ITBO940386A1 - Metodo per la regolazione della pressione di una macchina idrostatica a portata variabile. - Google Patents

Description

METODO PER LA REGOLAZIONE DELLA PRESSIONE DI UNA MACCHI-NA IDROSTATICA A PORTATA VARIABILE

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

L'invenzione concerne un metodo per la regolazione della pressione di una macchina idrostatica avente volume variabile, secondo il preambolo della rivendicazione 1. Nella figura 1 dei disegni allegati è illustrato un sistema di regolazione dell'angolo di inclinazione della piastra di una pompa a mandata regolabile (vedasi Mannesraann Rexroth RD 67016/06.93 Sistema elettrico di regolazione ...). La pompa a mandata regolabile 1, in particolare una pompa regolabile a pistoni assiali, convoglia un fluido di pressione a più utenze 3 mediante una conduttura in pressione 2. Una valvola proporzionale 4, elettricamente comandata, determina tramite il pistone posizionatore del dispositivo regolatore 6, la posizione della piastra inclinata nella pompa a mandata variabile. Il volume di fluido inviato lungo la conduttura 2 è proporzionale alla posizione della piastra inclinata. Il pistone di posizionamento 5, precaricato mediante una molla 7, viene continuamente spostato in misura corrispondente alla pressione generata dalla pompa.

Il sistema regolatore consiste di un regolatore 8 della posizione della valvola, un regolatore 9 dell'angolo di inclinazione della piastra e di un regolatore della pressione 10.

Il valore effettivo della pressione PIst viene rilevato mediante un sensore di pressione 11 connesso alla conduttura in pressione 2. La posizione della piastra inclinata viene determinata mediante un rilevatore induttivo 12, determinando quindi l'angolo di inclinazione ed il volume di fluido che viene inviato.

Entrambi i valori effettivi della pressione e dell'angolo di inclinazione vengono comparati, nei regolatori 9 e 10, con i valori nominali rispettivamente della pressione e dell'angolo d'inclinazione, ed i risultati in uscita dai regolatori vengono inviati ad un formatore di valore minimo 15.

Mediante il formatore di valore minimo 15 viene assicurato che il regolatore corrispondente alla modalità di lavoro sia sempre attivo.

Nel caso in cui, ad esempio, nell'impianto da alimentare con il fluido di pressione sia previsto un cilindro attuatore, allora si ottiene la desiderata rapidità se il valore richiesto,della mandata di fluido di pressione eguaglia il valore effettivo della quantità di fluido di pressione, mentre la pressione che si presenta al cilindro dipende dal carico, ossia dalla forza che deve essere fornita; ciò vuol dire che il valore nominale della pressione viene regolato ad un livello maggiore del valore effettivo della pressione che si presenta all'uscita. In questa condizione di funzionamento del cilindro la differenza tra il valore nominale ed il valore effettivo della mandata è quindi inferiore alla differenza tra il valore nominale ed il valore effettivo della pressione, ed il formatore di valore minimo 15 invia il segnale inferiore, in questo caso il segnale proveniente dal regolatore di mandata 9, alla valvola di regolazione 8. In altre parole, all'uscita del cilindro risulta attivo il regolatore di mandata 9.

Se il cilindro incontra ora una battuta, ad esempio nel caso della chiusura dei semi-stampi in una macchina per lo stampaggio plastico, in una pressa o in condizioni di sforzo, avvengono modificazioni molto scarse nella corsa del cilindro, si rendono tuttavia necessarie pressioni maggiori in misura corrispondente, ed il formatore di valore minimo comanda il regolatore di pressione in modo che risulti attivo il regolatore di pressione 10 se la differenza tra il valore effettivo ed il valore nominale della pressione è praticamente nullo, e quindi si ottiene la pressione necessaria mentre la mandata di fluido di pressione inviato dalla pompa viene sostanzialmente ridotta al disotto del valore di mandata nominale. Con l'arresto del cilindro la quantità di fluido fornita coincide solo con le perdite presenti nel sistema.

Il sistema regolatore comprende inoltre una valvola di regolazione 8, alla quale vengono inviati l'uscita del formatore di valore minimo 15, come valore nominale, e come valore effettivo la posizione dello stantuffo della valvola proporzionale 4, che viene rilevata mediante un rilevatore di spostamento 16.

Il segnale in uscita della valvola di regolazione 8 giunge alla valvola proporzionale 4 attraversando uno stadio 17 azionatore di valvola. Quando il regolatore di pressione 10 è attivo, allora il fenomeno di oscillazione della regolazione, ossia lo smorzamento delle pulsazioni della regolazione di pressione a seguito della variazione del valore nominale della pressione, è dipendente in misura considerevole dalla quantità del fluido di pressione racchiusa nel volume del sistema idraulico 2,3.

Questo volume è diverso con specifico riferimento all'impianto, e corrisponde alla grandezza delle utenze, alla lunghezza ed alla grandezza delle condutture e così via.

In altre parole, nel corso di una determinata variazione della pressione la regolazione avviene molto lentamente se il volume racchiuso è piccolo, mentre il corso della regolazione tende ad oscillazioni molto forti se il volume racchiuso è grande.

Quindi lo smorzamento della regolazione è dipendente dal volume racchiuso. Al fine di ottenere un'ottimale azione di smorzamento della regolazione con diversi volumi racchiusi, si è costretti ad adattare lo smorzamento dei regolatori ai rispettivi impianti. Ciò accade in un amplificatore di tipo noto (Mannesmann Rexroth VT 5041 nel RD 67016/06.93) mediante la selezione di uno smorzamento adatto per il rispettivo impianto, attuata mediante un corrispondente selezionatore di connettore.

Compito tecnico a base dell'invenzione è quindi quello di fornire un sistema di regolazione adattativo per la regolazione della pressione menzionato in precedenza, col quale sia possibile mantenere costante il grado di smorzamento per diversi sistemi idraulici, quindi per sistemi con diversi volumi racchiusi del fluido di pressione, senza necessità per esso di regolazioni manuali o adattamenti .

Il compito tecnico suddetto viene risolto mediante i concetti inventivi della rivendicazione 1, in accordo con l'invenzione.

Si ritiene essenziale per l'invenzione che il valore effettivo dell'angolo di inclinazione della piastra della pompa venga associato con differenti valori effettivi di pressione, quindi con il valore effettivo della variazione di pressione, e che il fattore di correzione ottenuto in questo modo venga confrontato con il valore nominale della pressione inviando poi il valore ottenuto, come deviazione del valore, al regolatore di pressione .

In questo modo si rende possibile la regolazione di pressione di un cilindro, o di un'altra utenza, come una macchina idraulica, in modo indipendente dalla loro grandezza, e quindi in modo indipendente dalla quantità del fluido di pressione che si trova rispettivamente racchiusa nel sistema, il che si presenta come necessario grado di smorzamento ottimale per la regolazione della pressione del regolatore.

Inoltre viene mantenuto costante un'ottimale grado di smorzamento indipendente dalla quantità del fluido di pressione racchiuso.

Vantaggiosamente nelle sotto-rivendicazioni risultano descritti dei miglioramenti dell'invenzione.

Così, il corso della regolazione è particolarmente funzionale e migliorato se lo smorzamento del regolatore di pressione viene realizzato in modo tale che il valore effettivo della variazione di pressione viene moltiplicato per il valore effettivo dell'angolo di inclinazione, da questo prodotto viene ottenuto l'ammontare assoluto e da esso viene estratta la radice, quanto da ciò risulta viene moltiplicato per il rispettivo segno dell'aumento di pressione e quindi questo valore di correzione viene sottratto dal valore nominale della pressione. Come regolatore di pressione viene scelto, in particolare un regolatore-P, quindi un regolatore con andamento proporzionale della regolazione.

Se al contrario il sistema idraulico viene regolato sulla mandata, vale a dire che risulta attivo il regolatore di mandata 9 e quindi la quantità di flusso inviato dalla pompa 1 su comando di una delle utenze 3 maggiore di zero, allora il regolatore di mandata 9 è di per sè attivo. La variazione di volume può tuttavia avere come conseguenza anche un'inversione in corrispondenza del regolatore di pressione, la quale, in questa condizione di funzionamento, viene riconosciuta come un volume molto grande del fluido di pressione racchiuso, il che non risulta. Per evitare questa circostanza, così che avvenga una regolazione della pressione se viene attivata un'utenza, il valore effettivo dell'angolo di inclinazione viene filtrato mediante un filtro passa-alto, come previsto nella sotto-rivendicazione 5, e quindi le componenti statiche, rispettivamente a bassa frequenza, vengono eliminate dal valore effettivo dell'angolo di inclinazione. Ne consegue che al regolatore di pressione vengono inviati solo i segnali ad alta frequenza che sorgono durante la regolazione della pressione, mentre le componenti statiche, rispettivamente a bassa frequenza, che sorgono durante la regolazione della mandata, non vengono inviati al regolatore di pressione, così che in questa condizione il formatore di valore minimo si reinnesta sul regolatore di mandata, senza che venga attivata la regolazione di pressione.

La rivendicazione 7 concerne l'applicazione di questo procedimento ad un sistema regolato secondario. Nella cosiddetta regolazione secondaria, ad una rete idraulica in pressione, entro la quale predomina una pressione determinata, quindi una pressione da mantenere costante, viene collegata una macchina idrostatica, la quale ha lo scopo di azionare un carico, ad esempio un veicolo o un verricello. La macchina idrostatica ha allo stesso modo un volume variabile, il quale viene regolato mediante un dispositivo di regolazione comandato mediante una valvola proporzionale.

Corrispondente all'angolo d'inclinazione della piastra della macchina si presenta un determinato regime dipendente dalla grandezza del carico. In questo contesto si indica a titolo d'esempio il brevetto tedesco 3441 185, nel quale viene descritto un siffatto sistema secondario.

Il procedimento secondo l'invenzione interviene anche per la regolazione del regime di tale sistema secondario, vale a dire che i valori effettivo e nominale per la pressione vengono sostituiti con i valori effettivo e nominale del regime di rotazione. In questo caso il grado di smorzamento della regolazione del regime è quindi ottimale, indipendente dal momento d'inerzia che il carico possiede. Si tratta quindi di una regolazione di regime adattativa, la quale conduce in via automatica il grado di smorzamento della regolazione di regime al valore ottimale, corrispondente di volta in volta al momento d'inerzia del carico attivato, senza che il regolatore debba essere registrato manualmente in base al momento d'inerzia dell'impulso.

Una forma di realizzazione dell1invenzione viene nel seguito descritta in dettaglio, in base alle figure nelle quali si illustra:

Fig. 1 uno schema di collegamento di un regolatore noto di pressione e dell'angolo d'inclinazione della piastra orientabile di una pompa;

Fig. 2 uno schema di collegamento di un regolatore secondo l'invenzione per la regolazione della pressione del sistema di Fig. 1; e

Fig. 3 uno schema della regolazione di regime di un sistema secondario.

E ' stato precedentemente descritto il sistema noto di regolazione della pressione e della mandata della pompa 1, secondo quanto illustrato in Fig. 1. La Fig. 2 illustra la struttura delle connessioni del regolatore di pressione 10 di Fig. 1 che·viene descritto in dettaglio come segue. Nelle Figg. 2 e 3 il dispositivo di regolazione viene comandato da una valvola proporzionale, la quale può anche essere sostituita da una servo-valvola. Tali valvole possono essere indicate come valvole ad effetto costante. Inoltre il regolatore 8 di posizione della valvola di Fig.l è assente.

Come risulta evidente già dalla Fig. 1, il regolatore di pressione 10 riceve lo stesso segnale in ingresso, e precisamente il valore effettivo della pressione dal rilevatore di pressione 11, il valore nominale per la pressione, il quale può essere liberamente regolato, ed il valore effettivo dell'angolo d'inclinazione proveniente dal rilevatore di spostamento 12 del dispositivo di regolazione 7.

L'uscita del regolatore 10 viene inviata al formatore di valore minimo 15, in Fig. 1. In Fig. 2 è previsto un amplificatore di regolazione 20, illustrato in forma di regolatore proporzionale e che risulta collegato ad uno stadio di comparazione 21·, al quale viene inviato il valore nominale della pressione mediante il conduttore 22. Lo stadio di comparazione 21 riceve inoltre, in modo usuale, il valore effettivo della pressione mediante il conduttore 23, così come il valore effettivo dell'angolo d'inclinazione aist o rispettivamente il valore effettivo del]'angolo d'inclinazione differenziato in un elemento di derivazione 24, mediante il conduttore 25. Anche questo è noto.

Nell'elemento di derivazione 26 il valore effettivo della pressione, proveniente dal conduttore 23, viene differenziato e la prima deviazione ottenuta, quindi la variazione del valore effettivo della pressione, viene mandata ad uno stadio di moltiplicazione 28. L'altro ingresso dello stadio di moltiplicazione 28 riceve il valore effettivo dell'angolo di inclinazione mediante un conduttore 29 e 30.

Nello stadio di moltiplicazione 28 viene formato il prodotto di entrambi i segnali in ingresso, che viene poi inviato ad un elemento 32 nel quale·viene ottenuto l'ammontare assoluto del prodotto e ne viene estratta la radice quadrata.

In un'altro stadio di moltiplicazione 33 il segnale in uscita dall'elemento 32 viene moltiplicato per il segnale d'uscita di un altro elemento 34, il quale determina il segno della variazione di pressione, quindi sia che la pressione di abbassi sia che si annulli. Il fattore di correzione ottenuto in questo modo, precisamente il segnale in uscita dal moltiplicatore 33, viene inviato al comparatore 21 mediante il conduttore 35.

Tutti i segnali che risultano sui conduttori 23, 25 e 35 vengono sottratti dal valore nominale di pressione presente sul conduttore 22 e la deviazione della regolazione giunge al regolatore proporzionale.

Il diagramma di connessione a blocchi di Fig. 2 può essere rappresentato dalla seguente equazione relativa alla regolazione:

Nell'equazione della regolazione non è stato preso in considerazione il differenziale del valore effettivo dell'angolo d'inclinazione, il quale serve per la stabilizzazione della regolazione e può essere tralasciato. Si sottolinea anche che l'associazione del valore di pressione differenziato con il valore dell'angolo d'inclinazione in corrispondenza dello stadio di moltiplicazione 28 è determinante ed il risultato ottimizza l'elaborazione dei segnali negli stadi 32, 33 e 34.

Con il circuito del regolatore illustrato in Fig. 2 il grado di smorzamento è indipendente dal volume del fluido di pressione racchiuso, che viene inviato attraverso il sistema inteso come le condutture 2 e le utenze 3.

Nella disposizione illustrata in Fig. 1 il formatore di valore minimo 15 è collegato in serie con il regolatore di pressione 10, il quale in seguito ai criteri menzionati in premessa, seleziona l'ampiezza della regolazione o per il regolatore di pressione 10 o per il regolatore di mandata 9.

Ora poiché un'utenza viene resa operativa, il fluido in mandata dalla pompa 1 è maggiore di zero, allora il regolatore di pressione 10 riconosce questo fatto, se esso viene attivato, come un elevata quantità di fluido di pressione, il che non corrisponde all'effettiva realtà. Per evitare questa condizione, in modo che la regolazione a causa di queste circostanze non venga di nuovo commutata sulla mandata, il valore effettivo dell'angolo di inclinazione viene condotto attraverso un filtro passaalto 40, vedasi Fig. 2, che viene simbolicamente raffigurato assieme al deviatore 31.

Nel filtro passa-alto 40 le componenti statiche e a bassa frequenza del valore effettivo dell'angolo di inclinazione vengono filtrate e solo le componenti del segnale a frequenza più alta, indicate per la regolazione della pressione vengono inviate allo stadio di moltiplicazione 28.

In Fig. 3 è rappresentato un sistema regolato secondario, nel quale in una conduttura in pressione 45 la pressione imposta da una pompa non raffigurata viene mantenuta costante con un serbatoio 46.

Una macchina idrostatica 47 avente il volume del fluido assorbito variabile è collegata a questa conduttura in pressione 45, ed aziona un carico non raffigurato mediante l'albero 48. Per la regolazione della cilindrata della macchina 47 è previsto un dispositivo regolatore 49, il quale viene comandato mediante una valvola proporzionale 50 nel modo già spiegato in base alla raffigurazione di Fig. 1. Il regolatore di pressione 10 illustrato in Fig. 1, è costituito in Fig. 3 dal regolatore proporzionale 100, il quale regola il regime di rotazione della macchina 47.

Come ingressi per il regolatore di regime di rotazione 100 vengono inviati quindi il valore nominale del regime di rotazione, il valore effettivo del regime di rotazione proveniente da un generatore tachimetrico 51 collegato all'albero 48, ed il valore effettivo dell'angolo d'inclinazione rilevato mediante un rilevatore di spostamento del dispositivo regolatore 49.

La costruzione del regolatore di regime di rotazione 100 corrisponde in pieno alla costruzione del regolatore di pressione che è illustrato in Fig. 2, con la sola differenza che al posto del valore effettivo e nominale della pressione, vengono trattati i valori effettivo e nominale della velocità di rotazione. Quindi ai ottiene una regolazione adattativa del regime di rotazione della macchina 47 che risulta indipendente dal momento d'inerzia del carico applicato all'albero 48.

La Fig. 3 è una raffigurazione semplificata nella quale viene ora illustrata la regolazione del regime di rotazione, mentre il controllo della pressione per il sistema in pressione 45 ed una regolazione ausiliaria della mandata per la macchina 47 o una valvola di regolazione di supporto vengono omessi.

L'ampiezza della regolazione in uscita dal regolatore di regime di rotazione 100 viene invece inviato direttamente all'amplificatore per valvola 53.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la regolazione della pressione di una macchina idrostatica con portata variabile, la quale ha il compito di alimentare, con fluido in pressione, un sistema idraulico, ed il cui dispositivo di comando viene controllato da una valvola ad azione costante che mantiene un'ampiezza della regolazione ricevuta da un regolatore, nel quale l'ampiezza della regolazione viene ottenuta dalla sottrazione del valore effettivo della pressione dal valore nominale della pressione, caratterizzato dal fatto che il valore effettivo della pressione differenziato viene moltiplicato per il valore effettivo dell'angolo d'inclinazione ed il prodotto viene sottratto, come valore di correzione, dal valore nominale della pressione, in modo da mantenere costante il grado di smorzamento delle pulsazioni della regolazione per volumi diversi del sistema idraulico collegato alla macchina .
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che viene ottenuto l 'ammontare assoluto del prodotto del valore effettivo della pressione differenziato per il valore effettivo dell'angolo di inclinazione, viene estratta la radice quadrata dell'ammontare assoluto e viene moltiplicata per il segno dell'aumento di pressione, e questo valore di correzione viene sottratto dal valore nominale della pressione.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la variazione della regolazione viene ottenuta mediante le sottrazione del valore effettivo della pressione, del valore effettivo dell'angolo d'inclinazione rispettivamente del valore effettivo dell'angolo d'inclinazione differenziato e del valore di correzione dal valore nominale della pressione.
4. 4. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che come regolatore viene impiegato un regolatore proporzionale.
5. 5. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, nel quale la valvola ad azione costante per il comando del dispositivo di regolazione della pompa riceve l'ampiezza della regolazione da un formatore di valore minimo, al quale vengono inviati i valori in uscita da un regolatore di pressione e da un regolatore di mandata, e dal quale i valori di volta in volta più piccoli vengono selezionati per la ritrasmissione, caratterizzato dal fatto che il valore effettivo dell'angolo d'inclinazione viene filtrato ed i valori statici ed a bassa frequenza corrispondenti alle variazioni di mandata vengono eliminati, mentre le componenti ad alta frequenza, corrispondenti alle variazioni di pressione, del valore effettivo dell'angolo d'inclinazione, vengono lasciati passare verso un moltiplicatore dove vengono moltiplicati per il valore effettivo della pressione differenziato.
6. 6. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che l'ampiezza della regolazione per il regolatore di pressione rispettivamente mandata, viene inviata ad un regolatore di posizione della valvola .
7. 7. Applicazione del metodo, secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, ad un regolatore di regime di rotazione di una macchina idrostatica con portata variabile, la quale risulta collegata con un sistema in pressione, con una pressione applicata, e.che ha la funzione di azionare un carico, con il dispositivo di comando di detta macchina idrostatica controllato da una valvola ad azione costante che riceve il valore dell'ampiezza della regolazione da un regolatore nel quale l'ampiezza della regolazione viene ottenuta dal valore effettivo del regime di rotazione sottratto dal valore nominale del regime di rotazione, essendo impiegati, per l'ottenimento del prodotto rispettivamente del valore di correzione, il valore nominale del regime di rotazione rispettivamente il valore effettivo del regime di rotazione, al posto del valore nominale della pressione rispettivamente del valore effettivo della pressione, in modo da mantenere costante il grado di smorzamento delle pulsazioni nella regolazione del regime di rotazione con momenti d'inerzia diversi per il carico applicato alla macchina.