NO771891L - Styreinnretning for anvendelse ved styring av fluidumtrykksystemer - Google Patents

Abstract

Styreinnretning for anvendelse ved styring av fluidumtrykksystemer

Description

Oppfinnelsen angår en styreinnretning for anvendelse

ved styring av fluidumtrykksystemer. Eksempler på sådanne systemer omfatter de som har hydrauliske motorer som drives ved hjelp av hydrauliske pumper, idet en drivmotor, såsom en dieselmotor, driver den hydrauliske pumpe. Den foreliggende oppfinnelse er imidlertid ikke begrenset til anvendelse i nettopp disse systemer.

Det finnes mange anvendelser hvor hydrauliske motorer benyttes til å drive maskineri, deriblant kjøretøyer, og det er nødvendig på bekvem og nøyaktig måte å styre operasjonen av disse hydrauliske motorer og deres tilhørende pumper. Selv om den foreliggende oppfinnelse kan være særlig fordelaktig når den benyttes i forbindelse med tungt maskineri, såsom såkalte skreve-kraner, hvor underlagskontaktende hjul drives ved hjelp av hydrauliske motorer, eksisterer også andre nyttige anvendelser av oppfinnelsen..

Ifølge en første side ved oppfinnelsen er det tilveie-bragt en styreinnretning for anvendelse i en styrekrets for styring av en fluidumtrykkrets med en pumpe og en av denne drevet motor. Styreinnretningen omfatter en operasjonsenhet med en anordning for reaksjon på et styresignal i den nevnte styrekrets og for innstilling av pumpens fortrengning på en måte som avhenger av verdien av det nevnte signal.

Styrekretsen er fortrinnsvis en pneumatisk krets og fluidumkretsen er en hydraulisk krets, men oppfinnelsen er ikke begrenset til et slikt foretrukket valg. Dersom det ønskes, kan styrekretsen være en elektrisk krets med komponenter som er ana-loge med de som benyttes i en hydraulisk eller pneumatisk krets.

Blant de fordelaktige anvendelser av den foreliggende oppfinnelse skal én spesiell anvendelse beskrives bare som et

eksempel. Ved behandling av store og tunge skipscontainere må

hver container flyttes ikke bare inn på og ut fra skip, men må

også flyttes på lagringsplasser hvor containere kan være midlerti-dig anbragt og stablet. Kraner er blitt konstruert spesielt for behandling av containere, og en spesiell kran som går under navnet skrevekran ("straddle crane"), har fire bakkekontaktende hjul,

ett ved hvert hjørne. Utførelser av den foreliggende oppfinnelse tillater at en skrevekran på lettvint, sikker og effektiv måte kan styres med en separat hydraulisk motor som er anordnet for å drive hvert hjul. Kranen har en dieselmotor for drift av en hydraulisk pumpe med variabel fortrengning, som på sin side driver motorene. Oppfinnelsen blir i én utførelse anvendt på et styre-system som unngår behovet for en clutch eller kopling, en moment-veksel eller oljekopling, eller operatørstyrte arrangementer mellom dieselmotoren og de hydrauliske motorer. Når kranoperatøren ønsker å bevege kranen, må han forårsake at den hydrauliske pumpes fortrengning øker fra null slik at det nødvendige hydrauliske trykkfluidum tilføres til de hydrauliske motorer. Spesielt dersom kranen opprinnelig er i hvile, er det imidlertid et behov for nøy-aktig styring da den hydrauliske pumpe bare kan tilføre effekt til de hydrauliske motorer på en måte som ligger innenfor grensene for det dreiemoment som er tilgjengelig fra dieselmotoren. Ved fravær av riktig styring vil motoren stanse, eller det hydrauliske system kan bli ødelagt på grunn av overtrykksdannelse, eller alter-nativt kan hydraulisk fluidum gå tapt på grunn av åpning av en avlastnings- eller sikkerhetsventil.

Den utførelse av oppfinnelsen som anvendes på dette styreproblem, er basert på den idé å overlate meget lite til ope-ratøravgjørelse og operatørstyring og likevel tillate at den best mulige akselerasjon kan oppnåes med den gitte utrustning og motor (med mindre operatøren velger å oppheve den automatiske styring og redusere ytelsen).

Styreenheten er fortrinnsvis innrettet til å operere på en pneumatisk styrekrets i hvilken ytelsen fra styreenhetens regulator tilføres via en operatørstyrt ventil til operasjonsenheten som styrer den hydrauliske pumpe.

Den hydrauliske pumpe er fortrinnsvis en variabel "skvalpeplate"-pumpe av aksialstempeltype som har en servostyre-enhet med en forskyvbar servostang som krever meget liten tilført energi for forskyvning. Servostangen forskyves ved.hjelp av operas jonsenhe ten .

Det er meget fordelaktig dersom styreenheten arbeider

på en måte som er avstemt til drivmotoren. Når drivmotoren er en dieselmotor, kan den avfølende anordning gjerne benytte et antall forspennende fjærer eller en eneste fjær og kam for å tilveiebrin-ge en ikke-lineær respons i regulatoren som generelt og fortrinnsvis er en nær tilnærmelse til motorens hestekraftkurve.

Utførelser av oppfinnelsen kan gjerne omfatte tilveie-bringelsen av en reverserende anordning, idet operasjonsenheten er en dobbeltvirkende enhet. Den reverserende a.nordning kan velges slik at' den tilfører signalet til operasjonsenheten for enten foroverdrift eller reversdrift av • pumpen, og den reverserénde anordning omfatter videre en anordning for omkopling av den avfø-lende anordning i styreenheten for omkopling mellom rørene på respektive sider av pumpen for å avføle trykket på pumpens utgangsside som vil variere avhengig av om pumpen er i forover-

eller reversmodus.

Operasjonsenheten for den hydrauliske pumpe kan med fordel forskyve servostangen i den hydrauliske pumpe med et beløp som er direkte proporsjonalt med det pneumatiske signaltrykk som tilføres til operasjonsenheten. Når en skvalpeplatepumpe benyttes, svarer derfor skvalpeplatens vinkel direkte til det pneumatiske trykk som tilføres til operasjonsenheten, og dette styrer på sin side den hydrauliske pumpes fortrengning og således trykket av hydraulisk fluidum på pumpens utgangsside.

Operatøren er forsynt med en hånd- eller fotmanøvrert styreventil som tillater ham, om han så ønsker, å åpne fullstendig ventilen umiddelbart, og styreanordningen vil likevel styre den hydrauliske pumpes fortrengning slik at den ligger innenfor grensen for effekten fra motoren. Når operatøren åpner sin ventil, begymner operasjonsenheten å motta en raskøkning i pneumatisk trykk, slik at servostangen for den hydrauliske pumpe forskyves for å øke pumpens fortrengning, hvilket har tendens til å akselérere kranen. Da imidlertid effekten fra motoren er be grenset, er akselerasjonen begrenset og pumpens fortrengning må være begrenset. Når det hydrauliske trykk stiger, avføles dette av styreenheten som reduserer og styrer trykket i den pneumatiske krets, idet regulatoren er i serie med operatørens styreventil og operasjonsenheten.

Når de hydrauliske motorer roterer kjøretøyets bakke-hjul, forskyves fluidum tilbake gjennom en returledning til pumpen og pumpen arbeider for å tilføre ytterligere trykkfludium. Systemet er innrettet slik at når en akseptabel veihastighet er blitt oppnådd for en spesiell hellingsgrad av bakken eller på flatt:underlag, er det hydrauliske trykk som er innstilt av styreanordningen, tilstrekkelig lavt slik at regulatoren blir fullstendig åpnet.

Arrangementet er videre ogsåkarakterisert vedat når regulatoren er helt åpen og pumpen således har maksimal fortrengning når en tilstand med frakoplet motor er oppnådd ved for rask kjøring, øker trykket i returledningen bare til pumpen, og derfor forårsaker det lave trykk på pumpens utgangsside høy fortrengning av pumpen og bare forsiktig bremsing når pumpen driver motoren.

Når operatøren ønsker å kjøre langsommere, lukker han sin ventil i passende grad slik at pumpens fortrengning derved reduseres, og frembringer vesentlig "bremsing" når pumpen driver motoren. Dersom operatøren-fullstendig lukker sin ventil, opptrer maksimal fartsreduksjon idet avledningsventiler åpner for å avlaste eventuelle overskytende hydrauliske trykk.

Ved anvendelse av den foreliggende oppfinnelse kan det

i realiteten tilveiebringes et ubegrenset variabelt hydraulisk drivsystem med positiv fortrengning og således høy driftseffek-tivitet. Det kan tilveiebringes både lettvint operasjon og be-skyttelse av utrustningen mot feilaktig bruk og overbelastning.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til teg-ningen, der fig. 1 viser en skjematisk representasjon av et system som utnytter oppfinnelsen, fig. 2 viser et tverrsnittsbilde av en pneumatisk operasjonsenhet i systemet og fig. 3 viser et tverrsnittsbilde av systemets styreenhet.

Idet det først henvises til fig. 1, viser den skjema-tiske tegning et system for anvendelse på en skrevekran for skipscontainere. Hele enheten er montert på kranen og omfatter en dieselmotor 1 som er innrettet til å kontinuerlig drive en 7-st.empels hydraulisk, variabel skvalpeplatepumpe 2. som er innrettet til å drive en hydraulisk motor 3 som forårsaker rotasjon av ve.i-kontaktende hjul på kranen. I praksis vil det være anordnet et antall hydrauliske motorer med respektive hjelpestyr.inger for styreformål. Sammen med den hydrauliske pumpe 2 er det anordnet en servoenhet 4 fra hvilken det strekker seg en servostang 5 som påvirkes av en operasjonsenhet 6.

Operasjonsenheten 6 er anordnet i en pneumatisk styrekrets. Den pneumatiske krets omfatter rørledninger 7 som strekker seg mellom en trykkluftkilde 8 og en styreenhet 9 for automatisk styring, en operatørstyrt ventil 10 og en operatørstyrt omkast-nings- eller vekslingsventil 11.

For å bevege kranen, velger operatøren enten forover eller revers på vekslingsventilen 11 og kan deretter trykke ned en fotpedal 12 på sin styreventil 10 for derved å åpne ventilen, enten i en valgt grad eller fullstendig. Når pumpen 2 tilveiebringer intet eller ubetydelig hydraulisk utgangstrykk, blir regulatoren 9 fullstendig åpnet, og således tilføres trykkluft til operas jonsenheten 6 når vent-ilen 10 i begynnelsen åpnes. Dette resulterer i at servostangen 5 beveges i enten forover- eller reversretningene, og dette forårsaker på sin side at den hydrauliske pumpe begynner å arbeide etter at skvalpeplaten er blitt vippet til en vinkel for å bringe pumpen til å fortrenge hydraulisk fluidum. Så snart dette hender, blir den hydrauliske krets 12 til den hydrauliske motor 3 trykksatt og den hydrauliske for-bindelsesledning 13 føler trykkstigningen. Dette resulterer i at styreenheten forsøker å lukke regulatoren 9 og således begrense forskyvningen av operasjonsenheten 6 og servostangen, og sålédes å begrense fortrengningsvinkelen for skvalpeplaten og graden av fluidumfortrengning av pumpen 2.

Den pneumatiske krets inneholder også en strupekontroll 14 for styring av strupingen av motoren 1 og omfattende en fjær-forspent drivstang 15 som er bevegelig i en sylinder 16 mot fjæ-rens forspenning når den pneumatiske trykkledning 7 trykksettes.

Så snart operatøren trykker ned sin pedal 12 og ventilen 10 åpnes, beveges stangen 15 for å øke motorhastigheten til et effektivt nivå. Operasjonsenheten har fortrinnsvis forbelastede forspenningsfjærer som krever et tilført pneumatisk trykk av størrelsesorden 0,7 kg/cm 2 før det opptrer noen bevegelse av servostangen 5, og når det pneumatiske trykk stiger til denne verdi, tilføres det pneumatiske trykk.til strupekontrollen 14

for å bringe motoren 1 fra en tomgangshastighet til en effektiv motorhastighet.

Selv om fig.- 1 viser bare én fjær, omfatter strupekontrollen 14 to fjærer av hvilke den ene er forbelastet og den andre opprinnelig er uten belastning, idet arrangementet er slik at opprinnelig bevegelse av strupekontrollen sammentrykker bare den første fjær når motoren bringes opp til nyttehastighet. Før motoren når denne nyttehastighet overvinnes ikke forbelastningen på fjærene i operasjonsenheten 6, og motorene 3 blir derfor ikke drevet. Etter at motoren har nådd en effektiv hastighet, starter belastning av strupekontrollens 14 andre fjær.

Som en valgfrihet kan det være anordnet en andre vekslingsventil lia, idet ventilen lia er leddet til eller sammenkop-let med vekslingsventilen 11 for å bevege seg på tilsvarende måte. Vekslingsventilen lia er forbundet med ledningene 12a og 12b på hver side av motoren 3, slik at når enten forover- eller reversdrift velges av operatøren, oppnås en minimal overskridelses-bremsevirkning. Dette inntreffer på grunn av at ved fartsover-skridelse sikrer ventilen lia at ledningen 13 forbindes med inn-gangssiden av motoren 3 som ved overskridelse ligger på et lavere trykk, idet motoren 3 virker som en pumpe som driver drivmotoren. Det lave trykk på ledningen 13 forårsaker at styreenheten 9 åpner sin regulator fullstendig og derved bringer den pneumatiske krets til å tilføre full forskyvning til pumpen 2. På denne måte vil pumpen 2, når den drives av motoren 3, drive motoren 1 på en måte som er ekvivalent med det høyest tilgjengelige utvekslings-forhold..

Detaljer ved operasjonsenheten 6 skal nå beskrives under henvisning til fig. 2.

Enheten har et dobbeltvirkende stempel 16 anordnet i en sylinder 17 som har porter 18 og 19 forbundet med vekslingsventilen 11 slik at den ene eller den andre kan trykksettes med trykkluft for forskyvning av stempelet 16. Stempelet er festet til en forbindelses- eller drivstang 20 som passerer gjennom enden av sylinderen og gjennom et forspenningsfjærkammer 21 for å tilkoples utenfor enheten ved inngrep mellom den skruegjengede ende 22 og et universalledd 23. Universalleddet 23 kopler stangen til en servostang 4 i den hydrauliske pumpe 2.

To fjærer 24 og 25 som er anordnet i fjærkammeret 21, er anordnet koaksialt den ene inne i den andre rundt stangen 20 og med sine respektive ender i anlegg mot overflater av flenser 26 som er. anordnet ved fjærkammerets 21 ender.

Det vil innsees at når stempelet 16 beveges mot venstre, kontaktes et avstandsstykke 27 av enden av universalleddet og presses mot ytterflaten av den høyre flens 26, slik at det derved forskyver flensen og sammentrykker de to fjærer, idet den venstre flens ikke beveges på grunn av dens anlegg mot endeveggen som deler sylindrene 17 og 21. Bevegelse av stempelet mot høyre resulterer i at den høyre flens 26 forblir i anlegg mot en endevegg av fjærkammeret 21, mens en skulder 28 i stangen 20 bringes i inngrep mot en tilsvarende avsats i en aksial forlengelse av den venstre flens 26 slik at flensen derved forskyves mot høyre og fjærene sammenpresses på.nytt.

Fjærene 24 og 25 er forbelastet for å effektivt sentra-lisere stempelet 17 og å tillate strupekontrollen 14 å operere før stempelet forskyves.

Det henvises nå til fig. 3 som viser detaljer ved styreenheten. Styreenheten omfatter regulatoren 9 som innstilles ved hjelp av en hydraulisk, trykkfølsom innstillingsenhet 30 som har en forbindelsesport 31 forbundet med den hydrauliske ledning 13 som er vist på fig. 1. En aksialt forskyvbar stempelenhet 32 er montert inne i enhetens 30 legeme 33, og når hydraulisk trykk tilføres ved porten 31, forskyves stempelelementet mot venstre, og så snart den lille klaring er opptatt, kommer stempelet i anlegg mot et hode 34 på en forbindelses- eller drivstang 35 slik at stangen 35 forskyves til venstre mot forspenningen fra inn-ledningsvis den første skruetrykkfjær 36 og deretter en andre fjær 37 som er konsentrisk anbragt inne i den første fjær. Den første fjær 36 er anbragt over en hylse 38 som er i inngrep med hodet 34, mens fjæren 37 er fritt montert rundt stangen 35 inntil en vesentlig forskyvning har inntruffet. Så snart vesentlig forskyvning har inntruffet, tilveiebringes ytterligere forspenning ved hjelp av den andre fjær 37, og således tilveiebringes en ikke-lineær respons som tilnærmet svarer til motorens hestekraftkurve.

Drivstangen 35 strekker seg ut av enheten 30 for å koples til et svingbart forbindelsesledd 37 som er leddet til en svingbar stav 38 montert på en fast ramme 39. Den svingbare stav forskyves således i retning med urviseren ved forskyvning av stempelet 32, og som følge av dreieleddét 40 forskyves den andre arm 41 mot venstre..

Den andre arm 41 er glidbart montert i en hylse 42 som rager ut fra regulatorlegemet, idet armens 41 ende tilveiebringer en anslagsflate for en skruetrykkfjær 43. Den andre ende av fjæren 43 ligger an mot en' skillevegg 44. Bevegelse av armen 41 mot venstre reduserer trykket på skilleveggen og dette resulterer i en reduksjon av lufttrykket på regulatorens 9 nedstrømsside.

Claims (12)

1. Styreinnretning for anvendelse>i en styrekrets for en fluidumtrykkrets med en variabel fortrengningspumpe og en av denne drevet motor, karakterisert ved at den omfatter . en operasjonsenhet med en anordning for reaksjon på et styresignal i styrekretsen og for innstilling av pumpens fortrengning på en måte som avhenger av verdien av det nevnte signal, og en styreenhet med en anordning for avføling av fluidumtrykket i fluidumtrykkretsen mellom pumpen.og motoren, en regulator for styring av verdien av det nevnte signal i styrekretsen, og en overføringsanordning som er innrettet til å reagere på den avfø-lende anordning for å innstille regulatoren for å redusere verdien av det nevnte signal når fluidumtrykket øker i fluidumtrykk-kretsen, slik at operasjonsenheten ved bruk bevirker en tilsvarende innstilling av pumpens fortrengning.

2. Styreinnretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den er innrettet til å arbeide med en styrekrets i form av en pneumatisk krets, idet det nevnte signal er et pneumatisk trykksignal og fluidumtrykkretsen er en hydraulisk krets.

3. Styreinnretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den avfølende anordning i styrekretsen omfatter en fluidumtrykkledning som er innrettet til å forbindes med den nevnte fluidumtrykkrets, og et forskyvbart element som er innrettet til å forskyves mot fjærforspenning med et beløp som avhenger av trykket i den nevnte ledning, og at overføringsan-ordningen er innkopl.et mellom det forskyvbare element og trykkregulatoren.

4. Styreinnretning ifølge krav 3, karakterisert ved at den nevnte fjærforspenning omfatter en fjær og at overføringsanordningen omfatter en kam med en profil som er tilpasset til å bevirke en ikke-lineær innstilling av trykkregulatoren som i hovedsaken svarer til hestekraftkurven for en drivmotor som er innrettet til å drive pumpen.

5. Styreinnretning ifølge krav 3, karakterisert ved at den nevnte fjærforspenning omfatter to fjærer som virker i kombinasjon for å bevirke en ikke-lineær innstilling av trykkregulatoren som i hovedsaken svarer til hestekraftkurven for en.drivmotor som er innrettet til å drive pumpen.

6. Styreinnretning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at operasjonsenheten og styreenheten er montert i styrekretsen som er en pneumatisk krets og omfatter en kilde for trykkluft, den nevnte regulator, en manuelt styrbar ventil, operasjonsenhet og en strupestyreanordning som reagerer på det trykk på tilføres til operasjonsenheten og er innrettet til å øke med et tilsvarende beløp strupeinnstillingen for en motor som under drift driver pumpen.

7. Styreinnretning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at operasjonsenheten er dobbelt-, virkende for forover- og .reversdrift, og videre omfatter en veks-lingsanordning som er innrettet til å velges i revers- eller forover-modi og i hvilken det nevnte signal tilfø res til operasjonsenheten for revers- henholdsvis foroverdrift, og at veks-lingsanordningen omfatter midler for omkopling av styreenhetens avfølende anordning for å veksle mellom rø rledningene på de to sider av pumpen for å avfø le trykket på pumpens utgangsside i både forover- og reversmodi.

8. Styreinnretning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at styrekretsen er en pneumatisk krets og at operasjonsenheten omfatter et dobbeltvirkende stempel som er anordnet i en sylinder og forbundet med en stempelstang som strekker seg gjennom en endevegg i sylinderen, gjennom et fjærkammer for å koples til en drivstang for en servomekanisme, idet fjærkammeret inneholder minst én fjær som er anordnet rundt stempelstangen og strekker seg mellom endeflenser som forskyves henholdsvis ved utadgående og innadgående bevegelse av stempelstangen for å sammentrykke fjæren.

9. Styreinnretning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at overføringsanordningen omfatter en svingbar vektarm som er koplet slik at den kan forskyves svingbart i en grad som avhenger av det fluidumtrykk. som avføles av den avfølende anordning, og at regulatoren er koplet , til vektarmen via en styrestang.

10. Styreinnretning ifølge krav 9, karakteri sert ved at styrestangen er rettlinjet bevegelig og koplet til den svingbare vektarm via et ledd som er svingbart montert både til vektarmen og til styrestangen.

11. Styreinnretning ifølge krav- 9 eller 10, karakterisert ved at overfø ringsanordningen har en forbindelses-stang som er svingbart montert på vektarmen via et dreieledd, idet forbindelsesstangen er forbundet med et stempel i en sylinder som under drift mottar fluidumtrykk fra fluidumtrykkretsen, og at to konsentriske fjærer er anordnet rundt forbindelsesstangen mellom stempelet og sylinderenden for å motvirke forskyvning av stempelet, idet den ene av disse fjærer har en aksial klaring ved fravær av trykk, slik at det opptrer en ikke-lineær forskyvning av forbindelsesstangen.

12. Kjøretøy omfattende en drivmotor, en fluidumtrykkrets som inneholder en motor for drift av et hjul, og en pumpe som. drives av drivmotoren, karakterisert ved at det om- - fatter en styreinnretning ifølge et av de foregående krav og som er montert på kjøretøyet med sin styrekrets innrettet til å styre fluidumtrykkretsen.