CN107787408B - 变量泵及其调节方法 - Google Patents

Abstract

一种变量泵，包括泵送柱塞(10)、缸盖(2)、旋转轴(3)和用于泵排量的调节装置(4)；所述装置(4)进而包括：具有可变倾斜度的结构(41)；用于调节所述结构(41)的倾斜度的流体动力型致动器(42)；用于所述致动器(42)的命令装置(43)，其具有非平衡位置和平衡位置，所述命令装置(43)进而包括：滑动体(431)，其能够处于至少第一位置，其中，其使作用于所述致动器(42)的腔室(420)与第一区域(51)相连通，所述第一区域(51)的压力至少最初不同于所述腔室(420)中的压力；与所述滑动体(431)相对应的滑动件(432)，用于复位所述平衡配置，所述滑动件(432)不同于所述致动器(42)，并且通过所述结构(41)的倾斜度的变化而被机械致动。

Description

变量泵及其调节方法

技术领域

本发明涉及一种变量泵及其调节方法。

变量泵能够调节工作流体的流速，将其作为所使用的压力、用户要求的运动速度或可用功率的函数来对流速进行优化。

这样节省能耗。事实上，如果泵在工作范围内具有固定的排量，则流速应当满足能够保证正常工作，甚至在要求高的运动速度时，但当要求低的运动速度时，流速将过量，因此，在此工作模式下，泵的部分流速会被浪费。

此外，使用变量泵能够使使用更灵活。事实上，如果启动电机的功率吸收相等，变量泵能够实现在低流速时达到较高压力，或者相反，在低压力时具有较高流速，因此具有较宽的使用范围。

背景技术

文件US6725658和US5881629所描述类型的泵为已知。这些文件公开了具有摆动盘的轴向柱塞泵，其中，调节盘的倾斜度能够调节泵的排量。使用由电源驱动的在本体内移动的滑动体(cursor)来调节盘的倾斜度。

在文件US6725658所描述的方案中，作为滑动体的位置的函数，作用于盘的推动件作为由系统施加的压力以及位于滑动体和推动件之间的弹簧的弹力的函数而到达平衡位置。

该结构方案的缺点与这样的事实相关：由于寻找平衡位置受到弹簧的制约，使得反应慢且可能有摆动。

在文件US5881629所描述的方案中，作为滑动体的位置的函数，作用于盘的推动件根据压力和电液压装置的调节压力到达平衡位置，该调节压力与电指令信号成比例。电指令信号作为由传感器检测到的盘的角位置的值的函数而由微控制器调节。

该结构方案的缺点在于与存在有传感器相关的成本。另一个缺点是与为了以闭环控制排量而需要使用压力调节阀和传感器相关，因此，可能会在响应速度和造成摆动之间作权衡。

文件US6283721和DE19653165揭示了已知的泵。

发明内容

在此背景下，本发明的基本的技术任务是公开一种用于调节泵排量的方法，以克服所引用的现有技术中的缺陷。

特别地，本发明的目的是提供一种泵以及一种用于调节泵排量的方法，以提高泵排量调节的稳定性以及泵的响应速度。

所述技术任务和所述目的实质上由一种泵和一种泵排量的调节方法实现。

所述泵包括：

i)用于待处理流体的泵送柱塞；

ii)滑动座，所述柱塞的行程沿所述滑动座进行；

iii)旋转轴，所述旋转轴带动所述柱塞和所述座旋转，至少在工作配置时，所述轴的旋转与所述柱塞沿所述座的滑动相对应；

iv)根据电信号用于所述泵的排量的调节装置，所述调节装置进而包括：

-结构，所述结构具有可变的倾斜度，用于调节所述泵送柱塞的行程的长度，进而用于调节所述泵的排量；倾斜度可变的所述结构限制所述柱塞的一端；

-流体动力型致动器，用于调节所述结构的倾斜度，所述泵的相应排量与所述结构的每个倾斜度相关；

-用于所述致动器的命令装置，所述命令装置具有至少非平衡配置和平衡配置，在所述非平衡配置时，所述装置引发所述致动器的移动，在所述平衡配置时，所述装置不引发所述致动器的移动，所述命令装置进而包括：

*滑动体，所述滑动体至少能够在所述平衡配置和所述非平衡配置之间移动，在所述非平衡配置时，所述滑动体能够位于至少第一位置，在所述第一位置时，其将作用于所述致动器的腔室与第一区域相连通，所述第一区域的压力至少最初不同于所述腔室中的压力；

*与所述滑动体相对应的滑动件，用于复位所述平衡配置，所述滑动件不同于所述致动器，并且通过所述结构的倾斜度的变化被机械致动；

所述滑动件包括用于所述滑动体的护套；

所述护套通过沿预设方向施加力的弹性装置被预压紧；

所述泵包括元件，所述元件被牢固地限制在所述倾斜度可变的结构上，用于引发从所述非平衡配置到所述平衡配置的变换；所述被牢固地限制在所述倾斜度可变的结构上的元件施加与所述弹性装置相反的推力，或者可替代地，能够使所述护套沿所述预设方向移动；

用于实现所述排量的改变的所述倾斜度可变的结构绕调节轴线旋转；所述被牢固地限制在所述倾斜度可变结构上的元件部分接合在形成在所述护套上的座体中；

所述被牢固地限制在所述倾斜度可变的结构上的元件绕所述调节轴线旋转，并且包括插入部，所述插入部接合在所述护套中，并且相对于所述调节轴线偏移。

在其中一个实施例中，在所述非平衡配置时，所述滑动体能够位于第二位置，在所述第二位置时，其将所述腔与第二区域相连通，所述第二区域的压力不同于所述第一区域中的压力，并且至少最初不同于所述腔室中的压力。

在其中一个实施例中，

-所述第二区域沿所述流体的流出方向位于所述柱塞的下游；

-所述第一区域与外部环境相连通、或者沿所述流体的流动方向位于所述柱塞的上游、或者所述第一区域中的压力小于所述第二区域中的压力。

在其中一个实施例中，在所述非平衡配置时，所述腔室与所述第一区域之间的流体连通通过包括位于所述护套和所述滑动体之间的间隙的路径来实现。

在其中一个实施例中，在所述平衡配置时，所述滑动体至少部分阻挡第一通道，所述第一通道与所述腔室相连通并且穿过所述护套的壁；

所述滑动体具有第一槽，位于所述第一位置时，所述第一槽为将所述第一通道与所述第一区域相连通的路径的一部分；

所述滑动体具有第二槽，位于所述第二位置时，所述第二槽为将所述第一通道与所述第二区域相连通的路径的一部分。

在其中一个实施例中，所述倾斜度可变结构能够使所述柱塞相对于所述滑动座移动，所述倾斜度可变结构不改变所述柱塞的位置。

在其中一个实施例中，所述命令装置还包括比例电磁铁，所述比例电磁铁包括用于所述滑动体的驱动件。

所述泵排量的调节方法包括以下步骤：

i)改变摆动盘的倾斜度，柱塞被限制到所述摆动盘，所述步骤包括操作用于流体动力型致动器的命令装置的子步骤，所述流体动力型致动器用于调节所述摆动盘的倾斜度，所述命令装置包括滑动体，所述滑动体在护套内可移动；所述操作命令装置的步骤包括将所述滑动体相对于所述护套移动以从平衡配置变换成非平衡配置的步骤；在所述平衡配置时，所述滑动体阻挡与所述致动器的推动腔室流体连通的第一通道；在从所述平衡配置变换成所述非平衡配置的过程中，所述致动器的所述推动腔室通过所述通道与第一区域流体连通，所述第一区域的压力至少最初不同于所述推动腔室的压力；

ii)改变所述护套的位置，以实现复位所述平衡配置；

所述改变摆动盘的倾斜度的步骤包括将被牢固地限制在所述摆动盘上且与所述护套相抵接的抵接件移动，以能够使所述护套移动的步骤。

附图说明

如附图中所示，通过对泵及泵排量的调节方法的优选的但非排他性的实施例的非限制性描述，将更加完全地显现本发明的进一步特征和优点，在附图中：

-图1是泵的视图，其中一些部分以剖面示出，以便更好地示出其他部分；

-图2至图5示出根据本发明的泵的工作的连续步骤；

-图6是根据本发明的泵的部件的可替代视图；

-图7、图8和图9示出根据本发明的变量泵的流体动力回路的示例。

具体实施方式

在附图中，标号1表示变量泵的整体。泵1为已知类型，为摆动盘式泵。

泵1包括：

i)用于待处理流体的泵送柱塞10；

ii)滑动座2(在图1中用虚线示出)，柱塞1的行程沿滑动座2进行；

iii)旋转轴3，其带动所述柱塞10和所述座2旋转。

至少在工作配置时，所述轴3的旋转与柱塞10沿座2的滑动相对应。为完整起见，在此说明，当无流速时(非工作配置)，轴3的旋转不与柱塞10沿座2的滑动对应。

在优选的实施例中，泵1包括多个泵送柱塞10，每个泵送柱塞10被容纳在相应的座2中。在这种情况下，轴3的旋转带动每个柱塞10和相应的座2。用于所述柱塞的座2确定相应柱塞10的相应的运动方向；这些方向相互平行。座2沿本身闭合的假想线(通常为圆)相互以侧面邻接。至少在工作配置时(在此情况下，排量不为0，因而流量不为0)，所述轴3的旋转与柱塞10沿相应的座2的滑动相对应。

该泵还包括根据电信号用于泵1的排量的调节装置4。

调节装置4进而包括结构41，结构41具有可变的倾斜度，用于调节泵送柱塞10的行程的长度，因而用于调节泵1的排量；倾斜度可变结构41限制柱塞10的一端。倾斜度可变结构41在技术术语中还被称作“摆动盘”结构(虽然其几何结构比盘更复杂)。这种类型的泵作为“具有摆动盘的轴向变量泵”在本领域中是众所周知。

当存在多个柱塞10时，倾斜度可变结构41同时调节所有泵送柱塞10的行程。特别地，每个泵送柱塞10的端部被限制在结构41上。倾斜度可变结构41能够使柱塞10相对于座2移动(结构41改变柱塞10的位置)。

调节装置4还包括流体动力型致动器42，用于调节所述结构41的倾斜度。流体动力型致动器42是活塞。

泵1的相应排量与结构41的每个倾斜度相关。如果“摆动盘”垂直于轴3，则排量为0。通过增加盘的倾斜度，排量也增加，可达最大值。

调节装置4包括根据电信号用于致动器42的命令装置43(预设的电信号与致动器的每个位置相对应)。调节装置4具有至少非平衡配置和平衡配置，在非平衡配置时，调节装置4使致动器42发生移动(参见图3或图5)，在平衡配置时，调节装置4不会使致动器42发生移动(参见图2或图4)。

命令装置43进而包括滑动体431，滑动体431至少能够在所述平衡配置和所述非平衡配置之间移动，在非平衡配置时，滑动体431至少能够位于第一位置，在该位置时，滑动体431将作用于所述致动器42的腔室420与第一区域51相连通，其中，第一区域51中的压力不同于所述腔室420中的压力(至少最初，这两个压力不同，而在实现流体连通后，这两个压力趋于平衡)。

流体动力型致动器42的第一端连接至倾斜度可变结构41。在图1所示的方案中，致动器42铰接到倾斜度可变结构41的第一端。在未示出的其他方案中，在流体动力型致动器42和倾斜度可变结构41之间仅有一个机械止动装置。在第二端，致动器42包括通向腔室420的推动部表面。

参考图1，如果腔室420中的压力增加，则结构41的倾斜度减小，柱塞10的行程减小，因此，排量也减小。如果腔室420中的压力下降，则结构41的倾斜度增加(可达最大值)，柱塞10的行程增加，因此，排量也增加。

命令装置43包括与滑动体431相对应的滑动件432，用于复位平衡配置(参见图4)。滑动件432不同于致动器42，其通过结构41的倾斜度的变化而被机械致动。

在第一位置时，滑动体431将腔室420与第一区域51相连通，第一区域51中的压力至少最初可以小于所述腔室420中的压力(在实现流体连通后，这两个压力趋于平衡)。关于这点，参见图3。处于非平衡配置时，滑动体431可以位于第二位置，在第二位置时，滑动体431将腔室420与第二区域52相连通，第二区域52的压力至少最初可以大于腔室420中的压力。

滑动件432包括用于所述滑动体431的护套433。护套433至少部分包围滑动体431。护套433可以相对于滑动体431平移。处于非平衡配置时，腔室420和第一区域51间的流体连通通过包括位于护套433和滑动体431之间的间隙6的路径来实现。

处于平衡配置时(参见图2)，滑动体431至少部分阻挡第一通道50，第一通道50与腔室420相连通并且穿过护套433的壁。事实上，处于平衡配置时，滑动体431确保流自/流向第一区域51和第二区域52的流体的泄漏率最小。

滑动体431具有第一槽510，当位于第一位置时，第一槽510为将第一通道50与第一区域51相连通的路径的一部分(具体地，将第一通道50与第二通道501相连通)。关于这点，参见图3。

滑动体431具有第二槽520，当位于第二位置时，第二槽520为将第一通道50与第二区域52相连通的路径的一部分(具体地，将第二通道50与穿过护套433的壁的第三通道500相连通)。关于这点，参见图5。

护套433通过沿预设方向施加力的弹性装置7被预压紧。在所示示例中，弹性装置7包括能够至少部分包围滑动体431的螺旋弹簧。

泵1包括元件410，元件410被牢固地限制在倾斜度可变结构41上，用于引发从非平衡配置到平衡配置的变换。因此，被牢固限制的元件410可以被定义为所述平衡配置的复位机构。

被牢固限制在倾斜度可变结构上的元件410部分适配在形成于护套433上的座体434中。

被牢固限制在倾斜度可变结构上的元件410施加与所述弹性装置7相反的推力，或者可替代地，使得护套433能够在弹性装置7施加的推力的作用下沿所述预设方向移动。

用于改变排量的倾斜度可变结构41绕调节轴线411旋转。调节轴线411沿与驱动柱塞10的轴3的旋转方向垂直的方向延伸。有利地，轴线411相对于泵1的外壳体固定。

被牢固地限制在倾斜度可变结构41上的元件410绕所述调节轴线411旋转，并且包括插入部435，插入部435接合在护套433中(在座体434内)并且相对于所述调节轴线411偏移。

例如，在其中一个结构方案中，第二区域52可以沿所述流体的流出方向位于所述柱塞10的下游。因此，第二区域52处于泵输送的压力下(允许一些负载损耗)。

例如，在其中一个实施例中，第一区域51与外部环境相连通，或者沿流体的流出方向位于柱塞10的上游，或者，在任何情况下，第一区域51中的压力小于第二区域52中的压力。优选地，处于大气压或吸入压力下。更详细地，第一区域51(优选地与泵体重合，将排出物收集其中)与用于流体的罐为流体连通或与泵吸入部连接。该罐可以处于大气压下或可以略微增压。

在一个特别的结构方案中，泵1可以包括压力调节器9。因此，在一些工作条件下，调节器9可以限定所述第二区域52的压力和/或所述腔室420中的压力。

例如，如图7中所示，压力调节器9位于腔室420和命令装置43之间。

在图8的具体的说明性示例(替代图7和图9的示例)中，第二通道501连接至压力调节器9。

命令装置43还包括比例电磁铁8，比例电磁铁8包括用于所述滑动体431的驱动件80。这使得能够转换待发送的致动器42的电启动信号。驱动件80通常是推动件。

驱动件80实质上与滑动体431同轴。驱动件80沿护套433相对于滑动体431平移的方向移动。

滑动体431受到由所述驱动件80施加的和通过弹性反作用施加的相反的力。因此，驱动件80向滑动体431施加与弹簧的弹性反作用反向的力。

在第一结构方案中，电磁铁8中电流的增加确定泵1的排量的增加(例如，图2至图5、图7和图8中所示出的直接类型)。在第二结构方案中，用于向电磁铁8供电的电流的减小确定泵1的排量的减小(例如，图6和图9中所示出的间接类型)。

本发明还涉及一种用于具有摆动盘的轴向柱塞泵的调节方法。便利地，该泵1具有上述特征中的一个或多个特征。

本方法包括改变摆动盘41(柱塞10被限制到该摆动盘上)的倾斜度的步骤。该步骤包括干预用于流体动力型致动器42的命令装置43的子步骤，流体动力型致动器42用于调节摆动盘41的倾斜度。命令装置43包括滑动体431，滑动体431在护套433内可移动。干预命令装置43的步骤包括将滑动体431相对于护套433移动以从平衡配置(图2)变换成非平衡配置(图3)的步骤。将滑动体431移动的步骤通过移动具有电驱动杆的驱动件80(例如，比例电磁铁的驱动件80)来实现。驱动件80的移动通过改变对比例电磁铁8的供电来进行。处于平衡配置时，滑动体431阻挡与致动器42的推动腔室420流体连通的第一通道50(见图2)。从平衡配置变换成非平衡配置的过程中，致动器42的推动腔室420通过所述第一通道50与第一区域51或第二区域52流体连通，第一区域51中的压力至少最初与所述推动腔室420的压力不同(图3)，第二区域52中的压力至少最初与所述推动腔室420的压力不同(图5)。这使得推动腔室420中的压力发生变化，并且因此使致动器42移动，进而使得摆动盘41移动(在优选的方案中，致动器42在推动腔室420和与盘41连接的相对端之间延伸)。在从平衡配置变换成非平衡配置的过程中，滑动体431不阻挡第一通道50。

在从平衡配置变换成非平衡配置的过程中，致动器42的推动腔室420，根据滑动体431的移动方向，通过所述第一通道50与两个不同区域流体连通。最初，这些区域相比所述推动腔室420分别具有较高的和较低的压力。这样，能够沿一个方向或另一个方向调节摆动盘41的移动量，泵的排量分别相应地增加或减小。

本方法还包括改变所述护套433的位置(参见图4)以实现复位所述平衡配置(参见图5)的步骤；改变摆动盘41的倾斜度的步骤包括将牢固地限制在所述盘41上且与所述护套433抵接的抵接件410移动，以使护套433移动的步骤。事实上，将牢固地限制在盘上的抵接件410移动的步骤可替代地(根据盘41的倾斜度被改变的方向)确定：

i)护套433抵抗作用于护套上的预拉伸的弹性装置7所施加的力进行的移动；

ii)护套433沿与弹性装置7施加的力的相同方向进行的移动。

明确地参考图2至图5，本发明的操作可以总结如下：

-图2：滑动体431至少部分阻挡与腔室420相连通的第一通道50；第一通道50中的压力介于第二通道501中和第三通道500中的压力之间；

-图3：如果电流指令增加，则比例电磁铁施加更大的力，使得滑动体431压缩调节弹簧70并且向下移动；其结果是，滑动体431打开第一通道50和第二通道501间的连通，保持第一通道50和第三通道500间的连通关闭。这样，第一通道50中的压力下降，泵1的排量增加；

-图4：从图3开始，当排量增加时，被牢固地限制在摆动盘41上的元件410向下移动。通过弹性装置7被保持抵接于元件410的护套433也向下移动，直至重新移动到平衡位置；因此，滑动体431阻挡护套433的第一通道50；将出现新的平衡配置，在新的平衡配置中，当出现大于比例电磁铁8的指令电流时，会有更大的排量；

-图5：如果比例电磁铁8中的指令电流下降，将施加较小的力，因而，通过更少地压缩调节弹簧70，滑动体431向上移动。滑动体431保持第一通道50和第二通道501之间的连通关闭，并且打开第一通道50和第三通道500之间的连通。这样，第一通道50中的压力增加，并且泵的排量下降。其结果是，元件410将向上移动，并且护套433随之向上移动，直至移动到新的平衡配置(未示出)。

本发明提供许多优点。

主要地，能够提供一种稳定装置，其不会受到特别的摆动的影响。这是由于摆动盘和护套之间的机械连接(避免弹簧或其他部件的介入)。进一步地，其能够优化泵的部件，避免存在：

-用于检测盘的角位置的传感器；和

-为保证稳定性需要而适当设置的闭环控制(不存在摆动)。

所构思的本发明易于有多种修改和变形，所有这些修改和变形落入本发明以其为特征的本发明构思的范围内。进一步地，所有细节可以被在技术上等同的其他元素替代。在实践中，使用的所有材料以及尺寸根据需要可以是任何材料和尺寸。

Claims (6)

1.一种变量泵，包括：

i)用于待处理流体的泵送柱塞(10)；

ii)滑动座(2)，所述泵送柱塞(10)的行程沿所述滑动座(2)进行；

iii)旋转轴(3)，所述旋转轴(3)带动所述泵送柱塞(10)和所述滑动座(2)旋转，至少在工作配置时，所述旋转轴(3)的旋转与所述泵送柱塞(10)沿所述滑动座(2)的滑动相对应；

iv)根据电信号用于所述变量泵(1)的排量的调节装置(4)，其特征在于，所述调节装置(4)进而包括：

-结构(41)，所述结构(41)具有可变的倾斜度，用于调节所述泵送柱塞(10)的行程的长度，进而用于调节所述变量泵(1)的排量；倾斜度可变的所述结构(41)限制所述泵送柱塞(10)的一端；

-流体动力型致动器(42)，用于调节所述结构(41)的倾斜度，所述变量泵(1)的相应排量与所述结构(41)的每个倾斜度相关；

-用于所述致动器(42)的命令装置(43)，所述命令装置(43)具有至少非平衡配置和平衡配置，在所述非平衡配置时，所述命令装置(43)引发所述致动器(42)的移动，在所述平衡配置时，所述命令装置(43)不引发所述致动器(42)的移动，所述命令装置(43)进而包括：

*滑动体(431)，所述滑动体(431)至少能够在所述平衡配置和所述非平衡配置之间移动，在所述非平衡配置时，所述滑动体(431)能够位于至少第一位置，在所述第一位置时，其将作用于所述致动器(42)的腔室(420)与第一区域(51)相连通，所述第一区域(51)的压力至少最初不同于所述腔室(420)中的压力；

*与所述滑动体(431)相对应的滑动件(432)，用于复位所述平衡配置，所述滑动件(432)不同于所述致动器(42)，并且通过所述结构(41)的倾斜度的变化被机械致动；

所述滑动件(432)包括用于所述滑动体(431)的护套(433)；

所述护套(433)通过沿预设方向施加力的弹性装置(7)被预压紧；

所述变量泵(1)包括元件(410)，所述元件(410)被牢固地限制在所述倾斜度可变的结构(41)上，用于引发从所述非平衡配置到所述平衡配置的变换；所述被牢固地限制在所述倾斜度可变的结构(41)上的元件(410)施加与所述弹性装置(7)相反的推力，或者，能够在所述弹性装置(7)施加的推力的作用下使所述护套(433)沿所述预设方向移动；

用于实现所述排量的改变的所述倾斜度可变的结构(41)绕调节轴线(411)旋转；所述被牢固地限制在所述倾斜度可变结构(41)上的元件(410)部分接合在形成在所述护套(433)上的座体(434)中；

所述被牢固地限制在所述倾斜度可变的结构(41)上的元件(410)绕所述调节轴线(411)旋转，并且包括插入部(435)，所述插入部(435)接合在所述护套(433)中，并且相对于所述调节轴线(411)偏移。

2.根据权利要求1所述的变量泵，其特征在于，在所述非平衡配置时，所述滑动体(431)能够位于第二位置，在所述第二位置时，其将所述腔室(420)与第二区域(52)相连通，所述第二区域(52)的压力不同于所述第一区域(51)中的压力，并且至少最初不同于所述腔室(420)中的压力。

3.根据权利要求2所述的变量泵，其特征在于：

-所述第二区域(52)沿所述流体的流出方向位于所述泵送柱塞(10)的下游；

-所述第一区域(51)与外部环境相连通、或者沿所述流体的流动方向位于所述泵送柱塞(10)的上游、或者所述第一区域(51)中的压力小于所述第二区域(52)中的压力。

4.根据权利要求1所述的变量泵，其特征在于，在所述非平衡配置时，所述腔室(420)与所述第一区域(51)之间的流体连通通过包括位于所述护套(433)和所述滑动体(431)之间的间隙(6)的路径来实现。

5.根据权利要求2所述的变量泵，其特征在于，在所述平衡配置时，所述滑动体(431)至少部分阻挡第一通道(50)，所述第一通道(50)与所述腔室(420)相连通并且穿过所述护套(433)的壁；

所述滑动体(431)具有第一槽(510)，位于所述第一位置时，所述第一槽(510)为将所述第一通道(50)与所述第一区域(51)相连通的路径的一部分；

所述滑动体(431)具有第二槽(520)，位于所述第二位置时，所述第二槽(520)为将所述第一通道(50)与所述第二区域(52)相连通的路径的一部分。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的变量泵，其特征在于，所述命令装置(43)还包括比例电磁铁(8)，所述比例电磁铁(8)包括用于所述滑动体(431)的驱动件。