IT201900015363A1 - Valvola direzionale per un veicolo da lavoro e relativa disposizione idraulica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“VALVOLA DIREZIONALE PER UN VEICOLO DA LAVORO E RELATIVA DISPOSIZIONE IDRAULICA”

CAMPO TECNICO

La presente invenzione riguarda una valvola direzionale, in particolare una valvola direzionale per un cilindro idraulico di un veicolo da lavoro.

BACKGROUND DELL’INVENZIONE

I veicoli da lavoro sono solitamente dotati di attrezzi attivati da cilindri idraulici; un esempio può essere riscontrato in un caricatore frontale che supporta una benna sollevata da un braccio di sollevamento che è attivato da un cilindro idraulico.

La figura 1 descrive una disposizione idraulica nota 1’ per gestire il sollevamento e l’abbassamento di un cilindro a doppio effetto 2’.

Brevemente, tale disposizione idraulica nota 1’ comprende una pompa di rilevamento di carico 3’ e una valvola direzionale 4’, interposta a livello di fluido tra la pompa di rilevamento di carico 3’, il cilindro idraulico 2’ e uno scarico 5’.

In sintesi, una valvola direzionale 4’ è configurata per assumere diverse posizioni per consentire un abbassamento, un sollevamento o una condizione fissa neutra del cilindro idraulico 2’. Tali posizioni possono essere assunte in funzione di un’immissione meccanica o elettronica data dall’utente del veicolo da lavoro che deve usare l’attrezzo attivato dal cilindro 2’.

In condizione di sollevamento, la pompa 3’ è configurata per pompare fluido pressurizzato verso una camera di pistone del cilindro 2’ sollevando così un carico supportato dall’alloggiamento del cilindro 2’ e, allo stesso tempo, generando un segnale di rilevamento di carico x’ che è proporzionale al fluido inviato al cilindro 2’. Tale segnale di rilevamento di carico x’ è collegato a livello di fluido alla pompa 3’, controllando così il suo funzionamento.

In condizione neutra, la pompa 3’, lo scarico 5’ e il cilindro 2’ sono isolati tra loro. Di conseguenza, la posizione del cilindro 2’ è fissa come anche la pressione del fluido sia nella camera di asta sia nella camera di pistone di quest’ultimo, garantendo così un supporto e una rigidità corretti del cilindro 2’.

Nella condizione di abbassamento, la valvola 4’ mette in comunicazione a livello di fluido lo scarico 5’ con la camera di pistone da cui, grazie all’azione del carico sul cilindro 2’, fuoriesce il fluido. Anche in questo caso la pompa 3’ può alimentare fluido pressurizzato alla camera di asta del cilindro 2’, tuttavia il segnale di rilevamento di carico x’’ è molto basso e di conseguenza la pompa 3’ non è controllata per alimentare fluido; pertanto il movimento del cilindro 2’ è passivo e attivato soltanto dalla gravità che agisce sul carico M.

Alla luce di quanto sopra, può verificarsi la cavitazione nella camera di asta del cilindro 2’ diminuendo così la qualità del cilindro 2’ e, durante l’uso, riempendo di aria la camera di asta. Inoltre, tale movimento passivo è basso e non può essere attivamente controllato idraulicamente.

Pertanto si sente la necessità di fornire una valvola direzionale e una relativa disposizione idraulica comprendente tale valvola direzionale per controllare un cilindro idraulico di un veicolo da lavoro che risolvano i problemi di cui sopra.

Lo scopo della presente invenzione è quello di soddisfare le necessità summenzionate in modo economico e ottimizzato.

RIEPILOGO DELL’INVENZIONE

Lo scopo summenzionato è conseguito da una valvola direzionale e da un relativo circuito idraulico come rivendicato nell’insieme allegato di rivendicazioni.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una migliore comprensione della presente invenzione, è descritta nel seguito una forma di realizzazione preferita, a titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati in cui:

• la figura 1 è una rappresentazione schematica di un circuito idraulico come noto nella tecnica anteriore;

• la figura 2 è una rappresentazione schematica di un circuito idraulico comprendendo una valvola direzionale secondo l’invenzione; e

• la figura 3 è una rappresentazione schematica ingrandita della valvola direzionale secondo l’invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

La figura 2 mostra una disposizione idraulica 1 per controllare il funzionamento di un cilindro attivo 2 adatto per gestire un carico M.

In particolare, il cilindro 2 è un cilindro idraulico differenziale a doppio effetto standard comprendente un corpo 3 che definisce un volume adatto per alloggiare un pistone 4 configurato per scorrere in maniera stretta all’interno di tale volume e collegato ad un’asta 5 configurata per passare attraverso il corpo 3 in modo stretto.

Secondo una forma di realizzazione esemplificativa descritta, un’estremità dell’asta 5 rispetto al pistone 4 è fissata ad una porzione di un veicolo da lavoro (non mostrato) mentre il pistone 4 suddivide il volume definito dal corpo 3 in una camera di pistone 6a e in una camera di asta 6b. La camera di pistone 6a è collegabile a livello di fluido tramite un condotto 7a e un relativo tubo flessibile 8 ad un condotto di pistone 9a della disposizione idraulica 1 e, analogamente, la camera di asta 6b è collegabile a livello di fluido a quest’ultima tramite un condotto 7b e un relativo tubo flessibile 8 ad un condotto di asta 9b.

Secondo la disposizione sopra definita, quando un fluido entra nella camera di pistone 6a, il corpo 3 viene spinto contro la massa M per sollevare detta massa mentre, quando un fluido entra nella camera di asta 6b, il corpo 3 viene spinto a seconda della gravità della massa M, abbassando quest’ultima.

La disposizione idraulica 1 comprende inoltre una pompa 10 preferibilmente una pompa di rilevamento di carico configurata per aspirare fluido, ad esempio olio, da un serbatoio 11, aumentare la sua pressione e fornire un fluido pressurizzato come uscita. Tale pompa 10 è collegabile sia al condotto di pistone sia al condotto di asta 9a, 9b menzionati in precedenza come definito nel seguito.

La disposizione idraulica 1 comprende inoltre una valvola direzionale 12 secondo la presente invenzione interposta a livello di fluido tra il cilindro 2 e la pompa 10. In particolare, il cilindro idraulico 2 comprende un condotto di mandata 13 che collega a livello di fluido un’uscita della pompa 10 con un primo orifizio 12a della valvola direzionale 12 e un condotto di ritorno 14 che collega a livello di fluido un secondo orifizio direzionale 12b della valvola 12 con il serbatoio 11. Inoltre, un terzo orifizio direzionale 12c della valvola 12 è collegato a livello di fluido alla pompa 10 tramite un condotto 15 che trasporta un segnale di rilevamento di carico configurato per controllare la pompa 10. Inoltre, un quarto e un quinto orifizio 12d, 12e della valvola direzionale 12 sono collegati a livello di fluido ai condotti di pistone e di asta 9a, 9b menzionati in precedenza.

La valvola direzionale 12 è configurata per consentire un sollevamento, un abbassamento, una configurazione operativa neutra e una configurazione operativa chiusa collegando in diversi modi i condotti di pistone e di asta 9a, 9b con i condotti di invio e di ritorno 13, 14. In particolare, le condizioni operative menzionate in precedenza possono essere impostate grazie a mezzi attuatori 16 configurati per muovere la valvola direzionale 12. Nella forma di realizzazione descritta, tali mezzi attuatori 16 sono mezzi meccanici e agiscono preferibilmente contro mezzi elastici 17 configurati per mantenere la valvola direzionale nella configurazione operativa neutra. Di conseguenza, la valvola direzionale è una valvola a cinque vie - a quattro posizioni.

La disposizione idraulica può comprendere inoltre una valvola di non ritorno 18 interposta a livello di fluido sul condotto di mandata 13 a monte della valvola direzionale 11, in modo da consentire il passaggio soltanto dalla pompa 10 verso il cilindro 2 e non viceversa.

Sempre preferibilmente e opzionalmente, la disposizione idraulica 1 può comprendere un modulo compensatore di pressione 20, dotato di un restringimento 21 e di una valvola ON-OFF proporzionale 22 interposta a livello di fluido in serie a monte della valvola di non ritorno 18. Tale modulo di compensazione di pressione è di per sé noto e pertanto non è descritto per motivi di brevità.

Facendo riferimento alla vista ingrandita della valvola direzionale 12 della figura 3, detta valvola può assumere una prima posizione I, ossia una posizione di riposo neutra in cui il condotto di segnale di carico 15 è collegato al condotto di ritorno 14, ossia al serbatoio 11. Di conseguenza, la pompa 10 non fornisce alcun flusso pressurizzato al cilindro 2 e le camere di pistone e di asta 6a, 6b e l’uscita della pompa 2 sono isolate. Di conseguenza, il carico M è mantenuto in una posizione pre-impostata poiché il corpo 3 non può essere spostato rispetto al veicolo da lavoro. Infatti, la pressione nelle camere di pistone e di asta 6a, 6b definisce una rigidità di supporto data dal cilindro 2 sulla massa M.

In una seconda posizione II, il condotto di mandata 13 è collegato a livello di fluido al condotto di pistone 9a e una porzione X’ di tale fluido è riversata nel condotto di rilevamento di carico 15, mentre il condotto di asta 9b è collegato a livello di fluido al condotto di ritorno 14. Di conseguenza, la pompa 10 può fornire fluido pressurizzato alla camera di pistone 6a muovendo così il corpo 3 e diminuendo il volume della camera di asta 6b. Il fluido proveniente da tale camera può fuoriuscire tramite i condotti 9b, 14. Parallelamente, il segnale di rilevamento di carico dato dalla porzione X’ è raccolto dal condotto 15 e inviato alla pompa 10 che è di conseguenza controllata.

In una terza posizione III, che è secondo la presente invenzione, il condotto di mandata 13 è collegato a livello di fluido al condotto di asta 9b, mentre il condotto di ritorno 14 è collegato a livello di fluido al condotto di pistone 9a; secondo l’invenzione, rispettive porzioni di fluido X’’, X’’’ sono riversate sia dal collegamento di fluido tra i condotti 9b e 13 sia dal collegamento di fluido tra i condotti 9a, 14. Tali porzioni di fluido sono dirette a livello di fluido ad un modulo di selezione 25, ad esempio comprendente una valvola a navetta, configurata per consentire il passaggio di fluido verso il condotto di segnale di rilevamento di carico 15 soltanto alla porzione X’’, X’’’ che ha una pressione maggiore.

In una quarta posizione IV, il condotto di mandata 13 è aperto mentre sia il condotto di pistone sia il condotto di asta 9a, 9b sia il condotto di rilevamento di carico 15 sono collegati a livello di fluido al condotto di ritorno 14. Di conseguenza, la pompa 10 non può fornire fluido pressurizzato al cilindro 2, che è totalmente sfiatato fuori dal serbatoio 11.

Il funzionamento della valvola direzionale 12 descritta in precedenza e della relativa disposizione idraulica 1 è il seguente.

Come citato, nella prima posizione IV della valvola direzionale 12 il condotto di mandata 13 è aperto e tutti gli altri condotti 9a, 9b, 15 sono collegati al condotto di ritorno 14 verso il serbatoio e il cilindro 2 è vuoto.

In una condizione neutra, ossia nella prima posizione I, tutti i condotti 9a, 9b, 15 sono isolati mentre il segnale di rilevamento di carico 15 è inviato tramite il condotto 14 al serbatoio 11 e di conseguenza il livello del cilindro 2 è mantenuto con la rigidità definita dal rapporto di pressione tra la camera di pistone e la camera di asta 6a, 6b.

In una condizione di sollevamento, ossia la seconda posizione II, il fluido scorrerà a partire dal condotto di mandata 13 verso il condotto di pistone 9a alla camera di pistone 6a, sollevando così il corpo 3 e la massa M di conseguenza. Il funzionamento della valvola 10 è controllato dal segnale di rilevamento di carico x’ emesso al condotto 15 dal fluido che scorre tra i condotti 9a e 13.

In una condizione di abbassamento, ossia nella terza posizione III, il fluido scorrerà dal condotto di pistone 9a, ossia fuoriuscirà dalla camera di pistone 9a sotto il carico azionato dalla massa M, verso il condotto di ritorno 14 e, parallelamente, la pompa 10 può inviare fluido pressurizzato alla camera di asta 6b tramite collegamento di fluido tra il condotto di mandata 13 e il condotto di asta 9b. Il fluido è riversato sia dal collegamento di fluido tra i condotti di asta 9a e il condotto di mandata 13 (X’’) sia dal collegamento tra il condotto di pistone 9a e il condotto di ritorno 14 (X’’’). Tali porzioni di fluido riversate X’’, X’’’ passano quindi al modulo di selezione 25, ad esempio ad una valvola a navetta, in cui quella con la pressione maggiore passerà alla pompa 10 come segnale di rilevamento di carico. In questo modo, un segnale di rilevamento di carico sufficiente è sempre inviato alla pompa 10 che può fornire flusso pressurizzato alla camera di asta 6b, evitando così la cavitazione e garantendo un abbassamento rapido del carico M.

Alla luce di quanto precede, i vantaggi di una valvola direzionale 12 e di una relativa disposizione idraulica 1 secondo l’invenzione sono evidenti.

La valvola direzionale proposta 12 consente di fornire sempre un segnale di rilevamento di carico sufficiente per controllare la pompa 10 pressurizzando così la camera di asta 6b ed evitando la cavitazione.

Di conseguenza, la quantità di lavoro del cilindro 2 è migliorata e la formazione di aria all’interno del volume di quest’ultimo è diminuita.

Inoltre, la soluzione proposta di un modulo di selezione come una valvola navetta è economica e compatta consentendo così l’utilizzo della valvola direzionale 12 secondo la presente invenzione in disposizioni idrauliche già esistenti.

È chiaro che possono essere apportate modifiche ad una valvola direzionale 12 descritta e ad una relativa disposizione idraulica 1 che non si estendono oltre l’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.

Ad esempio, il modulo di compensazione di pressione 20 può essere opzionale, quale ad esempio la valvola di non ritorno 18. Inoltre, la pompa 10 può essere sostituita da un sistema di alimentazione idraulico di una qualsiasi tipologia nota.

Inoltre, la posizione neutra è opzionale e, di conseguenza, la presente invenzione può essere applicata alle valvole a 5/3 via come noto nella tecnica.

In aggiunta, il fissaggio degli elementi del cilindro 2 al veicolo da lavoro può essere realizzato in modo speculare o diverso.

Nuovamente, il modulo di selezione 25 può comprendere elementi aventi la stessa funzione della valvola a navetta descritta.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Valvola direzionale (12) per una disposizione idraulica (1) di un veicolo da lavoro per controllare il funzionamento di un cilindro a doppio effetto (2) comprendente una camera di pistone (6a) e una camera di asta (6b), tale valvola direzionale (12) comprendendo un primo orifizio (12a) collegabile a livello di fluido ad un’uscita di un sistema di alimentazione idraulico di rilevamento di carico (10), un secondo orifizio (12b) collegabile a livello di fluido ad un serbatoio (11), un terzo orifizio (12c) collegabile a livello di fluido a detto sistema di alimentazione idraulico (10) per trasportare un segnale di rilevamento di carico configurato per controllare il funzionamento di detto sistema di alimentazione (10), un quarto e un quinto orifizio (12d, 12e) collegabili a livello di fluido rispettivamente a detta camera di pistone e a detta camera di asta (6a, 6b), detta valvola essendo configurata per assumere almeno: - una prima posizione operativa (II) in cui detto primo orifizio (12a) è collegato a livello di fluido a detto quarto orifizio (12d) e detto quinto orifizio (12e) è collegato a livello di fluido a detto secondo orifizio (12b), parallelamente, una porzione (X’) del fluido che passa attraverso detto primo e detto quarto orifizio (12a, 12d) è riversata per generare un segnale di rilevamento di carico inviato attraverso detto terzo orifizio (12c) a detto sistema di alimentazione idraulico (10); e - una seconda posizione operativa (III) in cui detto primo orifizio (12a) è collegato a livello di fluido a detto quinto orifizio (12e) e detto quarto orifizio (12d) è collegato a livello di fluido a detto secondo orifizio (12b), parallelamente, una porzione (X’’) del fluido che passa attraverso detto primo e detto quinto orifizio (12a, 12e) è riversata e una porzione (X’’’) del fluido che passa attraverso detto secondo e detto quarto orifizio (12b, 12d) è riversata, tali porzioni riversate di fluido (X’’, X’’’) essendo collegate a livello di fluido ad un modulo di selezione (25) configurato per consentire il passaggio verso detto terzo orifizio (12c) alla maggiore tra tali porzioni riversate (X’’, X’’’) come segnale di rilevamento di carico per detto sistema di alimentazione idraulico (10). 2.- Valvola direzionale secondo la rivendicazione 1, in cui detto modulo di selezione (25) comprende una valvola a navetta. 3.- Valvola direzionale secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente inoltre una terza posizione operativa (I) in cui detto primo, detto quarto e detto quinto orifizio (12a, 12d, 12e) non sono collegati a nessun altro tra detti orifizi di detta valvola (12) e in cui detto secondo e detto terzo orifizio (12b, 12c) sono collegati a livello di fluido tra loro. 4.- Valvola direzionale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una quarta posizione operativa (IV) in cui detto secondo, detto terzo, detto quarto e detto quinto orifizio (12b, 12c, 12d, 12e) sono collegati a livello di fluido tra loro e in cui detto primo orifizio (12a) non è collegato a nessun altro tra detti orifizi. 5.- Valvola direzionale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi attuatori (16) configurati per muovere detta valvola (12) per selezionare una tra dette posizioni operative (I, II, III, IV). 6.- Valvola direzionale secondo la rivendicazione 5, in cui detti mezzi attuatori (16) comprendono mezzi attuatori meccanici. 7.- Valvola direzionale secondo la rivendicazione 5 o 6, comprendente inoltre mezzi elastici (17) configurati per impartire una forza a detta valvola (12) opposta all’azione di detti mezzi attuatori (16) e configurati per mantenere detta valvola (12) in una posizione operativa preimpostata. 8.- Disposizione idraulica (1) per controllare il funzionamento di un cilindro a doppio effetto (2) comprendente una camera di pistone (6a) e una camera di asta (6b), detta disposizione (1) comprendendo inoltre un serbatoio (11) e un sistema di alimentazione idraulico di rilevamento di carico (10) configurato per aspirare fluido da detto serbatoio (11), pressurizzare e inviare quest’ultimo verso detto cilindro (2), detta disposizione idraulica (1) comprendendo inoltre una valvola direzionale (12) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti interposta a livello di fluido tra detto sistema di alimentazione idraulico (10), detto serbatoio (11) e dette camere di pistone e di asta (6a, 6b). 9.- Disposizione idraulica secondo la rivendicazione 8, comprendente inoltre una valvola di non ritorno (18) interposta a livello di fluido tra l’uscita di detto sistema di alimentazione idraulico (10) e detta valvola direzionale (12). 10.- Disposizione idraulica secondo la rivendicazione 9, comprendente inoltre un modulo compensatore di pressione (20) interposto a livello di fluido tra l’uscita di detto sistema di alimentazione idraulico (10) e detta valvola direzionale (12), a monte di detta valvola di non ritorno (18). 11.- Disposizione idraulica secondo la rivendicazione 10, in cui detto modulo compensatore di pressione (20) comprende un restringimento (21) e una valvola proporzionale (22) collegati a livello di fluido in serie uno rispetto all’altra. 12.- Disposizione idraulica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 11, in cui detto cilindro (2) comprende un corpo (3) che definisce un volume che alloggia un pistone (4) supportato da un’asta (5) che passa attraverso detto corpo (3), detto pistone (4) suddividendo tale volume in dette camere di pistone e di asta (6a, 6b), detta asta (5) essendo fissata ad una porzione di un veicolo da lavoro.