IT201900005184A1

IT201900005184A1 - Procedimento di controllo per l'attuazione di un movimento di scuotimento di una benna collegata ad un braccio in una macchina operatrice azionata da un motore, sistema di controllo corrispondente e macchina operatrice comprendente tale sistema di controllo

Info

Publication number: IT201900005184A1
Application number: IT102019000005184A
Authority: IT
Inventors: Antonio Venezia; Andrea Gravili; Stefano Liberti; Adriano Garramone
Original assignee: Cnh Ind Italia Spa
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2020-10-05
Also published as: EP3719221B1; EP3719221A1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento di controllo per l'attuazione di un movimento di scuotimento di una benna collegata ad un braccio in una macchina operatrice azionata da un motore, sistema di controllo corrispondente e macchina operatrice comprendente tale sistema di controllo"

DESCRIZIONE

Settore tecnico

La presente invenzione riguarda in generale una macchina operatrice, quale ad esempio una pala caricatrice gommata compatta, ed in particolare un procedimento di controllo per l'attuazione di un movimento di una benna collegata al braccio in una macchina operatrice azionata da un motore, ed un corrispondente sistema di controllo.

Tecnica nota

Le macchine operatrici motorizzate equipaggiate con una benna ed un braccio di sollevamento attuato per via idraulica per la movimentazione della benna sono ben note per la movimentazione di materiali. Esempi di tali macchine sono i trattori e le pale caricatrici.

Una pala caricatrice è una macchina per l'industria pesante impiegata nel settore delle costruzioni per spostare sul terreno o caricare materiali come asfalto, detriti di demolizione, terra, neve, foraggio, ghiaia, tronchi, materie prime, materiali riciclati, pietre, sabbia, cippato, ecc. in o su un altro tipo di macchina (come un autoribaltabile, un nastro trasportatore, una tramoggia, una carrozza ferroviaria). Esistono molti tipi di pale caricatrici, le quali, a seconda del modello e della applicazione, sono chiamate con vari nomi, tra cui caricatori, caricatori frontali, pala meccanica, palatrice, pala gommata. In particolare, le pale caricatrici compatte sono veicoli compatti che possiedono ruote gommate e portano una benna di lavoro, quale una benna, unita ad un braccio di sollevamento o braccio, azionato per via idraulica.

Con riferimento alla figura 1 è mostrata una macchina operatrice 1, come una pala caricatrice gommata compatta. Tuttavia, l'invenzione non è limitata a tale tipo di macchina operatrice ma è applicabile a qualsiasi altro tipo di macchina operatrice.

Una pala caricatrice gommata compatta include una benna 2 collegata ad un telaio 3 della macchina operatrice per il suo movimento rispetto ad esso. Come mostrato una coppia di bracci 5 (solo uno dei quali è mostrato) è collegata in modo girevole ad una estremità su lati opposti del telaio 3. La benna 2 è collegata in modo girevole all'estremità opposta dei bracci per un movimento di inclinazione rispetto al telaio 3 intorno ad un asse generalmente orizzontale. Le caratteristiche sopradescritte non formano parte sostanziale della presente invenzione e sono in generale ben note nella tecnica. Una benna può essere sostituita da un'altra benna o accessorio nell'attività.

Di solito, il movimento della benna 2 è controllato dall'utilizzatore attraverso un joystick 7 disposto in una cabina per operatore 9 della macchina operatrice 1.

Come si vede in figura 2, che mostra uno schema di controllo della macchina operatrice 1, la benna 2 è mossa da un circuito di controllo idraulico 10 comprendente un attuatore idraulico 12 che è controllato da una unità di controllo elettronica 16 attraverso una elettrovalvola 18 secondo la posizione del joystick 7 controllato dall'utilizzatore.

La figura 3 mostra un joystick esemplificativo di una macchina operatrice. Un movimento del joystick in una predeterminata area di controllo A secondo un predefinito asse x provoca l'azionamento della benna tramite mezzi attuatori idraulici. Il predefinito asse x presenta una regione neutra N del joystick.

La posizione neutra del joystick è una posizione in cui la benna non è azionata.

Ad esempio, secondo l'orientamento illustrato in figura 3, quando il joystick viene spostato a destra dalla posizione neutra N lungo il predefinito asse x, la benna è inclinata verso una posizione di scarico e quando il joystick viene spostato a sinistra dalla posizione neutra N lungo il predefinito asse x, la benna è inclinata verso una posizione di scavo e oltre.

Valvole di tipo load-sensing consentono una compensazione della pressione cosicché i canali a valle ottengano una attribuzione proporzionale del flusso in funzione del carico. La portata in corrispondenza di un predeterminato grado di apertura non dipende dal carico a valle di ciascuna valvola e non dipende dal flusso d'ingresso alla pompa.

Quando è azionata una pluralità di carichi, le valvole di tipo load-sensing a condivisione di flusso impediscono anche che il fluido di lavoro segua il percorso a minor resistenza. Tuttavia, questa soluzione è assai costosa. Vantaggiosamente, elettrovalvole direzionali a centri aperti sono meno costose delle valvole di tipo load-sensing. Svantaggiosamente, nelle elettrovalvole direzionali a centri aperti la portata, a un grado di apertura predeterminato, dipende dal flusso di ingresso della pompa, dal numero di valvole alimentate dalla pompa e dal carico a valle di ciascuna valvola.

Ad esempio, l'attuatore idraulico comprende un cilindro idraulico operativamente collegato alla benna, che impiega la potenza idraulica di un fluido di lavoro per facilitare le operazioni meccaniche. Il fluido di lavoro è controllato per mezzo di una elettrovalvola direzionale a centri aperti 18. Poiché è quasi impossibile comprimere i liquidi, un attuatore idraulico può esercitare una grande forza. La velocità di attuazione della benna è controllata dal grado di apertura della elettrovalvola direzionale a centri aperti 18 per mezzo di una corrente di pilotaggio in funzione della posizione del joystick 7.

La portata idraulica del fluido di lavoro richiesta per azionare la benna è prodotta da una pompa idraulica P a cilindrata fissa collegata ad un serbatoio di fluido T ed azionata da un motore a combustione interna o da un motore elettrico M (di seguito semplicemente indicato come motore) della macchina, ad esempio attraverso una connessione meccanica. Pertanto, la velocità di movimentazione della benna ad una predeterminata posizione del joystick dipende dalla velocità di rotazione del motore. Per esempio, quando il motore lavora ad una alta velocità di rotazione è necessario un minimo movimento del joystick da parte dell'utilizzatore per iniziare a muovere la benna. Al contrario, quando il motore lavora a bassi regimi di rotazione, è necessario un grande movimento del joystick da parte dell'utilizzatore per iniziare a muovere la benna.

La situazione è simile quando l'utilizzatore tenta di arrestare il movimento della benna attraverso il joystick. Ad esempio, quando il motore funziona ad una alta velocità di rotazione, è necessario spostare il joystick ad una prima distanza dalla posizione neutra del joystick per arrestare l'azionamento della benna. Al contrario, quando il motore sta lavorando a una bassa velocità di rotazione, è necessario spostare il joystick a una seconda distanza dalla posizione neutra del joystick, superiore a detta prima distanza, per arrestare l'azionamento della benna.

In una macchina operatrice nota, esiste una funzione prestabilita per scuotere la benna al fine di rimuovere il materiale indesiderato dalla benna. Svantaggiosamente, questa funzione è consentita solo quando il motore della macchina operatrice lavora ad una velocità di rotazione alta poiché quando il motore della macchina operatrice lavora a una bassa velocità di rotazione, la portata del liquido di lavoro non sarà sufficiente a fornire all'attuatore idraulico una forza sufficiente per eseguire la funzione di scuotimento della benna.

Svantaggiosamente, la controllabilità della benna da parte dell'utilizzatore è compromessa poiché sarà consentito all'utilizzatore di pulire la benna mediante un'operazione di scuotimento della benna solo quando il motore sta lavorando ad alta velocità di rotazione del motore.

Riassunto dell'invenzione

Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire una soluzione che eviti gli inconvenienti della tecnica nota. In particolare, uno scopo della presente invenzione è di migliorare la controllabilità di una benna in una macchina operatrice in modo da consentire l'esecuzione di una funzione per lo scuotimento della benna al fine di rimuovere materiale non desiderato dalla benna anche quando il motore lavora a bassa velocità di rotazione.

Secondo l'invenzione, questo scopo è raggiunto attraverso un procedimento di controllo per l'attuazione di un movimento di una benna collegata al braccio in una macchina operatrice azionata da un motore, avente le caratteristiche rivendicate nella rivendicazione 1.

Forme di realizzazione preferite sono definite nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto è da considerarsi parte integrante della presente descrizione. Caratteristiche delle rivendicazioni dipendenti possono essere combinate con le caratteristiche delle rivendicazioni indipendenti a seconda dei casi, ed in combinazioni diverse da quelle esplicitamente indicate nelle rivendicazioni.

Ulteriori oggetti dell'invenzione sono un sistema di controllo per l'attuazione di un movimento di scuotimento di una benna collegata ad un braccio in una macchina operatrice azionata da un motore, nonché una macchina operatrice, come rivendicato.

In sintesi, è descritta una strategia di attuazione di una benna (e possibilmente di qualsiasi ulteriore accessorio) di una macchina operatrice. In detta strategia di attuazione, secondo la posizione del joystick, viene riconosciuto se un utilizzatore sta eseguendo una manovra di scuotimento e in tal caso, viene fornita una corrente di pilotaggio appropriata ad una elettrovalvola direzionale a centri aperti dei mezzi attuatori idraulici che azionano la benna, in modo da consentire uno scuotimento costante della benna in considerazione della velocità di rotazione del motore della macchina operatrice.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori caratteristiche funzionali e strutturali ed ulteriori vantaggi della presente invenzione sono indicati nella descrizione dettagliata che segue, fornita esclusivamente a titolo di esempio non limitativo, con riferimento alle figure allegate, nelle quali:

- la figura 1 mostra una macchina operatrice esemplificativa della tecnica nota, in particolare una pala caricatrice gommata compatta;

- la figura 2 mostra uno schema di controllo di una macchina operatrice secondo la tecnica nota; - la figura 3 mostra un joystick esemplificativo di una macchina operatrice; e

- la figura 4 mostra uno schema di controllo di una macchina operatrice secondo l'invenzione.

Descrizione dettagliata

Nella seguente descrizione, salvo definizioni diverse, tutti i termini (inclusi i termini tecnici e scientifici) devono essere interpretati come è proprio nel settore. Sarà anche chiaro che i termini di utilizzo comune devono essere anch'essi interpretati come è proprio nel settore di pertinenza e non in modo idealizzato o eccessivamente formalistico a meno che non sia espressamente così richiesto nel prosieguo. Tutti i termini di orientamento, come superiore e inferiore, sono impiegati con riferimento alle figure e non devono essere interpretati in senso limitativo dell'invenzione.

Nel seguito è descritta una forma di realizzazione preferita di un procedimento di controllo per l'attuazione di un movimento di una benna collegata ad un braccio in una macchina operatrice azionata da una motore. Si fa riferimento allo schema di controllo di figura 2 che è stato precedentemente descritto, in cui l'unità di controllo elettronica 16 è configurata per attuare il procedimento di controllo secondo l'invenzione.

Come descritto sopra e con un ulteriore riferimento alla figura 3, l'attuazione della benna 2 avviene attraverso il joystick 7 controllato da un utilizzatore, il cui movimento nella predeterminata area di controllo A secondo il predefinito asse x determina l'attuazione della benna 2 attraverso mezzi attuatori idraulici 12.

I mezzi attuatori idraulici 12 includono un cilindro idraulico operativamente collegato alla benna 2, e una elettrovalvola direzionale a centri aperti 18 il cui grado di apertura è atto controllare il flusso di un fluido di lavoro verso il cilindro idraulico.

Una portata idraulica del fluido di lavoro è prodotta da una pompa idraulica P azionata dal motore M.

La velocità di attuazione della benna 2 è controllata dal grado di apertura della elettrovalvola direzionale a centri aperti 18 per mezzo della sua corrente di pilotaggio in funzione di una componente della posizione del joystick 7 lungo detto predefinito asse x nell'area di controllo A.

Il procedimento di controllo comprende le fasi di acquisire un segnale o dati indicativi di una posizione del joystick 7 lungo detto predefinito asse x nel tempo e di acquisire un segnale o dati indicativi di una velocità di rotazione del motore M.

Inoltre, il procedimento di controllo comprende la fase di rilevare la frequenza di spostamento del joystick 7 in detta area di controllo A da una predeterminata prima posizione di soglia P1 ad una predeterminata seconda posizione di soglia P2 disposta lungo detto predefinito asse x e invertite rispetto ad una posizione neutra N, con una distanza predeterminata d tra di loro.

Inoltre, se la frequenza di spostamento del joystick 7 in detta area di controllo A è superiore ad una predeterminata soglia di frequenza, una corrente di pilotaggio di scuotimento predeterminata si evolve secondo un'onda quadra secondo il movimento del joystick lungo l'asse x, ad esempio per un tempo di scuotimento predeterminato è fornita all'elettrovalvola direzionale a centri aperti in modo da produrre un movimento di scuotimento controllato della benna. Detto tempo di scuotimento prestabilito può, ad esempio, essere preimpostato dal produttore o dipendere dal numero di spostamenti del joystick.

La corrente di pilotaggio di scuotimento predeterminata si basa su un modello di riferimento predeterminato della corrente di pilotaggio di scuotimento, indicativo di una relazione nominale tra la velocità di rotazione del motore M e l'ampiezza della corrente di pilotaggio alla elettrovalvola direzionale a centri aperti 18.

Il modello di riferimento predeterminato può essere una relazione analitica tra, o una mappa di valori numerici in una corrispondenza biunivoca della velocità di rotazione del motore M e l'ampiezza della corrente di pilotaggio all'elettrovalvola direzionale a centri aperti 18 nella forma di relazione inversamente proporzionale.

Preferibilmente, la predeterminata prima posizione di soglia P1 è disposta lungo detto predefinito asse x ad una prima distanza d1 dalla posizione neutra N secondo una prima direzione orientata V1 e la predeterminata seconda posizione di soglia P2 è disposta lungo detto predefinito asse x ad una seconda distanza d2 dalla posizione neutra N secondo una seconda direzione orientata V2 opposta alla prima direzione orientata V1

L'onda quadra della corrente di pilotaggio può presentare un passaggio alternato di valore corrente al solenoide di scarico o al solenoide di richiamo dell'elettrovalvola, quei solenoidi sono responsabili del movimento di scuotimento della benna, in particolare l'onda quadra passa da un valore di ampiezza di scarico della corrente di pilotaggio a un valore di ampiezza di richiamo della corrente di pilotaggio. Preferibilmente, il valore di ampiezza di scarico e il valore di ampiezza di richiamo possono avere lo stesso valore di ampiezza in valore assoluto.

L'onda quadra della corrente di pilotaggio può avere un valore di frequenza compreso tra due soglie calibrate.

Preferibilmente, la predeterminata prima posizione di soglia P1 e la predeterminata seconda posizione di soglia P2 sono preimpostate dal produttore della macchina operatrice 1.

Con riferimento ora alla figura 4, l'invenzione riguarda anche un sistema di controllo 10 per attuare un movimento di una benna 2 collegata al braccio 5 in una macchina operatrice 1 azionata da un motore.

Il sistema di controllo 10 comprende primi mezzi di ingresso atti a ricevere almeno un segnale SJ indicativo di una posizione in un'area di controllo A di un joystick 7 controllata da un utente per azionare la benna 2, e secondi mezzi di ingresso atti a ricevere almeno un segnale Se indicativo della velocità di rotazione del motore M che aziona la macchina operatrice 1.

Inoltre, il sistema di controllo 10 comprende mezzi di memorizzazione atti a memorizzare un modello di riferimento di una corrente di pilotaggio di scuotimento, indicativo della relazione tra la velocità di rotazione del motore e l'ampiezza della corrente di pilotaggio alla elettrovalvola direzionale a centri aperti 18.

Inoltre, il sistema di controllo 10 comprende mezzi di uscita atti a emettere almeno un segnale SDC indicativo di una corrente di pilotaggio di scuotimento destinata a controllare un grado di apertura della elettrovalvola direzionale a centri aperti 18 di mezzi attuatori idraulici di detta benna 2.

Il sistema di controllo 10 è predisposto per realizzare un procedimento di controllo secondo l'invenzione.

Inoltre, l'invenzione riguarda anche una macchina operatrice 1, in particolare una pala caricatrice gommata compatta, comprendente un motore per alimentare la macchina operatrice, una benna collegata a un braccio, un joystick 7 comandato operativamente da un utente per azionare la benna 2 che è mobile in una predeterminata area di controllo A secondo un predefinito asse x per l'azionamento della benna 2.

Inoltre, la macchina operatrice comprende mezzi attuatori idraulici per azionare la benna 2. I mezzi attuatori idraulici comprendono un cilindro idraulico operativamente collegato rispettivamente alla benna 2, e una elettrovalvola direzionale a centri aperti 18 il cui grado di apertura è atto a controllare il flusso di un fluido di lavoro al cilindro idraulico. Il grado di apertura di detta elettrovalvola direzionale a centri aperti 18 è controllato operativamente mediante una corrente di pilotaggio.

Inoltre, la macchina operatrice comprende una pompa idraulica azionata dal motore della macchina operatrice per produrre una portata idraulica del fluido di lavoro e un sistema di controllo per attuare il movimento della benna 2 collegata a un braccio, secondo l'invenzione.

Pertanto, in virtù della presente invenzione, è possibile per l'utente della macchina operatrice pulire la benna mediante un'operazione di scuotimento della benna attraverso un'operazione di scuotimento costante, indipendentemente dal fatto che il motore della macchina operatrice stia lavorando a bassa o alta velocità di rotazione.

Le forme di realizzazione di esempio sono descritte in dettaglio sufficiente a consentire ad un esperto del settore di realizzare un sistema di controllo di una macchina operatrice predisposto per attuare il procedimento di controllo qui descritto.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo allontanarsi dall'ambito di protezione dell'invenzione definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di controllo per l'attuazione di un movimento di scuotimento di una benna collegata a un braccio in una macchina operatrice azionata da un motore, in cui l'azionamento della benna avviene per mezzo di un joystick controllato da un utilizzatore, un movimento del joystick in una predeterminata area di controllo secondo un predefinito asse determinando l'azionamento della benna attraverso mezzi attuatori idraulici, in cui i mezzi attuatori idraulici includono un cilindro idraulico operativamente collegato alla benna, ed una elettrovalvola direzionale a centri aperti il cui grado di apertura è atto controllare il flusso di un fluido di lavoro verso il cilindro idraulico, la velocità di attuazione della benna essendo controllata dal grado di apertura della elettrovalvola direzionale a centri aperti per mezzo di una sua corrente di pilotaggio in funzione di una componente della posizione del joystick lungo detto predefinito asse nell'area di controllo, il procedimento di controllo comprendendo le operazioni di: a) acquisire un segnale o dati indicativi della posizione del joystick lungo detto predefinito asse nel tempo; b) acquisire un segnale o dati indicativi di una velocità di rotazione del motore; c) rivelare la frequenza di spostamento del joystick in detta area di controllo da una predeterminata prima posizione di soglia ad una predeterminata seconda posizione di soglia disposte lungo detto predefinito asse e invertite rispetto ad una posizione neutra, con una distanza predeterminata tra di loro; d) se la frequenza di spostamento del joystick in detta area di controllo è superiore a una predeterminata soglia di frequenza, fornire una predeterminata corrente di pilotaggio di scuotimento che si evolve secondo un'onda quadra all'elettrovalvola direzionale a centri aperti in modo da produrre un movimento di scuotimento controllato della benna, la corrente di pilotaggio di scuotimento predeterminata essendo basata su un modello di riferimento predeterminato della corrente di pilotaggio di scuotimento, indicativo di una relazione nominale tra la velocità di rotazione del motore e l'ampiezza della corrente di pilotaggio alla elettrovalvola direzionale a centri aperti.
2. Procedimento di controllo secondo la rivendicazione 1, la prima predeterminata posizione di soglia è disposta lungo detto predefinito asse ad una prima distanza dalla posizione neutra secondo una prima direzione orientata e la seconda predeterminata posizione di soglia è disposta lungo detto predefinito asse ad una seconda distanza dalla posizione neutra secondo una seconda direzione orientata opposta alla prima direzione orientata.
3. Procedimento di controllo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l'onda quadra della corrente di pilotaggio presenta un passaggio alternato di valore di corrente da un valore di ampiezza di scarico della corrente di pilotaggio ad un valore di ampiezza di richiamo della corrente di pilotaggio.
4. Procedimento di controllo secondo la rivendicazione 3, in cui il valore dell'ampiezza di scarico e il valore di ampiezza di richiamo hanno lo stesso valore di ampiezza in valore assoluto.
5. Procedimento di controllo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l'onda quadra della corrente di pilotaggio ha un valore di frequenza compreso tra due soglie calibrate.
6. Procedimento di controllo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il modello di riferimento predeterminato è una relazione analitica tra, o una mappa di valori numerici in una corrispondenza biunivoca della velocità di rotazione del motore e l'ampiezza della corrente di pilotaggio alla elettrovalvola direzionale a centri aperti nella forma di una relazione proporzionale inversa.
7. Sistema di controllo per l'attuazione di un movimento di scuotimento di una benna collegata a un braccio, comprendente: - primi mezzi d'ingresso atti a ricevere almeno un segnale indicativo di una posizione in un'area di controllo di un joystick controllato da un utilizzatore per azionare la benna; - secondi mezzi d'ingresso atti a ricevere almeno un segnale indicativo della velocità di rotazione del motore che aziona la macchina operatrice; - mezzi di memorizzazione atti a memorizzare un modello di riferimento di una corrente di pilotaggio di scuotimento, indicativo di una relazione nominale tra la velocità di rotazione del motore e l'ampiezza della corrente di pilotaggio alla elettrovalvola direzionale a centri aperti; - mezzi di uscita atti ad emettere almeno un segnale indicativo di una corrente di pilotaggio di scuotimento destinata a controllare un grado di apertura di una elettrovalvola direzionale a centri aperti di mezzi attuatori idraulici di detta benna, il sistema essendo predisposto per attuare un procedimento di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6.
8. Macchina operatrice, in particolare una pala caricatrice gommata compatta, comprendente - un motore per la propulsione della macchina operatrice; - una benna collegata al braccio; - un joystick operativamente controllato da un utilizzatore per azionare la benna, il joystick essendo mobile in una predeterminata area di controllo secondo un predefinito asse per azionare la benna; - mezzi attuatori idraulici per attuare la benna, in cui i mezzi attuatori idraulici includono un cilindro idraulico operativamente collegato alla benna, ed una elettrovalvola direzionale a centri aperti il cui grado di apertura è atto a controllare il flusso di un fluido di lavoro al cilindro idraulico, il grado di apertura di detta elettrovalvola direzionale a centri aperti essendo operativamente controllato per mezzo di una corrente di pilotaggio; - una pompa idraulica azionata dal motore della macchina operatrice per produrre una portata idraulica del fluido di lavoro; e - un sistema di controllo per attuare un movimento di scuotimento della benna collegata a un braccio, secondo la rivendicazione 7.