ES2323945T3 - Cilindros hidraulicos controlados en secuencia. - Google Patents
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Abstract
Medio de operación secuencial de unidades de operación ajustadas, controladas y mecánicamente conectadas entre sí, que comprende una unidad del pistón (13) para operar una primera unidad controlada que está montada deslizante en un barril del cilindro (1) y cuerpos de válvula (9, 15, 16, 20, 33) destinados a controlar el flujo de fluido de la primera unidad controlada a una segunda unidad controlada para su operación, caracterizado porque la unidad del pistón de la primera unidad (13) contiene un pistón tubular (5) que forma parte de un paso de flujo que, a fin de transportar el fluido a la segunda unidad controlada pasa sobre la parte del borde exterior de las unidades del pistón (13), y porque los cuerpos de válvula (9, 15, 16, 20) contienen un cuerpo de válvula en forma de anillo (9) que se mueve con desplazamiento axial rodeando la unidad del pistón (13) que abre y cierra dicho paso de flujo en función de la posición relativa de la unidad del pistón (13) en el cilindro.
Description
Cilindros hidráulicos controlados en
secuencia.
La presente invención se refiere a los cilindros
hidráulicos controlados en secuencia de acuerdo con el preámbulo de
la reivindicación 1, que es de conocimiento general.
Cuando se operan, por ejemplo, los brazos de
grúas telescópicas usando un medio de
pistón-cilindro tal como los cilindros hidráulicos,
es deseable que los elementos del telescopio se extiendan o
contraigan en un orden específico de manera que sea posible
determinar confiablemente la fuerza y, por tanto, las dimensiones de
los elementos del telescopio usados en el brazo de la grúa. Sin
embargo, en los brazos de grúas telescópicas conocidos dispuestos
con dos o más cilindros hidráulicos, la mayoría de los lados de los
cilindros están en muchos casos bajo presión al mismo tiempo. Esto
significa que la parte del brazo de la grúa que se extiende es el de
menos resistencia o fricción debido a la carga. En la mayoría de
los casos durante una carrera menor, los lados menores de todos los
cilindros están bajo presión, al mismo tiempo, y todos los cilindros
pueden moverse hacia el interior hasta que una válvula se cierra.
Además, los cilindros pueden contraerse aún más a través de la
compresión del aceite debido a la carga o similares. Esto significa
que el brazo de la grúa deberá ser dimensionado por su parte más
débil y que la extensión de longitud real del brazo de la grúa puede
alejarse de la longitud deseada. El orden en que los elementos
telescópicos se mueven y la posición en la que están para moverse
puede ser determinada por medios electrónicos o por válvulas
hidráulicas con líneas pilotos, pero esto puede implicar un coste
elevado.
Un objeto de la presente invención es lograr un
medio para aliviar o remediar estas deficiencias.
Este objeto de la invención se logra presionando
solamente el cilindro más interno durante un carrera mayor y
solamente el cilindro más externo durante un carrera menor, y que
cada cilindro debe llegar a su posición final antes de que al
próximo cilindro se le permita iniciar su movimiento. Esta invención
en comparación con otras soluciones convencionales también
significa que incluso si el movimiento del cilindro se detiene de
inmediato, el paso de aceite a través de una válvula al siguiente
cilindro se abre, el área de abertura de la válvula se agrandará y
el aceite puede pasar. Esto implica pérdidas de presión mucho más
pequeñas y por lo tanto menos calentamiento del aceite que en las
soluciones convencionales, donde el área de abertura de la válvula
es totalmente dependiente de cuánto se ha movido el cilindro después
que la válvula ha comenzado a abrirse. Además, la invención abarca
el flujo de aceite que tiene lugar a través de las tuberías dentro
y entre los cilindros sin el uso de mangueras.
La siguiente es una descripción más detallada de
la invención con referencias a los dibujos adjuntos, donde
la fig. 1 muestra una sección longitudinal de un
cilindro hidráulico de acuerdo con la invención, más una ampliación
parcial de un émbolo buzo y el sello de asiento, y
la fig. 2 muestra un conjunto de tres cilindros
interconectados.
El cilindro hidráulico ilustrado en los dibujos
comprende un barril del cilindro 1 con un fondo del cilindro 2
dispuesto en un extremo y un cabezal del cilindro sellado 3
dispuesto en el otro extremo con un diámetro reducido para formar
un entrehierro del anillo 4 entre dicho cabezal del cilindro 3 y un
pistón 5, y un hombro 6 destinado para un resorte 7 y un hombro 8
destinado para un cuerpo de válvula 9. En el fondo del cilindro 2 y
en el barril 1 más externo se disponen acoplamientos 10 y 11 para el
flujo de un medio de presión tal como un aceite hidráulico. Dentro
del barril del cilindro 1 entre el fondo del cilindro 2 y el
cabezal del cilindro 3 hay una primera cámara 12:1 y una segunda
cámara 12:2 delimitada por un pistón de deslizamiento axial 13 del
mismo tamaño que el diámetro interior del barril del cilindro 1. La
unidad del pistón 13 tiene una perforación axial 17 a lo largo de
su longitud y un cuerpo de válvula axialmente desplazable 9
concebido como una manga en forma de anillo que rodea la unidad del
pistón. Un muelle 14 está dispuesto entre el cuerpo de la válvula 9
y la unidad del pistón 13 y un resorte 7 pretendido para actuar
entre el cuerpo de la válvula 9 y el hombro 6 en el cabezal del
cilindro 3. El cuerpo de la válvula 9 tiene una ranura 15, la cual
junto con un borde biselado 16 en la unidad del pistón 13 forma un
sello de asiento 18, un sello de émbolo 19 y una cámara del anillo
20. A ras con el borde derecho del cuerpo de la válvula 9 en la
figura 1, hay un pasaje perforado 21 dispuesto en la unidad del
pistón 13, que comunica con la cámara 12:1 y en el borde izquierdo
del cuerpo de la válvula está un cámara 36 formada entre la unidad
del pistón 13 y el cuerpo de la válvula 9 que comunica con el
acoplamiento 10.
El vástago del pistón 5, que presenta un pasaje
22 que se extiende a lo largo de su longitud que contiene dos
tuberías 23 y 24, una rodeando a la otra, se extiende desde la
unidad del pistón 13 a través de la cámara 12:2. Con los sellos 18,
19 en posición de abertura, la cámara 12:2 se comunica a través de
la cámara del anillo 20 que está formada por los sellos 18, 19 con
pasajes radiales 25 y 26 en la unidad del pistón 13. En la unidad
del pistón 13 que se acopla al vástago del pistón 5, está dispuesto
un sello 27 destinado a sellar el entrehierro del anillo 4 con la
unidad del pistón 13 en su posición extendida. El pistón tubular 5
pasa a través del cabezal del cilindro sellado 3 y forma junto con
las tuberías 23, 24 ubicadas en el pasaje 22 en el interior del
pistón 5 dos cámaras del anillo 28 y 29. Un extremo de la tubería
más pequeña 23 es conectado al acoplamiento 10 del próximo cilindro
a través de un acoplamiento 37 y una tubería y el otro extremo a una
cámara 12:2 a través de una perforación 17 que se extiende a través
de la unidad del pistón 13 en la dirección longitudinal del vástago
del pistón 5. En el pistón 5 se dispone un pasaje perforado radial
30 que comunica con una cavidad 31 en la salida 11 con el vástago
del pistón 5 en su posición extendida. En el cabezal del vástago
del pistón 32 está dispuesta una válvula de
no-retorno 33 que es mecánicamente accionada por un
brazo 34 sobre un cilindro adyacente. La válvula de
no-retorno 33 está destinana a comunicar con ambas
cámaras del anillo 28, 29 y una salida 35.
Los tres cilindros en la realización del ejemplo
de acuerdo con las figuras 1 y 2, de los cuales, el cilindro más
externo comprende un cilindro hidráulico de doble acción
convencional, están mecánicamente interconectados entre el cabezal
del vástago del pistón 32 en el cilindro I y el barril del cilindro
1 en el cilindro II y así sucesivamente, cada cabezal del vástago
del pistón 32 exhibe un brazo 34 para controlar la válvula de
no-retorno 33 en los siguientes cilindros y funciona
de la siguiente manera:
Para más movimiento, el aceite es conducido en
el cilindro I, donde siempre se inicia primero. Durante la mayoría
de las carreras del cilindro I, el aceite hidráulico es conducido
bajo presión desde el tanque de aceite (no se muestra) por medio de
una bomba (no se muestra) a través de una válvula de
no-retorno de presión (no se muestra) a través del
acoplamiento 10 en el interior de la cámara 12:2 entre la unidad del
pistón 13 y el fondo del cilindro 2. Luego entonces, la unidad del
pistón 13 con el vástago del pistón 5 y a través del cabezal del
pistón 32 incluyendo los demás cilindros es forzada a la derecha
como se muestra en la figura 1, donde el aceite de retorno de los
otros cilindros II y III relacionados con las tuberías es
presionado fuera de la cámara 12:1 a través del entrehierro del
anillo 4 y a través del acoplamiento 11 de nuevo al tanque. Durante
este movimiento del émbolo buzo y los sellos de asiento 18, 19 y la
cámara 20 son completamente cerrados por el cuerpo de la válvula 9
bajo la influencia del resorte 14 y por la diferencia de presión
P1-P2 entre las cámaras 36 y 20, donde la presión P1
en la cámara 36 es superior a la presión P2 en la cámara 20. Cuando
la unidad del pistón 13 se acerca a su posición más lejana, el sello
27 es empujado al entrehierro del anillo 4, mientras que el resorte
7 se encuentra con el hombro 6 del cabezal del cilindro 3 y se pone
bajo tensión. En este momento el aceite de retorno pasa del lado del
vástago del pistón a través de la cámara del anillo 29 y a través
de la válvula de no-retorno 33, después de lo cual
pasa a través de la cámara del anillo 28 en el pasaje 30 que
comunica con la cavidad 31 al acoplamiento 11 y al
tanque.
tanque.
Como el movimiento sigue a la derecha como se
muestra en la figura 1, el cuerpo de la válvula 9 se reúne con el
hombro 8 del cabezal 3. El sello 18 se abre cuando la presión es
suficiente para que el aceite pase a través de la perforación 17 y
sea forzado a la cámara 20, por lo tanto, la diferencia de presión
de cierre P1-P2 cesa. Entonces, el resorte 7 supera
la fuerza del resorte 14 y el cuerpo de la válvula 9 se mueve en la
dirección opuesta a la unidad del pistón 13, mediante el cual el
émbolo buzo y los sellos de asiento 18 y 19 se abren totalmente.
Los sellos 18 y 19 se abren totalmente, incluso si el viaje del
cilindro cesa de inmediato el cuerpo de la válvula 9 hace contacto
con el hombro 8 del cilindro 3 debido a que la diferencia de
presión P1-P2 cesa cuando el sello de asiento 18
abre más la fuerza resorte del resorte 7. Cuando la unidad del
pistón 13 alcanza su máxima posición extendida, el aceite va a ser
redirigido a través del pasaje 25 a la unidad del pistón 13, a
través de los sellos abiertos 18, 19 y la cámara 20, y a través de
la tubería interior 23 del vástago del pistón 5 y del acoplamiento
37 al próximo cilindro II. Durante el movimiento hacia el exterior
del próximo cilindro II, su aceite de retorno es presionado a través
del acoplamiento 11 al cilindro II y al cilindro I a través del
acoplamiento 35 a la cámara del anillo 28 y por el pasaje 30, el
cual está ahora conectado a la cavidad 31 y al acoplamiento 11 en
el cilindro I, se le impide pasar al lado del vástago del pistón
12:1 de las cámaras del sello 27 y de vuelta al tanque.
Para una movimiento menor, el cilindro más
externo III, el cual es un cilindro de doble acción convencional,
siempre empezará a pesar de que el aceite presurizado haya pasado
primero a través de los cilindros interiores I y II. Durante el
movimiento menor, el aceite de presión es pasado a través del
acoplamiento 11 al cilindro I, a través del pasaje 30 a la cámara
del anillo 28 ya que el entrehierro del anillo 4 es sellado por el
sello 27 y a través del acoplamiento 35 al cilindro II y de la
misma manera al cilindro III. El aceite de retorno es pasado a
través del acoplamiento 10 en el cilindro III al acoplamiento 37 en
el cilindro II, a través de la tubería interior 23 en el vástago
del pistón 5 y a través del émbolo buzo abierto y las válvulas de
asiento 18 y 19 al pasaje 25, en la cámara 12:2 y a través del
acoplamiento 10 en el cilindro II y de la misma manera a través del
cilindro I de nuevo al tanque.
Cuando el cilindro III está casi completamente
retraído, el brazo 34 en el cabezal del vástago del pistón 32 en el
cilindro III presionará hacia abajo la válvula de
no-retorno 33 en el cilindro II, con lo cual la
válvula de no-retorno 33 en el cilindro II se abre.
Ya que la válvula de no-retorno 33 está cerrada,
siempre y cuando no sea accionada por el brazo 34 en el cabezal del
vástago del pistón 32, el cilindro III debe estar completamente
contraído antes que el próximo cilindro II inicie su carrera menor.
Durante la carrera menor del cilindro II, el aceite es presionado
en el acoplamiento 11 a través de la cavidad 31 y el pasaje 30 a la
cámara del anillo 28, a través de la válvula de
no-retorno abierta 33 a la cámara del anillo 29 y a
través del pasaje 21 a la cámara 12:1. Después de un corto
movimiento de la unidad del pistón 13 a la izquierda, de acuerdo
con la figura 1, el sello 27 es presionado desde el entrehierro del
anillo 4 y se le da al aceite un camino más corto a la cámara 12:1
y, por ende, una menor caída de presión.
La presente invención no se limita a la
descripción anterior y como es ilustrada en los dibujos, sino que
puede ser cambiada y modificada en un número de maneras diferentes
en el marco de la idea de la invención especificada en las
siguientes reivindicaciones.
Claims (9)
1. Medio de operación secuencial de unidades de
operación ajustadas, controladas y mecánicamente conectadas entre
sí, que comprende una unidad del pistón (13) para operar una primera
unidad controlada que está montada deslizante en un barril del
cilindro (1) y cuerpos de válvula (9, 15, 16, 20, 33) destinados a
controlar el flujo de fluido de la primera unidad controlada a una
segunda unidad controlada para su operación, caracterizado
porque la unidad del pistón de la primera unidad (13) contiene un
pistón tubular (5) que forma parte de un paso de flujo que, a fin
de transportar el fluido a la segunda unidad controlada pasa sobre
la parte del borde exterior de las unidades del pistón (13), y
porque los cuerpos de válvula (9, 15, 16, 20) contienen un cuerpo
de válvula en forma de anillo (9) que se mueve con desplazamiento
axial rodeando la unidad del pistón (13) que abre y cierra dicho
paso de flujo en función de la posición relativa de la unidad del
pistón (13) en el cilindro.
2. Medio de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque las válvulas contienen una ranura (15) y
un asiento (16) situado entre el cuerpo de la válvula (9) y la
unidad del pistón (13).
3. Medio de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo
de la válvula (9) es balanceado para sellar contra el asiento (16)
a través de la acción de un primer medio de resorte (14) y de una
diferencia de presión (P1-P2) que actúa sobre cada
lado del asiento (16) con relación al cuerpo de la válvula (9), en
el que una presión (P1) es superior a la otra presión (P2).
4. Medio de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo
de la válvula (9) es conducido de una posición de sellado contra el
asiento (16) a la posición abierta cuando el cuerpo de la válvula
(9) hace contacto con un primer hombro (8) dispuesto en el barril
del cilindro (1).
5. Medio de acuerdo con cualquiera de las
anteriores reivindicaciones 3-4,
caracterizado porque contiene un segundo medio de resorte
(7) y porque el movimiento del cuerpo de la válvula (9) lejos de la
posición de sellado se lleva a cabo en interacción con un segundo
hombro (6) con el cual el medio de resorte (7) hace contacto.
6. Medio de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el paso del
flujo a través de la unidad del pistón (13) incluye perforaciones
radiales (25, 26) que se abren en el borde exterior de la unidad
del pistón (13) a cada lado de la ranura (15) y el asiento (16),
respectivamente.
7. Medio de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo
menos una de dichas válvulas es una válvula de
no-retorno (33) situada de tal manera que la misma
alternativamente abre y cierra el paso del flujo en función de la
dirección del flujo.
8. Medio de acuerdo con la reivindicación 7,
caracterizado porque en las series de cilindros un
dispositivo (34) para un cilindro anterior durante su viaje hacia
su posición final interior abre el paso del flujo a través de la
válvula de no-retorno (33) al siguiente
cilindro.
9. Medio de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por un entrehierro
del anillo (4) formado entre una reducción del diámetro dispuesto
en el cilindro (1) y el vástago del pistón (5), y un sello del
anillo (27) dispuesto en la unidad del pistón (13), que
alternativamente abre y cierra el paso del flujo a través del
entrehierro del anillo (4) en función de la posición de la unidad
del pistón (13) en relación con el barril del cilindro (1).
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