原文：Sara Jensen

摘要：Tonand Pumps 開發了一種數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。

您將學到的內容：

- 推動新型液壓泵設計需求的行業驅動力。

- 數字控制的應用方式及其帶來的益處。

- 實現更安靜、更高效柱塞泵運行的設計特點。

由于建筑、農業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。意識到行業正在發生重大轉變，Tonand Pumps 開始著手開發一種能夠滿足這些設計要求的液壓泵。

經過近十年的開發，該公司已經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官 Tony Cannata 說。

隨著許多電動汽車中內燃機的移除，液壓系統和其他部件的運行噪聲已成為一個更大的問題。通過開發一種能夠安靜運行的液壓泵，減少了對降噪材料的需求。這有助于簡化設計和安裝，同時節省空間，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，該公司專注于開發一種與市場上現有產品完全不同的液壓泵，以幫助滿足電氣化、數字化以及其他影響機器和元件設計的重大行業趨勢。

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

創建更安靜、更高效的液壓柱塞泵

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

他表示，該泵本質上運行在對話級別的分貝。他提到，一家原始設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。為了實現這一點，該泵有一個內柱塞和一個外柱塞，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量。”

通過這種設計，可以實現不同的流量。“我們只需斷開其中一個組，無論是內柱塞組還是外柱塞組，”他解釋說。“而且這一切都是通過數字控制實現的。”

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

這些以及其他設計特點還有助于創造一種更高效的變量柱塞泵。泵中集成了能量回收系統（ERS），該系統回收動能，然后用于驅動泵主軸上的小渦輪機。渦輪機有助于產生軸旋轉，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了能量回收。通常，柱塞泵中都設計有殼體回油，以提供內部泄漏，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 花費了數年時間完善其殼體回油設計，以便回收原本會損失的能量。它通過優化內部機制來實現這一點，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在可以用于出口流量或輔助功能，例如驅動冷卻風扇。

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

液壓泵數字化對維護和性能有益

將電子元件集成到變量柱塞泵中，為泵創建了一個數字框架，從而實現了更好的控制和監控能力。

Cannata 表示，該泵使用 24V 電磁閥來控制其可變輸出。通過數字選擇哪些柱塞組處于活動狀態，可以實現動態排量調節。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，以提供高效且可調節的性能，滿足特定應用需求。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 電磁閥能夠實現對 Tonand 泵可變輸出的數字控制，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需要解決的性能問題。傳感器與如今大多數移動機械上所包含的監控系統進行通信；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實時監控每一個缸孔，因此如果存在問題[會發出警告]，”Cannata 說道。這種監控可以確定泵上哪個氣缸可能出現故障——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，由于泵的設計，如果一個氣缸出現問題，其余的泵仍將繼續工作。“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移除故障模塊……并繼續工作，”他解釋說。泵將以較低的排量運行，但與非計劃停機相關的時間和成本可以被最小化。

數字控制消除了對外部增壓系統的需求

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

他解釋說，傳統的液壓系統依賴外部增壓器來實現高壓，而標準泵在這種情況下會失速或變得低效。這會增加成本、復雜性和系統的占地面積。

但這些都可以通過 Tonand 的泵消除，因為增壓功能已經集成在泵本身中。“泵內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，可以實現以下諸多益處：

- 無需外部硬件或切換閥

- 響應更快，效率更高

- 零部件數量減少，維護更簡便

- 在不同壓力范圍內運行安靜

- 在流量/壓力模式之間過渡平穩

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

滿足各類移動設備需求的液壓泵

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

盡管 Cannata 認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。

該公司繼續開發和測試該泵，以增加任何可能添加的額外功能。“我們繼續進行測試，看到改進，我們繼續關注行業動態，看看它將走向何方，”他說，以確保該泵能夠滿足行業需求。

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

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