BR112020026827A2 - Máquina de equipamento pesado, método para operar uma lança da mesma e sistema de lança para uma base de máquina - Google Patents

Abstract

máquina de equipamento pesado, método para operar uma lança da mesma e sistema de lança para uma base de máquin. um sistema de lança (boom) incluindo uma lança de guindaste articulada a uma base de máquina; uma lança de braço tendo uma extremidade proximal articulada à lança de guindaste e uma extremidade distal configurada para transportar uma ferramenta de trabalho; pelo menos um cilindro de guindaste hidráulico montado entre a base da máquina e a lança de guindaste; um primeiro cilindro de braço montado entre a lança de guindaste e a lança de braço; um segundo cilindro de braço montado similarmente e mecanicamente ligado ao primeiro cilindro de braço; e um circuito hidráulico para fornecer fluido hidráulico ao cilindro de guindaste e aos cilindros de braço, em que o circuito hidráulico inclui uma linha de conduíte hidráulica conectando uma extremidade de base do pelo menos um cilindro de guindaste com uma extremidade de base do segundo cilindro de braço para permitir que o fluido hidráulico desvie entre as extremidades da base do cilindro de guindaste e o segundo cilindro de braço.

Description

MÁQUINA DE EQUIPAMENTO PESADO, MÉTODO PARA OPERAR UMA LANÇA DA MESMA E SISTEMA DE LANÇA PARA UMA BASE DE MÁQUINA CAMPO

[001] Esta invenção se refere a um sistema e método de lança (boom) de equipamento pesado e a um circuito hidráulico para o mesmo. Mais particularmente, a invenção se refere a um sistema de lança para fornecer controle adaptável de uma lança de equipamento pesado usando sistema hidráulico.

ANTECEDENTES

[002] Lanças de equipamentos pesados são usadas em uma variedade de indústrias e aplicações. A lança é uma estrutura que se estende a partir de uma base de máquina que permite que a base de máquina mova uma ferramenta na extremidade da lança em pelo menos duas dimensões (normalmente horizontal e verticalmente ou alguma combinação das mesmas) para que a ferramenta possa ser usada para vários fins como cortar, cavar ou afins. Nos casos em que a lança se move em duas dimensões, a base de máquina normalmente pode girar para permitir o movimento da ferramenta em uma terceira dimensão.

[003] Uma lança normalmente inclui uma "lança guindaste" tendo uma extremidade proximal articulada à base de máquina e uma "lança de braço" tendo uma extremidade proximal articulada à extremidade distal da lança guindaste. A ferramenta é montada na extremidade distal da lança de braço. A lança tem um ou mais cilindro(s) hidráulico(s) de guindaste normalmente localizado(s) abaixo da lança guindaste e fixado(s) entre a lança guindaste e a base de máquina. Um ou mais cilindro(s) hidráulico(s) de braço normalmente está(ão) localizado(s) abaixo de ambos os membros de lança e fixado(s) na lança guindaste e na lança de braço. Os cilindros são normalmente montados abaixo dos membros da lança para estarem melhor protegidos de detritos ambientais, como a queda de árvores. A fixação direta sem ligações reduz a complexidade e o desgaste das peças. No entanto, pode haver situações em que os cilindros são montados acima dos membros da lança e/ou conectados por meio de ligações.

[004] A depender da aplicação particular, a lança pode estar envolvida em elevar e abaixar a ferramenta, mover a ferramenta horizontalmente para a frente e para trás, rotacionar a ferramenta e, em alguns casos, colocar a ferramenta/extremidade da lança no solo para apoiar a base e/ou levantar e rotacionar a base. Esse tipo de lança com uma lança guindaste e lança de braço é algumas vezes referido como lança de articulação de dois membros.

[005] Uma preocupação particular em algumas indústrias, como a indústria de colheita de árvores, é a quantidade de óleo diesel que é consumida em alguns arranjos. Outra preocupação é melhorar a capacidade do operador da máquina de controlar o percurso da ferramenta a uma velocidade controlada, o mais facilmente possível. As tecnologias descritas nas patentes dos EUA de nº 6443196, 6681818, 6763863, 6997221 e 7007728 fornecem um sistema para controlar hidraulicamente uma lança para reduzir o uso de combustível e também fornecer movimento horizontal da ferramenta.

[006] As patentes mencionadas descrevem sistemas para transferir fluido pressurizado diretamente da extremidade de trabalho (pressurizada, suportando carga) do cilindro de guindaste se recolhendo para a extremidade de trabalho (pressurizada, suportando carga) do cilindro se estendendo (ou vice-versa), onde o fluido continua a fazer um trabalho útil de suporte de carga. Assim, o trabalho de transporte de carga é separado da função de posicionamento de alcance da lança de articulação e fica com os cilindros de guindaste e de braço. Nessas patentes, em alguns casos, o movimento de alcance é controlado por um cilindro de alcance. Em outros, o movimento de alcance é controlado por uma bomba para controlar a transferência de uma porção de fluido hidráulico pressurizado entre os cilindros de guindaste e de braço, ou por outros meios, conforme descrito nas mesmas.

[007] No entanto, persiste a necessidade de um sistema de lança de equipamento pesado aprimorado e sistema hidráulico para o mesmo que aprimore ou supere pelo menos algumas limitações dos sistemas anteriores.

SUMÁRIO

[008] É um objetivo das modalidades da presente invenção aprimorar os sistemas e métodos de lança anteriores e os sistemas hidráulicos dos mesmos e/ou evitar ou mitigar pelo menos uma desvantagem dos sistemas e métodos anteriores.

[009] De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um sistema de lança para uma máquina de equipamento pesado tendo uma base de máquina, o sistema incluindo uma lança guindaste tendo uma extremidade proximal articulada à base de máquina e uma extremidade distal remota da mesma; uma lança de braço tendo uma extremidade proximal articulada à extremidade distal da lança guindaste e uma extremidade distal configurada para transportar uma ferramenta de trabalho; pelo menos um cilindro de guindaste hidráulico montado entre a base de máquina e a lança guindaste; um primeiro cilindro de braço montado entre a lança guindaste e a lança de braço; um segundo cilindro de braço montado entre a lança guindaste e a lança de braço e ligado mecanicamente ao primeiro cilindro de braço; e um circuito hidráulico para operativamente fornecer fluido hidráulico aos cilindros de guindaste e de braço, em que o circuito hidráulico inclui pelo menos uma linha de conduíte hidráulico conectando uma porta de extremidade de base do pelo menos um cilindro de guindaste a uma porta de extremidade de base do segundo cilindro de braço de modo a permitir que o fluido hidráulico desvie entre a extremidade de base do pelo menos um cilindro de guindaste e o segundo cilindro de braço.

[010] Em alguns casos, o sistema de lança pode incluir ainda uma válvula de alto fluxo em uma linha que retorna fluido hidráulico para um tanque de fluido.

[011] Em alguns casos, o sistema de lança pode incluir ainda um sistema de controle para controlar o circuito hidráulico. Nesses casos, o sistema de controle pode incluir um controlador, uma primeira válvula de cilindro para controlar o fluxo de fluido para o primeiro cilindro de braço e para uma extremidade de haste do segundo cilindro de braço, e uma segunda válvula de cilindro para controlar o fluxo de fluido para o pelo menos um cilindro de guindaste e para uma extremidade de base do segundo cilindro de braço.

[012] Em alguns casos, o pelo menos um cilindro de guindaste pode incluir dois ou mais cilindros de guindaste.

[013] De acordo com outro aspecto na presente invenção, é fornecido um sistema de lança para uma base de máquina, o sistema incluindo: uma lança guindaste tendo uma extremidade proximal articulada à base de máquina e uma extremidade distal remota da mesma; uma lança de braço tendo uma extremidade proximal articulada à extremidade distal da lança guindaste e uma extremidade distal configurada para transportar uma ferramenta; pelo menos um cilindro de guindaste hidráulico montado entre a base de máquina e a lança guindaste; um primeiro cilindro de braço montado entre a lança guindaste e a lança de braço; um segundo cilindro de braço montado entre a lança guindaste e a lança de braço e ligado mecanicamente ao primeiro cilindro de braço; e um circuito hidráulico para operativamente fornecer fluido hidráulico aos cilindros de guindaste e de braço, em que o circuito hidráulico pode incluir duas válvulas de comutação para comutar independentemente as extremidades da base e da haste do segundo cilindro de braço entre dois ou mais modos de operação.

[014] Em alguns casos, pelo menos um modo de operação pode incluir as válvulas de comutação sendo controladas de modo que uma porta de extremidade de base do pelo menos um cilindro de guindaste seja conectada a uma porta de extremidade de base do segundo cilindro de braço de modo a permitir que o fluido hidráulico desvie entre a extremidade da base do pelo menos um cilindro de guindaste e o segundo cilindro de braço.

[015] Em alguns casos, pelo menos um outro modo de operação pode incluir as duas válvulas de comutação sendo controladas de modo que uma porta de extremidade de base do pelo menos um cilindro de guindaste seja conectada a uma porta de extremidade de base de cada um dentre o primeiro e segundo cilindros de braço, de modo a permitir que o fluido hidráulico desvie entre a extremidade de base do pelo menos um cilindro de guindaste e o primeiro e o segundo cilindros de braço.

[016] O sistema de lança pode incluir ainda uma válvula de alto fluxo em uma linha que retorna fluido hidráulico para um tanque de fluido.

[017] O sistema de lança pode incluir ainda um coletor para alojar as válvulas de comutação. Nesse caso, o coletor também pode alojar a válvula de alto fluxo.

[018] O sistema de lança pode incluir ainda um sistema de controle para controlar o circuito hidráulico, incluindo as válvulas de comutação. Nesses casos, o sistema de controle pode incluir um controlador para controlar uma primeira válvula de cilindro, e uma segunda válvula de cilindro para controlar o fluxo de fluido para os cilindros e válvulas de comutação para controlar o fluxo de fluido para as extremidades de base e de haste de cilindros selecionados, como o primeiro e o segundo cilindros de haste.

[019] De acordo com outro aspecto na presente invenção, é fornecida uma máquina de equipamento pesado incluindo qualquer um dos sistemas de lança descritos acima.

[020] De acordo com outro aspecto na presente invenção, é fornecido um método para operar uma lança de uma máquina de equipamento pesado, o método incluindo: selecionar, por meio de um controlador, um modo de operação, em que os modos de operação compreendem: um modo padrão, um modo ER e um modo semi-ER; e ajustar, por meio do controlador, uma ou mais válvulas para configurar as válvulas para o modo de operação selecionado.

[021] Em alguns casos, o ajuste pode incluir comutar as extremidades de haste e de base de um ou mais cilindros de braço por meio de uma válvula de cartucho.

[022] Outros aspectos e características se tornarão evidentes para aqueles com competência comum na técnica após a revisão da seguinte descrição de modalidades específicas em conjunto com as figuras anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[023] As modalidades serão agora descritas, apenas a título de exemplo, com referência às figuras anexas, em que: A Fig. 1 é uma vista em elevação lateral mostrando uma unidade de equipamento pesado e um sistema de lança e circuito hidráulico; A Fig. 2 é um esquema simplificado de um circuito hidráulico de acordo com uma modalidade da presente invenção; A Fig. 3 é um esquema simplificado de um circuito hidráulico de acordo com outra modalidade da presente invenção; A Fig. 4 é uma vista ampliada de um coletor do circuito hidráulico da Fig. 3; e A Fig. 5 é um diagrama de blocos de um sistema de controle de acordo com uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[024] Genericamente, as modalidades da presente invenção fornecem um sistema e método para funcionalidade aprimorada de uma lança de equipamento pesado. As modalidades do sistema e método incluem um circuito hidráulico aprimorado que permite que funções estendidas ou variáveis sejam realizadas pela lança.

[025] A Fig.1 ilustra um sistema/conjunto de lança similar ao conjunto de lança mostrado na Patente dos EUA de nº 6443196. Uma base de máquina 1 inclui esteiras de veículo 2 (que podem alternativamente ou também incluir rodas), uma cabine de operador 3 e um motor 4 (normalmente um motor diesel). O conjunto de lança inclui uma lança guindaste 6 e uma lança de braço

7. A lança guindaste é montada articuladamente em relação à base de máquina 1 em um pino de articulação da base de guindaste 8 sobre um suporte de montagem 9 preso à base de máquina. A lança de braço é conectada articuladamente à extremidade distal da lança guindaste em um pino de articulação 15 do braço de guindaste. A lança guindaste é acionada por pelo menos um cilindro de guindaste hidráulico 10 conectado entre a base de máquina e a lança guindaste, em um ângulo efetivo em relação à lança guindaste. A lança de braço é acionada por pelo menos um cilindro de braço 11 conectado entre a lança guindaste e a lança de braço, em um ângulo efetivo em relação à lança de braço. Uma ferramenta, como uma cabeça de colheita de árvores 17 (não mostrada em detalhes), é transportada na extremidade distal da lança de braço. Também pode haver componentes hidráulicos ou outros que podem ser usados para mover/operar a ferramenta, mas estes não são mostrados na Fig. 1.

[026] Enquanto as modalidades descritas na presente invenção tendem a se concentrar na indústria florestal e em equipamentos florestais, um técnico no assunto entenderá que as modalidades da presente invenção podem ser implementadas em outras lanças de equipamentos pesados que podem ser equipadas com outros tipos de ferramentas. Por exemplo, lanças de equipamentos pesados usados em construção, mineração ou afins.

[027] Como pode ser visto no circuito hidráulico sobreposto na Fig. 1 (por vezes referido como um “circuito ER”), que é similar ao circuito hidráulico da Patente dos EUA de nº 6443196, uma válvula de elevação 27 e uma válvula de alcance 29 são fornecidas em conexão com os cilindros de guindaste e braço 10, 11. Os conduítes 107 e 108 conectam as portas do cilindro de guindaste 10 às portas de trabalho de válvula 27 e, por conseguinte, a uma bomba 30. No entanto, o cilindro de braço 11 não é conectado de forma alguma à válvula 29, mas, em vez disso, é conectado por meio do conduíte 114 ao conduto 108, que, de fato, une o volume da extremidade de base do cilindro de guindaste 10 ao volume da extremidade de base do cilindro de braço 11. Ou seja, o cilindro de guindaste e as extremidades de base do cilindro de braço são canalizados juntos e para uma porta de trabalho da válvula com conduíte hidráulico, de modo que eles compartilhem um volume pressurizado de suporte de carga comum ou "porção" de fluido/óleo hidráulico atrás de seus pistões. Com um cálculo de rotina na seleção de tamanhos de diâmetro de haste e pistão apropriados, como é conhecido na técnica, os conduítes 107 e 113 podem ser usados similarmente para fornecer uma conexão hidráulica às portas de extremidade de haste do cilindro de guindaste 10 e cilindro de braço 11. No entanto, essa conexão é opcional, pois é o fluido hidráulico de suporte de carga, ou seja, o fluido nas extremidades de base dos cilindros de guindaste e de braço, que é mais importante.

[028] Assim, a válvula de elevação 27 controla o volume da porção de fluido hidráulico que é livre para se deslocar entre as extremidades de base dos cilindros de guindaste e de braço (e entre as extremidades de haste desses cilindros, se conectadas de modo que isso também seja aplicável a elas). Examinando essa situação, pode-se ver que, ignorando-se o atrito, não há nada nesse arranjo de guindaste e cilindro de braço que impeça o movimento de entrada e saída livre da lança. Tudo o que acontece quando a lança é retraída ou estendida é que a porção de fluido flui para a frente e para trás livremente entre os respectivos cilindros. Assim, conforme a lança se estende, o fluido hidráulico sai da extremidade de base do cilindro de guindaste para que se retraia e se desloca para a extremidade de base do cilindro de braço para que ele se estenda. Ao mesmo tempo, evidentemente, o fluido hidráulico sai da extremidade de haste do cilindro de braço e se desloca para a extremidade de haste do cilindro de guindaste.

[029] O circuito hidráulico usa a válvula de alcance 29 (por meio da alavanca de controle de alcance 28) para controlar um cilindro de alcance 16 para ajustar e definir o ângulo de lança do braço ao guindaste e, assim, controlar o alcance. A válvula de alcance 29 é conectada à bomba 32, que pode ser igual a ou diferente da bomba 30. As bombas 30 e 32 podem ser acionadas pelo motor 4. O cilindro de alcance não suporta primariamente as cargas, já que isso é realizado pela porção nos cilindros de guindaste e de braço; o cilindro de alcance altera o ângulo entre a lança de braço e a lança guindaste.

[030] A Fig. 1 ilustra como os cilindros de braço e de guindaste são feitos para ter um curso simultâneo com um movimento de controle, isto é, a operação da alavanca de controle 26. Quando ambas as válvulas 27 e 29 estão em suas posições centrais (conforme a válvula 27 é estendida), as bombas não fornecem fluido para os cilindros, e nenhuma quantidade de fluido pode escapar dos cilindros para o reservatório 31. Os pesos da ferramenta 17, da lança guindaste 6, da lança de braço 7, do cilindro de braço 11 e do cilindro de alcance 16 tendem a articular todo o conjunto da lança para baixo em torno do pino de articulação da base de guindaste 8. O cilindro de guindaste 10 resiste a essa rotação com uma força da pressão do fluido em sua extremidade de base suficiente para corresponder aos momentos de carga.

[031] Como o conduíte 114 conecta as portas de extremidade de base do cilindro de guindaste 10 e o cilindro de braço 11, a pressão fornecida pelo cilindro de guindaste 10 para a base do cilindro de braço 11 é a que for necessária para que o cilindro de guindaste 10 suporte toda a lança, conforme descrito acima. Essa pressão de elevação atuando no cilindro de braço 11 fornece um momento em torno do pino de articulação do braço de guindaste 15, que se opõe ao momento descendente dos pesos da lança de braço 7 e da ferramenta 17. Se esse momento do cilindro de braço for menor do que a carga, então o cilindro de alcance 16 (sendo travado com fluido hidráulico preso) desenvolverá uma pressão na extremidade de base suficiente para produzir uma força que compense a diferença de momento para que o braço e sua ferramenta não articulem para baixo. Se o momento do cilindro de braço com sua pressão ditada pelo guindaste for mais do que o necessário no pino de articulação do braço de guindaste 15 para sustentar a lança de braço e a ferramenta, então o cilindro de alcance desenvolverá uma pressão na extremidade de haste para resistir ao excesso.

[032] A Figura 2 ilustra um circuito hidráulico 200 de acordo com uma modalidade da presente invenção. O circuito hidráulico 200 da Figura 2 pode ser usado com a base de máquina 1 da Figura 1 ou similar, como será entendido por um técnico no assunto.

[033] Como mostrado na Figura 2, o circuito hidráulico 200 inclui dois cilindros de braço 210A, 210B (similares aos cilindros 11, 16 da Fig. 1) para a lança de braço 7 que são ligados mecanicamente, dois cilindros de guindaste 215 (similares ao cilindro 10 da Fig. 1) para a lança guindaste 6, duas válvulas de controle hidráulico 220A, 220B, uma bomba 225 e um tanque 230 para fluido hidráulico. Os dois cilindros de braço incluem um primeiro cilindro de braço 210A e um segundo cilindro de braço 210B (por vezes referido como o "cilindro ER"). As duas válvulas de controle hidráulico incluem uma primeira válvula de controle 220A (por vezes chamada de “válvula de cilindro de braço”) e uma segunda válvula de controle 220B (por vezes chamada de válvula de cilindro de guindaste). Os dois cilindros de braço podem ser dispostos como mostrado na Fig. 1 ou podem ser dispostos lado a lado ou em outros arranjos apropriados. Nessa modalidade, existem dois cilindros de guindaste, mas em algumas modalidades, pode haver um único cilindro de guindaste ou mais de dois cilindros de guindaste, a depender da aplicação. Considerações similares se aplicam aos cilindros de braço.

[034] O circuito hidráulico 200 também inclui várias linhas/conduítes conectando os elementos. A primeira válvula de controle 220A é conectada diretamente ao primeiro cilindro de braço 210A em ambas as extremidades de base e de haste pelos conduítes 222, 223 e conectada ao segundo cilindro de braço 210B na extremidade de haste apenas pelo conduíte 223. A segunda válvula de controle 220B é conectada aos dois cilindros de guindaste em ambas as extremidades de base e de haste pelos conduítes 226, 227 e ao segundo cilindro de braço 210B na extremidade de base apenas pelo conduíte 227. Como tal, o primeiro cilindro de braço 210A e o segundo cilindro de braço 210B operam de certa forma de modo independente. A bomba 225 é conectada às válvulas de controle 220A, 220B e ao tanque 230 para permitir o fluxo de fluido hidráulico de e para o tanque 230.

[035] O circuito hidráulico da Fig. 2 se destina a fornecer funcionalidade adicional àquela mostrada na Fig. 1. Em particular, o circuito hidráulico (por vezes referido como um "circuito Semi-ER”) geralmente mantém um arranjo de percurso similar ao circuito ER da Fig. 1, mas fornece o dobro da força de tração para o sistema de lança (a força de tração é dobrada devido à pressurização de ambas as extremidades de haste do primeiro cilindro de braço e do segundo cilindro de braço). O circuito hidráulico da Fig. 2 também conserva energia quando comparado aos sistemas de lança convencionais.

[036] Uma válvula ER de alto fluxo 235 é fornecida no circuito hidráulico 200 na linha para o tanque porque, nesta modalidade, todo o fluido da extremidade de haste dos cilindros de guindaste troca agora com o tanque (em vez de trocar com o cilindro de braço como geralmente faria no circuito ER da Fig. 1).

[037] Nesta modalidade, é necessário o dobro do fluxo para retrair o braço nas mesmas velocidades, quando comparado ao circuito ER da Fig. 1, mas o dobro da força é obtido. A capacidade de fornecer o dobro da força fornece várias vantagens, incluindo a capacidade de tracionar uma máquina se a máquina estiver atolada em lama ou afins, bem como a capacidade de puxar mais facilmente uma carga para mais perto da máquina, particularmente, por exemplo, se a carga estiver em um declive em relação à máquina ou sob outras cargas e precise ser puxada para ser liberada.

[038] Em algumas modalidades, a válvula ER de alto fluxo também pode ser configurada como uma válvula de retenção de modo que, quando a ferramenta ou a extremidade da lança de braço estiver no solo, a pressão seja aliviada nas extremidades de base dos cilindros, a válvula ER fechará e a pressão aumentará (ou será adicionada) às extremidades de haste para fazer com que uma parte da base de máquina se levante do solo para manutenção, rotação ou outros fins, a depender da situação no campo.

[039] A Figura 3 ilustra um circuito hidráulico 300 de acordo com outra modalidade da presente invenção. Como mostrado na Figura 3, esta modalidade é similar àquela da Figura 2 pelo fato de o circuito hidráulico incluir dois cilindros de braço 210A, 210B para a lança de braço 7, dois cilindros de guindaste 215 para a lança guindaste 6, duas válvulas de controle hidráulico 220A, 220B, uma bomba 225, um tanque 230 para fluido hidráulico e uma válvula de alto fluxo 235. Nesta modalidade, o circuito hidráulico 300 inclui um coletor de comutação 340, que inclui duas válvulas de cartucho 345A, 345B (por vezes denominadas "válvulas de comutação") que fornecem independentemente uma base comutável e extremidades de haste para os cilindros de braço 210A, 210B. Como será entendido por um técnico no assunto, as válvulas de comutação podem ser as válvulas de cartucho indicadas ou qualquer outro mecanismo de comutação adequado.

[040] Tal como acontece com a modalidade da Fig. 2, o circuito da Fig. 3 também inclui várias linhas/conduítes conectando os elementos. A bomba e os cilindros podem ser conectados pelas linhas/conduítes em várias configurações pelas definições das válvulas de cartucho 345A e 345B. Em particular, as válvulas de cartucho 345A e 345B permitem comutar independentemente a base e as extremidades de haste do segundo cilindro de braço.

[041] Em uma definição de modo convencional, a válvula de cartucho 345A é definida de modo que a válvula do cilindro de braço 220A controle ambas as extremidades de base e de haste dos cilindros de braço 210A e 210B (ou seja, W flui passando para as portas/linhas D2 e D7 para se conectar a ambas as extremidades de haste dos cilindros de braço e X flui passando para as portas/linhas C2 e C3 para se conectar a ambas as extremidades de base dos cilindros de braço) e a válvula do cilindro de guindaste 220B controle ambas as extremidades de base e de haste dos cilindros de guindaste 215 (ou seja, Y flui passando para a porta/linha B6 para se conectar a ambas as extremidades de haste dos cilindros de guindaste e Z flui passando para a porta/linha A6 para se conectar a ambas as extremidades de base dos cilindros de guindaste). Este modo (por vezes denominado “modo padrão”) é como uma lança convencional normalmente teria operado antes do desenvolvimento das patentes mencionadas acima. Ele pode ser útil para operadores que estejam acostumados com esse modo de operação e/ou para situações em que uma força adicional possa ser necessária ao puxar/empurrar com a lança.

[042] Em um modo semi-ER, de modo similar à Fig. 2, as válvulas de controle 345A, 345B são configuradas de modo que a primeira válvula de controle 220A seja conectada ao primeiro cilindro de braço 210A em ambas as extremidades de base e de haste conectadas ao segundo cilindro de braço 210B apenas na extremidade de haste (ou seja, W flui passando para a porta/linhas D2 e D7 para se conectar a ambas as extremidades de haste dos cilindros de braço e X flui passando para a porta/linha C2 para se conectar a ambas as extremidades de base do primeiro cilindro de braço) e a segunda válvula de controle 220B seja conectada aos dois cilindros de guindaste em ambas as extremidades de base e de haste e ao segundo cilindro de braço 210B apenas na extremidade de base (ou seja, Y flui passando para a porta/linha B6 para se conectar a ambas as extremidades de haste dos cilindros de guindaste e Z flui passando para a porta/linha A6 para se conectar a ambas as extremidades de base dos cilindros de guindaste). Este modo tem as vantagens descritas acima com relação à Fig. 2.

[043] No modo ER, de modo similar à Fig. 1, as válvulas de controle 345A, 345B são configuradas de modo que a primeira válvula de controle 220A seja conectada ao primeiro cilindro de braço 210A em ambas as extremidades de base e de haste e não conectada ao segundo cilindro de braço 210B (ou seja, W flui passando para a porta/linha D2 para se conectar à extremidade de haste do segundo cilindro de braço e X flui passando para a porta/linha C2 para se conectar à extremidade de base do primeiro cilindro de braço) e a segunda válvula de controle 220B seja conectada aos dois cilindros de guindaste em ambas as extremidades de base e de haste e ao segundo cilindro de braço 210B nas extremidades de base e de haste (ou seja, Y passando para a porta/linha B6 e B/D7 para se conectar com ambas as extremidades de haste dos cilindros de guindaste e a extremidade de haste do segundo cilindro de braço e Z flui passando para as portas/linhas A6 e A/C3 para se conectar a ambas as extremidades de base dos cilindros de guindaste e à extremidade de base do segundo cilindro de braço). O modo ER fornece conservação de energia conforme descrito nas patentes mencionadas, é mais fácil de aprender porque as operações de elevação e alcance são controladas independentemente.

[044] De modo similar à Fig. 2, na Fig. 3, a bomba 225 está conectada às válvulas de controle 220A, 220B e ao tanque 230 para permitir o fluxo de fluido hidráulico de e para o tanque 230.

[045] O circuito hidráulico da Fig. 3 se destina a fornecer funcionalidade adicional àquela mostrada na Figura 2. Em particular, o circuito hidráulico (por vezes referido como um “circuito ER de três modos”) permite comutar facilmente entre os três modos de operação descritos. Dessa forma, um operador pode selecionar o modo mais apropriado para a tarefa particular que está sendo realizada.

[046] Em algumas modalidades, o circuito hidráulico 300 pode incluir válvulas piloto 350A e 350B que controlam as válvulas de cartucho no coletor. Nesse caso, as válvulas piloto 350A, 350B são conectadas às válvulas de cartucho 345A e 345B por meio de portas/linhas S1 e S2 no coletor. Em alguns casos, particularmente se houver um reequipamento de um sistema existente,

as linhas S1 e S2 podem ter um tampão 350 colocado entre elas para fornecer uma operação independente das válvulas de cartucho 345A e 345B. Um técnico no assunto entenderá que as válvulas de cartucho ou válvulas de lança podem, alternativamente ou também, ser controladas por computador, por exemplo, usando um servo mecânico ou afins. Além disso, será entendido que o conceito de tirar energia de um cilindro se recolhendo e usá-la para elevar um cilindro extensível pode ser empregado por bombas de circuito fechado com programação de computador para bombear ou remover fluido no momento certo. Em alguns casos, também pode haver uma captura análoga de energia mecânica pelo motor a partir de uma bomba e seu uso em outra.

[047] A Figura 4 mostra uma visão ampliada do coletor 340 da Figura 3. A Figura 4 ilustra as portas/linhas no coletor 340 e as válvulas de comutação 345A e 345B.

[048] A Figura 5 mostra uma modalidade de um sistema de controle 400 para controlar as válvulas de cilindro e o coletor (incluindo as válvulas de cartucho). Um controlador 410, que pode incluir um processador de computador e memória, bem como software (instruções de computador), é fornecido em comunicação com cada válvula de cilindro de braço 220A e com a válvula de cilindro de guindaste 220B, bem como com o coletor 340. Conforme observado na presente invenção, o controlador pode controlar as válvulas por meio de métodos de controle hidráulico, mecânico ou outros, como são conhecidos por um técnico no assunto. Em algumas modalidades, um controlador separado pode ser fornecido para cada válvula de cilindro de braço 220A, válvula de cilindro de guindaste 220B e para o coletor 340 (válvulas de comutação 345A, 345B). O controlador para o coletor (válvulas de comutação 345A, 345B) pode ser uma chave comutadora ou afins, permitindo a comutação entre os modos. Enquanto o controlador para a válvula de cilindro de braço e/ou válvula de cilindro de guindaste pode ser uma ou mais empunhadeiras/alavancas de controle ou afins, permitindo o controle de elevação e alcance da lança. Qualquer controlador pode incluir software de computador que ativa dispositivos hidráulicos ou mecânicos ou afins para controlar as várias válvulas.

[049] Em algumas modalidades ou modos, embora durante as operações normais nenhuma carga seja suportada pelo fluido da extremidade de haste, pode haver situações em que é preferível ser capaz de pressurizar as extremidades de haste, por exemplo, de modo que a lança também seja utilizável para empurrar para baixo com sua extremidade da ferramenta em certas situações de operação e manutenção. Essa situação pode ser fornecida pelo controle apropriado das válvulas em cada uma das modalidades das Figuras 2 e 3.

[050] Será entendido que, embora a discussão anterior assuma que as extremidades de base dos cilindros de guindaste e de braço sejam as extremidades de trabalho, por vezes é desejável usar as extremidades de haste sob pressão. Um cilindro hidráulico de lança típico tem necessariamente uma área de pistão efetiva de extremidade de haste que é apenas cerca de metade da área de pistão de base. Portanto, para economia de tamanho e peso do cilindro e as necessidades de fluxo de fluido, quase todas as configurações da lança hidráulica são selecionadas com as áreas de base sendo as extremidades de trabalho, ou seja, fazendo o trabalho de suporte do peso da lança e da carga. Por vezes, no entanto, para um trabalho específico, é desejável ter a força do cilindro mais alta empurrando/trabalhando em uma direção específica na lança.

[051] Em modalidades da presente invenção, os tamanhos dos cilindros e sua geometria de atuação são selecionados usando o conhecimento da indústria, de modo que, quando o sistema é operado, as cargas possam ser suportadas conforme apropriado para a aplicação particular.

[052] Na descrição anterior, para fins de explicação, vários detalhes são apresentados a fim de fornecer uma compreensão completa das modalidades. No entanto, será evidente para um técnico no assunto que esses detalhes específicos podem não ser necessários para praticar a invenção. Em outros casos, estruturas bem conhecidas, tais como circuitos elétricos ou afins, podem ser mostradas na forma de diagrama de blocos, a fim de não obscurecer a invenção. Por exemplo, não são fornecidos detalhes específicos quanto a se as modalidades da presente invenção são implementadas como uma rotina de software, circuito de hardware, firmware ou uma combinação dos mesmos.

[053] Em algumas modalidades, alguns elementos podem ser representados como um produto de software armazenado em um meio legível por máquina (também referido como meio legível por computador, meio legível por processador ou meio utilizável por computador tendo um código de programa legível por computador incorporado no mesmo). O meio legível por máquina pode ser qualquer meio tangível adequado, incluindo meio de armazenamento magnético, óptico ou elétrico, incluindo um disquete, disco compacto de memória somente de leitura (CD-ROM), dispositivo de memória (volátil ou não volátil) ou mecanismo de armazenamento similar. O meio legível por máquina pode conter vários conjuntos de instruções, sequências de código, informações de configuração ou outros dados que, quando executados, façam com que um processador desempenhe etapas em um método de acordo com uma modalidade. Aqueles técnicos no assunto apreciarão que outras instruções e operações necessárias para implementar as modalidades descritas também podem ser armazenadas no meio legível por máquina. O software executado a partir do meio legível por máquina pode interagir com os circuitos para realizar as tarefas descritas.

[054] As modalidades descritas acima destinam-se a ser apenas exemplos. Em particular, elementos de uma modalidade podem ser usados com outras modalidades e elementos em uma modalidade podem não ser necessários, mas são incluídos para fins ilustrativos. Alterações, modificações e variações podem ser efetuadas nas modalidades particulares pelos técnicos no assunto, sem se afastar do escopo da invenção, que é definido apenas pelas reivindicações anexas.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de lança (boom) para uma base de máquina, caracterizado pelo fato de que compreende: uma lança guindaste tendo uma extremidade proximal articulada à base de máquina e uma extremidade distal remota da mesma; uma lança de braço tendo uma extremidade proximal articulada à extremidade distal da lança guindaste e uma extremidade distal configurada para transportar uma ferramenta de trabalho; pelo menos um cilindro de guindaste hidráulico montado entre a base de máquina e a lança guindaste; um primeiro cilindro de braço montado entre a lança guindaste e a lança de braço; um segundo cilindro de braço montado entre a lança guindaste e a lança de braço e ligado mecanicamente ao primeiro cilindro de braço; e um circuito hidráulico para operativamente fornecer fluido hidráulico ao cilindro de guindaste e aos cilindros de braço, em que o circuito hidráulico compreende pelo menos uma linha de conduíte hidráulico conectando uma porta de extremidade de base do pelo menos um cilindro de guindaste a uma porta de extremidade de base do segundo cilindro de braço de modo a permitir que o fluido hidráulico desvie entre a extremidade de base do pelo menos um cilindro de guindaste e o segundo cilindro de braço.

2. Sistema de lança, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma válvula de alto fluxo em uma linha que retorna fluido hidráulico para um tanque de fluido.

3. Sistema de lança, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sistema de controle para controlar o circuito hidráulico.

4. Sistema de lança, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle compreende um controlador, uma primeira válvula de cilindro para controlar o fluxo de fluido para o primeiro cilindro de braço e para uma extremidade de haste do segundo cilindro de braço, e uma segunda válvula de cilindro para controlar o fluxo de fluido para o pelo menos um cilindro de guindaste e para uma extremidade de base do segundo cilindro de braço.

5. Sistema de lança, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um cilindro de guindaste compreende dois ou mais cilindros de guindaste.

6. Sistema de lança para uma base de máquina, caracterizado pelo fato de que compreende: uma lança guindaste tendo uma extremidade proximal articulada à base da máquina e uma extremidade distal remota da mesma; uma lança de braço tendo uma extremidade proximal articulada à extremidade distal da lança guindaste e uma extremidade distal configurada para transportar uma ferramenta; pelo menos um cilindro de guindaste hidráulico montado entre a base de máquina e a lança guindaste; um primeiro cilindro de braço montado entre a lança guindaste e a lança de braço; um segundo cilindro de braço montado entre a lança guindaste e a lança de braço e ligado mecanicamente ao primeiro cilindro de braço; e um circuito hidráulico para operativamente fornecer fluido hidráulico aos cilindros de guindaste e de braço, em que o circuito hidráulico compreende duas válvulas de comutação para comutar independentemente as extremidades de base e de haste do segundo cilindro de braço entre dois ou mais modos de operação.

7. Sistema de lança, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos um modo de operação compreende as duas válvulas de comutação sendo controladas de modo que uma porta de extremidade de base do pelo menos um cilindro de guindaste seja conectado a uma porta de extremidade de base do segundo cilindro de braço de modo a permitir que o fluido hidráulico desvie entre a extremidade de base do pelo menos um cilindro de guindaste e o segundo cilindro de braço.

8. Sistema de lança, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos um outro modo de operação compreende as duas válvulas de comutação sendo controladas de modo que uma porta de extremidade de base do pelo menos um cilindro de guindaste seja conectada a uma porta de extremidade de base de cada um dentre o primeiro e segundo cilindros de braço de modo a permitir que o fluido hidráulico desvie entre a extremidade de base do pelo menos um cilindro de guindaste e o primeiro e o segundo cilindros de braço.

9. Sistema de lança, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma válvula de alto fluxo em uma linha que retorna fluido hidráulico para um tanque de fluido.

10. Sistema de lança, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um coletor para alojar as válvulas de comutação.

11. Sistema de lança, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o coletor aloja ainda a válvula de alto fluxo.

12. Sistema de lança, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sistema de controle para controlar o circuito hidráulico.

13. Máquina de equipamento pesado, caracterizado pelo fato de que compreende: uma base de máquina; uma lança guindaste tendo uma extremidade proximal articulada à base de máquina e uma extremidade distal remota da mesma uma lança de braço tendo uma extremidade proximal articulada à extremidade distal da lança guindaste e uma extremidade distal configurada para transportar uma ferramenta de trabalho; pelo menos um cilindro de guindaste hidráulico montado entre a base de máquina e a lança guindaste; um primeiro cilindro de braço montado entre a lança guindaste e a lança de braço; um segundo cilindro de braço montado entre a lança guindaste e a lança de braço; e um circuito hidráulico para operativamente fornecer fluido hidráulico aos cilindros de guindaste e de braço, em que o circuito hidráulico compreende pelo menos uma linha de conduíte hidráulico conectando uma extremidade de base do cilindro de guindaste a uma extremidade de base do segundo cilindro de braço de modo a permitir que o fluido hidráulico desvie entre as extremidades de base do cilindro de guindaste e o segundo cilindro de braço.

14. Método para operar uma lança de uma máquina de equipamento pesado, caracterizado pelo fato de que compreende: selecionar, por meio de um controlador, um modo de operação, em que os modos de operação compreendem: um modo padrão, um modo ER e um modo semi-ER; e ajustar, por meio do controlador, uma ou mais válvulas para configurar as válvulas para o modo de operação selecionado.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o ajuste compreende comutar as extremidades de haste e de base de um ou mais cilindros de braço por meio de uma válvula de cartucho.