CZ305954B6 - Uspořádání přímočarého hydraulického motoru - Google Patents

Abstract

Uspořádání přímočarého hydraulického motoru zahrnuje řídicí ventilový blok (8), válec (5) přímočarého hydraulického motoru opatřený předním víkem (3), zadním víkem (4), pístem a pístnicí (2), tlakové potrubí (1) pro přenos tlakové kapaliny mezi řídicím ventilovým blokem (8) a předním víkem (3) a zadním víkem (4) a snímače tlaku uspořádané v předním víku (3) a zadním víku (4). Řídicí ventilový blok (8) je uspořádán v prstenci obklopujícím válec (5) přímočarého hydraulického motoru mezi víky (3, 4).

Description

Uspořádání přímočarého hydraulického motoru

Oblast techniky

Vynález se týká řízení přímočarého hydraulického motoru, konkrétně konstrukčního uspořádání řídicích ventilů do řídicího ventilového bloku pro řízení polohy, rychlosti a síly pístnice, přičemž řídicí ventilový blok je integrován do oblasti přímočarého hydraulického motoru.

Dosavadní stav techniky

Hydraulické pohony jsou ceněny zejména díky své schopnosti dosáhnout značných silových převodů jednoduchými mechanickými prostředky. Přímočaré hydraulické motory, známé také jako přímočaré hydromotory nebo hydraulické válce, jsou významnou skupinou hydraulických motorů, jejichž předností je jednoduchá konstrukce, poměrně jednoduchá výroba, dobrá objemová i mechanicko tlaková účinnost a vysoká funkční spolehlivost. Výsledný pohyb těchto přímočarých hydraulických motorů je vlivem malé stlačitelnosti kapalin stejnoměrný a regulovatelný. Hlavními konstrukčními částmi hydromotorů jsou válec, píst, pístnice a víka válců. Válce jsou nejčastěji zhotoveny z bezešvých trubek, pro méně náročné aplikace ze šedé litiny. Píst je obvykle vyroben z jednoho kusu, může byt ovšem složen také z několika částí. Slouží nejen k přenosu sil, ale též jako další vedení pístnice. S pístnicí je píst spojen pomocí závitu nebo šroubu. U válců malých průměrů může být píst a pístnice z jednoho kusu. Víka s válcem mohou být typicky spojena přírubami, našroubováním vík na válec, nebo stažením vík na válce svorníky a svařováním. U motorů s přímočarým pohybem je zpravidla nehybnou přes konzoli pevně uchycenou částí válec, kdežto pístnice bývá částí pohyblivou. Polohu, rychlost a sílu pístnice regulují řídicí ventily, které jsou s výhodou uspořádány do řídicího ventilového bloku.

Obecně přímočaré hydraulické motory nedisponují často snímačem polohy pro přesné určení polohy pístnice. Mezi podstatné nevýhody dosavadních konstrukčních řešení přímočarých hydraulických motorů patří nedostatečná kompaktnost vyžadující příliš mnoho zástavbového prostoru potřebného k umístění hydraulického systému s přímočarým hydraulickým motorem. Kompaktnost přímočarých hydraulických motorů významně ovlivňuje umístění řídicího ventilového bloku a tlakového vedení, které zvyšuje při instalaci nároky motoru na zástavbový prostor. Vhodné umístění řídicího ventilového bloku navíc umožňuje snížit objem použité tlakové kapaliny a tlakového potrubí mezi řídicím ventilovým blokem a přímočarým hydraulickým motorem pro dosažení lepších dynamických vlastností přímočarého hydraulického motoru.

Dosavadní konstrukční řešení integrování řídicích ventilů, popř. celého řídicího ventilového bloku, do oblasti přímočarého hydraulického motoru se zaměřuje dvěma směry.

Jedním směrem je integrování ventilů do víka, většinou zadního, válce přímočarého hydraulického motoru a jejich vzájemné propojení mezi sebou a mezi funkčními stranami pístu tlakovým potrubí pro zajištění vysunutí a zasunutí pístnice přímočarého hydraulického motoru.

Druhým směrem je připojení řídicího ventilového bloku do blízkosti válce přímočarého hydraulického motoru. Samotné schéma zapojení pro řízení dvoucestnými dvoupolohovými vestavnými ventily je možné vyhledat a najít v literaturách a internetových zdrojích, např. kniha „Hydraulics & Pneumatics“. Výrobci se snaží využít klasických vestavných ventilů nebo proporcionálně řízených vestavných ventilů, umístěných blízko válce přímočarého hydraulického motoru, a tím snížit objem tlakové kapaliny a tlakového potrubí pro dosažení lepších dynamických vlastností. Lze nalézt i speciální kompaktní válce přímočarých hydraulických motorů společnosti Texas Hydraulics, které obsahují zdroj tlakové kapaliny, čerpadlo, řídicí ventilový blok a tlakové potrubí. U hydraulických válců s integrovaným ventilovým blokem společnosti Texas Hydraulics se jedná o integrování řídicích ventilů do zástavbového prostoru přímočarého hydraulického válce, kde

- 1 CZ 305954 B6 jsou tyto umístěny v zadním víku. Toto konstrukční řešení vylepšuje vlastnosti přímočarého hydraulického motoru, ovšem za cenu koupě výrobku jako celku.

V české přihlášce vynálezu CZ PV 1999-1538 je popsán elektrohydraulický upínací modul pro alespoň jeden hydraulický upínací prvek obráběcího stroje, který zahrnuje alespoň jeden směrový řídicí ventil ve formě sedlového ventilu, prostého úniku tlakového média v blokovací poloze, přičemž směrový řídicí ventil je spojen s tlakovým potrubím a vratným potrubím. Modul zahrnuje dále alespoň jedno napájecí potrubí pro napájení hydraulického upínacího prvku, které je spojeno s výstupní stranou směrového řídicího ventilu. Modul také zahrnuje alespoň jeden tlak-regulující ventil pro regulaci tlaku v uvedeném alespoň jednom napájecím potrubí na předem nastavenou hodnotu, přičemž tlak-regulující ventil je uspořádán na proudové dráze od tlakového potrubí směrem k upínacímu členu. Modul ještě zahrnuje elektrický senzor pro kontrolu regulovaného tlaku, který je sdružen s tlak-regulujícím ventilem. Tlak-regulující ventil je tvořen sedlovým ventilem, prostým úniku tlakového média, a zahrnuje člen pro uzavření ventilu, který je pohyblivý vůči stacionárnímu sedlu sedlového ventilu, přičemž člen pro uzavření ventilu je přemístitelný řídicím pístem, který je sám o sobě přemístitelný regulovaným tlakem za sedlo a ve směru uzavření členu pro uzavření ventilu proti regulační síle. Senzor pro kontrolu regulovaného tlaku je aktivovatelný řídicím pístem sedlového ventilu.

V české přihlášce vynálezu PV 1988-3033 je popsán diferenciální hydraulický válec, který je určen například pro ovládání elektrických vysokonapěťových rozpojovačů. Obsahuje válcové těleso a píst s jednostrannou pístní tyčí, uložený ve válcovém tělese. Stěna válcového tělesa je opatřena skupinou otvorů, orientovaných napříč vzhledem k dráze pístu. V každém otvoru je umístěn snímač, jehož citlivé ústrojí je umístěno v úrovni vnitřního povrchu stěny válcového tělesa proti obvodu pístu. Mezi každým snímačem a stěnou válcového tělesa jsou umístěny těsnící prostředky pro utěsnění otvorů ve válcovém tělese. Výstupní spoje snímačů jsou připojeny k přístroji pro kontrolu polohy pístu ve válcovém tělese.

V české přihlášce vynálezu CZ PV 1998-2083 je popsán jednočinný hydraulický válec, který je tvořen válcem s hrdlem a pohyblivě uloženým pístem s pístnicí a je opatřen buď vnitřním těsněním, vnějším těsněním a přepouštěcím hrdlem, nebo pouze vnějším těsněním. V pístu s pístnicí je vytvořena dutina, jejíž dolní část je propojena dolním otvorem s dolním prostorem pod pístem, střední část spojovacím otvorem s horním prostorem nad pístem a horní část horním otvorem s horní dutinou v pístnicí nebo přímo s okolním prostředím. V dutině je zalícováno šoupátko, které je tlačeno do dolní krajní polohy pružícím prostředkem a je opatřeno kanálkem, vycházejícím z dolní části dutiny a vyúsťujícím na válcový povrch šoupátka tak, že při šoupátku v dolní krajní poloze je toto vyústění těsně pod úrovní zaústění spojovacího otvoru z horního prostoru nad pístem.

V české přihlášce vynálezu CZ PV 1988-1417 je popsáno řídicí zařízení hydraulického obvodu pro otevírání a zavírání dveří tvořené dvěma řídicími ventilovými bloky, z nichž každý je uspořádán na jednom konci válce přímočarého hydraulického motoru a obsahuje jednosměrné propojovací hydraulické prvky, lineárně uspořádané podél konce válce přímočarého hydraulického motoru, jenž je opatřen soustavou obtokových kanálků, upravených proti otvorům jednotlivých jednosměrných propojovacích hydraulických prvků a s nimi propojených, přičemž každý z řídicích ventilových bloků má svůj prostor za jednosměrnými propojovacími hydraulickými prvky spolu s výstupním prostorem k sobě přilehlého krajního kanálku, upraveného na každém z obou konců válce přímočarého hydraulického motoru, hydraulicky spojeným s jedním ze vstupů obousměrného hydrogenerátoru. Popsané zařízení je ovšem jednoúčelové, není modulární a lze jej používat pouze jako celek. Ventilové bloky nelze z celku vyjmout a umístit na jiný přímočarý motor pro jinou funkci.

-2CZ 305954 B6

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je navrhnout konstrukční uspořádání přímočarého hydraulického motoru, které bude splňovat náročné požadavky na kompaktnost a adaptabilitu a dále na zlepšení parametrů hydraulického systému. Uvedeného cíle je tedy dosaženo konstrukčním uspořádáním přímočarého hydraulického motoru, zahrnujícím řídicí ventilový blok, válec přímočarého hydraulického motoru opatřený předním víkem, zadním víkem, pístem a pístnicí, tlakové potrubí pro přenos tlakové kapaliny mezi řídicím ventilovým blokem a předním víkem a zadním víkem a snímače tlaku uspořádané v předním víku a zadním víku. Podstata vynálezu spočívá v tom, že řídicí ventilový blok je uspořádán v prstenci obklopujícím válec přímočarého hydraulického motoru mezi víky.

Výhodou předloženého uspořádání přímočarého hydraulického motoru podle vynálezu je kompaktnost celého konstrukčního řešení a tedy významná úspora zástavbového prostoru, díky které konstrukční řešení výrazně nepřesahuje rozměry přímočarého hydraulického motoru. Přímočarý hydraulický motor s integrovaným řídicím ventilovým blokem je schopen plnit funkci pohonu po připojení ke zdroji tlakové energie bez mezičlenů řízení, čímž je dosaženo zvýšení kompaktnosti přímočarého hydraulického motoru jako celku.

Výhodně může být přímočarý hydraulický motor opatřen integrovaným snímačem polohy pro přesné určení polohy pístnice.

Ve výhodném provedení může být prstenec řídicího ventilového bloku vytvořen jako dělený, který takto umožňuje umístění řídicího ventilového bloku na již stávající složené přímočaré hydraulické motory nebo nové složené přímočaré hydraulické motory a není tedy nutné nijak narušovat konstrukci již sestaveného nebo navrženého přímočarého hydraulického motoru.

Další výhodné provedení může zahrnovat umístění prstence řídicího ventilového bloku na válci přímočarého hydraulického motoru místo příruby zadního nebo předního víka válce přímočarého hydraulického motoru. Stává se tudíž současně přírubou zadního nebo předního víka, čímž nedochází ke zvyšování počtu konstrukčních prvků, ze kterých je válec přímočarého hydraulického motoru složen, přičemž je stále zajištěna funkce řízení polohy, rychlosti a síly pístnice, která přenáší výkon přímočarého hydraulického motoru na připojenou hmotnou zátěž, ve válci přímočarého hydraulického motoru.

Prstenec řídicího ventilového bloku, a to dělený i nedělený, je fixován k válci přímočarého hydraulického motoru třemi šrouby, kdy šrouby jsou uspořádány z druhé strany, než jsou umístěny řídicí ventily, a kdy osy šroubů jsou kolmé k ose válce hydraulického motoru. Prstenec řídicího ventilového bloku, dělený i nedělený, lze mezi víky aretovat libovolně, je potřeba ovšem mít na paměti možnost snadného propojení potrubím, popř. hadicemi, k zadnímu a přednímu víku. Díky pohyblivému uložení prstence řídicího ventilového bloku můžeme získat v některých případech přístup i k částem stroje uspořádaným za hydraulickým motorem.

Nová konstrukční uspořádání ventilového řízení do řídicího ventilového bloku mezi víky válce přímočarého hydraulického motoru tedy připouští několik výhodných variant, které se liší provedením řídicího ventilového bloku, který lze konstrukčně vyrobit jako:

- nedělený prstenec, který lze nasadit na válec přímočarého hydraulického motoru nasunutím při vlastní montáži nového přímočarého hydraulického motoru, přičemž upnutí je provedeno pomocí šroubů umístěných na druhé straně řídicího ventilového bloku oproti ventilům.

- dělený prstenec, který lze nasadit na již sestavený přímočarý hydraulický motor, kdy dělicí rovina umožňuje jeho snadné upnutí bez potřeby přístupu z jednoho nebo druhého konce

-3CZ 305954 B6 válce přímočarého hydraulického motoru, přičemž upnutí je provedeno pomocí šroubů umístěných na druhé straně řídicího ventilového bloku oproti ventilům.

- řídicí ventilový blok v podobě prstence, který nahrazuje přírubu jednoho z vík válce přímočarého hydraulického motoru tak, že řídicí ventilový blok je přišroubován k válcovému tělesu, válci, přímočarého hydraulického motoru a k němu je přišroubováno zadní nebo přední víko válce přímočarého hydraulického motoru.

Samotný řídicí ventilový blok je s výhodou osazen jednosměrnými ventily pro řízení směru pohybu, tedy vysouvání a zasouvání, a proporcionálními ventily umožňujícími řídit polohu, rychlost a sílu pístnice přímočarého hydraulického motoru. Ventily lze vyjmout vcelku z řídicího ventilového bloku. Řídicí ventilový blok je propojen tlakovým potrubím tlakové kapaliny k přednímu a zadnímu víku válce přímočarého hydraulického motoru. Z řídicího ventilového blokuje vedena potrubím kapalina ke zdroji tlakové energie a do nádrže.

Další z výhod řešení podle tohoto vynálezu je tedy možnost použití řídicího ventilového bloku bez jakýchkoliv dalších vnitřních funkčních prvků řídicích ventilů.

Objasnění výkresů

Vynález bude podrobněji popsán podle přiložených výkresů, kde na obr. la až c je zobrazeno uspořádání přímočarého hydraulického motoru s neděleným řídicím ventilovým blokem umístěným na válci, na obr. 2a až c je zobrazeno uspořádání přímočarého hydraulického motoru s děleným řídicím ventilovým blokem umístěným na válci, na obr. 3a až c je zobrazen řídicí ventilový blok umístěný na válci přímočarého hydraulického motoru místo příruby víka a na obr. 4 je znázorněno hydraulické schéma přímočarého hydraulického motoru dle vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příkladná provedení přímočarého hydraulického motoru s řídicím ventilovým blokem integrovaným do oblasti přímočarého hydraulického motoru podle tohoto vynálezu jsou znázorněna na přiložených výkresech.

Ve všech příkladných provedeních vykazuje přímočarý hydraulický motor stejné parametry, kdy zdvih válce 5 přímočarého hydraulického motoru je 350 mm, průměr tělesa válce 5 přímočarého hydraulického motoru je 80 mm, maximální pracovní tlak tlakové kapaliny je 250 bar, tedy 25 MPa, rychlost vysouvání válce 5 přímočarého hydraulického motoru je 0,1 ms’¹ a pracovní kapalinou je hydraulický olej.

První příkladné provedení, znázorněné na obr. la až c, ukazuje konstrukční uspořádání přímočarého hydraulického motoru s neděleným řídicím ventilovým blokem 8 pro řídicí ventily 9, 10, 11, 12. Přímočarý hydraulický motor, který bývá napojen na zdroj tlakové kapaliny, který zde není znázorněn, v tomto provedení zahrnuje řídicí ventilový blok 8, přívodní a odpadní potrubí tlakové kapaliny, které zde není znázorněno, pro přesun tlakové kapaliny mezi zdrojem tlakové kapaliny a řídicím ventilovým blokem 8, válec 5 přímočarého hydraulického motoru, tlakové potrubí 1 pro přenos tlakové kapaliny mezi řídicím ventilovým blokem 8 a válcem 5 přímočarého hydraulického motoru, přední víko 3 a zadní víko 4, diferenciální píst, který zde není znázorněn, a pístnici 2. Hydraulické schéma tohoto konstrukčního uspořádání přímočarého hydraulického motoru je znázorněno na obr. 4. Vlastní řídicí ventilový blok 8 je uspořádán v prstenci obklopujícím válec 5 přímočarého hydraulického motoru mezi předním víkem 3 a zadním víkem 4 a je tvořen dvěma vestavnými jednosměrnými ventily, což je jednosměrný ventil 6 CVB ve větvi k přednímu víku 3 a jednosměrný ventil 7 CVA ve větvi k zadnímu víku 4, a čtyřmi proporcionálními vestavnými ventily, což je cartridge ventil 10 VPA v tlakové větvi P k zadnímu víku 4,

-4CZ 305954 B6 cartridge ventil 9 VTA v odpadní větvi T k zadnímu víku 4, cartridge ventil 11 VPB v tlakové větvi P k přednímu víku 3 a cartridge ventil 12 VTB v odpadní větvi T k přednímu víku 3. Ventily jsou spojitě řízeny elektronickým ovládacím prvkem. V tomto provedení není možné řídicí ventilový blok 8 rozdělit a nasadit na válec 5 přímočarého hydraulického motoru.

Funkce přímočarého hydraulického motoru s neděleným řídicím ventilovým blokem 8 je následující. Tlaková kapalina ze zdroje tlakové kapaliny, hydrogenerátoru, vstupuje šroubením do řídicího ventilového bloku 8. Při vysouvání pístnice 2, což je pohyb pístu zleva doprava, se otevře vestavný ventil 10 VPA, ventil 11 VPB zůstane uzavřen a přes jednosměrný ventil 7 CVA kapalina vystoupí vývodem A z řídicího ventilového bloku 8 a tlakovým potrubím 1 proudí na stranu plné plochy pístu. Z druhé strany, kde je plocha pístu mezikruží, kapalina nemůže po vstupu B do řídicího ventilového bloku 8 proudit na ventil 11 VPB, v tom jí zabrání jednosměrný ventil 6 CVB, který není průtočný v tomto směru, a kapalina musí proudit přes otevřený ventil 12 VTB vývodem T z řídicího ventilového bloku 8 zpět do nádrže. Tím je zajištěno vysouvání pístnice 2 hydraulického přímočarého motoru.

Při zasouvání pístnice 2 hydraulického přímočarého motoru, což je pohyb pístu zprava doleva, se otevře vestavný ventil 11 VPB, ventil 10 VPA zůstane uzavřen a přes jednosměrný ventil 6 CVB kapalina vystoupí vývodem B z řídicího ventilového bloku 8 a potrubím proudí na stranu mezikruží tvořenou rozdílem ploch pístu a pístnice 2. Z druhé strany, kde je plná plocha pístu, kapalina nemůže po vstupu A do řídicího ventilového bloku 8 proudit na ventil 10 VPA, v tom jí brání jednosměrný ventil 7 CVA, který není průtočný v tomto směru, a kapalina musí proudit přes otevřený ventil 9 VTA vývodem T z řídicího ventilového bloku 8 zpět do nádrže. Tím je zajištěno zasouvání pístnice 2 hydraulického přímočarého motoru.

Hydraulický přímočarý motor je vybaven alespoň jedním snímačem 16 tlaku a snímačem 17 polohy pístu. Zpětnovazebním řízením zajištěným od snímače 17 polohy pístu, který snímá jak polohu, tak rychlost, a řídicím algoritmem se dosahuje požadovaná přesnost dojezdu na danou polohu, popř. dojezdové funkce jako závislosti dráhy na čase. Snímače 16 tlaku slouží ke snímání tlaku a následně určení síly vyvinuté přímočarým hydraulickým motorem.

Další příkladné provedení, znázorněné na obr. 2a až c, ukazuje konstrukční uspořádání přímočarého hydraulického motoru s děleným řídicím ventilovým blokem 8 pro řídicí ventily 9. 10. 11, 12. Toto provedení se od předchozího liší pouze provedením řídicího ventilového bloku 8, který je dělicí rovinou 13 rozdělen na dvě části, které k sobě mohou být připevněny rozebíratelnými spoji, např. šrouby. Dělený řídicí ventilový blok 8 může být osazen na již stávající složené přímočaré hydraulické motory. Toto příkladné provedení je velmi výhodné, protože lze jej uplatnit jak na nové, právě montované, přímočaré hydraulické motory, tak i na motory, které jsou již v provozu. Pokud to dovoluje zástavbový prostor okolo využívaného přímočarého hydraulického motoru v provozu, použitím děleného prstence a propojením vedení tlakové kapaliny získáme kompaktnější pohon s lepšími dynamickými vlastnostmi bez většího zásahu do samotného přímočarého hydraulického motoru.

Poslední příkladné provedení, znázorněné na obr. 3a až c, ukazuje konstrukční uspořádání přímočarého hydraulického motoru, kde příruba víka válce 5 přímočarého hydraulického motoru je nahrazena řídicím ventilovým blokem 8 tak, že řídicí ventilový blok 8 je přišroubován k zadnímu víku 4 nebo přednímu víku 3 válce 5 přímočarého hydraulického motoru. Prstenec nahrazující přírubu má vnitřní závit pro našroubování na těleso válce 5 přímočarého hydraulického motoru, zatímco prstence v předchozích dvou provedeních mají pouze vrtání o průměru tělesa válce 5 přímočarého hydraulického motoru.

Konstrukční uspořádání přímočarého hydraulického motoru s takto uspořádaným řídicím ventilovým blokem 8 vykazuje řadu vlastností, u běžně dostupných hydraulických systémů chybějících, jako je například použití snímače 17 polohy k přesnému určení polohy pístnice, dostatečně vysoký zdvih, nízký počet ventilů s obecně lepšími vlastnostmi, a především vysokou kompaktnost

-5CZ 305954 B6 nezabírající příliš mnoho zástavbového prostoru a vysokou adaptabilitu splňující požadavky na umístění.

Průmyslová využitelnost

Primárně je integrovaný řídicí ventilový blok určen pro stacionární přímočaré hydraulické motory. Lze ovšem předpokládat velký rozvoj především v mobilní hydraulice, tedy v přímočarých hydraulických pohonech mobilních pracovních strojů, jako jsou bagry, nakladače, rypadla, a v oblasti leteckého a důlního průmyslu. Obecně lze předložený koncept vynálezu využít všude, kde je využit přímočarý pohon pomocí přímočarého hydraulického motoru a kde výkon od přímočarého hydraulického motoru je přenášen pístnicí na připojenou hmotnou zátěž.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Uspořádání přímočarého hydraulického motoru, zahrnující řídicí ventilový blok, válec přímočarého hydraulického motoru opatřený předním víkem, zadním víkem, pístem a pístnicí, tlakové potrubí pro přenos tlakové kapaliny mezi řídicím ventilovým blokem a předním víkem a zadním víkem a snímače tlaku uspořádané v předním víku a zadním víku, vyznačující se tím, že řídicí ventilový blok (8) je uspořádán v prstenci obklopujícím válec (5) přímočarého hydraulického motoru mezi víky (3,4).
2. 2. Uspořádání přímočarého hydraulického motoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje integrovaný snímač (17) polohy pro přesné určení polohy pístnice (2).
3. 3. Uspořádání přímočarého hydraulického motoru podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se t í m , že prstenec řídicího ventilového bloku (8)je dělený.
4. 4. Uspořádání přímočarého hydraulického motoru podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že prstenec řídicího ventilového bloku (8)je přírubou zadního víka (4) nebo předního víka (3).