IT9048616A1 - Valvola idraulica a rocchetto a forza bilanciata. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione avente per titolo:

VALVOLA IDRAULICA A ROCCHETTO A FORZA BILANCIATA

RIASSUNTO

Un assieme di valvola idraulica a rocchetto comprende una coppia di rilievi separati da un solco, un rilievo essendo costituito da una faccia di un pistone, e il rilievo adiacente comprendente un incavo per un flusso idraulico, per cui la faccia del pistone comprende una coppia di anelli concavi radialmente concentrici.Il contorno tra i due anelli concavi definisce un anello convesso spaccato.L'incavo e' orientato in modo da stabilire un flusso idraulico atto ad investire l'anello spaccato cosi' da creare dei flussi radiali diretti inversamente attorno ai rispettivi anelli concavi.Una componente di flusso trasverso viene pertanto stabilita in corrispondenza del solco ed indietro verso l'incavo per diminuire l'impatto della forza del flusso idraulico contro l'anello spaccato.

La presente invenzione si riferisce a valvole idrauliche a rocchetto del tipo utilizzato in macchinari per fuori strada come per esempio elevatori frontali .Tipicamente un operatore di un tale veicolo aziona manualmente una leva attuatrice atta a muovere alternativamente un rocchetto cilindrico entro una valvola a rocchetto.

In molti casi la forza fisica richiesta per muovere il rocchetto tende a variare in funzione del ciclo di controllo o strozzatura della valvola. Idealmente tali valvole dovrebbero essere a forza bilanciata e tuttavia non possiedono un controllo delle forze non bilanciate contro cui l'operatore deve agire .

Molto sforzo progettuale e' stato diretto a diminuire lo sforzo di spostamento richiesto per muovere il rocchetto idraulico avanti e dietro entro il corpo di valvola. Alcuni dispositivi sono volti a trasformare i componenti di flusso assiale che normalmente entrano in una valvola a rocchetto in componenti radiali allo scopo di alleviare o ridurre le pressioni assiali sul rocchetto.Sebbene relativamente soddisfacienti in alcuni casi, questi sforzi non producono gli effetti desiderati .Inoltre nella misura in cui tali sistemi rimangono suscettibili di resistere a carichi idraulici, e' desiderabile che qualsiasi componente di forza non bilanciata sia minimizzato.

La valvola a rocchetto idraulica a forza bilanciata qui descritta riduce inerentemente le forze richieste per spostare il rocchetto, in tal modo consentendo una maggiore flessibilità’di controllo per sistemi a flusso idraulico remoto ed elettroproporzionale.Le forze piu' deboli riducono inoltre la necessita' di sforzi cospicui nei sistemi azionati manualmente tendenti pertanto a ridurre la fatica dell'operatore.In aggiunta il sistema secondo l'invenzione offre una maggiore linearità' nelle velocita' di flusso in funzione della corsa del rocchetto della valvola.Nella sua forma piu' semplice e preferita, la valvola incorpora un rocchetto idraulico che comprende un risalto centrale ed una coppia di risalti di potenza distanziati da un solco sulle parti opposte del risalto centrale.Un incavo per l'alimentazione di flusso di fluido e'disposto in ciascuno dei risalti di potenza nel bordo adiacente i solchi.Le faccie radiali opposte sul risalto centrale funzionano come pistoni idraulici.La presente invenzione utilizza le faccie dei pistoni in combinazione con gli incavi per il flusso dei fluidi per dirigere le correnti di fluido idraulico dagli incavi ai pervisti punti di arrivo delle faccie dei pistoni.

Pertanto ciascuna faccia di pistone ha un profilo radiale o contorno comprendente un anello interiore ed uno esterno, definenti ciascuno una superficie convessa per il controllo dopo l'impatto della corrente del flusso idraulico che contatta la faccia del pistone. I due anelli di ciascuna faccia di pistone sono concentriche e definiscono un contorno tra gli stessi rappresentato da un anello convesso.Lungo il suo profilo radiale ,l'anello convesso realizza un punto di divisione del fluido che interrompe la corrente del fluido emanante da un incavo associato in componenti distinti diretti radialmente.In una forma preferita circa una meta’ della corrente di fluido emanata circolerà' radialmente all'interno verso il suo solco associato.

La parte radialmente interna del flusso del fluido verrà'quindi invertita nella sua direzione di flusso attraverso il solco bilanciando in tal modo le forze fluide sul rocchetto.

La figura 1 e' una vista in sezione trasversale di una forma preferita di realizzazione di una valvola idraulica a rocchetto realizzata secondo l'invenzione.

La figura 2 e’ una vista in profilo frammentario del risalto sinistro di potenza e del risalto centrale del rocchetto della presente invenzione, mostrante una traiettoria di una corrente idraulica del flusso del fluido attraverso il solco intermedio tra i due risalti. La figura 3 e' una vista similare di un rocchetto secondo l'attuale tecnica, illustrante una traiettoria fluida della tecnica precedente .attorno ad un solco simile e mostrante l'impatto con la faccia di un pistone di un analogo rilievo centrale.

Con riferimento inizialmente alla figura 1, un’assieme di valvola idraulica a rocchetto 10 comprende un corpo di valvola o nucleo 2 che contiene una cavita' interna generalmente cilindrica.La cavita' 4, che definisce un asse na-a" attraverso il corpo 2, e' atto a supportare un rocchetto allungato 6 che si muove alternativamente lungo l'asse in modo da controllare il flusso dell'olio idraulico attraverso il corpo 2 della valvola.il rocchetto contiene una serie di risalti di controllo del fluido 20, 30 distanziati da solchi di controllo centrale 24 come generalmente noto.

Una parte disposta centralmente del nucleo 12 dell'assieme 10 comprende una serie di solchi del fluido del nucleo "a centro aperto" 14 che forniscono fluido idraulico direttamente da una sorgente idraulica a pompa.Il flusso del fluido da e verso i solchi 14 avviene attraverso i passaggi (non mostrati) che sono orientati trasversalmente verso la vista di fig. 1. Durante la fase folle dell'assieme 10 una valvola di controllo a rocchetto 45 di un assieme di controllo di carico 42 sara' in posizione chiusa come mostrato, finche' la pressione idraulica in un passaggio del nucleo 44 sera' insufficiente ad aprire la valvola. Tuttavia quando il rocchetto 6 viene spostato sia verso destra che verso sinistra, la pressione nel passaggio 44 aumenterà' aprendo la valvola 45 e permettendo al fluido di scorrere attraverso un circuito di passaggio 40.

Gli esperti nel campo noteranno che sono previste coppie di incavi di alimentazione 18 nelle rispettive zone di bordo di ciascuna coppia di risalti 20 disposti a destra e a sinistra del risalto centrale come mostrato. In aggiunta ciascun risalto del rocchetto inclusi i risalti 20 possiede un insieme di solchi di bilanciamento 22 che facilitano la lubrificazione delle zone circostanti e pertanto i movimenti assiali attuati idraulicamente del rocchetto 6 entro la cavita' 4.

Ciascun risalto 20 comunica con il circuito di passaggio 40 che si interfaccia con un assieme di valvola di controllo 42.Una coppia di passaggi operativi 49,49 sono atti a fornire fluido idraulico alle porte operative 46, 47 ciascuna volta ad impegnare un fluido motore come un cilindro idraulico.

Una coppia di valvole di rilascio 50 si interfaccia con i passaggi operativi 48, 49 per assicurare protezione da sovraccarichi di pressione. L'assieme di valvola 10 della fig.l e' noto agli esperti come valvola a rocchetto "parallela". Pertanto i flussi del fluido idraulico attraverso le parti destra e sinistra sono simmetrici nel senso che ciascuna faccia può' duplicare la risposta al fluido dell'altra. In tal modo per provocare l’uscita del fluido dalla porta operativa sinistra 46 attraverso il passaggio di porta operativa 48, la valvola a rocchetto 6 e' spostata a destra della posizione di riposo mostrata. Quando il rocchetto 6 si sposta a destra un aumento di pressione nelpassaggio del nucleo 44 solleva la valvola di controllo 45 nella posizione aperta.Il fluido idraulico entrerà'allora nella porta operativa 47, passera' attraverso il condotto 49 entrerà' nella aevita del rocchetto4, fluirà’ verso sinistra attraverso il circuito 40 ed in alto attraverso il passaggio 48 e finalmente fuori dalla porta 46. Uno spostamento del rocchetto 6 a sinistra della zona di riposo creerà' un appropriata risposta del flusso. La posizione di riposo e' sempre ottenuta con la centratura del rocchetto.

Il movimento del rocchetto e' controllato da un circuito di controllo idraulico che opera ad una pressione inferiore a quella tipica del circuito operativo sopra descritto.Tipicamente viene utilizzata la stessa sorgente di fluido idraulico ma la pressione e' abbassata a mezzo di valvole riduttrici di pressione. Nella forma illustrata in fig. 1 il circuito di controllo e' azionato da una leva operata manualmente che controlla il fluido alle porte pilota destra e sinistra 62 e 64 dei cappellotti 63 e 65 dell'estremità' dell'assieme. Nella forma preferita i cappellotti di estremità’ 63 e 65 sostengono elementi di arresto 60 e 61 rispettivamente per limitare il movimento assiale del rocchetto 6. L'elemento 61 agisce anche come membro precaricato de reazione in quanto un assieme di molle 56 coopera con l'elemento 61 per assicurare che il rocchetto si muova sempre nella posizione folle a seguito di caduta della pressione idraulica.

Con riferimento ora alla fig. 2 gli incavi di alimentazione 18 sono previsti per attuare la strozzatura del fluido idraulico entro la cavita' 4 for spostare il rocchetto avanti e indietro al fine di cambiare i percorsi del fluido come desiderato al di fuori del corpo di valvola 2.Frapposto tra i due risalti centrali 20 esiste un risalto centrale 30 disposto strategicamente per controllare i flussi del fluido. Il risalto centrale 30 incorpora una coppia di una coppia di faccie identiche di pistone 32 una su ciascuno dei suoi alti destro e sinistro.Dei solchi identici 24 ricavati tra ciascuno dei risalti destro e sinistro 20 e il risalto centrale 30 assicurano il controllo dei percorsi per i flussi del fluido idraulico dagli incavi di alimentazione 18 alle faccie del pistone 32. Ciascuna faccia 32 e' divisa in una coppia di anelli concavi concentrici rispettivamente interni ed esterni 34 e 36. Ciascuna faccia ha un punto di separazione 38 , praticamente un anello convesso definente il contorno tra gli anelli 34 e 36 che rappresenta il bersaglio previsto per una corrente del fluido idraulico proveniente dagli incavi di alimentazione 18 su ciascuna faccia del risalto centrale. La posizione relativa del punto di separazione 38 vis-a-vis coll'incavo associato 18 assicura che circa una meta' della corrente del fluido viene deviata radialmente verso l'interno sopra l'anello 34.

Con riferimento piu' specificamente alla fig. 2, la parte destra del risalto sinistro 20 e la parte sinistra del risalto centrale 30 vengono mostrati in vista di profilo frammentario.Una corrente del fluido idraulico, rapresentata dalle freccie, viaggia dall'incavo 18 ad una forza "F" e colpisce il punto di separazione 38 come mostrato.

Al punto di separazione 38 il fluido si divide nei due componenti nR0" e "RI": ro rappresenta il componente "uscita radiale" del fluido mentre ri rappresenta l' "ingresso radiale" del fluido.

Il componente ro segue il percorso concavo lungo la superficie dell'anello esterno 36 mentre il componente RI segue l'anello internò concavo radialmente 34. Si noterà' che il componente ri inverte la direzione del suo flusso cioè' ritorna indietro verso l'incavo 18 come mostrato. L'effetto di ciò' e quello di equalizzare la forza "f" che agisce sulla faccia del pistone 32.

ESEMPIO.

Le figure 1 e 2 illustrano una forma efficace di eralizzazione della invenzione. I parametri sono i seguenti. Il diametro del rocchetto 6 e' di 2.5 cm. e l'incavo 18 e'.7025cm in larghezza e .5375 cm in lunghezza assiale. La pressione del fluido all'incavo del rocchetto e' variabile a seguito del ciclo di controllo e può' variare fino ad un massimo compreso tra 200 e 330 atm. a seconda della applicazione.il flusso attraverso l'incavo sara' di circa 70 galloni al minuto durante il ciclo di controllo. La larghezza del solco 24 misurata tra i bordi di uno dei risalti ed il bordo del risalto centrale e' approssimativamente di 1,28 mm sebbene possa preferibilmente variare da .7 a 1.8 cm.

Il rocchetto contiene un totale di otto incavi, quattro per ogni risalto. E' importante che gli incavi siano distanziati uniformrmente attorno alla circonferenza del risalto per evitare lo sbilanciamento delle forze, che possono causare il caricamento laterale del rocchetto entro la cavita' 4.

Pertanto nel caso presente di quattro incavi per risalto, gli incavi distano di 90*.

L'angolo di ciascun incavo misurato lungo il fondo relativo con riferimento aliasse della cavita' "a-an e' compreso in un intervallo tra 5 e 40 gradi. L'angolo della corrente del fluido idraulico attraverso ciascun incavo varierà' tra 15 e 45 gradi anche misurati dall'asse della cavita, attraverso il ciclo di flusso dall'apertura fino alla chiusura degli incavi.

In fine nella fig. 3, e' mostrato un esempio comparativo di un rocchetto della tecnica precedente con speciale evidenziazione sulla sistemazione del afaccia del pistone/incavo. Un risalto sinistro 20'ed un risalto centrale destro 30' sono distanziati l'uno dall'altro da un solco paragonabile 24'.

Un incavo di flusso 18'si estende attraverso il bordo destro del risalto sinistro 20' e ammette fluido in una condizione di controllo simile a quella descritta nella presente invenzione. Tuttavia si vedrà' che la orientazione relativa dell'incavo rispetto alla faccia del pistone e' tale che la corrente di fluido si dirige solo contro un anello concavo interno 34' e solo indirettamente contro l'anello concavo esterno 36'. Come risultato non vi e' ritorno o rifluso della corrente di fluido analogo al "RI" di fig. 2.

Sebbene sia stata descritta solo una forma particolare di realizzazione la descrizione può' essere sottoposta a modifiche e cambiamenti che cadono nello spirito della stessa.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Assieme di valvola idraulica comprendente un corpo avente una cavita' interna generalmente cilindrica e una serie di porte idrauliche attraverso detto corpo, detta cavita' definendo un asse, dette porte comunicando con detta cavita' e atte a condurre fluido idralico da e verso detta cavita', in cui detta cavita' contiene una serie solchi e risalti per il controllo del fluido orientati radialmente, detto assieme contenendo inoltre comprende un rocchetto cilindrico mobile assialmente sostenuto entro detta cavita' , contenendo inoltre detto rocchetto solchi e risalti per il controllo del fluido orientati radialmente atti ad interfacciare con detti solchi e risalti di detta cavità in cui la zona intermedia di detta aevita' contiene una zona di nucleo centrale, dette porte idrauliche essendo atte a ammettere fluido idraulico sotto pressione in detta zona di nucleo centrale, una zona intermedia di detto rocchetto definendo un risalto centrale collegato a ciascun lato da un solco immediatamente adiacente ed un risalto, ciascun risalto distanziato assialmenteda detto risalto centrale dalla distanza di detto solco adiacente associato, ciascun risalto opposto assialmente distanziato comprendendo un incavo centralmente diretto su un bordo de detto risalto adiacente il rispettivo solco adiacente, ciascun incavo essendo atto a dirigere una corrente di fiuso idraulico attraverso detto solco adiacente ad un lato di detto risalto centrale, ciascun lato di detto risalto centrale comprendendo un opposto pistone sagomato nella faccia per controllare i componenti del flusso radiale di detta corrente di flusso dopo l'impatto; ed in cui almeno una di dette faccie di pistone comprendente almeno un anello radiale concavo interno ed un anello esterno radialmente concavo definenti insieme un contorno di anello di separazione convesso tre di essi, detto anello di separazione disposto relativamente ad uno di detti incavi in modo da generare flussi diretti radialmente inversi attraverso ciascuno di detti anelli da detto anello di separazione.
2. 2. Assieme di valvola idraulica secondo la rivendicazione 1 in cui l'orientazione di ciascuno di detti incavi rispetto a detto contorno di punto di separazione opera in modo da provvedere un componente di flusso di fluido inverso assialmente attorno a detto solco adiacente.
3. 3. Assieme di valvola idraulica secondo la rivendicazione 2 in cui detto rocchetto contiene una serie di detti incavi con ciascuno di detti rilievi, gli incavi di ciascun rispettivo rilievo essendo distante uniformemente lungo la circonferenza attorno al bordo di detto risalto.
4. 4.Assieme di valvola secondo la rivendicazione 3 in cui l'angolo di detti incavi misurato da detto ase e' compreso tra 5 e 40 gradi.
5. 5. Assieme di valvola secondo la rivendicazione 4 in cui l'angolo della corrente del flusso idraulico attraverso ciascuno di detti incavi e' compreso tra 15 e 45 gradi misurato da detto asse attraverso il ciclo di flusso.
6. 6.Assieme di valvola idraulica secondo la rivendicazione 5 in cui detto componente inverso del flusso assiale opera per neutralizzare la forza effettiva di detta corrente di fluido contro detta faccia del pistone .
7. 7.Assieme di valvola idraulica secondo la rivendicazione 6 in cui detta pressione massima di fluido idraulico attraverso detti incavi e' nell'intervallo 200, 330 atm.
8. 8.Assieme di valvola idraulica secondo la rivendicazione 7 in cui detto flusso di fluido per minuto attraverso detti incavi varia tra zero e 70 galloni per minuto.
9. 9.Assieme di valvola idraulica secondo la rivendicazione 8 in cui la larghezza di detto solco tra uno di detti risalti e detto risalto centrale e' compresa tra .6 e 1.8 cm.
10. 10 Assieme di valvola idraulica secondo la rivendicazione 9 in cui ciascuno di detti risalti ha quattro incavi distanziati uniformemente lungo la circonferenza,