IT8322258A1 - Valvola pilotata per la frenatura o la limitazione. di velocità in un circuito idraulico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell 'invenzione industriale dal titolo:

"Valvola pilotata per la frenatura o la limitazione di velocit? in un circuito idraulico"

RIASSUNTO

L 'invenzione concerne una valvola per la trattenuta di un martinetto che trattiene un carico motore.

La valvola di frenatura comprende due stadi, uno dei quali assicura la trattenuta della pressione nella camera, mentre l'altro modula la pressione di pilotaggio. Cos?, in un qualunque istante, la pressione di pilotaggio ? adattata al valore della pressione di trattenuta.

Applicazione: soppressione dei sobbalzi nella trattenuta del carico.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una valvola pilotata destinata ad equipaggiare un circuito idraulico, e specialmente ad una valvola del tipo generalmente noto sotto l'una o l'altra delle denominazioni seguenti:

- valvola di frenatura; valvola di equilibratura; limitatore di velocit?; valvola di sicurezza.

L'utilizzazione di una valvola di frenatura di questo tipo ? ben conosciuta per il comando degli organi idraulici che soppor^ tano forti cariche. Queste valvole sono concepite in modo da evitare una caduta brutale e pericolosa del carico sollevato, e questo anche in caso di rottura di una canalizzazione.

In modo generale, una tale valvola ? utilizzata per mantenni re in un motore idraulico o in un martinetto idraulico una pres^ sione sufficiente per permettere il controllo dello spostamento di.una coppia o di un carico motore. A titolo di esempio non limitativo, si noter? che una tale valvola di frenatura pu? es sere utilizzata:

- su un veicolo a trasmissione idrostatica a circuito aperto, quando scende lungo una pendenza o procede ad un frantura;

- su una gru idraulica, quando deposita al suolo un carico. Una valvola di frenatura di questo tipo ? resa nota per esempio dal brevetto francese No. 24?9597? Una tale valvola nota ? intercalata su un circuito ad alta pressione, del quale essa fa variare la sezione di otturazione, e il suo comando ? assicu rato da una pressione di pilotaggio. Nel caso del brevetto fran cese 2469597, si constata che questa pressione di pilotaggio pu? essere portata a variare nel corso del funzionamento, per cui essa non ? sempre controllata e pu? condurre all'appar.izio ne di movimenti irregolari sugli apparecchi ricevitori.

Se per esempio una tale valvola ? montata sul comando delle due camere di un martinetto di una gru idraulica, la registrazione delle pressioni alla partenza del movimento mostra che la pressione decresce nella camera del martinetto che trattiene il carico e cresce nella camera opposta. Queste variazioni di pressione corrispondono alla fase di accelerazione della massa mobile collegata al martinetto. Quando la velocit? desiderata ? raggiunta, la pressione aumenta nella sezione caricata del martinetto e diminuisce nella sezione opposta, come appare in fig. 1. In questa figura la curva P1 , P'1, P"1 rappresenta l'e voluzione della pressione in quella delle camere del martinetto che trattengono il carico. Al contrario, la curva P2 , ?'2 , P"2 rappresenta l'evoluzione della pressione nella camera oppo sta del martinetto. In ascisse ? portato il tempo t.

Questo fenomeno fisico comporta dei problemi di adattamento della valvola di frenatura che, per costruzione, ? sensibile alle variazioni della pressione nella sezione caricata e nella sezione opposta.

Un altro fenomeno fisico legato al funzionamento del martinetto perturba il regime delle pressioni nelle camere di questo martinetto. Si tratta degli attriti. Se si prende come esempio un martinetto il cui rendimento ? 0,95 trattenendo una massa che produce una pressione di 300 bar nella sezione caricata, l'azione degli attriti ? equivalente ad una pressione di 300 . (1-0,95) = 15 bar. A seconda del senso di velocit? media la variazione di pressione nella sezione caricata potr? essere di -15 bar.

In realt?, la velocit? media ? regolata dalla mandata nella sezione opposta. Quindi l'influenza delle variazioni dovute 1 all'attrito ? presa in carico dalle variazioni di pressione che appaiono per esempio nella sezione piccola. Se il rapporto delle sezioni del martinetto ? di 1,8, l'ampiezza delle variazioni di pressione nella sezione piccola sar? di 15 per 1,8 = - 27 bar.

In definitiva, se si considera la valvola di frenatura descritta nel brevetto francese 2469597, il rapporto tra la sezione S sensibile alla pressione di pilotaggio e la sezione s sensibile alla pressione da frenare ?:

In queste condizioni, si vede che uno scarto di 24 bar sulla pressione di pilotaggio ? equivalente ad uno scarto di 27 x 15 =405 bar sulla pressione da frenare.

La sovrapposizione di questi due fenomeni conduce ai risulta ti illustrati in fig. 3- Se si suppone un martinetto 1 caricato il cui movimento secondo il carico motore (senso di contrazione indicato dalla freccia 2) ? controllato da una valvola di sicurezza 3 tarata ad una pressione P?, e il cui rapporto di pilotaggio ? N, la condizione di apertura della valvola ?:

dove:

- P ? la soglia di taratura della valvola 3;

- P ? la pressione del lato di grande sezione nel martinetto 1; - P ? la pressione del lato di piccola sezione, u.ilizzata per pilotare la valvola di sicurezza 3?

Senza la fase di messa in velocit? del martinetto 1, P cade al fine di ottenere un'accelerazione della massa attaccata al martinetto; sia Pm il valore della pressione corrispondente allo sforzo di accelerazione. Per lo sforzo di attrito, si pu? definire una pressione corrispondente P^. Durante la fase di messa in velocit?, nella sezione caricata del martinetto regner? una pressione:

Perch? la valvola di sicurezza sia aperta, ? necessario che P aumenti del valore:

Quando la velocit? ? ottenuta, la pressione di accelerazione ? nulla. La pressione nel martinetto prende allora il valore P"1 tale che P"1 = ?1 - Pf. Analogamente P2 diventa P"2 .

Cos?, lo spettro della pressione in funzione del tempo ? rap presentato in fig. 1.

I ragionamenti di cui sopra mostrano la precariet? di una posizione di equilibrio, quando la valvola di sicurezza ? pilo tata dall pressione P2 della sezione opposta (fig. 2). Tuttavia questa soluzione ? interessante, poich? permette di rivelare l'imballamento del carico (in caso di eccessiva velocit?, la pressione della sezione opposta si annulla); essa evita di riportare degli ordini elettrici o idraulici sulla valvola di sicurezza e dunque sul martinetto. Quest'ultimo punto ? particolarmente interessante per le macchine equipaggiate con distr'ibu tori a comando muscolare e che prevedono come unico sistema di ordine degli spostamenti di.pezzi meccanici come leve e bielle di collegamento tra l'operatore e il gruppo di distributori.

La presente invenzione ha per scopo di evitare questi incon venienti, realizzando una valvola di frenatura la cui pressione di pilotaggio pu? variare per effetto della presenza, sul suo circuito di pilotaggio, di una valvola di riduzione di pressione, la cui pressione ridotta ? funzione della taratura della molla e della pressione nella sezione caricata del martinetto.

I disegni allegati, dati a titolo di esempio non limitativo, permetteranno di comprendere meglio le caratteristiche dell'in venzione.

La fig. 4 ? uno schema che illustra il principio di funziona mento di una valvola di frenatura secondo l'invenzione.

La fig. 5 corrisponde ad una variante di applicazione della invenzione.

La fig. 6 mostra un modo di realizzazione possibile che utilizza il principio della fig. 4-La fig. 7 rappresenta il montaggio della valvola di riduzione di pressione sulla valvola di sicurezza.

La fig. 8 mostra lo schema idraulico di un'altra variante dell1invenzione.

La fig. 9 illustra una realizzazione corrispondente.

La fig. 10 mostra un'altra variante che corrisponde ad una sovrataratura.

E' stato rappresentato in fig. 4 un martinetto 1 che lavora in trattenuta nei confronti di un carico che tende a farlo rientrare, come indicato in fig. 2. La grande sezione del martinetto corrisponde ad una camera di trattenuta 4, nella quale regna la pressione . La piccola sezione corrisponde alla carne ra opposta 5, nella quale regna la pressione P .

Il funzionamento di questa valvola ? il seguente:

nel corpo 6 ( fig. 6) scorre un cassetto 8, tarato da una molla 9? La valvola ? alimentata con pressione P^ attraverso un orifizio 10. Il cassetto 8 in posizione di riposo collega l'orifizio 10 ad un orifizio 11 che eroga la pressione P . Quan do questa pressione P ? sufficiente per applicare sul cassetto 8 uno sforzo superiore a quello della molla 9, il cassetto 8 si sposta comprimendo questa molla (fig. 6, freccia 12). Lo spostamento prosegue fino al momento in cui il cassetto 8 interrom pe il collegamento fra gli orifizi 10 e 11, ossia fra P e P . Se accade che P continua a crescere sotto l'azione di fughe interne alla.valvola, o sotto l'azione di fughe esterne, il cassetto 8 si sposta ancora contro la molla 9 e stabilisce il collegamento con un orifizio 13 in cui regna la pressione del serbatoio.

Sul pistone 14, situato all'estremit? del cassetto 8, si applica una pressione P , che viene dalla sezione caricata 4 del martinetto 1 da proteggere. Questa azione si aggiunge a quella della pressione Pp sul.cassetto 8 della valvola, e la chiusura del collegamento fra gli orifizi 10 e 11 ha luogo quando ? veni ficata la seguente relazione:

sforzo della molla = sforzo dovuto a Pp + sforzo dovuto a P1 La valvola 15 che viene ad essere descritta ? una valvola di riduzione di pressione. Si.pu? completarla montandovi una valvola di.sicurezza 16, come illustrato in fig. 7- La pressione Pp che esce dall'orifizio 11 della valvola di riduzione di pres sione 15 ? applicata sul pistone di pilotaggio 17 della valvola di sicurezza 16. La pressione del ricevitore (sezione caricata 4) ? applicata simultaneamente al pistone 14 della valvola di riduzione di pressione e all'otturatore della valvola di sicurezza 15?

Per comprendere il principio del comando secondo l'invenzione, si va a scrivere l'equazione di equilibrio della valvola di sicurezza 15. Se P0 ? la pressione di taratura, S indica la sezione di applicazione della pressione di pilotaggio Pp nella valvola 15, essendo l? sezione di applicazione della pressio ne da frenare P1 .

Si ha:

La valvola di riduzione della pressione 16 ? organizzata in modo che la pressioen ridotta ? applicata alla sezione , e la pressione da frenare alla sezione ss . Per costruzione, si ha:

D'altronde, in assenza di pressione da frenare, la pressione ridotta ? tarata al valore

che ? la condizione di apertura della valvola di sicurezza 15? Cos? 1'equazione di equilibrio della valvola di riduzione di pressione 16 si scrive:

Se si prende la condizione di taratura della valvola di ri-

Questa ? l'equazione di equilibrio della valvola di frenatu ra 7 secondo l'invenzione. Cos?, la pressione pilota ? adattata in permanenza al suo giusto valore.

La valvola di riduzione di pressione 15 pu? essere tarata: - meccanicamente o con una molla;

- idraulicamente;

- elettricamente.

L'apertura dell'otturatore della valvola di sicurezza 15 ? tarata ad una pressione P . Questa ? definita nella maniera se guente:

Se P ? regolata al di sotto del valore teorico ?? <? >

sar? pi? piccola. Per ottenere l'apertura della valvola, sar? necessario che P1 aumenti, il che provoca l'aumento di Pp. Si favorisce cos? il funzionamento della valvola di sicurezza carie limitatore di pressione.

Se P ? regolata al di sopra del valore teorico, P aumenta: si favorisce cos? l'apertura per il pilotaggio della valvola, quindi il suo funzionamento c?me limitatore di portata.

Certe valvole di sicurezza non sono equilibrate alla press?o ne di ritorno. Questo ? ad esempio il caso della variante illu strata in fig. 5? In questo caso l'otturatore o sistema di fre natura 18 ? sottomesso a degli sforzi di chiusura e a degli sforzi di apertura che corrispondono alle equazioni seguenti: sforzi di chiusura:

sforzi di apertura:

Di conseguenza, quando questi sforzi si equlibrano si ha:

Se si aggiunge al valore di riduzione della pressione 15, o bilanciamento idraulico, un pistone 19 di sezione su cui si applica la pressione di ritorno P creando uno sforzo che si ag giunge allo sforzo di taratura, si avr? (figg. 8 e 9):

La pressione di pilotaggio Pp ? di nuovo adattata.

Nell'esempio di realizzazione dato nelle figg. 8 e 9 la valvola di riduzione di pressione 16 precedentemente descritta (fig. 6) ? tarata idraulicamente, per effetto dell'azione di una pres sione di taratura in una camera 20. Questa pressione ? definita dal limitatore di.pressione 21 che agisce sulla mandata controllata da un dosatore 22. Il pistone supplementare 19 di sezions 1p applica al cassetto 8, sotto l'azione di P1 , una sfor zo che si aggiunge a quello che da la pressione di pilotaggio.

Altri casi di funzionamento possono essere previsti.Per?esem pio, quando la pressione P2 deve essere motrice, ? allora necessario pilotare decisamente la valvola di sicurezza 15, in modo che essa si apra al massimo, per limitare la contropressio ne sulla sezione normalmente frenata. Sar? necessario disporre sul pilotaggio della valvola di sicurezza 15 una sequenza che colleghi direttamente il.pilotaggio della valvola alla pressici ne P . Questa sequenza pu? d'altronde, con una organizzazione giudiziosa essere inserita nella valvola di riduzione di pressione 16.

Disposizione per limitare la pressione :

- valvola di sequenza tarata;

- sovrataratura della molla;

- applicazione dL uno sforzo funzione di sul cassetto della valvola di riduzione di pressione.

Un esempio di sovrataratura ? dato dalla fig. 10. Sulla valvola di riduzione di pressione 15, si aggiunge un insieme comprendente un corpo 23 nel quale scorre un pistone a doppio stelo 24. Questo pistone determina con gli alesaggi del corpo e il cuscinetto 25 due camere collegate agli orifizi 26 e 27, che ricevono rispettivamente le pressioni P2 e Pr .

Le sezioni anulari delle camere sono uguali e i loro valori sono determinati in modo che la molla sia sovratarata fino al punto che la differenza ? superiore alla tensione della molla rapportata alla sezione anulare definita dalle quo te di costruzione.

La tensione della molla 28 ? fissata per mezzo della vite di regolazione 29-In termini generali, si vede che in tutte le varianti descritte il bilanclamento idraulico assicura in qualsiasi istan te l'uguaglianza tra la pressione di trattenuta P^ e la pressio ne di ritorno P . Altrimenti detto, la pressione di pilotaggio ? adattata in funzione del regime delle pressioni incontrate dalla valvola di frenatura stessa. Si equilibra non solamente

Claims (4)

RIVENDICAZIONI

1. Valvola di frenatura per trattenere una pressione di cari co in un circuito idraulico, comprendente un organo di trattenuta pilotato da una pressione idraulica, e caratterizzata dal fatto che la pressione di pilotaggio Pp pu? variare per eff?tto della presenza, nel circuito di pilotaggio, di una valvola di riduzione la cui pressione ridotta Pr ? funzione della pressio ne di trattenuta P .

2. Valvola di frenatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la pressione da trattenere P1 regna, tra l'altro, nella camera a grande sezione di un martinetto a doppio effetto.

3 Valvola di frenatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la pressione Pp per il pilotaggio della valvola di frenatura ? corretta a partire da un bilanciamento idraulico che equilibra la pressione di trattenuta P1 e la pressione di pilotaggio della valvola di frenatura.

4. Valvola di frenatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la pressione Pp per il pilotaggio della valvola di frenatura ? ottenuta a partire dalla pressione P della sezione opposta,alla sezione caricata.