NL8101421A - Dempinrichting voor enkelvoudig werkende drukbelaste fluidumcilinders. - Google Patents

Description

Jé' 1 - 1 -

Dempinrichting voor enkelvoudig werkende drukbelaste fluïdumciUnder s.

De uitvinding heeft betrekking op een demp inrichting voor enkelvoudig werkende drukbelaste fluïdumci Unders, in het bijzonder hydraulische cilinders van het zogenaamde plunjer-type.

5 Enkelwerkende hydraulische cilinders worden vaak in toepassingen gebruikt waar zware massa's moeten worden opgetild en de zwaartekracht wordt gebruikt voor het laten terugkeren van de cilinder, bijvoorbeeld voor het bedienen van scheepsluiken, het kantelen van smeltovens in staalbedrijven en dergelijke. Aan enkel-10 werkende cilinders wordt vaak een zogenaamd plunjer-ontwerp gegeven met een gesloten of open plunjer, zoals respectievelijk is weergegeven in fig. 1 en 2. De massa m wordt gedragen door de hydraulische druk P in het olievolume V. De druk werkt op het zuigeroppervlak A, en het olievolume V bestaat uit het cilindervolurae en het volume 15 van de leidingen. De wrijving in de afdichting tussen de zuiger, dat wil zeggen de plunjer, en de cilinder kan vertegenwoordigd worden door een wrijvingscoëfficiënt B, en een eventuele lekkage door de afdichting door een lekcoëfficiënt C.

Het systeem van massa en cilinder is analoog aan 20 een mechanisch massaveersysteem met een demper zoals is weergegeven in fig. 3. De veerkracht F correspondeert met de samendrukbaarheid in het olievolume V en de demper D met de wrijving en lekkage in de cilinderafdichting. Uiteraard probeert men om de wrijving en lekkage in de cilinder zo klein mogelijk te maken, aangezien zij verlie-25 zen betekenen. Dit betekent dat de eigen denying zeer klein is, en het systeem heeft daardoor de neiging om aanzienlijke schommelingen uit te voeren. De relatieve eigen demping ligt meestal in de orde van grootte van 0,01-0,2. In de toepassingen waar een korte overgangsperiode zonder veel doorslag gewenst is, dient de relatieve 30 denying echter tenminste ongeveer 0,5 te zijn.

Bekende werkwijzen voor het verhogen van de 8101421 ? *· ί - 2 - demping omvatten het toenemen van de wrijving of lekkage van de cilinder door het wisselen van de verhouding tussen de massa m en het volume V, of uit het introduceren van één of andere dempinrich-ting in het systeem, zoals een accumulator die voorzien is van een 5 smoring of een verder ontwikkeld dempingsnetwerk.

Een toename van de wrijving zal leiden tot energieverliezen en bovendien is het zeer moeilijk om de wrijving te besturen, dat wil zeggen er zijn problemen bij het verkrijgen van de gewenste demping. Een toename van de lekkagestroom is zeker niet 10 even moeilijk te besturen, doch zelfs deze maatregel zal leiden tot energieverliezen, zowel indien de cilinder in werking is als wanneer dat niet het geval is.

Indien de eigen demping in hoofdzaak bestaat uit hetzij wrijving of lekkage, kan de demping worden verhoogd door het 15 veranderen van de verhouding tussen massa en volume, m/V. Demping die wordt veroorzaakt door lekkage neemt dus toe indien m/V hoger wordt, terwijl de demping die teweeg wordt gebracht door wrijving, toeneemt indien de verhouding m/V afneemt.

Door middel van een doelmatig gedimensioneerde 20 met gas beladen accumulator ACK en een bijbehorende smoring S, zoals is weergegeven in fig. 4, is het mogelijk om een extra demping te krijgen. Doch door een dergelijke maatregel wordt een vertraging geïntroduceerd, die er toe leidt dat de cilinder niet snel genoeg kan reageren op wisselingen in de gewenste snelheid of 25 richting. Bovendien is het, bij het starten van de cilinder moeilijk om schokken te vermijden. Met gasbelaste accumulators vereisen onderhoud, aangezien de belastingsdruk regelmatig moet worden gecontroleerd.

Startschokken kunnen worden verminderd door het 30 opnemen van een klep die ingewikkelder is dan de smoring, bijvoorbeeld een klep die de druktoenamesnelheid aftast en in staat is om te openen bij een bepaald hoge snelheid.

Verder beschrijft de Zweedse octrooiaanvrage 364.167 hoe een demping kan worden bereikt bij dubbel-werkende 35 hydraulische cilinders door het verbinden van de twee cilinderkamers 8101421 S 'é - 3 - met elkaar door middel van een smoring die zich hetzij bevindt in een uitwendig kanaal, namelijk in een kanaal buiten de cilinder-kamers, of in de zuiger zelf. Een denying kan hierdoor zeker worden bereikt, doch op hetzelfde moment geeft dit slechts een relatief 5 laag rendement, dat wil zeggen kleinere krachten voor een bepaalde hydraulische druk en bepaalde cilinderafmetingen.

De uitvinding beoogt de gewenste demping te bereiken voor enkel-werkende drukbelaste fluldumcilinders terwijl een goed rendement wordt gewaarborgd zonder ingewikkelde uitwendige 10 hulpinrichtingen. Dit oogmerk wordt bereikt door middel van een dempinrichting die de eigenschappen heeft die zijn beschreven in de hoofdconclusie. Geschikte uitvoeringsvormen verschijnen in de volg-conclusies.

De uitvinding zal hieronder nader worden toege-15 licht aan de hand van de tekening, waarin bij wijze van voorbeeld een aantal uitvoeringsvormen van een inrichting volgens de uitvinding is weergegeven. In de tekening toont: de fig. 1-4 op schematische wijze zoals hierboven is aangegeven, bekende zogenaamde plunjercilinders met een gesloten 20 en een open plunjer (fig. 1, respectievelijk fig. 2), een analoog mechanisch systeem (fig. 3) en een bekende dempinrichting (fig. 4), fig. 5 op schematische wijze een eerste uitvoeringsvorm vein een dempinrichting volgens de uitvinding, fig. 6 op soortgelijke wijze een tweede uitvoe- 25 ringsvorm, en de fig. 7 en 8 de diagrammen die het dempeffect weergeven dat volgens de uitvinding wordt verkregen.

De enkel-werkende hydraulische cilinder van fig. 5 omvat een cilinderbuis 1 met een onderste gesloten eindwand 2 en een 30 plunjer of zuiger 3 die daarin verplaatsbaar is. De plunjer of zuiger is ten opzichte van de cilinderbuis 1 afgedicht met behulp van een afdichting 4 en heeft een massa m. Deze massa m kan ten opzichte van de steun (waarop de cilinderbuis 1 rust) worden bewogen onder de invloed van hydraulische olie die wordt toegevoerd via een toe-35 voerleiding 5.

8101421 S' c - 4 -

De plunjer of zuiger 3 is buisvormig en heeft aan zijn boveneinde een zuigeroppervlak A dat ligt tegenover de eindwand 2 van de cilinderbuis 1. Tussen het zuigeroppervlak A en de eindwand 2 wordt een cilinderruimte begrensd waarin de hydrau-5 lische oliedruk werkt indien de cilinder in bedrijf is.

Volgens de uitvinding is de cilinderruimte verdeeld in twee kamers VI en V2 door middel van een scheidingswand 6, die is voorzien van tenminste één smooropening 7. In de uitvoeringsvorm van fig. 5 wordt de scheidingswand 6 gevormd door een eindplaat 10 die is bevestigd aan het ondereinde van de zuigerbuis 3, en de smooropening 7 bestaat uit een centraal cirkelvormig gat. Opgemerkt wordt, dat de scheidingswand 6 en de smooropening 7 of openingen kunnen worden gevormd op verschillende meinieren, zolang de cilinderruimte maar is verdeeld in tenminste twee kamers die met elkaar in 15 verbinding staan via één of meer smoringen. Hierdoor wordt een effectieve demping van de relatieve oscillatorische beweging van de zuiger 3 en de cilinder 1 verkregen. Dit zal worden begrepen door aan te nemen dat de toevoerleiding 5 is gesloten en de zuiger 3 met de daardoor gedragen massa m in oscillatie wordt gebracht ten op-20 zichte van de cilinderbuis 1 en de steun. Bij een dergelijke oscillerende beweging moet een -stroom passeren door de smoring in de ene of andere richting, aangezien het samengeperste fluïdum altijd zal proberen om de drukken in de twee kamers VI en V2 te vereffenen, en één van deze kamers (namelijk V2 in fig. 5) wisselt zijn volume 25 gedurende de oscillerende beweging. Deze pulserende stroom van samengeperst fluïdum leidt tot een energieverlies, dat wil zeggen dat energie nodig is voor het persen van de stroom door de smoring. Deze energie wordt afgevoerd uit de oscillerende beweging, die daardoor dienovereenkomstig wordt gedempt.

30 Normaal heeft de afmeting van de smoring een diameter tussen 1 en 30 mm en wordt bepaald ten opzichte van het beoogde gebruik van de cilinder, terwijl rekening wordt gehouden met de grootte van de massa m, het maximale cilindervolume VI + V2 en de evenredige verhouding van VI en V2, de werkdruk en samendruk-35 baarheid van het samengeperste fluïdum, de gewenste werksnelheid, 8101421 f ί + - 5 - het vereiste dempeffect en andere parameters. Indien de smooropening 7 zeer groot is gemaakt, benadert men het geval van een geheel open plunjer (zoals in fig. 2), terwijl indien de smooropening 7 zeer klein is, men het geval benadert van een geheel gesloten plunjer 5 (zoals in fig. 1).

Zoals hierboven is besproken leiden deze twee uitersten slechts tot de eigen demping die wordt veroorzaakt door wrijving en lekkage in de zuigerafdichting. Door middel van een op de juiste wijze gedimensioneerde smooropening 7, kan echter een 10 relatieve demping worden bereikt, die normaal ligt in het gebied van 0,5-1,0.

In fig. 6 is een tweede uitvoeringsvorm van de uitgevonden dempinrichting weergegeven en dezelfde verwijzings-cijfers verwijzen naar corresponderende onderdelen. Deze uitvoe-15 ringsvorm wijkt van de voorgaande af, doordat de buisvormige plunjer of zuiger 3 uitwendig van de cilinderbuis 1 verplaatsbaar is. Bovendien is de scheidingswand 6' met de smooropening 7 vast tot het boveneinde van de cilinderbuis 1. Op een corresponderende wijze is dus een verdeling in twee kamers VI en V2 teweeggebracht, en in dit 20 geval is het volume van de bovenste kamer VI variabel. Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is, dat de dempinrichting, behalve zijn primaire functie van het dempen van oscillaties, ook werkt als een demper voor energievermindering, dat wil zeggen in het geval van breuk van een buis of een leiding in het toevoersysteem 5. Bij een 25 dergelijke verlagende beweging, wordt de stroom gedwongen om te passeren door de smoring 7, waarbij de neergaande snelheid wordt verkleind. Een verder voordeel van de uitvoeringsvorm van fig. 6 is een verbeterde demping in vergelijking met de uitvoeringsvorm van fig. 5 in het geval van zeer kleine oscillaties gedurende statio-30 naire bewegingen. Dit effect houdt verband met de niet-lineaire karakteristieken van een eenvoudige smoring in de vorm van een cirkelvormig gat in een plaat of dergelijke. Anderzijds is er een energieverlies van ongeveer 5 a 10 %, hetgeen uiteraard een nadeel is en een gevolg van de stroom die gaat door de smoring gedurende 35 een stationaire omhooggaande beweging.

8101421 - 6 -

Het diagram van de fig. 7 en 8 toont het voordeel van de uitvinding. Fig. 7 toont de variatie, van de oliedruk gedurende een stationaire omhooggaande beweging, enerzijds met een geheel getrokken curve en anderzijds met een gestippelde curve de 5 uitgevonden dempinrichting. Fig. 8 toont op een soortgelijke wijze de zuiger of plunjerbewegingen als een functie van de tijd.

De diagrammen van de fig. 7 en 8 zijn het gevolg van een simulatie in een computer, aangenomen dat de dempinrichting is ontworpen in overeenstemming met fig. 5 en dat de plunjer of 10 zuiger aan het beginmoment, dat wil zeggen op het tijdstip 0 s zich in zijn bodemstand bevindt, en dat de hydraulische druk ongeveer 3 MPa is. Aan de beginbeweging wordt hydraulische olie toegevoerd door de toevoerleiding met een constante stroomhoeveelheid (q), zodat de druk wordt opgebouwd. Teneinde duidelijk het uiter-15 lijk van een oscillerende beweging te illustreren is verder een groot verschil tussen bewegingswrijving en rustwrijving aangenomen. Het verschil in wrijvingskracht correspondeert met een druk van 5 MPa in de cilinder. Indien voldoende druk is opgebouwd in de cilinder om de som van wrijvingskracht en het gewicht van de gedra-20 gen massa te overwinnen, zal de beweging van de zuiger starten.

Op dat moment verdwijnt de grote restwrijving, waarna de druk in-de cilinder snel wordt verlaagd en de oscillerende beweging begint.

De volgende waarden zijn gebruikt voor de verschillende parameters: 3

Massa m = 108 . 10 kg -2 2 25 Oppervlak A = 7,6 . 10 m (correspondeert met een diameter van 0,31 m)

Volume VI = 124 dm3 3

Volume V2 = 64 dm (op het startmoment) 3

Stroomhoeveelheid q = 0,9 dm /s 30 Diameter van smooropening d = 8 mm

In dit geval is dus een optimale demping bereikt bij een smooropeningsdiameter van 8 mm. Acceptabele demping is echter bereikt voor waarden in het gebied van 6-10 mm.

Tenslotte moet worden opgemerkt, dat de inrich-35 ting op vele wijzen kan worden veranderd binnen het kader van de 8101421 * - 7 - conclusies. Zoals hierboven is gesteld kunnen meer dan één scheidingswand zijn aangebracht, die elk een smoring hebben in de vorm van één of meerdere smooropeningen, en verder kan de scheidingswand zijn verdeeld in twee of meer gedeelten waartussen zich de smoor-5 openingen bevinden. De configuratie van de laatste kan naar believen worden gevarieerd, zoals groef vormig, polygonaal, elliptisch en dergelijke. Het is ook mogelijk om parallel aan de smooropening een terugslagklep in de scheidingswand op te nemen teneinde het energieverlies bij een stationaire omhooggaande beweging te verminderen.

10 8101421

Claims (4)

1. Dempinrichting voor enkel-werkende drukbelaste fluïdumcilinders, in het bijzonder hydraulische cilinders van het zogenaamde plunjer-type, omvattende een cilinder die is afgesloten 5 aan tenminste één einde, en een zuiger die schuifbaar is ten opzichte van de cilinder en een zuigeroppervlak heeft dat naar het einde is gericht, welke zuiger verplaatsbaar is onder de invloed van een samengedrukt fluïdum in de cilinderruimte tussen het zuigeroppervlak en het einde, met het kenmerk, dat tenminste één schei-10 dingswand (6, 6') met tenminste één smooropening (7) is opgesteld tussen het zuigeroppervlak (A) en het einde (2) voor het verdelen van de cilinderruimte in tenminste twee kamers (VI en V2) die met elkaar in verbinding staan via de smooropening (7) of openingen, waarbij een demping van relatieve oscillerende beweging van de 15 zuiger (3) en de cilinder (1) wordt verkregen,

2. Dempinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de zuiger (3) schuifbaar binnen de cilinder (1) is en dat de scheidingswand (6) aan de zuiger (3) is bevestigd (fig. 5).

3. Dempinrichting volgens conclusie 1, met het 20 kenmerk, dat de zuiger buisvormig is en buiten de cilinder (1) schuifbaar is en dat de scheidingswand (6') aan de cilinder (1) is bevestigd (fig. 6).

4. Dempinrichting zoals weergegeven in de tekening en/of besproken aan de hand daarvan. 25 8101421