SE533383C2 - Elektrohydrauliskt reglersystem - Google Patents

Description

25 ltïl i-.fl-J 1.4.1 ifall m 'lf 2 av regulatorer är ofta höga produktionskostnader av mekaniska komponenter med snäva toleranser, känslighet för smuts, stor hysteres, försämrad reglering över tiden på grund av slitage mellan komponenterna samt försämrad reglerprecision på grund av viskositetsvariationer i fluiden som är temperaturberoende. syftar till att konstanteffektregleringen på ett nytt sätt med färre antal komponenter som erbjuder kostnadsbesparingar och ökad driftsäkerhet.

Denna uppfinning lösa REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN De ovan nämnda problemen löses eller minimeras med ett elektrohydrauliskt system för konstanteffektreglering enligt bifogade patentkrav.

Uppfinningen avser ett hydrauliskt system för konstanteffektreglering av åtminstone en pump med variabelt deplacement. Nämnda åtminstone en pump är anordnad att drivas av en drivenhet och att förse en förbrukare med ett flöde och hydrauliskt tryck beroende av förbrukarens last. Drivenheten kan utgöras av en elektrisk motor, en förbränningsmotor eller liknande. Det hydrauliska systemet innefattar medel för reglering av pumpens deplacement i beroende av förbrukarens last, samtidigt som drivkällans tillgängliga effekt, i fortsättningen kallat referenseffekt, utnyttjas utan att den överbelastas. För detta syfte är systemet försett med medel för att mäta aktuellt flöde från pumpen. Systemet innefattar även en tryckstyrd ventil avsedd att styras av ett pilottryck, vilken tryckstyrd ventil är anordnad att reglera pumpens deplacement. En elektronisk styrenhet är anordnad att beräkna och reglera aktuell uttagen effekt från nämnda drivenhet.

Det hydrauliska systemet vidare innefattar en tryckbegränsningsventil som förser den tryckstyrda ventilen med pilottryck, vilken tryckbegränsningsventil är anordnad att reglera pilottrycket till den tryckstyrda ventilen i förhållande till en styrström. Det arbetstryck som levereras av pumpen är därmed känt då sambandet mellan tryck och styrström till tryckbegränsningsventilen känd.

Den elektroniska styrenheten är anordnad att beräkna ett värde för 10 15 20 25 LT! Ûl HJ E13! :TI Es? styrströmmen så att den beräknade aktuella uttagna effekten från drivkällan når referenseffekten, där den aktuella, uttagna, beräknade effekten är proportionell mot det uppmätta flödet och ett aktuellt arbetstryck levererat av pumpen. l syfte att beräkna arbetstrycket förses den elektroniska styrenheten med en insignal som representerar det aktuella arbetstrycket.

Enligt en föredragen utföringsform kan nämnda insignal vara styrströmmen eftersom sambandet mellan aktuell hydraulisk arbetstryck och styrström är känt. Den beräknade styrströmmen kan således vara anordnad att återkopplas till den elektroniska styrenheten i syfte att medge beräkning av det aktuella arbetstrycket levererat av pumpen. Den beräknade aktuella uttagnaeffekten är därmed en funktion av det uppmätta flödet och den beräknade styrströmmen.

Den elektroniska styrenheten kan vara försedd med en regulator, vilken är anordnad att beräkna en styrström så att den beräknade aktuella uttagna effekten från drivkällan når referenseffekten. För sluten reglering av systemet är nämnda regulator företrädesvis en PID-regulator men kan även ha en annan regulatorstruktur. Den elektroniska styrenheten kan även förses med en tryckavskärande enhet anordnad att begränsa styrströmmen till ett värde motsvarande ett maximalt arbetstryck som pumpen klarar att leverera eller som det yttre systemet är anpassat till.

Nämnda medel för att mäta flödet från pumpen kan utgöras av en flödesgivare på pumpens utlopp, eller en givare för att mäta inställt deplacement på pumpen och om nödvändigt en varvtalsgivare för drivenheten.

Tryckbegränsningsventilen ärföreträdesvis en elektriskt styrd ventil anordnad att medelst styrströmmen styra pilottrycket, medan den tryckstyrda ventilen kan utgöras av en pilotstyrd 3/2 ventil. 10 15 20 25 lïl t; l L i] lIiJ CÜ W FlGURBESKRlVNlNG Uppfinningen kommer att beskrivas i detalj med hänvisning till de bifogade ritningsfigurerna. Det är underförstått att ritningarna endast utgör illustrationer och är inte avsedda att definiera uppfinningens omfång, vilket istället definieras av patentkraven nedan. Det är även underförstått att ritningarna inte nödvändigtvis är skalenliga, samt att, om inget annat anges, de endast visar schematiska illustrationer av häri beskrivna konstruktioner och förfaranden.

Figur 1 visar ett schematiskt diagram för ett hydrauliskt system enligt en utföringsform av uppfinningen, Figur 2 visar ett schematiskt diagram för ett reglersystem för användning i ett system enligt Figur 1.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Figur 1 avser ett elektrohydrauliskt reglersystem som kan används för konstanteffektreglering av uttagen effekt från en primärdrlvkälla 11, hädanefter kallad drivkälla 11, som driver en variabel pump 10 oberoende av fluicl. Den variabel pumpen 10 visas endast schematiskt i Figur 1 och är ansluten till en tank T som förser pumpen 10 med hydraulisk fluid.

Anordningen används förslagsvis för konstanteffektreglering av variabla, hydrauliska ”in-line” pumpar men kan också användas för reglering av andra typer av pumpar. Enligt uppfinningen innefattar det hydrauliska systemet åtminstone en elektrisk manövrerad ventil 14 som kan påverka pumpens 10 deplacement samtidigt som sambandet mellan styrsignal och systemtryck, eller arbetstryck p1, är känt för den elektrisk manövrerad ventilen 14 och att information om pumpens aktuella deplacement finns tillgängligt.

Det hydrauliska systemet innefattar _en 3/2 pilotstyrd ventil 13, en tryckbegränsningsventil 14, en digital modul 16, en flödesmätare 12 eller en deplacementgivare 10b (båda visade i Figur 1) och en varvtalsgivare 10a. 10 15 20 25 30 i 'fl m Exit n Deplacementgivaren 10b förser respektive varvtalsgivaren 10a digitalmodulen medinsignaler i form av en deplacementsignal S och en varvtalssignal n. Den elektriskt styrda tryckbegränsningsventilen 14 fungerar som pilotsteg till nämnda pilotstyrda ventil 13.

Figur 1 illustrerar ett förslag på hur ett sådant system kan appliceras på en variabel pump 10 där en enhet» 15 (indikerad med streckade linjer) representerar en generell last i ett hydrauliskt system så som en hydraulisk cylinder, hydraulisk motor eller ett ventilpaket. Den effekt som levereras från pumpen 10 till lasten i form av tryck och flöde kommer från drivkällan 11 som kan vara en elektrisk motor eller en dieselmotor. Det är viktigt att påpeka att den uttagna effekten från drivkällan 11 alltid kommer att vara större än den avgivna effekten från pumpen 10 i form av tryck och flöde beroende på pumpens mekaniska och volymetriska d.v.s. förluster, pumpens verkningsgrad.

Nedanstående stycke förklarar systemets funktion. Generellt i ett hydrauliskt system bestämmer förbrukarens last den trycknivå p1, eller aktuellt arbetstryck, som pumpen 10 behöver arbeta vid och lastens "hastighet" bestämmer flödesbehovet från pumpen. Målet med konstanteffektreglering är att hålla produkten mellan tryck ochflöde på en konstant nivå som bestäms av tillgängligt effekt från drivkällan 11. Pumpen 10 innefattar en tryckmanövrerad ställkolv 10d för styrning av pumpens deplacement.

Ställkolven 10d är skjutbar i en cylindrisk kammare som av kolven avdelas in en mindre, första kammare 10c, genom vilken kolvstången passerar, och en större, andra kammare 10e. Arbetstrycket p1 som verkar på lasten 15 verkar också mot en ringformad yta av kolven i den första kammaren 10c av ställkolven 10d och vidare på den vänstra sidan av den pilotstyrda ventilen 13. Den vänstra och den högra sidan av den pilotstyrda ventilen är förbundna med en strypning 13b och flödet som passerar strypningen går till tryckbegränsningsventilen 14. Vid laster då arbetstrycket p1 i systemet är mindre än fiäderförspänningen 13a på den pilotstyrda ventilen 13 10 15 20 25 30 tillsammans med tryckbidraget p; från den elektriskt styrda tryck- begränsningsventilen 14 är ställkolvens 10d stora kammare 10e ansluten genom den pilotstyrda ventilen 13 till tank. Detta innebär att den andra kammaren 10e hålls dränerad och att ställkolven 10d håller pumpen 10 helt uppställd med hjälp av det rådande arbetstrycket p1 i den första kammaren 10c. Vid ett arbetstryck p1 som är större än tjäderförspänningen 13a på den pilotstyrda ventilen 13 tillsammans med tryckbidraget pg från tryckbegränsningsventilen 14 förflyttas sliden i ventilen till högeri Figur 1 och ansluter rådande arbetstryck p1 till den stora kammaren 10e. Trycksättningen av den andra kammaren 10e resulterar i en nedställande kraft, varvid pumpens 10 deplacement reduceras, och beroende på rådande kraftjämvikt över ställkolven 10d balanseras ställkolven i ett reglerat jämviktsläge.

Arrangemanget med den pilotstyrda ventilen 13 strypningen 13b och tryckbegränsningsventilen 14 gör att det i ett reglerat läge råder alltid ett konstant tryckfall över strypningen 13b och därmed konstant tryckskillnad mellan systemtryck p1 och. tryckbidraget pg, vilken tryckskillnad beror på tjäderförspänningen 13a av den pilotstyrda ventilen 13. Styrströmmen 16a till tryckbegränsningsventilen 14 bestämmer därmed det aktuella arbetstrycket pl som pumpen 10 strävar efter att hålla i systemet.

Den effektreglerande funktionen åstadkommes i mjukvaran, det vill säga i digitalmodulen 16 som illustreras schematiskt i Figur 2. Detaljerade beskrivningar av de elektronikkomponenter som används kommer inte att beskrivas i detalj i denna text.

Beroende på vilken typ av givare, d.v.s. flödes- eller deplacementgivare, som pumpen 10 är utrustad med så måste digitalmodulen 16 innehålla dels en funktion 18 där signalen från en flödesgivare omvandlas till ett aktuellt flöde Q och dels information om pumpens volymetriska förluster. Uppgifter om det fall då deplacementgivare 10b används så måste även pumpens varvtal n från pumpens förluster kan vara lagrade i digitalmodulen. I varvtalssensorn 10a vara känt samt information för att medge beräkning av 10 15 20 25 30 levererat flöde Q från pumpen 10. Det rådande arbetstrycket p1 i systemet fastställs genom att mäta den utlagda styrströmmen 16a, 21 till tryckbegränsningsventilen 14. Tryckbegränsningsventilen 14 är därmed den nyckelkomponent som fungerar både som en "sensor" och ett ställdon i digitalmodulen 16. För att kunna fastställa det aktuella arbetstrycket p1 genom mätning av den utlagda styrströmmen 16a till tryckbegränsnings- ventilen 14, måste en funktion 17 som beskriver sambandet mellan styrström och tryck vara känd och implementerad i digitalmodulen 16. Genom att använda den utlagda styrströmmen 21 som inslgnal för funktionen 17 är det därmed möjligt att fastställa det aktuella arbetstrycket p1. Den aktuella uttagna effekten från drivkällan fastställs genom att beräkna produkten mellan det uppmätta/beräknade pumpflödet Q och det aktuella trycket p.

Avvikelsen mellan aktuell uttagen effekt från drivkällan och en referenseffekt Pæf beräknas i regulatorn 19 och används vidare för beräkning av styrsignal 16a. Referenseffekten Pæf är, som angivits ovan, drivkällans tillgängliga effekt, vilken kan anges som en extern signal till digitalmodulen 16 som det framgår ur Figur 1 och 2. Alternativt kan referenseffekten Pfef lagras i digitalmodulen 16 där den kan anges i mjukvaran. Regulatorn 19 kan utgöras av en generell regulator. l den aktuella applikationen enligt Figur 2 kan det vara lämpligt att använda en regulator med PID-struktur för åstadkomma sluten reglering av systemet. För att åstadkomma den tryckavskärande funktionen finns en godtycklig begränsning av styrströmmen 16a från 16 till ventilen 14 Begränsningen av den maximalt tillåtna styrströmmen kan justeras digitalmodulen implementerad i regulatorn 19. fortlöpande, antingen med en extern signal via en tryckavskärande enhet 20 eller internt i mjukvaran. I de fall då det maximala trycket pmax är på väg att överskridas kommer pumpen 10 att ställa ner deplacementet och leverera precis så mycket flöde så att maximala inställda trycket pmax inte överskrids.

Uppfinningen begränsas sålunda enbart av det som anges i de bifogade patentkraven. Uppfinningen är således inte begränsad till det reglersystem som beskrivs i de bifogade ritningsfigurerna.

Claims (8)

10 15 20 25 PATENTKRAV

1. Hydrauliskt system för konstanteffektreglering av åtminstone en pump (10) med variabelt deplacement, vilken pump (10) är anordnad att drivas av en drivenhet (11) och att förse en förbrukare (15) med flöde och ett hydrauliskt tryck i beroende av förbrukarens last, varvid det hydrauliska systemet innefattar medel för reglering av pumpens (10) deplacement; medel för att mäta aktuellt flöde från pumpen (10); en pilotstyrd ventil (13) avsedd att styras av ett pilottryck, vilken pilotstyrda ventil (13) är anordnad att reglera pumpens (10) deplacement; och en elektronisk styrenhet (16), anordnad att reglera uttagen effekt från nämnda drivenhet (11), k ä n n e t e c k n at a v att det hydrauliska systemet vidare innefattar en tryckbegränsningsventil (14), som förser den pilotstyrda ventilen (13) med pilottryck, vilken tryckbegränsningsventil (14) är anordnad att kontrollera pilottrycket till den pilotstyrda ventilen (13) i förhållande till en styrström; att den elektroniska styrenheten (16) är anordnad att beräkna en styrström så att den beräknade aktuella uttagna effekten från drivkällan när referenseffekten, där den beräknade aktuella uttagna effekten är proportionell mot det beräknade flödet och ett aktuellt arbetstryck levererat av pumpen (10), att den elektroniska styrenheten (16) är anordnad att beräkna det aktuella arbetstrycket medelst en insignal som representerar nämnda tryck, samt att det aktuella hydrauliska arbetstrycket är en funktion av styrströmmen och att den beräknade styrströmmen är anordnad att återkopplas i den elektroniska styrenheten (16) i syfte att beräkna det aktuella arbetstrycket levererat av pumpen (10).

2. Hydraullskt system enligt kravet 1, k ä n n ete c k n at a v att den att elektroniska styrenheten (16) är försedd med en regulator (19), vilken är anordnad att beräkna en styrsignal så att den beräknade aktuella uttagna effekten från drivkäilan når referenseffekten. 10 15 20 lïfifl W till! Fill C13' ”i i fi

3. Hydrauliskt system enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda regulator (19) är en PID-regulator.

4. Hydrauliskt system enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n at a v att den elektroniska styrenheten (16) är försedd med en tryckavskärande enhet (20) anordnad att begränsa styrströmmen till ett värde motsvarande ett maximalt arbetstryck.

5. Hydrauliskt system enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda medel för att mäta flödet från pumpen (10) är en flödesgivare (12) på pumpens (10) utlopp.

6. Hydrauliskt system enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda medel för att mäta flödet från pumpen (10) är en givare (10b) för att mäta inställt deplacement på pumpen (10) och en varvtalsgivare (10a) för drivenheten (1 1).

7. Hydrauliskt system enligt kravet 1, kännetecknat av att tryckbegränsningsventilen (14) är en elektriskt styrd ventil anordnad att öppnas medelst styrströmmen och styra pilottrycket.

8. Hydrauliskt system enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n at a v att den pilotstyrda ventilen (13) är en pilotstyrd 3/2 proportionalventil