SE516778C2 - Styrsystemet enligt uppfinningen är av den typ som har en motor, en fluidumtank, en reglerventilenhet för manövrering - Google Patents

Description

516 778 Ett representativt exempel på känd teknik för hydrauliskt styrsystem för en gaffeltruck är visat i fig. 1, vilket inne- fattar en motor 101 och en fluidumpump 102 roterbart driven av motorn 101 för att mata tryckfluidum till en huvudventilenhet 103. Fluidumanslutet till en reglerventil 104 för manövrering och en styrventilenhet 105 tjänstgör huvudventilenheten 103 för att först tillföra tryckfluidum till styrventilenheten 105 och sedan till reglerventilenheten 104 för manövrering, till- försäkrande en stabil styrmanövrering medan gaffeltrucken är i drift. Tryckfluidet avgivet till styrventilenheten 105 tillfö- res på detta sätt in i den vänstra eller högra sidan av en tryckkammare för en styrcylinder 107, beroende på vridnings- riktningen av en styrratt 106 hållen i en mekanisk förbindelse med styrventilenheten 105, så att styrcylindern 107 kan bringas att förflytta sig i vänster eller höger riktning och därigenom bringa gaffeltruckens hjul i önskad orientering. Un- der tiden används tryckfluidet avgivet till reglerventilenhe- ten 104 för manövrering att förorsaka indragning eller för- längning av en manövercylinder 112 vilken i sin tur kommer att påverka arbetsredskapen, t.ex. gafflarna, för en gaffeltruck.

Anordnad i styrventilenheten 105 är en trevägs styrventil 108 som, svarande mot medurs eller moturs vridning av styrratten 106, kan förflyttas till ett första eller andra operativt läge fràn ett neutralt läge för att mata tryckfluidum till en hyd- raulisk motor 109, vilken hydrauliska motor då kommer att ro- tera framàt eller bakåt tillsammans med styrratten 106. Flö- deshastigheten med vilken tryckfluidet matas till den hydrau- liska motorn 109 kan variera med vridningshastigheten för styrratten 106. Tryckfluidet avgivet från den hydrauliska mo- torn 109 matas till styrcylindern 107 via styrventilen 108.

Det skall vara värt att notera att flödeshastigheten QS för 4683C; 01-06-19 10 15 20 25 30 516 778 tryckfluidet avgivet till styrcylindern 107 är given av ekva- tionen: Os = NS X qthl X _V1 / 1000 _ NS X qthg X _v2 / 1000 = Qp .... [1] varvid Qp anger flödeshastigheten (l/min) för tryckfluidet vid fluidumpumpens 102 utlopp, NS vridningshastigheten (varv/min) för styrratten 106, _fl_den volymetriska effektiviteten för den hydrauliska motorn 109 i styrventilen 105, Ne rotationshastig- heten (varv/minut) för motorn 101, qflu kapaciteten (cc/rev) för den hydrauliska motorn 109 i styrventilenheten 105 och qflfi kapaciteten (cc/rev) för fluidumpumpen 102.

Såsom framgår av ekvation [1] i händelse av att motorn 101 el- ler fluidumpumpen 102 upphör att fungera beroende pà fel, kom- mer Qp att vara lika med 0. Om härvid styrratten 106 vrides ma- nuellt för att ändra styrventilen till ett av de första och andra verksamma lägena har fluidet i en tank 110 en tendens att sugas in i den hydrauliska motorn 109 via en reducerventil 111 och styrventilen 108. Dessutom skulle ett sådant icke öns- kat fel hos motorn 101 eller fluidumpumpen 102 dra det inre fluidumtrycket hos hela styrsystemet ned till nära 0. Såsom resultat härav beror det erforderliga fluidumtrycket för att påverka styrcylindern 107 enbart pà vridmomentet manuellt app- licerat till styrratten 106. Mera bestämt bestämmes fluidum- trycket T (Kgf/cmz) för påverkan av styrcylindern 107 av ekva- tionen: P= . . . . . . .. [2] varvid T är vridmomentet (Kgf.m) applicerat till styrratten 106 av föraren och q är kapaciteten (cc/rev) för den hydrau- liska motorn 109 i styrventilenheten 105. 4683C; 01-06-19 10 15 20 25 30 516 778 Realistiskt och praktiskt är det uppenbart att föraren för gaffeltrucken knappast kan frambringa vridmomentet T stort nog att tillfredsställa fluidumtrycket P i ekvation [2]. Detta in- nebär att inget tryckfluidum kommer att tillföras styrcylin- dern 107 och sålunda kommer styrmanövreringen inte att vara disponibel i händelse där motorn 101 eller fluidumpumpen 102 skulle utfalla. Otillgängligheten för styrmanövreringen kan leda till en olyckshändelse att den rörliga gaffeltrucken stö- ter mot föremål eller personer som befinner sig i gaffeltruck- ens rörelseväg. Med hänsyn härtill har behov förefunnits för ett förbättrat hydrauliskt styrsystem som kan ge en lösning på nackdelarna angivna ovan.

Summering av uppfinningen Det är följaktligen ett syfte med uppfinningen att tillhanda- hålla ett felsäkert hydrauliskt styrsystem för användning i ett industriellt fordon som kan fortsätta att producera tryck- fluidum krävd för kraftstyrdrivningen även när en motor eller en motordriven fluidumpump skulle utfalla mitt under rörelsen för det industriella fordonet.

Syftet uppnås med de kännetecken för uppfinningen, som angives i efterföljande patentkrav.

Viktig egenskap hos styrsystemet ligger således i anordnandet av en elektrisk motor, krafttillförselorgan selektivt anslutna till den elektriska motorn för att tillföra elektrisk ström till den elektriska motorn, en hjälpfluidumpump roterande dri- ven av den elektriska motorn för att alstra styrfluidum i nöd- fall som skall matas till styrventilenheten och reglerorgan för krafttillförsel för att frånkoppla den elektriska motorn från nämnda krafttillförselorgan medan huvudpumpen producerar 46830; 01-06-19 10 15 20 25 30 516 778 tryckfluidet och för att ansluta den elektriska motorn till nämnda krafttillförselorgan när inget tryckfluidum avgives från huvudpumpen.

Kortfattad beskrivning av ritningar Ovannämnda och andra syften, egenskaper och fördelar med upp- finningen kommer att framgå av följande detaljerade beskriv- ning av en föredragen utföringsform med hänvisning till bifo- gade ritningar.

Fig. 1 visar härvid ett kretsdiagram för fluidumtryck illu- strerande ett representativt exempel av hydrauliska styrsystem enligt känd teknik, och Fig. 2 visar ett kretsdiagram för fluidumtryck illustrerande ett felsäkert hydrauliskt styrsystem i enlighet med uppfin- ningen.

Detaljerad beskrivning av den föredragna utföringsformen Med hänvisning nu till fig. 2 framgår att det felsäkra hydrau- liska styrsystemet enligt uppfinningen innefattar en huvudflu- idumpump 200 som är roterande driven av en motor 202 för att suga upp fluidum innehàllen i en tank 204 och sedan alstra tryckfluidum som skall användas i styrsystemet. Huvudfluidum- pumpen 200 är fluidumansluten till en prioritetsventilenhet 208 via en huvudtillförselledning 206 vid vars mellanliggande del är belägen en backventil 210 för att förhindra tryckflui- dum från backströmning in i huvudfluidumpumpen 200.

Prioritetsventilenheten 208 är försedd med en prioritetsventil 212 vars utloppssida är fluidumansluten till en styrventilen- 4683C; 01-06-19 10 15 20 25 30 516 778 het 216 medelst en styrtillförselledning 214 och med en reg- lerventilenhet 220 för manövrering medelst en manövrerings- tillförselledning 218. Prioritetsventilen 212 kan växlas mel- lan ett första operativt läge, nämligen åt vänster förflyttat läge, där huvudfluidumpumpen 200 medges kommunicera med styr- ventilenheten 216 och ett andra operativt läge, nämligen åt höger förflyttat läge, där huvudfluidumpumpen 200 bringas i förbindelse med reglerventilenheten 220.

En tryckfjäder 222 är anordnad vid ena sidan av prioritetsven- tilen 212 för att normalt tvinga prioritetsventilen 212 mot det första operativa läget så att tryckfluidum kan först avgi- vas till styrventilenheten 216 snarare än till reglerventilen- heten 220. Pâ samma sida om prioritetsventilen 212 som tryck- fjädern 222 är en reglerledning 224 i förbindelse med priori- tetsventilen 212, medan en pilotledning 226 utsträckande sig från styrtillförselledningen 214 leder till prioritetsventi- lens 212 andra sida. När fluidumtrycket i pilotledningen 226 blir större än fjäderns 222 förspänningskraft plus fluidum- trycket i reglerledningen 224, kommer prioritetsventilen 212 att förflytta sig åt vänster till det andra operativa läget, medgivande tryckfluidet i huvudtillförselledningen 206 att strömma till reglerventilenheten 220.

Det skall observeras att reglerledningen 224 bibehàlles i för- bindelse med styrventilenheten 216 via en förbikopplingsled- ning 228 å ena sidan och leder till tanken 204 medelst ett ol- jefilter 230 och en reduceringsventil 232 à andra sidan. En backventil 234 är anordnad i styrtillförselledningen 214 för att förhindra tryckfluidum i styrventilenheten 216 från till- bakaströmning in i prioritetsventilen 212. Såsom känt av en ordinär fackman inom tekniken lämpar sig reglerventilenheten 220 för manövrering antingen till att mata tryckfluidum in i 46830; 01-06-19 lO 15 20 25 30 516 778 manövreringstillförselledningen 218 till en manövreringscylin- der 238 eller för att medge tryckfluidum i manövreringscylin- dern 238 att dräneras in i tanken 214, beroende på svängnings- riktningen och vinkeln för en spak eller manövreringsarm 236.

Manövreringscylindern 238 är operativt ansluten till ett ar- betsredskap, t.ex. gafflar för en gaffeltruck, icke visad pà ritningen av enkelhetsskäl.

Styrventilenheten 216 innefattar en styrventil 242 vars läge regleras av en styrratt 240 och en hydraulisk motor 244 vilken hålles mekaniskt ansluten till styrratten 240. Styrventilen 242 kan växlas från ett neutralt läge visat i fig. 2 till ett första eller andra operativt läge när föraren vrider styrrat- ten 240 i en önskad riktning. Redan i det neutrala läget tjänstgör styrventilen 242 för att förhindra tryckfluidum i styrtillförselledningen 214 från att passera därigenom och in- komma i en styrcylinder 246, sålunda bibehållande den senare orörlig. När styrventilen 242 växlas till det första eller andra operativa läget medger den tryckfluidet i styrtillför- selledningen 214 att avges till en av styrcylinderns 246 flui- dumkammare, varvid fluidum i styrcylinderns 246 andra kammare skall dräneras till reservoaren 204 via en styrdräneringsled- ning 248. Den hydrauliska motorn 244 är anpassad att mata en reglerad mängd tryckfluidum till styrcylindern 246 i förhål- lande till vridningshastigheten för styrratten 240. Belägen mellan styrtillförselledningen 214 och styrdräneringsledningen 248 ligger en backventil 249 som medger fluidet i styrdräne- ringsledningen 248 att flyta in i styrtillförselledningen 214 men förhindrar fluidumströmning i motsatt riktning.

I enlighet med den föredragna utföringsformen av uppfinningen innefattar vidare det hydrauliska styrsystemet en elektrisk motor 250 som kan vara selektivt ansluten till ett batteri 254 46830; 01-06-19 10 15 20 25 30 516 778 medelst en reläkontaktkrets 252 eller annat lämpligt reläor- gan. Roterbart ansluten till den elektriska motorn 250 finnes en reservpump 256 som vid drift kan i nödfall alstra styrflui- dum under tryck. Reservpumpen 256 leder till en riktningsreg- lerventil 260 via en reservtillförselledning 258 varigenom styrfluidet i nödfall alstrat av reservpumpen 256 kan tillfö- ras riktningsreglerventilen 260. Det föredrages att en back- ventil 262 är anordnad i reservtillförselledningen 258 för att förhindra backströmning av fluidum från riktningsreglerventi- len 260 till reservpumpen 256.

Riktningsreglerventilen 260 är vid sin utloppssida ansluten såväl till tanken 204 via en första grenledning 266 och till styrtillförselledningen 214 via en andra grenledning 264. Det skall inses att riktningsreglerventilen 260 är växlingsbar mellan ett första operativt läge där reservpumpen 256 bibehål- les i förbindelse med tanken 204 och ett andra operativt läge där reservpumpen 256 medges kommunicera med styrventilen 242.

En tryckfjäder 268 är anordnad vid en sida av riktningsregler- ventilen 260 för att normalt förspänna den senare mot det andra operativa läget, medan en pilottryckkammare 270 är an- ordnad vid den andra sidan av riktningsreglerventilen 260 för att applicera pilottryck till den senare. Pilotkammaren 270 stàr i förbindelse med huvudtillförselledningen 206 via en pi- lotledning 272. Så länge som tryckfluidet avgivet fràn huvud- pumpen 200 införes i pilotkammaren 270 kommer riktningsregler- ventilen 260 att hållas i det första operativa läget mot för- spänningskraften för tryckfjädern 268. När inget fluidumtryck emellertid utvecklas i pilotkammaren 270 kommer riktningsreg- lerventilen 260 att automatiskt växlas till det andra opera- tiva läget under förspänningskraften av tryckfjädern 268. 46830; 01-06-19 10 15 20 25 30 516 778 Såsom angivits tidigare används reläkontrollkretsen 252 för att valbart ansluta och frànkoppla den elektriska motorn 250 till och från batteriet 254. Drivningen av reläkontrollkretsen 252 kan regleras av en elektronisk kontroller 274 vilken bibe- håller elektrisk anslutning med en tryckdetektor 276 och en motortändningsdetektor 278. Tryckdetektorn 276 är fäst vid hu- vudtillförselledningen 206 och fortsätter att avge en tryck- detekteringssignal när den detekterar fluidumtrycket utvecklat i huvudtillförselledningen 206. Motortändningsdetektorn 278 är ansluten till en tändningskopplare 279 som ligger mellan mo- torn 202 och batteriet 278 så att den kan alstra en motor- stoppsignal så snart som tändningskopplaren 279 slås ifrån.

När en av tryckdetekteringssignalen och motorstoppsignalen av- gives kommer den elektroniska kontrollern 274 att medge relä- kontrollkretsen att hållas öppen och därigenom förhindra akti- vering av den elektriska motorn 250. Om tryckdetekteringssig- nalen och motorstoppsignalen inte avgives kommer den elektro- niska kontrollern 274 att bringa reläkontrollkretsen 252 att bli stängd, tillförsäkrande att batteriet 254 skall mata elektrisk ström till den elektriska motorn 250.

Baserad på ovan angivna beskrivning och med hänvisning till fig. 2 kommer nu drivningen av det felsäkra hydrauliska styr- systemet att beskrivas i detalj.

Om motorn 202 börjar arbeta när tändningskopplaren 279 vrides på kommer huvudfluidumpumpen 200 att roterande drivas för att avge tryckfluidum till prioritetsventilen 212 genom huvudtill- förselledningen 206. Eftersom prioritetsventilen 212 skall bi- behållas i det första operativa läget under tryckfjäderns 222 förspänningskraft kommer tryckfluidum till en början att ledas till styrventilen 242 via styrtillförselledningen 214. Vrid- ning av styrratten 240 i endera riktningen vid detta tillfälle 4683C; 01-06-19 10 15 20 25 30 516 778 10 kommer att förorsaka att styrventilen 242 förflyttas från det neutrala läget till det första eller andra operativa läget, varigenom tryckfluidum i styrtillförselledningen 214 införes till en av styrcylinderns 246 fluidumkamrar genom styrventilen 242 och den hydrauliska motorn 244 och sålunda göra servostyr- manövreringen tillgänglig. Ökning i styrrattens 240 vridnings- hastighet resulterar i snabbare rotation av den hydrauliska motorn 244, vilket i sin tur leder till motsvarande ökning av flödeshastigheten för tryckfluidet matat till styrcylindern 246. I motsats härtill kommer minskning i styrrattens 240 vridningshastighet att sänka flödeshastigheten med vilken tryckfluidet tillföres styrcylindern 246. Medan styrratten 240 inte utsättes för någon vridning kommer styrventilen 244 att kvarstanna i det neutrala läget, i vilket fall trycket i styr- tillförselledningen 214 och följaktligen i pilotledning 227 kommer att progressivt ökas för att till sist förflytta prio- ritetsventilen 212 mot tryckfjäderns 222 förspänningskraft till det andra operativa läget. Detta tillförsäkrar att tryck- fluidet i huvudtillförselledningen 206 skall avgivas till reg- lerventilenheten 200 i dess helhet.

Under tiden huvudpumpen 200 fortsätter att avge tryckfluidum in i huvudtillförselledningen 206, överförs direkt trycket av fluidet i huvudtillförselledningen 206 till pilotkammaren 270, varigenom riktningsreglerventilen 260 förflyttas mot tryckfjä- derns 268 förspänningskraft till det första operativa läget så att hjälppumpen 256 kan anslutas till tanken 204. I händelse av att motorn 202 och huvudpumpen 200 befinner sig i deras normala operativa läge såsom diskuterats ovan kommer tryckde- tektorn 276 att applicera en tryckdetekteringssignal till den elektroniska kontrollen 270, som svar på vilket den elektro- niska kontrollen verkar för att hålla reläkontrollkretsen 252 öppen, lämnande den elektriska motorn 250 frånkopplad batteri- 4683C; 01-06-19 10 15 20 25 30 516 778 ll et 254. Resultatet är att hjälppumpen 252 inte alstrar nàgot riskstyrningsfluidum.

I händelse av att en av motorn 202 och huvudpumpen 200 skulle utfalla av något skäl kommer inget tryckfluidum att avges in i huvudtillförselledningen 206 och därför kommer tryckdetektorn 276 inte längre att lämna tryckdetekteringssignal till den elektroniska kontrollern 274. Dessutom, eftersom tändnings- kopplaren 279 bibehålles påvriden, kommer ingen motorstoppsig- nal att alstras från motortändningsdetektorn 278. Detta möj- liggör för den elektroniska kontrollern 274 att lämna reläkon- trollkretsen 252 stängd så att batteriet 254 kan tillföra elektrisk ström till den elektriska motorn 250. När den elek- triska motorn 250 aktiveras för att roterande driva hjälppum- pen 256 kommer hjälppumpen 256 att avge nödfallsstyrfluidum till hjälptillförselledningen 258.

Det är betydelsefullt att observera att när huvudpumpen 200 inte alstrar något tryckfluidum beroende på dess utfall eller utfallet av motorn 200 kommer inget fluidumtryck att utövas i pilotkammaren 270 för riktningsreglerventilen 260. Som ett re- sultat härav växlas riktningsreglerventilen 260 till det andra operativa läget under förspänningskraften av tryckfjädern 268, förande hjälptillförselledningen 258 till fluidumförbindelse med styrtillförselledningen 214. Detta gör det möjligt för riskfallsstyrfluidum alstrat av hjälppumpen 256 att matas till styrventilen 242 via riktningsreglerventilen 260, varigenom kraftstyrdrivning fortsätter att vara tillgänglig trots utfal- let av motorn 202 eller huvudpumpen 200.

När fordonet innefattande det felsäkra hydrauliska styrsyste- met når en säkerhetszon genom att lita på riskfallstyrfunktio- nen såsom beskriven ovan, kommer föraren att vrida av tänd- 46830; 01-06-19 10 516 778 12 ningskopplaren 279, som svar på vilket motortändningsdetektorn 278 kommer att lämna en motorstoppsignal till den elektroniska kontrollern 274. Följaktligen kommer den elektroniska kontrol- lern 274 att bringa reläkontrollkretsen 252 att öppnas så att den elektriska motorn 250 och hjälppumpen 256 kan upphöra att arbeta och sålunda avsluta riskfallstyrarbetet för det hydrau- liska styrsystemet.

Ehuru uppfinningen har visats och beskrivits med hänvisning till en föredragen utföringsform skall det vara uppenbart för en fackman att många ändringar och modifikationer kan göras utan att avvika från omfattningen av uppfinningen såsom defi- nierad i patentkraven. 4683C; 01-06-19

Claims (5)

10 15 20 25 30 516 778 13 P A T E N T K R A V

1. l. Felsäkert hydrauliskt styrsystem för användning i ett in- dustriellt fordon av det slag som har en motor(202), en flui- dumtank (204), en styrventilenhet (216), en manöverreglerven- tilenhet (220), en huvudfluidumpump (200) driven av motorn (202) för pumpning av fluidet i tanken (206) för att mata tryckfluidum till styrventilenheten (216) och till manöverreg- lerventilenheten (220) samt en prioritetsventil (212) för att möjliggöra att tryckfluidet först tillföres styrventilenheten (216), k ä n n e t e c k n a t a v, att styrsystemet inne- fattar; en elektrisk motor (250); krafttillförselorgan (254) selektivt anslutet till den elekt- riska motorn (250) för att tillföra elektrisk ström till den elektriska motorn (250); en hjälpfluidumpump (256) driven av den elektriska motorn (250) för att åstadkomma att nödstyrfluidum matas till styr- ventilenheten (216), krafttillförselreglerorgan (252, 274, 276, 272) för att fràn- koppla den elektriska motorn (250) från nämnda krafttillför- selorgan (254) medan huvudpumpen (200) tillhandahåller tryck- fluidet och för att koppla den elektriska motorn (250) till nämnda krafttillförselorgan (254) när inte något tryckfluidum avgives från huvudpumpen (200) samt en riktningsreglerventil (260) växlingsbar mellan ett första operativt läge, där hjälp- pumpen (256) står i förbindelse med tanken (204), och ett andra operativt läge, där hjälppumpen (256) kommer i 46836; 01-06-19 10 15 20 25 30 516 778 14 förbindelse med styrventilenheten (216) för att rikta nödstyr- fluidet till styrventilenheten (216).

2. Styrsystem enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v, att nämnda krafttillförselreglerorgan (252, 274, 276, 278) be- står av en reläkontrollkrets (252) anordnad mellan den elekt- riska motorn (250) och nämnda krafttillförselorgan (254), en tryckdetektor (276) installerad vid huvudpumpens (200) ut- loppssida för att avge tryckdetekteringssignal medan huvudpum- pen (200) alstrar tryckfluidet, och en motortändningsdetektor (278) för att alstra motorstoppsignal när motorn (202) är ur- kopplad från nämnda krafttillförselorgan (254) samt en elek- tronisk kontroller (274) i förbindelse med tryckdetektorn (276) varvid motortändningsdetektorn (278) för att hålla relä- kontrollkretsen (252) är öppen som svar på tryckdetekterings- signalen eller motorstoppsignalen och för att bringa reläkon- trollkretsen (252) att stänga när såväl tryckdetekteringssig- nalen och motorstoppsignalen inte alstras.

3. Styrsystem enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t a v, att huvudpumpen (200) är ansluten till prioritetsventilen (212) via en huvudtillförselledning (206) och att tryckdetek- torn (276) är installerad pà huvudtillförselledningen (206) för att detektera fluidumtryck i huvudtillförselledningen (206).

4. Styrsystem enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v, att huvudpumpen (200) är ansluten till prioritetsventilen (212) via en huvudtillförselledning (206) och att en backven- til (210) är belägen i huvudtillförselledningen (206) för att förhindra nödstyrfluidum från backströmning in i huvudpumpen (200). 4683C; 01-06-19 10 15 20 25 30 516 778 15

5. Styrsystem enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t a v, att en tryckfjäder (268) är anordnad vid en sida av riktnings- reglerventilen (260) för att förspänna riktningsreglerventilen mot det andra operativa läget och att en pilotkammare (270) är anordnad vid den andra sidan av riktningsreglerventilen (260), varvid pilotkammaren (270) förblir i förbindelse med huvudpum- pen (200) sà att tryckfluidet avgivet från huvudpumpen kan in- komma i pilotkammaren (270) för att växla riktningsreglerven- tilen (260) till det första operativa läget mot tryckfjäderns (268) förspänningskraft. 46830; 01-06-19