BR112020024157A2

BR112020024157A2 - conjunto de cilindro hidráulico, vara oca cilíndrica e abrigo cilíndrico externo

Info

Publication number: BR112020024157A2
Application number: BR112020024157-1A
Authority: BR
Inventors: Sam Turnbull
Original assignee: Flip Screen Australia Pty Ltd
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2021-03-02
Also published as: CN112585362A; JP7477170B2; US11333176B2; AU2019277195A1; EP3803135A1; WO2019227146A1; CA3101487A1; EP3803135A4; US20210207626A1; NZ770143A; AU2018203763A1; JP2021532311A

Abstract

conjunto de cilindro hidráulico, vara oca cilíndrica e abrigo cilíndrico externo. é descrito um cilindro hidráulico (1) que age como vara oca de cilindro em um cilindro hidráulico externo (10) que compreende uma vara interna (4) com pistão (2) e cabeça de pistão (3), em que a vara oca do cilindro (1) é mantida de forma longitudinalmente deslocável no abrigo de cilindro (10). o sistema possui adicionalmente uma base de cilindro (5) e uma cobertura de fibra (14) sobre o invólucro externo de cilindro hidráulico (10). o sistema também possui portas de fluido (11, 12 e 13) correspondentes a quatro câmaras (6, 7, 8 e 9, respectivamente). segundo a presente invenção, ao aplicar-se pressão à câmara (7), a vara interna (4) estende-se para o interior da câmara (6), deslocando sua massa e aumentando dramaticamente a pressão na câmara (6). este deslocamento é efetivamente uma bomba interna que pode ser ativada por diversas vezes dentro um dado impulso da vara (1).

Description

CONJUNTO DE CILINDRO HIDRÁULICO, VARA OCA CILÍNDRICA E ABRIGO CILÍNDRICO EXTERNO CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um cilindro hidráulico e, mais especificamente, a um cilindro hidráulico que possui uma disposição intrascópica de vara oca cilíndrica coaxial no seu interior que age como vara de pistão, de forma a permitir a produção de uma série de variações de forças, velocidades, pressões e fluxos para sua aplicação em áreas além do escopo de cilindros hidráulicos convencionais.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Cilindros hidráulicos são extensamente utilizados em uma série de aplicações industriais para fornecer controle de movimento linear. Esses cilindros são compostos de um invólucro metálico com formato cilíndrico com um conjunto de vara e pistão que se move para a frente e para trás no interior do invólucro. O conjunto de pistão e vara divide o volume no interior do invólucro cilíndrico em duas câmaras separadas, tais como a câmara frontal e a câmara traseira. Para um cilindro de vara isolado, esses dois volumes são denominados: volume da extremidade da vara (câmara frontal), em que a extremidade da vara é a extremidade do cilindro a partir da qual se protubera a vara e o volume da extremidade de tampa (câmara traseira), em que a extremidade de tampa não possui uma vara.

[003] À medida que esses volumes são pressurizados, forças hidrostáticas causadas pelo fluido pressurizado agem sobre as superfícies do recipiente que contém o fluido. As forças que agem sobre o conjunto de vara e pistão causam, portanto, sua movimentação, estendendo a vara para fora do invólucro cilíndrico ou retraindo a vara para o interior do invólucro cilíndrico. Carga externa pode ser fixada à vara do cilindro e, à medida que o conjunto de vara e pistão se move, é exercida uma força sobre a carga, fazendo com que a carga se mova ao longo de um trajeto linear. Para um cilindro em retração, o fluxo deixa a tampa e sai através de uma porta antes de retornar para o restante do circuito hidráulico através de uma porta de cilindro. O cilindro para quando o pistão atinge o final do seu impulso ou quando o pistão faz contato com a tampa da extremidade. Normalmente, uma lança amortecedora cilíndrica e um colar são fixados sobre cada lado do pistão para auxiliar em sua desaceleração antes de entrar em contato com a tampa da extremidade durante a retração ou de atingir a outra extremidade durante a extensão, respectivamente.

[004] Os cilindros hidráulicos com ação dupla convencionais que possuem uma câmara traseira e uma câmara frontal, portanto, funcionam essencialmente por meio de extensão e retração do conjunto de vara de pistão no interior da superfície interna do invólucro cilíndrico. Em casos normais, a velocidade em que o conjunto de vara de pistão se estende é maior que durante a sua retração. Isso significa que ele se move em qualquer direção em velocidades diferentes. A razão dessa diferença pode ser compreendida considerando-se o fato de que, quando a bomba empurra certa quantidade de fluido, ela passa através da válvula até a extremidade traseira ou a extremidade frontal. Desta forma, é necessário muito mais fluido na câmara traseira para empurrar o pistão para estendê-lo que o fluido necessário na câmara frontal para empurrá-lo para retração. Assim, quando for introduzida pressão dominante na parte traseira do cilindro, a vara estende-se lentamente e, quando pressão similar for aplicada à frente do cilindro, ela se retrairia com muito mais rapidez.

[005] Quando houver necessidade de controle de velocidade do conjunto de vara e pistão durante a extensão ou a retração, este pode ser atingido controlando-se o fluxo de fluido. Uma abordagem geral é a instalação de um dispositivo de controle de fluxo no circuito hidráulico entre a válvula e a entrada/saída de fluido das câmaras traseira ou frontal.

[006] Tem havido muitas tentativas, conforme relatado na literatura do estado da técnica, de criar um cilindro com potência múltipla, mas todos eles incluíram soluções externas. A presente invenção é uma solução totalmente integrada a um controle e cilindro hidráulico independente. Não há necessidade de intensificador externo, linhas hidráulicas secundárias com alta pressão ou quaisquer outros compromissos.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[007] Problema da técnica:

[008] Como os cilindros hidráulicos convencionais dependem de pressões e fluxos fornecidos por válvulas e bombas hidráulicas, a sua capacidade de manobra é muito limitada. Os cilindros normais são limitados por meio de entrada de fluxo e pressão limitada e, portanto, podem não funcionar quando maior força for necessária. Para aplicações em que é necessária maior força, é preciso substituir o cilindro menor por um cilindro relativamente maior. Uma consequência dessa ação é o fato de que a extensão e retração do cilindro maior será mais lenta. Existe, portanto, a necessidade de um cilindro hidráulico compacto e eficiente que possa funcionar ao longo de uma ampla faixa de força necessária.

[009] Solução do problema:

[0010] A disposição intrascópica de diversos cilindros concêntricos, conforme descrito na presente invenção, cria sua própria pressão mais alta que a fornecida por circuitos hidráulicos convencionais. Isso transforma o cilindro em uma bomba cilíndrica.

[0011] O cilindro intrascópico de acordo com a presente invenção pode funcionar rapidamente como um cilindro pequeno, mas não possui a capacidade adicional de produzir força enorme quando necessário. Na maior parte das aplicações, cilindros hidráulicos utilizarão apenas pequena quantidade da sua força potencial, mas necessitam ser suficientemente grandes para produzir picos de carga ocasionais. A presente invenção permite que o cilindro seja menor, mais leve e mais rápido, mas ainda possua a capacidade de produzir grande força quando necessário.

[0012] Efeitos vantajosos da presente invenção:

[0013] O cilindro hidráulico intrascópico de acordo com a presente invenção pode ser utilizado para uma série de aplicações em que são utilizados cilindros hidráulicos convencionais e além das quais os cilindros hidráulicos padrão são considerados inadequados. Os principais usos da presente invenção são a intensificação, velocidade variável, cargas variáveis, forças variáveis e forças maiores que as possíveis com o cilindro hidráulico convencional do mesmo tamanho.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0014] A Figura 1 exibe vista em corte transversal do cilindro hidráulico intrascópico de acordo com a presente invenção em uma realização.

[0015] A Figura 2 exibe uma vista em corte transversal do cilindro hidráulico intrascópico de acordo com a presente invenção em segunda realização.

[0016] A Figura 3 exibe os resultados de teste de um protótipo de cilindro hidráulico de acordo com a presente invenção.

[0017] A Figura 4 exibe a representação gráfica dos resultados de teste exibidos na Figura 3.

[0018] Números de referência nas figuras: 1 Vara oca cilíndrica 2 Pistão 3 Pistão – Cabeça 4 Vara interna 5 Base do cilindro 6 Câmara 7 Câmara 8 Câmara 9 Câmara 10 Cilindro 11 Porta hidráulica 12 Porta hidráulica 13 Porta hidráulica 14 Fibra 15 Vara oca

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0019] Os detalhes de uma realização preferida da presente invenção em conjunto com as etapas inventivas serão agora descritos especificamente para abordar as questões levantadas nos antecedentes e no estado da técnica acima. Poderá haver outras realizações possíveis da presente invenção que desdobram as principais etapas inventivas descritas no presente e, portanto, o escopo e o objetivo da patente não são limitados.

[0020] O cilindro intrascópico de acordo com a presente invenção foi concebido como combinação de dois cilindros hidráulicos integrados entre si, cujo envelope ou invólucro exterior é virtualmente similar a um cilindro padrão. Neste conceito, portanto, um cilindro hidráulico menor invertido no interior do cilindro exterior age como conjunto de vara e pistão de um cilindro hidráulico convencional. Este mecanismo permite que se tenha mais de duas câmaras (câmaras frontal e traseira) como em um cilindro hidráulico convencional com maior quantidade decorrente de portas hidráulicas. Neste mecanismo, ao aplicar-se pressão a uma das câmaras, sua vara interna estender-se-ia ao interior da câmara oposta, deslocando sua massa e aumentando dramaticamente a pressão no seu interior. Este deslocamento é, na verdade, uma bomba interna que pode ser ativada por diversas vezes em um dado impulso da vara modificada (ou seja, um cilindro menor invertido no interior do cilindro externo).

[0021] O conceito acima é completamente “inovador” e, de nosso conhecimento, não foi relatado anteriormente em nenhum lugar. Além disso, características inventivas da presente invenção são descritas abaixo por meio de possíveis realizações nos exemplos a seguir.

EXEMPLO

[0022] A Figura 1 exibe uma possível realização da presente invenção, na qual o cilindro menor, denominado “Vara Oca Cilíndrica”, 1 age como uma vara de cilindro hidráulico convencional no interior do cilindro exterior 10 e da base 5 que é mais ou menos como um invólucro exterior de um cilindro hidráulico convencional. A diferença entre este mecanismo e o cilindro hidráulico convencional é o fato de que a realização da Figura 1 agora possui diversas portas para fluido, 11, 12 e 13, correspondentes a quatro câmaras 6 e 7, 8 e 9. A extremidade de vara do cilindro interno menor 1 é oca e contém um pistão 2, uma cabeça 3 e uma vara interna

4. O cilindro externo 10 é similar ao cilindro de dupla ação convencional. Ao aplicar-se pressão à câmara 7, a vara interna 4 estende-se para o interior da câmara 6, deslocando sua massa, e aumenta dramaticamente a pressão na câmara 6. Este deslocamento é, na verdade, uma bomba interna que pode ser ativada por diversas vezes em um dado impulso da vara 1.

[0023] Introduzindo-se pressão na câmara 6 e, em seguida, mediante desafio, subsequentemente na câmara 7, a vara 4 deslocará a câmara pressurizada existente 6 e aumentará a pressão naquela câmara. O cilindro 10 produzirá mais força transmitida através da vara 1 que um cilindro convencional com o mesmo tamanho de orifício.

[0024] Introduzindo-se pressão na câmara 7 após a câmara 6 atingir seu potencial de força máxima sob a pressão do sistema ou pressão previamente determinada, a vara 4 deslocará o fluido na câmara 6, aumentando a pressão na câmara 6 para além da introduzida anteriormente pela fonte hidráulica ou “pressão do sistema”. Isso permite que o cilindro intrascópico crie forças que anteriormente não podiam ser atingidas dentro de envelopes de tamanho normal e em um sistema hidráulico que não pode oferecer pressão ilimitada.

[0025] O conceito de cilindros hidráulicos integrados concêntricos pode ser praticado em muitas realizações diferentes. A Figura 2 ilustra outra realização da presente invenção na qual a vara interna 4 desliza no interior de uma vara oca 15.

[0026] Nesta realização da Figura 2, ao aplicar- se pressão à câmara 6 e, em seguida, à câmara 7, o pistão 2 força a vara 4 para o interior da câmara 6 e, em seguida, força a vara oca 15 para o interior da câmara 6, produzindo diversas velocidades e forças.

[0027] Embora os cilindros hidráulicos convencionais dependam de pressões e fluxos fornecidos por bombas hidráulicas, válvulas e intensificadores externos, portanto, o cilindro intrascópico de acordo com a presente invenção cria sua própria pressão mais alta que a fornecida por circuitos hidráulicos convencionais. Isso transforma o cilindro em um cilindro/bomba.

[0028] A resistência de faixas e torção são dois desafios significativos na fabricação de cilindros hidráulicos, que são superados na presente invenção por uma vara interna 1 que é larga e oca. Toma-se cuidado para que a vara 4 e o bloco traseiro 5 na Figura 1 não colidam.

[0029] O encurvamento, ou seja, a expansão do cilindro externo 10 (Figura 1) é outra área problemática em cilindros hidráulicos, que é evitada no presente por uma cobertura adicional de material fibroso, ou seja, fibra de carbono ou fibra de nanotubos 14 sobre o cilindro externo 10 do cilindro hidráulico intrascópico de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0030] A fim de demonstrar a aplicabilidade industrial da presente invenção, foi fabricado um protótipo de cilindro em escala de laboratório de acordo com o projeto exibido na Figura 1. As câmaras 6 e 7 do cilindro foram equipadas com medidores de pressão apropriados para monitorar a pressão no interior dessas câmaras quando se permitiu a entrada de fluido através da porta na câmara 6 em uma dada pressão externa. As pressões nas câmaras 6 e 7 foram observadas com relação à pressão de fornecimento à câmara 6 conforme exibido na Figura 3. A Figura 4 exibe uma representação gráfica da pressão observada na câmara 6 devido ao aumento intrascópico da pressão nesse cilindro. Pode-se observar que, com pressão relativamente mais baixa de cerca de 50 bar, é possível atingir pressão de até 135 bar.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. CONJUNTO DE CILINDRO HIDRÁULICO, caracterizado por compreender uma vara oca cilíndrica que possui um pistão, cabeça de pistão e uma vara interna; e que é mantido de forma longitudinalmente deslocável no interior de um abrigo cilíndrico externo.

2. VARA OCA CILÍNDRICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por possuir uma porta hidráulica para o fluxo de fluido no seu corpo na extremidade superior externa ao conjunto de cilindro hidráulico e que também possui uma porta hidráulica adicional para fluxo de fluido no seu corpo próximo à sua base que é interna ao conjunto de cilindro hidráulico.

3. VARA OCA CILÍNDRICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por possuir uma vara oca afixada à cabeça de pistão na qual a vara interna da vara oca cilíndrica estende-se e retrai-se por deslizamento no seu interior.

4. ABRIGO CILÍNDRICO EXTERNO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir uma base cilíndrica e uma porta hidráulica para o fluxo de fluido perto da base cilíndrica e também que possui uma porta hidráulica adicional para fluxo de fluido no seu corpo que são ambas externas ao corpo do abrigo cilíndrico exterior.

5. ABRIGO CILÍNDRICO EXTERNO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir cobertura de material fibroso, ou seja, fibra de carbono ou fibra de nanotubos, sobre o seu corpo.