SE517469C2 - Påverkningsdon för åstadkommande av svängrörelsen hos en svängarm - Google Patents

Description

l5 20 25 30 35 :"¿"a ' 517 469 2 transportsteg hos benet. Ett bra exempel pà ett sàdant ben som kan ha tvà svängarmar är den tidigare finska patentskriften 87171 av sökanden.

Det är tydligt att en relativt stor kraft erfordras vid det stödjande steget vilket vidare kommer att erford- ra stora cylindervolymer och särskilt stora kolvarbets- ytor. Följaktligen är det största problemet med pàverk- ningsdonets effektivitet att en hög volymflödeshastighet av tryckmediumet måste användas vid transportsteget på grund av de stora arbetsytorna, för att bibehålla till- räckligt höga rörelsehastigheter vid transportsteget.

Särskilt vid hydraulsystem i vilka pumpen förser flerta- let pàverkningsdon som finns vid ömsesidigt olika belast- ningssituationer, är pumpens tillförseltryck alltid till- räckligt högt med tanke pà den maximala belastningen.

Detta innebär att tillförseltrycket hos pumpen vid trans- portsteget inte är i korrekt proportion med trycket som erfordras av lasten, tryckskillnaden förloras i regler- ventilerna eller liknande och i flödeskanalsystemet och pumpen mäste således användas med en onödigt hög kraftin- matning. I de ovan nämnda fordonen som gär framåt medelst svängrörelsen hos svängarmen och som har flertalet pà- verkningsdon som erfordrar tryckmedium för den framàtgà- ende rörelsen är ett problem fortfarande tillräckligheten för pumpkapaciteten pà grund av stora momentana behov av volymflöde. Hydraulsystemet t ex en hydraulfluidtank mäste vara dimensionerad i enlighet med dessa höga toppar av volymflöde. Vidare kan pumpkapaciteten inte ökas god- tyckligt utan att överskrida drivmotorns effektivitet.

Syftet med föreliggande uppfinning är att undanröja nackdelen som presenteras ovan och således förbättra den tidigare tekniken inom området. I detta syfte känneteck- nas pàverkningsdonet i enlighet med uppfinningen av ett systemmatande tryckmedium som erfordras för drift av cylindern, inte bara till cylindrarna som kopplas paral- lellt pà ett sätt som är känt i sig, utan alternativt till endast en av de två cylindrarna hos pàverkningsdo- I -uv- 10 15 20 25 30 35 511 4,69 3 net, i synnerhet i transportsteget. Således är den mest betydande fördelen med uppfinningen möjligheten att be- gränsa volymflödet hos tryckmediumet fràn pumpen och simultant spara pumpkapacitet vilket är viktigt i fallet då ett vandrande fordon innefattar flertalet pàverknings- don. Sàsom ett naturligt resultat behöver pumpen och dess drivmotor inte vara onödigt belastade under transportste- get, ett faktum som väsentligen reducerar driftkostnader- na i det långa loppet. Å andra sidan kommer hastigheten för fordonets utbredning inte att lida av begränsning av volymflödet vid transportsteget. Dessutom kommer driftef- fektiviteten vid transportsteget att väsentligen förbätt- ras vilket kommer att presenteras nedan.

De andra kännetecknen för pàverkningsdonet i enlig- het med uppfinningen kommer att läggas fram i de bifogade osjälvständiga kraven.

I följande beskrivning kommer uppfinningen att be- skrivas med hänvisning till de bifogade ritningarna på vilka: FIG 1 visar páverkningsdonet schematiskt sett från sidan, och FIG 2 visar en fördelaktig utföringsform av uppfin- ningen.

I detta sammanhang avser ett pàverkningsdon ett hydraulcylinderpar och en ventil som reglerar flödet av tryckmedium till dem.

Päverkningsdonet enligt uppfinningen består av två cylindrar S,S' fixerade vid fixeringspunkter ll, 11' i en svàngarm. Cylindrarna innefattar pà ett känt sätt en kammare 6, 6' som rymmer en rörlig kolv 7, 7' som delar kammaren i tvà arbetskamrar, en kolvkammare 9, 9' och en kolvstàngskammare 10, l0'. Kolvstängerna 8, 8' hos cy- lindrarna är förbundna med ändar hos en roterande del K, varvid delen är förbunden pà ett torsionsmässigt stelt sätt med ett element i förhållande till vilket svängarmen är roterbart anordnad i enlighet med kolvarnas 7, 7' rörelser runt en rotationsaxel A som sträcker sig genom lO 15 20 25 30 35 517 46 9 ïï= - . Ijfiâ 4 delen K. En första reglerventil 1 (4/3-riktningsventil) är placerad vid föreningspunkten mellan förbindningsled- ningarna 5, 5' som leder till cylindrarna och en tillför- selledning 3 och en returledning 4. Tryckmedium tillförs till cylindrarna från tryckmediumtanken genom en pump (ej visad) genom tillförselledningen 3 och lämplig styrning av tryckmediumet till kamrarna 6, 6' är anordnad med den första reglerventilen 1 genom att ändra positionen för delarna la, lb mellan ledningsparet som bildas av till- förselledningen 3 och returledningen 4 och ledningsparet som bildas av förbindningsledningarna 5, 5' som leder till kamrarna 6, 6'. Tillförselledningen 3 är förbunden med den ena av de två förbindningsledningarna 5, 5' bero- ende pà positionen för reglerventilen 1 och reglerventi- len har även en position som separerar pàverkningsdonet helt frän pumpen.

Förbindningsledningarna 5, 5' är vidare förgrenade till första grenledningar Sa, Sa' som leder till kolvkam- rarna 9, 9' och till andra grenledningar 5b, 5b' som leder till kolvstàngskamrarna 10, l0'.

En andra reglerventil 2, en 4/2-riktningsventil också känd som sådan, är belägen nedströms förgrenings- punkten för de första grenledningarna Sa, 5a', varvid flödet fràn förbindningsledningarna 5, 5' i paret som bildas av de andra grenledningarna 5b, 5b' styrs antingen sà att - såsom i en normal parallell förbindning, tryckmedium tillförs simultant genom den första grenledningen till kolvkammaren hos den första cylindern, och ge- nom den andra grenledningen, reglerad av den första positionen 2a för den andra reglerventilen 2, till kolvstàngskammaren hos den andra cylindern, dvs tryckmedium tillförs till bàda cylindrarna eller - tryckmedium tillförs till endast en av cylindrarna, varvid den första grenledningen till dess kolvkamma- re och den andra grenledningen till dess kolvstàngs- kammare är, reglerade av den andra positionen 2b för of: a o 10 15 20 25 30 35 51 7 469 5 den andra reglerventilen 2, förbundna med varandra, dvs den av förbindningsledningarna 5, 5' som är trycksatt är förbunden simultant med både kolvkamma- ren och kolvstångskammaren hos samma cylinder.

Kopplingen är utförd genom normal riktningsreglerven- tilteknik, varigenom en ventil i ledningsparet (de andra grenledningarna 5b, 5b') kopplar ihop förbindningarna på dess motsatta sidor, antingen direkt eller korsvis.

När tryckmediumet passerar genom den första positio- nen 2a hos ventilen till båda kamrarna 6, 6' återgår tryckmediumet från de andra sidorna av kolvarna till tryckmediumtanken via grenledningarna hos retursidorna till samma förbindningsledning 5 eller 5' och vidare längs returledningen 4. Detta är en normal parallell förbindning som åstadkommer ett stort vridmoment vid förbindningen på grund av den stora arbetsytan (arbets- ytan för kolvkammaren hos en cylinder + arbetsytan för kolvstångskammaren hos den andra cylindern).

När den andra reglerventilen 2 är i en position där tryckmediumet tillförs genom den andra positionen 2b är en s k invändig cirkulation anordnad i båda cylindrarna.

Om det antas att den första reglerventilen 1 är i en position i vilken förbindningsledningen 5 är förbunden med tillförselledningen 3 tillförs tryckmedium endast till cylindern S på den högra sidan i fig 1, varvid tryckmedium förblir och verkar i kolvkammaren 9, kolv- stångskammaren 10, den andra grenledningen 5b och den första grenledningen Sa, utan att alls återgå till tryck- mediumtanken från denna cylinder S. För att utföra detta bibehåller tryckmediumpumpen det erfordrade trycket i cylindern S och orsakar en rörelse genom att där mata tryckmedium endast i den utsträckning som erfordras av skillnaden mellan arbetsytor på olika sidor av kolven 7, varvid volymflödet som erfordras av kolvens rörelse där- igenom reduceras. I kolvkammaren och i kolvstångskammaren är trycket väsentligen detsamma, då det verkar på kolven 7 på dess båda sidor, dock på ett sätt att på sidan av 10 15 20 25 30 35 kolvkammaren 9 riktas trycket pà kolven mot en större arbetsyta och pà sidan av kolvstàngskammaren 10 riktas det endast mot en yta som är den totala ytan för kolven minus tvärsektionsytan för kolvstàngen. Såsom en naturlig konsekvens rör sig kolven 7 uppåt i figuren, och àstad- kommer därigenom även nämnda invända cirkulation av tryckmediumet, dvs tryckmediumet rör sig fràn kolvstàngs- kammaren 10 till kolvkammaren 9 och förbindningsledningen 5 transporterar endast volymen V svarande mot formeln V = sx (A9 förändringen av cylinderlängden, A9 är arbetsytan hos kolvkammaren 9 och Aw är arbetsytan för kolvstàngskamma- ren 10. För högre rörelsehastigheter vilka är direkt proportionella mot den linjära förändringen s i tidsen- het, reducerar således faktorn (A9 produkten som indikerar kraftförlusterna (pp-p2)x Q, var- vid pp är matningstrycket hos pumpen och p2 är trycket som induceras av lasten i pàverkningsdonet, reduceras genom att minimera faktorn Q(=V/t) som indikerar volymflödes- hastigheten. Pá ett motsvarande sätt ökas pg i samma proportion pà grund av den reducerade effektiva arbets- ytan och följaktligen reduceras även uttrycket pp-pg. Att röra benet vid transportsteget tar samma kraft som innan, men drifteffektiviteten förbättras.

Till exempel i fall i vilka skillnaden mellan ar- betsytorna är l/6 av arbetsytan för den parallella för- bindningen àstadkommes samma rörelsehastigheter vid transportsteget med 1/6 av volymflödet. Pà ett motsvaran- de sätt, om trycket som induceras av lasten i påverk- ningsdonet vid det stödjande steget är 280 bar och tryck- et vid transportsteget med en lika arbetsyta skulle vara 40 bar, kommer det i den nya kopplingen att öka till dvs 240 bar. cylinder S är aktiv rör sig den andra cylin- motsvarande siffror, När en hos dern S' pàverkningsdonet passivt, dvs den blir korta- re. Volymen för kolvkammaren 9' kommer således att redu- ceras mer än volymen för kolvstàngskammaren 10 ökas. Pà .w lO 15 20 25 30 35 S17 45.9 7 grund av att även dessa kammare är kopplade till varandra genom förgreningarna Sa' och 5b' tillförs flödet som erfordras av ökningen i kolvstängskammarens 10' volym genom den volym som flyttas fràn kolvkammaren 9' och överskottsvolymen àtergàr längs förbindningsledningen 5' och returledningen 4. Således kommer den invändiga cirku- lationen att vara verksam även pà retursidan av tryckme- diumet i enlighet med samma princip: volymen för det hydrauliska mediumet som flyttas fràn en sida av kolven utnyttjas för att komplettera det simultana volymkravet pà den motsatta sidan. Kopplingen kan benämnas "regenera- tiv koppling".

För att svänga svängarmen i den motsatta riktningen skiftas den första reglerventilen 1 till en position i vilken tillförselledningen 3 är förbunden med den andra förbindningsledningen 5'. Sàledes har reglerventilerna 1 och 2 tydligt särskilda funktioner: den första används för att ändra rörelseriktningen och den andra används för att koppla cylindrarna S, S' till förbindningsledningarna 5, 5'. ventilen 2 flyttas till de erfordrade positionerna genom Den första reglerventilen 1 och den andra regler- regleranordningar kända som sådana. De är elektriskt reglerade riktningsventiler. Den andra reglerventilen 2 är i en position 2a av parallell förbindning under fjä- derlast och den flyttas elektriskt till den andra posi- tionen 2b. Således är pàverkningsdonet helt verksamt i båda riktningarna och båda kopplingsvägarna är möjliga oavsett rörelseriktningen för svängarmen.

Vid tillämpning av uppfinningen t ex för att flytta den vandrande maskinen som nämnts ovan, svängs svängarmen genom användande av en anordning i vilken tryckmediumet tillförs vid det stödjande steget genom parallell för- bindning när den andra reglerventilen 2 är i den första positionen 2a och vid transportsteget, med ett mindre kraftbehov, av den regenerativa kopplingen i den andra positionen 2b hos ventilen 2. 10 15 20 25 30 35 517 4.619 u. u ln lv 00 I l 0 o oc: n u 'nu unna o n o u. I l I I Û 8 Fig 2 visar ett typiskt fordon som rör sig framåt genom rörelse av benen. Pàverkningsdonen kan vara verk- samma t ex i förbindningen mellan den nedre svängarmen V2 och den övre svängarmen V1, dvs "knäförbindningen" och i förbindningen mellan den övre svängarmen V1 och stommen R, dvs "höftförbindningen" L. Streckade linjer illustre- rar läget för pàverkningsdonen bildade av cylindrarna S, S' i den övre svängarmen V1. Pàverkningsdonet som induce- rar svängrörelsen mellan stommen R och den övre svängar- men Vl vid höftförbindningen L och pàverkningsdonet som inducerar svängrörelsen mellan den övre svängarmen V1 och den nedre svängarmen V2 vid knäförbindningen P är båda placerade i den övre svängarmen V1 i vilken pàverknings- donet hos höftförbindningen L är förbunden vid en ände med en del som innefattas pà ett torsionsmässigt stelt sätt i stommen R (eller med en del som är svängbar i förhållande till densamma) och pàverkningsdonet hos knä- förbindningen P är förbunden vid en ände med en del som innefattas pà ett torsionsmässigt stelt sätt i den nedre svängarmen V2. Mekanismen och konstruktionen av benet presenteras mera detaljerat i den tidigare finska patent- skriften 87171 av sökanden. Den elektriska regleringen av ventilen 2 kan förbindas pà ett lämpligt sätt med maski- nens regleringsautomatik.

Konstruktionen av pàverkningsdonet begränsas inte enbart till den utföringsform som visas pà ritningarna, utan det kan modifieras inom ramen för uppfinningsidën som presenteras i de bifogade kraven. Till exempel kan den andra reglerventilen 2 för att ändra den parallella kopplingen till en regenerativ koppling även utföras pà ett annat sätt. Den kan t ex delas i tvà separata venti- ler, t ex genom att utföra den med tvä 3/2-riktnings- ventiler, varvid var och en är belägen i en egen grenled- ning Sb, 5b', med tvà förbindningar pä andra sidan av ventilen, en för varje cylinder. Dessutom är det möjligt att anordna förbindningsledningarna 5, 5' sä att de för- grenar sig även pà ett annat sätt till kolvkamrarna och 10 15 517 4:69 9 kolvstàngskamrarna hos cylindrarna. Utföringsformen en- ligt fig 1 med de första grenledningarna Sa, Sa' som leder direkt till kolvkamrarna 9, 9' är fördelaktig pà grund av att i detta fall behöver ett mindre volymflöde som erfordras/ástadkommes av kolvstàngskammaren passera genom ventilen 2.

Fastän diskussionen ovan har behandlat tillämpning av uppfinningen i svängarmar hos ben i ett fordon kan den även användas för att svänga andra svängarmar som har ett laststeg som erfordrar en kraftutmatning och stort vrid- moment vid förbindningen och ett sådant transportsteg som erfordrar hög hastighet, som kännetecknas av en mindre utvändig last pà svängarmen och särskilt i hydraulsystem som har flertalet pàverkningsdon som erfordrar en till- försel av hydraulfluid. I alla dessa svängarmar är det möjligt att använda det ovan beskrivna cylinderparet som kan drivas i båda riktningarna antingen genom parallell- koppling eller genom regenerativ koppling.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 517 469 10 PATENTKRAV

1. Pàverkningsdon för att åstadkomma svängrörelse hos en svängarm, varvid påverkningsdonet innefattar - två cylindrar (S, S') som är fixerade vid svängarmen och som använder ett tryckmedium, fluid, tionsaxel (A) särskilt hydraul- anordnade att svänga svängarmen runt en rota- genom att förbinda varje cylinder i dess ena ände med svängarmen och i dess andra ände i förhållande till vilken svängarmen är anordnad att svänga, med en konstruktion (K) - ett tryckmediumsystem med vilket kolvkamrarna (9, 10') (S, S') är förbundna för att tillföra tryckmedium 9') och kolvstàngskamrarna (10, hos cylindrarna till och från cylindrarna (S, S'), varvid systemet innefattar en tillförselledning (3) förbunden med en matningspump, en returledning (4) förbunden med en tank och två förbindningsledningar (5, S') som är förbundna med kolvkamrarna (9, 9') (10, och kolvstàngs- kamrarna 10') hos cylindrarna, varvid regleringen av tryckmediumflödet utförs av en eller flera reglerventiler, såsom en första reglerventil (1) som är placerad vid föreningspunkten mellan tillför- selledningen (3), 5'), förseln av tryckmedium in i cylindrarna är anordnad me- returledningen (4) och förbindningsled- ningarna (5, k ä n n e t e c k n a t av att till- delst reglerventilerna på sådant sätt att tryckmedium är valbart tillförbart från en tillförselledning (3) anting- en (a) in i båda cylindrarna (S, S') genom att de är parallellt anslutna eller (b) till endast en av cylind- rarna då tillförselledningen (3) samtidigt är förbunden med såväl kolvkammaren (9) som kolvstångskammaren (10) hos denna cylinder (S).

2. Påverkningsdon enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att förbindningsledningarna (5, 5') är förgre- nade till första grenledningar (Sa, 5a') som leder till cylinderkamrarna (6, 6') för kolvarnas första sidor, och till andra grenledningar (5b, 5b') som leder till cylin- 10 15 20 25 517 469 _ ll derkamrarna (6, 6') för kolvarnas andra sidor, varvid de 5b') som reglerar flödet och är avsedd att i den andra grenledningarna (5b, är försedda med en reg- lerventil (2) första positionen (2a) styra tryckmediumet till en annan cylinder (S, S') än vilken den första grenledningen (5a, 5a'), som är förbunden med tillförselledningen (3), in- träder i för att utföra parallellkopplingen, och i den andra positionen (2b) för att öppna en tryckmediumför- bindning mellan grenledningarna (5a, 5b; 5a', 5b') som inträder i samma cylinder (S, S').

3. Pàverkningsdon enligt krav 2, k à n n e t e c k - n a t av att reglerventilen (2) är placerad i ett led- ningspar bildat av de andra grenledningarna (5b, 5b') sà att den kopplar förbindningsparen pà motsatta sidor an- tingen direkt eller korsvis.

4. Pàverkningsdon enligt krav 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a t av att de första grenledningarna (Sa, 5a') 5') leds till kolvkamrar- 5b') leds lO'), varvid riktningsventi- hos förbindningsledningarna (5, na (9, 9') och de andra grenledningarna (5b, till kolvstàngskamrarna (10, len (2) är anordnad att öppna en förbindning fràn för- bindningsledningen (5, (10, lO'),

5. Pàverkningsdon enligt något av föregående krav, 5') till den ena av kolvstàngskam- rarna k ä n n e t e c k n a t av att det är placerat i en svängarm (V1) som åstadkommer den framàtgàende rörelsen hos ett fordon.