ITBO20000188A1 - Apparecchiatura idraulica di sterzatura . - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad una apparecchiatura idraulica di sterzatura. In particolare, l'apparecchiatura oggetto della presente innovazione può essere utilizzata vantaggiosamente per la sterzatura di una macchina agricola, di una macchina per il movimento terra oppure, più in generale, in una qualsiasi macchina per il carico e lo scarico di materiali.

La presente apparecchiatura può essere impiegata in abbinamento ai sistemi di sterzatura con idroguida.

Come è noto, una azione sterzante si espleta nel selezionare la direzione di sterzatura (se a destra, o a sinistra) , il grado di sterzatura (di quanti gradi si vuole sterzare ciascuna ruota rispetto ad un piano verticale iniziale di giacitura della ruota stessa) e la velocità con cui si vuole che venga raggiunto tale grado di sterzatura. Questi tre tipi di segnali possono essere indotti dall'operatore utilizzando, per esempio, un volante collegato ad una idroguida.

In alcuni regimi di funzionamento delle macchine precedentemente citate l'operatore è costretto a far ruotare il volante con una alta velocità di rotazione, in modo da sterzare l'autoveicolo quanto più rapidamente possibile .

Sia detto per inciso che, in questo contesto, viene definita come "sterzatura normale" qualsiasi azione sterzante delle ruote che avviene tramite l'uso di un volante, di una idroguida e di un dispositivo idraulico attuatore della sterzata. La "sterzatura normale" viene generalmente indotta dall'operatore durante l'azionamento usuale dell'autoveicolo, ed in particolare ccn velocità di marcia piuttosto sostenute dell'autoveicolo stesso.

Come "sterzatura rapida" viene, invece, definita una modalità di induzione dell'azione sterzante in cui 1'idroguida viene in qualche modo by-passata e l'olio in pressione è inviato direttamente al dispositivo atcuatore della sterzata. Questa seconda modalità di azionamento trova vantaggiosa applicazione per il confort dell'operatore soprattutto nelle manovre di piazzale, nelle applicazioni tipo caricatore o nelle manovre di fine campo; in tali situazioni, infatti, l'operatore, in regime di "sterzatura normale", agisce con un certo sforzo sul volante in maniera continua e veloce.

In alcune recenti soluzioni, per migliorare la manovrabilità dell'apparecchiatura di sterzatura è stato proposto l'uso di dispositivi a "joystick" separati dal volante, dispositivi che sono azionati dall'operatore una volta che si abbia la necessità di passare da una "sterzatura normale" ad una "sterzatura rapida" delle ruote dell'autoveicolo.

Tuttavia, i citati dispositivi a joystick disaccoppiano completamente il volante dal dispositivo di "sterzatura rapida".

Pertanto, scopo principale della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo di sterzatura che consenta di attuare in maniera rapida i cilindri di sterzo utilizzando però sempre il volante come dispositivo di controllo della sterzatura in termini di direzione, grado e velocità.

Ulteriore oggetto della presente invenzione è di fornire una apparecchiatura rapida di sterzatura in cui il regime di "sterzatura rapida" possa essere inserito soltanto a basse velocità di marcia dell'autoveicolo.

Altro oggetto della presente invenzione è rappresentato dal fatto che il dispositivo di comando del regime di "sterzatura rapida" è posizionato sul volante stesso dell'autoveicolo.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un apparecchiatura idraulica di sterzatura come descritta nella rivendicazione 1.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:

la figura 1 illustra una prima forma di attuazione di una apparecchiatura idraulica di sterzatura oggetto della presente invenzione, in cui la sterzatura viene effettuata tramite l'azionamento di un volante; l'apparecchiatura è rappresentata nella configurazione di "sterzatura normale";

la figura 2 mostra la stessa apparecchiatura illustrata in figura 1, in cui, dopo che l'operatore ha inserito dei mezzi di sterzatura rapida, si realizza una "sterzatura rapida" verso una prima direzione;

la figura 3 mostra la stessa apparecchiatura illustrata nelle figure 1, 2, in cui, dopo che l'operatore ha inserito i mezzi di sterzatura rapida, si realizza una "sterzatura rapida" verso una seconda direzione opposta alla prima direzione; ed infine

la figura 4 mostra una seconda forma di attuazione dell'apparecchiatura oggetto della presente invenzione.

In figura 1 si è indicato con 10 una apparecchiatura idraulica di sterzatura secondo la presente invenzione.

In tale apparecchiatura 10 è possibile distinguere un volante 11 azionabile da un operatore (non mostrato), il quale ruotando, in un senso o nell'altro, tale volante 11 provoca la conseguente rotazione di una coppia di ruote (non mostrate) secondo modalità che saranno viste più in dettaglio qui di seguito.

Il volante 11 è connesso, tramite mezzi in sé noti, con una idroguida 12 di tipo tradizionale, la quale, a tutti gli effetti, può essere vista come un dispositivo selettore rotante atto ad inviare un liquido in pressione, nella fattispecie, olio, verso un dispositivo attuatore 13 della sterzatura delle ruote. Tale dispositivo attuatore 13, in maniera in sé nota, prevede un cilindro 14 diviso in due camere 14a, 14b da un pistone 15 provvisto di uno stelo 16. Facendo affluire, con modalità che saranno viste meglio in seguito, olio in pressione alla camera 14a, oppure alla camera 14b, si ottiene la ritrazione, oppure la distensione dello stelo 16, provocando una conseguente inclinazione, in un senso o nell'altro, della coppia di ruote (non mostrate).

Come abbiamo detto, in maniera tradizionale l'azione sterzante si esplica nel selezionare una direzione di sterzatura (se a destra, o a sinistra), un grado di sterzatura (di quanti gradi si vuole sterzare ciascuna ruota rispetto ad un piano verticale iniziale di giacitura della ruota stessa) ed una velocità con cui si vuole che venga raggiunto tale grado di sterzatura.

L'olio atto ad azionare i vari dispositivi proviene da un serbatoio 17 e, dopo aver attraversato un filtro 19 posto su un condotto di aspirazione 20, tramite una pompa 18, viene inviato al circuito 21 ed al dispositivo attuatore 13. Questo circuito idraulico 21, oltre alla già citata idroguida 12, comprende una valvola 30, un deviatore 40, un distributore 50 ed un compensatore di pressione 60, più una serie di condotti di alimentazione dell'olio in pressione che verranno illustrati via via con riferimento al funzionamento della apparecchiatura idraulica 10.

L'olio in pressione viene introdotto nel circuito 21 tramite un condotto di adduzione 71 all'idroguida 12.

Il flusso di olio nel condotto di adduzione 71 viene regolato dalla valvola 30, la quale è una valvola idraulica 4/2, cioè a quattro vie e a due posizioni. Nella configurazione illustrata in figura 1, 1a apparecchiatura 10 consente una "sterzatura normale" secondo quanto definito precedentemente.

Come abbiamo detto, nella posizione operativa mostrata in figura 1, la valvola 30 consente l'invio dell'olio in pressione verso 1'idroguida 12 passando per il condotto 71. Il deviatore 40, che può essere considerato anch'esso come una valvola idraulica 7/2 cioè a sette vie e a due posizioni, nella posizione operativa mostra in figura 1 consente il flusso dell'olio in pressione verso il dispositivo attuatore 13 fluendo in un condotto 73, o, in alternativa, in un condotto 74 secondo quanto comandato dall'idroguida 12.

Il condotto 73 è suddiviso in due porzioni 73a, 73b dal deviatore 40, il quale suddivide, analogamente, anche il condotto 74 in due porzioni 74a e 74b.

In altre parole, l'operatore, ruotando il volante 11, e quindi, conseguentemente, posizionando adeguatamente l'idroguida 12 fa in modo che l'olio in pressione raggiunga la camera 14a del cilindro 14 passando per il condotto 73, oppure, in alternativa, che alimenti la camera 14b per il tramite del condotto 74. Evidentemente, nel caso in cui viene alimentata in olio in pressione la camera 14a si ha la ritrazione dello stelo 16 all'interno del cilindro 14, mentre nel caso di un invio di olio alla camera 14b si ha l'espansione verso l'esterno dello stelo 16 stesso. In tal modo si ottiene il desiderato effetto sterzante sulla coppia di ruote, per esempio verso sinistra, oppure, in alternativa, verso destra.

Sia detto per inciso che, 1'idroguida 12, oltre al già citato effetto di deviazione del flusso di olio verso il condotto 73, oppure, in alternativa, verso il condotto 74, ha, in condizioni di sterzata manuale di emergenza, ossia in caso di mancato funzionamento della pompa idraulica, anche una azione di pompaggio meccanico sull'olio stesso, azione di pompaggio indotta dalla rotazione stessa del volante 11 effettuata dall'operatore .

Nel caso di alimentazione di olio alla camera 14a il ritorno del liquido contenuto nella camera 14b avviene tramite il condotto 74, il deviatore 40, che è sempre rimasto nella posizione mostrata in figura 1, 1'idroguida 12 ed un condotto 75 di scarico in un serbatoio 90, il quale può coincidere, o meno, con il serbatoio 17. Inoltre, il condotto di scarico 75 può essere pensato come composto da due porzioni 75a, 75b.

Il modo di funzionamento appena descritto si riferisce al regime di "sterzatura normale", cioè, in cui il dispositivo attuatore 13 viene attivato direttamente dall'operatore per il tramite del volante 11 e dell'idroguida 12. In questo modo di funzionamento 1/operatore, ruotando il volante 11, può determinare direttamente l'azione sterzante selezionando la direzione di sterzatura (se a destra, o a sinistra), il grado di sterzatura (di quanti gradi si vuole sterzare ciascuna ruota rispetto ad un piano verticale iniziale di giacitura della ruota stessa) e la velocità con cui si vuole che venga raggiunto tale grado di sterzatura.

Se, invece, si volesse attivare il modo di funzionamento di "sterzatura rapida" ci si deve referire, oltre alla già citata figura 1, anche alle figure 2 e 3 allegate.

In particolare, se si volesse attivare il regime di "sterzatura rapida" facendo affluire nel contempo olio in pressione alla camera 14a del dispositivo 13 ci si deve riferire congiuntamente alle figure 1 e 2.

Difatti, se l'operatore commuta la valvola 30 nella posizione rappresentata in figura 2, l'olio in pressione, anziché fluire nel condotto 71, percorrerà un condotto 76, composto da una porzione 76a e da una porzione 76b, dirigendoti verso il distributore 50. E' possibile considerare tale distributore 50 come una valvola idraulica 5/3, cioè a cinque vie e a tre posizioni. Nella configurazione mostrata in figura 1 il distributore 50 è mostrato nella posizione "chiusa", nella posizione, cioè, in cui è precluso il flusso di olio in pressione dal distributore 50 stesso al dispositivo 13 percorrendo un condotto 77, oppure un condotto 78, per alimentare, rispettivamente, la camera 14b, oppure la camera 14a. In ogni modo la porzione 76b del condotto 76 resta in pressione. Per cui si può utilizzare la pressione stessa dell'olio presente nella porzione 76b del condotto 76 per spingere il deviatore 40 contro l'azione di una rispettiva molla 41 in modo da fargli assumere la posizione rappresentata in figura 2. Per far questo si utilizza un condotto pilota 79, il quale, senza considerare le perdite di carico inerenti al condotto 79 stesso, trasferisce la pressione dell'olio presente nella porzione 76b del condotto 76 verso il deviatore 40, proprio per attivare il cassetto del deviatore 40 vincendo la resistenza opposta dalla molla 41.

Come mostrato nelle figure 1 e 2, dal deviatore 40 si dipartono due condotti di pilotaggio 80, 81, i quali, con modalità che verranno prese in esame in seguito, sono responsabili della posizione assunta dal distributore 50.

Difatti, se con le modalità appena viste si fa passare il deviatore 40 dalla posizione rappresentata in figura 1 a quella mostrata in figura 2, commutando, come si è visto, la valvola 30, si mette contemporaneamente in comunicazione idraulica il condotto di pilotaggio 80 con la porzione 74a del condotto 74 ed il condotto di pilotaggio 81 con la porzione 73a del condotto 73.

Pertanto, agendo sull'idroguida 12 tramite il volante 11, è possibile sbilanciare il circuito idraulico composto dai condotti 74a, 80, 73a, 81 in un senso, o nell'altro, obbligando il distributore 50 ad assumere la posizione mostrata in figura 2, oppure, in alternativa, la posizione mostrata in figura 3, vincendo, in entrambi i casi, l'azione di due molle 51, 52 poste da bande opposte rispetto al distributore 50 stesso.

In altre parole, dopo che il deviatore 40 ha assunto la posizione illustrata nelle figure 2 e 3 per l'azione svolta dall'olio in pressione presente nel condotto pilota 79, l'operatore può pompare meccanicamente più olio nel condotto pilota 81 tramite l'idroguida 12 (figura 2), oppure, in alternativa, può pompare meccanicamente più olio nel condotto pilota 80 (figura 3) sempre utilizzando 1'idroguida 12, girando il volante 11 in un senso o nell'altro. E' chiaro che, nel caso riportato in figura 2, si è indotto uno spostamento verso sinistra del cassetto del distributore 50, mentre, nella configurazione mostrata in figura 3, si è prodotto uno spostamento verso destra di tale cassetto.

Nel caso mostrato in figura 2, l'olio percorre i condotti 76, 77, e la porzione 74b del condotto 74 per alimentare la camera 14b del dispositivo 13. Per consentire lo spostamento dello stelo 16 verso sinistra, il ritorno dell'olio dalla camera 14a del dispositivo 13 al serbatoio 90 viene realizzato, invece, tramite la porzione 73b del condotto 73, il condotto 78, il distributore 50, un condotto 82 e la porzione 75b del condotto 75.

Analogamente, come mostrato in figura 3, l'alimentazione in olio della camera 14a del dispositivo 13 da parte della pompa 18 per indurre uno spostamento verso destra dello stelo 16 viene ottenuta facendo fluire tale olio nella valvola 30 e nei condotti 76, 78 e nella porzione 73b del condotto 73.

Analogamente a quanto detto in precedenza, il ritorno dell'olio dalla camera 14b del dispositivo 13 al serbatoio 90 avviene tramite la porzione 74b del condotto 74, il condotto 77, il distributore 50, il condotto 82 e la porzione 75b del condotto 75.

Per le cose dette precedentemente, una volta che l'operatore abbia scelto di operare in regime di "sterzatura rapida" è sufficiente che commuti la valvola 30 dalla posizione illustrata in figura 1 alla posizione mostrata nelle figure 2, 3.

A questo punto, tramite il condotto pilota 79, viene spostato verso sinistra il cassetto del deviatore 40 vìncendo l'azione della molla 41, questo fa sì che siano attivati i condotti pilota 80, 81 atti a spostare il cassetto del distributore 50 secondo i desideri dell'operatore utilizzando come pompa idraulica 1'idroguida 12.

Pertanto, anche se si opera secondo una modalità di "sterzatura rapida" (figura 2, 3), l'effetto di pompaggio meccanico per sbilanciare il circuito composto dai condotti 80, 81, dalla porzione 73a del condotto 73 e dalla porzione 74a del condotto 74, onde spostare il distributore 50 in un senso o nell'altro, e quindi alimentare la camera 14a, piuttosto che la camera 14b del dispositivo 13, viene realizzato sempre sfruttando l'effetto di pompaggio meccanico esercitato dall'idroguida 12.

In questo modo, anche in regime di "sterzatura rapida" (Figure 2, 3), è possibile selezionare manualmente una direzione di sterzatura, un grado di sterzatura ed una velocità con cui viene raggiunto tale grado di sterzatura. In particolare l'operatore è in grado di variare la velocità di sterzatura proporzionalmente allo sforzo sul volante; infatti una maggior coppia esercitata sul volante determina una maggior pressione nel condotto di pilotaggio 80 (o 81 alternativamente) e quindi un incremento dello spostamento dell'otturatore del distributore 50 e quindi in definitiva un aumento della portata passante ai cilindri di sterzo.

Nella configurazione mostrata in figura 2, l'olio presente nel condotto 75 è inviato allo scarico, cioè verso il serbatoio 90.

La differenza sostanziale tra un regime di "sterzatura normale" ed un regime di "sterzatura rapida" censiste nel fatto che, nella condizione di "sterzatura rapida" l'olio, pressurizzato dalla pompa 18, non passa dall'idroguida 12, ma viene inviato direttamente al dispositivo attuatore 13 attraversando soltanto il distributore 50.

Come abbiamo detto, l'apparecchiatura 10 comprende, inoltre, il citato dispositivo compensatore 60, il quale non è altro che un dispositivo di "load sensing". Il dispositivo 60 prevede una molla di taratura 61. Tale dispositivo compensatore 60 rileva la pressione dell'olio in un punto P1, pressione che è praticamente uguale a quella presente sul condotto 76, quindi a monte del distributore 50, e ne fa la differenza con la pressione rilevata in un punto P2 preso a valle del distributore 50 stesso. Il compensatore, mantenendo costante la differenza di pressione tra monte e valle del distributore 50, consente di limitare il valore massimo di portata passante attraverso il distributore 50 stesso e rendere tale valore di portata indipendente dalle variazioni di pressione che, eventualmente, avvengono nel dispositivo 13.

Utilizzando il dispositivo 60 è possibile, quindi, mantenere costante la portata di olio verso il dispositivo 13, indipendentemente dalle condizioni istantanee di pressione che ci sono nel dispositivo 13 stesso. Inoltre, per proteggere il circuito 21 da eventuali sovrappressioni, si è previsto l'uso di un dispositivo 92 limitatore della pressione nel condotto 71 di mandata. Tale dispositivo 92 scarica, eventualmente, dell'olio in un serbatoio 93.

La valvola 30 può essere di qualsiasi tipo ed azionata in qualsiasi modo. Per esempio, la valvola 30 può essere azionata elettricamente, idraulicamente, pneumaticamente ecc.

Vantaggiosamente, ma non necessariamente, la valvola 30 può essere azionata da uno o più pulsanti {ncn rappresentati) situati sul volante 11.

In una seconda forma di attuazione illustrata in fig.4 si è eliminata la valvola 30, posizionando tra la pompa 18 e l'idroguida 12, un distributore 100 a centro aperto a sei vie e tre posizioni, il quale in condizioni neutre garantisce l'utilizzo della "sterzatura normale". Il deviatore 40, sempre posizionato tra l'idroguida 12 ed il dispositivo 13, viene invece attuato elettricamente e consente, una volta eccitato, di attuare, tramite i citati condotti di pilotaggio 80, 81 e con la medesima modalità descritta precedentemente, il distributore 100 a centro aperto. Tale scelta ha il vantaggio di semplificare il circuito idraulico riducendo il numero di componenti, ma non consente di avere un effettivo controllo della velocità di attuazione del dispositivo 13 in quanto tutta la portata della pompa 18 passa sempre per il distributore 100 e non vi è alcun sistema di compensazione in relazione al carico agente sul dispositivo 13 utilizzatore. Quello che in definitiva si ottiene in modalità di "sterzatura rapida" è un'azione molto veloce sul dispositivo 13 senza possibilità di modulare la velocità di attuazione.

Per impedire che il regime di "sterzatura rapida" possa essere inserito inavvertitamente dall'operatore quando l'autoveicolo ha una velocità di marcia troppo alta, cosa che renderebbe pericoloso il sistema, la valvola 30, o il deviatore 40 nel caso della seconda forma di attuazione, possono essere controllati da una centralina elettronica (non mostrata), la quale impedisce la loro attivazione per velocità di marcia superiori ad una certa soglia prestabilita.

I vantaggi del presente dispositivo sono i seguenti:

• si ha sempre sotto controllo la sterzatura tramite il volante, anche nella fase di "sterzatura rapida";

• il sistema è intrinsecamente sicuro perché per inserire il regime di "sterzatura rapida" si deve premere prima il pulsante e poi girare il volante stesso; nel momento in cui si rilascia il pulsante di attuazione, la modalità di sterzo ritorna istantaneamente a quella "normale" con il controllo sempre sul volante 11. Inoltre nel caso di avaria della pompa 18 (sterzatura di emergenza), la molla 41 del deviatore 40, e la depressurizzazione del condotto di pilotaggio 79, garantisce il ripristino della modalità di sterzatura manuale di emergenza. • in una particolare forma di attuazione il regime di "sterzatura rapida" può essere inserito soltanto a basse velocità di marcia dell'autoveicolo tramite un controllo effettuato da una centralina elettronica; ed infine

• almeno un pulsante per l'attivazione della "sterzatura rapida" può essere posto vantaggiosamente, ma non necessariamente, sul volante stesso, oppure in un qualsiasi punto della cabina facilmente raggiungibile da parte dell'operatore.

Claims (11)

1. R IV E N D IC A Z I O N I 1. Apparecchiatura (10) idraulica di sterzatura comprendente • dei primi mezzi (18) di pompaggio meccanico di un liquido da un serbatoio, • un circuito idraulico (21) comprendente, a sua volta, dei mezzi (30, 40, 50) deviatori per selezionare i flussi di liquido in pressione da inviare a dei mezzi (13) attuatori della sterzatura, detto circuito idraulico (21) comprendendo inoltre dei secondi mezzi (12) di pompaggio meccanico, detti secondi mezzi (12) essendo regolabili tramite mezzi (11) di sterzatura azionabili dall'operatore, ed essendo atti a selezionare la direzione di sterzatura, il grado di sterzatura e la velocità con cui viene raggiunto tale grado di sterzatura, e • dei mezzi (30; 40) di sterzatura rapida attivabili dall'operatore; • apparecchiatura (10) caratterizzata dal fatto che, una volta attivati detti mezzi (30; 40) di sterzatura rapida, detti secondi mezzi (12) di pompaggio meccanico sono atti a selezionare la direzione di sterzatura, il grado di sterzatura e la velocità con cui viene raggiunto tale grado di sterzatura.
2. 2. Apparecchiatura (10) come rivendicato alla rivendicazione 1, in cui detto circuito (21) comprende un deviatore (40) ed un distributore (50), la posizione del cassetto di detto distributore (50) potendosi regolare tramite una coppia di condotti pilota (80, 81) provenienti da detto deviatore (40).
3. 3. Apparecchiatura (10) come rivendicato alla rivendicazione 2, in cui la posizione del cassetto di detto deviatore (40) è regolata per mezzo di un condotto d:. pilotaggio (79) o tramite attuazione elettrica, o meccanica, o pneumatica.
4. 4. Apparecchiatura (10) come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 2, 3, in cui la portata di liquido in pressione attraverso detto distributore (50) è regolata tramite un dispositivo compensatore (60).
5. 5. Apparecchiatura (10) come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta valvola (30) è azionata elettricamente, o idraulicamente, o meccanicamente, o pneumaticamente.
6. 6. Apparecchiatura (10) come rivendicato alla rivendicazione 5, in cui detta valvola (30) è azionabile tramite mezzi situati su detti mezzi (11) di sterzatura.
7. 7. Apparecchiatura (10) come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi (30;40) sono controllati da una centralina elettronica .
8. 8. Apparecchiatura (10) come rivendicato alla rivendicazione 7, in cui detta centralina elettronica impedisce l'attivazione di detti mezzi (30;40) da parte dell'operatore per velocità di marcia superiori ad una certa soglia prestabilita.
9. 9. Apparecchiatura (10) come rivendicato alla rivendicazione 1, in cui per raggiungere il regime di sterzatura rapida sono attivati dall'operatore direttamente soltanto detti mezzi (40).
10. 10. Apparecchiatura (10) come rivendicato alla rivendicazione 9, in cui detti mezzi (50) comprendono un distributore (100) a centro aperto a sei vie e tre posizioni .
11. 11. Apparecchiatura (10) come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di essere compresa nel sistema idraulico di azionamento di un trattore o di una macchina per il movimento terra,