IT201600127801A1 - Servocomando idraulico ad area differenziale - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

TITOLO: SERVOCOMANDO IDRAULICO AD AREA DIFFERENZIALE

5 La presente invenzione si inserisce nel campo dei servocomandi per il pilotaggio idraulico di valvole a controllo direzionale utilizzate nella costruzione di veicoli mobili ed in particolare forma oggetto del presente trovato un servocomando idraulico che consente di ridurre gli sforzi di spinta da parte

<10>dell’operatore, evitando le oscillazioni dello stesso.

L’azionamento del servocomando è fatto dall’operatore alla guida del veicolo mobile tramite un cinematismo meccanico comandato da una leva o un pedale.

STATO DELL’ARTE

15 Un primo esempio di arte nota è descritto nel brevetto EP1777419, dove sulla spola in contrapposizione all’azionamento effettuato dall’operatore agisce una molla e forza generata dall’applicazione della pressione ridotta su tutto il diametro della spola stessa. Detta forza generata dalla pressione ridotta agisce

<20>anche in contrapposizione ad una molla interna per effettuare la regolazione della spola stessa.

Nel caso detto servocomando debba essere utilizzato su macchine di grossa taglia risulta necessario per una corretta trasmissione di segnali di pilotaggio l’utilizzo di spole con un

25 diametro maggiore che consentano l’erogazione di una maggiore portata. A parità di pressione di pilotaggio, se l’area su cui agisce tale pressione aumenta, lo sforzo che l’operatore deve imprimere sul servocomando per ottenere la stessa traslazione risulta maggiore.

5 Molti costruttori hanno ovviato a tale problematica mediante l’introduzione di servocomandi ad area differenziale, ne è un esempio il documento EP1031780.

In questa tipologia di comandi la pressione ridotta agisce non più sull’intero diametro della spola ma grazie alla differenza<10>dei diametri della spola stessa, tale pressione si ritrova ad essere applicata su una corona circolare. Anche aumentando i diametri della spola l’effetto della spinta dovuta alla pressione ridotta che agisce in contrapposizione all’operatore risulta limitato.

Gli inconvenienti della tecnica nota sono legati ai fenomeni 15 oscillatori sul cinematismo di governo di detti servocomandi. Tali fenomeni oscillatori, generando un’oscillazione del cinematismo tale da azionare in modo incontrollato il servocomando, costituiscono non solo un grave difetto di funzionamento ma anche un problema per la sicurezza degli operatori, in quanto<20>causa di operazioni involontarie e incontrollabili del veicolo su cui il servocomando è montato.

Affinché con la soluzione ad aree differenziali il servocomando funzioni correttamente, la camera opposta allo spintore deve essere alla stessa pressione del drenaggio. Infatti se 25 ciò non avviene e della pressione rimane intrappolata, possono innescarsi le oscillazioni precedentemente descritte. Per poter effettuare tale collegamento, l’arte nota ipotizza tre soluzioni:

- La prima soluzione è di inserire lungo la cavità servocomando una camera che intercetti la spola al 5 di sotto della camera della pressione di alimentazione P e della pressione ridotta e sia collegata con l’utilizzo di fori o meno per andare ad intercettare la linea di drenaggio all’interno del corpo del servocomando stesso; ciò comporta<10>l’inserimento di una cavita aggiuntiva nello stesso corpo del servocomando aumentandone il numero dei condotti e/o i passaggi realizzati d’anima o di lavorazione che si andrebbero ad accavallare e l’altezza del corpo stesso;

15 - La seconda soluzione prevede di inserire nella parte inferiore del servocomando una connessione di drenaggio diretta tra la camera opposta allo spintore e l’esterno del corpo del servocomando stesso rendendo necessaria l’introduzione di fori<20>aggiuntivi verso l’esterno o di un coperchio per convogliare le camere verso l’unico drenaggio del corpo, con i difetti della soluzione precedente;

- La terza soluzione introduce un foro passante che attraversa tutta la spola in grado di collegare la 25 camera di drenaggio lato spintore con tale camera opposta ad essa; il limite è realizzare un foro di diametro sufficientemente grande attraverso la spola che consenta di scaricare tutta la pressione posta in tale camera verso il drenaggio 5 mantenendo uno spessore sufficiente del nocciolo della spola per garantire uno stato tensionale massimo limitato in condizioni di lavoro al fine di evitare una rottura a fatica del diametro di nocciolo stesso al di sotto del numero dei cicli vitali previsti<10>per detta applicazione. Un ulteriore inconveniente di tale soluzione è che la camera di pressione ridotta che intercetta la spola all’interno della sua cavità è posta tra il livello della pressione di drenaggio e quello della pressione di alimentazione 15 P.

In sostanza, in un servocomando differenziale secondo l’arte nota le nicchie che collegano il drenaggio e la zona di pressione ridotta sono poste su un collare maggiore rispetto a quello delle nicchie che collegano la pressione di alimentazione con la<20>pressione ridotta stessa. Per tale ragione è necessario utilizzare, nel collegamento tra alimentazione e ridotta, nicchie più profonde per mantenere il medesimo delta di pressione utilizzato in un servocomando ad area non differenziale, ma con il limite costruttivo che se vi è un foro passante del diametro di nocciolo 25 non è sempre possibile portarle ad una profondità voluta per i limiti strutturali precedentemente descritti.

SCOPI E VANTAGGI DELLA INVENZIONE

Scopo del presente trovato è abbattere gli sforzi di azionamento di un servocomando idraulico attraverso un sistema 5 di compensazione ad area differenziale e a un posizionamento opportuno delle camere di pressione della pressione ridotta e dell’alimentazione che intercettano le cavità delle spole presenti lungo il servocomando.

In particolare, una forma di attuazione della presente<10>invenzione prevede di ottenere l’area differenziale attraverso una variazione d’area ricavata lungo la spola all’interno della camera connessa alla linea ridotta di pilotaggio.

Un altro scopo della invenzione è di eliminare i fenomeni oscillatori; ciò avviene con un canale che attraversa l’intera spola 15 e congiunge la camera opposta allo spintore con quella di drenaggio dal lato dello spintore stesso.

Un altro scopo della invenzione è quello di ricavare un’area differenziale a valle dell’intersezione tra la camera della pressione di alimentazione e quella della pressione ridotta attraverso una<20>riduzione del diametro di un secondo collare della spola.

Grazie a tale soluzione, il tratto di nocciolo che collega il primo e il secondo collare della spola stessa non ha più limitazioni che obbligano ad avere la nicchia di collegamento tra alimentazione e pressione ridotta più profonda per mantenere un 25 corretto differenziale di pressione ed è quindi possibile ricavare un foro sufficientemente largo che attraversa l’intera spola consentendo di scaricare la camera opposta allo spintore senza pregiudicare i limiti tensionali della spola stessa a livello del diametro di nocciolo.

5 Un altro effetto non gradevole di un servocomando risulta essere l’eccesiva rapidità nella risposta dinamica; al fine di garantire un rientro più graduale della spola del servocomando che può risultare fastidioso se troppo tempestivo è importante poter strozzare il collegamento tra la camera a pressione ridotta<10>del servocomando e lo scarico e ciò avviene con uno o più fori trasversali realizzati sul collare della spola e atti a intercettare un condotto interno.

Detti scopi e vantaggi sono tutti raggiunti dal servocomando idraulico con sistema di smorzamento delle oscillazioni, oggetto 15 del presente trovato, che si caratterizza per quanto previsto nelle sotto riportate rivendicazioni.

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di alcune forme di realizzazione illustrate, a puro titolo esemplificativo e non<20>limitativo nelle unite tavole di disegno in cui:

- la figura 1 illustra una sezione di un servocomando idraulico non ad area differenziale come da arte nota;

- la figura 2 illustra una sezione di un servocomando ad area differenziale, come da arte nota, con la camera contrapposta 25 allo spintore collegata direttamente ad un condotto trasversale di drenaggio che intercetta la camera stessa, detto condotto è posto lungo la cavità posta al di sotto del camera della linea di alimentazione e di quella della pressione ridotta che intercettano la spola;

5 - la figura 3 illustra una ulteriore sezione di un servocomando ad area differenziale, come da arte nota, con un foro passante attraverso la spola che congiunge la camera opposta allo spintore con il drenaggio;

- la figura 4 illustra una sezione del servocomando con<10>area differenziale, oggetto della invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Con riferimento alla figura 1 si illustrano le modalità di funzionamento di un servocomando idraulico secondo l’arte nota più diffusa.

15 Esso si compone di un corpo 1a entro il quale operano valvole riduttrici di pressione.

La valvola riduttrice di pressione è costituita da spola 8, molle 2a e 2b e piattello 7 ed è azionata da uno spintore 4 il quale è azionato a sua volta da una camma 5 solidale al cinematismo di<20>governo 20.

Nel corpo 1a sono presenti tre camere sovrapposte che intercettano la cavità 3 della spola 8; una in posizione centrale 9, collegata alla linea di pressione P, e l'altra in posizione superiore 6 collegata ,alla linea di scarico T, infine una in posizione inferiore in 25 cui è presente la pressione ridotta generata tra le due camere (12).

Entrambe le camere sono collegate alle porte P e T, rispettivamente di collegamento con la pompa e con lo scarico, poste nella parte inferiore del servocomando.

5 Specificamente la camera 6 è collegata alla porta di scarico T tramite un foro 10 situato nella parte inferiore della camera stessa.

Quando la camma 5 spinge verso il basso lo spintore 4, questo opera sul piattello 7 ed in tal modo viene compressa la<10>molla 2b che, agendo sulla spola 8, la sospinge verso il basso in posizione di lavoro.

Un primo inconveniente è dato dal fatto che durante il suddetto azionamento la pressione ridotta modulata presente nella camera 12 va ad agire in contrapposizione allo spintore sulla 15 faccia 13 della spola: più è grande il diametro della stessa maggiore è la forza di azionamento richiesta dall’utente.

La tecnica mette già a disposizione servocomandi idraulici in grado di ridurre gli sforzi di azionamento anche quando la spola 8 richiede un diametro 13 di dimensioni importanti per consentire<20>l’utilizzo di portate d’olio maggiori lungo la linea di drenaggio; con riferimento alla figura 2 se ne illustrano le caratteristiche di servocomando ad area differenziale come da stato dell’arte. Nel corpo 1b le tre camere sovrapposte sono disposte nel seguente ordine: quella in posizione centrale è collegata alla pressione 25 ridotta 12, quella superiore al drenaggio 6 e quella sottostante alla pressione di alimentazione P(9). A differenza della soluzione precedente è presente anche una quarta camera 21che si viene a creare lungo la cavità 3 della spola 108 sull’estremità opposta allo spintore

5 La spola 108 è divisa in due collari (14,18) separati da un nocciolo 17. Il drenaggio 6 è collegato alla camera di pressione ridotta 12 attraverso una o più nicchie 15 e la camera della pressione di alimentazione 9 alla camera di pressione ridotta attraverso una o più nicchie 19.

<10>Il collare superiore 14 ha diametro maggiore rispetto al collare inferiore 18, in tal modo la pressione ridotta che agisce sull’area 16 del collare superiore e sull’area 25 del collare inferiore non risulta bilanciata e genera una spinta verso l’alto in contrapposizione allo spintore 4 quando azionato. Poiché la/le 15 nicchie 19 sono realizzate su un collare 18 con diametro più piccolo, per regolare correttamente la pressione differenziale tra la camera di alimentazione e quella di pressione ridotta, devono essere più profonde con il limite realizzativo di detta lavorazione imposto dalla dimensione del diametro di nocciolo 17 della spola<20>stessa.

Ulteriore inconveniente della configurazione del servocomando secondo l’arte nota precedentemente descritta è dovuto al fatto che nella camera 21 l’insorgere di forze indesiderate sulla spola 108 generate attraverso l’intervento della 25 pressione sulla faccia inferiore 103 della spola stessa, porta alla perdita del controllo del servocomando stesso. Risulta necessario che la camera 21 sia collegata alla linea di drenaggio 10 tramite un condotto trasversale 23 oppure attraverso un foro 22 di drenaggio verso l’esterno (è sufficiente una sola delle due ipotesi 5 appena descritte). Tale soluzione comporta un maggiore livello di complessità realizzativa all’interno del corpo 1b del servocomando stesso per numero di condotti relativi incroci all’interno del corpo degli stessi, connessioni verso l’esterno e/o cavità realizzate d’anima.

<10>In figura 3 è mostrato un servocomando ad area differenziale in cui la camera 21 è collegata attraverso un foro passante 24, realizzato all’interno della spola 208, e il successivo foro trasversale 26 alla camera 6 connessa alla linea di drenaggio 10. I limiti realizzativi di detta variante mostrata in figura 3 sono 15 di natura meccanico-strutturale, infatti, il foro 24 deve essere sufficientemente grande per scaricare a drenaggio 6 tutta la pressione delle camera 21, il diametro del nocciolo 17 della spola 208 deve essere dimensionato in maniera tale da risultare sufficientemente largo per alloggiare un foro 24 di dimensione<20>opportune e consentire uno stato tensionale massimo limitato in condizioni di lavoro al fine di evitarne una rottura a fatica al di sotto del numero dei cicli vitali previsti per anzidetta applicazione. Come precedentemente illustrato il limite superiore di detto diametro di nocciolo è data dalla profondità della/e nicchia/e 19 25 realizzate sul collare inferiore 18 della spola 208.

In figura 2 come in figura 3 il collegamento tra la camera 6 e 12 viene effettuato sul collare superiore 14 della spola108/208 attraverso una o più nicchie 15. Variando tale passaggio strozzato è possibile controllare la messa a scarico della pressione ridotta in 5 modo tale da garantire un rientro più graduale e non eccessivamente rapido di detta spola di regolazione 108/208, limitando gli effetti sgradevoli all’operatore di un dinamica troppo rapida.

In considerazione dei problemi nella tecnica nota<10>precedentemente descritti, obiettivo del presente trovato è di mettere a disposizione un nuovo servocomando in grado di risolvere i problemi sopra lamentati e minimizzare i costi di lavorazione. I mezzi attraverso i quali i suddetti problemi vengono risolti saranno meglio esplicati con l’ausilio della figura 4 15 rappresentante il servocomando idraulico con area differenziale oggetto del presente trovato.

Nel corpo 1d le tre camere sovrapposte sono disposte nel seguente ordine: quella in posizione centrale è collegata alla pressione di alimentazione 9, quella superiore al drenaggio 6 e<20>quella sottostante alla pressione ridotta 12.

E’ definita una quarta camera 21, lungo la cavità 3, precisamente sull’estremità opposta allo spintore 4; la camera 21 è atta a ricevere la porzione di estremità della spola 308 in configurazioni operative. Ancora, la cavità 21 è altresì collegata 25 alla camera di drenaggio 6. Nell’esempio tale collegamento è realizzato con un foro passante 24 e uno trasversale 26.

La spola 308 comprende due collari, il superiore indicato con 314 mentre l’inferiore con 318, separati dal nocciolo della spola stessa, indicato con 317. A sua volta il collare inferiore 318 è 5 costituito da due parti 318a e 318b di cui la prima parte 318a è adiacente al nocciolo 317 e ha lo stesso diametro del collare superiore 314.

Ne consegue che l’area differenziale utilizzata per effettuare la regolazione del servocomando idraulico stesso non è più<10>realizzata attraverso la differenza delle due aree 316 e 325 poste alle due estremità adiacenti al nocciolo perché uguali. Non risulta necessario creare nicchia/e 319 più profonde per effettuare la modulazione della pressione ridotta tra la camera di alimentazione 9 e la camera 12 poiché detta nicchia è ricavata sul diametro 15 maggiore della spola: il nocciolo 317 ha un limite costruttivo meno stringente in termini di dimensione massima rispetto ai casi dell’arte nota precedenti.

Il foro interno al nocciolo 317 stesso può essere realizzato di una sufficiente grandezza per scaricare con minime perdite di<20>carico la pressione che si viene a creare all’interno della camera 21.

La porzione inferiore del collare 318 (318b) ha un diametro più piccolo rispetto a quello della porzione superiore adiacente alla stessa 318a di detto collare, all’interno della camera 12 si viene a 25 creare su 318 una variazione d’area 28 su cui va ad agire la pressione ridotta del servocomando, tale gradino sortisce lo stesso effetto dell’area differenziale realizzato nei servocomandi realizzati secondo l’arte nota come da figura 2 e 3.

Poiché il foro 24 può essere realizzato di dimensioni meno 5 contenute rispetto a tale caso di arte nota, attraverso tale foro è possibile, quindi, collegare e modulare la pressione ridotta presente nella camera 12 con il drenaggio presente nella camera 6.

La suddetta regolazione è realizzata attraverso uno o più<10>fori 27 trasversali realizzati sul collare inferiore 318 della spola 308 che intercettano il condotto 24. Variando la dimensione di detto/i foro/i 27 è possibile controllare la messa a scarico della pressione ridotta in modo tale da garantire un rientro più graduale e non eccessivamente tempestivo di detta spola di regolazione 15 308.

Le camere 6, 9, 12 sono atte a intercettare la cavità 3 trasversalmente lungo il corpo 1d; in maggior dettaglio la camera 9 (che riceve la pressione idraulica di lavoro) risulta essere quella intermedia mentre la camera di pressione ridotta 12 è quella<20>inferiore.

Con tale disposizione delle camere 6, 9, 12 si ottiene un servocomando idraulico ad area differenziale insensibile alle oscillazioni causate dalla pressione residua della camera 21 se non collegata correttamente a scarico.

25 In aggiunta, senza i limiti stringenti di profondità delle nicchia/e 319, il diametro del nocciolo 317 è sufficientemente largo da consentire la realizzazione di un condotto interno 24 senza risultare eccessivamente sollecitato dal punto di vista delle tensioni del materiale in condizioni operative e consentire la 5 regolazione tra pressione ridotta e drenaggio.

INDICE DEI RIFERIMENTI ALLE FIGURE:

1a, 1b, 1c, 1d corpo

2 molle (2a e 2b)

<10>3 cavità spola

4 spintore

5 camma

6 camera di drenaggio

7 piattello

15 8 spola

108 spola

208 spola

308 spola

9 camera di alimentazione (P)

<20>10 condotto di scarico (T)

12 camera di pressione ridotta

13 area inferiore spola 8

14 collare superiore

15 nicchie collare superiore

25 16 area collare superiore

17 nocciolo spola

18 collare inferiore

19 nicchie collare inferiore

20 cinematismo

5 21 camera opposta allo spintore

22 foro di drenaggio esterno

23 condotto collegamento a drenaggio 10 24 foro passante

25 area collare inferiore

<10>113 area inferiore spola 108

213 area inferiore spola 208

313 area inferiore spola 308

314 collare superiore

316 area collare superiore

15 317 nocciolo della spola 308

318 collare inferiore

318a parte superiore collare superiore 318b parte inferiore collare superiore 319 nicchie collare inferiore

<20>325 area collare inferiore

26 foro trasversale che intercetta il drenaggio 27 foro modulazione pressione ridotta

28 variazione d’area

Claims (4)

1. RI VENDI CA ZIONI 1. Servocomando (100) idraulico comprendente a. almeno un corpo (1d) con almeno una cavità (3) e almeno tre camere (6, 9,12) di cui: 5 i. la prima camera (6) è collegabile a una linea 10 di messa a scarico (T) del corpo (1d); ii. la seconda camera (9) è collegabile a una pressione di alimentazione (P); iii. nella terza camera (12) agisce la pressione<10>ridotta regolata dal servocomando stesso; b. almeno uno spintore (4) e un piattello (7) coassiali e liberi di traslare lungo detta cavità (3); c. molle (2a, 2b) coassiali e concentriche atte rispettivamente: 15 i. a mantenere premuto il piattello (7) contro lo spintore (4), ii. a generare una spinta di lavoro su una spola (308), d. detta spola (308) scorrevole all’interno di detta cavità<20>(3) e comprendente due collari (314) e (318) separati da un diametro di nocciolo (317); il collare inferiore (318) costituito da almeno due parti (318a) e (318b) di cui detta prima parte (318a) è adiacente al nocciolo (317) e ha diametro pari a quello del collare superiore 25 (314); e. una quarta camera (21), sotto la spola (308) e in opposizione allo spintore (4); uno o più fori (24, 26) mettono in comunicazione la camera (21) con la camera (6); 5 quando lo spintore (4) è azionato, dette camere (9) e (12) sono in comunicazione lungo la prima parte del collare inferiore (318a) attraverso una o più nicchie (319); il servocomando caratterizzato dal fatto che: - la seconda parte (318b) del collare inferiore (318) ha<10>diametro inferiore a quello dell’adiacente parte (318a) - dette parti (318b, 318a) sono separate da una variazione d’area (28); - comprende uno o più fori (27) sul collare (318) e configurati per intercettare uno o più fori (24) e 15 mettere in comunicazione la camera (12) con la camera (6).
2. 2. Servocomando (100), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette tre camere (6, 9, 12) che intercettano la cavità (3) sono disposte trasversalmente<20>lungo il corpo (1d); la camera (9) è intermedia mentre la camera di pressione ridotta (12) è la inferiore delle tre.
3. 3. Servocomando (100), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette una o più nicchie (319) che effettuano il collegamento tra la seconda camera (9) e la 25 terza camera (12) sono realizzate sul collare inferiore (318) sulla parte (318a) avente diametro pari a quello del collare superiore.
4. 4. Servocomando (100), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti uno o più fori (27) sul 5 collare (318) e fori (26) sul collare (314), configurati per intercettare uno o più fori (24), hanno un diametro variabile così da influenzare direttamente la velocità di messa a scarico della terza camera (12) verso la prima camera (6) e la dinamica della spola (308).