摘要：Tonand Pumps 开发了一种数字控制的变量柱塞泵，以满足对更安静、更高效的液压解决方案的需求。
您将学到的内容：
- 推动新型液压泵设计需求的行业驱动力。
- 数字控制的应用方式及其带来的益处。
- 实现更安静、更高效柱塞泵运行的设计特点。
由于建筑、农业以及其他移动机械的电气化，对更安静、更高效的液压元件的需求正在增加。意识到行业正在发生重大转变，Tonand Pumps 开始着手开发一种能够满足这些设计要求的液压泵。
经过近十年的开发，该公司已经制造出一种非常安静的变量柱塞泵。
“我们想要一种独特且像老鼠一样安静的泵，这与电气化相辅相成，”Tonand Pumps 的副总裁兼首席技术官 Tony Cannata 说。
随着许多电动汽车中内燃机的移除，液压系统和其他部件的运行噪声已成为一个更大的问题。通过开发一种能够安静运行的液压泵，减少了对降噪材料的需求。这有助于简化设计和安装，同时节省空间，而空间在电动汽车中往往非常紧张，因为需要安装大量的电池。
变量柱塞泵还提供了其他好处。Cannata 表示，该公司专注于开发一种与市场上现有产品完全不同的液压泵，以帮助满足电气化、数字化以及其他影响机器和元件设计的重大行业趋势。
Tony Cannata，Tonand Pumps 的副总裁兼首席技术官，表示公司希望创造一种全新的变量柱塞泵设计，以满足日益增长的电气化和数字化趋势。
创建更安静、更高效的液压柱塞泵
据 Cannata 所述，从变量柱塞泵设计中移除摆动板是使其能够在极低分贝下运行的关键因素。
他表示，该泵本质上运行在对话级别的分贝。他提到，一家原始设备制造商在看到柱塞泵时对该公司表示：“你真的必须把耳朵贴在泵上才能听到它的声音。”
移除摆动板还使得按需排量功能得以实现。为了实现这一点，该泵有一个内柱塞和一个外柱塞，每个柱塞都有自己的缸孔。“外柱塞有自己的进油口和出油口缸孔，而内柱塞则与一个完全不同的缸孔相连，因此没有缸孔共享，”Cannata 解释道。
本质上，他说这是一个柱塞套在另一个柱塞里面，如果需要的话，可以有多个柱塞。“我们基本上能够提供从 40 到 50 种不同的排量组合，这取决于柱塞和缸孔的数量。”
通过这种设计，可以实现不同的流量。“我们只需断开其中一个组，无论是内柱塞组还是外柱塞组，”他解释说。“而且这一切都是通过数字控制实现的。”
他指出，柱塞的接合与分离几乎无法听到。在改变流量时，不会像其他泵设计那样听到巨大的撞击声，因为柱塞和执行器之间的转换安静且平稳，Cannata 说道。
这些以及其他设计特点还有助于创造一种更高效的变量柱塞泵。泵中集成了能量回收系统（ERS），该系统回收动能，然后用于驱动泵主轴上的小涡轮机。涡轮机有助于产生轴旋转，从而减少从机器原动机吸取的能量。
泵的壳体回油中也进一步实现了能量回收。通常，柱塞泵中都设计有壳体回油，以提供内部泄漏，从而帮助保持部件润滑，减少磨损。然而，壳体回油也会导致能量浪费，从而降低泵的整体效率。
为了解决这一问题，Cannata 表示，Tonand Pumps 花费了数年时间完善其壳体回油设计，以便回收原本会损失的能量。它通过优化内部机制来实现这一点，该机制消除了除柱塞吹气所必需的泄漏点之外的所有潜在泄漏点。原本会浪费的能量现在可以用于出口流量或辅助功能，例如驱动冷却风扇。
Tonand Pumps 成功地从其泵设计中移除了摆动板，这不仅有助于降低噪音，还实现了按需排量功能。
液压泵数字化对维护和性能有益
将电子元件集成到变量柱塞泵中，为泵创建了一个数字框架，从而实现了更好的控制和监控能力。
Cannata 表示，该泵使用 24V 电磁阀来控制其可变输出。通过数字选择哪些柱塞组处于活动状态，可以实现动态排量调节。该泵由多个可独立操作的排量组组成，可以通过这种方式进行控制，以提供高效且可调节的性能，满足特定应用需求。他指出，该泵最小的柱塞组可以在 3,000 psi 的压力下提供 1.5 GPM 的流量，仅需略高于 2 马力的动力。
使用 24V 电磁阀能够实现对 Tonand 泵可变输出的数字控制，从而帮助其更高效地运行。
与此同时，传感器被集成到泵中，以帮助监控诸如温度和压力等性能方面，从而改善维护工作。
为泵配备传感器可以更容易地确定何时可能出现需要解决的性能问题。传感器与如今大多数移动机械上所包含的监控系统进行通信；如果传感器检测到运行压力或温度不符合要求，可以向操作员发送警报，以便他们采取措施解决问题，最大限度地减少非计划停机时间。
“我们泵的一个特点是能够实时监控每一个缸孔，因此如果存在问题[会发出警告]，”Cannata 说道。这种监控可以确定泵上哪个气缸可能出现故障——从而更容易快速解决。凭借这一功能，还可以只更换故障气缸，而不是整个泵，进一步简化维护并降低成本。
他还指出，由于泵的设计，如果一个气缸出现问题，其余的泵仍将继续工作。“与其整天或整周停机以便修理泵，你实际上可以在几分钟内移除故障模块……并继续工作，”他解释说。泵将以较低的排量运行，但与非计划停机相关的时间和成本可以被最小化。
数字控制消除了对外部增压系统的需求
采用数字控制使 Tonand Pumps 能够在其泵中增加一个集成的液压增压系统。尽管该公司在开始开发其变量柱塞泵时并没有打算包含这项技术，但其包含是“从我们的核心创新——一种数字控制的模块化柱塞泵中自然产生的”，Cannata 说道。
他解释说，传统的液压系统依赖外部增压器来实现高压，而标准泵在这种情况下会失速或变得低效。这会增加成本、复杂性和系统的占地面积。
但这些都可以通过 Tonand 的泵消除，因为增压功能已经集成在泵本身中。“泵内的每个排量组都可以独立控制。对于高压、低流量的需求——例如夹紧或成型——只有最小的组被激活，”他说。“这在高压下提供有针对性的流量，无需外部增压。”
通过消除对外部增压器的需求，可以实现以下诸多益处：
- 无需外部硬件或切换阀
- 响应更快，效率更高
- 零部件数量减少，维护更简便
- 在不同压力范围内运行安静
- 在流量/压力模式之间过渡平稳
由于采用了数字控制，Tonand Pumps 得以在其泵中加入集成的液压增压系统，从而消除了对外部硬件以及额外部件的需求。
满足各类移动设备需求的液压泵
Tonand Pumps 认为其变量柱塞泵能够满足各类移动机械的需求，无论是配备柴油发动机、电池还是其他动力源，只要排量需求在 20 GPM 以内，该泵都能适用。
尽管 Cannata 认为该泵能够满足大部分市场的需求，因为它可以在不同流量下运行，但如果需要超过 20 GPM 的排量，也有可能使用相同尺寸的框架制造更大排量的版本。然而，必须确保其他部件，如阀门，能够承受泵提供的增加流量。
该公司继续开发和测试该泵，以增加任何可能添加的额外功能。“我们继续进行测试，看到改进，我们继续关注行业动态，看看它将走向何方，”他说，以确保该泵能够满足行业需求。
Cannata 表示，公司还与各种原始设备制造商（OEM）就泵技术的潜在许可进行沟通。他说，Tonand Pumps 并不想重新发明轮子。“有很多人一直在设计和制造泵，”他说。“他们有工具，有设施，有销售渠道……所以我们的目标是最好与现有制造商签订许可协议。”
公司也会考虑合资企业或其他选择。总的来说，该公司希望将这种液压技术推向市场，以满足对安静、高效和数字控制解决方案日益增长的需求。
来源：液压传动与控制
