CN100526643C - 双联泵的超载控制 - Google Patents

双联泵的超载控制 Download PDF

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Abstract

一种双联泵组件，包括：限定液体进口(37)和出口(35)的壳体(H)；和在该壳体中并由输入轴(19)驱动的第一泵(11)。第一泵为包括响应控制压力(47)的转接改变其排量的第一液压响应装置(31)的可变排量过中心泵。第一泵有连通进口(37)的进口(67)和连通出口(35)的出口(65)。第二泵(33)设在壳体中由输入轴驱动并有连通进口(37)的进口和连通出口(35)的出口。该组件特征为包括只与第一泵相互作用的压力超载阀装置(71、73)，该装置可响应出口(35)处超过设定值(79)的液压而传送受压液体到第一液压响应装置，从而不影响第二泵排量而减小第一泵排量，直到液压基本等于设定值(79)，即使第一泵必须从其初位移越过中心。

Description

双联泵的超载控制
技术领域
本发明涉及可变排量静液压泵及其排量变动控制，特别涉及这样的“双联”泵。
背景技术
尽管本发明可用于不同类型的可变排量静液压泵(即其中的实际泵件或“转动组”可为若干不同类型中的任一种)，但本发明特别适用于“旋转斜盘”型(或斜盘支架型)的轴向活塞泵，因此结合这种泵来说明本发明。
典型的可变排量轴向活塞泵、特别是用于汽车中的可变排量轴向活塞泵包括某种受操作者控制的输入装置如游戏杆或手柄。操作者可用这一输入改变旋转斜盘的斜角、从而改变泵的排量(即输入轴每转泵出的液量)。这类泵上的旋转斜盘的实际运动一般由一液压响应装置如一伺服活塞或一对伺服缸实现。无论哪种情况，当操作者移动输入控制(装置)时，结果是控制压力(通常为加液泵的输出压力)传到该液压操纵装置/液压响应装置，从而视该输入控制的运动方向的不同增加或减小旋转斜盘的斜角。
在移动式液压工业中，轴向活塞泵的大小(泵排量)有一个已成为行业标准的特定范围。例如，相对较小的轴向活塞泵的排量在每转约2.0到约3.0立方英寸的范围内，相对较大的轴向活塞泵的排量在每转约7.0到约9.0立方英寸的范围内。因此，各轴向活塞泵制造商提供上述相对较小排量的泵型、上述相对较大排量的泵型和若干排量介于两者之间的泵型。各制造商提供的各种轴向活塞泵能满足移动应用对这类泵的大多数要求。但有时车辆要求泵的排量比通常用于移动式液压用途中的最大排量大得多。
为了满足有时需要更大泵排量的较小量应用场合，本领域普通技术人员已开发出“双联”泵，在“双联”泵中，单独一个泵组件中装有两个独立(但一般相同)的轴向活塞转动组，这两个转动组受一个共同的输入轴(如本领域技术人员所公知，该轴也驱动加液泵)的驱动。
尽管这类双联泵的管道连接可有若干不同的方式且本发明实际上可用于任何类型的双联泵，但本发明特别适用于这样的双联泵，其中，两转动组的输出液流被合并输送到单一负载(例如一液压马达)，而不是两转动组的输出液流各供一不同的负载使用。因此，本发明将结合一具有两个与一共同的泵出口连通的转动组的双联泵予以说明，且优选用于这种双联泵。
在本发明之前，通常市场售出的双联泵中的每个泵件(“转动组”)都包括该泵运转所需的所有各种泵控制件。例如，如果该双联泵像在通常情况下那样需要一高压减压阀和止回阀组件，通常的做法是在每一轴向活塞转动组的端帽中都装这样一个组件，从而整个双联泵组件中实际上有两组高压减压阀和止回阀。在双联泵通常所需泵控制中有某种内压超载(IPOR)控制，通过该控制过载压力将会造成泵排量的减少(即旋转斜盘斜角的减小)。
尽管使用具有冗余泵控制的双联泵组件一般对其功能没有不利影响，但这种冗余大大提高了双联泵的总成本，在大多数情况下，还使得该双联泵组件在包装、重量和总体大小方面都不理想。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种克服现有技术上述缺点的改进的双联泵组件。
本发明的一个更具体的目的是提供这样一种改进的双联泵组件，它有获得满意性能所需的各种泵排量控制，但成本大大降低，且整个双联泵组件的包装改进、重量减轻。
为实现本发明上述和其他目的，提供这样一种双联泵组件，它包括一限定一液体进口和一液体出口的壳体。一第一泵设置在该壳体中并受一输入轴驱动，该第一泵由一可变排量、过中心泵(over-center pump)构成，该泵包括响应一控制压力的转接(porting)而改变第一泵排量的第一液压响应装置。第一泵有一与该液体进口液体连通的进口和一与该液体出口液体连通的出口。一第二泵设置在该壳体中并受该输入轴驱动。第二泵有一与该液体进口液体连通的进口和一与该液体出口液体连通的出口。
该改进的双联泵组件的特征在于，该组件只包括一个与所述液体出口相连的压力超载/过调节(override)阀装置，该压力超载阀装置可响应液体出口处一超过一压力超载设定值的液压而传送受压液体到该第一液压响应装置，从而在不影响第二泵的排量的条件下减小第一泵的排量，直到液体出口处的液压基本等于该压力超载设定值。
按照本发明一个更受限制的方面，第一泵的排量可减小到第一泵到达一中性(零)排量状态，并且如果所述液体出口处的液压仍超过该压力超载设定值，则第一泵的位移可越过中心(从而使第一泵流出的液流反向)，直到液体出口处的液压下降到该压力超载设定值的水平。
附图说明
图1为一包括根据本发明制造的一双联泵组件的系统的局部示意和局部剖视图；
图2为包括本发明一个方面的压力超载阀装置的局部轴向剖面图。
具体实施方式
下面参见附图(该附图并非要限制本发明)，图1示出根据本发明制造的一双联泵组件。图1双联泵组件包括一部分地通过一对液体管道15和17与一排量固定的马达13(或任何其他液压负载)液力连接的过中心型第一可变排量轴向活塞泵11。该轴向活塞泵11可为公知类型，包括一向一转动组21以及一加液泵23提供输入驱动力的输入轴19。如本领域技术人员所公知，加液泵23的输出为经一减压和止回阀组件25向管道15或经一减压和止回阀组件27向管道17补充流体的主源。还如本领域技术人员所公知，加液泵23的输出流到管道15或管道17中处于较低流体压力的那一个。
泵11还包括一用伺服活塞组件31改变该泵的排量的可倾斜旋转斜盘29，该伺服活塞组件如该领域所公知包括一可移动伺服活塞31P。应该指出，在图1中，旋转斜盘29和伺服活塞组件31都装在泵11中，并且为便于表示而在与其分开(图1中泵11上方)。尽管此处所示伺服活塞组件31为一液压缸(如图2所示，其两端各有压力室31a和31b)中的单独一个活塞，但如本领域技术人员所公知，也可用一对分开的冲程缸改变旋转斜盘29的位移，其中一个冲程缸用来在一个方向(对应于推进应用场合中向前)上倾斜旋转斜盘，另一个冲程缸用来在相反的方向(对应于向后)上倾斜旋转斜盘。下文和后附权利要求书中用来改变一泵的排量的“液压响应装置”是指或包括上述任何装置之一或响应一液压(“控制”或“伺服”压力)而改变旋转斜盘29的位移的任何相似、功能相当的装置。
仍主要参见图1，该双联泵组件在该实施例中还包括与泵11液力并联的第二可变排量轴向活塞泵33，从而当泵11的进口与液体管道17液体连通时，泵33的进口也和液体管道17液体连通。同样，当泵11的出口与液体管道15液体连通时，泵33的出口也和液体管道15液体连通。如上所述且为了进行以下说明，泵11和33的转动组都由输入轴19驱动，使得液体管道15为高压管道并连接到该双联泵的一在图1中用一管道35示意性表示的液体出口。该双联泵组件还包括一用管道37示意性表示的液体进口。
尽管不是本发明的一个基本特征，但通常第二泵33与泵11基本相同，即包括一与泵11的转动组21相同的转动组(在泵33的示意图中未示出)，泵33的排量受一旋转斜盘39的斜角的控制。通常，在市场售出的双联泵组件中，两泵(11和33)不但总体结构相同，而且排量(输入轴19每转的流量)也相同。此外，一般把两个泵组件即泵11和泵33封装在图1和2中都用“H”表示的一共同的壳体结构或组件中。
通常，尽管不是必要的，第二泵33也包括用来改变该泵的排量即旋转斜盘39的斜角的相同的一般类型的“压力响应装置”。因此，在图1中示意性地示出一对与伺服活塞组件31相对两端上的压力室31a和31b对应的冲程缸41和43。如上所述，伺服活塞组件或冲程缸的结构的细节不是本发明的必要特征。
如本领域技术人员所公知，与伺服活塞组件31连通的液压、进而旋转斜盘29的位移可由一手动主控制阀45确定。在该示例性实施例中，主控制阀45根据转让给本发明受让人并作为参考材料包括在此的美国专利No.4,050,247制造。加液泵23的控制液压用一管道47传到控制阀45后用一管道49传到伺服活塞组件31的上压力室31a或用一管道51传到下压力室31b，这些都是本领域技术人员所公知的。
类似地，冲程缸41和43中的液压、进而旋转斜盘39的位移由一手动主控制阀55确定，该控制阀也优选根据上述美国专利No.4,050,247的说明制造并优选与控制阀45基本相同。加液泵23的控制液压用管道57传到控制阀55后用管道59传到冲程缸41或用管道61传到冲程缸43。
双联泵领域中的普通技术人员应当理解，每个控制阀45和55可有其自己单独的手动输入手柄，但也可把两手柄“接合”在一起以联动，从而操作者只需操纵手柄之一就可使两手柄一起运动。也可用一个适当联结到各控制阀45和55上的由操作者控制的唯一的、单独的手动输入。本领域普通技术人员应该理解，本发明不受用来提供输入控制运动以改变该双联泵组件的两泵(11和33)的排量的任何特定装置的限制。
下面参见图2并结合图1说明本发明双联泵组件的一个重要方面。如图2局部地和示意地所示出的，第一泵11包括一可以构造成本发明受让人在市场上销售的泵的型式的端帽63。该端帽63有分别与该双联泵组件的液体出口35和液体进口37连通的一出口65和一进口67。液体进出口35和37一般由共同的壳体组件H限定，尽管此处未示出其结构细节。
下面主要参见图2，泵11有一对内压超载(IPOR)阀71和73。在该示例性实施例中，IPOR阀71和73位于端帽63中(尽管为便于表示而与其分开表示)。此外，IPOR阀71和73优选彼此相同，因此在该泵装配时可互换。以下只说明IPOR阀71及其功能，因为如果输入轴19的转动方向反向，则IPOR阀73的工作方式是相同的。
端帽63包括一与出口65开放式液体连通的液体通道75，因此输入轴19在其正常的、“向前”方向上转动时，如上所述，高压流体由转动组21传送到出口65后经液体管道15传送到液体出口35。因此，在正常工作状态下液体通道75中为高压(或“系统”压力)。
端帽63中还有一与伺服活塞组件31的上压力室31a开放式液体连通的液体通道77。IPOR阀71包括把一阀件81向如图2所示关闭位置偏压的偏置弹簧79。弹簧79的偏压力可设定或调节成在该阀件81上作用一与一预定期望压力超载设定值对应的关闭力。例如，可把弹簧79设定成：只要泵出口压力(即出口65中和液体通道75中的压力)低于6000psi，阀件81就保持在图2的关闭位置上，泵的工作正常。
为作进一步说明，假设向主控制阀45和55两者提供输入，使得旋转斜盘29和39都移动到图2中所示旋转斜盘29的接近最大位移位置(例如约15到约18度)。按照本发明的一个重要方面，如果双联泵组件的液体出口35处的压力开始增加到超过IPOR阀71的6000psi压力超载设定值，则阀件81将克服弹簧79的偏压力而离开阀座，从而使少量受压流体从液体通道75经阀件81、然后通过液体通道77到达伺服活塞组件31的上压力室31a。
按照本发明的另一个重要方面，应该指出，尽管第二泵33与第一泵11几乎相同，但一个差别(出于本发明目的)是第二泵33不包括任何IPOR阀。因此在上一段落中的所述工作状态下，随着受压流体从出口65经IPOR阀71流到上压力室31a时，在图2中结果伺服活塞组件31中的活塞31P被稍稍下压，从而—也可从图1看到—造成旋转斜盘29的斜角从图1和2所示位移向一“减小的”位移改变。在许多工作状态下，稍稍减小(也许旋转斜盘29的斜角减小不到2或3度)就足以把出口65、管道15和液体出口35的压力减小到至少略低于6000psi压力超载设定值的水平。
本领域的技术人员通过阅读和理解本说明书应当理解，尽管旋转斜盘29的斜角如上所述减小，但旋转斜盘39的斜角不发生变化(假设该双联泵组件的手动输入不发生变化)。因此，尽管一般泵11和33的手动输入相同且两泵的排量起初和通常都相同，但在上述“压力超载”状态下，第一泵11的排量减小到比第二泵33的排量小的一个排量。上述泵11的排量减小而泵33的排量不相应减小是本发明的一个重要方面。
为进一步说明本发明，假设车辆操作者要移动一要求液体出口35处的液压大大高于压力超载设定值的负载，则本发明工作如下：随着出口65的压力上升到6000psi压力超载设定值以上，则如上所述打开阀件81，受压流体如上所述流入上压力室31a。但是，由于作用在马达13上的过大负载，图2中伺服活塞31P稍稍下移以减小旋转斜盘29的斜角时并不会立即将出口65中的压力减小到压力超载设定值以下。此时，IPOR阀71保持打开、受压流体继续流入上压力室31a、且旋转斜盘29的斜角继续向其中性位置(即旋转斜盘竖直或与输入轴19的轴线垂直时)“减小”。
如果马达13上的负载是这样的：即使在旋转斜盘29到达其中性位置时液体出口35处的压力仍超过6000psi压力超载设定值，则IPOR阀71继续工作(打开)，且旋转斜盘29的斜角继续“减小”。因此根据本说明书本领域技术人员应该理解，第一泵的旋转斜盘29的“减小”在本说明书和后附权利要求书中指并可能均包括(a)从某一预定位移向中性状态减小；和(b)从中性状态在相同转动方向上朝着增加位移、但斜角反向地而继续转动。
因此，必要时，为把该双联泵出口压力降低到压力超载设定值以下，第一泵11的旋转斜盘29从图2所示位置减小到中性状态(图2中顺时针转动)后继续顺时针转动超过中性状态，从而出口65此时用作泵进口而进口67此时用作泵出口。在此状态下，第一泵11实际上通过(在此时的进口上)接受第二泵33经液体管道15的压力输出而“吸收”能量。因此，旋转斜盘29的斜角继续在上述定义的意义下“减小”，直到该双联泵组件的液体出口35处的压力稳定在一低于压力超载设定值的压力上。
按照本发明另一个方面，仍主要参见图1，可看出，只有第一泵11有上述减压和止回阀组件25和27。减压和止回阀组件25和27一般与IPOR阀71和73一样也装在端帽63中。因此，对于通常也包括一与端帽63相似的端帽的第二泵33来说，由于无需钻孔和机加工各种通道和进出口等来容纳IPOR阀组件或减压和止回阀组件，因此可以使第二泵33的端帽结构简化、成本下降。此外，更重要的是，可省去两IPOR阀组件和两减压和止回阀组件的制造成本(或购买件成本)。
本领域普通技术人员从阅读和理解本说明书显然可看出，由于第一和第二泵(11和33)平行地液压连接在该双联泵组件的共同壳体组件H中，因此第一泵11的端帽63中的减压和止回阀组件25和27提供所有必需的回路保护作用。因此，如果由于某种原因，高压(系统压力)管道(即上述示例中的管道15)中的液压超过减压设定值，该过压会被转接(cross-port)到低压管道(该示例中的管道17)。或者，如果低压管道中的液压下降到加液泵23中的加液液压(一般为约200到400psi)以下，如本领域技术人员所公知，加液液压会从泵23经相关的减压和止回阀组件加到低压管道中。
液压泵领域的技术人员应当理解，市场上非常需要有这样一种双联泵组件，它有效地使每个泵(11或13)单独的泵输出能力成倍增加，但其各种泵排量控制(即“转接”型控制)只须花费与单独一个泵所需的全部成本基本相同的成本。
以上详细说明了本发明，通过阅读和理解本说明书本领域普通技术人员显然可对本发明作出种种改变和变型。所有这些改变和变型只要符合后附权利要求书的范围都包括在本发明中。

Claims (6)

1、一种双联泵组件，它包括：一限定一液体进口(37)和一液体出口(35)的壳体(H)；一设置在所述壳体(H)中并受一输入轴(19)驱动的第一泵(11)，所述第一泵(11)由一可变排量过中心泵构成，该泵包括响应一控制压力(47)的转接改变所述第一泵(11)排量的第一液压响应装置(31)，所述第一泵(11)具有一与所述液体进口(37)液体连通的进口(67)和一与所述液体出口(35)液体连通的出口(65)；一设置在所述壳体(H)中并受所述输入轴(19)驱动的第二泵(33)，所述第二泵具有一与所述液体进口(37)液体连通的进口和一与所述液体出口(35)液体连通的出口，其特征在于：
(a)所述双联泵组件只包括一个与所述液体出口(35)相连的压力超载阀装置(71、73)，该压力超载阀装置可响应所述液体出口(35)处一超过一压力超载设定值(79)的液压而传送受压液体到所述第一液压响应装置(31)，从而在不影响所述第二泵(33)的排量的条件下减小所述第一泵(11)的排量，直到所述液压基本等于所述压力超载设定值(79)。
2、一种根据权利要求1所述的双联泵组件，其特征在于，所述第一泵(11)包括一具有一可倾斜旋转斜盘(29)的轴向活塞泵，所述第一液压响应装置(31)可响应所述控制压力(47)的变化而改变所述旋转斜盘(29)的斜角。
3、一种根据权利要求1所述的双联泵组件，其特征在于，所述第一液压响应装置包括一包含一活塞(31P)的伺服控制缸(31)，该活塞由所述控制压力(47、51)向一与所述第一泵(11)的排量增加相对应的位置偏压。
4、一种根据权利要求3所述的双联泵组件，其特征在于，所述压力超载阀装置包括一个其进口(75)与所述第一泵(11)的所述出口(65)液体连通的内压超载阀(71)，所述内压超载阀(71)的出口与所述伺服控制缸(31)液体连通以传送所述受压液体从而在与所述活塞被所述控制压力(47、51)偏压的方向相反的方向上偏压所述活塞。
5、一种根据权利要求1所述的双联泵组件，其特征在于，一个单独的减压阀组件(25、27)具有一减压设定值，所述减压阀组件可响应所述液体出口(35)处一超过所述减压设定值的液压而从所述液体出口(35)传送受压液体到所述液体进口(37)，直到所述液压基本等于所述减压设定值。
6、一种根据权利要求1所述的双联泵组件，其特征在于，所述第二泵(33)为一可变排量泵，该泵包含响应所述控制压力(57)的转接而改变所述第二泵(33)的排量的第二液压响应装置(41、43)。
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