ES2277209T3 - Valvula doble con mecanismo anti-bloqueo. - Google Patents
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Abstract
Método de rearmado de una válvula doble (10), que comprende las etapas de: conectar una fuente de líquido a presión a una abertura de rearmado (85); activar un primer y un segundo pistones de rearmado (38, 64) como respuesta a dicho fluido a presión para rearmar las primeras y segundas unidades de válvula desplazables (18, 20) de dicha válvula doble (10), respectivamente; purgar las primeras y segundas cámaras piloto (74, 75; 81, 82) cuando son activados dichos primeros y segundos pistones (38, 64), correspondiendo dichas primeras y segundas cámaras piloto (74, 75; 81, 82) a las primeras y segundas válvulas piloto (76, 83) para activar dichas primeras y segundas unidades de válvula desplazables (18, 20), respectivamente, en el que dicho purgado impide que dichas primeras y segundas unidades de válvula desplazables (18, 20) se desplacen desde una posición de desactivación, respectivamente; eliminar dicha fuente de fluido a presión de dicha abertura de rearmado (85); retirar dicho primer pistón de rearmado (38), de manera que dicha segunda válvula piloto (81, 82) reciba fluido a presión mientras que dicha primera cámara piloto (74, 75) sigue siendo purgada; retirar dicho segundo pistón de rearmado (64) después de un tiempo de retraso predeterminado después de la retirada de dicho primer pistón de rearmado (38), siendo suficiente dicho tiempo de retraso predeterminado para permitir que dicha segunda cámara piloto (81, 82) quede substancialmente presurizada; y si se activa dicha segunda válvula piloto (83) cuando dicho segundo pistón de rearmado (64) está retirado, entonces dicho fluido a presión en dicha segunda cámara piloto (81, 82), que acciona dicha segunda unidad de válvula desplazable (20) fuera de una posición de desactivación durante un tiempo en que el fluido a presión en dicha primera cámara piloto (74, 75), es insuficiente para accionar dicha primera unidad de válvula desplazable (18) hacia afuera de una posición de desactivación.
Description
Válvula doble con mecanismo
anti-bloqueo.
La presente invención se refiere, en general, a
válvulas de control y, más específicamente, al rearmado de una
válvula doble para controlar un caudal único de un líquido a presión
como respuesta a la activación simultánea de un par de conmutadores
de control.
Diversos tipos de máquinas herramientas
funcionan mediante un sistema de válvulas que interacciona con un
embrague controlado neumáticamente y/o con un conjunto de freno. Por
motivos de seguridad, las válvulas de control que se utilizan para
trabajar con estas máquinas herramientas requieren que el operador
active dos conmutadores de control separados, de manera
substancialmente simultánea, para garantizar que las manos del
operador estén separadas de los componentes móviles de la máquina
herramienta cuando se inicia un ciclo operativo. Típicamente, un
circuito electrónico sensible a los dos conmutadores de control
genera una señal de control piloto que se aplica a las válvulas
piloto para conmutar el circuito principal de fluido de la válvula
para controlar el suministro de aire comprimido (o de otro fluido) a
la máquina herramienta para realizar su ciclo operativo.
Se han desarrollado válvulas dobles que
funcionan en paralelo en un cuerpo de válvula único, para garantizar
que el funcionamiento defectuoso de una única unidad de válvula (por
ejemplo, una válvula que se atasca en una posición de
accionamiento), no pueda ocasionar una repetición o un exceso de
carrera en el ciclo operativo de una máquina herramienta. De este
modo, si falla la desactivación de una unidad de válvula en el
momento adecuado, la válvula doble adopta una configuración que
desvía la fuente de aire comprimido de la máquina herramienta. Por
ejemplo, en la patente USA 6.478.049, concedida de manera ordinaria
a Bento y otros, se muestra una válvula doble.
Además de proporcionar protección contra la
repetición o contra el exceso de carrera de la máquina herramienta,
es deseable controlar la válvula doble en el caso de una unidad de
una válvula con fallos y para impedir que se inicie un nuevo ciclo
operativo de la máquina herramienta. De esta manera, los sistemas de
la técnica anterior han ocasionado que la válvula doble asuma una
configuración de bloqueo cuando una unidad de válvula única está en
situación de fallo, de manera que la válvula doble no puede ser
activada de nuevo hasta que haya sido rearmada intencionadamente
para eliminar el estado de fallo.
Más específicamente, un conjunto de una válvula
doble incluye dos válvulas piloto controladas electromagnéticamente.
Típicamente, las válvulas piloto están normalmente cerradas. El
conjunto de la válvula doble incluye dos unidades de válvula
desplazables, cada una de ellas con una respectiva válvula de seta
de escape entre la abertura de salida y la abertura de escape de la
válvula doble, y una respectiva válvula de seta de admisión entre la
abertura de salida y la abertura de admisión de la válvula doble.
Cuando las válvulas piloto están normalmente cerradas, las válvulas
de seta de escape están normalmente abiertas y las válvulas de seta
de admisión están normalmente cerradas. Cada una de las válvulas
piloto es desplazada a una posición de activación como respuesta a
una señal eléctrica de control desde el conmutador respectivo
controlado por el operador, que típicamente hace que se cierren las
válvulas de seta de escape y que se abran las válvulas de seta de
admisión. En cualquier momento en que: 1) una unidad de válvula
falla al no desactivarse de manera adecuada, 2) una unidad de
válvula falla al no activarse adecuadamente, ó 3) las válvulas
piloto son activadas o desactivadas de manera no simultánea,
entonces, por lo menos, una unidad de válvula queda bloqueada en una
posición de fallo en la que su válvula de seta de escape no puede
ser cerrada (impidiendo de este modo que el escape quede
presurizado).
En una operación típica de rearmado, una o
varias unidades de válvula desplazables con fallos son devueltas a
sus posiciones de desactivación mediante la aplicación de presión
procedente de una fuente a una abertura de rearmado, a través de una
válvula de control de 2 ó 3 vías. La presión hace que un pistón de
rearmado se alargue de forma que acciona o empuja la unidad de la
válvula con fallos, sacándola de la posición de fallo de manera que
la válvula de control puede ser activada para iniciar un ciclo
operativo de la máquina herramienta. Si está presente una unidad de
válvula defectuosa, entonces es deseable que el operador de la
máquina realice el mantenimiento de la válvula de control para
reparar la unidad de válvula. Sin embargo, a veces los operadores
pueden intentar mantener la función de rearmado de manera continua
para continuar trabajando con la máquina herramienta sin reparar una
unidad de válvula defectuosa mediante el "bloqueo" de la
válvula de control del rearmado. Es deseable que en el diseño de la
válvula doble se la dote de una función
anti-bloqueo, de manera que el bloqueo de la válvula
de rearmado no pueda impedir el bloqueo de la válvula de control
como respuesta a una unidad de válvula con fallos.
Los mecanismos anteriores de
anti-bloqueo requerían componentes añadidos que eran
relativamente complicados y que añadían un coste significativo a las
válvulas. Además, en algunas configuraciones de válvulas, ha sido
posible bloquear los conmutadores piloto principales y accionar una
máquina herramienta utilizando el control de rearmado como un punto
de control único (burlando de este modo el mecanismo que requiere la
activación simultánea de los dos conmutadores manuales). Los
mecanismos anteriores anti-bloqueo no han impedido
este tipo de funcionamiento de la válvula de control.
La presente invención da a conocer una válvula
doble que tiene un mecanismo de rearmado con una parte inferior de
cómputo que puede estar integrada fácilmente en la válvula y que
impide la utilización de la función de rearmado para accionar la
válvula cuando se bloquean los conmutadores piloto principales.
En un aspecto de la invención, se da a conocer
un método para el rearmado de una válvula doble. Una fuente de un
líquido a presión está conectada a una abertura de rearmado. Se
activan unos primeros y segundos pistones de rearmado como respuesta
al fluido a presión, para rearmar la primera y la segunda unidades
de válvula desplazables de la válvula doble, respectivamente. Cuando
se activan el primero y el segundo pistones de rearmado se purgan la
primera y la segunda cámaras piloto, correspondiendo la primera y la
segunda cámaras piloto a la primera y a la segunda válvulas piloto
para activar la primera y la segunda unidades desplazables de la
válvula, respectivamente. El purgado impide que la primera y la
segunda unidades desplazables de la válvula se desplacen desde una
posición de desactivación, respectivamente. Se elimina la fuente de
líquido a presión de la abertura de rearmado. Se retira el primer
pistón de rearmado, de manera que la segunda cámara piloto recibe
fluido a presión mientras que la primera cámara piloto continúa
siendo purgada. Se retira el segundo pistón de rearmado después de
un tiempo de retraso predeterminado a continuación de la retirada
del primer pistón de rearmado, siendo el tiempo de retraso
predeterminado suficiente para permitir que la segunda cámara piloto
quede substancialmente presurizada. Si se activa la segunda válvula
piloto cuando el segundo pistón de rearmado está retirado, entonces
el fluido a presión en la segunda cámara piloto acciona la segunda
unidad de válvula desplazable fuera de la posición de desactivado,
durante un tiempo en que el fluido a presión en la primera cámara
piloto es insuficiente para accionar la primera unidad desplazable
de la válvula saliendo de una posición de desactivación.
La figura 1 es una vista, en sección
transversal, de una válvula doble según una primera realización de
la presente invención, en su posición normal desactivada.
La figura 2 es una vista, en sección
transversal, de la válvula doble de la figura 1, con una unidad de
válvula en una posición de fallo.
La figura 3 es una vista, en sección
transversal, de la válvula doble de la figura 1, con los pistones de
rearmado extendidos como respuesta a la presión en la abertura de
rearmado.
La figura 4 es una vista, en sección
transversal, de la válvula doble de la figura 1, inmediatamente
después de haber sido eliminada la presión de la abertura de
rearmado durante una operación de rearmado.
La figura 5 es una vista, en sección
transversal, de una válvula doble, según una segunda realización de
la presente invención, en su posición normal desactivada.
La figura 6 es un diagrama de flujos que muestra
un método preferente de la presente invención.
Haciendo referencia a continuación a la figura
1, un sistema de control de válvulas en forma de una válvula doble
(10) incluye un cuerpo (11), que tiene una abertura de admisión (12)
que conduce a una cámara de admisión (13), una abertura de salida
(14) que conduce a una cámara de salida (15), y una abertura de
escape (16) que conduce a una cámara de escape (17). El cuerpo (11)
puede incluir bloques separados (11a-11d) que pueden
estar sujetos o atornillados entre sí.
Las cámaras (13), (15) y (17) están unidas
mediante diversos pasos para crear orificios alargados para alojar
una primera unidad de válvula desplazable (18) y una segunda unidad
de válvula desplazable (20). La primera unidad de válvula
desplazable (18) incluye un pistón de escape/válvula de seta de
escape (21) alojado de manera deslizante en el extremo de un vástago
(22) a través de un pistón (23). La primera unidad de válvula
desplazable (18) incluye asimismo una válvula de seta (24) de
admisión y un limitador (25). Una valona (26) en forma de disco se
extiende desde un separador (34) que está fijado al vástago (22). La
valona (26) está alojada de manera deslizante en un paso (27) que
forma el limitador (25), de manera que el líquido a presión fluye
desde la cámara de admisión (13) con un caudal reducido hasta una
primera cámara de cruce (28), cuando la valona (26) está presente en
el paso (27).
El extremo inferior del vástago (22) recibe los
pistones (30) y (31) que están retenidos mediante una tuerca de
retención (33) roscada a un extremo del vástago (22). Los pistones
(30) y (31) están alojados de manera deslizante en un casquillo (32)
que está retenido de manera rígida en el interior del cuerpo
(11).
Un tope elástico (36) está alojado de manera
deslizante en el separador (34) y está empujado en dirección
ascendente mediante un resorte de retorno (35). Por debajo de la
unidad de válvula desplazable (18), está formada una cámara de
retorno (37) que aloja parte de un pistón de rearmado (38) y un
resorte (40) de retorno del pistón.
En la figura 1 se muestra una primera unidad de
válvula desplazable (18) en su posición desactivada, en la cual la
abertura de salida (14) está abierta a la abertura de escape (16) y
cerrada a la abertura de admisión (12). De este modo, el pistón de
escape/válvula de seta (21) está en su posición superior
desactivada, en la cual una junta de escape (42) está separada de un
asiento de escape (41). Al mismo tiempo, una junta de admisión (44)
de la válvula de seta de admisión (24) está dispuesta contra un
asiento de admisión (43).
Una segunda unidad de válvula desplazable (20)
incluye un pistón de escape/válvula de seta (46) alojado de manera
deslizante en el extremo de un vástago (47) a través de un pistón
(48). La segunda unidad de válvula desplazable (20) incluye asimismo
una válvula de seta de admisión (50) y un limitador de caudal (51).
Una valona (52) en forma de disco se extiende desde un separador
(60) que está fijado al vástago (47). La valona (52) está alojada de
manera deslizante en un paso (53) formando el limitador de caudal
(51), de manera que el fluido a presión circula desde la cámara de
admisión (13) con un caudal reducido a una segunda cámara de cruce
(54) cuando la valona (52) está presente en el paso (53).
El extremo inferior del vástago (47) recibe los
pistones (55) y (56) que están retenidos mediante una tuerca de
retención (58) roscada en un extremo del vástago (47). Los pistones
(55) y (56) están alojados de manera deslizante en un casquillo (57)
que está retenido de manera rígida en el interior del cuerpo
(11).
Un tope elástico (62) está alojado de manera
deslizante en el separador (60) y está empujado en dirección
ascendente mediante un resorte de retorno (61). Por debajo de la
unidad de válvula desplazable (20), está formada una cámara de
retorno (63) que aloja parte de un pistón de rearmado (64) y un
resorte (65) de retorno del pistón.
En la figura 1 se muestra la segunda unidad de
válvula desplazable (20) en su posición desactivada, en la cual la
abertura de salida (14) está abierta a la abertura de escape (16) y
cerrada a la abertura de admisión (12). De este modo, el pistón de
escape/válvula de seta (46) está en su posición superior
desactivada, en la cual una junta de escape (67) está separada de un
asiento de escape (66). Al mismo tiempo, una junta de admisión (70)
de la válvula de seta de admisión (50) está dispuesta contra un
asiento de admisión (68).
Un paso de fluido (72) proporciona comunicación
fluida entre la primera cámara de cruce (28) y la cámara de retorno
(63) de la segunda unidad de válvula desplazable (20). Un paso de
fluido (73) proporciona comunicación fluida desde la primera cámara
de cruce (28) hasta las cámaras de temporización (74) y (75) para
proporcionar fluido a presión a la admisión de una primera válvula
piloto (76). Entre la salida de la primera válvula piloto (76) y la
superficie superior del pistón de escape/válvula de seta (21) está
acoplado un paso (77).
Un paso de fluido (78) proporciona comunicación
fluida entre la segunda cámara de cruce (54) y la cámara de retorno
(37) de la primera unidad de válvula desplazable (18). Un paso de
fluido (80) proporciona comunicación fluida desde la segunda cámara
de cruce (54) hasta las cámaras de temporización (81) y (82) para
proporcionar fluido a presión a la admisión de una segunda válvula
piloto (83). Entre la salida de la segunda válvula piloto (83) y la
superficie superior del pistón de escape/válvula de seta (46) está
acoplado un paso (84).
Cuando las unidades (18) y (20) están en sus
posiciones de desactivación y no se aplica presión en ninguna de las
partes de la válvula doble, entonces las unidades de válvula (18) y
(20) son mantenidas en sus posiciones superiores de desactivación
mediante fricción (por ejemplo, entre los pistones -30- y -31- y el
casquillo -32-). Preferentemente, la magnitud de la fricción
proporcionada es suficiente para mantener las unidades desplazables
de válvula en sus posiciones actuales, venciendo la fuerza de la
gravedad independientemente de la orientación en que está situado el
cuerpo de válvula.
Cuando se aplica presión de admisión por primera
vez a la abertura de admisión (12), las unidades de válvula
desplazables permanecen en sus posiciones de desactivación de la
manera siguiente. La presión en la cámara de admisión (13) refleja
inmediatamente el aumento de presión en la abertura de admisión
(12). Las superficies de la primera unidad de válvula desplazable
(18) que se abren a la cámara de admisión (13) incluyen un primer
lado (87) de la valona (26) y una superficie superior (89) del
pistón (30). Estas superficies están dotadas de áreas iguales, de
manera tal que la presión de admisión contra las superficies crea
una fuerza ascendente contra la superficie (87) que queda
equilibrada de manera substancialmente exacta con una fuerza
descendente contra la superficie (89). De manera similar, la
superficie (88) de la valona (52) tiene un área substancialmente
igual a la superficie (90) del pistón (55). De este modo, actúa una
fuerza neta substancialmente igual a cero sobre cada una de las
unidades de válvula desplazables como respuesta al incremento de
presión en la cámara de admisión (13).
Debido a la imperfección de las juntas de los
limitadores de caudal (25) y (51), se empieza a incrementar la
presión en las cámaras de cruce (28) y (54). A medida que se
incrementa la presión en las cámaras de cruce, la presión resultante
actúa sobre las válvulas de seta de admisión (24) y (50) para
forzarlas contra sus asientos respectivos (43) y (68),
respectivamente. El incremento de presión se comunica asimismo a las
cámaras de retorno (37) y (63), lo cual crea también una fuerza
ascendente para asentar las válvulas de seta de admisión. La presión
de las cámaras de cruce se comunica también a las cámaras de
temporización de las válvulas piloto (76) y (83). Después de un
breve retraso, se iguala la presión en las cámaras de cruce, en las
cámaras de retorno, y en las cámaras de temporización, a la presión
de la cámara de admisión (13). A diferencia de la válvula doble
mostrada en la patente USA 6.478.049 anterior, se suministra siempre
fluido a presión a las cámaras de cruce (28) y (54), y se permite
incrementar hasta igualar la presión de admisión incluso aunque la
válvula doble no esté en situación de fallo (es decir, no existe
trayectoria de fluido entre la admisión y el escape).
En la figura 2 se muestra la válvula (10) que
tiene una unidad de válvula desplazable en una situación de fallo.
La situación de fallo se origina cuando la primera unidad de válvula
desplazable (18) ha dejado de volver a su posición de desactivación,
por ejemplo, después de desconectar la válvula piloto (76). La
primera unidad de válvula desplazable (18) se muestra en su posición
intermedia, en la que tanto el pistón de escape/válvula de seta (21)
como la válvula de seta de admisión (24) están en una situación
desajustada. Si la unidad de válvula desplazable (18) está en una
posición de activación (es decir, totalmente hacia abajo), cuando
tiene el fallo por primera vez, el resorte de retorno (35)
intentará desplazar la primera unidad de válvula desplazable (18) a
la posición intermedia. El tope (36) del resorte impide que la
válvula de seta de admisión (24) se desplace a su posición de
cierre. Con la válvula de seta de admisión (24) abierta, la segunda
cámara de cruce (54) está conectada al escape (16) a través de una o
ambas válvulas de escape. Una vez vaciada la segunda cámara de
escape (54), la cámara de retorno (37) queda vacía, de manera que no
puede generarse ninguna fuerza de retorno en la primera unidad de
válvula desplazable (18). Las cámaras de temporización (81) y (82)
quedan también vacías, de manera que la válvula doble (10) está en
estado de bloqueo, de modo que la segunda unidad de válvula
desplazable (20) no puede ser activada mediante la segunda válvula
piloto (83). Dado que la válvula de seta de admisión (50) está
cerrada, se incrementa la presión en la primera cámara de cruce
(28), incluso aunque la otra unidad de válvula desplazable (18) esté
en situación de fallo. La cámara de cruce (28) proporciona presión a
la cámara de retorno (63) y a las cámaras de temporización (74) y
(75). De este modo, cuando se activan las válvulas piloto (76) y
(83), la unidad de válvula (18) con fallos recibe la presión total
en la parte superior del pistón de escape/válvula de seta (21) y
puede desplazarse a su posición de activación total. No obstante,
dado que el pistón de escape/válvula de seta (46) está abierto
mientras la válvula de seta de admisión está abierta, la presión no
puede incrementarse de una manera significativa en la cámara de
cruce (54). En consecuencia, la válvula piloto (83) no es capaz de
proporcionar una presión suficiente para desplazar la segunda unidad
de válvula desplazable (20) desde su posición de desactivación. De
esta manera, la válvula doble (10) permanece en posición de bloqueo,
por lo menos, hasta que ambas unidades de válvula desplazables son
rearmadas mediante los pistones de rearmado (38) y (64).
En el caso en que se desconecte la presión de
admisión mientras una unidad de válvula desplazable está en una
posición de activación en su totalidad, en este caso la unidad de
válvula es obligada a permanecer en la posición intermedia por medio
del resorte de retorno correspondiente. El resorte de retorno no
puede desplazar la unidad de válvula desplazable correspondiente más
allá de la posición intermedia, debido al tope elástico
correspondiente. Se impide que la unidad de válvula desplazable se
desplace todo el recorrido hasta su posición de desactivación
mediante fricción y/o la gravedad, dependiendo de la orientación de
la válvula doble. Si se restablece la presión de entrada, se
suministra presión desde el limitador de caudal correspondiente a la
unidad de válvula desplazable sin fallos, a una cámara de cruce que
está abierta al escape a través de la válvula de seta de admisión
con fallos y, por lo menos, al pistón de escape/válvula de seta de
la unidad sin fallos. Dado que en la otra cámara de cruce se
incrementa la presión (es decir, la cámara de cruce alimentada por
el limitador de la unidad de la válvula con fallos), la presión en
sentido descendente contra el limitador de caudal desde el interior
de la cámara de cruce, retiene la unidad de válvula desplazable con
fallos en la posición intermedia contra el resorte de retorno.
A continuación, se describirá el rearmado de la
válvula (10). En la figura 1 se muestra el mecanismo de rearmado en
su estado normal desactivado. Una abertura de rearmado (85) comunica
con un paso de rearmado (86) para proporcionar una presión de
rearmado para rearmar los pistones (38) y (64), los cuales pueden
ser conducidos hacia arriba para situar las primeras y las segundas
unidades de válvula desplazables (18) y (20) en sus posiciones
normales de desactivación. El primer pistón de rearmado (38) tiene
un elemento inferior (111) del pistón, retenido de manera deslizante
en una primera cámara de rearmado (110). Una junta anular (112) en
el elemento inferior (111) del pistón se acopla a la pared de la
primera cámara de rearmado (110). El pistón de rearmado (38) incluye
asimismo una varilla de empuje (113) y una primera válvula de seta
de rearmado (114). El extremo superior de la primera cámara de
rearmado (110) comunica con un orificio de purga (116) mediante un
paso (115).
El segundo pistón de rearmado (64) tiene un
elemento inferior (121) del pistón retenido de manera deslizante en
una segunda cámara de rearmado (120). Una junta anular (122), en el
elemento inferior (121) del pistón, se acopla a la pared de la
segunda cámara de rearmado (120). El pistón de rearmado (64) incluye
asimismo una varilla de empuje (123) y una segunda válvula de seta
de rearmado (124). El extremo superior de la segunda cámara de
rearmado (120) comunica con el orificio de purga (116) a través de
un paso (125).
El paso de rearmado (86) comunica directamente
con el extremo inferior de la primera cámara de rearmado (110). El
paso de rearmado (86) está acoplado a un paso (127) a través de un
limitador de caudal (126) tal como un orificio. El paso (127)
comunica con el extremo inferior de la segunda cámara de rearmado
(120) y con la cámara de temporización opcional de rearmado
(128).
La figura 3 muestra la válvula de control (10)
con ambos pistones totalmente activados mediante la aplicación de
fluido a presión a la abertura de rearmado (85). El fluido a presión
fluye desde la abertura de rearmado (85), a través del paso (86),
hasta una primera cámara de rearmado (110), conduciendo el elemento
(111) del pistón inferior hacia arriba. La varilla de empuje (113)
se acopla al extremo inferior del vástago (22) y conduce la primera
unidad de válvula desplazable (18) hacia arriba hasta su posición de
desactivación. De manera simultánea, la primera válvula de seta de
rearmado (114) se desplaza desde el asiento (es decir, la junta
-130- de la válvula de rearmado se desplaza del asiento -131- de la
válvula de rearmado). De este modo, la cámara de retorno (37) se
comunica con el orificio de purga (116) a través del paso (115).
Dado que el orificio de purga (116) comunica con la atmósfera, las
segundas cámaras piloto de temporización (81) y (82) quedan también
vacías. Esto impide que la segunda unidad de la válvula (20) sea
activada durante una operación de rearmado.
El líquido a presión procedente del paso (86)
fluye también a través del limitador (126) para presurizar la
segunda cámara de rearmado (120) a una velocidad inferior que la de
la primera cámara de rearmado (110). La cámara de temporización de
rearmado (128) puede ser utilizada para proporcionar una mayor
diferencia en el tiempo que tarda en activarse (o desactivarse) el
segundo pistón de rearmado (64). Sin embargo, después que haya
pasado una cantidad suficiente de fluido a través del limitador
(126), el segundo pistón de rearmado (64) se desplaza hasta su
posición de activación plena tal como se muestra en la figura 3, a
efectos de rearmar la segunda unidad de válvula desplazable (20). El
que la segunda válvula de seta de rearmado (124) salga del asiento
(es decir, que la junta -132- de la válvula de rearmado se desplace
del asiento -133-) tiene como resultado que las primeras cámaras
piloto de temporización (74) y (75) se vacíen a través de los pasos
(73) y (72), cámara de retorno (63) y paso (125), impidiendo de este
modo que la primera unidad de válvula (18) sea activada durante una
operación de rearmado.
Transcurrido un tiempo suficiente para permitir
que ambas unidades sean rearmadas, se elimina la presión de la
abertura de rearmado (85). Siempre que esta abertura (85) haya sido
vaciada adecuadamente, la presión desciende muy rápidamente en la
primera cámara de rearmado (110), de manera que se desplaza hacia
atrás muy rápidamente desde su posición extendida hasta su posición
retrasada mediante la acción de un resorte (40) de retorno del
pistón, tal como se muestra en la figura 4. El cierre de la primera
válvula de seta de rearmado (114) aisla la cámara de retorno (37)
del orificio de purgado (116). Si existe presión de entrada, el
incremento de presión en la cámara de cruce (54) presuriza
eventualmente la cámara de retorno (37) y las segundas cámaras
piloto de temporización (81) y (82). La presión en la cámara de
cruce (54) fuerza asimismo la válvula de seta de admisión (24) hacia
arriba.
Una vez que se desactiva el primer pistón de
rearmado (38), el segundo pistón de rearmado (64) permanece en una
posición de activación debido a la retención de la presión mediante
el limitador de caudal (126). De este modo, mientras se incrementa
la presión en las segundas cámaras piloto de temporización (81) y
(82), las primeras cámaras piloto de temporización (74) y (75)
continúan siendo vaciadas a través de la segunda válvula de seta de
rearmado (124). El retraso en el tiempo hasta desactivar
completamente el segundo pistón de rearmado (64) depende del tamaño
del limitador de caudal (126), de la segunda cámara de rearmado
(120) y de la cámara de temporización del rearmado (128). El
retraso resulta suficientemente largo para permitir que las segundas
cámaras piloto de temporización (81) y (82) estén substancialmente
presurizadas antes de cerrar la segunda válvula de seta de rearmado
(124) (y antes de que pueda incrementarse la presión de una manera
significativa en las primeras cámaras piloto de temporización -74- y
-75-). Por consiguiente, cuando el segundo pistón de rearmado (64)
queda totalmente desactivado, y si la válvula piloto (83) está
conectada, la segunda unidad de válvula desplazable (20) se desplaza
desde su posición de desactivación a su posición de activación,
vaciando de esta manera la cámara de cruce (28), las cámaras de
temporización (74) y (75) y la cámara de retorno (63). En
consecuencia, la válvula queda bloqueada, impidiendo de este modo
que la función de rearmado sea utilizada para activar la válvula con
las válvulas piloto activadas.
La figura 5 muestra una realización alternativa
de una válvula doble (10') que funciona esencialmente de la misma
manera que la realización mostrada en las figuras
1-4. Las partes correspondientes de la figura 5
están indicadas utilizando los mismos números de referencia con la
adición de la designación "prima". El cuerpo (11') incluye una
primera unidad de válvula desplazable (18') y una segunda unidad de
válvula desplazable (20'). Dado que las unidades son idénticas,
únicamente se describirá en detalle la unidad de válvula desplazable
(18').
Un vástago (22') de una válvula tiene un pistón
de escape/válvula de seta (21') montado de forma fija en un extremo
mediante una tuerca de retención (91). Un separador (92) tiene
partes de un disco (93) y (94) en cada extremo axial. El pistón de
escape/válvula de seta (21') incluye una cavidad (95), que tiene
forma de cuenco y recibe la parte de disco (93) y un anillo tórico
(96). El anillo tórico (96) forma una cara de la junta con el
asiento (41') del escape de la manera descrita en la solicitud USA
co-pendiente de número de serie (expediente del
procurador 2166(206). Del mismo modo, la válvula de seta de
admisión (24') tiene una cavidad (97) para alojar la parte de disco
(94) y un anillo tórico (98).
En el vástago (22') están montados también un
separador (100) y un pistón (101). Un saliente (103) en el extremo
inferior del vástago (22') sujeta las válvulas de seta, los
separadores y el pistón en una relación fija sobre el vástago (22').
El pistón (101) tiene una forma que proporciona un limitador de
caudal (25') entre la cámara de admisión (13') y la cámara de cruce
(28'). El pistón (101) tiene un diámetro constante en toda la cámara
de admisión (13'), de manera que no tiene superficies para ejercer
fuerza en dirección axial sobre la unidad de válvula desplazable
(18'). Sin embargo, en la cámara de cruce (28') queda al descubierto
una superficie superior (102) para generar una fuerza de retención
en sentido descendente cuando se encuentra en el estado de fallo,
tal como se ha descrito anteriormente.
Una primera cámara de rearmado (110') recibe el
primer pistón de rearmado (38') que tiene una prolongación en forma
de una varilla de empuje (113'). La cámara (110') recibe la presión
de rearmado por una abertura de rearmado (85') a través de un
limitador de caudal (126'). Una primera válvula de seta de rearmado
(134) incluye un anillo tórico (135). Cuando la válvula de seta
(134) está sobre el asiento, tal como se muestra en la figura 5, la
primera cámara de retorno (37') está aislada del orificio de purga
(116'). Cuando se activa el pistón (38'), se abre la válvula de seta
(134) y se crea una trayectoria de escape para la cámara de retorno
(37') y para las cámaras piloto opuestas de temporización (no
mostradas).
El primer pistón de rearmado (38') tiene un área
superficial inferior (136) que queda al descubierto frente a la
cámara de rearmado (110'), la cual es menor que el área de la
superficie opuesta de la parte superior del pistón (38') que queda
al descubierto frente a la cámara de rearmado (37'). Por
consiguiente, la válvula de la figura 5 no puede ser rearmada
excepto si la presión de rearmado sobrepasa la presión que existe en
las cámaras de retorno.
En la figura 6 se muestra un método de
funcionamiento preferente de la presente invención. En la etapa
(140), la abertura de rearmado está presurizada (por ejemplo, se
acciona una válvula de tres vías para acoplar la abertura de
rearmado a una fuente de aire comprimido). En la etapa (141) se
activa el primer pistón de rearmado de manera substancialmente
inmediata, dado que está acoplado directamente a la abertura de
rearmado y no debe presurizarse previamente ningún volumen
significativo. En la etapa (142) se activa el segundo pistón de
rearmado, una vez que ha circulado suficiente fluido a presión a
través del limitador y que cualquier cámara de rearmado adicional
de temporización ha quedado presurizada.
En la etapa (143), al activarse los pistones de
rearmado respectivos, se abren las válvulas respectivas para purgar
las cámaras piloto opuestas de temporización. Una vez se alcanzan
las posiciones de desactivado de las unidades de válvula
desplazables, en la etapa (144) se elimina la presión de la abertura
de rearmado. En la etapa (145), se retira el primer pistón de
rearmado mientras que el segundo pistón de rearmado se mantiene su
posición extendida de activación por medio de la despresurización
más lenta de la segunda cámara de rearmado. En la etapa (146), la
segunda o segundas cámaras piloto de temporización quedan
presurizadas de nuevo en cuanto se cierra la primera válvula de
purga (suponiendo que existe presión de entrada). Cuando la presión
ha decrecido lo suficiente en la abertura de rearmado a través del
limitador de caudal, en la etapa (147), se retira el segundo pistón
de rearmado.
El rearmado satisfactorio de las unidades de
válvula de la presente invención depende de que las válvulas piloto
estén desconectadas. Si las válvulas piloto están en la etapa (148),
actúa la segunda unidad de válvula (es decir, se desplaza de la
posición de desactivación) mientras que la primera unidad de válvula
no puede hacerlo, de lo cual resulta una situación de fallo de la
válvula. Si en la etapa (148) las válvulas piloto están
desconectadas, entonces la primera o primeras cámaras piloto de
temporización quedan presurizadas de nuevo en la etapa (150) y la
válvula está es su estado normal, dispuesta para ser utilizada.
Claims (12)
1. Método de rearmado de una válvula doble (10),
que comprende las etapas de:
conectar una fuente de líquido a presión a una
abertura de rearmado (85);
activar un primer y un segundo pistones de
rearmado (38, 64) como respuesta a dicho fluido a presión para
rearmar las primeras y segundas unidades de válvula desplazables
(18, 20) de dicha válvula doble (10), respectivamente;
purgar las primeras y segundas cámaras piloto
(74, 75; 81, 82) cuando son activados dichos primeros y segundos
pistones (38, 64), correspondiendo dichas primeras y segundas
cámaras piloto (74, 75; 81, 82) a las primeras y segundas válvulas
piloto (76, 83) para activar dichas primeras y segundas unidades de
válvula desplazables (18, 20), respectivamente, en el que dicho
purgado impide que dichas primeras y segundas unidades de válvula
desplazables (18, 20) se desplacen desde una posición de
desactivación, respectivamente;
eliminar dicha fuente de fluido a presión de
dicha abertura de rearmado (85);
retirar dicho primer pistón de rearmado (38), de
manera que dicha segunda válvula piloto (81, 82) reciba fluido a
presión mientras que dicha primera cámara piloto (74, 75) sigue
siendo purgada;
retirar dicho segundo pistón de rearmado (64)
después de un tiempo de retraso predeterminado después de la
retirada de dicho primer pistón de rearmado (38), siendo suficiente
dicho tiempo de retraso predeterminado para permitir que dicha
segunda cámara piloto (81, 82) quede substancialmente presurizada;
y
si se activa dicha segunda válvula piloto (83)
cuando dicho segundo pistón de rearmado (64) está retirado, entonces
dicho fluido a presión en dicha segunda cámara piloto (81, 82), que
acciona dicha segunda unidad de válvula desplazable (20) fuera de
una posición de desactivación durante un tiempo en que el fluido a
presión en dicha primera cámara piloto (74, 75), es insuficiente
para accionar dicha primera unidad de válvula desplazable (18) hacia
afuera de una posición de desactivación.
2. Método, según la reivindicación 1, en el que,
si no se activa dicha segunda válvula piloto (83) cuando dicho
segundo pistón de rearmado (64) está retirado, entonces dicha
primera cámara piloto (74, 75) queda substancialmente presurizada,
completando de este modo dicho rearmado de dicha válvula doble
(10).
3. Sistema de válvula de control, que
comprende:
un cuerpo (11) que define una admisión (12), una
salida (14), un escape (16), y una abertura de rearmado (85),
estando adaptadas dicha admisión y dicha abertura de rearmado (85)
para recibir un fluido a presión;
una primera unidad de válvula desplazable (18)
que incluye una primera válvula de seta (21) de escape y una primera
válvula de seta de admisión (24), en la que dicha primera válvula de
seta (21) de escape es desplazable entre una posición abierta para
acoplar dicha salida (14) a dicho escape (16), y una posición
cerrada para aislar dicha salida (14) de dicho escape (16), en el
que dicha primera válvula de seta de admisión (24) es desplazable
entre una posición abierta para acoplar dicha salida (14) a dicha
admisión (12), y una posición cerrada para aislar dicha salida (14)
de dicha admisión (12), en el que dicha primera unidad de válvula
desplazable (18) es desplazable a una posición de activación, a una
posición de desactivación y a una posición intermedia, en el que
dicha posición de activación comprende que dicha primera válvula de
seta de admisión (24) esté en su posición abierta, y dicha primera
válvula de seta de escape (21) esté en su posición cerrada, en el
que dicha posición de desactivación comprende que dicha primera
válvula de seta de admisión (24) esté en su posición cerrada y dicha
primera válvula de seta de escape (21) esté en su posición abierta,
y en que dicha posición intermedia comprende que dicha primera
válvula de seta de admisión (24) y dicha primera válvula de seta de
escape (21) estén ambas, por lo menos, parcialmente abiertas;
una segunda unidad de válvula desplazable (20)
que incluye una segunda válvula de seta (46) de escape y una segunda
válvula de seta de admisión (50), en la que dicha segunda válvula de
seta (46) de escape es desplazable entre una posición abierta para
acoplar dicha salida (14) a dicho escape (16), y una posición
cerrada para aislar dicha salida (14) de dicho escape (16), en la
que dicha segunda válvula de seta de admisión (50) es desplazable
entre una posición abierta para acoplar dicha salida (14) a dicha
admisión (11), y una posición cerrada para aislar dicha salida (14)
de dicha admisión (12), en la que dicha segunda unidad de válvula
desplazable (20) es desplazable a una posición de activación, una
posición de desactivación y una posición intermedia, en la que dicha
posición de activación comprende que dicha segunda válvula de seta
de admisión (50) está en su posición abierta y dicha segunda válvula
de seta de escape (46) esté en su posición cerrada, en el que dicha
posición de desactivación comprende que dicha segunda válvula de
seta de admisión (50) esté en su posición cerrada y dicha segunda
válvula de seta de escape (46) esté en su posición abierta, y en que
dicha posición intermedia comprende que dicha segunda válvula de
seta de admisión (50) y dicha segunda válvula de seta de escape (46)
estén ambas, por lo menos, parcialmente abiertas;
primeras y segundas válvulas piloto (76, 83)
dispuestas en un extremo de dichas primeras y segundas unidades de
válvula desplazables (18, 20), respectivamente, para obligar de
manera selectiva a dichas primeras y segundas unidades de válvula
desplazables (18, 20) a dichas posiciones de activación
respectivas;
primeras y segundas cámaras piloto de
temporización (74, 75; 81, 82) para almacenar fluido a presión que
debe ser suministrado a dichas primeras y segundas válvulas piloto
(76, 83), respectivamente;
un limitador (126) acoplado a dicha abertura de
rearmado;
primeros y segundos pistones de rearmado (38,
64) para ser extendidos para accionar dichas primeras y segundas
unidades de válvula desplazables (18, 20) a sus posiciones de
desactivación, respectivamente, como respuesta al fluido a presión
desde dicha abertura de rearmado (85), en la que dicho segundo
pistón de rearmado (64) se comunica con dicha abertura de rearmado
(85) a través de dicho limitador de caudal (126), y en la que dicho
primer pistón de rearmado (38) se comunica con dicha abertura de
rearmado (85) a través de una trayectoria que no incluye dicho
limitador de caudal (126);
un orificio de purga (116) conectado a la
atmósfera; y
primeras y segundas válvulas
anti-bloqueo (114, 124), cada una de ellas acoplada
entre dicho primer orificio de purga (116) y dichas primeras y
segundas cámaras piloto de temporización (81, 82; 74, 75),
respectivamente, abriéndose dichas válvulas
anti-bloqueo (114, 124) como respuesta a que dichos
primeros y segundos pistones de rearmado (38, 64) estén extendidos,
respectivamente.
4. Sistema de control de válvulas, según la
reivindicación 3, que comprende además una cámara de rearmado de
temporización (128) conectada a dicho segundo pistón de rearmado
(24).
5. Sistema de control de válvulas, según la
reivindicación 3, en el que dichas primeras y segundas válvulas
anti-bloqueo (114, 124) incluyen, cada una de ellas,
una superficie de junta desplazable (130, 132) formada de manera
integral con dichos primeros y segundos pistones de rearmado (38,
64), respectivamente.
6. Sistema de control de válvulas, según la
reivindicación 3, que comprende además:
primeras y segundas cámaras de cruce (28, 54)
que se comunican con dichas segundas y primeras válvulas de seta de
admisión (50, 24), respectivamente, y con dichas primeras y segundas
cámaras piloto de temporización (74, 75; 81, 82), respectivamente;
y
primeras y segundas cámaras de retorno (37, 63)
dispuestas en el otro extremo de dichas primeras y segundas unidades
de válvula desplazables (18, 20), respectivamente, en el que dichas
primeras y segundas cámaras de retorno (18, 20) se comunican con
dichas primeras y segundas cámaras de cruce (54, 28),
respectivamente;
en el que dichas primeras y segundas válvulas
anti-bloqueo (114, 124) incluyen, cada una de ellas,
una superficie de junta desplazable (130, 132) formada de manera
integral con dichos primeros y segundos pistones de rearmado (38,
64), respectivamente, y un asiento de válvula (131, 133) formado de
manera integral con dichas primeras y segundas cámaras de retorno
(37, 63), respectivamente.
7. Sistema de control de válvulas, según la
reivindicación 3, que comprende además unos primeros y segundos
resortes de retorno de pistón (40, 65) para obligar a dichos
primeros y segundos pistones de rearmado (38, 64) a alejarse de
dichas primeras y segundas unidades de válvula desplazables (18, 20)
respectivamente para cerrar dichas primeras y segundas válvulas
anti-bloqueo (114, 124).
8. Sistema de control de válvulas, según la
reivindicación 6, en el que dicho primer resorte (40) de retorno del
pistón proporciona una fuerza elástica mayor que dicho segundo
resorte (60) de retorno del pistón.
9. Sistema de control de válvulas, según la
reivindicación 3, que comprende además:
primeras y segundas cámaras de cruce (28, 54)
que se comunican con dichas primeras y segundas válvulas de seta de
admisión (50, 24), respectivamente, y con dichas primeras y segundas
cámaras piloto de temporización (74, 75; 81, 82), respectivamente;
y
primeras y segundas cámaras de retorno (37, 63)
dispuestas en el otro extremo de dichas primeras y segundas unidades
de válvula desplazables (18, 20), respectivamente, de manera que
dichas primeras y segundas cámaras de retorno (37, 63) se comunican
con dichas primeras y segundas cámaras de cruce (28, 54),
respectivamente;
en el que dichos primeros y segundos pistones de
rearmado (38, 64) tienen cada uno de ellos una primera área
superficial de trabajo que queda descubierta frente a dichas
primeras y segundas cámaras de retorno, mayor que una segunda área
superficial de trabajo, descubierta frente a dicho fluido a presión
desde dicha abertura de rearmado.
10. Método para el funcionamiento de un sistema
de control de válvulas en el que dicho sistema de control de
válvulas incluye un cuerpo (11) que define una admisión (12), una
salida (14), y un escape (16), estando adaptada dicha admisión (12)
para recibir fluido a presión, en el que dicho sistema de control de
válvulas incluye una primera unidad de válvula desplazable (18) que
incluye una primera válvula de seta de escape (21) y una primera
válvula de seta de admisión (24), en el que dicha primera unidad de
válvula desplazable (18) puede desplazarse a una posición de
activación, una posición de desactivación y una posición intermedia,
en el que dicho sistema de control de válvulas incluye una segunda
unidad de válvula desplazable (20) que incluye una segunda válvula
de seta de escape (46) y una segunda válvula de seta de admisión
(50), en el que dicha segunda unidad de válvula desplazable (20)
puede desplazarse a una posición de activación, una posición de
desactivación y una posición intermedia, en el que dicho sistema de
control de válvulas incluye unas primeras y unas segundas válvulas
piloto (76, 83) dispuestas en un extremo de dichas primeras y
segundas unidades de válvula desplazables (18, 20), respectivamente,
que son activadas para obligar de manera selectiva dichas primeras
y segundas unidades de válvula desplazables (18, 20) a desplazarse a
dichas posiciones de activación correspondientes, en el que dicho
sistema de control de válvulas incluye unas primeras y unas segundas
cámaras piloto de temporización (74, 75; 81, 82) para almacenar
fluido a presión a suministrar a dichas primeras y segundas válvulas
piloto (74, 83), respectivamente, en el que dicho sistema de control
de válvulas incluye un limitador de rearmado (126) conectado a una
abertura (85), en el que dicho sistema de control de válvulas
incluye unos primeros y unos segundos pistones de rearmado (38, 64)
para ser extendidos para accionar dichas primeras y segundas
unidades de válvula desplazables (18, 20) a sus posiciones de
desactivación, respectivamente, como respuesta al fluido a presión
desde dicha abertura de rearmado (85), en el que dicho segundo
pistón de rearmado (64) se comunica con dicha abertura de rearmado
(85) a través de dicho limitador (126), y en el que dicho primer
pistón de rearmado (38) se comunica con dicha abertura de rearmado
(85) a través de una trayectoria que no incluye dicho limitador
(126), en el que dicho sistema de control de válvulas incluye un
orificio de purga (116) conectado a la atmósfera, y en el que dicho
sistema de control de válvulas incluye unas primeras y unas
segundas válvulas anti-bloqueo (114, 124), cada una
de ellas conectada entre dicho orificio de purga (116) y dichas
primeras y segundas cámaras piloto de temporización (81, 82; 74,
75), respectivamente, abriéndose dichas válvulas
anti-bloqueo (114, 124) como respuesta a la
extensión de dichos primeros y segundos pistones de rearmado (38,
64), respectivamente, comprendiendo dicho método las etapas de:
conectar una fuente de fluido a presión a dicha
abertura de rearmado (85);
activar dichos primeros y segundos pistones de
rearmado (38, 64) como respuesta a dicho fluido a presión para
rearmar dichas primeras y segundas unidades de válvula desplazables
(18, 20), respectivamente;
purgar dichas primeras y segundas cámaras piloto
(74, 75; 81, 82) cuando son activados dichos primeros y segundos
pistones de rearmado (38, 64), y en el que dicho purgado impide que
dichas primeras y segundas unidades de válvula desplazables (18, 20)
se desplacen de sus posiciones de desactivación,
respectivamente;
eliminar dicha fuente de fluido a presión de
dicha abertura de rearmado (85);
retirar dicho primer pistón de rearmado (38) de
manera que dicha segunda cámara piloto (81, 82) reciba fluido a
presión mientras que dicha primera cámara piloto (74, 75) continúa
siendo purgada;
retirar dicho segundo pistón de rearmado (64)
después de un tiempo de retraso predeterminado, a continuación de la
retirada de dicho primer pistón de rearmado (38), siendo suficiente
dicho tiempo de retraso predeterminado para permitir que dicha
segunda cámara piloto (81, 82) quede substancialmente presurizada;
y
si dicha segunda válvula piloto (83) está
activada cuando dicho segundo pistón de rearmado (64) está retirado,
entonces dicho fluido a presión en dicha segunda cámara piloto (81,
82) que acciona dicha segunda unidad de válvula desplazable (20) que
sale de dicha posición desactivada durante un cierto tiempo en que
el fluido a presión en dicha primera cámara piloto (74, 75) es
insuficiente para conducir dicha primera unidad de válvula
desplazable (18) fuera de dicha posición de desactivación, resulta
de ello una situación de fallo de dicho sistema de control de
válvulas.
11. Método, según la reivindicación 10, en el
que dicho sistema de control de válvulas incluye además unos
primeros y unos segundos resortes de retorno (40, 65) del pistón,
para retirar dichos primeros y segundos pistones de rearmado (38,
64).
12. Método, según la reivindicación 10, en el
que si dicha segunda válvula piloto de control (83) no está activada
cuando dicho segundo pistón de rearmado (64) está retirado, entonces
dicha primera cámara piloto (74, 75) queda substancialmente
presurizada, completando de este modo dicho rearmado de dicha
válvula doble (10).
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| US10/660,992 US6840258B1 (en) | 2003-09-12 | 2003-09-12 | Dynamically-monitored double valve with anti-tiedown feature |
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