FI112528B - Menetelmä ja laite hydraulimoottorin vuotoöljyn palauttamiseksi - Google Patents

Description

112528

Menetelmä ja laite hydraulimoottorin vuotoöljyn palauttamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laite hydraulimoottorin koteloon vuotaneen öljyn palauttamiseksi moottoriin kytkettyyn öljylinjaan, joka on jaka-5 jän kautta yhteydessä moottorin sisäisiin virtauskanaviin, jotka ovat yhteydessä moottorin työpainetiloihin.

Hydraulimoottoreita käytetään kohteissa, joissa tarvitaan suurta vääntömo-menttia, tehoa, jatkuvia käyttöpyörimissuunnan muutoksia tai pientä kokoa. 10 Hydraulimoottoreita voidaan käyttää myös kun olosuhteet ovat hankalat; kuten kosteus, pölyisyys tai korkea lämpötila. Mobiililaitteissa hydraulikäyttö on lähes kokonaan syrjäyttänyt muut käytöt näiden etujen johdosta.

Suurille hydraulimoottoreille on tähän asti jouduttu tuomaan kolme tai neljä 15 hydraulilinjaa. Paine- ja paluulinjat ovat järjestelmässä aina, mutta usein järjestelmässä on myös ns. vuotolinja, jota kautta moottorin koteloon vuotava hydraulineste johdetaan takaisin tankkiin ja uudelleen kiertoon. Varsinkin suuremmissa moottoreissa on aina vuotolinja. Koteloon vuotavan öljyn paine nousisi vähintään paluulinjan paineeseen jos vuotolinjaa ei olisi. Käytännössä j: 20 tällaista painetta ei voi sallia. Neljä linjaa järjestelmään tarvitaan, jos kote- I · ., *; loon järjestetään erillinen jäähdyttävä huuhtelukierto.

•: · · · Monissa hydraulikäyttöisissä järjestelmissä, kuten kauhakoneissa, käytetään : " pääasiallisesti hydraulisylintereitä tekemään työtä. Hydraulisylinterit eivät 25 vaadi vuotoliitäntää, joten kauhakoneiden hydrauliputkitus ei vuotoöljylinjaa : : vakiona sisällä, jolloin esimerkiksi lisälaitteessa olevaa hydraulimoottoria var ten se joudutaan erikseen asentamaan. Usein hydraulimoottori joudutaan “ myös asentamaan kauaksi varsinaisesta pumpusta tai tankista, jolloin vuoto- ‘ : linjasta tulee pitkä. Varsinkin laitteissa, jotka toimivat syvällä veden alla tai '·· 30 kaivoksissa, tuottaa ylimääräinen linja ongelmia ja lisää kustannuksia. Mikäli 2 112528 vuotoöljyliitäntää ei tarvitsisi, olisi moottorilla varustetun toimilaitteen liittäminen mihin hyvänsä hydraulijärjestelmään yksinkertaisempaa.

Jotta koteloon vuotanut öljy voitaisiin siirtää päälinjoihin, tulisi sen painetaso 5 nostaa samaksi tai korkeammaksi kuin vastaanottavan linjan paine kotelon painetta nostamatta. Tämä paineen nosto voidaan saada aikaan pumpulla. Ongelmana on pumpun käyttövoima, koska hydrauliliitäntöjen määrä ei saa kasvaa. Jos energia otetaan suoraan paine- ja paluulinjojen välisestä öljyvir-rasta ja paine-erosta, niin järjestelmä vaatii käytännössä vähintään hydrauli-10 moottorin ja pumpun. Pyörimissuunnan vaihto on myös jäijestelmän kokoonpanossa huomioitava. Jotta järjestelmä olisi mahdollisimman yksinkertainen ei ylimääräistä moottoria kannata asentaa, vaan tämäntyyppinen ratkaisu on järkevää toteuttaa hakijan patenttihakemuksen WO 01/65113 mukaisella menetelmällä, jossa käyttöteho pumpulle otetaan suoraan päämoottorin ak-15 seliltä.

Pyrittäessä vielä yksinkertaistamaan rakennetta ja etsittäessä vaihtoehtoisia käyttövoiman lähteitä, on keksinnössä oivallettu mahdollisuus käyttää hyväksi järjestelmän paine-eroja. Moottorin jakajan ulkopuolella paine työlinjassa .; ; 20 on aina moottorin pyöriessä korkeampi kuin paluulinjassa, ja paine-ero ei ' '. vaihtele jos kuormitus ei vaihtele. Tämä estää käytännössä yksinkertaisen ; pumpun käytön vuotoöljyn poistamiseksi jakajan ulkopuolisella ratkaisulla.

Ratkaisuksi keksittiin moottorin sisäisten paine-erojen käyttö. Hydraulimoot-25 torissa on aina oltava elin joka aukoo virtauskanavia moottorin sisään ja ulos ’ : virtaavalle öljylle, jotta toimielimet, kuten männät, saavat ulosottoakselin pyörimään. Tämä elin, jota kutsutaan jakajaksi, voi olla esimerkiksi pyörivä :" i kiekko, jossa on kanavat hydraulinesteen virtauksen ohjaamiseksi moottorin : sisäisiin kanaviin ja pois tai vastaavat toiminnot tekevä venttiilityyppinen rat- : ‘ . 30 kaisu. Tällöin jakajan sisäpuoliset öljyn virtauskanavat tai kanava paineistu- .,,: vat pulssimaisesti pyörimisen mukaan. Koska sama kanava on vuoroin työ- 3 112528 eli painekanava ja vuoroin paluukanava, niin kanavassa on yhden kierroksen aikana vuoroin korkea työpaine, että alhainen paluupaine. Paine-eron suuruus kierroksen aikana kanavassa vaihtelee kuormituksen mukaan. On huomattava, että tämä painepulssi kanaviin syntyy myös tilanteessa, jossa 5 moottoria kuormitetaan tasaisesti tai sen käydessä tyhjäkäyntiä.

Keksinnölle ominaiset tunnusmerkit on esitetty tarkemmin oheisissa patenttivaatimuksissa.

10 Seuraavassa keksintöä selostetaan lähemmin suoritusesimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti keksinnön yhden suoritusmuodon mukaista laitetta 17 sijoitettuna jakajan 16 ja moottorin 1 rungon väliin; ja 15

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen laitteen palautuspumppua 5 kaaviollisena leikkauskuvana yhden mahdollisen suoritusmuodon mukaisesti.

Hydraulimoottorin 1 työpainetilat 10a liittyvät sisäisten virtauskanavien 13 ja : v . 20 virtauksen jakajan 16 välityksellä moottorin öljylinjoihin 2. Kun toinen öljylin-

* I

ja 2 on paineistettu, toimii toinen paluulinjana. Paine-ja paluulinjat 2 vaihta-vat keskenään paikkaa sen mukaan, mihin suuntaan moottoria 1 pyöritetään.

: : Moottorina 1 voi olla esim. säteittäismäntämoottori, jonka mäntiä on merkitty viitenumerolla 10 ja sylintereitä viitenumerolla 10a. Tässä tapauksessa sylin-25 terit 10a muodostavat työpainetilat, joihin jakaja 16 pyöriessään jakaa öljylin-: : jojen 2 tulo- ja lähtövirtaukset kanavien 13 kautta.

·' Kampiakselin 3 yhden kierroksen aikana jokainen mäntä 10 suorittaa yhden työvaiheen yläkuolokohdasta alakuolokohtaan ja vastaavasti yhden paluuvai-'·· 30 heen alakuolokohdasta yläkuolokohtaan. Vastaavasti virtaussuunta kussakin :: virtauskanavassa 13 vaihtuu aina kun vastaava mäntä 10 ohittaa alakuolo- 112528 4 kohdan tai yläkuolokohdan. Tästä virtaussuunnan vaihtumisesta huolehtii siis jakaja 16, jota kampiakseli 3 pyörittää sopivan akselijatkeen 3b avulla. Yhdestä tai useammasta virtauskanavasta 13 on pienet vuotovirtauskanavat kampiakselin 3 laakereille 3a niiden voitelemiseksi. Vuotoöljy voitelukohteista 5 ja työpainetiloista 10a keräytyy moottorin 1 koteloon 12. Vuotoöljy poistetaan kotelosta 12 kulloinkin pienempipaineiseen öljylinjaan 2 keksinnön mukaisella laitteella 17, joka on kytketty jakajan 16 ja moottorin 1 rungon väliin ja jota seuraavassa selostetaan tarkemmin.

10 Laitteen 17 rungossa on sisäisten virtauskanavien 13 jatkeena olevat virtaus-kanavat 14,15. Keksinnössä on oivallettu, että koteloon 12 vuotavaa öljyä siirretään moottorin pyörimisliikkeen mukaisesti kanavissa 13,14,15 sykkivien painevaihteluiden avulla ja niiden seurauksena syntyvien paine-erojen avulla kulloinkin pienempipaineiseen öljylinjaan 2. Suurin paine-ero kanavien 15 14,15 välillä syntyy työtä tekevälle männälle 10 menevän kanavan (esim.

kanava 15) ja alakuolokohdassa olevan männän 10 kanavan 14 välille, koska toisessa on maksimipaine ja toisessa, jakajan 16 suljettua tulevan öljyvirta-uksen, matalapaine.

1 p · 20 Koteloilla 12 on yhdistetty palautuskanavan 7 ja yksisuuntaisen venttiilin 8 ., ,: kautta palautuspumppuun 5, joka saa käyttövoimansa virtauskanavasta 15, : ; joka on jakajan 16 ja moottorin yhden työpainetilan 10a välissä. Pumpulta 5 •; lähtevä palautuskanava 6 on haarautettu ja haarat liitetty yksisuuntaisten :[[[: venttiilien 4 kautta kumpikin omaan virtauskanavaan 14. Pumpun 5 jälkeen 25 olisi yksikin kanava riittävä, mutta kaksihaaraisella paluukanavalla 6 varmis-: tetaan pienin vastapaine.

I I

Kuviossa 2 on esitetty pumpun 5 rakenteellinen periaate. Virtauskanava 15 ,.: jakajalta 16 sylinterille 10a on yhdistetty kanavalla 15' männän 5a rajoitta- ;; 30 maan tilaan. Paineen noustessa kanavassa 15, mäntä 5a työntää jousipakan 5b kasaan ja painaa öljyn männän 5a toiselta puolelta pienipaineiseen kana- 5 112528 vaan 6. Yksisuuntaisten venttiilien 4 ja 8 avautumispaine voi olla esim. 1,5 baria. Paineenrajoitusventtiilillä 11 kotelon 12 maksimipaine voi olla rajoitettu esim. 5 bariin. Jousi 5b painuu kasaan täydellä työpaineella ja työntää kote-lonesteen paluukanavaan 6,14, 2. Jousi 5b työntää männän 5a takaisin ja 5 vapauttaa tilaa kotelonesteelle. Jousi 5b on mitoitettava ylittämään paluulin-jan painetaso, ja alittamaan pienin työpainetaso huomioiden männän 5a molempiin puoliin vaikuttavat paineet, jotta se jaksaa työntää männän 5a takaisin alkutilanteeseen.

10 Palautuskanavan 7, 6 lähtöpiste 9 voi olla esim. kampiakselin 3 laakeroinnin yhteydessä tai jakajan 16 ja kampiakselin 3 välisen akselin 3b pyörimistilas-sa.

Keksinnön vaihtoehtoisessa suoristusmuodossa erityistä palautuspumppua 5 15 ei lainkaan tarvita. Tässä rinnakkaisessa suoritusmuodossa moottorin jakajan 16 jakolevy tai vastaava ohjausjärjestelmä, jolla öljyn virtaus jaetaan moottorin työelimille 10, on suunniteltu siten, että työelimille kuten männille 10 menevä öljyvirtaus ei sulkeudu optimaalisesti oikealla hetkellä, kuten perinteisesti mitoittaen, vaan aikaistetulla öljyvirran sulkemisella aiheutetaan tarkoi-;20 tuksellisesti työelimen 10 työliikkeen ja paluuliikkeen välillä olevaan alakuolo-kohtaan liikkuvan työelimen 10 virtauskanavaan 13 alipaine tai ainakin moot-•. : torin pientä kotelopainetta alhaisempi paine, jonka vaikutuksesta työelin 10 ':·<; imee öljyä hetkellisesti yksisuuntaisen venttiilin 8 tai 4 kautta kotelosta 12, :jossa on pieni paine. Tällöin ei tarvita erillistä palautuspumppua 5 tai muuta 25 erillistä koteloöljyn paineennostavaa yksikköä, koska moottorin oma mäntä 10 tai vastaava työelin nostaa myös tämän kotelosta 12 vuotaneen öljyn paineen paluulinjan paineeseen.

Viimeksi mainitussa ratkaisumallissa pienin paine syntyy välittömästi kanavan • . 30 14 sulkevan jakolevyn taakse, koska öljyn liike pyrkii kanavan 14 sulkeudut tua vielä jakamaan matkaansa. Tähän matalapaineiseen kohtaan tuotu kote- 6 112528 loöljykanava 6, 7 voi yksisuuntaisen venttiilin 4 tai 8 läpi työntää öljyä männälle 10 menevään linjaan. Kun mäntä 10 ohittaa alakuolokohdan, paine nousee, vastaventtiili 4 tai 8 sulkeutuu ja mäntä 10 siirtää öljyn paluukanavaan 2/14 normaalisti.

5

Viimeksi kuvattu menetelmä toimii käytännössä ilman jakajan 16 jakolevyn muutoksiakin, koska jakajan 16 jälkeen paine kanavassa 14 vastaavan männän 10 alakuolokohdassa putoaa olennaisesti alle 5 barin, jolloin vuotoöljy virtaa kotelon 12 suuremmasta paineesta alakuolokohdassaan olevan män-10 nän 10 virtauskanavaan 14 jakajan 16 suljettua virtauksen. Tällä tilavuusvir-ralla on tietysti olemassa määrällinen raja, koska jakaja on sulkeutuneena vain hyvin lyhyen aikaa.

Jos jakajan 16 suunnittelussa otetaan huomioon edellä kuvattu koteloöljyn 15 poistomahdollisuus, voidaan esimerkiksi jakolevyn reikien alakuolokohdan puoleista reunaa siirtää esim. 2 % aikaisemmaksi, jolloin männän päälle tuleva öljyvirta katkeaa alakuolokohdassa 2 % aikaisemmin, jolloin paine alakuolokohdassa männän 10 päällä pienenee vakiotilanteeseen nähden. Tätä imutilavuutta ja alipainetta hyödynnetään ottamalla vastaava määrä öljyä : v. 20 yksisuuntaisen venttiilin 4 tai 8 kautta kotelosta 12.

: : Yksinkertainen paineakku voi myös korvata pumpun järjestelmissä, jossa •: · * i moottori pyörii vain lyhyitä jaksoja, tai pyörimissuuntaa vaihdetaan usein.

,, ’: Kun akku ottaa vuotoöljyn koko käytön ajan sisäänsä esimerkiksi 0-5 barin 25 paineella, niin moottorin pysäytystilanteessa paluulinjan paine menee het-: keksi hyvin matalaksi sisäisessä kanavassa 13,14 kuten myös suuntaa vaih dettaessa. Kun välissä on vastaventtiili 4, niin paineakku työntää öljyn välit-:tömästi matalapaineiseen kanavaan 14. Tämä ratkaisu on kuitenkin käyttökelpoinen vain käytössä, jossa yhtäjaksoinen pyöritysaika on suhteellisen ly-30 hyt. Korkeintaan muutaman litran suuruinen paineakku olisi mahdollista yleensäkin järjestelmään asentaa, joten yhtäjaksoinen käyttö voisi olla vuo- 7 112528 tomäärästä riippuen muutamasta minuutista muutamaan kymmeneen minuuttiin. On kuitenkin sovelluksia, joissa yhtäjaksoinen pyöritysaika on tyypillisesti vain muutamia kymmeniä sekunteja kerrallaan.

5 Riippumatta siitä, käytetäänkö palautuspumppua 5 tai sopivasti suunniteltua jakajaa 16, voidaan keksintöä hyväksikäyttäen järjestää myös hydraulimoot-torin kotelohuuhtelukierto, jota käytetään yleisesti lisäämään moottorista ulos otettavaa jatkuvaa tehoa. Tehoa rajoittaa usein moottorin hyötysuhteen mukaisesti lämpökuorma, joka jatkuvassa käytössä rajoittaa moottorin käyttöte- 10 hoa. Tätä lämpökuormaa kompensoidaan yleensä järjestämällä moottorin koteloon ylimääräinen öljykierto, joka vie lämpökuormaa pois. Tämä öljykier-to on itsenäinen piiri, jossa on oma pumppu ja usein myös lämpövahti ja pai-neenrajoitusventtiilit turvallisuuden vuoksi.

15 Keksinnön sovellutusmuodossa moottorin 1 koteloon voidaan järjestää huuh-telukierto suurentamalla tarkoituksellisesti esim. laakeroinnille 3a menevän voiteluöljyn virtausta määrällä, joka vastaa haluttua huuhtelukiertoa. Tämä lisääntynyt kotelovuoto kompensoidaan joko palautuspumpulla 5 tai muuttamalla jakajan 16 sulkeutumisennakkoa niiden mäntien 10 alakuolokohdissa, I » 20 joita vastaaviin virtauskanaviin 14 palautuskanava 6 liittyy. Näin menetellen : tarvitaan vain kaksi hydrauliletkua moottorilta tankille tai pumpulle nykyisten : neljän letkun asemesta. Järjestelmä kokonaisuudessaan on myös paljon yk- * sinkertaisempi.

25 Tilanteessa, jossa moottorin ylikuormitus pysäyttää moottorin, eli akseli 3 ei pyöri, mutta painelinjassa 2 on täysi paine, vuotaa koteloon 12 öljyä, jota ei saa juuri silloin pumpattua pois. Tätä varten voidaan moottorin 1 tai jakajan — 16 tai keksinnön mukaisen kompensaation 17 yhteyteen järjestää paineakku, ., : joka pystyy lyhytaikaisesti ottamaan vastan kotelovuodon. Moottorin taas 30 käynnistyessä kompensaattori 17 tyhjentää paineakun yhdessä koteloöljyvir-, · ran kanssa. Tällöin järjestelmä sallii pidemmät ylikuormitustilanteet. Esim.

8 112528 1 dl 5 barin paineakku antaa normaalille 60 kW hydraulimoottorille, jonka vuoto on normaalisti 1-2 dl/min, 30 sek. - 1 min. ajan reagoida tilanteeseen. Normaalisti 2-5 sek. reagointiaika on riittävä. Automaattisesti käytetyssä järjestelmässä aika on tietysti lyhyempi kuin katsekontaktiin perustu-5 vassa manuaalikäytössä.

Esitetty pumpun käyttöratkaisu toimii optimaalisesti käytännössä kaikissa järjestelmissä, jossa moottorin kuormitusta ja pyörimistä valvoo automatiikka, joka pysäyttää hydraulivirtauksen moottorille tai kääntää virtauksen 10 suuntaa, jos moottori ylikuormituksesta johtuen pysähtyy. Pysähdystilassa, jos moottorille tuleva linja jää paineistetuksi, vuoto koteloon jatkuu, jolloin kotelopaineen varaventtiili 11 joutuu ennen pitkää päästämään vuotavan nesteen ulos järjestelmästä. Tällainen tilanne voidaan välttää moottorin pyörimistä valvovalla anturilla tai paineanturilla, joiden antamaa tietoa käytetään 15 moottorin ohjaamiseksi niin, että paineistettu seisahdus jää erittäin lyhyeksi.

Mikäli kuitenkin on kysymyksessä järjestelmä, jota ohjataan kuljettajan toimesta käsin, tai paineistettua pysähdysaikaa halutaan käyttää, voidaan järjestelmä varustaa suoraan moottoriin tai pumppuun kytketyllä paineakulla, 20 joka ottaa vastaan vuotavan koteloöljyn halutun pituisen ajan.

Claims (11)

1. 9 112528
2. 1. Menetelmä hydraulimoottorin (1) koteloon (12) vuotaneen öljyn palauttamiseksi moottoriin (1) kytkettyyn öljylinjaan (2), joka on jakajan (16) kautta 5 yhteydessä moottorin sisäisiin virtauskanaviin (13), jotka ovat yhteydessä moottorin työpainetiloihin (10a), tunnettu siitä, että koteloon (12) vuotavaa öljyä siirretään hydraulimoottorin (1) sisäisten, pyörimisliikkeen mukaisesti sykkivien painevaihteluiden synnyttämien paine-erojen avulla kulloinkin pie-nempipaineiseen öljylinjaan (2), joka on kytketty moottoriin (1) mainitun ja-10 kajan (16) välityksellä.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jakajan (16) avulla synnytetään hetkellisesti ainakin yhteen virtauskanavaan (14) kotelopainetta olennaisesti alempi paine. 15
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että moottorin vuotoöljymäärää lisätään tarkoituksellisesti aikaansaamaan haluttua lämpökuorman poistoa vastaava huuhtelukierto ja lisääntynyt kotelo-vuoto kompensoidaan patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaisella menetelmällä. 20
5. 4. Laite hydraulimoottorin (1) työpainetilasta (10a) moottorin koteloon (12) . : vuotaneen öljyn palauttamiseksi moottoriin (1) kytkettyyn öljylinjaan (2),
6. 1 I joka on jakajan (16) kautta yhteydessä moottorin sisäisiin virtauskanaviin (13), jotka ovat yhteydessä työpainetiloihin (10a), tunnettu siitä, että kote-25 lotila (12) on yhdistetty palautuskanavalla (6, 7) yksisuuntaisen venttiilin (8, 14) kautta ainakin yhteen virtauskanavaan (14), joka on moottorin (1) jakajan (16) ja moottorin työpainetilan (10a) välissä. ": 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että palautuskana- 30 vassa (6, 7) on palautuspumppu (5), joka saa käyttövoimansa painevaihte- 112528 luista virtauskanavassa (15), joka on moottorin jakajan (16) ja moottorin työpainetilan (10a) välissä.
7. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että palautuspum-5 pun (5) molemmilla puolilla palautuskanavassa (6, 7) on yksisuuntainen venttiili (4, 8), ja että molemmilla yksisuuntaisilla venttiileillä (4, 8) on sama vir-taussuunta kotelosta (12) virtauskanavaan (14), joka on moottorin jakajan (16) ja työpainetilan (10a) välissä.
8. 7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että palautus- pumppu (5) on jousikuormitteinen mäntäpumppu.
9. 8. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että moottorin öljy-linjat (2) moottorin sisäisiin virtauskanaviin (13) yhdistävä jakaja (16) on jär- 15 jestetty synnyttämään ainakin yhteen virtauskanavaan (13, 14) kotelopainet-ta olennaisesti alempi paine.
10. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että jakaja (16) on järjestetty katkaisemaan virtausyhteys ainakin yhteen moottorin sisäiseen * 20 virtauskanavaan (13,14) hieman ennen virtaussuunnan vaihtumista mootto-.. : rista poispäin suuntautuvaksi virtaukseksi. * * I • t : ! 10. Jonkin patenttivaatimuksen 4-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että ,. laite (17) on sijoitettu jakajan (16) ja moottorin (1) rungon väliin. 25
11. 11. Jonkin patenttivaatimuksen 4-10 mukainen laite, tunnettu siitä, että * moottorin vuotoöljymäärää on tarkoituksellisesti lisätty aikaansaamaan halut-tua lämpökuorman poistoa vastaava huuhtelukierto ja lisääntynyt kotelo-vuoto on kompensoitu jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 4-10 mu- 30 kaisella laitteella. t t il 112528