ИНСТРУМЕНТ С НАСОСОМ И НАСОС
TOOL WITH PUMP AND PUMP

Настоящее изобретение относится к инструменту, содержащему двигатель, например электродвигатель, насос, приводимый в действие двигателем, и цилиндр, например рабочий цилиндр, для активации или приведения в действие инструмента.
Примерами таких инструментов являются спасательные инструменты. Другие примеры относятся к трелевочной системе, системе постановки на рельсы и системе синхронного подъема.
Мощные инструменты, такие как спасательные инструменты, традиционно подключаются к внешнему насосу с помощью одного или нескольких шлангов, идущих от насоса к инструменту, для подачи в инструмент гидравлической жидкости под давлением. В таких известных конструкциях инструмент содержит только или по меньшей мере цилиндр и исполнительный компонент инструмента.
В качестве альтернативы, как известно из документов EP3360649 и EP3345656, двигатель также может быть внешним по отношению к спасательному инструменту, например портативным шуруповертом/дрелью с питанием от аккумулятора, соединяемыми со спасательным инструментом для обеспечения его энергией. Кроме того, в документе US20123185454 раскрывается ручной инструмент и исполнительный компонент инструмента, способный информировать инструмент о характеристиках поведения для ограничения вибраций до уровня ниже допустимого или комфортного порога.
Однако в области, в частности, спасательных инструментов, наблюдается тенденция к автономным и/или портативным инструментам. Чтобы получить автономные и портативные инструменты, инструмент должен быть способным конкурировать с традиционными системами с внешним насосом с точки зрения габаритов, веса, развиваемого усилия, развиваемых скоростей работы и изготовления, а также цены продажи, чтобы быть конкурентоспособным и, следовательно, должен иметь более компактную и легкую конструкцию, позволяющую включать в его состав насос и двигатель и обеспечивать маневренность и портативность. Кроме того, в состав инструмента может входить бак или резервуар для гидравлической жидкости, что усложняет задачу сохранения компактности и портативности инструмента. Кроме того, скорость работы должна быть как минимум на том же или сопоставимом уровне, что и у традиционных инструментов. Кроме того, потребляемая мощность (в частности, если аккумулятор также должен быть встроен в корпус инструмента) должна обеспечивать работоспособность в течение длительного времени, а управление должно быть настроено таким образом, чтобы учитывать потребление энергии и обеспечивать выполнение работы без выхода из строя посредине спасательной операции.
Таким образом, изобретатели настоящего изобретения столкнулись с задачей разработки инструмента, который был бы автономным и/или портативным, который был бы сравним или лучше традиционных инструментов, подсоединяемых шлангом, в отношении вышеуказанных и других аспектов и соображений, таких как потребная мощность охлаждения и т.п.
По меньшей мере некоторые из этих требуемых характеристик портативных и/или автономных инструментов, таких как спасательные инструменты, также применимы к другим типам инструментов, таким как вышеупомянутые трелевочные системы, системы постановки на рельсы и системы синхронного подъема, в частности, компактность конструкции, стоимость и развиваемое усилие, а также другие аспекты.
С этой целью в настоящем изобретении предлагается портативный инструмент, предназначенный для перемещения людьми, пользователями и/или операторами и включающий в себя:
- двигатель;
- исполнительный компонент инструмента, выполненный с возможностью подсоединения по меньшей мере к двигателю;
- дополнительное устройство из группы, содержащей по меньшей мере насадку, соединительный элемент и вилку, выполненное с возможностью установки на инструменте;
- контроллер, подключенный к двигателю и выполненный с возможностью определения наличия на инструменте дополнительного устройства с целью выборочного увеличения или уменьшения усилия и/или скорости в зависимости от обнаруженного присутствия или отсутствия дополнительного устройства.
Дополнительное устройство может быть выполнено таким образом, чтобы заменять исполнительный компонент инструмента.
Дополнительное устройство может содержать идентификатор, выполненный с возможностью передачи информации о его присутствии контроллеру. Кроме того, идентификатор дополнительного устройства может быть выполнен таким образом, чтобы извещать о своем присутствии на инструменте посредством сигнала, передаваемого по проводной или беспроводной связи.
В одном из частных вариантов осуществления изобретения инструмент может содержать:
- двигатель;
- насос с множеством камер, каждая из которых содержит входной канал для жидкости, продолжающийся от резервуара к камере, для снабжения камеры гидравлической жидкостью, отверстие для выхода жидкости под давлением и поршень,
при этом двигатель выполнен с возможностью циклического перемещения поршня в камере с целью подачи жидкости из резервуара через входной канал в камеру во время хода всасывания цикла поршня и для принудительного выдавливания жидкости через выходное отверстие во время хода нагнетания цикла поршня, при этом во время хода нагнетания цикла поршня входной канал блокируется; и
- рабочий цилиндр, находящийся в гидравлическом сообщении с выходными отверстиями камер; и
- исполнительный компонент инструмента, соединенный с рабочим цилиндром.
Управляемый клапан может быть выполнен таким образом, чтобы выборочно по меньшей мере по существу блокировать входной канал по меньшей мере одной из множества камер насоса в течение по меньшей мере части хода всасывания цикла поршня, независимо от цикла поршня.
В одном из частных вариантов осуществления изобретения клапан может быть выполнен таким образом, чтобы блокировать входной канал во время хода нагнетания цикла поршня, в частности, посредством механической связи с поршнем и его циклического перемещения, при этом между резервуаром и клапаном установлен управляемый клапан. Следовательно, управляемый клапан может быть легким и простым, так как обычно уже предустановленный клапан для закрывания входного канала во время хода нагнетания цикла поршня будет предотвращать возврат гидравлической жидкости через входной канал в бак или резервуар, так что управляемому клапану необходимо всего лишь поддерживать входной канал в закрытом состоянии в течение хода всасывании цикла поршня, характеризующегося низким давлением. Для этого достаточно простой откидной заслонки на входном отверстии, так как перепад давления на управляемом клапане равен давлению окружающей среды или давлению в баке (например, 1 бар), так что от управляемого клапана не требуется способности выдерживать перепад давления до 10 бар или более, как это потребовалось бы при установке управляемого клапана на выходной стороне камеры.
В одном из альтернативных вариантов осуществления изобретения управляемый клапан может быть выполнен таким образом, чтобы блокировать входной канал по меньшей мере во время хода нагнетания цикла поршня. Хотя для этого требуется, чтобы управляемый клапан был более прочным, чтобы выдерживать также высокое давление во время хода нагнетания цикла поршня, в отличие от вышеупомянутого варианта осуществления изобретения, может обеспечиваться упрощение с точки зрения количества компонентов и управления ими.
В еще одном из частных вариантов осуществления настоящего изобретения может предусматриваться перепускной канал, проходящий от выходного отверстия для гидравлической жидкости к резервуару и содержащий управляемый клапан, выполненный с возможностью выборочного открывания перепускного канала по меньшей мере одной из множества камер насоса в течение по меньшей мере части хода нагнетания цикла поршня, независимо от рабочего цикла поршня. Управляемый клапан в перепускном канале может быть таким же простым, как и управляемый клапан во входном канале между резервуаром и камерой, где достаточно даже простого игольчатого обратного клапана с управлением иглой для поддержания перепускного канала открытым с целью возврата гидравлической жидкости из камеры обратно в резервуар и, таким образом, не внося вклада в поток гидравлической жидкости под давлением в цилиндр. Это также позволяет применять принцип выбора камер, вносящих вклад (или не вносящих вклад) в выходящий поток гидравлической жидкости под давлением, обеспечивая при этом гораздо более простое решение, чем тяжелые и надежные запорные клапаны в выходных отверстиях камер или каналах от камер к рабочему цилиндру.
Обе совокупности признаков находятся в рамках изобретательской концепции настоящего изобретения, согласно которой выбор инструмента в целом и насоса в частности регулируется в зависимости от показаний датчика, говоря более подробно, можно делать выбор камер насоса, вносящих вклад в поток гидравлической жидкости под давлением в цилиндр, избегая использования прочных и объемных клапанов, устанавливаемых ниже по потоку от выходного отверстия. Выбор того, какая из множества камер может вносить вклад в поток гидравлической жидкости в цилиндр, позволяет отрегулировать насос в соответствии с внутренними и внешними обстоятельствами инструмента и создать требуемый поток с соответствующим давлением для подачи в цилиндр в зависимости от внутренних и внешних обстоятельств, и с их учетом. Между тем, насос способен регулировать скорость хода и создавать контролируемое усилие, в то время как конструкция может быть очень компактной, чтобы ее можно было включать в состав портативного или, возможно, даже автономного инструмента, такого как спасательный инструмент, который в таком случае может содержать: двигатель; резервуар для гидравлической жидкости; насос, соединенный с резервуаром и двигателем; рабочий цилиндр, подключенный к выходу насоса; исполнительный компонент инструмента, соединенный с рабочим цилиндром; датчик в спасательном инструменте, подключенный к любому одному или более из двигателя, резервуара, насоса, рабочего цилиндра и инструмента; контроллер, выполненный с возможностью приема сигналов измерения от датчика; и по меньшей мере один управляемый клапан в гидравлическом контуре, образованном резервуаром, насосом и рабочим цилиндром, подключенный к контроллеру, при этом управляемый клапан и контроллер выполнены таким образом, чтобы выборочно по меньшей мере по существу блокировать или открывать любой канал для гидравлической жидкости в гидравлическом контуре. Тем не менее, другие типы инструментов никоим образом не исключаются из объема защиты настоящего изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.
Когда инструмент является портативным или автономным, и/или двигатель представляет собой электродвигатель, в состав инструмента может входить аккумулятор для обеспечения энергией двигателя с целью приведения в действие насоса, располагаемый в корпусе инструмента и/или выполненный в виде отдельного переносного модуля, такого как аккумуляторная батарея, который может переноситься пользователем на спине.
Управляемый клапан в инструменте позволяет контролировать работу насоса или гидравлического контура в целом, чтобы адаптировать инструмент под внутренние или внешние условия эксплуатации.
В одном из дополнительных или альтернативных вариантов осуществления изобретения предлагаемый в настоящем изобретении инструмент может дополнительно содержать контроллер, выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним из управляемого клапана и двигателя. В таком варианте осуществления изобретения инструмент может дополнительно содержать по меньшей мере один датчик рабочих параметров, предоставляющий контроллеру информацию, позволяющую контроллеру адаптировать по меньшей мере одно из двигателя и управляемого клапана к информации, при этом датчик выполнен с возможностью измерения и предоставления информация по меньшей мере об одном рабочем параметре из группы, включающей в себя давление гидравлической жидкости на выходе насоса, ток, потребляемый двигателем, количество оборотов двигателя в единицу времени, крутящий момент, развиваемый двигателем, мощность, передаваемая и/или потребляемая двигателем, заряд аккумулятора, если инструмент включает в себя аккумулятор, угловое положение двигателя, положение и/или перемещение поршня в рабочем цилиндре, приблизительная величина выдвижения поршня из рабочего цилиндра, например, максимального и/или минимального выдвижения, температура окружающей среды, температура гидравлической жидкости, температура двигателя, сопротивление двигателя, сопротивление гидравлической жидкости, положение управляемого клапана, данные, введенные пользователем и/или оператором, и т.п. В одном из дополнительных или альтернативных вариантов осуществления изобретения, инструмент может дополнительно содержать по меньшей мере один детектор, предоставляющий контроллеру информацию для адаптации по меньшей мере одного из двигателя и клапана к информации, при этом детектор выполнен с возможностью определения и предоставления информации по меньшей мере об одном параметре из группы, включающей в себя присутствие компонента инструмента и/или его насадки, подключение к электросети, проникновение воды в инструмент, низкий уровень заряда аккумулятора, если инструмент содержит аккумулятор, и т.п.
В одном из дополнительных или альтернативных вариантов осуществления изобретения предлагаемый в настоящем изобретении инструмент может быть таким, что насос содержит по меньшей мере две камеры и по меньшей мере один управляемый клапан, чтобы выборочно по меньшей мере по существу блокировать входной канал или открывать перепускной канал по меньшей мере одной из по меньшей мере двух камер насоса во время по меньшей мере части соответствующих ходов всасывания или нагнетания цикла поршня. В таком варианте осуществления изобретения, инструмент может быть таким, что управляемый клапан соответствует более чем одному из входных каналов или перепускных каналов, чтобы закрывать, соответственно, открывать максимальное количество из более чем одного входного канала для гидравлической жидкости или перепускного канала.
В одном из дополнительных или альтернативных вариантов осуществления изобретения предлагаемый в настоящем изобретении инструмент может дополнительно быть таким, что входной канал имеет входное отверстие в камеру, а управляемый клапан представляет собой подвижную крышку, выполненную с возможностью выборочного размещения на входном отверстии или в стороне от него. В таком варианте осуществления изобретения, также имеющем контроллер, инструмент может дополнительно содержать привод, подсоединенный к крышке и находящийся под управлением контроллера, для выборочного размещения крышки на входном отверстии или в стороне от него. Кроме того, инструмент может дополнительно содержать передаточное средство между приводом и крышкой, выполненное с возможностью выборочного перемещения подвижной крышки к входному отверстию или от него. Когда предусмотрено такое передаточное средство, инструмент может иметь по меньшей мере два управляемых клапана, каждый из которых содержит подвижную крышку, которые подсоединены к передаточному средству и через него к упомянутому приводу, причем передаточное средство и привод являются общими для упомянутых подвижных крышек. Кроме того, инструмент может также отличаться тем, что входные отверстия множества камер выровнены, а по меньшей мере два подвижных элемента крышки находятся на несущем элементе, который является частью передаточного средства.
В одном из дополнительных или альтернативных вариантов осуществления изобретения предлагаемый в настоящем изобретении инструмент может дополнительно быть таким, что насос имеет цилиндрический корпус, в котором расположены камеры. В таком варианте осуществления изобретения с также выровненными входными отверстиями, инструмент может быть таким, что входные каналы камер ориентированы в радиальном или осевом направлении относительно цилиндрического корпуса насоса, при этом несущий элемент представляет собой поворачивающееся кольцо, а элементы крышки расположены на поворачивающемся кольце в аксиальной, соответственно, радиальной ориентации, чтобы одновременно блокировать заранее заданные входные каналы во время соответствующих ходов нагнетания циклов поршня соответствующих камер.
В одном из дополнительных или альтернативных вариантов осуществления изобретения предлагаемый в настоящем изобретении инструмент может дополнительно быть таким, что по меньшей мере одна из камер имеет продолжающуюся наружу канавку, где входной канал для гидравлической жидкости входит в камеру.
В одном из дополнительных или альтернативных вариантов осуществления изобретения, предлагаемый в настоящем изобретении инструмент может дополнительно быть таким, что на валу насоса расположена поворотная пластина, соединенная с поршнями в камерах насоса. В таком варианте осуществления изобретения по меньшей мере один из поршней в камерах насоса может выступать из своей камеры, при этом конец поршня, упирающийся в поворотную пластину, имеет выступ, продолжающийся наружу относительно камеры, например в виде закругления, конуса, усеченного конуса, или пирамиды, или усеченной пирамиды для оптимального выравнивания усилия и направления поршня в камеру или из камеры.
В одном из дополнительных или альтернативных вариантов осуществления изобретения предлагаемый в настоящем изобретении инструмент может дополнительно быть таким, что насос и двигатель расположены на общем валу, имеющем общий подшипник вала.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предлагается способ управления портативным инструментом, который могут перемещать люди, пользователи и/или операторы, при котором инструмент содержит:
- двигатель;
- исполнительный компонент инструмента, по меньшей мере подсоединяемый к двигателю;
- дополнительное устройство из группы, содержащей по меньшей мере насадку, соединительный элемент и вилку, выполненное с возможностью установки на инструменте;
при этом способ предусматривает определение присутствия дополнительного устройства на инструменте и выборочное увеличение или уменьшение усилия и/или скорости в зависимости от обнаруженного присутствия или отсутствия дополнительного устройства.
После вышеупомянутого рассмотрения в более общих чертах вариантов осуществления изобретения предлагаемых в настоящем изобретении инструментов, соответствующих признакам, определенным в прилагаемой формуле изобретения, ниже в данном документе приводится более подробное описание со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. Как указано выше, в частности, будут раскрыты признаки частных вариантов осуществления изобретения для обеспечения достаточного понимания специалистом в данной области техники, но ни один из конкретно раскрытых признаков частных вариантов осуществления изобретения не должен интерпретироваться как налагающий какое-либо ограничение на объем защиты совокупности предлагаемых в настоящем изобретении вариантов осуществления изобретения, в той мере, в какой он охвачен, в частности, независимыми пунктами прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, на прилагаемых чертежах одинаковые или подобные аспекты, элементы, функциональные возможности и компоненты могут обозначаться одинаковыми или подобными ссылочными позициями, даже если они относятся к различным вариантам осуществления изобретения.
На фиг. 1 показан вид в перспективе разжимного устройства в качестве одного из возможных вариантов выполнения предлагаемого в настоящем изобретении спасательного инструмента;
на фиг. 2 – вид в перспективе того же разжимного устройства, которое показано на фиг. 1, но в частично вскрытом представлении;
на фиг. 3 – схема предлагаемого в настоящем изобретении инструмента и управления им;
на фиг. 4 – более подробный вид варианта выполнения предлагаемого в настоящем изобретении инструмента;
на фиг. 5 и 6 – более подробный вид конструкции насоса, установленного на общем валу для двигателя и насоса, в инструменте, показанном на фиг. 4;
на фиг. 7 – конструкция насоса на валу, показанная на фиг. 5 и 6, с управляемым клапаном, позволяющим различным камерам насоса участвовать в подаче находящейся под давлением жидкости в цилиндр;
на фиг. 8 – вид варианта, аналогичного показанному на фиг. 7, но с большим количеством других компонентов;
на фиг. 9 – гидравлический цилиндр в качестве альтернативного варианта предлагаемого в настоящем изобретении инструмента вместе с насадками, которые могут использоваться с гидравлическим цилиндром;
на фиг. 10 и 11 – взаимно отличающиеся варианты осуществления изобретения, исключающие необходимость превращения управляемого клапана в запорный клапан выходного отверстия для тяжелых условий эксплуатации; и
на фиг. 12 – линейно меняющиеся характеристики предлагаемого в настоящем изобретении инструмента.
На фиг. 1 и 2 показано известное разжимное устройство 101. На фиг. 9 показан гидравлический цилиндр 41. Инструменты 101, 41 представляют собой, исключительно в качестве примера, спасательные инструменты, но могут быть любыми другими гидравлическими инструментами, соответствующими настоящему изобретению, при этом в качестве альтернативны настоящее изобретение может также относиться к гидравлическим ножницам, гидравлическому цилиндру описываемого ниже типа или т.п. Принципы настоящего изобретения также могут использоваться в других инструментах, помимо спасательных инструментов, например в гидравлических электроинструментах в целом, где может быть желательна компактность, например в инструментах, являющихся портативными и/или автономными.
Разжимное устройство 101 имеет корпус 102, который, необязательно, образует сборочную единицу разжимного устройства 101. Корпус 102 называют сборочной единицей, если он образован посредством соединения отдельных компонентов. Корпус 102 разжимного устройства вмещает гидравлический рабочий цилиндр 109, а соединение с источником гидравлической энергии посредством соединителя 104 может, следовательно, служить для приведения в действие цилиндра 109, как, например, в других вариантах осуществления изобретения, отличных от спасательных инструментов, таких как системы постановки на рельсы, синхронные подъемные системы, трелевочные системы, демонтажные системы, системы переработки и т.п. К таким инструментам также применимы принципы, лежащие в основе настоящего изобретения, такие как малый вес и компактность, когда может быть необходимо, чтобы компоненты системы могли подниматься и перемещаться одним человеком. Однако предпочтительно, например, в вариантах осуществления изобретения, относящихся к спасательным инструментам, чтобы инструмент являлся портативным и/или даже автономным, как это описано в нижеследующих вариантах осуществления изобретения. При этом инструмент дополнительно содержит встроенный насос и связанный с ним электродвигатель с аккумулятором для питания двигателя и блок питания для зарядки аккумулятора. Путем описания принципов работы приведенного в качестве примера разжимного устройства 101 в качестве одного из вариантов осуществления настоящего изобретении закладывается основа для нижеследующего описания вариантов осуществления изобретения с более подробным раскрытием в нем отличительных признаков согласно прилагаемой формуле настоящего изобретения.
Из рабочего цилиндра 109 выдвигается шток 111 поршня, который не виден на фиг. 1 и 2, но показан на фиг. 3. Шток 111 поршня соединен через передаточное средство 110 с двумя поворачивающимися рычагами 105 и 106, которые соединены с возможностью поворота с держателем 112 в точках 107 и 108 поворота.
Когда рабочий цилиндр 109 приводится в действие, чтобы выдвинуть шток 111 поршня, передаточное средство 110 толкает рычаги 105 и 106, которые находятся в показанном положении, тем самым приводя их в движение наружу относительно точек 107 и 108 поворота на держателе 112 и раздвигая любые внешние элементы, например части поврежденного в аварии автомобиля. Очевидно, что может задействоваться другое передаточное средство, когда инструмент представляет собой другой тип спасательного инструмента, такой как ножницы, в котором приводные рычаги 105 и 106 заменены режущими лезвиями и сжимаются вместе, чтобы разрезать части поврежденного в аварии автомобиля. Такие режущие лезвия, приводные рычаги 105 и 106 и/или другие элементы для образования исполнительных компонентов рабочего инструмента, могут соединяться со штоком 111 поршня рабочего цилиндра 109.
Как показано на фиг. 3, инструмент может содержать насос 113, соединенный с рабочим цилиндром 109 или цилиндром 1 (на последующих чертежах) через блок 114 клапанов, выполненный с возможностью задания направления потоков гидравлической жидкости в верхнюю или нижнюю камеру цилиндра 1, 109 и/или в бак или резервуар 26. Контроллер 13 выдает управляющие сигналы блоку 114 клапанов, насосу 113 и двигателю 16. Двигатель 16 содержит статор 14 и ротор 15, при этом двигатель 16 электрически соединен с аккумулятором 24 и механически соединен с насосом 113. Аккумулятор может заряжаться с помощью зарядного устройства 115, а насос 113 может быть реверсивным. Даже если гидравлическая жидкость под давлением подается извне или откачивается из рабочего цилиндра 1, 109, или обеспечивается встроенным в инструмент узлом, состоящим из насоса и двигателя, инструмент может содержать контроллер 13 для управления по меньшей мере одним из двигателя 16 и насоса 113 и/или управления рабочим цилиндром 1, 109 посредством блока 114 клапанов. В схематически показанном на фиг. 3 варианте осуществления изобретения контроллер 13 управляет блоком 114 клапанов, чтобы открывать или закрывать ряд соединений с цилиндром 1, 109 и баком или резервуаром 26, в зависимости от желаемого одного из множества различных уровней усилия выдвижения или втягивания, причем выбор требуемого одного из уровней усилия может зависеть от большого количества возможных внутренних или внешних обстоятельств.
Инструмент 101 может содержать множество датчиков 52, соединенных с контроллером 13, для предоставления информации, на основе которой контроллер 13 может адаптировать по меньшей мере электродвигатель 16 и/или насос 113, и/или блок 114 клапанов к упомянутой информации. В данном варианте осуществления изобретения любой из датчиков 52 может быть выполнен с возможностью измерения и предоставления информации по меньшей мере об одном рабочем параметре из группы, включающей в себя давление гидравлической жидкости на выходе насоса, ток, потребляемый двигателем, количество оборотов двигателя в единицу времени, крутящий момент, создаваемый двигателем, мощность, выдаваемая и/или потребляемая двигателем, заряд аккумулятора, если инструмент содержит аккумулятор, угловое положение двигателя, положение штока 6, 111 поршня в рабочем цилиндре 1, 109, приблизительная величина максимального выдвижения штока 6, 111 поршня из рабочего цилиндра 1, 109, температура окружающей среды, температура гидравлической жидкости, температура двигателя, сопротивление двигателя, сопротивление гидравлической жидкости, присутствие компонента 105, 106 инструмента, наличие насадки 42 инструмента, подключение к электросети, попадание воды в инструмент, низкий уровень заряда аккумулятора, если инструмент содержит аккумулятор, и т.п.
Эти и другие внутренние и внешние обстоятельства, параметры и определения позволяют контроллеру 13 оптимизировать выбранный уровень усилия, адаптированный к внутреннему состоянию инструмента 101 или к внешним обстоятельствам. Например, если двигатель 16 начинает перегреваться, выбор более низкого уровня усилия может позволить продолжить выполняемую работу и даже завершить ее с меньшим усилием и/или скоростью. Например, настоящее изобретение позволяет использовать меньшее количество насосных камер (как это описано ниже) за счет соответствующего управления насосом 113 со стороны контроллера 13, позволяя снизить создаваемый крутящий момент и количество тепла, выделяемого двигателем. Таким образом, может поддерживаться уровень создаваемого усилия, в то время как частота вращения может снижаться.
В качестве дополнительного примера возможной функциональности согласно настоящему изобретению может служить ситуация, при которой при приближении штока 6, 111 поршня к состоянию полного выдвижения, контроллер 13 может уменьшать усилие выдвижения до более низкого уровня и даже до нуля при максимальном выдвижении, чтобы избежать повреждения рабочего цилиндра 1, 109 или других внутренних или внешних компонентов. На величину максимального выдвижения штока 6, 111 поршня может влиять насадка 42, соединительный элемент 43 и/или вилка 44 на месте или вместо исполнительного компонента 105, 106 инструмента, например, в случае гидравлического цилиндра. Насадка 42 может даже извещать контроллер о своем присутствии посредством сигнала, передаваемого по проводной или беспроводной связи. Кроме того, контроллер 13 может учитывать увеличенную длину инструмента для увеличения или уменьшения усилия и/или скорости, например, когда дополнительно предусмотренный на насадке 42 датчик извещает о приближающейся границе диапазона перемещения у препятствия, например у балки или стойки потерпевшего аварию автомобиля. Как только произойдет касание, усилие может быть снова увеличено. Следует отметить, что такие варианты осуществления изобретения с интеллектуальными насадками, извещающими о своем присутствии на инструменте, или даже дополнительные датчики на такой насадке, например датчик приближения, должны все сами по себе считаться изобретениями, даже без отличительных признаков прилагаемого независимого пункта формулы изобретения; например, без гидравлики и с использованием шпиндельного привода или другого типа привода вместо комбинации насоса и цилиндра.
Как показано на фиг. 1 и 2, соединитель 104 может содержать ручку 141 с элементами 140 ввода данных пользователем, например, для изменения направления перемещения исполнительного компонента 105, 106 инструмента. Кроме того, ручка 141 может поворачиваться, что может быть обнаружено с помощью датчика, чтобы позволять пользователю/оператору увеличивать скорость или усилие, вращая ручку 141 влево или вправо. Следовательно, функционирование инструмента может активно управляться пользователем, при этом контроллер 13 позволяет пользователю производить настройки, если только внутренние или внешние обстоятельства не ограничивают возможности настройки инструмента, например, с целью защиты инструмента 101 от повреждения или неправильного функционирования. Например, когда от пользователя/оператора получена команда на увеличение скорости или усилия, но температура двигателя приближается к допустимому пределу, команда пользователя на увеличение усилия может быть проигнорирована или отменена контроллером 13.
Очевидно, что настоящее изобретение допускает такую степень автоматического и пользовательского управления инструментами 101 и 41, которую невозможно было представить до настоящего изобретения.
Упомянутое разжимное устройство 101, согласно более подробному изображению, показанному на фиг. 4–8, причем те же принципы могут применяться к гидроцилиндру 41, показанному на фиг. 9, содержит цилиндр 1, имеющий уплотнение 2, в частности динамическое уплотнение, причем шток 3 цилиндра втянут в цилиндр 1. Напорная линия 4 проходит через шток 3, чтобы выходить в камеру, расположенную перед головкой 8, соединенной со штоком 3, в то время как дополнительная напорная линия 5 выходит в другую камеру в цилиндре 1, расположенную за головкой 8, при этом камеры разделены головкой 8 и уплотнением 7 вокруг головки 8.
Шток 6 поршня цилиндра может соответственно втягиваться и выдвигаться, в зависимости от подачи гидравлической жидкости под давлением.
Цилиндр 1 снабжается гидравлической жидкостью под давлением насосом, имеющим цилиндрический корпус 9 для поршней насоса, образующий часть корпуса 12 насоса, при этом цилиндрический корпус поршня насоса образует камеры, в каждой из которых находится поршень 28, 50 насоса (более подробно показанный на последующих чертежах, например на фиг. 5). Камеры продолжаются в осевом направлении, при этом поршни 28, 50 насоса могут перемещаться в них в осевом направлении и циклически, в то время как входные или всасывающие отверстия 30 для подачи гидравлической жидкости в отдельные камеры продолжаются радиально относительно цилиндрического корпуса 9 для поршней насоса. Когда поршень 28, 50 насоса движется мимо всасывающего отверстия 30 в направлении вперед или при ходе нагнетания цикла поршня, сам поршень 28, 50 насоса действует как обратный клапан, чтобы гарантировать, что гидравлическая жидкость не будет вытеснена обратно через всасывающее отверстие 30 в резервуар 26. Для обеспечения надлежащего заполнения камер с поршнями 28, 50, находящимися во втянутом положении, в камерах предусмотрена кольцевая всасывающая канавка 29.
Вокруг корпуса 9 для поршней насоса корпуса 12 насоса предусмотрено ступенчатое кольцо 10. Как показано на фиг. 7, ступенчатое кольцо 10 выполнено с возможностью поворота вокруг корпуса 9 для поршней насоса вместе с расположенными на нем заслонками, губами или крышками 49, действующими в качестве управляемых клапанов, препятствующих всасыванию гидравлической жидкости в выбранное множество камер во время ходов всасывания циклов поршней 28, 50 насоса, происходящих при низком давлении. Поскольку поршни 28, 50 насоса сами по себе действуют как обратные клапаны, предназначенные для тяжелых условий работы, чтобы исключать вытеснение гидравлической жидкости обратно в резервуар 26, управляемые клапаны 49 могут выполняться очень легкими и простыми, например в виде гибких губ 49 на ступенчатом кольце 10. Губы распределены по периферии ступенчатого кольца 10 таким образом, что заданное количество камер вносит или не вносит вклад в подачу гидравлической жидкости под давлением в цилиндр 1. С этой целью ступенчатое кольцо 10 может поворачиваться вокруг корпуса 9 для поршней насоса, чтобы закрывать или открывать заданное количество всасывающих отверстий 30. Для определения положения ступенчатого кольца 10, в частности губ 49, с целью перекрытия требуемого количества отверстий 30 и исключения их вклада в поток гидравлической жидкости под давлением в цилиндр 1, предусмотрен шаговый двигатель 11, работающий под управлением контроллера 13. Контроллер 13 может определять, какие и сколько камер должны вносить вклад в любой момент времени, в зависимости от ряда внутренних или внешних факторов и результатов измерений. Исходя из этого, контроллер 13 может управлять шаговым двигателем 11, чтобы располагать ступенчатое кольцо 10 и его губы 49 над требуемым количеством всасывающих отверстий 30. С этой целью контроллер 13 может получать входные данные от множества всевозможных датчиков и детекторов 52, обеспечивающих всеобъемлющее автоматическое управление инструментом, а также введенные пользователем данные.
Поршни 28, 50 насоса в корпусе 9 для поршней насоса приводятся в действие двигателем 16, имеющим статор 14 и ротор 15, при этом двигатель установлен на общем валу 21 с насосом 113, причем насос 113 и двигатель 16 расположены в непосредственной близости друг от друга на единственном общем валу 21. Следовательно, общий вал 21 является единым, то есть цельным компонентом без какой-либо промежуточной муфты или передачи, при этом насос и двигатель расположены так, что примыкают друг к другу. Насос тоже установлен на валу 21, что обеспечивает компактную конструкцию. Вал 21 установлен в комплекте подшипников 20, 22. Поворотная пластина 51, поддерживающая поворотный подшипник, шарики которого расположены в несущей пластине 53, расположена на валу 21, чтобы по мере вращения вала 21 двигателем 16 последовательно приводить поршни 28, 50 насоса в циклические движения в ходе всасывания и нагнетания их циклов, которые вследствие осевого расположения камер насоса являются последовательными.
Как показано на фиг. 5–7, поршни 28, 50 насоса имеют скругленную головку 54 и сужение 61 для соединения с пластиной 36, 48 удержания поршней в выемках. Головки 54 поршней 28, 50 могут иметь альтернативные формы, такие как коническая, усеченно-коническая, пирамидальная, усеченно-пирамидальная и т.п. В частности, форма головок 54 поршней 28, 50 может быть конической с закруглением, гофрированной или слегка выпуклой. Что касается фиг. 6, следует отметить, что в отношении угла пересечения усилий, когда поворотная пластина 51 вращается вместе с валом 21 под воздействием двигателя 16, оптимальная передача усилия достигается вдоль вектора 37 усилия через точку 38 взаимодействия с результирующим вектором усилия, обозначенным стрелкой 39, для получения вектора 40 усилия гидравлической жидкости. Благодаря форме головок 54 поршней 28, 50, радиальная составляющая приложенного усилия находится в точке 38 взаимодействия внутри камеры 33, чтобы обеспечить оптимальное направление в ней поршней 28, 50. В вариантах форм головок 54, в которых точка взаимодействия находится за пределами камер 33, длина поршней 28, 50 должна быть увеличена, чтобы противостоять возникающему эффекту наклона. Следовательно, поворотная пластина 51 последовательно проходит по контуру или следует контурам закругленных головок 54 поршней 28, 50. Таким образом, практически все усилие, прикладываемое электродвигателем 16 через поворотную пластину 51 к поршням 28, 50 насоса, преобразуется в прямолинейное усилие в направлении циклического перемещения поршней 28, 50.
Вал 21 может дополнительно соединяться с вентилятором (на чертежах не показан) для создания воздушного потока через инструмент. Создаваемый таким образом воздушный поток может способствовать охлаждению инструмента. В таком варианте осуществления изобретения необходимо предусмотреть впускное отверстие для воздуха, путь для воздушного потока через вентилятор и выпускное отверстие для воздуха. Однако в таком варианте осуществления изобретения может существовать риск проникновения в инструмент жидкости или по меньшей мере влаги, в связи с чем может предусматриваться датчик 52 определения уровня жидкости/влажности, позволяющий контроллеру 13 регулировать работу инструментов на основе обнаруженных уровней жидкости/влажности. Также может предусматриваться фильтр для предотвращения проникновения пыли в инструмент, что может затруднить охлаждение, если засорится путь воздушного потока, проходящий через инструмент и вентилятор.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 5, 6, выходные отверстия камер 33 ведут к обратному или невозвратному клапану 31, содержащему подпружиненный шарик 34 в седле 32, который во время хода нагнетания цикла поршня выдавливается из седла 32 жидкостью, вытесняемой из камер 33 поршнями 28, 50.
Пружина 35 расположена вокруг вала 21 между собственным седлом и несущей пластиной 53 или пластиной 36, 48, удержания поршней, причем несущая пластина 53 удерживает шарики поворотного подшипника между поворотной пластиной 51 и поршнями 28, 50, чтобы прижимать несущую пластину 53 к поворотной пластине 51. Пластина 36, 48 удержания поршней может крепиться к несущей пластине 53.
На фиг. 7, 8 и 10 схематично и в частично открытом виде показана работа компактного узла, состоящего из двигателя 16 и насоса на общем валу 21.
Пластина 36, 48 удержания поршней прикреплена к несущей пластине 53 и не вращается вместе с валом 21, в то время как поворотная пластина 51 прикреплена к валу 21 и вращается вместе с ним. В конфигурации, показанной на фиг. 7, 8, 10, поворотная пластина 51 расположена на валу 21, чтобы вращаться вместе с ним. Если поворотная пластина 51 имеет волнистую или криволинейную в окружном направлении переднюю поверхность, это позволяет преобразовывать скорость вращения двигателя 16 в циклы поршней, например, с коэффициентом два, когда передняя поверхность поворотной пластины 51 имеет два выступа, выступающих вперед (в направлении поршней 28, 50) и две выемки, продолжающиеся назад. Однако в более простом варианте осуществления изобретения поворотная пластина 51 содержит один синусоидальный период, то есть один выступ и одно углубление на передней поверхности, обращенной к поршням 28, 50, за один полный круговой проход по передней поверхности. Последний вариант осуществления изобретения показан на прилагаемых чертежах, на которых, в конечном итоге, передняя поверхность поворотной пластины 51, обращенная к поршням 28, 50, является плоской и наклоненной относительно продольной оси вала 21.
Ступенчатое кольцо 10 имеет губы или закрывающие элементы 49, чтобы закрывать входное всасывающее отверстие 30 по меньшей мере одной камеры, в зависимости от положения кольца 10. Положение кольца определяется контроллером 13 и устанавливается под управлением контроллера 13 посредством шагового двигателя 11. Любое количество внутренних и внешних датчиков, подобных датчику 52, определяющих вход гидравлической жидкости в отверстия 30 и, соответственно, давление и расход выдаваемой насосом гидравлической жидкости, а также устройства 140, 141 ввода данных пользователем могут служить основой для контроллера 13 для определения положения ступенчатого кольца 10 и, посредством этого, определения количества камер 33, вносящих вклад в расход насоса, путем размещения губок или закрывающих элементов над отверстиями 30 определенного количества камер, которые не должны вносить вклад. В зависимости от универсальности ступенчатого кольца или альтернативного варианта выполнения управляемых клапанов, отдельные камеры могут задействоваться или не задействоваться, и тогда может обеспечиваться равномерное распределение вносящих вклад камер по окружности корпуса 9 для поршней насоса, чтобы также равномерно распределять в нем усилия и нагрузки. В этом смысле можно оптимизировать распределение губ или закрывающих элементов 49 по ступенчатому кольцу 10 относительно отверстий 30 камер. Отдельные губы могут закрывать более одного отверстия 30 множества камер.
Следовательно, компактная конструкция достигается за счет общего вала 21 и простейших мер, позволяющих определить, сколько или даже какие именно камеры 33 вносят вклад в расход насоса, без необходимости устанавливать рассчитанные на тяжелые условия работы клапаны для закрывания выходных отверстий, работающих в условиях высокого давления, если бы простые входные закрывающие губы или закрывающие элементы 49 были заменены такими клапанами в выходных отверстиях.
Альтернативная конфигурация для той же цели в целом показана на фиг. 11. В ней двигатель 55 выполнен с возможностью выдвигать под управлением контроллера 13 стержень 58 для принудительного открывания обратного клапана 56 в перепускном канале 57, проходящем от выходного отверстия камеры 33 насоса до резервуара 26, чтобы предотвращать направление потока гидравлической жидкости из камеры 33 в цилиндр 1, 109 и, таким образом, не вносить вклад в общий расход насоса, избегая, тем не менее, использования рассчитанного на тяжелые условия работы клапана в выходном отверстии для достижения этой же цели. Следует также отметить, что использование рассчитанных на тяжелые условия работы клапанов между выходным отверстием камер насоса и цилиндром 1, 109 не исключено из объема настоящего изобретения согласно по меньшей мере некоторым из прилагаемых и даже независимых пунктов формулы изобретения.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 11, камера 33 втягивает гидравлическую жидкость из резервуара 26 по тому же перепускному каналу 57 во время хода всасывания цикла поршня 28, 50, открывая обратный клапан в зависимости от усилия всасывания поршня 28, 50. В качестве альтернативы может предусматриваться параллельный канал, проходящий от резервуара 26 к камере 33.
Дополнительный обратный клапан 62, предпочтительно, расположен в канале между камерой 33 и цилиндром 1, 109. Такой обратный клапан может также предусматриваться в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 10.
Как показано на фиг. 4, инструмент 101 содержит аккумуляторный отсек 23 с несколькими аккумуляторными элементами 24. Отсек 23 и элементы 24 могут окружать цилиндр 1, и, аналогично, резервуар 26 может окружать цилиндр 1 для обеспечения компактной конструкции, а также для отвода тепла от двигателя 16 и цилиндра 1, 109. Следовательно, резервуар 26 и гидравлическая жидкость в нем, такая как гидравлическое масло, могут в данном варианте осуществления изобретения способствовать распределению по инструменту и рассеиванию тепла, вырабатываемого двигателем и/или насосом, позволяя увеличить эффективную продолжительность работы. Дополнительно или в качестве альтернативы может предусматриваться теплоотвод, который, предпочтительно, также окружает цилиндр 1, 109.
В описанном выше варианте осуществления изобретения полный объем цилиндра формируется рядом компонентов. Они обеспечивают необходимое втягивание штока 111 в цилиндр 1, 109 и выдвижение из него под управлением контроллера 13.
На фиг. 9 показан гидроцилиндр 41, представляющий собой альтернативный тип инструмента, в котором может быть использовано настоящее изобретение. Гидроцилиндр 41 может оснащаться любой из ряда насадок 42A, 42B, устанавливаемой на штоке 111 поршня цилиндра или на заднем стержне 59. Для установки одной из насадок 42A, 42B на штоке 111 поршня или на заднем стержне 59, обе насадки 42A, 42B имеют соединитель 43A, 43B. Насадки 42A, 42B имеют разную длину, при этом более короткая насадка 42B имеет вилку 44 вместо пяты 60 более длинной насадки 42A. Может предусматриваться датчик для обнаружения присутствия любой из насадок 42A, 42B на штоке 111 или на заднем стержне 59. Насадка 42A или 42B может иметь проводные или беспроводные средства связи, чтобы извещать о своем присутствии на инструменте 41, в частности, контроллер 13. Такое присутствие или отсутствие какой-либо насадки, равно как и давление, измеряемое датчиком 52 давления на выходной стороне насоса, может повлечь за собой изменение режима работы, выбираемого и устанавливаемого контроллером 13.
Настоящее изобретение позволяет гидравлическому инструменту ускоряться или замедляться в зависимости от внутренних или внешних обстоятельств и/или введенных пользователем данных. Например, можно измерять нагрузку, чтобы определять необходимость ускорения или замедления работы инструмента. С этой целью контроллер 13 может адаптировать частоту вращения двигателя и количество насосных камер, вносящих вклад в общий расход насоса, для выбора скорости, и/или мощности, и/или развиваемого усилия. Другие обстоятельства, например температура двигателя, как пример внутренних обстоятельств, также могут приниматься во внимание для замедления инструмента: если обнаруживается, что двигатель перегревается, то путем замедления инструмента работа может быть продолжена, а двигатель может быть защищен от возгорания. Может использоваться любое количество датчиков и детекторов, например, датчик 52 давления для определения выходного давления насоса, чтобы контроллер мог адаптировать рабочее состояние двигателя и/или насоса, в том числе могут использоваться вводимые пользователем данные.
В инструменте, в котором ускорение или замедление невозможно, как это имеет место в известных инструментах, подсоединяемых к шлангу, скорость передачи должна выбираться такой, чтобы при максимальном ожидаемом усилии цилиндра расчетный крутящий момент двигателя был достаточным и не был превышен. В результате получается инструмент, который может не обладать требуемой скоростью, по аналогии с автомобилем, имеющим только первую передачу.
Согласно настоящему изобретению, во внимание принимаются внутренние и внешние обстоятельства, а также вводимые пользователем данные для адаптации режима инструмента с точки зрения ускорения или замедления, при этом, предпочтительно, избегая, но не исключая использование больших, рассчитанных на тяжелые условия работы запорных клапанов на выходной стороне множества камер. При использовании запорного клапана на всасывающей стороне и/или перепускного канала (такого как управляемый клапан 56 в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 11) на выходной стороне каждой из множества камер, могут обеспечиваться эффективный механизм передачи движения, малый вес и малый объем.
В вариантах осуществления изобретения с управляемыми клапанами для закрывания входных отверстий множества насосных камер во время хода всасывания цикла поршня, отдельно от нормального клапана для закрывания входного отверстия во время ходов нагнетания циклов поршней в камерах насоса, от губ или крышек даже не требуется полного перекрытия входных отверстий, и можно просто ограничить приток гидравлической жидкости в камеры. Достаточно гибкого клапана, губы 49 или тому подобного. Таким образом, ступенчатое кольцо 10, на котором расположены закрывающие элементы или губы 49, может быть реализовано просто и дешево. Шаговый двигатель 11 может также быть очень дешевым и простым, надежным и малогабаритным.
Используя принципы настоящего изобретения, может обеспечиваться линейно нарастающая характеристика инструмента, графически представленное на фиг. 12. Оно позволяет учитывать как скорость работы, так и создаваемое усилие, в то же время обеспечивая миниатюризацию инструмента, в том числе за счет общего вала 21 для двигателя и насоса, при этом рабочие объемы насоса могут адаптироваться под управлением, возможно, также двигателя, под внутренние и внешние обстоятельства, а также под возможные вводимые пользователем данные.
Самый верхний график на фиг. 12 показывает зависимость расхода Q в литрах в минуту (л/мин) от давления р (в барах) насоса, что напрямую связано со скоростью выдвижения поршня 111 из цилиндра 1, 109. Самый нижний график показывает зависимость мощности P двигателя (в Ваттах) от давления p (в барах). Приведенные в качестве примеров графики относятся к насосу, имеющему четыре ступени с восемью камерами 33. Для любой ступени задействуется необходимое количество камер 33 и даже возможен индивидуальный выбор камер 33, вносящих вклад, а остальные камеры не вносят вклад в том смысле, что эти не вносящие вклада камеры, либо обходятся, как показано на фиг. 11, либо их входные (всасывающие) отверстия закрываются. В этом смысле не вносящие вклад камеры 33 можно называть "выключенными". Очевидно, что контроллер 13 четырехступенчатого насоса может добавлять или уменьшать количество вносящих вклад камер 33, управляя управляемыми клапанами 49 или 56 каждой из камер 33. Это позволяет поддерживать мощность P двигателя на уровне ниже допустимого максимального значения, даже при последовательном повышении или понижении давления p, как показано на самом нижнем графике на фиг. 12, и скорости, связанной с расходом Q, как показано на самом верхнем графике на фиг. 12, посредством поэтапного, выборочного добавления или исключения вносящих вклад камер 33. Контроллер 13 может ускорять или замедлять насос для увеличения или уменьшения давления p или скорости и расхода Q, следуя характеристике, показанной сплошной или пунктирной линией на фиг. 12. Контроллер может определять наиболее подходящую характеристику на основе измеренных или обнаруженных внутренних или внешних обстоятельств.
Контроллер 13 выполнен с возможностью учета внутренних и внешних обстоятельств и соображений для переключения количества вносящих вклад камер 33. Такие обстоятельства могут быть определены на основании сигналов от датчиков или детекторов 52 рабочих параметров, а также данных, введенных пользователем или оператором с помощью элементов 140 ввода данных пользователем (которые могут быть выполнены в виде переключателей) и/или вращающейся ручки 141 и т.п. Дополнительно или в качестве альтернативы, контроллер 13 может быть способен адаптировать давления переключения между ступенями, как показано на фиг. 12, что иллюстрируется характеристическими кривыми, выполненными пунктирными линиями, в качестве альтернативы переключению в соответствии с кривыми, показанными сплошной линией.
Чтобы избежать чрезмерной нагрузки на двигатель 16, необходимо ограничить крутящий момент, развиваемый двигателем 16, и ток аккумуляторных элементов 24, если они входят в состав инструмента. Контроллер 13 обеспечивает электронное регулирование скорости, далее по тексту также называемое "ЭРС", на основе характеристических кривых, показанных на фиг. 12, для конкретного варианта осуществления настоящего изобретения в сочетании с результатами измерения или обнаружения и/или данными, введенными пользователем/оператором. Это позволяет поддерживать мощность двигателя ниже максимальной при прохождении четырех ступеней нижнего графика, показанного на фиг. 12, что, в свою очередь, позволяет использовать более простой, легкий, компактный двигатель меньшей мощности, чем в случае, когда для создания давления в рабочем цилиндре использовался бы одноступенчатый насос.
В контроллер 13 могут поступать данные от датчиков 52, предоставляющих информацию о крутящем моменте двигателя и токе аккумулятора, протекающем через двигатель, и тогда он уже будет способен, даже без информации от каких-либо датчиков 52 давления, если таковые имеются, управлять любым из управляемых клапанов 49, 56 для адаптации привода под эти параметры, добавляя или исключая вносящие вклад камеры 33, на основе одного из желаемых графиков, показанных на фиг. 12.
Здесь следует отметить, что крутящий момент двигателя линейно зависит от тока, протекающего через двигатель, при этом датчик 52 напряжения может измерять напряжение на двигателе, а контроллер 13 может определять по измеренному напряжению двигателя и току двигателя (оставшуюся) емкость аккумулятора, причем когда еще контролируется напряжение аккумулятора, также может вычисляться ток аккумулятора.
Комбинированное управление с помощью контроллера 13 двигателем 55, 111 и управляемым клапаном 49 или 56 (с помощью приводящего его в действие шагового двигателя 11), например, с целью установки положения ступенчатого кольца 10, предлагает множество совершенно новых и полезных функций.
Управление частотой вращения двигателя в об/мин, крутящим моментом двигателя и соотношениями, как показано на фиг. 12, может быть оптимизировано для достижения максимальной мощности и/или КПД.
Управление может быть легко адаптировано под инструмент (его тип), пользователя или применение, что требует только разумно ограниченных настроек контроллера 13 и режима ЭРС, реализованного в нем. Здесь приведены несколько примеров:
- рабочее давление может быть ограничено, когда к гидроцилиндру добавляется насадка, описанная выше со ссылкой на фиг. 9, на которой может предусматриваться датчик 52 для определения того, действительно ли насадка подсоединена к поршню 111 или к заднему стержню 59, которая представляет собой интеллектуальную насадку инструмента, или датчик приближения, установленный на насадке, может предоставлять информацию о приближении к стойке поврежденного в аварии автомобиля или к промежуточному препятствию;
- рабочее давление может быть ограничено, когда предусмотрена встроенная опора 44 гидроцилиндра, на которой может предусматриваться датчик 52, выполненный с возможностью определения того, действительно ли такая опора гидроцилиндра расположена на гидроцилиндре, что является дополнительным вариантом интеллектуальной насадки инструмента, причем такая интегрированная опора гидроцилиндра может служить альтернативой отдельной опоре гидроцилиндра, при этом инструмент, в частности гидроцилиндр, показанный на фиг. 9, можно ввести в действие быстрее и сделать его более безопасным в эксплуатации;
- рабочее давление может быть ограничено с целью защиты пользователя/оператора, но пользователю предоставляется кнопка или переключатель блокировки автоматического управления, чтобы, в частности, разрешать более высокие давления, чем максимальное давление, разрешаемое контроллером, при соответствующей адаптации характеристических кривых, показанных на фиг. 12, чтобы разрешать, например, временное повышение рабочего давления выше безопасного для пользователя уровня, при этом пользователь вполне осознает, что вводимая команда сопряжена с дополнительными рисками, но при этом он получает в свое распоряжение возможность работы с перегрузкой в чрезвычайных обстоятельствах;
- широкий спектр инструментов может оснащаться по существу одним и тем же приводом, состоящим по меньшей мере из двигателя, насоса и контроллера, в котором с помощью простых настроек программного обеспечения контроллера 13, осуществляющего электронное регулирование скорости "ЭРС", менее крупные инструменты могут иметь более ограниченную частоту вращения, чем более крупные инструменты (здесь термины "менее крупные" и "более крупные" используются для обозначения диапазонов их перемещения).
В предлагаемых в настоящем изобретении инструментах не требуется клапан ограничения давления, поскольку контроллер 13/ЭРС может гарантировать, что безопасная рабочая скорость не будет превышена, при этом контроллер 13 может определять максимальное рабочее давление исходя из крутящего момента двигателя и желаемой характеристики передачи с учетом ступеней передачи, показанных на фиг. 12, основываясь на задействовании выбранного количества камер 33 для ускорения или замедления.
Напротив, когда имеется датчик 52 давления, сигнал измерения давления от такого датчика 52 давления может выгодно использоваться для переключения ступеней, то есть для определения количества камер 33, которые вносят вклад, и/или для замедления двигателя 55, 111 с целью предотвращения повреждения инструмента из-за чрезмерного давления, создаваемого насосом.
Если или когда максимальный крутящий момент двигателя достигается при самом высоком рабочем давлении насоса, двигатель 55, 111 может быть замедлен, ограничен или остановлен контроллером 13 для экономии энергии по сравнению с клапаном ограничения давления или переключающим клапаном, и, более того, пользователь/оператор более четко информируется о том, что достигнута максимальная мощность инструмента, поскольку пользователь/оператор получает ощущаемое руками предупреждение о том, что достигнуты предельные параметры работы инструмента (пользователь/оператор может почувствовать изменение частоты вращения двигателя).
Как упоминалось выше, чрезмерный нагрев двигателя, а также аккумулятора, контроллера и насоса может обнаруживаться с помощью соответствующих установленных датчиков 52 температуры, связанных с контроллером, чтобы ограничивать ток через двигатель, когда порог температуры превышен. Замедление при таких обстоятельствах можно назвать "понижением номинальных характеристик", что в принципе известно в известных инструментах, в которых такая функция реализуется с использованием гидравлических переключающих клапанов, в которых управление понижением номинальных характеристик ограничивает крутящий момент двигателя до такой степени, что давление переключения гидравлических переключающих клапанов не может быть достигнуто, и в этом случае инструмент больше не может создавать большие усилия. Напротив, настоящее изобретение позволяет инструменту оставаться в рабочем состоянии даже во время понижения номинальных характеристик, поскольку контроллер 13 может переключать насос на любую из его ступеней (комбинацию вносящих вклад камер 33). Однако понижение номинальных характеристик подразумевает уменьшение крутящего момента двигателя и, следовательно, также подразумевает снижение максимально достижимого рабочего давления и/или расхода и скорости, но это все еще позволяет инструменту поддерживать функциональность и является заметным улучшением по сравнению с известными инструментами, которые отключаются полностью, что нежелательно, особенно (хотя и не исключительно) в случае спасательных инструментов.
В настоящем изобретении переключение ступеней (т.е. определение количества вносящих вклад камер) может выполняться на основе сигнала о частоте вращения двигателя, посылаемого датчиком 52 частоты вращения двигателя в контроллер 13. Контроллер 13 может затем ограничивать, если желательно или даже необходимо, ток через двигатель и, следовательно, также крутящий момент двигателя до уровня, который ниже заранее заданного максимального порогового значения. Например, взаимосвязи между сигналами о частоте вращения двигателя и достижимыми давлениями и/или расходами могут сохраняться в памяти, чтобы контроллер мог извлекать их и на этой основе управлять насосом. Когда нагрузка требует такого крутящего момента, контроллер 13 может снизить частоту вращения двигателя. Камера 33 насоса не задействована и, соответственно, "отключена", когда частота вращения двигателя ниже нижнего порога. И наоборот, камера 33 может быть задействована для внесения вклада, когда частота вращения двигателя превышает верхний порог.
Потери в насосе в значительной степени обусловлены утечками между поршнем в камере 33 и стенкой камеры. Частицы в таком потоке утечки могут вызвать износ поршня и стенки камеры. Поскольку поток утечки увеличивается с увеличением давления насоса, камеры 33, задействованные в ступени (комбинации вносящих вклад камер), больше всего страдают от такого износа. Назначая чередующиеся камеры для таких ступеней, испытывающих самые высокие давления, можно увеличить общий срок службы насоса. Посредством назначения различных положений ступенчатого кольца 10 для одних и тех же ступеней (то есть количества вносящих вклад камер 33), разные камеры будут задействоваться в разных ступенях, что позволит распределить износ по камерам и, таким образом, продлить срок службы насоса.
Когда упомянутый контроллер 13 выполнен с возможностью назначения чередующихся или вращающихся камер 33 и поршней в них для каждой ступени, ожидаемый срок службы насоса может быть увеличен. С этой целью ступенчатое кольцо 10 может иметь соответственно выбранное количество и размер губ 49 и может поворачиваться с помощью двигателя 11 под управлением контроллера 13 во множество различных положений вращения, в которых губы 49 исключают и подключают различные вносящие вклад камеры 33. Кроме того, вполне возможно, что такой привод ступенчатого кольца 10 управляется контроллером 13 посредством самодиагностики, чтобы определять, предрасположены ли или подвержены ли какие-либо камеры 33 очевидному износу. Если это так, то вместо них могут быть выбраны другие камеры 33 и поршни для соответствующих ступеней, в частности для ступеней высокого давления или высокой частоты вращения, включающих в себя большее или меньшее количество камер 33. Самодиагностика может быть реализована на базе контроллера 13, получающего данные об инструменте в конечном положении поршня рабочего цилиндра, путем измерения рабочего давления, когда инструмент находится в своем конечном положении. Изношенные камеры 33/поршни в них можно обнаружить, выявив, что максимальная мощность не достигнута или достигается слишком медленно.
После сборки инструмента, конечным пользователем или механиком может быть запущена программа первоначальной настройки инструмента, при этом инструмент может калиброваться и с этой целью работать в течение некоторого времени под нагрузкой. Для подключения к инструменту может предусматриваться внешний фильтр.
Конечный пользователь или механик может запустить диагностическую программу для самодиагностики предлагаемого в настоящем изобретении инструмента. При такой диагностике контроллер 13 может проверять, достигаются ли необходимые давления для каждой из ступеней, или все ли поршни 28, 50 насоса находятся в положении наименьшего объема, чтобы определять, создается ли поршнями соответствующих камер 33 максимальное давление, и если создается, то насколько быстро.
В обычных инструментах частота вращения двигателя в об/мин обычно всегда постоянна, но частота вращения двигателя может изменяться, когда для регулирования скорости работы обычного инструмента может использоваться, например, гидравлический клапан. Однако при этом могут иметь место потери замедления или отключения. Напротив, согласно настоящему изобретению, контроллер 13 может регулировать частоту вращения двигателя без потерь замедления или отключения. Поскольку в предлагаемом в данном документе инструменте ступени насоса также находятся под управлением контроллера 13, ступень может выбираться в любое заданное время, и в этом процессе также может учитываться регулирование частоты вращения двигателя 16. Кроме того, желаемое значение скорости работы инструмента, вводимое пользователем поворотной рукояткой 141, может дополнительно также приниматься во внимание для выбора ступени насоса и частоты вращения двигателя.
Изменяемая частота вращения двигателя позволяет увеличить диапазон работы привода; используя относительно низкий крутящий момент двигателя, двигатель может достигать максимальной частоты вращения, при этом пользователю может предоставляться в распоряжение самая высокая скорость работы. Такая максимальная частота вращения может ограничиваться 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 увеличить еще больше путем ослабления поля. Поскольку контроллер 13 получает информацию о ступени насоса, ослабление поля может выборочно применяться на ступени с наибольшим объемом цикла. Кроме того, на других ступенях, недостаток низкого КПД, связанный с ослаблением поля, не применяется, но на соответствующей ступени обеспечивается преимущество более высокой скорости работы инструмента.
Канавка 29 в отверстии 30 обеспечивает улучшенное заполнение камеры 33, так что даже на более высоких частотах вращения насос может работать должным образом. Лучшее заполнение камеры также может достигаться за счет обеспечения множества входных каналов, но тогда все дополнительные входные каналы также должны блокироваться во время хода нагнетания цикла поршня, чтобы предотвращать возврат гидравлической жидкости в бак или резервуар 26, и/или во время хода всасывания цикла поршня для адаптации общего рабочего объема насоса, что делает конечную конструкцию насоса и/или клапанов, в частности, более сложной.
Конфигурация, показанная на фиг. 6, относится к оптимизированной конструкции головки поршня, согласно которой результирующее боковое усилие, воздействующее на поршень, сведено к минимуму. Для криволинейной головки 54 поршня может быть обеспечен больший радиус контакта, за счет чего уменьшается напряжение Герца и улучшаются условия для эластогидродинамической смазки. Таким образом, потери на трение на поворотной пластине 51 и в месте контакта поршня 28, 50 и камеры 33 могут быть уменьшены, благодаря чему можно использовать более короткие поршни и можно реализовать более компактный насос.
Пластина 36, 48 удержания поршней, показанная на фиг. 5, находится в зацеплении с поршнями посредством канавки 61, которую легче сформировать фрезерованием, чем увеличивать диаметры поршней с целью образования фланца для зацепления с пластиной 36, 48 удержания поршней. Отверстия 46 в пластине удержания поршней для зацепления с головками поршней имеют запирающую форму, как показано на фиг. 7. Это позволяет легко устанавливать пластину удержания поршней после вставки поршней 28, 50 в камеры 33. Кроме того, это улучшает контакт между поршнями и пластиной 36, 48 удержания поршней при заполнении камер 33. В качестве альтернативы пластина удержания поршней может иметь прорези, продолжающиеся радиально внутрь для зацепления с головками поршней, что позволяет использовать большее количество камер, распределенных по окружности корпуса 9 для поршней насоса. Конфигурация пластины удержания поршней более компактна, чем конфигурация с пружинами на поршнях, а также более жесткая и прочная, что позволяет использовать более высокие рабочие скорости.
Пружина 35 на фиг. 5 между корпусом 9 для поршней насоса и пластиной 36, 48 удержания поршней представляет собой упрощение и способствует более компактной конструкции, обеспечивая больше места для пружины 35.
Выше описаны многочисленные отличительные признаки изобретения в сочетании с их преимуществами по сравнению с альтернативами. Кроме того, предлагаемый в настоящем изобретении портативный инструмент, часто упоминаемый в настоящем документе в варианте спасательного инструмента, может использоваться/применяться в других целях, например в других вариантах осуществления изобретения, отличных от спасательных инструментов, таких как системы постановки на рельсы, синхронные подъемные системы, трелевочные системы, демонтажные системы, системы переработки и т.п. Однако также альтернативы признакам, определенным в любом из прилагаемых пунктов формулы изобретения, которые могут быть менее предпочтительными, также могут попадать в объем настоящего изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения, причем также могут быть охвачены другие альтернативы конкретным раскрытым признакам, при этом объем изобретения ограничен только определениями прилагаемой формулы изобретения и может также включать в себя, по меньшей мере для некоторых юрисдикций, очевидные альтернативы заявленным признакам.