FI110960B - Kytkentä ja menetelmä hydraulikoneen tilavuusvirran vaihtelujen tasoittamiseksi - Google Patents

Description

1 110960

Kytkentä ja menetelmä hydraulikoneen tilavuusvirran vaihtelujen tasoittamiseksi

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen kytkentään hydraulikoneen tilavuusvirran vaihtelun tasaamiseksi. Kek-5 sintö kohdistuu myös patenttivaatimuksen 9 johdanto-osan mukaiseen menetelmä hydraulikoneen tilavuusvirran vaihtelun tasaamiseksi.

Hydrauliset koneet, jotka toimivat syrjäytysperiaatteella, ovat tehotihey-deltään suuria, koska ne soveltuvat hyvin suurille paineille, tyypillisesti jopa 300—400 bar ja enemmän. Hydraulipumpussa mekaaninen ener-10 gia, kuten vääntömomentti ja pyörimisnopeus, muutetaan hydrauli-energiaksi, ts. paineväliaineen paineeksi ja sen tilavuusvirraksi. Hyd-raulimoottorissa hydraulienergia muutetaan jälleen mekaaniseksi energiaksi. Kierrosnopeudet ovat tyypillisesti 500—10000 rpm. Hydrauli-moottorin antama momentti riippuu moottorin kierrostilavuudesta ja sen 15 yli vaikuttavasta paine-erosta. Teho riippuu edelleen tilavuusvirrasta ja moottorin yli olevasta paine-erosta. Hitaasti pyörivät koneet, joiden kierrosnopeudet ovat tyypillisesti 0,5—1000 rpm, on suunniteltu siten, että ne antavat suuren momentin jo pienillä pyörimisnopeuksilla. Näitä koneita kutsutaan LSHT-koneiksi (Low Speed High Torque). Useat 20 hydraulikoneet voivat toimia sekä pumppuina että moottoreina toimintaperiaatteensa ansiosta. Syrjäytysperiaatteella toimivissa pumpuissa on mekaanisesti tiivistettyjä, syrjäytystilavuutena toimivia kammioita, joihin neste imetään esimerkiksi männän liikkeen avulla imupuolel-ta tai tulopuolelta, ja joilla neste kuljetetaan syötettäväksi painepuolelle 25 tai lähtöpuolelle esimerkiksi männän liikkeen avulla. Moottoreissa toiminta on päinvastainen.

Kammioissa tapahtuva suuri paineenlasku tai paineennousu aiheuttavat koneen runkoon iskuja ja siten runkoääniä, jotka ovat kuultavissa ympäristöön säteilevänä häiritsevänä meluna. Tämän lisäksi melua 30 aiheutuu tilavuusvirran vaihtelusta, joka johtuu em. tilavuuksien epätasaisesta jakautumisesta koneen kiertokulmaan nähden. Nämä tilavuudet on muodostettu esimerkiksi aksiaali- tai radiaalimäntäpump-puun tai vastaavaan moottoriin. Paineenvaihtelut johtavat myös muissa järjestelmään liittyvissä rakenteissa resonansseihin, jotka edelleen li-. 35 säävät melua ja ovat usein myös tärkein melun lähde.

4 2 110960

Saksalaisessa hakemusjulkaisussa 1703210 on esitetty eräs ratkaisu hydraulikoneen tuottaman tilavuusvirran vaihtelujen pienentämiseksi, jolloin voidaan käyttää hyvin vähäistä tai parillista mäntämäärää. Esimerkkinä on käytetty kaksimäntäistä aksiaalimäntäpumppua. Tilavuus-5 virran vaihteluja voidaan vähentää toisaalta mäntiä lisäämällä, jolloin niitä on tyypillisesti 7—11 kpl, mikä johtaa kuitenkin suurempaan, monimutkaisempaan ja kalliimpaan rakenteeseen. Tyypillisesti käytetään myös paritonta mäntien määrää, millä saavutetaan yhtä tasainen tila-vuusvirta kuin kaksinkertaisella, mutta parillisella määrällä mäntiä.

10 Hakemusjulkaisussa 1703210 esitetty ratkaisu käsittää työmäntien rinnalla tahdistetusti toimivan apumäntäparin, joka syöttää tilavuus-virtaa lähtöpuolelle, kun työsylinterien yhteisesti syöttämä tilavuusvirta on alle määritetyn keskiarvon. Radiaaliset apumännät ottavat lähtö-puolelta vastaan tilavuusvirtaa silloin, kun työsylinterien yhteisesti syöt-15 tämä tilavuusvirta on yli määritetyn keskiarvon. Tilavuusvirran vaihtelut riippuvat käyttöakselin kiertokulmasta, jolloin apumännätkin on kytketty käyttöakselilie tahdistusta varten. Apumäntien tarvitsema syrjäytys-tilavuus on huomattavasti pienempi verrattuna työsylintereihin. Tällöin niiden sijoittaminen koneeseen on helppoa, esimerkiksi nelimäntäinen 20 kone tarvitsee vain yhden apumännän. Voimatasapainon takia kaksi vastakkaista apumäntää on kuitenkin parempi.

Kun hydraulikone toimii moottorina, apumännän tilavuus kytketään vaihtoehtoisesti paineiselle tulopuolelle esimerkiksi ohjattavien venttiili-välineiden, esimerkiksi 3/2-suuntaventtiilin avulla. Moottorikäytössä 25 apumäntien avulla voidaan tasoittaa ulostulomomentissa esiintyviä vaihteluja. Paineellisen paineväliaineen ajamana apumäntä antaa tarvittavan lisämomentin halutulla hetkellä työsylinterin liikettä. Paine-väliaineen poistamiseksi apumäntä sensijaan käyttää momenttivoimaa, joten apumäntä tasoittaa momentinvaihteluja. Apumännän eri liike-30 suunnissa kitka vaihtelee, mutta se aiheuttaa suhteellisesti pientä vaih-* telua momenttiin verrattuna tapaukseen, jossa ei käytetä apumäntiä edellä kuvattuun kompensointiin.

Ongelmana on, että pumppuna toimivan hydraulikoneen imupuolen tilavuusvirrassa tapahtuu myös paineen ja tilavuusvirran vaihteluja, 35 jotka riippuvat kiertokulmasta. Lisäksi paineisen lähtöpuolen tilavuus- 3 110960 virtaan jää sykintää, jonka aiheuttaa paineväliaineen kokoonpuristuminen erityisesti siinä vaiheessa, kun paineetonta, syrjäytyskammioon imettyä nestettä aletaan puristaa kuormaa, esimerkiksi paineventtiiliä vastaan, jolloin sen paine samalla kasvaa. Painetta kasvatetaan käytet-5 tävään työpaineeseen, jota voidaan säätää hydraulikoneen yhteydessä olevalla paineensäätimellä tai järjestelmän yhteydessä olevalla paineenrajoitusventtiilillä. Venttiilissä paine kohdistuu tyypillisesti liikkuvaan, joustettuun istukkaan tai luistiin, jolloin jousen kiristystä säätämällä voidaan muuttaa maksimipainetta. Hydrostatiikassa ulkoi-10 nen voima aikaansaa väliaineessa tunnetusti paineen, joka leviää joka suuntaan nesteessä. Paineen suuruus saadaan jakamalla voima vaikutettavalla pinta-alalla.

Nesteen mukana kulkeva liukenematon ilma aiheuttaa kuitenkin nesteen kokoonpuristumisen paineen kasvaessa, jolloin nesteen tila-15 vuus pienenee. Nopeat paineenvaihtelut aiheuttavat rakenteisiin siten tilavuuden muuttumisesta johtuvia paineiskuja. Kokoonpuristumista kuvataan paineväliaineesta riippuvalla vakiolla, joka esimerkiksi mineraaliöljylle on noin 0,7—0,8 % ja vedelle noin 0,45 % 100 bar kohti. Hydrauiipumpussa nesteen on kokoonpuristuttava ennen paineennos-20 toa sekä ennen kuin riittävä työpaine saavutetaan ja tilavuusvirtaa siirtyy painepuolelle. Mitä suurempi kokoonpuristuva tilavuus on, sitä kauemmin työpaineen saavuttaminen kestää ja sitä isommat häiriöt.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on poistaa edellä mainittuja ongelmia. Tarkoituksena on esitellä kytkentä, jolla voidaan kompensoi-25 da kokoonpuristumisesta aiheutuvaa viivettä. Keksinnön mukaiselle kyt-kennälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 9 tunnusmerkkiosassa.

30 Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että syrjäytyskammioon johdetaan painelähteestä, kuten paineakusta, oleellisesti työpaineista paineväliai-netta. Johtaminen tapahtuu juuri ennenkuin kammiossa olevaa, imu-puolen paineessa olevaa paineväliainetta aletaan kokoonpuristaa esimerkiksi työmännän avulla. Paineakusta tilavuusvirtaa syöttämällä väli-35 aine saadaan nopeasti työpaineeseen, joten kokoonpuristamiseen ei 110960 käytetä pelkästään työmäntää ja väliainetta voidaan syöttää työpainei-sena aikaisemmin ulos syrjäytystilavuudesta. Tällöin vaihtelut muodostuvat huomattavasti pienemmiksi tunnettuun tekniikkaan verrattuna.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti paineakkua 5 ladataan kuristuksen kautta hydraulikoneen painepuolelta työpaineella ja väliaineen syöttöä kammioon ohjataan venttiilivälineiden avulla mekaanisesti tai sähköisesti. Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti hydraulikone käsittää tilavuusvirran kompensointia varten apumännät, joiden liikettä käytetään hyväksi sulkemaan ja avaamaan 10 paineakun ja tilavuuden välinen yhteys. Tällöin apumännät toimivat mainittuina venttiilivälineinä. Toiminta perustuu siihen, että väliaineen syöttö paineakusta on tahdistettavissa apumännän liikkeeseen. Apu-mäntä voi toimia myös pelkkänä liikkuvana venttiilivälineiden luistina.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti apumäntiä 15 käytetään myös imupuolen tilavuusvirran vaihtelujen pienentämiseen.

Nämä vaihtelut riippuvat vastaavalla tavalla kiertokulmasta, koska samoja työmäntiä käytetään imemään kokoonpuristettava paineväli-aine. Tällöin samalla pienennetään paineenvaihteluja, jotka aiheuttavat kavitaatiota ja koneen kulumista sekä vaihteluista aiheutuvia rakentei-20 den resonansseja ja melua.

Kompensoinnin eli apumäntien järjestämiseksi samanaikaisesti sekä imupuolelle että painepuolelle vaaditaan jopa kaksinkertainen määrä mäntiä. Apumäntäparin kanssa toimii tällöin toinen ristikkäinen, vastak-kaisvaiheinen apumäntäpari. Tällöin niiden sijoittelu koneeseen ja val-25 mistus vaikeutuu huomattavasti, mikä johtaa suurempiin ja raskaampiin laitteisiin. Ongelman poistamiseksi esitellään uusi mäntärakenne imuja painepuolen tilavuusvirran vaihtelujen kompensointiin. Kompensointi-männän huomattava etuna on tilansäästö, painonsäätö ja integroitu rakenne. Periaatteena on kahden syrjäytyskammion muodostaminen sa-30 maan apumäntään, jolloin mäntä liikkuu sylinteritilavuudessa muodostaen samalla kaksi erillistä kammiota, jotka toimivat vastakkaisissa vaiheissa.

Väliaineen syöttöä ja lähtöpuolen kompensointia yhdessä käyttäen saavutetaan huomattavan tasainen tilavuusvirta. Kokoonpuristuksella 5 110960 voidaan kompensoidusta tilavuusvirrasta poistaa jäljellejäänyttä sykin-tää. Tulo- ja lähtöpuolen kompensoinnilla saavutetaan melutasoltaan alhaisempi hydraulikone.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin erään edullisen suori-5 tusmuodon avulla samalla viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää tunnetun tekniikan mukaista 2-mäntäpumppua, joka käsittää kaksi kompensointimäntää, kuviot 2a—2d esittävät kuvion 1 kompensointimäntien toimintaa tilavuusvirran tasoittamiseksi, 10 kuvio 3 esittää erään edullisen suoritusmuodon mukaista 2- mäntäpumppua, joka käsittää kaksi kompensointimäntää, kuvio 4 esittää kaaviona 2-mäntäpumpun tilavuusvirran vaihtelua ja sykintää, joka aiheutuu kokoonpuristumi-15 sesta, kuvio 5 esittää edullisen suoritusmuodon mukaista 2- mäntäpumppua, joka käsittää kytkennän sykinnän poistoa varten, ja kuvio 6 esittää erään vaihtoehtoisen edullisen suoritusmuodon 20 kuvion 5 mukaiselle kytkennälle.

Kuviossa 1 on yksinkertaistettu esitys sinänsä tunnetusta hydrauli-koneesta M, joka syrjäytysperiaatteelia toimii pumppuna ja joka käsittää kaksi lisämäntää tilavuusvirran kompensointia varten. Pumppu on 2-mäntäinen radiaalimäntäpumppu, jota käytetään akselin 1 välityksellä.

25 Akselille 1 on sovitettu epäkesko 2, jota pitkin mäntä 3 liukuu. Pumpun runkoon B on sovitettu kaksi syrjäytyskammiota 4 sylinterien 5 avulla, jossa sylinterissä 5 mäntä 3 liikkuu tiivistetysti edestakaisin. Kammio 4 on yhteydessä imupuolelle T nestemäisen paineväliaineen imemiseksi alipaineen vaikutuksesta kammioon 4, joka laajenee männän 3 liikkeen ; 30 ansiosta. Imemisen aikana imuventtiili 6 on avoinna ja paineventtiili 7 6 110960 on sulkeutuneena. Männän 3 alakuolokohdassa imeminen vaihtuu kokoonpuristamiseksi, jolloin nesteen paine kohoaa oleellisesti työpaineeseen ja se syötetään painepuolelle P. Syötön aikana imuventtiili 6 on sulkeutuneena ja paineventtiili 7 on avoinna. Työpaineen ja paine-5 puolen P paineen maksimia voidaan säätää esimerkiksi paineensäätö-venttiilillä 8, kuten paineenrajoitusventtiilillä. Myös muu painepuolelle P kytketty kuorma voi määrätä työpaineen.

Männän 3 yläkuolokohdassa syöttö vaihtuu jälleen imemiseksi. Akselia I pyöritetään esimerkiksi sähkömoottorilla, jolloin pumppu toimii jaksoi-10 lisesti, sinimuotoisesti. Vastakkaiset männät 3 on järjestetty toimimaan vastakkaisessa vaiheessa, jolloin toisen imiessä toinen syöttää nestettä. Kuvion 1 epäkesko 2 on järjestetty siten, että kukin mäntä 3 suorittaa akselin 1 kierroksen aikana yhden imun ja syötön.

Kuviossa 1 on esitetty myös tunnetun tekniikan mukaiset kaksi 15 syrjäytyskammiota 9, joka on muodostettu sylinterillä 10, jossa mäntä II liikkuu tiivistetysti edestakaisin. Mäntää 11 ohjataan akselille 1 sovitetun nokan 12 välityksellä, jota pitkin männän 11 laakerointi 13 liukuu. Nokka 12 on järjestetty liikuttamaan mäntää 11 edestakaisin kaksi kertaa akselin yhden kierroksen kuluessa. Männän 11 syrjäyt- 20 tämä tilavuus on noin 21 % männän 3 syrjäyttämästä tilavuudesta tilavuusvirran Q tasoittamiseksi. Vastaavasti 4-mäntäpumpulla tilavuus on vain noin 4 %, jolloin männät 11 suorittavat neljä iskua kierroksen aikana. Apukammio 9 on tahdistettu vastaanottamaan työkammiosta 4 painepuolelle P syötettävää tilavuusvirtaa kanavoinnin 28 kautta, kun 25 työkammioiden 4 yhteinen syöttö on keskimääräistä tai valittua tasoa suurempi. Apukammio 9 on tahdistettu luovuttamaan tilavuusvirtaa apukammiosta 9 takaisin painepuolelle P, kun työkammioiden 4 yhteinen syöttö on keskimääräistä tai valittua tasoa pienempi. Nokan 12 profiilin muodolla voidaan toimintaa ajoittaa mekaanisesti ja ohjata männän 30 11 liikettä tilavuusvirran ohjaamiseksi. Kaksi vastakkaista apumäntää * 11 liikkuvat samaan tahtiin.

Kuviossa 2a on kaaviona esitetty tarkemmin kahden työmännän 3 iskuliike h akselin 1 kiertokulman φ funktiona, jolloin φ=2π vastaa yhtä kierrosta. Kuviossa 2b on esitetty työmäntien 3 yhdessä painepuolelle ; 35 P tuottaman tilavuusvirran Q vaihtelu kiertokulman φ funktiona, josta 7 110960 nähdään tilavuusvirran olevan keskimääräistä QM suurempaa välillä <Pi—cp2 ja pienempää välillä φ2—φ3 sekä φ0—cpi. Sama toistuu puolen kierroksen välein. Apumännät 11 vastaanottavat painepuolelta P välillä Φι—Φ2 ylimääräisen, vinoviivoituksella merkityn tilavuusvirran ja luovut-5 tavat sen painepuolelle P sitten seuraavilla väleillä <p2—cp3 ja φ0—Φτ. Kuviossa 2c on esitetty apumäntien 11 asema kiertokulman cp funktiona. Kuviossa 2d on esitetty apumäntien 11 iskuliike h akselin 1 kiertokulman φ funktiona, joka iskuliike aikaansaadaan ja tahdistetaan muotoillun nokan 12 avulla.

10 Kun hydraulikone toimii moottorina, tulopuolen T kompensointikytkentä toteutetaan kuten kuvion 3 kanavointi 27a ja 27b, mutta kanavointi 27 kytketään kuvion 3 kammioon 9a tai kuvion 1 kammioon 9. Selvää on, että kanaviin voidaan sijoittaa ohjausventtiileitä, kuten sulkuventtiileitä ja vastaventtiileitä, jolloin toiminta ei riipu imuventtiilistä 6 tai kanavien 15 sijoituksesta, ja joita ohjataan sähköisesti. Kompensointi on voitava kytkeä pois toiminnasta erityisesti silloin, kun tulopuoli T toimii pumpun imupuolena.

Pumpun tulopuolen T kytkentä tilavuusvirran tasoittamiseksi on esitetty yksinkertaistettuna kuviossa 3, jolloin on sovellettu kaksikammioista 20 apumäntää 11. Apumäntien 11 toiminta on kuvioiden 2a—2d mukainen. Vaihtoehtoisesti kukin apumäntä 11 huolehtii erikseen joko lähtöpuolen tai tulopuolen kompensoinnista, jolloin seuraavassa selityksessä vain toinen kammioista 9a, 9b on käytössä. Hydraulikoneeseen on muodostettu samalle iskulle ainakin kaksi erillistä syrjäytyskammiota 9a ja 9b.

* 4. ·.

25 Esimerkissä varsiosalla ja mäntäosalla varustettu mäntä 11 liikkuu sylinterissä 10, johon on muodostettu kammio, jossa varsiosa tiivistetysti liikkuu. Varsiosaan kiinnitetty mäntäosa jakaa kammion kahteen syrjäytyskammioon, jolloin kammion 9a laajentuessa imennän aikana kammio 9b pienenee syötön aikana, ja päinvastoin. Voidaan myös aja-30 telia, että mäntä 11 käsittää useita mäntäosia, jotka on sovitettu liikkumaan samanaikaisesti kahdessa tai useammassa, toisistaan erotetuissa kammiossa. Imupuoli T voidaan kompensoida apumäntäparilla, jota kuvioon 1 viitaten ohjataan samalla akselilla 1 ja samalla nokalla 12, joka on poikkileikkaukseltaan oleellisesti ovaalin muotoinen. Toiset , 35 apumännät ovat tällöin pyörimissuuntaan 90° kulmassa apumäntiin 11 8 110960 nähden, jolloin vaihe on vastakkainen. Nokan 12 ohjatessa apumännät 11 neljään iskuun kierroksen aikana, on toiset apumännät sijoitettava 45° kulmaan, jolloin nokka 12 on oleellisesti neliö, jonka kulmat on voimakkaasti pyöristetty ja sivut ovat koverat. Kammioksi 9b on 5 järjestettävissä myös hydraulikoneen M kampikammio. Tällöin saavutetaan se etu, että kammion 9a ja kampikammion tilavuuden muutos ovat yhtäsuuria, jolloin kammioiden 9a, 9b ohjaamat tilavuusvirratkin ovat yhtäsuuria.

Kuvioon 3 viitaten kammio 9b on kanavoinnin 27 kautta yhteydessä 10 imupuolelle T. Yhdellä männällä 11 ja kammiolla 9b voidaan ohjata ainakin kahta erivaiheista mäntää 3, jolloin kanavoinnit 27a ja 27b johdetaan tulopuolelle ennen imuventtiileitä 6. Tällöin kokoonpuristavan männän 3 painevaikutuksesta toinen imuventtiili 6 on sulkeutuneena, ja toinen on avautuneena imuvaiheen seurauksena, jolloin kammion 9b 15 luovuttama tilavuusvirta ohjataan imevälle männälle 3 kuvion 2b mukaisesti välillä <p1—cp2. Imuvaihetta kuvaa laskeva käyrä 3 kuviossa 2a ja tilavuusvirran Q muutos imupuolella T on esitetty kuviossa 2b. Männän 11 liike on kuviossa 2c, jolloin mäntä 3 saa lisätilavuusvirtaa tasaisemmin käyrän QM mukaisesti. Paineenmuutokset vähenevät ja 20 erityisesti vältetään kavitaation syntyä, jolloin paine ei pääse alenemaan höyrystymispaineeseen. Kun imetty tilavuusvirta on keskimääräistä Qm pienempää välillä cpo—q>i, φ2—q>3, imee mäntä 11 myös tilavuusvirtaa kammioon 9b, josta se sitten luovutetaan välillä φή—φ2. Toiminta on siten päinvastaista verrattuna painepuolen kompensointiin.

25 Kuviossa 4 on tarkemmin esitetty kiertokulman φ funktiona syötettävän nesteen tilavuusvirrassa Q esiintyvä sykintä S, joka johtuu paineetto-man nesteen kokoonpuristumisesta aiheutuvasta viiveestä. Neste puristuu ensin kasaan, joten työmäntä 3 ei pysty tänä aikana tuottamaan tilavuusvirtaa vaikka onkin iskuliikkeessä. Kiertokulma φΝ, 30 jona aikana sykintä esiintyy, riippuu mm. kokoonpuristettavan nesteen kokonaistilavuudesta, paineesta, itse nesteestä ja sen kokoonpuristuvuudesta sekä lämpötilasta. Kuviossa 4 on myös esitetty keskimääräinen tilavuusvirta QM, joka oleellisesti vastaa kuviossa 1 esitetyllä laitteistolla aikaansaatua kompensoitua lähtöpuolen P tilavuusvirtaa Q.

35 Kokoonpuristuvuudesta aiheutuva vaihtelu vaikuttaa erityisesti tässä laitteessa. Kierrosnopeuden ollessa 1500 rpm (r/min), niin sykintä esiin 9 110960 tyy taajuudella 50 Hz. Jaksottaisesti toistuvassa tilavuusvirrassa 360Q (φ = 2π) vastaa akselin yhtä kierrosta ja syrjäytyselimen eli työmännän yhtä edestakaista liikettä. Kuviossa on esitetty myös apumännän liike h.

Kuviossa 5 on esitetty keksinnön eräs edullinen suoritusmuoto sovellet-5 tuna kuvion 1 mukaisen laitteiston yhteydessä. Toiminta ja viitenumerot kuviossa 1 ja 5 vastaavat toisiaan. Painepuolelle P on kuristimen 21 kautta yhteydessä paineakku 22. Paineakun 22 tehtävänä on yhteyden 23 kautta ottaa vastaan painepuolelta P paineenalaista, työpaineista nestettä ja varastoida se( kunnes sitä tarvitaan uudelleen. Kyseinen 10 akku voi olla esimerkiksi paino-, jousi- tai kaasukuormitettu akku, jolloin se voi olla mäntä-, rakko- tai kalvoakku. Akku on yhteyksien 23 ja 24 muodostaman kanavan kautta yhteydessä kammioon 4.

Kanavassa on myös venttiili 25, esimerkiksi vastaventtiili, nesteen takaisinvirtauksen akkuun 22 estämiseksi. Pienen tilavuusvirran 15 tarpeen takia kuristin 21 voi olla erittäin ahdas, jolloin kokoonpuristava tilavuusvirta otetaan akusta eikä painepuolelta P. Erityisenä etuna on, että näin ei aiheuteta sykintää painepuolelle P ja voidaan käyttää järjestelmän omaa tilavuusvirtaa ja painetta. Nestettä siirtyy akusta 22, kun kammion 4 paine on akun 22 painetta alhaisempi kokoonpurista-20 mistä ennen. Männän 3 sijasta työpaineinen neste ja akun 22 painevai-kutus puristaa kasaan kammiossa 4 olevaa imupaineista nestettä hyvin nopeasti, jolloin männän 3 tehtäväksi jää nesteen syöttäminen paine-puolelle P paineventtiilin 7 kautta. Samanaikaisesti kokoonpuristumisen ja paineen nousun kanssa yhteys imupuolelle T on suljettu. Kokoon-25 puristuva tilavuus kompensoidaan siten akun 22 tilavuuden muutoksella ja nesteen syötön avulla.

Kanavoinnissa 23 ja 24 voi tapahtua painehäviöitä, joten männän 3 on niiden kompensoimiseksi puristettava nestettä kasaan sen nostamiseksi työpaineeseen. Akun 22 nesteen osallistuessa työhön on tarvittava 30 paineennousu kuitenkin huomattavasti pienempi, jolloin sykintä ja kier-tokulma cpN ovat huomattavasti tunnettua tekniikkaa pienempiä. Akusta 22 syötettävä tilavuusvirta on myös huomattavan pientä ja lyhytaikaista. Imuvaiheen aikana kanavointi on suljettuna, jotta tarvittavaa nestettä ei oteta akusta 22 häiriten painepuolta P, ja jotta voitaisiin käyttää pieniko-35 koista paineakkua. Kuristimen 21 aiheuttaman painehäviön avulla ak- 10 110960 kua 22 voidaan jatkuvasti ladata painepuolelta P, mutta samalla estetään työkammioon 4 menevän nesteen ottaminen akun 22 sijasta painepuolelta P.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti kanavointia 23 5 ja 24 sulkee ja avaa tahdistetusti apumäntä 11. Kuten kuvioista 2a—2d nähdään, männän 11 avulla voidaan ohjata ainakin kahta työmäntää 3, jotka ovat vastakkaisessa vaiheessa. Kuviossa 5 alempi työmäntä 3 on alakuolokohdassaan, jolloin myös lyhytaikainen syöttö tapahtuu. Tyypillisesti syöttöaika on oleellisesti kiertokulmaan φΝ kuluvaa aikaa lyhyem-10 pi. Syöttöä ohjataan apumäntään 11 muodostettujen ohjausreunojen avulla.

Ohjausreunat sulkevat tai avaavat tulokanavaa 23 ja lähtökanavaa 24, jotka eivät ole yhteydessä apukammioon 9. Mäntä 11 ja sylinteri 10 on muotoiltu sopivimmin siten, että tiivistetyssä tilavuudessa 26 olevan 15 työpaineisen nesteen painevaikutus kompensoituu, eikä vaikuta männän 11 liikettä vastustavana voimana. Samalla estetään nestepaineen muutokset, erityisesti paineen alentuminen. Tilavuus 26 ja ohjausreunat voidaan muodostaa esimerkiksi mäntään 11 ja/tai sylinteriin 10 tehtyjen rengasmaisten sorvausten avulla. Tässä yhteydessä voidaan soveltaa 20 sinänsä tunnettua ja liikkuvilla luisteillä varustettujen suuntaventtiilien yhteydestä käytettyä tekniikkaa. Tarkempi soveltaminen on esitetyn perusteella ammattimiehelle sinänsä selvää, joten tarkempi selostaminen ei ole tarpeen.

Esillä olevassa keksinnössä mäntä 11 muodostaa luistimaisen ja 25 ohjausreunat käsittävän rakenteen paineväliaineen kulun sallimiseksi ja kuristamiseksi. Näin muodostetaan hyvin yksinkertainen, kevyt, integroitu ja kompakti rakenne, jossa yhdistyy useita toimintoja. Nesteen syöttöä kammioon 4 ohjataan mitoittamalla ja sovittamalla ohjausreunat siten, että se tapahtuu männän 11 ollessa tietyssä asennossa tai asen-30 noissa. Samoin sulkeutuminen ajoitetaan vastaavalla tavalla. Ajoituksen muuttaminen tehdään mäntä 11 vaihtamalla.

Syöttö tapahtuu männän 11 molemmissa liikesuunnissa, joten voidaan ohjata ainakin kahta erivaiheista työsylinteriä. Kuvion 5 mukaisesti mäntä 11 ohjaa kahta kammiota 4, mutta nesteen pääsyä kammioon m 11 110960 ohjataan yhteyden 24 suuaukon 24c sijainnin avulla. Tällöin mäntä 3 avaa ja sulkee suuaukkoa 24c, joka on avattuna männän 3 alakuolokohdassa, jolloin vastakkainen mäntä 3 on yläkuolokohdassa sulkien suuaukon 24c. Vastaventtiilit voidaan sijoittaa myös kanavaan 5 24a ja/tai 24b. Kukin mäntä 11 voi myös ohjata yhtä tai useampia kammioita 4 tai yhteen mäntään 11 voidaan sijoittaa erikseen useita ohjausreunoja eri kammioihin 4 johtavia kanavia varten. Toinen mäntä 11 voidaan myös järjestää kuvion 3 mukaiseksi, jolloin vaimennukseen ja kompensointeihin tarvitaan vain kaksi apumäntää. Erittäin kompakti 10 mäntärakenne saadaan, kun ohjaava mäntä 11 on kuvion 3 mukainen, jolloin mäntäosaan muodostetaan vastaavat ohjausreunat ja tilavuus 26. Tällöin on mäntäosan riittävästä pituudesta kanavien 23 ja 24 pitämiseksi suljettuina. Selvää on, että kanaviin voidaan sijoittaa ohjaus-venttiileitä, kuten sulkuventtiileitä, joiden avulla kompensointi voidaan 15 myös kytkeä pois toiminnasta.

Kuvioon 6 viitaten ajoituksen ohjaamiseksi monipuolisemmin ja tarvittaessa ohjelmoidusti käytetään männän 11 sijasta ohjattuja venttiilivälineitä V, esimerkiksi sähköohjattua luistilla varustettua suuntaventtiiliä tai patruunaventtiileitä. Ohjausta voidaan siten muuttaa 20 riippuen työpaineesta, pyörimisnopeudesta, nesteestä, lämpötilasta tai muusta halutusta parametrista, jolloin koneen toimintaa voidaan optimoida huomattavan laajasti. Tarvittava ohjausjärjestelmä CTR käsittää esimerkiksi muistivälineillä ja keskusyksiköllä varustetun, ohjainohjelman alaisuudessa toimivan tietokoneen tai ohjauslogiikan, 25 joka ohjaa venttiilivälineitä sähköisten asetussignaalien avulla. Venttiilit : voivat käsittää myös ohjauskortin, johon ohjausjärjestelmä on yhteydessä, ja joka tarkemmin ohjaa venttiilin toimintaa. Ohjausjärjestelmä CTR voi olla yhteydessä anturivälineisiin, kuten paine-, kierrosluku-, lämpötila- ja asentoantureihin, hydraulikoneen tilan selvit-30 tämiseksi. Tallennettujen säätöparametrien ja laskentaohjelman sisältämän säätöalgoritmin mukaisesti ohjausjärjestelmä CTR päättää tarvittavan ohjauksen. Algoritmilla toteutetaan haluttu optimointi, ajoitus, ohjaus tai muuta säätö.

Keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyyn suoritusmuotoon, 35 vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Esimerkiksi paineväliaineena voivat toimia vesi, vesiperustaiset 12 110960 emulsiot ja nesteet, mineraaliöljy- ja kasviöljypohjaiset hydraulinesteet ja synteettiset öljyt, joiden kokoonpuristuvuus vaihtelee. Kanavointeihin liittyvien vastaventtiilien tyyppi, sijainti ja määrä voivat vaihdella. Kanavoinnit muodostetaan sopivimmin koneen runkoon. Keksintöä voidaan 5 soveltaa eri periaatteilla toimivissa hydraulikoneissa, jotka soveltuvat toimimaan pumppuna ja/tai moottorina. Esimerkissä runko voi pyöriä kiinteän akselin ympäri. Mekaanisena ratkaisuna keksintö soveltuu erityisesti radiaalikoneisiin, mutta periaatetta voidaan soveltaa myös aksiaalikoneissa. Kytkentä voidaan toteuttaa erillään tai sopivimmin 10 integroituna hydraulikoneeseen. Paineakkua voidaan ladata myös erillisestä painelähteestä mutta yksinkertaisimmin painepuolelta.

I > «

Claims (12)

13 110960

1. Kytkentä hydraulikoneen tilavuusvirran vaihtelun tasaamiseksi, joka hydraulikone (M) käsittää ainakin yhden jaksoliisesti toimivan syrjäytys- <9 kammion (4), ja joka on järjestetty paineväliaineen imemiseksi sisään 5 tähän syrjäytyskammioon (4) hydraulikoneen imupuolelta (T), syrjäytys-kammioon (4) imetyn paineväliaineen kokoonpuristamiseksi työpaineeseen, ja kokoonpuristetun paineväliaineen syöttämiseksi ulos syrjäytys-kammiosta (4) hydraulikoneen painepuolelle (P), tunnettu siitä, että kytkentä on kokoonpuristamisen aiheuttaman vaihtelun vaimentamisek-10 si järjestetty syöttämään kammioon (4) paineista paineväliainetta tähän syrjäytyskammioon (4) imetyn paineväliaineen kokoonpuristamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että paineinen paineväliaine on järjestetty syötettäväksi syrjäytyskammioon (4) hetkellisesti, kun tähän syrjäytyskammioon (4) imetyn paineväliaineen 15 kokoonpuristamista ollaan aloittamassa hydraulikoneella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että se käsittää paineakun (22) paineisen paineväliaineen varastointia ja syöttöä varten, joka paineakku (22) on yhteydessä syrjäytyskammioon (4) ohjattavien venttiilivälineiden (V) välityksellä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että paineakku (22) on yhteydessä painepuolelle (P) paineen ylläpitämiseksi.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että hydraulikone (M) käsittää syrjäytyskammion (4) toimintaan tahdis- 25 tetun mäntärakenteen (11), joka on järjestetty ohjaamaan ja ajoittamaan paineisen paineväliaineen syöttöä syrjäytyskammioon (4).

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että hydraulikone (M) käsittää syrjäytyskammion (4) toimintaan tahdis- * tetun, painepuolelle (P) yhteydessä olevan ainakin yhden apusyrjäytys- 30 kammion (9, 9a), joka tilavuusvirran syötön tasaamiseksi on järjestetty vastaanottamaan osa painepuolelle (P) syötetystä paineväliaineesta ja syöttämään se takaisin painepuolelle (P) mäntärakenteen (11) avulla, 14 110960 joka mäntärakenne (11) on järjestetty ohjaamaan ja ajoittamaan paineisen paineväliaineen syöttöä syrjäytyskammioon (4).

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että mäntärakenne (11) on järjestetty sulkemaan ja avaamaan syrjäytys- 5 kammioon (4) johtavaa kanavointia (23, 24), joka on järjestetty paineistetun paineväliaineen syöttöä varten.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1—7 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että hydraulikone (M) käsittää syrjäytyskammion (4) toimintaan tahdistetun, imupuolelle (T) yhteydessä olevan ainakin yhden apusyrjäytys- 10 kammion (9b), joka imetyn tilavuusvirran tasaamiseksi on järjestetty yhdessä syrjäytyskammion (4) kanssa imemään imupuolen (T) paine-väliainetta, kun imetty tilavuusvirta (Q) on määrättyä tasoa pienempi, ja syöttämään se takaisin imupuolelle (T) mäntärakenteen (11) avulla, kun imetty tilavuusvirta (Q) on mainittua tasoa suurempi.

9. Menetelmä hydraulikoneen tilavuusvirran vaihtelun tasaamiseksi, joka hydraulikone (M) käsittää ainakin yhden jaksollisesti toimivan syrjäytyskammion (4), ja jossa menetelmässä paineväliainetta imetään sisään tähän syrjäytyskammioon (4) hydraulikoneen imupuolelta (T), syrjäytyskammioon (4) imettyä paineväliainetta kokoonpuristetaan työ- 20 paineeseen, ja kokoonpuristettua paineväliainetta syötetään ulos syr-jäytyskammiosta (4) hydraulikoneen painepuolelle (P), tunnettu siitä, että kokoonpuristamisen aiheuttaman vaihtelun vaimentamiseksi syötetään syrjäytyskammioon (4) paineista paineväliainetta tähän syrjäytyskammioon (4) imetyn paineväliaineen kokoonpuristamiseksi.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paineista paineväliainetta syötetään syrjäytyskammioon (4) hetkellisesti, kun tähän syrjäytyskammioon (4) imetyn paineväliaineen kokoonpu-ristamista ollaan aloittamassa hydraulikoneella.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 30 että hydraulikone (M) käsittää syrjäytyskammion (4) toimintaan tahdistetun mäntärakenteen (11), jolla ohjataan ja ajoitetaan paineisen paineväliaineen syöttöä syrjäytyskammioon (4). 15 110960

12. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hydraulikone (M) käsittää syrjäytyskammion (4) toimintaan tahdistetun, painepuolelle (P) yhteydessä olevan ainakin yhden apusyrjäytys-kammion (9), joka tilavuusvirran syötön tasaamiseksi on järjestetty vas- O 5 taanottamaan osa painepuolelle (P) syötetystä paineväliaineesta ja syöttämään se takaisin painepuolelle (P) mäntärakenteen (11) avulla, jolla mäntärakenteella (11) myös ohjataan ja ajoitetaan paineisen paineväliaineen syöttöä syrjäytyskammioon (4). 16 110960