Инструмент, содержащий насос, и насос
Изобретение относится к портативному инструменту, выполненному с возможностью перемещения его людьми, пользователями и/или операторами, содержащему: двигатель, емкость для текучей среды, насос, соединенный с емкостью и двигателем, рабочий цилиндр, соединенный с выходом насоса, и приводной компонент инструмента, соединенный с рабочим цилиндром, датчик в указанном спасательном инструменте, соединенный с любым одним или более из следующих компонентов: указанный двигатель, указанная емкость, указанный насос, указанный рабочий цилиндр и указанный инструмент, блок управления, выполненный с возможностью принимать сигналы измерений от датчика, и по меньшей мере один управляемый клапан в гидравлическом контуре, образованном емкостью, насосом и рабочим цилиндром, соединенный с блоком управления, причем управляемый клапан и блок управления выполнены с возможностью выборочно по меньшей мере существенно блокировать или открывать любой канал для текучей среды в гидравлическом контуре. Изобретение также относится к насосу такого спасательного инструмента. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 12 ил.
Изобретение относится к инструменту, содержащему двигатель, такой как электродвигатель, насос, приводимый в действие данным двигателем, и цилиндр, такой как рабочий цилиндр, для привода указанного инструмента.
Примерами таких инструментов являются спасательные инструменты. В качестве других примеров таких инструментов можно упомянуть салазки, системы установки на рельсы и синхронные подъемные системы.
Инструменты высокой мощности, такие как спасательные инструменты, обычно соединены с внешним насосом одним или более шлангами, проходящими от насоса к инструменту для обеспечения подачи гидравлической текучей среды под давлением к инструменту. В таких конфигурациях предшествующего уровня техники инструмент состоял только или по меньшей мере из цилиндра и приводного компонента инструмента.
В альтернативном варианте, как известно из патентных документов EP3360649 и EP3345656, двигатель может быть внешним относительно спасательного инструмента, например, выполненным в форме портативного шуруповерта/дрели с питанием от аккумулятора, соединяемой со спасательным инструментом и обеспечивающей питание для него.
Однако в области, например, спасательных инструментов наблюдается тенденция перехода к автономным и/или портативным инструментам. Для получения автономных и портативных инструментов такой инструмент должен быть в состоянии конкурировать с известными системами с внешним насосом по своим габаритам, весу, создаваемой силе, создаваемым скоростям и производственным затратам, равно как и по затратам на реализацию, и, следовательно, должен иметь более компактную и легкую конструкцию, позволяющую включать насос и двигатель в инструмент и обеспечивать маневренность и мобильность. Кроме того, в конструкцию может быть включен бак или емкость для гидравлической текучей среды, что усложняет задачу обеспечения компактности и портативности инструмента. Помимо этого, инструмент должен обладать по меньшей мере таким же или сравнимым быстродействием, что и существующие инструменты. Кроме того, потребление питания (в частности, если аккумулятор также встроен в конструкцию инструмента) должно обеспечивать его работоспособность в течение значительных периодов времени, а управление должно быть выполнено с возможностью учета потребления энергии, для обеспечения возможности выполнения работы без остановки инструмента во время спасательной операции.
Таким образом, авторы изобретения столкнулись с проблемой разработки инструмента, который может быть автономным и/или портативным, сопоставимым или лучше известных инструментов, подсоединяемых посредством шланга, по вышеуказанным и другим аспектам и соображениям, таким как соответствующая охлаждающая способность и т.п.
По меньшей мере некоторые из требуемых характеристик, упомянутых выше для портативных и/или автономных инструментов, таких как спасательные инструменты, относятся также и к другим типам инструментов, таким как вышеупомянутые салазки, системы установки на рельсы и синхронные подъемные системы, в частности, компактность конструкции, стоимость и создаваемая сила, а также другие характеристики.
В связи с этим, согласно изобретению предлагается портативный инструмент, содержащий:
двигатель;
емкость для текучей среды;
насос, соединенный с емкостью и двигателем;
рабочий цилиндр, соединенный с выходом насоса;
приводной компонент инструмента, соединенный с рабочим цилиндром;
датчик в указанном спасательном инструменте, соединенный с одним любым или более из следующих компонентов: указанный двигатель, указанная емкость, указанный насос, указанный рабочий цилиндр и указанный инструмент;
блок управления, выполненный с возможностью принимать сигналы измерений от датчика; и
по меньшей мере один управляемый клапан в гидравлическом контуре, образованном емкостью, насосом и рабочим цилиндром, соединенный с блоком управления, причем управляемый клапан и блок управления выполнены с возможностью выборочно по меньшей мере существенно блокировать или открывать любой канал для текучей среды в гидравлическом контуре.
Расход и давление гидравлической текучей среды можно эффективно регулировать без применения тяжелого управляемого клапана, установленного на выходе насоса. Таким образом, проблема, лежащая в основе изобретения, заключается в усовершенствовании управления известного спасательного устройства при сохранении небольшого веса.
Инструмент согласно конкретному варианту осуществления может содержать:
двигатель;
насос с множеством камер, каждая из которых содержит канал входа текучей среды, проходящий от емкости в камеру для подвода текучей среды, отверстие выхода текучей среды под давлением и плунжер;
причем двигатель выполнен с возможностью циклического перемещения плунжера в камере для подачи текучей среды из резервуара через канал входа в камеру во время полуцикла всасывания плунжера и для принудительного вытеснения текучей среды через отверстие выхода во время полуцикла нагнетания плунжера, причем канал входа во время полуцикла нагнетания плунжера блокируется; и
рабочий цилиндр, соединенный по текучей среде с отверстиями выхода камер; и
приводной компонент инструмента, соединенный с рабочим цилиндром.
Управляемый клапан может быть выполнен с возможностью выборочного по меньшей мере существенного блокирования канала входа по меньшей мере одной из множества камер насоса во время по меньшей мере части полуцикла всасывания плунжера, независимо от цикла плунжера.
Клапан согласно конкретному варианту осуществления может быть выполнен с возможностью блокирования канала входа во время полуцикла нагнетания плунжера, в частности, посредством механической связи с плунжером и посредством его циклического движения, а между емкостью и клапаном установлен управляемый клапан. Таким образом, управляемый клапан может быть легким и простым, поскольку уже имеющийся клапан для закрытия канала входа во время полуцикла нагнетания плунжера не позволит текучей среде возвратиться в бак или емкость по каналу входа, так что управляемому клапану нужно только держать канал входа закрытым во время полуцикла всасывания плунжера с низким давлением. Для этого может быть достаточно простой створки, перекрывающей отверстие входа, поскольку перепад давлений на управляемом клапане является таким же низким, как давление окружающей среды или давление в емкости (например, 1 бар), и поэтому от управляемого клапана не требуется выдерживать перепад давлений до 10 бар или более, что потребовалось бы при его установке на выходе камеры.
Управляемый клапан согласно альтернативному варианту осуществления может быть выполнен с возможностью блокирования канала входа по меньшей мере во время полуцикла нагнетания плунжера. Хотя для этого требуется, чтобы управляемый клапан был более прочным, чтобы он мог выдерживать такое высокое давление во время полуцикла нагнетания плунжера, в отличие от вышеупомянутого варианта осуществления, и упрощение может быть достигнуто по количеству компонентов и управлению ими.
Согласно еще одном возможному конкретному варианту осуществления изобретения может иметься обводной канал от отверстия выхода текучей среды к емкости, содержащий управляемый клапан, выполненный с возможностью выборочного открытия обводного канала по меньшей мере одной из множества камер насоса во время по меньшей мере части полуцикла нагнетания плунжера, независимо от цикла плунжера. Управляемый клапан в обводном канале может быть таким же простым, как и в варианте выполнения управляемого клапана в канале входа между емкостью и камерой, где даже простой игольчатый обратный клапан должен приводиться в действие иглой, чтобы держать открытым обводной канал для возврата текучей среды из камеры обратно в емкость, и, таким образом, не способствуя поступлению текучей среды под давлением в цилиндр. Это позволяет также применить принцип выбора камер, участвующих (или не участвующих) в создании выходного расхода текучей среды под давлением, обеспечивая при этом возможность гораздо более простого решения, чем применение тяжелых и прочных запорных клапанов в отверстиях выхода или в каналах от камер к рабочему цилиндру.
Обе группы особенностей охватываются идеей изобретения, согласно которой выбор инструмента в целом и насоса, в частности, производится в соответствии с показаниями датчика, при которой может быть осуществлен более детальный выбор камер насоса, участвующих в создании потока гидравлической текучей среды под давлением в цилиндр, без использования прочных и крупногабаритных клапанов, расположенных за отверстием выхода (в направлении потока). Выбор камер, участвующих в создании потока текучей среды в рабочий цилиндр, позволяет осуществлять регулирование насоса в соответствии с внутренними и внешними параметрами инструмента и генерировать требуемый расход с соответствующим давлением для подачи в цилиндр, в зависимости от внутренних и внешних факторов. При этом насос может регулировать скорость и создаваемое усилие, в то время как его конструкция может быть очень компактной, такой, чтобы быть встроенной в портативный или даже автономный инструмент, такой как спасательный инструмент, который может содержать: двигатель; емкость для текучей среды; насос, соединенный с емкостью и двигателем; рабочий цилиндр, соединенный с выходом насоса; приводной компонент инструмента, соединенный с рабочим цилиндром; датчик в спасательном инструменте, соединенный с любым одним или более из следующих компонентов: двигатель, емкость, насос, рабочий цилиндр и инструмент; блок управления, выполненный с возможностью принимать сигналы измерений от датчика; и по меньшей мере один управляемый клапан в гидравлическом контуре, образованном емкостью, насосом и рабочим цилиндром, соединенный с блоком управления, причем управляемый клапан и блок управления выполнены с возможностью выборочно по меньшей мере существенно блокировать или открывать любой канал для текучей среды в гидравлическом контуре. Тем не менее, другие типы инструментов также охватываются объемом патентной защиты изобретения, определяемым формулой изобретения.
Если инструмент является портативным или автономным, и/или в качестве двигателя применяется электродвигатель, аккумулятор для питания двигателя и привода насоса может быть установлен в корпусе инструмента и/или выполнен в виде отдельного портативного модуля, например, аккумуляторного блока, переносимого в виде ранца за спиной пользователя.
Управляемый клапан в инструменте позволяет осуществлять регулирование работы насоса или гидравлического контура в целом, с учетом внутренних или внешних рабочих условий.
Инструмент согласно дополнительному или альтернативному варианту осуществления изобретения может дополнительно содержать блок управления, выполненный с возможностью управления управляемым клапаном и/или двигателем. Инструмент согласно такому варианту осуществления может дополнительно содержать по меньшей мере один датчик параметра, передающий в блок управления информацию для регулирования в соответствии с ней двигателя и/или управляемого клапана, причем датчик выполнен с возможностью измерения и предоставления информации по меньшей мере по одному параметру из группы, включающей в себя: давление текучей среды от насоса, потребляемый двигателем ток, число оборотов двигателя в единицу времени, крутящий момент, выдаваемый двигателем, мощность, передаваемая и/или потребляемая двигателем, заряд аккумулятора, если инструмент содержит аккумулятор, угловое положение двигателя, положение и/или перемещение плунжера в рабочем цилиндре, аппроксимирование предварительно определенного выдвижения плунжера из рабочего цилиндра, такое как максимальное и/или минимальное выдвижение, температура окружающей среды, температура текучей среды, температура двигателя, сопротивление двигателя, сопротивление текучей среды, положение управляемого клапана, входной сигнал от пользователя и/или оператора и т.п. Дополнительно или альтернативно, инструмент может также содержать по меньшей мере один детектор, передающий в блок управления информацию для регулирования в соответствии с ней двигателя и/или клапана, причем детектор выполнен с возможностью определения и предоставления информации по меньшей мере по одному параметру из группы, включающей в себя: наличие компонента инструмента и/или удлиняющего его элемента, соединение с сетью электропитания, проникновение воды в инструмент, низкий уровень заряда аккумулятора, если инструмент содержит аккумулятор, и т.п.
Инструмент согласно дополнительному или альтернативному варианту осуществления изобретения может быть выполнен так, чтобы насос содержал по меньшей мере две камеры и по меньшей мере один управляемый клапан для выборочного по меньшей мере существенного блокирования канала входа или открытия обводного канала по меньшей мере одной из двух камер насоса во время по меньшей мере части соответствующих полуциклов всасывания или нагнетания плунжеров. Инструмент согласно такому варианту осуществления может быть выполнен так, чтобы управляемый клапан согласовывался с более чем одним из каналов входа или обводных каналов для закрытия или, соответственно, открытия максимального количества более чем одного каналов входа текучей среды или обводных каналов.
Инструмент согласно дополнительному или альтернативному варианту осуществления изобретения может быть выполнен так, чтобы канал входа содержал отверстие входа в камеру, а управляемый клапан – подвижный закрывающий элемент, выполненный с возможностью выборочного закрытия или открытия отверстия входа. В таком варианте выполнения, содержащем также блок управления, инструмент может дополнительно содержать привод, соединенный с закрывающим элементом и управляемый блоком управления, для выборочной установки закрывающего элемента на отверстии входа или в стороне от него. Кроме того, инструмент может дополнительно содержать передачу между приводом и закрывающим элементом, выполненную с возможностью выборочного перемещения подвижного закрывающего элемента на отверстие входа или в сторону от него. Если такая передача имеется, инструмент может содержать по меньшей мере два управляемых клапана, каждый из которых содержит подвижный закрывающий элемент, соединенных с передачей и через неё с приводом, причем указанные передача и привод являются общими для подвижных закрывающих элементов. Кроме того, инструмент может иметь особенности, заключающиеся в том, что отверстия входа множества камер выровнены относительно друг друга, и по меньшей мере два подвижных закрывающих элемента расположены на несущем элементе, являющемся частью передачи.
Инструмент согласно дополнительному или альтернативному варианту осуществления изобретения может также быть выполнен так, чтобы насос содержал цилиндрический корпус насоса с расположенными в нем камерами. В таком варианте выполнения с также выровненными отверстиями входа инструмент может быть выполнен с каналами входа камер, радиально или аксиально ориентированными относительно цилиндрического корпуса насоса, причем несущий элемент содержит вращаемое кольцо с расположенными на нем закрывающими элементами в аксиальной, соответственно, радиальной ориентации, предназначенными для одновременного блокирования предварительно определенных каналов входа во время соответствующих полуциклов нагнетания соответствующих камер.
Инструмент согласно дополнительному или альтернативному варианту осуществления изобретения может быть также выполнен таким образом, что по меньшей мере одна камера содержит выходящую наружу канавку в области входа канала входа в камеру.
Инструмент согласно дополнительному или альтернативному варианту осуществления изобретения может содержать поворотную пластину, установленную на валу насоса и соединенную с плунжерами в камерах насоса. В таком варианте осуществления по меньшей мере один из плунжеров в камерах насоса может выступать из своей камеры, причем конец плунжера, упирающийся в поворотную пластину, содержит выступ, выступающий наружу относительно камеры и имеющий, например, закругленную, коническую форму, или форму усеченного конуса, или пирамидальную форму, или форму усеченной пирамиды для оптимального выравнивания сил и направления плунжера в камеру или из камеры.
В инструменте согласно дополнительному или альтернативному варианту осуществления изобретения насос и двигатель могут быть установлены на общем валу, содержащем общую опору вала.
Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ работы портативного инструмента, выполненного с возможностью перемещения его людьми, пользователями и/или операторами и содержащего:
двигатель;
емкость для текучей среды;
насос, соединенный с емкостью и двигателем;
рабочий цилиндр, соединенный с выходом насоса; и
приводной компонент инструмента, соединенный с рабочим цилиндром;
датчик в спасательном инструменте, соединенный с любым одним или более из следующих компонентов: двигатель, емкость, насос, рабочий цилиндр и инструмент;
по меньшей мере один управляемый клапан в гидравлическом контуре, образованном емкостью, насосом и рабочим цилиндром;
причем указанный способ включает в себя этап, на котором выборочно по меньшей мере существенно блокируют или открывают любой канал для текучей среды в гидравлическом контуре посредством управляемого клапана.
Указанный способ может включать в себя блокирование или открытие любого канала для текучей среды в гидравлическом контуре посредством управляемого клапана на основании полученных от датчика сигналов измерений.
Указанный способ может включать в себя этап, на котором получают от пользователя входной сигнал на по меньшей мере существенное блокирование или открытие канала для текучей среды в гидравлическом контуре посредством управляемого клапана. Входной сигнал от пользователя может отменять настройку инструмента, отличающуюся от устанавливаемой блоком управления, или в качестве замены для блока управления.
После приведенного выше общего пояснения инструмента согласно вариантам осуществления изобретения в соответствии с общими понятиями, соответствующими формуле изобретения, далее приведено более подробное описание конкретных вариантов осуществления изобретения со ссылками на чертежи. Как было указано выше, особенности конкретных вариантов осуществления изобретения рассматриваются для того, чтобы сделать изобретение понятным для специалиста в данной области техники, но ни один из вышеупомянутых конкретных вариантов осуществления не должен рассматриваться как накладывающий какие-либо ограничения на объем патентной защиты для узлов согласно вариантам осуществления изобретения, определяемый, в частности, независимыми пунктами формулы изобретения. Следует отметить также, что на различных чертежах одинаковые аспекты, элементы, функции и компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями, даже если рассматриваются различные варианты осуществления.
На фиг. 1 показано разжимное устройство в качестве спасательного инструмента согласно возможному варианту осуществления изобретения, вид в перспективе;
на фиг. 2 – разжимное устройство, показанное на фиг. 1, но в частично раскрытой конфигурации, вид в перспективе;
на фиг. 3 – инструмент и его система управления согласно изобретению, блок-схема;
на фиг. 4 – инструмент согласно варианту осуществления изобретения, более детальный вид;
на фиг. 5 и 6 – насос, размещенный на общем валу двигателя и насоса в инструменте, показанном на фиг. 4, более детальный вид;
на фиг. 7 – показанный на фиг. 5 и 6 насос на валу с управляемым клапаном для подачи в цилиндр текучей среды под давлением различными камерами насоса;
на фиг. 8 – вариант выполнения, аналогичный показанному на фиг. 7, но с дополнительными и другими компонентами;
на фиг. 9 – толкатель согласно альтернативному варианту осуществления изобретения с удлиняющими элементами, которые могут быть использованы на толкателе;
на фиг. 10 и 11 – различные варианты выполнения, позволяющие избежать использования управляемого клапана повышенной прочности для закрывания клапана выходного отверстия; и
на фиг. 12 – характеристики наклона инструмента согласно изобретению.
На фиг. 1 и 2 показано известное разжимное устройство 101. На фиг. 9 показан толкатель 41. Инструменты 101,41 приведены (лишь в качестве примера) в виде спасательных инструментов, но, согласно изобретению, они могут быть гидравлическими инструментами любого другого типа, и в качестве варианта, изобретение может быть применено для режущего инструмента, толкателя, аналогичного рассматриваемому далее, и т.п. Принципы изобретения могут быть использованы не только в спасательных инструментах, но и в инструментах других типов, например, для гидравлических силовых инструментов, для которых преследуется цель достижения компактности, например, при разработке портативного и/или автономного инструмента.
Разжимное устройство 101 содержит корпус 102 разжимного устройства, при необходимости образующий конструкцию разжимного устройства 101. Корпус 102 упоминается как образующий конструкцию в том смысле, что данная конструкция может объединять различные компоненты. Корпус 102 разжимного устройства содержит гидравлический рабочий цилиндр 109 и соединен с источником питания гидравлической системы соединителем 104, который может использоваться для приведения в действие цилиндра 109, как, например, в других вариантах выполнения, отличных от спасательных инструментов, например, в системах установки на рельсы, синхронных подъемных системах, салазках, системах разрушения, переработки отходов и т.п. Кроме того, к таким инструментам могут предъявляться требования, заложенные в изобретении, а именно, обеспечение малого веса и компактности, чтобы компоненты системы могли подниматься и перемещаться одним человеком. Однако предпочтительно, например, в вариантах осуществления для спасательных инструментов, чтобы эти инструменты были портативными и/или даже автономными, как описано в рассматриваемых далее вариантах. Рассматриваемый инструмент дополнительно содержит встроенный насос и соответствующий электродвигатель, а также аккумулятор для питания электродвигателя и источник питания для зарядки аккумулятора. Предоставляя описание принципов работы приводимого в качестве примера разжимного устройства 101 как варианта выполнения инструмента согласно изобретению, закладывается основа для рассматриваемых далее вариантов выполнения с более явно раскрытыми отличительными признаками согласно формуле изобретения.
Из рабочего цилиндра 109 выходит плунжерный шток 111, который не виден на фиг. 1 и 2, но показан на фиг. 3. Плунжерный шток 111 передачей 110 соединен с двумя поворотными приводными плечами 105 и 106, соединенными с возможностью поворота с вилкой 112 в местах 107 и 108 поворота.
При приведении в действие рабочего цилиндра 109 для выдвижения плунжерного штока 111 передача 110 выталкивает плечи 105 и 106 наружу, которые в показанной конфигурации поворачиваются наружу относительно мест 107, 108 поворота на вилке 112, и раздвигают в стороны любые внешние элементы, например, части поврежденного в результате аварии автомобиля. Понятно, что другая передача может быть использована для другого типа спасательного инструмента, такого как ножницы, в котором приводные плечи 105, 106 заменены режущими пластинами, при приведении в действие сходящимися вместе и разрезающими части поврежденного автомобиля. Такие режущие пластины, приводные плечи 105, 106 и/или другие элементы являются приводными компонентами инструмента, которые могут быть соединены с плунжерным штоком 111 рабочего цилиндра 109.
Как показано на фиг. 3, инструмент может содержать насос 113, соединенный с рабочим цилиндром 109 или цилиндром 1 на последующих фигурах через клапанный блок 114, выполненный с возможностью направлять поток текучей среды в верхнюю или нижнюю камеру цилиндра 1, 109, и/или в бак или емкость 26. Блок 13 управления подает управляющие сигналы на клапанный блок 114, насос 113 и двигатель 16. Двигатель 16 содержит статор 14 и ротор 15 и электрически соединен с аккумулятором 24 и механически соединен с насосом 113. Зарядка аккумулятора может производиться через зарядный контур 115, а насос 113 может быть реверсивным. Даже если текучая среда под давлением подается снаружи или откачивается из рабочего цилиндра 1, 109 или обеспечивается узлом насоса и двигателя, встроенным в инструмент, инструмент может содержать блок 13 управления для управления двигателем 16 и/или насосом 113 и/или для управления рабочим цилиндром 1, 109 с помощью клапанного блока 114. В показанной на фиг. 3 блок-схеме согласно варианту осуществления блок 13 управления осуществляет управление клапанным блоком 114 для открывания или закрывания выбранных соединений с цилиндром 1, 109 и с баком или емкостью 26, в зависимости от требуемой величины усилия выдвижения или втягивания, причем выбор требуемого уровня усилия может зависеть от большого количества дополнительных внутренних или внешних обстоятельств.
Инструмент 101 может содержать множество датчиков 52, соединенных с блоком 13 управления, для получения информации, на основании которой блок 13 управления может производить адаптацию по меньшей мере двигателя 16 и/или насоса 113 и/или клапанного блока 114. В таком варианте осуществления любой из датчиков 52 может быть выполнен с возможностью измерения и предоставления информации по меньшей мере по одному рабочему параметру из группы, включающей в себя: давление текучей среды от насоса, потребляемый двигателем ток, число оборотов двигателя в единицу времени, крутящий момент, выдаваемый двигателем, мощность, передаваемая и/или потребляемая двигателем, заряд аккумулятора, если инструмент содержит аккумулятор, угловое положение двигателя, положение плунжерного штока 6, 111 в рабочем цилиндре 1, 109, аппроксимирование максимального выдвижения плунжерного штока 6, 111 из рабочего цилиндра 1, 109, температура окружающей среды, температура текучей среды, температура двигателя, сопротивление двигателя, сопротивление текучей среды, наличие компонента 105, 106 инструмента, наличие удлиняющего его элемента 42, соединение с сетью электропитания, проникновение воды в инструмент, низкий уровень заряда аккумулятора, если инструмент содержит аккумулятор, и т.п.
Эти и другие внутренние и внешние параметры и обстоятельства позволяют блоку 13 управления оптимизировать выбранный уровень усилия, соответствующий внутреннему состоянию инструмента 101 или внешним параметрам. Например, если двигатель 16 начинает перегреваться, выбор более низкого уровня создаваемого усилия может позволить продолжить выполняемую работу и даже закончить её с более низким уровнем создаваемого усилия и/или темпа. Например, изобретение позволяет использовать меньшее количество насосных камер (как будет показано далее) за счет соответствующего управления насосом 113, обеспечиваемого блоком 13 управления, позволяя снизить создаваемый крутящий момент и уменьшить количество тепла, выделяемого двигателем. Таким образом, уровень создаваемого усилия может быть сохранен, а частота вращения может быть уменьшена.
В качестве еще одного примера функциональных возможностей, обеспечиваемых изобретением, следует отметить, что когда плунжерный шток 6, 111 приближается к полному выдвижению, блок 13 управления может уменьшать выдвигающее усилие до более низкого уровня и даже свести к нулю при максимальном выдвижении, чтобы избежать повреждения рабочего цилиндра 1, 109 или других внутренних или внешних компонентов. На максимальную степень выдвижения плунжерного штока 6, 111 может влиять удлиняющий элемент 42, соединение 43 и/или вилка 44 на или вместо приводного компонента 105, 106 инструмента, в случае, например, толкателя. Наличие удлиняющего элемента 42 может даже сообщаться процессору посредством сигнала, передаваемого по проводу или посредством беспроводной связи. После этого блок 13 управления может учитывать длину выдвижения инструмента для увеличения или уменьшения усилия и/или частоты вращения, например, когда дополнительно имеющийся датчик на удлиняющем элементе 42 обнаруживает приближающуюся границу диапазона перемещения перед препятствием, например, перед балкой или стойкой поврежденного автомобиля. После того, как препятствие будет ликвидировано, усилие снова может быть увеличено. Следует отметить, что такие варианты осуществления с интеллектуальными удлиняющими элементами, указывающими на свое наличие на инструменте, или даже с дополнительными датчиками на таком удлиняющем элементе, например, с датчиком близости, все должны рассматриваться как самостоятельные изобретения даже без признаков, раскрываемых в независимом пункте.
Как показано на фиг. 1 и 2, соединитель 104 может содержать рукоятку 141 с пользовательскими средствами 140 ввода, например, для изменения направления движения приводного компонента 105, 106 инструмента. Кроме того, рукоятка 141 может быть выполнена с возможностью вращения, обнаруживаемого посредством датчика, чтобы обеспечить пользователю/оператору возможность увеличить скорость или усилие путем поворота рукоятки 141 вправо или влево. Таким образом, пользователь может активно управлять функциями инструмента, а блок 13 управления дает возможность пользователю вводить настройки инструмента, если внутренние или внешние параметры не ограничивают введение этих настроек инструмента, например, для его защиты от повреждения или неисправности. Например, если пользователем/оператором подана команда на увеличение скорости или усилия, но двигатель приближается к своей предельно допустимой температуре, указанный входной сигнал от пользователя на увеличение усилия может быть проигнорирован или заменен блоком 13 управления.
Таким образом, изобретение обеспечивает такую степень автоматического и пользовательского управления инструментом 101 и 41, которая была немыслима до изобретения.
Как более подробно показано на фиг. 4 – 8 (те же принципы которых могут быть применены и для показанного на фиг. 9 толкателя 41), разжимное устройство 101 содержит цилиндр 1, имеющий уплотнение 2, более конкретно, динамическое уплотнение, причем в цилиндр 1 втянут шток 3. Через шток 3 проходит нагнетательная линия 4, выходящая в камеру перед головкой 8, соединенной со штоком 3, и еще одна нагнетательная линия 5 выходит в дополнительную камеру внутри цилиндра 1 за головкой 8; указанные камеры разделены головкой 8 и уплотнением 7, окружающим головку 8.
Соответственно, плунжерный шток 6 цилиндра может втягиваться и выталкиваться, в зависимости от того, в какую камеру производится подача текучей среды под давлением.
В цилиндр 1 подается текучая среда под давлением от насоса, содержащего цилиндрический плунжерный корпус 9 насоса, образующий часть корпуса 12 насоса, причем плунжерный корпус насоса образует камеры, в каждой из которых установлен плунжер 28, 50 насоса (более подробно показано, например, на фиг. 5). Камеры проходят аксиально, причем плунжеры 28, 50 насоса выполнены с возможностью аксиального и цикличного перемещения в них, впуски или отверстия 30 всасывания для подачи гидравлической текучей среды к отдельным камерам проходят радиально относительно цилиндрического плунжерного корпуса 9. Когда плунжер 28, 50 насоса проходит мимо отверстия 30 всасывания вперед или половину цикла нагнетания, сам плунжер 28, 50 насоса начинает действовать как обратный клапан, предотвращая возможность вытеснения текучей среды обратно в емкость 26 через отверстие 30 всасывания. Для обеспечения надлежащего заполнения камер, когда плунжеры 28, 50 находятся во втянутом положении, камеры содержат кольцевую канавку 29 всасывания.
Вокруг плунжерного корпуса 9 насоса корпуса 12 насоса установлено ступенчатое кольцо 10. Как показано на фиг. 7, ступенчатое кольцо 10 может вращаться вокруг плунжерного корпуса 9 насоса, и на нем имеются закрывающие створки, выступы или закрывающие элементы 49, действующие как управляемые клапаны, перекрывающие поступление текучей среды во множество выбранных камер на половине цикла всасывания низкого давления плунжеров 28, 50 насоса. Поскольку плунжеры 28, 50 насоса сами действуют как обратные клапаны для тяжелых режимов работы, не позволяя вытеснять текучую среду обратно в емкость 26, управляемые клапаны 49 могут быть выполнены очень легкими и простыми по конструкции, например, в виде гибких выступов 49, расположенных на ступенчатом кольце 10. Эти выступы распределены по периферии ступенчатого кольца 10 так, что предварительно определенным количеством камер производится или не производится подача текучей среды под давлением в цилиндр 1. Для этого ступенчатое кольцо 10 может вращаться вокруг плунжерного корпуса 9 насоса, закрывая или открывая предварительно определенное количество отверстий 30 всасывания. Посредством блока 13 управления ступенчатый двигатель 11 осуществляет определение положения ступенчатого кольца 10, более конкретно, выступов 49, с целью перекрывания требуемого количества отверстий 30, чтобы текучая среда под давлением не выходила из них в цилиндр 1. Блок 13 управления может определять, какие камеры и какое количество камер будут работать в данный момент, в зависимости от количества внутренних и внешних факторов и измерений. На основании этих данных блок 13 управления может управлять ступенчатым двигателем 11, чтобы устанавливать ступенчатое кольцо 10 и его выступы 49 с перекрытием требуемых отверстий 30 всасывания и требуемого количества отверстий 30 всасывания. Для этого блок 13 управления может получать входные данные от множества возможных датчиков и детекторов 52, что позволяет осуществлять значительное автоматическое управление инструментом, а также дает возможность практичного ввода данных пользователем.
Плунжеры 28, 50 насоса в плунжерном корпусе 9 насоса приводятся в движение двигателем 16, содержащим статор 14 и ротор 15 и установленным на общем валу 21 с насосом 113, причем насос 113 и двигатель 16 установлены на указанном общем валу 21 в непосредственной близости друг от друга. Общий вал 21 является единым, т.е. цельным компонентом без какой-либо промежуточной муфты или передачи, причем насос и двигатель установлены на данном валу в непосредственной близости друг к другу. Насос также установлен на валу 21, что обеспечивает компактную конструкцию. Вал 21 установлен на группе подшипников 20, 22. Поворотная пластина 51, установленная на поворотном подшипнике, шарики которого расположены в несущей пластине 53, установлена на валу 21, и при вращении вала 21 двигателем 16 последовательно приводит в действие плунжеры 28, 50 насоса, которые совершают циклическое движение на половину цикла всасывания и на половину цикла нагнетания, которые, вследствие аксиального расположения камер насоса, происходят последовательно.
Как показано на фиг. 5 – 7, плунжеры 28, 50 насоса имеют закругленную головку 54 и ограничительный элемент 61 для соединения с удерживающей плунжеры пластиной 36, 48 в пазовых отверстиях. Головки 54 плунжеров 28, 50 могут иметь и другие формы, например, коническую, форму усеченного конуса, пирамидальную, форму усеченной пирамиды и т.п. В частности, головки 54 плунжеров 28, 50 могут быть коническими с закругленной, гофрированной или слегка выпуклой формой. Как видно из фиг. 6, при угле силового воздействия, когда поворотная пластина 51 вращается на валу 21 двигателем 16, оптимальная передача усилия достигается по вектору 37 силы, проходящему через точку 38 взаимодействия с образованием результирующего вектора 39 силы для получения вектора 40 усилия текучей среды. Вследствие формы головок 54 плунжеров 28, 50, радиальная составляющая усилия прикладывается в точке 38 взаимодействия в камере 33, обеспечивая тем самым оптимальное направление плунжеров 28, 50 в ней. В вариантах выполнения с формами головок 54, в которых точка взаимодействия располагается снаружи камеры 33, длину плунжеров 28, 50 необходимо увеличить, чтобы компенсировать обусловленный этим эффект наклона. Поворотная пластина 51 перекатывается или следует за контуром закругленных головок 54 плунжеров 28, 50. Таким образом, практически все усилие, создаваемое двигателем 16 и передаваемое с помощью поворотной пластины 51 на плунжеры 28, 50 насоса, преобразуется в прямолинейное усилие, направление которого совпадает с направлением циклического перемещения плунжеров 28, 50.
При необходимости вал 21 может быть дополнительно соединен с вентилятором (не показан) для пропускания потока воздуха сквозь инструмент. Создаваемый таким образом поток воздуха может способствовать охлаждению инструмента. В таком варианте осуществления необходимо иметь отверстие для входа воздуха, траекторию воздушного потока вдоль вентилятора и отверстие для выпуска воздуха. Однако в таком варианте выполнения существует риск проникновения текучей среды или по меньшей мере влажности, для чего может иметься датчик 52 для определения уровня текучей среды/влажности, позволяющий блоку 13 управления настраивать работу инструмента с учетом определенного уровня текучей среды/влажности. Кроме того, может иметься фильтр для предотвращения проникновения в инструмент частиц, которые могут затруднить охлаждение в случае засорения пути воздушного потока через инструмент вдоль вентилятора.
В варианте выполнения, показанном на фиг. 5, 6, выпускные отверстия камер 33 ведут к запорному или обратному клапану 31, содержащему подпружиненный шарик 34 в седле 32, который выталкивается из седла 32 во время полуциклов нагнетания плунжеров текучей средой, вытесняемой из камер 33 плунжерами 28, 50.
Пружина 35 установлена вокруг вала 21 между собственным седлом и несущей пластиной 53 или удерживающей плунжеры пластиной 36, 48, причем несущая пластина 53 удерживает шарики поворотного подшипника между поворотной пластиной 51 и плунжерами 28, 50, чтобы прижимать несущую пластину 53 к поворотной пластине 51. Удерживающая плунжеры пластина 36, 48 может быть прикреплена к несущей пластине 53.
На фиг. 7, 8 и 10 схематично и в частично открытом виде показан принцип работы компактного узла двигателя 16 и насоса, установленных на общем валу 21.
Удерживающая плунжеры пластина 36, 48 прикреплена к несущей пластине 53 и не вращается вместе с валом 21, а поворотная пластина 51 прикреплена к валу 21 и вращается вместе с ним. В конфигурации, показанной на фиг. 7, 8, 10, поворотная пластина 51 установлена на валу 21 и вращается вместе с ним. Если поворотная пластина 51 имеет переднюю поверхность с волнистой по окружности или изогнутой поверхностью, это обеспечивает передачу частоты вращения двигателя 16 к циклам плунжеров, например, с передаточным отношением два, когда передняя поверхность поворотной пластины 51 имеет два выступа вперед (в сторону плунжеров 28, 50) и два углубления назад. Однако в более простом варианте выполнения обращенная к плунжерам 28, 50 передняя поверхность поворотной пластины 51 содержит один синусоидальный период, т.е. один выступ и одно углубление, при одном полном прохождении по окружности передней поверхности. Последний вариант выполнения показан на чертежах, в котором для чистого результата передняя поверхность поворотной пластины 51, обращенная к плунжерам 28, 50, является плоской и расположена с наклоном относительно продольной оси вала 21.
Ступенчатое кольцо 10 содержит выступы или закрывающие элементы 49, предназначенные для закрывания впускного отверстия 30 всасывания по меньшей мере одной камеры, в зависимости от положения кольца 10. Это положение определяется блоком 13 управления и устанавливается под управлением блока 13 управления через ступенчатый двигатель 11. Любое количество внутренних и внешних датчиков, таких как датчик 52, определяющих поступление текучей среды в отверстия 30, и, следовательно, давление и поток текучей среды, выводимые насосом, а также пользовательские средства 140, 141 ввода, могут служить для блока 13 управления основой для определения положения ступенчатого кольца 10, и таким образом, определения количества участвующих в работе камер 33, вносящих вклад в производительности насоса, путем установки вышеупомянутых выступов или закрывающих элементов с перекрытием отверстий 30 определенного количества камер, которые не должны участвовать в работе. В зависимости от универсальности ступенчатого кольца или от альтернативного варианта выполнения управляемых клапанов, отдельные камеры могут быть назначены для участия в работе, или нет, и тогда может обеспечиваться равномерное распределение участвующих камер по окружности плунжерного корпуса 9 насоса, чтобы также равномерно распределить по нему силы и нагрузки. В этом плане, расположение выступов или закрывающих элементов 49 на ступенчатом кольце относительно отверстий 30 камер может быть оптимизировано. Отдельные выступы могут закрывать более чем одно отверстие 30 множества камер.
Таким образом, компактная конструкция обеспечивается общим валом 21, а также простейшим решением, позволяющим определить, какое количество и какие именно камеры 33 будут вносить вклад в производительность насоса, без необходимости применения тяжелых клапанов для закрытия выпускных отверстий с преодолением давления в выпускных отверстиях, если бы простейшие по конструкции закрывающие выступы или закрывающие элементы 49 на выпускных отверстиях были заменены такими клапанами.
Альтернативная конфигурация для решения той же самой задачи показана на фиг. 11.
В данном варианте осуществления двигатель 55 выполнен с возможностью под управлением блока 13 управления выдвигать палец 58 для принудительного открытия запорного или обратного клапана 56 в обводном канале 57 от выпускного отверстия камеры 33 насоса к емкости 26, чтобы предотвратить поток текучей среды из камеры 33 в цилиндр 1, 109, и, тем самым, устранить её вклад в общую производительность насоса, и в то же время, по-прежнему избежать применения клапана для тяжелых режимов работы на данном выпускном отверстии камеры. Следует отметить также, что применение клапанов для тяжелых режимов работы, установленных между выпускными отверстиями камер насоса и цилиндром 1, 109, не исключается из объема изобретения согласно по меньшей мере некоторым из зависимых и даже независимых пунктов формулы.
В показанном на фиг. 11 варианте выполнения текучая среда в камеру 33 поступает из емкости 26 по тому же самому обводному каналу 57 во время полуцикла всасывания плунжера 28, 50, открывая запорный или обратный клапан в зависимости от силы всасывания плунжера 28, 50. Альтернативно, может иметься параллельный канал, ведущий из емкости 26 в камеру 33.
Предпочтительно, в канале между камерой 33 и цилиндром 1, 109 установлен дополнительный запорный или обратный клапан 62. Такой запорный или обратный клапан также может иметься в варианте выполнения, показанном на фиг. 10.
Снова обращаясь к фиг. 4, видно, что инструмент 101 содержит аккумуляторный корпус 23, в котором установлены несколько аккумуляторных элементов 24. Аккумуляторный корпус 23 и аккумуляторные элементы 24, а также емкость 26 могут быть установлены вокруг цилиндра 1 для обеспечения компактности конструкции, а также с целью передачи тепла от двигателя 16 и цилиндра 1, 109. Таким образом, емкость 26 и находящаяся в нем гидравлическая текучая среда, такая как гидравлическое масло, в данном варианте осуществления могут способствовать рассеиванию и распределению по инструменту тепла, генерируемого двигателем и/или насосом, что позволяет увеличить эффективное время работы инструмента. Дополнительно или альтернативно, в конструкции может иметься теплоприемник, также окружающий цилиндр 1, 109.
В описанном выше варианте осуществления в общем объеме цилиндра установлен ряд элементов. Эти элементы обеспечивают необходимое выдвижение/втягивание штока 111 в цилиндр 1, 109 и из него, с соответствующим приведением в движение через блок 13 управления.
На фиг. 9 в качестве альтернативного примера инструмента, в котором может быть применено изобретение, показан толкатель 41. Толкатель 41 может быть оснащен любым из ряда удлиняющих элементов 42A, 42B, устанавливаемых на плунжерном штоке 111 цилиндра или на заднем пальце 59. Для установки одного из удлиняющих элементов 42A, 42B на плунжерный шток 111 или на задний палец 59, каждый из удлиняющих элементов 42A, 42B содержит соединитель 43A, 43B. Удлиняющие элементы 42A, 42B имеют разную длину; более короткий удлиняющий элемент 42B содержит вилку 44, а более длинный удлиняющий элемент 42A содержит палец 60. Может иметься датчик для обнаружения наличия какого-либо из удлиняющих элементов 42A, 42B на штоке 111 или на заднем пальце 59. Удлиняющий элемент 42A или 42B может содержать проводное или беспроводное средство связи, чтобы сообщать о своем присутствии инструменту 41, в частности, его блоку 13 управления. Наличие или отсутствие какого-либо из удлиняющих элементов может приводить к выбору блоком 13 управления другого режима работы, так же, как и давление на выходе насоса, определяемое датчиком 52.
Изобретение позволяет гидравлическому инструменту ускоряться или замедляться в зависимости от внутренних или внешних факторов и/или входных сигналов от пользователя. Например, для ускорения или замедления можно измерить нагрузку. Для выбора скорости и/или мощности и/или создаваемой силы блок 13 управления может регулировать частоту вращения вала двигателя и количество участвующих в работе насосных камер, вносящих вклад в общую производительность насоса. Другие обстоятельства, например внутренние параметры, также могут быть приняты во внимание, такие как температура двигателя, для замедления инструмента, когда обнаруживается, что двигатель перегревается, но при замедлении работа может быть продолжена, и двигатель может быть защищен от возгорания. Для регулирования блоком управления рабочего состояния двигателя и/или насоса может использоваться любое количество датчиков и детекторов, таких как датчик 52 давления для измерения давления на выходе насоса, а также входные сигналы от пользователя.
В инструменте, в котором ускорение или замедление невозможно, как в известных подсоединяемых шлангом инструментах, скорость передачи должна выбираться так, чтобы при максимальном ожидаемом усилии цилиндра расчетный крутящий момент двигателя был достаточным и не превышался. В результате получается инструмент, который может также быть не в состоянии обеспечивать желаемую скорость, который можно сравнить с автомобилем, имеющим только первую передачу.
Согласно изобретению учитываются внутренние и внешние факторы, а также обеспечивается возможность подачи пользователем входных сигналов для изменения режима работы инструмента в плане ускорения или замедления, при этом избегая применения крупногабаритных запорных клапанов на выпускных отверстиях множества камер. Благодаря использованию запорного клапана на стороне всасывания и/или обводного канала на стороне выпуска (такого как управляемый клапан 56 в варианте выполнения, показанном на фиг. 11) для каждой из множества камер получается легкая, компактная, эффективная передача.
В вариантах выполнения с управляемыми клапанами для закрытия впускных отверстий, выбранных из множества насосных камер, во время полуцикла всасывания плунжеров, отдельно от нормального клапана для закрытия впускных отверстий во время полуцикла нагнетания плунжеров в камерах, выступы или закрывающие элементы даже не должны полностью закрывать впускные отверстия, а могут просто ограничивать поступление текучей среды в камеры. Для этого могут использоваться гибкие створки, выступы 49 или другие аналогичные элементы. Таким образом, ступенчатое кольцо 10 с закрывающими элементами или выступами 49 имеет простую конструкцию и может быть изготовлено с малыми затратами. Ступенчатый двигатель 11 при этом также должен быть очень дешевым, простым и малогабаритным.
В соответствии с принципами изобретения может быть представлено графическое пояснение линейно нарастающей характеристики инструмента, показанной на фиг. 12. Это позволяет учитывать как скорость, так и создаваемую силу, в то время как компактность инструмента может быть достигнута также за счет общего вала 21 двигателя и насоса, где рабочие объемы насоса, а также, возможно, двигателя, могут регулироваться с учетом внутренних и внешних факторов, а также, возможно, входных сигналов от пользователя.
На верхнем графике на фиг. 12 показана зависимость расхода Q (л/мин) насоса от давления p (бар), прямо пропорциональная скорости выдвижения плунжера 111 из цилиндра 1, 109. На нижнем графике представлена зависимость мощности P (Вт) двигателя от давления p в барах. Данные упрощенные графики приведены для насоса, содержащего 4 ступени с 8 камерами 33. Для любой ступени используется необходимое количество участвующих в работе камер 33, возможно, даже индивидуально выбранных, в то время как остальные камеры в работе не участвуют, в том смысле, что эти камеры либо обводятся, как на фиг. 11, либо их впускные (всасывающие) отверстия закрыты. В этом смысле, не участвующие в процессе камеры 33 можно считать «выключенными». Ясно, что блок 13 управления четырехступенчатого насоса может увеличивать или уменьшать количество участвующих камер 33, управляя управляемыми клапанами 49 или 56 каждой из камер 33. Это позволяет поддерживать мощность P двигателя на уровне ниже максимально допустимого значения, даже при непрерывном повышении или понижении давления p, как на нижнем графике фиг. 12, и скорости, зависящей от расхода Q, как на верхнем графике фиг. 12, посредством ступенчатого выборочного добавления или исключения участвующих камер 33. Блок 13 управления может понижать передачу или замедлять насос в направлении повышения или понижения давления p или скорости и расхода Q, в соответствии с характеристикой, показанной сплошной или пунктирной линией на фиг. 12; блок управления может выбирать наиболее подходящую характеристику в зависимости от замеренных или обнаруженных внутренних или внешних параметров.
Блок 13 управления выполнен с возможностью учета внутренних и внешних факторов для переключения количества участвующих в процессе камер 33. Такие факторы могут быть определены на основании сигналов, поступающих от датчиков или детекторов 52 параметров, а также на основании входных сигналов, подаваемых пользователем или оператором посредством пользовательских средств 140 ввода (которые могут быть выполнены в виде переключателей) и/или поворотной рукоятки 141, и т.п. Дополнительно или альтернативно, блок 13 управления может иметь возможность изменять давления переключения между ступенями, как показано на фиг. 12, что пояснено характеристическими графиками, показанными пунктирными линиями, в качестве альтернативы переключению в соответствии с характеристическими графиками, показанными сплошными линиями.
Чтобы избежать чрезмерной нагрузки на двигатель 16, необходимо ограничить крутящий момент, создаваемый двигателем 16, и силу тока аккумуляторных элементов 24, если они имеются в инструменте. Блок 13 управления обеспечивает электронное регулирование частоты вращения на основе характеристических графиков на фиг. 12 для конкретного варианта осуществления изобретения в соответствии с замеренными/обнаруженными параметрами и/или входными сигналами от пользователя/оператора. Это позволяет поддерживать мощность двигателя на уровне ниже максимальной при прохождении четырех ступеней нижнего графика на фиг. 12, что, в свою очередь, позволяет создать более простой, легкий и компактный двигатель меньшей мощности по сравнению с двигателем, который получился бы при использовании одноступенчатого насоса для создания давления в рабочем цилиндре.
В блоке 13 управления могут быть введены данные от датчиков 52 с информацией по крутящему моменту двигателя и силе тока от аккумулятора к двигателю, и тогда он уже сможет (даже без информации от каких-либо датчиков 52 давления, если они имеются) управлять любым из управляемых клапанов 49, 56 для приспосабливания передаточного отношения к этим параметрам, добавляя или исключая участвующие камеры 33, в соответствии с требуемым одним из графиков на фиг. 12.
Здесь следует отметить, что крутящий момент двигателя линейно зависит от силы тока, и датчик 52 напряжения может измерять напряжение двигателя, и при этом блок 13 управления сможет определять (на основании замеренного напряжения и силы тока двигателя) (остаточную) емкость аккумулятора, а если контролируется напряжение аккумулятора, сила тока также может быть определена.
Комбинированное управление двигателем 16 и (ступенчатым двигателем 11) управляемыми клапанами 49 или 56 посредством блока 13 управления, например, для установки ступенчатого кольца 10 в требуемое положение, предлагает множество новых полезных функциональных возможностей.
Регулирование частоты вращения, крутящего момента и передаточного отношения двигателя, как на фиг. 12, можно оптимизировать для достижения максимальной мощности и/или эффективности.
Регулирование можно легко изменить в соответствии с типом инструмента, пользователем или способом применения, что требует только разумно ограниченных настроек блока 13 управления и осуществляемого им электронного регулирования частоты вращения. Далее приведены несколько примеров:
- рабочее давление можно ограничить, если удлиняющий элемент добавлен к толкателю, как раскрыто выше относительно фиг. 9, причем датчик 52 может иметься для определения, действительно ли удлиняющий элемент присоединен к плунжеру 111 или заднему пальцу 59, который в таком случае представляет собой интеллектуальный удлиняющий элемент инструмента, или датчик близости, установленный на удлиняющем элементе, который может предоставлять информацию о приближении к стойке поврежденного в результате аварии автомобиля или какому-либо другому промежуточному препятствию;
- рабочее давление можно ограничить путем создания интегрированной опоры 44 толкателя, причем может иметься с датчик 52, выполненной с возможностью определения, действительно ли данная опора толкателя установлена на толкателе, что является еще одним возможным вариантом выполнения интеллектуального удлиняющего элемента инструмента, в результате чего такая интегрированная опора толкателя может стать альтернативой отдельной опоре толкателя, благодаря чему инструмент, в частности, толкатель на фиг. 9, сможет быстрее вводиться в действие и станет более безопасным в эксплуатации;
- рабочее давление может быть ограничено с целью защиты пользователя/оператора, но с предоставлением пользователю кнопки или переключателя отключения блокировки с целью специального включения повышенного давления; блок управления при этом позволяет включить максимальное давление, соответствующим образом адаптируя характеристические графики на фиг. 12, чтобы, например, временно увеличить рабочее давление, что при нормальной работе повышает безопасность для пользователя, который понимает, что включение повышенного давления сопряжено с дополнительным риском, но имеет возможность переключения на повышенные давления в случае необходимости, или пользователь может манипулировать ступенчатым кольцом вместо блока управления;
- широкий круг инструментов может быть оснащен, по существу, одним и тем же приводом, образованный по меньшей мере двигателем, насосом и блоком управления, в котором посредством простых настроек программного обеспечения блока 13 управления, определяющих электронное регулирование частоты вращения, меньшие инструменты могут демонстрировать более ограниченную частоту вращения, чем большие инструменты (в данном контексте понятия «меньшие» и «большие» предназначены для обозначения диапазонов их перемещения).
Инструменты согласно изобретению не требуют применения клапана ограничения давления, поскольку блок 13 управления/электронное регулирование частоты вращения может обеспечить, что безопасная рабочая частота вращения не будет превышена, в результате чего блок 13 управления может определять максимальное рабочее давление на основании крутящего момента двигателя и требуемой характеристики передачи, со ссылкой на ступени передачи на фиг. 12, на основании выбранного количества камер 33, для ускорения или замедления.
В отличие от этого, при использовании датчика 52 давления, сигнал замеренного давления от датчика 52 давления может быть выгодно использован для переключения ступеней, т.е. для определения количества камер 33, участвующих в работе насоса, и/или для замедления двигателя 16 с целью предотвращения повреждения инструмента путем предотвращения поступления избыточного давления от насоса.
Если или когда максимальный крутящий момент двигателя достигается при самом высоком рабочем давлении насоса, блок 13 управления может замедлить, уменьшить частоту вращения двигателя 16 или приостановить его работу с целью сохранения энергии по сравнению с клапаном ограничения давления или переключающим клапаном; кроме того, пользователь/оператор получает более заметную информацию о достижении максимальной мощности инструмента, поскольку пользователь/оператор получает вручную детектируемое предупреждение о том, что были достигнуты предельные значения рабочих параметров (пользователь/оператор может почувствовать замедление двигателя).
Как уже было указано выше, перегрев двигателя, а также аккумулятора, блока управления и насоса может быть обнаружен путем установки на инструмент соответствующих датчиков 52 температуры для блока управления, чтобы ограничивать силу тока двигателя при превышении допустимого значения температуры. Замедление при таких условиях можно назвать «снижением номинальных значений», что, в принципе, известно для инструментов предшествующего уровня техники, в которых данная функция осуществляется посредством гидравлических переключающих клапанов, в которых регулирование со снижением номинальных значений ограничивает крутящий момент двигателя до такой степени, что давление переключения гидравлических переключающих клапанов не может возникнуть, и инструмент при работе больше не создает большие усилия. Напротив, изобретение позволяет инструменту продолжать оставаться в рабочем состоянии даже при снижении номинальных значений, поскольку блок 13 управления может переключать насос на любую из его ступеней (комбинацию участвующих камер 33). Однако снижение номинальных значений включает уменьшение крутящего момента двигателя, и, следовательно, включает также уменьшение максимально достижимого рабочего давления и/или расхода и частоты вращения, но при этом инструмент все еще сохраняет свои функциональные возможности со значительно более высокими характеристиками, чем у инструментов известного уровня техники, которые выключаются полностью, что является нежелательным, в частности, для спасательных инструментов (но не только для них).
Согласно изобретению, переключение ступеней (т.е. изменение количества участвующих камер) может производиться по сигналу частоты вращения двигателя от датчика 52 частоты вращения двигателя, посылаемому в блок 13 управления. Если требуется или необходимо, блок 13 управления может затем ограничивать силу тока двигателя и, соответственно, крутящий момент двигателя, до определенного порогового значения. Например, соотношения между сигналами частоты вращения двигателя и достижимыми давлениями и/или расходами могут быть сохранены в памяти блока управления, чтобы при необходимости извлекать их оттуда и использовать в качестве основы при регулировании работы насоса. Когда нагрузка требует такого крутящего момента, блок 13 управления может понизить частоту вращения двигателя. Когда частота вращения двигателя превышает нижнее пороговое значение, камера 33 насоса «пропускается», т.е. «выключается». И наоборот, камера 33 может быть добавлена, чтобы участвовать в работе насоса, когда частота вращения двигателя превышает верхнее пороговое значение.
Потери в насосе в значительной степени определяются утечками по плунжеру в камере 33 и по стенке камеры. Наличие частиц в таком потоке при утечке могут приводить к износу плунжера и стенки камеры. Поскольку расход утечки увеличивается при повышении давления, камеры 33, переключаемые при смене ступеней (комбинаций участвующих камер), подвержены особенно значительному износу. Назначая альтернативные камеры для такого переключения ступеней при высоких давлениях, можно увеличить общий срок службы насоса. Назначая разные положения ступенчатого кольца 10 для одних и тех же ступеней (т.е. количества участвующих камер 33), можно сделать так, что на различных ступенях будут участвовать различные камеры, и, таким образом, срок службы насоса будет увеличен.
Если блок 13 управления запрограммирован для назначения чередующихся или вращающихся камер 33 и находящихся в них плунжеров для каждой ступени, ожидаемый срок службы насоса также будет увеличен. Для этого ступенчатое кольцо 10 может содержать соответствующее число выступов 49 соответствующего размера и может вращаться двигателем 11 под управлением блока 13 управления для установки различных положений при вращении, при которых выступы 49 включают и выключают различные камеры 33. Можно подумать о том, чтобы управление таким способом привода ступенчатого кольца 10 осуществлялось блоком 13 управления посредством самодиагностики с целью определения, не являются ли какие-либо из камер 33 подверженными повышенному износу. Если так, то другие камеры 33 и плунжеры в них могут быть выбраны для соответствующих ступеней с высокими давлениями и скоростями вращения, включая большее или меньшее количество камер 33. Самодиагностика может быть возможна, если блок 13 управления будет получить входные сигналы об инструменте в конечном положении плунжера рабочего цилиндра, с измерением рабочего давления, когда инструмент находится в своем конечном положении. Изношенные камеры 33/плунжеры можно обнаружить, определив, что максимальная мощность не достигается или достигается слишком медленно.
При сборке конечный пользователь или механик могут запускать программу начальной настройки инструмента, во время которой инструмент может быть подвергнут калибровке и для этого может работать в течение некоторого времени под нагрузкой. Для подключения к инструменту может быть предусмотрен внешний фильтр.
Конечный пользователь или механик могут запускать диагностическую программу для самодиагностики инструмента согласно изобретению. При такой диагностике блок 13 управления может проверять, достигаются ли требуемые давления на каждой из ступеней, или когда все плунжеры 28, 50 насоса находятся в положении минимального объема, определять, создается ли и как быстро создается плунжерами максимальное давление в камерах 33.
В известных инструментах частота вращения двигателя обычно всегда постоянна, но частота вращения двигателя может меняться, где, например, гидравлический клапан может использоваться для регулирования частоты вращения обычного инструмента. Однако при этом могут возникать потери снижения или отключения. В отличие от этого, согласно изобретению, блок 13 управления может регулировать частоту вращения двигателя без потерь снижения или отключения. Поскольку в указанном инструменте ступени насоса также находятся под управлением блока 13 управления, выбор ступени может быть выполнен в любой момент времени, и регулирование частоты вращения двигателя 16 также может быть учтено. Кроме того, требуемое значение скорости инструмента, вводимое пользователем посредством поворотной рукоятки 141, также может быть дополнительно учтено при выборе ступени насоса и частоты вращения двигателя.
Регулируемая частота вращения двигателя позволяет увеличить диапазон привода; за счет использования относительно низкого крутящего момента, двигатель может достигнуть максимальной частоты вращения, и пользователь может получить самую высокую скорость. Такая максимальная скорость может быть ограничена напряжением аккумулятора; при этом частота вращения двигателя и связанная с ней электромагнитная сила могут увеличиваться до тех пор, пока не наступит баланс с напряжением аккумулятора. Тем не менее, частоту вращения двигателя можно еще больше повысить путем ослабления электромагнитного поля. Поскольку на блок 13 управления поступает информация об используемой ступени насоса, ослабление электромагнитного поля может выборочно применяться на ступени с наибольшим объемом цикла. Затем на других ступенях недостаток, связанный с более низкой эффективностью вследствие ослабления поля, не проявляется, но на соответствующей ступени обеспечивается преимущество повышения скорости инструмента.
Канавка 29 у отверстия 30 обеспечивает улучшенное заполнение камеры 33, так что насос может функционировать должным образом даже на повышенных скоростях. Улучшение заполнения камеры может быть достигнуто также путем формирования множества входных каналов, но тогда все дополнительные входные каналы также должны блокироваться во время полуцикла нагнетания плунжера, чтобы предотвратить возвращение текучей среды в емкость или бак 26, и/или во время полуцикла всасывания плунжера для регулирования полного рабочего объема насоса, согласно отличительной части независимого п. 1 формулы изобретения, что делает получающуюся конструкцию насоса и/или клапанов, в частности, более сложной.
Конфигурация, показанная на фиг. 6, поясняет оптимизированную конструкцию головки плунжера, при которой действующая на плунжер результирующая боковая сила сводится к минимуму. При криволинейной форме головки 54 плунжера может быть получен больший радиус контакта, в результате чего уменьшается напряжение Герца, и улучшаются условия для эластогидродинамической смазки. Благодаря этому могут быть уменьшены потери трения на поворотной пластине 51 и в контакте между плунжером 28, 50 и камерой 33, за счет чего возможно применение более коротких плунжеров, и может быть получена еще более компактная конструкция насоса.
Удерживающая плунжеры пластина 36, 48 на фиг. 5 входит в зацепление с плунжерами в канавке 61, которую легче сформировать фрезерованием, чем увеличением диаметра плунжеров с формированием фланца для вхождения в зацепление с удерживающей пластиной 36, 48. Как показано на фиг. 7, отверстия 46 в удерживающей пластине для вхождения в зацепление с головками плунжеров, имеют форму ключевой скважины. Это позволяет легко установить удерживающую пластину после вставления плунжеров 28, 50 в камеры 33. Кроме того, это улучшает контакт между плунжерами и удерживающей пластиной 36, 48 при заполнении камер 33. Как вариант, удерживающая пластина иметь прорези, проходящие радиально внутрь, для вхождения в зацепление с головками плунжеров, что позволяет разместить большее количество камер по окружности плунжерного корпуса 9 насоса. Конфигурация с удерживающей пластиной является более компактной, чем конфигурация с применением пружин на плунжерах, а также является более жесткой, позволяя использовать более высокие рабочие скорости.
Показанная на фиг. 5 пружина 35 между плунжерным корпусом 9 насоса и удерживающей плунжеры пластиной 36, 48 представляет собой упрощение и способствует получению более компактной конструкции, обеспечивая больше места для пружины 35.
Описанные выше многочисленные особенности были рассмотрены в сочетании с преимуществами, которые они обеспечивают относительно альтернативных вариантов. Кроме того, портативный инструмент согласно изобретению, часто упоминавшийся выше в варианте спасательного инструмента, может являться пригодным/быть применимым и для других целей, в других вариантах выполнения, например, в системах установки на рельсы, синхронных подъемных системах, салазках, системах разрушения, переработки отходов и т.п. Однако альтернативы для особенностей, определяемых в различных пунктах формулы изобретения, которые могут быть менее предпочтительными, также охватываются объемом изобретения, как это указано в формуле изобретения, где таким образом охватываются и другие альтернативы для конкретно раскрываемых особенностей, и объем изобретения определяется лишь пунктами формулы изобретения и может также включать, по меньшей мере для некоторых юрисдикций, очевидные альтернативные варианты для заявленных особенностей.
1. Портативный инструмент, выполненный с возможностью перемещения его людьми, пользователями и/или операторами, содержащий:
двигатель;
емкость для текучей среды;
насос, соединенный с емкостью и двигателем;
рабочий цилиндр, соединенный с выходом насоса; и
приводной компонент инструмента, соединенный с рабочим цилиндром;
отличающийся тем, что содержит:
датчик в указанном спасательном инструменте, соединенный с любым одним или более из следующих компонентов: указанный двигатель, указанная емкость, указанный насос, указанный рабочий цилиндр и указанный инструмент;
блок управления, выполненный с возможностью принимать сигналы измерений от датчика; и
по меньшей мере один управляемый клапан в гидравлическом контуре, образованном емкостью, насосом и рабочим цилиндром, соединенный с блоком управления, причем управляемый клапан и блок управления выполнены с возможностью выборочно по меньшей мере существенно блокировать или открывать любой канал для текучей среды в гидравлическом контуре.
2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что насос содержит множество камер, каждая из которых содержит канал входа текучей среды, проходящий от емкости в камеру, для подвода текучей среды, отверстие выхода текучей среды под давлением и плунжер;
причем двигатель выполнен с возможностью циклического перемещения плунжера в камере для подачи текучей среды из емкости через канал входа в камеру во время полуцикла всасывания плунжера и для принудительного вытеснения текучей среды через отверстие выхода во время полуцикла нагнетания плунжера, причем канал входа во время полуцикла нагнетания плунжера блокируется; и
управляемый клапан выполнен с возможностью выборочного по меньшей мере существенного блокирования канала входа по меньшей мере одной из множества камер насоса во время по меньшей мере части полуцикла всасывания плунжера независимо от цикла плунжера.
3. Инструмент по п. 2, отличающийся тем, что клапан выполнен с возможностью блокирования канала входа во время полуцикла нагнетания плунжера, в частности, посредством механической связи с плунжером и посредством его циклического движения, а между емкостью и клапаном установлен управляемый клапан.
4. Инструмент по п. 2 или 3, отличающийся тем, что управляемый клапан выполнен с возможностью блокирования канала входа по меньшей мере во время полуцикла нагнетания плунжера.
5. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что насос содержит множество камер, каждая из которых содержит канал входа текучей среды, проходящий от емкости в камеру для подвода текучей среды, отверстие выхода текучей среды под давлением и плунжер;
причем двигатель выполнен с возможностью циклического перемещения плунжера в камере для подачи текучей среды из емкости через канал входа в камеру во время полуцикла всасывания плунжера и для принудительного вытеснения текучей среды через отверстие выхода во время полуцикла нагнетания плунжера, причем канал входа во время полуцикла нагнетания плунжера блокируется; и
причем обводной канал от отверстия выхода текучей среды к емкости содержит управляемый клапан, выполненный с возможностью выборочного открытия обводного канала по меньшей мере одной из множества камер насоса во время по меньшей мере части полуцикла нагнетания плунжера независимо от цикла плунжера.
6. Инструмент по п. 5, отличающийся тем, что канал входа текучей среды содержит обводной канал и управляемый клапан обеспечивает практически беспрепятственный вход текучей среды, всасываемой в камеру во время полуцикла всасывания плунжера, например запорный или обратный клапан.
7. Инструмент по любому из пп. 1 – 6, дополнительно содержащий по меньшей мере один датчик параметра, передающий в блок управления информацию для регулирования в соответствии с ней двигателя и/или управляемого клапана, причем датчик выполнен с возможностью измерения и предоставления информации по меньшей мере по одному параметру из группы, включающей в себя: давление текучей среды от насоса, потребляемый двигателем ток, число оборотов двигателя в единицу времени, крутящий момент, выдаваемый двигателем, мощность, передаваемая и/или потребляемая двигателем, заряд аккумулятора, если инструмент содержит аккумулятор, угловое положение двигателя, положение и/или перемещение плунжера в рабочем цилиндре, аппроксимирование предварительно определенного выдвижения плунжера из рабочего цилиндра, такое как максимальное и/или минимальное выдвижение, температура окружающей среды, температура текучей среды, температура двигателя, сопротивление двигателя, сопротивление текучей среды, положение управляемого клапана, входной сигнал от пользователя и/или оператора и т.п.
8. Инструмент по п. 6 или 7, дополнительно содержащий по меньшей мере один детектор, передающий в блок управления информацию для регулирования в соответствии с ней двигателя и/или клапана, причем детектор выполнен с возможностью определения и предоставления информации по меньшей мере по одному параметру из группы, включающей в себя: наличие компонента инструмента и/или удлиняющего его элемента, соединение с сетью электропитания, проникновение воды в инструмент, низкий уровень заряда аккумулятора, если инструмент содержит аккумулятор, и т.п.
9. Инструмент по любому из пп. 1 – 8, отличающийся тем, что насос содержит по меньшей мере две камеры и по меньшей мере один управляемый клапан для выборочного по меньшей мере существенного блокирования канала входа или открытия обводного канала по меньшей мере одной из двух камер насоса во время по меньшей мере части соответствующих полуциклов всасывания или нагнетания плунжеров.
10. Инструмент по п. 9, отличающийся тем, что управляемый клапан согласовывается с более чем одним из каналов входа или обводных каналов для закрытия или, соответственно, открытия максимального количества более чем одного каналов входа текучей среды или обводных каналов.
11. Инструмент по любому из пп. 1 – 10, отличающийся тем, что канал входа содержит отверстие входа в камеру, а управляемый клапан – подвижный закрывающий элемент, выполненный с возможностью выборочного закрытия или открытия отверстия входа.
12. Инструмент по п. 11, дополнительно содержащий привод, соединенный с закрывающим элементом и управляемый блоком управления, для выборочной установки закрывающего элемента на отверстии входа или в стороне от него.
13. Инструмент по п. 12, дополнительно содержащий передачу между приводом и закрывающим элементом, выполненную с возможностью выборочного перемещения подвижного закрывающего элемента на отверстие входа или в сторону от него.
14. Инструмент по п. 13, содержащий по меньшей мере два управляемых клапана, каждый из которых содержит подвижный закрывающий элемент, соединенных с передачей и через неё с приводом, причем указанные передача и привод являются общими для подвижных закрывающих элементов.
15. Инструмент по п. 14, отличающийся тем, что отверстия входа множества камер выровнены относительно друг друга и по меньшей мере два подвижных закрывающих элемента расположены на несущем элементе, являющемся частью передачи.
16. Инструмент по любому из пп. 1 – 15, отличающийся тем, что насос содержит цилиндрический корпус насоса, в котором расположены камеры.
17. Инструмент по п. 16, отличающийся тем, что каналы входа камер радиально или аксиально ориентированы относительно цилиндрического корпуса насоса, причем несущий элемент содержит вращаемое кольцо с расположенными на нем закрывающими элементами в аксиальной, соответственно, радиальной ориентации, предназначенными для одновременного блокирования предварительно определенных каналов входа во время соответствующих полуциклов нагнетания соответствующих камер.
18. Инструмент по любому из пп. 1 – 17, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из камер содержит выходящую наружу канавку в области входа канала входа в камеру.
19. Инструмент по любому из пп. 1 – 18, отличающийся тем, что на валу насоса установлена поворотная пластина, соединенная с плунжерами в камерах насоса.
20. Инструмент по п. 19, отличающийся тем, что по меньшей мере один из плунжеров в камерах насоса выступает из своей камеры, причем конец плунжера, упирающийся в поворотную пластину, содержит выступ, выступающий наружу относительно камеры и имеющий, например, закругленную, коническую или пирамидальную форму для оптимального выравнивания сил и направления плунжера в камеру или из камеры.
21. Инструмент по любому из пп. 1 – 20, отличающийся тем, что насос и двигатель установлены на общем валу, содержащем общую опору вала.
22. Инструмент по любому из пп. 1 – 21, дополнительно содержащий аккумулятор, благодаря чему инструмент является автономным и не имеет внешних соединений, за исключением разъема для зарядки аккумулятора.
23. Инструмент по любому из пп. 1 – 22, отличающийся тем, что представляет собой спасательный инструмент из группы спасательных инструментов, включающей в себя: толкатель, разжимное устройство, режущий инструмент и т.п.
24. Насос инструмента по любому из пп. 1 – 23.
25. Способ работы портативного инструмента, выполненного с возможностью перемещения его людьми, пользователями и/или операторами и содержащего:
двигатель;
емкость для текучей среды;
насос, соединенный с емкостью и двигателем;
рабочий цилиндр, соединенный с выходом насоса; и
приводной компонент инструмента, соединенный с рабочим цилиндром;
датчик в спасательном инструменте, соединенный с любым одним или более из следующих компонентов: двигатель, емкость, насос, рабочий цилиндр и инструмент;
по меньшей мере один управляемый клапан в гидравлическом контуре, образованном емкостью, насосом и рабочим цилиндром;
причем указанный способ включает в себя этап, на котором выборочно по меньшей мере существенно блокируют или открывают любой канал для текучей среды в гидравлическом контуре посредством управляемого клапана.
26. Способ по п. 25, в котором блокирование или открытие любого канала для текучей среды в гидравлическом контуре посредством управляемого клапана осуществляют на основании полученных от датчика сигналов измерений.
27. Способ по п. 25 или 26, дополнительно включающий в себя этап, на котором получают от пользователя входной сигнал на по меньшей мере существенное блокирование или открытие канала для текучей среды в гидравлическом контуре посредством управляемого клапана.
