DK167322B1 - Hydraulisk kredsloeb - Google Patents

Description

i DK 167322 B1

Opfindelsen angår et hydraulisk kredsløb med mindst to dobbeltvirkende cylindre. Et typisk eksempel på sådan et kredsløb finder man på en frontlæsser (backhoe loader), hvor en første cylinder svinger en arm, som bærer en gra-5 veskovl, op og ned. En anden cylinder tjener til at tippe graveskovlen nedad, når den skal tømmes, og tilbage til sin horisontale position, som er arbejdsstillingen.

En frontlæssers skovl tømmes normalt med armen i løftet 10 stilling; efter tømningen er graveskovlen tippet ned. Så skal der hurtigst muligt returneres til graveposition, hvor armen er sænket og skovlen er tippet op. Ofte vil man straks overgå til at presse armen ned i terrænet. Det kan være meget irriterende for operatøren, hvis det tager for 15 lang tid at opbygge det nødvendige hydrauliske arbejds-tryk.

Armens og skovlens returnering stiller store krav til kapaciteten af den oliepumpe, som føder det hydrauliske 20 kredsløb. De to arbejdscylindre skal bevæges omtrent fra den ene yderstilling til den anden yderstilling på samme tid, så pumpen må levere næsten to hele cylindervolumina olie.

25 Fra skriftet DE 30 32 596 Al kendes forskellige hydrauliske kredsløb med en første og en anden dobbeltvirkende cylinder, hver med et første og et andet arbejdskammer, og med en retningsventil for hver cylinder, som i en første aktiv position kan tillede trykmedie til cylinderens før-30 ste arbejdskammer og aflede trykmedie fra cylinderens andet arbejdskammer, og som i en anden aktiv position kan tillede trykmedie til cylinderens andet arbejdskammer og aflede trykmedie fra cylinderens første arbejdskammer. De mod cylindrene rettede trykmediestrømme føres til ret-35 ningsventilerne via kontraventiler. Kredsløbene omfatter midler til at overføre trykmedie fra den første cylinders 2 DK 167322 B1 første arbejdskammer til den anden cylinders første arbejdskammer til bevægelse af den anden cylinder samtidig med den af trykmedieoverførslen resulterende bevægelse af den første cylinder.

5

Fra skriftet EP 0 345 640 Bl kendes et lignende hydraulisk kredsløb til en gravemaskine. Her er arbejdscylindrenes retningsventiler koblet parallelt med hinanden, mens de i det førnævnte tyske skrift er koblet i serie. Kredsløbet 10 er indrettet til at styre læsseskovlens orientering under dens løbende bevægelse.

Parallelt med to retningsventiler til styring af arm og skovl er der indkoblet en tredie retningsventil, som sty-15 res af et elektronisk styrekredsløb, og som samvirker med skovlens almindelige retningsventil. For at kunne tilføre den tredie retningsventil trykmedie fra armcylinderen er den via en trykstyret omskifterventil koblet direkte til armcylinderens arbejdskamre. Styrekredsløbet arbejder på 20 basis af signaler fra elektroniske følere, som kan måle armens stilling i forhold til gravemaskinens chassis og skovlens stilling i forhold til armen.

Formålet med de kendte kredsløb er at synkronisere 25 bevægelsen af en frontlæssers skovl med armens bevægelse, for eksempel så skovlen holdes vandret, når armen svinges op eller ned. I det tyske skrift er de to cylindres retningsventiler serieforbundne med hinanden. Når den ene cylinder bevæges af en oliestrøm fra pumpen, overføres den 30 oliestrøm, som ved bevægelsen fortrænges fra cylinderens modsatte arbejdskammer, til den anden cylinder, så denne bevæges synkront med den første cylinder. Den olie, som fortrænges i den anden cylinder, føres til tank. Kredsløbet har dog den ulempe, at man for at kunne bevæge en af 35 cylindrene uafhængigt af den anden må holde den anden cylinders retningsventil i neutral position. Denne kobling 3 DK 167322 B1 af retningsventilerne kan være meget forstyrrende for operatøren.

I det europæiske skrift er retningsventilerne koblet 5 parallelt med hinanden, så armbevægelsen er uafhængig af skovlbevægelsen. Den direkte overførsel af trykmedie mellem cylindrene er realiseret ved hjælp af en ekstra retningsventil og en trykstyret omskifterventil.

10 Opfindelsens hovedformål er ligeledes at anvise et hydraulisk kredsløb, hvor en trykmediestrøm, som fortrænges fra en cylinder, udnyttes til at udføre arbejde i en anden cylinder parallelt med, at den anden cylinder får tilført trykmedie fra en pumpe. Der sigtes herved ikke specielt 15 mod en synkronisering af bevægelser. Opfindelsen undgår den bejeningsmæssige ulempe, som kredsløbet i det tyske skrift medfører, og benytter sig af enklere midler til at opnå dette formål end kredsløbet i det europæiske skrift.

20 Ved et kredsløb af den art, som er angivet i indledningen til krav 1, opnås dette formål ved, at den anden cylinders første arbejdskammer via en kontraventil er koblet til et ledningsafsnit, hvortil den første cylinders retningsventil kan aflede trykmedie fra den første cylinders 25 første arbejdskammer, og at der mellem dette ledningsafsnit og en tank er indkoblet en trykbegrænserventil, som giver passage til tanken, når trykket i ledningsafsnittet er større end det tryk, der aktiverer trykbegrænserventi-len.

30

Man udnytter på denne måde det medievolumen, som står til rådighed i en passiv, belastet cylinder, til at udføre arbejde i en anden cylinder. Samtidigt med trykmedieoverfør-slen fra den passive cylinder kan der tilføres trykmedie 35 fra pumpen til den aktive cylinder.

4 DK 167322 B1

Betragtes det netop anførte eksempel, nemlig armcylinderen og skovlcylinderen på en frontlæsser, så kan opfindelsen udnyttes ved returneringen til graveposition, idet der under returneringen overføres trykmedie fra armcylinderen, 5 som bærer armens vægt, til skovlcylinderen. Overskydende trykmedie, for eksempel hidrørende fra forskelligt volumen i de to cylindres arbejdskamre, trykkes til tank gennem trykbegrænserventilen.

10 Hvis trykbegrænserventilen er styrbar som angivet i krav 2, kan man frit vælge, om den med opfindelsen forbundne bevægelseskarakteristik skal anvendes i en given situation eller ej. Der kan være situationer, hvor man blot hurtigst muligt vil tømme det passive, belastede arbejdskammer for 15 trykmedie, og så er det en fordel at kunne ophæve tankspærringen .

En fordelagtig løsning vil være som i krav 3 at lade trykbegrænserventilen styre af en styreventil. Styreventilen 20 sørger for åbning af trykbegrænserventilen, når den modtager et udløsetryk fra en load sensing-ledning, som melder et belastningstryk andetsteds i det hydrauliske kredsløb. Tankspærringen kan dermed ophæves automatisk. Så kan man for eksempel ved ventilblokke anvende en enkelt trykbe-25 grænserventil til at afspærre en tankledning, som er fælles for en gruppe af ventiler, uden at tankflowet fra alle ventiler hele tiden skal presses til tank gennem trykbegrænserventilen .

30 Styreventilen kan også, som angivet i krav 4, være koblet til at åbne trykbegrænserventilen, når trykket i pumpeledningen ligger et forudbestemt stykke over det tryk, der aktiverer trykbegrænserventilen. Tankspærringen ophæves, når pumpen er hårdt belastet, for derved at nedsætte pum-35 pens belastning.

5 DK 167322 B1

For at man kan opnå højt pumpetryk og samtidig benytte opfindelsens arbejdsprincip, kan man som angivet i krav 5 koble styreventilen til at modtage et spærretryk fra en load sensing-ledning, som melder et belastningstryk, som 5 foreligger andetsteds i kredsløbet, idet koblingen er udført således, at spærretrykket forhindrer åbningen af trykbegrænserventilen. Spærretrykket kan navnlig stamme fra den anden cylinders første arbejdskammer, som angivet i krav 6.

10 I stedet for at bruge trykket i pumpeledningegn som udløsende signaltryk for styreventilen, kan man også anvende trykket i en load sensing-ledning, som skal styre pumpens tryk, til dette formål. De dermed forbundne løsningsmulig-15 heder fremgår af kravene 7-9.

Med den i krav 10 angivne blænde mellem det ledningsafsnit, hvorigennem trykmedieoverførslen mellem cylindrene foregår, og trykbegrænserventilen, kan man opnå en tryk-20 forøgelse i ledningsafsnittet, selv om trykbegrænserventilen er aktiveret. Dette kan være ønskeligt for at kunne opnå et højt starttryk i bevægelsesforløbet.

Via den i krav 11 angivne ledningsafgrening mellem blænden 25 og trykbegrænserventilen kan den første cylinders andet arbejdskammer efterfyldes med en del af det trykmedie, der afledes fra dens første arbejdskammer. Også dette er med til at formindske kravet til pumpekapacitet i kredsløbet.

30 Til nærmere forklaring af opfindelsen gennemgås i det følgende forskellige udførelseseksempler med henvisning til de medfølgende tegninger.

Fig. 1, 2, 3 og 4 viser forskellige hydrauliske kredsløb 35 ifølge opfindelsen til en frontlæsser (backhoe loader).

6 DK 167322 B1

Det hydrauliske kredsløb ifølge fig. 1 viser en frontlæssers armcylinder 1 og skovlcylinder 2, hver styret af en retningsventil 3, 4. Ventilerne er monteret sammen med andre ventiler i en ventilblok 5 og fødes via en fælles pum-5 peledning 6 fra en oliepumpe 7. Oliepumpens udgangstryk reguleres på almindelig, kendt vis via load sensing (LS)-kanaler 8 og dobbeltvirkende skifteventiler 9, som melder det højeste belastningstryk i ventilblokken til en LS-trykbegrænserventil 10, som fører overskydende olie fra 10 oliepumpen 7 til en tank 11. Ventilblokken er generelt konstrueret med to fælles gennemgående tankledninger 12, 13 for alle ventiler; tankledningerne er forbundet med tanken 11.

15 Retningsventilerne 3, 4 er udført med tre stillinger og fire veje (hvis man regner de to tankledninger som én vej). Som de er tegnet i fig. 1, befinder de sig i en stilling, hvor der overføres olie fra et første arbejds-kammer 15 i armcylinderen 1 til et første arbejdskammer 16 20 i skovlcylinderen 2.

Olieoverførslen finder sted i en situation, hvor armen er løftet, dvs. armcylinderens stempelstang 17 er skudt forholdvis langt ud (dette er dog ikke vist helt korrekt på 25 tegningen). Skovlcylinderens stempelstang 18 derimod er trukket langt ind i skovlcylinderen, fordi frontlæsserens skovl er blevet tømt og nu er tippet ned. Dette er udgangssituationen for "return to dig"-manøvren, hvor armen skal sænkes og skovlen tippes op igen, så næste skovlfuld 30 materiale kan tages op.

Ved armens sænkning strømmer der olie fra armcylinderens første arbejdskammer 15 til tankledningen 12 og overføres derfra til skovlcylinderens første arbejdskammer 16 gennem 35 en kontraventil 19, som er forbundet med A-tilførselsled-ningen 20 fra skovlcylinderens retningsventil 4.

7 DK 167322 B1

For at kunne opretholde det nødvendige tryk til olieoverførslen i tankledningen 12, er den afspærret (med en prop 21) mellem tanken 11 og kontraventilen 19. Proppen 21 er anbragt således, at A-sidens tankforbindelse ved retnings-5 ventilen 4 er blokeret, mens retningsventilens 4 B-side (ledning 24, som går til det andet arbejdskammer 26 i skovlcylinderen 2) har fri passage til tank. Tankledningen 13, som er forbundet med tankledningen 12 via en forbindelsesledning 22, er ligeledes afspærret med en prop 23.

10 Ved retningsventilen 3 er passagen til tank spærret både for A-siden, dvs. ledning 25, som fører til armcylinderens første arbejdskammer 15, og for B-siden, dvs. ledning 29, som fører til armcylinderens andet arbejdskammer 27. De ventiler i ventilblokken, som ligger nærmere pumpen 7 end 15 retningsventilen 4, har fuldstændig uhindret passage til tank, mens retningsventilen 3 og alle andre ventiler, som ligger længere fra pumpen end denne, har begge passager til tank blokeret af propperne 21 og 23.

20 I den afspærrede del af ledningerne 12, 22 og 13 kan der således skabes det fornødne tryk til at overføre olie fra kammeret 15 til kammeret 16. Det olievolumen, som står til rådighed i kammeret 15, anvendes desuden til at efterfylde armcylinderens andet arbejdskammer 27 via en kontraventil 25 30, som forbinder ledningen 29 med det afspærrede afsnit af ledning 13.

Med de hidtil beskrevne elementer i kredsløbet ville det ikke være muligt at føre olie direkte til tank fra armcy-30 linderen 1 eller fra komponenter, som er tilsluttet ventiler, der sidder længere til højre i tegningen, dvs. længere fra pumpen 7.

For at åbne for denne mulighed er tankledningsafsnittet 22 35 tilsluttet en trykaflastningsventil 40. Ventilen 40 er koblet til at åbne for passage, når trykket i ledningsaf- 8 DK 167322 B1 snittet 22 overstiger en værdi, som er fastlagt ved en fjederbelastning. I det viste eksempel åbner ventilen, når trykket overstiger 25 bar. Når trykaflastningsventilen 40 åbner, forbindes ledningsafsnittet 22 med en ekstern led-5 ning 41 til tanken 11.

Trykket i ledningsafsnittene 12, 22 og 13 ville dermed aldrig kunne overstige 25 bar (bortset fra trykfald i ledningsnettet) . For at kunne opnå et højere tryk i overfør-10 selsoperationen er der i ledningsafsnittet 12 indsat en blænde 42 mellem trykaflastningsventilen 40 og den led-ningsafgrening, hvor A-siden i retningsventilen 3 er tilsluttet til tankledningen 12. I ledningsafsnittet 43 mellem proppen 21 og blænden 42 kan der således opretholdes 15 et højere tryk end det, der er fastlagt af trykbegrænser-ventilen 40, så længe der foreligger en oliestrøm fra kammeret 15.

Med det beskrevne kredsløb kan der overføres olie fra kam-20 meret 15 til kammeret 16 samtidig med, at kammeret 16 får tilført olie fra pumpen 7 via retningsventilen 4, som er koblet til pumpeledningen 6 via en kontraventil 44. For at opretholde trykket i pumpeledningen 6 er der i tilledningen 45 til retningsventilen 3 indskudt en trykreduktions-25 ventil 47. Det olievolumen, som står til rådighed i kammeret 15, udnyttes således bedst muligt, når stempelstangen 17 i armcylinderen 1 returnerer, til at efterfylde armcylinderens modsatte arbejdskammer 27 og til samtidigt at bevæge skovlcylinderens stempelstang 18.

30

Det er ønskeligt at ophæve tankspærringen, dvs. at aktivere trykbegrænserventilen 40, når stempelstangen 17 i armcylinderen 1 skal bevæges i modsat retning, eller når en af de ventiler, som i tegningen sidder til højre for ven-35 tilen 3, skal aktiveres. Til dette formål er der indkoblet en styreventil 50 i kredsløbet. Styreventilen 50 er en 9 DK 167322 B1 ventil med tre veje og to positioner, som er koblet til at aktivere trykbegrænserventilen 40, når styreventilen 50 modtager et tilstrækkeligt højt signaltryk via en forbindelse til LS-meldesystemet 8, 9. Styreventilen er i dette 5 tilfælde koblet til LS-ledningen 8 mellem retningsventi lerne 3 og 4 via en ledning 51. Når trykket i denne ledning overstiger en værdi, som er fastlagt med en forspændingsfjeder i styreventilen 50, skifter styreventilen om til en stilling, hvor trykket i ledningen 51 aktiverer 10 trykbegrænserventilen 40.

Kredsløbet i fig. 1 har den ulempe, at tankspærringen ikke kan ophæves, når stempelstangen 18 i skovlcylinderen 2 skal bevæges i modsat retning.

15

Denne ulempe kan afhjælpes som vist i fig. 2, hvor der i LS-ledningssystemet ved retningsventilen 4 er indkoblet en dobbeltvirkende kontraventil 60 mellem de to kanalers (A's og B's) tilhørende LS-udgange 61 og 62. Kontraventilens 20 afgang er ført videre i LS-meldekæden, mens B-sidens LS-udgang 61 er forbundet med ledningen 51 via en kontraventil 63, og der er indskudt en kontraventil 64 mellem ledningen 51 og dens oprindelige forbindelsessted til LS-meldekæden. Når lasttrykket så er højest på B-siden ved ret-25 ningsventilen 4, som det vil være, når stempelstangen 18 skal skydes ind i cylinderen 2, fører dette via ledningen 51 og styreventilen 50 til, at trykbegrænserventilen 40 ophæver tankspærringen.

30 En anden måde at afhjælpe denne ulempe på er vist i fig.

3. Her er styreventilen 50 koblet til altid at åbne, når trykket i pumpeledningen 6 overstiger dens udløseværdi, idet dens styreindgang 70 overfor indstillingsfjederen 72 er koblet til pumpeledningen 6. Styreventilen 50 aktiverer 35 altså trykbegrænserventilen 40, når pumpetrykket er højt nok, hvorved tankspærringen ophæves, uanset hvor i ventil- 10 DK 167322 B1 blokken det høje pumpetryk behøves, dvs. uanset hvilken ventil er aktiveret.

For at undertrykke denne virkning, når olieoverførslen 5 skal finde sted mellem kamrene 15 og 16, er der i denne udførelsesform ligeledes koblet en dobbeltvirkende kontraventil 60 ind mellem de to LS-udgange 61 og 62 ved retningsventilen 4. Afgangen fra kontraventilen 60 er ført videre i LS-meldekæden som i fig. 2, mens det i dette til-10 fælde er A-sidens LS-signal på udgang 62, som er ført til styreventilen 50 via en ledning 71. Ledningen 71 er forbundet til fjederrummet i styreventilen 50, så LS-trykket på A-siden 62 i retningsventilen 4 spærrer for, at trykbe-grænserventilen 40 aktiveres. Tankspærringen kan altså ik-15 ke ophæves, når der skal ske olieoverførsel fra kammeret 15 til kammeret 16, og det er netop det ønskede.

Et alternativ til det i fig. 3 viste diagram fremgår af fig. 4. Her er styreindgangen 70 på styreventilen 50 ikke 20 tilsluttet til pumpeledningen 6, men til LS-meldekædens (8, 9) pumpeside via en ledning 73. I øvrigt er diagrammet identisk med fig. 3. Fordelen er her, at indstillingsfjederen 72 i styreventilen 50 kan være svagere end i fig. 3, fordi trykket i LS-ledningskæden vil være lavere end pum-25 petrykket. Til gengæld har løsningen den ulempe, at den indfører en vis yderligere lækage i LS-ledningsnettet.

Claims (11)

11 DK 167322 B1

1. Hydraulisk kredsløb med mindst en første og en anden 5 dobbeltvirkende cylinder, hver med et første og et an det arbejdskammer, og med en retningsventil for hver cylinder, som i en første aktiv position kan tillede trykmedie til cylinderens første arbejdskammer og aflede trykmedie fra cylinderens andet arbejdskammer, og 10 som i en anden aktiv position kan tillede trykmedie til cylinderens andet arbejdskammer og aflede trykmedie fra cylinderens første arbejdskammer, idet den mod den anden cylinder rettede trykmediestrøm føres til dens retningsventil via en kontraventil, hvor ret-15 ningsventilerne er koblet parallelt med hinanden til en pumpeledning, og hvor kredsløbet omfatter midler til at overføre trykmedie fra den første cylinders første arbejdskammer til den anden cylinders første arbejdskammer til bevægelse af den anden cylinder 20 samtidig med den af trykmedieoverførslen resulterende bevægelse af den første cylinder, kendetegnet v e d, at at den anden cylinders (2) første arbejdskammer (16) via en kontraventil (19) er koblet til et ledningsafsnit (43), hvortil den første cylin-25 ders (1) retningsventil (3) kan aflede trykmedie fra den første cylinders (1) første arbejdskammer (15), og at der mellem dette ledningsafsnit (43) og en tank (11) er indkoblet en trykbegrænserventil (40), som giver passage til tanken (11), når trykket i lednings-30 afsnittet (43) er større end det tryk, der aktiverer trykbegrænserventilen (40).

2. Kredsløb ifølge krav 1, kendetegnet ved, at trykbegrænserventilen (40) er styrbar, og at den er 35 forbundet med et styrekredsløb (50, 51) til at åbne passagen til tank. 12 DK 167322 B1

3. Kredsløb ifølge krav 2, kendetegnet ved, at styrekredsløbet omfatter en styreventil (50) koblet til at åbne trykbegrænserventilen (40), når der tilføres styreventilen (50) et udløsetryk, der ligger et 5 forudbestemt stykke over det tryk, der aktiverer tryk begrænserventilen (40), og at udløsetrykket tilføres styreventilen (50) via en load sen'sing-ledning (51), som melder et belastningstryk, som foreligger andetsteds i det hydrauliske kredsløb. 10

4. Kredsløb ifølge krav 2, kendetegnet ved, at styrekredsløbet omfatter en styreventil (50) koblet til at åbne trykbegrænserventilen (40), når trykket i pumpeledningen (6) ligger et forudbestemt stykke over 15 det tryk, der aktiverer trykbegrænserventilen (40).

5. Kredsløb ifølge krav 4, kendetegnet ved, at styreventilen er koblet til at modtage et spærretryk fra en load sensing-ledning (71), som melder et 20 belastningstryk, som foreligger andetsteds i kredslø bet, idet koblingen er udført således, at spærretrykket forhindrer åbningen af trykbegrænserventilen (40).

6. Kredsløb ifølge krav 5, kendetegnet ved, 25 at load sensing-ledningen (71) er tilkoblet den anden cylinders (2) første arbejdskammer (16).

7. Kredsløb ifølge krav 3, med et load sensing-delkreds-løb, som overfører det højeste belastningstryk til en 30 load sensing-pumpetilslutning for regulering af en pumpes tryk, kendetegnet ved, at styreventilen (50) er koblet til at åbne trykbegrænserventilen (40), når trykket i load sensing-pumpetilslut-ningen (73) ligger et forudbestemt stykke over det 35 tryk, der aktiverer trykbegrænserventilen. 13 DK 167322 B1

8. Kredsløbifølge krav 7, kendetegnet ved, at styreventilen er koblet til at modtage et spærretryk fra en anden load sensing-ledning (71), som ikke er pumpetilslutningen, og som melder et belastnings- 5 tryk, der foreligger andetsteds i kredsløbet, idet koblingen er udført således, at spærretrykket forhindrer åbningen af trykbegrænserventilen (40).

9. Kredsløb ifølge krav 8, kendetegnet ved, 10 at den anden load sensing-ledning er koblet til den anden cylinders (2) første arbejdskammer (16).

10. Kredsløb ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at ledningsafsnittet er forbundet 15 med trykbegrænserventilen via en blænde.

11. Kredsløb ifølge krav 10, kendetegnet ved, at der mellem blænden og trykbegrænserventilen er en ledningsafgrening, som er ført til den første cylin- 20 ders andet arbejdskammer via en kontraventil.