WO2018137014A1

WO2018137014A1 - Sistema hidráulico ou pneumático

Info

Publication number: WO2018137014A1
Application number: PCT/BR2018/050018
Authority: WO
Inventors: Mário José Tavares CHICA
Original assignee: Caramona Empreendimentos E Participacoes Ltda
Current assignee: Caramona Empreendimentos E Participacoes Ltda
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2019-07-27
Also published as: BR102017001760A2

Abstract

A presente invenção refere-se a um sistema hidráulico ou pneumático do tipo que emprega um fluido pressurizado para geração de energia mecânica, onde o sistema é capaz de gerar uma potência fina! muito superior à sua potência de acionamento. O sistema compreende um atuador principal (1) que move um eixo de transmissão de potência produzida (2); um atuador auxiliar (3) que se conecta ao atuador principal por meio de uma câmara de comunicação fluídica (4), o atuador auxiliar (3) estando mecanicamente ligado ao atuador principal (1 ) por meio de um meio de transmissão de movimento (14); uma unidade de força e injeção compreendo uma fonte de fluido para o sistema; a unidade de força e injeção sendo fluidicamente conectada à câmara de comunicação fluídica (4) por uma linha de alta pressão (5); e uma linha de realimentação (10) conectando o atuador principal (1 ) ao atuador auxiliar (3). O atuador auxiliar (3) atua para manter um volume controlado de fluido em circulação pressurizado na câmara de comunicação fluídica (4),

Description

"SISTEMA HIDRÁULICO OU PNEUMÁTICO"

CAMPO DA INVENÇÃO

[001 ] A presente invenção reíere-se a um sistema hidráulico e/ou pneumático com atuadores hidráulicos e/ou pneumáticos retos ou rotativos, do tipo que emprega um fluido injetado para geração de energia mecânica, onde o sistema é capaz de gerar uma potência fina! muito superior a potência utilizada na injeção do fluido,

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Atuadores hidráulicos retos ou rotativos convertem a energia fluídica em energia mecânica, utilizando as propriedades fluídicas para gerar movimento.

[003] Tanto os atuadores hidráulicos como os atuadores pneumáticos são sistemas baseados na mecânica dos fluidos, onde a geração e transmissão de potência depende da injeção de fluidos.

[004] Os atuadores pneumáticos empregam fluido não viscoso (em geral, ar comprimido.), enquanto os atuadores hidráulicos empregam fluidos líquidos viscosos, como óleos, fluidos a base de água e fluidos sintéticos.

[005] A alimentação fluídica nos atuadores é realizada através de um sistema gerador inicial e de um sistema de distribuição. Para sistemas hidráulicos, esse sistema gerador inicial é geralmente composto por atuador e bomba, que retira o fluido do reservatório, e o sistema de distribuição é geralmente composto por tubulações e válvulas, para controle da direção, vazão e pressão do fluido. O sistema responsável pela conversão da energia fluídica (hidráulica / pneumática) em energia mecânica é geralmente denominado sistema atuador.

[006] Um grande inconveniente dos atuadores hidráulicos e pneumáticos conhecidos da técnica está relacionado diretamente ao mencionado sistema injetor de força fluídica e a forma como esse fluido circula no interior das câmaras atuadoras para produzir movimento mecânico.

[007] Esse sistema injetor deve ser acionado, de modo que existe uma correspondente potência de acionamento com o total preenchimento fluídico das câmaras atuadoras. Nos atuadores fluídicos conhecidos do estado da técnica, a relação potência final obtida e a correspondente potência de acionamento encontra- se em torno do desconfortável fator de 1 .00 para 1 .50. Nesses fatores e no que se refere a atuadores hidráulicos e pneumáticos, praticamente os relegam a sistemas secundários meros transmissores de movimento,

[008] São conhecidos da técnica alguns sistemas hidráulicos que incluem dois atuadores hidráulicos para lidar com demandas de carga diferenciadas.

[009] O documento norte-americano US 4,769,991 , por exemplo, revela um sistema de propulsão hidráulico balanceado que compreende dois atuadores hidráulicos alimentados por uma fonte única de fluido pressurizado. Cada um dos atuadores hidráulicos possui pelo menos duas válvulas de compensação. Uma pequena linha de comunicação fluídica é prevista entre as válvulas para equalizar a pressão de fluido e assim impedir a dominância de uma válvula sobre a outra.

[0010] Já o documento norte-americano US 7,836,993 descreve um dispositivo para seleção de capacidade de um circuito hidráulico que compreende dois atuadores hidráulicos que acionam meios de movimentação de um veículo situados um na frente do outro. O circuito compreende primeiro, segundo, terceiro e quarto dutos principais que alimentam os atuadores em paralelo. O seletor é configurado para assumir uma posição em que a alimentação é realizada em paralelo pela conexão entre pares de dutos e uma posição em que um dos atuadores está inativo pela conexão de um dos dutos de um par a um duto do outro par.

[001 1 ] Nenhuma das soluções conhecidas da técnica, entretanto, mostra um sistema que seja capaz de gerar uma potência final muito superior à sua potência de acionamento.

OBJETIVOS DÃ INVENÇÃO

[0012] É um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema hidráulico ou pneumático do tipo que utiliza a injeção fluídica e a transforma em energia mecânica, onde o sistema é capaz de gerar uma potência final muito superior à sua potência de acionamento.

[0013] É um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema hidráulico ou pneumático do tipo que emprega injeção fluídica para geração de energia mecânica, onde a potência final obtida é maior que a potência do sistema de injeção fluídica.

[0014] É mais um dos objetivos da presente invenção um sistema hidráulico ou pneumático do tipo que emprega injeção fluídica para geração de energia mecânica, onde a quantidade volumétrica nominal de fluido na câmara de alta pressão é controlada quanto ao seu preenchimento, independentemente do volume fluídico provindo dos meios de injeção fluidica.

BREVE DESCRIÇÃO DÃ INVENÇÃO

[0015] A presente invenção atinge esses e outros objetivos por meio de um sistema hidráulico ou pneumático do tipo que emprega um fluido pressurizado para geração de energia mecânica, que compreende um atuador principal, que move um eixo de transmissão de potência produzida, e um atuador auxiliar que se conecta ao atuador principal por meio de uma câmara de comunicação fluidica. O atuador auxiliar está mecanicamente ligado ao atuador principal por meio de um meio de transmissão de movimento. O atuador principal e o atuador auxiliar estão em configuração contraposta.

[0016] O sistema compreende ainda uma unidade de força e injeção compreendo uma fonte de fluido para o sistema; sendo que a unidade de força e injeção é fluidicamente conectada à câmara de comunicação fluidica por uma linha de alta pressão. Uma linha de realimentação conecta o atuador principal ao atuador auxiliar.

[0017] O atuador auxiliar atua para manter um volume controlado de fluido em circulação pressurizado na câmara de comunicação fluidica. Assim, o volume geométrico do fluido em alta pressão no atuador principal pode ser constantemente mantido preenchido, total ou parcialmente, independentemente do fluxo fluídico injetado pela unidade de força e injeção.

[0018] Em uma concretização preferida da presente invenção, o meio de transmissão de movimento é um conjunto de polia e correia. No entanto, deve ser entendido que a ligação mecânica entre o atuador auxiliar e o atuador principal poderia ser feita de outra maneira.

[0019] Em concretizações da presente invenção, a unidade de força e injeção pode compreender um reservatório de fluido, uma bomba de fluido, que está em comunicação fluidica com o reservatório e com a linha de alta pressão, um meio de acionamento de bomba, e válvulas de alivio e controle de pressão, todos em comunicação fluidica com a linha de alta pressão. [0020] Em outras concretizações da presente invenção, a unidade de força e injeção pode compreender uma fonte de pressão hidráulica e válvulas de alivio e controle de pressão em comunicação fluídica com a linha de alta pressão. Ainda em outras concretizações da presente invenção, a unidade de força e injeção compreende um meio motriz acionando o atuador principal, sendo que atuador pnncipal está em comunicação fluídica com um reservatório de fluido.

[0021 ] Em concretizações da presente invenção, a linha de alta pressão pode compreender válvula de alívio e controle de pressão e/ou válvula interruptora de pressão quando se usa acumuladores de pressão, e a linha de realimentação pode compreender um trocador de calor e um filtro de fluido.

[0022] BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0023] A presente invenção será descrita a seguir com mais detalhes, com referências aos desenhos anexos, nos quais:

[0024] Figura 1 - é uma representação esquemática do circuito hidráulico de acordo com uma primeira concretização simplificada do sistema de acordo com a presente invenção;

[0025] Figura 2 - é uma representação esquemática do circuito hidráulico de acordo com uma segunda concretização simplificada do sistema de acordo com a presente invenção;

[0026] Figura 3 - é uma representação esquemática do circuito hidráulico de acordo com uma terceira concretização simplificada do sistema de acordo com a presente invenção;

[0027] Figura 4 - é uma representação esquemática do circuito hidráulico de acordo com uma quarta concretização simplificada do sistema de acordo com a presente invenção;

[0028] Figura 5 - é uma representação esquemática do circuito hidráulico de acordo com uma quinta concretização simplificada do sistema de acordo com a presente invenção;

[0029] Figura 6 - é uma representação esquemática do circuito hidráulico de acordo com uma sexta concretização simplificada do sistema de acordo com a presente invenção; e [0030] Figura 7 - é uma representação esquemática, também simplificada, do circuito hidráulico de acordo com uma sétima concretização do sistema de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DÃ INVENÇÃO

[0031] A presente invenção será descrita a seguir com base em exemplos de concretizações preferidas do sistema de acordo com a presente invenção. Nesse sentido, deve ser entendido que embora os exemplos descritos com referência às figuras sejam de sistemas hidráulicos, o conceito inventivo da presente invenção aplica-se igualmente a sistemas pneumáticos, na medida em que o fluido pressurizado pode ser ar comprimido.

[0032] Nesse sentido, como reconhecido por aqueles versados na técnica, a principal diferença entre esses sistemas estaria na unidade de força e injeção fluídica.

[0033] A figura 1 ilustra um circuito hidráulico de acordo com uma primeira concretização do sistema de acordo com a presente invenção.

[0034] O sistema compreende um atuador principal 1 cujo eixo de saída é o principal responsável pela transmissão de força do sistema 2.

[0035] O atuador principal 1 é mecânica e fluidicamente interligado a um atuador auxiliar 3, de forma a ter-se um ganho mecânico no atuador principal 1 . Os atuadores principal e auxiliar estão em uma relação contraposta, isto é, os atuadores giram em sentidos inversos entre si.

[0036] A ligação mecânica 14 entre os atuadores principal 1 e auxiliar 3 pode ser realizada por meio de um conjunto de correia e polia ou um elemento mecânico similar de transmissão de movimento, enquanto a ligação fluídica é realizada por meio de uma linha ou câmara de comunicação fluídica 4.

[0037] Nas concretizações preferidas da presente invenção, o atuador rotativo principal 1 é um motor hidráulico de pistões axiais, entretanto, o atuador principal poderia ser de qualquer tipo de atuador hidráulico ou pneumático.

[0038] De mesmo modo, o atuador auxiliar poderia ser de qualquer tipo de atuador hidráulico ou pneumático. [0039] Uma linha de alta pressão 5, alimentada pelo sistema de força e injeção fluidica, é fluidicamente conectada à câmara de comunicação fluidica 4 formada entre os aí adores principal 1 e auxiliar 3.

[0040] O atuador auxiliar 3 atua para manter um volume controlado de fluido pressurizado na câmara de comunicação fluidica 4. Assim, o volume geométrico do fluído em alta pressão no atuador principal pode ser constantemente mantido preenchido, total ou parcialmente, independentemente do fluxo fluidico injetado pela unidade de força e injeção.

[0041 ] Na primeira concretização da presente invenção, a unidade força e injeção fluidica compreende um reservatório de fluído 6, uma bomba de fluido 7, que está em comunicação fluidica com o reservatório 6 e com a câmara de alta pressão 4, um meio de acionamento de bomba 8 e uma válvula de alivio e controle de pressão 9 que está em comunicação fluidica com a linha de alta pressão.

[0042] Um indicador de pressão 11 pode ser utilizado para indicar a pressão na linha de alta pressão, e a válvula de alívio e controle de pressão 3 pode ser utilizada para controlar a pressão na linha.

[0043] O meio de acionamento de bomba 8 pode ser, por exemplo, um motor elétrico. Naturalmente, outros meios de acionamento poderiam ser utilizados dentro do contexto da presente invenção.

[0044] Conforme pode ser visto na figura 1 , o fluido em baixa pressão sai do atuador principal 1 na linha de realimentação 10 sendo que o fluido em baixa pressão flui para o atuador auxiliar 3.

[0045] A linha de realimentação (circulação de retorno) 10 pode incluir um trocador de calor 12, para evitar o superaquecimento do sistema, linhas de dreno dos atuadores 20, e um filtro 13, para remover possíveis impurezas no fluido.

[0046] A figura 2 mostra uma segunda concretização do sistema da presente invenção. Nessa representação esquemática, também estão presentes os atuadores principal 1 e auxiliar 3, mecânica e fluidicamente conectados, e a unidade de força e injeção formada por um motor elétrico 8, uma bomba 7 e um reservatório 6.

[0047] Nessa concretização, a válvula de alívio e controle de pressão 9 está associada com um acumulador de pressão 15, formando assim uma válvula interruptora de pressão que tem como finalidade, entre outras, estabilizar a pressão no sistema em um valor preestabelecido.

[0048] Na concretização ilustrada na figura 2, a linha de baixa do sistema (circulação de retorno) 10, pode incluir ainda uma válvula 16 que controla o fluxo para o tanque 6. Deve ser ressaltado que a válvula 16 é um elemento opcional do sistema da presente invenção e pode estar incluído em todas as concretizações.

[0049] Assim, na concretização da figura 2, a linha de alta pressão 5 é alimentada pela unidade de força e injeção, que, nessa concretização, compreende um conjunto bomba 7 e motor elétrico 8, e está em comunicação fluídica com a linha de alta pressão 5 e com câmara de comunicação fluídica 4 entre o atuador principal 1 e o atuador auxiliar 3. A válvula interruptora de pressão se comunica fluidicamente com a linha de alta pressão 5, de modo a estabilizar a pressão no sistema, se necessário.

[0050] A figura 3 ilustra esquematicamente outra concretização simplificada do sistema da presente invenção, similar à concretização ilustrada na figura 2, mas sem a válvula opcional 16 e sem o acumulador de pressão 15.

[0051 ] A figura 4 mostra uma quarta concretização simplificada do sistema da presente invenção. Nessa concretização, também estão presentes os atuadores principal 1 e auxiliar 3, mecânica 14 e fluidicamente 4 conectados, e a unidade de força e injeção fluídica formada por um motor elétrico 8, uma bomba 7 e um reservatório 6. O sistema dessa concretização também compreende a válvula de alívio e controle de pressão 9 na linha de alta pressão 5.

[0052] Nessa concretização, como nas outras, o fluido entra no sistema pela unidade de força e injeção fluídica. Quando é necessário aliviar a pressão, a válvula 9 é acionada e o fluido retorna ao reservatório 6.

[0053] Os reservatórios 6 e 18 podem ser reservatórios separados ou únicos. Nesse sentido, como mostrado na figura, os reservatórios podem estar fixados em um nível superior à altura da instalação dos atuadores;

[0054] A figura 5 mostra uma quinta concretização simplificada do sistema da presente invenção. Nessa concretização, também estão presentes os atuadores principal 1 e auxiliar 3, mecânica e fluidicamente conectados, mas a unidade de força e injeção fluídica é uma fonte de pressão hidráulica 19 não necessariamente formada por um conjunto atuador / bomba. Também nessa concretização, uma válvula de alívio e controle de pressão 9 pode ser utilizada para alívio da pressão excessiva na linha de alta.

[0055] As figuras 6 e 7 mostram concretizações da presente invenção onde o atuador principal 1 é diretamente acionado por um meio motriz 20 qualquer, de modo a manter a ligação fluidíca na câmara de alta pressão 4 entre o atuador principal 1 e o atuador auxiliar 3. Nessa concepção. O atuador 1 , que está sendo diretamente acionado, comporta-se construtivamente como unidade de força e injeção fluídica.

[0056] Na concretização da presente invenção mostrada na figura 8, o sistema compreende uma válvula de alívio e controle de pressão 9 pode ser utilizada para alívio da pressão excessiva na linha de alta e, na concretização da figura 7, a válvula de alívio e controle de pressão está acompanhada de um acumulador de pressão 15, de modo a configurar uma válvula interruptora de pressão, quando deseja-se estabilizar o sistema em determinada pressão.

[0057] Exemplo I

[0058] Para que fique claro a vantagem proporcionada pela presente invenção, será descrito a seguir um exemplo construtivo de acordo com a primeira concretização do sistema da presente invenção.

[0059] Nessa concretização, os atuadores, principal e auxiliar compreendem dois motores hidráulicos de 118,6 cm³ que estão em configuração contraposta. Ou seja, os motores quando sob pressão, giram em sentidos contrários. Os eixos de saída dos motores são conectados por um meio de transmissão mecânica, numa relação mecânica 2:1 .

[0060] A unidade de força e injeção fluídica utiliza uma bomba de 4cm³/ rotação com um motor elétrico de 2CV a 1740 rpm.

[0061] O atuador principal e o atuador auxiliar são conectados por uma câmara fluídica com aproximadamente 105 mm de extensão e 16 mm de diâmetro.

[0062] Um espaçamento volumétrico é gerado na ligação dos atuadores 1 e 2, que são dispostos em contraposição. O sistema tende a buscar um equilíbrio volumétrico entre o que é injetado no sistema e o que pode ser absorvido por esse espaçamento volumétrico (câmara fluídica entre os atuadores 1 e 2). [0063] Os dados colhidos a partir da operação do sistema descrito no exemplo 1 mostram que o espaçamento volumétrico entre dois motores hidráulicos de 118,6 cm3 por rotação, numa relação mecânica de 2:1 , é maior que a injeção fluídica provinda da unidade de força hidráulica que é de 4 cm³ por rotação utílizando-se um motor elétríco de 2 CV a 1740 rpm, com uma válvula de alívio a 100 Bar. Assim, haverá uma tendência de equilíbrio volumétrico entre o que é injetado e o que é absorvido, refletindo na rotação do motor hidráulico 1 , de modo que a velocidade e respectivo torque do motor 1 será sempre maior no conjunto sistema hidráulico de acordo com a presente invenção do que a sua velocidade nominal considerando-se o mesmo volume fluídico injetado separadamente no mesmo.

[0064] Assim, tendo sido descritos exemplos de concretizações da presente invenção, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras variações possíveis do conceito inventivo descrito, sendo limitadas tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 . Sistema hidráulico ou pneumático do tipo que emprega um fluido injetado para geração de energia mecânica caracterizado pelo fato de que compreende:

Um atuador principal (1 ) que move um eixo de transmissão de potência produzida (2);

um atuador auxiliar (3) que se conecta ao atuador principal por meio de uma câmara de comunicação fluídica (4), o atuador auxiliar (3) estando mecanicamente ligado ao atuador principal (1 ) por meio de um meio de transmissão de movimento (14); sendo que o atuador principal (1 ) e o atuador auxiliar (3) estão em configuração contraposta;

uma unidade de força e injeção compreendo uma fonte de fluido para o sistema; a unidade de força e injeção sendo fluidicamente conectada à câmara de comunicação fluídica (4) por uma linha de alta pressão (5);

uma linha de realimentação (10) conectando o atuador principal (1 ) ao atuador auxiliar (3);

em que o atuador auxiliar (3) atua para manter um volume controlado de fluido em circulação pressurizado na câmara de comunicação fluídica (4).

2 Sistema de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o meio de transmissão de movimento (14) é um conjunto de polia e correia.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de força e injeção compreende reservatório de fluido (6), uma bomba de fluido (7) em comunicação fluídica com o reservatório e com a linha de alta pressão, uma válvula de alivio e controle de pressão, e um meio de acionamento de bomba (8) que está em comunicação fluídica com a linha de alta pressão.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de força e injeção compreende uma fonte de pressão hidráulica (19) em comunicação fluídica com a linha de alta pressão.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de força e injeção compreende um meio motriz (20) acionando o atuador principal (1 ), o atuador principal (1 ) em comunicação fluídica com um reservatório de fluido (6) e a linha de pressão.

6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a linha de alta pressão (5) compreende uma válvula de alivio e controle de pressão (9).

7. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que que a linha de alta pressão (5) compreende uma válvula interruptora de pressão.

8. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a linha de realimentação (10) compreende um trocador de calor.

9. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a linha de realimentação (10) compreende um filtro (13) e linhas de dreno dos atuadores (20).

10. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o reservatório de fluido é posicionado acima da altura de instalação dos atuadores principal (1 ) e auxiliar (3).