ES2292009T3 - Valvula de control direccional anti-saturacion compuesta por dos o mas secciones con compensador selector de presion. - Google Patents
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Abstract
álvula de control direccional anti-saturación (V) compuesta por dos o más secciones con compensador selector de presión, compuesta cada sección (E1, E2, E3) por un carrete(4) de tres posiciones y seis vías de tipo proporcional, un compensador (3) que realiza la función de compensador de presión, un pistón (5) introducido en la misma perforación que el compensador (3), un muelle (M) con una fuerza insignificante que opera dicho pistón (5), constando el compensador mencionado (3) de un selector de señal de presión (S) con esfera, que conecta, cuando se abre, la señal de presión en un primer punto (2), entre dicho carrete (4) y dicho compensador (3), a la línea (C) de la señal de detección de carga, en la que dicha señal de detección de carga llega al compensador de presión de la bomba (3P) o alternativamente, en caso de bomba de desplazamiento fijo, al compensador de presión en la cubierta de entrada, caracterizándose en que: a. la presión de la señal de detección de carga opera entre dicho pistón (5) y dicho compensador (3); la presión del puerto de trabajo de su propia sección opera sobre el pistón (5), a saber sobre el lado del muelle (M) opuesto al lado en el que se aplica la presión de la señal de detección de carga, siendo sacada la presión de dicho puerto de trabajo desde un segundo punto (1), a saber entre dicho compensador (3) y un puerto de trabajo, la presión corriente arriba del compensador (3) opera en el lado (3a) del compensador (3) opuesto al lado en el que se aplica la presión de la señal de detección de carga, siendo sacada dicha presión desde dicho primer punto (2); b. dependiendo de la presión en los puertos de trabajo, el selector de la señal de presión (S) es mantenido abierto automáticamente mediante el pistón (5) con el muelle (M) cuando el pistón (5) es presionado contra el compensador correspondiente (3), o se cierra cuando el pistón (5) es separado del compensador correspondiente (3); c. en la sección con presión de puerto de trabajo superior, el pistón (5) presiona contra el compensador (3) y el grupo compuesto por compensador (3) y pistón (5) funciona como una válvula de retención; el selector (S), mantenido abierto mediante el pistón (5), conecta la señal de la presión en dicho primer punto (2), entre dicho carrete (4) y dicho compensador (3), a la línea (C) de la señal de detección de carga; d. en las secciones de la válvula de control direccional (V) que están a una presión de puerto de trabajo inferior, la señal de detección de carga que actúa entre el compensador (3) y el pistón (5) separa el pistón (5) del compensador (3); el selector (S) se cierra y el compensador (3) realiza su propia función de compensador de presión.
Description
Válvula de control direccional
anti-saturación compuesta por dos o más secciones
con compensador selector de presión.
La presente invención hace referencia a una
válvula de control direccional anti-saturación
compuesta por dos o más secciones con compensador selector de
presión.
La función de las válvulas de control
direccional es abrir, cerrar o desviar el flujo de aceite mediante
señales de control que pueden ser de tipo manual, neumático,
hidráulico o eléctrico.
En general, están compuestas por un cuerpo hueco
en el que un elemento móvil, denominado carrete, se desliza y que,
dependiendo de la posición asumida, conecta respectivamente las
diferentes líneas del circuito al suministro o escape del
fluido.
El carrete de la válvula de control direccional
puede asumir con precisión sus posiciones, proporcionando
inmediatamente como resultado todo el caudal o cerrando
completamente el caudal; en este caso, se trata de válvulas de
control direccional con capacidad de
"entrada-salida".
Por el contrario, si el carrete puede asumir,
además de sus posiciones finales, posiciones intermedias infinitas
(posiciones de medición) con el fin de poder obtener caudales
variables, en este caso se trata de válvulas proporcionales de
control direccional.
En este caso, el elemento deslizante o carrete
también realiza automáticamente la función de válvula de control de
caudal no compensada. En una válvula de control de caudal no
compensada, el caudal se ve afectado por las variaciones de la
presión de entrada y salida.
Con el fin de que la variación arriba mencionada
no afecte a los caudales, es necesario utilizar otro componente,
denominado compensador de presión, que mantiene constante la caída
de presión \DeltaP a través del carrete y por consiguiente,
mantiene sin cambio el caudal en los puertos de la válvula de
control direccional.
Por consiguiente, la inserción de un compensador
de presión vincula de manera unívoca el caudal al desplazamiento
del carrete e independientemente de la carga.
Dado que los puertos de trabajo de la sección
son dos, la propia sección con su carrete correspondiente está
diseñada para que el único compensador de presión intervenga
indiferentemente en ambos puertos de trabajo.
Cuando se trata con máquinas móviles, el uso de
muchas secciones en un solo bloque denominado válvula de control
direccional está ampliamente extendido.
Globalmente, existe una serie de secciones igual
al número de accionadores a servir.
El operario, actuando sobre una palanca de
control, mueve gradualmente el carrete de la válvula de control
direccional y controla los orificios del carrete.
En caso de que el uso simultáneo de muchos
accionadores requiera un caudal que sea superior al caudal máximo
de la bomba, el sistema llegará a la "saturación".
Con el fin de resolver dicho inconveniente, son
necesarios una elección y una disposición apropiadas de los
compensadores de presión, de forma que la reducción del caudal en
los puertos de trabajo, con respecto a la definida por las carreras
del carrete, se comparta porcentualmente entre todos los puertos de
trabajo.
Dicha solución, denominada
anti-saturación, permite mantener similar, si no las
velocidades deseadas, sí el movimiento relativo entre los
accionadores.
Ya se conocen en la materia, disposiciones de
válvulas de control direccional que resuelven la mayoría de los
problemas arriba mencionados.
Un primer ejemplo previo de la materia se
muestra en US 4.719.753 en el que se proporciona un compensador de
presión para cada puerto de trabajo en lugar de uno para cada
sección, dando lugar esto al uso del doble de compensadores de
presión para el mismo número de puertos de trabajo.
Además, como puede leerse en la patente, la
señal enviada desde el puerto de trabajo con presión superior a
todos los compensadores de presión y al compensador de presión de la
bomba es la del puerto de trabajo corriente abajo del compensador
de presión con presión superior. Con el fin de evitar el descenso de
la carga, ésta no se envía directamente sino que se copia (mediante
un carrete de dos posiciones y cuatro vías, que no es de entrada y
salida, pero que pueda asumir posiciones intermedias continuamente)
sacando el aceite corriente arriba del compensador de presión
(entre el carrete y el compensador de presión).
Debe recordarse que la caída de la presión
efectiva para determinar el caudal a través del carrete viene dada
por el stand-by impuesto por la bomba menos las
pérdidas de la presión fija entre la bomba y el punto de salida de
la señal. Al ser éste último uno sacado corriente abajo del
compensador de presión, también sus pérdidas afectan negativamente
la caída efectiva de la presión. A caudales máximos, es fácil tener
1-2 bares de pérdidas de presión que en un
stand-by, que puede fluctuar entre 10 y 20 bares,
pudiendo ser igual al 10-20%. Además, se impone la
presión del puerto de trabajo sacada corriente abajo del compensador
de presión en la sección con presión superior, mediante el
compensador de presión en la sección con presión inferior, corriente
arriba del compensador de presión (entre el carrete y el
compensador de presión). Por consiguiente, en la sección con
presión inferior, la caída efectiva de la presión es mayor que en la
sección con presión superior. De esto se desprende que una
inversión de la sección con presión superior genera un aumento de la
caída efectiva de la presión por encima de aquella previamente con
presión superior y viceversa, a lo que corresponde un aumento del
caudal gradual y viceversa.
Otro ejemplo se muestra en US 5,715,865: en
dicho documento, la señal de la presión es sacada corriente arriba
del compensador de presión. Se envía un valor de presión superior, a
través de una serie de válvulas de doble efecto, a la bomba y a
todos los compensadores de presión locales, incluyendo, no obstante,
también aquel en la sección con presión superior.
Resulta que esta última tiene la misma presión
en ambos lados: si se introdujese un muelle en la posición clásica
de la válvula de retención (es decir, en la dirección de cierre del
orificio a través del propio compensador de presión) el compensador
de presión cerraría el orificio; por este motivo, se coloca
exactamente en la dirección opuesta. Sin embargo, al construirse de
este modo, el compensador de presión no funciona ya como válvula de
retención (debido al hecho de que normalmente está abierto) por lo
que surge la necesidad de introducir una válvula de retención
aparte dentro del compensador de presión para evitar el descenso de
la carga.
Además, como ejemplo previo de la materia, se
menciona US 5.890.362, en la que debe tomarse en cuenta
inmediatamente la forma particular del compensador de presión, que
en este caso se divide en dos con el fin de operar ambos como
selector y como válvula de retención.
En particular, debe observarse la disposición de
presiones, que operan en el conjunto de los dos componentes del
compensador de presión revelados en US 5.890.362: en un extremo, se
envía la presión corriente arriba del compensador de presión y en
el otro extremo, se envía la presión de la señal de detección de
carga, que es sacada a través del paso de suministro obtenido en el
cuerpo de la válvula de control direccional y la presión de paso
del puente (presión de carga) que llega entre los dos
componentes.
Por el contrario, en la invención actual, en un
extremo del compensador de presión, actúa la presión corriente
arriba del compensador de presión, mientras que la presión del
puerto de trabajo actúa en el otro extremo, mientras que en el
medio se encuentra la señal de detección de carga, ahora sacada de
dentro del propio compensador de presión.
Además, siempre en US 5,890,362, la segunda
parte del compensador de presión (elemento válvula) opera como una
válvula de 2 posiciones y de 2 vías para seleccionar la señal,
mientras que la primera parte (disco) realiza la función de una
válvula de retención sólo después de que esta primera parte haya
sido separada de la segunda.
Por el contrario, en la presente invención, la
segunda parte es sólo un pistón introducido en la misma perforación
que, en la sección con presión superior, siempre está unido a la
primera parte y que al tener en sus extremos la presión corriente
arriba y corriente abajo del propio compensador de presión, funciona
como una válvula de retención.
Además, siempre en la sección con presión
superior, el pistón, al ser mantenido unido a la primera parte,
mantiene al selector abierto mecánicamente permitiendo a la presión
sacada corriente arriba del compensador de presión (no aquella
corriente abajo del compensador de presión con las ventajas ya
descritas) llegar entre las dos partes y desde aquí a los
compensadores de presión de las secciones con presión inferior a
través de un paso apropiado.
En éstas últimas, dicha señal separa el pistón
de la primera parte que, al tener la presión de la señal en un lado
y la presión corriente arriba del compensador de presión en el otro,
realiza en todos los sentidos la función de compensador de presión
(no de válvula de retención como en la patente mencionada).
Además, el pistón, al alejarse, cierra
automáticamente el paso de la señal dentro del propio compensador de
presión.
Al contrario de lo que se ha dicho
anteriormente, en US 5.890.362, los compensadores de presión de las
secciones con presión inferior realizan la función real de
compensador de presión sólo si las partes se juntan.
Por el mismo motivo, la disposición del muelle
en el compensador de presión es diferente, a saber, en US 5.890.362
puede encontrarse entre las partes del compensador de presión,
alejando las partes, mientras que en la presente invención, está
dispuesto en un lado
como una válvula de retención.
como una válvula de retención.
Si describimos la técnica adoptada en US
5,806,312, debe observarse el uso del compensador de presión como
selector, a partir del cual surge, que sólo en la sección con
presión superior, el compensador de presión es levantado de este
modo para abrir el orificio interno hacia el lado del muelle del
propio compensador de presión, llevando de este modo la presión
corriente arriba del compensador de presión a los otros
compensadores de presión y a la bomba. Por el contrario, las
secciones, con presión inferior son levantadas menos, no logrando
nunca abrir dicho orificio.
Dado que el compensador de presión, debido a su
función, tiene que abrir el paso entre la bomba y el puerto de
trabajo antes de abrir el orificio de la señal, no puede evitar, en
aquellos casos transitorios en los que la presión del puerto de
trabajo supera a la presión de la bomba, que la carga descienda.
Por consiguiente, es necesario introducir,
corriente abajo del compensador de presión, válvulas de retención
adaptadas para evitar dicho fenómeno.
El mismo Solicitante ha fabricado una válvula de
control direccional anti-saturación monobloque para
cargadores frontales: excluyendo la aplicación específica, el
concepto anti-saturación sigue siendo válido, sin
embargo es insertada en un dispositivo de control direccional
monobloque, específicamente para dos cilindros hidráulicos.
El objeto de la presente invención es obtener
una válvula de control direccional anti-saturación
compuesta por dos o más secciones con compensador selector de
presión que permita compensar las presiones en los puertos de
trabajo y que evite la saturación del sistema cuando el uso
simultáneo de muchos accionadores requiera un caudal global que sea
superior al caudal máximo de la bomba.
Entre las ventajas que pueden obtenerse con la
presente invención, además de tener un objeto compuesto por un
número de secciones que es igual al número de accionadores a
alimentar que contengan la misma disposición hidráulica, debe
señalarse lo siguiente:
- Ausencia de casos transitorios de descenso de
la carga debido al hecho de que el aceite que acciona el compensador
de presión de la bomba es sacado corriente arriba del compensador
de presión: dado que éste opera como válvula de retención, es
sacado por consiguiente del puerto de trabajo;
- Aumento de la caída efectiva de la presión en
el carrete, lo que significa un caudal superior con el mismo
stand-by, a saber un stand-by
inferior con el mismo caudal, a saber pérdidas de energía
inferiores. Y esto debido a que el stand-by
impuesto por la bomba está entre la bomba y el puerto de trabajo
corriente abajo del carrete corriente arriba del compensador de
presión;
- Ausencia de pasos de caída efectiva de la
presión y de los consiguientes pasos de caudal en la inversión del
puerto de trabajo con presión superior debido al hecho de que la
caída efectiva de presión es la misma para todos los carretes,
tanto aquel con la presión superior como aquellos con presión
inferior;
- Supresión de la necesidad de introducir
válvulas de retención en el circuito para evitar los fenómenos de
descenso de la carga: esta función es realizada por el compensador
de presión durante tiempos de funcionamiento particulares;
- Reducción de la complejidad del circuito
hidráulico y sobre todo, reducción del mecanizado de herramientas a
realizar en cada componente debido al hecho de que el elemento
selector lógico está incorporado en el propio compensador de
presión, con la consiguiente reducción de costes.
Estos objetivos y ventajas son obtenidos todos
ellos por la válvula de control direccional
anti-saturación compuesta por dos o más secciones,
objeto de la presente invención, que se caracteriza por lo que se
proporciona en las reivindicaciones que se enumeran a
continuación.
Estas y otras características serán señaladas
mejor por la siguiente descripción de algunas manifestaciones
mostradas, meramente como ejemplo no limitativo, en las tablas de
diseño adjuntas en las que:
- La figura 1 muestra el circuito hidráulico de
la válvula de control direccional anti-saturación
compuesta por dos o más secciones con compensador selector de
presión;
- La figura 2 muestra una vista en sección a
través de una sección de la válvula de control direccional objeto
de la presente invención.
Con referencia a la figura 1, se muestra el
circuito hidráulico de una válvula de control direccional (V), en
el que P designa una bomba de desplazamiento variable que es
controlada y accionada hidráulicamente mediante el aceite
presurizado procedente de la línea C.
La válvula de control direccional se compone
específicamente de tres secciones E1, E2, E3, cada una de las
cuales está conectada a los correspondientes puertos de trabajo a
través de las conexiones A1-B1,
A2-B2, A3-B3.
Cada sección está equipada con un carrete 4 de
tres posiciones y 6 vías, un compensador de presión 3 y un pistón
5.
La bomba P suministra a cada carrete 4.
El compensador de presión 3 se caracteriza por
tener dentro un selector de señales de presión S con esfera.
Este selector S se mantiene abierto
mecánicamente mediante un pistón 5 cuando las condiciones de presión
así lo permiten.
De conformidad con lo que se indica, el pistón 5
es introducido en la misma perforación que contiene al compensador
de presión 3. Además, un muelle M con una fuerza insignificante
opera en el pistón 5.
La señal de detección de carga es sacada a
través de los orificios dentro del propio condensador de presión 3
y no en el cuerpo de la válvula de control direccional E.
A través de los orificios arriba mencionados, la
señal de la presión llega a ambos lados del compensador de presión
3.
En el lado 3a, donde la acción resultante es la
apertura del orificio mediante el propio compensador de presión 3,
la señal llega directamente, sacada desde el punto 2 corriente
arriba del compensador de presión 3 (a saber entre el compensador
de presión 3 y el carrete 4), mientras que en el otro lado, la
señal, también sacada desde el punto 2, debe pasar a través del
selector S.
En la práctica, el selector S no permitiría el
paso de la presión procedente del punto 2 si no hubiese sido
mantenido abierto por el pistón 5 que es presionado contra el
compensador de presión 3 por la presión del puerto de trabajo
sacada desde el punto 1.
Supongamos que se acciona el carrete 4 de la
sección E1, la presión del puerto de trabajo correspondiente,
sacada desde el punto 1, llega al lado del muelle M, a saber llega
para operar sobre el pistón 5 que de dicha forma presiona contra el
compensador de presión 3 y mantiene el selector S abierto mediante
la conexión del punto 2 a la línea C de la señal de detección de
carga.
El pistón 5 empujado contra el compensador de
presión 3 hace que el grupo compuesto por el compensador de presión
3 y el pistón 5 operen como una válvula de retención.
A través de la línea C, la presión en el punto
2, a saber entre el carrete 4 y el compensador de presión 3, llega
al compensador de presión de la bomba 3P, o alternativamente, en
caso de bomba de desplazamiento fijo, al compensador de presión en
la cubierta de entrada, y es introducido entre el compensador de
presión 3 y el pistón 5 de las otras secciones E2 y E3.
En la configuración descrita, el pistón 5 de
cada sección E2 y E3 es separado del compensador de presión 3
correspondiente, de forma que el compensador de presión 3 se
encuentre con la señal de detección de carga en un extremo y la
presión corriente arriba del propio compensador de presión 3 en el
otro extremo 3a, con el resultado de funcionar como compensador de
presión.
En esta disposición, en el punto 2 de las
secciones E2 y E3, el compensador de presión impone la misma presión
en el punto 2 de la sección con presión superior E1, y el selector
S dentro del compensador de presión 3 de las secciones E2 y E3
cierra la conexión entre los puntos 2 y la línea C de la 15 señal de
detección de carga.
Se asume ahora que se acciona una segunda
sección E2, con una presión de puerto de trabajo inferior: esta
presión, sacada desde el punto 1, llega al lado del muelle de su
propio pistón 5 que, al ser por hipótesis inferior, no mueve el
pistón 5 y la situación permanece sin cambios como se ha indicado
previamente.
Por el contrario, ahora se asume que se acciona
una sección E3 con presión superior: se produce un caso transitorio
en el que la presión en el punto 1 es superior a la presión de
suministro de la bomba con el riesgo de un descenso de la carga no
deseado.
Sin embargo, en la sección E3, la presión en 1
mueve su propio pistón 5 contra su propia compensador de presión 3
cerrando el orificio mediante el propio compensador de presión 3
hacia el puerto de trabajo, funcionando de este modo como válvula
de retención y evitando el descenso de la carga.
Al no haber ningún caudal a través del
compensador de presión 3, la presión en 2 alcanza la presión de
suministro de la bomba, a saber, una presión que es superior a la
presión de la señal de detección de carga de la línea C en una
cantidad igual al valor de stand-by, de forma que la
esfera del selector S se abre hasta que se une al pistón
permitiendo que dicha presión llegue a la línea C y
"corto-circuite" hacia la propia bomba P,
generando un aumento de la presión.
Sólo cuando la presión en 2 supera la presión
del puerto de trabajo, se abrirá nuevamente el orificio hacia el
propio puerto de trabajo, confirmando el comportamiento como válvula
de retención.
Al mismo tiempo, la señal de detección de carga
de la línea C, al ser aumentada, separa el pistón 5 del compensador
de presión 3 en la sección E1 que estaba previamente a una presión
superior, el selector S se cierra y el compensador de presión 3
detecta la señal de detección de carga en un extremo y la presión
en el punto 2 (a saber entre el carrete 4 y el compensador de
presión 3) en el otro extremo 3a, funcionando de este modo como
compensador de presión.
Debido a lo que se ha manifestado más arriba,
debe resumirse que en la válvula de control direccional V de la
invención, la sección con presión superior tiene su compensador de
presión 3 que permanece unido al pistón 5 con el fin de funcionar
como válvula de retención, mientras que para las restantes
secciones, con presiones inferiores, el compensador de presión 3 se
separado de su correspondiente pistón 5, mediante la señal de
detección de carga que llega de la línea C, funcionando de este
modo como compensador de presión.
Con referencia a la figura 2, se muestra una
vista transversal de una sección E de la válvula de control
direccional V de la invención, en la que pueden encontrarse los
componentes descritos con anterioridad.
En particular, es posible observar la
disposición del carrete 4, del compensador de presión 3 con el
selector S obtenido (cuya esfera se muestra) y el pistón 5 con el
muelle M al lado.
A partir de esto, puede observarse la ventaja
constructiva evidente de la válvula de control direccional V, ya
que este sencillo circuito tiene solamente dos perforaciones en las
que en una perforación se introduce el carrete 4 y en la otra
perforación se introducen el compensador de presión 3 con su
selector S y su pistón 5 correspondientes.
Claims (2)
1.Válvula de control direccional
anti-saturación (V) compuesta por dos o más
secciones con compensador selector de presión, compuesta cada
sección (E1, E2, E3) por un carrete(4) de tres posiciones y
seis vías de tipo proporcional, un compensador (3) que realiza la
función de compensador de presión, un pistón (5) introducido en la
misma perforación que el compensador (3), un muelle (M) con una
fuerza insignificante que opera dicho pistón (5), constando el
compensador mencionado (3) de un selector de señal de presión (S)
con esfera, que conecta, cuando se abre, la señal de presión en un
primer punto (2), entre dicho carrete (4) y dicho compensador (3),
a la línea (C) de la señal de detección de carga, en la que dicha
señal de detección de carga llega al compensador de presión de la
bomba (3P) o alternativamente, en caso de bomba de desplazamiento
fijo, al compensador de presión en la cubierta de entrada,
caracterizándose en que:
a. la presión de la señal de detección de carga
opera entre dicho pistón (5) y dicho compensador (3); la presión
del puerto de trabajo de su propia sección opera sobre el pistón
(5), a saber sobre el lado del muelle (M) opuesto al lado en el que
se aplica la presión de la señal de detección de carga, siendo
sacada la presión de dicho puerto de trabajo desde un segundo punto
(1), a saber entre dicho compensador (3) y un puerto de trabajo, la
presión corriente arriba del compensador (3) opera en el lado (3a)
del compensador (3) opuesto al lado en el que se aplica la presión
de la señal de detección de carga, siendo sacada dicha presión desde
dicho primer punto (2);
b. dependiendo de la presión en los puertos de
trabajo, el selector de la señal de presión (S) es mantenido
abierto automáticamente mediante el pistón (5) con el muelle (M)
cuando el pistón (5) es presionado contra el compensador
correspondiente (3), o se cierra cuando el pistón (5) es separado
del compensador correspondiente (3);
c. en la sección con presión de puerto de
trabajo superior, el pistón (5) presiona contra el compensador (3)
y el grupo compuesto por compensador (3) y pistón (5) funciona como
una válvula de retención; el selector (S), mantenido abierto
mediante el pistón (5), conecta la señal de la presión en dicho
primer punto (2), entre dicho carrete (4) y dicho compensador (3),
a la línea (C) de la señal de detección de carga;
d. en las secciones de la válvula de control
direccional (V) que están a una presión de puerto de trabajo
inferior, la señal de detección de carga que actúa entre el
compensador (3) y el pistón (5) separa el pistón (5) del
compensador (3); el selector (S) se cierra y el compensador (3)
realiza su propia función de compensador de presión.
2. Válvula de control direccional
anti-saturación (V) de conformidad con la
reivindicación 1, caracterizándose en que el muelle (M)
opera sobre el pistón (5) y está dispuesto como en una válvula de
retención.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US919346 | 1986-10-15 | ||
| US10/919,346 US7182097B2 (en) | 2004-08-17 | 2004-08-17 | Anti-saturation directional control valve composed of two or more sections with pressure selector compensators |
Publications (1)
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