IT201800007167A1

IT201800007167A1 - Dispositivo di equilibratura

Info

Publication number: IT201800007167A1
Application number: IT102018000007167A
Authority: IT
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2020-01-13

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“Dispositivo di equilibratura”

Esistono vari tipi di macchine operatrici e impianti industriali azionati da apparati oleodinamici nei quali uno degli organi mobili (es. il braccio di un escavatore, il braccio sollevatore di una gru o di un carrello elevatore, ecc.) viene movimentato attraverso due cilindri oleodinamici che lavorano contemporaneamente in parallelo, sia perché la spinta necessaria richiederebbe un cilindro di dimensioni eccessive, sia per ripartire le sollecitazioni in due punti differenti con beneficio dimensionale e costruttivo.

In molti casi, le norme di sicurezza impongono che ciascuno di questi cilindri sia equipaggiato di un proprio dispositivo, tipicamente una valvola di blocco e controllo della discesa del carico, per evitare cadute incontrollate in caso di rotture delle tubazioni dell'olio. Ne consegue che, per azionare il movimento di discesa o di abbassamento del carico, il sistema di comando della macchina deve inviare un segnale, ad esempio una pressione di pilotaggio, che apra contemporaneamente i due dispositivi di blocco e controllo della discesa in ciascuno dei due cilindri. Accade spesso, anche quando i due cilindri sono connessi in parallelo fra di loro e sono collegati alla stessa struttura, che la pressione idraulica indotta nei cilindri non sia identica, ad esempio per dissimmetria del carico sollevato, o per elasticità della struttura, o perché i due cilindri sono posizionati distanti uno dall’altro, o perché la macchina si trova inclinata rispetto all’orizzontale, o per altri motivi.

Se le pressioni nei cilindri sono sensibilmente diverse tra loro, l’apertura dei due dispositivi di blocco e controllo della portata olio può non essere perfettamente sincronizzata, condizione generalmente necessaria per avere un controllo fine e sensibile del movimento da parte dell’operatore. Per ovviare a questo inconveniente generalmente si dispone un tubo di collegamento fra i due cilindri, che funge in effetti da tubo di equilibratura, in modo che le pressioni nei due cilindri si equilibrino fra loro. D'altra parte questo tubo di collegamento rappresenta, a sua volta, una fonte di pericolo. In caso di rottura consentirebbe infatti una perdita incontrollata di olio.

Per evitare questo problema, vengono inseriti in ciascun cilindro orifizi di strozzatura di piccolo diametro, in genere compreso tra 0,8 ed 1,0 mm, in modo da limitare molto l’eventuale fuga di olio in caso di rottura del tubo. Le normative attuali impongono una portata massima di 10 litri/minuto in caso di rottura. Tali strozzature, però, consentono solo l’equilibratura statica delle pressioni, in quanto la limitata portata olio che lasciano passare non è sufficiente per garantire l’equilibratura anche in condizioni dinamiche. In ogni caso, in caso di rottura del tubo di equilibratura, si ha una perdita di olio, seppure di portata contenuta al disotto di 10 litri/minuto. In alternativa è possibile utilizzare strozzature compensate, in grado di consentire il flusso di una portata maggiore, in condizioni di normale funzionamento, e di limitare la portata ai valori consentiti in caso di rottura del tubo di equilibratura.

Esistono inoltre valvole di sicurezza, strutturate per chiudere il condotto di equilibratura in caso di rottura. Tali valvole di sicurezza non sono però di facile regolazione e, inoltre, presentano un funzionamento non sempre preciso. Ulteriore inconveniente è dato dal fatto che, in caso di intervento, le valvole devono essere sostituite.

Scopo della presente invenzione è di offrire un dispositivo di equilibratura che consenta di superare gli inconvenienti dei dispositivi attualmente disponibili.

Un vantaggio del dispositivo secondo la presente invenzione è che non introduce limitazioni nella portata di fluido in transito lungo il condotto di equilibratura.

Un altro vantaggio del dispositivo secondo la presente invenzione è di impedire ogni perdita di fluido dal condotto di equilibratura, a parte la quantità di fluido presente all’interno del condotto di equilibratura stesso. Un altro vantaggio del dispositivo secondo la presente invenzione è di consentire un’attivazione rapida e precisa, che non introduce sbilanciamenti tra i due cilindri connessi dal condotto di equilibratura.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione meglio appariranno dalla descrizione dettagliata che segue di una forma di realizzazione dell’invenzione in oggetto, illustrata a titolo esemplificativo ma non limitativo nelle allegate figure in cui:

− la figura 1 mostra una vista schematica del dispositivo secondo la presente invenzione, inserito in un circuito di alimentazione per due cilindri operanti in parallelo;

− la figura 2 mostra una vista ingrandita del dispositivo secondo la presente invenzione;

− la figura 3 mostra una seconda vista ingrandita del dispositivo secondo la presente invenzione;

− le figure 4 e 5 mostrano forme di realizzazione alternative del dispositivo secondo la presente invenzione.

La valvola secondo la presente invenzione trova impiego particolarmente utile all'interno di un circuito idraulico di comando per due cilindri (A,B) azionati in parallelo, come mostrato in figura 1.

Tale circuito comprende una prima conduttura di alimentazione (C), predisposta per alimentare un fluido operatore alla porta di alimentazione del fondello (A1,B1) dei due cilindri (A,B), al fine di determinare la fuoriuscita dello stelo dei due cilindri. Una seconda conduttura (D) è predisposta per alimentare il fluido operatore alla porta di alimentazione della camera stelo (A2,B2) (camera in cui è disposto lo stelo) dei due cilindri (A,B), al fine di determinare il rientro degli steli. Tra la sorgente (P) di fluido in pressione, ad esempio una pompa, e la prima e seconda conduttura di alimentazione (C,D) è interposto un distributore (S), di tipo noto. Nella soluzione rappresentata, il distributore (S) è a tre posizioni e centro chiuso. In una prima posizione mette in comunicazione la sorgente (P) con la prima conduttura (C), mentre la seconda conduttura (D) è in comunicazione con uno scarico. Viceversa, in una seconda posizione il distributore (S) mette in comunicazione la sorgente (P) con la seconda conduttura (D), mentre la prima conduttura (C) è posta in comunicazione con uno scarico.

Tra il fondello (A1,B1) di ciascun cilindro (A,B) e la sorgente di fluido in pressione (P) è interposta una valvola (15,25) per il controllo della discesa. Tali valvole (15,25), ampiamente diffuse sul mercato, hanno la funzione di impedire lo scarico del fluido operatore dal fondello del rispettivo cilindro in mancanza di un comando di discesa del carico, in modo da garantire che il carico rimanga in posizione stazionaria. In presenza di un comando di discesa del carico, le valvole (15,25) per il controllo della discesa consentono uno scarico controllato del fluido dai fondelli dei due cilindri, in modo che la discesa del carico avvenga inizialmente a velocità contenuta. A tal fine, le valvole (15,25) di controllo della discesa sono dotate di otturatori sagomati che possono assumere una posizione di chiusura, in cui non consentono lo scarico del fluido operatore dal fondello dei cilindri (A,B), ed una posizione di apertura, in cui consentono lo scarico del fluido dal fondello dei cilindri (A,B). Mezzi elastici sospingono i due otturatori verso la posizione di chiusura, mentre lo spostamento verso la posizione di apertura viene normalmente determinato per mezzo di una pressione di pilotaggio esercitata da un fluido di pilotaggio alimentato attraverso un condotto di pilotaggio (Pil).

La descrizione che segue e le figure allegate, per semplicità, si riferiscono ad un caso in cui i due cilindri (A,B) sostengono un carico o, comunque, generano una spinta attraverso l'invio di un fluido in pressione nei fondelli (A1,B1) dei due cilindri. Il dispositivo di equilibratura secondo la presente invenzione potrebbe essere utilizzato anche in un caso in cui il sostentamento del carico o la forza trasmessa sono generati attraverso l'invio di fluido in pressione nelle camere stelo (A2,B2) dei due cilindri, cioè quando i due cilindri lavorano in trazione, anziché in spinta.

Il dispositivo di equilibratura secondo la presente invenzione comprende un condotto di equilibratura (E), predisposto per essere connesso ai due cilindri oleodinamici (A,B). Nella forma di realizzazione illustrata, il condotto di equilibratura (E) collega tra loro i fondelli (A1,B1) dei due cilindri. Nel caso di cilindri operanti in trazione, il condotto di equilibratura (E) sarebbe interposto tra i lati stelo (A2,B2) dei due cilindri. Una prima valvola di sicurezza (10), illustrata nelle figure 1 e 2, è interposta tra un primo cilindro (A) ed il condotto di equilibratura (E). Una seconda valvola di sicurezza (20), illustrata nelle figure 1 e 3, è interposta tra un secondo cilindro (B) ed il condotto di equilibratura (E).

Ciascuna valvola di sicurezza (10,20) comprende una prima valvola di controllo (1), predisposta per assumere una posizione di apertura, nella quale consente un flusso bidirezionale di fluido, ed una posizione di chiusura, nella quale impedisce il flusso diretto dal rispettivo cilindro (A,B) verso il condotto di equilibratura (E). La prima valvola di controllo (1) comprende un pilotaggio (11) predisposto per azionarla in posizione di apertura per effetto della pressione presente nel condotto di equilibratura (E). Tale pilotaggio (11) comprende un condotto che collega il condotto di equilibratura (E) con la prima valvola di controllo (1), in modo che la pressione presente nel condotto di equilibratura (E) eserciti una spinta sull’otturatore della prima valvola di controllo (1) che tende a spostarlo verso la posizione di apertura. La prima valvola di controllo (1) può inoltre essere provvista di un mezzo elastico disposto in modo da sospingere l’otturatore verso la posizione di chiusura. La spinta esercitata dal mezzo elastico è comunque tale da non impedire il flusso di fluido diretto dal condotto di equilibratura (E) verso il rispettivo cilindro (A,B).

In una possibile forma di realizzazione, illustrata nelle figure 1, 2 e 3, la prima valvola di controllo (1) è in forma di una valvola unidirezionale, in cui la pressione di pilotaggio tende a spostare l’otturatore in posizione di apertura.

In ulteriori possibili forme di realizzazione, la prima valvola di controllo (1) può essere in forma di una valvola a due vie e due posizioni (1a), come mostrato in figura 4. In questo caso, l’otturatore della valvola (1a) può assumere una posizione di apertura, nella quale consente il flusso bidirezionale di fluido, ed una posizione di chiusura, nella quale impedisce ogni flusso di fluido. La valvola di controllo (1) potrebbe anche essere in forma di una valvola a due vie e due posizioni (1b) a tenuta perfetta o trafilamento nullo, come mostrato in figura 5. Si tratta sostanzialmente di una valvola, nota nel settore, particolarmente precisa che, in posizione di chiusura, garantisce l’assenza di ogni trafilamento di fluido. Anche nella soluzione di figura 5, l’otturatore della valvola (1a) può assumere una posizione di apertura, nella quale consente il flusso bidirezionale di fluido, ed una posizione di chiusura, nella quale impedisce ogni flusso di fluido. In tutte le forme di realizzazione della prima valvola di controllo (1), la pressione di pilotaggio, che agisce attraverso il pilotaggio (11), sospinge l’otturatore verso la posizione di apertura, mentre un mezzo elastico sospinge l’otturatore verso la posizione di chiusura.

Ciascuna valvola di sicurezza (10,20) comprende inoltre una valvola di controllo (2), disposta in parallelo alla prima valvola di controllo (1). La valvola di controllo (2) è predisposta per assumere una configurazione di apertura, nella quale consente un flusso bidirezionale di fluido, ed una posizione di chiusura, nella quale impedisce il flusso diretto dal rispettivo cilindro (A,B) verso il condotto di equilibratura (E). La valvola di controllo (2) è in posizione normalmente aperta e comprende un pilotaggio (21) predisposto per azionarla in posizione di chiusura per effetto della pressione presente nel rispettivo cilindro (A,B). Un mezzo elastico è predisposto per sospingere la valvola di controllo (2) verso la posizione di apertura. Preferibilmente la spinta esercitata dal mezzo elastico è regolabile, per consentire di regolare la pressione necessaria per determinare lo spostamento della valvola di controllo (2) dalla posizione di apertura verso la posizione di chiusura.

Nella forma di realizzazione rappresentata, ciascuna valvola di sicurezza (10,20) comprende un primo condotto (3), che collega tra loro la prima valvola di controllo (1) e la valvola di controllo (2) ed è connesso al condotto di equilibratura (E). Un secondo condotto (4) collega la prima valvola di controllo (1) al rispettivo cilindro (A,B). Un terzo condotto (5), che collega la valvola di controllo (2) al rispettivo cilindro (A,B).

Il secondo ed il terzo condotto (4,5) sono tra loro connessi in corrispondenza di un nodo al quale si connette un ramo di raccordo (A3,B3) al fondello (A1,B1) del rispettivo cilindro (A,B).

Il funzionamento del dispositivo avviene nelle modalità seguenti.

Considerando una configurazione iniziale di riposo del circuito di figura 1, l’alimentazione di fluido in pressione al fondello (A1,B1) dei cilindri (A,B) comporta un aumento della pressione nel condotto di equilibratura (E) attraverso la valvola di controllo (2), che si trova in posizione di apertura, attraverso il terzo condotto (5) ed il primo condotto (3). La pressione all’interno del condotto di equilibratura (E) aumenta, così come aumenta anche all’interno del secondo condotto (4). Quando la pressione all’interno del condotto di equilibratura (E) e del terzo condotto (5) raggiunge il valore necessario per il pilotaggio della valvola di controllo (2), quest’ultima si porta in posizione di chiusura. L’aumento della pressione nel condotto di equilibratura (E) comporta anche il pilotaggio in apertura della prima valvola di controllo (1), la quale consente il flusso bidirezionale del fluido. Le pressioni che agiscono sui due lati dell’otturatore della prima valvola di controllo (1) sono sostanzialmente uguali, in quanto la pressione nel secondo condotto (4) è sostanzialmente uguale alla pressione nel primo condotto (3) e nel pilotaggio (11). Tuttavia, la prima valvola di controllo (1) si porta in posizione di apertura in quanto la superficie sulla quale agisce la pressione di pilotaggio è maggiore della superficie sulla quale agisce la pressione di alimentazione del fluido.

Con le valvole unidirezionali (1) in posizione di apertura, il condotto di equilibratura (E) è aperto e mantiene in comunicazione i fondelli (A1,B1) dei due cilindri (A,B). La configurazione sopra descritta si realizza con rapidità. Infatti, con entrambe le valvole di controllo (2) in posizione di apertura si produce la rapida pressurizzazione del condotto di equilibratura (E), e la conseguente rapida apertura delle valvole unidirezionali (1) per mezzo dei pilotaggi (21).

In caso di rottura del condotto di equilibratura (E), il crollo della pressione all’interno del condotto di equilibratura (E) stesso comporta il crollo della pressione di pilotaggio della prima valvola di controllo (1) e la conseguente rapida chiusura della prima valvola di controllo (1) stessa. La valvola di controllo (2) si mantiene in posizione di chiusura per effetto della pressione che si mantiene nel terzo condotto (5), e quindi nel pilotaggio (21). Con entrambe le valvole (1,2) in posizione di chiusura, di fatto viene impedita ogni perdita di fluido dai due cilindri (A,B) attraverso il condotto di equilibratura (E).

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo di equilibratura, comprendente: un condotto di equilibratura (E), predisposto per essere connesso a due cilindri oleodinamici (A,B); una prima valvola di sicurezza (10), interposta tra un primo cilindro (A) ed il condotto di equilibratura (E); una seconda valvola di sicurezza (20), interposta tra un secondo cilindro (B) ed il condotto di equilibratura (E); caratterizzato dal fatto che ciascuna valvola di sicurezza (10,20) comprende: una prima valvola di controllo (1), predisposta per assumere una posizione di apertura, nella quale consente un flusso bidirezionale di fluido, ed una posizione di chiusura, nella quale impedisce il flusso diretto dal rispettivo cilindro (A,B) verso il condotto di equilibratura (E); la prima valvola di controllo (1) comprende un pilotaggio (11) predisposto per azionarla in posizione di apertura per effetto della pressione presente nel condotto di equilibratura (E); una seconda valvola di controllo (2), disposta in parallelo alla prima valvola di controllo (1), predisposta per assumere una configurazione di apertura, nella quale consente un flusso bidirezionale di fluido e la pressurizzazione del condotto di equilibratura (E), ed una posizione di chiusura, nella quale impedisce il flusso diretto dal rispettivo cilindro (A,B) verso il condotto di equilibratura (E); la seconda valvola di controllo (2) è in posizione normalmente aperta e comprende un pilotaggio (21) predisposto per azionarla in posizione di chiusura per effetto della pressione presente nel rispettivo cilindro (A,B).
2) Dispositivo di equilibratura secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna valvola di sicurezza (10,20) comprende: un primo condotto (3), che collega tra loro la prima valvola di controllo (1) e la seconda valvola di controllo (2) ed è connesso al condotto di equilibratura (E); un secondo condotto (4), che collega la prima valvola di controllo (1) al rispettivo cilindro (A,B); un terzo condotto (5), che collega la seconda valvola di controllo (2) al rispettivo cilindro (A,B).
3) Dispositivo di equilibratura secondo la rivendicazione 1, in cui la prima valvola di controllo (1) comprende una valvola unidirezionale.
4) Dispositivo di equilibratura secondo la rivendicazione 1, in cui la prima valvola di controllo (1) comprende una valvola a due vie e due posizioni (1a).
5) Dispositivo di equilibratura secondo la rivendicazione 1, in cui la prima valvola di controllo (1) comprende una valvola a due vie e due posizioni (1b) a tenuta a trafilamento nullo.
6) Circuito di alimentazione per due cilindri operanti in parallelo, comprendente: un primo condotto (C), predisposto per mettere in comunicazione un fondello (A1,B1) di due cilindri (A,B) con un distributore (S) di fluido operatore; un secondo condotto (D), predisposto per mettere in comunicazione la camera stelo (A2,B2) dei due cilindri (A,B) con il distributore (S); una prima ed una seconda valvola di blocco e controllo della discesa (15,25), ciascuna delle quali è disposta lungo un ramo del primo condotto (C) destinato a connettersi ad un rispettivo cilindro (A,B); un dispositivo di equilibratura secondo le rivendicazioni 1 o 2, connesso ai due rami del condotto (C) in corrispondenza di due nodi, ciascuno dei quali è interposto tra una delle valvole di blocco e controllo della discesa (15,25) ed il rispettivo cilindro (A,B).