原文：Sara Jensen

摘要：Tonand Pumps 開發(fā)了一種數(shù)字控制的變量柱塞泵，以滿足對更安靜、更高效的液壓解決方案的需求。

您將學(xué)到的內(nèi)容：

- 推動新型液壓泵設(shè)計需求的行業(yè)驅(qū)動力。

- 數(shù)字控制的應(yīng)用方式及其帶來的益處。

- 實現(xiàn)更安靜、更高效柱塞泵運行的設(shè)計特點。

由于建筑、農(nóng)業(yè)以及其他移動機械的電氣化，對更安靜、更高效的液壓元件的需求正在增加。意識到行業(yè)正在發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，Tonand Pumps 開始著手開發(fā)一種能夠滿足這些設(shè)計要求的液壓泵。

經(jīng)過近十年的開發(fā)，該公司已經(jīng)制造出一種非常安靜的變量柱塞泵。

“我們想要一種獨特且像老鼠一樣安靜的泵，這與電氣化相輔相成，”Tonand Pumps 的副總裁兼首席技術(shù)官 Tony Cannata 說。

隨著許多電動汽車中內(nèi)燃機的移除，液壓系統(tǒng)和其他部件的運行噪聲已成為一個更大的問題。通過開發(fā)一種能夠安靜運行的液壓泵，減少了對降噪材料的需求。這有助于簡化設(shè)計和安裝，同時節(jié)省空間，而空間在電動汽車中往往非常緊張，因為需要安裝大量的電池。

變量柱塞泵還提供了其他好處。Cannata 表示，該公司專注于開發(fā)一種與市場上現(xiàn)有產(chǎn)品完全不同的液壓泵，以幫助滿足電氣化、數(shù)字化以及其他影響機器和元件設(shè)計的重大行業(yè)趨勢。

Tony Cannata，Tonand Pumps 的副總裁兼首席技術(shù)官，表示公司希望創(chuàng)造一種全新的變量柱塞泵設(shè)計，以滿足日益增長的電氣化和數(shù)字化趨勢。

創(chuàng)建更安靜、更高效的液壓柱塞泵

據(jù) Cannata 所述，從變量柱塞泵設(shè)計中移除擺動板是使其能夠在極低分貝下運行的關(guān)鍵因素。

他表示，該泵本質(zhì)上運行在對話級別的分貝。他提到，一家原始設(shè)備制造商在看到柱塞泵時對該公司表示：“你真的必須把耳朵貼在泵上才能聽到它的聲音。”

移除擺動板還使得按需排量功能得以實現(xiàn)。為了實現(xiàn)這一點，該泵有一個內(nèi)柱塞和一個外柱塞，每個柱塞都有自己的缸孔。“外柱塞有自己的進油口和出油口缸孔，而內(nèi)柱塞則與一個完全不同的缸孔相連，因此沒有缸孔共享，”Cannata 解釋道。

本質(zhì)上，他說這是一個柱塞套在另一個柱塞里面，如果需要的話，可以有多個柱塞。“我們基本上能夠提供從 40 到 50 種不同的排量組合，這取決于柱塞和缸孔的數(shù)量。”

通過這種設(shè)計，可以實現(xiàn)不同的流量。“我們只需斷開其中一個組，無論是內(nèi)柱塞組還是外柱塞組，”他解釋說。“而且這一切都是通過數(shù)字控制實現(xiàn)的。”

他指出，柱塞的接合與分離幾乎無法聽到。在改變流量時，不會像其他泵設(shè)計那樣聽到巨大的撞擊聲，因為柱塞和執(zhí)行器之間的轉(zhuǎn)換安靜且平穩(wěn)，Cannata 說道。

這些以及其他設(shè)計特點還有助于創(chuàng)造一種更高效的變量柱塞泵。泵中集成了能量回收系統(tǒng)（ERS），該系統(tǒng)回收動能，然后用于驅(qū)動泵主軸上的小渦輪機。渦輪機有助于產(chǎn)生軸旋轉(zhuǎn)，從而減少從機器原動機吸取的能量。

泵的殼體回油中也進一步實現(xiàn)了能量回收。通常，柱塞泵中都設(shè)計有殼體回油，以提供內(nèi)部泄漏，從而幫助保持部件潤滑，減少磨損。然而，殼體回油也會導(dǎo)致能量浪費，從而降低泵的整體效率。

為了解決這一問題，Cannata 表示，Tonand Pumps 花費了數(shù)年時間完善其殼體回油設(shè)計，以便回收原本會損失的能量。它通過優(yōu)化內(nèi)部機制來實現(xiàn)這一點，該機制消除了除柱塞吹氣所必需的泄漏點之外的所有潛在泄漏點。原本會浪費的能量現(xiàn)在可以用于出口流量或輔助功能，例如驅(qū)動冷卻風(fēng)扇。

Tonand Pumps 成功地從其泵設(shè)計中移除了擺動板，這不僅有助于降低噪音，還實現(xiàn)了按需排量功能。

液壓泵數(shù)字化對維護和性能有益

將電子元件集成到變量柱塞泵中，為泵創(chuàng)建了一個數(shù)字框架，從而實現(xiàn)了更好的控制和監(jiān)控能力。

Cannata 表示，該泵使用 24V 電磁閥來控制其可變輸出。通過數(shù)字選擇哪些柱塞組處于活動狀態(tài)，可以實現(xiàn)動態(tài)排量調(diào)節(jié)。該泵由多個可獨立操作的排量組組成，可以通過這種方式進行控制，以提供高效且可調(diào)節(jié)的性能，滿足特定應(yīng)用需求。他指出，該泵最小的柱塞組可以在 3,000 psi 的壓力下提供 1.5 GPM 的流量，僅需略高于 2 馬力的動力。

使用 24V 電磁閥能夠?qū)崿F(xiàn)對 Tonand 泵可變輸出的數(shù)字控制，從而幫助其更高效地運行。

與此同時，傳感器被集成到泵中，以幫助監(jiān)控諸如溫度和壓力等性能方面，從而改善維護工作。

為泵配備傳感器可以更容易地確定何時可能出現(xiàn)需要解決的性能問題。傳感器與如今大多數(shù)移動機械上所包含的監(jiān)控系統(tǒng)進行通信；如果傳感器檢測到運行壓力或溫度不符合要求，可以向操作員發(fā)送警報，以便他們采取措施解決問題，最大限度地減少非計劃停機時間。

“我們泵的一個特點是能夠?qū)崟r監(jiān)控每一個缸孔，因此如果存在問題[會發(fā)出警告]，”Cannata 說道。這種監(jiān)控可以確定泵上哪個氣缸可能出現(xiàn)故障——從而更容易快速解決。憑借這一功能，還可以只更換故障氣缸，而不是整個泵，進一步簡化維護并降低成本。

他還指出，由于泵的設(shè)計，如果一個氣缸出現(xiàn)問題，其余的泵仍將繼續(xù)工作。“與其整天或整周停機以便修理泵，你實際上可以在幾分鐘內(nèi)移除故障模塊……并繼續(xù)工作，”他解釋說。泵將以較低的排量運行，但與非計劃停機相關(guān)的時間和成本可以被最小化。

數(shù)字控制消除了對外部增壓系統(tǒng)的需求

采用數(shù)字控制使 Tonand Pumps 能夠在其泵中增加一個集成的液壓增壓系統(tǒng)。盡管該公司在開始開發(fā)其變量柱塞泵時并沒有打算包含這項技術(shù)，但其包含是“從我們的核心創(chuàng)新——一種數(shù)字控制的模塊化柱塞泵中自然產(chǎn)生的”，Cannata 說道。

他解釋說，傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)依賴外部增壓器來實現(xiàn)高壓，而標(biāo)準(zhǔn)泵在這種情況下會失速或變得低效。這會增加成本、復(fù)雜性和系統(tǒng)的占地面積。

但這些都可以通過 Tonand 的泵消除，因為增壓功能已經(jīng)集成在泵本身中。“泵內(nèi)的每個排量組都可以獨立控制。對于高壓、低流量的需求——例如夾緊或成型——只有最小的組被激活，”他說。“這在高壓下提供有針對性的流量，無需外部增壓。”

通過消除對外部增壓器的需求，可以實現(xiàn)以下諸多益處：

- 無需外部硬件或切換閥

- 響應(yīng)更快，效率更高

- 零部件數(shù)量減少，維護更簡便

- 在不同壓力范圍內(nèi)運行安靜

- 在流量/壓力模式之間過渡平穩(wěn)

由于采用了數(shù)字控制，Tonand Pumps 得以在其泵中加入集成的液壓增壓系統(tǒng)，從而消除了對外部硬件以及額外部件的需求。

滿足各類移動設(shè)備需求的液壓泵

Tonand Pumps 認(rèn)為其變量柱塞泵能夠滿足各類移動機械的需求，無論是配備柴油發(fā)動機、電池還是其他動力源，只要排量需求在 20 GPM 以內(nèi)，該泵都能適用。

盡管 Cannata 認(rèn)為該泵能夠滿足大部分市場的需求，因為它可以在不同流量下運行，但如果需要超過 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，必須確保其他部件，如閥門，能夠承受泵提供的增加流量。

該公司繼續(xù)開發(fā)和測試該泵，以增加任何可能添加的額外功能。“我們繼續(xù)進行測試，看到改進，我們繼續(xù)關(guān)注行業(yè)動態(tài)，看看它將走向何方，”他說，以確保該泵能夠滿足行業(yè)需求。

Cannata 表示，公司還與各種原始設(shè)備制造商（OEM）就泵技術(shù)的潛在許可進行溝通。他說，Tonand Pumps 并不想重新發(fā)明輪子。“有很多人一直在設(shè)計和制造泵，”他說。“他們有工具，有設(shè)施，有銷售渠道……所以我們的目標(biāo)是最好與現(xiàn)有制造商簽訂許可協(xié)議。”

公司也會考慮合資企業(yè)或其他選擇。總的來說，該公司希望將這種液壓技術(shù)推向市場，以滿足對安靜、高效和數(shù)字控制解決方案日益增長的需求。