ES2945831T3 - Sistema hidráulico, máquina de minería y método para controlar un accionador hidráulico - Google Patents

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Abstract

Un sistema hidráulico, una máquina de minería y un método para controlar un actuador hidráulico. El sistema hidráulico (HS) está provisto de una válvula de control (23) para controlar la dirección de movimiento y la velocidad de un actuador hidráulico (HA) conectado al sistema. La fuerza generada por el actuador hidráulico se controla de forma independiente con respecto a la válvula de control por medio de válvulas de contrapeso (Cb1, Cb2) y servoválvulas (Sv1, Sv2) que controlan su presión de apertura. Las válvulas de contrapeso y las servoválvulas funcionan como un conjunto de control de salida que controla el flujo de fluido hidráulico descargado de los espacios de presión de trabajo (16a, 16b) del actuador hidráulico. El sistema divulgado puede implementarse para controlar un brazo minero (3) de una máquina minera (1). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema hidráulico, máquina de minería y método para controlar un accionador hidráulico
Antecedentes de la invención
La invención se refiere a un sistema hidráulico destinado a operar y controlar un accionador hidráulico que se conecta al sistema. El sistema hidráulico se diseña para una máquina de minería.
La invención se refiere además a una máquina de minería y a un método para controlar un accionador hidráulico. El campo de la invención se define más específicamente en los preámbulos de las reivindicaciones independientes. Se han utilizado sistemas de control de dosificación de entrada y de salida para el control hidráulico de accionadores de maquinaria pesada que actúan sobre cazos de excavación, extremos delanteros de cargadoras y brazos mecánicos similares de máquinas móviles. El sistema recibe fluido hidráulico presurizado de una bomba y se acopla en comunicación de fluidos con un accionador de carga hidráulica tal como un cilindro hidráulico que se vincula mecánicamente a un accionador o dispositivo mecánico. Sin embargo, los sistemas hidráulicos conocidos ofrecen posibilidades limitadas para controlar el funcionamiento del accionador hidráulico. Esto a su vez limita el abanico de funcionalidad de las máquinas.
El documento WO2016011193 describe un método y un aparato para permitir la reducción del rebote de la pluma y evitar el movimiento no controlado en los sistemas hidráulicos.
Breve descripción de la invención
Un objeto de la invención es proporcionar un sistema hidráulico novedoso y mejorado para controlar el funcionamiento de un accionador hidráulico. La invención se refiere además a una máquina de minería nueva y mejorada y a un método para controlar el funcionamiento de un accionador hidráulico.
El sistema hidráulico según la invención se caracteriza por los rasgos característicos del aparato independiente de la reivindicación 1.
La máquina de minería según la invención se caracteriza por la reivindicación 10. La invención también prevé un método para controlar un accionador hidráulico como se establece en la reivindicación de método independiente 13. Las realizaciones preferidas forman el objeto de las reivindicaciones dependientes.
El método según la invención se caracteriza por los rasgos característicos y las etapas de una reivindicación de método independiente.
Una idea de la solución divulgada es que el sistema hidráulico se provee de una válvula de control para controlar el sentido de movimiento y la velocidad de un accionador hidráulico conectado al sistema. La fuerza generada por el accionador hidráulico se controla de forma independiente con respecto a la válvula de control por medio de válvulas de contrarrestación y electroválvulas que controlan la presión de apertura de las válvulas de contrarrestación. Luego, las válvulas de contrarrestación y las electroválvulas funcionan como un conjunto de control de dosificación de salida que controla el flujo de fluido hidráulico descargado de los espacios de presión de trabajo del accionador hidráulico. En otras palabras, el sistema hidráulico divulgado para controlar el accionador hidráulico se provee de un sistema de control de dosificación de salida que comprende un conjunto de válvula de control de dosificación de salida en donde las válvulas de contrarrestación de dosificación se controlan por presión por medio de las electroválvulas.
Una ventaja de la solución divulgada es que se proporciona un control más versátil de un accionador hidráulico cuando se controla por medio del sistema hidráulico divulgado. La solución divulgada permite el control independiente de el sentido de movimiento, la fuerza y la velocidad de movimiento del accionador. Estas características controlables de forma independiente permiten un control más eficaz y preciso para el accionador específico y, por lo tanto, permiten aumentar la productividad y la facilidad de uso de la máquina.
La presente solución se basa en el control de dosificación de salida, en donde las válvulas de contrarrestación se controlan activamente por medio de las electroválvulas.
Además, la solución divulgada implementa componentes hidráulicos simples y bien probados, por lo que es fiable y económica.
En este documento, la máquina de minería significa también máquinas destinadas a la excavación de túneles.
Según una realización, la válvula de control se configura para controlar el flujo de fluido hidráulico y las válvulas de contrarrestación se configuran para controlar la presión hidráulica. La válvula de control y las válvulas de contrarrestación se controlan por separado, por lo que el sistema hidráulico cuenta con un control independiente de la fuerza y la velocidad del accionador hidráulico. En otras palabras, los solenoides primero y segundo permiten controlar la presión del fluido descargado de forma independiente con respecto a la válvula de control. Por lo tanto, las válvulas de control primera y segunda, junto con las válvulas de contrarrestación primera y segunda, forman conjuntos de dosificación de salida dedicados a controlar las presiones descargadas, mientras que la válvula de control se dedica a controlar el flujo de fluido hidráulico alimentado al accionador y también el sentido de movimiento del accionador. El control de presión divulgado afecta a las fuerzas generadas mientras que el control de flujo afecta a las velocidades de movimiento generadas. El control independiente logrado permite un control más versátil del accionador.
La presión hidráulica en los espacios de presión de trabajo afecta las fuerzas efectivas del accionador hidráulico, así como la rigidez y la respuesta general a las cargas cambiantes del accionador.
Según una realización, las electroválvulas primera y segunda son válvulas controladas eléctricamente. Luego, las electroválvulas primera y segunda se controlan por medio de una o más unidades de control. La unidad de control puede generar señales de control eléctricas en respuesta a los órdenes de control recibidas y los datos de entrada. La unidad de control puede ser un ordenador que comprenda un procesador o puede ser un controlador lógico programable (PLC), por ejemplo. La unidad de control puede ubicarse a bordo de la máquina móvil o puede ser un dispositivo externo que se comunica con las electroválvulas a través de una ruta de comunicación de datos.
Según una realización, la mencionada unidad de control que controla las electroválvulas se configura para establecer una presión de apertura constante para las electroválvulas primera y segunda. La configuración es ajustable por un operador a través de una interfaz de usuario de la unidad de control. Así, el operador puede seleccionar las presiones de apertura deseadas según la necesidad.
Según una realización, la unidad de control se provee de datos de detección sobre el funcionamiento del accionador hidráulico y se configura para ajustar la configuración de presión de apertura en respuesta a los datos de detección recibidos. Luego, el control de dosificación de salida implementado garantiza un control posicional estático y móvil preciso en respuesta a fuerzas de carga estáticas y dinámicas externas.
Según una realización, el sistema hidráulico puede comprender además un sensor de presión para operar presiones en espacios de presión del accionador hidráulico. Los datos de detección de los sensores de presión se transmiten a la unidad de control para controlar las electroválvulas primera y segunda en respuesta a las presiones detectadas. Una ventaja de esta solución es que cuando se detectan las presiones del cilindro hidráulico, la unidad de control puede controlar las electroválvulas con precisión para alcanzar los niveles de presión deseados. Este tipo de control de retroalimentación permite el uso de diferentes ajustes de presión precisos y diferentes modos de control para el accionador hidráulico. Los datos de presión detectados pueden transmitirse a la unidad de control a través de una conexión de comunicación de datos, que puede implementar o no la transmisión inalámbrica de datos.
El sistema de dosificación de salida del circuito hidráulico divulgado se configura para controlar el accionador hidráulico para proporcionar un movimiento preciso y un posicionamiento estático tanto cuando el accionador no está cargado externamente como en respuesta a cargas estáticas y dinámicas externas. El sistema hidráulico divulgado se adapta para la variación de la velocidad de accionamiento y la fuerza con la que se proporciona la actuación. El accionador hidráulico, controlado por medio del sistema de dosificación de salida divulgado, puede mantenerse en una configuración relativamente rígida para que sea capaz de resistir fuerzas externas significativas.
Según una realización, la válvula de control mencionada es una válvula direccional proporcional y se controla por presión y puede ser controlada por presión de pilotaje o controlada por solenoide directo. Luego, el sistema hidráulico comprende una tercera electroválvula configurada para controlar el movimiento de la válvula de control en un primer sentido de funcionamiento, y comprende una cuarta electroválvula configurada para controlar el movimiento en un segundo sentido de funcionamiento opuesto. Por lo tanto, no sólo el funcionamiento de las válvulas de contrarrestación primera y segunda, sino también el funcionamiento de la válvula de control, son controlados por presión por medio de varias electroválvulas. El uso de dicho control de presión es especialmente ventajoso cuando se requiere un sistema a prueba de llamas, como es el caso, por ejemplo, en las minas de carbón. En tales circunstancias, el circuito hidráulico solo puede comprender componentes aprobados. En el presente circuito se pueden utilizar componentes hidráulicos básicos que ya cuentan con las aprobaciones necesarias para los sistemas antideflagrantes. Además, el control de solenoide divulgado de la válvula de control es ventajoso porque no hay disponible otro tipo de válvulas de control fiables y de funcionamiento rápido.
Según una realización, el accionador hidráulico conectado al sistema hidráulico es un cilindro hidráulico.
Según una realización, el cilindro hidráulico tiene una configuración de doble pistón y, por lo tanto, se provee de dos pistones y un vástago de pistón montado entre los pistones. Entonces los diámetros de los espacios de presión de trabajo tienen dimensiones iguales, por lo que las fuerzas en ambas direcciones de movimiento son iguales cuando se alimenta la misma presión a los espacios de presión de trabajo.
Según una realización alternativa, se utiliza un cilindro hidráulico de tipo normal o convencional como accionador hidráulico. En tales cilindros diferenciales convencionales, los tamaños de las áreas efectivas del pistón en sentidos opuestos son diferentes y deben tenerse en cuenta en el control. Esta realización es una alternativa al cilindro de doble pistón mencionado anteriormente.
Según una realización alternativa, el accionador hidráulico es un motor hidráulico. El motor hidráulico puede conectarse a un sistema de engranajes o de transmisión para transmitir la potencia mecánica a una pluma o dispositivo o accionador mecánico correspondiente.
Según una realización, la bomba hidráulica del circuito hidráulico es una bomba de caudal variable. Luego, el caudal producido se puede ajustar según la necesidad. La bomba de caudal variable puede controlarse por medio de la unidad de control mencionada, por lo que el flujo de fluido deseado puede estar bajo el control directo de la unidad de control. Alternativamente, la bomba de caudal variable puede controlarse por medio de un sistema de control de detección de carga. El sistema de control LS puede detectar la presión predominante en el sistema hidráulico y la señal LS generada puede controlar la bomba.
Según una realización, la bomba hidráulica es una bomba de caudal fijo. Este tipo de bomba es simple, económica y fiable.
Según una realización, el sistema hidráulico comprende además dos válvulas de contrarrestación adicionales. Una válvula de contrarrestación adicional se conecta a una primera línea de presión de control entre la primera electroválvula y la primera válvula de contrarrestación, y otra válvula de contrarrestación adicional se conecta a una segunda línea de presión de control entre la segunda electroválvula y la segunda válvula de contrarrestación. Las direcciones de flujo nominal de las válvulas de contrarrestación adicionales son opuestas a las direcciones de flujo nominal de las válvulas de contrarrestación básicas del sistema de dosificación de salida. Las válvulas de contrarrestación adicionales se pueden usar en aplicaciones en donde se pueden generar fuerzas de tracción durante el funcionamiento de los accionadores hidráulicos configurados para generar fuerzas de empuje. Así, las válvulas de contrarrestación adicionales se destinan a evitar problemas en el control provocados por las fuerzas de tracción. Las válvulas de contrarrestación adicionales tienen presiones de apertura preestablecidas y cuando la presión disminuye por debajo del valor establecido, la válvula de contrarrestación se cierra y evita que la presión de control fluya desde la electroválvula a las válvulas de contrarrestación básicas, por lo que las válvulas de contrarrestación básicas disminuyen o impiden el flujo de fluido hidráulico desde el accionador hidráulico. Las válvulas de contrarrestación adicionales pueden actuar como simples válvulas ON/OFF controladas por presión entre las electroválvulas y las válvulas de contrarrestación básicas.
Según una realización, el sistema hidráulico divulgado comprende un modo de control en donde las electroválvulas primera y segunda no funcionan y, por lo tanto, no proporcionan control para las válvulas de contrarrestación. Luego, las válvulas de contrarrestación son controladas por la presión que actúa en los conductos de presión primero y segundo. Las válvulas de contrarrestación primera y segunda se proveen de configuraciones de presión de apertura básicas y cuando la presión en los conductos de presión primero y segundo excede la configuración de presión de apertura básica, las válvulas de contrarrestación se abren. En esta realización, el circuito hidráulico se provee de dos principios de control alternativos para controlar las válvulas de contrarrestación y, por lo tanto, aumenta aún más las diferentes posibilidades para disponer el control del accionador hidráulico. El operador puede cambiar las electroválvulas al estado inoperativo.
Según una realización, la solución divulgada se refiere a una máquina de minería móvil. La máquina de minería comprende un transportador móvil y uno o más plumas de minería conectados de forma móvil en el transportador. La pluma de minería se provee de una unidad de minería montada en un extremo libre de la pluma. La pluma se mueve por medio de uno o más accionadores de pluma hidráulicos y el accionador se conecta a un sistema hidráulico para proporcionar la potencia hidráulica necesaria. El sistema hidráulico para controlar al menos uno de los accionadores de la pluma es según el sistema divulgado en este documento.
Según una realización, la pluma de minería se puede mover horizontalmente en dirección lateral y también verticalmente. Sin embargo, las fuerzas más altas típicamente se generan en la dirección lateral de la pluma, al menos cuando la minería se basa en el método de corte. También existen requisitos de máxima precisión en la dirección lateral.
Según una realización, el accionador de pluma hidráulico es un cilindro hidráulico configurado para hacer girar la pluma de minería con respecto al transportador. Como ya se ha mencionado anteriormente, la pluma de minería se puede mover lateral y verticalmente y, por lo tanto, puede comprender varios cilindros, cada uno de ellos provisto de un sistema de control similar. Entonces, la velocidad y las fuerzas de la pluma en varias direcciones de movimiento pueden controlarse adecuadamente.
Según una realización, la máquina de minería es una máquina de minería por socavación provista de una pluma de corte. La unidad de minería montada en la pluma de corte comprende al menos un cabezal de corte rotatorio provisto de varias herramientas de corte. Las máquinas socavadoras se utilizan para excavar túneles y extraer.
Según una realización, el sistema hidráulico de la máquina de minería de socavación comprende modos de funcionamiento que incluyen al menos un modo de corte, un modo de posicionamiento y un modo de perfilado. En el modo de corte, la pluma de corte se mueve horizontalmente con una velocidad nominal optimizada para el cabezal de corte y el material que se está cortando. El objetivo del modo de corte es cortar el material de la forma más eficaz posible. En el modo de posicionamiento, el cabezal de corte se mueve por medio de la pluma de corte a una posición específica. El objetivo del modo de posicionamiento es alcanzar la posición deseada lo más rápido posible. En el modo de perfilado, se finaliza la cara de corte en los bordes para obtener el perfil previsto para el túnel. El objetivo del modo de perfilado es cortar este perfil deseado lo más rápido (pero no con un movimiento realmente rápido) y preciso como sea posible para mejorar la calidad de la superficie de corte y ahorrar hormigón en las etapas de trabajo posteriores, por ejemplo. Cada modo puede comprender un valor de presión de apertura dedicado para controlar la apertura de las válvulas de contrarrestación y parámetros dedicados para controlar la válvula de control y el flujo de fluido generado. Por ejemplo, en el modo de corte, se dirigen grandes fuerzas a la pluma de corte, por lo que necesita una rigidez relativa. Por lo tanto, se implementan valores relativamente altos como valores de presión de apertura para las válvulas de contrarrestación. Por otro lado, la velocidad de movimiento de la pluma de corte es lenta en el modo de corte, por lo que la magnitud del flujo de fluido a través de la válvula de control puede ser pequeña. En el modo de posicionamiento, no se dirigen fuerzas significativas a la pluma de corte, por lo que el ajuste de presión de las válvulas de contrarrestación puede ser bajo. Se necesita una alta velocidad de movimiento por lo que la válvula de control necesita permitir que llegue un gran fluido al accionador. En el modo de perfilado, se producen fuerzas y velocidades de movimiento semialtas, por lo que los parámetros de control para controlar la presión de apertura y el flujo de fluido pueden estar en algún lugar entre los otros dos modos. La idea principal es tener la opción de optimizar el sistema de control para diferentes modos y requisitos operativos y establecer parámetros para obtener la fuerza y la velocidad deseadas.
Según una realización, la solución divulgada se refiere a un método para controlar un accionador hidráulico. El método comprende: generar presión hidráulica y flujo por medio de una bomba hidráulica a un sistema hidráulico; dirigir selectivamente el flujo de fluido hidráulico desde la bomba a los espacios de presión de trabajo del accionador hidráulico y descargar correspondientemente el fluido hidráulico desde los espacios de trabajo a un depósito por medio de una válvula de control; y restringir el flujo de fluido descargado de los espacios de presión de trabajo por medio de válvulas de contrarrestación dedicadas. El método comprende además ajustar la presión de apertura de las válvulas de contrarrestación mencionadas por medio de electroválvulas separadas y proporcionar así al accionador hidráulico un control de fuerza ajustable que puede controlarse independientemente con respecto a la válvula de control.
Según una realización, el método comprende ajustar el flujo de fluido hidráulico y la presión que afecta a los espacios de presión de trabajo de forma independiente entre sí, por lo que la velocidad de movimiento y la fuerza generada también se controlan de forma independiente.
Según una realización, el método comprende controlar las electroválvulas por medio de señales eléctricas de control generadas por medio de una unidad de control. Las señales de control hidráulico se generan por medio de las electroválvulas mencionadas para controlar hidráulicamente las válvulas de contrarrestación.
Las realizaciones y características divulgadas anteriormente pueden combinarse para formar soluciones adecuadas que tengan las características anteriores que se necesitan.
Breve descripción de las figuras
Algunas realizaciones se describen con más detalle en los dibujos adjuntos, en los que
La Figura 1 es una vista lateral esquemática de una máquina de minería destinada al proceso de socavación;
la Figura 2 es una vista superior esquemática de un cilindro hidráulico de doble pistón dispuesto para hacer girar una pluma en dirección horizontal;
la Figura 3 es una vista superior esquemática de una solución alternativa que utiliza un motor hidráulico para hacer girar una pluma;
la Figura 4 es una vista esquemática de un primer circuito hidráulico configurado para proporcionar la potencia hidráulica necesaria a un accionador hidráulico y para controlar su funcionamiento;
la Figura 5 es una vista esquemática de un segundo circuito hidráulico en donde se detecta la presión que prevalece dentro de un accionador hidráulico;
la Figura 6 es una vista esquemática de un tercer circuito hidráulico en donde se utilizan válvulas de contrarrestación adicionales;
la Figura 7 es una vista esquemática de un cuarto circuito hidráulico en donde las características adicionales de las Figuras 5 y 6 anteriores se combinan con el sistema básico de la Figura 4; y
La Figura 8 es un diagrama que muestra algunos principios y características relacionados con el método divulgado.
En aras de la claridad, las figuras muestran algunas realizaciones de la solución divulgada de manera simplificada. En las figuras, números de referencia similares identifican elementos similares.
Descripción detallada de algunas realizaciones
La Figura 1 muestra una máquina de minería 1 destinada a socavar. La máquina de minería 1 comprende un transportador móvil 2 y una pluma de minería 3 conectada al transportador 2 por medio de una torreta o mesa giratoria 4. La pluma de minería 3 comprende una unidad de minería 5 en un extremo distal de la pluma 2. La unidad de minería 5 comprende uno o más cabezales de corte C rotatorios 6 provistos cada uno de varias herramientas de corte, que no se muestran en detalle. La pluma de minería 2 se puede mover horizontalmente H al girar la mesa giratoria 4 alrededor del eje de giro vertical 7. La pluma de minería 3 también se puede mover verticalmente V con respecto a una articulación 8. El movimiento horizontal H se puede ejecutar por medio de un primer accionador de pluma 9 y el movimiento vertical pueden ejecutarse por medio de un segundo accionador de pluma 10. Los accionadores de pluma 9 y 10 pueden ser cilindros hidráulicos que son accionados por medio de un paquete de energía hidráulica PP. La máquina de minería 1 puede moverse hacia delante A y puede retroceder B. En un extremo delantero de la máquina de minería 1 puede haber un dispositivo de recogida 11 para recibir material 12 excavado por medio de la unidad de corte 5. La máquina de minería 1 comprende al menos una unidad de control integrada CU que puede tener comunicación de datos con una o más unidades de control externas CU.
En el transportador 2 puede haber o no una cabina de control CC para un operador.
La Figura 2 es una figura muy simplificada que muestra un sistema para girar horizontalmente H una pluma de minería 3.
La pluma 2 se monta en rebordes de conexión 13 de una mesa giratoria 4 que se muestra con líneas discontinuas por razones de claridad. La mesa giratoria 4 se gira con respecto a un elemento de soporte 14 provisto de una corona dentada 15. Un accionador de pluma hidráulico 9 es un cilindro montado horizontalmente y que comprende dos pistones y espacios de presión de trabajo 16a, 16b por lo que un vástago de pistón 17 se ubica entre los espacios de presión de trabajo 16a, 16b. El vástago de pistón 17 se provee de una superficie exterior dentada 18 que coincide con la corona dentada 15. Cuando el vástago de pistón 17 se mueve, la mesa giratoria y la pluma de minería conectada 3 giran horizontalmente H. El cilindro de pluma 9 se conecta a un circuito hidráulico HS por medio de conductos de presión 19a y 19b. Además, el circuito hidráulico HS puede comunicarse con una o más unidades de control CU. Un operador O puede comunicarse con la unidad de control CU a través de una interfaz de usuario. El operador O puede hacer selecciones, introducir parámetros de control y dar órdenes de control para influir en el control de la pluma 3.
La Figura 3 describe otra solución para girar una mesa giratoria 4 y una pluma de minería 3. La solución difiere de la que se muestra en la Figura 2 en que el cilindro hidráulico se sustituye por un motor hidráulico. Entonces, en este caso, el accionador de pluma hidráulico 9 es un motor hidráulico que se dispone para provocar el movimiento horizontal de la pluma. El motor hidráulico puede conectarse a un engranaje u otro elemento de transmisión 20 para transmitir el movimiento de rotación generado a una borde exterior dentado 15 de un elemento de soporte 14. Los espacios de presión de trabajo del motor hidráulico se conectan a un circuito hidráulico HS por medio de conductos de presión 19a y 19b.
Los cilindros y los motores hidráulicos 9, 10 que se muestran en las Figuras 1 y 2 son accionadores hidráulicos HA que pueden controlarse según los principios divulgados en este documento.
La Figura 4 describe un circuito hidráulico HC de un sistema hidráulico HS. El sistema comprende un accionador hidráulico HA, una bomba 21, un depósito 22, una válvula de control 23 y los conductos de presión necesarios. El accionador hidráulico HA puede ser un cilindro hidráulico que tenga una configuración de doble pistón por lo que tiene dos pistones 24 y un vástago de pistón 17 entre ellos. El cilindro también tiene dos espacios de presión de trabajo, a saber, un primer espacio de presión de trabajo 16a con un primer conducto de presión 19a, y un segundo espacio de presión de trabajo 16b con un segundo conducto de presión 19b. El cilindro puede corresponder al que se muestra en la Figura 2. Una primera válvula de contrarrestación Cb1 se conecta al primer conducto de presión 19a para controlar el fluido a presión descargado desde el primer espacio de presión de trabajo 16a, y una segunda válvula de contrarrestación Cb2 se conecta al segundo conducto de presión 19b para controlar el fluido a presión descargado desde el segundo espacio de presión de trabajo 16b. Las válvulas de contrarrestación Cb1 y Cb2 permiten que el fluido a presión fluya libremente hacia los espacios de presión de trabajo 16a, 16b pero restringen el flujo saliente de los espacios de presión de trabajo 16a, 16b. Las válvulas de contrarrestación Cb1, Cb2 se proveen de un ajuste básico de presión de apertura, por ejemplo 400 bar, y su ajuste de presión de apertura se puede ajustar para que sea inferior al ajuste básico por medio de las electroválvulas Sv1 y Sv2. Una primera electroválvula Sv1 proporciona control de presión para la primera válvula de contrarrestación Cb1 y una segunda electroválvula Sv2 proporciona control de presión para la segunda válvula de contrarrestación Cb2. Mediante el ajuste de la presión de apertura de las válvulas de contrarrestación Cb1 y Cb2 se puede ajustar la presión que prevalece en los espacios de presión de trabajo permitiendo así controlar la fuerza generada por el accionador hidráulico HA. Las electroválvulas Sv1 y Sv2 son válvulas controladas eléctricamente y pueden controlarse por medio de señales de control eléctricas generadas por medio de una unidad de control CU. Un operador puede alimentar datos y órdenes de control por medio de una interfaz de usuario UI para la unidad de control CU. Las electroválvulas Sv1 y Sv2 se pueden controlar de forma independiente mediante la unidad de control CU.
La válvula de control 23 se configura para controlar el sentido de movimiento del accionador hidráulico HA. La válvula de control 23 puede ser una válvula direccional proporcional como se muestra en la Figura 1. Cuando la válvula de control 23 se mueve desde su posición media hacia la dirección izquierda, el flujo de fluido a presión generado por la bomba 21 se dirige a través de la válvula de control 23 al primer espacio de presión de trabajo 16a del accionador hidráulico HA y, correspondientemente, se descarga fluido desde el segundo espacio de presión de trabajo 16b. Entonces el vástago de pistón 17 se mueve hacia la izquierda. Cuando la válvula de control 23 se mueve desde la posición media hacia la dirección correcta, el flujo de fluido se dirige al segundo espacio de presión de trabajo y el primer espacio de presión de trabajo se descarga provocando que el vástago de pistón se mueva hacia la derecha. Dado que la válvula de control es una válvula proporcional, la magnitud del movimiento en cualquier sentido ajusta la magnitud del flujo de fluido que pasa a través de la válvula de control, por lo que la válvula de control ajusta el fluido y también genera la velocidad de movimiento del accionador hidráulico HA. Como puede observarse, la válvula de control 23 puede ser controlada por piloto hidráulico o controlada directamente por solenoide. Una tercera electroválvula SV3 controlada eléctricamente produce control de presión para mover la válvula de control 23 hacia la derecha y una cuarta electroválvula SV4 controlada eléctricamente produce control de presión para mover la válvula de control 23 hacia la izquierda. Las electroválvulas Sv3 y Sv4 pueden proporcionar señales de control eléctrico 25 desde la unidad de control CU.
La Figura 4 describe además que la bomba 21 puede ser una bomba de desplazamiento variable y puede controlarse mediante una señal de detección de carga Lss.
La Figura 5 describe un sistema hidráulico HS que corresponde sustancialmente al que se muestra en la Figura 4. Sin embargo, las presiones que prevalecen en los espacios de presión de trabajo 16a, 16b se detectan por medio de un primer sensor de presión S1 y un segundo sensor de presión S2. Los datos de detección producidos se transmiten a una unidad de control CU a través de las rutas de transmisión de datos 26a y 26b. Entonces, la unidad de control CU puede tener en cuenta los datos de presión recibidos y enviar señales de control a través de una ruta de transmisión de datos 27 a las servoválvulas Sv1 y Sv2.
La Figura 6 divulga una configuración básica del sistema hidráulico HS que corresponde al sistema divulgado en la Figura 4. La presente solución difiere de la solución básica en que hay una serie de dos válvulas de contrarrestación adicionales Cb3 y Cb4 corregidas con válvulas de contrarrestación principales Cb1 y Cb2. Entonces se monta una primera válvula de contrarrestación adicional Cb3 entre una primera válvula de contrarrestación Cb1 y una primera electroválvula Sv1 y, correspondientemente, se monta una segunda válvula de contrarrestación adicional Cb4 entre una segunda válvula de contrarrestación Cb2 y una segunda electroválvula Sv2. Como puede observarse, el sentido de funcionamiento nominal de las válvulas de contrarrestación adicionales Cb3 y Cb4 es opuesto al sentido de funcionamiento nominal de las válvulas de contrarrestación principales Cb1 y Cb2. Además, el ajuste de presión de las válvulas de contrarrestación adicionales Cb3, Cb4 es significativamente menor que el ajuste de presión de las válvulas de contrarrestación principales Cb1, Cb2. Como se ha divulgado anteriormente en este documento, las válvulas de contrarrestación adicionales Cb3 y Cb4 se usan para casos de uso especiales en donde fuerzas de tracción externas pueden dirigirse al accionador hidráulico. La tracción puede dificultar el control adecuado del sistema y el uso de válvulas de contrarrestación adicionales Cb3, Cb4 elimina los efectos no deseados de la tracción.
La Figura 7 divulga un sistema hidráulico HS que comprende una combinación de características divulgadas en relación con las Figuras 4 a 6. Por lo tanto, no hay necesidad de proporcionar una divulgación detallada del sistema que se muestra en la Figura 7. Las características de control divulgadas pueden activarse selectivamente por lo que se proporciona un sistema versátil y bien ajustable.
Cabe mencionar que los sistemas y circuitos hidráulicos presentados en las Figuras 4-7 son adecuados también para controlar cilindros hidráulicos normales con un solo pistón, y también para controlar motores hidráulicos.
La solución divulgada se adapta bien para controlar diferentes accionadores de pluma, pero también se puede usar para controlar otros brazos y estructuras mecánicos de diferentes tipos de máquinas excavadoras y tuneladoras.
Los valores de ajuste de presión básicos divulgados en relación con las válvulas de contrarrestación son solo ejemplos y pueden seleccionarse caso por caso.
La Figura 8 divulga características que ya se han discutido anteriormente en este documento.
Los dibujos y la descripción relacionada sólo pretenden ilustrar la idea de la invención. En sus detalles, la invención puede variar dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema hidráulico (HS) para una máquina de minería que comprende:
una bomba (21) para producir presión hidráulica y flujo al sistema;
un depósito (22) para almacenar y recibir fluido hidráulico;
un accionador hidráulico (HA) que comprende un primer espacio de presión de trabajo (16a) y un segundo espacio de presión de trabajo (16b);
un primer conducto de presión (19a) que está en conexión de fluidos con el primer espacio de presión de trabajo (16a) y un segundo conducto de presión (19b) que está en conexión de fluidos con el segundo espacio de presión de trabajo (16b);
una primera válvula de contrarrestación (Cb1) conectada al primer conducto de presión (19a) y configurada para restringir el flujo de fluido descargado afuera del primer espacio de presión de trabajo (16a) y permitir el flujo de entrada libre en sentido opuesto;
una segunda válvula de contrarrestación (Cb2) conectada al segundo conducto de presión (19b) y configurada para restringir el flujo de fluido descargado afuera del segundo espacio de presión de trabajo (16b) y permitir el flujo de entrada libre en sentido opuesto; y
una válvula de control (23) para controlar la alimentación y descarga de fluido hidráulico hacia y desde los espacios de presión de trabajo primero y segundo (16a, 16b) para controlar el sentido y la velocidad del movimiento generado por el accionador hidráulico (HA);
caracterizado por que
el sistema hidráulico (HS) comprende además una primera electroválvula (Sv1) para controlar la presión de apertura de la primera válvula de contrarrestación (Cb1) y una segunda electroválvula (Sv2) para controlar la presión de apertura de la segunda válvula de contrarrestación (Cb2), por lo que la presión del fluido hidráulico que se descarga desde los espacios de presión de trabajo (16a, 16b) del accionador hidráulico (HA) es controlable de forma independiente.
2. El sistema hidráulico según la reivindicación 1, caracterizado por que
la válvula de control (23) se configura para controlar el flujo de fluido hidráulico que afecta la velocidad de movimiento generada del accionador hidráulico (HA) y las válvulas de contrarrestación (Cb1, Cb2) se configuran para controlar la presión hidráulica que afecta la fuerza generada del accionador hidráulico (HA) por lo que el sistema hidráulico (HS) se provee de control independiente de fuerza y velocidad del accionador hidráulico (HA).
3. El sistema hidráulico según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que
las electroválvulas primera y segunda (Sv1, Sv2) son válvulas controladas eléctricamente; y
las electroválvulas primera y segunda (Sv1, Sv2) se controlan por medio de al menos una unidad de control (CU).
4. El sistema hidráulico según la reivindicación 3, caracterizado por que el sistema hidráulico (HS) comprende además:
un primer sensor de presión (S1) para detectar la presión que actúa en el primer espacio de presión (16a);
un segundo sensor de presión (S2) para detectar la presión que actúa en el segundo espacio de presión (16b); y en donde los datos de detección de los sensores de presión se transmiten a la unidad de control (CU) para controlar las electroválvulas primera y segunda (Sv1, Sv2) en respuesta a las presiones detectadas.
5. El sistema hidráulico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 - 4, caracterizado por que la válvula de control (23) es una válvula direccional proporcional;
y en donde una tercera electroválvula (Sv3) se configura para controlar el movimiento de la válvula de control (23) en un primer sentido de funcionamiento y una cuarta electroválvula (Sv4) se configura para controlar el movimiento en un segundo sentido de funcionamiento opuesto.
6. El sistema hidráulico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 - 5, caracterizado por que el accionador hidráulico (HA) conectado al sistema hidráulico (HS) es un cilindro hidráulico (9, 10).
7. El sistema hidráulico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 - 6, caracterizado por que la bomba hidráulica (21) es una bomba de caudal variable.
8. El sistema hidráulico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 - 7, caracterizado por que el sistema hidráulico (HS) comprende además una tercera válvula de contrarrestación (Cb3) conectada a una primera línea de presión de control entre la primera electroválvula (Sv1) y la primera válvula de contrarrestación (Cb1), y una cuarta válvula de contrarrestación (Cb4) conectada a una segunda línea de presión de control entre la segunda electroválvula (Sv2) y la segunda válvula de contrarrestación (Cb2);
y en donde las direcciones de flujo nominal de las válvulas de contrarrestación tercera y cuarta (Cb3, Cb4) son opuestas a las direcciones de flujo nominal de las válvulas de contrarrestación primera y segunda (Cb1, Cb2).
9. El sistema hidráulico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 - 8, caracterizado por que el sistema hidráulico (HS) comprende un modo de control en donde las electroválvulas primera y la segunda (Sv1, Sv2) están inoperativas y las válvulas de contrarrestación primera y segunda (Cb1, Cb2) son controladas por la presión que actúa en los conductos de presión primero y segundo (19a, 19b).
10. Una máquina de minería (1) que comprende:
un transportador móvil (2);
al menos una pluma de minería (3) conectada de manera móvil al transportador (2);
una unidad de minería (5) montada en un extremo distal de la pluma de minería (3);
un sistema hidráulico (HS) para proporcionar potencia hidráulica; y
al menos un accionador de pluma hidráulico (HA, 9, 10) para mover la pluma de minería (3) con respecto al transportador (2) y conectarse al sistema hidráulico (HS);
caracterizado por que
el sistema hidráulico (HS) para controlar el accionador de la pluma (HA, 9, 10) está según el sistema divulgado en las reivindicaciones anteriores 1-9.
11. La máquina de minería según la reivindicación 10, caracterizado por que
el accionador de pluma hidráulico (HA, 9, 10) es un cilindro hidráulico (9, 10) configurado para girar la pluma de minería (3) en relación con el transportador (2).
12. La máquina de minería según la reivindicación 10 u 11, caracterizada por que
la máquina de minería (1) es una máquina de minería de socavación provista de una pluma de corte (3); y la unidad de minería (5) montada en la pluma de corte (3) comprende al menos un cabezal de corte rotatorio (6) provisto de varias herramientas de corte.
13. Un método para controlar un accionador hidráulico (HA), comprendiendo el método:
generar presión hidráulica y flujo por medio de una bomba hidráulica (21) a un sistema hidráulico (HS);
dirigir selectivamente el flujo de fluido hidráulico desde la bomba (21) a los espacios de presión de trabajo (16a, 16b) del accionador hidráulico (HA) y descargar correspondientemente el fluido hidráulico desde los espacios de trabajo (16a, 16b) a un depósito (22) por medio de una válvula de control (23); y
restringir el flujo de fluido descargado desde los espacios de presión de trabajo (16a, 16b) por medio de válvulas de contrarrestación dedicadas (Cb1, Cb2);
caracterizado por
ajustar la presión de apertura de las válvulas de contrarrestación (Cb1, Cb2) por medio de electroválvulas separadas (Sv1, Sv2) y, por lo tanto, proporcionar al accionador hidráulico (HA) un control de fuerza ajustable que puede controlarse independientemente con respecto a la válvula de control (23).
14. El método según la reivindicación 13, caracterizado por
ajustar el flujo de fluido hidráulico y la presión que afecta en los espacios de presión de trabajo (16a, 16b) de forma independiente entre sí, por lo que la velocidad de movimiento y la fuerza generada también se controlan de forma independiente.
15. El método según la reivindicación 13 o 14, caracterizado por
controlar las electroválvulas (Sv1, Sv2) mediante señales eléctricas de control generadas mediante una unidad de control (CU); y
generar señales de control hidráulico por medio de las electroválvulas (Sv1, Sv2) para controlar hidráulicamente las válvulas de contrarrestación (Cb1, Cb2).
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