BR102022004280A2

BR102022004280A2 - Sistema hidráulico

Info

Publication number: BR102022004280A2
Application number: BR102022004280-2A
Authority: BR
Inventors: James Hewitt; Paul Brenner; Ravi Shankar
Original assignee: J.C. Bamford Excavators Limited
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2022-10-11
Also published as: EP4056765B1; CN115045874A; GB2604608A; GB202103208D0; EP4317707A2; EP4317707A3; EP4056765A1; US20220282454A1

Abstract

Um sistema hidráulico para um veículo de trabalho, o sistema hidráulico compreendendo: um dispositivo acionado hidraulicamente; um conjunto de bomba hidráulica para fornecer uma saída variável de fluido hidráulico ao dispositivo acionado hidraulicamente; e uma válvula de controle proporcional, em que o sistema hidráulico é disposto de modo que o fluido hidráulico que sai do dispositivo acionado hidraulicamente flua através de uma restrição da válvula de controle proporcional; e em que o sistema hidráulico é configurado para controlar um fluxo de fluido hidráulico fornecido ao dispositivo acionado hidraulicamente variando a saída de fluido hidráulico do conjunto de bomba hidráulica e para controlar um fluxo de fluido hidráulico que sai do dispositivo acionado hidraulicamente através do ajuste de uma área de restrição da válvula de controle proporcional.

Description

SISTEMA HIDRÁULICO

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente divulgação se refere a um sistema hidráulico e um veículo de trabalho incluindo um sistema hidráulico.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Veículos de trabalho, tais como escavadeiras, carregadeiras retroescavadeiras, manipuladores telescópicos, carregadeiras de direção deslizante, tombadores e semelhantes geralmente têm um ou mais dispositivos acionados hidraulicamente, como atuadores de braço de trabalho, motores de esteira, atuadores de caçamba etc. Tais dispositivos acionados hidraulicamente operam por receber um fluxo de fluido hidráulico de uma bomba hidráulica.

[0003] Um fluxo de fluido hidráulico de uma bomba hidráulica para um dispositivo acionado hidraulicamente (por exemplo, um atuador ou motor hidráulico) precisa ser controlado para fornecer operação estável do dispositivo acionado hidraulicamente. Da mesma forma, um fluxo de fluido hidráulico que sai de um dispositivo acionado hidraulicamente também precisa ser controlado para evitar o transbordamento de cargas no dispositivo acionado hidraulicamente e para fornecer controle estável de cargas passivas.

[0004] Normalmente, a vazão de fluido hidráulico fornecido a um dispositivo acionado hidraulicamente é controlada pela variação de uma área de "medidor de entrada" de uma válvula de controle proporcional. Para uma determinada saída de bomba, uma área menor de "medidor de entrada" resulta em uma vazão menor de fluido hidráulico para o dispositivo acionado hidraulicamente do que uma área maior de "medidor de entrada". Da mesma forma, a vazão e a pressão do fluido hidráulico expelido de um dispositivo acionado hidraulicamente são frequentemente controladas pela variação de uma área “medidor de saída” de uma válvula de controle proporcional. Para uma determinada saída da bomba e área de "medidor de entrada", uma área de "medidor de saída" menor resulta em uma menor vazão de fluido hidráulico do dispositivo acionado hidraulicamente do que uma área de "medidor de saída" maior. Além disso, a menor vazão de fluido hidráulico associada a uma área menor de "medidor de saída" resulta em um aumento de pressão em uma linha de fluido hidráulico que conecta o dispositivo acionado hidraulicamente à válvula de controle proporcional.

[0005] O tamanho das áreas de "medidor de entrada" e "medidor de saída" é variado para otimizar as vazões e as pressões do fluido hidráulico fornecido ou expelido de um dispositivo acionado hidraulicamente. Por exemplo, quando um cilindro hidráulico é usado para mover uma carga em uma direção complementada pela gravidade, isso pode levar a uma “carga com perda de controle” que resulta na cavitação do cilindro hidráulico. Em tal situação, a área de "medidor de saída" pode ser diminuída para reduzir a vazão de fluido hidráulico que sai do cilindro hidráulico e aumentar a pressão no lado de saída do cilindro hidráulico. Isso garante um movimento estável da carga.

[0006] Como outro exemplo, quando uma única bomba hidráulica é necessária para fornecer fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente, o fluido hidráulico fornecido pela bomba é compartilhado entre os dispositivos acionados hidraulicamente com base no tamanho das respectivas áreas de "medidor de entrada”. Por exemplo, aumentar o tamanho da área de "medidor de entrada" para um primeiro dispositivo acionado hidraulicamente em relação ao tamanho da área de "medidor de entrada" para um segundo dispositivo acionado hidraulicamente (por exemplo, variando a restrição de um compensador de pressão associado) resulta em um aumento na proporção de saída da bomba que é fornecida ao primeiro dispositivo acionado hidraulicamente.

[0007] Uma desvantagem de restringir a área de "medidor de entrada" para controlar um fluxo de fluido para um dispositivo acionado hidraulicamente é que resulta em um aumento na pressão a montante da válvula de controle proporcional, o que reduz a eficiência do sistema hidráulico (por exemplo, devido a um aumento da temperatura associado ao aumento da pressão).

[0008] A presente divulgação procura superar, ou pelo menos mitigar, um ou mais problemas da técnica anterior.

SUMÁRIO

[0009] De acordo com um primeiro aspecto da divulgação, é fornecido um sistema hidráulico para um veículo de trabalho, o sistema hidráulico compreendendo: um dispositivo acionado hidraulicamente; um conjunto de bomba hidráulica para fornecer uma saída variável de fluido hidráulico ao dispositivo acionado hidraulicamente; e uma válvula de controle proporcional, em que o sistema hidráulico é disposto de modo que o fluido hidráulico que sai do dispositivo acionado hidraulicamente flua através de uma restrição da válvula de controle proporcional; e em que o sistema hidráulico é configurado para controlar um fluxo de fluido hidráulico fornecido ao dispositivo acionado hidraulicamente variando a saída de fluido hidráulico do conjunto de bomba hidráulica e para controlar um fluxo de fluido hidráulico que sai do dispositivo acionado hidraulicamente por meio de ajuste uma área de restrição da válvula de controle proporcional.

[0010] Ao ter um conjunto de bomba hidráulica configurado para fornecer uma saída variável de fluido hidráulico para o dispositivo acionado hidraulicamente, um fluxo reduzido de fluido hidráulico para o dispositivo acionado hidraulicamente pode ser alcançado através da redução da saída do conjunto de bomba (ou seja, em vez de restringindo um fluxo de fluido hidráulico da bomba através de uma válvula). Isto foi encontrado para levar a uma maior eficiência do sistema hidráulico.

[0011] Opcionalmente, o sistema hidráulico é configurado de modo que a restrição da válvula de controle proporcional seja controlada independentemente da saída do conjunto de bomba hidráulica, de modo que a pressão de um lado de entrada do dispositivo acionado hidraulicamente seja controlada independentemente da pressão de uma saída lado do dispositivo acionado hidraulicamente.

[0012] A restrição da válvula de controle proporcional sendo controlada independentemente da saída do conjunto de bomba hidráulica, de modo que a pressão de um lado de entrada de um dispositivo acionado hidraulicamente seja controlada separadamente para (ou seja, independentemente) da pressão de um lado de saída de verificou-se que o dispositivo acionado hidraulicamente melhora a controlabilidade do sistema e aumenta a eficiência do sistema hidráulico.

[0013] Opcionalmente, a válvula de controle proporcional é móvel dentro de uma primeira faixa de abertura entre uma primeira posição de abertura e uma segunda posição de abertura.

[0014] Opcionalmente, a válvula de controle proporcional define um primeiro caminho de fluxo através do qual flui um fluxo de fluido hidráulico do dispositivo acionado hidraulicamente e em que a válvula de controle proporcional é configurada de modo que o tamanho de uma área de restrição do primeiro caminho de fluxo diminua à medida que a válvula de controle proporcional é movida da primeira posição de abertura para a segunda posição de abertura, a fim de aumentar a pressão do fluido hidráulico em um lado de saída do dispositivo acionado hidraulicamente.

[0015] Tal configuração permite que um fluxo de fluido hidráulico do dispositivo acionado hidraulicamente seja controlado através da alteração da posição da válvula de controle proporcional (e, assim, alterando a área de restrição do caminho de fluxo para o fluido hidráulico que sai do dispositivo acionado hidraulicamente).

[0016] Opcionalmente, a válvula de controle proporcional define um segundo caminho de fluxo e em que o sistema hidráulico é disposto de modo que a válvula de controle proporcional conecte o conjunto de bomba hidráulica ao dispositivo acionado hidraulicamente de modo que o fluido hidráulico fornecido pelo conjunto de bomba hidráulica ao dispositivo acionado hidraulicamente flui através do segundo caminho de fluxo.

[0017] Opcionalmente, a válvula de controle proporcional é uma válvula de controle proporcional direcional.

[0018] A válvula de controle proporcional sendo uma válvula de controle proporcional direcional permite que o dispositivo acionado hidraulicamente seja acionado em duas direções (por exemplo, extensão/retração de um cilindro hidráulico ou rotação no sentido horário/anti-horário de um motor hidráulico) alterando a direção da válvula de controle proporcional direcional. Isso elimina a necessidade de válvulas de controle adicionais para alterar a direção de acionamento do dispositivo acionado hidraulicamente.

[0019] Opcionalmente, a válvula de controle proporcional é configurada de modo que um diferencial de pressão através de uma área de restrição do segundo caminho de fluxo seja inferior a 10% de uma pressão máxima do sistema quando a posição de abertura da válvula de controle proporcional estiver dentro da referida primeira faixa de abertura.

[0020] O diferencial de pressão através da área de restrição do segundo caminho de fluxo sendo inferior a 10% da pressão máxima do sistema (dentro da primeira faixa de abertura) permite que o fluxo e a pressão do fluido hidráulico no lado de entrada sejam controlados predominantemente pela variação da saída do conjunto da bomba hidráulica. Isso permite o controle independente dos fluxos de fluido hidráulico de/para o dispositivo acionado hidraulicamente (e das pressões nos lados de entrada e saída do dispositivo acionado hidraulicamente) sem a necessidade de válvulas de “medição independentes” separadas. Em outras palavras, esta configuração da válvula de controle proporcional fornece um arranjo de válvula simples e barato para alcançar a funcionalidade de "medição independente" usando um tipo convencional de válvula de controle proporcional (por exemplo, uma válvula gaveta cilíndrica direcional convencional).

[0021] Opcionalmente, o sistema hidráulico compreende ainda uma pluralidade de dispositivos acionados hidraulicamente e uma pluralidade correspondente de válvulas de controle proporcionais, em que o sistema hidráulico é disposto de modo que o fluido hidráulico que sai de cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente flua através de uma restrição de uma respectiva válvula de controle proporcional.

[0022] Uma pluralidade de dispositivos acionados hidraulicamente permite que múltiplas funções de um veículo de trabalho sejam controladas (por exemplo, controle independente de elevação/descida e articulação do braço de trabalho, acionamento do implemento de trabalho, esteiras de tração de movimento esquerda e direita, etc.). Cada dispositivo acionado hidraulicamente conectado a uma respectiva válvula de controle proporcional permite que os fluxos de/para os dispositivos acionados hidraulicamente sejam controlados independentemente um do outro.

[0023] Opcionalmente, o sistema hidráulico compreende ainda uma pluralidade de conjuntos de bombas hidráulicas para fornecer uma saída variável de fluido hidráulico aos dispositivos acionados hidraulicamente.

[0024] Ter uma pluralidade de conjuntos de bomba hidráulica reduz a necessidade de fluido hidráulico de um determinado conjunto de bomba hidráulica a ser compartilhado entre vários dispositivos acionados hidraulicamente, o que reduz a quantidade de perdas paralelas/de confluência e, assim, aumenta a eficiência do sistema hidráulico. Em outras palavras, ter vários conjuntos de bombas hidráulicas facilita o desacoplamento de dispositivos acionados hidraulicamente que são acionados por diferentes conjuntos de bombas, aumentando assim a eficiência do sistema hidráulico.

[0025] Opcionalmente, o número de conjuntos de bombas hidráulicas corresponde ao número de dispositivos acionados hidraulicamente, em que o sistema hidráulico é configurado para controlar um fluxo de fluido hidráulico que entra em cada dispositivo acionado hidraulicamente através da variação da saída de fluido hidráulico de uma respectiva bomba hidráulica conjunto e para controlar um fluxo de fluido hidráulico que sai de cada dispositivo acionado hidraulicamente através da variação de uma restrição de uma respectiva válvula de controle proporcional.

[0026] Ter um número igual de conjuntos de bombas hidráulicas e dispositivos acionados hidraulicamente elimina a necessidade de fluido hidráulico de um determinado conjunto de bomba hidráulica a ser compartilhado entre vários dispositivos acionados hidraulicamente. Isso elimina as perdas paralelas/de confluência e, assim, aumenta a eficiência do sistema hidráulico. Em outras palavras, cada dispositivo acionado hidraulicamente é efetivamente desacoplado dos outros dispositivos acionados hidraulicamente, aumentando assim a eficiência do sistema hidráulico.

[0027] Opcionalmente, o número de conjuntos de bomba hidráulica é menor do que o número de dispositivos acionados hidraulicamente e em que um ou mais dos conjuntos de bomba hidráulica é um conjunto de bomba compartilhado para fornecer fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente.

[0028] Opcionalmente, o sistema hidráulico é configurado de modo que o conjunto de bomba compartilhada forneça fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente simultaneamente.

[0029] Ter um ou mais conjuntos de bombas compartilhados, cada um para fornecer fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente (por exemplo, dispositivos que normalmente operam sob pressões de carga semelhantes) reduz o número total de bombas necessárias, o que leva a menor custo do sistema de bombeamento e tamanho físico. Em outras palavras, compartilhar o fluxo da bomba entre alguns dispositivos acionados hidraulicamente (por exemplo, dispositivos que são menos comumente usados juntos, como um motor de esteira e um atuador de braço de trabalho em uma escavadeira) pode levar a um sistema de bomba mais barato/menor.

[0030] Opcionalmente, cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente fornecidos pelo conjunto de bomba compartilhado é conectado ao conjunto de bomba compartilhado por meio de um respectivo compensador de pressão e em que os compensadores de pressão estão dispostos para restringir o fluxo em seus respectivos dispositivos acionados hidraulicamente para controlar um compartilhamento do fluxo de fluido hidráulico fornecido pelo conjunto de bomba compartilhado entre vários dispositivos acionados hidraulicamente.

[0031] Tal configuração do compensador de pressão permite que o fluido hidráulico seja adequadamente distribuído entre os dispositivos acionados hidraulicamente.

[0032] Opcionalmente, cada compensador de pressão é desviado para a posição aberta por uma mola, em que uma área de abertura do compensador de cada compensador de pressão é controlada por um diferencial de pressão através de uma área de restrição do segundo caminho de fluxo de uma respectiva válvula de controle proporcional e em que a válvula de controle proporcional é configurada de modo que o referido diferencial de pressão através da área de restrição do referido segundo caminho de fluxo seja menor que um valor definido da mola do compensador de pressão quando a posição de abertura da válvula de controle proporcional estiver dentro da primeira faixa de abertura e for maior que o referido conjunto valor da mola do compensador de pressão quando a posição de abertura da válvula de controle proporcional estiver fora da primeira faixa de abertura.

[0033] Ter o diferencial de pressão através da área de restrição do referido segundo caminho de fluxo sendo menor que um valor definido da mola do compensador de pressão garante que uma área de restrição do compensador de pressão esteja totalmente aberta quando a válvula de controle proporcional estiver na primeira faixa de abertura (por exemplo, em uma condição de operação em que o conjunto de bomba compartilhada está fornecendo apenas fluido hidráulico para um único dispositivo acionado hidraulicamente). Essa configuração também facilita o controle simples dos compensadores de pressão quando é necessário compartilhar o fluxo da bomba entre vários dispositivos acionados hidraulicamente - por exemplo, definindo as posições de abertura das válvulas de controle proporcional associadas para um valor fora da primeira faixa de abertura, de modo que os referidos diferenciais de pressão através das áreas de restrição dos referidos segundos caminhos de fluxo sejam maiores que o valor definido da mola.

[0034] Opcionalmente, o valor de ajuste da mola de cada compensador de pressão está na faixa de 2 a 15 bar (0,2 a 1,5 MPa); opcionalmente, na faixa de 5 a 10 bar (0,5 a 1 MPa).

[0035] Opcionalmente, a pluralidade de dispositivos acionados hidraulicamente compreende um motor de esteira à esquerda para acionar uma esteira à esquerda do veículo de trabalho e um motor de esteira à direita para acionar uma esteira à direita do veículo de trabalho, e em que o motor de esteira esquerdo é fornecido com fluido hidráulico de um primeiro dos conjuntos de bomba hidráulica e o motor de esteira direito é fornecido com fluido hidráulico de um segundo dos conjuntos de bomba hidráulica.

[0036] Os motores de esteira esquerda e direita são comumente usados em conjunto em um veículo de trabalho, como uma escavadeira (por exemplo, ao se mover em linha reta). Portanto, ter os motores da esteira esquerda e direita fornecidos por diferentes conjuntos de bombas hidráulicas fornece controle de rastreamento em linha reta independente e movimento confiável de um veículo em funcionamento.

[0037] Opcionalmente, o primeiro dos conjuntos de bomba hidráulica é um conjunto de bomba compartilhada para fornecer fluido hidráulico ao motor da esteira esquerda e um primeiro atuador de braço de trabalho para acionar um braço de trabalho do veículo de trabalho e/ou em que o segundo dos conjuntos de bomba hidráulica é um conjunto de bomba compartilhada para fornecer fluido hidráulico ao motor da esteira direita e um segundo atuador de braço de trabalho para acionar um braço de trabalho do veículo de trabalho.

[0038] Motores de esteira não são usados regularmente em conjunto com atuadores de braço de trabalho de um veículo de trabalho. Por exemplo, mais comumente, um veículo de trabalho se move com o braço de trabalho parado ou está parado enquanto move o braço de trabalho. Portanto, fornecer um motor de esteira e um atuador de braço de trabalho com fluido hidráulico do mesmo conjunto de bomba hidráulica é menos provável de resultar em perdas paralelas (devido à restrição de compensadores de pressão/válvulas de controle proporcional) do que se os dispositivos normalmente acionados juntos compartilharem um conjunto de bomba hidráulica comum.

[0039] No entanto, em condições de operação em que um motor de esteira e atuador do braço de trabalho são acionados simultaneamente (por exemplo, durante uma operação de nivelamento), tal configuração do sistema hidráulico ainda permite o acionamento simultânea através do controle dos respectivos compensadores de pressão e/ou válvulas de controle proporcionais para compartilhar o fluxo de fluido hidráulico do conjunto de bomba compartilhado.

[0040] Opcionalmente, a pluralidade de dispositivos acionados hidraulicamente compreende um atuador de lança para elevar ou abaixar um braço de trabalho do veículo de trabalho e um atuador de braço de escavação para girar um braço de escavação do veículo de trabalho em relação a uma lança do veículo de trabalho, e em que o atuador de lança é fornecido com fluido hidráulico de um dos conjuntos de bomba hidráulica e o atuador de braço de escavação é fornecido com fluido hidráulico de um diferente dos conjuntos de bomba hidráulica.

[0041] Atuadores de lança e de braço de escavação são comumente usados em conjunto em um veículo de trabalho, como uma escavadeira (por exemplo, ao estender a posição de um implemento em relação a um chassi do veículo de trabalho por meio de abaixamento da lança e girando o braço de escavação para cima). Portanto, ter os atuadores da lança e do braço de escavação fornecidos por diferentes conjuntos de bombas hidráulicas fornece controle independente do membro do braço de trabalho e movimento confiável do braço de trabalho.

[0042] Opcionalmente, o ou cada conjunto de bomba hidráulica é acionado por um respectivo motor elétrico e em que o sistema hidráulico é configurado de modo que a saída de fluido hidráulico do ou de cada conjunto de bomba hidráulica seja variada ajustando a velocidade de rotação do referido motor elétrico.

[0043] Tal disposição proporciona um controle simples e eficaz da saída de fluido hidráulico do conjunto de bomba hidráulica. Além disso, o uso de um motor elétrico para acionar o conjunto de bomba é particularmente benéfico quando o veículo de trabalho é um veículo de trabalho elétrico ou um veículo de trabalho movido a célula de combustível sem um motor de combustão interna para fornecer um acionamento mecânico para o conjunto de bomba ou um veículo de trabalho híbrido em que um motor de combustão interna não é operado continuamente.

[0044] Opcionalmente, o ou cada conjunto de bomba hidráulica é acionado por um eixo acionado mecanicamente e compreende uma bomba de deslocamento variável.

[0045] Tal disposição fornece controle simples e eficaz da saída de fluido hidráulico do conjunto de bomba hidráulica quando uma fonte mecânica de energia está disponível (por exemplo, em um veículo de trabalho tradicional movido por um motor de combustão interna).

[0046] Opcionalmente, o sistema hidráulico compreende ainda um sistema de controle configurado para controlar a vazão e/ou pressão do fluido hidráulico que flui através do sistema hidráulico.

[0047] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para ajustar um comando de saída do ou de cada conjunto de bomba hidráulica.

[0048] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para calcular uma velocidade alvo para o ou cada dispositivo acionado hidraulicamente com base em uma ou mais entradas do usuário do veículo de trabalho e ajustar um comando de fluxo do ou de cada conjunto de bomba hidráulica com base no ou cada velocidade alvo.

[0049] Desta forma, um fluxo de bomba necessário para mover um dispositivo acionado hidraulicamente a uma velocidade necessária é ajustado diretamente pelo sistema de controle, o que elimina a necessidade de restrição de fluxo de fluido hidráulico da bomba e aumenta a eficiência do sistema hidráulico.

[0050] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para ajustar um comando de posição de abertura da ou de cada válvula de controle proporcional para variar a restrição da válvula de controle proporcional.

[0051] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para determinar uma condição de carga do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente e para ajustar a área de restrição da respectiva válvula de controle proporcional para inibir a cavitação do referido dispositivo acionado hidraulicamente.

[0052] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para estimar a condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente através do uso de uma tabela de consulta de condições de carregamento típicas.

[0053] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para estimar a condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente com base em uma posição de uma ou mais entradas do usuário, como joysticks, alavancas, pedais ou semelhantes.

[0054] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para determinar a condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente em função de uma pressão medida de fluido hidráulico fornecida pelo ou por cada conjunto de bomba hidráulica.

[0055] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para determinar a condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente com base em uma pressão medida em uma porta de saída do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente e/ou uma pressão medida em uma porta de entrada do ou cada dispositivo acionado hidraulicamente.

[0056] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para determinar a condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente em função de uma força medida agindo no ou em cada dispositivo acionado hidraulicamente.

[0057] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para determinar a condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente em função de uma posição medida do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente ou uma posição medida de um ou mais elementos da referida máquina de trabalho que são acionados pelo(s) dispositivo(s) acionado(s) hidraulicamente.

[0058] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para: monitorar uma condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente; comparar a ou cada uma das referidas condições de carregamento monitoradas com um respectivo limite de condição de carregamento; quando uma das referidas condições de carregamento monitoradas for menor que seu respectivo limite de condição de carregamento, ajustar um comando de posição de abertura para diminuir uma área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional; e quando uma das referidas condições de carregamento monitoradas for maior que seu respectivo limite de condição de carregamento, ajustar um comando de posição de abertura para aumentar a área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional.

[0059] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para: monitorar uma pressão de fluido hidráulico fornecido pelo ou por cada conjunto de bomba hidráulica; comparar a ou cada uma das referidas pressões monitoradas com um respectivo limite de pressão; quando uma das referidas pressões monitoradas for menor que seu respectivo limite de pressão, ajustar um comando de posição de abertura para diminuir uma área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional; ou quando uma das referidas pressões monitoradas for maior que seu respectivo limite de pressão, ajustar um comando de posição de abertura para aumentar a área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional.

[0060] Opcionalmente, o sistema de controle é ainda configurado para filtrar os sinais de pressão indicativos da pressão do fluido hidráulico fornecido pelo ou por cada conjunto de bomba hidráulica.

[0061] Tal configuração foi concebida para fornecer controle estável do(s) dispositivo(s) acionado(s) hidraulicamente mesmo com variações significativas na carga. Além disso, verificou-se que tal configuração fornece controle eficaz com um número limitado de transdutores de pressão (por exemplo, apenas um transdutor de pressão para o ou cada conjunto de bomba hidráulica).

[0062] Opcionalmente, o sistema hidráulico compreende ainda uma pluralidade de dispositivos acionados hidraulicamente e uma pluralidade de conjuntos de bombas hidráulicas, em que: o número de conjuntos de bombas hidráulicas é menor do que o número de dispositivos acionados hidraulicamente; um ou mais dos conjuntos de bomba hidráulica é um conjunto de bomba compartilhado para fornecer fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente; em que cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente fornecidos pelo conjunto de bomba compartilhado é conectado ao conjunto de bomba compartilhado por meio de uma respectiva válvula de controle proporcional e o sistema de controle é configurado para ajustar uma posição de abertura de cada válvula de controle proporcional para variar uma área de restrição da referida válvula de controle proporcional para controlar uma parte do fluxo de fluido hidráulico fornecido pelo conjunto de bomba compartilhado entre vários dispositivos acionados hidraulicamente.

[0063] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para determinar uma posição de abertura necessária de cada válvula de controle proporcional com base nas condições de operação de seu respectivo conjunto de bomba hidráulica e dispositivo acionado hidraulicamente.

[0064] Opcionalmente, o sistema hidráulico compreende ainda uma pluralidade de dispositivos acionados hidraulicamente e uma pluralidade de conjuntos de bombas hidráulicas, em que: o número de conjuntos de bombas hidráulicas é menor do que o número de dispositivos acionados hidraulicamente; um ou mais dos conjuntos de bomba hidráulica é um conjunto de bomba compartilhado para fornecer fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente; em que cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente fornecidos pelo conjunto de bomba compartilhado está conectado ao conjunto de bomba compartilhado por meio de um respectivo compensador de pressão, e o sistema de controle é configurado para ajustar uma posição de abertura de cada compensador de pressão para variar uma área de restrição do referido compensador de pressão a fim de controlar uma parte do fluxo de fluido hidráulico fornecido pelo conjunto de bomba compartilhado entre vários dispositivos acionados hidraulicamente.

[0065] Opcionalmente, o sistema de controle é configurado para determinar uma posição de abertura necessária de cada compensador de pressão com base nas condições operacionais de seu respectivo conjunto de bomba hidráulica e válvula de controle proporcional.

[0066] Ter um ou mais conjuntos de bombas compartilhados, cada um configurado para fornecer fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente, reduz o número total de bombas necessárias, o que leva a um menor custo do sistema de bombeamento e tamanho físico. Em outras palavras, compartilhar o fluxo da bomba entre alguns dispositivos acionados hidraulicamente (por exemplo, dispositivos que são menos comumente usados juntos, como um motor de esteira e um atuador de braço de trabalho em uma escavadeira) pode levar a um sistema de bomba mais barato/menor.

[0067] Além disso, tal configuração de compensador de pressão permite que o fluido hidráulico seja distribuído de forma eficiente entre dispositivos acionados hidraulicamente.

[0068] De acordo com um segundo aspecto da divulgação, é fornecido um sistema hidráulico para um veículo de trabalho, o sistema hidráulico compreendendo: um primeiro grupo de dispositivos acionados hidraulicamente que são acionados simultaneamente para realizar um primeiro conjunto de funções do referido veículo de trabalho e que não são acionados para realizar um segundo conjunto de funções do referido veículo de trabalho; um segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente que são acionados simultaneamente para realizar o segundo conjunto de funções do referido veículo de trabalho e que não são acionados para realizar o primeiro conjunto de funções do referido veículo de trabalho; e dois ou mais conjuntos de bombas hidráulicas para fornecer fluido hidráulico aos dispositivos acionados hidraulicamente do primeiro e segundo grupos; em que o sistema hidráulico é disposto de modo que cada dispositivo acionado hidraulicamente do primeiro grupo seja alimentado por um diferente dos conjuntos de bombas hidráulicas; em que o sistema hidráulico é disposto de modo que cada dispositivo acionado hidraulicamente do segundo grupo seja fornecido por um diferente dos conjuntos de bomba hidráulica; e em que pelo menos um dos conjuntos de bomba hidráulica está disposto para fornecer fluido hidráulico a um dispositivo acionado hidraulicamente do primeiro grupo e a um dispositivo acionado hidraulicamente do segundo grupo.

[0069] Ter cada dispositivo acionado hidraulicamente do primeiro grupo fornecido por um conjunto de bomba hidráulica diferente reduz as perdas de eficiência paralelas associadas ao compartilhamento de fluxo de uma única bomba (por exemplo, através do acionamento de válvulas de controle proporcional associadas e/ou compensadores de pressão), uma vez que cada atuador utilizado simultaneamente para desempenhar uma função do primeiro grupo é acionado por um conjunto de bomba independente.

[0070] Da mesma forma, ter cada dispositivo acionado hidraulicamente do segundo grupo fornecido por um conjunto de bomba hidráulica diferente reduz as perdas de eficiência paralelas associadas ao compartilhamento de fluxo de uma única bomba (por exemplo, através do acionamento de válvulas de controle proporcional associadas e/ou compensadores de pressão), uma vez que cada atuador usado simultaneamente para desempenhar uma função do segundo grupo é acionado por um conjunto de bomba independente.

[0071] Ter pelo menos um conjunto de bomba hidráulica disposto para fornecer fluido hidráulico para um dispositivo acionado hidraulicamente do primeiro grupo e um dispositivo acionado hidraulicamente do segundo grupo reduz o número total de conjuntos de bomba hidráulica necessários (o que reduz o custo/tamanho do sistema hidráulico), reduzindo a probabilidade de um único conjunto de bomba hidráulica ser usado para acionar vários dispositivos simultaneamente e as perdas paralelas/de confluência associadas (uma vez que os dispositivos do primeiro e do segundo grupo não são normalmente acionados simultaneamente enquanto executam funções do primeiro grupo ou no desempenho de funções do segundo grupo).

[0072] Em outras palavras, os dispositivos acionados hidraulicamente que são tipicamente acionados simultaneamente são efetivamente desacoplados porque são alimentados por diferentes conjuntos de bombas hidráulicas.

[0073] Opcionalmente, o primeiro conjunto de funções se refere ao movimento de um braço de trabalho do referido veículo de trabalho e em que o primeiro grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende dois ou mais atuadores associados ao movimento do referido braço de trabalho.

[0074] Opcionalmente, o primeiro grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende pelo menos dois de: um atuador de lança, um atuador de braço de escavação e/ou um atuador de implemento.

[0075] Opcionalmente, o primeiro conjunto de funções compreende: escavar material com braço de trabalho; levantar/abaixar um braço de trabalho; girar o braço de trabalho em torno de um eixo vertical; e/ou despejar de material escavado do braço de trabalho.

[0076] Opcionalmente, o segundo conjunto de funções se refere ao movimento de um chassi do referido veículo de trabalho e em que o segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende dois ou mais atuadores associados ao movimento do chassi.

[0077] Opcionalmente, o segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende um motor de esteira do lado esquerdo e um motor de esteira do lado direito.

[0078] Opcionalmente, o segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende um atuador de trator de esteira com lâmina frontal.

[0079] Opcionalmente, o segundo conjunto de funções compreende: mover o referido chassi (por exemplo, para frente ou para trás em uma linha reta ou caminho curvo, ou girar em torno de um eixo vertical); e/ou nivelar material com uma lâmina de trator de esteira de lâmina frontal (por exemplo, movendo o referido chassi enquanto aciona simultaneamente uma lâmina de trator de esteira).

[0080] Opcionalmente, o primeiro grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende: um atuador de lança para levantar/baixar uma lança de um braço de trabalho; um atuador de escavação para girar um braço de escavação de um braço de trabalho em relação à referida lança; e um atuador de implemento para girar, estender ou de outro modo acionar um implemento acoplado ao referido braço de escavação; em que o segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende um motor de esteira do lado esquerdo, um motor de esteira do lado direito; em que o motor da esteira esquerda e um de entre o atuador da lança, o atuador da escavação e o atuador do implemento são acionados por um primeiro dos conjuntos de bomba hidráulica; em que o motor da esteira direita e outro do atuador da lança, atuador da escavação e atuador do implemento são acionados por um segundo dos conjuntos de bomba hidráulica; e em que o outro atuador de lança, atuador de escavação e atuador de implemento é acionado por um terço dos conjuntos de bomba hidráulica.

[0081] Tal configuração de sistema hidráulico foi considerada uma maneira particularmente eficiente de desacoplar dispositivos acionados hidraulicamente que são tipicamente acionados simultaneamente e, assim, reduzir as perdas de eficiência do sistema hidráulico associadas a fluxos paralelos de fluido hidráulico acionado por um conjunto de bomba compartilhado. Além disso, os dispositivos acionados hidraulicamente que são acionados pelo mesmo conjunto de bomba hidráulica desta configuração normalmente operam em pressões de carga semelhantes, o que permite o dimensionamento ideal de cada conjunto de bomba hidráulica e reduz a quantidade de restrição/compensação necessária para dividir o fluxo quando múltiplos dispositivos são acionados por um conjunto de bomba compartilhado simultaneamente.

[0082] Opcionalmente, o segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende ainda um atuador de trator de esteira de lâmina frontal para acionar uma lâmina de trator de esteira de lâmina frontal do referido veículo de trabalho, em que o atuador de trator de esteira de lâmina frontal é acionado pelo terceiro dos conjuntos de bomba hidráulica.

[0083] Ao nivelar o solo usando uma lâmina de trator de esteira de lâmina frontal, o atuador de trator de esteira de lâmina frontal, o motor da esteira esquerda e o motor da esteira direita são acionados simultaneamente. Portanto, ter um atuador de trator de esteira de lâmina frontal acionado pelo terceiro conjunto de bomba hidráulica, enquanto os motores da esteira esquerda e direita são acionados pelo primeiro e segundo conjuntos de bomba, respectivamente, garante que cada um desses dispositivos acionados hidraulicamente que são acionados simultaneamente para realizar a função de nivelamento sejam fornecidos por conjuntos de bombas hidráulicas independentes.

[0084] Opcionalmente, o atuador de escavação e um dos motores da esteira esquerda ou direita são acionados pelo primeiro conjunto de bomba hidráulica; o atuador de implemento e o outro dos motores de esteira esquerda ou direita e, opcionalmente, um motor de articulação, são acionados pelo segundo conjunto de bomba hidráulica; e o atuador de lança e o atuador de trator de esteira de lâmina frontal são acionados pelo terceiro conjunto de bomba hidráulica.

[0085] Tal configuração de sistema hidráulico foi considerada uma maneira particularmente eficiente de desacoplar dispositivos acionados hidraulicamente que são tipicamente acionados simultaneamente e, assim, reduzir as perdas de eficiência do sistema hidráulico associadas a fluxos paralelos de fluido hidráulico acionado por um conjunto de bomba compartilhada.

[0086] Opcionalmente, um ou mais dispositivos acionados hidraulicamente do primeiro grupo e um ou mais dispositivos acionados hidraulicamente do segundo grupo são acionados simultaneamente para realizar um terceiro conjunto de funções do referido veículo de trabalho.

[0087] Opcionalmente, o terceiro conjunto de funções se refere ao movimento simultâneo de um chassi do referido veículo de trabalho e movimento de um braço de trabalho do referido veículo de trabalho (por exemplo, espalhar material escavado despejando com um braço de trabalho enquanto move um chassi do veículo de trabalho).

[0088] Ter um sistema hidráulico no qual atuadores do primeiro e segundo grupos de atuadores podem ser acionados simultaneamente durante uma terceira função (por exemplo, uma condição de operação não típica na qual o chassi e o braço de trabalho do veículo de trabalho são movidos simultaneamente) permite plena funcionalidade do veículo de trabalho.

[0089] De acordo com um terceiro aspecto da divulgação, um veículo de trabalho é fornecido, o veículo de trabalho compreendendo um sistema hidráulico conforme divulgado neste documento.

[0090] Opcionalmente, o veículo de trabalho é uma escavadeira.

[0091] Opcionalmente, o veículo de trabalho é um veículo de trabalho elétrico.

[0092] Opcionalmente, o veículo de trabalho é um veículo de trabalho movido a célula de combustível (por exemplo, compreendendo uma célula de combustível de hidrogênio para alimentar o veículo de trabalho).

[0093] Opcionalmente, o veículo de trabalho é um veículo de trabalho híbrido do tipo que possui uma fonte de energia elétrica e uma fonte de energia alternativa.

[0094] Verificou-se que o sistema hidráulico do primeiro aspecto da divulgação reduz significativamente as perdas do sistema hidráulico em até 50% em comparação com os sistemas hidráulicos de medição independentes tradicionais. Portanto, quando o sistema hidráulico é usado em um veículo de trabalho elétrico ou híbrido, isso leva a uma redução proporcional no consumo de energia da bateria. Da mesma forma, quando o sistema hidráulico é usado em um veículo de trabalho movido a célula de combustível, isso leva a uma redução proporcional no consumo de combustível.

[0095] De acordo com um quarto aspecto da divulgação, é fornecido um método de controle de um sistema hidráulico para um veículo de trabalho, o método compreendendo: calcular uma velocidade alvo para cada um ou mais dispositivos acionados hidraulicamente a partir de uma ou mais entradas do usuário; ajustar um comando de fluxo de cada um ou mais conjuntos de bomba hidráulica em resposta a uma ou mais velocidades alvo calculadas; fornecer fluido hidráulico de um ou mais conjuntos de bombas hidráulicas para uma ou mais entradas respectivas de um ou mais dispositivos acionados hidraulicamente; determinar uma condição de carregamento de cada um dos um ou mais dispositivos acionados hidraulicamente; e ajustar uma área de restrição de um primeiro caminho de fluxo de uma ou mais válvulas de controle proporcional, cada uma conectada a uma saída de um respectivo dispositivo acionado hidraulicamente, a fim de inibir a cavitação do referido dispositivo acionado hidraulicamente.

[0096] Opcionalmente, o método compreende ainda: monitorar uma condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente; comparar a ou cada uma das referidas condições de carregamento monitoradas contra um respectivo limite de condição de carregamento; diminuir uma área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional quando uma das referidas condições de carga monitoradas é menor do que seu respectivo limite de condição de carga; e aumentando a área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional quando uma das referidas condições de carga monitoradas é maior que seu respectivo limite de condição de carga.

[0097] Opcionalmente, o método compreende: monitorar uma pressão de fluido hidráulico fornecido pelo conjunto de bomba hidráulica e comparar a referida pressão com uma pressão limite; diminuir uma área de restrição de um primeiro caminho de fluxo de uma válvula de controle proporcional conectada a uma saída do dispositivo acionado hidraulicamente quando a pressão do fluido hidráulico fornecido pelo conjunto de bomba hidráulica estiver abaixo da pressão limite; e aumentar a área de restrição do primeiro caminho de fluxo da válvula de controle proporcional quando a pressão do fluido hidráulico fornecido pelo conjunto de bomba hidráulica é maior ou igual à pressão limite.

[0098] Tal método foi encontrado para fornecer controle eficiente e estável de um sistema hidráulico.

[0099] Opcionalmente, o método compreende ainda: calcular uma pluralidade de velocidades alvo para uma pluralidade de dispositivos acionados hidraulicamente a partir de uma pluralidade de entradas de usuário; ajustar um comando de fluxo de um ou mais conjuntos de bomba hidráulica em resposta às velocidades alvo calculadas, em que o número de conjuntos de bomba hidráulica é menor do que o número de dispositivos acionados hidraulicamente e um ou mais dos conjuntos de bomba hidráulica é um conjunto de bomba compartilhado para fornecer fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente por meio de dois ou mais compensadores de pressão correspondentes; e controlar o compartilhamento de fluido hidráulico fornecido por cada conjunto de bomba compartilhada aos seus dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente associados, definindo uma posição de abertura para cada compensador de pressão para variar uma área de restrição do referido compensador de pressão; Ter um ou mais conjuntos de bombas compartilhados, cada um configurado para fornecer fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente, reduz o número total de bombas necessárias, o que leva a um menor custo do sistema de bombeamento e tamanho físico. Em outras palavras, compartilhar o fluxo da bomba entre alguns dispositivos acionados hidraulicamente (por exemplo, dispositivos que são menos comumente usados juntos, como um motor de esteira e um atuador de braço de trabalho em uma escavadeira) pode levar a um sistema de bomba mais barato/menor.

[00100] Além disso, tal configuração de compensador de pressão permite que o fluido hidráulico seja adequadamente distribuído entre dispositivos acionados hidraulicamente.

[00101] De acordo com um quinto aspecto da divulgação, uma válvula de controle proporcional é fornecida, a válvula de controle proporcional compreendendo: uma porta de bomba para receber fluido hidráulico de uma bomba hidráulica; uma porta de tanque para fornecer fluido hidráulico a um tanque; e primeira e segunda portas de atuador para fornecer fluido hidráulico ou receber fluido hidráulico de um atuador hidráulico; em que a válvula de controle proporcional define um primeiro caminho de fluxo através do qual um fluxo de fluido hidráulico da primeira ou segunda portas de atuador flui para a porta do tanque e um segundo caminho de fluxo através do qual um fluxo de fluido hidráulico da porta da bomba flui para a primeira ou segunda portas de atuador; em que a válvula de controle proporcional é móvel dentro de uma primeira faixa de abertura entre uma primeira posição de abertura e uma segunda posição de abertura; em que a válvula de controle proporcional é configurada de modo que o tamanho de uma área de restrição do primeiro caminho de fluxo diminua à medida que a válvula de controle proporcional é movida da primeira posição de abertura para a segunda posição de abertura a fim de aumentar um diferencial de pressão entre a primeira ou segunda porta do atuador e a porta do tanque; e em que a válvula de controle proporcional é configurada de modo que um diferencial de pressão através de uma área de restrição do segundo caminho de fluxo seja inferior a 10% de uma pressão máxima do sistema quando a posição de abertura da válvula de controle proporcional estiver dentro da referida primeira faixa de abertura.

[00102] O diferencial de pressão através da área de restrição do segundo caminho de fluxo sendo inferior a 10% da pressão máxima do sistema (dentro da primeira faixa de abertura) permite que o fluxo e a pressão do fluido hidráulico no lado de entrada sejam controlados predominantemente pela variação da saída do conjunto da bomba hidráulica. Isso permite o controle independente dos fluxos de fluido hidráulico de/para o dispositivo acionado hidraulicamente (e das pressões nos lados de entrada e saída do dispositivo acionado hidraulicamente) sem a necessidade de válvulas de “medição independentes” separadas. Em outras palavras, esta configuração da válvula de controle proporcional fornece um arranjo de válvula simples e barato para alcançar a funcionalidade de "medição independente" usando um tipo convencional de válvula de controle proporcional (por exemplo, uma válvula gaveta cilíndrica direcional convencional).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00103] A Figura 1 é uma vista lateral de um veículo de trabalho de acordo com uma modalidade;
A Figura 2 é um esquema de um sistema hidráulico do veículo de trabalho da Figura 1;
A Figura 3 é um esquema detalhado de um grupo de válvulas do sistema hidráulico da Figura 2;
As Figuras 4 e 5 são gráficos que representam as características das válvulas de controle proporcional das Figuras 2 e 3; e
A Figura 6 é um fluxograma para um método de controle do sistema hidráulico das Figuras 2 e 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00104] Com referência à Figura 1, uma máquina de trabalho de acordo com uma modalidade é indicada em 10. A máquina de trabalho 10 tem um chassi 12, um braço de trabalho 14 fixado ao chassi 12 e um implemento 16 conectado a uma extremidade livre do braço de trabalho 14. Na modalidade ilustrada, as esteiras de tração 18 são fornecidas para mover a máquina de trabalho 10. Em modalidades alternativas, as rodas são fornecidas para mover a máquina de trabalho 10, em vez das esteiras de tração 18.

[00105] A máquina de trabalho 10 inclui uma cabine 20 com um jogo de controles 22 para mover o braço de trabalho 14, as esteiras de tração 18 ou controlar outras funções da máquina de trabalho 10.

[00106] O braço de trabalho 14 inclui uma lança 24 fixada de forma articulada ao chassi 12, um braço de escavação 26 fixado de forma articulada à lança 24 e um implemento fixado de forma articulada ao braço de escavação 26. Na modalidade ilustrada, o implemento é uma caçamba 16, que é usado para movimentação de solo ou operações de manuseio de materiais (por exemplo, abertura de valas, nivelamento e carregamento) e/ou manuseio de materiais (por exemplo, depósito de agregados em valas, elevação de materiais e colocação em uma plataforma elevada). Em modalidades alternativas, a caçamba 16 é removida e substituída por um implemento alternativo, como uma furadeira de impacto hidráulico.

[00107] Um atuador de lança 28 é fornecido para mover a lança 24 em uma direção ascendente e uma direção descendente. A máquina de trabalho 10 também inclui um atuador de escavação 30, para girar o braço de escavação 26 em relação à lança 24, e um atuador de caçamba 32, para girar a caçamba 16 em relação ao braço de escavação 26.

[00108] A máquina de trabalho 10 também inclui, mostrada de forma esquemática na Figura 2, mas não mostrada na Figura 1: motores de esteira esquerda e direita 34, 36 para mover as esteiras esquerda e direita 18 para frente ou para trás; um motor de articulação 38 para girar o chassi 12 em relação às esteiras de tração 18; um atuador oscilante 40 para girar o braço de trabalho 14 em torno de um eixo vertical em relação ao chassi 12; um atuador de trator de esteira de lâmina frontal 42 para acionar uma lâmina de trator de esteira de lâmina frontal 44; e um atuador de extensão de esteira de tração 46 para variar o comprimento das esteiras de tração 18. Em algumas modalidades, a máquina de trabalho 10 também inclui uma ou mais portas hidráulicas auxiliares (não mostradas).

[00109] Na modalidade ilustrada, a máquina de trabalho 10 é uma escavadeira giratória. Em modalidades alternativas, a máquina de trabalho 10 é outro tipo de máquina de trabalho incluindo um ou mais dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46.

[00110] A máquina de trabalho 10 também inclui um sistema hidráulico para controlar os dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46, que serão descritos em mais detalhes em relação às Figuras 2 a 6b.

[00111] Em algumas modalidades, o veículo de trabalho 10 é um veículo de trabalho elétrico, um veículo de trabalho movido a célula de combustível (por exemplo, um veículo de trabalho incluindo uma célula de combustível de hidrogênio) ou veículo de trabalho híbrido do tipo tendo uma fonte de energia elétrica e uma fonte alternativa fonte de energia. Verificou-se que os aspectos da divulgação descritos abaixo reduzem significativamente as perdas do sistema hidráulico em até 50% em comparação com os sistemas hidráulicos de medição independentes tradicionais. Isto leva a uma redução proporcional no consumo de energia da bateria quando o sistema hidráulico é usado em um veículo de trabalho elétrico 10, ou uma redução proporcional no consumo de combustível quando o sistema hidráulico é usado em um veículo de trabalho movido a célula de combustível.

[00112] Com referência agora à Figura 2, um sistema hidráulico para a máquina de trabalho 10 da Figura 1 é indicado em 48. O sistema hidráulico 48 é configurado para fornecer fluido hidráulico aos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46.

[00113] Como será descrito em mais detalhes abaixo, o sistema hidráulico 48 inclui uma pluralidade de conjuntos de bombas hidráulicas 50A, 50B, 50C, cada um para fornecer uma saída variável de fluido hidráulico de um tanque 56 para um ou mais dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46.

[00114] Na modalidade ilustrada, cada conjunto de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C é acionado por um respectivo motor elétrico 51A, 51B, 51C e o sistema hidráulico 48 é configurado de modo que a saída de fluido hidráulico de cada conjunto de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C é variado ajustando a velocidade de rotação do motor elétrico associado 51A, 51B, 51C. Este arranjo fornece controle simples e eficaz da saída de fluido hidráulico dos conjuntos de bombas hidráulicas 50A, 50B, 50C. Além disso, o uso de motores elétricos 51A, 51B, 51C para acionar os conjuntos de bombas hidráulicas 50A, 50B, 50C é particularmente benéfico quando o veículo de trabalho 10 é um veículo de trabalho elétrico ou veículo de trabalho movido a célula de combustível sem um motor de combustão interna para fornecer um acionamento para os conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C ou um veículo de trabalho híbrido 10 no qual um motor de combustão interna não é operado continuamente. Em modalidades alternativas, os conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C são acionados cada um por um eixo acionado mecanicamente (por exemplo, um eixo acoplado a um motor de combustão interna) e cada um inclui uma bomba de deslocamento variável para variar uma saída de fluido hidráulico para o conjunto de sistema hidráulico de bomba 50A 50B, 50C.

[00115] Como será descrito em mais detalhes abaixo, um primeiro grupo dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 são acionados simultaneamente para realizar um primeiro conjunto de funções do veículo de trabalho 10 e não são acionados para realizar um segundo conjunto de funções do veículo de trabalho 10. O primeiro grupo de dispositivos acionados hidraulicamente inclui o atuador de lança 28, atuador de escavação 30 e atuador de caçamba 32 e o primeiro conjunto de funções se refere ao movimento do braço de trabalho 14. Por exemplo, o primeiro conjunto de funções inclui escavar material com o braço de trabalho 14; levantar/abaixar o braço de trabalho 14; girar o braço de trabalho 14 em torno de um eixo vertical; e/ou despejar material escavado do braço de trabalho.

[00116] Com referência à Tabela 1, uma função de escavação normalmente requer acionamento simultânea do atuador de lança 28 a uma pressão relativamente baixa, acionamento do atuador de escavação 30 a pressão relativamente alta e acionamento do atuador de caçamba 32 a uma pressão média. Uma função combinada de elevação e rotação normalmente requer acionamento simultâneo do atuador de lança 28 a uma pressão relativamente alta, acionamento do atuador de escavação 30 a uma pressão relativamente baixa e acionamento do motor de articulação 38 a uma pressão relativamente alta. Uma função de despejo normalmente requer acionamento simultânea do atuador de lança 28 em alta pressão, acionamento do atuador de escavação 30 em pressão relativamente baixa e acionamento do atuador de caçamba 32 em pressão relativamente baixa. Uma função de retorno à vala (ou seja, após despejar uma carga escavada) normalmente requer acionamento simultânea do atuador de lança 28 e atuador de escavação 30 em pressões relativamente baixas e acionamento do motor de articulação 38 em uma pressão média.

[00117] Será entendido que a Tabela 1 indica apenas faixas de pressão típicas e que a pressão de acionamento dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 pode variar ao longo de uma função de máquina de trabalho com base sobre a dinâmica do sistema. Por exemplo, enquanto o motor de articulação 38 opera em alta pressão durante um movimento de giro acelerado, a pressão diminuirá se um movimento de giro de velocidade constante for alcançado.

[00118] Como também será descrito em mais detalhes abaixo, um segundo grupo dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 são acionados simultaneamente para realizar o segundo conjunto de funções de o veículo de trabalho 10 e não são acionados para realizar o primeiro conjunto de funções do veículo de trabalho 10. O segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente inclui os motores de esteira esquerda e direita 34, 36, e o segundo conjunto de funções se relaciona ao movimento do chassi 12. Por exemplo, o segundo conjunto de funções inclui mover o chassi 12 para frente ou para trás em uma linha reta ou caminho curvo, ou girar o chassi 12 em torno de um eixo vertical (por exemplo, girando os trilhos esquerdo e direito 18 em direções opostas).

[00119] Na modalidade ilustrada, o segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente também inclui o atuador de lâmina 42 e o segundo conjunto de funções também inclui material de nivelamento com a lâmina de trator de esteira de lâmina fontal 44 (por exemplo, movendo o chassi 12 enquanto simultaneamente aciona a lâmina de trator de esteira de lâmina frontal 44).

[00120] Com referência novamente à Tabela 1, uma função de deslocamento normalmente requer acionamento simultânea dos motores de esteira esquerda e direita 34, 36 em pressão média. Uma função de nivelamento com a lâmina de trator de esteira com lâmina frontal 44 requer tipicamente acionamento simultâneo do atuador de trator de esteira com lâmina frontal 42 a uma pressão relativamente baixa e o acionamento dos motores de esteira esquerda e direita 34, 36 a uma pressão relativamente alta.

[00121] Será entendido que a pressão de acionamento dos diferentes atuadores variará dependendo do projeto da máquina de trabalho 10 e do sistema hidráulico 48. Por exemplo, em algumas modalidades, pressões relativamente altas estão na faixa de 100 a 250 Bar (10 a 25 MPa), as pressões relativamente baixas estão na faixa de 0 a 50 Bar (0 a 5 MPa) e as pressões médias estão entre essas faixas (ou seja, na faixa de 50 a 100 Bar (5 a 10 MPa)). Essas faixas de pressão de exemplo são para uma pequena escavadeira midi. Será entendido que escavadeiras maiores ou outros veículos de trabalho podem operar em pressões mais altas.

[00122] Como será descrito em mais detalhes abaixo, o sistema hidráulico 48 é disposto de modo que cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32 do primeiro grupo seja fornecido por um conjunto de bomba hidráulica diferente 50A, 50B, 50C. O sistema hidráulico 48 também está disposto de modo que cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente 34, 36, 42 do segundo grupo seja fornecido por um conjunto de bomba hidráulica diferente 50A, 50B, 50C. Isso desacopla efetivamente os dispositivos acionados hidraulicamente que normalmente são acionados simultaneamente, porque são fornecidos por diferentes conjuntos de bombas hidráulicas.

[00123] No entanto, será entendido que tal arquitetura do sistema hidráulico 48 não impede o acionamento simultânea de dispositivos acionados hidraulicamente do primeiro e segundo grupos. Por exemplo, ainda seria possível realizar um terceiro conjunto de funções não típicas em que o chassi 12 e o braço de trabalho 14 são movidos simultaneamente (por exemplo, ao espalhar material escavado despejando com o braço de trabalho 14 enquanto move o chassi 12 com as esteiras de tração 18).

[00124] Em algumas modalidades, pelo menos um dos conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C está disposto para fornecer fluido hidráulico a um dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32 do primeiro grupo e a um dispositivo acionado hidraulicamente 34, 36, 42 do segundo grupo.

[00125] Na modalidade ilustrada na Figura 2, o sistema hidráulico 48 inclui três conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C, cada um para fornecer uma saída variável de fluido hidráulico do tanque 56 para dois ou mais dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46. Em outras palavras, cada um dos conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C é um conjunto de bomba compartilhado. O compartilhamento do fluxo da bomba entre alguns dispositivos acionados hidraulicamente (por exemplo, dispositivos que normalmente operam sob pressões de carga semelhantes) resulta em um sistema de bomba mais barato/menor do que se um conjunto de bomba hidráulica dedicado for fornecido para cada dispositivo acionado hidraulicamente.

[00126] No entanto, em modalidades alternativas, um conjunto de bomba hidráulica dedicado é fornecido para cada dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 (ou seja, o número de conjuntos de bomba hidráulica é igual ao número de dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46). Em modalidades alternativas, são fornecidos mais ou menos de três conjuntos de bombas hidráulicas. Em modalidades alternativas, alguns dos conjuntos de bombas hidráulicas são conjuntos de bombas compartilhadas que fornecem dois ou mais dispositivos e alguns dos conjuntos de bombas hidráulicas são conjuntos de bombas hidráulicas dedicados que fornecem um único dispositivo acionado hidraulicamente.

[00127] Em algumas modalidades, o sistema hidráulico 48 é configurado de modo que cada um dos conjuntos de bomba compartilhados 50A, 50B, 50C forneça fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 simultaneamente, como será descrito em mais detalhes abaixo. Em modalidades alternativas, o sistema hidráulico 48 é configurado de modo que cada um dos conjuntos de bombas compartilhadas 50A, 50B e 50C forneça apenas fluido hidráulico a um único dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 em qualquer instante de tempo.

[00128] Na modalidade ilustrada, o primeiro conjunto de bomba hidráulica 50A fornece fluido hidráulico ao atuador de articulação 40, atuador de escavação 30 e motor de esteira esquerdo 34; o segundo conjunto de bomba hidráulica 50B fornece fluido hidráulico ao motor de esteira direito 36, motor de articulação 38 e atuador de caçamba 32; e o terceiro conjunto de bomba hidráulica 50C fornece fluido hidráulico ao atuador de trator de esteira de lâmina frontal 42, atuador de extensão de esteira 46 e atuador de lança 28.

[00129] Tal configuração de sistema hidráulico foi considerada uma maneira particularmente eficiente de desacoplar os dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 que são tipicamente acionados simultaneamente e reduzindo assim as perdas de eficiência do sistema hidráulico associadas a fluxos paralelos de fluido hidráulico acionado por um conjunto de bomba compartilhado 50A, 50B, 50C. Além disso, os dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 que são acionados por um conjunto de bomba compartilhado desta configuração normalmente operam em pressões de carga semelhantes, o que permite o dimensionamento ideal de cada conjunto de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C e reduz a quantidade de restrição/compensação necessária para dividir o fluxo quando vários dispositivos são acionados por um conjunto de bomba compartilhado simultaneamente (conforme descrito em mais detalhes abaixo).

[00130] Os motores de esteira esquerda e direita 34, 36 são comumente usados em conjunto em um veículo de trabalho 10 (por exemplo, ao mover o veículo de trabalho 10 em linha reta). Portanto, ter os motores de esteira esquerda e direita 34, 36 fornecidos por diferentes conjuntos de bombas hidráulicas 50A, 50B fornece controle de rastreamento de linha reta independente e movimento confiável do veículo de trabalho 10. Da mesma forma, um atuador de lança 28, atuador de escavação 30 e atuador de caçamba 32 são comumente usados em conjunto em um veículo de trabalho 10 (por exemplo, ao mover o braço de trabalho 14). Portanto, ter o atuador de lança 28, atuador de escavação 30 e atuador de caçamba 32 fornecidos por diferentes conjuntos de bombas hidráulicas 50A, 50B, 50C proporciona controle independente do membro do braço de trabalho e movimento confiável do braço de trabalho 14.

[00131] Por outro lado, os motores de esteira 34, 36 não são usados regularmente em conjunto com atuadores de braço de trabalho 28, 30, 32 de um veículo de trabalho 10. Por exemplo, mais comumente, um veículo de trabalho 10 se move com o braço de trabalho 14 estacionário ou o veículo de trabalho 10 está parado enquanto move o braço de trabalho 14. Portanto, fornecer um motor de esteira 34, 36 e um atuador de braço de trabalho 28, 30, 32 com fluido hidráulico do mesmo conjunto de bomba hidráulica 50A, 50B é menos provável de resultar em perdas paralelas associadas ao fluxo de bomba compartilhado do que se os dispositivos normalmente acionados juntos compartilharem um conjunto de bomba hidráulica comum.

[00132] Em outras palavras, os dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 que são tipicamente acionados em conjunto são efetivamente desacoplados porque são fornecidos por diferentes conjuntos de bombas hidráulicas.

[00133] No entanto, em condições de operação em que um motor de esteira 34, 36 e atuador de braço de trabalho 28, 30, 32 são acionados simultaneamente (por exemplo, durante uma operação de nivelamento), tal configuração de sistema hidráulico ainda permite o acionamento simultânea através do controle dos respectivos compensadores de pressão 70 (como discutido abaixo em relação à Figura 3) para compartilhar o fluxo de fluido hidráulico do conjunto de bomba compartilhado.

[00134] O sistema hidráulico 48 também inclui uma pluralidade de válvulas de controle proporcional 52, cada uma conectada a um respectivo dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46. O sistema hidráulico 48 é dispostos de modo que o fluido hidráulico que sai de cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 flua através de uma primeira restrição de uma respectiva válvula de controle proporcional 52 antes de retornar ao tanque 56 através de uma linha de tanque 58.

[00135] Na modalidade ilustrada, o atuador de lança 28, atuador de escavação 30, atuador de caçamba 32, motor de esteira do lado esquerdo 34, motor de esteira do lado direito 36, motor de articulação 38 e atuador de articulação 40 estão, cada um, conectado a uma válvula de controle proporcional dedicada 52. Em contrapartida, o atuador de lâmina 42 e o atuador de extensão de esteira 46 são conectados a uma válvula de controle proporcional comum 52 através de uma válvula de comutação 53. A válvula de comutação 53 tem um primeiro estado que conecta o atuador de trator de esteira de lâmina frontal 42 à válvula de controle proporcional associada 52 e um segundo estado que conecta o atuador de extensão de esteira à válvula de controle proporcional associada 52. Tal arranjo de comutação é adequado quando vários dispositivos acionados hidraulicamente nunca serão acionados simultaneamente (por exemplo, acionamento da lâmina de trator de esteira com lâmina frontal 44 e extensão das esteiras 18). O arranjo de comutação também reduz o número necessário de válvulas de controle proporcionais 52 que são comparativamente mais caras/complexas do que as válvulas de comutação. No entanto, será entendido que onde quer que os dispositivos acionados hidraulicamente precisem ser acionados simultaneamente, eles serão conectados a válvulas de controle proporcional independentes 52.

[00136] Na modalidade ilustrada, existem três grupos de válvulas 54A, 54B, 54C, cada um recebendo fluido hidráulico de um respectivo dos três conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C. Cada uma das válvulas de controle proporcional 52 faz parte de um dos grupos de válvulas 54A, 54B, 54C. Para simplificar, os grupos de válvula 54A, 54B, 54C e válvulas de controle proporcional 52 são mostrados esquematicamente na Figura 2. Detalhes específicos do grupo de válvula 54A e as válvulas de controle proporcional 52 são mostrados na Figura 3, conforme discutido abaixo.

[00137] O sistema hidráulico 48 está configurado para controlar um fluxo de fluido hidráulico fornecido a cada dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 variando a saída de fluido hidráulico da bomba hidráulica conjuntos 50A, 50B, 50C. O sistema hidráulico 48 também está configurado para controlar um fluxo de fluido hidráulico que sai de cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 ajustando uma área de restrição das respectivas válvulas de controle proporcional 52, como será descrito com mais detalhes a seguir.

[00138] O sistema hidráulico 48 é configurado de modo que a restrição das válvulas de controle proporcional 52 seja controlada independentemente da saída dos conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C. A restrição das válvulas de controle proporcional 52 sendo controladas independentemente da saída dos conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C permite a pressão de um lado de entrada de um dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 para ser controlado separadamente para a pressão de um lado de saída do dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46, que foi concebido para melhorar a controlabilidade do sistema e aumentar a eficiência do sistema hidráulico 48.

[00139] Com referência à Figura 4, cada uma das válvulas de controle proporcional 52 é móvel dentro de uma primeira faixa de abertura 60 entre uma primeira posição de abertura 62 e uma segunda posição de abertura 64. Cada uma das válvulas de controle proporcional 52 define um primeiro caminho de fluxo através do qual um fluxo de fluido hidráulico de um respectivo dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 flui. As válvulas de controle proporcional 52 são configuradas cada uma de modo que um tamanho de uma área de restrição do primeiro caminho de fluxo diminua à medida que a válvula de controle proporcional 52 é movida da primeira posição de abertura 62 para a segunda posição de abertura 64 a fim de aumentar uma pressão de fluido em um lado de saída do respectivo dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46.

[00140] Com referência à Figura 5, cada uma das válvulas de controle proporcional 52 também define um segundo caminho de fluxo e o sistema hidráulico 48 é disposto de tal modo que as válvulas de controle proporcional 52 conectam cada um dos conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C a um respectivo dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 de modo que o fluido hidráulico fornecido pelo referido um dos conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C ao referido dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 flui através do segundo caminho de fluxo. Em outras palavras, cada uma das válvulas de controle proporcional 52 é disposta de modo que o segundo caminho de fluxo seja fornecido entre um dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 e uma linha de alimentação hidráulica 66A, 66B, 66C conectados a um respectivo conjunto de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C.

[00141] Cada uma das válvulas de controle proporcional 52 é configurada de modo que um diferencial de pressão através de uma área de restrição do segundo caminho de fluxo seja inferior a 10% de uma pressão máxima do sistema quando a posição de abertura da válvula de controle proporcional estiver dentro da referida primeira faixa de abertura. Por exemplo, quando a pressão máxima do sistema é de 230 bar (23 MPa), o diferencial de pressão através da área de restrição do segundo caminho de fluxo é inferior a 23 bar (2,3 MPa) quando a posição de abertura da válvula de controle proporcional 52 está dentro da primeira faixa de abertura 60. Em algumas modalidades, o diferencial de pressão ao longo da área de restrição do segundo caminho de fluxo está na faixa de 0,5 bar a 4 bar (0,05 a 0,4 MPa) (por exemplo, 1 bar (0,1 MPa)) quando a válvula de controle proporcional 52 está na primeira posição de abertura 62 e o diferencial de pressão ao longo da área de restrição do segundo caminho de fluxo está na faixa de 5 bar a 10 bar (0,5 a 1 MPa) (por exemplo, 7 bar (0,7 MPa)) quando a válvula de controle proporcional 52 está na segunda posição de abertura 64.

[00142] Será entendido que as primeiras faixas de abertura 60 das válvulas de controle proporcional 52 diferem dependendo da saída de fluido hidráulico do conjunto de bomba hidráulica associado 50A, 50B, 50C. Por exemplo, em 100% da vazão máxima do conjunto de bomba hidráulica associado 50A, 50B, 50C, a primeira faixa de abertura 60 pode abranger a partir de uma primeira posição de abertura 62 de 100% da área de restrição máxima do segundo caminho de fluxo para uma segunda posição de abertura 64 de 70% da área de restrição máxima do segundo caminho de fluxo. Para o mesmo sistema hidráulico a 50% da vazão máxima do conjunto de bomba hidráulica associado 50A, 50B, 50C, a primeira faixa de abertura 60 pode abranger a partir de uma primeira posição de abertura 62 de 100% da área de restrição máxima do segundo fluxo caminho para uma segunda posição de abertura 64 de cerca de 53% da área de restrição máxima do segundo caminho de fluxo. Em modalidades alternativas, a segunda posição de abertura 64 difere daquelas descritas acima (por exemplo, maior ou menor que 70% da área de restrição máxima a 100% de vazão e maior ou menor que 53% da área de restrição máxima a 50% de vazão). Em qualquer caso, para uma determinada configuração de sistema hidráulico, a segunda posição de abertura 64 que define a parte inferior da primeira faixa de abertura 60 será menor quando a vazão de fluido fornecida pelo conjunto de bomba hidráulica associado 50A, 50B, 50C for menor.

[00143] Será entendido que cada uma das válvulas de controle proporcional 52 também pode ser ajustada para uma posição de abertura fora da primeira faixa de abertura 60, a fim de reduzir ainda mais o tamanho das áreas de restrição do primeiro e segundo caminhos de fluxo para uma posição totalmente fechada. Em outras palavras, as válvulas de controle proporcionais 52 são móveis dentro de uma segunda faixa de abertura entre a segunda posição de abertura 64 e uma posição fechada.

[00144] Com referência agora à Figura 3, cada uma das válvulas de controle proporcional 52 é uma válvula de controle proporcional direcional. Em outras palavras, cada uma das válvulas de controle proporcional 52 tem: um primeiro estado 68A para acionar um dispositivo acionado hidraulicamente associado 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 em uma primeira direção (por exemplo, uma direção de extensão de um cilindro hidráulico); um segundo estado 68B para acionar o dispositivo acionado hidraulicamente associado 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 em uma segunda direção (por exemplo, uma direção de retração de um cilindro hidráulico); e um estado neutro 68C para bloquear um fluxo de fluido hidráulico de/para o dispositivo acionado hidraulicamente associado 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46. Como tal, cada um dos primeiro e segundo estados 68A e 68B inclui um primeiro caminho de fluxo (conectado à linha de tanque 58) e um segundo caminho de fluxo (conectado a uma linha de abastecimento associada 66A, 66B, 66C) que são dimensionados para fornecer o comportamento descrito acima em relação às Figuras 4 e 5.

[00145] As válvulas de controle proporcional 52 sendo válvulas de controle proporcional direcional permitem que os dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 sejam acionados em duas direções (por exemplo, extensão/retração de um cilindro hidráulico, ou rotação no sentido horário/anti-horário de um motor hidráulico) alterando a direção da válvula de controle proporcional direcional 52. Isso elimina a necessidade de válvulas de controle adicionais para alterar uma direção de acionamento dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46.

[00146] No entanto, em modalidades alternativas, as válvulas de controle proporcional 52 não são válvulas de controle direcional. Por exemplo, em algumas modalidades, duas válvulas de controle proporcional separadas 52 são fornecidas para cada dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46, as duas válvulas de controle proporcional separadas 52 sendo configuradas para mover o dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 em diferentes direções.

[00147] O sistema hidráulico 48 também inclui uma pluralidade de compensadores de pressão 70. O número de compensadores de pressão 70 corresponde ao número de válvulas de controle proporcionais 52 que estão conectadas a um conjunto de bomba compartilhado 50A, 50B, 50C. Por exemplo, no grupo de válvulas 54A ilustrado na Figura 3, existem três válvulas de controle proporcionais 52 conectadas à linha de alimentação hidráulica 66A e três compensadores de pressão associados 70. Em outras palavras, cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente 30, 34, 40 fornecidos pelo conjunto de bomba compartilhado 50A é conectado ao conjunto de bomba compartilhado 50A através de um respectivo compensador de pressão 70. Os compensadores de pressão 70 são dispostos para restringir o fluxo em seus respectivos dispositivos acionados hidraulicamente 30, 34, 40 para controlar uma parte do fluxo de fluido hidráulico fornecido pelo conjunto de bomba compartilhado 50A entre vários dispositivos acionados hidraulicamente 30, 34, 40.

[00148] Na modalidade ilustrada, cada um dos compensadores de pressão 70 é do tipo comumente referido como um "pré-compensador", em que o compensador de pressão 70 é fornecido entre o conjunto de bomba hidráulica 50A e a válvula de controle proporcional associada 52. A área de abertura do compensador de cada compensador de pressão 70 é controlada por um diferencial de pressão através da válvula de controle proporcional associada 52 (que é proporcional ao fluxo que passa pela área de restrição do segundo caminho de fluxo da válvula de controle proporcional 52) e é aberta por tensionamento por uma mola 72.

[00149] Quando o referido diferencial de pressão através da válvula de controle proporcional associada 52 atinge um valor definido da mola 72, um tamanho da área de abertura do compensador é reduzido até o ponto em que começa a gerar restrição adicional ao fluxo de fluido hidráulico do conjunto de bomba hidráulica 50A para o dispositivo acionado hidraulicamente associado 30, 34, 40. Se o diferencial de pressão através da válvula de controle proporcional associada 52 aumentar ainda mais, o tamanho da área de abertura do compensador é reduzido, restringindo ainda mais o fluxo de fluido hidráulico do conjunto de bomba hidráulica 50A para o dispositivo acionado hidraulicamente associado 30, 34, 40. Cada compensador de pressão 70 é projetado com um 'ganho' para ajustar a quantidade de restrição adicional gerada pela área de abertura do compensador para um determinado diferencial de pressão através da válvula de controle proporcional associada 52, e, assim, quão agressivamente o fluxo de fluido hidráulico do conjunto de bomba hidráulica 50A para o dispositivo associado acionado hidraulicamente 30, 34, 40 é controlado com vários níveis de pressão.

[00150] Em algumas modalidades, cada válvula de controle proporcional 52 é projetada de modo que, quando sua posição de abertura estiver dentro da primeira faixa de abertura 60, o diferencial de pressão através da área de restrição do segundo caminho de fluxo da válvula de controle proporcional 52 seja menor que o valor de ajuste da mola 72 do compensador de pressão associado 70. Desta forma, a abertura do compensador do compensador de pressão 70 é mantida totalmente aberta e não tem efeito restritivo quando a posição de abertura da válvula de controle proporcional associada 52 está dentro da primeira faixa de abertura 60.

[00151] Em algumas modalidades, o valor definido de cada mola está na faixa de 2 a 15 bar (0,2 a 1,5 MPa) ou na faixa de 5 a 10 bar (0,5 a 1 MPa) (por exemplo, 7 bar (0,7 MPa)).

[00152] Quando apenas um dos dispositivos acionados hidraulicamente 30, 34, 40 é operado, uma posição de abertura da válvula de controle proporcional associada 52 estará dentro da primeira faixa de abertura 60. Desta forma, o compensador de pressão associado 70 está totalmente aberto e um fluxo de fluido hidráulico para o dispositivo acionado hidraulicamente 30, 34, 40 é controlado variando a saída de fluido hidráulico do conjunto de bomba hidráulica 50A. Em outras palavras, o compensador de pressão 70 e a área de restrição do segundo caminho de fluxo da válvula de controle proporcional 52 não têm um efeito significativo no fluxo de fluido hidráulico que entra no dispositivo acionado hidraulicamente 30, 34, 40.

[00153] Quando vários dispositivos acionados hidraulicamente 30, 34, 40 são operados simultaneamente, a posição de abertura das válvulas de controle proporcional associadas 52 é definida para um valor fora da primeira faixa de abertura de modo que os compensadores de pressão associados 70 restringem um fluxo de fluido hidráulico aos dispositivos acionados hidraulicamente 30, 34, 40 que estão sendo operados. De maneira convencional, os compensadores de pressão 70, portanto, compartilham um fluxo de fluido hidráulico do conjunto de bomba hidráulica 50A entre os dispositivos acionados hidraulicamente 30, 34, 40, evitando que o excesso de fluxo passe para um dispositivo acionado hidraulicamente operando a uma pressão mais baixa do que outros dispositivos acionados hidraulicamente operando em uma pressão mais alta.

[00154] A fim de controlar a quantidade de compensação fornecida pelos compensadores de pressão 70 de modo que certos dispositivos acionados hidraulicamente 30, 34, 40 tenham prioridade sobre outros, a válvula de controle proporcional 52 associada a um dispositivo acionado hidraulicamente de maior prioridade 30, 34, 40 é ajustado para uma posição de abertura exatamente dentro da primeira faixa de abertura 60 (por exemplo, ligeiramente acima da segunda posição de abertura 64). Desta forma, um fluxo adicional pode passar pela válvula de controle proporcional 52 antes que o compensador associado 70 comece a operar, dando prioridade ao dispositivo acionado hidraulicamente associado 30, 34, 40.

[00155] Em modalidades alternativas, os compensadores de pressão 70 são do tipo comumente conhecido como "póscompensadores". Em tais modalidades, a posição de abertura dos compensadores de pressão 70 são, cada um, controlados pela pressão de carga do dispositivo acionado hidraulicamente associado 30, 34, 40. Os compensadores de pressão 70 aumentam artificialmente a pressão a jusante das válvulas de controle proporcional associadas 52 para obter um diferencial de pressão em todas as válvulas de controle proporcionais 52. Em um sistema pós-compensado, as áreas de restrição do primeiro e segundo caminhos de fluxo das válvulas de controle proporcionais 52 seriam projetadas como descrito acima, mas o requisito de projetar a primeira faixa de abertura 60 em torno do valor ajustado das molas 72 é removido. Em vez disso, as válvulas de controle proporcional 52 seriam projetadas de modo que um diferencial de pressão através das válvulas de controle proporcional 52 seja ajustado para um nível que dê precisão aceitável do compensador de pressão associado (por exemplo, 5 bar (0,5 MPa)) quando a válvula de controle proporcional estiver fora da primeira faixa de abertura 60.

[00156] O sistema hidráulico 48 inclui um sistema de controle 74 configurado para controlar a vazão e/ou pressão do fluido hidráulico que flui através do sistema hidráulico 48. Na modalidade ilustrada, o sistema de controle é configurado para ajustar a posição de abertura da válvula de controle proporcional 52 variando uma pressão de fluido piloto fornecido de um suprimento piloto para primeira e segunda portas de pressão das válvulas de controle proporcional 52 (por exemplo, controlando solenoides 77 que alteram a posição das válvulas piloto 75, conforme ilustrado na Figura 3). Em modalidades alternativas, as válvulas de controle proporcionais 52 são válvulas solenoides controladas diretamente pelo sistema de controle 74, em vez de através de uma pressão piloto.

[00157] O sistema de controle 74 também está configurado para controlar a saída dos conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C (por exemplo, definindo uma velocidade de rotação dos motores elétricos 51A, 51B, 51C ilustrados na Figura 2).

[00158] Como será descrito em mais detalhes abaixo, o sistema de controle 74 é configurado para determinar uma condição de carregamento de cada dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46.

[00159] Em algumas modalidades, o sistema de controle 74 é configurado para determinar tais condições de carregamento por meio de estimativa de malha aberta. Por exemplo, em algumas modalidades, o sistema de controle 74 é configurado para estimar as condições de carregamento dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 através do uso de uma tabela de consulta de carregamento típico condições (por exemplo, semelhantes às indicadas na Tabela 1 e descritas acima). Alternativamente, o sistema de controle 74 pode ser configurado para estimar as condições de carregamento com base em uma posição de uma ou mais entradas do usuário (por exemplo, joysticks, alavancas, pedais ou semelhantes).

[00160] Em algumas modalidades, o sistema de controle 74 é configurado para determinar as condições de carregamento por meio de retorno com base em medições indicativas das condições de carregamento.

[00161] Por exemplo, em algumas modalidades, o sistema hidráulico 48 inclui um ou mais transdutores de pressão para medir uma pressão de fluido hidráulico fornecido pelos conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C (por exemplo, um transdutor de pressão por conjunto de bomba) e o sistema de controle 74 é configurado para determinar as condições de carregamento em função das pressões medidas de fluido hidráulico fornecido pelos conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C.

[00162] Em modalidades alternativas, o sistema hidráulico 48 inclui um ou mais transdutores de pressão para medir uma pressão de fluido hidráulico entrando ou saindo de cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente (por exemplo, um par de transdutores de pressão para cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46) e o sistema de controle 74 é configurado para determinar as condições de carregamento diretamente com base nas pressões medidas.

[00163] Em modalidades alternativas, o sistema hidráulico 48 inclui um ou mais sensores de força para medir uma força que atua nos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 (por exemplo, um sensor de força por dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46) e o sistema de controle 74 é configurado para determinar o carregamento em função das forças medidas.

[00164] Em modalidades alternativas, o sistema hidráulico 48 inclui um ou mais sensores de posição para medição de posições dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 e/ou outros elementos do trabalho máquina 10 (por exemplo, lança 24, braço de escavação 26, implemento 16) e o sistema de controle 74 é configurado para determinar as condições de carga em função das posições medidas.

[00165] Em algumas modalidades, o sistema de controle 74 determina as condições de carregamento por meio de meios alternativos aos descritos acima. Em algumas modalidades, dois ou mais dos meios para determinar as condições de carregamento descritas acima são combinados para aumentar a precisão da determinação da condição de carregamento.

[00166] Como será descrito em mais detalhes abaixo, após determinar as condições de carregamento, o sistema de controle 74 é configurado para ajustar a área de restrição das respectivas válvulas de controle proporcional 52 para inibir a cavitação dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46.

[00167] Um método de controle do sistema hidráulico 48 descrito acima será agora descrito em relação à Figura 6.

[00168] Na modalidade ilustrada, o sistema de controle 74 é configurado para ajustar um comando de saída dos conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C. Por exemplo, na etapa S12, o sistema de controle 74 é configurado para calcular uma velocidade alvo para cada dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 com base em uma ou mais entradas do usuário 22 do trabalho veículo 10 e defina um comando de fluxo para cada conjunto de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C com base nas velocidades alvo (etapas S14 e S16). Desta forma, um fluxo de bomba necessário para mover um dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 a uma velocidade necessária é definido diretamente pelo sistema de controle 74, o que elimina a necessidade de fluxo de fluido hidráulico dos conjuntos de bomba 50A, 50B, 50C a ser restringido (quando os dispositivos não estão sendo acionados simultaneamente) e aumenta a eficiência do sistema hidráulico 48.

[00169] Na modalidade ilustrada, o sistema de controle 74 é configurado para ajustar um comando de posição de abertura para cada válvula de controle proporcional 52 para variar as áreas de restrição do primeiro e segundo caminhos de fluxo de cada válvula de controle proporcional 52.

[00170] Na modalidade ilustrada, o sistema de controle 74 é configurado para fazer o seguinte: monitorar uma condição de carregamento dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46; comparar cada uma das referidas condições de carregamento monitoradas com um respectivo limite de condição de carregamento; quando uma das referidas condições de carregamento monitoradas for menor que seu respectivo limite de condição de carregamento, ajustar um comando de posição de abertura para diminuir a área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional 52; e quando uma das referidas condições de carregamento monitoradas for maior que seu respectivo limite de condição de carregamento, ajustar um comando de posição de abertura para aumentar a área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional 52.

[00171] Em particular, o sistema de controle 74 é configurado para fazer o seguinte: monitorar uma pressão de fluido hidráulico fornecida por cada conjunto de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C (etapa S10); comparar cada uma das pressões monitoradas com um respectivo limite de pressão (etapas S22, S24, S26); quando uma das pressões monitoradas for menor que seu respectivo limite de pressão, ajustar um comando de posição de abertura para diminuir a área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional 52 (etapa S32); ou quando uma das referidas pressões monitoradas for maior que seu respectivo limite de pressão, ajustar um comando de posição de abertura para aumentar a área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional 52 (etapa S30).

[00172] Se a pressão da bomba for muito maior do que a pressão alvo (conforme calculado na etapa S22), a válvula de controle proporcional 52 mesmo na posição de abertura máxima ainda restringirá a área da válvula até certo ponto para manter uma boa contrapressão no dispositivo acionado hidraulicamente (etapa S28).

[00173] Se a pressão da bomba corresponder exatamente à pressão alvo, a posição de abertura da válvula de controle proporcional associada 52 será mantida em sua posição atual (etapa S34).

[00174] Em algumas modalidades, o sistema de controle 74 é ainda configurado para filtrar sinais de pressão indicativos da pressão do fluido hidráulico fornecido pelo ou por cada conjunto de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C (na etapa S10). Verificou-se que isso aumenta a estabilidade do sistema de controle 74.

[00175] Em algumas modalidades, o sistema de controle 74 é ainda configurado para ajustar uma posição de abertura de cada compensador de pressão 70 para variar uma área de restrição do referido compensador de pressão 70 para controlar uma parte do fluxo de fluido hidráulico fornecido por uma bomba compartilhada conjunto 50A, 50B, 50C entre vários dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 (na etapa S36).

[00176] Em algumas modalidades, o sistema de controle 74 é configurado para determinar uma posição de abertura necessária de cada compensador de pressão 70 com base nas condições operacionais de seu conjunto de bomba hidráulica associado 50A, 50B, 50C e válvula de controle proporcional 52 (etapa S36).

[00177] Quando os cálculos acima indicam que a válvula de controle proporcional 52 precisa mudar a posição de abertura, a válvula de controle proporcional 52 é movida para a nova posição alvo na etapa S38.

[00178] Verificou-se que o sistema hidráulico 48 descrito acima reduz significativamente as perdas do sistema hidráulico em até 50% em comparação com os sistemas hidráulicos de medição independentes tradicionais.

[00179] Uma válvula de controle proporcional de acordo com uma modalidade será agora descrita em mais detalhes. A válvula de controle proporcional 52 inclui uma porta de bomba para receber fluido hidráulico de uma bomba hidráulica (por exemplo, uma bomba dos conjuntos de bomba hidráulica 50A, 50B, 50C do sistema hidráulico 48 das Figuras 2 a 5); e uma porta de tanque para fornecer fluido hidráulico a um tanque (por exemplo, o tanque 56 do sistema hidráulico das Figuras 2 a 5). A válvula de controle proporcional 52 também inclui primeira e segunda portas de atuador para fornecer fluido hidráulico a um dispositivo acionado hidraulicamente ou receber fluido hidráulico de um dispositivo acionado hidraulicamente (por exemplo, um dos dispositivos acionados hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 do sistema hidráulico 48 descrito acima).

[00180] A válvula de controle proporcional 52 define um primeiro caminho de fluxo através do qual um fluxo de fluido hidráulico da primeira ou segunda portas de atuador flui para a porta do tanque. A válvula de controle proporcional 52 também define um segundo caminho de fluxo através do qual um fluxo de fluido hidráulico da porta de bomba flui para a primeira ou segunda portas do atuador.

[00181] A válvula de controle proporcional 52 é móvel dentro de uma primeira faixa de abertura 60 entre uma primeira posição de abertura 62 e uma segunda posição de abertura 64. Será entendido que a posição de abertura da válvula de controle proporcional 52 é continuamente móvel dentro da primeira faixa de abertura 60 (isto é, na primeira posição de abertura 62, na segunda posição de abertura 64 ou em qualquer posição de abertura entre elas).

[00182] A válvula de controle proporcional 52 é configurada de modo que o tamanho de uma área de restrição do primeiro caminho de fluxo diminua à medida que a válvula de controle proporcional 52 é movida da primeira posição de abertura 62 para a segunda posição de abertura 64 para aumentar uma pressão diferencial entre a primeira ou segunda porta do atuador e a porta do tanque.

[00183] A válvula de controle proporcional 52 também é configurada de modo que um diferencial de pressão através da área de restrição do segundo caminho de fluxo seja inferior a 10% de uma pressão máxima do sistema quando a posição de abertura da válvula de controle proporcional 52 estiver dentro da primeira faixa de abertura 60. Por exemplo, quando a pressão máxima do sistema é de 230 bar (23 MPa), o diferencial de pressão através da área de restrição do segundo caminho de fluxo é inferior a 23 bar (2,3 MPa) quando a posição de abertura da válvula de controle proporcional 52 está dentro da primeira faixa de abertura 60. Em algumas modalidades, o diferencial de pressão através da área de restrição do segundo caminho de fluxo está na faixa de 0,5 bar a 4 bar (0,05 a 0,4 MPa) (por exemplo, 1 bar (0,1 MPa)) quando a válvula de controle proporcional 52 está na primeira posição de abertura 62 e o diferencial de pressão através da área de restrição do segundo caminho de fluxo está na faixa de 5 bar a 10 bar (0,5 a 1 MPa) (por exemplo, 7 bar (0,7 MPa)) quando a válvula de controle proporcional 52 está na segunda posição de abertura 64.

[00184] A válvula de controle proporcional 52 também é móvel dentro de uma segunda faixa de abertura entre a segunda posição de abertura e uma posição fechada, e a válvula de controle proporcional 52 é configurada de modo que o tamanho das áreas de restrição do primeiro e segundo caminhos de fluxo diminua à medida que a válvula de controle proporcional é movida da segunda posição de abertura para a posição fechada, a fim de aumentar os diferenciais de pressão através do primeiro e segundo caminhos de fluxo.

[00185] Verificou-se que os aspectos da divulgação descritos acima reduzem significativamente as perdas do sistema hidráulico em até 50% em comparação com os sistemas hidráulicos de medição independentes tradicionais. Isso leva a uma redução proporcional no consumo de energia da bateria quando o sistema hidráulico é usado em um veículo de trabalho elétrico ou a uma redução proporcional no consumo de combustível quando o sistema hidráulico é usado em um veículo de trabalho movido a célula de combustível.

[00186] Será entendido que o uso de válvulas de controle proporcional convencionais 52 (isto é, válvulas gaveta cilíndricas direcionais) que são configuradas para operar como descrito acima fornece vantagens significativas sobre "válvulas de medição independentes" mais complexas/caros com funcionalidade semelhante.

[00187] Embora a divulgação tenha sido descrita em relação a uma ou mais modalidades, será apreciado que várias alterações ou modificações podem ser feitas sem afastamento do escopo definido pelas reivindicações anexas.

[00188] Por exemplo, em modalidades alternativas, os compensadores de pressão 70 são totalmente omitidos. Quando o compartilhamento de fluxo é necessário em tais modalidades, as áreas de restrição do primeiro e segundo caminhos de fluxo das válvulas de controle proporcional 52 podem ser ajustadas diretamente para controlar o compartilhamento de fluxo do respectivo conjunto de bomba compartilhado 50A, 50B, 50C. Em particular, o sistema de controle 74 implementa uma estratégia de compartilhamento de fluxo como se segue. As condições de carga típicas para dispositivos acionados hidraulicamente selecionados 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 são obtidas de uma tabela de consulta. O diferencial de pressão necessário para cada dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 40, 42, 46 em relação à pressão de carga mais alta é calculado. As respectivas válvulas de controle proporcional 52 são então acionadas pelo sistema de controle 74 de modo que a restrição combinada dos respectivos primeiro e segundo caminhos de fluxo das válvulas de controle proporcional 52 cria o diferencial de pressão necessário para cada dispositivo acionado hidraulicamente 28, 30, 32, 34, 36, 40, 42, 46. Tal estratégia de compartilhamento de fluxo reduz o número de componentes (omitindo os compensadores de pressão 70 e circuitos hidráulicos associados), o que leva a um custo reduzido do sistema hidráulico.

[00189] Será entendido que em tal modalidade de sistema hidráulico não compensado, o sistema de controle 74 segue etapas semelhantes às mostradas no fluxograma da Figura 6, mas essa etapa S36 é substituída pela estratégia de compartilhamento de fluxo descrita acima.

[00190] Em outras modalidades alternativas, o motor de articulação 38 para girar o chassi 12 em relação às esteiras de tração 18 é um motor elétrico em vez de um motor hidráulico. Uma visão geral das funções da máquina de trabalho e pressões associadas para tal modalidade é descrita na Tabela 2 abaixo. Em contrapartida com a Tabela 1 acima, porque o motor de articulação hidráulico 38 foi substituído por um motor de articulação elétrico, o terceiro conjunto de bomba hidráulica 50C tem apenas um dispositivo acionado hidraulicamente atribuído às funções do "Grupo 1" (o atuador de caçamba 32). Dessa forma, quando apenas as funções do “Grupo 1” são selecionadas, não ocorre o compartilhamento de vazão, o que aumenta ainda mais a eficiência do sistema hidráulico.

[00191] Deve-se notar também que, embora as reivindicações anexas estabeleçam combinações particulares de recursos descritos acima, o escopo da presente divulgação não se limita às combinações particulares a seguir reivindicadas, mas se estende para abranger cada recurso aqui divulgado isoladamente, bem como qualquer combinação de características aqui divulgadas.

Claims

Sistema hidráulico para um veículo de trabalho, caracterizado pelo fato de que o sistema hidráulico compreende: um dispositivo acionado hidraulicamente; um conjunto de bomba hidráulica para fornecer uma saída variável de fluido hidráulico ao dispositivo acionado hidraulicamente; e uma válvula de controle proporcional, em que o sistema hidráulico é disposto de modo que o fluido hidráulico que sai do dispositivo acionado hidraulicamente flua através de uma restrição da válvula de controle proporcional; e em que o sistema hidráulico é configurado para controlar um fluxo de fluido hidráulico fornecido ao dispositivo acionado hidraulicamente por meio da variação da saída de fluido hidráulico do conjunto de bomba hidráulica e para controlar um fluxo de fluido hidráulico que sai do dispositivo acionado hidraulicamente através do ajuste de uma área de restrição da válvula de controle proporcional.
Sistema hidráulico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema hidráulico é configurado de modo que a restrição da válvula de controle proporcional seja controlada independentemente da saída do conjunto de bomba hidráulica, de modo que a pressão de um lado de entrada do dispositivo acionado hidraulicamente seja controlada independentemente da pressão de um lado de saída do dispositivo acionado hidraulicamente.
Sistema hidráulico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a válvula de controle proporcional é móvel dentro de uma primeira faixa de abertura entre uma primeira posição de abertura e uma segunda posição de abertura, em que a válvula de controle proporcional define um primeiro caminho de fluxo através do qual um fluxo de fluido hidráulico do dispositivo acionado hidraulicamente flui e em que a válvula de controle proporcional é configurada de modo que o tamanho de uma área de restrição do primeiro caminho de fluxo diminua à medida que a válvula de controle proporcional é movida da primeira posição de abertura para a segunda posição de abertura para aumentar uma pressão de fluido hidráulico em um lado de saída do dispositivo acionado hidraulicamente.
Sistema hidráulico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a válvula de controle proporcional define um segundo caminho de fluxo e em que o sistema hidráulico é disposto de modo que a válvula de controle proporcional conecte o conjunto de bomba hidráulica ao dispositivo acionado hidraulicamente de modo que o fluido hidráulico fornecido pelo conjunto de bomba hidráulica ao dispositivo acionado hidraulicamente flua através do segundo caminho de fluxo, em que a válvula de controle proporcional é configurada de modo que um diferencial de pressão através de uma área de restrição do segundo caminho de fluxo seja inferior a 10% de uma pressão máxima do sistema quando a posição de abertura da válvula de controle proporcional está dentro da referida primeira faixa de abertura; opcionalmente, em que a válvula de controle proporcional é uma válvula de controle proporcional direcional.
Sistema hidráulico, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma pluralidade de dispositivos acionados hidraulicamente e uma pluralidade correspondente de válvulas de controle proporcionais, em que o sistema hidráulico é disposto de modo que o fluido hidráulico que sai de cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente flua através de uma restrição de uma respectiva válvula de controle proporcional.
Sistema hidráulico, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma pluralidade de conjuntos de bombas hidráulicas para fornecer uma saída variável de fluido hidráulico aos dispositivos acionados hidraulicamente.
Sistema hidráulico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o número de conjuntos de bombas hidráulicas corresponde ao número de dispositivos acionados hidraulicamente, em que o sistema hidráulico é configurado para controlar um fluxo de fluido hidráulico que entra em cada dispositivo acionado hidraulicamente através da variação da saída de fluido hidráulico de um respectivo conjunto de bomba hidráulica e para controlar um fluxo de fluido hidráulico que sai de cada dispositivo acionado hidraulicamente através da variação de uma restrição de uma respectiva válvula de controle proporcional.
Sistema hidráulico, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o número de conjuntos de bomba hidráulica é menor do que o número de dispositivos acionados hidraulicamente e em que um ou mais dos conjuntos de bomba hidráulica é um conjunto de bomba compartilhado para fornecer fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente; opcionalmente, em que o sistema hidráulico é configurado de modo que o conjunto de bomba compartilhado forneça fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente simultaneamente; opcionalmente, em que cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente fornecidos pelo conjunto de bomba compartilhado está conectado ao conjunto de bomba compartilhado por meio de um respectivo compensador de pressão e em que os compensadores de pressão estão dispostos para restringir o fluxo em seus respectivos dispositivos acionados hidraulicamente para controlar uma parte do fluxo de fluido hidráulico fornecido pelo conjunto de bomba compartilhado entre vários dispositivos acionados hidraulicamente; opcionalmente, em que cada compensador de pressão é aberto por tensionamento por uma mola, em que uma área de abertura do compensador de cada compensador de pressão é controlada por um diferencial de pressão através de uma área de restrição do segundo caminho de fluxo de uma respectiva válvula de controle proporcional e em que a válvula de controle proporcional é configurada de modo que o referido diferencial de pressão através da área de restrição do referido segundo caminho de fluxo seja menor que um valor definido da mola do compensador de pressão quando a posição de abertura da válvula de controle proporcional estiver dentro da primeira faixa de abertura e é maior do que o referido valor de ajuste da mola do compensador de pressão quando a posição de abertura da válvula de controle proporcional está fora da primeira faixa de abertura.
Sistema hidráulico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de dispositivos acionados hidraulicamente compreende um motor de esteira do lado esquerdo para acionar uma esteira esquerda do veículo de trabalho e um motor de esteira do lado direito para acionar uma esteira direita do veículo de trabalho e em que o motor da esteira esquerda é fornecido com fluido hidráulico de um primeiro dos conjuntos de bomba hidráulica e o motor da esteira direita é fornecido com fluido hidráulico de um segundo dos conjuntos de bomba hidráulica; opcionalmente, em que o primeiro dos conjuntos de bomba hidráulica é um conjunto de bomba compartilhado para fornecer fluido hidráulico ao motor da esteira esquerda e um primeiro atuador de braço de trabalho para acionar um braço de trabalho do veículo de trabalho e/ou em que o segundo dos conjuntos de bomba hidráulica é um conjunto de bomba compartilhada para fornecer fluido hidráulico ao motor de esteira do lado direito e um segundo atuador de braço de trabalho para acionar um braço de trabalho do veículo de trabalho.
Sistema hidráulico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de dispositivos acionados hidraulicamente compreende um atuador de lança para elevar ou abaixar um braço de trabalho do veículo de trabalho e um atuador de braço de escavação para girar um braço de escavação do veículo de trabalho em relação a uma lança do veículo de trabalho e em que o atuador de lança é fornecido com fluido hidráulico de um dos conjuntos de bomba hidráulica e o atuador de braço de escavação é fornecido com fluido hidráulico de um conjunto diferente dos conjuntos de bomba hidráulica.
Sistema hidráulico, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o ou cada conjunto de bomba hidráulica é acionado por um respectivo motor elétrico e em que o sistema hidráulico é configurado de modo que a saída de fluido hidráulico do ou de cada conjunto de bomba hidráulica seja variada ajustando uma velocidade de rotação do referido motor elétrico.
Sistema hidráulico, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sistema de controle configurado para controlar uma vazão e/ou pressão de fluido hidráulico que flui através do sistema hidráulico; opcionalmente, em que o sistema de controle é configurado para ajustar um comando de saída do ou de cada conjunto de bomba hidráulica, opcionalmente, em que o sistema de controle é configurado para calcular uma velocidade alvo para o ou cada dispositivo acionado hidraulicamente com base em uma ou mais entradas do usuário do veículo de trabalho e ajustar um comando de fluxo do ou de cada conjunto de bomba hidráulica com base na ou em cada velocidade alvo.
Sistema hidráulico, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle é configurado para ajustar um comando de posição de abertura da ou de cada válvula de controle proporcional para variar a restrição da válvula de controle proporcional; opcionalmente, em que o sistema de controle é configurado para determinar uma condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente e para ajustar a área de restrição da respectiva válvula de controle proporcional para inibir a cavitação do referido dispositivo acionado hidraulicamente; opcionalmente, em que o sistema de controle é configurado para estimar a condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente através do uso de uma tabela de consulta de condições de carregamento típicas; opcionalmente, em que o sistema de controle é configurado para estimar a condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente com base em uma posição de uma ou mais entradas do usuário, tais como joysticks, alavancas, pedais ou semelhantes; opcionalmente, em que o sistema de controle é configurado para determinar a condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente em função de uma pressão medida de fluido hidráulico fornecida pelo ou por cada conjunto de bomba hidráulica; opcionalmente, em que o sistema de controle é configurado para determinar a condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente com base em uma pressão medida em uma porta de saída do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente e/ou uma pressão medida em uma porta de entrada do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente; opcionalmente, em que o sistema de controle é configurado para determinar a condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente em função de uma força medida agindo no ou em cada dispositivo acionado hidraulicamente; e/ou opcionalmente, em que o sistema de controle é configurado para determinar a condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente em função de uma posição medida do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente ou uma posição medida de um ou mais elementos da referida máquina de trabalho que são acionados pelo(s) dispositivo(s) acionado(s) hidraulicamente.
Sistema hidráulico, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle é configurado para: monitorar uma condição de carregamento do ou de cada dispositivo acionado hidraulicamente; comparar a ou cada uma das referidas condições de carregamento monitoradas com um respectivo limite de condição de carregamento; quando uma das referidas condições de carregamento monitoradas for menor que seu respectivo limite de condição de carregamento, ajustar um comando de posição de abertura para diminuir uma área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional; e quando uma das referidas condições de carga monitoradas for maior que seu respectivo limite de condição de carga, ajustar um comando de posição de abertura para aumentar a área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional; opcionalmente, em que o sistema de controle é configurado para: monitorar uma pressão de fluido hidráulico fornecida pelo ou por cada conjunto de bomba hidráulica; comparar a ou cada uma das referidas pressões monitoradas com um respectivo limiar de pressão; quando uma das referidas pressões monitoradas for menor que seu respectivo limite de pressão, ajustar um comando de posição de abertura para diminuir uma área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional; ou quando uma das referidas pressões monitoradas for maior que seu respectivo limite de pressão, ajustar um comando de posição de abertura para aumentar a área de restrição do primeiro caminho de fluxo da respectiva válvula de controle proporcional; opcionalmente, em que o sistema de controle é ainda configurado para filtrar sinais de pressão indicativos da pressão do fluido hidráulico fornecido pelo ou por cada conjunto de bomba hidráulica.
Sistema hidráulico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma pluralidade de dispositivos acionados hidraulicamente e uma pluralidade de conjuntos de bombas hidráulicas, em que: o número de conjuntos de bombas hidráulicas é menor do que o número de dispositivos acionados hidraulicamente; um ou mais dos conjuntos de bomba hidráulica é um conjunto de bomba compartilhado para fornecer fluido hidráulico a dois ou mais dispositivos acionados hidraulicamente; em que cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente fornecidos pelo conjunto de bomba compartilhado é conectado ao conjunto de bomba compartilhado por meio de uma respectiva válvula de controle proporcional e o sistema de controle é configurado para ajustar uma posição de abertura de cada válvula de controle proporcional para variar uma área de restrição da referida válvula de controle proporcional para controlar uma parte do fluxo de fluido hidráulico fornecido pelo conjunto de bomba compartilhado entre vários dispositivos acionados hidraulicamente, opcionalmente, em que o sistema de controle é configurado para determinar uma posição de abertura necessária de cada válvula de controle proporcional com base nas condições de operação de seu respectivo conjunto de bomba hidráulica e dispositivo acionado hidraulicamente; ou em que cada um dos dispositivos acionados hidraulicamente fornecidos pelo conjunto de bomba compartilhado está conectado ao conjunto de bomba compartilhado por meio de um respectivo compensador de pressão e o sistema de controle é configurado para ajustar uma posição de abertura de cada compensador de pressão para variar uma área de restrição do referido compensador de pressão a fim de controlar uma parte do fluxo de fluido hidráulico fornecido pelo conjunto de bomba compartilhado entre vários dispositivos acionados hidraulicamente, opcionalmente, em que o sistema de controle é configurado para determinar uma posição de abertura necessária de cada compensador de pressão com base nas condições operacionais de seu respectivo conjunto de bomba hidráulica e válvula de controle proporcional.
Sistema hidráulico para um veículo de trabalho, caracterizado pelo fato de que o sistema hidráulico compreende: um primeiro grupo de dispositivos acionados hidraulicamente que são acionados simultaneamente para realizar um primeiro conjunto de funções do referido veículo de trabalho e que não são acionados para realizar um segundo conjunto de funções do referido veículo de trabalho; um segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente que são acionados simultaneamente para realizar o segundo conjunto de funções do referido veículo de trabalho e que não são acionados para realizar o primeiro conjunto de funções do referido veículo de trabalho; e dois ou mais conjuntos de bombas hidráulicas para fornecer fluido hidráulico aos dispositivos acionados hidraulicamente do primeiro e segundo grupos; em que o sistema hidráulico está disposto de modo que cada dispositivo acionado hidraulicamente do primeiro grupo seja fornecido por um conjunto diferente dos conjuntos de bomba hidráulica; em que o sistema hidráulico está disposto de modo que cada dispositivo acionado hidraulicamente do segundo grupo seja fornecido por um conjunto diferente dos conjuntos de bomba hidráulica; e em que pelo menos um dos conjuntos de bomba hidráulica está disposto para fornecer fluido hidráulico a um dispositivo acionado hidraulicamente do primeiro grupo e a um dispositivo acionado hidraulicamente do segundo grupo.
Sistema hidráulico, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o primeiro conjunto de funções se refere ao movimento de um braço de trabalho do referido veículo de trabalho e em que o primeiro grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende dois ou mais atuadores associados ao movimento do referido braço de trabalho; opcionalmente, em que o primeiro grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende pelo menos dois de entre: um atuador de lança, um atuador de braço de escavação e/ou um atuador de implemento; opcionalmente, em que o primeiro conjunto de funções compreende: escavar material com um braço de trabalho; levantar/abaixar um braço de trabalho; girar o braço de trabalho em torno de um eixo vertical; e/ou despejar material escavado do braço de trabalho; e/ou em que o segundo conjunto de funções se refere ao movimento de um chassi do referido veículo de trabalho e em que o segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende dois ou mais atuadores associados ao movimento do chassi; opcionalmente, em que o segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende um motor de esteira do lado esquerdo e um motor de esteira do lado direito; opcionalmente, em que o segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende um atuador de trator de esteira com lâmina frontal; opcionalmente, em que o segundo conjunto de funções compreende: mover o referido chassi (por exemplo, para frente ou para trás em uma linha reta ou caminho curvo, ou girar em torno de um eixo vertical); e/ou nivelar o material com uma lâmina de trator de esteira com lâmina frontal (por exemplo, movendo o referido chassi enquanto aciona simultaneamente uma lâmina de trator de esteira com lâmina frontal).
Sistema hidráulico, de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizado pelo fato de que o primeiro grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende: um atuador de lança para levantar/baixar uma lança de um braço de trabalho; um atuador de escavação para girar um braço de escavação de um braço de trabalho em relação à referida lança; e um atuador de implemento para girar, estender ou acionar um implemento acoplado ao referido braço de escavação, em que o segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende um motor de esteira no lado esquerdo, um motor de esteira no lado direito, em que o motor da esteira no lado esquerdo e um de entre o atuador de lança, atuador de escavação e atuador de implemento são acionados por um primeiro dos conjuntos de bomba hidráulica, em que o motor da esteira no lado direito e outro atuador de lança, atuador de escavação e atuador de implemento são acionados por um segundo dos conjuntos de bomba hidráulica, e em que o outro de entre atuador de lança, atuador de escavação e atuador de implemento é acionado por um terço dos conjuntos de bomba hidráulica, opcionalmente, em que o segundo grupo de dispositivos acionados hidraulicamente compreende ainda um atuador de trator de esteira de lâmina frontal para acionar uma lâmina do trator de esteira de lâmina frontal do referido veículo de trabalho, em que o atuador de trator de esteira de lâmina frontal é acionado pelo terceiro dos conjuntos de bomba hidráulica e/ou, opcionalmente, em que: o atuador de escavação e um dos motores da esteira no lado esquerdo ou direito são acionados pelo primeiro conjunto de bomba hidráulica, o atuador de implemento, o outro dos motores de esteira no lado esquerdo ou direito e, opcionalmente, um motor de articulação são acionados pelo segundo conjunto de bomba hidráulica, e o atuador da lança e o atuador de trator de esteira de lâmina frontal são acionados pelo terceiro conjunto da bomba hidráulica.
Sistema hidráulico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 18, caracterizado pelo fato de que um ou mais dispositivos acionados hidraulicamente do primeiro grupo e um ou mais dispositivos acionados hidraulicamente do segundo grupo são acionados simultaneamente para realizar um terceiro conjunto de funções do referido veículo de trabalho; opcionalmente, em que o terceiro conjunto de funções se refere ao movimento simultâneo de um chassi do referido veículo de trabalho e movimento de um braço de trabalho do referido veículo de trabalho (por exemplo, espalhar material escavado despejando com um braço de trabalho enquanto move um chassi do veículo de trabalho).
Veículo de trabalho, caracterizado pelo fato de que compreende um sistema hidráulico, como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores; opcionalmente, em que o veículo de trabalho é uma escavadeira; e/ou opcionalmente, em que o veículo de trabalho é um veículo de trabalho elétrico; em que o veículo de trabalho é um veículo de trabalho movido a célula de combustível (por exemplo, compreendendo uma célula de combustível de hidrogênio para alimentar o veículo de trabalho); ou em que o veículo de trabalho é um veículo de trabalho híbrido do tipo que possui uma fonte de energia elétrica e uma fonte de energia alternativa.