ITMI970862A1 - Dispositivo elettroidraulico per il pilotaggio ed il controllo a distanza di un distributore idraulico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Il presente trovato riguarda un dispositivo elettroidraulico per il pilotaggio ed il controllo a distanza di un distributore idraulico. Più particolarmente, il dispositivo oggetto del presente trovato è destinato ad essere impiegato in impianti idraulici per l'azionamento di utenze con due rami di azionamento che vengono selettivamente posti in collegamento con un ramo in pressione del circuito idraulico e con il ramo a scarico, ad esempio in macchine per il sollevamento o lo spostamento di un carico.

Sono noti dispositivi di comando idraulico per l'azionamento di un utenza idraulica con una velocità indipendente dal carico resistente gravante su tale utenza idraulica.

Questi dispositivi comprendono ad esempio, come descritto nella domanda di brevetto italiano No. MI96A-000117 e nella corrispondente domanda di brevetto europeo No. 97100802.4 a nome della medesima richiedente della presente domanda, un distributore azionabile per collegare un ramo di azionamento di un'utenza con un ramo in pressione di un circuito idraulico e per collegare l'altro ramo di azionamento dell'utenza con un ramo a scarico del circuito idraulico.

Il distributore idraulico sopra citato è dotato di un cursore mobile che a comando si sposta nella posizione prescelta per collegare un'utenza o l'altra al ramo in pressione o per metterle entrambe a scarico.

Nelle domande di brevetto sopra citate il gruppo di azionamento del cursore è costituito da una leva mediante la quale il cursore viene spostato lungo l'asse della propria sede, in contrasto all'azione di una molla di richiamo. Come è noto è altresì possibile realizzare il comando del cursore del distributore mediante un dispositivo di azionamento automatico Esistono sostanzialmente due tipi di dispositivi di azionamento automatico del cursore i quali impiegano un sistema cosiddetto ad anello aperto o ad anello chiuso.

Un esempio del sistema di azionamento ad anello aperto prevede l'impiego di una coppia di valvole proporzionali per il comando del cursore azionate mediante joystick e con la scheda elettronica di controllo disposta in posizione separata dal corpo che contiene il cursore.

Un inconveniente di questo tipo di soluzione è dato dal fatto che sono richiesti numerosi cablaggi elettrici per collegare la scheda elettronica alle elettrovalvole alloggiate in prossimità del cursore.

Questo comporta quindi possibili dispersioni di segnale, nonché maggiori possibilità di guasti e difficoltà di installazione.

Inoltre, il controllo mediante joystick non prevede la possibilità di regolare la portata/pressione erogata dalle elettrovalvole, ma unicamente di selezionare l'elettrovalvola da comandare.

Un esempio del sistema di azionamento ad anello chiuso prevede invece l'impiego di quattro valvole di tipo ON-OFF con un trasduttore di posizione atto a rilevare l'esatta posizione in cui si trova il cursore della valvola pilota in modo da effettuare un controllo in retroazione (anello chiuso) volto ad eliminare sostanzialmente qualsiasi errore di posizionamento del cursore.

In questo caso la scheda elettronica di controllo delle valvole e del trasduttore di posizione è alloggiata nello stesso modulo che contiene il cursore della valvola pilota.

Un inconveniente della soluzione sopra esposta è dato dal fatto che tale sistema è strettamente legato all'impiego di un trasduttore di posizione e quindi utilizzabile unicamente per un sistema di azionamento e controllo ad anello chiuso.

Un altro inconveniente è dato fatto di richiedere un elevato numero di valvole QN-QFF.

Compito precipuo del presente trovato è quindi quello di realizzare un dispositivo elettroidraulico per il pilotaggio ed il controllo a distanza di un distributore idraulico che impieghi il numero minore possibile di elettrovalvole, che sia anche impiegabile in un sistema di controllo ad anello aperto, e che permetta di ridurre al minimo i cablaggi necessari per il collegamento della parte elettronica del dispositivo con dette elettrovalvole.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo elettroidraulico per il pilotaggio ed il controllo a distanza di un distributore idraulico che sia impiegabile anche in un sistema di controllo ad anello chiuso.

Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo elettroidraulico per il pilotaggio ed il controllo a distanza di un distributore idraulico che abbia la possibilità di controllare a distanza la portata erogabile dall'elettrovalvola desiderata.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo elettroidraulico per il pilotaggio ed il controllo a distanza di un distributore idraulico che offra un elevato grado di sicurezza contro un azionamento manuale indesiderato del cursore della valvola pilota.

Ancora un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo elettroidraulico per il pilotaggio ed il controllo a distanza di un distributore idraulico che abbia ridotti tempi di risposta del cursore.

Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo elettroidraulico per il pilotaggio ed il controllo a distanza di un distributore idraulico che abbia una bassa isteresi ed un'ottima sensibilità.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo elettroidraulico per il pilotaggio ed il controllo a distanza di un distributore idraulico, il quale garantisca un'elevata precisione nel posizionamento del cursore della valvola pilota, ripetibilità elevata e non influenzata da variazioni di parametri interni quali temperatura, attriti ed elasticità della molla del cursore.

Questo compito, nonché questi e altri scopi che meglio appariranno in seguito sono raggiunti da un dispositivo elettroidraulico per il pilotaggio ed il controllo a distanza di un distributore idraulico di una valvola direzionale per la messa in pressione o a scarico di una coppia di utenze, caratterizzato dal fatto di comprendere una coppia di elettrovalvole proporzionali alimentate da una linea di pressione e dotate di una linea di scarico, dette elettrovalvole proporzionali essendo rispettivamente collegate a camere terminali opposte di un distributore idraulico atto a mandare in pressione o in scarico una coppia di utenze, mezzi di comando a distanza atti a generare un segnale elettrico di comando per l'eccitazione di elettromagneti di dette elettrovalvole e un circuito elettronico atto a controllare e regolare la corrente di eccitazione di detti elettromagneti in funzione di detto segnale elettrico di comando, detta corrente di eccitazione pilotando detti elettromagneti per l'alimentazione selettiva di dette camere con una pressione prefissata o la loro messa a scarico attraverso dette elettrovalvole per lo spostamento del cursore di detto distributore proporzionalmente a detta corrente di eccitazione, detto circuito elettronico essendo integrato nel corpo di alloggiamento di detto distributore idraulico.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di due forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, del dispositivo secondo il trovato, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:

la Fig. 1 è una vista in sezione, in alzato, schematica, del dispositivo elettroidraulico secondo il trovato in una prima forma di realizzazione implementante un comando di tipo ad anello aperto;

la Fig. 2 è una vista in sezione, in alzato, schematica, del dispositivo elettroidraulico secondo il presente trovato in una seconda forma di realizzazione implementante un comando ed un controllo di tipo ad anello chiuso;

la Fig. 3 è uno schema a blocchi del circuito elettronico nel sistema ad anello aperto, secondo la prima forma di realizzazione del dispositivo elettroidraulico secondo il presente trovato;

la Fig. 4 è uno schema a blocchi di una prima porzione del circuito elettronico nel sistema ad anello chiuso in conformità con una seconda forma di realizzazione del dispositivo elettroidraulico secondo il presente trovato;

la Fig. 5 è uno schema a blocchi di una seconda porzione del circuito elettronico nel sistema ad anello chiuso, in conformità alla seconda forma di realizzazione del dispositivo elettroidraulico secondo il presente trovato;

la Fig. 6 è uno schema a blocchi di una terza porzione del circuito elettronico nel sistema ad anello chiuso, in conformità con la seconda forma di realizzazione del dispositivo elettroidraulico secondo il presente trovato; e

la Fig. 7 è uno schema a blocchi del circuito elettronico del joystick di comando del dispositivo elettroidraulico secondo il presente trovato.

Nelle varie figure a numeri di riferimento uguali corrispondono elementi uguali.

Con riferimento alle figure citate, il dispositivo elettroidraulico secondo il presente trovato comprende una coppia di elettrovalvole proporzionali riduttrici di pressione 1, 2 atte a pilotare il cursore 3 di un distributore idraulico 6, il quale permette di mandare in pressione o in scarico una coppia di utenze A e B.

Nelle Fig. 1 e 2 sono indicate due camere M e N, disposte rispettivamente ai lati del cursore 3 e in cui viene immessa pressione mediante le elettrovalvole 1 e 2, per realizzare lo spostamento del cursore in un senso o nell’altro a seconda dell'utenza che si desidera pilotare.

Lo spostamento del cursore 3, in un senso, avviene vincendo la forza resistente di una molla 4.

Le elettrovalvole 1 e 2 sono alimentate da un pressione immessa da una linea P e gli scarichi di queste sono raccolti in una linea di scarico τ.

La Fig. 1 illustra anche schematicamente un blocco di controllo 5a per il pilotaggio delle elettrovalvole 1 e 2 mediante un segnale elettrico proveniente da mezzi di comando (non mostrati) opportunamente costituiti ad esempio da un joystick e disposti in posizione remota rispetto al distributore idraulico 6.

Il segnale elettrico proveniente dal joystick ha lo scopo di controllare proporzionalmente la pressione idraulica generata dalle due elettrovalvole 1 e 2 eccitando rispettivamente magneti 11 e 12 delle elettrovalvole.

La Fig. 1 illustra il dispositivo elettroidraulico secondo il trovato nella prima forma di realizzazione, ossia nella configurazione ad anello aperto, mentre la Fig. 2 illustra il dispositivo nella configurazione ad anello chiuso.

Quindi, nella Fig. 2, a differenza della Fig. 1, il blocco di controllo, qui indicato con 5b, riceve un segnale di retroazione proveniente da un trasduttore della posizione del cursore 3, costituito ad esempio da un trasformatore differenziale 7 al cui nucleo magnetico 10 è collegato un elemento tastatore 8 opportunamente realizzato da un asta la quale è costantemente a contatto con l'estremità del cursore 3, dalla parte della camera M, in modo da rilevare in ogni istante la posizione del cursore 3 e retroazionarla al blocco di controllo 5b.

Naturalmente il dispositivo elettroidraulico secondo il presente trovato può essere disposto sia in corrispondenza della camera M che in corrispondenza della camera N, senza alcuna modifica costruttiva.

Nelle Fig. 1 e 2 è pure illustrata una leva di comando 9 mediante la quale è possibile movimentare manualmente il cursore 3. Per evitare la possibilità di una attivazione indesiderata, la leva di comando 9 è amovibile.

Le Fig. da 3 a 7 illustrano invece in dettaglio l'elettronica preposta al comando delle elettrovalvole 1 e 2, sia in configurazione ad anello aperto che ad anello chiuso.

Tali figure dettagliano quindi gli elementi componenti dei blocchi 5a e 5b.

Con riferimento alla Fig. 3, è illustrato uno schema a blocchi della configurazione ad anello aperto dell'elettronica del dispositivo elettroidraulico secondo il trovato.

In tale figura il numero di riferimento 15 indica mezzi stabilizzatori di tensione opportunamente costituiti da un oscillatore ad alta frequenza che stabilizza la tensione media applicata agli elettromagneti 11 e 12 delle elettrovalvole proporzionali 1 e 2.

Il segnale in uscita dall'oscillatore ad alta frequenza 15 è immesso in una porta logica 16 (porta AND) il cui secondo ingresso è costituito da un segnale in uscita da un amplificatore operazionale 17 (comparatore).

Il segnale in uscita dalla porta logica 16 pilota un MOSFET 18 il quale comanda l'elettromagnete 11 dell'elettrovalvola 1.

Analogamente, per la seconda elettrovalvola 2 e quindi per il relativo elettromagnete 12 vi sono una seconda porta logica 19, un secondo amplificatore operazionale 20 (comparatore) e un secondo MOSFET 21.

L'amplificatore operazionale 17 ha un primo ingresso, invertente, che riceve un segnale di uscita da un oscillatore 22 (80-200Hz) con trimmer per l'impostazione della frequenza.

Tale amplificatore serve per fornire una corrente variabile all'elettromagnete attivato.

All'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale 17 è invece inviato un segnale proveniente da un amplificatore 23 di tipo proporzionale, integrale.

Il segnale che entra nell'amplificatore proporzionale, integrale 23 è il risultante di una pluralità di segnali che giungono in un nodo sommatore 24.

In particolare, al nodo sommatore 24 arriva un primo segnale dato dal segnale di riferimento Rif proveniente dal joystick di comando, opportunamente elaborato in modo da ricavare un segnale Rif 1.

In dettaglio, il segnale Rif 1 è ottenuto in modo tale da essere positivo per valori maggiori della tensione assunta come zero (posizione neutra del joystick) ed essere quindi in grado di pilotare l'elettromagnete 11 della valvola proporzionale 1.

Tale elaborazione avviene in un blocco 25.

Un trimmer di valore massimo 26 è disposto a valle del blocco 25 e ha la funzione di regolare il valore massimo della corrente dell'elettromagnete 11

Un trimmer di valore minimo di corrente 27 serve invece a fornire un valore minimo iniziale di corrente al fine di vincere la forza resistente della molla 4 del cursore 3.

Il nodo sommatore 24 somma quindi il segnale di corrente limitata dal trimmer 26 e il segnale di corrente minima fornito dal trimmer 27 e a questa somma sottrae un segnale indicativo della corrente rilevata dell'elettromagnete 11.

Il rilevamento della corrente dell'elettromagnete 11 avviene mediante un amplificatore 28 del segnale di corrente ed un filtro 29.

Il segnale risultante dal nodo sommatore 24 è quindi quello che viene inviato all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale 17.

Quanto appena detto vale per il comando dell'elettrovalvola 1. Per l'elettrovalvola 2 il comando è realizzato in modo analogo e quindi nella Fig. 3 sono illustrati un secondo blocco 30 di elaborazione del segnale di riferimento, un secondo nodo sommatore 31, un secondo trimmer di corrente massima 32 ed un secondo trimmer di corrente di soglia 33.

Quindi, il segnale in uscita dal secondo nodo sommatore 31 è amplificato da un secondo amplificatore di tipo proporzionale, integrale 34 la cui uscita costituisce un primo ingresso, non invertente, dell'amplificatore operazionale 20, il secondo ingresso, invertente, di tale amplificatore essendo un segnale proveniente da un secondo oscillatore 35 dotato di trimmer per l'impostazione della frequenza.

La Fig. 4 illustra la seconda forma di realizzazione dell'elettronica del dispositivo secondo il trovato, in cui viene realizzato un controllo ad anello chiuso della posizione del cursore 3, mediante il trasduttore 7 e l'elemento tastatore 8.

La Fig. 5 illustra le modalità di ottenimento di un segnale di errore di posizione, dotato di segno, il quale segnale è poi utilizzato nella parte circuitale raffigurata nella Fig. 4. Per questo motivo verrà descritto dapprima lo schema a blocchi della Fig. 5.

Un oscillatore sinusoidale stabilizzato 35 a bassa tensione alimenta l'avvolgimento primario 36 del trasformatore differenziale 7 in cui la tensione sugli avvolgimenti secondari 37 e 39 è funzione della posizione del nucleo magnetico 10 e viene raddrizzata e amplificata in un condizionatore 38 in un segnale in tensione variabile in un dato intervallo di tensione per la corsa massima, la corsa minima e la posizione neutra del cursore 3.

La tensione alternata letta sui secondari 37 e 39 posti in serie viene quindi amplificata e raddrizzata nel condizionatore 38 e sommata al valore di tensione di posizione neutra del joystick.

Il segnale Rif proveniente dal joystick viene filtrato da una rete RC 40 e vincolato con resistenza alla tensione di posizione neutra, blocco 41, al fine di mantenere il cursore 3 nella posizione neutra in caso di interruzione del segnale di comando proveniente dal joystick.

Il segnale di errore derivante dal nodo sommatore 42 viene amplificato da un amplificatore 43 di tipo proporzionale e integrale e costituisce il segnale di errore di posizione con segno. Tale segnale serve come riferimento per l'anello di controllo della corrente degli elettromagneti illustrato nella Fig. 4.

Con riferimento ora alla Fig. 4, la differenza tra lo schema di controllo ad anello aperto mostrato nella Fig. 3 e lo schema di controllo ad anello chiuso illustrato nella Fig. 4 è dato dal fatto che nel secondo caso vi è un anello di retroazione di posizione del cursore 3 il quale sfrutta il segnale di errore di posizione E generato nella Fig. 5.

Dall'errore di posizione con segno E si ricava un errore di posizione assoluto mediante un blocco di elaborazione 44 da cui si ricava un segnale di errore di posizione assoluto |E| il quale viene sommato in un nodo sommatore 45 con il segnale in tensione proporzionale alla corrente istantanea degli elettromagneti, rilevato come nel caso precedente di controllo ad anello aperto.

Il segnale risultante dal nodo sommatore 45 è quindi il segnale di errore di corrente ricavato sottraendo dal segnale di errore assoluto di posizione il segnale di corrente amplificato e filtrato.

Il segnale in uscita dal nodo sommatore 45 è quindi inviato ad un amplificatore proporzionale, integrale 46 la cui uscita costituisce l'ingresso invertente per un amplificatore operazionale 47 il cui ingresso non invertente è costituito da un segnale proveniente da un oscillatore 48.

Gli elettromagneti 11 e 12 non sono mai pilotati contemporaneamente e a questo fine sono previsti una coppia di comparatori 49 e 50 i quali hanno come ingresso il segnale di errore di posizione con segno E e il segnale di riferimento neutro Rifneutro del joystick, in modo da comandare l'elettromagnete desiderato in funzione del segno dell'errore di posizione E del cursore, rilevato mediante il trasduttore di posizione 7.

Mentre il valore medio della corrente rimane esclusivamente funzione dell'errore di posizione E (posizione letta dal trasduttore LVDT), il valore istantaneo cambia alla frequenza dell'oscillatore 48 (a bassa frequenza) in modo da mantenere il nucleo magnetico 10 in costante oscillazione evitando i problemi connessi all'attrito di primo distacco.

La Fig. 6 illustra la logica delle sicurezze della parte elettronica del dispositivo secondo il trovato.

In tale figura è illustrato un primo comparatore a finestra 8 il quale ha la funzione di monitorare l'errore di posizione proveniente dal nodo di confronto 42 della Fig. 5. Se l'errore E si mantiene elevato in valore assoluto per un tempo superiore ad un dato valore prefissato, impostato da un ritardatore 55, il dispositivo entra in sicurezza. I comandi vengono disabilitati ed il transistore di pilotaggio 56 di uscita il quale normalmente comanda un'elettrovalvola 57 di messa a scarico, viene interdetto.

E' inoltre presente una sicurezza di minima tensione di alimentazione, comparatore 58, e un circuito latch 56 mantiene il sistema nelle condizioni di sicurezza anche al ripristino delle normali condizioni di funzionamento.

Un secondo comparatore a finestra 57 provvede a stabilire se il segnale di riferimento di posizione Rif è o meno entro limiti accettabili, ossia se non è minore del valore minimo ammissibile o se non è maggiore del valore massimo ammissibile. Se una di queste due situazioni anomale si verifica, il comparatore a finestra 57 pone in interdizione il sistema.

L'elettronica fino ad ora descritta è integrata nell'alloggiamento del distributore idraulico, riducendo quindi al minimo i cablaggi.

Con riferimento ora alla Fig. 7, è illustrato lo schema a blocchi della logica del joystick.

Nella figura sono illustrate tre porzioni schematiche uguali fra loro rispettivamente dedicate al comando lungo tre assi coordinati cartesiani x, y e z.

L'alimentazione del circuito del joystick proviene da una sorgente di corrente continua con tensione variabile tra 10 e 30V e dopo aver attraversato un filtro antidisturbi ed un circuito di protezione contro l'inversione di polarità alimenta i circuiti del joystick.

Una sorgente di riferimento 60 fornisce una tensione stabilizzata continua la quale garantisce un'uscita costante funzione unicamente della posizione e non influenzata dalla tolleranza di costruzione dei potenziometri del joystick che saranno descritti nel seguito.

I numeri di riferimento 61 indicano commutatori di polarità mentre 62 i rispettivi potenziometri per i tre assi coordinati. Tali potenziometri forniscono in uscita una tensione proporzionale allo spostamento della leva del joystick (non mostrata) la quale è successivamente limitata da appositi trimmer 63 per limitare la portata massima di olio alle elettrovalvole 1 e 2.

I potenziometri 62 presentano una zona neutra centrale a resistenza nulla per far sì che con la leva di comando in posizione di riposo la tensione di comando in uscita sia sicuramente unica (valore neutro della tensione di comando) e non influenzata da possibili instabilità della posizione di riposo.

Ulteriori trimmer 64 sono forniti per regolare la rampa di accelerazione, ossia il legame tra lo spostamento della leva del joystick e il segnale di uscita.

Il segnale di uscita dal trimmer 64 è inviato in un nodo sommatore 65 e quindi ad un amplificatore 66.

Il segnale di uscita dal joystick è differenziale (Rif+, Rif-) per permettere di evitare l'influenza delle cadute di tensione di linea e dei disturbi: in questo caso quindi vengono impiegati una coppia di conduttori dedicati al segnale di uscita.

Con riferimento alle sopra citate figure, il funzionamento del dispositivo secondo il presente trovato è come segue.

Il posizionamento del cursore 3 del distributore 6 viene pilotato e controllato a distanza mediante il joystick che è dotato di elettronica propria che va ad aggiungersi alla scheda elettronica di controllo integrata nel corpo di alloggiamento del cursore 3.

Il segnale elettrico di uscita del joystick eccita gli elettromagneti 11 e 12 delle elettrovalvole proporzionali e queste, alimentate dalla linea P di bassa pressione generano una pressione proporzionale al segnale elettrico proveniente dal joystick, la quale pressione movimenta il cursore 3 per mandare in pressione o in scarico l'utenza desiderata.

Il joystick fornisce in uscita una tensione variabile tra un valore minimo ed uno massimo con un valore intermedio corrispondente a portata idraulica nulla sulle utenze A e B. Come già spiegato in precedenza e come sarà descritto in dettaglio in seguito il segnale di uscita del joystick può essere sfruttato in due differenti modalità: ad anello chiuso e ad anello aperto.

Nella prima modalità (anello aperto) viene generata una corrente pròporzionale che alimenta una delle due elettrovalvole riduttrici di pressione 1 e 2 determinando uno spostamento proporzionale del cursore 3; nella seconda modalità (anello chiuso) il segnale elettrico emesso dal joystick viene confrontato con il segnale del trasduttore di posizione 7 in modo da ottenere la posizione del cursore 3 funzione della tensione di comando del joystick eliminando quindi eventuali imprecisioni presenti nelle elettrovalvole o nel sistema meccanico di spostamento del cursore.

La pressione dell'olio di comando (linea di pressione P) è funzione della corrente di eccitazione degli elettromagneti 11 e 12 e la posizione del cursore 3 è funzione quasi lineare della corrente.

Nella posizione di riposo, ossia con l'asta di comando del joystick disposta in posizione centrale (zona neutra), gli utilizzi U delle elettrovalvole 1 e 2 collegano le camere M e N con lo scarico T: in questa configurazione di riposo il cursore 3 si porta in posizione centrale e le due utenze A e B sono in scarico.

Consideriamo in primo luogo la configurazione ad anello chiuso del dispositivo secondo il trovato in cui la posizione del cursore 3 viene letta dal trasduttore a trasformatore differenziale 7, mediante l'elemento tastatore 8, e convertita in un segnale analogico in tensione di valore variabile tra un valore di posizione neutra del cursore 3, un valore di corsa massima ed un valore di corsa minima.

La tensione di uscita dal trasduttore viene confrontata nel nodo 42 con il segnale elettrico di riferimento Rif proveniente dal joystick e la differenza tra i due segnali viene amplificata dall'amplificatore 43 e utilizzata come segnale di errore di posizione con segno E che serve come riferimento per l'anello di controllo della corrente degli elettromagneti 11 e 12 (si vedano le Fig. 4 e 5).

I due elettromagneti 11 e 12 non vengono mai pilotati contemporaneamente: i comparatori 49 e 50 servono per selezionare l'uno o l'altro della coppia di elettromagneti a seconda del segno dell'errore di posizione E.

Nella configurazione ad anello chiuso oltre al rilevamento della posizione del cursore 3 viene altresì rilevata la corrente di eccitazione degli elettromagneti 11 e 12 (rilevamento effettuato anche nella configurazione ad anello aperto descritta nel seguito).

L'amplificatore 28 impiegato per tale rilevamento vede unicamente ad intervalli la corrente effettiva dell'elettromagnete e la ricostruzione della parte mancante della corrente è effettuata mediante il circuito RC 29 avente la stessa costante di tempo della bobina L/R.

II valore così letto della corrente viene confrontato nel nodo 45 con l'errore di posizione assoluto |E| e il segnale differenza risultante è amplificato dall'amplificatore 46 e confrontato successivamente nel comparatore 47 con il segnale di uscita dell'oscillatore 48.

Il segnale di uscita dal comparatore 47 (onda quadra) attiva e disattiva l'elettromagnete interessato 11 o 12.

Per quanto riguarda invece il controllo ad anello aperto, il funzionamento è analogo tranne per il fatto che non esiste il controllo di posizione mediante il tastatore 8 e il trasduttore 7 del cursore 3 e di conseguenza sono pure assenti le sicurezze per l'errore di posizione del cursore

L'unico anello di controllo presente è quello relativo alla corrente di comando dei due elettromagneti 11 e 12.

Il segnale di ingresso Rif proveniente dal joystick segue due percorsi distinti ma speculari per i due elettromagneti 11 e 12.

L'elaborazione effettuata sul segnale nei blocchi 25 e 30 fa sì che dal primo blocco esca un segnale Rif 1 positivo per valori maggiori della tensione corrispondente alla zona di tensione neutra del joystick e quindi in grado di comandare l'elettromagnete 11 mentre dal secondo blocco esca un segnale Rif 2 positivo per valori di tensione inferiori al valore di tensione neutra (posizione di riposo dell'asta di comando del joystick), in modo da comandare l'elettromagnete 12.

I segnali Rif 1 e Rif 2 vengono poi rispettivamente confrontati con il valore letto della corrente degli elettromagneti, nodi 24 e 31 e i segnali differenza risultanti (segnali di errore di corrente) vengono rispettivamente confrontati con le tensioni di uscita degli oscillatori a bassa frequenza 22 e 35 per alimentare quindi gli elettromagneti 11 e 12 delle elettrovalvole proporzionali 1 e 2.

In entrambe le configurazioni, ad anello chiuso e ad anello aperto, esistono oscillatori 15 di stabilizzazione delle tensione di alimentazione in modo tale da svincolare il funzionamento del dispositivo dalla particolare tensione di alimentazione esterna.

La generazione del segnale elettrico di uscita del joystick può seguire in modo sostanzialmente lineare la posizione della leva di comando di quest'ultimo, con una zona centrale neutra corrispondente alla posizione di riposo della leva di comando, oppure il segnale di uscita può essere legato in modo regolabile (mediante i trimmer 64) allo spostamento della leva di comando, ossia la pendenza del segnale di uscita del joystick può essere modificabile a piacimento.

In questo modo il valore di tensione del segnale di uscita può essere variato pur effettuando con la leva di comando del joystick la medesima escursione .

L'elettronica del joystick prevede una protezione in caso di mancanza di tensione di alimentazione nel quale caso il segnale di uscita viene automaticamente posto in una condizione di alta impedenza per far ritornare il cursore 3 nella posizione neutra.

Inoltre sono presenti una protezione contro corto circuiti sull'uscita, una protezione contro la rottura di un potenziometro 62 e una protezione dai disturbi dell'alimentazione.

La protezione contro i disturbi dell'alimentazione prevede un doppio sistema di filtraggio per limitare le sovratensioni. Un varistore contiene le tensioni impulsive di alto valore mentre un circuito LC con capacità di valore elevato limita le sovratensioni di ampiezza moderata ma di durata maggiore (distacco improvviso di carichi, apertura e chiusura di circuiti).

Per quanto riguarda invece il funzionamento puramente idraulico del dispositivo secondo il trovato, e con riferimento alle Fig. 1 e 2, questo è come segue.

Supponiamo che il joystick sia mosso dalla posizione di riposo (zona neutra) e che il segnale elettrico corrispondente da esso generato Rif ecciti il magnete 11 dell'elettrovalvola 1. In questo caso, la posizione 200 dell'elettrovalvola 1 si porta nella posizione 100 consentendo il collegamento della linea di pressione P con l'utilizzo U.

La pressione di entrata all'elettrovalvola 1 sarà sempre costante mentre la pressione sull'utilizzo U sarà unicamente in funzione e proporzionale alla quantità di corrente agente sull'elettromagnete 11 in quell 'istante.

La pressione ridotta dell'utilizzo U passa, tramite la linea F, nella camera M nella quale agisce sull'area del cursore 3 spingendo tale cursore verso sinistra sul disegno e consentendo quindi l'afflusso di pressione sull'utenza A.

Al contrario, la camera N tramite la linea di collegamento Z è in comunicazione con l'utilizzo U dell’elettrovalvola 2 la quale tramite la sua posizione 300 la collega con lo scarico T.

Supponendo ora di azionare nuovamente la leva di comando del joystick, in modo che il segnale elettrico Rif così generato ecciti l'elettromagnete 12 dell'elettrovalvola 2, si avrà la seguente situazione.

La posizione 400 dell'elettrovalvola 2 si porta in posizione 300 consentendo il collegamento dell'utilizzo U con la linea di pressione P.

Anche in questo caso la pressione in ingresso all'elettrovalvola 2 sarà sempre costante mentre la pressione sull'utilizzo U sarà unicamente funzione e proporzionale alla quantità di corrente agente sull'elettromagnete 12 in quell'istante.

La pressione ridotta dell'utilizzo U passa quindi mediante la linea Z alla camera N mandandola in pressione ed agendo quindi sul cursore 3 spostandolo verso destra nella figura e consentendo così l'afflusso di pressione sull'utenza B del distributore 6.

Allo stesso tempo la camera M viene collegata con lo scarico T.

Nel caso di funzionamento in anello chiuso, in entrambi i sensi di movimento del cursore 3, il tastatore 8 del trasduttore di posizione 7 legge istante per istante la posizione del cursore 3 e la traduce in tensione elettrica la quale viene confrontata con il segnale di riferimento proveniente dal joystick, come spiegato in precedenza.

Qualsiasi comando che non sia il segnale elettrico Rif proveniente dal joystick verrà riconosciuto come errore dal trasduttore di posizione 7 il quale blocca inizialmente in posizione il cursore 3 e quindi se l'errore perdura blocca l'intero circuito mediante la messa a scarico delle elettrovalvole 1 e 2.

Il sistema di segnalazione di guasti permette di bloccare il dispositivo in modo estremamente veloce segnalando al contempo in modo visivo lo stato di guasto.

Si è in pratica constatato come il dispositivo elettroidraulico secondo il presente trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto consente di pilotare e controllare a distanza un distributore idraulico spostando secondo le esigenze il cursore per attivare o disattivare le utenze collegate al distributore.

Il comando a distanza mediante il joystick permette di azionare la coppia di elettrovalvole proporzionali le quali a loro volta generano una pressione idraulica proporzionale al segnale elettrico inviato dal joystick, per comandare lo spostamento del cursore.

La possibilità di funzionamento sia in anello aperto che in anello chiuso rende altamente versatile il dispositivo secondo il presente trovato: nella seconda versione (anello chiuso) è possibile controllare in retroazione la posizione del cursore escludendo automaticamente qualsiasi comando esterno che non sia quello elettrico proveniente dal joystick.

Il dispositivo così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Così, ad esempio, per quanto riguarda il controllo della corrente di eccitazione degli elettromagneti 11 e 12, è possibile limitare il valore massimo della corrente ad un valore proporzionale all'errore di posizione assoluto |E| e modulare la corrente con onda quadra a frequenza tarabile (bassa frequenza) indipendentemente per i due elettromagneti 11 e 12.

In questo modo il "duty cycle" della bassa frequenza modulante rimane costante mentre nel caso descritto in precedenza varia con la corrente e quindi è possibile che con elevati valori di corrente scompaia la capacità di vibrazione del nucleo magnetico 10.

Inoltre, la variante sopra descritta permette di regolare in modo indipendente le frequenze modulanti per i due elettromagneti 11 e 12 in modo di adattare la frequenza alle caratteristiche dell'elettrovalvola e del circuito idraulico.

Infine, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo elettroidraulico per il pilotaggio ed il controllo a distanza di un distributore idraulico di una valvola direzionale per la messa in pressione o a scarico di una coppia di utenze, caratterizzato dal fatto di comprendere una coppia di elettrovalvole proporzionali alimentate da una linea di pressione e dotate di una linea di scarico, dette elettrovalvole proporzionali essendo rispettivamente collegate a camere terminali opposte di un distributore idraulico atto a mandare in pressione o in scarico una coppia di utenze, mezzi di comando a distanza atti a generare un segnale elettrico di comando per l'eccitazione di elettromagneti di dette elettrovalvole e un circuito elettronico atto a controllare e regolare la corrente di eccitazione di detti elettromagneti in funzione di detto segnale elettrico di comando, detta corrente di eccitazione pilotando detti elettromagneti per l'alimentazione selettiva di dette camere con una pressione prefissata o la loro messa a scarico attraverso dette elettrovalvole per lo spostamento del cursore di detto distributore proporzionalmente a detta corrente di eccitazione, detto circuito elettronico essendo integrato nel corpo di alloggiamento di detto distributore idraulico.
2. 2. Dispositivo elettroidraulico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un trasduttore di posizione atto a rilevare la posizione di detto cursore e a trasformarla in un segnale analogico in tensione.
3. 3. Dispositivo elettroidraulico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto circuito elettronico comprende mezzi di rilevamento della corrente di detti elettromagneti e mezzi di confronto di detta corrente rilevata con detto segnale di comando proveniente dai mezzi di comando a distanza, al fine di generare un segnale di errore di corrente.
4. 4. Dispositivo elettroidraulico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto circuito elettronico comprende mezzi di confronto atti a confrontare detto segnale analogico in tensione con detto segnale di comando proveniente dai mezzi di comando a distanza, al fine di generare un segnale di errore, dotato di segno, della posizione del cursore, detto segnale di errore di posizione essendo retroazionato a dette elettrovalvole .
5. 5. Dispositivo elettroidraulico secondo le rivendicazioni 3 e 4, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di confronto atti a confrontare detto segnale di errore di posizione del cursore con il segnale di uscita di detti mezzi di rilevamento della corrente.
6. 6. Dispositivo elettroidraulico secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi oscillatori a bassa tensione atti a generare un segnale confrontabile con detto segnale di errore di corrente, per il pilotaggio di detti elettromagneti.
7. 7. Dispositivo elettroidraulico secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di rilevamento della corrente degli elettromagneti comprendono un amplificatore con un filtro in cascata.
8. 8. Dispositivo elettroidraulico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto circuito elettronico comprende un oscillatore stabilizzatore di tensione atto a stabilizzare la tensione su detti elettromagneti.
9. 9. Dispositivo elettroidraulico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto trasduttore di posizione comprende un trasformatore differenziale dotato di nucleo magnetico a cui è collegato un.elemento tastatore destinato a contattare in ogni istante detto cursore per rilevarne la posizione.
10. 10. Dispositivo elettroidraulico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un comparatore a finestra del segnale di errore di posizione del cursore per mantenere lo spostamento di detto cursore entro limiti prefissati.
11. 11. Dispositivo elettroidraulico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un comparatore a finestra per il segnale di comando proveniente da detti mezzi di comando a distanza, per mantenere entro valori prefissati il valore di tensione di detto segnale di comando.
12. 12. Dispositivo elettroidraulico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un circuito di protezione contro disturbi sull'alimentazione.
13. 13. Dispositivo elettroidraulico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una elettrovalvola di messa a scarico del dispositivo atta a disattivare il dispositivo in seguito ad un segnale di errore proveniente da detti comparatori a finestra.
14. 14. Dispositivo elettroidraulico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di comando a distanza comprendono un joystick dotato di un proprio circuito elettronico.
15. 15. Dispositivo elettroidraulico secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detto joystick comprende, per il movimento lungo ciascuno di tre assi coordinati cartesiani, un commutatore di polarità per l'inversione del movimento, un potenziometro con tensione di uscita proporzionale allo spostamento della leva di comando di detto joystick e un trimmer di regolazione del segnale di comando di uscita per limitare la portata massima di detta linea di pressione di dette elettrovalvole.
16. 16. Dispositivo elettroidraulico secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto joystick comprende inoltre un trimmer di regolazione della rampa di accelerazione di detto segnale di comando di uscita, al fine di variare la tensione di uscita con un medesimo spostamento di detta leva di comando.
17. 17. Dispositivo elettroidraulico secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il segnale di comando di uscita di detto joystick è un segnale di tensione, differenziale.
18. 18. Dispositivo elettroidraulico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una o più delle caratteristiche descritte e/o illustrate.