ES2302195T3

ES2302195T3 - Accionamiento hidraulico para vehiculos moviles.

Info

Publication number: ES2302195T3
Application number: ES05736946T
Authority: ES
Inventors: Jurgen Legner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2005-05-04
Publication date: 2008-07-01
Anticipated expiration: 2025-05-04
Also published as: DE102004023628A1; ATE391259T1; CN1950630A; JP2007536481A; KR20070018939A; WO2005111474A1; JP4782108B2; KR101137163B1; EP1745228A1; DE502005003573D1; CN100523566C; EP1745228B1

Abstract

Accionamiento hidráulico para vehículos móviles con por lo menos un motor hidrostático (1), con una velocidad máxima admisible de su árbol de salida (6) al someter su alimentación de fluido a presión (2) a alta presión, estando el motor (1) en comunicación con una entrada de aspiración (18) de la fuente de fluido a presión (15) a través de una alimentación de fluido a presión (2), de una salida de impulsión (16), de una fuente de fluido a presión (15) y a través de un retorno de fluido a presión (3), con una entrada de aspiración (18) de la fuente de fluido a presión, accionando el motor (1) de forma directa o indirecta un engranaje de accionamiento siendo su cilindrada variable, con lo cual se puede variar la velocidad del engranaje de accionamiento, caracterizado porque el motor (1) es un motor de émbolos radiales y presenta un cigüeñal con el cual están en comunicación activa unos émbolos dispuestos en los cilindros, pudiendo regularse la cilindrada por medio de un dispositivo de regulación de la cilindrada (26), pudiendo ajustarse el recorrido de los émbolos durante el giro del cigüeñal, y donde por encima de la velocidad máxima admisible del árbol de salida (6) el dispositivo de ajuste (26) está regulado de tal modo que los émbolos no realizan casi ninguna carrera en los cilindros y la alimentación de fluido a presión (2) está aislada de la salida de impulsión (16) estando de tal modo en comunicación con el retorno de fluido a presión (3) que sobre el retorno de fluido a presión (3) y sobre la alimentación de fluido a presión (2) actúa la presión que está presente en la entrada de aspiración (18) de la fuente de fluido a presión (15) o en una conducción de retorno (30) desde un radiador (31) al tanque (29), de modo que el árbol de salida (6) puede funcionar con una velocidad superior a la velocidad máxima admisible.

Description

Accionamiento hidráulico para vehículos móviles.

La invención se refiere a un accionamiento hidráulico para vehículos móviles según la clase definida con mayor detalle en el preámbulo de la reivindicación 1, tal como se conoce por el documento WO 99/65721A.

Los accionamientos hidráulicos para vehículos móviles se emplean principalmente para máquinas de trabajo como por ejemplo excavadoras sobre ruedas, cargadoras sobre ruedas o también niveladoras, en los que un motor de combustión acciona una bomba hidráulica cuyo caudal de impulsión alimenta con fluido a presión motores hidráulicos que a su vez están en combinación con engranajes de accionamiento y mueven éstos. Frecuentemente se emplean motores de émbolos axiales de cilindrada variable para variar las revoluciones del engranaje de accionamiento. Ahora bien, en estos motores de émbolos axiales la velocidad máxima está limitada, y si se rebasa esta velocidad podría dar lugar a daños en el motor.

El documento US 4.069.886 da a conocer un accionamiento hidráulico para un vehículo móvil en el cual las ruedas delanteras se pueden accionar por medio de sendos motores y las ruedas traseras son accionadas directamente por el motor de combustión a través de una transmisión mecánica. Dado que los motores hidráulicos tienen limitada su velocidad, las ruedas delanteras solamente se pueden emplear dentro de un campo de trabajo limitado, y por encima de este campo de trabajo se han de aislar de la rueda del vehículo por medio de embragues mecánicos. Para ello los motores se desacoplan totalmente de forma mecánica. De este modo se tiene la posibilidad de accionar las ruedas delanteras por medio del accionamiento de marcha propiamente dicho del vehículo con una velocidad superior a la velocidad admisible de los motores hidráulicos. Entonces los motores hidráulicos están parados.

El documento DE 39 07 633 C2 da a conocer un accionamiento hidráulico para un vehículo móvil que sirve como accionamiento único de marcha, para lo cual un motor de combustión acciona una bomba hidráulica cuyo caudal de volumen alimenta con fluido a presión dos motores hidráulicos que a través de un reductor se pueden unir a un árbol de salida. Dado que los motores hidráulicos están en comunicación con el árbol de salida a través de unas relaciones de reducción diferentes, existe el peligro de que un motor hidráulico funcione por encima de su velocidad máxima. Por este motivo está situado un embrague entre el árbol de salida y un motor hidráulico para poder desacoplar mecánicamente el motor hidráulico.

La presente invención tiene como objetivo crear un accionamiento hidráulico para vehículos móviles en el que por lo menos un motor hidráulico acciona un árbol de salida y puede quedar unido al árbol de salida también por encima de una velocidad máxima de este motor, al poder funcionar el motor por encima de su velocidad máxima.

El objetivo se resuelve con un accionamiento hidráulico para vehículos móviles que presenta también las características identificativas de la reivindicación principal.

De acuerdo con la invención, el accionamiento hidráulico presenta por lo menos un motor de cilindrada regulable, cuya cilindrada se puede variar hasta cero. En este estado, el motor hidráulico prácticamente deja de tener cilindrada con lo cual no recibe ningún caudal de volumen procedente del caudal de volumen de la bomba excepto las fugas y por otra parte tampoco suministra ningún par de giro. Adicionalmente se cierran la alimentación de fluido a presión y el retorno de fluido a presión de la bomba al motor y se pone en cortocircuito la alimentación de fluido a presión y el retorno de fluido a presión del motor hidráulico, y se les aplica una presión reducida. Ésta es preferentemente la presión de engrase de la transmisión (presión de retorno después del radiador). También existe la posibilidad de utilizar la presión de alimentación. De este modo actúa sobre el motor en su lado de alta presión y de baja presión exclusivamente una presión muy reducida, con lo cual todos los componentes del motor están sometidos a fuerzas reducidas y por este motivo generan un par de giro resistente reducido, gracias a lo cual el motor puede funcionar a una velocidad muy elevada. El motor está realizado preferentemente como motor de émbolos radiales que lleva un cigüeñal que está en comunicación activa con los émbolos. Al regular el motor de esta manera hasta una cilindrada cero, de modo que casi no presente ninguna cilindrada, se compensa la excentricidad del cigüeñal, con lo cual el cigüeñal gira concéntrico con su accionamiento y los émbolos casi no realizan ningún movimiento de recorrido en los cilindros. El motor de émbolos radiales está realizado preferentemente como el motor de émbolos radiales del documento WO 99/17021 A1, que con esto se trata de incorporar plenamente, efectuándose la regulación del motor hidráulico preferentemente no de modo mecánico sino de modo hidráulico, con lo cual los émbolos regulables en el cigüeñal se regulan por medio de la presión hidráulica. La presión hidráulica está preferentemente combinada con la alimentación de fluido a presión del motor, por lo que al desconectar la alimentación de fluido al motor, este se regula automáticamente a la cilindrada cero. Preferentemente se regula el motor primero a una cilindrada cero y a continuación se aísla de la alta presión.

En otra forma de realización, estando el motor hidráulico en estado desconectado, la alimentación de fluido a presión y el retorno de fluido a presión están en comunicación con la salida de fluido a presión de una bomba de alimentación o con la presión de engrase de la transmisión (presión de retorno después del radiador), con lo cual se reponen las fugas del motor hidráulico permanentemente con fluido a presión frío. De este modo se impide el sobrecalentamiento del motor. Gracias a la separación hidráulica respecto a la alta presión y a la regulación del motor hidráulico a una cilindrada cero, deja de ser necesario separar mecánicamente el motor de la salida, con lo cual no se producen sacudidas de conexión al desacoplar o al volver a acoplar. Al quedar el motor sometido a la presión de alimentación o a la presión del lubricante, los cilindros no se vacían con lo cual no se produce ninguna sacudida de conexión al conectarlo.

En otra forma de realización, el motor hidráulico está realizado como accionamiento complementario para ruedas delanteras, por ejemplo de una niveladora, efectuándose el accionamiento de marcha principal por medio del motor de combustión y un reductor, conectándose los motores hidráulicos para una gama de trabajo definida y por encima de la velocidad admisible del motor hidráulico, este se conecta hidráulicamente con la presión de alimentación o la presión de engrase estando ajustado a un volumen de absorción cero, con lo cual el motor hidráulico puede funcionar por encima de su velocidad.

En otra forma de realización hay por lo menos dos motores hidráulicos unidos a un árbol de salida a través de una transmisión sumadora, formando el accionamiento de marcha del vehículo. Ambos motores se encuentran permanentemente en conexión mecánica activa con el árbol de salida y su volumen de absorción es regulable. Entre el árbol de salida y el motor hidráulico pueden estar dispuestos reductores de diversa relación de transmisión. Cuando el motor hidráulico funciona por encima de su velocidad admisible entonces no tiene ninguna cilindrada y su alimentación y su retorno están en comunicación con la presión de alimentación o la presión de engrase.

También existe la posibilidad de que los motores funcionen en circuito abierto.

Al no estar dispuestos los motores sobre el árbol de salida existe la posibilidad de disponer la alimentación de fluido a presión para la regulación de la cilindrada en un lado del cigüeñal en el cigüeñal, comunicándolo con la alta presión. El sellado puede estar dispuesto por lo tanto sobre un diámetro reducido, con lo cual son también posibles velocidades superiores en el caso de presiones superiores.

De acuerdo con la invención se crea por lo tanto un accionamiento hidráulico que puede funcionar también por encima de su velocidad máxima admisible y que no necesita ninguna clase de dispositivos de desconexión mecánicos.

Otras características se pueden deducir de la descripción de las figuras. Éstas muestran:

Fig. 1 un esquema de un motor hidráulico con una etapa reductora;

Fig. 2 un esquema de una transmisión sumadora con dos motores hidráulicos;

Fig. 3 un esquema de una transmisión sumadora con dos motores hidráulicos y una marcha de la transmisión conmutable, y

Fig. 4 un esquema hidráulico del accionamiento conforme a la invención.

Fig. 1

Un motor hidráulico 1 de cilindrada regulable presenta una alimentación de fluido a presión 2 y un retorno de fluido a presión 3. La alimentación de fluido a presión 2 y el retorno de fluido a presión 3 están en comunicación con una fuente de fluido a presión que no está representada. La salida 4 del motor 1 está unida a un reductor 5. La salida 6 del reductor 5 está unida a una rueda del vehículo. Cuando la salida 4 funciona por encima de una velocidad definida, la alimentación del fluido a presión 2 y el retorno del fluido a presión 3 del motor 1 están en comunicación con la presión de alimentación o la presión de engrase de la fuente de fluido a presión, y el motor 1 está ajustado de tal modo que casi no presenta ninguna cilindrada. El control de la cilindrada y de la válvula de conmutación puede estar pilotado por una unidad de control electrónica. La velocidad definida es la velocidad máxima admisible del motor hidráulico sometido a alta presión.

Fig. 2

Un primer motor 7 acciona un primer reductor 8, y un segundo motor 9 acciona un segundo reductor 10. Las alimentaciones de fluido a presión 2 y los retornos de fluido a presión 3 están unidos en paralelo con la fuente de fluido a presión. El primer reductor y el segundo reductor pueden tener la misma relación de transmisión, aunque es ventajoso realizar los reductores con distintas relaciones de transmisión. Las relaciones de transmisión están realizadas preferentemente de modo que en una primera gama de trabajo el primer motor 7 y el segundo motor 8 estén comunicados conectados en paralelo con la salida de impulsión de la fuente de fluido a presión y con la entrada de aspiración de la fuente de fluido a presión, estando comunicadas la salida de impulsión con la alimentación de fluido a presión y la entrada de aspiración con el retorno de fluido a presión. Al regular el volumen de la bomba hidráulica del primer motor 7 y del segundo motor 9 se puede modificar la velocidad del árbol de salida 11, que está unido no sólo con el primer reductor 8 sino también con el segundo reductor 10. El motor hidráulico y la relación de transmisión están diseñados preferentemente de modo que el motor, que en la segunda gama de marcha ya no presenta ninguna cilindrada y funciona por encima de su velocidad máxima, alcanza su velocidad máxima al final de la primera gama de marcha. A continuación se regula este motor a una cilindrada prácticamente nula y se une hidráulicamente la alimentación de fluido a presión 2 y el retorno de fluido a presión 3 con la presión de alimentación o la presión de engrase de la fuente de fluido a presión. También existe la posibilidad de comunicar la alimentación de fluido a presión 2 y el retorno de fluido a presión 3 con una conducción que esté a la misma presión que la entrada de aspiración de la fuente de fluido a presión. En la segunda gama de marcha se sigue entonces reduciendo la cilindrada del motor que todavía queda y el otro motor se hace funcionar por encima de su velocidad admisible, sin separar mecánicamente los dos motores del árbol de salida 11.

Fig. 3

Un primer motor 7 está unido al árbol de salida a través de un primer reductor 8 y un segundo motor 9 lo está a través de un segundo reductor 10. El primer reductor 8 está realizado conmutable por medio de un dispositivo de conmutación 12, con lo cual y por medio del dispositivo de conmutación 12 se puede unir el árbol de salida 11 a través del primer reductor 13 o a través de un segundo reductor 14 con el primer motor 7. El dispositivo de conmutación 12 está realizado preferentemente como dispositivo sincronizador, realizándose una conmutación del dispositivo de conmutación cuando el motor 7 casi no presente ya ninguna cilindrada, y esté separado hidráulicamente del circuito. En este estado, el dispositivo de conmutación 12 apenas soporta ninguna carga, ya que es preciso acelerar exclusivamente las masas inertes de los engranajes y árboles, dado que los émbolos no realizan ningún recorrido en los cilindros y no giran. En el circuito están también unidos preferentemente la alimentación de fluido a presión 2 y el retorno de fluido a presión 3 con la presión de alimentación o la presión de engrase, con lo cual se reducen adicionalmente las fuerzas en los cojinetes del motor hidráulico. Para obtener un par de giro lo más alto posible durante el arranque se arranca con los dos motores y toda la cilindrada, mientras a través del dispositivo de conmutación 12 está conectada la relación de reducción mayor 13. Variando la cilindrada de la fuente de fluido a presión y del primer motor 7 y del segundo motor 9 se aumenta la velocidad del árbol de salida 11. Cuando el primer motor 7 o el segundo motor 9 alcanzan una velocidad máxima se conmuta por medio del dispositivo de conmutación 12 a una relación de reducción menor 14, con lo cual, para la velocidad máxima de árbol de salida 11, el primer motor 7 acciona el árbol de salida 11 con la segunda relación de reducción 14, y el segundo motor 9 no presenta ninguna cilindrada y está en comunicación hidráulica con la baja presión o presión de engrase.

Fig. 4

Una fuente de fluido a presión 15 es accionada por una máquina de trabajo no representada. La salida de impulsión 16 está comunicada a través de una válvula 17 con la alimentación de fluido a presión 2 del primer motor 7. La entrada de aspiración 18 está comunicada con el retorno de fluido a presión 3 del primer motor 7, también a través de la válvula 17. La salida de impulsión 16 y la entrada de aspiración 18 están unidas a través de la válvula 19 con la alimentación de fluido a presión 2 y con el retorno de fluido a presión 3 del segundo motor 9. Según el sentido de impulsión de la fuente de fluido a presión 15, se pueden intercambiar la salida de impulsión 16 y la entrada de aspiración 18. La válvula 17 y la válvula 19 están unidas a la baja presión a través de una conducción 20 ó 23 respectivamente. Las conducciones 20 y 23 están preferentemente en comunicación con la salida de la bomba de alimentación 21, con lo cual llega fluido a presión refrigerado a la conducción 20. Sin embargo existe también la posibilidad de comunicar la conducción 20 con la posición de salida de la válvula de barrido 22, con lo cual la conducción 20 también puede estar sometida a baja presión. La válvula 19 está también comunicada con la baja presión a través de su conducción 23. Existe además la posibilidad de comunicar las conducciones 20 y 23 con la conducción de retorno 30 del radiador 31 al tanque 29. Una unidad de control electrónica que no está representada está unida a las válvulas 24, estando realizadas las válvulas 25 como válvulas proporcionales. Las válvulas proporcionales 25 actúan sobre el dispositivo de regulación de la cilindrada 26 y por lo tanto regulan la cilindrada de los motores hidráulicos 7 y 9. Al estar dispuestas entre el dispositivo de regulación de la cilindrada 26 y las válvulas proporcionales 25 las válvulas 27, cuya alimentación de presión se realiza desde una válvula 28, que está en comunicación con la alimentación de fluido a presión 2 y el retorno de fluido a presión 3, existe la posibilidad de regular automáticamente el primer motor 7 o el segundo motor 9 mediante la conmutación de las válvulas 25, de tal modo que prácticamente no presente ninguna cilindrada. Preferentemente se regula el motor 7 ó 9 primeramente a una cilindrada cero por medio de la válvula 27, y a continuación se conmuta la válvula 17 ó 19 de tal modo que la alimentación de fluido a presión 2 y el retorno de fluido a presión 3 están en comunicación con la conducción 20 y con ello el dispositivo de regulación 26 también está en comunicación con la conducción 20, con lo cual no se puede aumentar el volumen de cilindrada del motor. En cambio si se conmuta la válvula 17 o la válvula 19 de tal modo que la alimentación de fluido a presión 2 esté en comunicación con la salida de impulsión 16 de la fuente de fluido a presión 15 y el retorno de fluido a presión 3 esté unido a la entrada de aspiración 18, entonces la válvula 28 se ocupa de que el dispositivo de regulación 25 quede sometido a la presión alta, por lo cual resulta posible regular el motor 7 ó 9.

En otra realización de la invención se disponen el primer motor 7, el segundo motor 9 así como el reductor 5 y las válvulas en el interior de la carcasa de la transmisión, formando la carcasa de la transmisión al mismo tiempo el depósito 29. Las fugas de los motores hidráulicos llegan por lo tanto directamente a la carcasa de la transmisión y se mezclan con el fluido a presión que está en el depósito. Los motores hidráulicos están situados preferentemente por encima del nivel de fluido a presión del tanque, con lo cual se evitan las pérdidas por chapoteo.

Signos de referencia

1: Motor

2: Alimentación de fluido a presión

3: Retorno de fluido a presión

4: Salida

5: Reductor

6: Salida

7: Primer motor

8: Primer reductor

9: Segundo motor

10: Segundo reductor

11: Árbol de salida

12: Dispositivo de conmutación

13: Primera relación de reducción

14: Segunda relación de reducción

15: Fuente de fluido a presión

16: Salida de impulsión

17: Válvula

18: Entrada de aspiración

19: Válvula

20: Conducción

21: Bomba de alimentación

22: Bomba de barrido

23: Conducción

24: Unidad de control electrónica

25: Válvulas proporcionales

26: Dispositivo de regulación de la cilindrada

27: Válvula

28: Válvula

29: Depósito

30: Conducción de retorno

31: Radiador

Claims

1. Accionamiento hidráulico para vehículos móviles con por lo menos un motor hidrostático (1), con una velocidad máxima admisible de su árbol de salida (6) al someter su alimentación de fluido a presión (2) a alta presión, estando el motor (1) en comunicación con una entrada de aspiración (18) de la fuente de fluido a presión (15) a través de una alimentación de fluido a presión (2), de una salida de impulsión (16), de una fuente de fluido a presión (15) y a través de un retorno de fluido a presión (3), con una entrada de aspiración (18) de la fuente de fluido a presión, accionando el motor (1) de forma directa o indirecta un engranaje de accionamiento siendo su cilindrada variable, con lo cual se puede variar la velocidad del engranaje de accionamiento, caracterizado porque el motor (1) es un motor de émbolos radiales y presenta un cigüeñal con el cual están en comunicación activa unos émbolos dispuestos en los cilindros, pudiendo regularse la cilindrada por medio de un dispositivo de regulación de la cilindrada (26), pudiendo ajustarse el recorrido de los émbolos durante el giro del cigüeñal, y donde por encima de la velocidad máxima admisible del árbol de salida (6) el dispositivo de ajuste (26) está regulado de tal modo que los émbolos no realizan casi ninguna carrera en los cilindros y la alimentación de fluido a presión (2) está aislada de la salida de impulsión (16) estando de tal modo en comunicación con el retorno de fluido a presión (3) que sobre el retorno de fluido a presión (3) y sobre la alimentación de fluido a presión (2) actúa la presión que está presente en la entrada de aspiración (18) de la fuente de fluido a presión (15) o en una conducción de retorno (30) desde un radiador (31) al tanque (29), de modo que el árbol de salida (6) puede funcionar con una velocidad superior a la velocidad máxima admisible.

2. Accionamiento hidráulico para vehículos móviles según la reivindicación 1, caracterizado porque el accionamiento acciona una rueda delantera de una máquina de construcción, accionándose las ruedas traseras por medio de otro reductor.

3. Accionamiento hidráulico para vehículos móviles según la reivindicación 1, caracterizado porque el árbol de salida del motor de émbolos radiales (7) está acoplado de forma directa o indirecta con el fluido a presión de otro motor (9), sumándose los pares de giro de los motores para conducirlos a un árbol de salida común (11).

4. Accionamiento hidráulico para vehículos móviles según la reivindicación 1, caracterizado porque el motor de émbolos radiales (1) actúa como accionamiento del vehículo móvil, y al rebasar una velocidad que corresponde a la velocidad máxima admisible estando el motor hidráulico sometido a alta presión, se separa automáticamente la alimentación de fluido a presión (2) de la salida de impulsión (16), y se comunica con el retorno de fluido a presión (3).

5. Accionamiento hidráulico para vehículos móviles según la reivindicación 3, caracterizado porque entre el motor de émbolos radiales (7) y la transmisión sumadora (11) está dispuesto un reductor (8), y entre el otro motor de émbolos radiales (9) y la transmisión sumadora (11) está dispuesto otro reductor (10).

6. Accionamiento hidráulico para vehículos móviles según la reivindicación 5 caracterizado porque la relación de transmisión del reductor (8) es mayor que la relación de reducción del otro reductor (10).

7. Accionamiento hidráulico para vehículos móviles según la reivindicación 13 caracterizado porque el otro motor (9) es un motor de émbolos radiales de cilindrada regulable.

8. Accionamiento hidráulico para vehículos móviles según la reivindicación 1, caracterizado porque la presión que actúa sobre la entrada de aspiración (18) es generada por una bomba de alimentación (21).

9. Accionamiento hidráulico para vehículos móviles según la reivindicación 1, caracterizado porque la alimentación de fluido a presión (2) y el retorno de fluido a presión (3) se pueden comunicar con la salida de una válvula de barrido (22).

10. Accionamiento hidráulico para vehículos móviles según la reivindicación 1, caracterizado porque la alimentación de fluido a presión (2) y el retorno de fluido a presión (3) se pueden unir a una conducción (20, 23) que está unida a la salida de fluido a presión de una bomba de alimentación (21).

11. Accionamiento hidráulico para vehículos móviles según la reivindicación 1, caracterizado porque la alimentación de fluido a presión (2) y el retorno de fluido a presión (3) se pueden unir con una tubería de retorno (30) desde un radiador (31) al depósito (29).