系統(tǒng)的強(qiáng)制性排放的液壓流體；與上述流體發(fā)生組件流體相通的閥板，其中，上述閥板限定了接收液壓流體的入口和用于接收所排出之液壓流體的出口；止回閥組件，容納于上述閥板中，用于在流動(dòng)發(fā)生組件和出口之間建立流體通道，其中上述止回閥組件減小在流動(dòng)發(fā)生組件和出口之間的壓力上沖；其中，止回閥組件還包括具有多個(gè)孔的止回閥，上述孔的尺寸被定為允許預(yù)定流量的流體流過止回閥組件，由此止回閥組件減小了由流動(dòng)發(fā)生組件和出口之間的壓差產(chǎn)生的噪聲。
2.如權(quán)利要求1所述的液壓泵，其特征在于，該泵是軸向活塞泵，該止回閥組件的位置靠近入口和出口之間的下部死點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的液壓泵，其特征在于，該泵是軸向活塞泵，該止回閥組件的位置靠近入口和出口之間的上部死點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的液壓泵，其特征在于，該止回閥組件還包括在閥板中形成的止回閥座，用于接收和保持止回閥；形成在上述閥板中的連通孔，用于使過渡的泵送室和止回閥座流體連通；在流動(dòng)發(fā)生組件的閥體內(nèi)形成的止回閥腔，該腔流體連通地連接于止回閥座。形成在上述閥體上的流體通道，用于使止回閥腔和出口流體相通；其中，連通孔小于止回閥腔，使得上述多個(gè)孔中的一些孔在流體流向泵送室期間被堵塞；而在從泵送室流出期間，所有上述多個(gè)孔均打開。
5.如權(quán)利要求1所述的液壓泵，其特征在于，止回閥組件還包括止回插件，容納于上述閥板中并具有接收和保持上述止回閥的腔；波形墊，裝在止回插件和止回閥之間的上述腔中，用于將上述止回閥推向閥板；形成在上述閥板中的連通孔，用于使泵送室與止回插件腔流體連通；輸送槽，形成在上述閥板上，用于使止回插件流體相通地連接于出口；其中，連通孔小于止回插件腔，使得上述多個(gè)孔中的一些孔在流體流向泵送室期間被填塞，而所有上述多個(gè)孔在流體在從泵送室流出時(shí)則被打開。
全文摘要
公開一種低噪聲的液壓泵,該泵可以是活塞泵或葉輪泵,包括具有至少一個(gè)泵送室的流動(dòng)發(fā)生組件,該組件用于形成進(jìn)入液壓系統(tǒng)的強(qiáng)制性排出的液壓流體。該泵還包括與上述流動(dòng)發(fā)生組件流體相通的閥板,其中,上述閥板形成允許液壓流體進(jìn)入的入口以及接收所排出之液壓流體的出口。止回閥組件裝在上述閥板中,以便在流動(dòng)發(fā)生組件和出口之間形成流體通道,其中,上述止回閥組件減小流動(dòng)發(fā)生組件和出口之間的壓力上沖。止回閥組件還包括具有多個(gè)孔的止回閥,上述孔的尺寸被定為可使預(yù)定流量的流體流過止回閥組件,止回閥組件由此減小由泵產(chǎn)生的噪聲。
文檔編號F04B1/20GK1209191SQ96199920
公開日1999年2月24日 申請日期1996年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月20日
發(fā)明者R·S·勒姆希烏斯, D·G·奧爾姆斯特德 申請人:特萊諾瓦公司