SE0900866A1 - Ventilanordning - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en hydraulisk ventilanordning (1) innefattande enhögtrycksanslutning (P') och en lågtrycksanslutning (T'); minst enarbetsportsanslutning (A') som är anslutningsbar till en arbetsport (A)på en hydraulisk motor (M), företrädesvis en hydraulisk cylinder; enflödesventil (F), vilken är anordnad mellan högtrycksanslutningen (P')och arbetsportsanslutningen (A') och vilken innefattar en flödesöppning(18) som är reglerbar mellan ett helt stängt läge och ett helt öppet läge;och en tryckregulator (R) som är anordnad mellan högtrycks-anslutningen (P') och flödesventilen (F), varvid ett regulatortryck (PR)som råder vid en första förbindningspunkt (3) mellan tryckregulatorn(R) och flödesventilen (F) via en första styrledning (4) verkar påtryckregulatorn (R) för att stänga densamma. En andra styrledning (5)innefattande en första strypning (6), är anordnad för att leda ettlasttryck (PL) som verkar vid arbetsportsanslutningen (A') från en andraförbindningspunkt (7) belägen mellan flödesventilen (F) ocharbetsportsanslutningen (A') via den första strypningen (6) till en tredjeförbindningspunkt (8) där ett första styrtryck (Pc) råder och vilkentredje förbindningspunkt (8) står i förbindelse med tryckregulatorn (R)för att verka på densamma i öppnande riktning med nämnda förstastyrtryck (Pc), varvid den tredje förbindningspunkten (8) via en reglerbar andra strypning (9) också är ansluten mot lågtrycksanslutningen (T). (Fig. s)

Description

25 30 2 levererar ett flöde till. Ett första tryck Poc verkar via en första styrledning på en första sida av tryckregulatorn R. På den andra sidan av tryckregulatorn R verkar ett andra tryck P1, vilket motsvarar det rådande trycket i den arbetsport för det arbetsredskap till vilket pumpen P är ansluten. På sarnma sida av tryckregulatorn (en nedre i figur 1) verkar också en fjäder S vars fjäderkraft kan sägas motsvara ett tryck AP. För att tryckregulatom skall hållas i Öppet läge måste således pumpen leverera ett tryck Poc som är AP större än P1. Tryckfallet över manöverventilen eller flödesventilen F kommer således att vara konstant lika med AP.

Utförandet får till följd att flödet genom manöverventilen för ett visst spakutslag kommer att vara lika stort oavsett last. En konventionell lastkännande ventil levererar ett flöde till förbrukaren som i varje ögonblick är proportionell mot flödesventilens F öppning. Detta flöde levereras även om förbrukaren inte kan ta emot flödet. Så är till exempel fallet då lasten har en stor tröghet. Då krävs det en förhållandevis lång tid för att förändra lastens hastighet. Om ventilen levererar ett flöde som är större än det lasten kan ta emot, kommer trycket att öka och i ett idealt fall ökar trycket i ett enda steg, dvs. mycket snabbt. I praktiken ökar trycket tills en tryckbegränsningsventil (ej visad) öppnar och begränsar trycket till ett förutbestämt maximalt värde. Det snabbt ökade trycket gör att lasten accelereras maximalt och lastens hastighet ökar. Ett idealt lastkännande system passar inte för laster med stor tröghet eller för funktioner där man hellre vill styra tryck än flöde. Styrning av tröghetslaster med lastkännande ventiler innebär att styrningen blir ryckig eftersom accelerationen antingen är noll eller maximal.

I US 4 981 159 beskrivs en tryckkompenserad LS-ventil, där man utnyttjar att en tryckregulator alltid reglerar en tryckdifferens på ett annat sätt. 10 15 20 25 30 3 Tryckdifferensen är tryckskillnaden mellan de två trycken som verkar på motstående areor och där ena arean också är utsatt för en kraft från en fjäder S. Skillnaden i tryck motsvarar alltså i princip fjäderns kraft omräknad till tryck, dvs. AP. Det faktum att tryckregulatorn R reglerar så att en i stort sett konstant tryckskillnad uppkommer, oberoende av flödet genom ventilen, kan sedan användas på olika sätt, t.ex. för att få en flödesreglering. l den konventionella LS-ventilen som visas i figur 1 används denna egenskap hos tryckregulatorn R för att erhålla ett konstant tryckfall över inloppsstrypningen i flödesventilen. I US 4 981 159 som schematiskt representeras i figur 2 används istället denna egenskap för att få ett konstant flöde genom en strypning 38. Strypningen 38 är typiskt mycket liten i jämförelse med flödesventilens F strypning, i storleksordningen några procent. Det reglerade flödet i figur 2 är således väsentligt mindre än det maximalt reglerade flödet i figur 1.

Det reglerade flödet i figur 1 används för att få en noggrann hastighetsstyrning av lasten kopplad till ventilen. Det väsentligt mindre flödet i figur 2 används istället till att styra tryckregulatorns tryck genom att storleken av strypning 44 styrs av operatörens spakrörelse.

När ventilspaken är i neutralläge är strypningen 44 maximalt Öppen.

Det konstanta flödet genom strypning 38 kan då med ett lågt tryckfall passera den variabla strypningen 44. Trycksignalen till tryckregulatorn R blir därmed lågt. Tryckregulatorn R reglerar därför dess utloppstryck till ett tryck som motsvaras av fjäderkraften. Detta tryck är vanligtvis i storleksordningen 5-10 Bar. När operatören manövrerar ventilen, stängs den variabla strypningen 44 som en funktion av spakutslaget.

Det konstanta flödet genom strypning 38 får därmed svårare att ta sig igenom strypningen 44 till tank T och trycket Ps i signalledningen kommer därför att öka. Därmed ökar även tryckregulatorns reglerade tryck. Det reglerade trycket blir Ps plus det tryck AP som motsvaras av 10 15 20 25 4 fjäderkraften. Det reglerade trycket blir således i princip helt oberoende av vilket flöde som går igenom inloppsstrypningen till lasten.

Den relativt obetydliga förändringen från figur 1 till figur 2 innebär att flödesventilen har fått helt andra egenskaper. I stället för att styra flöde till lasten har styrförmågan ändrats helt diametralt till att istället styra trycket uppströms inloppsstrypningen.

De olika ventilanordningarna är för sig fördelaktiga under olika specifika förhållanden men betydligt mindre fördelaktiga under andra förhållanden. Det är därför önskvärt att kombinera dessa egenskaper beroende på rådande förhållanden.

I US 7 353 749 beskrivs ett system där det i princip blir möjligt att växla mellan de två system i beroende av rådande omständigheter.

Systemet är emellertid relativt komplicerat och tillhandahåller inte heller en helt tillfredsställande lösning.

Det finns således ett behov av en ventilanordning som är relativt okomplicerad i sin utformning och som gör det möjligt att styra ett hydrauliskt system på ett flexibelt sätt i beroende av rådande omständigheter.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Syftet med uppfinningen är att tillhandahålla en ventilanordning som med relativt få ingående komponenter förmår styra ett flöde i ett hydrauliskt system på ett flexibelt sätt. Detta syfte åstadkoms medelst ventilanordningen enligt patentkrav 1.

Uppfinningen avser en hydraulisk ventilanordning innefattande en högtrycksanslutning och en lågtrycksanslutning; minst en arbetsportsanslutning som år anslutningsbar till en arbetsport på en hydraulisk motor, företrädesvis en hydraulisk cylinder; en flödesventil, vilken är anordnad mellan högtrycksanslutningen och l0 15 20 25 5 arbetsportsanslutningen och vilken innefattar en flödesöppning som är reglerbar mellan ett helt stängt läge och ett helt öppet läge; och en tryckregulator som är anordnad mellan högtrycksanslutningen och flödesventilen, varvid ett regulatortryck som råder vid en första förbindningspunkt mellan tryckregulatorn och flödesventilen via en första styrledning verkar pä tryckregulatorn för att stänga densamma.

En andra styrledning innefattande en första strypning, är anordnad för att leda ett lasttryck som verkar vid arbetsportsanslutningen från en andra förbindningspunkt belägen mellan flödesventilen och arbetsportsanslutningen via den första strypningen till en tredje förbindningspunkt där ett första styrtryck råder och vilken tredje förbindningspunkt står i förbindelse med tryckregulatorn för att verka på densamma i öppnande riktning med nämnda första styrtryck, varvid den tredje förbindningspunkten via en reglerbar andra strypning också är ansluten mot lågtrycksanslutningen.

Fördelaktiga utföringsforrner av uppfinningen beskrivs i den detaljerade beskrivning och i de beroende patentkraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGAR Fig. 1 visar en konventionell LS-ventil enligt beskrivning ovan; Fig. 2 visar en konventionell LS-ventil för tryckstyrning; Fig. 3 visar ett schema över en ventilanordning enligt en första variant av uppfinningen; Fig. 4 visar ett snitt av en specifik utföringsform en ventilanordning enligt den första varianten av uppfinningen; Fig. 5 visar ett schema över den specifika utföringsformen som visas i figur 4; Fig. 6 visar ett schema över en ventilanordning enligt en andra variant av uppfinningen; 10 15 20 25 6 Fig. 7 visar ett snitt av en specifik utföringsform en ventilanordning enligt den andra varianten av uppfinningen; Fig. 8 visar ett schema över den specifika utföringsformen som visas i figur 7.

DETALJERAD BESKRIVNING AV VISADE UTFÖRINGSFORMER I figur 3 visas ett förenklat schema över en första utföringsforrn av en ventilanordning enligt uppfinningen. Ventilanordningen 1 innefattar en högtrycksanslutning P' som är ansluten till en tryckkälla i form av en pump P, företrädesvis en pump med ett varierbart deplacement. Vidare innefattar ventilanordningen 1 en lågtrycksanslutning T' som är ansluten till en tank T med lågt tryck.

I andra änden av ventilanordningen 1 finns en arbetsportsanslutning A' vilken är anslutningsbar till en arbetsport A på en hydraulisk motor M, vilken i den visade utföringsformen utgörs av en enkelverkande hydraulisk cylinder (se figur 4). Uppfinningen är emellertid inte begränsad till användning på enkelverkande hydrauliska cylindrar, utan kan med fördel användas pä andra typer av hydrauliska motorer såsom t.ex. dubbelverkande hydrauliska cylindrar, axeldrivande motorer eller liknande.

En flödesventil F finns anordnad mellan högtrycksanslutningen P' och arbetsportsanslutningen A' för att reglera flödet till arbetsportsanslutningen A”. För detta ändamål innefattar flödesventilen F en flödesöppning (ej visad i figur 3) som är reglerbar mellan ett helt stängt läge och ett helt öppet läge. Flödet över flödesventilen F är proportionellt mot storleken på flödesöppningen men är också beroende av tryckfallet över flödesventilen, varför flödet också är beroende av trycket såväl uppströms som nedströms om flödesventilen F. En första backventil 2 finns företrädesvis anordnad uppströms om flödesventilen 10 15 20 25 30 7 F för att förhindra flöde åt fel håll, dvs. mot pumpflödet. Backventilen 20 kan emellertid istället även placeras på andra ställen.

En tryckregulator R finns anordnad mellan högtrycksanslutningen P' och flödesventilen F för att reglera trycket nedströms om flödesventilen F, vilket tryck här benämns regulatortryck PR och råder i en första förbindningspunkt 3 placerad mellan tryckregulatorn R och flödesventilen F. En första styrledning 4 finns anordnad för att leda .i regulatortrycket PR till tryckregulatorn R och för att verka på densamma i stängande riktning. Företrädesvis finns också en fjäder S anordnad för att konstant verka på tryckregulatorn R i öppnande riktning.

En andra styrledning 5 som innefattar en första strypning 6 och vilken är anordnad att leda lasttrycket PL, vilket verkar vid arbetsportsanslutningen A', från en andra förbindningspunkt 7 belägen mellan flödesventilen F och arbetsportsanslutningen A', via den första strypningen 6, till en tredje förbindningspunkt 8 där ett första styrtryck Pc råder. Den första strypningen 6 kan med fördel vara fast och oberoende av regleringen av flödesventilen F.

Den tredje förbindningspunkten 8 står även i förbindelse med tryckregulatorn R och verkar på densamma i öppnande riktning med närnnda första styrtryck Pc och vidare är den tredje förbindningspunkten 8 via en andra strypning 9 ansluten mot lågtrycksanslutningen T'. Den andra strypningen 9 är företrädesvis reglerbart anordnad, t.eX. så att den regleras i beroende av flödesventilen F och eventuellt kan den reglerbara andra strypningen 9 vara så anordnad att den andra strypningens 9 genomströmningsarea minskar då genomströmningsarean i flödesventilens F öppning mot arbetsportsanslutningen A' ökar.

Den tredje förbindningspunkten 8 står också i förbindelse med en skyttelventil 10 som också mottar styrtryck från andra ventilanordningar och förmedlar ett styrtryck till pumpen P. 10 15 20 25 30 8 Skyttelventilen 10 är på känt sätt anordnad för att förmedla det högsta av de inkommande styrtrycken till pumpen P så att den applikation som för tillfället kräver mest tryck styr pumpens P tryck.

Företrädesvis kan den andra strypningen 9 vara så anordnad att den är fullt öppen när flödesventilen F är stängd eller mycket litet öppen, varvid den vid ett bestämt läge för flödesventilen stänger till så att den utgör en strypning som sedan minskas kontinuerligt allt eftersom flödesventilen öppnas. En sådan utformning innebär att när flödesventilen F öppnas ytterst lite så kommer flödet nedströms att gå via den första strypningen 6 och den andra strypningen 9 snarare än till arbetsportsanslutningen A', såvida inte trycket vid arbetsportsanslutningen A' är mycket lågt.

Den reglerbara andra strypningen 9 kan med fördel vara utformad för att regleras elektroniskt. På sätt är det nämligen möjligt att skräddarsy ventilanordningen 1 och dess reglage utan att för den skull anpassa tillverkningen för varje enskild ventil. Detta kommer sig av att ventilanordningens egenskaper till stora delar styrs av hur just den andra strypningen 9 utformas. De olika egenskaperna kan dels anpassas efter vid vilken tillämpning ventilanordningen 1 skall användas, men också efter en specifik operatörs önskemål. Dessutom är det möjligt att endast genom mjukvaruprogrammering ändra egenskaperna för en redan installerad ventilanordning. Således förbättras användbarheten för ventilanordningen, genom att t.ex. ventilanordning kan användas vid flera olika applikationer och att den dessutom enkelt kan anpassas efter flera olika specifika operatörers önskemål.

I figur 4 visas en första utföringsform av ventilanordningen 1 enligt schemat i figur 3 i ett längdsnitt och i figur 5 visas ett alternativt schema för samma utföringsform. I figur 4 och 5 utgör flödesventilen F en del av en manöverventil med en ventilslid H. Ventilsliden H är reglerbar mellan tre lägen; ett första stängt läge som visas i figurerna 10 15 20 25 30 9 och där flödet från högtrycksanslutningen P' hålls stängt av ventilsliden H, samt två öppna lägen. I det första öppna läget, i vilket ventilsliden flyttats till höger i figur 4 och nedåt i figur 5 så kommer flödesventilen gradvis att öppnas och hydraulfluiden kan flöda via en första flödesöppning 18 som finns på ventilsliden H och vilken förbinder utloppet från tryckregulatorn R och den första förbindningspunkten 3 med den andra förbindningspunkten 7, från vilken ett flöde kan gå förbi backventilen 2 så fort trycket i den andra förbindningspunkten 7 överstiger lasttrycket PL, vilket råder vid arbetsportsanslutningen A”.

Den första flödesöppningen 18 motsvarar i stort sett flödesventilen F i figur 3.

Den andra förbindningspunkten 7 står via den första strypningen 6 också i förbindelse med en tredje förbindningspunkt 8. Den reglerbara andra strypningen 9 utgörs i den i figur 4 visade utföringsformen av en andra flödesöppning 19, vars genomströmningsarea minskar allt eftersom flödesventilen F via den första flödesöppningen 18 öppnas och ventilsliden H förflyttas åt höger.

Tryckregulatorn R har i den visade utföringsformen en regulatorslid 1 1 placerad i ett ventilhus med tre stycken kammare; en högerkammare 12, vilken är i styrförbindelse via styrledningen 4 med den första förbindningspunkten 3, vilken utgör en mittkammare, samt en vänsterkammare 13 i vilken en fjäder S finns anordnad, vilken tillsammans med trycket Pc i vänsterkarnmaren verkar i öppnande riktning på regulatorsliden 11, dvs. åt höger i figur 4.

En skillnad i förhållande till schemat i figur 3 är att i figur 4 och 5 åskådliggörs även hur cylinderkammaren töms via arbetsporten A. När ventilsliden regleras till det andra öppna läget, dvs. åt vänster i figur 4 och uppåt i figur 5 kommer avledningsurtag 14 att förbinda arbetsportsanslutningen A' mot lågtrycksanslutningen T”. Ju mer ventilsliden H förflyttas mot det andra öppna läget desto större blir flödesöppningen genom avledningsurtagen 14. 10 15 20 25 30 10 Till vänster om ventilsliden H i figur 4 finns ett dubbelverkande fjäderarrangemang 15 anordnat, vilket verkar för att hålla ventilsliden H i det stängda mittläget som visas i figur 4.

I figurerna 6-8 visas en alternativ ventilanordning enligt uppfinningen på ett motsvarande sätt som den första ventilanordningen har visats i figurerna 3-5. Den alternativa ventilanordningen skiljer sig endast i två detaljer i förhållande till det första utförandet av ventilanordningen varför i huvudsak endast dessa kommer att behandlas i den följande beskrivningen.

Den första skillnaden består i att en tredje styrledning 16 innefattande en tredje strypning 17 finns anordnad för att leda regulatortrycket PR som råder i den första förbindningspunkten 3 mellan tryckregulatorn R och flödesventilen F till den tredje förbindningspunkten 8.

Den andra skillnaden består i att en andra backventil 20 finns anordnad på den andra styrledningen 5 för att förhindra att flödet går från flödesventilens F utlopp via den andra förbindningspunkten 7 till den tredje förbindningspunkten 8. Den andra backventilen 20 öppnar således mot den andra förbindningspunkten 7 och leder ett flöde parallellt med flödesventilen F då Styrtrycket Pc vid den tredje förbindningspunkten 8 är större än lasttrycket PL vid den andra förbindningspunkten 7.

Detta ger fördelar i system med stora trögheter, såsom t.eX. när en svängarm eller kran skall vridas. Når flödesventilen F öppnas för att släppa igenom ett flöde kommer det i en konventionell ventilanordning till en början att krävas ett mycket högt tryck för att få övervinna kranens tröghet och få den att vridas. Allt eftersom kranen får upp en hastighet kommer emellertid det erforderliga trycket att minska.

Styrtrycket som förmedlas till pumpen kommer i konventionella system emellertid fortsatt att vara högt pga. av att flödet som pumpen levererar år mycket större än vad cylinderkammaren kan ta emot. Således 10 15 20 25 30 ll kommer ett flöde att gå under mycket högt tryck till tank, vilket flöde motsvarar en energiförlust. I uppfinningen enligt den andra utföringsformen kommer ett flöde istället att gå från den första förbindningspunkten 3, via den tredje och andra förbindningspunkterna 8 resp. 7 till motorportsanslutningen A', med mycket mindre tryckförluster som följd och sarntidigt kommer ett lägre tryck Pc att förmedlas till tryckregulatorn R och pumpen P, vilken därmed kan arbeta vid en lägre trycknivå.

I figur 7 visas en utföringsform av den alternativa ventilanordningen 1, i vilken den tredje styrledningen 16 utgörs ett genomgående hål som förbinder den första förbindningspunkten 3 med den tredje förbindningspunkten 8. Mitt på den tredje styrledningen 16 finns en anslutning till den andra styrledningen 6 vilken innefattar en andra backventil som öppnar mot den andra förbindningspunkten 7. I förhållande till schemat i figur 6 ser det således lite annorlunda ut, men rent funktionellt är det likvärdigt.

Förbindningspunkten 8 som i figur 6 utgörs av just en punkt kan i figur 7 istället sägas utgöras av den delen av den tredje styrledningen 16 som befinner sig nedströms om den tredje strypningen 17 och står i förbindelse med den första strypningen 6. Överhuvudtaget är visade scheman förenklingar som endast visar för uppfinningen relevanta delar och framförallt innebär förbindningspunkterna teoretiska punkter som i själva verket kan utgöras av delar av ledningar eller dylikt.

I figur 8 visas ett andra schema för den alternativa ventilanordningen 1.

Skillnaden för detta schema i förhållande till schemat som visas i figur 5 är således de samma som skillnaderna mellan figur 7 och 4, dvs. den tredje styrledningen 16 innefattande den tredje strypningen 17, saint den andra backventilen 20. I det andra öppna läget, dvs. då ventilsliden flyttats uppåt, finns den tredje styrledningen inte representerad, eftersom den i detta läge inte fyller någon funktion.

Claims (7)

10 15 20 25 30 12 Patentkrav

1. Hydraulisk ventilanordning (1) innefattande: - en högtrycksanslutning (P') och en lågtrycksanslutning (T'); - minst en arbetsportsanslutning (A') vilken är anslutningsbar till en arbetsport (A) på en hydraulisk motor (M), företrädesvis en hydraulisk cylinder; - en flödesventil (F), vilken är anordnad mellan högtrycksanslutningen (P') och arbetsportsanslutningen (A') och vilken innefattar en flödesöppning (18) som är reglerbar mellan ett helt stängt läge och ett helt öppet läge; - en tryckregulator (R), vilken är anordnad mellan högtrycksanslutningen (P') och flödesventilen (F), varvid ett regulatortryck (PR) som råder vid en första förbindningspunkt (3) mellan tryckregulatorn (R) och flödesventilen (F) via en första styrledning (4) verkar på tryckregulatorn (R) för att stänga densamma, kännetecknad av en andra styrledning (5) innefattande en första strypning (6), vilken styrledning (5) år anordnad för att leda ett lasttryck (PL) som verkar vid arbetsportsanslutningen (A') från en andra förbindningspunkt (7) belägen mellan flödesventilen (F) och arbetsportsansluttiingen (A') via den första strypningen (6) till en tredje förbindningspunkt (8) där ett första styrtryck (Pc) råder och vilken tredje förbindningspunkt (8) står i förbindelse med tryckregulatorn (R) för att verka på densamma i öppnande riktning med närnnda första styrtryck (Pc), varvid den tredje förbindningspunkten (8) via en reglerbar andra strypning (9) också är ansluten mot lågtrycksanslutningen (T).

2. Hydraulisk ventilanordning (1) enligt patentkrav 1, kännetecknar! av att en tredje styrledníng (16) innefattande en tredje strypning (17) finns anordnad för att leda regulatortrycket (PR) som råder vid den första förbindningspunkten (3) mellan tryckregulatorn (R) och flödesventilen (F) via den tredje strypningen (17) till nämnda tredje förbindningspunkt (8). 10 15 20 13

3. Hydraulisk ventilanordning (1) enligt patentkrav 2, kännetecknad av att en backventil (20) finns anordnad mellan den andra förbindningspunkten (7) och den tredje förbindningspunkten (8), vilken backventil (20) öppnar mot den andra förbindningspunkten (7) för att leda ett flöde parallellt med flödesventilen (F) då styrtrycket (Pc) vid den andra förbindningspunkten (7) är större än lasttrycket (PL) vid den tredje förbindningspunkten (8).

4. Hydraulisk ventilanordning (1) enligt något av de föregående patentkraven, kännetecknad av att den reglerbara andra strypningen (9) regleras i beroende av flödesventilen (F).

5. Hydraulisk ventilanordning (1) enligt patentkrav 4, kännetecknad av att den reglerbara andra strypningen (9) regleras så att nämnda strypnings (9) genomströmningsarea minskar då genomströmningsarean i flödesventilens (F) öppning mot arbetsportanslutningen (A') ökar.

6. Hydraulisk ventilanordning (1) enligt något av de föregående patentkraven, kännetecknad av att den reglerbara andra strypningen (9) år utformad för att regleras elektroniskt.

7. Hydraulisk ventilanordning (1) enligt någotav de föregående patentkraven, kännetecknad av att en fjäder (S) finns anordnad för att verka konstant på tryckregulatorn (R) för att öppna densamma.