SE465528B - Elektrohydraulisk styranordning - Google Patents

Description

20 25 30 35 40 465 528 ovannämnda nackdelar ej uppträder. Framför allt skall med den- na styranordning möjliggöras en ytterst noggrann positionering av ett hydrauliskt drivelement, exempelvis en presscylinder, med stor repeternoggrannhet och med olika hastigheter. Vidare skall styranordningen direkt kunna anslutas till en konventio- nell NC- eller CNC-styrning, uppvisa en hög totalverknings- grad, vara enkelt utbildad och vara ekonomisk i framställning. é Utgående från en elektrohydraulisk styranordning av in- ledningsvis angivet slag löses denna uppgift enligt uppfin- ningen genom att för styrventilens styrorgan vid sin ände som är vänd bort fràn den fjäderbelastade änden står i tryckberö- ring med ett kopplingsorgan, vilket med hjälp av en elektrisk börvärdes-stegmotor kan förflyttas ur sitt nolläge i riktning för en förflyttning av styrorganet åt den ena eller andra sidan, och att kopplingsorganet dessutom pà sàdant sätt är förbundet med huvudstyrventilens styrslid, att som följd av en arbetsrörelse hos styrsliden styrorganet äter tillbakaföres till sitt utgångsläge med hjälp av kopplingsorganet.

I underkraven beskrives fördelaktiga vidareutvecklingar och förbättringar av den elektrohydrauliska styranordningen enligt huvudkravet. ...fl En väsentlig fördel som kan uppnås med uppfinningen kan i härledas till användningen av en NC-lämpad börvärdes-stegmotor för manövrering av förstyrventilens styrorgan. Denna börvär- des-stegmotor med förhållandevis liten effekt inleder styrin- struktionerna till styranordningen i form av en mekanisk stor- het. Därvid utstyres hydrauliskt huvudstyrventilens styrslid genom mekanisk manövrering av förstyrventilen. Till följd av styrslidens mekaniska àterverkan på förstyrventilen och bör- värdes-stegmotorn bildas en sluten lägesregleringskrets, var- vid till huvudstyrventilens styrslid medelst förstyrventilen tillföres börvärdes-stegmotorns inställningar. Vid styrsliden star därvid alltefter utstyrning godtyckligt stora krafter 4 till förfogande, varigenom säkerställes en precis oqh_säker omställning av huvudstyrventilen under alla driftbetingelser.

Till följd av det relativt ringa effektbehovet pà bör- värdessidan kan användas dynamiskt högvärdiga börvärdes-steg- motorer. Svars- och ställtiderna är motsvarande korta. Likaså kan, såvida detta tillàtes av konceptet för det drivelement som skall styras, uppnås extremt korta positioneringstider. 10 15 20 30 35 40 465528 Den enligt krav 4 anordnade vidareutvecklingen möjliggör på enkelt sätt en tvåkanalig reglering för säkerhetsstopp. För att uppnå styranordningens driftsberedskap, måste förstyrven- tilen försörjas med tryckolja. Vid en magnetventil kopplas denna försörjning "till" resp. "från". Om magneten är utan spänning, bringas resp. hålles huvudstyrventilens styrslid via de vid dennas ändar angripande fjädrarna tvångsmässigt i mitt- läget. Därvid har börvärdes-stegmotorns läge ej någon betydel- se. Förstyrventilen är utan verkan. Vid sidan av funktionen börvärdes-stegmotorn i nolläget urkopplas vid säkerhetsstopp samtidigt magnetventilens magnet. Därmed säkerställas att ett stopp kan inledas även utan NC-styrningen.

Ytterligare en viktig fördel gentemot en proportionell ventil inses i att även vid utstyrning av huvudstyrventilen till dennas fulla öppetläge föres styrsliden ej mot ett meka- niskt anslag. Snarare hålles styrsliden i samtliga lägen en- dast av tryckmedlet i förhandenvarande läge. På detta sätt bortfaller det anslagsbuller som är oundvikligt vid en propor- tionell ventil.

På det hela taget utmärkes styranordningen, vilken väsentligen består av börvärdes-stegmotorn, förstyrventilen med kopplingsorganet och huvudstyrventilen, av en enkel och översiktlig konstruktion. Förstyrventilen kan med hjälp av kopplingsorganet även manövreras manuellt utan NC-styrning.

Tack vare konstruktionsdelarnas översiktliga arrangemang kan totalarrangemanget enkelt underhållas och möjliggör dessutom en enkel feldiagnos.

Ett utföringsexempel av uppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fia. 1 är en kopplingsplan över en elektrohydraulisk styranordning enligt uppfinningen för styrning av en presscylinder; fig. 2 är en sidovy av ett praktiskt konstruktivt utförande av huvud- styrventil, förstyrventil och börvärdes-stegmotor; och fig. 3 är ändvy av arrangemanget i fig. 2 i riktning mot kqpplingsor- ganet. v I kopplingsplanen enligt fig. 1 är de beståndsdelar som tillhör den elektrohydrauliska styranordningen framställda ovanför den streckprickade linjen 1. Härtill hör bl.a. såsom huvudstyrventil 2 en i sig känd 7/3-vägventil, såsom förstyr- ventil 3 en likaså känd 4/2-vägventil och en börvärdes-steg- 10 15 20 25 30 35 40 465 528 motor 4 av känd konstruktion. Huvudstyrventilens 2 styrslid 5 star vid ändarna under inverkan av vardera en tryckfjäder 6, 6', vilken centrerar styrsliden 5 till mittläget. Vid en ände är utatsträckt utbildad en med styrsliden 5 fast förbunden stäng 7, vilken uppbär ett ledhuvud 8, vid vilket är ledad en ungefär tvärriktad enarmad hävstáng 9.

Vid sin fria ände anligger den enarmade hävstàngen 9 mot en nockrulle 10, vilken är excentriskt lagrad vid en roterbar skiva 11. Skivan 11 är, eventuellt via en nedväxling, förbun- den med börvärdes-stegmotorns 4 utgående axel. Pà ritningen visas nockrullens 10 nolläge, fràn vilket den kan svängas åt bada sidor med vardera omkring 900. För att säkerställa berö- ringen mellan nockrullen 10 och den enarmade hävstàngen 9 även vid vridning av skivan 11 medurs, är mellan nockrullens 11 axel 12 och den enarmade hävstàngen 9 anbringad en dragfjäder 13 (fig. 2).

Förstyrventilen 3 ligger parallellt vid sidan om huvud- styrventilen 2. Dess styrorgan 14 är vid ena änden belastad medelst kraften av en tryckfjäder 15. Vid den andra änden sträcker sig utåt en med styrorganet 14 fast förbunden stång 16, vilken vid dess fria ände uppbär en roterbart lagrad kopierrulle 17. Pa ritningen är styrorganet 14 framställt i sitt mittläge. Alltefter riktningen för den enarmade häv- stàngens 9 svängrörelse förskjuter sig styrorganet 14 ur den- nas mittläge mer eller mindre starkt àt den ena eller andra sidan.

Förstyrventilen 3 försörjes via en lämplig (ej visad) tryckoljekälla. Pa ritningen är tilledningsanslutningen be- tecknad med 18 och anslutningen för returledningen med 19.

Fran anslutningen 18 sträcker sig förstyrventilens 3 ledning via en känd magnetventil 20, vilken vid utföringsexemplet är en 4/2-vägventil. Sá länge magneten 21 är spänningsfri, intar magnetventilen 20 det pà ritningen visade fràn-läget. Magnet- ventilens 20 utgång T är förbunden med förstyrventilens 3 in- gång P, medan dennas utgång T sträcker sig direkt till anslut- ningen 19 för returledningen. Förstyrventilens 3 bada övriga anslutningar A och B är à ena sidan förbundna med tryckkamma- ren 22 och à andra sidan förbundna med tryckkammaren 23 vid förstyrventilens 2 motsatta sida.

Magnetventilen 20 har förutom funktionen, att till- el- 10 15 20 30 35 40 465 528 ler frànkoppla förstyrventilens 3 tryckoljeförsörjning, ytter- ligare en funktion. För detta ändamål är tryckkamrarna 23 och 22 via tillhörande förbindningsledningar anslutna direkt till anslutningarna P och A hos magnetventilen 20, vilka i urkopp- lingsläget, såsom visas på ritningen, är förbundna med varand- ra, varigenom samtidigt finns en direkt förbindning mellan de bada tryckkamrarna 23 och 22. Pà detta sätt kan vid styrsli- dens 5 centrering genom verkan av tryckfjädrarna 6, 6' till- handahàllas en tryckutjämning mellan de båda tryckkamrarna 23 och 22.

Förstyrventilen 3 och magnetventilen 2 är pà fördelak- tigt sätt konstruktivt förenade med varandra. Förbindningsled- ningarna, vilka befinner sig inuti den streckad prickade rek- tangeln 24, är vid en sàdan konstruktiv förening utförda sàsom invändigt liggande kanaler.

Huvudstyrventilen 2 har pà sidan för huvudstyrningen tre pumpanslutningar P, Pl och P2, tva tankanslutningar Ti och T2 och tvà anslutningar A och B för anslutning av en tilledning VL och en returledning RL för en presscylinder 25 med en ar- betskolv 26.

För tryckoljeförsörjning av presscylindern 25 tjänar en tryckoljepump 27, vilken drives av en motor 28 och á ena sidan via en backventil 29 är ansluten till huvudstyrventilens in- gång P och à andra sidan är direkt ansluten till huvudstyrven- tilens ingångar P1 och P2. Mellan pumpen 27 och ovannämnda an- slutningar är via en grenledning ansluten en tryckbegräns- ningsventil 30 till tillförselledningen. Anslutningarna T1 och T2 leder till oljebehàllaren 31.

Som vidare visas pà ritningen, är med presscylinderns 25 arbetskolv 26 förbundet ett i sig känt vägmätsystem 32, me- delst vilket förhandenvarande läge hos arbetskolven 26 upp- tages. En bestàndsdel av detta vägmätsystem 32 är en generator 33, vilken avger digitala signaler i beroende av arbetskolvens förhandenvarande läge. Dessa signaler är ärvärden, vilka via en tillhörande àterkoppling med ingàngsvärden, med vilka bör- värdes-stegmotorn 4 styres, kan användas för en löpande jäm- förelse av börvärden och ärvärden. _ Den elektrohydrauliska styranordningen bildar därmed via presscylindern 25 det anslutna digitala absolut-vägmätsystemet 32, 33 och den elektroniska styrningen av en sluten regle- (TI 10 15 20 25 30 40 465 528 ringskrets.

Den elektrohydrauliska styranordningens funktionssätt är väsentligen enligt följande: Börvärdes-stegmotorn 4 utstyres av en känd NC-styrning.

Skivans 11 därigenom uppstàende vridrörelse åstadkommer via nockrullen 10 en utsvängning av den enarmiga hävstàngen 9 át den ena eller den andra sidan. Förbunden härmed är en mekanisk manövrering av förstyrventilen 3, dvs. en förflyttning av dess styrorgan 14 åt den ena eller den andra sidan. Vid fall av en förflyttning åt vänster när förstyrkretsens tryckolja, vilken tillföres till anslutningen 18, via den aktiverade magnetven- tilen 20 till huvudstyrventilens 2 tryckkammare 22. Detta re- sulterar i en förskjutning av styrsliden 5 àt höger, genom vilken framställes en förbindning à ena sidan mellan anslut- ningarna P och B och à andra sidan mellan anslutningarna A och P1. Till följd härav rör sig presscylinderns 25 kolv 26 upp- ifran och ned enligt framställningen på ritningen.

Samtidigt med styrslidens 5 utstyrning àt höger förflyt- tas även den enarmade hävstàngen 9 at höger med sin undre ände, varvid den utför en svängrörelse omkring beröringspunk- ten mellan dess fria ände och nockrullen 10. Till följd av denna svängrörelse àterföres via kopierrullen 17 styrorganet ~ 14 at höger till sitt ursprungliga läge, varigenom tryckolje- tillförseln till tryckkammaren 22 avbrytes. Det inledda styr- förloppet är därmed avslutat. Vid fall av en motsatt styrin- struktion utför de ovan nämnda elementen rörelser i den andra riktningen. Återkopplingen fràn huvudstyrventilen 2 till för- F styrventilen 3 via den enarmade hävstàngen 9 är härmed anord- nad pà sàdant sätt, att genom en ställrörelse hos styrsliden 5 upphäves fullständigt styrorganets 14 ovan angivna styrrörel- se. Dvs. exempelvis en maximal utstyrning av styrsliden 5 åstadkommer styrorganets 14 àterföring till dess mittläge av dess föregående likaså maximala utstyrning. . " Liksom en konventionell vägventil har huvudstyrventilens 2 styrslid 5 följande klart definierade lägen: Mittläge: Styrsliden 5 befinner sig i mittläge (såsom visas pà ritningen). I Läge az Styrsliden 5 är utstyrd i riktning a med maximalt slag.

Läge b: Styrsliden 5 är utstyrd i riktning b K 10 15 20 25 30 35 40 465 528 med maximalt slag.

De enskilda lägena kan uppnàs enligt följande: Mittläge: Magnet 21 under spännig. Börvärdes- stegmotor 4 i 0-läge (0-punkts-änd- lägesströmställare sluten). Magnet 21 spänningslös (förstyrning trycklös).

Läge hos börvärdes-stegmotor 4 god- tyckligt.

Läge a: Magnet 21 under spänning. Börvärdes- stegmotor 4 utstyres i riktning +.

Denna styrning bestämmer styrslidens 5 utstyrning och därmed kolvens 26 àkhastighet. Om pà börvärdes-steg- motorn 4 anligger det maximala värdet är även styrsliden 5 maximalt ut- styrd, utan att páträffa mekaniska anslag.

Läge b: Som vid läge a, dock utstyrning av börvärdes-stegmotorn 4 i riktning -.

Totalverkningsgrad: Styranordningens driftsberedskap är given när förstyr- ventilen 3 försörjes med tryckolja. Det hydrauliska effektbe- hovet härför motsvarar maximalt 2OW. Vid full insats under driftsbetingelser växer denna effekt maximalt till 35W.

Huvudstyrventilen 2 har ej nägra processberoende förlus- ter. I mittläget ledes trycklöst hydraulpumpens 27 totalt transporterade mängd till tanken 31. Såsom förlust ingàr där- vid de kända storheterna sàsom genomströmningsmängd och tryck- fall. Vid manövrering av presscylindern 25 inställer sig all- tid endast det förhanden erforderliga drifttrycket. Hastig- hetsregleringen sker via en shuntstyrning. Vid maximal utstyr- ning av styranordningen ingàr likasà endast det konstruktivt betingade tryckfallet.

Positioneringshastighet: tj Till följd av det ringa effektbehovet pà börvärdessidan kan användas dynamiskt högvärdiga börvärdes-stegmotorer.

Svars- och ställtider är motsvarande korta.

Tvàkanalig utstyrning för säkerhetsstopp: Såsom omnämnts förutsätter driftsberedskapen att för- styrventilen 3 försörjes med tryckolja. Via magnetventilen 20 10 15 20 25 465 528 kopplas denna försörjning "till" resp. "fràn". Om magneten 21 är spänningslös bringas resp. hálles huvudstyrventilens 2 styrslid 5 i mittläge av fjädrarna 6, 6'. Börvärdes-steg- motorns 4 läge har därvid ej någon inverkan. Förstyrventilens 3 är verkningslös.

Vid ett säkerhetsstopp inledes samtidigt de båda funk- tionerna - magnet 21 spänningslös och - börvärdes-stegmotor 4 i O-läge.

Sàlunda säkerställas att även utan NC-styrningen kan àstadkommas ett stopp av kolven 26 i presscylindern 5.

Efter ett nödstopp (med hjälp av en 0-punkt-ändläges- strömställare) sökes börvärdes-stegmotorns 4 0-punkt utan in- koppling av magnetventilen 20. Om detta grundläge uppnås, mag- netiseras ånyo magnetventilens magnet 21; driftsberedskapen föreligger äter.

Fig. 3 och 4 visar den konstruktiva utformningen av ett praktiskt utförande hos en elektrohydraulisk styranordning, bestående av huvudstyrventíl 2, förstyrventil 3, börvärdes- -stegmotor 4, kopplingsorgan 9 och magnetventil 20. Hos huvud- styrventilen är avvikande fràn den schematiska framställningen i fig. 1 ej anordnad en tryckfjäder vid varje ändsida av styr- sliden, utan endast vid en ändsida är anordnad en dubbelver- kande skruvtryckfjäder. Denna centrerar styrsliden i mittläget och spännes vid utstyrning av styrsliden såväl àt vänster som höger. Pà ritningen visas styranordningen ungefär hälften så stor som i verkligheten.

Claims (4)

10 15 20 25 30 465 '528 Patentkrav

1. Elektrohydraulisk styranordning för styrning av ett hydrauliskt drivelement, såsom en presscylinder, med en för- styrventil (3) och en huvudstyrventil (2), vars styrslid (5) är centrerad i sitt mittläge och hydrauliskt utstyrbar at bada sidor, varvid styrsliden vid sina ändar angränsar till vardera en tryckkammare, av vilka var och en är ansluten till en utgång hos förstyrventilen, vars styrorgan (14) är ensidigt fjäderbelastat och utstyrbart at bada sidor fràn ett neutralt läge medelst mekaniska krafter, k ä n n e t e c k n a d av att förstyrventilens (3) styrorgan (14) vid sin ände som är vänd bort från den fjäderbelastade änden stàr i tryckberöring med ett kopplingsorgan (9), vilket med hjälp av en elektrisk börvärdes-stegmotor (4) kan förflyttas ur sitt nolläge i riktning för en förflyttning av styrorganet (14) àt den ena eller andra sidan, och att kopplingsorganet (9) dessutom pà sådant sätt är förbundet med huvudstyrventilens (2) styrslid (5), att som följd av en arbetsrörelse hos styrsliden (5) styrorganet (14) äter tillbakaföres till sitt utgàngsläge med hjälp av kopplingsorganet (9).

2. Styranordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att huvud- och förstyrventilen (2, 3) är i rummet anordnade parallellt bredvid varandra, och att kopplingsorganet är ut- bildat sásom enarmad hävstang (9), vilken vid en ände är ledad tvärs till en med styrsliden (5) förbunden stäng (7), i ett mittavsnitt stàr i tryckberöring med en vid förstyrventilens (3) styrorgan (14) lagrad kopierrulle (17) och vid den andra (fria) änden är utstyrbar at bada sidor fran ett nolläge av en börvärdes-stegmotor (4).

3. Styranordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att en av börvärdes-stegmotorn (4) driven excenter (11) är anordnad, vilken med en nockrulle (10) anligger mot den enar- made hävstangens (9) fria ände, varvid mellan nockrullens (10) axel och den enarmade hävstàngen (9) är kraften av en fjäder verksam. .

4. Styranordning enligt nagot av kraven 1-3, k ä n - n e t e c k n a d av att tillförselledningen för tryckmedel för förstyrventilen (3) är förd via en magnetventil (20) i form av en 4/2-vägventil, vilken vid frånvaro av magnetisering I0 intar stängningsläget och i detta dels spärrar tillförsel1ed~ ningen, dels förbinder huvudstyrventilens (2) tryckkammare (22, 23) med varandra. d: *Å