PL231619B1 - Zawór hydrauliczny sterujący do samoczynnej zmiany szybkości ruchu siłownika - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zawór hydrauliczny sterujący do samoczynnej zmiany szybkości ruchu siłownika dwustronnego działania z jednostronnym tłoczyskiem.

W typowych rozwiązaniach sterowanie ruchem tłoczyska siłownika oparte jest na zastosowaniu rozdzielacza czterodrogowego i zasilaniu pompą stałej wydajności. Tłoczysko siłownika porusza się ruchem jednostajnym zarówno podczas ruchu dosuwowego, kiedy to rozwijana siła jest nieznaczna, jak również w momencie napotkania na opór, kiedy siłownik może rozwinąć swoją pełną siłę, a układ rozwija swoją maksymalną moc.

Znane jest też rozwiązanie, gdzie zastosowana została pompa zmiennej wydajności z regulatorem stałej mocy. Rozwiązanie polega na wykorzystaniu właściwości regulatora wydajności p ompy, który nastawia jej wydajność jednostkową w zależności od panującego w układzie ciśnienia, zależnego od obciążenia siłownika siłą roboczą w taki sposób, że iloczyn ciśnienia i wydajności jest wartością stałą (w przybliżeniu). Oznacza to, że przy braku obciążenia siłownik będzie wykonywał ruch z maksymalną możliwą szybkością, wynikającą z maksymalnej wydajności pompy. W sytuacji wzrostu ciśnienia (wzrostu oporu na tłoczysku siłownika) jego szybkość wysuwu będzie odpowiednio się zmniejszać aż do wartości wynikającej z maksymalnego ciśnienia nastawionego dla pompy (lub innego elementu układu).

W innym znanym rozwiązaniu zastosowany został dodatkowy rozdzielacz, który po zasterowaniu (ręcznie lub elektrycznie) łączy stronę tłoczyskową i tłokową siłownika przy jego ruchu wysuwnym, co pozwala na odpowiednie przyspieszenie jego ruchu. W tym stanie maksymalna siła rozwijana przez siłownik jest proporcjonalnie mniejsza do maksymalnej możliwej jej wartości dla stanu, kiedy obydwie komory siłownika są rozłączone. Wadą rozwiązania jest konieczność nadzorowania ciśnienia w systemie hydraulicznym, aby we właściwym momencie przełączać system do pracy w stanie podstawowym. Z tego względu dla automatycznego przełączania dodatkowym rozdzielaczem konieczny jest system pomiaru lub sygnalizacji poziomu ciśnienia w układzie oraz układ sterowania elektrycznego, który odpowiednio do wartości ciśnienia zrealizuje przełączanie dodatkowego rozdzielacza.

Znane jest także rozwiązanie realizujące sposób zwiększania szybkości wysuwu tłoczyska siłownika dwustronnego działania polegający na zastosowaniu rozdzielacza z funkcją łączenia strony tłoczyskowej z tłokową siłownika, pozwalający na zwiększenie szybkości wysuwu tłoczyska, ale również odpowiednie obniżenie maksymalnej siły działania. Nie daje to jednak możliwości realizacji stanu pozwalającego na rozwijanie maksymalnej siły działania wynikającej z maksymalnej wartości ciśnienia i powierzchni tłoka siłownika.

Inne znane rozwiązanie realizujące sposób zwiększania szybkości wysuwu tłoczyska siłownika dwustronnego działania polega na zastosowaniu dwóch zaworów zwrotnych podłączonych do układu tak, że umożliwiają one połączenie strony tłoczyskowej siłownika z tłokową, co pozwala wprawdzie na zwiększenie szybkości wysuwu tłoczyska, ale w konsekwencji powoduje odpowiednie obniżenie maksymalnej siły działania. Układ ten nie daje również możliwości realizacji stanu pozwalającego na rozwijanie maksymalnej siły działania wynikającej z maksymalnej wartości ciśnienia i powierzchni tłoka siłownika.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL185158B1 zawór hydrauliczny charakteryzujący się tym, że kanał sterujący przesuwnikiem przenośnika połączony jest poprzez sterowany zwrotny zawór z kołową przestrzenią tłoka przesuwnika a strona pierścieniowa tłoka połączona jest w tym cyklu pracy z dopływem poprzez zmienny zawór.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL 127606B1 sposób sterowania siłownikiem hydraulicznym, którego trzon związany jest z jednym lub dwoma tłokami albo nurnikami poruszającymi się w cylindrach pod działaniem parcia cieczy hydraulicznej podawanej z zaworu dławiącego sterowanego mechanicznie, charakteryzujący się tym, że zmianę położenia elementu dławiącego w zaworze wymusza się krzywkami o krzywiznach odpowiadających żądanej charakterystyce ruchu. Krzywki te napędza się trzonem siłownika.

Zawór hydrauliczny sterujący do samoczynnej zmiany szybkości ruchu siłownika według wynalazku, posiadający kanały zasilające i odpływowe, zawór zwrotny oraz element dławiący charakteryzuje się tym, że zawór hydrauliczny ma nastawny element dławiący z zaworem zwrotnym zabudowany w kanale komunikacyjnym zasilającym stronę tłoczyskową siłownika hydraulicznego oraz współpracujący z nastawnym elementem dławiącym zespół sterujący.

Zabudowany w kanale komunikacyjnym zasilającym stronę tłoczyskową siłownika hydraulicznego nastawny element dławiący ma w korpusie zabudowaną śrubę dławiącą z nakrętką blokującą na

PL 231 619 B1 jednym końcu oraz umiejscowionym na drugim swym końcu grzybkiem dociskanym sprężyną stanowiącymi zawór zwrotny.

Zespół sterujący posiada zabudowany nieruchomo w kadłubie zaworu korek z umieszczoną wewnątrz korka sprężyną rozprężną wewnątrz tłoczka sterującego wzdłuż jego cylindrycznej powierzchni.

Zawór według wynalazku w kanale komunikacyjnym zasilającym stronę tłokową siłownika hydraulicznego ma zabudowany nastawny element dławiący z zaworem zwrotnym.

Zabudowany w kanale komunikacyjnym zasilającym stronę tłokową siłownika hydraulicznego nastawny element dławiący ma w korpusie zabudowaną śrubę dławiącą z nakrętką blokującą na jednym końcu oraz umiejscowionym na drugim swym końcu grzybkiem dociskanym sprężyną stanowiącymi zawór zwrotny.

Zawór hydrauliczny sterujący do samoczynnej zmiany szybkości ruchu siłownika według wynalazku umożliwia zmianę szybkości ruchu siłownika w sytuacji, gdy opór na jego tłoczysku jest nieznaczny. Dla typowych siłowników szybkość ruchu może wzrastać nawet do trzech razy, natomiast w momencie napotkania na opór szybkość automatycznie zostaje zmniejszona do wartości podstawowej (nominalnej). Dzięki temu czas ruchów jałowych można skrócić odpowiednio do trzech razy, zachowując jednocześnie dyspozycję rozwinięcia pełnej siły przy szybkości nominalnej. Zawór hydrauliczny według wynalazku może być wykonany w wersji do zabudowy warstwowej (modularnej) i dzięki temu wystarczy go zamontować pod rozdzielaczem o przyłączu płytowym (np. wg standardu ISO 4401), aby uzyskać efekt zwiększenia szybkości ruchów jałowych dosuwu siłownika skracając w istotny sposób czas cyklu pracy bez zwiększania mocy silnika napędowego, wydajności pompy lub kosztownej rozbudowy układu hydraulicznego i jego sterowania. Zawór hydrauliczny według wynalazku nadaje się do łatwej, szybkiej i taniej modyfikacji istniejących układów hydraulicznych. Zawór według wynalazku ma możliwości indywidualnego nastawiania parametrów działania w aplikacji. Zawór ten posiada też dodatkowo funkcję regulacji dławieniowej szybkości ruchu powrotnego tłoczyska siłownika z możliwością ustawienia jej wartości. Zaletą zaworu hydraulicznego według wynalazku jest nieskomplikowana budowa, co wpływa korzystnie na niezawodność działania i niski koszt jego wykonania.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje schemat układu hydraulicznego z zaworem według wynalazku, fig. 2 pokazuje przekrój wzdłużny i widok z góry zaworu według wynalazku, a fig. 3 pokazuje przekrój poprzeczny zaworu według wynalazku.

Zawór hydrauliczny sterujący do samoczynnej zmiany szybkości ruchu siłownika według wynalazku, posiadający kanały zasilające i odpływowe, zawór zwrotny oraz element dławiący, charakteryzuje się tym, że zawór hydrauliczny 1 ma nastawny element dławiący 2 z zaworem zwrotnym 2.6 zabudowany w kanale komunikacyjnym 3 zasilającym stronę tłoczyskową 4.1 siłownika hydraulicznego 4 oraz współpracujący z nastawnym elementem dławiącym 2 zespół sterujący 5.

Nastawny element dławiący 2 ma w korpusie 2.1 zabudowaną śrubę dławiącą 2.2 z nakrętką blokującą 2.3 na jednym końcu oraz umiejscowionym na drugim swym końcu grzybkiem 2.4 dociskanym sprężyną 2.5 stanowiącymi zawór zwrotny 2.6.

Zespół sterujący 5 posiada zabudowany nieruchomo w kadłubie 1.1 zaworu 1 korek 5.1 z umieszczoną wewnątrz korka 5.1 sprężyną 5.2 rozprężną wewnątrz tłoczka sterującego 5.3 wzdłuż jego cylindrycznej powierzchni.

W kanale komunikacyjnym 6 zasilającym stronę tłokową 4.2 siłownika hydraulicznego 4 ma zabudowany nastawny element dławiący 7 z zaworem zwrotnym 7.6.

Nastawny element dławiący 7 ma w korpusie 7.1 zabudowaną śrubę dławiącą 7.2 z nakrętką blokującą 7.3 na jednym końcu oraz umiejscowionym na drugim swym końcu grzybkiem 7.4 dociskanym sprężyną 7.5 stanowiącymi zawór zwrotny 7.6.

Zawór hydrauliczny sterujący do samoczynnej zmiany szybkości ruchu siłownika według wynalazku wykorzystuje do swego działania efekt zmiany różnicy ciśnienia po stronie tłokowej 4.1 i tłoczyskowej 4.2 siłownika 4 dwustronnego działania z jednostronnym tłoczyskiem, który występuje w czasie jego pracy oraz różnicę powierzchni tłokowej i tłoczyskowej siłownika 4. Efekt zmiany różnicy ciśnień pojawia się w momencie napotkania tłoczyska siłownika 4 na opór zewnętrzny. W początkowej fazie ruchu wysuwu tłoczyska siłownika 4 ciśnienie po stronie tłoczyskowej 4.1 jest wyższe niż ciśnienie po stronie tłokowej 4.2. Wynika to z faktu różnych powierzchni strony tłokowej 4.2, która jest większa, i tłoczyskowej 4.1, która jest mniejsza. Ponadto w fazie początkowej ruchu dosuwnego, który jest ruchem jałowym, odbywa się on bez obciążenia tłoczyska siłownika 4. Z bilansu sił działających na tłoczysko siłownika 4 wynika, że ciśnienie w komorze strony tłoczyskowej 4.1 jest wtedy wyższe niż w komorze strony tłokowej 4.2, a ich różnica oddziałuje na tłoczek sterujący 5.3 zespołu sterującego 5.

PL 231 619 B1

Poprzez zamykanie lub otwieranie przepływu zespół sterujący 5 realizuje odpowiednie przełączanie strumienia cieczy wypływającej z komory tłoczyskowej 4.1 siłownika 4. W stanie całkowitego zamknięcia przepływu przez zespół sterujący 5 strumień ten może być kierowany w całości do spływu rozdzielacza sterującego ruchem siłownika 4, co odpowiada podstawowej szybkości ruchu lub, poprzez jego podział za pomocą nastawnego elementu dławiącego 2, główna część tego strumienia może być skierowana do linii zasilania rozdzielacza sterującego. W tym przypadku dodatkowy strumień cieczy roboczej sumując się ze strumieniem zasilającym pompy powoduje odpowiedni wzrost szybkości ruchu tłoczyska siłownika 4. W tym stanie pracy siłownik 4 może rozwijać maksymalną wartość siły na tłoczysku odpowiednią do iloczynu różnicy powierzchni tłokowej 4.2 i powierzchni tłoczyskowej 4.1 siłownika 4 oraz maksymalnego ciśnienia roboczego rozwijanego przez pompę. Przekroczenie wartości oporu na tłoczysku siłownika ponad tę wartość powoduje przełączenie zespołu sterującego 5 w stan zamknięty i powrót do stanu pracy siłownika z szybkością podstawową. Nastawianie na nastawnym elemencie dławiącym 2 większej wartości dławienia skutkuje większym przyrostem szybkości ruchu jałowego dosuwu siłownika 4 i korzystne jest to dla układów aplikacyjnych, gdzie ruch roboczy z pełną siłą odbywa się na relatywnie krótkim skoku w porównaniu do ruchu jałowego dosuwu. Mniejsze wartości nastaw dławienia na nastawnym elemencie dławiącym 2 są korzystne dla układów, gdzie ruch roboczy odbywa się na relatywnie dłuższym odcinku skoku siłownika 4. Ponadto, optymalna wartość nastaw zależeć będzie też od wydajności pompy zasilającej układ. Dla typowych proporcji siłowników hydraulicznych dwustronnego działania z jednostronnym tłoczyskiem możliwe jest przyspieszenie wysuwu jego tłoczyska do około 3x. Przy typowych nastawach nastawnego elementu dławiącego 2 można przyjąć wzrost szybkości ruchu jałowego około 2,5x.

Zawór według wynalazku posiada dodatkowo funkcję regulacji dławieniowej szybkości ruchu powrotnego (wsuwu) tłoczyska siłownika 4 z możliwością ustawienia jej wartości za pomocą elementu dławiącego 7 z zaworem zwrotnym 7.6.

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Zawór hydrauliczny sterujący do samoczynnej zmiany szybkości ruchu siłownika, posiadający kanały zasilające i odpływowe, zawór zwrotny oraz element dławiący, znamienny tym, że zawór hydrauliczny (1) ma nastawny element dławiący (2) z zaworem zwrotnym (2.6) zabudowany w kanale komunikacyjnym (3) zasilającym stronę tłoczyskową (4.1) siłownika hydraulicznego (4) oraz współpracujący z nastawnym elementem dławiącym (2) zespół sterujący (5).

2. Zawór hydrauliczny według zastrz. 1, znamienny tym, że nastawny element dławiący (2) ma w korpusie (2.1) zabudowaną śrubę dławiącą (2.2) z nakrętką blokującą (2.3) na jednym końcu oraz umiejscowionym na drugim swym końcu grzybkiem (2.4) dociskanym sprężyną (2.5) stanowiącymi zawór zwrotny (2.6).

3. Zawór hydrauliczny według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół sterujący (5) posiada zabudowany nieruchomo w kadłubie (1.1) zaworu (1) korek (5.1) z umieszczoną wewnątrz korka (5.1) sprężyną (5.2) rozprężną wewnątrz tłoczka sterującego (5.3) wzdłuż jego cylindrycznej powierzchni.

4. Zawór hydrauliczny według zastrz. 1, znamienny tym, że w kanale komunikacyjnym (6) zasilającym stronę tłokową (4.2) siłownika hydraulicznego (4) ma zabudowany nastawny element dławiący (7) z zaworem zwrotnym (7.6).

5. Zawór hydrauliczny według zastrz. 4, znamienny tym, że nastawny element dławiący (7) ma w korpusie (7.1) zabudowaną śrubę dławiącą (7.2) z nakrętką blokującą (7.3) na jednym końcu oraz umiejscowionym na drugim swym końcu grzybkiem (7.4) dociskanym sprężyną (7.5) stanowiącymi zawór zwrotny (7.6).