用于联接多个开环回路泵的装置和方法

1.一种多联泵送装置，包括：
第一和第二变量开环回路泵，这两个泵分别具有第一和第二输出管路，第 一和第二输出管路通过与负载相连的共同的输出管路联接起来，每一个泵分别 具有一种最小排量的备用工况；与第一泵的输出管路相连的第一负载传感调节 器；与第二泵的输出管路相连的第二负载传感调节器；一个压力补偿先导阀； 一条与负载、压力补偿先导阀、以及第一和第二负载传感调节器相连的先导信 号管路；与第一泵和第一负载传感调节器可操作地相连的第一伺服马达，该伺 服马达在连接处有一个改变泵流向的阀；与第二泵和第二负载传感调节器可操 作地相连的第二伺服马达；第一和第二负载传感调节器中的每一个都具有两个 工况位置，一个工况位置是指令伺服制动器减小各个泵的排量，另一个工况位 置是指令伺服制动器增加各个泵排量。
2.一种多联泵送装置，包括：
变量开式回路第一泵，用于从油箱处抽吸流体并将压力流体的输出流量通 过第一输出管路排向负载；第一泵中的第一变量机构；一个改变泵流向的伺服 马达与第一变量机构操作地相连，以便在最大输出流量与小于零的最小输出流 量之间控制第一泵的排量；一个用将先导信号管路与负载相连的压力补偿先导 阀；第一排量阀，与第一泵的输出流量、和负载相连的先导信号管路、以及压 力补偿先导阀流体地相连，以便对改变泵流向的伺服马达产生第一指令信号， 从而根据来至于负载和压力补偿先导阀的先导信号控制第一泵中的第一变量 机构；变量开环回路第二泵，用于从油箱处抽吸流体并通过第二输出管路排出 压力流体的输出流量，第二输出管路与第一输出管路在负载上游的共同的输出 管路处流体地连接；第二泵中的第二变量机构；一个伺服马达，与第二泵中的 (第二变量)机构可操作地相连，以便在最大输出流量与最小输出流量之间控 制第二泵的排量；第二排量阀，与第二泵的输出流量、和负载相连的先导信号 管路、以及压力补偿先导阀流体地相连，以便产生第二指令信号，第二指令信 号相对于第一指令信号有一个相位偏移量且基本上与之平行。
3.根据权利要求2所述的多联泵送装置，其特征在于：第一排量阀是负 载检测阀。
4.根据权利要求2所述的多联泵送装置，其特征在于：第二排量阀是可 以调节的并且其调定值要比第一排量阀的调定值低。
5.根据权利要求2所述的多联泵送装置，其特征在于：第二排量阀是可 以调节的并且其调定值要比第一排量阀的调定值低约4巴，以致于第二泵的相 位定得比第一泵的相位低约4巴。
6.根据权利要求2所述的多联泵送装置，其特征在于：第二排量阀是一 个外调式两位三通滑阀。
7.根据权利要求2所述的多联泵送装置，其特征在于：第一和第二变量 机构各自包括有一个可倾斜的斜盘。
8.根据权利要求2所述的多联泵送装置，其特征在于：还包括有一个位 于第二泵的伺服马达中的止动元件，以阻止第二泵获得负排量。
9.根据权利要求2所述的多联泵送装置，其特征在于：在第一泵周围设 有一个容装流体的箱体，带有一个节流口的管路将第一排量阀与箱体流体地连 通。
10.根据权利要求2所述的多联泵送装置，其特征在于：第一与第二泵分 别设有一个独立的驱动轴。
11.根据权利要求2所述的多联泵送装置，其特征在于：压力补偿先导阀 有一个压力可调装置。
12.根据权利要求2所述的多联泵送装置，其特征在于：第一排量阀是一 个压力可调的排量阀。
13.根据权利要求2所述的多联泵送装置，其特征在于：止动元件与第二 泵中的第二变量机构可操作地连接，以建立一个非负的最小输出流量值。
14.一种调整多个开环回路泵的相位的方法，包括以下步骤：
提供第一和第二可变排量开环回路泵，每个泵分别由可调节的第一和第二 负载传感排量阀控制而产生各自的输出流量；将各自的输出流量在负载的上游 处合并为一个单一的流量；根据从一个单一的与负载相连的压力补偿先导阀传 来的压力信号控制第一和第二负载传感排量调节器；将第二泵的流体排量限制 到一个非负值，同时允许第一泵的排量能达到一个负值；将第二泵中可调节的 第二负载传感排量阀的压力调定值设定得与第一负载传感排量阀的压力调定 值不同以便根据第一泵的相位调整第二泵的相位，从而当第一泵经过零排量状 况和呈现出负排量状况时第二泵会固定在零排量状况。
15.根据权利要求14所述调整多个开环回路泵的相位的方法，其特征在 于：将第二排量阀的压力设定得比第一排量阀的压力低。
16.根据权利要求15所述调整多个开环回路泵的相位的方法，其特征在 于：第二排量阀的压力调定值设定的比第一排量阀的压力调定值低约4巴。
17.一种多联泵送装置，包括：
变量开式回路第一泵，用于从油箱处抽吸流体并且有一个与负载相连的输 出管路，通过该输出管路将压力流体排向负载；位于第一泵中的第一变量机构； 一个改变泵流向的伺服马达与第一变量机构可操作地相连，以便在最大输出流 量与最小输出流量之间调节第一泵的排量；一个用先导信号管路与负载相连的 压力补偿先导阀；第一排量阀，与第一泵的输出流量、和负载相连的先导信号 管路、以及先导阀流体地相连，用于产生来自于负载和压力补偿先导阀的先导 信号；将第一指令信号提供给改变泵流向的阀，并由改变泵流向的阀提供给第 一泵中的第一变量机构；变量开环回路第二泵，从油箱处抽吸流体并通过第二 输出管路排出压力流体的输出流量，第二输出管路与第一输出管路在负载上游 的共同的输出管路处流体地连接；第二泵中的第二变量机构；一个伺服马达， 与第二泵中的第二变量机构可操作地相连，以便在最大输出流量与最小输出流 量之间调节第二泵的排量；第二排量阀，与第二泵的输出流量、和负载相连的 先导信号管路、以及压力补偿先导阀流体地相连，以便产生与第一指令信号异 相的第二指令信号。
18.根据权利要求17所述的多联泵送装置，其特征在于：还包括一个紧 接于负载上游的可变节流口。

技术领域\n本发明涉及液压泵领域，特别涉及一种使多个开环回路泵联接运转的装置 和方法。\n技术背景\n虽然多个开环回路变量泵的应用可能要求较大的排量，但是仍然期望小排 量工作单元具有尺寸优点(高度，宽度和一些长度)。传统的多个开环回路泵 由一些较小的泵组成，通过将它们的输出管路连接起来成为一个总的合并输出 管路而使它们连接在一起，向负载提供压力流体。合并后的多个泵具有较高的 注液速度和较低成本的优点。两个或多个工作单元能够被合并成一个总的较大 的工作单元，但合并工作单元的控制已经成为问题。不良的相互作用会经常在 各个工作单元之间发生。要从总体上对各个工作单元的性能特征进行综合考 虑。这样就需要一种在将多个泵合并起来的同时又能保持各个工作单元的性能 特征的装置和方法。\n变量开环回路泵提供一种用来驱动负载状态下的工作装置(如液压马达或 液压缸)的压力流体的单向流量，根据变化操作的负载需求，组合各种不同机 构来控制来自于泵的流体流量和压力。这种机构之一是负载传感调节器，负载 传感调节器向工作装置提供由系统控制器设置的流量指令所规定的流量，来改 变泵的流体排量。\n变量开环回路泵的另一种设计方式是能在流向改变的状态下运转。当在泵 流向改变的状态下运转时，泵是在耗费而不是在提供流体流量。这种泵的流向 改变的运转状态用来接收由于在泵的输出管路中的的流体的可压缩性与可容 度而在流量瞬变工况期间被“储存”在负载回路中的油。\n在传统的多联泵系统中，特别是在一种两个变量开环回路泵系统中，当一 台泵在流向改变状态下运转，而另一台泵继续以正向流体排量的方式运转且出 口流量流向变向泵时，可能会发生不理想的流体循环方式。总得来说是没有净 输出流量，然而流体以在两台泵之间的封闭循环方式流动。这种封闭循环流动 只能起到不必要的能量浪费的作用并在系统中产生热量。\n当为了合并流量的目的而将多个变量泵开环回路泵联接起来时，对不同标 准的负载传感调节器和改变泵流向的功能元件加入一些改进以使这些泵能够 协调地相互作用并能以等同于一个单一的大排量泵的功能元件方式起作用，是 有必要的。\n发明内容\n因此，本发明首要的目的是提供一种将多个开环回路泵联接起来的改进了 的装置和方法，能提供精确地模仿单个泵的特性的控制功能元件。\n本发明的另一个目的是提供一种用于多联开环回路泵的控制系统，这个控 制系统能减少与泵流向改变运转相关的问题，同时保持运转的稳定性。\n本发明的再一个目的是提供一套开环回路泵，其中，泵通过保持在它们各 自的负载传感调节器内不同的压力调定值而在无流量备用状态下运转。\n本发明的再一个目的是提供一套开环回路泵，其中只有一台泵有改变流向 性能，而被联接在一起其他所有的泵有一个零度止动元件以防止它们处于流向 改变的运转。\n本发明涉及一种包括一些从油箱中抽吸流体和对流体加压的变量开环回 路泵的多联泵送装置。\n一种多联泵送装置，包括第一和第二变量开环回路泵。多联泵送装置从油 箱中抽吸流体。该泵对流体加压，接着将压力供给给要驱动的负载装置。第一 和第二泵各自都有一个输出管路。各自的输出管路被联接到一个通过流量控制 阀与负载相连的单独的共同的管路上。每一个泵都有一个用于改变其排量的斜 盘。\n第一泵有一个与其斜盘相连的改变泵流向的伺服马达和一个负载传感调 节器，以及用先导信号管路与负载相连的可调节的压力补偿先导阀。负载传感 调节器一端与输出管路流体连通，另一端与先导信号管路流体连通。第二泵有 一个负载传感调节器，且其自己的伺服马达可操作地与其斜盘相连。第二泵的 负载传感调节器一端与输出管路流体连通，另一端通过联接两泵的导管与先导 信号管路相连。\n在最佳实施例中，第二泵在备用状态下保持在零流体排量(不改变泵流 向)，同时第一泵能改变流向运转以适应瞬变流量状态。这样就避免了两泵之 间的不理想的封闭循环流动关系。为了获得两泵之间的这种理想的流动关系， 至少在第二泵内利用可调节的负载传感调节器在两泵之间引入一个偏移量，从 而第二泵的负载传感调节器的调定值设定的比第一泵的负载传感调节器的调 定值低。结果，这些泵就会像一个单一的大排量泵一样工作，而没有那种没有 安装本发明的有利结构的多联泵送系统中常见的有害的相互作用。\n本发明也公开了一种将多个泵联接起来的方法。\n从下面的附图说明书及权利要求中，这些以及其他的目的将会很清楚的显 示。\n附图说明\n图1是描述本发明的多联泵系统的液压原理图。\n图2是本发明的整个系统流量与单个泵的可能流量相比较的特征曲线图。\n图3是描述本发明的多联泵系统的液压原理图，显示负载传感调节器被置 于改变变量泵的行程的位置。\n具体实施方式\n本发明的多联泵装置或系统总体上用图1中的标号10来表示。一般而言， 在下面的附图和说明中相同的结构用相同的标号来表示。\n多联泵系统10包括两个相互联接的变量开环回路泵12、12′。词语“第 一”和“第二”泵在此也可以用来分别指代泵12、12′。泵12和12′从油箱 16中抽吸流体，并对流体加压，将流体通过各自的输出管路20和20′输送到 与该两个输出管路20、20′相连的共同的输出管路24。共同的输出管路24通 过流量控制阀19与负载18相连，负载18就能进行工作。\n泵12和12′中的每一个分别设有一个输入轴26和26′。如图所示，输 入轴能分别驱动，或者以一种串联结构连接起来。泵12和12′分别具有变量 机构，比如斜盘28和28′。斜盘28和28′倾斜后通过控制轴向柱塞(图中 未示出)的行程来改变各个泵12和12′的排量，这在本领域是众所周知的。\n伺服马达30可操作地与泵12中的斜盘28相连以便使斜盘28倾斜到不同 的角度。伺服马达30有一个位于伺服壳体33中的伺服活塞32。伺服活塞32 与斜盘28相连并且通常由弹簧34将其推向最大的流体排量或泵的满行程位 置。类似地，伺服马达30′与泵12′相连。\n泵12和12′中的每一个分别设有回油箱36和36′。可取的是，回油箱 36和36′与油箱16流体地相连。偏压管路38和38′分别与输出管路20、20′ 和伺服马达30和30′相连，并且导入促使泵达到最大流体排量的压力流体。\n泵12和12′的每一个都有一个彼此相互关联的负载传感调节器40和40′。 负载传感调节器40和40′是可调节压力的可直线移动的滑阀式流量控制阀。 负载传感调节器40和40′有两个终端位置和三个口，或者说是流体进出的三 个通路。因此，在本领域中都称之为两位三通阀。负载传感调节器40和40′ 中的每一个中都有分别与泵12、12′的输出管路20、20′流体连通的第一口。 负载传感调节器40和40′还有分别与回油箱36、36′流体连通的第二口及与 伺服马达30和30′流体连通的第三口。\n当负载传感调节器40和40′在图1所示的工况位置时，伺服压力管路37 和37′分别与回油箱36、36′相连。这种状态使弹簧34、34′与通过偏压管 路38、38′提供的偏压相一致而推动斜盘28和28′，使斜盘28、28′进入其 行程，从而增加泵12和12′的流体的排量和输出流量。如图3所示，在负载 传感调节器40和40′的另一个终端位置，输出管路20和20′分别与伺服马 达30、30′相连。在这种模式下，伺服活塞32、32′克服偏压与弹簧34、34′ 的合力，由此而推动斜盘28和28′离开其行程，因此减少泵12和12′的流 体的排量和输出流量。\n负载传感调节器40和40′在两个终端之间进行调节，以便按照使流经流 量控制阀19的压力降保持恒定的所要求的速率来控制泵的流体排量和输出流 量。流量控制阀19可采用简单的可变节流口50，该可变节流口50带有先导信 号管路42，先导信号管路42通过固定节流口52而连接到第一泵12的负载检 测口“X”。为了下面的进一步讨论，将泵12′中的负载传感调节器40′的值 调定成比泵12中的负载传感调节器40的值要小的形式。\n现在转向第一泵12，一条单一的先导信号管路42将负载18与负载传感调 节器40连接起来。该先导信号管路42也将负载18和负载传感调节器40连到 可调节的压力补偿先导阀44上。一条先导信号管路42′将先导信号管路42连 到第二泵12′中的负载传感调节器40′上。举例来说，可以将外部软管连接 到泵12、12′上的远程压力补偿口43和43′上，或者连接到能够在内部形成 这种连通通道的内部带口的管路上。\n将与第二泵12′相连的负载传感调节器40′以与第一泵12中的负载传感 调节器40非常相似的方法连接起来。但是，第二泵12′不需要压力补偿先导 阀。而由第一泵12中压力补偿先导阀44控制两个泵12、12′。\n第一和第二泵12、12′之间的另一个区别是，第一泵12的伺服马达30允 许到达改变泵流向位置，而第二泵12′的伺服马达30′则不允许。因此，伺 服马达30能把斜盘28移动到如图3中所示的位置，使来自于泵12的排量为 正排量、零排量(中间位置)或负排量。当斜盘28被调整到负排量位置时， 由于泵12消耗而不是提供流体流量，泵12所起的作用相当于一个马达。这使 第一泵12能够控制流量突然地降低或停止时可能会发生的任何瞬变流动状况。\n而且，排油通路54伸进与第一泵12相连的伺服壳体33中。每当伺服活 塞32没有堵住通路54时，该通路总是优先与回油箱36相连。因此，排油通 路54包括有一个简单的两位两通阀的具体装置。伺服活塞32与排油通路相对 应的位置就形成一个改变泵流向的阀55。伺服壳体33中的排油通路54将伺服 流体导入回油箱36中。第二泵12′的伺服马达30′不需要这样的通路。\n可取的是，在斜盘的角度方面只允许第一泵12改变大约三度的流向变化。 这种流向改变的状况使第一泵12能处理(消耗)来至于负载回路的受压缩的 油液。此外，当泵12处于改变流向状态时，改变泵流向的阀55将伺服流体排 入回油箱36中，这使系统在流量或使泵产生行程的流量指令方面发生瞬时变 化期间极大地得到缓冲。当泵12的斜盘28到达改变泵流向的位置时，如图3 所示，改变泵流向的阀55计量流向回油箱36的伺服流量。这种结构极大地降 低系统变量中的脉冲跳增，也使系统的稳定特性得到强化。\n另一方面，第二泵12′的伺服马达30′包括一个防止泵12′到达改变泵 流向位置的零度止动元件56。换句话说，将止动元件56安装在泵12′内用来 限制斜盘28′的运动。因此，止动元件可操作地与变量机构(斜盘28′)相 连，且确定了泵12′为非负值的最小流量。\n在整个回路中设置有各种各样的固定或可变的节流口，形成有效和稳定的 控制。节流口48设置在先导信号管路42中的负载检测口“X”的下游处，并 同压力补偿先导阀44一起起作用将由于先导流量造成的附加损失降到最低程 度，并在压力补偿先导阀运作期间满足将负载压力从先导压力断开的需要。负 载18有一个带有可变节流口50的流量控制阀19，在节流口50处，共同的输 出管路24与负载18相连。流量控制阀19也有一个位于先导信号管路上的固 定节流口52，先导信号管路与负载18和可变节流口50之间的共同的输出管路 24相连。\n可取的是，泵12和12′有一个箱体或壳体，用一长两短的点划线表示， 该壳体将各种元件都包围在里面。但也可以考虑将负载传感调节器40和40′ 中的任何一个，甚至将压力补偿先导阀44，安装在远离泵的壳体的地方。\n在运转中，如果控制器发出无流量指令，可变节流口50关闭，泵流量受 阻，先导信号管路42中的流体则导流到油箱16中。当输出管路20、20′中的 压力为测定压力和先导信号管路42、42′中无压力时，负载传感调节器40和 40′将会向伺服马达30、30′供给压力流体，导致泵的压力与弹簧58、58′ 中较高的弹力相等。当不存在流量且压力按照负载传感调节器的设置而受到限 定时，这种工况在这种类型的系统中通常称之为低压备用工况。\n当需要向负载18供应流量时，可变节流口50就打开而提供所期望的流速。 当流体流过可变节流口50时，在节流口两侧会产生一个压力差。节流口两侧 的压力差会随着流过节流口50的流量而改变。\n流量与压力差之间的这种关系由通常的节流口方程来定义： $Q=\mathrm{CDA}\sqrt{2P/\rho }$\n其中：\nQ＝通过节流口的体积流量，以英寸3/秒为单位\nCD＝节流口流量系数(无单位)\nA＝节流口过流面积，以英寸3为单位\nP＝节流口两侧的流体压力差，以每平方英寸是的磅力为单位(psi)\nρ＝流体的密度，以磅力·秒2/英寸4为单位\n对于油，CD大约为0.63，ρ约为8×10-5磅力·秒2/英寸4。将这些值 代入上述方程中，这能将上述方程简化和改写使人们能解出节流口两侧的流体 压力差。因此，当流体为液压油时，流体压力差P或 $\mathrm{\Delta P}=\left(\frac{Q}{100A}\right)2.$\n因此，相对于所给的每一个流速，只存在一个单一的压力差。负载传感调 节器40、40′的作用是调节泵的出口流量以保持可变节流口50两侧的恒定的 压力差，从而保持由控制器规定的恒定的流速。\n最初，当可变节流口50打开后向负载18供应流体流量时，负载传感调节 器40、40′将会感受到来至于输出管路20、20′和先导信号管路42、42′的 压力信号。因为负载传感调节器40设置的值比负载传感调节器40′设置的值 要高，泵12首先作出响应而供给由流量控制阀19规定的流量。如前面所描述 的，负载传感调节器40将连续地调节控制伺服马达30的控制压力，以致泵12 根据可变节流口50作出的指令而向负载18提供恒定的流体流量。当系统控制 器通过进一步的打开或关闭可变节流口50来发出流量变化指令时，负载传感 调节器40接着将感应可变节流口50两侧的压力差的变化。负载传感调节器40 通过改变流经伺服压力管路37的压力控制流体的流量来作出响应，使斜盘28 的位置产生相应的变化，从而使泵的输出流量达到与阀19的规定流量相平衡 的状态。\n当控制器继续增加流向负载18的流量时，所需要的流量可能会达到一种 超过单泵12的最大流量的的水平。当达到这种要求的水平时，负载传感调节 器40就可以不再保持可变节流口50两侧的压力差与弹簧56的设置之间的平 衡状态。所引起的在管路42中的先导信号压力方面的流体压力损失通过先导 信号管路42′传输到负载传感调节器40′。在这种工况下，负载传感调节器 40′就开始调节通过伺服压力管路37′流向伺服马达30′的压力伺服控制流 体的流量。这种结果使泵12′调节其流体的排量以便与泵12合并，使合并的 输出流量与流量控制阀19所规定的流量相匹配。\n如图2所示，这种多联泵系统10的流动方式是，第一泵12供应流量需求 直到达到该泵的最大流体排量能力，随后第二泵12′供应附加流量需求直到两 个泵可能达到它们的最大的流体排量能力。相反，当由于关闭可变节流口50 而降低流量需求时，第二泵12′将会减小其流体排量直到达到零排量(没有流 量输出)，而第一泵12也将减少其流体排量直到达到领报排量，使多联泵系 统10的总输出流量达到零。\n随着系统控制器改变流量控制阀19，流量需求可能会一直处于变化状态， 负载传感调节器40和40′合并起来不断地起到保持可变节流口50两侧的压力 差与弹簧58、58′的设置之间的平衡状态的作用。\n由于指定流量的下降如此突然以至泵12、12′可能不能足以迅速地降低流 体排量以保持系统中压力的稳定，过多的压缩流体可能会通过共同的输出管路 24留在多联泵系统10的液压回路中。如先前所描述的，这种状况通过泵12的 流向改变的运转而得到缓冲，使泵12能消耗这种瞬间反向流量直到达到稳定 的无流量运转。在这种瞬间流量运转期间，弹簧58和58′的设置之间的差别 又变得非常重要，因为当泵12处于负流体排量而消耗流量时，并且不必向泵 12供应正向流量。这使多联泵系统10在可变节流口50关闭时能最终达到稳定 的无流量运转工况，指定流向负载的流量为零流量。\n为了产生图2所示的数据，根据本发明，也可以该型为串联的多级泵45。 图2显示出了泵12是怎样从备用工况A被推动一直到它到达B处的最大流体 排量或流量工况的。泵12′从备用工况C-D被推动到供应附加流体一直到在 点G处获得最大合并流量。相对于线段A-B、D-G绘制的重叠线代表的是 行程与跟踪行程模式之间的控制滞后现象。多联泵系统可以从位于美国依阿华 州Ames市第13号大街2800号的索尔(Sauer)组合泵公司获得，当然本发明 并不仅限于这些特定的开环回路装置。\n因此，本发明提供了一种调整多个开环回路泵的相位的方法。本方法的步 骤包括：提供第一和第二可变排量开环回路泵，每个泵分别由可调节的第一和 第二负载传感调节器控制而产生各自的输出流量；将各自的输出流量合并为一 个与负载相连的单一的流量；根据从一个单独的与负载相连的压力补偿先导阀 传来的压力信号控制第一和第二伺服马达；将第二泵的排量限制到一个非负 值，同时使第一泵的排量能达到一个负值；并且将第二泵中可调节的第二负载 传感调节器的设定值设置到低于第一负载传感调节器的设定值，以便根据第一 泵的相位调整第二泵的相位，从而当第一泵经过零排量状况而呈现出反向排量 状况时第二泵将不会向第一泵提供正向流体排出流量。\n本发明减少了多联泵内元件的数量，因此降低了成本。第二泵12′不需要 有下列元件：改变泵流向的阀、压力补偿先导阀和调节系统的各种节流口。为 了方便，所有谐调系统的节流口都被装在第一泵12中。\n需要明确的是，本发明的推理可以延及三个或更多的联结在一起的泵。泵 的流量也可以是重叠、有相位差或按顺序进行的。\n因此，可以看出，本发明至少达到了它所声明的目的。