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：
本發明涉及液壓泵領域，具有涉及正排量泵例如軸向活塞泵和葉輪泵。液壓系統廣泛用于許多動力和運動控制方面，具有很多優點，動力密度高、耐用，而成本相當低。然而液壓系統的噪聲通常很大。這是液壓泵產生的噪聲所致。現在限制工作間噪聲的規定越來越嚴格，所以必需減小液壓泵產生的噪聲。
圖1A和1B示出標準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裝在一個由驅動軸4轉動的和由動力原(未示出)驅動的缸柱12上。當缸柱12轉動時，活塞10由軛架16交替地壓入和拉出，該軛架以特定角傾斜，通常在整個沖程傾斜約17.5°。該活塞10與供給和接收液壓流體的相應入口和出口24、26流體連通。當缸柱12轉動時，活塞10退回，使泵送室18膨脹。因而流體從入口24經閥體28抽入泵送室。活塞10在下死點達到其最大延伸程度，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，該閥板包括相應的入口和出口卵形槽32、34。圖2A和2B示出典型閥板30的結構和操作。在操作時，轉動的活塞10經入口卵形槽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關閉后，活塞通過下部死點，壓縮流體，并使流體排入到將流體供給液壓系統的出口卵形槽34。這種閥板是有利的，因為對于許多不同的操作條件可以采用不同的閥板來優化泵的操作。
當泵送室中的流體在下部死點附近的過渡區域被壓縮時，液壓流體達到特定的室壓(Pc)，此后該流體便通過出口34，進入具有特定系統壓力(Ps)的液壓系統。然而，活塞室相對于液壓系統的過量增壓或壓力不足已被鑒定為是在液壓泵中產生噪聲的根源。如圖3A所示，過量增壓的活塞室在接通出口34時產生壓力“上沖”。這種上沖導致相當于在系統中形成撞擊而產生的振動，由此產生可所到的噪聲。如圖3B所示，很大的壓力差別將產生很大的壓力上沖，這種上沖將產生很大的噪聲。如圖3C所示，壓力不足也產生噪聲，因為在活塞室中壓力變化的速度很突然，有較高的系統壓力沖入活塞室。理想的系統操作應在圖3D所示的室壓等于系統壓力的條件下進行，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，應使液壓泵的室壓與系統壓力匹配。然而有一些變化的因素影響壓力分布。可以在一個很大的速度范圍內驅動液壓泵。當軸14轉得較快時，活塞10將在單位時間內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(產生最大的活塞位移)和零傾斜(產生零活塞位移)之間進行變化。活塞的位移量對應于排放流體的體積，因而對應于流速。影響泵送室中壓力的第三因素是液壓流體溫度的變化，因為溫度會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壓力不匹配時，在操作期間便會增加噪聲。然而在液壓系統中的系統壓力在特定操作的過程也可能發生變化。因此對于室壓力和系統壓力在大多數可變的操作條件下一般是不匹配的，從而使標準的液壓泵操作一般均產生噪聲。
由于各種部件例如閥體、外殼、軛架和驅動軸發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增加。
泵外殼振動的另一根源是“軛架顫動”，它是由活塞10作用在軛架16上的往復力而在軛架16上產生的振動。如圖4所示，各個活塞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。軛架的振動產生“前后顛簸”，這又造成泵外殼的偏移，因而產生噪聲。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，作為經過下部死點(此處泵送室體積最大)的泵送室角度的函數，力矩可以改變幾百厘米公斤。曲線40本身還在每個泵送室的角度360/n上重復，其中n是活塞數目。
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，可盡量減小軛架的振動。這種泵產生較低的噪聲。然而這種襯套對于不需要進行快速沖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間內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生由軛架力矩造成的不希望的位移振動。低摩擦軸承還導致較高的振動水平，因而增加噪聲量。
減少噪聲的優選方法是減小使泵部產生偏移的交替的力和減小軛架的振動。采用圖2A和2B所示的節流槽38可以達到此目的。該節流槽伸入到下部死點附近的過渡區域，并在活塞室和出口34之間形成流體通道。在液壓泵的標準操作期間，活塞室18受到泵送活塞向前運動的“機械”加壓。當節流槽38節流在室和出口34之間的油時，該泵送室還受到“液壓”加壓。因此在室和系統之間的壓力差達到平衡，從而減小壓力上沖和噪聲。
壓力分布形狀可利用節流槽38的形狀控制。節流槽的設計被稱作“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構諧振的能量，因此產生噪聲。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的譜量。通過仔細設計節流槽38，便可以設計泵的同步，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、系統壓力和泵的沖程進行“調諧”。因為這些量是變化的，所以任何低噪音泵設計一定是折衷的，因為泵必須要能夠在很寬范圍的條件下操作。
發明概要由于先有液壓泵的困難和缺點，因此最好是提供一種能夠解決上述問題的而同時又更耐用、具有更通用泵設計的液壓泵。
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，該泵包括可以進行可變節流的節流裝置。
還需要一種液壓泵，該泵具有可調的節流性，以便對不同的條件進行優化而不改變整個閥板。
利用本發明的液壓泵可以滿足這些需要和其它需要，該泵包括流動發生組件，該組件包括至少一個泵送室，用于產生進入液壓系統的強制性排放的液壓流體。該流動發生組件可以是活塞泵、葉輪泵或任何一種其它強制性排放的液壓泵的部件。
閥板與上述流動發生組件流體相通，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，以便在流動發生組件和出口之間建立流體通道。該止回閥組件減小流動發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孔的止回閥，上述孔的尺寸被定為允許預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發生組件和出口之間的壓差產生的噪聲。
應當認識到，本發明可以有其它的不同實施例，在不同方面的若干細節可以改變而完全不違背本發明。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明的實施例，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，分別示出標準軸向液壓活塞泵的結構和操作；圖2A和2B分別是正面圖和斜視圖，示出標準液壓閥板的結構和操作；圖3A、3B、3C和4C是曲線圖，示作為泵送室角度的函數的以及在標準液壓泵中的活塞室和液壓系統之間的各種壓力分布，該泵送室角度在下部死點處為零；圖4是曲線圖，示出標準液壓泵的軛架力矩以及具有本發明止回閥的同一泵的軛架力矩，該力矩作為通過下部死點的泵送室角度的函數被示出；圖5是正面圖，示出具有本發明止回閥組件的閥板；圖6是傾斜的剖視圖，詳細畫出了本發明第一實施例的止回閥同步裝置；圖7是正面圖和側視圖，示出本發明的止回閥；圖8A和8B分別是剖視圖和分解剖視圖，詳細示出了具有本發明第二實施例止回閥組件的閥板；圖9A、9B、9C和9D是側視圖，示出包含本發明第一實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明止回閥同步裝置的同一泵的噪聲分布，該噪聲作為系統壓力的函數示出。
發明的詳細說明現在參考附圖，該附圖僅用于例示本發明的優選實施例，無意用于限制本發明。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生的噪聲的止回閥同步裝置。然而本發明還可以應用于其它的強制性排流泵例如葉輪泵。圖5和6示出作為本發明第一實施例的閥板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的過渡區域。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可以在閥座中往復運動。該止回閥座60通向在液壓泵閥體66的結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可控的流體通道，以便平衡在過渡區的活塞和出口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的細節。止回閥最好是一個具有許多孔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。因為泵送室通常在此位置的室壓力低于出口54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。
當活塞室縮小時，流體便受到機械壓縮。如果室壓超過系統壓力(如圖9B所示)，則室內流體將止回閥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，使得室壓可以以穩定的速率與系統壓力相平衡，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生產生噪聲的變形，使軛架發生沿其支承軸線的振動，從而發生前后振動。
如圖9C所示，在機械壓縮流體期間，在萬一室壓仍低于系統壓力時，該止回閥仍繼續對活塞室增壓。因為僅有中心孔72通向連通孔58，所以只能穿過少量流體，由此調節使缸增壓的速度。在任何情況下，該止回閥組件均可以減少壓力上沖，使系統壓力和室壓力在活塞排出位置基本上達到平衡，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，在各種系統條件下顯著減小了壓力上沖。本申請人已經觀測到，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厘米節流孔的Vickers泵的噪聲量曲線80，該節流孔在泵送室位于下部死點時是敞開的。在同一位置具有0.06厘米節流孔但又具有本發明止回閥組件的泵具有噪聲量曲線82，該曲線表明，在系統壓力低于277公斤/厘米2時噪聲量減小。因此，與現有同步裝置所得的結果相比，本發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行多次操作優化的應用場合，在已經要求泵采用節流槽時只需改變節流閥而不需要替換整個閥板。當然，泵的設計也可以包括使節流槽與止回閥組件組合，以便獲得理想的同步結構。另外，止回閥也可以裝在入口處，靠近上部死點，以便減小在入口處的壓力下沖。
圖8A和8B示出本發明的第二實施例。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容納在一個腔內，在波形墊102上設置止回閥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，只有當壓力上沖大到足以克服波形墊的彈力時止回閥104才能離開閥板90。這樣便消除了止回閥的額外運動，因此減少了磨損。當然，應當認識到，也可以使波形墊102與本發明第一實施例的止回閥組件聯用，以達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。本實施例提供了一種緊湊的單元，不需要像第一實施例那樣在閥體上鉆孔。
如上所述，本發明解決了很多與先有液壓泵設計有關的問題，并提供了一種可以減小噪聲的泵。然而應當認識到，技術人員可以在如權利要求書中所述的本發明的精神和范圍內對為說明本發明特點而在本文中說明和示出的各種部件的細節、材料和配置進行各種改變。
權利要求
1.一種液壓泵，包括流動發生組件，包括至少一個泵送室，以便產生進入液壓系統的強制性排放的液壓流體；與上述流體發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，用于在流動發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發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孔的止回閥，上述孔的尺寸被定為允許預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發生組件和出口之間的壓差產生的噪聲。
2.如權利要求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。
3.如權利要求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。
4.如權利要求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；在流動發生組件的閥體內形成的止回閥腔，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，所有上述多個孔均打開。
5.如權利要求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，而所有上述多個孔在流體在從泵送室流出時則被打開。
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,包括具有至少一個泵送室的流動發生組件,該組件用于形成進入液壓系統的強制性排出的液壓流體。該泵還包括與上述流動發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,以便在流動發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發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孔的止回閥,上述孔的尺寸被定為可使預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 優先權日1995年12月20日
發明者R·S·勒姆希烏斯, D·G·奧爾姆斯特德 申請人:特萊諾瓦公司