ITUB20159570A1

ITUB20159570A1 - Dispositivo valvolare idraulico a piu' sezioni di lavoro con sistema di controllo della pompa

Info

Publication number: ITUB20159570A1
Application number: ITUB2015A009570A
Authority: IT
Inventors: Massimo Musiani
Original assignee: Walvoil Spa
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-06-16
Also published as: WO2017103079A1; EP3390842A1; EP3390842B1; US20180372088A1

Description

TITOLO: DISPOSITIVO VALVOLARE IDRAULICO A PIÙ SEZIONI DI LAVORO CON SISTEMA DI CONTROLLO DELLA POMPA

CAMPO DI APPLICAZIONE DELL'INVENZIONE

Il presente trovato si inserisce nel campo dei dispositivi valvolari idraulici, a circuito aperto e a più elementi o sezioni di lavoro, predisposti per gestire una pompa.

Particolarmente con il presente dispositivo valvolare è possibile gestire:

- In una prima forma di realizzazione, una pompa del tipo a cilindrata variabile con sistema a controllo negativo, o negative control.

- In una seconda forma di realizzazione, una pompa load sensing.

Si precisa che la protezione si estende a tutti i distributori idraulici aventi il dispositivo valvolare rivendicato.

STATO DELL'ARTE

Nelle macchine tradizionali di lavoro dotate di un circuito idraulico a centro aperto è possibile gestirne la pompa.

Nel caso di pompa a cilindrata variabile viene inviato al regolatore della pompa la pressione idraulica prelevata a monte di un orifizio inserito alla fine della linea di bypass, detta anche di carry-over. In particolare il controllo è tale che, al diminuire della pressione a monte dell'orifizio la portata inviata dalla pompa a cilindrata variabile aumenta. Per questo si dice che è un circuito negative control.

All'avviamento la pressione che agisce sul regolatore è nulla per cui la pompa tende ad andare alla portata massima, Aumentando però la portata aumentano le perdite di carico attraverso l'orifizio del sistema di pilotaggio del segnale di pressione, composto oltre a quello anche da una relief valve; ne consegue che:

- aumenta la pressione che agisce sul regolatore della pompa e

- cala la portata inviata dalla pompa, fino ad arrivare ad un punto di equilibrio in cui le perdite di carico attraverso l'orifizio di una determinata portata corrispondono a quella pressione di pilotaggio sul regolatore della pompa che genera quella determinata portata.

In generale questi sistemi prevedono che la pompa generi comunque una portata minima e l'equilibrio fra portata e pressione di pilotaggio del regolatore della pompa risulta nella allegata figura 4.

Azionando singolarmente un cursore, il passaggio attraverso la linea di bypass comincia a ristringersi, per cui aumenta la pressione in fiancata di entrata all'inizio della linea di bypass, a causa dell'aumento delle perdite di carico. Contemporaneamente si apre il collegamento fra linea di sovrapressione e l'utilizzo.

Se la pressione all 'utilizzo è superiore alla pressione generata in fiancata di entrata dalle perdite di carico attraverso la linea di bypass, tutta la portata continuerà ad essere ancora scaricata attraverso la linea di bypass , le perdite di carico attraverso l'orifizio rimangono invariate e così la portata inviata dalla pompa.

Continuando ad aumentare la corsa del cursore azionato, le perdite di carico attraverso la linea di bypass continuano ad aumentare fino a che la pressione in fiancata di entrata supera la pressione del carico aH'utilizzo con la conseguenza che parte della portata fluisce verso l'utenza stessa, riducendo la portata attraverso la linea di bypass ed in particolare attraverso l'orifizio: si riduce quindi la pressione di pilotaggio del regolatore della pompa con conseguente aumento della portata. Questa nuovo valore di portata andrà ad aumentare sia quella verso l'utilizzo che quella alla linea di bypass fino a che troverà un nuovo equilibrio, in cui però la portata attraverso l'orifizio sarà calata e quindi la portata inviata dalla pompa è aumentata.

Di conseguenza, la portata all'utilizzo ad una certa corsa del relativo cursore dipende dal carico, ovvero se il carico aumenta diminuisce la portata verso l'utilizzo ed aumenta quella attraverso l'orifizio, con conseguente riduzione della portata inviata fino a raggiungere un nuovo punto di equilibrio in cui sarà calata la portata all'utilizzo e la portata inviata mentre è aumentata la portata attraverso l'orifizio.

Dato che la portata, ad una certa corsa, dipende dai carichi, non è possibile, anche negli azionamento singoli, impostare una portata massima all 'uti lizzo che non sia la portata massima della pompa. Quindi normalmente si arriva a chiudere la linea di bypass, la portata attraverso lo strozzatore si annulla così come le perdite di carico attraverso lo strozzatore e la pompa si porta alla cilindrata massima.

Azionando ora anche un secondo cursore, la linea di bypass si stringe ulteriormente con conseguente riduzione della portata attraverso la linea di bypass stessa e attraverso lo strozzatore 2, con conseguente diminuzione del segnale di pilotaggio alla pompa ed aumento della portata che va dalla mandata verso le utenze. La portata si divide fra le due utenze in funzione dei carichi reciprochi e al variare di questi carichi non solo varia la suddivisione fra le utenze azionate ma anche la somma delle portate singole.

Un primo scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione della tecnica un dispositivo valvolare che permetta di eliminare alcuni limiti del sistema di gestione di una pompa a cilindrata variabile, a controllo negativo o del tipo LS, nell'ambito di una soluzione semplice, razionale e dal costo piuttosto contenuto.

Tali ed altri scopi sono raggiunti grazie alle caratteristiche dell'invenzione riportante nella rivendicazione indipendente 1. Le rivendicazioni dipendenti delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell'invenzione.

In particolare, un primo aspetto della invenzione è quello di rendere disponibile un dispositivo valvolare comprendente una riduttrice di pressione sulla linea di bypass atta a mantenere costante il salto di pressione lungo la sola linea di bypass attraverso gli elementi del dispositivo.

Grazie a questa soluzione:

• nel caso di azionamenti dei singoli cursori dei singoli elementi, la portata all'utilizzo è indipendente dal carico, ovvero funzione solo della corsa del cursore; grazie a questa possibilità si può impostare la portata massima alla relativa utenza, nel caso di azionamenti multipli dei cursori dei rispettivi elementi, la somma delle portate è indipendente dai carichi, rimanendo dipendente dai carichi la suddivisione fra le singole utenze.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

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

Figura 1: illustra lo schema circuitale classico di un dispositivo valvolare di gestione di una pompa e precisamente di una pompa a controllo negativo, negative control; la descrizione dello schema è sostanzialmente già stato indicato nello stato del l'arte.

Figura 2: illustra lo schema circuitale del dispositivo di controllo della pompa, oggetto dell'invenzione, quando la pompa è del tipo a cilindrata variabile e "negative control".

Figura 3: illustra lo schema circuitale del dispositivo di controllo della pompa, oggetto dell'invenzione, quando la pompa è del tipo a cilindrata variabile del tipo Load Sensing.

- Figura 4: illustra la curva di regolazione della cilindrata in funzione della pressione di pilotaggio di una pompa a cilindrata variabile con sistema negative control. Da controllare DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

GESTIONE DI UNA POMPA A CONTROLLO NEGATIVO

Con riferimento alla figura 2, si illustra un circuito del tipo comprendente una pompa a cilindrata variabile.

In questo caso la tipologia della pompa a cilindrata variabile, indicata con PA, è del tipo a "negative control"; la mandata è collegata in PI alla fiancata di entrata FE.

Uno o più elementi El... En (nel caso 2 elementi E1 ed E2) del tipo ad attraversamento che permette di collegare la pompa PA e il serbatoio alle varie utenze attraverso gli utilizzi (Al, Bl, A2, B2).

Una fiancata di scarico FS mantiene separate le portate provenienti dalla linea di bypass LC da quelle provenienti dal rientro delle utenze e dagli scarichi delle valvole e li collega entrambi al serbatoio T attraverso due linee separate.

Nel circuito del dispositivo valvolare di figura 2 si ha almeno un canale di alimentazione PI collegato alla pompa a cilindrata variabile per sistemi negative control PA che alimenta ad alta pressione la fiancata FE e gli elementi ad attraversamento El, ed E2, a valle; si precisa che il numero degli elementi è variabile in numero a seconda degli utilizzi da collegare.

E' altresì presente una linea di bypass, o di attraversamento ed indicata con LC, che collega la mandata PI al serbatoio di scarico: tuttavia, al contrario di ciò che accade nei distributori valvolari ad attraversamento standard, dove tutti sono uniti così da fuoriuscire da un unico attacco, nella presente invenzione è tenuta divisa la linea di bypass (e quindi la portata che fluisce nella linea LC) rispetto alle linee delle portate di rientro delle utenze e delle valvole, che vanno ugualmente al serbatoio T ma con attacchi divisi, ovvero:

attacco C, indipendente, che collega la linea di bypass LC al serbatoio T,

- canale di scarico 6, a bassa pressione, in cui confluiscono gli scarichi delle valvole e degli utilizzi.

In ogni caso sia la linea di bypass LC che il rientro delle utenze che gli scarichi delle valvole sono collegati con il serbatoio T.

Sono altresì presenti:

- Cursori Cl, C2 ...Cn degli elementi El, E2, ... En che intercettano, tra l'altro, detta linea di bypass LC; il passaggio in LC è aperto quando i cursori Cl, C2 .. Cn sono in posizione centrale si riduce all'aumentare della corsa fino a chiudersi o raggiungere la massima strozzatura a fine corsa,

- Una linea di sovrappressione 4 che collega la mandata PI agli utilizzi con il passaggio chiuso in posizione centrale ed aperto a fine corsa, anch'esso con possibilità di posizioni intermedie strozzate,

- Uno strozzatore 2 posto sulla linea di bypass LC e dopo tutte le sezioni El, E2 ..En,

- Una valvola 3 di by pass dello strozzatore 2 stesso.

- Una linea N o segnale di pilotaggio, per il collegamento diretto o indiretto alla linea di segnale di pilotaggio della pompa PA.

Tenendo a mente la configurazione appena descritta e con riferimento alle figure, si osserva che nella fiancata di entrata FE la mandata della pompa PA (in questo esempio, si ricorda essere a controllo negativo) si divide in due canali:

- La linea di bypass LC che, con i cursori CI e C2 in posizione centrale, attraversa tutti gli elementi El, E2 per poi collegarsi al serbatoio attraverso il collegamento C, - La linea di sovrappressione 4 che, con i cursori Cl..Cn in posizione centrale, è una linea chiusa.

Si osserva inoltre la presenza di una valvola riduttrice 5 di pressione, disposta sulla sola linea di bypass LC. La valvola 5 di questo esempio è tarata sui 30 bar.

Airavviamento, la pressione che agisce sul regolatore è nulla per cui la pompa PA tende ad andare alla portata massima.

Aumentando la portata, aumentano le perdite di carico attraverso l'orifizio 2 e quindi la pressione che agisce sul regolatore della pompa PA, diminuendo la portata inviata dalla pompa PA, fino ad arrivare ad un punto di equilibrio in cui le perdite di carico attraverso l 'orifizio 2 corrispondono a quella pressione di pilotaggio sul regolatore della pompa PA che genera quella determinata portata.

Tale portata crea una determinata perdita di carico lungo la linea di bypass LC attraverso gli elementi (El, E2), generando una determinata pressione appena a valle della riduttrice 5.

La riduttrice 5 è tarata appena sopra tale valore di pressione.

Questo sistema prevede altresì che la pompa generi comunque una portata minima e l'equilibrio fra portata e pressione di pilotaggio del regolatore della pompa risulta come in figura 4.

AZIONAMENTO DI UN CURSORE

Azionando un cursore, ad esempio quello indicato con Cl, si apre il collegamento fra la linea di sovrapressione 4 e l'utilizzo relativo.

Il passaggio attraverso la linea di bypass LC si restringe per cui aumenta la pressione in detta linea di bypass LC dopo la riduttrice 5 a causa dell'aumento delle perdite di carico.

La riduttrice 5 è configurata in modo da mantenere costante la pressione al suo valore di taratura, quindi interviene riducendo la portata (nella sola linea di bypass LC) a quel valore per cui le perdite di carico sono pari alla taratura della riduttrice 5.

Così facendo cala la portata attraverso lo strozzatore 2 e quindi la pressione del segnale di pilotaggio della pompa che quindi invierà più portata.

Tuttavia la riduttrice 5 impedisce a questa portata aggiuntiva di fluire nella linea di bypass LC.

Detta portata aggiuntiva fluisce solo verso l'utenza azionata, ovvero attraverso la linea di sovrappressione 4 e l'utilizzo.

Di conseguenza, la portata all 'uti lizzo è indipendente dal carico ma funzione solo della corsa del cursore, diversamente dell'arte nota dei circuiti con sistemi negative control.

Continuando ad azionare ulteriormente il cursore Cl, le perdite di carico attraverso la linea di bypass LC e quindi la pressione immediatamente a valle della riduttrice 5 tende ad aumentare, facendo ora intervenire la riduttrice 5 stessa; quest'ultima ristabilisce la propria taratura riducendo ulteriormente la portata in linea di bypass LC, che a sua volta riduce le perdite di carico attraverso lo strozzatore 2 e quindi la pressione del segnale di pilotaggio del regolatore della pompa PA, con conseguente aumento della portata inviata dalla pompa.

Portata che andrà tutta all 'uti I izzo.

Da quanto detto si deduce già che la portata all 'uti lizzo è indipendente dal carico ma funzione solo della corsa. Ne consegue che, negli azionamento singoli, è anche possibile impostare una portata massima all 'utilizzo che non sia la portata massima della pompa diversamente da quanto è in grado di fare l'arte nota del negative control.

AZIONAMENTO DI PIU' CURSORI

Si supponga di azionare anche un secondo cursore, C2.

La linea di bypass LC si stringe ulteriormente con conseguente, nell'ordine:

- aumento delle perdite di carico,

- aumento della pressione appena a valle della riduttrice 5, - intervento della riduttrice 5 in modo da riportare la pressione tale pressione al valore della taratura della riduttrice

- riduzione della portata nella linea di bypass LC,

- riduzione delle perdite di carico attraverso lo strozzatore 2,

- riduzione della pressione di pilotaggio della pompa PA, - aumento della portata inviata dalla pompa PA.

La suddivisione della portata fra le due utenze dipende dai carichi reciprochi ma, diversamente dall'arte nota, la portata totale inviata dalla pompa PA è indipendente dai carichi delle utenze.

Avendo, con la valvola riduttrice 5, impostato una pressione fissa all'inizio della linea di bypass LC prima del primo elemento ed essendo la pressione in serbatoio fissa e considerata nulla, con detta riduttrice 5 si è impostato una caduta di pressione fissa fra l'inizio della LC prima della prima sezione e il serbatoio.

Supponendo di essere in posizione centrale, attraverso i vari cursori Cl, C2... Cn vi saranno opportune aree A di passaggio più la strozzatura 2 ora essendo che

Q = A x Cf x ΔΡ

P

La presenza della regolatrice 5 sulla sola linea di bypass LC fissa il salto di pressione ΔΡ; in aggiunta, l'area di passaggio attraverso la linea di bypass LC è nota e definita: dalla formula si ottiene quindi il valore di una determinata portata Q che attraversa tutta la linea LC e l'orifizio 2 (quest'ultimo posto sulla linea stessa, a valle).

Siccome il segnale N di pilotaggio è preso dopo tutti gli elementi El..En ma prima della strozzatura fissa 2, ne consegue che la pressione in quel punto è data dalle perdite di carico della determinata portata Q attraverso lo strozzatore 2 (considerata nulla la pressione in serbatoio T).

Quando tutti i cursori Cl..Cn sono in posizione centrale, detta determinata portata Q deve essere uguale a quella minima della pompa PA.

Tale condizione si verifica con la pressione di pilotaggio uguale o leggermente superiore ad una determinata pressione P, funzione della taratura della pompa PA. Per cui lo strozzatore 2 deve essere tale che, in corrispondenza della portata minima della pompa, generi una perdita di carico uguale o leggermente superiore a quella della taratura a cui la pompa invia la portata minima, con riferimento alla curva di regolazione della pompa,

GESTIONE DI UNA POMPA TIPO LOAD SENSING

Il circuito illustrato del dispositivo valvolare si presta, come detto anche a gestire una pompa di tipo load sensing.

Nell'esempio finora descritto il pilotaggio va ad alimentare il segnale di pilotaggio della pompa negative control e genera una portata inversamente proporzionale alla pressione di pilotaggio (a sua volta inversamente proporzionale alla corsa dei cursori) Nella variante di realizzazione che contempla la gestione di una pompa PA di tipo load sensing e con particolare riferimento alla figura 3 che ne illustra il funzionamento circuitale, il suddetto pilotaggio N va ora a chiudere una adeguata strozzatura, vale a dire un cassetto 7 ad apertura proporzionale, cassetto che è posto lungo la linea di sovrapressione 4.

In tal situazione il passaggio attraverso la strozzatura imposta dal cassetto 7 si apre in modo inversamente proporzionale alla pressione di pilotaggio N e quindi proporzionalmente alla corsa dei cursori Gl, C2...Cn.

Un segnale LS, a valle della suddetta strozzatura del cassetto 7, arriva alla pompa PA load sensing, cosicché quest'ultima invia una portata proporzionale al l'apertura della strozzatura a sua volta inversamente proporzionale alla pressione di pilotaggio che a sua volta è inversamente proporzionale alla corsa dei cursori Cl, C2...Cn.

Riassumendo con il dispositivo valvolare descritto, attraverso una linea di pilotaggio N si può controllare direttamente una pompa PA a cilindrata variabile con sistema a controllo negativo, o negative control, oppure con il dispositivo valvolare descritto, attraverso un pilotaggio N e un cassetto proporzionale sulla linea di sovrapressione si può controllare indirettamente una pompa PA a cilindrata variabile di tipo load sensing. In quest'ultimo caso il segnale di pilotaggio arriva al cassetto 7 e da questo alla pompa mediante un segnale LS.

Per entrambe le soluzioni, il dispositivo valvolare reca sulla sola linea di bypass LC e a monte del primo elemento E1 una valvola riduttrice 5 di pressione. NeH'azionamento singolo, rende la portata all'utilizzo indipendente dal carico e consente di poter impostare una portata massima a fine corsa; negli azionamenti multipli, assicura che la somma delle portate richieste sia indipendentemente dai carichi.

La riduttrice 5 è configurata in modo da imporre un salto di pressione costante lungo la sola linea di bypass LC e attraverso gli elementi El, En.

La linea di bypass LC è configurata per essere collegata al serbatoio T mediante un attacco C indipendente dall'attacco in cui confluiscono le portate di rientro delle utenze e valvole.

Claims

RIVE N DICAZION I 1. Dispositivo valvolare direzionale, componibile a uno o più elementi o sezioni (El, E2,..En) e di gestione di una pompa a cilindrata variabile (PA); detto dispositivo valvolare essendo predisposto per il collegamento alla pompa (PA) attraverso almeno una linea di mandata (PI) e almeno una linea di sovrappressione (4), un attacco per il collegamento del serbatoio alla linea (T) a bassa pressione in cui confluiscono le portate di rientro delle utenze e delle valvole, uno strozzatore (2) disposto su una linea di attraversamento o bypass (LC) e a valle dell'ultimo elemento (En); una linea (N) per il collegamento, diretto o indiretto, alla linea di segnale di pilotaggio della pompa (PA); detta linea (N) atta a prelevare il pilotaggio sulla linea di bypass (LC) fra l'ultimo elemento (En) e lo strozzatore (2); il dispositivo valvolare caratterizzato dal fatto che sulla sola linea di bypass (LC) e a monte del primo elemento (El) è presente una riduttrice (5) di pressione; la riduttrice (5) è configurata in modo da imporre un salto di pressione costante lungo la sola linea di bypass (LC) e attraverso gli elementi (El, En).
2. Dispositivo valvolare, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la linea di bypass (LC) è collegabile al serbatoio (T) mediante un attacco (C), detto attacco (C) indipendente dall'attacco in cui confluiscono le portate di rientro delle utenze e delle valvole.
3. Dispositivo valvolare, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la pompa (PA) è una pompa a cilindrata variabile con sistema di controllo negativo,
4. Dispositivo valvolare, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la pompa (PA) è una pompa a cilindrata variabile di tipo load sensing.
5. Dispositivo valvolare, secondo la rivendicazione 1 e 4, caratterizzato dal fatto di comprendere una strozzatura (7), di un cassetto ad apertura proporzionale, lungo la linea di sovrappressione (4) e detto segnale di pilotaggio (N) è configurato per aprire, in modo inversamente proporzionale, detta strozzatura (7) mentre un segnale (LS) a valle della suddetta strozzatura (7) arriva successivamente alla pompa (PA).