ITFI20110164A1 - Circuito idraulico per macchine operatrici e macchina operatrice. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un circuito idraulico per macchine operatrici dotate di sistema di stabilizzazione ed una macchina operatrice.

Più in particolare, la presente invenzione riguarda essenzialmente le macchine operatrici dotate di un sistema di stabilizzazione con stabilizzatori attuati mediante cilindri idraulici.

Tali macchine, tra le quali si citano ad esempio mini-escavatori, piattaforme aeree cingolate, auto-beton-pompe ecc. ampiamente utilizzate in edilizia od anche macchine agricole, normalmente prevedono più fasi attive autoescludentisi, cioà ̈ non contemporanee, eseguite da corrispondenti attuatori o gruppi di attuatori ognuno dei quali à ̈ preposto all’esecuzione di una fase. Ad esempio, tali fasi possono essere:

1. Fase di traslazione (la macchina à ̈ movimentata per raggiungere il punto di lavoro)

2. Fase di stabilizzazione (la macchina à ̈ stabilizzata al fine di garantire la stabilità della macchina nelle fasi operative)

3. Fase aerea (la macchina compie movimenti aerei tramite strutture a braccio o altro per movimentare persone o carichi)

Tali fasi sono comunemente eseguite grazie ad attuatori normalmente costituiti da cilindri o motori idraulici. I detti attuatori sono attivati e regolati mediante valvole che hanno lo scopo di sezionare, dosare o deviare il vettore energetico prodotto dal sistema di generazione di energia che fornisce pressione e portata idraulica nella misura necessaria.

Particolari valvole, comunemente dette “distributori proporzionali†hanno lo scopo di dosare finemente la potenza diretta agli attuatori in risposta a segnali provenienti da una unità di controllo alla quale può essere anche collegata una pulsantiera dotata di leve a joystick manovrabili da un operatore.

In particolare, la fase di stabilizzazione ha lo scopo di fornire una base di appoggio sufficientemente ampia alla macchina per consentire alla stessa di operare in sicurezza, cioà ̈ senza rischio di ribaltamento. Ciò si ottiene per mezzo di stabilizzatori che sono appoggiati sul terreno e regolati fintanto il macchinario non à ̈ in “bolla†, cioà ̈ in un idoneo assetto di sicurezza. A tale scopo, gli stabilizzatori sono attuati fintanto che un inclinometro di cui à ̈ dotata la macchina non indica un errore di verticalità minore di quanto stabilito dalla norma dei vari paesi (comunemente 2 o 5 gradi) e i sensori deputati a verificare l’appoggio degli stabilizzatori sul suolo non rilevano l’avvenuta stabilizzazione (ovvero un saldo contatto dello stabilizzatore con il terreno). Ugualmente critiche sono le altre fasi operative della macchina che possono richiedere movimenti comandati con precisione. Per tale motivo si fa usualmente ricorso a distributori proporzionali anche per la gestione della fase di traslazione e/o della fase aerea. Ma i distributori proporzionali, per come sono realizzati, sono particolarmente costosi ed inoltre richiedono un sistema di controllo relativamente complesso e conseguentemente costoso, il che comporta una corrispondente complessità dell’unità di controllo e, pertanto, un costo relativamente elevato di quest’ultima.

Convenzionalmente, i distributori proporzionali sono in numero pari ai movimenti che necessitano di regolazione o controllo fine.

Di conseguenza, il numero di tali componenti del circuito idraulico à ̈ maggiore del numero di movimenti contemporanei che richiedono il controllo proporzionale.

Talvolta, particolarmente per il comando degli stabilizzatori, per diminuiore il costo dell’unità di controllo si utilizzano distributori proporzionali comandati manualmente.

Tuttavia, essendo le fasi di lavoro della macchina (di traslazione, di stabilizzazione ed aerea) separate ed autoescludentisi, normalmente tali distributori sono inutilizzati per buona parte del tempo di funzionamento della macchina stessa.

E’ perciò fortemente avvertita l’esigenza di disporre di un circuito idraulico per macchine operatrici, in particolare del tipo dotato di sistema di stabilizzazione, capace di soddisfare contemporaneamente esigenze diverse, tra le quali:

- Mantenere un livello di sicurezza adeguato

- Minimizzare i costi offrendo comunque elevate performance in termini di:

- possibilità di comandare anche da remoto i distributori; - massimizzare il livello di automazione delle operazioni ripetitive quali la stabilizzazione;

- comandare più movimenti possibili con distributori proporzionali.

- Possibilità di disporre di un’architettura circuitale flessibile e aperta per offrire l’opportunità di montare come accessori sistemi quali ad esempio i comandi di stabilizzazione automatica su macchine che non ne sono provviste all’origine.

Allo stato attuale, per ridurre il costo dell’unità di controllo si ricorre all’impiego di distributori proporzionali a comando manuale, soprattutto per il comando degli stabilizzatori, ma ciò comporta che l’unità di controllo non à ̈ in grado di gestire direttamente gli attuatori dell’unità di stabilizzazione, per cui la stabilizzazione à ̈ affidata all’operatore che interviene manualmente. Oppure, per ridurre il costo dell’unità di controllo minimizzando il numero dei distributori proporzionali si adottano valvole ON-OFF per il comando degli stabilizzatori ma, in questo caso, à ̈ necessario disporre di un inclinometro elettronico e la fase di stabilizzazione della macchina può essere solo automatica.

Lo scopo principale della presente invenzione à ̈ quello di proporre un circuito idraulico per macchine operatrici che soddisfi tutte le esigenze sopra elencate. A questo risultato si à ̈ pervenuti, in conformità della presente invenzione, adottando l’idea di realizzare un circuito idraulico ed una macchina operatrice aventi le caratteristiche indicate nelle rivendicazioni indipendenti. Altre caratteristiche della presente invenzione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Grazie alla presente invenzione, à ̈ possibile ridurre il numero di distributori proporzionali e conseguentemente semplificare l’unità di controllo, à ̈ comunque possibile controllare da remoto di tutti gli attuatori per mezzo dell’unità di controllo, ed à ̈ allo stesso tempo possibile garantire un adeguato livello di sicurezza. Inoltre, à ̈ possibile far funzionare il sistema sia in modalità manuale che semiautomatica e automatica.

Questi ed ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione saranno più e meglio compresi da ogni tecnico del ramo grazie alla descrizione che segue ed agli annessi disegni, forniti a titolo esemplificativo ma da non considerarsi in senso limitativo, nei quali:

- la fig.1 rappresenta uno schema a blocchi semplificato di un circuito in conformità di una possibile forma di realizzazione della presente invenzione;

- la fig.2 rappresenta schematicamente un circuito idraulico in conformità della presente invenzione corrispondente allo schema a blocchi di fig.1;

- la fig.3A rappresenta una schematica vista laterale di una gru a base cingolata provvista del circuito di fig.2;

- la fig.3B rappresenta una schematica vista in pianta della base e degli stabilizzatori della gru di fig.3A;

- la fig.4 rappresenta uno schema a blocchi semplificato di un circuito in conformità di una ulteriore possibile forma di attuazione dell’invenzione.

Come detto in precedenza, un circuito idraulico in conformità della presente invenzione à ̈ destinato ad equipaggiare macchine operatrici, in particolare macchine comprendenti un sistema di stabilizzazione operante in una fase che esclude l’esecuzione di altre fasi. A titolo di esempio, la macchina operatrice può essere una gru (1) del tipo mostrato in fig. 3A e 3B, comprendente una base semovente a carreggiata variabile con cingoli (2) azionati da un motore idraulico, un braccio (3) azionato da attuatori idraulici, e più stabilizzatori (4) azionati anch’essi da attuatori idraulici. Con una macchina di questo tipo si eseguono: una fase di traslazione, nella quale i cingoli sono azionati per condurre la macchina nel punto di lavoro prescelto e poi distanziati per aumentare la carreggiata; una fase di stabilizzazione, nella quale l’azionamento dei cingoli (2) viene escluso e gli stabilizzatori (4) sono estratti per disporre la macchina nell’assetto di sicurezza voluto; ed una fase “aerea†, nella quale sono abilitati ad operare unicamente gli attuatori di movimentazione del braccio (3), e tutti gli altri attuatori sono disabilitati.

Ridotto alla sua struttura essenziale e con riferimento all’esempio di fig.1, un circuito idraulico in conformità della presente invenzione comprende:

- una unità di potenza (P) per la pressurizzazione di un fluido idraulico; - una unità di distribuzione proporzionale (D) a valle dell’unità di potenza (P);

- un deviatore di flusso elettro-attuato (DF) a valle dell’unità di distribuzione (D);

- una unità di controllo (C) collegata all’unità di potenza (P), all’ unità di distribuzione proporzionale (D) e al deviatore (DF);

- tre gruppi di attuatori idraulici (GA, GT, GS) ognuno dei quali à ̈ selettivamente collegabile all’unità di distribuzione proporzionale (D) per mezzo del deviatore (DF);

- sensori (ST) di rilevazione dell’appoggio a terra degli stabilizzatori azionati dagli attuatori del rispettivo gruppo (GS);

- un inclinometro elettronico (E);

- un pannello di comando delle operazioni (CO) collegato all’unità di controllo (C).

Il deviatore di flusso (DF) può anche essere del tipo ad azionamento manuale. Nello schema di fig.2, gli attuatori del gruppo (GA) sono contrassegnati dai riferimenti (A1, A2, A3, A4); gli attuatori del gruppo (GT) sono contrassegnati dai riferimenti (T1, T2, T3, T4); e gli attuatori del gruppo (GS) sono contrassegnati dai riferimenti (S1, S2, S3, S4).

In questo esempio, riferito alla macchina schematicamente illustrata in fig.3, gli attuatori (A1, A2, A3, A4) dell’unità (GA) sono in numero di quattro e gestiscono i movimenti del braccio (3), gli attuatori (T1, T2, T3, T4) del gruppo (GT) sono in numero di quattro e gestiscono i movimenti dei cingoli e la carreggiata della base e/o svolgono funzioni ausiliarie, e gli attuatori (S1, S2, S3, S4) del gruppo (GS) sono anch’essi in numero di quattro e gestiscono i movimenti degli stabilizzatori (4). In particolare, gli attuatori (A1, A2, A3, A4) dell’unità (GA) movimentano le varie sezioni articolate del braccio (3) per disporlo e movimentarlo come desiderato, gli attuatori (T1, T2, T3, T4) del gruppo (GT) sono motori idraulici per l’azionamento dei cingoli (2) ed attuatori che avvicinano od allontanano gli stessi cingoli per variare la carreggiata della base in funzione della fase di lavoro della macchina (cingoli ravvicinati in fase di traslazione/cingoli distanziati in sosta), e gli attuatori (S1, S2, S3, S4) del gruppo (GS) determinano l’estrazione o la retrazione degli stabilizzatori (4) che sono convenzionalmente costituiti da bracci telescopici incernierati al telaio della macchina ed i quali sono retratti quando la macchina à ̈ in movimento ed estratti quando la macchina à ̈ in sosta nel punto prescelto ed occorre stabilizzarla in assetto di sicurezza. Inoltre, in questo esempio, i distributori proporzionali dell’unità (D) sono in numero di quattro (D1, D2, D3, D4).

Infatti, in conformità della presente invenzione, il numero di distributori proporzionali dell’unità (D) à ̈ pari al numero massimo di attuazioni proporzionali contemporanee eseguibili da uno qualsiasi dei gruppi di attuatori (GA, GT, GS) asserviti all’unità di potenza (P).

In altri termini, poiché nell’esempio rappresentato in fig.2, ognuno dei gruppi (GA, GT, GS) comprende quattro attuatori azionabili contemporaneamente per ognuno dei quali à ̈ previsto il controllo mediante un corrispondente distributore proporzionale, e poiché l’impiego degli attuatori di un gruppo esclude l’impiego degli attuatori degli altri gruppi, i distributori proporzionali sono in numero di quattro (che corrisponde al numero di massimo numero di attuatori di un qualsiasi gruppo attivabili contemporaneamente). In pratica, data l’autoesclusione delle varie fasi di lavoro della macchina, si sfruttano al massimo i distributori proporzionali deviando l’azione degli stessi sul gruppo di attuatori che deve essere attivo nella fase di lavoro prescelta.

Il pannello di controllo (CO) comprende un selettore (S) a più posizioni (ad esempio tre posizioni per tre gruppi di attuatori asserviti ai distributori proporzionali) e più leve a joystick (J1, J2, J3, J4) (ad esempio quattro leve a joystick, ovvero una per ogni distributore proporzionale dell’unità D). La posizione del selettore (S) determina, mediante il deviatore (DF), il collegamento idraulico dei distributori proporzionali dell’unità (D) con il gruppo di attuatori (GA, GT, GS) prescelto. Il deviatore di flusso (DF) ha tanti ingressi quanti sono i distributori dell’unità (D) e tante uscite quanti sono i gruppi di attuatori serviti dai distributori proporzionali.

I vantaggi che derivano dalla presente invenzione sono ulteriormente evidenziati nel seguito con riferimento alla descrizione di una possibile modalità di funzionamento della macchina riferita ad una fase di stabilizzazione semiautomatica, cioà ̈ senza l’ausilio di un inclinometro elettronico, ovvero nel caso che la macchina operatrice non ne sia provvista In una prima fase, l’operatore dispone il selettore del pannello di comando (CO) nella posizione corrispondente alla fase di stabilizzazione ed abilita l’avvio di tale fase agendo su un apposito pulsante dello stesso pannello (CO). In una seconda fase, l’unità di controllo (C) comanda i singoli attuatori (S1, S2, S3, S4) del gruppo (GS) per un tempo prestabilito e regolabile, per estrarre gli stabilizzatori (4). In una terza fase, i joystick sono abilitati e l’operatore regola l’estensione di ciascun attuatore (S1, S2, S3, S4) fino a determinare l’assetto della macchina desiderato (in assenza dell’inclinometro elettronico può essere utilizzato un inclinometro analogico sulle cui indicazioni si basa l’operatore per regolare l’assetto della macchina intervenendo su ciascun attuatore mediante i joystick che controllano i distributori proporzionali ognuno dei quali a sua volta controlla un corrispondente attuatore del gruppo GS). Questa fase può essere eseguita mediante l’unità (CO) a distanza di sicurezza dalla macchina operatrice.

Per il rientro degli stabilizzatori (4), l’unità (C) può essere programmata per eseguire quanto segue: attraverso l’unità (CO) si comanda la fase di rientro degli stabilizzatori (4), fase attuabile solo se la macchina à ̈ in stato di riposo per sicurezza; quindi l’unità (C) aziona contemporaneamente gli attuatori di tutti gli stabilizzatori a velocità identica per ottenere il rientro di questi ultimi, per arrestarli quando i rispettivi sensori (ST) rilevano la mancanza di contatto con il suolo; quando tutti gli stabilizzatori sono sollevati, l’unità (C) ne comanda il rientro fino al raggiungimento della posizione di riposo.

Se la macchina à ̈ provvista di inclinometro elettronico, la fase di stabilizzazione può essere gestita completamente in automatico dall’unità (C) che interagisce con l’inclinometro elettronico e con i sensori (ST). Si noti che questa modalità di funzionamento à ̈ implementabile via software senza intervenire sull’architettura del circuito idraulico.

Secondo l’esempio schematizzato in fig.4, riferito ad un caso ipotetico per evidenziare ulteriormente le caratteristiche di un circuito idraulico in conformità della presente invenzione, il gruppo (GA) comprende un solo attuatore (A1), il gruppo (GT) comprende due attuatori (T1, T2), ed il gruppo (GS) comprende tre attuatori (S1, S2, S3). In questo caso, l’unità (D) comprende tre distributori proporzionali (D1, D2, D3) perché tre à ̈ il numero massimo di possibili azionamenti contemporanei (cioà ̈, il numero degli attuatori del gruppo GS). In questo caso, si potranno utilizzare ad esempio solo tre joystick.

Più in generale, detto nmaxil numero massimo di attuatori serviti da distributori proporzionali attivabili contemporaneamente, e detto nDil numero dei distributori proporzionali, in conformità della presente invenzione à ̈ nmax= nD. Grazie alla presenza del deviatore di flusso (DF) posto a valle dell’unità (D) e data la possibilità di abilitare selettivamente i singoli gruppi di attuatori (GA, GT. GS), à ̈ possibile ridurre in misura sostanziale il numero dei distributori proporzionali e, conseguentemente, il costo del circuito.

Dalla descrizione che precede risultano evidenti i vantaggi derivanti dall’impiego di un circuito idraulico in conformità della presente invenzione, sia in termini di costi che in termini di affidabilità del sistema.

In pratica i particolari di esecuzione possono comunque variare in maniera equivalente per ciò che attiene alla disposizione e alla conformazione dei singoli elementi descritti e illustrati, nonché alla natura dei materiali indicati, senza per questo uscire dall’ambito dell’idea di soluzione adottata e perciò restando nei limiti della tutela conferita dal presente brevetto.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Circuito idraulico di macchina operatrice comprendente una unità di potenza (P) per la pressurizzazione di un fluido idraulico, una unità di distribuzione (D) comprendente più distributori proporzionali a valle dell’unità di potenza (P), una unità di controllo (C) collegata all’unità di distribuzione proporzionale (C), più gruppi di attuatori idraulici (GA, GT, GS) collegabili all’unità di potenza (P) mediante i distributori proporzionali dell’unità di distribuzione (D), ed un pannello di comando delle operazioni (CO) collegato all’unità di controllo (C), caratterizzato dal fatto che comprende un deviatore di flusso (DF) collocato tra l’unità di distribuzione (D) ed i gruppi di attuatori idraulici (GA, GT, GS), cosicché questi ultimi sono selettivamente collegabili all’unità di distribuzione (D) per mezzo del deviatore (DF), dal fatto che il deviatore di flusso (DF) à ̈ comandato manualmente o da programma mediante l’unità di controllo (C), dal fatto che il numero dei distributori proporzionali dell’unità di distribuzione (D) à ̈ pari al massimo numero di attuatori attivabili contemporaneamente, e dal fatto che un gruppo di attuatori idraulici (GS) à ̈ preposto all’esecuzione di una fase di stabilizzazione al suolo della macchina operatrice mediante attivazione di corrispondenti stabilizzatori (4).
2. 2) Circuito idraulico secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il deviatore di flusso (DF) à ̈ comandato manualmente mediante un selettore (S) di cui à ̈ dotato il pannello di comando (CO).
3. 3) Circuito idraulico secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che i detti distributori (D) sono comandati dall’unità di controllo (C) da programma.
4. 4) Circuito idraulico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che i distributori proporzionali dell’unità di distribuzione (D) sono in numero di quattro.
5. 5) Circuito idraulico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il detto deviatore di flusso (DF) à ̈ elettro-attuato.
6. 6) Circuito idraulico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che, allorquando l’operatore dispone il selettore (S) del pannello di comando (CO) in una posizione corrispondente ad una fase di stabilizzazione ed abilita l’avvio di tale fase, l’unità di controllo (C) comanda i singoli attuatori (S1, S2, S3, S4) del gruppo di stabilizzazione (GS) fino a che tutti gli stabilizzatori hanno toccato il terreno, ovvero i relativi sensori (ST) hanno commutato il loro stato, poi l’unità di controllo (C) comanda per un tempo prestabilito e regolabile gli stabilizzatori sollevando la macchina e assestando l’appoggio a terra, e, completata questa fase, l’unità di controllo (C) attiva i joystick e l’operatore può regolare l’estensione di ciascun attuatore (S1, S2, S3, S4) fino a determinare l’assetto della macchina desiderato, dopodiché l’unità di controllo (C) a seguito di comando dell’operatore, gestisce il rientro automatico degli stabilizzatori facendo uso dei sensori (ST).
7. 7) Macchina operatrice comprendente un circuito idraulico con una unità di potenza (P) per la pressurizzazione di un fluido idraulico, una unità di distribuzione (D) comprendente più distributori proporzionali a valle dell’unità di potenza (P), una unità di controllo (C) collegata all’unità di distribuzione proporzionale (C), più gruppi di attuatori idraulici (GA, GT, GS) collegabili all’unità di potenza (P) mediante i distributori proporzionali dell’unità di distribuzione (D), ed un pannello di comando delle operazioni (CO) collegato all’unità di controllo (C), caratterizzato dal fatto che comprende un deviatore di flusso (DF) collocato tra l’unità di distribuzione (D) ed i gruppi di attuatori idraulici (GA, GT, GS), cosicché questi ultimi sono selettivamente collegabili all’unità di distribuzione (D) per mezzo del deviatore (DF), dal fatto che il deviatore di flusso (DF) à ̈ comandato manualmente o da programma mediante l’unità di controllo (C), dal fatto che il numero dei distributori proporzionali dell’unità di distribuzione (D) à ̈ pari al massimo numero di attuatori attivabili contemporaneamente, e dal fatto che un gruppo di attuatori idraulici (GS) à ̈ preposto all’esecuzione di una fase di stabilizzazione al suolo della macchina operatrice mediante attivazione di corrispondenti stabilizzatori (4).
8. 8) Macchina secondo la rivendicazione 7 caratterizzata dal fatto che il deviatore di flusso (DF) à ̈ comandato manualmente mediante un selettore (S) di cui à ̈ dotato il pannello di comando (CO).
9. 9) Macchina secondo la rivendicazione 7 caratterizzata dal fatto che i detti distributori (D) sono comandati dall’unità di controllo (C) da programma.
10. 10) Macchina secondo una o più delle rivendicazioni da 7 a 9 caratterizzato dal fatto che il detto deviatore di flusso (DF) à ̈ elettro-attuato.