SE439617B - Hjelpkraftstyrinrettning med tryckbegrensningsventiler - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 40 7904083-8 - 2 ställmotorns ifrågavarande tryckrum med avloppet och därigenom und- vika att kolven eller en del av styrstängerna träffar en ändbegräns- ning under full hydraulisk hjälpkraft.

Föreliggande uppfinning avser ett annat problem. Nyttofordon, ,t.ex. tunga arbetsmaskiner, skall också vid stillastående och vid höga körbanemotstånd, t.ex. vid körning i jord, kunna styras. Detta fordrar en hydrauliskt driven styrinrättning med hög effekt. Om en 'sådan fiktiv styrinrättning är installerad, så finns risken att for- donsföraren också i terräng och vid dåliga vägsträckor vid körning rakt fram försöker köra för fort, då han endast varseblir ringa körbanestötar i ratten. Fordonen är emellertid inte dimensionerade för de härvid uppträdande påfrestningarna.

För att förhindra skador på fordon har därför hittills hjälp- kraftstyrinrättningar med relativt låg hydraulisk effekt framtagits, varvid man medvetet har avstått från möjligheten till styrning i stillastående.

Genom uppfinningen skall en styrinrättning av det inledningsvis nämnda slaget utformas så att det i ställning rakt fram inte före- kommer något hjälpkraftunderstöd eller så att hjälpkraftunderstödet åtminstone i denna ställning är mindre än vid styrning åt sidorna.

Genom en sådan styrinrättning förmås föraren att vid körning rakt fram själv utöva ett större styrningsarbete. Han behåller därför en känsla för styrningens och fordonets belastning vid snabbare körning rakt fram.

Detta uppnås genom uppfinningen enligt patentkravet l. Vid styrutslag från neutralläget ökas förspänningen hos fjädern till ifrågavarande tryckbegränsningsventil. Till följd därav står ett högre tryck till förfogande för styrningsunderstöd än i neutralläget.

Fjädrarna kan dimensioneras så att deras kraft vid styrning från neutralläge alltefter kraven stiger linjärt, progressivt eller degressivt.

Genom en vidareutveckling enligt patentkravet 2 utformas styr- inrättningen så att det hydrauliska understödet inom ett litet om- råde på båda sidor om neutralläget är noll och först bortom detta område ökar i motsvarighet till ventilfjäderns eller -fjädrarnas förkortning.

Vid en vidareutveckling enligt patentkravet 3 råder däremot hjälpkraftunderstöd också i neutralläget, medan den maximalt till .förfogande stående hjälpkraften börjar höjas först efter ett litet styrutslag. 10 l5 20 25 30 35 40 7904083-8 En vidareutveckling enligt patentkravet 4 avser en konstruk- tivt enkel utformning av förspänningsanordningen.

Vidareutvecklingar enligt patentkraven 5-8 avser olika anord- nanden av tryckbegränsningsventilerna, nämligen antingen i ställmo- torns kolv, t.ex. i en kulmutter, eller i ställmotorcylinderns ändar, varvid deras som kolvstänger utformade manöveranordningen manövreras av den andra av dessa delar.

En vidareutveckling enligt patentkravet 9 avser ett anordnan- de i styrväxelns hus på sådant sätt, att förspänningsanordningen ma- növreras av styraxeln eller ett med denna vridfast förbundet kugg- segment.

För en variant av uppfinningen enligt patentkravet 10 krävs självständigt skydd. Vid denna variant används endast en enäa tryck- begränsningsventil, som på i sig känt sätt är inkopplad mellan till- förselledningen för den under högtryck stående arbetsvätskan och ett avlopp. Denna tryckbegränsningsventil är försedd med en förspännings- anordning för sin ventilfjäder, och denna förspänningsanordning ma~ növreras av mot varandra rörliga delar av styrväxeln på sådant sätt, att ventilfjäderns förspänning höjs vid styraxelns avlägsnande från sitt neutralläge.

Fördelen med denna anordning ligger däri, att man klarar sig med en enda tryckbegränsningsventil för styrinrättningen.

Genom en vidareutveckling enligt patentkravet ll kan nedregle- ringskarakteristikans förlopp varieras genom lämplig utformning av styrkurvan.

Genom en vidareutveckling enligt patentkravet 13 är nedregle- ringstrycket inställbart genom omställning av den ena eller de två tryckbegränsningsventilerna i styrhuset.

Utföringsexempel på uppfinningen kommer att beskrivas i det följande under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. l, 2 och 3 visar längdsnitt och delar av längdsnitt genom hydraulstyr~ ningar, i vilkas kulmutterkolvar tryckbegränsningsventiler enligt uppfinningen är anordnade på olika sätt, fig. 4 visar ett längdsnitt efter linjen IV-IV i fig. 3, fig. 5 visar ett snitt genom en del av huset till en styrväxel, som innehåller två tryckbegränsningsventi- ler, vilket snitt är kompletterat med en schematisk återgivning av en del av flödeskretsloppet med separat ställmotor, fig. 6 visar schematiskt användningen av ett ventilarrangemang enligt fig. 4 i kolven till en arbetscylinder i en hydrostatisk styrinrättning och fig. 7 visar ett snitt liknande det enligt fig. 5 genom en del av 10 15 20 25 30 35 40 79o4oe3~a _ 4 huset till en styrväxel, som innehåller endast en tryckbegränsnings- ventil.

Hydraulstyrningarna enligt fig. l-4 har ett styrväxelhus l, som visas fullständigt endast i fig. 1, en styrspindel 3 och en snäcka 5, som med hjälp av kulor 7 ingriper i en kulmutter. Kulmut- tern inverkar med kuggar på en segmentaxel ll och tjänar dessutom som kolv 9 till ställmotorn, på vars båda sidor arbetsrummen 13 och 14 befinner sig.

Fig. 1 visar den hydrauliska anslutningen med en utjämnings- behållare 16, en högtryckspump 18, som via en ledning 20 matar styr- växeln, varvid arbetsvätskan alltefter ställningen hos en här icke visad styrventil i neutralläget trycklös strömmar tillbaka över en ledning 22 till utjämningsbehållaren 16, men vid styrutslag i till- tagande grad tillförs det ena eller andra av arbetsrummen 13, 14.

Så långt är hydraulstyrningar kända.

Vid utföringsformen enligt fig. l är två tryckbegränsningsven- tiler 26, 27 anordnade i en enda axelparallell borrning 24 i kolven 9. Genom en gemensam fjäder 29, nämligen en skruvtryckfjäder, trycks .de båda ventilerna mot sina säten 31, 32 och hålls sålunda stängda i neutralläget. Varje ventil har en tryckstång 34 resp. 36, vars fria ände i neutralläget har ett avstånd, som kan vara mycket litet, från närmaste ändyta 38, 39 av ställmotorns arbetscylinder.

I denna utföringsform är de båda tryckbegränsningsventilerna 26, 27 verkningslösa i det visade neutralläget. Detsamma gäller för tillbakastyrning med tryckunderstöd, nämligen då körbanemotstånd skall övervinnas. Till följd därav måste en speciell tryckbegräns- ningsventil 41 för maximaltryckinställning anordnas mellan högtrycks- pumpen 18 och hydraulstyrningen. Om kolven 9 genom ett styrutslag exempelvis flyttas åt vänster, så öppnar ventilen 26 efter en kort sträcka. Vid ytterligare förstoring av styrutslaget tilltar fjäderns 29 förspänning, så att öppningstrycket för den nu som tryckbegräns- ningsventil verkande ventilen 32 höjs. Därmed höjs det i arbetsrum- met 13, som nu är tryckrum, maximalt till förfogande stående drifts- trycket. Höjningen sker linjärt från det moment, då ventilen 26 bör- jar röra sig ât höger. Motsvarande gäller för den omvända styrningsf riktningen.

Vid utföringsformen enligt fig. 2 är åter båda tryckbegräns- ventilerna 44 och 45 anordnade i en enda axelparallell borrning i kolven 9. Ventilerna har en gemensam fjäder 29. Tryckstängerna 47 och 48 är så långa, att båda ventilerna är öppna i neutralläget. 10 15 20 25 30 35 40 7904083-8 5 Inom ett litet styrutslagsomrâde på båda sidor om neutralläget kan därför tryckvätska obehindrad strömma genom borrningen 24, så att någon hjälpkraft inte står till förfogande. Bortom detta område, t.ex. vid rörelse av kolven 9 åt höger, stänger tryckbegränsnings- ventilen 44 så snart dess tryckstång 47 lyfts från ändväggen 38. Ett tryck kan då uppbyggas i arbetsrummet 14, som nu är tryckrum. Vid ytterligare styrutslag spänns fjädern;29 mer och mer genom intryck- ning av tryckstången 48, så att det maximalt till förfogande ståen- de arbetstrycket linjärt ökar.

Också i denna utföringsform är en extra tryckbegränsningsven- til 41 erforderlig, då ventilerna 44 och 45 är verkningslösa nära neutralläget liksom vid tryckunderstödd tillbakastyrning.

Vid utföringsformen enligt fig. 3 och 4 är i kolven 9 anordna- de två axelparallella och inbördes parallella borrningar 50 och 51.

Borrningen 50 innehåller i sin högra ände en tryckbegränsningsventil 53, i sin vänstra ände en tryckstång 55 med ett anslagsstycke 56, som lämnar en väg öppen för arbetsvätskan från borrningen 50 till arbetsrummet 14. Mellan anslagsstycket 56 och tryckbegränsningsven- tilen 53 befinner sig en tryckfjäder 57. I borrningen 51 är förhål- landet det omvända. Till vänster sitter en tryckbegränsningsventil 58 och till höger en tryckstång 59 med ett anslagsstycke 60. Mellan dessa båda befinner sig åter en tryckfjäder 61.

I varje arbetsställning är respektive ifrågakommande tryckbe- gränsningsventil fullt verksam, så att en extra tryckbegränsnings- ventil, såsom ventilen 41 i fig. l, är överflödig.

I det visade neutralläget och inom ett litet område på båda sidor om neutralläget är båda tryckbegränsningsventilerna fullt verk- samma. Redan inom detta område styr man alltså med hjälpkraftunder- stöd. Om kolven 9 vid styrning rör sig exempelvis åt vänster, så byggs i arbetsrummet 13 upp ett tryck, vars maximala höjd bestäms genom tryckbegränsningsventilen 53. Så snart tryckstången 55 efter anslag mot ändväggen 38 förskjuts inåt, höjs fjäderns 57 förspän- ningskraft och därmed arbetstryckets maximalt möjliga värde i tryck- rummet 13.

Principiellt kan tryckbegränsningsventilerna i stället för i kolven 9 också vara anordnade i arbetscylinderns ändar. Emellertid väljer man ett sådant arrangemang endast vid styrinrättningar med stor bygglängd.

Vid utföringsformen enligt fig. 5 påverkas tryckbegränsnings- ventilerna av styraxeln. Man urskiljer i figuren en del av styrväxel- 10 15 20 25 30 35 wå 7904083~8 huset 64, ett stycke av kuggarna 65 till den av snäckan påverkade muttern samt det med kuggarna 65 i ingrepp stående styrsegmentet 67, som är vridfast förbundet med styraxeln 69. g Två tryckbegränsningsventiler 71 och 72 är anordnade i borr- ningar i styrväxelhuset 64 med sina axlar i ett plan, som löper tvärs styraxeln 69. Med styrakeln 69 är ett anslagssegment 74 vrid- fast förbundet. Tryckbegränsningsventilerna har tryckstänger 76 och 77 samt tryckfjädrar 79 och 80.

I det visade läget är båda tryckbegränsningsventilerna verk- samma. Först från och med ett bestämt styrutslag påverkas tryckstång- en 76 eller 77 av anslagssegmentet 74 och höjer från och med då fjä- derförspänningen och därmed det maximalt till förfogande stående arbetstrycket. g Ställmotorn 82 kan liksom i de vara integrerad i styrväxeln, men kan också vara anordnad som en separat del. Ställmotorn erhåller alltefter styrutslaget via en av sina ledningar 84 eller 85 tryckvätska från den icke visade styr- ventilen. Ställmotorns arbetsrum 13 och 14 är dessutom via ledningar 87 och 88 förbundna med de båda tryckbegränsningsventilernas 71 resp. 72 tilloppsrum 90 resp. 91. Vid öppnande av en av de båda ventilerna strömmar arbetsvätska genom ett rum 93 i styrväxelhusets lock bort föregående utföringsexemplen till en utjämningsbehållare 95.

De båda tryckbegränsningsventilerna 71 och 72 är genom ställ- skruvar 97 resp. 98 inställbara i förhållande till anslagssegmentet 74 (i lodrät riktning i fig. 5). Därigenom kan storleken av det styr- utslag inställas, från vilket arbetstrycket skall höjas. De båda ventilernas tryckstänger kan, såsom visat, inställas på olika avstånd i förhållande till anslagssegmentets anslagsytor, vilket kan vara av betydelse vid osymmetriska styrinrättningar.

Medan alla de hittills beskrivna utföringsexemplen har visat uppfinningens användning vid hydraulstyrningar, visar fig. 6 dess användning vid en hydrostatisk styrinrättning. Denna har på känt sätt en utjämningsbehållare 16, en högtryckspump 18 och en styrven- till 100 med öppen mitt och i neutralläget stängda anslutningar till arbetscylindern 102. Arbetscylindern har kolvstänger 104 och 105, som sträcker sig ut åt båda sidorna, samt en med dessa förbunden kolv 107 med kompenserade, dvs lika verksamma tvärsnitt. Inuti kol- ven är tryckbegränsningsventiler 53 och 58 anordnade på samma sätt som i fig. 4, så att varken ytterligare detaljer eller funktionen här behöver beskrivas. 10 7904083-8 Fig. 7 visar på liknande sätt som fig. 5 användningen av en enda tryckbegränsningsventil 110 med en tryckfjäder 112, vars för- spänning regleras via en tryckstång 114 av en kurva 116, som är vrid- fast förbunden med styraxeln 69. Tryckbegränsningsventilen är genom en stallskruv 118 inställbar i förhållande till kurvan 116, så att det reglerade trycket kan förändras. Högtryckspumpen 18 matar från utjämningsbehållaren 16 till en ledning 120, som leder till den icke visade styrventilen och tryckbegränsningsventilens tryckrum. Tryck- begränsningsventilens fjäderrunxärvia en ledning 122 förbundet med utjämningsbehållaren 16.

Styrkurvans 116 manöveryta 124 kan utformas alltefter önskad karakteristika hos det reglerade trycket.

Claims (13)

7904085-8 P»A T E N T K R A V

1. Hydrauliskt driven styrinrättning med åtminstone en som dubbelverkande cylinder utbildad servomotor, som genom en servokolv är uppdelad i två alternativt med en under tryck stående hydraulvätska påverkbara arbetsrum som vart och ett är förbundet med ett avlopp för hydraulvätska via en det i arbets- rummet maximalt uppträdande hydraultrycket bestämmande tryck- begränsningsventil, som omfattar en av en ventilfjäder i rikt- ning mot stängd ställning förspänd ventilkropp, k ä n n e - t e c k n a d a v att för varje tryckbegränsningsventil (26,27;44,45;53,57;71,72) är anordnad en omställningsanordning (34,36;47,48;55,59;76,77), som vid en styrningsrörelse från styrinrättningens centralställning mot ett av dess båda ändlägen med tilltagande utstyrning för centralställningen ökar stängningskraften hos ventilfjädern (29;57,61;79,80) för den tryckbegränsningsventil (26,27;44,45;53,58;71,72), som är tillordnad det vid ifrågavarande styrningsrörelse med hydraul- tryck påverkade arbetsrummet (13,14).

2. Styrinrättning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att tryckbegränsningsventilerna (44,45) är öppna i styrväxelns neutralläge och stänger först vid överskridande av en bråkdel av styrutslaget (fig. 2).

3. Styrinrättning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att tryckbegränsningsventilerna är stängda i styrväxelns neutralläge och att omställningsanordningarna blir verksamma först efter överskridande av en bråkdel av styrutslaget (fig. 1, 3,4 och 5).

4. Styrinrättning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att varje omställningsanordning uppvisar en tryckstång (34,36;47,48;55,59;76,77), som inverkar på den från ventilkroppen vända änden av ventilfjädern.

5. Styrintättning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att båda tryckbegränsningsventilerna är anordnade i ställmo- torns kolv (9) och att en tryckstång utskjuter i motsatta 79040 85-8 riktningar från ställmotorkolvens båda ändytor och är påverkbar genom anslag mot närliggande ändsida (38,39) av ställmotor- cylindern (fig. 1-4).

6. k ä n n e t e c k - n a d av att ventilfjädrarna (57,61) är anordnade i skilda borrningar (50,51) i ställmotorkolven (9) och att de dessutom har funktionen av en tryckbegränsningsventil för styrinrätt- Styrinrättning enligt krav 4 eller 5, ningens maximaltryckinställning (fig. 3 och 4).

7. k ä n n e t e c k - n a d a v att båda tryckbegränsningsventilerna (26,27;4},45) Styrinrättning enligt krav 4 eller 5, har en gemensam ventilfjäder (29) och ur ställmotorkolvens båda ändytor utskjutande tryckstänger (34,36;47,48) (fig. 1 och

8. Styrinrättning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att en tryckbegränsningsventil är anordnad i var och en av ställmotorcylinderns båda ändytor, vilken tryckbegränsnings- ventils tryckstång är manövrerbar av ställmotorkolven.

9. k ä n n e - t e c k n a d 72) är anordnade på sådant sätt i styrväxelhuset (64) eller Styrinrättning enligt något av kraven 1-4, a v att båda tryckbegränsningsventilerna (71, dess lock, att deras omställningsanordningar (76,77) är manöv- rerbara av anslag (74) på styraxeln (69) eller ett med denna vridfast förbundet styrsegment (67) (fig. 5).

10. minstone en hydraulisk ställmotor och en tryckbegränsnings- Hydrauliskt driven styrinrättning med en styrväxel, åt- ventil, som förbinder tilloppsledningen för den under högtryck stående arbetsvätskan med ett avlopp, k ä n n e t e c k n a d a v att till tryckbegränsningsventilen (110) är ordnad en för- spänningsanordning för dess ventilfjäder (112) och att för- spänningsanordningen är manövrerbar av två relativt varandra rörliga delar (64,69) av styrväxeln, på sådant sätt, att vid styrutslag av styraxeln (69) från dess neutralläge ökar för- spänningen hos ventilfjädern (fig. 7). 2). 7904083-8 '10

11. Styrinrättning enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d a v att tryckbegränsningsventilen (110) är anordnad i styr- växelhuset (64) eller dess lock på sådant sätt, att dess för- spänningsanordning är manövrerbar av en med styraxeln (69) vridfast förbunden styrkurva (116).

12. Styrinrättning enligt något av kraven 9-11, k ä n n e - t e c k n a d a v att varje förspänningsanordning uppvisar en tryckstâng (76,77;114) som är manövrerbar av en med styr- axeln (69) vridfast konstruktionsdel (74;116) (fig. 5 och 7).

13. Styrinrättning enligt något av kraven 9-12, k ä n n e - t e c k n a d a v att tryckbegränsningsventilerna (71,72; 110) är anordnade i styrväxelhuset (64) och är inställbara i förhållande till de deras förspänningsanordningar påverkande konstruktionsdelarna (74;116).