SE440125B - Hydraulventil for ett hydrauliskt sekerhets- och antikavitationssystem till en med hydraulcylinder forsedd utrustning - Google Patents

Description

7901345-4 skydda mot högt tryck. Generellt kan dessa anordningar klassas så- som antingen (1) direktverkande, med en tallriksventil som belas- tas direkt, mot kraften från en fjäder, eller (2) pilotmanövrerade, med en tallriksventil som belastas av ett referenstryck.

Förutom behovet att skydda mot högt tryck har det också funnits be- hov av att skydda mot abnorma lâgtrycksförhållanden, som resulterar i kavitation. Ett dylikt förhållande inträffar då fluidum lämnar ena sidan av en hydraulcylinder och inte ersätts i samma takt vid mot- satt sida. En känd lösning till kavitationsproblemet är användning av en backventil som tillåter fluidum att komma in i den tömda cy- lindern från en behållare, samtidigt som fluidum förhindras att läm- na cylindern under tryck.

Fullständigt skydd av en hydraulcylinder kräver därför både högtrycks- skydd och kavitationsskydd vid båda cylinderändarna. Kombinations- ventiler som ger både högtrycks- och lågtrycksskydd i ett enda paket är välkända inom tekniken. Hittills har emellertid dylika kombina- tionsanordningar inte fungerat lika väl som individuella ventiler, beroende på följande problem: (1) Hittills har dylika kombinations- ventilanordningar delvis måst lita till dynamisk tätning. Den re- sulterande tätningsfriktionen_har påverkat prestanda för dessa ven- tiler. (2) Alltför stora förträngningar i passagerna, och (3) andra problem förorsakade av begränsningar i ventilenhetens storlek har begränsat prestanda.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en förbättrad, enkel kom- pakt och direktyerkande hydraulventil för avlastning av övertryck och för kavitationsskydd för en hydraulcylinder. Ännu ett syfte är att åstadkomma en hydraulventil som har litet läc- kage och som bibehåller trycket relativt konstant då flödet drar igenom ventilen.

Dessa syften uppnås genom att det rörliga ventilelementet vidare har ett kring en axellinje symmetriskt ihåligt inre, vilket har dels ett första parti beläget axiellt nära tätningspartiet, dels ett andra parti beläget axiellt nära det första partiet och med en andra dia- meter mindre än nämnda första diameter, och varvid ett ventilsäte 790134544 på det rörliga elementet definieras av övergången mellan det första och det andra inre partiet, att i tallriksventilmekanismen ingår en tallriksventil som är väsentligen massiv i tvärsnitt och är vä- sentligen symmetriskt anordnad kring en axellinje, varvid tallriks- ventilen i ena änden är försedd med ett huvud samt intill huvudet har ett kroppsparti vars diameter är mindre än huvudets diameter, och varvid det intill kroppspartiet finns ett koniskt tätnings- parti avsett för tätande kontakt med ventilsätet på det rörliga ventilelementet samt ett intill det koniska tätningspartiet belä- get skaft, att det stationära partiet vidare har ett med reducerad diameter utfört parti avsett för kontakt med_huvudet på tallriksven- tilen, för att begränsa dennas rörelse, och att det finns ergan för åstadkommande av fluidumförbindelsen mellan den första och den andra kammaren då tallriksventilen är i kontakt med det med reducerad dia- meter utförda partiet.

Uppfinningen förklaras i det följande närmare med hjälp av ett på bi- fogade ritning visat utföringsexempel, där: fig. 1 visar ett hydraulsystem med en hydraulventil enligt uppfin- ningen, varvid ventilen delvis visas i längdsnitt i ett första arbets- tillstånd, fig. 2 visar sammahydraulventilsom i fig. 1, men i ett andra arbets- tillstånd, och ~ fig. 3 visar samma hydraulventil som i fig. 1, men i ett tredje arbets- tillstånd.

Fig.1visar ett hydrauliskt avlastnings- och antikavitationssystem för hydraulmanövreräd utrustning, såsom t.ex. på en lastmaskin 10. Last- maskinen är försedd med ett antal hydraulcylindrar 12, där vardera änden på varje cylinder är ansluten till en hydraulventil 20 enligt uppfinningen. I förenklande syfte visas endast en dylik ventil 20 i detalj.

Varje ventil 20 har ett hus 22, som normalt utgör hus även för andra ventiler som används för manövrering av den hydraulsystem- försedda utrustningen. Varje hus har en första kammare 24, som står i förbindelse med en ände på en hydraulcylinder 12. Varje hus 22 har vidare en andra kammare 26, som står i förbindelse med en behållare 28. I längdled längs hela ventilens längd 79013454 rsträcker sig en central fluidumpassage 30, vilken förenar den första kammaren 24 med den andra kammaren 26. En rörlig ventil- anordning, vars funktion kommer att beskrivas längre fram, in- ryms helt i fluídumpassagen 30.

Den rörliga ventilanordningen har ett rörligt ventil- element 32, som har en utsida 34 i glidkontakt med fluidumkanalen 30, och som i en ände har en fasad tätningsyta 36. Det rörliga ventilelementet 32 har vidare en kring en axel 38 symmetrisk hålighet och har ett första parti 40 som i axiell led ligger nära tätningsytan 36. Ett andra inre parti 42 är beläget axiellt intill det första inre partiet 40 och har en diameter som är mindre än diametern hos det första inre partiet 40. Övergången mellan det första inre partiet 40 och det andra inre partiet 42 definierar ett ventilsäte 44. Det inre av det'rörliga ventilele- mentet 32 är vidare försett med ett tredje parti 46,beläget axiellt intill det andra inre partiet 42 och med en diameter som är mindre än diametern hos det andra inre partiet 42. Det rör- liga ventilelementet 32 har vidare ett flertal hål 48 i den yttre vägg som omger det andra inre partiet 42, för att tillåta fluidumförbindelse mellan den första kammaren 24 och det andra inre partiet 42. Det rörliga ventilelementet 32 har vidare ett fjädersäte 50 som sticker ut radiellt från det rörliga ventil- elementet. Fjädersätet 50 har ett flertal genomgående slitsar 52 för att tillåta fluidumförbindelse längs fluidunpassagen 30.

Den rörliga ventilanordningen innefattar vidare en tallriksventilmekanism med en tallriksventil 54, vilken är väsentligen massiv i tvärsnitt och är symmetriskt belägen kring axeln 38. Tallriksventilen 54 är i en ände försedd med ett huvud 56 samt en i axiell led intill huvudet belägen kropp 58, vars diameter är mindre än diametern på huvudet 56. Ett koniskt tät- ningsparti 60 är beläget intill kroppen 58 och är avsett att -tätande bringas i kontakt med ventilsätet 44 på det rörliga ven- tilelementet 32. Tallriksventilen 54 innefattar vidare en cylind- risk stång 62 som ansluter till tätningspartiet 60. Den olind- riska stången 62 omges av det inre partiet 46 på det rörliga ventilelementet 32 och är i glidkontakt med detta. Huvudet 56 på tallriksventilen 54 har ett spår 64 för att möjliggöra fluidum- kommunikation mellan den första kammaren 24 och den andra kam- maren 26 sedan tallriksventilen nått sitt ändläge. Denna funktion 79Û13l+54æ 5 rkommer att framgå av den följande beskrivningen av ventilens funktion.

I tallriksventilmekanismen ingår vidare ett fjäder- säte 66 som sticker ut radiellt från stången 62. Fjädersätet 66 kan vara anbringat på stången 62 på lämpligt sätt, och är i det här visade föredragna utföringsexemplet påskruvat på stången.

En låsmutter 68 förhindrar icke önskad inbördes rotation mellan stången 62 och fjädersätet 66. En fjäder 70 stöder med en ände mot ändytan 72 i fluidumpassagen 30 och stöder med sin andra ände mot ena sidan av fjädersätet 66. En andra fjäder 7H är belägen mellan fjädersätet 50 och den motsatta sidan av fjäder- sätet 66. Av skäl som kommer att framgå längre fram är den av fjädern 70 utövade kraften mindre än den av fjädern 72 utövade kraften. Fjädersätet 66 är även försett med spår 76 för att tillåta fluidumkommunikation längs hela längden av fluidum- passagen 30.

Ett stationärt ventilelement 78 är beläget inuti fluidumpassagen 30 och har ett parti beläget mellan kamrarna 2H och 26. Det stationära ventilelementet 78 kan vara utfört i ett stycke med huset 22, men visas i det föredragna utföringsexemplet såsom inskruvat i fluidumpassagen 30. På utsidan av det statio- nära ventilelementet finns ett par statiska tätningar 80 och 82 för att förhindraläckage av hydraulvätska. Änden 84 på det stationära ventilelementet 78 bildar ett ventilsäte för tätningsytan 36 på det rörliga ventilele- mentet 3U. Det stationära ventilelementet 78 har ett ihåligt inre parti med ett parti 86 vars diameter är mindre än diametern på ventilsätet 84. Den fasade ytan 88 utgör således ett organ som begränsar rörelsen för tallriksventilen 54. Det stationära ventilelementet 78 har vidare ett antal hål 90 för att möjliggöra fluidumkommunikation mellan det inre av ventilelementet 78 och kammaren 26.

I det följande kommer funktionen för ventilen enligt uppfinningen att beskrivas i detalj med hänvisning till fíg. 1-3.

Under antagande först att det i fig. 1 visade systemet fungerar normalt, dvs. att trycket i den ände på cylindern 12 till vilken den visade ventilen är ansluten är varken för högt eller för lågt, kommer den rörliga ventilanordningen att inta det i fig. 1 visade läget. I detta läge hålls tätningsytan 36 i tätande kontakt med 790134544 rventilsätet 84 under inverkan av kraften från fjädern 70. Likaså hålls tätningspartiet 60 på tallriksventilen 54 i tätande kontakt med ventilsätet 44 med hjälp av fjädern 74. I detta första arbetstillstånd är således fluidumflöde mellan kamrarna 24 och 26 blockerat i båda riktningarna.

Antag därnäst att trycket i den givna cylinderänden stiger till en första, i förväg bestämd nivå, som är högre än den önskade nivån. Detta kan exempelvis inträffa om bommen på maskinen med hjälp av hydrauliken föres nedåt medan skopan hålls fast i ett bestämt läge. I detta fall kommer trycket att öka i kammaren 24 och kommer att verka på tätningspartiet 60 på stången 62 tills dess att fjädern 74 börjar att tryckas ihop, så- som framgår av fig. 2. Tätningspartiet 60 kommer nu att lätta från ventílsätet 44 och tillåter fluidum att strömma från kam- maren 24, längs banan 92 till kammaren 26. Då fluidum strömmar längs banan 92 utövas ett tryck mot ytan 94 på huvudet 56, var- igenom ihoptryckningskraften på fjädern 74 ökas. Då flödet ökar ökar även ihoptryckningskraften på fjädern 74, varigenom trycket bibehålls väsentligen konstant i förhållande till det ökade flö- det. Fjädern 74 kommer att vara utsatta för ihoptryckning ända till dess att huvudet 56 stöter emot den fasade ytan 88. Genom att begränsa rörelsen för tallriksventílen 54 förhindrar den 6 fasade ytan 88 överbelastning av tallriksventilmekanismen. Då huvudet 56 är i kontakt med den fasade ytan 88 upprätthålls banan 92 via spåret 64. I detta läge avstås från fortsatt tryckregle- nring, för att förhindra ökad påkänning av tallriksventilmekanis- men. Det bör observeras att eftersom banan 92 är riktad längs utsidan på tallriksventilen 54 erfordras inte någon dynamisk tätning. En dylik tätning erfordraxs då ihåliga tallriksventiler används. Följaktligen tillåts i det andra arbetstillståndet flu dumflöde från kammaren 24 till kammaren 26 då trycket i kammaren 24 överstiger trycket i kammaren 26 med ett Ersta, i förväg be- stämt värde.

Antag härnäst att trycket i kammaren 26 blir högre än trycket i kammaren 24. Då trycket i kammaren 26 överstiger trycket i kammaren 24 med ett visst värde ökar trycket på huvu- det 56 och på insidan 40 av elementet 34 ända tills dess att tallriksventilen 54, det rörliga ventilelementet 34, fjädern 74 och fjädersätet 66 samtliga rör sig så att fjädern 70 trycks 79o1åns~4 f". . . . .. . ihop, såsom visas 1 fig. 3. Då den fasade tatningsytan 36 lastar från ventilsätet 84 strömmar fluidum längs banan 96 från kammaren 26 till kammaren 24. I detta tredje arbetstillstånd tillåts så- ledes fluidumflöde från kammaren 26 till kammaren ZH endast då trycket i kammaren 26 överstiger trycket i kammaren 2U med ett andra, i förväg bestämt värde.

Såsom framgår av ovanstående beskrivning är det nöd- vändigt att kraften från fjädern 70 är mindre än kraften från fjädern 74, så att funktionen för ventilen inte blir symmetrisk.

Med andra ord, det ovan angivna första, i förväg bestämda värdet måste vara avsevärt större än det andra, i förväg bestämda vär- det, eftersom ventilen bör behålla det i fig. 1 visade första arbetïillståndet för normala arbetstryck, men bör vara känslig för situationer där trycket i kammaren 26 överstiger trycket i kammaren 24.

Det är således uppenbart att ett anti~kavítations~ och avlastníngssystem för en hydraulkrets har åstadkommits, vilket är både kompakt och direktverkande. Vidare är det uppen- bart att några dynamiska tätningar inte erfordras för att ventilen enligt uppfinningen skall fungera, eftersom flödet i . endera riktningen sker längs utsidan av den tätande delen. Ven- tilen bibehåller ett relativt konstant tryck då flödet ökar inom ett stort arbetsområde. Vidare är ventilen försedd med organ för att förhindra överbelastning av dess inre delar. Slutligen är uppbyggnaden av ventilen enligt uppfinningen relativt enkel och därför billig.

Ovan har beskrivits vad som för närvarande anses vara det bästa utförandet av uppfinningen, men det är uppenbart för fackmän att olika ändringar och modifieringar kan utföras inom den ram för uppfinningen som anges av de efterföljande patent- kraven.

Claims (4)

7901345-h Patentkrav

1. Hydraulventil för ett hydrauliskt säkerhets- och anti- kavitationssystem till en med hydraulcylinder (12) försedd utrustning innefattande ett hus (22). en i huset anordnad första kammare (24) avsedd att förbindas med en ände av hydraulcylíndern (12). en i huset anordnad andra kammare (26) avsedd att förbindas med en fluidumbehâllare (28): en i huset anordnad fluidumpassage (30) som förenar den första och den andra kammaren. en i fluidumpassagen (30) anordnad rörlig ventilanordning. som år anordnad att i ett första tillstånd blockera flöde mellan den första och den andra kammaren. att i ett andra tillstånd tillåta flöde från den första kammaren (24) till den andra kammaren (26) endast då trycket i den första kammaren överstiger trycket i den andra kammaren med ett första, i förväg bestämt värde. att i ett tredje tillstånd tillåta flöde från den andra kammaren (26) till den första kammaren (24) endast då trycket i den andra kammaren överstiger trycket i den första kammaren med ett andra. i förväg bestämt värde. och varvid ventilen har ett inuti fluidumpassagen (30) mellan den första och den andra kammaren beläget stationärt parti (78). vilket innefattar ett ventilsäte (84). och varvid i den rörliga ventilanord- ningen ingår ett rörligt ventilelement (32) försett med ett tätningsparti (36) avsett att bringas i kontakt med ventil- sätet (84) på det stationära partiet då den rörliga ventil- anordningen arbetar i det första och det andra tillståndet. varvid í den rörliga ventilanordningen vidare ingår ett ven- tilsäte (44) samt en tallriksventilmekanism med en tallriks- ventíl avsedd att bringas i tätande kontakt med ventilsätet (44) på det rörliga ventilelementet (32) då den rörliga ven- tilanordníngen arbetar i det första och tredje tillståndet. k ä n n e t e c k n a d av att det rörliga ventilelementet (32) vidare har ett kring en axellínje symmetriskt ihâligt inre. vilket har dels ett första parti beläget axiellt nära tätningspartiet (36). dels ett andra parti beläget axiellt 79013145-4 nära det första partiet och med en andra diameter mindre än nämnda första diameter. och varvid ett ventílsäte (44) på det rörliga elementet definieras av övergången mellan det första och det andra inre partiet. att i tallriksventilmekanismen ingår en tallriksventil som är väsentligen massiv i tvärsnitt och är väsentligen sym- metriskt anordnad kring en axellinje. varvid tallriks- ventilen i ena änden är försedd med ett huvud (56) samt in- till huvudet har ett kroppsparti (58) vars diameter är mindre än huvudets diameter, och varvid det intill kropps- partiet (S8) finns ett koniskt tätningsparti (60) avsett för tätande kontakt med ventilsätet (44) på det rörliga ventil- elementet (32). samt ett intill det koniska tätningspartiet (60) beläget skaft (62), att det stationära partiet (78) vidare har ett med reducerad diameter utfört parti (88) avsett för kontakt med huvudet (56) på tallriksventilen. för att begränsa dennas rörelse. och att det finns organ (64) för åstadkommande av fluidumförbindelsen mellan den första och den andra kammaren då tallriksventilen (54) är i kontakt med det med reducerad diameter utförda partiet (88).

2. Hydraulventil enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att i organet (64) för âstadkommande av fluidumförbin- delse ingår en skära i huvudet (56) på tallriksventilen.

3. Hydraulventil enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att tallriksventilsmekanismen vidare innefattar ett första fjädersäte (66) som sticker ut radiellt från stången till tallriksventilen. och att den rörliga ventilanordningen innefattar en första fjäder (70). som stöder mot en sida på det första fjädersätet (66) för att trycka tätningspartiet (36) på det rörliga ventílelementet till tätande kontakt mot ventilsätet (84) på det stationära partiet (78).

4.. Hydraulventil enligt krav 3. k ä n n e t e c k n a d av att det rörliga ventilelementet innefattar ett andra radiellt utstickande fjädersäte (50). och att den rörliga ventil- anordningen innefattar en andra fjäder (74) belägen 790134544 mellan det andra fjädersätet (50) och den motsatta sidan av det första fjädersätet (66). för att trycka det komiska tät- níngspartíet (60) på tallríksventílen till tätande kontakt mot ventilsätet (44) på det rörliga ventílelementet.