ITUB20154253A1 - Veicolo sollevatore con un braccio di sollevamento telescopico provvisto di un sistema ammortizzatore - Google Patents

Veicolo sollevatore con un braccio di sollevamento telescopico provvisto di un sistema ammortizzatore Download PDF

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Description

"Veicolo sollevatore con un braccio di sollevamento telescopico provvisto di un sistema ammortizzatore"
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo dell'invenzione
La presente invenzione riguarda un veicolo sollevatore con un braccio di sollevamento telescopico munito di un attacco per il montaggio di un attrezzo.
Descrizione della tecnica nota
I veicoli sollevatori di guesto tipo possono essere equipaggiati con diversi tipi di attrezzi, come ad esempio forche, pale, piattaforme aeree, ecc.. Quando il veicolo opera con una pala, una forca, o un simile attrezzo che effettua il caricamento al suolo può capitare che un 1'attrezzo urti contro ostacoli rigidi situati a distanza ravvicinata dal veicolo, come ad esempio muri, marciapiedi o tombini sporgenti. I veicoli sollevatori hanno un'elevata guantità di moto o energia cinetica, dovuta essenzialmente alla consistente massa del veicolo, per cui gli urti frontali, anche se a bassa velocità, provocano elevate sollecitazioni della struttura del veicolo, in particolare del braccio, del telaio e del perno di articolazione del braccio, ed espongono 1'operatore a situazioni di pericolo.
I veicoli sollevatori, le pale caricatrici e i trattori con caricatore frontale attualmente sul mercato non hanno alcun tipo di protezione dagli urti e ciò può causare danni fisici all'operatore oltre che danneggiamenti alle macchine .
Scopo e sintesi dell'invenzione
La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire un veicolo sollevatore con braccio di sollevamento telescopico che consenta di mitigare gli effetti di urti frontali .
Secondo la presente invenzione , tale scopo viene raggiunto da un veicolo sollevatore avente le caratteristiche formanti oggetto della rivendicazione 1.
Come risulterà chiaro nel seguito della descrizione , il veicolo secondo 1'invenzione è dotato di un sistema ammortizzatore associato al cilindro di sfilo del braccio telescopico. Il sistema ammortizzatore permette un rientro graduale della sezione telescopica del braccio in caso di urto frontale, con una conseguente riduzione degli effetti inerziali sul veicolo. Grazie al sistema ammortizzatore si limitano i danni al veicolo e si riducono i rischi a cui sarebbe sottoposto il guidatore in caso di urto frontale. Il sistema ammortizzatore secondo la presente invenzione è inoltre particolarmente utile in tutte le fasi di spinta con pala, lama o simili attrezzi, in guanto mitiga le sollecitazioni imposte nel normale ciclo di lavoro, anche in assenza di urti frontali.
Breve descrizione dei disegni
La presente invenzione verrà ora descritta dettagliatamente con riferimento ai disegni allegati , dati a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:
- la figura 1 è una vista prospettica di un veicolo sollevatore con braccio telescopico,
la figura 2 è uno schema del circuito idraulico associato al braccio telescopico di un veicolo secondo la presente invenzione ,
la figura 3 è una sezione di un'elettrovalvola indicata dalla freccia III nella figura 2,
- la figura 4 è una vista prospettica di un gruppo accumulatore, e
- la figura 5 è un diagramma indicante la variazione di pressione a seguito di un urto frontale in un sistema secondo la presente invenzione.
Descrizione dettagliata
Con riferimento alla figura 1, con 10 è indicato un veicolo sollevatore comprendente un telaio semovente 12 avente un asse anteriore 14 ed un asse posteriore 16. Il veicolo 10 comprende un braccio telescopico 18 articolato nella sezione posteriore del telaio 12 attorno ad un asse trasversale 20. Il braccio telescopico 18 è dotato ad una sua estremità di un attacco 22 per il collegamento di attrezzi di diverso tipo.
Il braccio telescopico 18 è situato al centro del telaio 12, fra una cabina di guida 24 ed un gruppo motore 26. Il veicolo 10 comprende un cilindro di sollevamento 28 con estremità articolate al telaio 12 ed al braccio 18. Il cilindro di sollevamento 28 è azionabile per comandare il brandeggio del braccio 18 attorno all'asse trasversale 20 fra una posizione abbassata nella guaie il braccio 18 si estende in direzione orizzontale o inferiore ed una pluralità di posizioni sollevate.
Il braccio telescopico 18 comprende una sezione di base 30 che è articolata al telaio 12 attorno all'asse trasversale 20 ed una sezione telescopica 32 che è mobile all'interno della sezione di base 30 lungo una direzione parallela all'asse longitudinale del braccio 18. Il braccio telescopico 18 comprende un cilindro di sfilo 34 che comanda il movimento telescopico della sezione telescopica 32 lungo 1'asse longitudinale del braccio 18 fra una posizione rientrata ed una pluralità di posizioni estratte.
Nell' esempio illustrato nella figura 1 il braccio telescopico 18 ha una sola sezione telescopica. In alternativa, il braccio telescopico può avere una pluralità di sezioni telescopiche, ciascuna delle guali è associata ad un rispettivo cilindro di sfilo oppure ad uno o più cilindri con rinvii a fune o catena per il loro movimento.
Con riferimento alla figura 2 , il veicolo 10 ha un circuito idraulico 36 che comprende una pompa principale 38 azionata dal motore termico del veicolo 10. Il circuito idraulico 36 comprende un distributore idraulico 40 che riceve fluido sotto pressione dalla pompa 38 e comanda il cilindro di sfilo 34 mediante una prima linea idraulica 42 ed una seconda linea idraulica 44, collegate rispettivamente ad una prima camera 46 ed a una seconda camera 4 8 del cilindro di sfilo 34. La pressione nella prima camera 46 comanda l'estrazione dello stelo 50 del cilindro idraulico 34 e la pressione nella seconda camera 48 comanda il rientro dello stelo 50.
Sulla prima linea idraulica 42 è disposta una valvola di blocco 52 con comando a pressione , che impedisce un ritorno di fluido dalla prima camera 46 verso il distributore 40 in mancanza di una pressione nella seconda linea idraulica 44 superiore ad un valore prestabilito . Il circuito idraulico 36 comprende un sistema ammortizzatore 54 associato al cilindro di sfilo 34. Il sistema ammortizzatore 54 comprende almeno un accumulatore a gas 56. In una forma di realizzazione preferita, il sistema ammortizzatore 54 comprende una pluralità di accumulatori a gas 56 aventi rispettive pressioni di lavoro diverse fra loro e collegati in parallelo fra loro ad un collettore 58. La figura 4 mostra un esempio di realizzazione costruttivo del gruppo di accumulatori 56.
Il collettore 58 del sistema ammortizzatore 54 è collegato alla prima linea idraulica 42 tramite una linea 60 collegata ad un tratto della prima linea idraulica 42 compreso fra la prima camera 46 e la valvola di blocco 52.
Il sistema ammortizzatore 54 può essere associato ad un dispositivo di sicurezza 63 che comprende un sensore di sfilo 62, un'elettrovalvola 64 disposta sulla linea 60 ed un'unità elettronica 66. La figura 3 mostra un esempio costruttivo nel guale la valvola 64 ha un otturatore 66 girevole in un blocchetto 68 avente un canale 70 collegato alla linea 60 ed un foro 72 collegato al collettore 58 degli accumulatori 56. L'elettrovalvola 64 è una valvola ON/OFF, normalmente chiusa e viene aperta dall'unità elettronica 66 guando il sensore di sfilo 62 segnala che 1'estensione del cilindro 34 è inferiore ad una soglia prestabilita. Quando 1'estensione del cilindro 34 supera la soglia prestabilita 1'elettrovalvola 64 è in posizione chiusa.
Il funzionamento del sistema ammortizzatore 54 è il seguente.
Nelle condizioni di funzionamento normale il cilindro di sfilo 34 viene alimentato tramite il distributore 40. Quando il cilindro di sfilo 34 ha raggiunto uno sfilo desiderato, corrispondente ad una lunghezza desiderata del braccio telescopico 18, il distributore 40 si trova in posizione centrale. Nella posizione centrale il distributore blocca il passaggio dell'olio. Inoltre, se non è presente una pressione nella seconda linea 44, la valvola di blocco 52 è chiusa e blocca il passaggio di fluido lungo la prima linea 42 fra il cilindro di sfilo 34 e il distributore 40.
Il sensore di sfilo 62, costituito da un microinterruttore o da un sensore equivalente, riconosce se lo sfilo del cilindro 34 è minore o maggiore di una soglia limite. Se lo sfilo del cilindro 34 è inferiore alla soglia limite 1'unità elettronica 66 commuta 1'elettrovalvola 64 in posizione aperta. Quando 1'elettrovalvola 64 è aperta gli accumulatori 56 sono in comunicazione idraulica con la prima camera 46 del cilindro 34.
In caso di urto frontale contro un ostacolo, lo stelo 50 del cilindro 34 rientra. Il volume di fluido idraulico che fuoriesce dalla prima camera 46 viene inviato agli accumulatori 56. Quando la pressione del fluido idraulico negli accumulatori 56 supera la loro pressione di precarico, il fluido idraulico comprime il gas degli accumulatori 56. Gli accumulatori 56 si caricano con il fluido idraulico proveniente dal cilindro 34 e frenano gradualmente il rientro del braccio e rallentano quindi il movimento in avanti del veicolo. Il numero degli accumulatori 56 dipende dalla corsa massima di frenata che si desidera avere, ovvero dalla lunghezza di rientro del braccio entro cui si vuole che il braccio fermi la macchina.
Quando la lunghezza di sfilo del cilindro 34 supera una soglia limite il dispositivo di sicurezza 63 inibisce il dispositivo ammortizzatore 54 chiudendo 1'elettrovalvola 64. Il dispositivo di sicurezza 63 svolge una funzione di sicurezza in quanto se il volume di fluido idraulico diretto verso gli accumulatori 56 fosse troppo elevato ci sarebbe il rischio di scoppio degli accumulatori. In una forma di realizzazione alternativa, in aggiunta o in sostituzione dell'elettrovalvola 64 e del sensore di sfilo 62 sulla linea 60 potrebbe essere disposta una valvola limitatrice di pressione che lamina il fluido idraulico verso lo scarico se la pressione supera la pressione massima ammissibile degli accumulatori.
La pressione di taratura degli accumulatori 56 non dovrà essere troppo bassa altrimenti la sezione telescopica 32 del braccio 18 rientrerebbe sotto bassi carichi che non corrispondono a una situazione di urto. Allo stesso tempo, la pressione di taratura degli accumulatori non deve essere troppo alta altrimenti il veicolo avrebbe comungue un urto iniziale pericoloso.
L'andamento della pressione durante 1'intervento del sistema ammortizzatore 54 è schematizzato nel grafico di figura 5.
Il punto tO indica 1'istante in cui avviene 1'urto frontale. Prima dell'urto il veicolo è in movimento e la pressione nella camera 46 del cilindro 34 è pari al valore di base ρθ. Subito dopo 1'urto si ha un innalzamento guasi istantaneo della pressione del fluido idraulico. Quando la pressione del fluido raggiunge un valore pi pari al valore della pressione di taratura p* degli accumulatori il gas all'interno degli accumulatori inizia a comprimersi. In guesta fase, compresa fra gli istanti t1 e t2, la sezione telescopica 32 del braccio 18 rientra opponendo una forza progressivamente crescente al movimento del veicolo. Questa forza rallenta progressivamente il veicolo, fino all'arresto del veicolo nell' istante t2, al guale corrisponde una pressione p2. La pressione p2 dovrà essere minore della pressione massima degli accumulatori (pmax).
Il dispositivo di sicurezza 63 serve ad evitare che la pressione di fluido nella linea 60 superi la pressione massima degli accumulatori.
Nel seguito viene fornito il procedimento di dimensionamento del sistema ammortizzatore 54.Sono noti il diametro del cilindro d e la corsa massima x entro cui si vuole fermare il veicolo in movimento. Si può perciò calcolare il volume massimo hV di fluido da smaltire:
ά<2>π
A = - AV= A<■>x
2
Il veicolo che urta frontalmente contro un ostacolo fisso ha un'energia cinetica che deve essere smaltita per frenare il veicolo. 1/energia cinetica E è calcolabile in funzione della massa m del veicolo e della sua velocità di urto vmaxche viene ipotizzata in fase di progetto:
1 ,
<E>=
In altre parole si dimensionerà il sistema ammortizzatore 54 per frenare senza urto la macchina fino ad una certa velocità vmax.
L'energia cinetica viene smaltita in gran parte dagli accumulatori mediante una compressione del gas (azoto) molto veloce. Si ha dungue una trasformazione adiabatica:
v-ìyl — P2<V>I<=>^ => p= kv<~r>
Dove pi e p≤sono le pressioni iniziale e finale del gas (e dell'olio) e Vi e V≤sono il volume iniziale e finale del gas.
L'energia immagazzinata nell'accumulatore è pari al lavoro di compressione che può fare il fluido idraulico sulla sacca di gas:
Impostato il volume iniziale, il volume finale è calcolabile come ^ 2<~ —>&-VmLa pressione finale p≤si impone come pari al valore massimo sopportabile dall'accumulatore (circa 250 bar), mentre la pressione iniziale si ricava come:
Se L > E allora il sistema è in grado di smaltire tutta l'energia cinetica. Il volume Vi dovrà essere impostato con il valore più basso possibile per ridurre il volume di gas necessario e guindi il numero di accumulatori, mantenendo sempre un certo margine di sicurezza in grado di garantire lo smaltimento di tutta 1'energia anche in condizioni fuori progetto.
Avendo individuato i parametri di massima necessari si possono guindi individuare i dati necessari per il dimensionamento e la scelta del numero di accumulatori.
Essendo la trasformazione non lineare, la compressione del gas deve iniziare ad un preciso valore di pressione definito da pi in base alla guaie si sceglie il precarico dell'accumulatore . Nei cataloghi si consiglia di utilizzare una pressione di precarico per gli accumulatori pari al 90% di guella minima per ragioni di usura guindi
p*= 0,9<■>p1
In realtà in guesto caso 1'usura non rappresenta un grande problema perché le sacche vengono compresse occasionalmente e non ciclicamente. Inoltre, come detto, per dissipare 1'energia prevista è necessario che 1'olio inizi a comprimere la sacca alla pressione stabilita e non prima, perché un lavoro effettuato a pressione più bassa a parità di volume dissipa meno energia e ci sarebbe il rischio di arrivare a fine corsa senza aver frenato la macchina e quindi con velocità non nulla. Per questo motivo il valore di precarico deqli accumulatori è mantenuto pari a quello di inizio compressione:
P<*>= Pi
Il volume nominale D.TOT necessario in totale può essere calcolato come da catalogo degli accumulatori:
AV
tfl.TOT — ϊ Ϊ
A questo punto è semplice calcolare il numero minimo di accumulatori necessari<n>acc come:
_ VQ,TOT
*acc
Dove Kica è il volume del singolo accumulatore.
Definiti questi parametri dell'impianto si possono quindi calcolare la pressione massima che viene effettivamente raggiunta e la corsa effettiva del braccio prima che la macchina si fermi e valutare quindi il margine di sicurezza.
Nell'impianto sono inoltre presenti delle perdite di carico che funzionano da smorzamento del sistema. Dunque il rallentamento del braccio sarà in parte aiutato dalle dissipazioni all'interno dei componenti oleodinamici.
Il sistema di ammortizzamento sopra descritto potrà essere disattivato oltre che dal dispositivo di sicurezza 63 in base allo sfilo del braccio telescopico 18 anche da un comando dell'operatore oppure automaticamente da un sensore di angolo che rileva 1'inclinazione del braccio telescopico 18.
Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato senza per questo uscire dall' ambito dell'invenzione così come definito dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (5)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Veicolo sollevatore comprendente: - un telaio semovente (12), - un braccio telescopico (18) munito ad un'estremità distale di un attacco (22) per il montaggio di un attrezzo ed includente una sezione di base (34) articolata al telaio (12) e almeno una sezione telescopica (32), - almeno un cilindro di sollevamento (28) disposto fra il braccio telescopico (18) ed il telaio (12), almeno un cilindro di sfilo (34) disposto per comandare il movimento di detta almeno una sezione telescopica (32) fra una posizione rientrata ed una pluralità di posizioni estratte, un circuito idraulico (36) includente un distributore idraulico (40) collegato a detto cilindro di sfilo (34) tramite una prima ed una seconda linea idraulica (42, 44) collegate, rispettivamente, ad una prima ed a una seconda camera (46, 48) del cilindro di sfilo (34), in cui una valvola di blocco (52) con comando a pressione è disposta su detta prima linea idraulica (42), caratterizzato dal fatto che il circuito idraulico (36) comprende sistema ammortizzatore (54) includente almeno un accumulatore a gas (56) collegato ad un tratto di detta prima linea idraulica (42) compreso fra detta prima camera (46) del cilindro di sfilo (34) e detta valvola di blocco (52).
  2. 2. Veicolo sollevatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto sistema ammortizzatore (54) comprende una pluralità di accumulatori (56) collegati in parallelo fra loro ad un collettore comune (58).
  3. 3. Veicolo sollevatore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti accumulatori hanno rispettive pressioni di taratura diverse fra loro.
  4. 4. Veicolo sollevatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sistema ammortizzatore (54) comprende una valvola ON/OFF (64) che blocca il collegamento fra detto almeno un accumulatore (56) e detta prima linea idraulica (42) quando lo sfilo di detto cilindro (34) è superiore ad una soglia prestabilita, oppure quando 1'angolo del braccio telescopico (18) è superiore ad un valore prestabilito, oppure quando il sistema ammortizzatore (54) è disattivato dall'operatore .
  5. 5. Veicolo sollevatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, caratterizzato dal fatto che detto sistema ammortizzatore (54) comprende una valvola limitatrice di pressione che lamina il fluido idraulico verso uno scarico quando la pressione nell'accumulatore supera un valore limite prestabilito.
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