SE531754C2 - Hydraulisk lastkontrollventilanordning - Google Patents

Description

l5 20 25 30 5331 “P54 2 ratören kan styra lyftcylínderns manöverventíl direkt mekaniskt, ex.vis med en manöverspak.

Ett besvärande problem med ett säkerhetsarrangemang av den nyss beskrivna typen och andra kända säkerhetsarrangemang av liknande typ är att de gör det hydrauliska systemets verkningsgrad låg och med- för att systemet blir svängningsbenäget vid lastsänkning.

Syftet med föreliggande uppfinning är att ñnna en lösning på dessa problem och dels anvisa en lastkontrollventilanordning som sparar en avsevärd del av den energi som i kända hydrauliska lastkontrollventiler av det ovan beskrivna slaget går förlorad vid lastsänkning, dels anvisa en lastkontrollventílanordning som bättre än de kända lastkontroll- ventilanordníngarna klarar lastsänkning utan att ge upphov till sväng- ningar i det lastbärande systemet vid lastsänkning.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Fig. l visar en fordonsburen, hydrauliskt manövrerad lyftkran och ett tillhörande hydraulsystem med en dubbelverkande hydraulisk lyftcylin- der och en på denna monterad konventionell lastkontrollventilanord- ning; Fig. 2 är ett hydraulschema för lyftcylindern i fig. l, som är försedd med en lastkontrollventil av känt utförande, och den tillhörande delen av lyftkranens hydrauliska system; Fig. 3 är ett hydraulschema som liknar det i fig. 2 men visar en lastkon- trollventilanordning utförd i enlighet med en utföringsform av uppfin- ningen; 10 15 20 25 30 5331 P51! 3 Fig. 4 är ett hydraulscherna som liknar det i fig. 3 men visar en lastkon- trollventilanordning utförd i enlighet med en annan utföringsform av uppfinningen, och Fig. 5 är ett hydraulschema som liknar det i fig. 4 men visar en lastkon- trollventilanordning med en lastkontrollventil för varje lyftcylinderkam- 1118176.

Den i fig. 1 visade hydrauliskt manövrerade lyftkranen är avsedd att vara monterad på ett fordon (inte visat) och har en kranstomme A med en vrídbar pelare B, som uppbär kranarmen C vid sin övre ände. Mellan kranarmen C och foten på kranstommens pelare B är en dubbelverkan- de hydraulisk motor i form av en hydraulisk lyftcylínder D insatt. En proportionell lastkontrollventil E, som är monterad direkt på lyftcylín- dern D, förbinder via ledningar F och G de båda lyftcylinderkamrarna med en i det visade exemplet spakmanövrerad manöverventil H, som i sin tur är förbunden med en hydraulpump I via ytterligare ledningar J och K.

Fig. 2 visar den del av lyftkranens hydrauliska system som används för att manövrera lyftcylíndern D. Lyftcylinderns första, undre kammare (lyftkammaren), har en första motorport, i fortsättningen kallad undre lyftcylinderport L eftersom motorn utgörs av lyftcylindern D. Ledningen F förbinder denna lyftcylinderport med en första arbetsport M på manö- verventilen H, som i det visade exemplet är av öppet-centrumtyp. Lyft- cylinderns andra, övre kammare (sänkkammaren) har på motsvarande sätt en andra motorport, här kallad övre lyftcylinderport N, som led- ningen G förbinder med en andra arbetsport O på manöverventilen H. I ledningen F är den normalt stängda, proportionella lastkontrollventilen E insatt. 10 15 20 25 30 531 'H54 4 Lastkontrollventilen E har en inloppsport, som kommunicerar med den undre lyftcylinderporten L, en utloppsport som kommunicerar med den första arbetsporten M på manöverventilen H, en första styringång som också, via en styrledning P, kommunicerar med den första arbetsporten M, och en andra styringång som kommunicerar med den övre lyftcylin- derporten N via en styrledning Q. Till lastkontrollventilen E hör också en backventil R, som är ansluten mellan den undre lyftcylinderporten L och den första arbetsporten M på manöverventilen H och öppnar i rikt- ning mot lyftcylinderporten L. Lastkontrollventilen EJ belastas ständigt mot stängt läge av en fjäder S.

Når kranarmen C på lyftkranen i fig. l och 2 står stilla med manöver- ventilen H i det visade neutralläget, pumpar pumpen l hydraulvätskan under mycket lågt tryck genom ledningen J och manöverventilen H och direkt tillbaka till tanken T.

Vid höjning av kranarmen C [höjning av en positiv last) leder manöver- ventilen H hydraulvätskan under högt tryck från pumpen I genom den första arbetsporten M och backventilen R till den undre kammaren i lyftcylindern D. Hydraulvätska går samtidigt under lågt tryck genom ledningen G och manöverventilen H till tanken T.

Vid sänkning av kranarmen C (sänkning av en positiv last) leds hyd- raulvätskan från pumpen I genom den andra arbetsporten O på manö- verventilen H till den övre kammaren i lyftcylindern D. Hydraulvåtskan verkar samtidigt via styrledningen Q på översidan av lastkontrollventi~ len E och belastar denna mot öppet läge mot verkan av kraften från fjä- dern S. Genom att pumptrycket måste verka mot kraften från fjädern S för att kunna öppna lastkontrollventilen E kommer pumptrycket att styras upp till en relativt hög nivå, och en del av pumpflödet kommer att åtgå för att fylla den undre kammaren i lyftcylindern D. Dessutom 10 15 20 25 30 53”l ?5¿1 5 kommer hela pumpflödet att ha ett högt tryck med en stor effektförlust som följd.

En annan olägenhet med det kända systemet i fig. l och 2 är att det tenderar att självsvänga vid lastsånkning, detta beroende på att trycket i den övre lyftcylinderkammaren varierar kraftigt i beroende av den has- tighet med vilken kolven rör sig i lyftcylindern D.

Lastkontrollventilanordningen enligt uppfinningen representerar en vä- sentlig förbättring med avseende på effektförlust och självsvängnings- tendens jämfört med den kända tekniken sådan denna framgår av ñg. 1 och 2. Tre exempelutföringsformer av den är visade i fig. 3, 4 och 5.

Dessa figurer avviker schemamässigt från fig. 2 endast med avseende på utformningen av lastkontrollventilanordningen, och för övriga delar används därför i fig. 3, 4 och 5 samma hänvisníngsbeteckningar och benämningar som i fig. 2 för lika eller motsvarande element. Detsamma gäller med nägra undantag för element i lastkontrollventilanordningen i ñg. 3, 4 och 5 som motsvarar element i lastkontrollventílen E i fig. 1 och 2.

Lastkontrollventilanordningen i ñg. 3 och 4 är allmänt betecknad med 10. Den överensstämmer till en del med lastkontrollventilen E i fig, 1, 2 och har ex.vis liksom denna en proportionell lasthållnirigsventil, men den är kompletterad med ett antal ytterligare backventiler. Förutom en backventil ll och fjädern S, vilka motsvarar backventilen T resp. fjä- dern S i fig. 2, har den fyra andra backventíler 12, 13, 14 och 15.

Tillsammans med dessa backventiler 12 - 15 bildar lastkontrollventilen E inklusive backventilen 11 lastkontrollventilanordningen 10. Denna lastkontrollventilanordning 10 är i fig. 3, 4 och 5 omgiven av en bruten linje och kan bilda en ventilenhet som kan monteras på lyftcylindem D.

Till lastkontrollventilanordningen 10 kan slangar eller rör anslutas för 10 15 20 25 30 534 '354 6 att leda hydraulvätska till och från lyftcylindern D via manöverventilen H. De ställen på lastkontrollventilanordningen 10 där denna kan anslu- tas till lyftcylindern D, dvs. till den övre och den undre lyftcylinderpor- ten L och N, år betecknade L' resp. N' och utgör således en första resp. en andra motoranslutníngsport. De ställen där lastkontrollventilanord- ningen 10 kan anslutas till arbetsportarna M och O på manöverventilen H, benämns här första ventilanslutníngsport resp. andra ventilanslut- ningsport och är betecknade M' resp. O'.

Backventilen 12, som är insatt i ledningen G och förbinder den övre cy- linderanslutningsporten N' med den andra ventilanslutningsporten O' och via denna med den andra arbetsporten O på manöverventílen H, öppnar i riktning mot cylinderanslutningsporten N' och är belastad, för- spänd, i riktning mot stängt läge av en fjäder 16 för att öppna först vid ett valt förhöjt inloppstryck vars värde är relativt lågt, ex.vis 10-15 % av det högsta pumptrycket. l ett som exempel valt fall är öppningstrycket för backventilen 12 cirka 30 bar.

Backventilen 13 är inkopplad i ledningen F mellan utloppet på lastkon- trollventilen E och den första ventilanslutningsporten M'. Den är för- spänd mot stängt läge av en fjäder 17 för att öppna först vid ett förhöjt men jämfört med öppningstrycket för backventilen 12 lågt tryck, som i det valda exempelfallet är 3 bar.

Backventilen 14, som inte är förspänd, är inkopplad mellan utloppet på lastkontrollventilen E och den övre cylinderanslutningsporten N”. Efter- som den inte är förspänd mot stängt läge öppnas den lättare än back- ventilen 13.

Backventilen 15 slutligen, som inte heller är förspänd, är inkopplad an- tiparallellt med backventilen 12 för att medge utströmning från den övre 10 15 20 25 30 531 754 7 lyftcylinderkammaren i lyftcylindern D till den andra arbetsporten O på manöverventilen H via den övre cylinderanslutningsporten N '.

En styrledning 18, som motsvarar styrledningen Q i fig. 2, förbinder styringången på lastkontrollventilen E med ledningen G på inloppssidan av backventilen 12.

Lastkontrollventilen E är så utförd att den börjar öppna vid den undre gränsen av ett valt tryckintervall och går proportionellt från helt stängt till fullt öppet läge när styrtrycket i styrledningen 18 stiger från den undre gränsen till den övre gränsen av tryckintervallet. Tryckintervallets övre gräns ligger åtminstone något under det tryck vid vilket den för- spända backventilen 12 öppnar. I det valda exempelfallet är tryckinter- vallet 10-25 bar.

Manöverventilen H är så utförd, att operatören genom att ställa manö- verventilen i lastsänkningsläge, dvs. genom att med hjälp av manöver- spaken förbinda ledningen G med pumpen I och förbinda ledningen F med tanken T, kan variera trycket i ledningen G, och därmed trycket på lastkontrollventilens E styringång inom det valda tryckintervallet. Efter- som backventilen 12 då inte når sitt öppningstryck och även backventi- len 15 förblir stängd, kommer inget flöde av hydraulvätska att gå från pumpen l genom ledningen G till den övre lyftcylinderporten N, utan pumptrycket tjänar endast som styrsignal för lastkontrollventilen E.

Följaktligen förbrukas ingen pumpeffekt för lastsänkningen; den pump- effekt som förbrukas är begränsad till den relativt låga effekt som be- hövs för att upprätthålla styrsignalen för lastkontrollventilen E. Samti- digt eliminerar frånvaron av pumpflöde till lyftcylindern D den sväng- ningstendens som i systemet i fig. 1 och 2 med den kända lastkontroll- ventilen orsakas av att trycket i ledningen G varierar med hastigheten hos kolven i lyftcylindern D. lO 15 20 25 30 523% '354 Vid lastsänkningen driver kolven i lyftcylindern D under inverkan av lasten ut ett flöde av hydraulvätska från den undre lyftcylinderporten L och den undre cylinderanslutningsporten L' och genom lastkontrollven- tilen E. Detta flöde går i första hand genom den praktiskt taget trycklöst öppnande backventilen 14 till den övre lyftcylinderkammaren, så att denna hela tiden efterfylls i samma mån som dess volym ökar. Eftersom det utgående flödet från den undre lyftcylinderkammaren är större än det flöde som den övre lyftcylinderkammaren kan ta emot, går även ett visst flöde genom backventilen 13 och manöverventilen H till tanken T.

Vid lasthöjning ställs manöverventilen H i det läge i vilket den förbinder den första arbetsporten M på manöverventilen H och därmed pumpen I med ledningen F och, via backventilen 1 l och den undre ventilanslut- ningsporten L', med den undre lyftcylinderporten L, så att den undre lyftcylinderkammaren kan fyllas med hydraulvätska med det tryck som behövs för lasthöjningen. Den hydraulvätska som då trycks ut ur den övre lyftcylinderkammaren genom den övre lyftcylinderporten N och den övre ventilanslutningsporten N” går via den låttöppnade backventilen 15 och ledningen G till den andra ventilanslutningsporten O' och manöver- ventilens arbetsport O och vidare till tanken T. Lasthöjningen försiggår således på väsentligen samma sätt som vid den kända lastkontrollventi- len E i fig. 1 och 2.

Fig. 4, där manöverventilen H, pumpen I, tanken T och de ledningar J och K som förbinder manöverventilen med pumpen och tanken är ute- lämnade men är samma som i fig. 3, visar en annan utföringsform som är lämplig att använda i fall där man ofta vill trycka ned lyftcylinderns D kolv, ex.vis för att trycka ned kranarmen eller ett redskap i denna i marken. I sådana fall kan tryckfallet, Lex. 30 bar som i det ovannämn- da exempelfallet, över den förspända backventilen 12 vara besvärande av energiförbrukningsskäl. För att denna olägenhet skall elimineras 10 15 20 25 30 531 'FSI-l 9 saknar backventilen 12 den i fig. 3 visade förspänningsljädern. Den är i stället försedd med en hydraulisk förspänningsanordning l9, som lätt kan göras overksam när det är önskvärt att avlägsna förspänningen av backventilen 12.

Förspänningsanordningen 19 utgörs av en enkelverkande ställcylinder, vars kolvstäng 20 verkar på backventilen 12 i stängningsriktningen.

Ställcylinderns cylinderkammare är ansluten till den undre cylinderan- slutningsporten L' och den undre lyftcylínderporten L genom en styr- ledning 21. Ställcylinderns cylinderkammare kommer således att vara trycklös eller praktiskt taget trycklös när den övre lyftcylinderkarnma- ren är trycksatt och lastkontrollventilen E därför är öppen. Därigenom kan pumpflödet utan något väsentligt tryckfall gå via backventilen 12 till den övre lyftcylinderkammaren.

Utföringsformen i fig. 5 skiljer sig från utföringsformen i fig. 4 genom att den har två lastkontrollventíler E, El, som hör till var sin av cylinder- kamrarna i lyftcylindern D. Lastkontrollventilen E har samma funktion som lastkontrollventilen E i fig. 3 och 4, dvs. den skyddar mot okontrol- lerad rörelse hos lyftcylinderkolven i riktning mot cylinderns bottenände (nedåt). Lastkontrollventilen El har motsvarande funktion för kolvrörel- se i riktning mot lyftcylinderns kolvstångsände (uppåt). Funktionen hos lastkontrollventilen El behövs i situationer där lasten strävar att driva lyftcylinderkolven mot kolvstångsânden, ex.vis när en last växlar från att vara en lyftlast (positiv last) till en sänklast (negativ last).

Backventílerna 12, 13 och 14 är anordnade på väsentligen samma sätt som i fig. 4. Backventilen ll har i detta fall sitt inlopp anslutet till tan- ken T. Den förspända backventilen 12A, som betjänar den övre cylin- derkammaren i lyftcylindern D, har naturligtvis sitt inlopp anslutet till den första ventilanslutningsporten M'. Backventilen 15 har sitt utlopp 10 15 20 25 30 531 'P54 10 anslutet till den undre cylinderanslutningsporten L' och således även till utloppet på backventilen 11.

Lastkontrollventilen El är anordnad på samma sätt som lastkontroll- ventilen E, frånsett att den betjänar den övre lyftcylinderkammaren.

Inloppsporten på lastkontrollventilen El kommunicerar således med den övre ventilanslutningsporten N” och den övre lyftcylinderporten N, och utloppsporten kommunicerar med inloppet på den svagt förspända backventilen 13A och inloppet på den lättöppnade backventílen 15. Ut- loppet på backventilen 13A är naturligtvis anslutet till ledningen G. Ut- loppet på backventilen 15 är i detta fall anslutet till den undre cylinder- anslutningsporten L' och således även till styrledningen 21 för förspän- ningsanordningen 19.

Lastkontrollventilen El har också backventil 12A med en hydraulisk förspänningsanordning 19A, som liknar förspånningsanordningen 19 och innefattar en enkelverkande ställcylinder 20A, vars kolvstâng ver- kar på backventilen i stängningsríktningen via en styrledning 21A, som år ansluten till den övre cylínderanslutningsporten N' och den övre lyft- cylinderporten N.

Om lasten på lyftcylinderkolven är positiv och således strävar att driva lyftcylinderkolven mot lyftcylinderns bottenände (nedåt) är backventilen 12 belastad i stängningsriktningen av trycket i den undre lyftcylinder- kammaren. Är manöverventilen H i neutrallåget är backventilen 12 hårt stängd. Stångd är även lastkontrollventilen E.

Ställs manöverventilen H i läge för höjning av den positiva lasten kom- mer trycket i styrledningen 18A att öppna lastkontrollventilen El, så att denna lastkontrollventil öppnar en utströmningsvåg från den övre lyft- cylinderkammaren till den svagt förspända backventilen 13A, till manö- verventilen H och via denna till tanken T. Backventilen 15 hålls hårt 10 15 20 25 30 5231 'Pfiå ll stängd av det höga trycket i den undre lyftcylinderkammaren. Den övre lyftcylinderkammaren är trycklös, vilket innebär att backventilen 12A saknar förspänning och kan öppnas utan att orsaka något större tryck- fall hos hydraulvätskan på dess väg från pumpen I till den undre lyftcy- linderkammaren.

Om den positiva lasten i stället ska sänkas, ställs manöverventilen H i det läge i vilket den förbinder pumpen I med ledningen G. Lastkontroll- ventilen E öppnas då av trycket i styrledningen 18, så att hydraulvätska under ett högt tryckfall kan släppas ut kontrollerat från den undre lyft- cylinderkammaren dels via den låttöppnade backventilen 14 till den övre cylinderkammaren så att kavitation i denna förhindras, dels via den svagt förspända backventilen 13 till tanken T.

Om lasten däremot är negativ eller växlar från att vara positiv till att vara negativ, så att den strävar att driva kolven i lyftcylindern D mot dennas kolvstångsände och därigenom håller den övre lyftcylinderkam- maren under högt tryck, medan den undre lyftcylinderkammaren är trycklös, förhindrar det höga trycket i den övre lyftcylinderkammaren genom sin inverkan på förspänningsanordningen 19A att backventilen 12A öppnas. Om kolven i lyftcylindem då ska förskjutas i lastens verk- ningsriktning, dvs. mot kolvstångsånden (uppåt), ställs manöverventilen H i det läge i vilket den förbinder pumpen I med ledningen F. Pump- trycket inverkar genom styrledningen 18A på lastkontrollventilen El så att denna öppnar och släpper igenom hydraulvätskan från den övre lyftcylinderkammaren under ett högt tryckfall. Den genomsläppta hyd- raulvätskan går i första hand via den lättöppnade backventilen 15 till lyftcylinderns undre cylinderkammare för att fylla denna tillsammans med ytterligare hydraulvätska som tas från tanken T via backventilen 11, så att kavitation i denna den undre lyftcylinderkammaren förhind- ras. Förflyttningen av lasten sker sålunda kontrollerat med hjälp av 10 15 531 ?5¿l 12 lastkontrollventilen El och utan att pumpen I behöver tillföra någon nämnvärd effekt.

På samma sätt som lastkontrollventilanordníngen i fig. 3 och av de skäl som har redovisats i samband med beskrivningen av denna, arbetar även lastkontrollventilanordningarna 10 i fig. 4 och 5 mycket energi- snålt och utan eller praktiskt taget utan svängningstendenser.

Värt att nämna år att trots att Iastkontrollventilanordningen i fig. 5 har en järnfört med lastkontrollventilanordningarna i fig. 3 och 4 dubblerad lastkontrollfunktion, är antalet backventiier i den inte dubblerat. Jäm- fört med den kända lastkontrollventilen E i fig. l och 2 har lastkontroll- ventilanordningarna 10 i fig. 3 och 4 fyra backventiler fler. Trots den dubblerade lastkontrollfunktionen har Iastkontrollventilanordningen i fig. 5 har endast två backventiler fler än lastkontrollventilanordningar- na i fig. 3 och 4.

Claims (7)

10 15 20 25 30 535 ?5¿l 13 Patentkrav

1. l. Hydraulisk lastkontrollventilanordning med - en första motoranslutníngsport (L') och en andra motoranslut- ningssport (N') som är anordnade att vara anslutna till en första mo- torport (L) resp. en andra motorport (N) på en dubbelverkande hydrau- lisk motor (D), i synnerhet en dubbelverkande hydraulisk cylinder, - en första ventilanslutningsport (M') och en andra ventilanslut- ningsport (O'), vilka är anordnade att vara anslutna till var sin arbets- port (M resp. O) på en manöverventil (H), och - en normalt stängd proportionell lastkontrollventil (E), som har ett inlopp anslutet till den första motoranslutningsporten (L') och ett utlopp anslutet till den första ventilanslutningsporten (M') och en till den andra ventilanslutningsporten (O') hydrauliskt ansluten styringång och som är anordnad att variera sitt öppningsläge mellan stängt läge och fullt öppet läge när trycket på styringången varierar över ett valt tryckintervall, vil- ken lastkontrollventilanordning år kännetecknad av - en första backventil (12) som har sin utloppssida ansluten till den andra motoranslutningsporten (N') och sin inloppssida ansluten till den andra ventilanslutningsporten (O') och som är förspänd eller förspänn- bar för att öppna först vid ett tryck på dess inloppssida som ligger över det valda tryckintervallet, och - en andra backventil (13), vilken har sin inloppssida ansluten till lastkontrollventilens (D) utlopp och förbinder lastkontrollventílens ut- lopp med den första ventilanslutningsporten (M') och vilken är förspänd för att öppna först vid ett något förhöjt tryck.

2. Lastkontrollventilanordning enligt patentkrav l, kännetecknar! av att den första backventilens (12) öppningstryck är styrbart medelst trycket i den första motoranslutníngsporten (L'). 10 15 20 25 30 53% 'P54 14

3. Lastkontrollventilanordning enligt patentkrav 1 eller 2, känne- tecknad av en tredje, väsentligen trycklöst öppnande backventíl (14), som har sitt inlopp anslutet till lastkontrollventilens (E) utlopp och har sitt utlopp anslutet till den andra motoranslutningsporten (N').

4. Lastkontrollventilanordning enligt något av föregående patentkrav, kälmetecknad av en fjärde, väsentligen tiycklöst öppnande backventíl (15), som har sitt utlopp anslutet till den andra ventilanslutningsporten (O') och har sitt inlopp anslutet till den andra motoranslutningsporten (N')-

5. Lastkontrollventilanordning enligt något av patentkrav 1-3 , kän- netecknad av dels en ytterligare, normalt stängd, proportionell lastkon- trollventil (El), som liknar den förstnämnda lastkontrollventilen (E) och har ett inlopp anslutet till den andra motoranslutningsporten (N'), ett utlopp anslutet till den andra ventilanslutningsporten (O') och en till den första ventilanslutningsporten (M') hydrauliskt ansluten styringång och som är anordnad att variera sitt öppningsläge mellan stängt läge och fullt öppet läge när trycket på styringången varierar över ett valt tryckintervall, dels en ytterligare backventil (12A), som har sin utloppssida anslu- ten till den första motoranslutningsporten (L') och har sin inloppssida ansluten till den första ventilanslutningsporten (M') och som är för- spänd eller förspännbar för att öppna först vid ett tryck på dess in- loppssida som överstiger det valda tryckintervallet, och dels en femte backventil (ISA), som liknar den andra backventilen (2) och har sin ínloppssida ansluten till den ytterligare lastkontrollventi- lens (El) utlopp och som förbinder detta utlopp med den andra ventil- anslutningsporten (O') och år förspänd för att öppna först vid ett något förhöjt utloppstryck.

6. Lastkontrollventilanordning enligt patentkrav 5, kännetecknad av 15 att den ytterligare backventílens (12) öppningstryck är styrbart medelst trycket i den andra motoranslutningsporten (N').

7. Lastkontrollventilanordning enligt patentkrav 5 eller 6, innefattan- de en sjätte, väsentlígen trycklöst öppnande backventil (14), som har sitt inlopp anslutet till den ytterligare lastkontrollventílens (El) utlopp och har sitt utlopp anslutet till den första motoranslutningsporten (L').