ES2829032T3 - Sistema hidrostático de cancelación de carga - Google Patents

Abstract

Un sistema hidrostático con cancelación de carga que comprende: al menos un primer y segundo módulos hidrostáticos, en donde el primer módulo comprende una 1ª (101) y una 2ª unidad de accionamiento de pistón hidráulico y el segundo módulo comprende una 3ª (301) y una 4ª unidad de accionamiento de pistón hidráulico; un eje de accionamiento de entrada común que conecta juntas las 1ª y 3ª unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101, 301); un eje de accionamiento de salida común que conecta juntas la 2ª y 4ª unidades de accionamiento de pistón hidráulico; en donde cada una de las unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101, 301) comprende una pluralidad de pistones (106, 306); en donde la 1ª y 3ª unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101, 301) comparten una geometría similar y el número y tamaño de los pistones en cada una es el mismo; en donde la 2ª y 4ª unidades de accionamiento de pistón hidráulico comparten una geometría similar y el número y tamaño de los pistones en cada una es el mismo; en donde los pistones en las unidades 1ª y 3ª de accionamiento de pistón hidráulico (101, 301) están acoplados entre sí con un ángulo de sincronización de entrada; y en donde los pistones en las unidades 2ª y 4ª de accionamiento de pistón hidráulico están acoplados entre sí con un ángulo de sincronización de salida; caracterizado por que al menos uno de los ángulos de sincronización de entrada y salida está en el intervalo de desde -0,5° hasta +0,5°, y en donde el sistema hidrostático de cancelación de carga comprende además conjuntos de cojinetes para los ejes de accionamiento de entrada y salida comunes, en donde los conjuntos de cojinetes consisten esencialmente en cojinetes radiales (110, 310).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema hidrostático de cancelación de carga

Campo técnico

La presente invención se refiere a conjuntos hidrostáticos, módulos y sistemas de los mismos.

Antecedentes

Los módulos o conjuntos hidrostáticos son dispositivos hidráulicos que se utilizan en transmisiones hidrostáticas y de división de potencia para efectuar cambios de relación entre la entrada y la salida de la transmisión. Dichos conjuntos suelen comprender dos (es decir 1a y 2a) unidades de accionamiento de pistón hidráulico y pueden tener un diseño de eje curvado o de accionamiento de pistón axial. Las dos unidades de accionamiento están en comunicación de fluido entre sí. Una de las unidades de accionamiento de pistón hidráulico normalmente funciona como una bomba y la otra normalmente funciona como un motor. Dependiendo del diseño de la transmisión, la función de la bomba y el motor se puede asignar de forma permanente o alternativa según el modo de transmisión. Las relaciones de velocidad y par entre los ejes de entrada y salida del módulo están determinadas por la relación de desplazamiento entre las dos unidades de accionamiento de pistón hidráulico. Al hacer que al menos una de las unidades de accionamiento sea del tipo de desplazamiento variable, se puede variar la relación de velocidad y par del módulo.

La cantidad de potencia y par que se transferirá a través del módulo determinará el tamaño de los componentes. Generalmente, un par mayor requiere unidades de accionamiento de mayor desplazamiento. Con unidades de accionamiento de mayor desplazamiento, la velocidad de funcionamiento admisible o permitida se puede reducir a medida que aumenta la masa de los componentes giratorios debido al mayor tamaño de las unidades de accionamiento. Otro problema con el uso de componentes más grandes (por ejemplo, pistones más grandes) es que la amplitud de la pulsación hidráulica aumenta, lo que a su vez puede dar lugar a un aumento de los niveles de vibración. En un enfoque, el número de pistones en cada unidad de accionamiento se puede aumentar mientras se mantiene el tamaño del pistón más pequeño. De esta manera, la amplitud de la pulsación se puede mantener baja mientras se aumenta la frecuencia de pulsación para una velocidad de rotación determinada. Sin embargo, para alojar más pistones, el diámetro de la brida de accionamiento debe aumentar, lo que puede reducir la velocidad máxima de funcionamiento.

Una alternativa al enfoque anterior es tomar un primer módulo hidrostático y montar un segundo módulo hidrostático que también comprende dos (es decir, 3a y 4a) unidades de accionamiento de pistón hidráulico en paralelo, formando así un sistema hidrostático. Los ejes de entrada están acoplados entre los módulos al igual que los ejes de salida. Entre los dos módulos hidrostáticos, las lumbreras de fluido de alta presión están conectadas hidráulicamente. De manera similar, entre los dos módulos hidrostáticos, las lumbreras de fluido de baja presión también están conectadas hidráulicamente. De esta manera, la 1a y 3a unidades de accionamiento conectadas a los ejes de entrada acoplados comparten las mismas presiones de accionamiento y de elevación. Asimismo, la 2a y 4a unidades de accionamiento conectadas a los ejes de salida acoplados comparten las mismas presiones de accionamiento y de elevación. Los grupos giratorios de las unidades de accionamiento de pistón hidrostático del segundo módulo reflejan efectivamente los grupos giratorios de las unidades de accionamiento de pistón hidrostático del primer módulo hidrostático, es decir, la 1 a y 3a unidades de accionamiento tienen el mismo número y tamaño de cilindros y pistones y comparten la misma geometría. Asimismo la 2a y 4a unidades de accionamiento tienen el mismo número y tamaño de cilindros y pistones y comparten la misma geometría. Mediante un sistema de control común, el desplazamiento de la 1a y 3a unidades de accionamiento pueden estar sincronizadas. Lo mismo se puede hacer con la 2a y 4a unidades de accionamiento. De esta manera, el par y la potencia se dividen por igual entre los dos módulos hidrostáticos.

Dado que los componentes del grupo giratorio (por ejemplo, pistones, bridas del eje de accionamiento, etc.) de cada unidad de accionamiento de pistón hidráulico no aumentan de tamaño, las velocidades máximas no se ven comprometidas. Esto da como resultado una mejor densidad de potencia y una mayor eficiencia. Los beneficios adicionales incluyen un único sistema de control y carga compartido entre los dos módulos que operan al unísono. Se pueden obtener beneficios adicionales con la manera en que se acoplan los ejes de entrada y salida, lo que se describirá más adelante.

En el documento DE 2335629, se describe una transmisión infinitamente variable que utiliza una única máquina primaria o unidad de accionamiento de pistón hidráulico acoplada hidráulicamente a dos máquinas secundarias o unidades de accionamiento de pistón hidráulico. Las dos máquinas secundarias están conectadas entre sí con un eje común y el conjunto giratorio está soportado en la carcasa por un par de cojinetes radiales. Como comprenderá un experto en la técnica, los cojinetes radiales soportan solo cargas radiales del engranaje de salida y las máquinas secundarias y tales cojinetes solo pueden soportar cargas axiales menores. Dependiendo del tamaño del pistón, la cantidad y la presión de accionamiento, el componente axial de las cargas creadas por los pistones podría tener una fuerza de 89.000 N o más. En el diseño divulgado en el documento DE 2335629, una gran parte de las fuerzas axiales en las bridas de accionamiento de las máquinas secundarias se equilibran entre sí mediante el eje común.

El documento US8240145 describe un conjunto o sistema hidrostático doble con un eje común que acciona las dos bombas (1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico) en donde las dos bombas están dispuestas una frente a la otra y los ejes de entrada giran alrededor del mismo eje. Del mismo modo, los dos motores (2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico) tienen un eje común en donde los dos motores están dispuestos uno frente al otro y los ejes de salida giran alrededor del mismo eje. Cada una de las bombas y motores están dispuestos en yugos rotativos separados. Nuevamente, sincronizando los desplazamientos de la bomba, las cargas axiales se pueden reducir, de manera que la mayoría de la carga soportada por los cojinetes del eje sea radial.

El documento US 3052098 A describe una transmisión, que comprende una carcasa de transmisión que tiene un eje de entrada y un eje de salida, y también una bomba y tres motores. La bomba comprende una carcasa inclinable con un bloque de cilindros que puede girar en la misma, en la que el bloque de cilindros que puede girar tiene pistones montados recíprocamente en el mismo que están conectados de manera motriz mediante bielas al eje de entrada.

En el documento GB 804 325 A se describen engranajes hidrostáticos de pistones axiales con una relación de transmisión progresiva o de reducción infinitamente variable. En una realización, se proporciona un diferencial de engranajes rectos en un lado del eje de accionamiento, en donde dos conjuntos de pistones axiales tienen bridas de conexión, respectivamente, y dos cilindros de pistón que trabajan en oposición. Las bridas de conexión son accionadas respectivamente directamente por una rueda dentada fijada a un eje hueco y una rueda dentada fijada a un eje accionado.

A pesar del progreso realizado hasta la fecha, existe una necesidad continua de reducir el tamaño, el peso y el coste de estos útiles módulos hidrostáticos y las transmisiones asociadas. La presente invención aborda estas y otras necesidades como se describe a continuación.

Compendio

La presente invención se refiere a un sistema hidrostático de cancelación de carga según la reivindicación 1 y a un método de cancelación de carga en un sistema hidrostático según la reivindicación 9. El sistema hidrostático comprende dos o más módulos hidrostáticos. El sistema utiliza cilindros sincronizados entre grupos giratorios que comparten una entrada común y un eje de accionamiento de salida común y control de desplazamiento sincronizado entre los pares apropiados de unidades de accionamiento de pistón hidráulico. Cuando los ejes de los pares apropiados de unidades de accionamiento de pistón hidráulico están conectados, los cilindros se pueden sincronizar (o "en hora") de manera que los cilindros asociados correspondientes se abran y se cierren al mismo tiempo. Una ventaja de este diseño es que se anula cualquier desequilibrio axial. Esto permite que los rodamientos del eje de accionamiento radial soporten una carga esencialmente puramente radial. La única fuerza axial a la que deben atender los cojinetes es para evitar que el conjunto giratorio "se mueva" de lado a lado. Se puede hacer lo mismo con otros pares apropiados de unidades de accionamiento de pistón hidráulico en un sistema de módulo doble o múltiple.

Específicamente, el sistema hidrostático de cancelación de carga comprende al menos un primer y un segundo módulo hidrostático en el que el primer módulo comprende una 1a y 2a unidad de accionamiento de pistón hidráulico y el segundo módulo comprende una 3a y una 4a unidad de accionamiento de pistón hidráulico. Un eje de accionamiento de entrada común conecta la ia y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico juntas, y un eje de accionamiento de salida común acopla la 2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico juntas. Cada una de las unidades de accionamiento de pistón hidráulico comprende una pluralidad de pistones. Los grupos giratorios de las unidades de accionamiento de pistón hidrostático del segundo módulo hidrostático reflejan efectivamente los grupos giratorios de las unidades de accionamiento de pistón hidrostático del primer módulo hidrostático. Es decir, la ia y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico comparten una geometría similar y el número y tamaño de los pistones en cada una es el mismo. Y de igual manera, la 2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico comparten una geometría similar y el número y tamaño de los pistones en cada una es el mismo. Además, en la presente invención, los pistones de las unidades 1a y 3a de accionamiento de pistón hidráulico están conectadas juntas con un ángulo de sincronización de entrada, y los pistones en la 2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico están conectadas con un ángulo de sincronización de salida. El ángulo de desplazamiento de la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico se controlan con el mismo ajuste, es decir, el ángulo que forma el bloque de cilindros con el eje del árbol es el mismo entre las 2 unidades. Asimismo, el ángulo de desplazamiento de la 2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico se controlan con el mismo ajuste. El sistema hidrostático de cancelación de carga de la presente invención se caracteriza por que al menos uno de los ángulos de sincronización de entrada y salida es de aproximadamente 0°. El establecimiento de al menos uno de los ángulos de sincronización de entrada y salida de esta manera sirve para cancelar la carga en el sistema. En una realización preferida, los ángulos de sincronización de entrada y salida son ambos aproximadamente 0.

En otras realizaciones, los módulos hidrostáticos primero y segundo pueden comprender opcionalmente cada uno de ellos una o más unidades de accionamiento de pistón hidráulico adicionales, cada una de las cuales comprende una pluralidad de pistones. Estas unidades de accionamiento de pistón hidráulico adicionales también se pueden conectar de forma adecuada en paralelo con un eje o ejes de accionamiento adicionales comunes apropiados. Estas unidades de accionamiento de pistón hidráulico adicionales también se pueden acoplar con un ángulo o ángulos de sincronización adicional de aproximadamente 0°.

El sistema hidrostático de cancelación de carga puede comprender conjuntos de cojinetes para los ejes de accionamiento de entrada y salida comunes en los que los conjuntos de cojinetes consisten esencialmente en cojinetes radiales (por ejemplo, en los que los conjuntos de cojinetes no comprenden cojinetes de rodillos cónicos). Las unidades de accionamiento de pistón hidráulico se pueden montar en yugos independientes o comunes.

En una realización típica, las unidades de accionamiento de pistón hidráulico comprenden un número impar de pistones (por ejemplo, nueve pistones). Además, la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico pueden servir como bombas y la 2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico pueden servir como motores.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 a muestra un módulo hidrostático de la técnica anterior que comprende dos unidades de accionamiento de pistón hidráulico con yugos independientes en una única carcasa (reproducida del documento US8240145).

La figura 1 b muestra un módulo hidrostático de la técnica anterior que comprende dos unidades de accionamiento de pistón hidráulico con un yugo común en una única carcasa (reproducida del documento US2007/277520).

La figura 2a muestra una vista superior de un módulo hidrostático doble propuesto en la técnica anterior en el que los módulos están montados junto con los ejes correspondientes (obtenido mediante la combinación apropiada de dos módulos reproducidos del documento US8240145).

La figura 2b muestra una vista interna en perspectiva de un módulo hidrostático doble de la técnica anterior en el que los módulos están montados junto con los ejes correspondientes (reproducidos del documento US8240145).

La figura 3 muestra una vista interna en perspectiva de una porción de un módulo hidrostático doble de la invención en la que las orientaciones del eje y del pistón en la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico se sincronizan con un ángulo de sincronización de 0°. La figura 3 muestra el módulo en una orientación en la que los cilindros n.° 1 de ambas 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico se encuentran en el mismo plano vertical del módulo hidrostático doble.

La Figura 4 muestra una vista diferente de la porción del módulo hidrostático doble de la Figura 3. La vista en este caso es normal al extremo de entrada del bloque de cilindros de la 1a unidad de accionamiento de pistón hidráulico del módulo.

La figura 5 muestra una vista interior en perspectiva de la 1a unidad de accionamiento de pistón hidráulico de la invención con la 1a placa de válvula y 1er yugo visible y seccionado para mostrar las conexiones de fluido internas.

La figura 6a muestra las posiciones de las entradas a los cilindros individuales en el bloque de cilindros de un grupo giratorio individual en la 1a unidad de accionamiento de pistón hidráulico con respecto a las aberturas en la placa de válvula a aproximadamente 8° antes de que el pistón n° 1 alcance el punto muerto superior (TDC) en su cilindro.

La Figura 6b muestra las posiciones de las entradas a los cilindros individuales en el bloque de cilindros de la Figura 6a cuando el pistón n° 1 alcanza el TDC en su cilindro.

La Figura 6c muestra las posiciones de las entradas a los cilindros individuales en el bloque de cilindros de la Figura 6a a aproximadamente 8 ° después de que el pistón n° 1 gire más allá del PMS en su cilindro.

Descripción detallada

A menos que el contexto requiera lo contrario, a lo largo de esta memoria descriptiva y las reivindicaciones, las palabras "comprende", y la expresión "que comprende" y similares se deben interpretar en un sentido inclusivo y abierto. Las palabras "un", "una" y similares se debe considerar que significan al menos uno y no se limitan a solo uno.

En este documento, cuando se utiliza en el contexto del ángulo de sincronización, el término "aproximadamente" se debe definir como /- 0,5°

Una realización a modo de ejemplo de la invención es un sistema hidrostático doble que utiliza cilindros sincronizados entre grupos giratorios que comparten un eje de entrada o salida común y control de desplazamiento sincronizado entre la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico y la 2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico. Los grupos giratorios de las unidades de accionamiento de pistón hidrostático del segundo módulo reflejan efectivamente los grupos giratorios de las unidades de accionamiento de pistón hidrostático del primer módulo hidrostático, es decir, la 1a y 3a unidades de accionamiento tienen el mismo número y tamaño de cilindros y pistones y comparten la misma geometría. Asimismo la 2a y 4a unidades de accionamiento tienen el mismo número y tamaño de cilindros y pistones y comparten la misma geometría. En una realización práctica de este tipo, las diversas unidades de accionamiento de pistón hidráulico pueden comprender cada una nueve pistones y cilindros correspondientes. Cuando los ejes de la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico están conectados, los cilindros están sincronizados (o "en hora") de modo que los cilindros asociados correspondientes de la 1a y 3a unidades de accionamiento hidráulico se abren (y cierran) al mismo tiempo. Una ventaja de esto es que se anula cualquier desequilibrio axial. Esto permite que los cojinetes del eje radial soporten una carga esencialmente puramente radial. La única fuerza axial que deben atender los cojinetes es para evitar que el conjunto giratorio "se mueva" de lado a lado. Lo mismo se puede hacer con la 2a y 4a unidades de accionamiento hidráulico.

Los módulos hidrostáticos usados en el sistema de la invención pueden emplear yugos independientes o yugos comunes. Por ejemplo, la figura 1a muestra un módulo hidrostático adecuado de la técnica anterior que comprende dos unidades de accionamiento de pistón hidráulico con yugos independientes en una única carcasa. La figura 1 a está reproducida del documento US8240145 y se ha mantenido la numeración original de los componentes. Alternativamente, la Figura 1b muestra otro módulo hidrostático adecuado de la técnica anterior que comprende dos unidades de accionamiento de pistón hidráulico con un yugo común en una única carcasa. La figura 1b está reproducida del documento US2007/277520 y en este caso también se ha mantenido la numeración original de los componentes.

La figura 2a muestra una vista superior de un módulo hidrostático doble propuesto en la técnica anterior en el que dos módulos hidrostáticos apropiados están montados junto con los ejes correspondientes. El sistema de la Figura 2a en este caso es representativo de un módulo hidrostático doble propuesto en el documento US8240145 y que se puede obtener, por ejemplo, mediante la combinación apropiada de dos módulos como los ilustrados en la Fig.10 del documento US8240145. (Nuevamente, se ha mantenido la numeración original de componentes en el documento US8240145). La figura 2b muestra una vista interna en perspectiva de un módulo hidrostático doble de la técnica anterior (por ejemplo, como el que se muestra en la figura 2a) en el que los módulos están montados junto con los ejes de accionamiento correspondientes. (Nuevamente, se ha mantenido la numeración original de componentes en el documento US8240145.)

El sistema hidrostático de las Figuras 2a y 2b proporciona potencia de accionamiento adicional combinando dos módulos hidrostáticos, a saber, el primer módulo hidrostático 50a y el segundo módulo hidrostático 50b. El primer módulo hidrostático 50a comprende la 1a y 2a unidades de accionamiento de pistón hidráulico que funcionan como bomba y motor (bomba 30A y motor 40A en la Figura 2b) respectivamente. De manera similar, el segundo módulo hidrostático 50b comprende la 3a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico que también funcionan como bomba y motor (bomba 30B y motor 40B en la Figura 2a) respectivamente. Los ejes de las bombas 30A y 30B están conectados entre sí formando un eje de accionamiento de entrada común. Un engranaje 73 está asociado con este eje de accionamiento de entrada común. Asimismo, los ejes de los motores 40A y 40B están conectados entre sí formando un eje de accionamiento de salida común. Un engranaje 75 está asociado con este eje de accionamiento de salida común. Tanto los ejes de accionamiento de entrada como de salida comunes están dispuestos, como se muestra, con juegos de rodamientos radiales.

La figura 2b también ilustra los conductos de fluido 102A y 102B para equilibrar la presión del fluido entre las bombas opuestas 30A y 30B y los conductos de fluido 104A y 104B para equilibrar la presión del fluido entre los motores opuestos 40A y 40B. Los conductos de fluido 102A, 102B, 104A y 104B pueden estar integrados en las secciones 1 A, 1B, 1C y 1D de una carcasa externa, como se muestra, con la carcasa teniendo receptáculos correspondientes a interconexiones cilindricas (no mostradas) que permiten la comunicación de fluido entre las lumbreras de pasaje de llave y los conductos de fluido asociados 102a , 102B, 104A y 104B.

En un sistema hidráulico de circuito cerrado, es útil aumentar la presión de la línea de suministro para añadir aceite de reposición al sistema para reemplazar el líquido perdido debido a una fuga. Esto se consigue instalando una llave en uno de los pasajes de fluido 102A, 102B, 104A o 104B y suministrando fluido de reposición a presión relativamente baja. También es útil incluir en los sistemas hidráulicos de circuito cerrado un subsistema de lavado de aceite caliente para eliminar una pequeña cantidad de aceite del circuito de accionamiento principal para su enfriamiento. El lavado también se puede realizar mediante los pasajes de fluido de llave 102A, 102B, 104A y 104B. Los sistemas hidráulicos de circuito cerrado convencionales tienen típicamente tuberías externas para proporcionar líquido de reposición y para el lavado y, por lo tanto, no necesitan tener pasajes integrados en los yugos. En esta realización de la invención, no hay colector externo ni tuberías entre la bomba y el motor, por lo tanto, el pasaje de fluido de llave está incorporado en cada yugo con una interconexión de fluido separada. Se pueden utilizar válvulas (no mostradas) en la carcasa externa para controlar el flujo hacia adentro y hacia fuera de los pasajes de fluido de llave 102A, 102B, 104A y 104B.

La figura 3 muestra una vista interna en perspectiva de una parte de un módulo hidrostático doble de la invención en la que se muestre la 1a unidad de accionamiento de pistón hidráulico 101 acoplada a 3a unidad de accionamiento de pistón hidráulico 301. Cada una de la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico 101, 301 comprende un grupo giratorio, a saber 1er y 3er grupos giratorios 102, 302 respectivamente. Cada uno del 1er y 3er grupos giratorios 102, 302 comprende un conjunto de bloque de cilindros, a saber 1er y 3er conjuntos de bloques de cilindros 103, 303 respectivamente. Además, cada uno del 1er y 3er conjuntos de bloques de cilindros 103, 303 comprenden bloques de cilindros, a saber 1er y 3er bloques de cilindros 104, 304 respectivamente, placas de lumbrera, a saber 1a y 3a placas de lumbrera 105, 305 respectivamente, y una pluralidad de pistones y orificios correspondientes en los respectivos bloques de cilindros. La realización ilustrada en la Figura 3 tiene 9 pistones y los correspondientes orificios en cada uno de los 1er y 3er bloques de cilindros 104, 304. Para evitar sobrecargar la Figura 3, solo se representan los componentes relacionados con los pistones n.° 1 en cada bloque de cilindros. Sin embargo, los componentes relacionados con los otros pistones son similares. En cada una de la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico 101,301 respectivamente, la Figura 3 indica los pistones n° 1106, 306, cilindros n° 1107, 307 y lumbreras de entrada de cilindro n° 1108, 308 en la 1a y 3a placas de lumbrera 105, 305.

Asociado con el 1er y 3er grupos rotativos 102, 302 están el 1er y 3er ejes 109, 309 respectivamente. El 1er y 3er ejes 109, 309 están conectados entre sí formando un eje común 200. En esta realización, la conexión es a través de un manguito estriado que es integral con el 1er engranaje común 201, pero son posibles otros métodos conocidos en la técnica para formar un eje común. La figura 3 también presenta 1er y 3er cojinetes de eje 110, 310. Además, para orientar al lector, la figura 3 identifica el eje de árbol 202 del eje del eje común 200, así como el plano horizontal 203 y el plano vertical 204 del módulo hidrostático doble mostrado.

En la Figura 3, la parte mostrada es la del pistón y las orientaciones del eje de la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico 101,301, que se sincronizan con un ángulo de sincronización de 0°. Es decir, la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico 101,301 están conectadas de modo que los cilindros en a 1a están sincronizados (o "en hora") con los correspondientes cilindros asociados en la 3a tal que la 1a y 3a unidades de accionamiento hidráulico 101,301 se abren (y cierran) al mismo tiempo. La porción del módulo hidrostático en la Figura 3 se muestra en una orientación en la que los cilindros n.° 1 107, 307 de ambas 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico 101,301 se encuentran en el mismo plano vertical de la parte del módulo hidrostático doble. (No se muestran en esta vista las placas de válvula y los yugos de la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico.)

El desplazamiento de la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico 101, 301 se establecen según el ángulo que forman los bloques de cilindros 104 y 304 con el eje 202 del eje. El sistema de control (no mostrado) asegura que los ángulos de desplazamiento 155 y 355 sean iguales entre la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico 101,301.

La figura 5 muestra la 1a unidad de accionamiento de pistón hidráulico 101 con la 1a placa de válvula 115 fijada al 1er yugo 116. La 1a la placa de válvula 115 comprende la lumbrera A 117A y la lumbrera B 117B. De una manera similar, el 1er yugo 116 comprende la lumbrera A 118A y la lumbrera B 118B. La forma de la lumbrera A 117A y la lumbrera B 117B en la 1a placa de válvulas 115 controla la admisión y el escape de cada cilindro en cada bloque de cilindros. La lumbrera A 117A en forma de riñón y la lumbrera B 117B de la 1a placa de la válvula 115 estarán a alta o baja presión cuando las bombas estén en carrera. Alternativamente, las lumbreras de riñón se podrían mecanizar directamente en cada yugo, en cuyo caso no se requiere una placa de válvula separada. La 1 a placa de lumbrera 105 está fijada y gira con el 1er bloque de cilindros 104 y compone 1er conjunto del bloque de cilindros 103. Los pasajes en 1a la placa de lumbrera 105 se alinean con los pasajes en el 1er bloque de cilindros 104 y forman las lumbreras de entrada para cada cilindro.

Como se muestra en la secuencia de las Figuras 6a, 6b y 6c, el número de cilindros en comunicación de fluido con la lumbrera A 117A o la lumbrera B 117B de 1a placa de válvula 115 cambiará cuando el 1er conjunto de bloque de cilindros 103 gire. (Junto con la lumbrera A 117A o la lumbrera B 117B de la 1a placa de válvula 115, las Figuras 6a, 6b y 6c identifican la 1 a placa de lumbrera 105 y la lumbrera 108 de entrada del cilindro n.° 1 de las figuras anteriores. Además, en estas figuras, se muestran las lumbreras de entrada de los ocho cilindros restantes, a saber, las lumbreras de entrada de los cilindros n.° 2-9 y 122-129 respectivamente. Además, la dirección de rotación 205 del 1er conjunto del bloque de cilindros 103 y el plano vertical 204 del módulo hidrostático doble se muestran para orientar el lector). La Figura 6a, por ejemplo, muestra cinco lumbreras de cilindro, 108, 122-125 en comunicación de fluido con la lumbrera A 117A justo antes de que el cilindro n.° 1 alcance el punto muerto superior (TDC) mientras que la lumbrera B 117B tiene solo cuatro lumbreras de cilindro, 126-129, en esta posición. En la Figura 6b, el cilindro n.° 1 está justo en el TDC y su lumbrera de entrada 108 está totalmente bloqueada por la placa de la válvula 115. Aquí, tanto la lumbrera A 117A como la lumbrera B 117B están en comunicación de fluido con cuatro lumbreras de cilindro, a saber, las lumbreras de entrada 122-125 de los cilindros n.° 2-5 y las lumbreras de entrada 126-129 de los cilindros n.° 6-9. Para el momento en el que el 1er conjunto de bloque de cilindros 103 ha girado a la posición que se muestra en la Figura 6c, la lumbrera A 117A está en comunicación de fluido con cuatro lumbreras de entrada de cilindros, 122-125, mientras que la lumbrera B 117B está en comunicación de fluido con cinco cilindros, 126-129 y 108. Así, cada lumbrera alternará entre estar en comunicación de fluido con el número mínimo y máximo de cilindros por el número de cilindros en el bloque de cilindros por cada revolución del bloque de cilindros. En este ejemplo, cinco y luego cuatro cilindros estarán alternativamente a la presión de la lumbrera A 117A, nueve veces por revolución, mientras que lo contrario, es decir, cuatro y luego cinco cilindros estarán alternativamente a la presión de la lumbrera B 117B.

La cantidad de carga axial creada por la presión de fluido en los pistones es proporcional a la suma del número de cilindros a la presión de la lumbrera A más la suma del número de cilindros a la presión de la lumbrera B. Durante un modo de funcionamiento, la presión de la lumbrera A puede ser alta (es decir, la presión de accionamiento) y la presión de la lumbrera B puede ser baja (es decir, presión de retorno o "impulso") y, por lo tanto, la carga axial resultante oscila entre un máximo y una cantidad mínima. En el ejemplo ilustrado en las Figuras 6a a 6c, la amplitud de la oscilación es proporcional a (5 x Alta presión 4 x Baja presión) -(4 x Alta presión 5 x Baja presión) que se reduce a (1 x Alta presión - 1 x Baja Presión) con el método de la invención. La frecuencia será el número de cilindros multiplicado por la velocidad de rotación.

Cuando dos unidades de pistones hidráulicos de igual tamaño y los ángulos de desplazamiento se colocan de eje a eje, la mayor parte de las cargas axiales se equilibran de forma natural hasta cierto punto. Sin embargo, si los cilindros individuales de un lado al otro no están sincronizados para alinearse entre sí, se producirá una carga axial oscilante todavía significativa. Aunque no es de gran magnitud en relación con la carga que surge de una unidad de accionamiento de pistón hidráulico individual, no obstante, requerirá algún tipo de soporte axial para tener en cuenta esta carga. Se puede lograr una reducción en el tamaño del rodamiento y la estructura de soporte sincronizando los ejes de manera que cada cilindro de un lado se encuentre en el mismo plano que su cilindro asociado en el lado opuesto.

Empleando tal sincronización, la supresión de carga a lo largo de los ejes del árbol se mejora aún más con respecto a la lograda previamente en la técnica anterior. En este caso, esencialmente se elimina cualquier desequilibrio axial. Esto reduce aún más cualquier requisito necesario para soportar cargas axiales y, por lo tanto, permite que los cojinetes del eje de accionamiento radial soporten una carga esencialmente puramente radial. La única fuerza axial a la que deben atender los cojinetes es para evitar que el conjunto giratorio "se mueva" de lado a lado. A su vez, esto permite construcciones aún más livianas y sencillas y proporciona una mayor densidad de potencia y eficiencia al sistema.

La Figura 4 muestra una vista diferente de la porción del módulo hidrostático doble de la Figura 3. La vista en este caso es perpendicular al extremo de entrada de 1er bloque de cilindros 104 de la 1a unidad de accionamiento de pistón hidráulico 101 del módulo.

En las realizaciones de la técnica anterior de un módulo hidrostático dual, la sincronización puede no haber sido motivo de preocupación, ya que los sistemas de la técnica anterior no sincronizados generalmente empleaban algún tipo de cojinete axial para absorber las cargas oscilantes. Los ejes de accionamiento en tales sistemas normalmente están conectados con acoplamientos estriados. En el proceso de fabricación, normalmente no se presta atención en dónde se corta la estría inicial en cada extremo y, por lo tanto, a la alineación de las estrías de los extremos en un eje (o con respecto a otras partes), especialmente porque hacerlo de ese modo puede implicar una dificultad considerable respecto a las tolerancias estrictas.

Aunque las Figuras 3 y 4 solo ilustran la situación de sincronización y acoplamiento con respecto a la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico 101,301, se pueden obtener ventajas similares configurando la 2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico (no mostradas) de una manera similar donde están acopladas entre sí con un ángulo de sincronización de salida de aproximadamente 0°.

En una realización preferida, las unidades de accionamiento de pistón hidráulico son unidades de accionamiento de pistón de eje curvado pero también pueden ser máquinas hidráulicas de pistón axial. En cualquier caso, al menos dos de las unidades son variables.

Las realizaciones mostradas en las Figuras 3 y 4 emplean un diseño de yugo independiente. En otra realización de la invención, el primer y segundo módulos hidráulicos pueden emplear en cambio un diseño de yugo común. Aquí, los bloques de cilindros (o placas oscilantes en el caso de máquinas de pistones axiales) de la 1a y 2a unidades de accionamiento de pistón hidráulico en el primer módulo hidráulico están soportadas por una carcasa giratoria común similar a la descrita en el documento DE962486C. De manera similar, los bloques de cilindros (o placas oscilantes) de la 3a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico en el segundo módulo hidráulico están soportadas por una segunda carcasa giratoria común. La 1a y 2a carcasas giratorias (o placas oscilantes) están sincronizadas para crear fuerzas axiales opuestas entre unidades hidráulicas 1a y 3a y entre la 2a y 4a.

En una realización adicional, el primer y segundo módulos hidráulicos pueden incorporar múltiples (es decir, más de dos) conjuntos de accionamiento de pistón hidráulico muy similares a los descritos en el documento WO2015/001529. En este caso, tres o más ejes del primer módulo hidráulico se conectarían a los tres o más ejes correspondientes en el segundo módulo hidráulico para controlar las fuerzas axiales. Estas unidades de accionamiento de pistón hidráulico adicionales también se pueden conectar de forma adecuada en paralelo con un eje o ejes de accionamiento adicionales comunes apropiados. Estas unidades de accionamiento de pistón hidráulico adicionales también se pueden conectar con un ángulo o ángulos de sincronización adicional de aproximadamente 0°.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema hidrostático con cancelación de carga que comprende:

al menos un primer y segundo módulos hidrostáticos, en donde el primer módulo comprende una 1a (101) y una 2a unidad de accionamiento de pistón hidráulico y el segundo módulo comprende una 3a (301) y una 4a unidad de accionamiento de pistón hidráulico;

un eje de accionamiento de entrada común que conecta juntas las 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101,301);

un eje de accionamiento de salida común que conecta juntas la 2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico; en donde cada una de las unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101, 301) comprende una pluralidad de pistones (106, 306);

en donde la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101, 301) comparten una geometría similar y el número y tamaño de los pistones en cada una es el mismo;

en donde la 2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico comparten una geometría similar y el número y tamaño de los pistones en cada una es el mismo;

en donde los pistones en las unidades 1a y 3a de accionamiento de pistón hidráulico (101,301) están acoplados entre sí con un ángulo de sincronización de entrada; y

en donde los pistones en las unidades 2a y 4a de accionamiento de pistón hidráulico están acoplados entre sí con un ángulo de sincronización de salida;

caracterizado por que al menos uno de los ángulos de sincronización de entrada y salida está en el intervalo de desde -0,5° hasta 0,5°, y

en donde el sistema hidrostático de cancelación de carga comprende además conjuntos de cojinetes para los ejes de accionamiento de entrada y salida comunes, en donde los conjuntos de cojinetes consisten esencialmente en cojinetes radiales (110, 310).

2. El sistema hidrostático de cancelación de carga de la reivindicación 1, en donde los ángulos de sincronización de entrada y salida están ambos dentro del intervalo de desde -0,5° hasta 0,5°.

3. El sistema hidrostático de cancelación de carga de la reivindicación 1, en donde el primer y segundo módulos hidrostáticos comprenden cada uno una unidad de accionamiento de pistón hidráulico adicional que comprende una pluralidad de pistones y en donde las unidades de accionamiento de pistón hidráulico adicionales están acopladas entre sí con un eje de accionamiento adicional común con un ángulo de sincronización adicional que está en el intervalo de desde -0,5° hasta 0,5°.

4. El sistema hidrostático de cancelación de carga de la reivindicación 1, en donde los conjuntos de cojinetes no comprenden cojinetes de rodillos cónicos.

5. El sistema hidrostático de cancelación de carga de la reivindicación 1, en donde las unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101,301) están montadas en yugos independientes o comunes (116).

6. El sistema hidrostático de cancelación de carga de la reivindicación 1, en donde las unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101,301) comprenden un número impar de pistones.

7. El sistema hidrostático de cancelación de carga de la reivindicación 6, en donde las unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101,301) comprenden nueve pistones.

8. El sistema hidrostático de cancelación de carga de la reivindicación 1, en donde las 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101, 301) son bombas y las 2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico son motores.

9. Un método para cancelar la carga en un sistema hidrostático, comprendiendo el sistema hidrostático:

al menos un primer y segundo módulo hidrostático en donde el primer módulo comprende una 1a (101) y una 2a unidad de accionamiento de pistón hidráulico y el segundo módulo comprende una 3a (301) y una 4a unidad de accionamiento de pistón hidráulico;

un eje de accionamiento de entrada común que conecta las unidades 1a y 3a de accionamiento de pistón hidráulico (101,301) juntas;

un eje de accionamiento de salida común que conecta las unidades 2a y 4a de accionamiento de pistón hidráulico juntas; y

conjuntos de cojinetes para los ejes de accionamiento de entrada y salida comunes, en donde los conjuntos de cojinetes consisten esencialmente en cojinetes radiales;

en donde cada una de las unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101, 301) comprende una pluralidad de pistones;

en donde la ia y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101, 301) comparten una geometría similar y el número y tamaño de los pistones en cada una es el mismo;

en donde la 2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico comparten una geometría similar y el número y tamaño de los pistones en cada una es el mismo;

en donde los pistones en la 1a y 3a unidades de accionamiento de pistón hidráulico (101,301) están acoplados entre sí con un ángulo de sincronización de entrada; y

en donde los pistones en las 2a y 4a unidades de accionamiento de pistón hidráulico están acoplados entre sí con un ángulo de sincronización de salida;

comprendiendo el método establecer al menos uno de los ángulos de sincronización de entrada y salida para que esté dentro del intervalo de desde -0,5° hasta 0,5°.