CS197702B1

CS197702B1 - Device for regulation of mutual speed of motion and position of the piston rods of hydraulic working cylinders

Info

Publication number: CS197702B1
Application number: CS769077A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Zasadil
Original assignee: Vladimir Zasadil
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1977-11-22
Publication date: 1980-05-30

Description

Problém, který vynález řeší, se dotýká zejména zvedacích a podobných silových hydraulických systémů, kde žádaného výsledku není možno dosáhnout jedním pracovním válcem. Při použití více než jednoho pracovního válce v takových zařízeních zpravidla již musí být řešena otázka regulace vzájemného pohybu pístnic těchto pracovních válců při činnosti zařízení. U dosud známých zařízení je výše vymezený problém řešen dvěma kvalitativně odlišnými způsoby, jejichž základní charakteristika je následující:The problem that the invention solves relates in particular to lifting and similar power hydraulic systems, where the desired result cannot be achieved by a single working cylinder. When more than one slave cylinder is used in such devices, the question of regulating the relative movement of the piston rods of these slave cylinders during the operation of the device must generally be addressed. In the known devices, the above-defined problem is solved in two qualitatively different ways, the basic characteristics of which are as follows:

Metody přímé, které jsou založeny na přímém snímání a vyhodnocování polohy předmětu, s nímž je manipulováno, nebo na přímém snímání a vyhodnocování poloh pístnic pracovních válců zařízení. Na tomto základě je získáván řídicí signál, který se v případě potřeby zesílen nebo transformován přivádí na výkonný element, ovládající přívod, resp. odvod kapaliny z pracovního válce. Čidla, bloky vytvářející řídicí signál, přenosové cesty a výkonné regulační elementy jsou co do principu činnosti i konstrukčního provedení rozmanité. Dosahovaná přesnost a spolehlivost činnosti systému pak závisí na kvalitě popsaného regulačního obvodu.Direct methods based on the direct sensing and evaluation of the position of the object being handled, or on the direct sensing and evaluation of the piston rod positions of the machine working cylinders. On this basis, a control signal is obtained, which, if necessary, is amplified or transformed into a power element controlling the supply and / or supply. drainage of the working cylinder. Sensors, control signal generating blocks, transmission paths and powerful control elements are diverse in terms of operation and design. The achieved accuracy and reliability of the system operation then depends on the quality of the described control circuit.

Metody nepřímé — stávající zařízení, náležející do této skupiny, jsou vyznačeny tím, že do přívodní (nebo odvodní) cesty hydraulické kapaliny do (nebo z) každého pracovního válce se vkládají elementy, jejichž účelem je zajistit, aby do každého z pracovních válců v závislosti na čase přitékalo stejné (nebo různé, předem stanovené) průtočné množství hydraulické kapaliny. Tak je nepřímo řízena vzájemná poloha pístnic hydraulických válců v průběhu pracovního zdvihu. U stávajících zařízení se pak pro zajištění výše popsané funkce využívá zejména navzájem hydraulicky oddělená čerpadla vhodného typu, z nichž každé dodává kapalinu do jednoho z pracovních válců. Chod čerpadel je přitom mechanicky synchronizován, hydromotory, které jsou vřazené do přívodních (odvodních) potrubí jednotlivých pracovních válců, jejichž otáčení je vzájemně mechanicky vázáno a samočinné hydraulické škrtící elementy, pracující na principu udržování stálého tlakového spádu na konstantním průtočném průřezu.Indirect methods - existing equipment belonging to this group is characterized in that elements are introduced into the inlet (or outlet) path of the hydraulic fluid to (or from) each of the work rollers in order to ensure that each of the work rollers over time, the same (or different, predetermined) flow rate of hydraulic fluid flowed. Thus, the relative position of the piston rods of the hydraulic cylinders is indirectly controlled during the working stroke. In existing plants, then, in particular, hydraulically separated pumps of a suitable type, each supplying liquid to one of the process cylinders, are used to provide the above-described function. The operation of the pumps is mechanically synchronized, with the hydraulic motors which are inserted into the inlet pipes of the individual working cylinders, the rotation of which is mechanically coupled to each other, and the automatic hydraulic throttling elements operating on the principle of maintaining a constant pressure drop on a constant flow cross section.

Stávajícími zařízeními, pracujícími s využitím přímých metod synchronizace chodu pracovních válců, lze prakticky dosáhnout vysoké přesnosti a spolehlivosti účelové funkce. Konkrétní těžkosti však vznikají se zástavbou čidel a přeno197702 sových cest v prostoru pracovních válců a manipulovaného předmětu zvláště tehdy, je-li požadováno jednoduché, spolehlivé zařízení s minimálními provozními nároky, pracující v podmínkách výbušného, vlhkého, chemicky agresivního, silně znečišťovaného, nebo jinak ztíženého prostředí.Existing devices using direct methods of synchronization of the working rolls can practically achieve high accuracy and reliability of the purpose function. However, particular difficulties arise with the installation of sensors and conveyor paths in the area of the work rolls and handled objects, especially when a simple, reliable device with minimal operating requirements, operating in explosive, humid, chemically aggressive, heavily contaminated, or otherwise difficult conditions is required. environment.

Stávající zařízení, pracující s využitím nepřímých metod synchronizace pracovních válců, lze zpravidla bez větších komplikací v takovémto prostředí uplatnit, avšak přesnost jejich práce je velmi nízká. Použitelnost těchto zařízení je také omezena s ohledem na samotné hydraulické poměry v zařízeních, ve kterých mají pracovat (průtočné množství, tlak, čistota, viskozita hydraulické kapaliny).Existing equipment using indirect methods of synchronization of working rolls can be applied in such an environment without any major complications, but the accuracy of their work is very low. The applicability of these devices is also limited with regard to the hydraulic conditions themselves in the devices in which they are to operate (flow rate, pressure, purity, viscosity of the hydraulic fluid).

Zařízení, které je předmětem vynálezu, odstraňuje uvedené nedostatky stávajících zařízení. Jeho podstatou je, že vzájemná poloha a vzájemná rychlost posuvu pístnic hydraulických válců v průběhu pracovního zdvihu (úplného, částečného, přímého i zpětného) je regulována podle předem určeného programu takovým způsobem, že čidly snímané polohy hladin v separovaných hydraulických nádržkách, příslušných každému .z pracovních válců jsou základem pro tvorbu řídicího signálu, který (v případě potřeby zesílen, transformován), ovládá škrtící elementy, které již řídí přítok (odtok) hydraulické kapaliny do (z) každého z pracovních válců. Přitom hydraulické zapojení každého pracovního válce je provedeno tak, že poloha hladiny v nádržce, příslušné danému pracovnímu válci, jednoznačně odpovídá množství kapaliny, přivedenému (odvedenému) do (z) tohoto pracovního válce.The device object of the invention removes the mentioned drawbacks of the existing devices. It is based on the fact that the relative position and relative velocity of the piston rods of the hydraulic cylinders during the working stroke (full, partial, straight and return) is controlled according to a predetermined program in such a way that the sensors detect the level positions in separate hydraulic reservoirs. The working cylinders are the basis for generating a control signal which (if necessary amplified, transformed) controls the throttle elements that already control the inflow (discharge) of hydraulic fluid to (z) each of the working cylinders. The hydraulic connection of each working cylinder is made in such a way that the position of the level in the reservoir corresponding to the working cylinder is unambiguously corresponding to the amount of liquid introduced into the working cylinder.

Oproti stávajícím zařízením přináší zařízení dle vynálezu následující nové účinky a vlastnosti:Compared with existing devices, the device according to the invention brings the following new effects and properties:

Ve srovnání se zařízeními, využívajícími metod přímé synchronizace chodu pracovních válců, dosahuje zařízení podle vynálezu za předpokladu těsného provedení instalace (bez ztrát hydraulické kapaliny) prakticky stejné přesnosti a spolehlivosti účelové funkce, přičemž jsou odstraněny nevýhody stávajících zařízení, vyplývající z nutnosti umístění čidel polohy v blízkosti manipulovaného předmětu.Compared to devices using direct synchronization of working cylinder operation, the device according to the invention achieves virtually the same accuracy and reliability of the purpose function, provided the installation is tight (without loss of hydraulic fluid), eliminating the disadvantages of existing devices near the manipulated object.

Ve srovnání se stávajícími zařízeními, pracujícími na principu nepřímé synchronizace chodu pístnic pracovních válců, dosahuje zařízení podle vynálezu podstatně větší přesnosti a spolehlivosti účelové funkce.Compared with the existing devices operating on the principle of indirect synchronization of the operation of the working cylinder piston rods, the device according to the invention achieves substantially greater accuracy and reliability of the purpose function.

Hydraulické systémy s uplatněním předmětu vynálezu lze konstruovat jako celky, sestávající ze dvou podsestav, z nichž jednu tvoří vlastní manipulační prostor s hydraulickými válci a potrubím přívodu a odvodu hydraulické kapaliny — druhá podsestava pak zahrnuje zbytek zařízení. Toto uspořádání je zvláště vhodné pro případy, kdy pracovní válce musí působit ve ztíženém prostředí.The hydraulic systems of the present invention may be constructed as a unit consisting of two subassemblies, one of which constitutes its own handling space with the hydraulic cylinders and the hydraulic fluid inlet and outlet piping, the other subassembly comprising the rest of the device. This arrangement is particularly suitable for cases where the work rollers must operate in harsh environments.

Konstrukčně lze zajistit variabilitu regulačních programů zařízení dle vynálezu, a to např. již tvarováním nádržek, změnou základního nastavení čidel, změnou převodového poměru (přenosové funkce) přenosových cest regulačního obvodu, nebo změnou programů tvorby řídicího signálu.Structurally, the variability of the control programs of the device according to the invention can be ensured, for example by shaping the reservoirs, changing the basic sensor settings, changing the transmission ratio of the control circuit transmission paths, or changing the control signal generation programs.

Na přiložených výkresech je znázorněna aplikace předmětu vynálezu na příkladu jednoduché hydraulické instalace, která může být využita např. pro zvedací zařízení, u něhož je požadována synchronnost přímého i zpětného chodu dvou hydraulických pracovních válců při vzájemně proměnném zatížení jejich pístnic.The accompanying drawings illustrate the application of the present invention by way of example of a simple hydraulic installation, which can be used, for example, for a lifting device in which the synchronization of the direct and reverse operation of two hydraulic working cylinders is required under varying load on their piston rods.

Na obr. 1 je znázorněno schéma tohoto zařízení. Zařízení je nakresleno ve výchozí klidové poloze. Prácovní válce 5 slouží pro zvednutí zátěže o různé hmotnosti, přičemž je požadováno, aby v průběhu pracovního zdvihu okamžitá vysunutí pístnic obou pracovních válců 5 byla stejná (A = B). Funkce zařízení je následující:FIG. 1 shows a diagram of the apparatus. The device is drawn in the default resting position. The working rolls 5 serve to lift a load of different weight, and it is required that during the working stroke the instantaneous ejection of the piston rods of the two working rolls 5 is the same (A = B). The function of the device is as follows:

Uzavírací ventily 4 jsou otévřeny. Po uvedení čerpadel 2 do činnosti je dodávána kapalina z nádržek 1 přes jednosměrné ventily 3 a uzavírací ventily 4 do pracovních válců 5, jejichž pístnice se začnou vysouvat. Současně vchází do činnosti regulační okruhy, pro které se kapalina odebírá za jednosměrnými ventily 3, dále prochází regulátory dodávky kapaliny 9 a teče zpět do nádržek 1. Pojistné ventily 19 jistí instalaci proti překročení maximálního dovoleného tlaku. Je-li porušena synchronnost chodu pístnic pracovních válců 5, např. je-li zdvih A větší než zdvih B, pak hladina v nádržce 1, příslušné pracovnímu válci 5 se zdvihem A poklesne oproti hladině v nádržce 1, příslušející pracovnímu válci 5 se zdvihem B. Polohy hladin v obou nádržkách 1 jsou sejmuty čidly 6, přeneseny do agregátu pro tvorbu řídicího signálu 7, kde se vytváří řídicí signál, odpovídající diferenci poloh hladin v nádržkách 1. Tento řídicí signál je dále zesílen v zesilovači 8 a přiveden do regulátorů dodávky kapaliny 9. Regulátor dodávky kapaliny 9, příslušný okruhu pracovního válce 5 se zdvihem A zvětší svůj průtočný průřez. Tím se zvýší průtočné množství kapaliny, vracející se přes regulátor dodávky kapaliny 9 zpět do nádržky 1 a tak reguluje průtočné množství kapaliny, dodávané do pracovního válce 5, které poklesne. Regulátor dodávky kapaliny 9, příslušný pracovnímu válci 5 se zdvihem B pracuje v tomto případě opačným způsobem. Tak se postupně vyrovnají vysunutí pístnic obou pracovních válců 5 na hodnoty obou zdvihů A = B. Po dosažení této rovnováhy nastává také stav rovnováhy mezi polohami hladin v nádržkách 1 a řídicí signál nabývá nulové hodnoty. Po dosažení žádoucího pracovního vysunutí pístnic pracovních válců 5 se zařízení uvede do klidu uzavřením uzavíracích ventilů 4 a zastavením čerpadel 2. Zpětný chod pístnic pracovních válců 5 nastává po otevření uzavíracích ventilů 4. Je synchronizován stejným způsobem, jako přímý chod. Dojde-li během činnosti zařízení k úplnému zastavení pístnice jednoho z pracovních válců 5, pak činností regulačního okruhu druhého pracovního válce 5 dojde i k zastavení druhého pracovního válce 5. Jednotlivé agregáty zařízení nejsou ve výše uvedeném popisu popsány detailně, neboť jejich konstrukční provedení samo o sobě není předmětem vynálezu. V daném případě, znázorněném na' obr. 1, je jako regulátor dodávky kapa3 líny 9 použit škrtící servoventil, jako agregát pro tvorbu řídicího signálu 7 je použit Wheatstoneův můstek s proměnnými odpory 12.The shut-off valves 4 are opened. After actuation of the pumps 2, the liquid from the reservoirs 1 is supplied via the one-way valves 3 and the shut-off valves 4 to the working cylinders 5, whose piston rods begin to extend. Simultaneously, the control circuits for which the liquid is drawn down behind the one-way valves 3, the controllers of the liquid supply 9 and flows back into the reservoirs 1. The safety valves 19 secure the installation against exceeding the maximum allowable pressure. If the synchronous operation of the piston rods of the working cylinders 5 is impaired, e.g. if the stroke A is greater than the stroke B, then the level in the reservoir 1 corresponding to the working cylinder 5 with the stroke A drops Level positions in both reservoirs 1 are picked up by sensors 6, transmitted to the control signal generating unit 7, where a control signal is generated corresponding to the level position difference in reservoirs 1. This control signal is further amplified in amplifier 8 and fed to the liquid supply controllers. 9. The fluid supply regulator 9, corresponding to the working cylinder 5 with stroke A, increases its flow cross section. This increases the flow rate of liquid returning to the reservoir 1 via the liquid supply regulator 9 and thus regulates the flow rate of liquid supplied to the working cylinder 5, which drops. In this case, the liquid supply regulator 9 corresponding to the working cylinder 5 with the stroke B operates in the opposite way. In this way, the piston rods of the two working cylinders 5 gradually equalize to the values of both strokes A = B. After reaching this equilibrium, the state of equilibrium between the level positions in the reservoirs 1 also occurs and the control signal becomes zero. Upon reaching the desired working extension of the piston rods 5, the device is stopped by closing the shut-off valves 4 and stopping the pumps 2. The return of the piston rods 5 occurs after opening the shut-off valves 4. It is synchronized in the same way as direct operation. If the piston rod of one of the working cylinders 5 is completely stopped during operation of the device, the operation of the control circuit of the second working cylinder 5 causes the second working cylinder 5 to stop. The individual units of the device are not described in detail in the above description. is not an object of the invention. In the case shown in FIG. 1, a throttle servo valve is used as the liquid supply regulator 9, and a variable resistor 12 Wheatstone bridge is used as the control signal generating unit 7.

Na obr. 2 je dokumentována jedna z vlastností zařízení, sestavených s využitím předmětu vynálezu. Jsou zde uvedeny čtyři příklady tvarování nádržek 1. zařízení podle obr. 1, a z nich vyplývající závislosti průběhů pracovních zdvihů pracovních válců 5. Ve shodě s obr. 1 pak písmenem A je rozlišena nádržka 1, náležející pracovnímu válci 5 se zdvihem A a písmenem B nádržka 1, která náleží pracovnímu válci' 5 se zdvihem B.FIG. 2 illustrates one of the features of the apparatus constructed using the present invention. There are four examples of shaping the reservoirs 1 of the apparatus of Fig. 1 and the resulting dependencies of the working strokes of the working cylinders 5. In accordance with Fig. 1, the letter A distinguishes the reservoir 1 belonging to the working cylinder 5 with stroke A and B a reservoir 1 belonging to a working cylinder 5 with stroke B.

Na obr. 3 je znázorněn další příklad uplatnění předmětu vynálezu v hydraulickém systému obdobného typu, jako je na obr. 1, který se však liší tím, že regulátor dodávky kapaliny 9 je sériově zařazen do potrubí, které napájí pracovní válec 5. Tato odlišnost příznivě ovlivňuje využití průtočného množství kapaliny, dodávaného čerpadlem 2 na vyvození zdvihu pracovního válce 5. Zpětný chod pracovních válců 5 je umožněn otevřením odpouštěcích ventilů 13, zařízení však musí být pro tento případ doplněno agregátem pro změnu smyslu řídicího signálu 14, aby byla možná synchronizace zpětného chodu pístnic pracovních válců 5.Fig. 3 shows another example of the application of the invention in a hydraulic system of a similar type to that of Fig. 1, but which differs in that the liquid supply regulator 9 is serially connected to a pipe supplying the working cylinder 5. This difference favorably influences the utilization of the flow rate of the liquid supplied by the pump 2 to induce the stroke of the working cylinder 5. The return of the working cylinders 5 is enabled by opening the bleed valves 13, but in this case the device must be supplemented with piston rods 5.

PREDMETSUBJECT

Claims

SUBJECT

Device for controlling relative movement speed and position of piston rods of hydraulic working cylinders, characterized in that it consists of individual, hydraulically separated hydraulic circuits, corresponding to each working cylinder (5) and from a control signal generating unit (7), in each of the hydraulic circuits , the respective working cylinder (5) is a reservoir (1) with a sensor (6) for indirect detection

RECOVERY the position of the working cylinder piston rod (5) by sensing the level of the reservoir (1), and a fluid supply regulator (9) for regulating the supply of fluid from the reservoir (1) to the working cylinder (5) according to the control signal in the control signal generating unit (7) by comparing the data of the individual sensors (6).