BR102016020653B1 - Sistema gerador de força hidráulica - Google Patents

Abstract

sistema gerador de força hidráulica. a invenção compreende um sistema contendo uma unidade multifuncional atuada por um servo motor (23), que é composta por pelo menos uma bomba (a),que é a bomba principal, geradora de pressão e força hidráulica, preferencialmente duas bombas (a e b), podendo também trabalhar com três bombas (a,b e c) eletronicamente automatizadas, compreendendo um servo motor (23) que faz girar um fuso (27) que desloca a porca do fuso (26) para cima ou para baixo, deslocando solidariamente um êmbolo hidráulico (30) que faz força sobre um volume de óleo que está armazenado numa câmara hidráulica (32), resultando numa pressão hidráulica e o deslocamento do óleo para um bloco pressurizado de distribuição (3), pronto para ser utilizado, sendo que ao mesmo tempo que desloca este volume de óleo através da força aplicada na câmara hidráulica (32) a câmara hidráulica superior é preenchida de óleo através da sucção do óleo do reservatório de óleo (22), que é feito pelo êmbolo hidráulico (30), que quando chega no fim de curso traz a porca do fuso (26) para cima e realizando o mesmo processo neste lado oposto, e assim sucessivamente, bombeando o óleo num regime constante de vai e vem automaticamente durante todo o tempo que os atuadores hidráulicos estiverem se movimen-tando e utilizando o óleo pressurizado; a invenção elimina a necessidade de óleo ser desviado para o reservatório para manter o sistema pressurizado.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] Trata a presente solicitação de Patente de Invenção de um sistema que inclui uma unidade geradora de força hidráulica, compacta e multifuncional, passível de aplicação na grande maioria de equipamentos e máquinas que utilizam este tipo de energia, cujo destaque é a utilização de um Servo Motor e um Fuso de Esferas, que são utilizados para movimentar um embolo hidráulico em dois sentidos, avanço e retorno, realizando ao mesmo tempo duas funções, ou seja, comprimindo um certo volume de óleo enquanto avança, gerando uma pressão hidráulica, e ao mesmo tempo na câmara hidráulica oposta o óleo está sendo sugado do reservatório com o objetivo de manter esta câmara hidráulica cheia e pronta para ser comprimida e enviada para utilização no momento em que ocorrer a reversão do sentido de rotação do Fuso de Esferas, e assim sucessivamente.

[0002] Este óleo poderá ser enviado diretamente para os cilindros hidráulicos das máquinas ou equipamentos que irão realizar trabalho, ou este óleo poderá ser enviado para Cilindros Amplificadores ou Redutores de Pressão Hidráulica, antes de serem enviadas para as máquinas ou equipamentos que irão realizar o trabalho.

[0003] Particularmente, será empregado no segmento da mecânica dos fluidos.

UNIDADE HIDRÁULICA CONVENCIONAL

[0004] As unidades hidráulicas convencionais têm funções específicas, podendo ser equipadas por amplificadores (Booster) e acumuladores de pressão hidráulica. São acionadas por motor elétrico que são acoplados nas Bombas Hidráulicas e possuem movimento continuo de rotação, mesmo quando os atuadores se encontram em repouso ou em fim de curso de trabalho.

[0005] A utilização do óleo hidráulico deslocado só acontece com o movimento dos atuadores hidráulicos e enquanto estiverem em movimento. Quando estes atuadores chegam em final de curso, o óleo que continua sendo bombeado fica retornando constantemente para o reservatório.

[0006] Existem diversos tipos de Bombas Hidráulicas no mercado, podendo ser de Palhetas, Bombas de Engrenagem e Bombas de Parafuso.

[0007] As Unidades Hidráulicas convencionais apresentam boa performance de trabalho.

LIMITANTES DAS UNIDADES HIDRÁULICAS CONVENCIONAIS

[0008] São os seguintes os limitantes: a) Ruído: as unidades hidráulicas convencionais usam bombas que geram atrito mecânico entre os seus componentes. Este atrito é gerador de ruído que pode chegar a níveis elevados, dependendo do tipo de bomba e construção mecânica utilizado; b) Geração de Calor: o simples fato de a bomba e o motor elétrico continuarem funcionando quando os atuadores estão em repouso, faz com que o óleo hidráulico que não está sendo usado para realizar movimentos, fique constantemente sendo jogado para o reservatório e novamente seja bombeado para o sistema. O atrito constante das partes mecânicas que realizam o bombeamento são os principais geradores de calor no sistema, fazendo com que acessórios tais como Trocadores de Calor, sejam colocados na tentativa de reduzir as altas temperaturas no sistema; c) Necessidade de alto volume de óleo: para tentar dissipar parte do calor gerado pelo atrito dos componentes das bombas hidráulicas atuais, além de acessórios como o Trocador de Calor, faz-se necessário a utilização de grande volume de óleo nos reservatórios para que tenha tempo suficiente para a atuação do sistema de troca de calor atuar; d) Fica funcionando mesmo quando os atuadores estão em repouso: nas unidades hidráulicas convencionais, existe a necessidade de garantir a pressão do sistema, mesmo quando os atuadores hidráulicos estão em repouso, e por este motivo o motor elétrico e a bomba hidráulica permanecem funcionando direcionando o óleo para o reservatório. Este funcionamento contínuo é responsável não apenas pelo aquecimento, mas principalmente pelo consumo de energia elétrica desperdiçada; e) Vibrações: as unidades hidráulicas são produtoras de vibrações, que são gerados pelo motor elétrico e o atrito entre as partes mecânicas das bombas hidráulicas. Esta vibração, associada à baixa viscosidade do óleo devido o calor gerado, é responsável pela movimentação das conexões e passagem de óleo pelas fendas que vão se abrindo entre o contato dos filetes das roscas das conexões, que permite a passagem de óleo, formando os chamados “vazamentos”.

ESTADO DA TÉCNICA

[0009] É conhecido do estado da técnica o documento PI9703560-2, depositado em 13/04/1997 e publicado em 01/09/1998, sob o título de “SISTEMA DE FREIO DE ESTACIONAMENTO", o qual descreve um sistema de freio de estacionamento de vagão ferroviário acionado por pressão do ar e hidraulicamente aplicado incluindo fonte de ar para acionamento. Segundo a descrição, uma válvula de controle recebe o ar da fonte para iniciar a comunicação de ar. Um intensificador de pressão pneumática para pressão hidráulica recebe o ar na primeira câmara a partir da válvula, ao passo que uma segunda câmara intensificadora é conectada em sua primeira extremidade aberta com segunda extremidade parcialmente aberta da primeira câmara. O Fluido hidráulico é disposto na segunda câmara adjacente à sua segunda extremidade fechada; enquanto um cilindro de transmissão de força, em comunicação de fluido com a segunda câmara, exerce força sobre a travessa de freio carregando sapatas de freio na mesma que são colocadas em e mantidas em engate friccional com uma superfície respectiva da porção de rolagem de um par de rodas durante operação do sistema. Um elemento de pistão, disposto para movimento de reciprocação na primeira câmara, é deslocado linearmente quando uma sua primeira superfície sofre a ação do ar comunicado ao intensificador. Uma primeira vedação, em torno da porção periférica do pistão, contém ar comunicado ao intensificador na porção da primeira câmara localizada entre a primeira superfície e a primeira extremidade da primeira câmara. Um elemento de haste, disposto para mover-se linearmente nas primeira e segunda câmaras, é conectado na sua primeira extremidade à segunda superfície do pistão. Tal haste é deslocada linearmente em primeira e segunda câmaras pelo movimento do pistão. Uma segunda vedação, em torno da segunda porção de extremidade periférica da haste, retém o fluido hidráulico na segunda câmara entre a segunda extremidade da haste e a segunda extremidade da segunda câmara para comunicar fluido hidráulico ao cilindro de transmissão de força, pelo deslocamento linear da haste, e exercer força sobre a travessa portando sapatas.

[0010] Outro documento conhecido do estado da técnica é o PI9201091-1, depositado em 24/03/1992 e publicado em 28/09/1993, sob o título de PROCESSO E MÁQUINA PARA ABAULAR TUBOS METÁLICOS COM E SEM COSTURA. A invenção descreve uma prensa hidráulica, dotada de meios na base para fixar o molde, com haste do cilindro engatada na cabeça do molde movimentando-o linearmente abrindo e fechando ditos moldes. Ditos moldes construídos com anéis empilhados com encaixes circulares macho e fêmea. No interior do molde propriamente dito, uma cavidade com perfil usinado, limitando a deformação do tubo metálico contra a parede circular interna, onde dito tubo é expandido por fluido hidráulico sob alta pressão atuando na câmara na qual o fluido é injetado através da bomba que alimenta um intensificador de pressão provido de uma válvula de retenção rosqueada na haste do êmbolo injetor do fluido contido na câmara conectada à válvula direcional de centro aberto com a conexão bloqueada e as conexões, direcionando o fluxo para três câmaras através de respectivas conexões. A invenção inclui peças que atuam com pressão contra os topos do tubo, através dos chanfros assentados circularmente no tubo interno, objetivando obter uma vedação seca e tornar a câmara estanque.

[0011] Nos dois exemplos acima são mostrados dispositivos para intensificar a pressão, em usos específicos, no entanto, não atingem os objetivos da presente invenção, que é não só intensificar a pressão, como também reduzir o volume de óleo em relação às unidades convencionais; eliminar ruídos; reduzir o calor gerado pelo funcionamento do motor e atrito de óleo e; adequação automática à necessidade da demanda hidráulica.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0012] É um primeiro objetivo da invenção propor uma unidade capaz de desempenhar automaticamente o papel de um intensificador de pressão - booster - de um acumulador de pressão, realizando o mesmo trabalho de uma unidade de bombeamento hidráulico convencional, porém deslocando apenas o volume de óleo que será utilizado, no volume e pressão adequada para realizar o trabalho com o menor consumo de energia elétrica.

[0013] Um segundo objetivo da invenção é reduzir o volume de óleo utilizado em comparação às unidades convencionais, já que o sistema produz pressão hidráulica e vazão de óleo apenas na quantidade que será utilizada, eliminando o sistema de retorno par tanque, denominado vantagem.

[0014] Um terceiro objetivo da invenção é eliminar o ruído gerado pelo atrito das partes mecânicas e do motor elétrico.

[0015] Um quarto objetivo da invenção é a redução do calor gerado pelo funcionamento do motor elétrico e também pelo atrito do óleo quando permanece em circulação de retorno para o tanque no período em que os atuadores permanecem estáticos.

[0016] Um quinto objetivo é adequação automática à necessidade da demanda hidráulica.

[0017] Assim, por exemplo, na função booster, como apresenta um rápido enchimento com óleo em baixa pressão hidráulica, ao encontrar resistência bloqueia a bomba de baixa pressão (de maior diâmetro) e libera apenas a bomba de alta pressão que fornece a força de trabalho necessária para aquela situação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0018] O SISTEMA GERADOR DE FORÇA HIDRÁULICA, objeto da invenção, tem a sua operação baseada no acionamento por Servo Motor é constituído por no mínimo uma bomba, podendo ser duas ou mais, montadas em paralelo sendo as câmaras hidráulicas das mesmas com diâmetros e dimensões distintas, consequentemente com volumes diferentes, ao passo que a pressão hidráulica recebida da Bomba principal é a mesma.

[0019] Assim, a bomba com maior volume da câmara hidráulica produz uma pressão hidráulica menor, e se presta a movimentar o atuador hidráulico e / ou cilindro até a posição de trabalho com maior velocidade. Por outro lado, a bomba com menor volume gera alta pressão, ou seja, a pressão de trabalho. Portanto, todas as bombas trabalham em conjunto, o que resulta em uma maior vazão de óleo. Quando o atuador hidráulico chegar na posição de trabalho e encontrar resistência, a bomba de alta pressão (menor volume) bloqueia automaticamente a saída de óleo da bomba de menor pressão (maior volume), neste momento passando a atuar como um booster com o diferencial de que, mesmo em caso de vazamento no sistema continuará atuando como tal.

VANTAGENS DA INVENÇÃO

[0020] Em suma a patente em questão, proporciona os seguintes pontos positivos a serem destacados: J Versatilidade - automaticamente se adéqua às demandas hidráulicas necessárias; J Economia de cerca de 70 a 90% em energia elétrica; J Utiliza baixíssimo volume de óleo com redução de até 95%; J Eliminação de ruídos; J Elimina efeito pulsante; J É compacta e ocupa pouco espaço; J Não gera calor.

DESCRIÇÃO DASFIGURAS

[0021] A seguir para uma total visualização da construtividade, aplicação e funcionamento do “SISTEMA GERADOR DE FORÇA HIDRÁULICA”, e melhor elucidar o relatório técnico, explica-se com referência aos desenhos anexos, nos quais estão representados, de forma ilustrativa e não limitativa: Figura 1: Vista esquemática do Sistema Gerador de Força Hidráulica, onde se pode ver a Bomba Principal acoplada com as duas Bombas Secundárias; Figura 2: Vista esquemática ampliada da Bomba Secundaria; Figura 3: Vista esquemática ampliada da Bomba Principal acionada por Servo Motor;

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0022] O “SISTEMA GERADOR DE FORÇA HIDRÁULICA”, objeto da invenção, compreende pelo menos uma bomba, numa forma preferencial de execução da invenção por duas bombas, neste caso representada por três Bombas, sendo a “Bomba Principal” (A) acionada diretamente pelo Servo Motor (23), e as outras “Bombas (B) e (C)” montadas em paralelo e acionadas pelo óleo hidráulico que é fornecido pela Bomba Principal (A).

[0023] A Bomba Principal (A) possui um Servo Motor (23) que está acoplado a um Fuso (27) que ao girar no sentido de rotação do eixo, desloca a Porca do Fuso (26) para cima ou para baixo dependendo do sentido da rotação do seu eixo.

[0024] Esta Porca do Fuso (26) está presa na ponta da Haste do Êmbolo Hidráulico (30).

[0025] Ao girar o Fuso (27) ocorre o deslocamento do Êmbolo Hidráulico (30) e o óleo hidráulico que está acumulado na Câmara Hidráulica Inferior (32) recebe uma força aplicada que resulta em uma pressão hidráulica que irá forçar a saída do óleo através da Válvula de Retenção de Saída Inferior(34) e, conduzido até o ponto de utilização, sendo que, ao mesmo tempo, executa um processo de sucção do óleo hidráulico do Reservatório (22), fazendo com que o mesmo passe através da Válvula de Retenção de Entrada Superior (31) e fique armazenado na Câmara Hidráulica Superior (29).

[0026] Quando o Êmbolo Hidráulico (30) chegar próximo do fim de curso irá acionar o Sensor Inferior do Fuso (36) que irá promover a desaceleração do Servo Motor (23) eletronicamente, e comandar a sua Reversão para que passe a girar no sentido contrário da rotação de descida, fazendo com que a partir deste momento a Porca do Fuso (26) comece a se deslocar para cima, trazendo o Êmbolo Hidráulico (30).

[0027] Ao se deslocar para cima o Êmbolo Hidráulico (30) irá aplicar uma força no óleo hidráulico que está represado na Câmara Hidráulica Superior (29) e gerar uma pressão hidráulica, fazendo com que o óleo passe pela Válvula de Retenção de Saída Superior (28) e seja conduzido até o ponto de utilização e ao mesmo tempo succionando o óleo hidráulico do Reservatório (22), fazendo com que o mesmo passe através da Válvula de Retenção de Entrada Inferior (35) e fique armazenado na Câmara Hidráulica Inferior (32).

[0028] Este movimento de rotação do Servo Motor (23) se dará apenas quando os atuadores estiverem se movimentando, pois um sistema de monitoramento através de pressostato irá desacelerar a rotação do Servo Motor (23) e mantê-lo parado com um torque mínimo, eletronicamente controlado, suficiente para manter e garantir a pressão hidráulica do sistema.

[0029] Quando a pressão do sistema chegar a um ponto mínimo estabelecido, a rotação do Servo Motor (23) se dará automaticamente garantindo o fornecimento de óleo com a mesma pressão de trabalho estabelecida.

[0030] O objetivo deste monitoramento é promover a economia de energia elétrica e garantir que será deslocado a penas o volume de óleo necessário para deslocar um atuador hidráulico até o ponto desejado, evitando assim o desperdício que ocorre nos sistemas convencionais que direcionam este óleo para o reservatório em regime contínuo, gerando aquecimento, ruído e desgaste prematuro dos componentes da Bomba hidráulica.

FUNCIONAMENTO DA BOMBA PRINCIPAL

[0031] O princípio operacional do sistema da invenção se resume em uma força aplicada em uma área que está cheia de óleo hidráulico e o resultado é uma pressão capaz de deslocar este óleo até um atuador hidráulico e realizar um trabalho através de uma força aplicada.

[0032] Um Servo Motor (23) é acoplado a um Fuso (27) que está apoiado em dois mancais, um em cada extremidade, e possui uma Porca do Fuso (26) que se desloca no sentido axial do Fuso (27) à medida que este gira no sentido de rotação. A Porca do Fuso (26) está fixada na extremidade da Haste do Êmbolo Hidráulico (30) que é passante e tem a função de garantir a vedação da Câmara Hidráulica Superior (29) e da Câmara Hidráulica Inferior (32).

[0033] O Servo Motor (23) começa a girar no sentido de rotação e transmite este torque ao Fuso (27) que começa a deslocar a Porca do Fuso (26) que solidariamente desloca o Êmbolo Hidráulico (30) aplicando uma força sobre o volume de óleo que está armazenado na Câmara Hidráulica Inferior (32), gerando uma pressão hidráulica que obriga este óleo pressurizado a sair através da Válvula de Retenção de Saída Inferior (34) e se deslocar até o ponto de utilização, que poderá ser as Bombas Secundárias (B) e (C) ou diretamente o Bloco Pressurizado de Distribuição (3).

[0034] Ao mesmo tempo que o óleo da Câmara Hidráulica Inferior (32) é enviado para utilização, o mesmo Êmbolo Hidráulico (30) faz a sucção do óleo que está no Reservatório de Óleo (22) para dentro da Câmara Hidráulica Superior (29) para que o mesmo esteja pronto pare ser pressurizado e enviado para utilização.

[0035] Ao chegar no fim de curso e esgotar todo volume de óleo da Câmara Hidráulica Inferior (32), o Sensor Inferior do Fuso (36) é acionado e um comando de desaceleração e reversão no sentido de rotação do Servo Motor (23) é dado e, a partir deste momento, o Servo Motor (23) inverte o sentido de rotação do Fuso (27) e agora a Porca do Fuso (26) começa a se deslocar para cima, trazendo junto o Êmbolo Hidráulico (30) que começa a aplicar uma força no óleo que está represado na Câmara Hidráulica Superior (29), e resultando numa pressão hidráulica que força a abertura da Válvula de Retenção de Saída Superior (28) e o óleo pressurizado é enviado para as Bombas Secundárias (B) e (C) ou diretamente para o Bloco Pressurizado de Distribuição (3).

[0036] Este ciclo de subida e descida para bombear o óleo é constante desde que haja algum atuador em movimento, pois quando os atuadores hidráulicos estão em repouso e não existe necessidade de envio de óleo, então o Servo Motor (23) deixa de girar e através de um pressostato mantem um torque pré-definido com o objetivo de manter o sistema pressurizado.

[0037] Este pressostato de monitoramento é responsável pelo controle de rotação e torque do Servo Motor (23), e isto acontece pela definição de uma faixa de pressão máxima e mínima, previamente determinada, que tem como objetivo manter o sistema pressurizado e sempre pronto para enviar óleo pressurizado para o sistema, sem haver necessidade de manter óleo circulando para o reservatório, como acontece nos sistemas convencionais, e assim proporcionando economia de energia e reduzindo fonte de geração de calor.

FUNCIONAMENTO DA BOMBA SECUNDÁRIA

[0038] O princípio de funcionamento desta bomba é basicamente a produção de movimentos de avanço e retorno de um Êmbolo Hidráulico (7) que tem a função de sugar o óleo do Reservatório (22) e enviar para o ponto de utilização, sendo que este movimento se dá através de um Cilindro Hidráulico(12) localizado na parte central da Bomba Secundária (C) e (B), que recebe óleo pressurizado de uma Válvula Direcional Hidráulica (9) que tem a função de direcionar óleo para o Orifício de Entrada Superior do Cilindro Hidráulico (10) ou para o Orifício e Entrada Inferior do Cilindro Hidráulico.

[0039] O óleo hidráulico pressurizado vem da Bomba Principal (A), passando através da Válvula Direcional Hidráulica (38) e chega até a Válvula Direcional Hidráulica (13), que é uma válvula de duas posições e acionada por duplo solenoide, que tem a função de direcionar o óleo pressurizado para o Orifício de Entrada Superior do Cilindro Hidráulico (10) ou para o Orifício de Entrada Inferior do Cilindro Hidráulico para fazer o Cilindro Hidráulico subir ou descer.

[0040] Quando o óleo hidráulico é direcionado para o Orifício de Entrada Inferior do Cilindro Hidráulico (11), o Êmbolo Hidráulico Triplo (7) começa a se deslocar para cima, comprimindo o óleo que está represado na Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Cima (6), fazendo com que a força aplicada resulte em uma pressão hidráulica que empurra o óleo pressurizado para fora através da Válvula de Retenção de Saída (5) e levando este óleo pressurizado até o Bloco Pressurizado de Distribuição (3) e durante o deslocamento suga o óleo do Reservatório (22) para encher a Câmara hidráulica Inferior da Camisa de Baixo (16) que permanecerá represado e retido através da Válvula de Retenção de Sucção (17) e pronto para ser comprimido no momento em que houver a reversão automática do sistema.

[0041] As válvulas de retenção de sucção (4) e (17) e válvulas de retenção de saída (5) e (15) posicionadas nas câmaras hidráulicas (6) e (14) propiciam o fluxo do óleorespectivamente para umas tubulações de sucção de baixa pressão, provenientes de um reservatório (22) de óleo, e para umas tubulações de alta pressão das câmaras superior (6) e inferior (16), que seguem para um Bloco Pressurizado de Distribuição (3) e daí para a aplicação em um bloco e/ ou cilindros hidráulicos (X).

[0042] Ao chegar no fim de curso de subida, o Embolo Hidráulico Triplo (7) empurra o Pino Acionador Superior (20) e aciona o Sensor Superior (21) que envia um sinal para a Válvula Direcional Hidráulica Duplos Solenoides (9) mudar de posição e agora direciona o óleo pressurizado, que vem da Bomba Principal (A), para o Orifício de Entrada Superior do Cilindro Hidráulico (10) e começa a deslocar o Êmbolo Hidráulico Triplo (7) para baixo, fazendo com que a força aplicada resulte em uma pressão hidráulica que empurra óleo pressurizado para fora através da Válvula de Retenção da Saída (15) e durante o deslocamento suga o óleo do Reservatório (22) para encher a Câmara hidráulica superior da Camisa de Cima (6) onde permanecerá represado e retido através da Válvula de Retenção de Sucção (4) e pronto para ser comprimido no momento em que houver a reversão automática do sistema.

[0043] A Câmara Hidráulica Inferior da Camisa de Cima (8) e a Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Baixo (14) não são compartimentos para armazenar óleo, sendo que nestes pontos existem pequenos orifícios de saída de ar residual que fica nestes pontos, para permitir o livre deslocamento do Êmbolo Hidráulico Triplo (7).

[0044] A reversão automática das Bombas ocorrerá de forma contínua enquanto houver atuadores em movimento. Quando estes Atuadores chegarem no final de curso, a Bomba Principal (A) deixará de enviar óleo e manterá o circuito pressurizado através de um torque, previamente determinado, no Servo Motor (23).

FUNCIONAMENTO DAS TRÊS BOMBAS EM CONJUNTO

[0045] O objetivo desta configuração, de três Bombas é ter um melhor aproveitamento do volume de óleo deslocado, tendo como resultado o menor consumo de energia elétrica possível.

[0046] A título de exemplo vamos determinar algumas pressões de trabalho para melhor elucidar o entendimento do funcionamento das três Bombas em conjunto. A Bomba Principal (A) produz 150 bar de pressão hidráulica e desloca óleo para as duas Bombas Secundárias (B) e (C) simultaneamente.

[0047] A Bomba Secundária (B) e a Bomba Secundária (C) possuem o mesmo diâmetro e área na Câmara Superior do Cilindro Hidráulico (12), o que garante que a força resultante da pressão hidráulica recebida seja igual para as duas Bombas Secundárias (B) e (C).

[0048] A Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Cima (6) das Bombas Secundárias (B) e (C) possuem diâmetros e áreas diferentes, e estas tem como objetivo produzir pressões e volumes de óleo diferentes uma da outra.

[0049] A pressão hidráulica é resultado da força aplica sobre uma área, assim sendo, existindo a mesma força aplicada nas Bombas Secundárias (B) e (C), que possuem diâmetros e áreas diferentes, a pressão resultante será diferente nas duas Bombas.

[0050] A Bomba Secundária (B) possui uma pressão hidráulica de saída igual a 80 bar, e a Bomba Secundária (C) possui uma pressão hidráulica igual a 120 bar.

[0051] Sabe-se que durante o deslocamento de um atuador, até o ponto em que realmente começa a exercer a força necessária para executar um trabalho, a pressão hidráulica é menor na maioria dos casos.

[0052] Normalmente nos sistemas hidráulicos convencionais utilizam-se duas Bombas hidráulicas acopladas ao mesmo eixo do motor. Isto é feito para que se trabalhe com duas vazões e pressões hidráulicas diferentes, ou seja, ambas as Bombas estão fornecendo óleo para o sistema, e quando a pressão é menor as duas Bombas enviam óleo para o sistema até o momento em que o Atuador hidráulico começa a fazer força. Neste momento a Bomba de maior vazão e menor pressão passa a jogar para o reservatório todo óleo que está sendo bombeado do reservatório.

[0053] Ao trabalhar com duas bombas acopladas ao mesmo eixo o esforço do motor é maior do que quando se trabalha com apenas uma bomba, mesmo que o óleo esteja circulando livre e direcionando para o reservatório, pois mesmo neste caso existe um esforço de compressão sobre um certo volume de óleo no interior da bomba.

[0054] No caso do “SISTEMA GERADOR DE FORÇA HIDRÁULICA”tal aspecto não acontece, porque é possível ter uma, duas ou mais bombas com vazão e pressão diferente e todas elas alimentadas pela mesma fonte geradora de pressão, que é a Bomba Principal (A) que tem a função de alimentar o Bloco Pressurizado de Distribuição (3) através da Válvula Direcional Hidráulica (37) e ao mesmo tempo a Bomba Secundária (B) e a bomba secundária (C), através da Válvula Direcional Hidráulica (38).

[0055] As Bombas secundárias (B) e (C) possuem um corpo principal, que é um cilindro hidráulico com hastes passantes, que se projetam para os dois lados opostos, sendo que na ponta de cada extremidade da haste existe um outro êmbolo onde aqui chamaremos de Êmbolo Hidráulico Triplo (7).

[0056] O diâmetro do Êmbolo hidráulico central, que divide a Câmara Superior do Cilindro Hidráulico (12) isolando o Orifício de Entrada Superior do Cilindro Hidráulico (10) do Orifício de Entrada Inferior do Cilindro Hidráulico (11) é igual para a Bomba Secundária (B) e para a Bomba Secundária (C), sendo que o que difere entre as duas Bombas (B) e (C) é o Diâmetro da Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Cima (6) e o Diâmetro da Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Baixo (14).

[0057] O objetivo de ter um cilindro hidráulico central igual para as duas Bombas (B) e (C) é garantir que a força aplicada na Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Cima (6) da Bomba Secundária (B) seja igual à força aplicada na Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Cima (6) da Bomba Secundária (C).

[0058] A Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Cima (6) da Bomba Secundária (C) tem o diâmetro menor do que a Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Cima (6) da Bomba Secundária (B), assim sendo, como resultado a área e o volume das duas Bombas Secundárias são diferentes, ou seja, a que tem diâmetro menor possui área menor e consequentemente o volume de óleo armazenado é menor, no caso de ambas terem o mesmo curso.

[0059] Ao aplicar uma força na Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Cima (6) da Bomba Secundária (C), que tem um diâmetro menor do que a Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Cima (6) da Bomba Secundária (B), ter-se-á uma pressão hidráulica “maior” porem um volume de óleo deslocado “menor”, e o mesmo acontece quando aplica-se a mesma força na Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Cima (6) da Bomba Secundária (B), que apresenta um resultado inverso, ou seja, resultará em “menor” pressão hidráulica e “maior” volume de óleo deslocado.

[0060] Considerando que a Válvula Direcional Hidráulica (37) está fechada e a Válvula direcional Hidráulica (38) está aberta, todo óleo hidráulico pressurizado enviado pela Bomba Principal (A) está alimentando a Câmara Superior do Cilindro Hidráulico (12) das duas Bombas Secundárias (B) e (C), fazendo com que elas se movimentem bombeando o óleo da Câmara Hidráulica Superior da Camisa de Cima (6) das duas Bombas Secundárias (A) e (B) até o ponto de utilização, somando-se o volume de óleo das duas bombas, desde que a pressão seja inferior a pressão da Bomba Secundária (B).

[0061] As pressões hidráulicas produzidas irão variar de acordo com a área da Bomba e a força aplicada, seja no caso na Bomba principal (A) e também nas Bombas Secundárias (B) e (C).

[0062] Para elucidação da realização da invenção, há de se considerar algumas pressões e vazões; por exemplo, asPressões hidráulicas de saída das Bombas e respectivas vazões são: 150 bar e 50 Litros por minuto na saída da Bomba Principal (A), 80 bar e 180 litros por minuto na saída da Bomba Secundária (B) e 120 bar e 100 Litros por minuto na saída da Bomba secundária (C).

[0063] Um atuador Hidráulico, que irá utilizar o óleo pressurizado para se movimentar, se desloca com uma pressão hidráulica de 70 bar durante 80% do seu trajeto total, 110 bar durante 20% do seu trajeto total no avanço, e o retorno do mesmo tem uma pressão de 40 bar em 100 % do trajeto.

[0064] Neste caso, a Bomba Principal (A) irá enviar óleo para movimentar as Bombas Secundárias (B) e (C) que irão se movimentar e bombear óleo para o sistema.

[0065] Durante a primeira fase do trajeto de avanço, que corresponde a 80%, a pressão hidráulica é de 70 bar, e assim sendo, as duas Bombas Secundárias estarão enviando óleo para o sistema e somando as duas vazões, ou seja, 280 Litros por minuto, com uma pressão de 70 bar.

[0066] Quando chegar na segunda fase do ciclo, onde a pressão passará para 110 bar, ao encontrar resistência, a pressão irá aumentar automaticamente porque a Bomba Secundária (C), que tem capacidade de gerar até 120 bar, irá produzir os 110 bar necessários para realizar o trabalho, e automaticamente esta pressão irá fechar as Válvulas de Retenção de Sucção (4) e (17) desativando temporariamente esta Bomba, e passará a enviar apenas 100 Litros por minuto, que é a vazão máxima da Bomba Secundária (C).

[0067] Após chegar no fim de curso, e começar o retorno do Atuador Hidráulico, onde a pressão necessária para 100% deste trajeto é de 40 bar, novamente as duas Bombas Secundárias irão trabalhar juntas, enviando uma vazão de 280 Litros de Óleo por minuto, a uma pressão de 40 bar.

[0068] Quando o sistema exigir uma pressão de 150 bar, as duas Bombas Secundárias são bloqueadas automaticamente, por diferencial de pressão, e somente a Bomba Principal (A) irá enviar óleo.

Claims (16)

1) Sistema gerador de força hidráulica constituído por uma bomba principal, que é a bomba motriz com capacidade de gerar a força e pressão hidráulica inicial que alimentará as bombas secundárias (B e C) que são as bombas movidas, em que o sistema gerador de força hidráulica é constituído por um servo motor (23), um reservatório de óleo (22), um fuso (27) compreendendo uma porca do fuso (26) e um êmbolo hidráulico (30), em que o êmbolo hidráulico (30) se desloca nos dois sentidos junto ao eixo do fuso (26), caracterizado por: uma bomba principal (A) constituída por camisas de cima e de baixo (6, 14) com câmaras hidráulicas inferior e superior (29, 32); duas bombas (B e C) operadas em paralelo; um bloco pressurizado de distribuição (3); um êmbolo hidráulico triplo (7); um pino acionador inferior (18); um sensor inferior (19); uma válvula duplo solenoide (9); e um cilindro hidráulico (12) ; em que a bomba principal (A) atua automaticamente como bomba, intensificador e acumulador de pressão; e em que o servo motor (23) aciona e move a bomba principal (A), produzindo torque e rotação para fazer girar o fuso (27) através do deslocamento da porca do fuso (26) para baixo e para cima; em que a porca do fuso (26) está fixada em uma das extremidades da haste de um êmbolo hidráulico (30); em que o deslocamento do êmbolo hidráulico pressiona o óleo hidráulico armazenado nas câmaras hidráulicas inferior e superior (29, 32), sendo que o óleo represado nas câmaras hidráulicas das camisas de cima e de baixo (6, 14) é deslocado com pressão até o bloco pressurizado de distribuição (3); em que o bloco pressurizado de distribuição (3) empurra o referido óleo que sai e promove o enchimento da câmara hidráulica superior (6) oposta ao lado que está sendo pressurizado; em que a câmara hidráulica superior (6) succiona o óleo presente no reservatório de óleo (22); em que o êmbolo hidráulico triplo (7) ao chegar no fim do curso, esvazia a câmara hidráulica superior da camisa de baixo (14) deslocando o pino acionador inferior (18); em que o pino acionador inferior (18) aciona o sensor inferior (19) eletronicamente ou mecanicamente, gerando uma mudança de posição da válvula direcional hidráulica duplo solenoide (9); em que a válvula direcional hidráulica duplo solenoide (9) enviará o óleo pressurizado para o orifício de entrada inferior (11) do cilindro hidráulico (12) e começará a se deslocar no sentido contrário e assim sucessivamente.

2) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a rotação produzida pelo servo motor ser interrompida, e o torque ser mantido constante ao se atingir a pressão hidráulica máxima desejada e os atuadores estando em repouso.

3) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por mediante as mudanças automáticas no sentido de rotação do servo motor (23), a bomba entrar em regime de trabalho contínuo, sugando o óleo do reservatório (22) no mesmo movimento que faz de pressurizar e empurrar o óleo para o sistema.

4) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser, numa construção, composta por um ou mais câmaras hidráulicas (32) representada e composta por um êmbolo hidráulico que se movimenta no sentido axial do fuso (27), ou do eixo da câmara hidráulica inferior (32) bombeando todo volume de óleo em um só movimento até o ponto de reversão para iniciar o processo de esvaziamento da câmara hidráulica que está oposta e já abastecida com óleo estando pronta para ser bombeada.

5) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas bombas secundárias (B) e (C) apesar de terem os diâmetros das câmaras hidráulicas (6, 14) diferentes, possuem o mesmo princípio, que compreende um cilindro (12) hidráulico com um êmbolo (7) mediano delimitador de duas câmaras hidráulicas, inferior e superior, além de dois êmbolos hidráulicos extremos atuantes em umas câmaras hidráulicas superiores (6) e umas câmaras inferiores (16) de volumes distintos; enquanto uma câmara (6) é preenchida e a outra câmara (16) é esvaziada sem interrupção; as bombas (B) e (C) têm um sistema mecânico ou eletrônico de inversão automático; válvulas de retenção de sucção (4) e (17) e válvulas de retenção de saída (5,15) posicionadas nas câmaras hidráulicas (6,14) propiciam o fluxo do óleo respectivamente para umas tubulações de sucção de baixa pressão, provenientes de um reservatório (22) de óleo, e para umas tubulações de alta pressão das câmaras superior (6) e inferior (16), que seguem para um bloco pressurizado de distribuição (3) e daí para a aplicação em um bloco e/ ou cilindros hidráulicos (X).

6) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1 ou 5, caracterizado por as bombas secundárias (B) e (C) possuírem duas câmaras (6) e (16) de pressurização localizadas em extremidades opostas uma da outra.

7) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1 ou 5, caracterizado por enquanto o êmbolo (7) da câmara de pressurização (16) empurra o óleo para o circuito, a câmara de pressurização (6) é preenchida pela sucção do óleo proveniente do reservatório (22) e vice-versa.

8) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma, ou duas bombas, atuar no enchimento e a outra bomba no enchimento e pressurização do circuito com maior vazão de óleo e pressão menor do que a pressão de trabalho final, que é dada pela bomba principal (A).

9) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1 ou 5, caracterizado pelas bombas secundárias (B) e (C) possuírem sensores (19) e (21) que são acionados pelos pinos acionadores (18) e (20), que quando tocadas pelo êmbolo hidráulico triplo (7), combinado com a ação de uma válvula direcional hidráulica duplo solenoide (9), orienta o correto sentido da movimentação das bombas e do fluxo de pressurização e de sucção.

10) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1 ou 5, caracterizado pela válvula direcional hidráulica duplo solenoide (9) ao mudar de posição fazer a alternância de direção nas câmaras superior e inferior do cilindro hidráulico (12).

11) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1 ou 9, caracterizado por com as mudanças automáticas das posições da válvula direcional hidráulica duplo solenoide (9), a bomba entra em regime de trabalho contínuo, sugando o óleo do reservatório (22) no mesmo movimento que faz de pressurizar e empurrar o óleo para o sistema.

12) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1 ou 5, caracterizado por os atuadores hidráulicos que irão utilizar o óleo pressurizado para realizar um trabalho (X) ao encontrarem resistência, a unidade entrar automaticamente na modalidade intensificador de pressão, através do bloqueio automático da bomba secundária de menor pressão.

13) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1 ou 5, caracterizado pelas bombas (A), (B) e (C) que atuam no enchimento, mudarem de função; a bomba de menor pressão (B) é automaticamente bloqueada, por meio da válvula de retenção, pela pressão maior que é gerada pela bomba de maior pressão (C), e o bloqueio automático das duas bombas de menor pressão (B) e (C), que é realizado pela bomba principal (A) que é a bomba motriz e tem maior pressão, acontecendo a medida que encontrarem resistência durante o deslocamento dos atuadores hidráulicos que estão utilizando o óleo pressurizado para a realização de algum trabalho.

14) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ao atingirem a pressão hidráulica de projeto as bombas (A), (B) e (C) deixam de funcionar automaticamente, ao chegar a força limite à aplicada pelo êmbolo hidráulico (30).

15) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por manter a pressão e entrar na modalidade de acumulador de pressão utilizando um torque constante no servo motor (23) ou com utilização de um acumulador de pressão externo somado ao travamento do servo motor (23).

16) Sistema gerador de força hidráulica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a unidade poder operar com apenas uma bomba.

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