HU180152B - Hidraulic apparatus for controlling energy flow - Google Patents

Description

A hidraulikus energiaátvitel során azonban gyakran találkozni olyan feladattal, amikor a működés közben a nyomás és térfogatáram értéke között állandó és meghatározott összefüggést kell biztosítani, vagyis ahol a két fő paraméter nem változhat egymástól függetlenül. Ezeknek a feladatoknak a megoldására a hagyományos hidraulikus irányitó készülékek önmagukban nem voltak alkalmasak, csupán bonyolult egyéb irányítástechnikai készülékkel kombinálva.

Ilyen esettel találkozunk például a teleszkópos emelők, illetve teleszkópos munkahengerek üzemeltetésekor, amikor azokat állandó terhelés mellett egyenletes sebességgel kell üzemeltetni. A telszkópos munkahengereknél a löket mentén változik a henger átmérője, amint az az 1. ábrából látható és ezzel együtt változik a nyomás és a térfogatáram is a hengerátmérőtől függő célfüggvény szerint. Ezen feladat megoldására jelenleg két megoldás is lehetséges. Az egyik, amely a 2. ábrából látható, ahol mindegyik 1 hengertagba 2 fojtó van beépítve. A másik megoldás szerint, amely aj, as 4. ábrából látható zárt szabályzó vagy vezérlőkört hoznak létre. Az első esetben a feladatot csak közelítőleg lehet megoldani, a 2 fojtók beépítése bonyolult.

A második esetben a feladat maradéktalanul teljesíthető, de a rendszer igen bonyolult és költséges.

A 3* ábra szerinti megoldásnál 11 munkahenger sebességét 17 görgő és J tachométer segítségével érzékelik. Az igy kapott vili amos jelből, valamint 4 alapjelből különbséget képezve egy 5 szabályzóval egy 6 szervomotort működtetnek. Ez viszont egy hagyományos hidraulikus 12 irányltókészülék állitóegysége. A 4. ábrán egy érzékelővel, azaz 2J nyomás táv adóval a nyomást mérik és villamos jellé alakítják át. Ezt 24 vezérlőegységbe vezetik, amelynek utasítására 2J szervomotor valamilyen hagyományos 12 áramirányitót a mindenkori szükséges értékre állít be.

Gyakori feladat például, hogy különböző anyagokat /textil, papír, müanyagfóllá, gumlheved.er, stb./ úgy kell fel-, illetve attekercselni, hogy a tekercselés folyamán az anyagban csupáh meghatározott huzófeszültség ébredhet és az anyag sebességének egyenletesnek kell maradnia az áttekercselési idő alatt függetlenül a tekercs változó átmérőjétől. Ezt az ismert megoldások zárt szabályzórendszer segítségével igyekeznek megoldani_f ahol a haladási sebességet, a feszítőerőt vagy a tekercsátmér ót érzékelve és feldolgozva egy hagyományos hidraulikus irányitókészüléket állítanak folyamatosan.

Az 5. ábrán feltüntetett esetben 31 tekercset J2 hidraulikus motor hajtja, amely az energiát állítható geometriai munkát ér fogatú 33 szivattyútól kapja. A 33 szivattyú állítását 34 munkahénger végzi analóg működtetésű elektrohidraulikus 35 lrányitókészülék segítségével. A készülék a vezérlőjelet 36 érzékelőtől kapja 37 alapjellel együtt erősítőn keresztül. A rendszerben a tolattyu helyzetétől függő visszacsatolás is található.

• A 6. ábra szerinti megoldásnál a 31 tekercset szintén 32 hidromotor hajtja. A 33 szivattyú is önszabályozott rendszerű. A beavatkozás villamosán működtetett 44 nyomás irányítóval történik. Egy 45 érzékelő a tekercs átmérőjét méri és ez kerül összehasonlításra a 46 alanjelképzŐ jelével, ami felerősítve az elektromágnesen keresztül állítja a készüléket.

A mezőgazdaságban, valamint útépítésnél és útkarbantartásnál gyakori feladat, hogy adott területre egyenletesen kell

-2180152 anyagot kiszórni. Például a téli sószórás vagy mezőgazdaságban műtrágya szórás, stb. A szóróberendezés általában valamilyen mobil gépre, gépkocsira, traktorra, vontatóra van rászerelve· A technológia megkívánja, hogy a jármű változó haladási sebessége ellenére a szóráskép adott területen szóráskor egyenletes legyen és a mindenkori követelményeknek megfelelően a kiszórt mennyiség beállítható legyen. Hagyományos irányltókészülékkel ez a feladat szintén nem valósítható meg. Ezért ezen feladat ellátására le zárt szabályzó rendszert alkalmaznak. Ilyet ismertet a 7. ábra. A jármű 51 belsőégésű motorjával 52 hajtóművön keresztül mind a jármű 55 kerekét, mind pedig 54 szivattyút hajtanak meg. 55 szórómüvet. 56 hidraulikus motor hajtja, amely energiáját 57 irányító készüléken keresztül az 54 szivattyútól kapja. Az 57 irányító készüléken adott haladási sebességnél a szórás is beállítható 60 alapjelképző segítségével. Ha a jármű sebessége változik a készüléket át kell állítani. Ezt az átállítást 5Ö szervomotor végzi 59 taohogenerátor és az alapjel különbségéből formált jel alapján.

A felsoroltakon kívül azonban számos hasonló feladat van, amelyeket azonban mind ez ideig csak a már példaként is felhozott bonyolult zárt szabályzórendszerekkel tudtak megvalósítani. A bonyolult zárt szabályzórendszer viszont az egész berendezést költségessé és gazdaságtalanná teszi és igy sok esetben kérdésessé válik az alkalmazhatósága.

A találmány oélja a felsorolt hiányosságok kiküszöbölése és olyan hidraulikus irányltókészülék létesítése, amely a bevezetőben említett típusa feladatokat képes megoldani bonyolult zárt szabályzórendszer alkalmazása nélkül. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy a fenti óéinak eleget tehetünk, ha a hidraulikai két fő paraméter, azaz a nyomás és a térfogatáram között megfelelő kapcsolatot teremtünk, azaz folyamatosan mérjük az egyik jellemző paramétert és a másikat folyamatosan úgy változtatjuk, ahogy azt a két paramétert összekapcsoló célfüggvény megkívánja.

A találmány tehát hidraulikus irányltókészülék, amelynek háza, a házban elrendezett rugóval megtámasztott toíattyuja, valamint a házba a tolattya előtti térbe torkolló bevezetocsonkja, továbbá elvezetőcsonkja van. A találmány lényege, hogy a ház falán vagy magán a tolattyun a tolattyu elmozdulásával αχ ányosan nyíló vagy záródó, a feladat szerinti célfüggvény alapján méretezett kiömlőnyilása vagy kiömlőnyllásai vannak.

Bizonyos esetekben célszerű lehet ha a tolattyu csőként van kialakítva és a feladat szerinti célfüggvény alapján méretezett kiömlőnyilás a tolattyu falán van kialakítva,

A találmány szerint célszerű lehet ha a csőként kialakított tolattyunak zárt homlokoldala van, és azon mérőperemként kialakított fojtás van.

A találmány szerinti irányitókészüléknél a tolattya a rendszerben uralkodó nyomás vagy nyomás különbség, illetve térfogatáram hatására a mérőperemen kialakult nyomásesés hatására rugó ellenében elmozdul és nyitja az elmozdulás függvényében a célfüggvény alapján méretezett kiömlőnyilást. Például a célfüggvény A= P/f/p,2/x/. Tehát a A keresztmetszet az x elmozdulásnak és a feladat által meghatározott f /p,Q/ célfüggvénynek a függv énye *

A találmány szerinti irányltókészülék igen egyszerű felépítésű és alkalmazása esetén külön villamos vagy egyéb sza

-3180152 bályzókörre ninoa szükség.

A találmányt részletesen kiviteli példák kapósán, a rajzok alapján ismertetjük.

Az 1. ábra a hagyományos teleszkópos emelő elvi vázlata, míg a 2. ábra a teleszkópos emelő egyik Ismert vezérlési módjának elvi rajza.

A J. és 4. ábrák a teleszkópos emelő vezérlésére. Illetve szabályozására szolgáló két ismert vezérlő- vagy szabályzókor elvi kapcsolási rajza.

Az 5· és 6. ábrák tekercselő berendezés szabályzására, illetve vezérlésére szolgáló zárt szabályzórendszer két példájának sematikus rajza.

A 7. ábra egy járműre szerelt szóróberendezés zárt szabályzórendszerének sematikus kapcsolási rajza.

A 8. ábra a találmány szerinti hidraulikus irányitó készüléknek teleszkópemelő vezérlésére szolgáló kiviteli példája részben metszve.

A 9. ábra a találmány szerinti hidraulikus irányitó készülék egy tekercselő berendezés szabályzására szolgáló kiviteli példája.

A 10. ábra a találmány szerinti hidraulikus irányitó készülék áramállandósltóként működő kiviteli példája, mig a 11. ábra a találmány szerinti hidraulikus irányító készülék nyomáshatárolóként működő kiviteli példája.

A 8, ábrán látható hidraulikus irányitó készülék 82 házból áll, amelyben 81 tolattyu van elrendezve. A tolattyu a ház zárt oldala felé 83 rugóval van megtámasztva. A 82 ház homlokoldalához 84 beömlőcsonk csatlakozik, míg oldalához 86 kiömlőcsonk. A ház belső oldalfalán a tolattyu mozgásirányában a kiviteli példánál három egymás utáni olyan kiömlönyilás van kialakítva, amelyek a 82 ház belső tere és a 86 kiömlőoeonk között biztosítanak kapcsolatot. A kiviteli példa szerinti irányitókészülék egy három tagból álló teleszkópos emelőhöz van rendelve és ezert benne három darab 85 kiömlönyilás van.

Természetesen egy teleszkópos emelőhöz két irányitókészülék tartozik. Az emelést vezérlő irányitókészülék 84 beömlőcsonkja a hidraulikus áramforráshoz, mig 86 klömlőcsonk^a a hidraulikus emelőre van kapcsolva. A sülyesztést vezérló hidraulikus irányitókészülék 84 beömlőcsonkja a teleszkópos emelőre és 86 kiömlőcsonkja egy fol^adéktartályhoz van kapcsolva.

Feltételezve, hogy a 8. ábrán látható irányitókészülék a háromrészes teleszkópos emelő süllyesztését vezérli, annak működése a következő. A teleszkópemelőből a folyadék a 84 beömlőcsonkon keresztül áramlik az irányitókészülékbe. A beáramló folyadék nyomása attól függ, hogy milyen az éppen mozgó teleszkóp emelőtag átmérője. A különböző nyomások hatására a tolattyu különböző helyzeteket vesz fel, melyet például szaggatott vonallal jelöltünk. Mivel a teleszkópos munkahenger esetén diszkrét nyomás és térfogatáram értékek vannak, ezért a tolattyu helyzete is diszkrét. Minden helyzethez más-más átömíőkeresztmetszet, azaz más-más számú nyitott 85 kiömlönyilás tartozik, amely

-4180152 összefüggéssel jellemezhető, a tolattyu helyzete pedig az

P,í

X, · —i.--1 o összefüggéssel, ahol

A| egy adott diszkrét helyzethez tartozó keresztmetszet, í¹! nyomás a hengerben az i-edik tag esetén Ot a térfogatáram értéke P^ nyomásnál ^X1 a tolattyu helyzete P^ nyomásnál f a tolattyu felülete o rugóállandó k az áramlásra jellemző állandó,

A hidraulikus irányító készülék 9· ábra szerinti kiviteli példája tekercselőgép vezérlésére szolgál. Maga az lrányitókészülék hasonló felépítésű, mint a 8. ábra szerinti, azaz 82 házból áll, amelyben 83 rugóval megtámasztott 81 tolattyu foglal helyet. A házhoz elől 84 beömlooaonk és oldalt 86 kiömlőcsonk csatlakozik. Az eltérés abban van, hogy itt egyetlen 85 kiömlőnyllás van,amelynek egyik mérete, amint az ábrából látható folyamatosan csökkenő, majd ismét folyamatosan növekvő. A keresztmetszet ebben az esetben a tekercs minimális és maximális átmérőjétől, a tekercselés sebességétől, a megengedett húzóerőtől, a hajtóegység /motor, hajtómű/ geometriai méretétől, valamint a készülék geometriai méretétől függ. A 9· ábra szerinti hidraulikus irányitókészülék 84 beömlocsonkja hidraulikus áramforráshoz, mig 86 kiömlőcsonkja a tekercselőgép hidraulikus hajtóművéhez van csatlakoztatva.

A 10. ábrán a találmány szerinti hidraulikus lrányitókészülék áramállandósltóként működő kiviteli példája látható. Ez a készülék is 82 házból áll, amelyben cső alakú 81 tolattyu van elrendezve. A 82 háznak azonban a fenekéről kiinduló hengeres a csőszerű 81 tolattyu belső átmérőjének megfelelő 87 csapja van. Ennél a kiviteli példánál a célfüggvény alapján méretezett 85 klömlőnyilás magán a csőszerű 81 tolattyu falán van kialakítva. A tolattyu kerületén körbefutú 89 horony van. amely biztosítja a kaposolatot a 85 kiömlőnyllás és 86 kiömlocsonk között. A tolattyu ez esetben is 83 rugóval van megtámasztva. Ennél a kiviteli példánál a 85 kiömlőnyllás keresztmetszet változása az alábbi összefüggéssel irható le,

A

VT ahol

A a fojtókeresztmetszet

K a készülékre jellemző konstans x a tolattyu elmozdulása.

Ebben az esetben a 85 kiömlőrés nyitása vagy zárása úgy történik, hogy a nyomás hatására a 81 tolattyu 83 rugó ellenében elmozdul és a 82 ház 87 csapja a fedés mértékében zárja a nyílást. _{t z}

A 11. ábra szerinti kiviteli példa nyomás határolására alkalmas. Itt a 82 házban ugyancsak cső alakú 81 tolattyu van_A amelynek azonban homlokoldala zárt, és azon mérőperemként működő 88 fojtónyilás van kialakítva. A 88 mérőperem a térfogat

-5180152 áramot mén éa nyomás Jellé alakítja át. A 83 rugóra megtámasztott 81 tolattyura tehát az a nyomás hat, ami a mérőperemen létrejön.

A 85 klömlőnylláa ebben az esetben is a 81 tolattyun van kialakítva, mig a 86 kiömlőosonkhoz osatlakozó gyűrű, alakú 89 horony a ház belső falán van kialakítva. A keresztmetszet változását most összefüggés írja le, ahol a K-p ^2 állandók.

A fentiek alapján látható tehát.,hogy a találmány szerinti hidraulikus lrányitókészüléknek két típusa különböztethető meg, attól függően, hogy melyik a mért paraméter.

Az egyik típus a nyomásvezérelt hidraulikus lrányitókészür lék, ahol a rendszer nyomását érzékeljük adott helyen a rendszerben.

A másik típus az áramvezérelt hidraulikus irányi tókészülék, amelynél mindenkor a térfogatáramot érzékeljük.

A beavatkozás minden esetben az érzékelt paramétertől eltérő másik paraméternél történik.

A 12. ábrán a találmány szerinti hidraulikus irányitókészül éknek mobil szóróberendezés esetén történő alkalmazását szemlélteti a rendszer sematikus rajzával. Itt a 95 hidraulikus lrányitókészülék az áramvezérelt típusba tartozik. Ebben az esetben a növekvő jármüsebess éggel arányosan változó 91 szivattyú - szállítását érzékeljük 92 mérőperemmel éa ennek segítségével változtatjuk a 93 hidraulikus lrányitókészülék tolattyujának helyzetét. Ennek arányában változik a korábbiakban már részletesebben ismertetett klömlőnyilás. A kiömlőnyilás keresztmetszete úgy van kialakítva, hogy növekvő jármüsebességnél a hidromotor fordulatszáma is növekedjen olyan mértékben, amilyen mértékben azt az egyenletes szórás la megkívánja.

A találmány szerinti hidraulikus lrányitókészülék, amint a példákból látható igen egyszerű kialakítású éa önmaga megoldja azokat a feladatokat, amelyeket eddig csak bonyolult zárt szabályzórendszerekkel lehetett megvalósítani. Sokoldalú használhatóságát bizonyltja, hogy a felsorolt példákon kívül felhasználható biztonsági szelepként kötélerő vagy sebesség állandó értéken tartásával csörlőzésnél, önszabályzott hidraulikus energiaátalakltó vezérlőelemeként /például teljesítmény fordulatszám szabályzott szivattyú kialakításához/. Felhasználható továbbá hidromotor vagy munkahenger fordulata zárnának illetve sebességének vezérlésere, amennyiben annak a terheléstől függően kell változni. Az egyes feladatok meghatározzák azt a célfüggvényt, amelynek a kiömlő keresztmetszet változásának eleget kell tennie.

Claims (3)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Hidraulikus lrányitókészülék energiafolyam utjának szabályozására, amelynek háza, & házban elrendezett rugóval megtámasztott tolattyuja, valamint a házba tolattyu előtti téíbe torkolló bevezetőoaonkja, továbbá elvezetőoaonkja van. azzal jellemezve, hogy a ház /82/ falán vagy magán a tolattyun /81/ a tolattyu elmozdulási útjába eső klömlőnyilása vagy nyílásai /85/ vannak.
2. 2. Az 1. Igénypont szerinti hidraulikus irányítókészülék kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a tolattyu /81/ csőként van kialakítva és a kiömlőnyiláe /85/ a tolattyu falán van kialakítva.
3. 3. A 2. igénypont szerinti hidraulikus irányító készülék kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a csőként kialakított tolattyunak zárt homlokoldala ven és azon mérőperemként kialakított fojtás /87/ van.