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IT9020520A1 - Gruppo riduttore-riparatore per gruppi cambio particolarmente per macchine industriali - Google Patents

Gruppo riduttore-riparatore per gruppi cambio particolarmente per macchine industriali

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IT9020520A1
IT9020520A1 IT020520A IT2052090A IT9020520A1 IT 9020520 A1 IT9020520 A1 IT 9020520A1 IT 020520 A IT020520 A IT 020520A IT 2052090 A IT2052090 A IT 2052090A IT 9020520 A1 IT9020520 A1 IT 9020520A1
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Description

DESCRIZIONE
Il presente trovato si riferisce ad un gruppo riduttore-ripartitore particolarmente adatto per macchine industriali.
Come è noto nelle macchine industriali, ad esempio le macchine per movimento terra, si usano frequentemente dei gruppi cambio che risultano formati da una pompa idrostatica a cilindrata variabile collegata al motore termico e da un motore idrostatico a cilindrata variabile che risulta collegato alle ruote.
Questa forma di soluzione nota ha il grave difetto di avere un limite nel rapporto di conversione ottenibile, che risulta essere di circa tre volte, regolando la cilindrata della pompa, e di ulteriori tre volte regolando la cilindrata del motore, per un totale di circa nove volte.
Questo aspetto limita la velocità massima di questi veicoli a circa 18 km/h con una velocità di lavoro al massimo sforzo di trazione di circa 2 km/h.
Per cercare di ovviare a questo limite sono stati studiati gruppi power-shift a due-tre velocità che assicurano una marcia di lavoro compresa fra 2-10 km/h, una eventuale velocità intermedia fra circa 4-20 km/h ed una velocità di trasferimento che è compresa fra 7,6-38 km/h.
Un problema lamentato dai gruppi power-shift montati a valle del motore idrostatico è costituito dalla inerzia alla variazione della cilindrata della pompa o del motore idrostatico durante il passaggio powershift, condizione necessaria per ottenere la variazione del regime a causa della incomprimibilità del fluido. Occorre quindi intervenire in sincronia sia sul gruppo power-shift che sul gruppo idrostatico che deve essere necessariamente dotato di regolazione elettronica; generalmente la qualità nella fase di cambio marcia è insoddisfacente.
In alternativa sono stati anche usati due motori idrostatici con rotismi sommatori ordinari che sfruttano la possibilità di far girare a vuoto uno dei due motori ad alti regimi, aumentando così il rapporto di conversione, dato che a basse velocità tutti e due motori lavorano sommando le coppie in proporzione alla cilindrata, ripartendosi la portata della pompa.
Tuttavia, il motore trascianto a vuoto ad alto regime assorbe parecchia potenza, per cui sono state ricercate altre soluzioni per migliorare il sistema disconnettendo il motore che non lavora con un innesto e bloccandolo con un freno.
Tutte le soluzioni sopra esposte si sono però in genere mostrate sia complesse da un punto di vista costruttivo, sia tali presentare un rendimento relativamente basso.
Il compito che si propone il trovato è appunto quello di eliminare gli inconvenienti precedentemente lamentati, realizzando un gruppo riduttore-ripartitore per gruppi cambio particolarmente per macchine industriali, che dia la possibilità di ottenere un elevatissimo rapporto di conversione, senza per questo avere delle complicazioni costruttive, non richiedendo l'intervento sulla regolazione dei gruppi idrostatici a monte e ottenendo quindi un'elevata qualità nel cambio marcia senza l'uso di modulazioni; ciò risulta possibile in quanto il sistema durante il suo funzionamento passa senza soluzione di continuità attraverso una serie di condizioni di equilibrio meccanico e idraulico.
Nell'ambito del compito sopra esposto uno scopo particolare del trovato è quello di realizzare un gruppo riduttore-ripartitore, che riduca al minimo la perdita di potenza ottenendo così un rendimento utile molto elevato.
Ancora uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un gruppo riduttore-ripartitore che, per le sue peculiari caratteristiche, sia in grado di dare le più ampie garanzie di affidabilità e sicurezza nell'uso.
Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un gruppo riduttore-ripartitore che risulti facilmente ottenibile partendo da elementi e materiali di comune reperibilità in commercio, e che, inoltre, sia competitivo da un punto di vista puramente economico.
Il compito sopra esposto, nonché gli scopi accennati ed altri che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da un gruppo riduttore-ripartitore per gruppi cambio particolarmente per macchine industriali, secondo il trovato, comprendente un primo ed un secondo motore idrostatico operativamente associati per la trasmissione del moto agli assali, caratterizzato dal fatto di comprendere un rotismo epicicloidale sommatore della potenza di detti motori idrostatici presentante detto primo motore associato all'albero del solare e detto secondo motore associato all'albero della corona di detto rotismo epicicloidale.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un gruppo riduttore-ripartitore per gruppi cambio particolarmente per macchine industriali, secondo il trovato, illustrato a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio dell'unito disegno in cui:
la figura 1 rappresenta schematicamente in sezione il gruppo riduttore-ripartitore, secondo il trovato;
la figura 2 rappresenta il gruppo riduttore-ripartitore con una diversa configurazione strutturale.
Con riferimento alle citate figure, ed in particolare alla figura 1, il gruppo riduttore-ripartitore per gruppi cambio di macchine industriali, particolarmente per macchine movimento terra, comprende un primo motore idrostatic 1 ed un secondo motore idrostatico 2 che risultano operativamente associati ad un rotismo epicicloidale, genericamente indicato con 10 ed operativamente associato agli assali per la trasmissione del moto, tramite l'ingranaggio 4.
Tra il primo motore 1 ed il secondo motore 2 risulta interposto un rotismo epicicloidale 10 sommatore della potenza dei motori idrostatici che presenta un primo albero 11, a cui risulta connesso il solare 12, che è associato al primo motore 1.
La corona esterna 15 del rotismo epicicloidale è associata ad un secondo albero 16 operativamente associato al secondo motore idrostatico 2.
Il rotismo epicicloidale comprende poi una pluralità di ingranaggi satelliti 20 che risultano ingranare con la dentatura interna della corona 15 e che sono girevolmente supportati da un porta-satelliti 21 sul quale è calettato un ingranaggio di trasmissione 22 accoppiantesi con l'ingranaggio 4 che trasmette il moto all'assale.
A quanto sopra detto va anche aggiunto che in corrispondenza del primo albero 11 risulta associato un primo freno 30 ed in corrispondenza del secondo albero 16 è associato un secondo freno 31.
Il gruppo riduttore-ripartitore così realizzato presenta un rapporto fondamentale o, che è vantaggiosamente compreso tra -54 e -1, in modo da funzionare come riduttore ad elevato rapporto quando in una prima fase ruota solo il motore idrostatico associato con il solare, mentre la corona esterna è bloccata dal secondo freno 31 associato al secondo albero e l'uscita risulta collegata all'ingranaggio 4.
La condizione di massima coppia in uscita si ottiene quando la pompa a cilindrata variabile eroga la massima pressione ammissibile ed il motore idrostatico funziona a cilindrata massima.
La prima fase della conversione si ottiene, come nei casi ordinari, riducendo di circa tre volte la cilindrata del motore associato con il solare (velocità veicolare da 2 a 5,5 km/h).
La regolazione si arresta quando la coppia del primo motore idrostatico in funzione è tale da ottenere l'equilibrio del rotismo epicicloidale, in quanto la coppia del freno è identica a quella che il motore fermo può erogare.
A questo punto si può rilasciare il freno 31 ed il motore 2 prima fermo accelererà, il motore 1 prima in funzione decelererà fino all'ottenimento dello stesso regime di rotazione, equilibrando la portata della pompa fra i due motori idrostatici.
L'ottenimento di pari velocità può essere facilmente ottenuto con una regolazione elettronica fine della cilindrata di uno dei due motori idrostatici.
La seconda fase di conversione si attua variando la cilindrata della pompa idrostatica, aumentando la portata e diminuendo la pressione del fluido come in una normale applicazione.
La rotazione solidale del gruppo epicicloidale sommatore permette un miglior rendimento nella fase centrale d'uso compresa, ad esempio, fra i 5,5 ed i 13 km/h.
La terza fase inizia bloccando il freno 30 associato al primo motore 1 ed al solare e lasciando accelerare il motore 2 collegato alla corona a pari velocità di uscita.
Si svolge poi riducendo la cilindrata del motore idrostatico 2, associato alla corona, di circa tre volte, aumentando di conseguenza il regime e quindi la velocità da 13 km/h a 38 km/h.
Con riferimento alla figura 2, il gruppo ripartitore comprende, oltre al primo motore idrostatico 1 ed al secondo motore idrostatico 2, operativamente associati al rotismo epicicloidale genericamente indicato con 10 e connesso agli assali 11 per la trasmissione del moto tramite gli ingranaggi 4, una coppia di ingranaggi 42 e 43 interposti tra il primo motore 1 ed l'albero 11 ed una seconda coppia di ingranaggi 40, 41 che risulta interposta tra il motore 2 e l'albero 16.
La funzione degli ingranaggi 40, 41, 42, 43 è quella di permettere di variare le dimensioni dei motori applicati e il rapporto di conversione totale ottenibile, non modificando il rotismo epicicloidale 10 sommatore della potenza dei motori idrostatici.
La presa disinnestabile per la trazione anteriore 50 e la pompa sterzo di emergenza 51, non costituiscono un elemento fondamentale del trovato, e vengono illustrate solo per completezza della configurazione.
Prendendo a titolo d'esempio una pala caricatrice con i seguenti dati:
peso = 9,5 ton.
pala da 1,5 me. SAE
potenza 80 kw a 2150 RPM
raggio ruote = 0,562 metri
richiesta una spinta di 7,125 ton. (9,5 x 0,75) con la maggior velocità di traslazione possibile. - dp max = 400 bar.
Utilizzando una soluzione tradizionale che prevede una pompa a cilindrata variabile ed un motore a cilindrata variabile con un riduttore-ripartitore monomarcia si ottengono le seguenti caratteristiche:
Coppia alle ruote = 7,125 ton x 1000 x 0,81 x 0,562 m = 39281,7 Nm coppia del motore idrostatico AGMV 2000
noto un rendimento meccanico pari a 0,85 il rapporto di trasmissione da adottare sarà
La portata della pompa con Dp = 400 bar ed un rendimento idraulico dell'85% sulla potenza di 80 kw sarà:
da cui il regime del motore
corrispondenti ad una velocità di
con la pompa A4V125 si può aumentare la portata di 10/3 (278,8 lit/min) con un regime motore termico di
In questo modo si può ottenere una conversione di 10/3 sulla pompa e di 3 sul motore idrostatico per un totale di circa 10 volte, portando la rotazione del motore idrostatico a 3680 RPM pari a 19 km/h.
Sia la velocità del motore che quella del veicolo sono accettabili.
Utilizzando una soluzione con cambio power-shift a due velocità o con due motori idrostatici A6VM200: la velocità max può raddoppiare fino a 38 km/h con una spinta residua atta a muoversi soli in piano a quella velocità.
Utilizzando la soluzione che costituisce oggetto del trovato nel caso in cui si voglia ottenere un rapporto di conversione di 20 volte di cui un rapporto 3 sul primo motore idrostatico 1 e un rapporto 6,7 sul secondo motore idrostatico 2, ottenere con un rapporto 3 sul motore stesso ed un rapporto 2,2 sulla pompa idrostatica, si otterranno le seguenti caratteristiche:
Il regime massimo del motore 2 sarà
In generale si può supporre che si vogliono avere dei regimi di rotazione massimi paragonabili nei due motori ed inoltre la serie dei motori AGVM si presta al montaggio di motori di cilindrata circa doppia l'una dell'altra (28/55 - 55/107 - 80/160 - 107/200)
Viene scelto un sommatore epicicloidale 77/31/13 con o = -5,923
- Prima fase con freno 31 inserito la coppia sul portatreno è data da (1 - o) x Mm del motore 1.
che con un rendimento di 0,85 fra portatreno e ruote richiede un determinato rapporto di trasmissione (i) per poter ottenere il tiro richiesto di 7, 125 ton:
il regime del motore 1 sarà il seguente in base alla portata della pompa ed alla sua cilindrata max.
corrispondente a 226 RPM al portatreno 21 ed alla velocità di 1,9 km/h.
- La prima fase prosegue con il motore 1 che riduce la sua cilindrata da 55 a 18 cc corrispondente ad un regime motore di 4090 RPM ed a una velocità di 5,77 km/h con portatreno 21 che ruota a 591 RPM.
- La seconda fase parte al rilascio del freno 31 quando i due motori si portano contemporaneamente al regime del portatreno ed il tutto gira solidale a 591 RPM e prosegue con l'aumento della portata di 2,22 volte (186 lit/min) sulla pompa A4V 90 collegata al motore termico.
Il regime del motore termico per dare la portata in questione sarà
Il regime del gruppo si porterà a 1312 RPM e la velocità a 12,8 km/h.
- La terza fase inizia con la chiusura del freno 30 e con il motore 2 che si porta a
d'altronde
e prosegue diminuendo la cilindrata del motore da 107 a 36 cc {2,972 volte): il motore 2 si porta a 4547,5 RPM e la velocità a 38 km/h.
Da quanto sopra illustrato si vede quindi come il trovato raggiunga gli scopi proposti ed in particolare si sottolinea li fatto che l'utilizzazione di un rotismo epicicloidale sommatore interposto tra due motori idrostatici dà la possibilità di avere un ampio rapporto di conversione totale riducendo al minimo le perdite e avendo nel contempo la possibilità di ridurre il dimensionamento dei motori stessi, in quanto potrebbe risultare, ad esempio, vantaggioso da un punto di vista costruttivo montare motori di cilindrata circa doppia uno dell'altro e utilizzare un rotismo epicicloidale con un rapporto fondamentale di circa -6 per ottenere un rapporto di conversione di circa 20.
Risulta anche possibile, qualora si accettino i limiti e gli svantaggi della soluzione power-shift esposta in precedenza, utilizzare il trovato in configurazione power-shift elevando in modo considerevole il già elevato rapporto di conversione; in tale caso si passa da un rapporto di conversione eventualmente pari a 27 (3 motore 1 x 3 pompa x 3 motore 2) ad un rapporto di conversione pari a 81 (3 motore 1 x 3 pompa x 3 pompa x 3 motore 2) regolando due volte la pompa dalla condizione di cilindrata massima a quella di cilindrata minima.
Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.
Inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica i materiali impiegati, nonché le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims (8)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo riduttore-ripartitore per gruppi cambio particolarmente per macchine industriali, comprendente un primo ed un secondo motore idrostatico operativamente associati per la trasmissione del moto agli assali, caratterizzato dal fatto di comprendere un rotismo epicicloidale sommatore della potenza di detti motori idrostatici presentante detto primo motore associato all'albero del solare e detto secondo motore associato all'albero della pompa di detto rotispo epicicloidale.
  2. 2. Gruppo riduttore-ripartitore, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto rotismo epicicloidale presenta un rapporto fondamentale o compreso tra -54 e -1.
  3. 3. Gruppo riduttore-ripartitore, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un primo freno associato a detto albero del solare.
  4. 4. Gruppo riduttore-ripartitore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo freno associato a detto albero della corona.
  5. 5. Gruppo riduttore-ripartitore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di presentare un rapporto di conversione totale compreso tra 9 e 64 nella soluzione non power-shift e fino a 256 nella soluzione pov/er-shift.
  6. 6. Gruppo riduttore-ripartitore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che con un rapporto di conversione totale sostanzialmente uguale a 27 il rapporto fondamentale dell 'epicicoidale è, ad esempio, uguale a -9 e detti motori idrostatici presentano cilindrata, ad esempio, tripla uno dell'altro.
  7. 7. Gruppo riduttore-ripartitore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato caratterizzato dal fatto di comprendere rotismi ordinari interposti tra detti motori e gli alberi di connessione a detto rotismo epicicloidale, per un adattamento di motori idrostatici di caratteristiche diverse senza variare l'equilibrio del rotismo epicicloidale stesso.
  8. 8. Gruppo riduttore-ripartitore per gruppi cambio particolarmente per macchine industriali, caratterizzato dal fatto di comprendere una o più delle caratteristiche descritte e/o illustrate.
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