IT202000018778A1 - Metodo e sistema di attuazione di un braccio di un veicolo da lavoro - Google Patents

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IT202000018778A1
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hydraulic
chamber
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vehicle
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Antonio Venezia
Andrea Gravili
Stefano Liberti
Adriano Garramone
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Cnh Ind Italia Spa
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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:
?Metodo e sistema di attuazione di un braccio di un veicolo da lavoro?
Campo di applicazione dell?invenzione
La presente invenzione ? relativa al campo dei circuiti idraulici per l?azionamento di bracci meccanici di veicoli da lavoro.
Stato della tecnica
Nell?ambito dei veicoli da lavoro e agricoli l?azionamento degli utilizzatori, quali bracci e relativi utensili ? realizzato mediante un circuito idraulico.
Il circuito idraulico ? alimentato da una pompa idraulica guidata in rotazione da un motore primo, molto spesso un motore a combustione interna.
Gli attuatori idraulici implementati per la movimentazione degli organi sono del tipo a doppia camera, vale a dire un pistone mobile divide due camere chiuse alternatamente alimentabili dalla pompa idraulica.
Quando una prima camera ? operativamente collegata alla pompa, la seconda camera, opposta alla prima ? collegata con un serbatoio di raccolta in cui viene raccolto il liquido idraulico in eccesso.
Lo scarico del liquido idraulico nel serbatoio di raccolta non rappresenta un problema, quanto piuttosto il riempimento della camera collegata alla pompa idraulica, la quale ha una portata strettamente proporzionale al numero di giri del motore primo.
Per aumentare il flusso di liquido idraulico generato dalla pompa idraulica, l?operatore spesso accelera il motore primo, vale a dire lo porta ad un regime di rotazione pi? alto. Questa operazione ? compiuta quando l?operatore desidera rendere pi? rapida la movimentazione di un organo controllato idraulicamente.
Pertanto, quando l?operatore vuole sollevare o abbassare rapidamente il braccio della macchina da lavoro, accelera il motore primo con un evidente aumento del consumo di combustibile. L?aumento del consumo di combustibile, in parte compensa l?aumento di produttivit? del veicolo da lavoro o agricolo.
Ciononostante si ritiene che la prassi attuale possa essere corretta e migliorata per mantenere inalterata la produttivit? con un rilevante risparmio di combustibile. Se non specificatamente escluso nella descrizione di dettaglio che segue, quanto descritto nel presente capitolo ? da considerarsi come parte integrante della descrizione di dettaglio.
Sommario dell?invenzione
Scopo della presente invenzione ? quello di presentare un metodo e sistema per il controllo di un braccio di un veicolo da lavoro, in particolare una pala meccanica.
L?idea di base della presente invenzione ? quella di sfruttare la forza di gravit? durante l?abbassamento del braccio. Per facilitare il riempimento della camera in espansione del cilindro attuatore ? prevista una valvola di non ritorno disposta per risucchiare liquido idraulico dal serbatoio di raccolta. Pertanto, la portata di liquido idraulico risucchiato dal serbatoio di raccolta si somma alla portata di liquido idraulico che attraversa la valvola di controllo del cilindro attuatore del braccio rendendo l?abbassamento del braccio estremamente rapido.
Vantaggiosamente, la presenza della valvola di non ritorno atta a consentire alla camera in espansione dell?attuatore di risucchiare liquido idraulico dal serbatoio di raccolta non altera alcuno dei comportamenti del braccio nelle altre condizioni operative.
Preferibilmente, quando la leva di controllo del braccio ? azionata in modo da abbassare il braccio, la velocit? di rotazione del motore primo ? automaticamente limitata ad un regime di rotazione predeterminato.
Pertanto, da un lato si garantisce un rapido abbassamento del braccio e dall?altro lato si limita il consumo di combustibile.
Si ? rilevato che la rapidit? di discesa del braccio risulta essere uguale o superiore alla velocit? raggiungibile con uno schema dell?arte nota in cui si aumenta la velocit? di rotazione del motore primo. Pertanto, le performance sono almeno invariate e i consumi di combustibile ridotti.
Le rivendicazioni dipendenti descrivono varianti preferite dell?invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.
Breve descrizione delle figure
Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti) e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:
nella figura 1 ? mostrato un veicolo da lavoro comprendente un braccio ed una relativa pala;
nella figura 2 ? mostrato un esempio di circuito elettro-idraulico semplificato oggetto della presente invenzione;
nella figura 3 ? mostrato un esempio di circuito elettroidraulico completo;
nella figura 4 ? mostrato un diagramma di flusso relativamente ad un controllo effettuato sul motore primo.
Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti o funzioni.
Nell?ambito della presente descrizione il termine ?secondo? componente non implica la presenza di un ?primo? componente. Tali termini sono infatti adoperati come etichette per migliorare la chiarezza e non vanno intesi in modo limitativo.
Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite, inclusi i disegni, possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall?ambito di protezione della presente domanda come descritta di seguito.
Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione Secondo la presente invenzione, un veicolo da lavoro WL quale una pala meccanica, vedi figura 1, preferibilmente gommata (wheel loader) comprende un telaio F, un motore primo E che guida in rotazione una pompa idraulica (non mostrata) che permette di pressurizzare un circuito idraulico che permette di controllare uno o pi? attuatori idraulici A1, A2 per la movimentazione rispettivamente di un braccio B, avente un primo estremo incernierato al telaio ed un secondo estremo per supportare un utensile T, e l?utensile T quale una pala oppure forche etc..
La figura 2 mostra un esempio di schema elettroidraulico semplificato di controllo del braccio B.
L?attuatore A1 idraulico, anche appellato cilindro idraulico, comprende due camere contrapposte contrassegnate con le diciture ?Lift up? e ?Lift down?.
Quando il braccio si solleva la camera ?Lift up? ? operativamente alimentata dalla pompa idraulica schematizzata con il simbolo ?P?, mentre la camera Lift down ? collegata con il serbatoio di raccolta T del liquido idraulico per scaricare il liquido in eccesso dovuto alla contrazione della stessa camera Lift down.
Rispetto ad uno schema noto, lo schema di figura 2 comprende una valvola di non ritorno CKV che collega il serbatoio di raccolta T del liquido idraulico con il condotto di alimentazione della camera Lift down. La valvola CKV ? disposta in modo che una espansione della camera lift down porta la valvola CKV in apertura consentendo alla stessa camera lift down di espandersi risucchiando liquido idraulico dal serbatoio di raccolta T di liquido idraulico.
In tali condizioni, pertanto, il condotto di alimentazione della camera Lift down ? alimentato contemporaneamente dalla pompa idraulica P e dal serbatoio di raccolta T.
L?attuatore A1 ? controllato mediante una valvola di controllo V2. Questa ? preferibilmente del tipo a tre posizioni con una posizione di riposo che mette in collegamento diretto il condotto di alimentazione collegato con la pompa idraulica con il serbatoio di raccolta T.
Pertanto, il liquido pompato ? mandato direttamente al serbatoio di raccolta.
In una prima posizione laterale, ad esempio sinistra, la pompa idraulica alimenta la camera Lift up che porta il braccio B a sollevarsi, mentre la camera Lift down risulta collegata con il serbatoio di raccolta T. Nella seconda posizione laterale, ad esempio destra, la pompa idraulica alimenta la camera lift down che porta il braccio ad abbassarsi.
Quando la valvola di controllo V2 ? in posizione centrale o di riposo, la camera Lift up risulta completamente chiusa pertanto essa si oppone a qualsiasi ulteriore movimento del braccio.
Quando la valvola di controllo V2 ? nella seconda posizione laterale, dal momento che la camera Lift up risulta collegata con il serbatoio di raccolta mediante la valvola di controllo V2, mentre la camera Lift down ? collegata al serbatoio di raccolta mediante la valvola di non ritorno CKV, pertanto mentre la camera Lift down si espande riempendosi di liquido idraulico proveniente sia dalla pompa idraulica che dal serbatoio di raccolta, la camera Lift up ? libera di contrarsi scaricando liquido nel serbatoio di raccolta.
In altre parole, le due camere Lift Up e Lift Down risultano cortocircuitate tramite il serbatoio di raccolta, mentre soltanto la camera Lift down riceve il contributo della pompa idraulica. Il peso dello stesso braccio determina il rapido abbassamento dello stesso.
Preferibilmente, quando il joystick che controlla l?elevazione del braccio ? in posizione tale da determinarne il suo abbassamento, l?unit? di elaborazione ?Control Unit? limita la velocit? di rotazione ?Engine Speed? del motore primo E.
Secondo una variante preferita dell?invenzione, tale limitazione ? inseribile o disinseritile mediante un pulsante bistabile (non mostrato) disposto nel quadro strumenti del veicolo oppure mediante una impostazione in un apposito menu di una interfaccia uomo/macchina.
Secondo una variante preferita dell?invenzione, l?unit? di elaborazione monitora ulteriori parametri tra cui la condizione del freno di servizio ?Service Brake?, la velocit? del veicolo ?Vehicle Speed?, la trasmissione se ? inserita in marcia avanti ?F - Switch? oppure marcia indietro ?R - Switch? oppure se ? in folle ?N- Switch? e la posizione del joystick che controlla l?attuazione del braccio B.
In particolare, l?unit? di elaborazione verifica che
a) La trasmissione ? disinserita ?N-Switch?,
b) Oppure la trasmissione ? inserita in avanti o indietro, e contestualmente
o Il freno di servizio ? rilasciato,
o la velocit? del veicolo ? inferiore ad una predeterminata soglia e
o l?angolo di deviazione della leva che controlla l?avanzamento/arretramento del veicolo ? sotto una predeterminata soglia,
se almeno una delle condizioni a) o b) ? verificata allora, la velocit? di rotazione del motore primo ? limitata come sopra descritto, altrimenti, la velocit? di rotazione del motore primo non subisce alcuna limitazione.
Il circuito di figura 3 mostra uno schema elettro-idraulico pi? completo rispetto a quello di figura 2.
Questo, in pi?, comprende la valvola di controllo V1 che controlla l?attuatore A2, qui indicato come ?Bucket? in quanto controlla l?inclinazione dell?utensile, sia esso una pala oppure una forca etc.. l?attuatore A1, qui indicato come ?arm? che indica in anglosassone il termine ?braccio?, inoltre vi ? una terza valvola di controllo V3 che controlla un eventuale ausiliario ?Auxiliary? ed opzionalmente un ausiliario addizionale ?Additional auxiliary? mediante una valvola di commutazione indicata con ?Flow diverter?.
La presente invenzione pu? essere vantaggiosamente realizzata tramite un programma per computer che comprende mezzi di codifica per la realizzazione di uno o pi? passi del metodo, quando questo programma ? eseguito su di un computer. Pertanto si intende che l?ambito di protezione si estende a detto programma per computer ed inoltre a mezzi leggibili da computer che comprendono un messaggio registrato, detti mezzi leggibili da computer comprendendo mezzi di codifica di programma per la realizzazione di uno o pi? passi del metodo, quando detto programma ? eseguito su di un computer.
Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall?ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo, al contenuto delle rivendicazioni.
Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo ? in grado di realizzare l?oggetto dell?invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi.

Claims (12)

RIVENDICAZIONI
1. Metodo di attuazione di un braccio (B) di un veicolo da lavoro incernierato in un primo estremo ad un telaio (F) del veicolo da lavoro in modo che un secondo estremo, opposto al primo, ? disposto per sollevarsi o abbassarsi rispetto ad un piano di appoggio del veicolo, il braccio essendo azionato mediante un attuatore (A1, ARM) idraulico a doppia camera collegabile con una pompa idraulica (P) e/o con un serbatoio di recupero (T) di liquido idraulico, in cui una prima camera (Lift up) dell?attuatore ? disposta per espandersi causando il sollevamento del braccio ed un seconda camera (Lift down), opposta alla prima, ? disposta per espandersi causando l?abbassamento del braccio, il metodo prevedendo di consentire l?espansione della seconda camera alimentando la seconda camera con una prima portata di liquido idraulico, pompata dalla pompa idraulica (P), e contestualmente con una seconda portata di liquido idraulico risucchiata dal serbatoio di recupero (T) di liquido idraulico per effetto della forza peso agente sul braccio, la forza peso inducendo la seconda camera ad espandersi.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, ulteriormente comprendente un passo di limitare una velocit? di rotazione della pompa idraulica durante una procedura di abbassamento del braccio.
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui la pompa idraulica ? guidata in rotazione da un motore primo (E) ed in cui la limitazione della velocit? di rotazione della pompa idraulica ? realizzata limitando una velocit? di rotazione del motore primo (E).
4. Metodo secondo la rivendicazione 3, ulteriormente comprendente un passo preliminare alla limitazione della velocit? di rotazione del motore primo comprendente la verifica positiva di una delle seguenti condizioni:
a) La trasmissione ? disinserita ?N-Switch?, oppure
b) la trasmissione ? inserita in avanti o indietro, e contestualmente
o Il freno di servizio ? rilasciato,
o la velocit? del veicolo ? inferiore ad una predeterminata soglia e
o l?angolo di deviazione della leva che controlla l?avanzamento/arretramento del veicolo ? sotto una predeterminata soglia,
e solo se una delle condizioni a) o b) ? verificata allora, la velocit? di rotazione del motore primo ? limitata.
5. Programma di computer che comprende mezzi di codifica di programma atti a realizzare tutti passi di una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 4, quando detto programma ? fatto girare su di un computer.
6. Mezzi leggibili da computer comprendenti un programma registrato, detti mezzi leggibili da computer comprendendo mezzi di codifica di programma atti a realizzare tutti passi di una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 4, quando detto programma ? fatto girare su di un computer.
7. Circuito idraulico per l?azionamento almeno di un braccio (B) di un veicolo da lavoro, disposto per controllare il sollevamento e abbassamento del braccio (B) rispetto ad un piano di appoggio del veicolo da lavoro, il circuito idraulico comprendendo una pompa idraulica (P) disposta per alimentare il circuito idraulico ed un attuatore (A1, ARM) idraulico a doppia camera collegabile con la pompa idraulica (P) e/o con un serbatoio di recupero (T) di liquido idraulico, in cui una prima camera (Lift up) dell?attuatore ? disposta per espandersi causando il sollevamento del braccio ed un seconda camera (Lift down), opposta alla prima, ? disposta per espandersi causando l?abbassamento del braccio, il circuito comprendendo una valvola di non ritorno (CKV) che collega la seconda camera con il serbatoio di recupero (T) in modo che durante l?abbassamento del braccio una prima portata di liquido idraulico ? fornita dalla pompa idraulica ed una seconda portata di liquido idraulico ? risucchiata dal serbatoio di recupero (T) di liquido idraulico per effetto della forza peso agente sul braccio, la forza peso inducendo la seconda camera ad espandersi.
8.Circuito secondo la rivendicazione 7, ulteriormente comprendente una valvola di controllo (V2) disposta per controllare l?alimentazione dell?attuatore idraulico (A1, arm) comprendente una posizione centrale o di riposo, in cui la prima camera (Lift up) risulta completamente chiusa, una seconda posizione laterale, in cui la prima camera (Lift up) ? collegata con il serbatoio di raccolta mediante la valvola di controllo (V2), mentre la seconda camera (Lift down) ? collegata con la pompa idraulica mediante la valvola di controllo (V2) e con il serbatoio di raccolta (T) di liquido idraulico mediante la valvola di non ritorno (CKV).
9. Sistema di attuazione di un braccio (B) di un veicolo da lavoro incernierato in un primo estremo ad un telaio (F) del veicolo da lavoro in modo che un secondo estremo, opposto al primo, ? disposto per sollevarsi o abbassarsi rispetto ad un piano di appoggio del veicolo, il sistema comprendendo il circuito idraulico secondo una delle rivendicazioni 7 o 8 e mezzi di elaborazione (Control unit) configurati per limitare (limitazione) una velocit? di rotazione della pompa idraulica durante una procedura di abbassamento del braccio.
10. Sistema secondo la rivendicazione 9, in cui la pompa idraulica ? guidata in rotazione da un motore primo (E) ed in cui la limitazione della velocit? di rotazione della pompa idraulica ? realizzata limitando una velocit? di rotazione del motore primo (E).
11. Sistema secondo la rivendicazione 10, in cui i mezzi di elaborazione sono ulteriormente configurati per verifica positivamente una delle seguenti condizioni:
a) La trasmissione ? disinserita ?N-Switch?, oppure
b) la trasmissione ? inserita in avanti o indietro, e contestualmente
o Il freno di servizio ? rilasciato,
o la velocit? del veicolo ? inferiore ad una predeterminata soglia e
o l?angolo di deviazione della leva che controlla l?avanzamento/arretramento del veicolo ? sotto una predeterminata soglia,
ed in cui solo se una delle condizioni a) o b) ? verificata allora, i mezzi di elaborazione sono configurati per limitare la velocit? di rotazione del motore primo.
12. Veicolo da lavoro o agricolo dotato di un braccio (B) incernierato in un primo estremo ad un telaio (F) del veicolo da lavoro in modo che un secondo estremo, opposto al primo, pu? sollevarsi o abbassarsi rispetto ad un piano di appoggio del veicolo, il braccio essendo azionato mediante un sistema di attuazione secondo una qualunque delle rivendicazioni 9 ? 11.
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