CN1209191A - 具有止回阀同步装置的低噪音液压泵 - Google Patents

Abstract

公开一种低噪声的液压泵,该泵可以是活塞泵或叶轮泵,包括具有至少一个泵送室的流动发生组件,该组件用于形成进入液压系统的强制性排出的液压流体。该泵还包括与上述流动发生组件流体相通的阀板,其中,上述阀板形成允许液压流体进入的入口以及接收所排出之液压流体的出口。止回阀组件装在上述阀板中,以便在流动发生组件和出口之间形成流体通道,其中,上述止回阀组件减小流动发生组件和出口之间的压力上冲。止回阀组件还包括具有多个孔的止回阀,上述孔的尺寸被定为可使预定流量的流体流过止回阀组件,止回阀组件由此减小由泵产生的噪声。

Description

具有止回阀同步装置的低噪音液压泵

发明背景

本发明涉及液压泵领域，具有涉及正排量泵例如轴向活塞泵和叶轮泵。液压系统广泛用于许多动力和运动控制方面，具有很多优点，动力密度高、耐用，而成本相当低。然而液压系统的噪声通常很大。这是液压泵产生的噪声所致。现在限制工作间噪声的规定越来越严格，所以必需减小液压泵产生的噪声。

图1A和1B示出标准的轴向活塞泵及其操作。装有许多活塞10来接收液压流体。活塞10装在一个由驱动轴4转动的和由动力原(未示出)驱动的缸柱12上。当缸柱12转动时，活塞10由轭架16交替地压入和拉出，该轭架以特定角倾斜，通常在整个冲程倾斜约17.5°。该活塞10与供给和接收液压流体的相应入口和出口24、26流体连通。当缸柱12转动时，活塞10退回，使泵送室18膨胀。因而流体从入口24经阀体28抽入泵送室。活塞10在下死点达到其最大延伸程度，此后活塞10伸入，压缩抽送室18，由此将流体经阀体28排入出口26。

缸柱12通过阀板30流体相通地连接于入口和出口24、26，该阀板包括相应的入口和出口卵形槽32、34。图2A和2B示出典型阀板30的结构和操作。在操作时，转动的活塞10经入口卵形槽32抽入通常在大气压下供给的液压流体。在泵送室18对入口32关闭后，活塞通过下部死点，压缩流体，并使流体排入到将流体供给液压系统的出口卵形槽34。这种阀板是有利的，因为对于许多不同的操作条件可以采用不同的阀板来优化泵的操作。

当泵送室中的流体在下部死点附近的过渡区域被压缩时，液压流体达到特定的室压(Pc)，此后该流体便通过出口34，进入具有特定系统压力(Ps)的液压系统。然而，活塞室相对于液压系统的过量增压或压力不足已被鉴定为是在液压泵中产生噪声的根源。如图3A所示，过量增压的活塞室在接通出口34时产生压力“上冲”。这种上冲导致相当于在系统中形成撞击而产生的振动，由此产生可所到的噪声。如图3B所示，很大的压力差别将产生很大的压力上冲，这种上冲将产生很大的噪声。如图3C所示，压力不足也产生噪声，因为在活塞室中压力变化的速度很突然，有较高的系统压力冲入活塞室。理想的系统操作应在图3D所示的室压等于系统压力的条件下进行，在此条件下，压力上冲是零，而且活塞室中的压力变化速度不高。

为保证最佳的安静操作，应使液压泵的室压与系统压力匹配。然而有一些变化的因素影响压力分布。可以在一个很大的速度范围内驱动液压泵。当轴14转得较快时，活塞10将在单位时间内排出更大的流体体积。其次，利用冲程即由轭架16的角度确定的活塞位移长度也可改变流量。轭架16利用控制活塞20和偏压活塞22可以在最大倾斜(产生最大的活塞位移)和零倾斜(产生零活塞位移)之间进行变化。活塞的位移量对应于排放流体的体积，因而对应于流速。影响泵送室中压力的第三因素是液压流体温度的变化，因为温度会改流体的体积弹性模量(流体稠度)。

这些变量影响室压，因此在接通出口而室压和系统压力不匹配时，在操作期间便会增加噪声。然而在液压系统中的系统压力在特定操作的过程也可能发生变化。因此对于室压力和系统压力在大多数可变的操作条件下一般是不匹配的，从而使标准的液压泵操作一般均产生噪声。

由于各种部件例如阀体、外壳、轭架和驱动轴发生偏移而在泵中形成噪声。这些偏移是由于在泵送室中受到和压力有关的力的作用而造成的。这些偏移是活塞泵送频率的谐波。因而随着泵速的增加噪声的声调增加。

泵外壳振动的另一根源是“轭架颤动”，它是由活塞10作用在轭架16上的往复力而在轭架16上产生的振动。如图4所示，各个活塞10将力矩施加在轭架16上，这稍微改变了轭架的斜度，因而改变了活塞冲程。轭架的振动产生“前后颠簸”，这又造成泵外壳的偏移，因而产生噪声。噪声量与轭架力矩中的变化的量成正比。曲线40示出，对于典型的轭架配置，作为经过下部死点(此处泵送室体积最大)的泵送室角度的函数，力矩可以改变几百厘米公斤。曲线40本身还在每个泵送室的角度360/n上重复，其中n是活塞数目。

很多液压泵采用衬套支承轭架16。这些衬套倾向于具有高的摩擦系数，可尽量减小轭架的振动。这种泵产生较低的噪声。然而这种衬套对于不需要进行快速冲程变化的泵是不需要的。例如，某些注射模制装置需要在百分之几秒的时间内从零流量改变到全流量的轭架16。这种轭架通常装在允许高速变化的低摩擦滚针轴承上。然而这种轴承还可能产生由轭架力矩造成的不希望的位移振动。低摩擦轴承还导致较高的振动水平，因而增加噪声量。

减少噪声的优选方法是减小使泵部产生偏移的交替的力和减小轭架的振动。采用图2A和2B所示的节流槽38可以达到此目的。该节流槽伸入到下部死点附近的过渡区域，并在活塞室和出口34之间形成流体通道。在液压泵的标准操作期间，活塞室18受到泵送活塞向前运动的“机械”加压。当节流槽38节流在室和出口34之间的油时，该泵送室还受到“液压”加压。因此在室和系统之间的压力差达到平衡，从而减小压力上冲和噪声。

压力分布形状可利用节流槽38的形状控制。节流槽的设计被称作“泵的同步”。作为噪声源，除压力上冲和下冲外，高速的压力变化也足以形成大量的有助于激起结构谐振的能量，因此产生噪声。因而重要的是控制增压速度，从而控制激起泵部件共振的外力函数的谱量。通过仔细设计节流槽38，便可以设计泵的同步，以便控制增压，使得不仅可以尽量减小压力上冲，而且还可以产生最小速度的压力变化。然而这种泵的同步只能对特定的泵速、系统压力和泵的冲程进行“调谐”。因为这些量是变化的，所以任何低噪音泵设计一定是折衷的，因为泵必须要能够在很宽范围的条件下操作。

发明概要

由于先有液压泵的困难和缺点，因此最好是提供一种能够解决上述问题的而同时又更耐用、具有更通用泵设计的液压泵。

因此需要一种操作噪声低的液压泵。

还需要一种液压泵，该泵可以在大范围的泵速、温度、系统压力和活塞位移的操作条件下提供较宽范围的同步。

还需要一种液压泵，该泵包括可以进行可变节流的节流装置。

还需要一种液压泵，该泵具有可调的节流性，以便对不同的条件进行优化而不改变整个阀板。

利用本发明的液压泵可以满足这些需要和其它需要，该泵包括流动发生组件，该组件包括至少一个泵送室，用于产生进入液压系统的强制性排放的液压流体。该流动发生组件可以是活塞泵、叶轮泵或任何一种其它强制性排放的液压泵的部件。

阀板与上述流动发生组件流体相通，其中上述阀板上限定了接收液压流体的入口以及接纳所排出之液压流体的出口。止回阀组件容纳于上述阀板中，以便在流动发生组件和出口之间建立流体通道。该止回阀组件减小流动发生组件和出口之间的压力上冲。

该止回阀组件还包括具有多个孔的止回阀，上述孔的尺寸被定为允许预定流量的流体流过止回阀组件，因此止回阀组件可以减小由流动发生组件和出口之间的压差产生的噪声。

应当认识到，本发明可以有其它的不同实施例，在不同方面的若干细节可以改变而完全不违背本发明。因此附图和说明自然是例示性的而不是限制性的。

附图的简要说明

下面参考附图仅作为例子说明本发明的实施例，附图中相同的部件具有相同的参考编号，这些附图是：

图1A和1B是剖视图，分别示出标准轴向液压活塞泵的结构和操作；

图2A和2B分别是正面图和斜视图，示出标准液压阀板的结构和操作；

图3A、3B、3C和4C是曲线图，示作为泵送室角度的函数的以及在标准液压泵中的活塞室和液压系统之间的各种压力分布，该泵送室角度在下部死点处为零；

图4是曲线图，示出标准液压泵的轭架力矩以及具有本发明止回阀的同一泵的轭架力矩，该力矩作为通过下部死点的泵送室角度的函数被示出；

图5是正面图，示出具有本发明止回阀组件的阀板；

图6是倾斜的剖视图，详细画出了本发明第一实施例的止回阀同步装置；

图7是正面图和侧视图，示出本发明的止回阀；

图8A和8B分别是剖视图和分解剖视图，详细示出了具有本发明第二实施例止回阀组件的阀板；

图9A、9B、9C和9D是侧视图，示出包含本发明第一实施例止回阀同步装置的液压泵的操作；

图10是曲线图，该图比较了分别具有或不具有本发明止回阀同步装置的液压泵的压力分布；

图11是曲线图，比较了液压泵和包含本发明止回阀同步装置的同一泵的噪声分布，该噪声作为系统压力的函数示出。

发明的详细说明

现在参考附图，该附图仅用于例示本发明的优选实施例，无意用于限制本发明。附图示出轴向活塞液压泵，该泵包括用于减小由压力分布所产生的噪声的止回阀同步装置。然而本发明还可以应用于其它的强制性排流泵例如叶轮泵。图5和6示出作为本发明第一实施例的阀板50，该阀板具有带连通孔58的止回阀组件56，该孔位于入口52和出口54之间的正好通过下部死点的过渡区域。该连通孔58流体连通地连接于在阀板50底部上形成的以便安装止回阀62的止回阀座60。该止回阀座60的尺寸基本上定为稍大于止回阀62，以便使止回阀62可以在阀座中往复运动。该止回阀座60通向在液压泵阀体66的结合表面上形成的止回阀腔64。止回阀腔64小于止回阀座60，使得止回阀62可以搁在阀体66的表面上。液流通道68形成在阀体66中，流体相通地使止回阀腔64连接于出口54。如下面要说明的，止回阀组件形成一个可控的流体通道，以便平衡在过渡区的活塞和出口54之间的流体压力，因此减小操作期间的噪音水平。

图7示出止回阀62的细节。止回阀最好是一个具有许多孔70的薄的圆片，这些孔70同心地围绕在圆片中心的孔72。如下面将说明，有选择地决定这些相应孔70、72的尺寸，从而可建立流过止回阀组件56的所需流速。

图9A～9D特别示出带有本发明的止回阀组件56的液压泵的操作。从图9A可看到，泵送室一旦与入口52断开便连通连通孔58。因为泵送室通常在此位置的室压力低于出口54的压力，所以液压流体流过通道68，并使止回阀62靠抵在阀板50上。在此位置，同心孔70被堵塞，流体只能流过中心孔72，然后流过连通孔58，使泵送室压力增加。

当活塞室缩小时，流体便受到机械压缩。如果室压超过系统压力(如图9B所示)，则室内流体将止回阀62往下压，从而使流体可以流过所有的孔70、72，流入止回阀腔64。这样，大量流体便可以流向出口，使得室压可以以稳定的速率与系统压力相平衡，由此减小了压力的上冲和压力的其它快速变化，这种压力上冲和快速变化将使泵部件发生产生噪声的变形，使轭架发生沿其支承轴线的振动，从而发生前后振动。

如图9C所示，在机械压缩流体期间，在万一室压仍低于系统压力时，该止回阀仍继续对活塞室增压。因为仅有中心孔72通向连通孔58，所以只能穿过少量流体，由此调节使缸增压的速度。在任何情况下，该止回阀组件均可以减少压力上冲，使系统压力和室压力在活塞排出位置基本上达到平衡，如图9D所示。

可以决定在止回阀62中的孔70、72的尺寸，以便对一组特定的泵操作条件而言，使泵的同步最佳化。如图10所示，装上适当选择的止回阀的泵的压力曲线74与没有装上止回阀的泵的压力曲线76相比，在各种系统条件下显著减小了压力上冲。本申请人已经观测到，0.06厘米的止回阀孔对操作于277公斤/厘米²、1200r/min和满冲程的Vickers PVK45型泵可以优化泵的同步。另外，这种尺寸的止回阀62显著地减小了操作压力而不是优化压力的压力上冲，因此减小了总的噪声量。图11示出用0.06厘米节流孔的Vickers泵的噪声量曲线80，该节流孔在泵送室位于下部死点时是敞开的。在同一位置具有0.06厘米节流孔但又具有本发明止回阀组件的泵具有噪声量曲线82，该曲线表明，在系统压力低于277公斤/厘米²时噪声量减小。因此，与现有同步装置所得的结果相比，本发明的止回阀组件显著地减少了噪声。

另外，对于在同一泵中需要进行多次操作优化的应用场合，在已经要求泵采用节流槽时只需改变节流阀而不需要替换整个阀板。当然，泵的设计也可以包括使节流槽与止回阀组件组合，以便获得理想的同步结构。另外，止回阀也可以装在入口处，靠近上部死点，以便减小在入口处的压力下冲。

图8A和8B示出本发明的第二实施例。阀板90包括连通孔96，该孔形成与止回阀座98的流体连接。止回插件100将波形垫102容纳在一个腔内，在波形垫102上设置止回阀104。然后将止回插件100插入到止回阀座98中，由此保持住止回阀104。波形垫102将止回阀104推向阀板90。由于波形垫102，只有当压力上冲大到足以克服波形垫的弹力时止回阀104才能离开阀板90。这样便消除了止回阀的额外运动，因此减少了磨损。当然，应当认识到，也可以使波形垫102与本发明第一实施例的止回阀组件联用，以达到减小止回阀磨损的同样目的。止回插件100包括流体通道，该通道流体相通地连接于输送槽106。这样，流体通道便使连通孔9连接于阀板出口94。本实施例提供了一种紧凑的单元，不需要像第一实施例那样在阀体上钻孔。

如上所述，本发明解决了很多与先有液压泵设计有关的问题，并提供了一种可以减小噪声的泵。然而应当认识到，技术人员可以在如权利要求书中所述的本发明的精神和范围内对为说明本发明特点而在本文中说明和示出的各种部件的细节、材料和配置进行各种改变。

Claims (5)

1.一种液压泵，包括：

流动发生组件，包括至少一个泵送室，以便产生进入液压系统的强制性排放的液压流体；

与上述流体发生组件流体相通的阀板，其中，上述阀板限定了接收液压流体的入口和用于接收所排出之液压流体的出口；

止回阀组件，容纳于上述阀板中，用于在流动发生组件和出口之间建立流体通道，其中上述止回阀组件减小在流动发生组件和出口之间的压力上冲；

其中，止回阀组件还包括具有多个孔的止回阀，上述孔的尺寸被定为允许预定流量的流体流过止回阀组件，由此止回阀组件减小了由流动发生组件和出口之间的压差产生的噪声。

2.如权利要求1所述的液压泵，其特征在于，该泵是轴向活塞泵，该止回阀组件的位置靠近入口和出口之间的下部死点。

3.如权利要求1所述的液压泵，其特征在于，该泵是轴向活塞泵，该止回阀组件的位置靠近入口和出口之间的上部死点。

4.如权利要求1所述的液压泵，其特征在于，该止回阀组件还包括：

在阀板中形成的止回阀座，用于接收和保持止回阀；

形成在上述阀板中的连通孔，用于使过渡的泵送室和止回阀座流体连通；

在流动发生组件的阀体内形成的止回阀腔，该腔流体连通地连接于止回阀座。

形成在上述阀体上的流体通道，用于使止回阀腔和出口流体相通；

其中，连通孔小于止回阀腔，使得上述多个孔中的一些孔在流体流向泵送室期间被堵塞；而在从泵送室流出期间，所有上述多个孔均打开。

5.如权利要求1所述的液压泵，其特征在于，止回阀组件还包括：

止回插件，容纳于上述阀板中并具有接收和保持上述止回阀的腔；

波形垫，装在止回插件和止回阀之间的上述腔中，用于将上述止回阀推向阀板；

形成在上述阀板中的连通孔，用于使泵送室与止回插件腔流体连通；

输送槽，形成在上述阀板上，用于使止回插件流体相通地连接于出口；

其中，连通孔小于止回插件腔，使得上述多个孔中的一些孔在流体流向泵送室期间被填塞，而所有上述多个孔在流体在从泵送室流出时则被打开。

Images