BRPI1002206A2 - motor para escavadeira hidráulica - Google Patents

Abstract

MOTOR PARA ESCAVADEIRA HIDRAULICA. A presente invenção refere-se a um motor para uma escavadeira com vários motores individuais, como, por exemplo, um motor de engrenagem de movimento giratório, um motor de guincho, um motor de caçamba, e um comando de braço, sendo que, para o motor de engrenagem de movimento giratório, são providas duas unidades de ajuste reversíveis, as quais são pelo menos acopladas a um acumulador de energia.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MOTOR PA-RA ESCAVADEIRA HIDRÁULICA".

A presente invenção refere-se a um motor para uma máquina deconstrução, em particular para uma escavadeira dotada de vários motoresindividuais, tais como, pelo menos, um motor rotativo, por exemplo, um mo-tor de engrenagem de movimento giratório, ou, pelo menos, um motor linear,por exemplo, um motor de guincho, um motor de caçamba e/ou um comandode braço.

A partir da patente DE 103 43 016 A1, já é conhecido atuar umcilindro hidráulico de duplo efeito por meio de duas bombas hidráulicas. Umadas bombas hidráulicas é conectada a duas câmaras de trabalho do cilindrohidráulico de duplo efeito em um circuito fechado. A segunda bomba hidráu-lica, por outro lado, é apenas conectada à câmara de trabalho de pistão emum circuito aberto. Cada uma das duas bombas hidráulicas faz um desloca-mento variável. Ao ajustar uma razão de deslocamento correspondente emum fluxo de volume diferente na câmara de trabalho de pistão, a câmara detrabalho do pistão é levada em consideração.

A partir da patente DE 10 2007 025 742 A1, um motor hidrostáti-co dotado de uma bomba hidráulica e uma segunda bomba hidráulica e umcilindro hidráulico de duplo efeito é conhecido, sendo que o motor compre-ende uma válvula de extração para extrair um meio de pressão de um reser-vatório de meio de pressão com uma primeira direção de fluxo das bombashidráulicas.

Os motores hidrostáticos são usados, por exemplo, para acionarescavadeiras hidráulicas. Como uma unidade de comando, é, de modo ge-ral, usado um motor a diesel, que serve como um elemento de transmissãopara os atuadores hidráulicos. Os atuadores hidráulicos são motores indivi-duais, tais como um motor de deslocamento, um motor de engrenagem demovimento giratório, ou um motor de guincho, um motor de caçamba ou umcomando de braço, e consistem em cilindros hidráulicos de duplo efeito. A-través do motor de guincho, por exemplo, todo o equipamento da máquina éatuado. A energia potencial do equipamento muda a cada movimento deiçamento ou abaixamento. Durante o movimento de içamento, a energia de-ve ser introduzida no sistema, por outro lado, durante o movimento de abai-xamento, esta energia é novamente liberada. Nos sistemas conhecidos, aenergia liberada simplesmente é destruída durante o movimento de abaixa-mento do equipamento de guincho. Isto é obtido ao, correspondentemente,reduzir o fluxo de retorno dos cilindros de guincho no pistão de controle.

Uma vez que o peso do equipamento representa um múltiplo da carga nacaçamba, uma quantidade considerável de energia é aqui destruída.

É o objetivo da presente invenção desenvolver um motor parauma escavadeira conhecida por si só, de tal modo que uma parte bem gran-de da energia de transmissão possa ser recuperada e se tornar disponívelpara outros movimentos do motor.

De acordo com a presente invenção, este objetivo é solucionadopor meio da combinação das características da reivindicação 1.

Por conseguinte, em um motor genérico para uma escavadeiracom vários motores individuais, tais como um motor de engrenagem de mo-vimento giratório, um motor de guincho, um motor de caçamba ou um co-mando de braço, o circuito fechado para o motor de engrenagem de movi-mento giratório é constituído de duas unidades de ajuste reversíveis quesão, pelo menos, acopladas a um acumulador de energia.

A princípio, já é conhecido que uma engrenagem de movimentogiratório de uma escavadeira é operado em um circuito fechado. Nas esca-vadeiras hidráulicas conhecidas, no entanto, uma unidade de ajuste reversí-vel é uma bomba hidráulica ajustável, enquanto que o motor hidráulico asso-ciado é rígido, de modo que o lado de alta pressão e o lado de baixa pressãose alternem de acordo com a direção de rotação do carro superior.

Por outro lado, de acordo com a presente invenção, na qual am-bas as unidades hidráulicas são unidades de ajuste reversíveis, hidráulicas,ambos os elementos são operáveis tanto como bomba e como motor. Sendoassim, contanto que as unidades de ajuste reversíveis constituam, neste ca-so, os componentes hidráulicos, um lado do circuito fechado entre os doismeios de ajuste reversíveis e um primeiro acumulador podem ficar sob altapressão, enquanto que o outro lado do circuito fechado sempre ficará sobbaixa pressão, diferentemente da técnica anterior acima mencionada.

Ao atuar uma engrenagem de movimento giratório, a energia defrenagem é passada para armazenamento a partir da unidade de ajuste nocaso de uma desaceleração do carro superior da escavadeira. Quando ne-cessário, esta energia pode ainda ser passada por meio da segunda unidadede ajuste reversível para outras unidades, tais como bombas, as quais po-dem ser acopladas à segunda unidade de ajuste.

No acumulador, a energia de frenagem do carro superior é agoraarmazenada, a fim de ser novamente usada durante a aceleração seguinte.Esta energia, em seguida, é suprida para a unidade de ajuste reversível,servindo como um motor de engrenagem de movimento giratório. Quandonecessário, no entanto, a energia armazenada no acumulador poderá aindaser suprida para a outra unidade de ajuste reversível, por meio do que, porexemplo, os equipamentos hidráulicos de trabalho de outros sistemas conec-tados, tais como uma engrenagem de guincho, etc., são suportados.

Os aspectos vantajosos da presente invenção podem ser consi-derados a partir das reivindicações dependentes, que seguem a reivindica-ção principal.

Sendo assim, pelo menos uma das unidades de ajuste reversí-veis pode ser conectável à unidade de comando da escavadeira, por exem-plo, um motor a diesel. Uma vez que as operações de carga e descarga a-presentam certa eficiência, o acumulador de energia pode correspondente-mente ser recarregado por meio desta unidade de comando.

As unidades de ajuste reversíveis com vantagem são unidadesde ajuste hidráulicas que podem inverter a direção de fluxo com o mesmosentido de rotação, de modo que as mesmas possam operar como um motore bomba. O pelo menos um acumulador, com vantagem, é um acumuladorhidráulico.

De uma maneira particularmente vantajosa, as unidades de ajus-te do motor de engrenagem de movimento giratório podem ser energetica-mente acopladas às unidades de ajuste do motor de engrenagem de guin-cho. Isto provê uma energia de mudança de um circuito de transmissão paraoutro. Todo o controle, com vantagem, poderá ser feito por meio de umacontroladora de gerenciamento de energia eletrônica.

De acordo com uma variante alternativa, as unidades de ajustereversíveis podem, no entanto, consistir também em unidades de ajuste elé-tricas, que consistem em uma unidade elétrica com um transformador devoltagem. Neste caso, o acumulador, com vantagem, será um acumuladorelétrico, por exemplo, uma bateria ou um supercapacitor (ultracapacitor).

Com vantagem, um transformador de voltagem adicional poderáestar presente, através do qual outros motores elétricos, tais como os moto-res para ventiladores de refrigeração, compressores de ar condicionado,bombas de água ou coisa do gênero, poderão ser supridos com eletricidade.

De acordo com um aspecto particularmente preferido da presen-te invenção, é provido pelo menos um cilindro de guincho, que é conectadoa duas unidades de ajuste hidráulicas. As duas unidades de ajuste hidráuli-cas podem ser conectáveis a uma das unidades de ajuste reversíveis domotor de engrenagem de movimento giratório.

De preferência, uma das unidades de ajuste hidráulicas podetambém ser conectada a um acumulador hidráulico.

Outros detalhes, aspectos e vantagens da presente invençãoserão explicados em detalhes com referência a uma modalidade ilustradanos desenhos, nos quais:

A figura 1 mostra uma representação esquemática do motor deacordo com uma primeira variante da presente invenção;

A figura 2 mostra uma representação esquemática de um motoralternativo; e

A figura 3 mostra uma representação esquemática de um outromotor alternativo.

Na figura 1, é mostrado um diagrama de circuito de um motor dapresente invenção, no qual diversos motores individuais são acionados hi-draulicamente. Os motores individuais, por um lado, incluem o motor paraum braço de colher, para uma caçamba, para um cilindro de guincho ou parauma engrenagem de movimento giratório. Dentro da linha pontilhada e trace-jada 12, são representados os componentes individuais de um motor hidráu-lico conhecido para uma escavadeira hidráulica (não mostrada aqui em deta-lhe). Primeiramente, é aqui provida uma unidade de comando 14 esquemati-camente representada, sendo, geralmente, um motor a diesel. Por meio deum motor a diesel, as bombas hidráulicas 16 e 18 são acionadas, as quaissuprem cilindros hidráulicos de duplo efeito correspondentes 20 e 22 comum óleo hidráulico. O cilindro hidráulico de duplo efeito 20 é a o cilindro detransmissão para a caçamba não ilustrada da escavadeira. O cilindro hidráu-lico de duplo efeito 22 é o cilindro de transmissão para o braço de colher,igualmente não ilustrado. Além dos cilindros hidráulicos de duplo efeito 20 e22, dois cilindros hidráulicos de duplo efeito 24 e 26 ainda são providos, osquais, como cilindros de guincho, atuam o movimento de içamento e de a-baixamento de todo o equipamento da escavadeira hidráulica, não mostradoaqui em detalhe. Ambos os motores dos cilindros de guincho 24 e 26 e omotor da engrenagem de movimento giratório, igualmente não ilustrado, sãonovamente desenhados em uma variante da presente invenção, a ser expli-cada aqui em detalhe. Os componentes de motor de cada uma das engre-nagens de movimento giratório consistem em unidades de ajuste reversíveis,hidráulicas E2 e Ei, que atuam a engrenagem de movimento giratório do cir-cuito fechado. De acordo com a presente invenção, estas unidades de ajustereversíveis, hidráulicas podem inverter a direção de fluxo com o mesmo sen-tido de rotação, de modo que as unidades de ajuste E2 e Ei possam operartanto como bomba e como motor. Sobre um lado do circuito fechado entreas unidades de ajuste E2 e E1 existe uma alta pressão. À linha de conexãodeste lado de alta pressão é conectado um acumulador hidráulico SpR, queserve como um acumulador de energia. Conforme requerido, este acumula-dor hidráulico Spr pode ser carregado ou descarregado pela unidade de a-juste E2 ou E1. Ao carregar, a energia é carregada para o acumulador, e aodescarregar, a energia armazenada é novamente retornada para a unidadecorrespondente.

No lado de baixa pressão do circuito fechado, um outro acumu-lador Spr é provido na Iiriha entre a unidade de ajuste E2 e Ei, e que podeser considerado um tanque. O mesmo compensa o volume hidráulico que,no lado de alta pressão, é retirado do acumulador SpR do circuito hidráulicoou é alimentado de volta para o mesmo. Isto significa que o volume de óleoretirado no lado do circuito hidráulico é realimentado no outro lado ou vice-versa.

Os cilindros de guincho 24 e 26 são diretamente conectados àsunidades de ajuste hidráulicas E3 e E4. A fim de evitar que a carga mantidapelos cilindros de guincho 24 e 26 diminua lentamente através dos vazamen-tos das unidades de ajuste hidráulicas E3 e E4, são incorporadas duas válvu-las de retenção de carga HVk e HVs. As mesmas são correspondentementecontroladas de modo a se abrirem durante um movimento de trabalho nor-mal, de modo a não impedir o fluxo de óleo. No lado oposto da conexão paraos cilindros hidráulicos 24 e 26, a unidade hidráulica E4 é conectada a umoutro acumulador Sph. Este é também um acumulador hidráulico. O uso doacumulador SpH oferece as vantagens de a unidade hidráulica E4 poder serreduzida em tamanho e de a eficiência do armazenamento de energia notodo poder ser aperfeiçoada.

As unidades de ajuste hidráulicas E3 e E4 são acopladas à uni-dade de ajuste reversível hidráulica E1 do motor de engrenagem de movi-mento giratório da maneira mostrada na figura 1.

O controle como um todo do motor é feito através da unidade decontrole eletrônico ECU, que executa o gerenciamento de energia eletrônica.As linhas partidas indicam as respectivas linhas de sinal da controladora. Acontroladora ECU recebe os comandos de controle piloto do controle piloto30, através do qual os respectivos comandos operacionais para a engrena-gem de guincho e para a engrenagem de movimento giratório poderão serentrados pelo operador da escavadeira.

O modo de funcionamento dos diferentes motores durante umaoperação de acordo com a presente invenção é apresentado a seguir. Atra-vés da engrenagem de movimento giratório, o carro superior da escavadeirase movimenta com relação ao carro inferior da escavadeira. Ao diminuir avelocidade do carro superior de escavadeira, uma energia de frenagem fluida unidade de ajuste E2 para o acumulador Spr e, se necessário, tambémpara a unidade de ajuste reversível hidráulica E1 que atua como um motorhidráulico, através do qual, por exemplo, as bombas hidráulicas E3 e E4 po-derão ser acionadas.

No acumulador SpR, a energia de frenagem do carro superior éarmazenada, para ser usada novamente durante a aceleração seguinte. Es-ta energia, neste caso, flui novamente para a unidade de ajuste reversívelhidráulica E2, que, neste momento, servirá como um motor de engrenagemde movimento giratório ou, se necessário, ainda para a unidade de ajustereversível hidráulica Ei, através da qual os equipamentos hidráulicos de tra-balho poderão ser suportados.

Uma vez que as operações de carregamento e descarga dosacumuladores possuem agora uma determinada eficiência, o respectivo a-cumulador poderá ser recarregado através da unidade de comando 14 nocaso de uma correspondente diminuição da pressão do acumulador. Isto éfeito por meio da unidade de ajuste E1 após uma correspondente atuaçãopor parte da controladora ECU.

Ao abaixar o equipamento, ou seja, durante uma retração, oscilindros de guincho 24 e 26 podem alimentar a energia potencial do equi-pamento através das unidades de ajuste E3 e E4 no acumulador SpH e emadição através da unidade de ajuste reversível hidráulica E1 no acumuladorSpR. Cada uma das unidades hidráulicas E3, E4 e E1 forma um transformadorhidráulico, de modo que as necessárias reduções de pressão entre os cilin-dros hidráulicos 24 e 26 e os acumuladores hidráulicos SpH e SpR operamquase livres de perda. Além disso, esta solução provê uma velocidade deabaixamento livre, que é apenas influenciada pelo operador da escavadeira.

Quando necessário, a energia pode ser suprida a partir da unidade de co-mando 14 para os acumuladores SpH e SpR para a manutenção do nível daenergia e para uma melhor utilização do motor de comando.

Ao levantar o equipamento ou ao se estender os cilindros hidráu-licos, a energia armazenada neste momento é mais uma vez suprida a partirdos acumuladores hidráulicos SpH e SpR por meio das unidades hidráulicasEi, E3 e E4 para os cilindros hidráulicos de duplo efeito 24, 26. Paralela aosmesmos, uma energia adicional da unidade de comando 14 poderá ser adi-cionada, de modo que este movimento não mais fique limitado em sua velo-cidade pela força do motor instalada. Desta maneira, a solução da presenteinvenção conforme aqui apresentada não somente provê uma recuperaçãode energia ou economia de energia, como também uma melhor dinâmica demáquina da escavadeira utilizada. Em comparação às máquinas produzidasem série comuns, o movimento de içamento é acelerado muitas vezes mais.

A unidade de controle eletrônico ECU com vantagem consisteem uma pluralidade de módulos e detecta os diferentes sinais do motor, pro-cessa os mesmos e finalmente controla os diversos elementos de ajuste, taiscomo o ajuste da bomba ou das válvulas corrediças, de forma correspondente.

Na figura 2, é mostrada uma outra variante da presente inven-ção. Em comparação com a figura 1, uma solução elétrica do motor de en-grenagem de movimento giratório é aqui realizada. O modo de funcionamen-to deste motor em grande parte corresponde àquele de acordo com a moda-lidade da figura 1, de modo que, no que diz respeito ao efeito total e à estru-tura restante, se possa fazer referência à descrição acima. No presente ca-so, no entanto, as unidades hidráulicas Ei e E2 representadas na modalida-de da figura 1 são unidades elétricas, que, da mesma forma, atuam comounidades reversíveis e no presente caso como um motor elétrico ou gerador.Às respectivas unidades reversíveis E2 e Ei, são associados os transforma-dores de voltagem W2 e Wi. Ao invés do acumulador hidráulico SpR da figu-ra 1, um acumulador elétrico na forma de uma bateria ou um supercapacitor(ultracapacitor) é aqui usado em conjunto com um transformador de volta-gem Ws. Ao se usar um supercapacitor, o transformador de voltagem Wsprovido na variante ilustrada da figura 2 não precisa necessariamente estar presente.

Na solução elétrica da figura 2, as cargas auxiliares podem serconectadas também através dos correspondentes transformadores de volta-gem Wx. Estes podem ser cargas auxiliares eletrificadas, por exemplo, omotor elétrico de um ventilador de refrigeração de um compressor de arcondicionado ou o motor elétrico de uma bomba de água. No diagrama dafigura 2, as cargas não são mostradas em detalhe. As unidades de ajustereversíveis E3 e E4, que são conectadas aos cilindros de guincho 24 e 26, damesma maneira se encontram presentes na variante da figura 2. Na presen-te modalidade, no entanto, a unidade de ajuste reversível E4 não se encontraconectada a um acumulador hidráulico SpH, mas a um reservatório de óleohidráulico.

O modo de funcionamento do motor de acordo com a varianteda figura 2 lembra o modo de acordo com a solução hidráulica pura da figura1. No entanto, existe a diferença de que a energia da engrenagem de movi-mento giratório e do guincho fica armazenada apenas na uma unidade deacumulador elétrica 32 (ultracapacitor, bateria). Sendo assim, os acumulado-res hidráulicos SpH e SpR da solução hidráulica da figura 1 podem ser subs-tituídos aqui por este um acumulador elétrico 32.

Finalmente, a figura 3 mostra uma terceira variante do motor deacordo com a presente invenção. Substancialmente, este é um motor quecorresponde à variante da figura 2, ou seja, a "solução elétrica". Ao invés deuma conexão a um reservatório, o acumulador hidráulico SpH aqui é conec-tado à unidade de ajuste hidráulico E4, como o caso já de uma maneira simi-lar da "solução hidráulica", de acordo com a modalidade da figura 1. Porconseguinte, esta é uma solução "eletro-hidráulica".

O uso do acumulador hidráulico SpH oferece duas vantagens.Por um lado, a eficiência do armazenamento de força é aperfeiçoada. Final-mente, o tamanho da unidade hidráulica E4 é reduzido.

Claims (13)

1. Motor para uma escavadeira com vários motores individuais,tais como um motor de engrenagem de movimento giratório, um motor deguincho, um motor de caçamba ou um comando de braço, caracterizado pe-Io fato de que, para o motor de engrenagem de movimento giratório, sãoprovidas duas unidades de ajuste reversíveis que são, pelo menos, acopla-das a um acumulador de energia.

2. Motor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que uma das unidades de ajuste reversíveis é conectável a uma uni-dade de comando da escavadeira.

3. Motor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que as unidades de ajuste reversíveis são unidades de ajustehidráulicas, que podem inverter a direção de fluxo com o mesmo sentido derotação, de modo que as mesmas possam operar como um motor ou bombae pelo fato de que o pelo menos um acumulador é um acumulador hidráulico.

4. Motor, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que um segundo acumulador hidráulico é provido para a compensa-ção do óleo hidráulico retirado ou realimentado para outro acumulador hidráulico.

5. Motor, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de que as unidades de ajuste reversíveis formam um circuito hidráulicofechado com o primeiro acumulador hidráulico e o segundo acumulador hi-dráulico, no qual as duas unidades de ajuste reversíveis hidráulicas sempreficam sob alta pressão em um lado por meio das quais o primeiro acumula-dor hidráulico é também conectado, enquanto que, no outro lado, por meiodas quais o segundo acumulador hidráulico é conectado, as mesmas ficamsempre sob baixa pressão.

6. Motor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5,caracterizado pelo fato de que as unidades de ajuste do motor de engrena-gem de movimento giratório são energeticamente acopladas às unidades deajuste do motor de engrenagem de guincho.

7. Motor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6,caracterizado pelo fato de que o mesmo pode ser controlado por meio deuma controladora de gerenciamento de energia eletrônica.

8. Motor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que as unidades reversíveis são unidades elétricas, que consis-tem em uma unidade elétrica com um transformador de voltagem.

9. Motor, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que o acumulador é um acumulador elétrico.

10. Motor, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizadopelo fato de que um transformador de voltagem adicional é provido, atravésdo qual outros motores elétricos, tais como os motores para ventiladores derefrigeração, compressores de ar condicionado, bombas de água ou coisado gênero, podem ser supridos com eletricidade.

11. Motor, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre-cedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos um cilindro hidráulicoestá presente, o qual é conectado a duas unidades de ajuste hidráulicas.

12. Motor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelofato de que uma das unidades de ajuste é de preferência conectada a umacumulador hidráulico.

13. Motor, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracteriza-do pelo fato de que as duas unidades de ajuste hidráulicas do pelo menosum cilindro hidráulico são conectáveis a uma das unidades de ajuste rever-síveis.