ITPR20090100A1

ITPR20090100A1 - Dispositivo di controllo del segnale di pressione di pilotaggio

Info

Publication number: ITPR20090100A1
Application number: IT000100A
Authority: IT
Inventors: Ivan Bassoli
Original assignee: Walvoil Spa
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-01
Also published as: US8413688B2; EP2330303A1; US20110132472A1; EP2330303B1

Description

DESCRIZIONE

TITOLO: DISPOSITIVO DI CONTROLLO DEL SEGNALE DI

PRESSIONE DI PILOTAGGIO

CAMPO DI APPLICAZIONE DELL’INVENZIONE

Il presente trovato si inserisce nel campo dei dispositivi di controllo del segnale di pressione di pilotaggio di valvole idrauliche, particolarmente, ma non esclusivamente, per il controllo della movimentazione di carichi gravitazionali. Il controllo tempo-dipendente della pressione di pilotaggio si rende necessario per evitare l’insorgenza di fenomeni di instabilità in fase di movimentazione di un carico trascinante mediante l’impiego di attuatori idraulici quali cilindri o motori.

STATO DELL’ARTE

Sono noti numerosi sistemi per il controllo della pressione di pilotaggio che agisce sulla valvola idraulica, costituiti principalmente da strozzatori, regolabili e non, che smorzano le oscillazioni di pressione nella linea che alimenta il lato di rientro del cilindro e impediscono che i picchi raggiungano la camera di pilotaggio della valvola di controllo discesa.

Un esempio della tecnica nota è quella descritta nel documento brevettuale EP1178219, in cui si descrive un dispositivo idraulico per il controllo di una pressione di pilotaggio in cui nel sistema è presente uno strozzatore regolabile che ha il compito di disaccoppiare la pressione presente nella linea che alimenta l’attuatore idraulico o il cilindro in fase di abbassamento del carico, da quella che pilota la valvola, limitando le oscillazioni da cui può essere affetta quest’ultima e stabilizzando così la discesa del carico.

In tale realizzazione è stata aggiunta una valvola a due vie, che può assumere una posizione aperta ed una chiusa e che permette un riempimento rapido della camera di pilotaggio della valvola overcenter fino a quando la pressione della linea lato sfilo raggiunge un dato valore, per eliminare una lentezza di risposta che altrimenti sarebbe tipica di questo sistema.

Lo svantaggio di una soluzione di questo tipo è che deve necessariamente essere costituita da due elementi distinti in parallelo per poter realizzare entrambe le funzioni di smorzamento del segnale e riempimento rapido della camera di pilotaggio. Inoltre la realizzazione descritta è relativamente poco compatta e non consente una buona flessibilità nella realizzazione costruttiva di circuiti idraulici integrati.

ESPOSIZIONE E VANTAGGI DEL TROVATO

Scopo del presente trovato è quello di ovviare agli inconvenienti sopra lamentati, e a tutti quelli dell’arte nota, mettendo a disposizione della tecnica un dispositivo atto a realizzare in modo integrato le funzioni di smorzamento del segnale di pilotaggio e di riempimento rapido della camera di pilotaggio, con una realizzazione compatta e che non richieda elementi aggiuntivi all’interno del corpo valvola.

Il dispositivo del presente trovato è una valvola a due vie e due posizioni per la comunicazione tra la linea di pilotaggio lato stelo cilindro e la linea di pilotaggio lato valvola. La valvola può assumere una posizione aperta ed una parzializzata, o che comunque non assume mai una posizione chiusa; in altre parole è suscettibile di assumere una posizione tale da non chiudere mai completamente il passaggio di fluido tra le linee di pilotaggio.

Il principale vantaggio del presente trovato è quello di rendere disponibile un unico dispositivo che realizzi entrambe le funzioni di smorzamento di un segnale di pressione pilotante e di riempimento rapido di una camera di pilotaggio, eliminando la necessità di integrare in un corpo valvola ulteriori elementi per il controllo di detto segnale di pressione.

Un ulteriore vantaggio del presente trovato è quello di poter essere posizionato all’interno del collettore di un circuito idraulico integrato con diverse configurazioni delle connessioni idrauliche, consentendo una notevole flessibilità nella scelta delle architetture costruttive del blocco valvola, e permettendo in questo modo di soddisfare specifici vincoli di ingombro che possono presentarsi nella progettazione di questi dispositivi.

Detti scopi e vantaggi sono tutti raggiunti dal dispositivo di controllo del segnale di pressione di pilotaggio, oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto previsto nelle sotto riportate rivendicazioni.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di alcune forme di realizzazione illustrate, a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno.

- Figura 1: illustra lo schema idraulico di un esempio di applicazione della prima forma di realizzazione con otturatore conico, che può essere costruita nelle varianti A e B di cui alle figure 2 e 3,

- Figura 1bis: illustra lo schema idraulico di un ulteriore esempio di applicazione della prima forma di realizzazione con otturatore conico, che può essere costruita nelle varianti A e B di cui alle figure 2 e 3,

- Figura 2: illustra lo schema idraulico e l’esecuzione costruttiva di una variante indicata con A di una prima forma di realizzazione con otturatore conico di un dispositivo di controllo del segnale di pilotaggio di valvole idrauliche, per il controllo della movimentazione di carichi gravitazionali,

- Figura 3: illustra lo schema idraulico e l’esecuzione costruttiva di una variante indicata con B della prima forma di realizzazione con otturatore conico,

- Figura 4: illustra lo schema idraulico di un esempio di applicazione della variante C della prima forma di realizzazione, di cui alla figura 5,

- Figura 5: illustra lo schema idraulico e la realizzazione costruttiva di una ulteriore variante di esecuzione, indicata con C, del primo esempio di realizzazione con otturatore conico del dispositivo di controllo, comprendente una valvola unidirezionale, - Figura 6: illustra lo schema idraulico di un esempio di applicazione della variante A della seconda forma di realizzazione, di cui alla figura 7,

- Figura 7: illustra lo schema idraulico e l’esecuzione costruttiva di una variante indicata con A di una seconda forma di realizzazione con otturatore a cassetto di un dispositivo di controllo del segnale di pilotaggio di valvole idrauliche, per il controllo della movimentazione di carichi gravitazionali,

- Figura 8: illustra lo schema idraulico di un esempio di applicazione della variante B della seconda forma di realizzazione con otturatore a cassetto di cui alla figura 9.

- Figura 9: illustra lo schema idraulico e l’esecuzione costruttiva di una variante indicata con B del secondo esempio di realizzazione con otturatore a cassetto di cui alla figura 7, comprendente una valvola unidirezionale,

DESCRIZIONE DEL TROVATO

Con particolare riferimento alla figura 1, 4, 6 e 8 si illustrano quattro schemi idraulici di possibili impieghi delle diverse forme di realizzazione di dispositivo di controllo del segnale di pressione su una linea di pilotaggio.

La linea di pilotaggio è stata identificata con 108, 109 per una prima forma di realizzazione, con 208, 209 per una seconda forma di realizzazione e sua variante, e 308, 309 per una terza forma di realizzazione e sua variante. Il dispositivo di controllo è stato identificato con il riferimento 100, 200, 200bis, 300 e 300bis.

Una tipica applicazione del presente trovato (100, 200, 200bis, 300, e 300bis) è quella che prevede di pilotare una valvola overcenter 3, quest’ultima posta sulla linea idraulica di un cilindro di sollevamento 1 di carichi M.

Un distributore idraulico è identificato nello schema con 4, mentre con 5 è identificata la linea di alimentazione sul lato dello stelo del cilindro (mentre sull’altro lato opera la valvola 3).

Il dispositivo di controllo, oggetto del trovato, opera tra la linea 5 e la valvola 3. Nello specifico, detto dispositivo di controllo è una valvola che integra le funzioni di smorzamento del segnale di pilotaggio e di riempimento rapido della camera di pilotaggio, con una realizzazione compatta e che non richiede elementi aggiuntivi all’interno del corpo valvola.

La valvola suddetta si caratterizza per il fatto che non chiude mai completamente la comunicazione tra le linee di pilotaggio (108, 109, 208, 209, 308, 309): è una valvola a due vie (esempio linea 108, 109) e due posizioni (con luce di passaggio completamente aperta o parzializzata) di cui entrambe per la comunicazione tra la linea di pilotaggio lato stelo cilindro e la linea di pilotaggio lato valvola 3, tuttavia, mentre una posizione consente tutto il passaggio, la seconda (pur non chiudendo completamente) realizza una riduzione di sezione.

PRIMO ESEMPIO DI REALIZZAZIONE - VARIANTE A

Con particolare riferimento alla figura 1 e 2 si illustra un dispositivo 100 di controllo del segnale di pressione di pilotaggio di valvole 3 idrauliche.

Con 101 si identifica il corpo valvola in cui il dispositivo è integrato, con 108 e 109 le connessioni idrauliche del trovato, comunicanti rispettivamente con le linee di pilotaggio lato stelo cilindro 1 e lato valvola 3.

Una cartuccia 102 è solidale al corpo 101 e comprende al suo interno, sul proprio asse 110, un elemento elastico 103 che comanda in posizione un otturatore 106 a cono.

La forza di compressione dell’elemento elastico 103 è tarabile mediante un riscontro 104 filettato cui fa battuta dalla parte opposta a quella di contatto con il piattello 111 dell’otturatore .

Per definire l’otturatore a cono, si evidenzia come questo sia costituito da due parti rigidamente connesse, di cui una prima parte cilindrica ed una seconda parte, per l’appunto, conica, indicata con 106B.

La parte cilindrica dell’otturatore è sagomata in modo tale da permettere il libero passaggio di fluido fra le linee di pressione 108 e 109, fino all’instante in cui detta parte conica 106B giunge a contatto con lo spigolo di tenuta 113 della cartuccia 102.

L’otturatore 106 reca un ulteriore foro assiale 112 di passaggio verso la linea 109; detto foro 112 essendo chiuso da un grano 107 con foro calibrato.

Tutto l’otturatore è mosso dalla pressione nella linea 108 cosicché può assumere due posizioni: in posizione aperta permette il flusso libero di fluido da 108 a 109 e viceversa, mentre se la parte conica 106B è spinta contro lo spigolo di tenuta 113 della cartuccia 102, il passaggio di fluido è permesso attraverso il grano 107 forato presente nell’otturatore 106 (ovvero attraverso il foro 112), realizzando l’effetto di smorzamento.

La pressione che causa la chiusura dell’otturatore può essere regolata agendo sul riscontro 104 e quindi sull’elemento elastico 103. La camera in cui è posto l’elemento elastico 103 è in comunicazione con l’ambiente esterno e quindi si trova normalmente a pressione atmosferica, pertanto la pressione che causa la chiusura dell’otturatore non è influenzata dalle variazioni di altre pressioni presenti all’interno del sistema.

Con particolare riferimento alla figura 1bis, si evidenzia anche come il dispositivo 100 possa funzionare con effetti analoghi a quelli descritti anche invertendo le connessioni idrauliche, ovverosia con la connessione idraulica 108 comunicante con la linea di pilotaggio lato valvola 3, e la connessione idraulica 109 comunicante con la linea che effettua l’alimentazione dell’attuatore idraulico in fase di abbassamento del carico. Questa proprietà vale per tutti gli esempi di realizzazione e le relative varianti di seguito illustrate, tenendo presente che per le varianti (200bis, 300bis) che includono una valvola di ritegno (215, 315), il verso di funzionamento di detta valvola deve essere opportunamente modificato per garantire sempre lo scarico della pressione di pilotaggio della valvola overcenter 3.

Un ulteriore vantaggio del presente trovato è quindi la possibilità di funzionare con due diverse configurazioni delle connessioni idrauliche, consentendo una notevole flessibilità nella definizione delle architetture costruttive di circuiti idraulici integrati in blocchi valvola di cui il dispositivo di controllo del pilotaggio è parte.

PRIMO ESEMPIO DI REALIZZAZIONE - VARIANTE B

Con particolare riferimento alla figura 1 e 3 si illustra un dispositivo, ora indicato con 200, di controllo della linea di pilotaggio. La soluzione B riporta molti elementi e concetti della soluzione della variante A.

Con 201 si identifica il corpo del dispositivo, con 208 e 209 le connessioni idrauliche del trovato, comunicanti rispettivamente con le linee di pilotaggio lato stelo cilindro 1 e lato valvola 3.

Una cartuccia 202 è solidale al corpo 201 e comprende al suo interno, sul proprio asse 210, un elemento elastico 203 che comanda in posizione un otturatore 206 a cono.

La forza di compressione dell’elemento elastico 203 è tarabile mediante un riscontro 204 filettato cui fa battuta dalla parte opposta a quella di contatto con il piattello 211 dell’otturatore .

Per definire l’otturatore a cono, si evidenzia come questo sia costituito da due parti, di cui una prima parte cilindrica ed una seconda parte, per l’appunto, conica, indicata con 206B.

A differenza del caso precedente lo strozzatore è costituito dal filetto di una vite 207 che crea un trafilamento controllato e variabile in funzione del numero di filetti della vite 207 che si trovano in presa sul foro filettato dell’otturatore 206, in modo da avere un dispositivo con smorzamento regolabile. Un dado 217 permette di mantenere la vite 207 bloccata in posizione una volta effettuata la regolazione.

L’otturatore 206 reca un foro assiale 212 di passaggio verso la linea 209; detto foro 212 viene chiuso dalla vite 207 con la quale si crea il trafilamento.

Il vantaggio di questa realizzazione è che è possibile regolare la strozzatura del segnale di pilotaggio per conferire al sistema la prontezza di risposta desiderata. Un ulteriore vantaggio di questa realizzazione è che la regolazione del livello di smorzamento non è direttamente accessibile all’utilizzatore, come garanzia contro la manomissione della taratura di fabbrica.

PRIMO ESEMPIO DI REALIZZAZIONE - VARIANTE C

Con particolare riferimento alla figura 4 e 5 si illustra una terza variante di realizzazione della soluzione con otturatore a cono.

Il dispositivo è ora indicato on 200bis.

La soluzione è del tutto analoga alle varianti A e B del primo esempio di realizzazione, di cui presenta lo stesso principio di funzionamento ed analoghi vantaggi.

A differenza dei casi precedentemente illustrati, si osserva la presenza, integrato nello stesso dispositivo 200bis, di una valvola 215 di ritegno che consente uno scarico rapido della pressione nella linea 209 qualora detta pressione sia maggiore di quella presente nella linea 208. Questa caratteristica può rendersi necessaria in alcune applicazioni, per garantire una chiusura immediata della valvola di bilanciamento 3 nel caso di un repentino calo della pressione nella linea 208, ad esempio per effetto di un guasto o di un rapido rilascio del comando da parte dell’operatore.

SECONDO ESEMPIO DI REALIZZAZIONE – VARIANTE A Con particolare riferimento alle figure 6 e 7 si illustra una seconda variante del dispositivo da inserire sulla linea di pilotaggio della valvola 3.

Ora il dispositivo di controllo del segnale di pressione di pilotaggio di valvole 3 idrauliche è indicato con 300.

Al posto dell’otturatore conico, il dispositivo comprende un cursore, identificato con 322, scorrevole nel foro della cartuccia 302 e che è accoppiato con tale foro su un’unica superficie cilindrica.

Con 301 si identifica il corpo del dispositivo, con 308 e 309 le linee di pilotaggio lato stelo cilindro 1 e lato valvola 3.

Ancora una volta una cartuccia 302 è solidale al corpo 301 e comprende al suo interno, sul proprio asse 310, un elemento elastico 303 che comanda in posizione un cursore 322 scorrevole in un corrispondente foro assiale. La forza di compressione dell’elemento elastico 303 è tarabile mediante un riscontro 304 filettato cui fa battuta dalla parte opposta a quella di contatto con il piattello 311 dell’otturatore. La camera in cui è posto l’elemento elastico 303 è in comunicazione con l’ambiente esterno e quindi si trova normalmente a pressione atmosferica, pertanto lo spostamento del cassetto è determinato solo dalla pressione nella linea 308 e non è influenzato dalle variazioni di altre pressioni presenti all’interno del sistema.

Detto cursore 322 viene accoppiato con precisione alla cartuccia ed il suo posizionamento è continuo, vale a dire, può assumere tutte le posizioni intermedie fra le due rappresentate nello schema, a seconda del valore della pressione nella linea 308, realizzando un diverso effetto di smorzamento a seconda della posizione assunta, come è spiegato di seguito.

In posizione aperta è permesso il passaggio libero di fluido da 308 a 309 e viceversa attraverso i fori 330 e 328 dell’otturatore 322.

Quando il tratto del cursore 322 con foro 328 trasversale entra in accoppiamento con il diametro di scorrimento sulla cartuccia, il passaggio di fluido fra 308 e 309 è consentito solamente per trafilamento nel meato fra cassetto e cartuccia. La portata di trafilamento che passa da 308 a 309 o viceversa è determinata dal gioco di accoppiamento tra il cassetto 322 e la cartuccia 302, che possono quindi essere dimensionati opportunamente per imporre il livello desiderato di restrizione del passaggio del fluido idraulico.

Il trafilamento suddetto avviene contemporaneamente sulle parti alta 323 e bassa 324 del cassetto 322. Per effetto della diversa forma dei due meati in cui avviene il trafilamento, le portate di fluido che attraversano le due regioni di accoppiamento saranno in generale diverse, e varieranno in modo diverso al variare della posizione del cassetto 322 all’interno della cartuccia 302. Ne risulta che la portata totale di trafilamento fra le linee 308 e 309 o viceversa varia a seconda della posizione in cui si trova il cassetto 322 rispetto alla cartuccia 302, consentendo così una modulazione continua dell’effetto smorzante.

Il dispositivo è dotato di una vite 321, dispositivo finecorsa, di regolazione che permette di impostare la lunghezza massima di accoppiamento fra cassetto e cartuccia, per regolare il trafilamento che si desidera avere nella posizione di fine corsa.

Un vantaggio di questa soluzione è che mediante la vite 321 mette a disposizione dell’utente, all’esterno del blocco valvola, un comando per la regolazione del massimo livello di strozzatura che si desidera applicare al segnale di pilotaggio.

Un ulteriore vantaggio è la progressività dell’effetto smorzante: il cursore può essere sagomato in modo opportuno con nicchie e forature in modo da ottenere la desiderata legge di corrispondenza fra pressione di pilotaggio presente nella linea 308 e portata di trafilamento, per adattare la risposta del sistema idraulico alle esigenze delle specifiche applicazioni

SECONDO ESEMPIO DI REALIZZAZIONE – VARIANTE B Con particolare riferimento alla figura 8 e 9 si illustra la variante B del secondo esempio di realizzazione, con soluzione a cassetto e precisamente nella figura 8 lo schema idraulico di un esempio di applicazione della variante realizzativa con cassetto 322, e valvola di ritegno 315; nella figura 9 la forma realizzativa e lo schema idraulico della variante costruttiva di cui alla figura 8.

In figura 9 il dispositivo di controllo del segnale di pressione di pilotaggio di valvole 3 idrauliche è indicato con 300bis.

La soluzione è del tutto analoga alla variante A del secondo esempio di realizzazione, di cui presenta lo stesso principio di funzionamento ed analoghi vantaggi, in più include una valvola 315 di ritegno integrata che consente uno scarico rapido della pressione nella linea 309 qualora detta pressione sia maggiore di quella presente nella linea 308. Questa caratteristica può rendersi necessaria in alcune applicazioni, per garantire una chiusura immediata della valvola di bilanciamento 3 nel caso di un repentino calo della pressione nella linea 308, ad esempio per effetto di un guasto o di un rapido rilascio del comando da parte dell’operatore.

ULTERIORI VARIANTI

Per ottenere sistemi di controllo diversi, entrambe le soluzioni, con otturatore a cono o a cassetto, possono essere realizzate con strozzatura anche nella posizione aperta, per esempio tramite un foro calibrato sulla cartuccia. Infatti, se il foro trasversale che scarica dalla cartuccia è sufficientemente piccolo, anche il passaggio in posizione aperta risulterà parzializzato.

Inoltre, le configurazioni di cui sopra del dispositivo oggetto del presente trovato possono essere utilizzate in abbinamento con altri dispositivi idraulici di controllo del pilotaggio presenti nella tecnica nota, al fine di avere un segnale pilotante opportunamente modulato secondo le esigenze dell’impianto all’interno del quale viene impiegato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (100, 200, 200bis, 300, 300bis) per il controllo di una pressione di pilotaggio di valvole (3) idrauliche, operante tra due linee di pilotaggio (108, 109, 208, 209, 308, 309) tra detta valvola (3) e la linea di alimentazione di un attuatore idraulico (1), comprendente una valvola a due vie e due posizioni per la comunicazione tra la linea di pilotaggio (108, 208, 308) lato attuatore (1) e la linea di pilotaggio (109, 209, 309) lato valvola (3), caratterizzato dal fatto che detta valvola a due vie e due posizioni è suscettibile di assumere differenti posizioni tali da non chiudere mai completamente il passaggio di fluido tra le linee di pilotaggio (108, 109, 208, 209, 308, 309), ad esempio una posizione aperta ed una parzializzata, o che comunque non assume mai una posizione chiusa.
2. Dispositivo (100, 200, 200bis), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende in combinazione: a. un otturatore (106, 206) a cono (106B, 206B) posizionato nel condotto (112, 212) interno del dispositivo (100, 200, 200bis) e di comunicazione delle linee di pilotaggio (108, 109, 208, 209) b. un passaggio parzializzato (107, 207) all’interno del dispositivo (100, 200, 200bis) stesso, nel condotto (112, 212); la parte conica (106B, 206B) dell’otturatore essendo mossa dalla differenza fra la pressione presente nella linea 108 e la pressione atmosferica, che agisce in opposizione alla forza esercitata da un elemento elastico 103: in posizione aperta permette il flusso libero di fluido, mentre se spinta a chiusura il passaggio di fluido è ancora permesso attraverso la strozzatura (107, 207) presente nell’otturatore (106, 206), realizzando l’effetto di smorzamento.
3. Dispositivo (300, 300bis), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che a. comprende un cursore (322), scorrevole con precisione nel relativo foro, con condotti (330, 328) di comunicazione tra le linee di pilotaggio (308, 309) a posizionamento continuo mosso dalla differenza fra la pressione presente nella linea 308 e la pressione atmosferica, che agisce in opposizione alla forza esercitata da un elemento elastico 303, b. quando il foro (328) consente la comunicazione tra 308 e 309, è permesso il passaggio libero di olio da 308 a 309 e viceversa, c. quando il foro (328) trasversale entra in accoppiamento con il diametro di scorrimento sulla cartuccia 302, il passaggio di fluido fra 308 e 309 è consentito solamente per trafilamento fra elemento mobile (322) e foro di scorrimento.
4. Dispositivo (300, 300bis), secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il cursore (322) e la cartuccia (302) sono realizzati con forme opportune tali per cui la portata di trafilamento di fluido da (308) a (309) e viceversa dipende dalla posizione del cursore (322) rispetto alla cartuccia (302).
5. Dispositivo (300, 300bis), secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che comprende un organo di fine corsa meccanico (321) che permette di regolare la posizione che il cursore (322) assume in condizione di completa chiusura.
6. Dispositivo (100), secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la strozzatura è un grano (107) forato presente nell’otturatore (106).
7. Dispositivo (200), secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la strozzatura è il filetto di una vite (207), avvitata nel foro dell’otturatore, ed atta a creare trafilamento controllato e regolabile.
8. Dispositivo (200bis), secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che comprende in aggiunta una valvola (215) di ritegno per uno scarico rapido della pressione di pilotaggio dalla linea 209 alla linea 208.
9. Dispositivo (300bis), secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che comprende in aggiunta una valvola (315) di ritegno per uno scarico rapido della pressione di pilotaggio dalla linea 309 alla linea 308.
10. Dispositivo (100, 200, 200bis, 300, 300bis), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una strozzatura anche nella posizione aperta, per esempio tramite un foro calibrato sulla cartuccia.