ITUB20159571A1

ITUB20159571A1 - Dispositivo valvolare idraulico a piu' sezioni di lavoro con sistema di controllo della pompa con linea di by-pass

Info

Publication number: ITUB20159571A1
Application number: ITUB2015A009571A
Authority: IT
Inventors: Ulderico Busani
Original assignee: Walvoil Spa
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-18
Also published as: US10655648B2; US20180372126A1; EP3390841B1; EP3390841A1; WO2017103104A1

Description

DESCRIZIONE

TITOLO: DISPOSITIVO VALVOLARE IDRAULICO A PIÙ SEZIONI DI LAVORO CON SISTEMA DI CONTROLLO DELLA POMPA CON LINEA DI BY-PASS

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, in cui un'opportuna fiancata di entrata permette di gestire una pompa del tipo ad LS secondo particolari modalità di gestione Si precisa che la protezione si estende a tutti i distributori idraulici aventi il dispositivo valvolare rivendicato.

STATO DELL'ARTE

Le valvole direzionali a centro aperto vengono tradizionalmente abbinate a pompe a cilindrata costante. Una tale soluzione ha limiti energetici nel senso che, anche nel caso di azionamenti in cui basterebbe solo una parte della portata disponibile, in realtà tutta la portata della pompa viene portata in pressione per poi laminare quella eccedente direttamente in serbatoio con una inutile dissipazione di energia e riscaldamento dell'olio.

Per questo sono stati ipotizzati circuiti che utilizzano pompe a cilindrata variabile di vario tipo con opportuni sistemi di gestione della cilindrata.

Un pompa a cilindrata variabile utilizzata nelle macchine tradizionali è la pompa positive control. Queste sono caratterizzate dal fatto che la cilindrata varia in funzione di una pressione di pilotaggio secondo una curva di regolazione della cilindrata in funzione della pressione di pilotaggio del tipo in fig.l.

In fig. 2 è riportato un esempio di circuito che utilizza tale pompa in abbinamento ad una valvola direzionale con elementi a centro aperto classici, dove ora si ha nella fiancata di entrata FE l'inserimento di regolatori di portata sulla LC; un esempio di tale applicazione è anche riportato nel brevetto US5546750.

Un altro esempio di pompa a cilindrata variabile è la pompa LS in cui la cilindrata della pompa varia in modo da mantenere costante il salto di pressione a cavallo di una strozzatura.

Classico è l'utilizzo, insieme a queste pompe, di distributori LS con elementi a centro chiuso e relativi compensatori locali e una serie di selettrici per selezionare il segnale LS più alto fra gli elementi azionati.

Questi distributori assicurano al circuito ottime caratteristiche ma sono distributori costosi e non sempre l'applicazione ne giustifica l'utilizzo.

Per questi sono stati realizzati circuiti idraulici a centro aperto in grado di gestire una pompa LS:

- Un esempio è il flow summation che però non si ottiene semplicemente cambiando una fiancata ma richiede elementi specifici diversi dai classici elementi ad attraversamento,

- Un altro esempio sono le fiancate unloader, le quali permettono di gestire una pompa LS con un distributore ad attraversamento con un'opportuna fiancata di entrata, In questo caso però, a differenza della nuova soluzione, nell'azionamento singolo la portata all 'uti lizzo dipende dal carico nel senso che ha parità di corsa la portata all 'uti I izzo varia al variare del carico, se il carico aumenta, diminuisce la portata verso l'utilizzo e viceversa.

Non è nemmeno possibile impostare una portata massima se non quella massima della pompa che si ottiene chiudendo la LC a fine corsa.

Anche nei movimenti contemporanei la portata totale agli utilizzi dipenderà dai carichi oltre al fatto che questa si dividerà 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 singole portate agli utilizzi.

Uno scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione della tecnica un dispositivo valvolare che permetta, intervenendo solo sulla fiancata di entrata di uno standard valvola direzionale ad attraversamento, di gestire una pompa LS secondo caratteristiche definite che illustreremo neH'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.

Un aspetto della invenzione è quello di rendere disponibile un dispositivo valvolare che comprende un gruppo regolatore di portata compensato sulla linea di bypass a monte degli elementi del dispositivo valvolare ed in cui detto regolatore comprende un cassetto compensatore che impone un salto di pressione costante, e quindi una portata costante, attraverso uno strozzatore.

Inoltre il dispositivo valvolare comprende una strozzatura, posta lungo la linea di sovrappressione, in modo che il passaggio attraverso tale strozzatura si apra proporzionalmente al valore della pressione di pilotaggio prelevata dalla linea di by pass a valle del regolatore di portata compensato e a monte di tutti gli elementi.

A valle di detta strozzatura viene poi prelevato il segnale LS che va ad alimentare la pompa LS che invia una portata proporzionale all'apertura della strozzatura, a sua volta proporzionale alla pressione di pilotaggio, a sua volta è proporzionale alla corsa dei cursori come sarà evidente dalla descrizione successiva.

Grazie a questa soluzione il dispositivo valvolare è in grado di rendere, negli azionamenti singoli, la portata aH'utilizzo indipendente dal carico e funzione solo della corsa del cursore; negli azionamenti multipli, di poter almeno fissare la somma delle portate singole agli utilizzi anche se la suddivisione fra le singole utenze rimane dipendente dai carichi.

Altro aspetto della invenzione è quello di evitare una sensibile ed inutile dissipazione di energia nel caso in cui la linea di bypass, o di attraversamento, sia chiusa completamente dall'azionamento dei cursori degli elementi costituenti il dispositivo valvolare.

Tale inconveniente è risolto dall'invenzione inserendo, prima del punto di prelievo del segnale che ritorna al cassetto compensatore e successivamente aziona proporzionalmente lo strozzatore sulla linea di sovrappressione, una seconda strozzatura: chiudendo completamente la linea di bypass LC ed aprendosi una valvola di massima, la portata passa anche attraverso la seconda strozzatura provocando un'opportuna riduzione della portata impostata dal cassetto compensatore, valore che sarà quello minimo necessario a mantenere aperta la valvola di massima.

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: Curva di regolazione di una pompa positive control,

Figura 2: Circuito positive control con regolatore di portata,

- Figura 3 illustra lo schema circuitale del dispositivo di controllo della pompa, oggetto dell'Invenzione.

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

Con riferimento alla figura 3, si illustra un circuito comprendente una pompa a cilindrata variabile LS.

La mandata è collegata in PI alla fiancata di entrata FE.

Uno o più elementi El, E2 ... 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.

In sostanza il circuito valvolare del dispositivo valvolare comprende almeno:

- Un canale di alimentazione PI collegato alla pompa LS PA che alimenta ad alta pressione la fiancata FE e gli elementi ad attraversamento El, ed E2, a valle; come detto il numero degli elementi è variabile in numero a seconda degli utilizzi da collegare,

- Una linea di bypass, o di attraversamento, indicata con LC, la mandata PI al serbatoio T,

- Cursori Cl...Cn degli elementi ΕΙ.,.Εη che intercettano, tra l'altro, detta linea di bypass LC; il passaggio in LC è aperto quando i cursori Cl..Cn sono in posizione centrale e 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.

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 e quindi la portata che fluisce nella linea di bypass LC rispetto alle linee delle portate di rientro delle utenze e delle valvole, che vanno ugualmente al serbatoio T ma con quindi due attacchi divisi, ovvero:

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

- Un canale di scarico 6, collegato ad un serbatoio T a bassa pressione, in cui confluiscono gli scarichi delle valvole e degli utilizzi.

Da quanto detto finora, nella fiancata di entrata FE la mandata della pompa si divide in due canali:

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

Si osserva altresì la presenza di un gruppo regolatore di portata del tipo compensato a 2 vie, posto sulla sola linea di bypass LC e nella fiancata, prima di tutte le sezioni El..En.

Precisamente, il gruppo regolatore di portata è costituito da: - Un cassetto 3 a due posizioni compensato, ovvero ad apertura variabile, che funge da compensatore locale; - Un passaggio strozzato 2.

Sul cassetto 3 agisce da un lato la forza di una molla M e la pressione della linea 10 di pilotaggio P, presa a valle degli strozzatori 2 e 5, mentre dall'altro lato e in chiusura la pressione della linea 9 presa tra il cassetto e il passaggio strozzato 2.

La molla M impone quindi un opportuno stand by attraverso gli strozzatori il cui valore deve essere inferiore allo stand by impostato dalla pompa LS.

II suddetto gruppo regolatore è tarato, per esempio, a 15-20 l/min sulla linea LC

a valle del gruppo regolatore di portata e sulla linea di bypass LC a monte del primo elemento El, è prelevata la pressione di pilotaggio P che agisce aprendo una strozzatura, nella fattispecie un cassetto 8 ad apertura proporzionale, lungo la linea di sovrappressione 4 il cui valore sarà determinato dalle perdite di carico della portata impostata dal regolatore di portata compensato attraverso la linea di bypass LC.

Essendo costante la portata, le perdite di carico e quindi la pressione di pilotaggio sono proporzionali alla corsa dei cursore Cn e solo alla corsa del cursore Cl. Essendo il passaggio attraverso detta strozzatura 8 proporzionale alla pressione di pilotaggio P è quindi proporzionale alla corsa dei cursori.

Il segnale LS prelevato a valle della suddetta strozzatura 8 arriva alla pompa LS PA; quindi quest'ultima invierà una portata proporzionale all'apertura della strozzatura 8, a sua volta proporzionale alla pressione di pilotaggio, a sua volta proporzionale alla corsa dei cursori.

FUNZIONAMENTO AH'avviamento la pompa LS, invia la portata minima per generare lo stand by. Questa corrisponde alla portata di taratura del regolatore di portata compensato con stand by più basso. Infatti raggiunta tale portata il regolatore strozza per impedire che la portata superi la taratura incrementando la pressione in PI fino al valore di stand by della pompa LS.

Detta portata fluisce quindi tutta attraverso il cassetto 3 compensatore, quindi attraverso la linea di bypass LC ed arriva al serbatoio T, mediante la linea C.

Come detto, a valle del gruppo regolatore di portata (cassetto 3 strozzatore 2) e sulla linea di bypass LC a monte del primo elemento El, è prelevata la pressione di pilotaggio P che agisce sullo strozzatore proporzionale 8, il cui valore sarà determinato dalle perdite di carico della portata attraverso la linea di bypass LC.

Si osserva inoltre la presenza di un secondo strozzatore 5, posto sempre sulla linea di pilotaggio P, oltre ché una valvola di massima 7 tarata nell'esempio a 30 bar.

La pompa LS genera quindi sempre la portata di taratura che, insieme ai passaggi attraverso la LC, deve essere tale da generare una pressione di pilotaggio P leggermente inferiore a quella che genera l'apertura dello strozzatore 8.

AZIONAMENTO DI UN CURSORE

Si descrive ora cosa succede azionando singolarmente un cursore, ad esempio quello indicato con Cl. Innanzitutto si apre il collegamento fra la linea di sovrappressione 4 e l'utilizzo corrispondente (lungo linee Al o Bl). Al contempo, il passaggio attraverso la linea di bypass LC si stringe per cui aumentano le perdite di carico e quindi la pressione di pilotaggio P sullo strozzatore 8 prelevata dopo il cassetto compensatore 3.

L'aumento della pressione di pilotaggio del regolatore della pompa porta all'apertura del passaggio attraverso la strozzatura 8 mettendo così in comunicazione la mandata PI alla linea del segnale LS. Circuitando la PI sull'LS la pressione in PI aumenta progressivamente fino a superare la pressione del carico sull 'uti lizzo azionato. A quel punto nasce un flusso attraverso lo strozzatore 8 il cui valore sarà determinato dal valore dello stand by a cui è tarata la pompa LS.

Il gruppo regolatore di portata compensato, tuttavia, mantiene costante la portata attraverso la linea di bypass LC: quindi rimangono costanti le perdite di carico, quindi la pressione di pilotaggio, quindi l'apertura dello strozzatore 8 e quindi la portata all'utilizzo attraverso la linea di sovrappressione 4, indipendentemente dal carico.

Inoltre, essendo costante la portata, le perdite di carico e quindi la pressione di pilotaggio sono proporzionali alla corsa del cursore CI e solo alla corsa del cursore Cl, quindi l'apertura dello strozzatore 8 e quindi la portata all'utilizzo sono funzione solo della corsa.

Azionando ulteriormente il cursore Cl, le perdite di carico attraverso la linea di bypass LC e quindi la pressione di pilotaggio P tende ad aumentare aumentando ulteriormente l'apertura della strozzatura 8 e la portata erogata dalla pompa LS che fluirà verso l'utilizzo sempre per l'intervento del gruppo regolatore di portata che mantiene costante la portata sulla linea di bypass LC.

Da quanto detto si deduce già che, negli azionamenti singoli, la portata all'utilizzo è indipendente dal carico ma funzione solo della corsa del cursore Cl. Ne consegue che, negli azionamento singoli, è anche possibile impostare una portata massima all'utilizzo.

AZIONAMENTO DI PIU' CURSORI

Supponendo ora di azionare un secondo cursore, quello indicato con C2, la linea di bypass LC si stringe ulteriormente con conseguente aumento delle perdite di carico, aumento della pressione appena a valle del gruppo regolatore di portata compensato, quindi aumento della pressione P, con conseguente aumento del passaggio attraverso lo strozzatore proporzionale 8 e quindi della portata inviata dalla pompa LS PA.

La suddivisione della portata fra le due utenze dipende dai carichi reciprochi ma la portata totale inviata dalla pompa LS è indipendente dai carichi delle utenze.

Se a fine corsa del cursore C2 si chiude la LC, la portata impostata dal compensatore fluisce verso scarico attraverso la valvola di massima 7, tarata alla pressione che porta lo strozzatore proporzionale 8 alla massima apertura a cui corrisponde la portata massima della pompa LS: tutta la portata a cui è tarato il regolatore di portata andrebbe direttamente a scarico con una sensibile ed inutile dissipazione di energia.

Tale inconveniente è risolto dall'invenzione inserendo, prima del punto di prelievo del segnale che ritorna al cassetto 3 del compensatore e successivamente allo strozzatore 8, una seconda strozzatura 5: finché non interviene la valvola di massima 7, non passa olio per cui la portata impostata dal compensatore è determinata dalla sola prima strozzatura 2. Chiudendo completamente la linea di bypass LC ed aprendosi la valvola di massima 7, la portata passa anche attraverso la seconda strozzatura 5 provocando un'opportuna riduzione della portata impostata dal cassetto compensatore 3, valore che sarà quello minimo necessario a mantenere aperta la valvola di massima 7.

Riassumendo, il dispositivo valvolare comprende, sulla sola linea di bypass LC e a monte del primo elemento El, un gruppo regolatore di portata comprendente almeno un cassetto compensatore 3 e una strozzatura 2; un segnale di pilotaggio P collegato a detto gruppo regolatore di portata e allo strozzatore proporzionale 8 il cui passaggio aumenta all'aumentare della pressione di pilotaggio; detto segnale di pilotaggio P essendo prelevato a valle del cassetto 3 compensatore e dopo detta strozzatura 2.

Claims

RIV E N D ICAZIO N 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 LS (PA); ciascun elemento (El, E2...En) comprendente cursori (Cl, C2...Cn) configurati per comandare azionamento a relativi utilizzi (Al, Bl, A2, B2, ... An, Bn); il dispositivo valvolare direzionale predisposto per il collegamento alla pompa (PA) per mezzo di una linea di mandata (PI) che si divide in almeno due canali di cui: a. Una linea di bypass (LC) che, con i cursori (Cl,C2..Cn) in posizione centrale, attraversa tutti gli elementi (El, E2...En) per poi collegarsi al serbatoio T attraverso un indipendente collegamento (C), b. Una linea di sovrappressione (4) che, con i cursori Cl..Cn in posizione centrale, è una linea chiusa, detto dispositivo valvolare caratterizzato dal fatto di comprendere, sulla sola linea di bypass LC e a monte del primo elemento (El), un gruppo regolatore di portata comprendente almeno un cassetto compensatore (3) e una strozzatura (2); un segnale di pilotaggio (P) collegato a detto gruppo regolatore di portata che agisce su uno strozzatore variabile proporzionale (8) lungo la linea di sovrappressione (4); un segnale (LS) a valle della suddetta strozzatura (8) arriva successivamente alla pompa (PA).
2. Dispositivo valvolare, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende un secondo strozzatore (5) lungo il pilotaggio (P) ed una valvola di massima (7) sullo stesso segnale (P) a valle del suddetto secondo strozzatore (5), la valvola di massima è tarata alla pressione che porta lo strozzatore (8) alla massima apertura a cui corrisponde la massima cilindrata della pompa LS.
3. Dispositivo valvolare, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la pompa (PA) è una pompa a cilindrata variabile di tipo load sensing.
4. Dispositivo valvolare, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto gruppo regolatore di portata è compreso nella fiancata di entrata (FE) del dispositivo.