ES2536082T3

ES2536082T3 - Válvula de seta electroproporcional operada por piloto con compensación de presión

Info

Publication number: ES2536082T3
Application number: ES11815819.5T
Authority: ES
Inventors: Felix Aranovich
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: US20140026985A1; KR20140010144A; BR112013024389A2; EP2689141A2; JP2014510242A; CN103857925A; WO2012128797A2; EP2689141B1; WO2012128797A3

Abstract

Una válvula (4) de cartuchos que comprende: una jaula (14) de válvula que define un paso (22) central, una entrada (12) de fluido y una salida (13) de fluido, una válvula (5) de control de flujo de fluido recibida dentro del paso y que define un área (31, 32; 131, 132) de válvula entre la entrada y la salida, presentando la válvula de control de flujo de fluido una seta (31) de válvula amovible de una primera posición normalmente cerrada estanca con un asiento (32) de válvula y que bloquea el flujo desde la entrada hasta la salida en una segunda posición de desbloqueo del flujo desde la entrada hasta la salida, y un compensador (8) de presión recibido dentro del paso para controlar un diferencial de presión a través del área (31, 32; 131, 132) de válvula, comprendiendo el compensador de presión: una bobina (58, 158) de compensador móvil longitudinalmente que define un orificio (58, 13; 158, 113) de flujo de fluido variable en la salida (13) de fluido y que presenta un área de flujo de fluido determinada por la posición de la bobina de compensador, y un pistón (64, 164) de control de compensador móvil longitudinalmente que presenta un primer lado y un segundo lado, actuando el pistón de control de compensador contra la bobina de compensador en el primer lado para desplazar la bobina de compensador y cambiar la posición de la bobina de compensador para controlar el diferencial de presión a través del área de válvula en la que el segundo lado está expuesto a la presión de entrada en la entrada.

Description

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donde:

P1 es la presión del fluido corriente arriba de la seta 31 hasta la abertura del asiento 32;

A1 es el área 64a del pistón 64 de control de compensador expuesto a la presión P1;

P2 es la presión del fluido corriente abajo de la seta 31 hasta la abertura del asiento 32;

A2 es el área 64b del pistón 64 de control de compensador expuesta a la presión P2 (que es igual a A1 en este ejemplo); y

F es la fuerza de los muelles 61.

Esta disposición de la bobina 58 de compensador de presión y del pistón de control de compensador de presión de diámetro más pequeño que actúan como una unidad hace posible una fuerza de resorte inferior (por tanto un muelle pequeño) con el uso de la bobina 58 de mayor tamaño (que se requiere para manejar un caudal mayor). Esto ayuda a reducir el tamaño de la válvula 4, en particular cuando la válvula es una válvula de cartuchos con disponibilidad de espacio limitada. Esto permite que la válvula 4 proporcione una válvula 5 principal y un compensador 8 de presión integral que estén en alineación coaxial dentro de una válvula de cartuchos integral, al tiempo que se adapta a caídas de presiones elevadas a través de la válvula 5 principal y de caudales elevados con una fuerza de resorte relativamente pequeña. Aunque las presiones y los tamaños de la válvula 4 pueden ser presionados, el diámetro de la bobina 58 de compensador puede ser seleccionado para hacer posible que un flujo máximo pase a través de la cámara de la bobina con unas pérdidas de presión mínimas. En otras palabras, el diámetro de la bobina 58 puede ser seleccionado para que sea de un tamaño igual al que permita la válvula 4.

La forma de realización ilustrado mostrada en las Figuras 1 a 4 proporciona una unidad 8 de compensador que incluye la bobina 58 de compensador con presión equilibrada y un pistón de control de compensador separado desequilibrado de diámetro más pequeño para detectar el diferencial de presión. El diámetro del pistón 64 de control de compensador puede ser tan pequeño como se desee (esto es, las áreas A1 y A2 descritas con anterioridad pueden ser tan pequeñas como se desee) para que un muelle relativamente más pequeño acomode un diferencial de presión relativamente mayor de acuerdo con las fórmulas descritas con anterioridad. Así mismo, aunque las bobinas de compensación de presión convencionales pueden permitir una cierta cantidad de flujo de fuga, a menos que estén provistas de una junta de estanqueidad resiliente (lo que puede proporcionar un efecto de histéresis no deseable), la bobina de compensador y el pistón de control ilustrados en los dibujos precluyen cualquier flujo sustancial alrededor de los miembros de compensador y reducen al mínimo o sustancialmente eliminan el goteo de la carga. Así mismo, la bobina de compensador de pieza separada y el pistón de control de compensador ilustrados en los dibujos reducen al mínimo los problemas de concentricidad durante la fabricación. En la forma de realización ilustrada de las Figuras 1 a 4, se utiliza más de un muelle para la fuerza F (se utilizan dos muelles 61 concéntricos). Este uso de muelles concéntricos puede reducir aún más el tamaño de los muelles requeridos para obtener la caída de presión amplia deseada a través de la seta 31 y del asiento 32 para conseguir los caudales amplios deseados.

Con referencia ahora a la Figura 5, la válvula 4 se ilustra en un circuito hidráulico el cual puede, por ejemplo, ser un circuito de elevación utilizado para elevar una carga 75 de una carretilla móvil (no mostrada) por ejemplo, una carretilla de horquilla elevadora. Una bomba 76 hidráulica suministra un fluido hidráulico bajo presión a un cilindro hidráulico u otro motor 77 hidráulico para elevar la carga 75. Cuando una válvula 78 de control conecta la bomba 76 al drenaje o al depósito 79, una válvula 80 de retención lógica se cierra y el fluido a partir del cilindro 77 se dirige sobre la válvula 4. Si la carga 75 debe ser mantenida sustancialmente fija, no se proporciona potencia eléctrica alguna a la bobina 53 de solenoide. La válvula 4 está entonces en su posición normalmente cerrada ilustrada en las Figuras 1 a 4 y descrita con anterioridad, y la bobina 58 de compensador de presión y el pistón 64 de control sustancialmente eliminan o reducen sustancialmente acero el flujo de fuga procedente del cilindro 77 hasta el drenaje 79 para sustancialmente eliminar el goteo de la carga 75. Cuando la carga 75 tiene que ser bajada, la corriente eléctrica es suministrada a la bobina 53 de solenoide para empezar a desplazar la seta 31 lejos del asiento 32 hasta una distancia que sea proporcional a la corriente aplicada. La bobina 58 de compensador de presión y el pistón 64 de control de compensador de presión durante este modo de operación mantienen una caída de presión constante a través de la seta 31 y del asiento 32, para que el flujo a través de la válvula 4 sea proporcional a la abertura entre la seta 31 y la seta 32 y proporcional a la corriente eléctrica suministrada a la bobina 53 de solenoide. De esta manera, la baja de velocidad de la carga 75 es controlada por y es proporcional a la corriente suministrada a la bobina 53 de solenoide sustancialmente de manera independiente del peso de la carga 75.

Con referencia ahora a la Figura 6, en ella se muestra un diagrama de circuito esquemático hidráulico en el que múltiples válvulas 4a – 4d son utilizadas para controlar el flujo de fluido hacia dentro y hacia fuera de ambos lados del motor 77 hidráulico. El motor 77 hidráulico, pero, por ejemplo, ser cualquier tipo de accionador hidráulico lineal o rotatorio, y es un cilindro hidráulico en la Figura 6 ilustrado de forma esquemática. Las válvulas 4a – 4d son sustancialmente idénticas a la válvula 4 descrita con anterioridad. Cuando debe suministrarse fluido al lado del pistón del motor 77 (esto es, el lado izquierdo según se aprecia en la Figura 5) a partir de la bomba 76, la corriente eléctrica es aplicada a la bobina 53 de solenoide de la válvula 4a y el fluido con un caudal determinado por la válvula 4a fluye a través de la válvula 80a de retención lógica hacia el lado del pistón del motor 77. El flujo de fluido

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que vuelve hacia el depósito 79 desde el lado del vástago del motor 77 (esto es, el lado derecho del motor 77) es controlado por la válvula 4d. Las válvulas 4b y 4c durante este modo de operación permanecen en sus posiciones normalmente cerradas, sin que se suministre ninguna corriente eléctrica a las bobinas de solenoide. Cuando la dirección de desplazamiento del motor 77 hidráulico debe invertirse, la corriente eléctrica es suministrada solo hacia dos válvulas 4c y 4b y las válvulas 4 a y 4d permanecen en sus posiciones normalmente cerradas. El fluido procedente de la bomba 76 en este modo de operación fluye a través de la válvula 4c y de la válvula 80b de retención lógica hacia el lado del vástago del motor 77 hidráulico, y el fluido procedente del lado del pistón del motor 77 hidráulico fluye a través de la válvula 4b hasta el drenaje 79.

Con referencia ahora a la Figura 7, en ella se ilustra una forma de realización preferente de una válvula 104 normalmente abierta, construida de acuerdo con la presente invención. La Figura 7 ilustra la válvula 104 con una presión de entrada aplicada en la posición operativa de reposo. Los componentes ilustrados en la Figura 7 que son de estructura o función similar a los componentes ilustrados en las Figuras 1 a 4 y descritas con anterioridad se indican con el mismo número de referencia aplicados a las Figuras 1 a 4, pero con el número 100 añadido. La forma de realización ilustrada en la Figura 7 difiere de la ilustrada en las Figuras 1 a 4 en cuanto la forma de realización de las Figuras 1 a 4 es una válvula normalmente cerrada mientras que la forma de realización de la Figura 7 es una válvula normalmente abierta. Los términos normalmente cerrada y normalmente abierta se refieren a la configuración de lassetas 31, 131 relativa a sus respectivos asientos 32, 132 cuando la presión de entrada es aplicada pero no se aplica ninguna potencia eléctrica para desplazar el piloto 36, 136. La válvula 105 de control de fluido, el operador 106 de piloto, el operador 107 de solenoide y el compensador de presión ilustrados en la forma de realización de la Figura 7 operan de forma similar a sus correspondientes componentes ilustrados en la forma de realización de las Figuras 1 a 4, excepto por lo que se describe a continuación resulta evidente para el experto en la materia.

Cuando la válvula 104 está en la posición de reposo normalmente abierta ilustrada en las Figuras 7 y 8, la porción de entrada es aplicada a los pasos 112 de entrada. La presión de entrada que actúa contra el fondo de la seta 131 mantiene la seta 131 en su posición abierta con respecto a su asiento 132. El muelle 139 mantiene el piloto 136 en una posición abierta con respecto a su asiento 137 de piloto, para reducir la presión sobre el lado superior de la seta 131 que está comunicado a través del paso 133. En esta posición, no se aplica ninguna potencia eléctrica al accionador 107 de solenoide y la válvula 104 está en su posición normalmente abierta. Cuando se aplica una potencia eléctrica al accionador 107 de solenoide, el inducido 144 comienza a desplazarse hacia abajo para cerrar el entrehierro 145. Este desplazamiento hacia abajo del inducido 144 empuja el vástago 148 hacia abajo para cerrar el piloto 136 con respecto a su asiento 137. La presión sobre la parte superior de la seta 131 aumenta, provocando el desplazamiento de la seta 131 hacia abajo en dirección a su asiento 132 para cerrar la distancia entre la seta 131 y el asiento 132 en proporción a la corriente eléctrica aplicada sobre el accionador 107 de solenoide. La válvula 104 puede ser utilizada en un colector como por ejemplo el colector 17 ilustrado en la Figura 3.

Según se describió con anterioridad un aspecto de la invención utiliza una válvula 4 o 104 de seta electroproporcional operada por piloto normalmente cerrada o normalmente abierta y combina ello con un compensador de presión exclusivo que permite una fuga escasa cuando el piloto operado, la seta 31, 131 está en la posición cerrada. Esto se combina en una válvula 4, 104 de cartucho único. Las válvulas de seta proporcionales actualmente en el mercado que conoce el inventor no incluyen una compensación de presión integral. El compensador 8, 108 está compuesto por dos elementos y no por una sola bobina normal. El primer elemento es la bobina 58, 158 que se utiliza en el modo de regulación para mantener una caída de presión constante a través de la seta 31, 131 operada por piloto y del asiento 32, 132. La bobina 58, 158 en la posición de reposo presenta el paso 13, 113 de dosificación cerrado. La bobina 58, 158 se desplaza para abrir los agujeros 13, 113 taladrados transversales existentes en el manguito 14, 114 con el fin de mantener el caudal. La posición de la bobina 58, 158 en relación con los agujeros 13, 113 es proporcional al diferencial de presión de la entrada 12, 112 a la salida 13, 113 de la válvula. El segundo elemento es el pistón 64, 164. El pistón 64, 164 es utilizado para detectar la presión corriente abajo de la seta 31, 131 y en la entrada a la válvula antes de la seta 31, 131. Una característica exclusiva de la combinación de bobina / pistón es que el diámetro del pistón 64, 164 más pequeño permite que el muelle 61, 161 sea más pequeño que la bobina 58, 158 más grande requerida para hacer pasar caudales más elevados. Esto permite un diseño más compacto. Una característica adicional del pistón 64, 164 es que un extremo del pistón expuesto a la presión de entrada que actúa sobre el pistón empuja el extremo de la seta del pistón contra un asiento 67, 167 incrustado dentro del manguito 14, 114. El diseño del asiento permite una fuga escasa y permitiría que la válvula mantuviera una carga en posición durante un periodo de tiempo más largo que una válvula de bobina.

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