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附錄1
液壓泵技術(shù)的革新
Will Halina Microhydraulics股份有限公司
流體，通常是油，是機(jī)器或者車輛的生命線，做分配和從原動(dòng)力(通常一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)或者電動(dòng)機(jī))經(jīng)由控制閥到負(fù)荷中轉(zhuǎn)移能量的工作，例如：像氣缸或者發(fā)動(dòng)機(jī)一樣的驅(qū)動(dòng)器。
過去，使用一臺(tái)固定泵和一個(gè)系統(tǒng)減壓閥作為液壓源提供的功能，設(shè)計(jì)者可能就已經(jīng)滿足了。無疑，不管總效率水平怎樣，現(xiàn)在有大量的高精密應(yīng)用已經(jīng)無法得到滿足。
問題
目前，甚至到將來，這種設(shè)計(jì)方法都是不能夠滿足要求的。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)的發(fā)展，很多競爭的制造商正銷售成為商品項(xiàng)目的非常相似的設(shè)備和系統(tǒng)，當(dāng)然先進(jìn)的技術(shù)是必要的。對(duì)于具有新特征的液壓元件，用現(xiàn)代控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)更高的效率。當(dāng)然，電子技術(shù)在未來的發(fā)展中起了一個(gè)主要的作用。其目標(biāo)是能增加控制能力，性能和總效率，并降低費(fèi)用。這些在實(shí)際上與任何行業(yè)或者工程設(shè)計(jì)都是相同的。有時(shí)他們好像又是互相排斥的，直到工程部門經(jīng)歷“尤里卡”的時(shí)刻，或用今天的術(shù)語來說，就像有人用拳猛擊空氣后尖叫“不錯(cuò)!”并且其他人也一起歡呼。不過，那是工程講述的，無論它是系統(tǒng)集成還是組件設(shè)計(jì)。
液壓設(shè)計(jì)的效率可與照明設(shè)計(jì)里的綠色設(shè)計(jì)（用小型的熒光燈替換白熾燈）相比較。例如，在照明過程中，我們的工作是把電轉(zhuǎn)化成光能。把你的手放在一發(fā)光的60瓦特?zé)糁車?，很顯然有大量熱參加大約900流明產(chǎn)生。小型熒光燈大約18瓦特能發(fā)出相同的光能。同理，多數(shù)情況下，液壓系統(tǒng)的目標(biāo)就是將產(chǎn)生液壓能，而不是熱能。暖氣裝置只是有點(diǎn)整體的效率低。例如帶在一輛大的農(nóng)業(yè)車輛上65馬力的液壓驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。它只保持系統(tǒng)冷卻。你能猜測拖拉機(jī)的最好功能是不成為一個(gè)移動(dòng)式的火爐。當(dāng)然，這存在改進(jìn)的空間！
現(xiàn)代液壓泵通過改變他們的排量達(dá)到在效率方面的改進(jìn)與需求相配，并且是常用的?？勺兣帕恐酶鶕?jù)需要可提供多種選擇。例如，最常用的是備有一個(gè)液壓泵流量隨負(fù)載變化而變化的液壓系統(tǒng)補(bǔ)償形式。此外提供功率限制(防止使原動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng))或負(fù)載傳感設(shè)計(jì)，只有當(dāng)負(fù)載變化時(shí)泵的流量和壓力才隨著變化。這些特征已經(jīng)能夠節(jié)約很多的能量，但是在一些情形下選擇成本和泵本身價(jià)值一樣多！由于它們的簡單且功能多樣性，因此機(jī)械控制功能是工程的奇跡，但是它們也有局限性。通常，他們依賴壓力平衡，校驗(yàn)沖擊力量，并對(duì)安裝在遙遠(yuǎn)處軟管起到壓力反饋的作用。因此，就多功能性，功能的范圍和最低操作必要條件而言是有妥協(xié)的。即使在備用的狀態(tài)下，備用的功耗也相當(dāng)于可變排量柱塞泵對(duì)這些機(jī)械伺服機(jī)構(gòu)保持控制需求的能量。由于液壓能量在控制過程中被大量的損失，因此而不被利用來供給負(fù)載。系統(tǒng)性能一般如同一個(gè)平衡彈簧滾，孔口尺寸，墊片選擇，對(duì)軟管的長度都有特定的應(yīng)用。
圖1 微型液壓泵控制原理
目前的解決辦法
電液裝置能在增加實(shí)現(xiàn)多功能方面得到幫助。有些泵生產(chǎn)廠家提供電子控制的變量泵。形成一個(gè)閉環(huán)泵流量控制意味著可以采用現(xiàn)有的變量泵的設(shè)計(jì)，加入一個(gè)電子位置傳感器(測量泵)和電液比例閥(控制泵的驅(qū)動(dòng))。給泵出口添加一臺(tái)壓力轉(zhuǎn)換器，就能實(shí)現(xiàn)電子壓力反饋，這就創(chuàng)建了一臺(tái)電液壓力補(bǔ)償泵。然后放入一個(gè)遙控的，負(fù)荷式壓力轉(zhuǎn)換器組成一個(gè)電子式負(fù)載傳感電路。這導(dǎo)致了液壓能提供的一個(gè)接近蒼蠅通過報(bào)警器的裝置，如圖1中所示。最后，增加電液控制閥，你就能有一臺(tái)完整的蒼蠅通過報(bào)警器。通過扶手控制桿或者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而不是需要操作人員監(jiān)測的水平控制閥來控制泵(s)和液壓閥。
如果你曾今換過液壓軟管及配件，你就知道他們能花費(fèi)多于他們被連結(jié)的設(shè)備。電液裝置的復(fù)雜性表明簡單的控制算法改變或者電子再組合能使相同的機(jī)械硬件創(chuàng)造出不同型號(hào)的液壓泵。取得的是增加的效率，因?yàn)橐环N產(chǎn)品只要進(jìn)行電子改造就能提供給很多用戶。沒有更多的性能限制，并存在巨大的潛力，以減少浪費(fèi)開銷所需的機(jī)械解決方案。精密性也增加了，因?yàn)橛脩糁肋@個(gè)泵在任何時(shí)候的功用。斜盤式泵的絕對(duì)排量控制允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)師根據(jù)工作需要來設(shè)計(jì)泵的功能，因?yàn)榫哂休^少的性能限制和特制。實(shí)際上，泵沖擊的信號(hào)反饋能被用作一件診斷工具。
觀察泵沖擊信號(hào)是在泵研究過程中的一種有價(jià)值的發(fā)展工具。像任何運(yùn)轉(zhuǎn)控制軸一樣，機(jī)械在力學(xué)中起至關(guān)重要的作用。第一，在努力嘗試關(guān)閉液壓泵排量大小環(huán)節(jié)中具有挑戰(zhàn)性。好像反彈的驅(qū)動(dòng)連桿，在移動(dòng)單元的控制下的摩擦使在液壓機(jī)械中不是足夠的好，變的不穩(wěn)定，是其噩夢的化身。根據(jù)它本身的特性，當(dāng)選擇傳感器和電子器械時(shí)這些部件的不穩(wěn)定部分需要詳細(xì)的考慮，振動(dòng)片的設(shè)備要求詳細(xì)想法，選擇并且設(shè)計(jì)在傳感器和電子。因此，制造一個(gè)電液變量泵比目前使用的液壓泵需要更多的元件。底線：重新設(shè)計(jì)需要更多的成本，或許落實(shí)和制造，新的方案。原始設(shè)備制造商購買液壓元件不滿意指明高性能元件新設(shè)計(jì)招標(biāo)，但是他們想要它的成本比比去年的型號(hào)更低。
結(jié)論
變量泵的排量在每次的技術(shù)革新中沒有太多的變化。然而，這次行動(dòng)引起的結(jié)果對(duì)于與它有聯(lián)系的系統(tǒng)產(chǎn)生了復(fù)雜的影響。如果你能控制與這個(gè)系統(tǒng)一起運(yùn)行的軸，然后你能達(dá)到比現(xiàn)有的解決方案更高的水平。即，僅僅擁有一個(gè)變量泵是不夠的。泵的控制系統(tǒng)可以與驅(qū)動(dòng)它的原動(dòng)力進(jìn)行信息交流，載荷與它的排量是相聯(lián)系的，泵是整個(gè)機(jī)器的一個(gè)組成部分。
設(shè)計(jì)理念解答了這些要求在泵的結(jié)構(gòu)內(nèi)部包含的所有精密電子器件，給予使用者完整而簡單的控制，成立了遠(yuǎn)程電子控制軟件包但要求用戶購買。這樣的一臺(tái)泵從開始設(shè)計(jì)就擁有一個(gè)閉環(huán)伺服控制的位移系統(tǒng)。
最理想的是，必要的電子感應(yīng)器及零件，而不是包裝裝置，這對(duì)于泵的控制環(huán)節(jié)是不可缺少的。這些傳感器將監(jiān)測泵和計(jì)量泵體溫,出口油壓，轉(zhuǎn)速。因此，將不會(huì)有電線外露，所有用戶需要做的是以一個(gè)單一的接口將他的輸入電源和控制裝置(電壓信號(hào)或電位器)連接起來。
通過提供持續(xù)的反饋信息，控制系統(tǒng)確切知道泵在任何時(shí)候的工作情況。功率限制、壓力控制，流量控制都可以同時(shí)進(jìn)行；用戶確定這種泵的用途。
這可以被擴(kuò)展到控制其他設(shè)備。對(duì)于普通原動(dòng)力的很多應(yīng)用都有多臺(tái)泵，通過電子改造，機(jī)器控制系統(tǒng)能夠以一種優(yōu)先供給能量或分流給同步多臺(tái)泵。
一個(gè)變量泵可以是一個(gè)精確流量控制器。由于知道泵每分鐘的轉(zhuǎn)速和排量，流量可以被準(zhǔn)確的計(jì)算出來。根據(jù)負(fù)載的壓力，驅(qū)動(dòng)功率就可以得到。由于知道泵的輸出軸轉(zhuǎn)速，則驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)負(fù)載的需求發(fā)出一個(gè)信號(hào)給控制發(fā)動(dòng)機(jī)。
通過泵的流量和相似驅(qū)動(dòng)速度的電液控制閥的成本與泵相當(dāng)。這是一種創(chuàng)新，是需要“綠化”的流體力學(xué)—可能起初成本很高，但是可以削減運(yùn)行成本的75%。一個(gè)類似額外的收獲是熱量的減少：從高效液壓能負(fù)載控制中減少了熱量，降低了對(duì)油液冷卻的要求。
聯(lián)系方法
Will Halina是Microhydraulics股份有限公司的一位從事微型液壓動(dòng)力學(xué)方面的高級(jí)工程師。他在電子和流體力學(xué)集成的最前沿的工作已經(jīng)超過了15年。
聯(lián)系地址：加拿大L6S 4 K6安大略省Brampton自動(dòng)路1號(hào)；
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附錄2