ES2922006T3 - Dispositivo y procedimiento para generar impulsos de impacto o vibraciones para una máquina de construcción - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un dispositivo y un método para generar impulsos de impacto o vibraciones para una máquina de construcción, en el que un pistón en una cámara de trabajo en una carcasa se mueve recíprocamente hacia adelante y hacia atrás entre un primer punto de inversión y un segundo punto de inversión, con el Los impulsos de impacto o las oscilaciones de los pistones se activan mediante un fluido a presión en un movimiento de inversión y el fluido a presión se alimenta y descarga de la cámara de trabajo en la región del primer punto de inversión y el segundo punto de inversión. De acuerdo con la invención, está previsto que la posición del pistón sea detectada con un dispositivo de medición, que una unidad de control controle al menos una válvula controlable dependiendo de la posición detectada del pistón, a través de la cual se alimenta fluido a presión y/o descargado de la cámara de trabajo, con la unidad de control controla el movimiento del pistón. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo y procedimiento para generar impulsos de impacto o vibraciones para una máquina de construcción
La invención se refiere a un dispositivo para generar impulsos de impacto o vibraciones para una máquina de construcción, que tiene una carcasa, un pistón que puede moverse hacia adelante y hacia atrás en una cámara de trabajo de la carcasa de forma inversa entre un primer punto de inversión y un segundo punto de inversión, y un suministro de fluido a presión, a través de la cual se puede introducir y descargar fluido a presión de la cámara de trabajo en el área del primer punto de inversión y del segundo punto de inversión respectivamente, en la que el pistón se puede poner en movimiento de inversión para generar los impulsos de impacto o las vibraciones respectivamente, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
La invención se refiere además a un procedimiento para generar impulsos de impacto o vibraciones para una máquina de construcción, en el que un pistón en una cámara de trabajo en una carcasa se mueve hacia adelante y hacia atrás de forma inversa entre un primer punto de inversión y un segundo punto de inversión, en el que, para generar los impulsos de impacto o las vibraciones, el pistón se pone en movimiento inverso por medio de un fluido a presión y el fluido a presión se introduce en la cámara de trabajo y se descarga desde ella en el área del primer punto de inversión y el segundo punto de inversión, según el preámbulo de la reivindicación 10.
Por el documento EP 1728 564 B1 es conocido un generador de vibraciones. En este generador de vibraciones conocido, la cámara de trabajo de la carcasa está dividida en dos cámaras de presión por un pistón de trabajo. Las dos cámaras de presión se alimentan o descargan selectivamente con un fluido a presión de forma alternativa a través de una entrada y una salida, de modo que el pistón de trabajo se mueve de forma inversa y genera una oscilación. El suministro y la evacuación temporizados del fluido de presión en las cámaras de presión individuales se llevan a cabo a través de una compleja disposición de canales en el pistón de trabajo. Además, en el interior del pistón de trabajo está montado de forma deslizante un pistón de control que puede cambiar su posición con respecto al pistón de trabajo por medio de topes que sobresalen de las caras extremas de la carcasa para abrir o cerrar determinados canales. El suministro y la evacuación del fluido a presión se realizan, por tanto, por medios mecánicos, en los que la conmutación del suministro y la evacuación del fluido a presión tienen lugar cuando se alcanzan determinados puntos de conmutación por los canales predefinidos.
Los dispositivos de control mecánico comparables para los generadores de vibración también son desvelados, por ejemplo, en el documento GB-A-920158, US-A-4026193 o el documento US-A-4031812. Todos estos dispositivos conocidos tienen un pistón de trabajo y un pistón de control, que abren o cierran ciertos canales dependiendo de la posición respectiva en la carcasa, por lo que se efectúa un suministro alternativo dirigido de las dos cámaras de presión opuestas para mover el pistón de trabajo.
La fabricación de este tipo de dispositivos requiere mucho tiempo y es costosa. Además, el patrón de canales fija un determinado comportamiento de oscilación o impacto del pistón a un nivel de presión determinado. La modificación de la frecuencia de vibración y de la energía de impacto sólo es posible de forma muy limitada y a veces requiere complejas revisiones mecánicas.
Un dispositivo del tipo mostrado es desvelado en el documento JP H11 158860 A. El movimiento de un pistón se detecta con un sensor de desplazamiento, que comprende un componente de medición en forma de varilla en el pistón de trabajo. El componente de medición en forma de varilla está montado de forma deslizante en un manguito cilíndrico. La posición detectada del pistón de trabajo se utiliza para controlar una electroválvula que suministra fluido a presión para mover el pistón de trabajo en sentido inverso.
Por el documento de 3038835 A1 es conocido otro generador de vibraciones. Con este, se determina una posición del pistón de trabajo a través de un dispositivo de detección de posición dispuesto lateralmente. Los datos de posición registrados se utilizan para el suministro controlado del fluido de presión para generar un movimiento de inversión del pistón de trabajo.
El documento EP 0449586 A1 desvela un martinete con una servoválvula electrohidráulica. Una corriente de control provoca el desplazamiento de un pistón de control hidráulico, que controla el fluido de presión para mover un pistón de trabajo. En el exterior de la carcasa se ha montado un sensor de desplazamiento para detectar la posición.
La invención se basa en el objeto de especificar un dispositivo y un procedimiento para generar impulsos de impacto o vibraciones, con los que se puede lograr una mayor flexibilidad en el ajuste y la modificación del comportamiento de impacto o vibración con una construcción sencilla y robusta del dispositivo.
El objetivo se logra, por un lado, mediante un dispositivo con las características de la reivindicación 1 y, por otro, mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 10. Las realizaciones preferentes de la invención se dan en las reivindicaciones dependientes.
En el dispositivo de acuerdo con la invención, se prevé que se proporcione un dispositivo de medición para determinar una posición del pistón en la cámara de trabajo, que se disponga al menos una válvula controlable, a través de la cual el fluido a presión puede introducirse en la cámara de trabajo y/o descargarse de ella, y que se proporcione una unidad de control, que está conectada al dispositivo de medición y a la al menos una válvula controlable, en la que el movimiento del pistón en la cámara de trabajo puede controlarse y modificarse mediante la unidad de control.
Una idea básica de la invención es abandonar el complejo control mecánico anterior del pistón en la cámara de trabajo y proporcionar una unidad de control eléctrica o electrónica para este fin. De acuerdo con la invención, se proporciona al menos un dispositivo de medición para determinar la posición del pistón en la cámara de trabajo. El dispositivo de medición puede emitir señales para los datos de posición del pistón de forma continua o a intervalos cortos predefinidos. Estas señales o datos son recibidos por la unidad de control y procesados en función de una lógica de control predeterminada, en la que se generan señales de control o datos de control para una o más válvulas controlables. A través de la al menos una válvula controlable, el fluido presurizado puede entrar y salir selectivamente de la cámara de trabajo.
Así, el dispositivo de acuerdo con la invención no requiere un elaborado pistón de trabajo con una pluralidad de conductos dispuestos en él. Esto reduce considerablemente el esfuerzo de fabricación. Además, el comportamiento del movimiento del pistón en la carcasa puede ahora controlarse y también modificarse con especial facilidad cambiando o adaptando la lógica de control correspondiente en la unidad de control. De este modo, la carrera y/o la frecuencia del movimiento de inversión del pistón pueden controlarse y modificarse con relativa facilidad.
En principio, se pueden utilizar todas las válvulas controlables adecuadas para el dispositivo de acuerdo con la invención. De acuerdo con otro desarrollo de la invención, es especialmente conveniente que la válvula sea una electroválvula. El cuerpo de la válvula puede ajustarse entre una posición abierta y otra cerrada mediante una disposición electromagnética. Las posiciones intermedias también se pueden ajustar para que la cantidad de suministro de fluido presurizado en la cámara de trabajo se pueda ajustar. En principio, se puede suministrar cualquier fluido a presión, en el que es preferente utilizar aceite hidráulico.
De acuerdo con la invención, se prevé que el dispositivo de medición tenga un sensor lineal. Esto es especialmente útil si el pistón de la carcasa se mueve linealmente entre los dos puntos de inversión.
De acuerdo con la invención, el dispositivo de medición comprende un primer componente de medición alargado que se extiende en la cámara de trabajo y en un espacio libre en el pistón. De este modo, el componente de medición no se coloca detrás de una pared de la carcasa, sino directamente en la cámara de trabajo en el que se mueve el pistón. Para una medición de posición especialmente exacta, el primer componente de medición alargado se proyecta en un espacio libre correspondiente en el pistón, en el que el pistón se desliza preferentemente a lo largo del primer componente de medición sin contacto.
Se prevé que un segundo componente de medición, un imán, esté dispuesto en el espacio libre del pistón. Los dos componentes de medición interactúan de tal manera que se puede determinar una posición muy exacta del segundo componente de medición y, por tanto, del pistón con respecto al primer componente de medición y, por tanto, con respecto a la cámara de trabajo y la carcasa. El primer componente de medición puede tener una bobina en la que el imán induce una corriente de, por ejemplo, 4 a 20 mA como medida de la posición del pistón.
En principio, el pistón puede moverse de forma inversa en la carcasa de manera que el pistón no toque la pared de la carcasa con sus dos caras extremas. De este modo, el dispositivo puede utilizarse como un supuesto generador de vibraciones. Una realización ventajosa de la invención es que una superficie de impacto está dispuesta en al menos un punto de inversión, sobre el cual el pistón impacta específicamente para generar un impulso de impacto. En principio, puede disponerse una superficie de impacto en ambas caras extremas opuestas del pistón en la carcasa. Sin embargo, es preferente una sola superficie de impacto para poder generar pulsos de impacto dirigidos, como los deseados para la perforación por impacto.
De acuerdo con otra variante de la invención, es preferente que una frecuencia y/o una carrera del pistón sean ajustables y regulables por la unidad de control. Para modificar la frecuencia, en particular los tiempos de apertura y cierre y, si es necesario, el suministro de energía hidráulica, se puede ajustar mediante la unidad de control. Además, la carrera del pistón se puede conseguir cambiando la posición de los dos puntos de inversión abriendo y cerrando las válvulas controlables en consecuencia. Para ello, la unidad de control dispone preferentemente de una interfaz de entrada, por ejemplo un campo de entrada. La unidad de control también puede ser manejada directamente por un operador desde una unidad de control de máquina estándar.
Otra realización preferente de la invención es que la unidad de control tiene una memoria de programa en la que se pueden almacenar varios programas de control para controlar el pistón. De este modo, se pueden almacenar programas de control especiales para fines específicos. Por ejemplo, al principio de un programa, se puede proporcionar una alta frecuencia con una pequeña carrera del pistón, mientras que en el transcurso del programa, la carrera del pistón aumenta y la frecuencia disminuye. Se pueden proporcionar casi cualquier número de secuencias de programas diferentes para controlar el pistón en términos de frecuencia y carrera. Por ejemplo, se puede prever un programa para un avance rápido o una entrada especialmente suave. También se pueden almacenar programas para tipos de suelo especiales.
La invención comprende una máquina de construcción, que se caracteriza porque dicho dispositivo está dispuesto para generar impulsos de impacto o vibraciones. En particular, la máquina de construcción puede estar destinada a la ingeniería civil.
De acuerdo con una realización de la invención, es particularmente ventajoso que la máquina de construcción sea una plataforma de perforación de tierra. Si se dispone del dispositivo para generar impulsos de impacto, se puede llevar a cabo la perforación por impacto. Esto es especialmente ventajoso cuando se penetra en capas de roca más duras. Alternativa o adicionalmente, el dispositivo también puede ser diseñado sin contactos de impacto para generar vibraciones. En el caso de un equipo de perforación de tierra con una herramienta de perforación accionada por rotación, la llamada perforación de sobrecarga en particular puede llevarse a cabo de esta manera. En este caso, al movimiento rotatorio de la herramienta de perforación se le superpone un movimiento vibratorio u oscilante. A través de las vibraciones superpuestas, se puede lograr una cuasi licuefacción del suelo, al menos en la zona de contacto con la herramienta de perforación, lo que conduce a un mejor progreso de la perforación.
Otra realización de la invención puede verse en que la máquina de construcción es un martinete o vibrador. Estos martinetes o vibradores pueden utilizarse, por ejemplo, para clavar vigas de acero, pilotes o tablestacas en el suelo mediante impulsos de impacto o vibraciones.
El procedimiento de acuerdo con la invención se caracteriza porque la posición del pistón es detectada por un dispositivo de medición y porque una unidad de control controla al menos una válvula controlable a través de la cual se introduce y/o se descarga fluido a presión de la cámara de trabajo en función de la posición detectada del pistón, en el que el movimiento del pistón controlado por la unidad de control.
El procedimiento de acuerdo con la invención se lleva a cabo con el dispositivo descrito anteriormente. Esto da lugar a las ventajas descritas anteriormente.
La invención se describe más adelante con referencia a una realización preferente, que se muestra esquemáticamente en el dibujo adjunto.
El dibujo único muestra un dispositivo 10 de acuerdo con la invención, que está diseñado para generar pulsos de impacto. El dispositivo 10 tiene una carcasa 12 con una cámara de trabajo 14 cilíndrica, en la que está montado un pistón 20 aproximadamente cilíndrico para poder moverse linealmente de forma inversa entre dos puntos de inversión. El pistón 20 está montado herméticamente en la carcasa 12 y, como se muestra en el ejemplo de la realización, puede sobresalir con un lado de la carcasa 12.
Con una cara de extremo libre 24, el pistón 20 se encuentra con una superficie de impacto correspondiente 18, que puede ser, por ejemplo, un extremo de enchufe de un eje de transmisión de un taladro.
En el área del primer punto de inversión superior, se proporciona una primera abertura 15 en la carcasa 12 para una primera línea de suministro 31 que proporciona un fluido presurizado 30. En el área de un segundo punto de inversión inferior, la cámara de trabajo 14 está conectada a una segunda línea de suministro 32 que suministra un fluido presurizado 30 a través de una segunda abertura 16. A través de una válvula 36 regulable, que en la realización mostrada está diseñada como una válvula de 2/4 vías, las dos aberturas 15, 16 están conectadas alternativamente a una fuente de presión hidráulica P y a un tanque de eliminación sin presión T. De este modo, dos cámaras de presión opuestas de la cámara de trabajo 14 se llenan alternativamente de fluido a presión y se vacían de fluido a presión. De este modo, el pistón 20 se coloca en un movimiento de inversión deseado en la carcasa 12.
De acuerdo con la invención, un dispositivo de medición 40 que tiene un primer componente de medición alargado 42 está provisto en la carcasa 12. El primer componente de medición 42 tiene forma de varilla y se extiende dentro de la cámara de trabajo 14 y en un espacio libre 22 del pistón 20, dispuesto de forma correspondiente. Un imán en forma de anillo está dispuesto en el espacio libre 22 en una zona inferior como segundo componente de medición 44. El segundo componente de medición 44 está fijado al pistón 20 móvil, mientras que el primer componente de medición alargado 42 está fijado a la carcasa 12. El dispositivo de medición 40 está diseñado aproximadamente como un sensor lineal inductivo, que determina con precisión la posición del segundo componente de medición 44 y, por tanto, del pistón 20 con respecto al primer componente de medición alargado 42 y, por tanto, la posición del pistón 20 en la cámara de trabajo 14.
El dispositivo de medición 40 está conectado a una unidad de control 50 a través de una conexión de línea 52, en la que se transmiten señales analógicas o datos digitales sobre la posición actual del pistón 20 en la cámara de trabajo 14. En función de un programa predeterminado o de la lógica de control de la unidad de control 50, la válvula 36 regulable se acciona a través de los elementos electromagnéticos 37 para que, por ejemplo, el primera línea de suministro 31 se conecte al depósito sin presión T y la segunda línea de suministro 32 se conecte a la fuente de presión P, como se muestra en el dibujo. Cuando la válvula 36 es conmutada por la unidad de control 50, la fuente de presión P puede entonces conectarse a la primera línea de suministro 31, mientras que el tanque T se conecta a la segunda línea de suministro 32. En esta posición de la válvula, el área inferior de la cámara de trabajo 14 se vacía de fluido presurizado, mientras que al mismo tiempo el área superior de la cámara de trabajo 14 se llena de fluido presurizado, en la que el pistón 20 se mueve entonces hacia abajo desde el primer punto de inversión superior hasta el segundo punto de inversión inferior. Si el dispositivo de medición 14 detecta que el pistón 20 de la carcasa 12 ha alcanzado un punto de activación, la válvula 36 puede entonces ser conmutada de nuevo por la unidad de control 50, de modo que se efectúe un cambio de dirección accionando los elementos electromagnéticos 37 de la válvula 36 regulable a través de las líneas de control 54.
A través de la modificación de la lógica de control en la unidad de control 50 en consecuencia, la frecuencia del pistón 20, así como la carrera del pistón 20 entre los dos puntos de inversión, pueden modificarse y ajustarse sin más.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo de generación de impulsos o vibraciones de impacto para una máquina de construcción, con
- una carcasa (12),
- un pistón (20) que se desplaza de forma reversible entre un primer punto de inversión y un segundo punto de inversión en una cámara de trabajo (14) de la carcasa (12), y
- un suministro de fluido a presión (30) a través del cual se puede introducir y descargar fluido a presión de la cámara de trabajo (14) en el área del primer punto de inversión y del segundo punto de inversión, respectivamente, en la que el pistón (20) puede ponerse en movimiento de inversión para generar los impulsos de impacto o las oscilaciones,
- en el que se proporciona un dispositivo de medición (40) para determinar una posición del pistón (20) en la cámara de trabajo (14),
- en el que está dispuesta al menos una válvula (36) regulable a través de la cual el fluido a presión puede introducirse en la cámara de trabajo (14) y/o descargarse de ella, y
- en el que se proporciona una unidad de control (50) que está conectada al dispositivo de medición (40) y a la al menos una válvula (36) regulable, en el que el movimiento del pistón (20) en la cámara de trabajo (14) puede ser controlado y modificado por la unidad de control (50),
caracterizado porque
- un imán anular está firmemente conectado al pistón (20) y está dispuesto en un espacio libre (22) dentro del pistón (20),
- un primer componente de medición (42) en forma de varilla del dispositivo de medición (40) está dispuesto de forma fija en la carcasa (12), el cual se extiende en la cámara de trabajo (14) que recibe el fluido a presión y en el espacio libre (22) del pistón (20), y
- el pistón (20) con el imán anular como segundo componente de medición (44) del dispositivo de medición (40) se desliza sin contacto a lo largo del componente de medición (42) en forma de varilla.
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque la válvula (36) es una electroválvula.
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque
el dispositivo de medición (40) comprende un sensor lineal.
4. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque
en al menos un punto de inversión está dispuesta una superficie de impacto (18) sobre la que el pistón (20) impacta específicamente para generar un impulso de impacto.
5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque
una frecuencia y/o una carrera del pistón (20) pueden ser fijadas y ajustadas por la unidad de control (50).
6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque
la unidad de control (50) tiene una memoria de programa en la que se pueden almacenar diversos programas de control para controlar el pistón (20).
7. Máquina de construcción
caracterizada porque
se dispone un dispositivo (10) para generar impulsos de impacto o vibraciones de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6.
8. Máquina de construcción de acuerdo con la reivindicación 7,
caracterizada porque
es una máquina de perforación de tierras.
9. Máquina de construcción de acuerdo con la reivindicación 8,
caracterizada porque
es un martinete o un vibrador.
10. Procedimiento para generar impulsos de impacto o vibraciones para una máquina de construcción con un dispositivo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que
- un pistón (20) en una cámara de trabajo (14) en una carcasa (12) se mueve hacia adelante y hacia atrás de forma inversa entre un primer punto de inversión y un segundo punto de inversión,
- en el que, para generar los impulsos de impacto o las oscilaciones, el pistón (20) se pone en movimiento de inversión por medio de un fluido a presión y el fluido a presión se introduce en la cámara de trabajo (14) y se descarga de ella en el área del primer punto de inversión y del segundo punto de inversión,
- en el que la posición del pistón (20) se detecta con un dispositivo de medición (40) y
- en el que una unidad de control (50) controla, en función de la posición detectada del pistón (20), al menos una válvula (36) regulable a través de la cual se introduce y/o se expulsa fluido a presión de la cámara de trabajo (14),
- en el que la unidad de control (50) controla el movimiento del pistón (20).
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