SE439183B - Hydraulisk riktningsventil - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 7902627-4 2 behöver arbeta vid förhöjt tomgângstryck.

Som närmare framgår av det följande ligger den upp- finningsenliga lösningen på denna uppgift i att det volym- strömsstyrande organet är en konstantflödesventil, vars inlopp står i förbindelse med ventilhusets pumpanslutnings- port, och att sliden är anordnad att vid sin rörelse från neutralläget mot arbetsläget avstänga förbindelsen mellan pumpanslutningsporten och tankanslutningsporten i sådan grad innan den öppnar förbindelsen mellan pumpanslut- ningsporten och förbrukaranslutningsporten, att tryckfallet mellan pumpanslutningsporten och tankanslutningsporten stiger till ett värde minst lika med det för förskjutning av ventilsliden över hela dess slaglängd erforderliga hydrostatiska trycket i ställdonet.

Den för slidställdonet behövliga hydraulvätskan tas alltså vid den uppfinningsenliga ventilen via en konstant- flödesventil från samma pump som försörjer förbrukarna.

Från pumpens volymström avleds därför ständigt en mot konstantflödesventilens inställning svarande volymström, som dock inte behöver utgöra mer än en liten bråkdel av pumpvolymströmmen. Vid tomgång har denna avledda volym- ström givetvis också ett mycket lågt tryck, t.ex. ca 5 bar. Även om sliden är väl balanserad är detta tryck inte tillräckligt för att ställdonet skall vara i stånd att förskjuta sliden över hela slaglängden; det räcker endast till för att förskjuta sliden en mycket liten sträcka. Vid konventionella riktningsventiler är denna sträcka alltför liten för att tryckfallet över ventilen skall kunna stiga tillräckligt innan motståndet mot slidens förskjutning överväger över pumptrycket.

Vid den uppfinningsenliga riktningsventilen är sliden emellertid så inrättad, att den vid sin rörelse från neutralläget mot arbetsläget stryper förbindelsen mellan pumpanslutningsporten och tankanslutningsporten så snabbt, att tryckfallet över ventilen vid slidens förskjut- ning stiger till det för en säker förskjutning av sliden er- forderliga värdet innan sliden börjar öppna förbindelsen mellan pumpanslutningsporten och förbrukaranslutningsporten.

Den uppfinningsenliga riktningsventilen är med andra ord 10 15 20 25 30 35 7902627-4 3 så beskaffad, att tryckfallet över densamma stiger be- tydligt snabbare i beroende av slidens förskjutnings- sträcka än vid de konventionella riktningsventilerna, nämligen under den första delen av slidens totala för- skjutningssträcka.

Det är i och för sig känt, att genom att exempelvis utforma ventilsliden med urtag vid de flödesstyrande kanterna modifiera sambandet mellan slidrörelsen och tryckfallet i de strömningsvägar som styrs av sliden.

Härvid har man dock strävat efter att åstadkomma en långsamt och mjukt stigande tryckfallskurva ("mjukstyrning“), dvs. egentligen raka motsatsen till det kurvförlopp som den uppfinningsenliga ventilen uppvisar.

För att de energiförluster som uppkommer på grund av tryckfallet över riktningsventilen skall bli så små som möjligt är det lämpligt att tryckfallet, sedan det för en säker förskjutning av sliden erforderliga trycket har uppnåtts, förblir i huvudsak konstant vid fortsatt förskjutning av sliden i riktning från neutralläget.

Sedan det väl har fastslagits hur tryckfallskurvan, dvs. den linje som grafiskt representerar sambandet mellan tryckfallet över riktningsventilen och slidens förskjutning från neutralläget, skall förlöpa för att de ovan angivna kraven skall uppfyllas, innebär det praktiska förverkligandet av tryckfallskurvans förlopp inga principiella problem, även om man i praktiken får räkna med att den slutgiltiga utformningen av de delar av sliden och ventilhuset som har inflytande på tryck- fallskurvan åtminstone delvis måste fastläggas genom utprovning. Är riktningsventilen av axialslidtyp kan en särskilt enkel och ändamålsenlig konstruktion erhållas om konstant- flödesventilen anordnas i själva sliden vid dennas ena ände.

Uppfinningen förklaras närmare nedan med hänvisning till den bifogade ritningen som visar en som exempel vald utföringsform av den uppfinningsenliga riktningsventilen.

Fig. 1 visar i längdsnitt en i enlighet med uppfinningen 7902627-“4 10 15 20 25 30 35 4 utförd riktningsventil för en förbrukare som antas vara en dubbelverkande hydraulcylinder; Fig. 2 visar ett schema som avser att åskådliggöra verkningssättet hos riktningsventilen i fig. l; Fig. 3 är en grafisk framställning av sambandet mellan å ena sidan tryckfallen på olika ställen i rikt- ningsventilen och det för slidens förskjutning behövliga trycket och å andra sidan slidens utslag från neutral- läget.

Den i fig. l visade riktningsventilen 10 är en fyrvägs fjädercentrerad proportionell axialslidventil vars slidrörelser styrs elektrohydrauliskt åt båda hållen. en enda ventilslid.

Det axiellt na till åt motsatta håll arbetande hydrauliska ställdon, som i ventilen förutsätts för enkelhetens skull ha gjutna ventilhuset ll innehåller således en förskjutbar ventilslid 12, vars ändar är anslut- eller bildar kolvdelen i ett par enkelverkande, sin helhet är betecknade med 13 resp. 13A och som kan vara av i och för sig känt utförande.

I den borrning som inrymmer ventilsliden 12 finns nio utvidgningar bildade av ringformiga spår 14, 15, 16, l7, 18, 19, 20, 21 och 22. Spåren 15-22 är ordnade i två grupper och placerade i stort sett symmetriskt med av- seende på det mittre spåret 14. För varje spår på den ena sidan om spåret 14 finns alltså ett motsvarande spår på den andra sidan.

Mittspåret 14 står ständigt i förbindelse med hydraulsystemets tank, dvs. det är alltid praktiskt taget trycklöst. Detsamma gäller de båda yttersta spåren 21 och 22. Den anslutningsport i huset ll som förbinder spåren 14, 21, 22 med tanken har markerats symboliskt med en punkt 23. Spåren 15, 16, l7, 18 står ständigt i direkt förbindelse med den endast symboliskt visade pumpen 24 under förmedling av en med en punkt markerad pumpanslut- ningsport 25 i huset, och i dessa spår råder således det tryck som pumpen upprätthåller. De två återstående spåren l9 och 20 står under förmedling av förbrukaranslutnings- portar 26 och 27 i förbindelse med var sin sida av den 10 15 20 25 30 35 7902627-4 5 dubbelverkande cylinder 28 som utgör förbrukaren i detta fall.

En i ventilhuset ll upptagen borrning som går parallellt med borrningen för ventilsliden 12 inrymmer ventilpatroner 29. Dessa har ingen närmare anknytning till föreliggande uppfinning och kommer därför inte att beskrivas närmare. Det skall dock framhållas att de lämnar fri passage för hydraulvätskan mellan spåren 19, 20 och förbrukaranslutningsportarna 26, 27.

De båda enkelverkande hydrauliska ställdonen 13 och lälär sinsemellan lika och monterade på motsatta sidor av ventilhuset ll för att samverka med var sin ände av sliden 12. Varje ställdon l3,l3A har en kåpa 30, 31, som omger den från ventilhuset ll utskjutande närliggande änden på sliden 12. Denna ände bildar ställdonets kolv, och trycket i kåpan strävar alltså att förskjuta sliden 12 i riktning från ställdonet.

Hydraulvätska tillförs kontinuerligt till kåpan 30, 31 genom den närliggande slidänden, närmare bestämt under förmedling av en i slidänden insatt konstantflödes- ventil (volymströmsregulator) 32, 33 vars inlopp via en slidkanal 34, spåret l7, 18 när sliden är i neutralläget. Hydraul- 35 står i fri förbindelse med ventilhus- vätskan strömmar kontinuerligt ut från kåpan 30, 3l genom en elektromagnetiskt styrd tryckinställningsventil 36, 37 av i och för sig välkänd typ. Med hjälp av tryck- inställningsventilen alstras ett steglöst variabelt tryck i kåpan 30, 31 och därmed en steglöst variabel kraft på ventilsliden 12. Denna belastas ständigt mot det visade neutralläget av en fjäder 38, och i den mån den hydrauliska tryckkraften på slidänden förmår övervinna fjäderkraften och andra, med denna samverkande krafter, åstadkommer den en förskjutning av sliden. Den elektromagnetiska tryckinställningsventilen 36, 37 kan givetvis ersättas med en manuellt manövrerad strypning eller en annan an- ordning medelst vilken ett valbart hydrauliskt tryck kan åstadkommas i kåpan 30, 31.

Så länge anläggningen arbetar i tomgång, dvs. så länge sliden står i det visade neutralläget och tryckin- 7902627-4 10 15 20 25 30 35 6 ställningsventilerna 36 och 37 låter hydraulvätskan med obetydligt tryckfall passera till tanken, arbetar pumpen 5 bar. den hydraulvätskeström som pumpen alstrar går då direkt tillbaka till tanken genom mittspåret l4. Två små del- strömmar, vilkas volymström bestäms av inställningen av 24 vid mycket lågt tryck, t.ex. Huvuddelen av de i och för sig kända konstantflödesventilerna 32 och 33 och kan vara t,ex. av storleksordningen l l/min var- dera, går med obetydligt tryckfall genom slidkanalerna 34 och 35, konstantflödesventilerna 32 och 33 och tryck- inställningsventilerna 36 och 37 tillbaka till tanken.

Om nu sliden 12 skall förskjutas t.ex. åt höger mot det arbetsläge som motsvarar förskjutning åt höger av kolven i cylindern 28, påverkas tryckinställningsventi- len 36, så att trycket i kåpan 30 stiger. Det högsta tryck som till en början kan åstadkommas i kåpan 30 kan givetvis inte överstiga pumpens tomgångstryck och är i praktiken något lägre än detta. Det är därför inte tillräckligt för att åstadkomma en säkert kontrollerad förskjutning av sliden över hela dennas slaglängd. Det första avsnittet (l-2 mm) av slidens förskjutning kräver dock ingen större kraft, och trycket räcker därför till för att förskjuta sliden över detta avsnitt.

Enligt uppfinningen kommer sliden 12 under sin för- skjutning åt höger över det första avsnittet att blockera strömningsvägen mellan pumpspåret 15 och tankspåret 14 i sådan grad, att pumptrycket stiger till t.ex. 50 bar innan strömningsvägen mellan spåret l7 och spåret 19 börjar öppnas. Detta tryck kommer då givetvis att stå till förfogande i kåpan 30 (frân det lilla tryckfallet mellan spåret 17 och kåpan 30 bortses här), och säker-_ ställer att sliden 12 kan ges en säkert kontrollerad förskjutning åt höger över hela sin slaglängd.

Under inverkan av det förhöjda trycket kommer sliden alltså att kunna förskjutas ytterligare, så att en ström- ningsförbindelse etableras dels mellan spåret 17 och spåret 19, dels mellan spåret 20 och spåret 22. Samtidigt stryps strömningsförbindelsen mellan spåret 18 och slid- kanalen 35. 10 15 20 25 30 35 79026 27-4 7 Utformningen av sliden 12 är enligt en vidareutveck- ling av uppfinningen sådan, att under den fortsatta för- skjutningen av sliden ett i stort sett konstant tryck- fall på t.ex. ca 50 bar upprätthålls mellan pumpan- slutningsporten 25 och spåret l4. Tryckfallet medför ju ofrånkomligen en ej önskvärd energiförlust, och det är därför önskvärt att det ej stiger med ökad förskjutning av sliden, i varje fall inte mer än som behövs för att en tillräckligt stor slidförskjutningskraft skall kunna erhållas över hela slaglängden.

Fig. 2 är en schematiserad bild av anläggningen i fig. l. I schemat representerar den variabla strypningen A1 25 och tankanslutningsporten 23, dvs. mellan spåret 15 strömningsförbindelsen mellan pumpanslutningsporten och spåret 14. Den variabla strypningen A2 representerar strömningsförbindelsen mellan pumpanslutningsporten 25 och förbrukaranslutningsporten 26 (mellan spåret 17 och spåret 19) vid slidförskjutning åt höger, och den variabla strypningen A3 representerar i samma driftsfall strömningsförbindelsen mellan förbrukaranslutningsporten 27 och tankanslutningsporten 23 (mellan spåret 20 och spåret 22).

I neutralläget är strypningen Al helt öppen, medan strypningarna A2 och A3 är helt stängda. Under det första förskjutningsavsnittet stängs strypningen Al delvis, medan strypningarna A2 och A3 förblir stängda. Sedan stämmhrfim av strypningen Al fortskridit så långt, att pumpens tryck höjts till det förutbestämda värdet på t.ex. 50 bar,börjar vid fortsatt slidförskjutning stryp- ningarna A2 och A3 att öppnas i samma mån som stängningen av strypningen Al fortsätter. För att tryckfallet sedan skall förbli ungefär konstant under det återstående av- snittet av slaglängden, sker ändringen av strypningarna så, att tryckfallet över strypningen Al är ungefär lika med summan av tryckfallen över strypningarna A2 och A3.

Diagrammet i fig. 3 visar hur tryckfallen (ordinatan) över de tre strypningarna varierar i beroende av slidens förskjutning från neutralläget (abskissan). Kurvan Pl visar tryckfallet över strypningen Al, kurvan P2 visar '79Û262'7“4 10' 15 20 25 30 35 8 tryckfallet över strypningen A2 och kurvan P3 visar tryck- fallet över strypningen A3. Den räta linjen Ps avser att markera det tryck som krävs för att förskjuta sliden.

Den punktstreckade kurvan Pl' slutligen avser att visa hur tryckfallskurvan förlöper vid en typisk riktnings- ventil av känt utförande.

Som framgår av fig. 3 ligger tryckfallet Pl vid den uppfinningsenliga ventilen väl över slidförskjutnings- trycket Ps inom hela det avsnitt där förbindelsen mellan pumpen och förbrukaren är öppen. Vid de kända ventilerna däremot ligger tryckfallet Pl' endast obetydligt över eller rent av under det för slidförskjutning erforderliga trycket; linjen PS kan anses gälla för både den uppfin- ningsenliga ventilen och de kända ventilerna.

Tryckfallskurvorna Pl, Pl', P2 och P3 i fig. 3 är uppgjorda under antagande att volymströmmen är den nominella för ventilen. Genom att kurvan Pl för den upp- finningsenliga ventilen ligger betydligt över linjen Ps uppnås ett tryck som räcker för en säkert kontrollerad slidförskjutning även om den faktiska volymströmmen avsevärt understiger den nominella.

Den ovan beskrivna och i fig. 3 schematiskt åskådlig- gjorda tryckfallskarakteristiken kan åstadkommas genom lämplig utformning och dimensionering av sliden, närmare bestämt de kammar på denna som i samverkan med de ventil- husspåren 14-22 bildande ventilhusdelarna svarar för att spärra och frilägga strömningsvägarna vid slidens för- skjutning.

För detta ändamål är bredden på den slidkam 41, som i slidens neutralläge ligger mitt för mittspåret 14, så tilltagen, att redan l-2 mm förskjutning av sliden räcker till för att åstadkomma den behövliga förträng- ningen av genomströmningstvärsnittet. Samtidigt får kam- bredden naturligtvis inte vara så stor att tryckfallet i neutralläget blir större än som kan godtas. Motsvarande gäller för den inre kanten på de båda slidkammar 42 och 43 som ligger på var sin sida om mittkamen 41.

För att inte tillstrypningen av strömningsvägen mellan pumpanslutningen 25 och tankanslutningen 23 skall bli allt- 10 l5 20 25 7902627-4 9 för abrupt, är slidkammarna 42 och 43 utformade med grad- vis avsmalnande urtag 44 resp. 45 (endast ett sådant vi- sas på varje kam men i praktiken är det i allmänhet lämpligt att ha åtminstone två urtag på varje kam) vid den kamände som ligger närmast mittkammen 41. Lik- nande urtag 46 resp. 47 finns vid den motsatta änden av slidkammarna 42 och 43, och även vid den inre änden av de båda yttersta slidkammarna 48 och 49 finns liknande urtag 50 resp. 51. Som torde framgå av det föregående bildar urtagen 44 och 45 vardera en del av strypningen Al, medan urtagen 46 och 47 vardera bildar en del av stryp- ningen A2 och urtagen 50 och Sl vardera bildar en del av strypningen A3. Är tryckfallskarakteristiken given erbjuder utform- ningen av sliden 12 inga principiella svårigheter; i princip kan den bestämmas på analytisk väg. I praktiken får man dock räkna med att i varje fall de exakta dimen- sionerna och den exakta formen på urtagen 44, 45, 46, 47, 50, 51 i viss utsträckning måste fastläggas genom utprov- ning för varje ventiltyp och ventilstorlek.

Den som exempel visade och beskrivna ventilen är visserligen en fyrvägsventil avsedd för en dubbelverkande förbrukare, men uppfinningen kan givetvis också tillämpas på andra ventiltyper, t.ex. en trevägsventil med hydrauliskt styrd slidförskjutning endast åt ett håll från neutralläget.

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 7902627-4 10 Patentkrav

1. Hydraulisk riktningsventil med ett ventilhus uppvisande en pumpanslutningsport, en förbrukaranslut- ningsport och en tankanslutningsport och en i ventil- huset anordnad, medelst ett hydrostatiskt ställdon styrd ventilslid för styrning av fluidströmningsvägarna mellan nämnda anslutningsportar, vilken ventilslid är omställbar mellan ett neutralläge, i vilket pumpanslutningsporten står i väsentligen tryckfallsfri fluidströmningsförbindelse med tankanslutningsporten, och ett arbetsläge, i vilket pumpanslutningsporten står i fluidströmningsförbindelse med förbrukaranslutningsporten, varvid en till ställdonet ansluten fluidtillförselledning innehåller ett volym- strömsstyrande organ, vars utlopp är anslutet till ställdonet och, under förmedling av ett fluidtryckinställningsorgan, till tankanslutningsporten, k ä n n e t e c k n a d av att det volymströmsstyrande organet är en konstant- flödesventil (32,33), vars inlopp står i förbindelse med ventilhusets pumpanslutningsport (25) och att sliden (12) är anordnad att vid sin rörelse från neutralläget mot arbetsläget avstänga förbindelsen mellan pumpanslut- ningsporten (25) och tankanslutningsporten (23) i sådan grad innan den öppnar förbindelsen mellan pumpanslut- ningsporten och förbrukaranslutningsporten (26,27), att tryckfallet mellan pumpanslutningsporten (25) och tank- anslutningsporten (23) stiger till ett värde minst lika med det för förskjutning av ventilsliden (12) över hela dess slaglängd erforderliga hydrostatiska trycket i ställdonet.

2. Riktningsventil enligt krav 1, k ä n n e ~ t e c k n a d av att sliden (12) är så anordnad, att efter uppnående av nämnda värde tryckfallet (P1) mellan pumpanslutningsporten (25) och tankanslutningsporten (23) förblir ungefärligen konstant vid fortsatt rörelse hos sliden (12) i riktning från neutralläget.

3. Riktningsventil enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att sliden (12) är en axial- slid och att konstantflödesventilen (32,33) är insatt i sliden vid dennas ena ände.