NO156301B - Hydraulisk styresystem. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et hydraulisk styresystem for anvendelse ved en hydraulisk drivanordning med et bevegelig drivelement og åpninger som vekselvis funksjonerer som utløps- og innløpsåpning for å føre drivanordningens drivelement i motsatte retninger, omfattende en pumpe for tilførsel av væske til drivanordningen via en innstrømmingsventil som er styretrykkregulert ved alternerende tilførsel av hydraulisk væske til ventilen hvorfra væsken ledes gjennom den ene av to hydrauliske åpninger for styring av bevegelsesretningen for drivanordningens drivelement, en returledning for tilbakeføring av hydraulisk væske til et resevoar, samt styretrykkdrevne utstrømmingsventiler hvorav den ene står i forbindelse med drivanordningens ene åpning mens den andre er forbundet med den andre åpning og begge er anordnet mellom returledningen og de hydrauliske ledninger for styring av strømmen av hydraulisk væske mellom disse.

Et slikt system er kjent fra US-patentskrift 4.201.052.

Det ovennevnte patentskrift omhandler et ventilsystem som, kort beskrevet, omfatter et selvstendig styretrykkbetjent inn-strømnings-reguleringselement, et par belastningsminsknings-reguleringsventiler, et par selvstendig styrte, normalt stengte utstrømnings-reguleringselementer, et par belastningstrykkstyrte ventiler og et par antikavitasjonsventiler. Under innvirkning av innstrømnings-reguleringselementet ledes en væskestrøm til den ene eller annen av drivanordningskanalene. De normalt luk-

kete utstrømnings-reguleringselementer er tilknyttet hver av drivanordningskanalene, for å styre væskestrømmen fra den kanal som befinner seg rett overfor den drivanordningskanal hvortil

væsken ledes av innstrømnings-reguleringselementet. Utstrømnings-reguleringselementene fungerer som stillbare åpninger for leding av en tilmålt væskestrøm mellom angjeldende drivanordningskanal og en lavtrykksone, f.eks. en oljesump. Hvert av utstrømnings-reguleringselementene er anordnet i tilknytning til de belastningstrykkstyrte ventiler som påvirker utstrømnings-regulerings-elementene i avhengighet av belastningstrykket, for at disse elementer også skal kunne gi trykkavlastningsbeskyttelse. Antikavitasjonsventilene er tilknyttet hver av drivanordningskanalene og innrettet for å åpne den angjeldende kanal til tanken.

Ventilsystemet som forbindes direkte med drivanordningens kanalmanifold, tilføres væske gjennom en fullstrøms-høytrykkled-ning, et par styretrykkledninger og en belastningsavfølerledning. Ventilsystemets funksjon reguleres gjennom styreledninger fra

en manuelt betjent, hydraulisk fjernkontrollventil. I fravær av et kommandosignal fra den hydrauliske fjernkontroll, vil inn-strømnings-reguleringselementet innta en sentrert eller nøytral posisjon med både reguleringsventilene, utstrømnings-regulerings-elementene, de trykkstyrte ventiler og antikavitasjonsventilene i lukket stilling. I denne nøytralstilling vil ventilsystemet hindre ukontrollert senking av last og, ved forekommende overbelastning, forebygge væskestrømning fra høytrykk-væskekilden til drivanordningen, også i tilfelle av ledningsbrudd. Idet ventilsystemet er et belastningsavfølende system, blir pumpeytelsen avpasset i overensstemmelse med et som kreves av lasten. I et ikke-belastningsavfølende system kan derimot pumpeytelsen over-skride det som er nødvendig av hensyn til lasten, hvorved over-skuddskraften går tapt i form av varme.

Under visse omstendigheter kan det være umulig eller uønskelig å montere ventilsystemet direkte på en drivanordning. Slike situasjoner kan oppstå grunnet begrenset plass på drivanordningen, eller dersom det er ønskelig å begrense antallet tilførsels-og styreledninger, eksempelvis til den øverste seksjon av en utskyvbar bom, eller dersom det må anordnes en bremse mellom drivanordning og ventilsystem, slik det kreves i en innretning av vinsj type. Under slike omstendigheter monteres ventilsystemet på utstyret i avstand fra drivanordningen, og forbindes gjennom et par ledninger med drivanordningens kanalmanifold. I et av disse tilfeller kan det være ønskelig å innkople en konvensjonell utbalanseringsventil mellom den ene av drivanordningskanal-ledningene og ventilsystemet. Utbalanseringssventilen gir sikkerhet for kontrollert senking og fastholding av lasten ved drivanordnings-kanalmanifolden.

I en annen situasjon i forbindelse med en stabil belast-ning kan det være fordelaktig å innkople en styretrykkregulert reguleringsventil mellom drivanordningskanalen og ventilsystemet. En slik reguleringsventil muliggjør sikker fastholding av lasten, dvs. at belastningen holdes stabil ved nulldrift.

Videre vil det i mange tilfeller være nødvendig å kunne bringe et lineært hydraulisk sylinderaggregat i en flytestilling, eller en hydraulisk rotasjonsmotor i en frisving- eller friløp-stilling. I hvert av disse tilfeller vil tilbehøret ved enden av sylinderen, eller et svingdrev for en bom, tillates å løpe fritt til det stopper grunnet friksjonskrefter i systemet.

Ventilsystemet som er beskrevet i det ovennevnte patentskrift, er lite egnet for anvendelse i de tidligere omtalte, hydrauliske innretninger hvori det inngår utbalanserings-ventiler, styretrykkregulerte ventiler, bremser og frittløpende eller frittsvingende drivanordninger. Dette skyldes hovedsakelig at utstrømningsventilelementene normalt befinner seg i lukket stilling.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er følgelig

å frembringe et styresystem av ovennevnte type, som kan drives ved anvendelse av utbalanseringssventiler, styretrykkregulerte ventiler, bremser og frittløpende, eller frittsvingende drivanordninger .

Styresystemet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved

at i det minste den ene av utstrømningsventilene, som står i forbindelse med en av drivanordningens åpninger, er åpen når inn-strømningsventilen tilføres lavt styretrykk, og lukket når væske-strømmen fra pumpen tilføres drivanordningen.

Dersom det anvendes en utbalanseringsventil i tilknytning

til en åpning i drivanordningen, for kontrollert senking og fastholding av en last, er det innkoplet en enkelt, normalt åpen

utstrømningsventil mellom nevnte åpning i drivanordningen og returledningen. Dersom det er montert en utvendig bremse for fastholding av en last, er det likeledes innkoplet en enkelt, normalt åpen utstrømningsventil mellom drivanordningsåpningen og returledningen.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et skjematisk riss av det hydrauliske styresystem ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et skjematisk riss av et annet og modifisert, hydraulisk styresystem. Fig. 3 viser et skjematisk riss av et annet og modifisert, hydraulisk styresystem. Fig. 4 viser et skjematisk riss av et ytterlicjere og modifisert, hydraulisk styresystem. Fig. 5 viser et del-snitt av en utstrømningsventil som inngår i systemet.

Det er i fig. 1 vist et hydraulisk styresystem ifølge oppfinnelsen, som omfatter en drivanordning 20, i form av et lineært, hydraulisk sylinderaggregat, med en stempelstang 21 som beveges i motsatte retninger under styring av trykkvæske som leveres fra en pumpe 22 med variabel fortrengning, som er utstyrt med en belastningsavfølerkontroll av konvensjonell type. Videre omfatter det hydrauliske system en ikke vist manuelt betjenbar styreenhet, som leder et styretrykk til et ventilsystem 24 for styring av drivanordningens bevegelsesretning, som tidligere beskrevet. Væske fra pumpen 22 overføres gjennom en ledning 25

og en ledning 26 til en innstrømningsventil 27 som tjener for fremføring og styring av den hydrauliske væskestrøm til den ene eller annen ende av drivanordningen 20. Innstrømningsventilen 27 betjenes av en ikke vist styreenhet, ved overføring av styretrykk gjennom ledninger 28 og 29 samt 30 og 31 til de motsatte ender av ventilen, som omtalt ovenfor. Avhengig av ventilens innstilling vil det ledes hydraulisk trykkvæske gjennom ledninger 32 og 33 til den ene eller annen ende av drivanordningen 20.

Videre er det i det hydrauliske system innkoplet en i normalstilling åpen utstrømningsventil 34 og 35 i ledningene 32 og 33 mellom hver ende av drivanordningen og en returledning 36. Utstrømningsventilene regulerer væskestrømmen mellom drivanordningen og returledningen 36, som beskrevet i det etterfølgende.

Det hydrauliske system omfatter dessuten fjærbelastede tallerkenventiler 37 og 38 i ledningene 32 og 33, og fjærbelastede antikavitasjonsventiler 39 og 40 som er innrettet til å åpne ledningene 32 og 33 til returledningen 36.

Det fremgår således at samme styretrykk som er bestemmende for retningen for åpning av innstrømningsventilen og følgelig for drivanordningens bevegelsesretning, også tjener til lukking av den angjeldende utstrømningsventil, slik at væsken vil strømme inn i drivanordningen 20. Den motsatte utstrømningsventil som ikke påvirkes av styretrykket, er fortsatt åpen mot returledningen 36, hvorved væske fra den motsatte ende av drivanordningen kan strømme til tanken.

Det er tatt forholdsregler for avføling av det maksimale belastningstrykk i det enkelte av flere ventilsystemer 24 som styrer et antall drivanordninger, og overføring av det høyeste trykk til den belastningssensitive pumpe 22 med variabel fortrengning. Hvert ventilsystem omfatter en ledning 81 som er forbundet med en skyttelventil 80 som mottar belastningstrykk fra en tilgrensende drivanordning gjennom en ledning 79. Det høyeste av trykkene avføles av skyttelventilen som innstilles for over-føring av dette høyeste trykk til pumpen 22. Hvert ventilsystem i rekken innbefatter skyttelventiler 80 og 82 hvori belastningstrykket i systemet sammenlignes med belastningstrykket i et tilgrensende ventilsystem, for overføring av det høyeste trykk til det nærmest etterfølgende ventilsystem og endelig overføring av det aller høyeste belastningstrykk til pumpen 22.

Den enkeltvis anordnete innstrømningsventil 27 kan erstattes av to innstrømningsventiler.

Detaljene ved de øvrige elementer i den foretrukne utførel-sesform av det hydrauliske styresystem er nærmere beskrevet i ovennevnte US-patentskrift 4.201.052.

Ifølge oppfinnelsen er den ene av ventilene 34 og 35, eller begge, anordnet i form av en i normalstilling åpen utstrømnings-ventil istedenfor i normalstilling lukkete utstrømningsventiler som omtalt i US-patentskriftet. Dersom begge utstrømningsventiler er åpne i normalstillingen, som vist i fig. 1 og 2, blir ut-strømningsventilene tømt, som beskrevet nedenfor, gjennom ut-løpsledninger 47a eller 48a. Dersom bare den ene utstrømningsventil er åpen i normalstillingen, som vist i fig. 3 og 4, blir både utstrømningsventilen 35b og 35c og den normalt lukkete ut-strømningsventil 34b eller 34c tømt gjennom en felles utløpsled-ning 29a.

Som det fremgår av fig. 1, er begge utstrømningsventiler 34 og 35 åpne i normalstillingen, slik at drivanordningen kan beveges fritt, f.eks. i tilfelle av en svingende bom, når innstrømnings-ventilen befinner seg i nøytralstilling. Når det avgis et styresignal, for å bevege drivanordningen i den ene av retningene,

blir det imidlertid overført styretrykk gjennom ledningene 47

og 48, for å stenge den angjeldende utstrømningsventil.

Når det således overføres et styresignal til innstrømnings-ventilen, for å bevege drivanordningen i den ene av retningene, vil styresignalet bevirke stenging av den utstrømningsventil som står i forbindelse med den innløpsåpning i drivanordningen, hvorigjennom trykkvæsken skal fremføres. Når innstrømnings-ventilen tilbakeføres til nøytralstillingen, blir utstrømnings-ventilen tilbakeført til sin åpne normalstilling, og drivanordningen kan bringes i en flytestilling, dersom den består av et hydraulisk sylinderaggregat, eller i en frisving- eller friløpstilling, hvis det er tale om en hydraulisk rotasjonsmotor.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet i tilknytning til et innstrømningsventilsystem for styring av væskegjennomløp,

kan den også finne anvendelse i et innstrømningsventilsystem for trykkstyring, som vist i fig. 2. Innstrømningsventilsystemet ifølge fig. 2 er anordnet for overføring av et tilbakerettet trykk, gjennom en ledning 83, som motvirker styretrykket ved 31, og et tilbakerettet trykk, gjennom en ledning 84, som motvirker styretrykket som tilføres ved 30. Derved oppnås en jevnere stopp- og startbevegelse under håndtering av laster og en nøyaktig stillingsplassering av laster, som ikke vil kunne

oppnås ved innstrømningsreguleringssystemet for styring av væskegjennomløp.

Dersom systemet er i anvendelse i et miljø som krever inn-kopling av en utbalanseringsventil 85, som vist i fig. 3, mellom den ene åpning i drivanordningen og en utstrømningsventil 3 5b,

blir det anordnet bare én i normalstilling åpen utstrømningsventil 35b, og utstrømningsventilen 34b i tilknytning til den annen åpning i drivanordningen er lukket i normalstilling. Utbalanseringsventilen 85 kan derved kontrollere overlaster ved å begrense væskestrømmen gjennom ventilen. Når innstrømningsventilen påvirkes av et styresignal, for å heve drivanordningen, kan væsken strømme gjennom reguleringsventilen for utbalanseringsventilen 85, og til drivanordningen. Samtidig vil et styresignal gjennom en ledning 87 bevirke stenging av utstrømningsventilen 35b. Ut-strømningsventilen 34b fungerer på konvensjonell måte, for å tillate utstrømning gjennom den annen åpning i drivanordningen.

Dersom det anvendes en ytre bremse 88, som vist i fig. 4,

til kontroll av overlaster, er det likeledes anordnet bare én utstrømningsventil 35c som er åpen i normalstilling og forbundet med den ene kanal i den hydrauliske rotasjonsdrivanordning, mens en utstrømningsventil 34c som er lukket i normalstilling, er forbundet med den annen kanal. En ledning 8 9 løper fra bremsen 88 til den tilførselsledning som er forbundet med den annen kanal.

Hver av de i normalstilling åpne utstrømningsventiler 34,

35, 35b og 35c er av identisk konstruksjon, og for tydelighetens skyld er det i fig. 5 bare vist den ene ventil 35.

Utstrømningsventilen 35 omfatter differanseflateutboringer

60 og 72 som opptar en tallerkenventil 61 som er anbrakt mellom tilførselsledningen 32 og returledningen 36. Ventilen omfatter en ledning 62 med en åpning 62a, som forløper mellom tilførsels-ledningen 33 og et kammer 63 bakenfor ventilelementet. Ventilen 61 er utstyrt med én eller flere, innvendige kanaler 64 som forbinder kammeret 63 med returledningen 36. En ventilstamme 65

er innrettet for å stenge forbindelsen mellom kammeret 63 og kanalene 64, under påvirkning av et styretrykkstempel 66 som er anordnet mellom kamre 69 og 71. Når systemet er trykkløst,

vil ventilstammen 65 fastholdes i åpningsstilling og ventilen

61 tvinges elastisk mot lukkingsstilling ved hjelp av en fjær 67, som vist i fig. 5. Under drift vil imidlertid ventilen fungere som en i normalstilling åpen ventil, og i dette øyemed er åpningen 62a, styrken av fjæren 67 og ventilstemplets 66 differanseflate, dvs. forskjellen mellom trykkflaten i kanalen 60 og trykkflaten i ventilstemplet 66, slik valgt at et lite og relativt ubetydelig trykk i ledningen 33 vil bevirke at tallerkenventilen 61 åpnes for opprettelse av en strømningsbane mellom ledningen 33 og tankledningen 36. Gjennom en kanal 68 står kammeret 69 i forbindelse med styretrykkvæsken i styreledningen 28. Trykket i kammeret 69 virker mot den ene ende av stemplet 66. Kammeret 71 ved den annen ende av stemplet 66 tømmes gjennom en kanal 70 som, slik det tidligere er nevnt, står i forbindelse med den angjeldende utstrømningsledning 48a eller 29a, som vist i fig. 1-4.

Claims (4)

1. Hydraulisk styresystem for anvendelse ved en hydraulisk drivanordning (20) med et bevegelig drivelement og åpninger som vekselvis funksjonerer som utløps- og innløpsåpning for å føre drivanordningens (20) drivelement i motsatte retninger, omfattende en pumpe (22) for tilførsel av væske til drivanordningen (20) via en innstrømmingsventil (27) som er styretrykkregulert ved alternerende tilførsel av hydraulisk væske til ventilen hvorfra væsken ledes gjennom den ene av to hydrauliske åpninger for styring av bevegelsesretningen for drivanordningens (20) drivelement, en returledning (36) for tilbakeføring av hydraulisk væske til et resevoar, samt styretrykkdrevne utstrømmingsventiler (34, 35) hvorav den ene (34) står i forbindelse med drivanordningens (20) ene åpning mens den andre (35) er forbundet med den andre åpning og begge er anordnet mellom returledningen (36) og de hydrauliske ledninger for styring av strømmen av hydraulisk væske mellom disse, karakterisert ved at i det minste den ene av utstrømmingsventilene (34, 35), som står i forbindelse med en av drivanordningens (20) åpninger, er åpen når innstrømmingsventilen (27) tilføres lavt styretrykk, og lukket når væskestrømmen fra pumpen (22) tilføres drivanordningen (20).

2. Styresystem i samsvar med krav 1, karakteriser t ved at den normalt åpne utstrømmingeventil (34, 35) blir drevet av samme styretrykk som innstrømmingsventilen (27), slik at ved tilførsel av styretrykk til innstrømmingsventilen blir den utstrømmingsventil som er forbundet med den drivanordningsåpning som blir tilført hydraulisk væske lukket, mens den vender tilbake til sin normale åpning når det ikke lenger blir utøvet styretrykk .

3. Styresystem i samsvar med krav 1, karakterisert ved at begge utstrømmingsventiler (34, 35) normalt er åpne og styretrykkregulerte.

4. Styresystem i samsvar med krav 1, karakterisert ved at en i og for seg kjent utbalanseringsventil (85) er anordnet i ledningen mellom den normalt åpne ut-strømningsventil og den tilhørende åpning i drivanordningen, slik at utbalanseringsventilen regulerer overbelastning ved be-grensning av hydraulisk væske gjennom den normalt åpne ut-strømmingsventil (34, 35), idet utbalanseringsventilen omfatter en enveisventil hvorigjennom hydraulisk væske kan renne til drivanordningen (20) når innstrømmingsventilen (27) leder den hydrauliske væske til den drivanordningsåpning som den normalt åpne utstrømmingeventil er forbundet med, mens den andre ut-strømmingsventil normalt er lukket.