BR102016012640B1

BR102016012640B1 - Sistema de atuação hidráulico e máquina de trabalho

Info

Publication number: BR102016012640B1
Application number: BR102016012640-1A
Authority: BR
Inventors: Charles D. Anderson; David J. Sanning
Original assignee: Cnh Industrial America Llc
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2022-08-23
Also published as: BR102016012640A2; US20160354222A1

Abstract

SISTEMA DE ATUAÇÃO HIDRÁULICO PARA MÁQUINA DE TRABALHO Um sistema hidráulico para uma máquina de trabalho de retroescavadeira, na qual uma unidade de energia tem uma saída limitada e a descarga de pressão para o sistema de atuação hidráulico fica a um primeiro nível para a função de carga, na qual a máquina é movimentada no solo, e uma segunda descarga de pressão maior, quando a função de retroescavadeira está sendo executada.

Description

1. CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a máquinas de trabalho, e, mais especificamente, a máquinas tais que têm sistemas de atuação hidráulicos incorporados nelas.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[002] Uma das máquinas de trabalho mais úteis e populares, particularmente no campo da construção, é uma máquina de trabalho de retroescavadeira. Quando da operação sob a função de carga, as máquinas desse tipo levantam, transportam e descarregam material granular, solo ou outros itens. Nessa função, a unidade de energia primária para o dispositivo é usada para movimento da máquina de trabalho ao longo do solo, bem como energizar os atuadores hidráulicos usados para levantar e descarregar material. Na função de retroescavadeira, a máquina é essencialmente estacionária e a retroescavadeira é usada para penetrar no solo, removendo material do solo e depois movimentando-o sem que a máquina de trabalho seja transportada pelo solo.

[003] Para certos tipos de retroescavadeiras de serviço mais leve, é desejável usar uma unidade de energia de saída menor. Isso permite que toda a máquina seja mais eficiente em custo e amplamente disponível para execução das funções de carga e retroescavadeira. Com unidade de energia de menor tamanho, há um problema quando a unidade está sendo usada na unidade de carga. Uma vez que a pressão hidráulica para os atuadores do sistema de carga é proporcionada por uma bomba, acionada pela unidade de energia, mais energia dirigida para o sistema de atuação deixa menos energia disponível para propulsão ao longo do solo. Isso representa um fator limitante na utilidade da máquina para funções duplas.

[004] Consequentemente, o que é necessário na técnica é um sistema de atuação hidráulico para tal máquina de trabalho, no qual a energia disponível seja efetiva e economicamente equilibrada e dividida entre o sistema de propulsão e o sistema de atuação.

RESUMO DA INVENÇÃO

[005] A presente invenção proporciona simples e efetivamente níveis duplos de energia disponível para o sistema de atuação em uma máquina de trabalho do tipo de retroescavadeira.

[006] Em uma forma, a invenção é um sistema de atuação hidráulico, incluindo um reservatório e uma bomba tendo uma entrada conectada fluidicamente ao reservatório para suprir fluido pressurizado. Um primeiro grupo de pelo menos um atuador é proporcionado, e um primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle para o primeiro grupo de pelo menos um atuador é conectado fluidicamente à bomba em uma relação central aberta. O primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle é conectado para operar o primeiro grupo de pelo menos um atuador. Um segundo grupo de pelo menos um atuador é proporcionado, e um segundo grupo de pelo menos uma válvula de controle é fluidicamente conectado ao lado a jusante do primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle e é conectado para operar o segundo grupo de pelo menos um atuador. Uma válvula reguladora de pressão, tendo um primeiro e um segundo níveis de descarga de pressão em resposta a uma pressão-piloto, é conectada fluidicamente ao reservatório, para descarregar o excesso de pressão, com a válvula reguladora de pressão sendo conectada fluidicamente à saída da bomba. Uma linha conecta fluidicamente a pressão-piloto da válvula reguladora de pressão a um ponto no sistema a jusante do primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle e a montante do segundo grupo de pelo menos uma válvula de controle.

[007] Em outra forma, a invenção inclui uma máquina de trabalho, incluindo um chassi e uma unidade de energia montada dentro da estrutura. Várias rodas são montadas no chassi para movimento no solo, e um trem de energia conecta a unidade de energia às rodas para movimento no solo. Um reservatório hidráulico é proporcionado no chassi, e uma bomba, acionada pelo trem de energia, tem uma entrada conectada fluidicamente ao reservatório para suprir fluido hidráulico pressurizado. Um primeiro grupo de pelo menos um atuador é montado no chassi para execução de uma primeira função. Um primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle, para o primeiro grupo de pelo menos um atuador, é conectado fluidicamente à bomba em uma relação central aberta e é conectado para operar o primeiro grupo de pelo menos um atuador para executar uma segunda função. Um segundo grupo de pelo menos um atuador é montado no chassi para executar uma segunda função. Um segundo grupo de pelo menos uma válvula de controle é conectado fluidicamente ao lado a jusante do primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle, e é conectado para operar o segundo grupo de pelo menos um atuador. Uma válvula reguladora de pressão, tendo um primeiro e um segundo níveis de descarga de pressão em resposta a uma pressão-piloto, é conectada fluidicamente ao reservatório para descarregar o excesso de pressão, a válvula reguladora de pressão sendo conectada fluidicamente à saída da bomba. Uma linha conecta fluidicamente a pressão-piloto da válvula reguladora a um ponto no sistema, a jusante do primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle e a montante do segundo grupo de pelo menos uma válvula de controle.

[008] Uma vantagem da presente invenção é que um nível duplo de força hidráulica é disponibilizado simples e efetivamente para diferentes níveis de energia.

[009] Outra vantagem é que o nível duplo de força pode ser empregado sem adições de componentes físicos complicados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[010] Os aspectos e as vantagens citados acima, além de outros, desta invenção, e a maneira de atingi-los vão ficar mais evidentes e a invenção vai ser melhor entendida por referência à descrição apresentada a seguir de uma concretização da invenção, feita em conjunto com os desenhos associados, em que:

[011] A Figura 1 é um sistema esquemático global de uma máquina de trabalho, mostrando um sistema hidráulico incorporando a presente invenção; e

[012] A Figura 2 é uma vista fragmentária ampliada de uma parte do sistema de atuação hidráulico da Figura 1.

[013] Os caracteres de referência correspondentes indicam partes correspondentes ao longo das várias vistas. A exemplificação mostrada no presente relatório descritivo ilustra uma concretização, e essa exemplificação não deve ser considerada, de qualquer maneira, como limitante do âmbito da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[014] Com referência então aos desenhos e mais particularmente à Figura 1, mostra-se uma máquina de trabalho 10, que é ilustrada como uma máquina de retroescavadeira. A máquina de trabalho 10 pode ser também conhecida como uma TLB ou uma retroescavadeira de trator. A máquina de trabalho 10 tem uma unidade de energia, usualmente na forma de um motor a diesel 12, devido às suas economia de combustível e saída de torque disponível. Um trem de energia 14 é acionado pela unidade de energia 12 e, por sua vez, aciona as rodas em contato com o solo 16, apenas duas das quais são mostradas, por meio de interligações mecânicas ilustradas em 17.

[015] Uma caçamba de carga 18 é proporcionada na extremidade frontal da máquina de trabalho 10, e uma retroescavadeira 20 é proporcionada na extremidade de ré da máquina de trabalho 10. Ambas a caçamba 18 e a retroescavadeira 20 são montadas em braços articulados, para executar as funções normalmente associadas com esses componentes. Os detalhes das conexões articuladas e das interligações mecânicas são omitidos para permitir um foco mais claro na presente invenção.

[016] A caçamba 18 e a retroescavadeira 20 são manipuladas por um sistema de atuação hidráulico incluindo uma bomba hidráulica 22, mostrada como uma bomba de engrenagem, acionada do motor 24 por uma conexão mecânica e recebendo fluido hidráulico de um reservatório 26 adequado por meio de uma linha de entrada 28. Uma linha de saída 30 recebe líquido pressurizado da bomba 22 e o passa por um conjunto de válvulas 32, que controla a função da caçamba 18. Uma linha adicional 34, referida com uma linha de alta pressão, é conectada fluidicamente a um conjunto de válvulas 36, que controla as funções para a retroescavadeira 20. As linhas de retorno 40 e 42 do conjunto de válvulas 36 se conectam à linha de retorno principal 38, que pode se estender por um filtro 44 e um resfriador de óleo 46 adequados, antes de liberação para o reservatório 26.

[017] A caçamba 18 é atuada por pares de atuadores 50, 52 e 54, em resposta ao fluido pressurizado controlado pelo conjunto de válvulas 32. A retroescavadeira 20 é manipulada pelos atuadores 56, 58 e 60, que recebem entradas do conjunto de válvulas 36.

[018] O conjunto de válvulas 32 tem as válvulas de controle hidráulicas 62, 64 e 66 conectadas para que tenham uma disposição de fluxo hidráulico centralizada aberta. A disposição de fluxo hidráulico centralizada aberta é tal que, em uma condição neutra, o fluido hidráulico passa da bomba 22 pela linha 30 pelo centro do conjunto de válvulas e pela válvula de alta pressão 34 e, finalmente, para a linha de retorno 38. O conjunto de válvulas 36 inclui as válvulas de controle hidráulicas 68, 70 e 72, que controlam os atuadores 56, 58 e 60. As válvulas hidráulicas 68, 70 e 72 são mostradas como tendo um sistema hidráulico central aberto. No entanto, podem ser empregadas em disposições alternativas e ainda atingir os objetos e benefícios da presente invenção. A válvula de controle 62 controla o fluxo pelas linhas 74 e 76, que são conectadas aos atuadores 50, para estender e retrair os atuadores 50, e, desse modo, manipular a caçamba 18. A válvula de controle 64 tem as linhas de saída 78 e 80 conectadas aos pares de atuadores 52, para que estendam e retraiam esses atuadores e proporcione manipulação adicional da caçamba 18. A válvula de controle hidráulica 66 tem as linhas de saída 82 e 84, para estender e retrair os pares de atuadores 54 para manipular a caçamba 18 em mais um outro modo.

[019] No conjunto de válvulas 36, a válvula de controle hidráulica 68 é conectada às linhas 86 e 88 para estender e retrair o atuador 56, proporcionando um grau de manipulação da retroescavadeira 20. A válvula de controle hidráulica 70 tem as linhas de saída 90 e 92 para estender e retrair o atuador 58, proporcionando um outro grau de manipulação da retroescavadeira 20. Finalmente, a válvula de controle hidráulica 72 tem as linhas de saída 94 e 96 estendendo e retraindo o atuador 60, para proporcionar mais um outro grau de manipulação para a caçamba 20.

[020] Em operação, a bomba 22 circula continuamente fluido pelo sistema pelas linhas 30, 34 e finalmente de volta à linha de retorno 38. Quando as válvulas de controle 62, 64 ou 66 são operadas, elas desviam o fluxo da linha de saída principal 30 e o dirige para os pares de atuadores 50, 52 ou 54 adequados. Por meio de conexões hidráulicas internas, os atuadores 50, 52 e 54 podem ser todos operados independente e conjuntamente para manipular a caçamba 18. No entanto, quando as válvulas 62, 64 ou 66 estão em operação, a pressão na linha de alta pressão 34 cai a um nível de pressão da linha de retorno. Isso é empregado no sistema, uma vez que a caçamba 18 e a retroescavadeira 20 não são operadas simultaneamente, mas são, de fato, operadas alternadamente. Quando a retroescavadeira 20 vai ser operada, as válvulas de controle 62, 64 e 66 ficam nas suas posições centrais abertas, de modo que pressão fique disponível na linha 34, para que seja alimentada às válvulas de controle 68, 70 e 72, para operar os seus respectivos atuadores 56, 58 e 60 e, desse modo, manipular a retroescavadeira 20.

[021] Quando a máquina de trabalho 10 é operada como um carregador, durante o que manipula a caçamba 18, o trem de energia 14 também recebe energia da unidade de energia 12, para acionar as rodas em contato com o solo 16 e movimentar a máquina de trabalho 10 ao longo do solo. Quando a função de retroescavadeira é empregada, a retroescavadeira 20 é o único componente sendo manipulado de modo que uma maior potência fique disponível para executar as funções de uma retroescavadeira, incluindo escavar o solo. Quando a unidade de energia 12 é de uma capacidade limitada, como no caso de retroescavadeiras (TLBs) menores, a energia disponível para a função de carga no sistema hidráulico não precisa ficar a um nível inferior àquele para a função de retroescavadeira. Ainda que os sistemas hidráulicos usem sistemas de controle elaborados para obter um nível de potência de sistema hidráulico duplo, a presente invenção, descrita nas Figuras 1 e 2, faz isso, de fato, de uma forma simples e efetiva e com um mínimo de componentes extras.

[022] Com referência então às Figuras 1 e 2, uma válvula reguladora de pressão 100 é conectada à linha 102 passando pelo conjunto de válvulas de controle 32 e conectada à linha 30. A válvula reguladora de pressão 100 é ajustada para descarregar a pressão na linha 30 e a passar para a linha de retorno 104, que é conectada à linha de retorno principal 38. No entanto, a válvula reguladora de pressão 100 é uma de uma classe de válvulas reguladoras de pressão tendo uma função-piloto, de modo que, na ausência de um sinal na linha 106 associada à válvula reguladora de pressão 100, um primeiro nível de pressão mais baixo é obtido, usualmente em um ajuste estabelecido por uma carga elástica interna. Quando um nível de pressão é detectado na linha 106, que se estende para a linha de alta pressão 34, a descarga de pressão é um nível mais alto, devido à pressão adicional aplicada pela linha 106 para a função de válvula-piloto. Um exemplo de um ajuste típico de descarga de pressão, que permite uma maior carga na presença de um sinal de pressão, é 21 MPa (210 bar) para nenhum sinal e 23,1 MPa (231 bar) na presença de um sinal.

[023] O sinal de pressão ocorre quando as válvulas de controle no conjunto de válvulas 32 estão na posição central aberta e as válvulas de controle 68, 70 e 72 são empregadas para desviar fluido hidráulico da linha de saída 34 para manipular a retroescavadeira 20. Desse modo, o limite superior de pressão hidráulica e, desse modo, a energia e o trabalho disponíveis na função de retroescavadeira, é maior do que é para a função inferior. Por utilização de uma interligação simples entre a válvula reguladora-piloto 100 e a linha de alta pressão 34, uma disposição de energia hidráulica dupla pode ser econômica e efetivamente empregada na máquina de trabalho 10. Deve-se notar que o sinal mostrado na linha 106 pode ser conectado a um ponto em qualquer lugar entre a última válvula de controle 66 no conjunto de válvulas 32 e a entrada para o conjunto de válvulas 36 e ainda atingir os mesmos benefícios. O resultado efetivo da disposição é uma menor retroescavadeira (TLB), que emprega unidades de energia tendo uma saída de 55 kW, que satisfaz um padrão regulatório diferente, mas que utiliza, ao mesmo tempo, toda a energia disponível da unidade de energia 12 o mais eficientemente possível.

[024] Ainda que esta invenção tenha sido descrita com relação a pelo menos uma concretização, a presente invenção pode ser ainda modificada dentro dos espírito e âmbito desta descrição. Este pedido de patente é, portanto, tencionado para cobrir quaisquer variações, usos ou adaptações da invenção usando os seus princípios gerais. Ainda mais, este pedido de patente é tencionado para cobrir esses desvios da presente descrição como estando dentro da prática conhecida ou usual na técnica a qual esta invenção pertence e que se enquadram nos limites das reivindicações em anexo.

Claims

1. Sistema de atuação hidráulico, compreendendo: um reservatório (26) para fluido hidráulico; uma bomba (22) tendo uma entrada conectada fluidicamente ao dito reservatório (26) e suprindo fluido hidráulico; um primeiro grupo de pelo menos um atuador (50, 52, 54); um primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle (62, 64, 66) para o dito primeiro grupo de pelo menos um atuador (50, 52, 54), conectado fluidicamente à dita bomba (22) em uma relação central aberta e conectado para operar o dito primeiro grupo de pelo menos um atuador (50, 52, 54); um segundo grupo de pelo menos um atuador (56, 58, 60); um segundo grupo de pelo menos uma válvula de controle (68, 70, 72), conectado fluidicamente ao lado a jusante do dito primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle (62, 64, 66) e conectado para operar o dito segundo grupo de pelo menos um atuador (56, 58, 60); CARACTERIZADO pelo fato de que uma válvula reguladora de pressão (100) tendo primeiro e segundo níveis de descarga de pressão, em resposta a uma pressão-piloto, e conectada fluidicamente ao dito reservatório (26) para descarregar o excesso de pressão, a dita válvula reguladora de pressão (100) sendo conectada fluidicamente à saída da dita bomba (22); e uma linha (106) conectando fluidicamente a pressão-piloto da válvula reguladora de pressão (100) a um ponto no sistema de atuação hidráulico, a jusante do dito primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle (62, 64, 66) e a montante do dito segundo grupo de pelo menos uma válvula de controle (68, 70, 72).

2. Sistema de atuação hidráulico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita válvula reguladora de pressão (100) tem um nível de descarga de pressão maior para o dito segundo grupo de pelo menos um atuador (56, 58, 60).

3. Sistema de atuação hidráulico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que tem uma pluralidade dos ditos primeiros grupos de atuadores e válvulas de controle.

4. Sistema de atuação hidráulico, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que há uma pluralidade de atuadores e válvulas de controle em ambos os ditos primeiro e segundo grupos.

5. Sistema de atuação hidráulico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita válvula reguladora de pressão (100) é atuada por mola ao dito primeiro nível de descarga de pressão, na ausência de um sinal da dita linha (106), e ao dito segundo nível, em resposta a um nível de pressão na dita linha (106), em que o dito segundo nível é mais alto que o primeiro nível.

6. Sistema de atuação hidráulico, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito primeiro nível de pressão é estabelecido por uma mola e o segundo nível de pressão é estabelecido pela dita mola e por um sinal de pressão da dita linha (106).

7. Sistema de atuação hidráulico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito primeiro nível de descarga de pressão é 21MPa (210 bar) e o dito segundo nível de descarga de pressão é 23,1 MPa (231 bar).

8. Sistema de atuação hidráulico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita bomba (22) é uma bomba de engrenagem.

9. Sistema de atuação hidráulico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito primeiro grupo do dito pelo menos um atuador é para um carregador e o dito segundo grupo do dito pelo menos um atuador é para uma retroescavadeira.

10. Máquina de trabalho (10), compreendendo: um chassi; uma unidade de energia incorporada no dito chassi; uma pluralidade de rodas motrizes em contato com o solo no dito chassi; um trem de energia conectando a saída da dita unidade de energia às ditas rodas para movimento no solo; um reservatório (26) para fluido hidráulico; uma bomba (22) acionada pela dita unidade de energia e tendo uma entrada conectada fluidicamente ao dito reservatório (26) e suprindo fluido hidráulico; um primeiro grupo de pelo menos um atuador (50, 52, 54) montado no dito chassi para uma primeira função; um primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle (62, 64, 66) para o dito primeiro grupo de pelo menos um atuador (50, 52, 54) conectado fluidicamente à dita bomba (22), em uma relação central aberta, e conectado para operar o dito primeiro grupo de pelo menos um atuador (50, 52, 54); um segundo grupo de pelo menos um atuador (56, 58, 60) montado no dito chassi para executar uma segunda função; um segundo grupo de pelo menos uma válvula de controle (68, 70, 72) conectada fluidicamente ao lado a jusante do dito primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle (62, 64, 66) e conectado para operar o dito segundo grupo de pelo menos um atuador (56, 58, 60); CARACTERIZADA pelo fato de que uma válvula reguladora de pressão (100) tendo primeiro e segundo níveis de descarga de pressão, em resposta a uma pressão-piloto, e conectada fluidicamente ao dito reservatório (26) para descarregar o excesso de pressão, a dita válvula reguladora de pressão (100) sendo conectada fluidicamente à saída da dita bomba (22); e uma linha (106) conectando fluidicamente a pressão-piloto da válvula reguladora de pressão (100) a um ponto no sistema a jusante do dito primeiro grupo de pelo menos uma válvula de controle (62, 64, 66) e a montante do dito segundo grupo de pelo menos uma válvula de controle (68, 70, 72).

11. Máquina de trabalho (10), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que o nível de descarga de pressão para o dito segundo grupo de pelo menos um atuador (56, 58, 60) é um nível mais alto do que o da descarga de pressão para o dito primeiro grupo de pelo menos um atuador (50, 52, 54).

12. Máquina de trabalho (10), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que tem uma pluralidade de atuadores e válvulas de controle no dito primeiro grupo.

13. Máquina de trabalho (10), de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que tem uma pluralidade de atuadores e válvulas de controle em ambos os ditos primeiro e segundo grupos.

14. Máquina de trabalho (10), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita válvula reguladora de pressão (100) tem uma descarga de pressão estabelecida por uma mola para o dito primeiro nível de pressão mais baixo e uma descarga de pressão estabelecida pela dita mola e pela entrada de pressão da dita linha (106) para o dito segundo nível de pressão mais alto.

15. Máquina de trabalho (10), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que o dito primeiro nível de descarga de pressão é 21MPa (210 bar) e o segundo nível de descarga de pressão é 23,1 MPa (231 bar).

16. Máquina de trabalho (10), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita bomba (22) é uma bomba de engrenagem.

17. Máquina de trabalho (10), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que o dito primeiro grupo de pelo menos um atuador (50, 52, 54) é para uma função de carga e o segundo grupo do dito pelo menos um atuador é para uma função de retroescavadeira.

18. Máquina de trabalho (10), de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita unidade de energia tem uma determinada saída de energia e a dita máquina de trabalho (10) requer movimento no solo e movimento de carga para o dito primeiro grupo de pelo menos um atuador (50, 52, 54), desse modo, limitando a energia disponível para o dito primeiro grupo de pelo menos um atuador (50, 52, 54), e a descarga de pressão permite um nível mais alto de força hidráulica, quando a função de retroescavadeira está sendo executada.