NL1000788C2

NL1000788C2 - Hydraulic motor

Info

Publication number: NL1000788C2
Application number: NL1000788A
Authority: NL
Inventors: Peter Augustinus Johann Achten
Original assignee: Innas Free Piston Bv
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1995-07-13
Publication date: 1997-01-14

Abstract

The hydraulic motor (1) is connected to a load (7). Oil to the motor is supplied by the free piston unit (2) via a NRV (16). The pressure (P1) is a function of load demand. Excess pressure charges the accumulator (19), whose capacity does not exceed the displacement of the free piston unit (2). At the end of the piston (11) power stroke, low pressure oil is supplied to the motor (1) via NRVs (15,16). The movement of the load (7) slows. At high loadings, oil is supplied by the accumulator (19) pending the next cycle of the free piston unit (2).

Description

Werkwijze voor het bewegen van een last met een hydraulische motor alsmede een inrichting voor het verrichten van arbeid met een hydraulische motor.Method for moving a load with a hydraulic motor as well as a device for performing work with a hydraulic motor.

5 De uitvinding betreft een werkwijze voor het bewegen van een last met een hydraulische motor door een werkaan-sluiting van de hydraulische motor via een leiding met een accumulator en een terugslagklep te verbinden met een pomp-cilinder en een daarin geplaatste pompzuiger een arbeids-10 slag te laten maken, waardoor een vloeistof uit een lage-druk systeem via een terugslagklep in de pompcilinder stroomt en vandaar naar de hydraulische motor stroomt, welke pompzuiger verbonden is met de zuiger van een vrije-zuiger aggregaat waarin brandstof wordt omgezet in energie.The invention relates to a method for moving a load with a hydraulic motor by connecting a working connection of the hydraulic motor via a pipe with an accumulator and a non-return valve to a pump cylinder and a pump piston placed therein. stroke, whereby a liquid from a low-pressure system flows through a check valve into the pump cylinder and from there flows to the hydraulic motor, which pump piston is connected to the piston of a free-piston unit in which fuel is converted into energy.

15 Een dergelijke werkwijze is bekend, ondermeer uit EP 0254353, waarin de in figuur 1 getoonde hydromotor 1 een last kan bewegen en waarbij de pompzuiger 10 wordt bewogen door de zuiger 7, die onderdeel is van het vrije-zuiger aggregaat .Such a method is known, inter alia from EP 0254353, in which the hydraulic motor 1 shown in figure 1 can move a load and wherein the pump piston 10 is moved by the piston 7, which is part of the free-piston unit.

20 De bekende werkwijze heeft als nadeel dat deze niet snel kan reageren op belastingswisselingen, omdat bij een wisselende belasting allereerst de groot uitgevoerde accumulator, die bedoeld is om de fluctuaties in de opbrengst te egaliseren, op de voor die belasting benodigde druk moet 25 worden gebracht. Met name bij mobile werktuigen waarbij het dynamisch gedrag van de aandrijving van belang is voor het goed functioneren geeft dit niet acceptabele vertragingen.The known method has the drawback that it cannot respond quickly to load fluctuations, because with a varying load the large-scale accumulator, which is intended to equalize the fluctuations in the yield, must first of all be brought to the pressure required for that load. . This gives unacceptable delays, especially for mobile implements where the dynamic behavior of the drive is important for proper functioning.

Ten einde dit nadeel te vermijden is de vloeistof die gedurende het bewegen van de last naar de werkaansluiting 30 stroomt uitsluitend afkomstig is uit de pompcilinder en het 1000788 o £.In order to avoid this drawback, the liquid flowing to the working port 30 during the movement of the load is exclusively from the pump cylinder and 1000788.

lagedruk systeem en is het volume dat uit de accumulator kan stromen kleiner dan het slagvolume van de pompzuiger.low pressure system and the volume that can flow out of the accumulator is smaller than the stroke volume of the pump piston.

Hierdoor wordt bereikt dat de last in beweging wordt gebracht door de door het vrije-zuiger aggregaat in de 5 vloeistof afgegeven drukpuls. In de werkaansluiting ontstaat na afloop van de drukpuls door de bewegende last een onderdruk waardoor naast de door de pompzuiger verplaatste vloeistof aanvullende vloeistof uit het lagedruk systeem wordt aangezogen. De hoeveelheid na de drukpuls aangezogen 10 vloeistof is direct afhankelijk van de belasting van de hydraulische motor. Hierdoor reageert de beweging van de hydraulische motor direct op de belasting en is onafhankelijk van in een regelsysteem in te stellen drukniveaus.This ensures that the load is set in motion by the pressure pulse delivered by the free-piston unit in the liquid. After the pressure pulse has elapsed, a negative pressure is created in the working connection as a result of which the moving load displaces additional liquid from the low-pressure system in addition to the liquid displaced by the pump piston. The amount of liquid drawn in after the pressure pulse is directly dependent on the load on the hydraulic motor. As a result, the movement of the hydraulic motor responds directly to the load and is independent of pressure levels that can be set in a control system.

Tevens betreft de uitvinding een inrichting voor het 15 verrichten van arbeid omvattende een hydraulische motor met een werkaansluiting die een last in een beweging kan brengen, een drukbron voor periodieke toevoer van vloeistof van hoge druk, welke drukbron verbonden is met de werkaansluiting welke tevens via een terugslagklep verbonden is met 20 een lagedruk systeem.The invention also relates to a device for performing work, comprising a hydraulic motor with a working connection that can move a load, a pressure source for periodic supply of high-pressure liquid, which pressure source is connected to the working connection which is also connected via a check valve is connected to a low pressure system.

Dergelijke inrichtingen zijn bekend voor kleine hydraulische cilinders, waarbij de drukbron een elektrisch gestuurde klep kan zijn die in een leiding geplaatst is tussen een drukaccumulator, die gevoed wordt door een pomp, 25 en de hydraulische motor, welke klep met een instelbare frequentie geopend en gesloten kan worden. Deze frequentie moet hoog zijn opdat de drukwisselingen slechts merkbaar zijn in de olie en bij de in beweging te brengen massa niet merkbaar is.Such devices are known for small hydraulic cylinders, where the pressure source can be an electrically controlled valve placed in a line between a pressure accumulator fed by a pump and the hydraulic motor, which valve is opened and closed with an adjustable frequency can become. This frequency must be high so that the pressure changes are only noticeable in the oil and not noticeable at the mass to be moved.

30 Dit betekent dat er alleen kleine kleppen gebruikt kunnen worden omdat anders de vereiste frequentie niet gehaald wordt. De kleine kleppen zijn alleen geschikt voor j 1 0007 88 3 het doorlaten van kleine hoeveelheden olie omdat anders de stromingsverliezen te groot worden. De bekende toepassingen beperken zich dan ook tot kleine hydraulische cilinders met kleine cilinderbewegingen. Het nadeel van deze inrichtingen 5 is dat de klep, die niet te klein mag zijn uitgevoerd ten einde de stromingsverliezen te beperken, zeer kostbaar is. Ook zijn de pomp en de daar bij behorende drukaccumulatoren duur.This means that only small valves can be used, otherwise the required frequency will not be achieved. The small valves are only suitable for the passage of small amounts of oil, otherwise the flow losses become too great. The known applications are therefore limited to small hydraulic cylinders with small cylinder movements. The drawback of these devices 5 is that the valve, which must not be too small in order to limit the flow losses, is very expensive. The pump and the associated pressure accumulators are also expensive.

De uitvinding beoogt deze nadelen weg te nemen en 10 daartoe is de drukbron uitgevoerd als een pompzuiger die door een zuiger van een vrije-zuiger aggregaat wordt aangedreven en die beweegt in een pompcilinder die via een terugslagklep verbonden is met de werkaansluiting.The object of the invention is to obviate these drawbacks and for this purpose the pressure source is designed as a pump piston which is driven by a piston of a free-piston unit and which moves in a pump cylinder which is connected to the working connection via a non-return valve.

Een dergelijk aggregaat kan met een hoge frequentie 15 druk leveren en het is niet noodzakelijk om grote drukaccumulatoren toe te passen ten einde te bereiken dat de beweging zonder schokken of trillen kan plaats vinden.Such an aggregate can deliver pressure at a high frequency and it is not necessary to use large pressure accumulators in order for the movement to take place without shock or vibration.

De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld met behulp van een tekening die de 20 volgende figuren omvat.The invention is explained below with reference to an exemplary embodiment, with the aid of a drawing comprising the following figures.

Figuur 1 toont een schematische voorstelling van de combinatie van een hydraulische motor en een vrije-zuiger aggregaat.Figure 1 shows a schematic of the combination of a hydraulic motor and a free-piston unit.

Figuur 2 en 3 tonen een grafische weergave van het 25 drukverloop in een werkaansluiting van de hydraulische motor tijdens het verplaatsen van een last, waarbij de last in figuur 3 hoger is dan in figuur 2.Figures 2 and 3 show a graphical representation of the pressure development in a working connection of the hydraulic motor during the displacement of a load, the load in figure 3 being higher than in figure 2.

Een hydraulische motor 1 is uitgevoerd als een cilinder 3 waarin een zuiger 4 geplaatst is. De zuiger 4 is met 30 een zuigerstang 6 verbonden met een gewicht 7 dat door middel van een koord een belasting G op de zuigerstang 6 uit- 1 00 0 7 88 4 oefent. De zuiger 4 beweegt in de cilinder 3 als er olie toegevoerd wordt bij een werkaansluiting 5.A hydraulic motor 1 is designed as a cylinder 3 in which a piston 4 is placed. The piston 4 is connected to a piston rod 6 with a weight 7 which exerts a load G on the piston rod 6 by means of a cord. The piston 4 moves in the cylinder 3 when oil is supplied at a working connection 5.

Een druksensor 8 kan een druk Pi van de olie meten, die in de cilinder 3 ontstaat tengevolge van de belasting G 5 en de massa krachten die het gevolg zijn van het vertragen of versnellen van de in beweging gebrachte massa's, zoals ondermeer de massa van het gewicht 7, de massa van de zui-gerstang 6 en de massa van de zuiger 4. Tengevolge van de belasting G bij stilstaande massa's heeft de werkaanslui-10 ting 5 een druk Pst.A pressure sensor 8 can measure a pressure Pi of the oil, which arises in the cylinder 3 as a result of the load G 5 and the mass forces resulting from the deceleration or acceleration of the masses which have been moved, such as, inter alia, the mass of the weight 7, the mass of the piston rod 6 and the mass of the piston 4. Due to the load G at stationary masses, the working connection 5 has a pressure Pst.

Een bewegingssensor 9 meet een verplaatsing x van de zuigerstang 6 en daarmee de verplaatsing van de in beweging gebrachte massa's. Met behulp van de gemeten verplaatsing kunnen de massakrachten berekend worden.A motion sensor 9 measures a displacement x of the piston rod 6 and thus the displacement of the masses that have been moved. The mass forces can be calculated using the measured displacement.

15 Een vrije-zuiger aggregaat 2 heeft een bewegende zui ger 10 die op bekende wijze heen en weer kan bewegen, waarbij tijdens een arbeidsslag chemische energie wordt toegevoerd door het inspuiten van brandstof met een brandstofin-jectie 13, welke chemische energie wordt omgezet in mecha-20 nische energie die afgenomen wordt via een aan de zuiger 10 bevestigde pompzuiger 11. Deze pompzuiger 11 kan in een pompcilinder 12 bewegen, waardoor in de pompcilinder 12 een wisselend volume ontstaat. De pompcilinder 12 is via een terugslagklep 15 aan de zuigzijde verbonden met een lage-25 druk systeem 14 en via een terugslagklep 16 aan de perszijde verbonden met de werkaansluiting 5. Het lagedruk systeem 14 kan ondermeer opgebouwd zijn uit een drukaccumulator 17 en een olievat 18, en levert onder een druk P0 staande vloeistof aan aan de pompcilinder 12.A free-piston unit 2 has a moving piston 10 which can move back and forth in a known manner, chemical energy being supplied during a work stroke by injecting fuel with a fuel injection 13, which chemical energy is converted into mecha -20 energy which is taken off via a pump piston 11 attached to the piston 10. This pump piston 11 can move in a pump cylinder 12, whereby a varying volume is created in the pump cylinder 12. The pump cylinder 12 is connected via a non-return valve 15 on the suction side to a low-pressure system 14 and via a non-return valve 16 on the discharge side, connected to the working connection 5. The low-pressure system 14 may be composed, inter alia, of a pressure accumulator 17 and an oil vessel 18 , and supplies pressurized liquid P0 to the pump cylinder 12.

30 In de leiding naar de werkaansluiting 5 is een drukac cumulator 19 geplaatst met een beweegbare zuiger 20 waarop aan de van de vloeistof afgekeerde zijde een gasdruk Pm 1000788 5 staat. Het volume dat in deze accumulator kan worden opgeslagen is klein en is bij voorkeur maximaal het slagvolume van de pompzuiger 11.A pressure accumulator 19 with a movable piston 20 on which the gas pressure Pm 1000788 5 is located on the side remote from the liquid is placed in the conduit to the working connection 5. The volume that can be stored in this accumulator is small and is preferably at most the stroke volume of the pump piston 11.

Het vrije-zuiger aggregaat 2 wordt via een verbinding 5 22 bestuurd door een besturingssysteem 21, waarbij het be sturingssysteem 21 via verbindingen 23 in verbinding staat met sensoren zoals ondermeer de druksensor 8 en de ver-plaatsingssensor 9.The free-piston unit 2 is controlled via a connection 5 22 by a control system 21, the control system 21 being connected via connections 23 to sensors such as the pressure sensor 8 and the displacement sensor 9, among others.

In figuur 2 is het drukverloop ter plaatse van de wer-10 kaansluiting 5 getoond, zoals deze optreedt tijdens het bewegen van het gewicht 7.Figure 2 shows the pressure profile at the working connection 5, as it occurs during movement of the weight 7.

Gedurende een periode a beweegt de pompzuiger 11 en verdringt de olie in de pompcilinder 12, die daardoor naar de werkaansluiting 5 wordt geperst. Hierdoor wordt de olie 15 gecomprimeerd en de druk zal stijgen. Hierdoor zullen de zuiger 4 en de daarmee verbonden massa's gaan bewegen. Aan het einde van de periode a komt de pompzuiger 11 tot stilstand en eindigt de toevoer van energie aan de olie.During a period a the pump piston 11 moves and the oil displaces in the pump cylinder 12, which is thereby forced to the working connection 5. This compresses the oil and the pressure will rise. This will cause the piston 4 and the associated masses to move. At the end of period a, the pump piston 11 comes to a stop and the supply of energy to the oil ends.

Gedurende een periode b is de zuiger 4 nog steeds in 20 beweging en onder invloed van de belasting G vertraagd deze beweging. Tijdens deze periode b wordt door de zuiger 4 olie aangezogen via de terugslagkleppen 15 en 16 uit het lagedruk systeem 14.During a period b, the piston 4 is still moving and under the influence of the load G this movement slows down. During this period b oil is sucked in by the piston 4 via the check valves 15 and 16 from the low-pressure system 14.

Nadat de zuiger 4 tot stilstand is gekomen kan een in-25 stelbare wachtperiode c beginnen. De lengte van deze periode wordt vastgesteld in de besturing 21 aan de hand van de gewenste beweging van het gewicht 7 en kan ook nul zijn. Gedurende deze periode is de druk in de werkaansluiting 5 gelijk aan Pst omdat de zuiger en de massa's dan stilstaan 30 en wordt door het vrije-zuiger aggregaat 2 geen vermogen afgegeven. Indien de inrichting zo efficiënt mogelijk moet 1 0 0 0 7 88 6 worden gebruikt, wordt de periode c zo kort mcgelijk gehouden, zodat de verplaatsing zo groot mogelijk is bij een bepaalde belasting G.After the piston 4 has come to a stop, an adjustable waiting period c can begin. The length of this period is determined in the controller 21 on the basis of the desired movement of the weight 7 and can also be zero. During this period, the pressure in the working connection 5 is equal to Pst because the piston and the masses are then stationary and no power is delivered by the free-piston unit 2. If the device is to be used as efficiently as possible 1 0 0 0 7 88 6, the period c is kept as short as possible, so that the displacement is as large as possible at a certain load G.

Tijdens de slag van de pompzuiger 11 bereikt de druk 5 in de werkaansluiting 5 een piekwaarde Pw, welke waarde ondermeer bepaald wordt door de in beweging te brengen massa' s en de belasting G.During the stroke of the pump piston 11, the pressure 5 in the working connection 5 reaches a peak value Pw, which value is determined inter alia by the masses to be moved and the load G.

In figuur 3 is een met figuur 2 overeenkomende grafiek getoond, waarbij de druk Pst beduidend hoger is, bijvoor-10 beeld door een hogere belasting G. Door de hogere druk Pst zou tijdens de pompslag van de pompzuiger 11 de druk hoger kunnen worden dan Pm en dit is niet toelaatbaar omdat het oliesysteem dit niet kan verdragen. Teneinde deze piek af te vlakken is de accumulator 19 aangesloten op de leiding, 15 waardoor gedurende de tijd dat de druk hoger dan de toelaatbare waarde zou kunnen worden in de accumulator 19 een klein volume olie wordt opgeslagen. Nadat de pompzuiger 11 tot stilstand komt stroomt de accumulator 19 leeg, waarbij de last 7 nog steeds versneld wordt. Nadat de accumulator 20 19 leeg is daalt de druk tot P0 door de voortgaande bewe ging van de zuiger 4. Nadat de zuiger 4 tot stilstand is gekomen stijgt de druk Pi weer tot Pst.Figure 3 shows a graph corresponding to figure 2, in which the pressure Pst is significantly higher, for instance due to a higher load G. Due to the higher pressure Pst, during the pump stroke of the pump piston 11, the pressure could become higher than Pm and this is not permissible because the oil system cannot tolerate it. In order to level this peak, the accumulator 19 is connected to the line, whereby a small volume of oil is stored in the accumulator 19 during the time that the pressure could exceed the allowable value. After the pump piston 11 comes to a stop, the accumulator 19 empties, the load 7 still being accelerated. After the accumulator 19 19 is empty, the pressure drops to P0 due to the continuing movement of the piston 4. After the piston 4 has come to a stop, the pressure Pi rises again to Pst.

In het besturingssysteem 21 wordt aan de hand van de met de druksensor 8 en de bewegingssensor 9 gemeten waarden 25 berekend wat het door het bewegen van de last 7 opgenomen vermogen is, en dit vermogen wordt omgerekend naar de hoeveelheid in het vrije-zuiger aggregaat 2 om te zetten hoeveelheid brandstof.In the control system 21, on the basis of the values measured with the pressure sensor 8 and the motion sensor 9, the power absorbed by the movement of the load 7 is calculated, and this power is converted into the amount in the free-piston unit 2 amount of fuel to convert.

In het geval dat tijdens de beweging van de last 7 de 30 belasting G snel wijzigt, doordat bijvoorbeeld bij een graafmachine de laadschop tijdens het bewegen tegen een steen stoot of juist omgekeerd de last verliest, dan wordt J 0 007ê% i 7 het door het vrije-zuiger aggregaat 2 af te geven vermogen onmiddellijk aangepast.In the event that the load G changes rapidly during the movement of the load 7, for example, in the case of an excavator, the loader shovel hits a stone during movement or, conversely, loses the load, then J 0 007ê% i 7 it is free-piston unit 2 power to be delivered immediately adjusted.

Teneinde de inrichting voldoende flexibel te maken om sterke fluctuaties in de belasting G op te vangen, kan het 5 noodzakelijk zijn om twee of meer vrije-zuiger aggregaten toe te passen, zodat in het geval dat door te sterke belas-tingswisseling een misslag in het ene vrije-zuiger aggregaat 2 optreedt de verdere beweging wordt uitgevoerd door een ander vrije-zuiger aggregaat en de last 7 dus in bewe-10 ging blijft terwijl het eerste aggregaat weer bedrijfsge-reed gemaakt wordt.In order to make the device sufficiently flexible to absorb strong fluctuations in the load G, it may be necessary to use two or more free-piston aggregates, so that in the event that due to excessive load change, a failure in the one free-piston unit 2 occurs, the further movement is carried out by another free-piston unit and the load 7 thus remains in motion while the first unit is made ready for operation again.

Zoals duidelijk mag zijn maakt de besturing 21 van de inrichting deel uit van een groter besturingssysteem en kunnen de hydraulische motor 1 en het vrije-zuiger aggre-15 gaat 2 tijdens bedrijf door middel van niet getoonde kleppen verbonden worden met andere delen van een werktuig, dat verschillende functies kan hebben. De hydraulische motor wordt bijvoorbeeld tevens aangestuurd met een niet getoonde bedieningsklep om in de omgekeerde richting te kunnen bewe-20 gen. Ook zijn in het systeem drukbeveiligingskleppen opgenomen die er voor zorgen dat te hoge drukken niet optreden en dat dan olie wordt afgevoerd naar het lage druk systeem. Een drukbeveiligingsklep ter plaatse van werkaansluiting 5 staat daarbij bijvoorbeeld hoger dan Pm afgesteld.As may be clear, the control 21 of the device is part of a larger control system and the hydraulic motor 1 and the free piston aggre-15 goes 2 can be connected to other parts of a tool during operation by means of valves (not shown), that can have different functions. For example, the hydraulic motor is also controlled with a control valve (not shown) to be able to move in the reverse direction. The system also includes pressure relief valves that ensure that pressures that are too high do not occur and that oil is then discharged to the low pressure system. A pressure relief valve at work connection 5 is, for example, set higher than Pm.

10007881000788

Claims

Method for moving a load (7) with a hydraulic motor (1) through a working connection (5) of the hydraulic motor (1) via a pipe with an accumulator (19) and a non-return valve (16) connected to a pump cylinder (12) and a pump piston (11) placed therein to move a displacement, through which a liquid from a low-pressure system (14) flows through a check valve (15) into the pump cylinder (12) and from there to the hydraulic Motor (1) flows, which pump piston (11) is connected to the piston (10) of a free-piston unit (2) in which fuel is converted into energy, characterized in that the liquid which flows during the movement of the load ( 7) flows to the working connection (5) comes exclusively from the pump cylinder (12) and the low-pressure system (14) and that the volume that can flow in and out of the accumulator (19) is less than the displacement of the pump piston ( 11).

Method according to claim 1, in which the operating stroke is started by a control system (21), characterized in that the control system (21) starts the free-piston unit (2) when the load (7) comes to a standstill has come.

3. Method according to claim 1 or 2, wherein the working stroke is started by a control system (21), characterized in that the control system (21), on the basis of the movement of the load (7) and the liquid pressure (P: ) determines the quantity of fuel to be supplied at the work connection (5).

4. Apparatus for performing work comprising a hydraulic motor (1) with a working connection (5) capable of moving a load (7) in a movement (x), a 1000788 pressure source (2) for periodic supply of liquid of high pressure (Ρχ) which pressure source (2) is connected to the working connection (5) which working connection (5) is also connected via a non-return valve (15; 16) to a low-pressure system 5 (14), characterized in that the pressure source (2) comprises a pump piston (11) which is driven by a piston (10) of a free-piston unit (2) and which moves with a displacement in a pump cylinder (12) connected via a non-return valve (16) with the working connection (5).

Device according to claim 4, characterized in that a motion sensor (9) is placed such that the movement (x) of the load (7) can be detected.

Device according to claim 5, characterized in that a pressure sensor (8) communicates with the pressure line at the working connection (5).

Device according to claim 4, 5 or 6, wherein the working connection (5) is connected to an accumulator (19), characterized in that the volume that can flow in and out of the accumulator (19) is less than the stroke volume of the 20 pump piston (11). 1000788