El diseño del circuito hidráulico y análisis 10.1 objetivos Después de leer este capítulo, el alumno será capaz de: • Identificar todos los símbolos utilizados en esquemas hidráulicos • Comprender diversos circuitos hidráulicos • Comprender y explicar los esquemas hidráulicos con eficacia • Diseñar un circuito hidráulico para realizar una función deseada • Analizar la función de cada circuito hidráulico en una aplicación. 10.2 Introducción En los capítulos anteriores, nos hemos ocupado de los fundamentos básicos de la h idráulica, componentes del sistema hidráulico y sus aplicaciones. Veamos ahora discutir acerca esquemas hidráulicos y circuitos hidráulicos y las diversas terminologías asociadas con ellos. Como hemos visto anteriormente, un circuito hidráulico comprende un grupo de componentes, tales como bombas, accionadores, válvulas de control y conductores dispuestos para realizar una tarea útil. Cuando el análisis o el diseño de un circ uito hidráulico, se deben tomar las siguientes consideraciones en cuenta: • La seguridad de la operación • La realización de la función deseada • La eficiencia de la operación. 10.3 Las signaturas de los componentes hidráulicos Es muy importante para un técnico de energía de fluido o un diseñador para tener conocimiento de cada uno de los componentes hidráulicos y sus funciones en un circuito hidráulico. Hidráulico circuitos se desarrollan mediante el uso de símbolos gráficos para todos los componentes. Por lo tanto es pertinente conocer los símbolos de cada uno de los componentes utilizados en un hidráulica sistema. Los símbolos discutidos aquí se ajustan a la American National Standard Institute (ANSI) y se tabulan a continuación (véase la figura 10.1).
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Figura 10.1 Símbolos ANSI para componentes hidráulicos
circuitos hidráulicos En esta sección vamos a echar un vistazo a cómo se han diseñado varios tipos de circuitos hidráulicos para un funcionamiento eficiente. Vamos a examinar los siguientes circuitos: • Control de un cilindro hidráulico de doble efecto • El circuito regenerativo • El circuito de descarga de la bomba • aplicación de la válvula de contrapeso • Circuito secuenciador Cilindro hidráulico • Circuitos a prueba de fallos
• Control de velocidad de un motor hidráulico • Mecánica sistema de servo hidráulico.
Página 3 El diseño del circuito hidráulico y análisis 183 10.4.1 El control de un circuito de cilindro hidráulico de doble efecto Este circuito está diseñado como se muestra en la figura 10.2. Cuando la válvula de cuatro vías se encuentra en su posición de suspensión centrada, el cilindro es hidráulicamente bloqueada. También la bomba se carga de nuevo al tanque a presión atmosférica.
Figura 10.2 El control de un cilindro hidráulico de doble efecto Cuando la válvula de cuatro vías se acciona en la configuración de camino de flujo de la izquierda sobre, el cilindro se extiende en contra de su carga de fuerza (F carga ) Como los flujos de petróleo desde el puerto P A través del puerto. El aceite en el extremo del vástago del cilindro es libre para fluir de nuevo en el depósito a través de la válvula de cuatro vías desde el puerto B a través de la conexión T. El cilindro no lo hará extender si el aceite en el extremo de la barra no puede fluir de nuevo al depósito. Cuando la válvula de cuatro vías se desactiva, el sobre de primavera centrada prevalece, y el cilindro está una vez más hidráulicamente bloqueado. Cuando la válvula de cuatro vías se acciona en la configuración envolvente derecho, el cilindro retrae, como el aceite fluye desde la conexión P a través del puerto B. Se deja de petróleo en el extremo blanco a fluir de vuelta al depósito desde el puerto A través de la conexión T de la válvula de cuatro vías. Al final de accidente cerebrovascular, no hay demanda del sistema de aceite. Por lo tanto el caudal de la bomba pasa por el alivio válvula de presión en su conjunto, a menos que la válvula de cuatro vías se desactiva. En cualquier caso, la sistema está protegida contra sobrecargas cilindros. La válvula de retención impide la carga de retraer el cilindro, mientras se está extendido el uso de la configuración vía de flujo de sobres de la izquierda.
10.4.2 circuito regenerativo La figura 10.3 muestra un circuito de regeneración utilizado para acelerar la velocidad de extensión del doble efecto cilindro hidráulico. En este sistema, los dos extremos del cilindro hidráulico están conectados en paralelo y una de los puertos de la válvula de cuatro vías se bloquea. El funcionamiento del cilindro durante elcarrera de retracción es la misma que la de un cilindro regular de doble efecto.
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Figura 10.3 circuito regenerativo El fluido fluye a través de la (válvula de control de dirección) DCV a través de la envolvente derecho durante el carrera de retroceso. En este modo el fluido desde la bomba pasa por el DCV y entra en el del extremo del vástago del cilindro. El líquido en los desagües finales en blanco de nuevo al tanque a través del DCV como el cilindro se retrae. Cuando el DCV se desplaza a la configuración de envolvente izquierda, el cilindro se extiende. Los velocidad de extensión es mayor que la de un cilindro regular de doble efecto. E sto es debido a que el flujo desde el extremo de la varilla (QR) Regenera con el flujo de la bomba (QP) Para proporcionar una caudal total (QT), Que es mayor que el caudal de la bomba hasta el final en blanco de la cilindro. La ecuación para la ampliación de la velocidad puede obtenerse como sigue: La velocidad de flujo total que entra en el extremo en blanco del cilindro es igual a la tasa de flujo de la bomba plus la velocidad de flujo de regeneración procedente del extremo de la barra del c ilindro.
La velocidad de flujo de regeneración es igual a la diferencia de las áreas de pistón y el vástago (AP- AR),multiplicado por la velocidad de extensión del pistón (V Pext).
Resolviendo para la velocidad de extensión del pistón, tenemos
página 5 El diseño del circuito hidráulico y análisis 185 La velocidad de retracción del pistón es igual al caudal de la bomba dividida por la diferencia de la pistón y el vástago áreas.
También hay que tener en cuenta que la capacidad de carga de un regenerativo cilindro durante su carrera de extensión es menor que la obtenida para una doble acción periódica cilindro.
10.4.3 Circuito de descarga de la bomba La figura 10.4 muestra un circuito utilizado para la descarga de una bomba con una válvula de descarga.
Figura 10.4 Circuito de descarga de la bomba
En este circuito, la válvula de descarga se abre cuando el cilindro alcanza el final de su extensión carrera. Esto se debe a la válvula de retención mantiene el aceite a alta presión en la línea piloto de la válvula de descarga. Cuando el DCV se desplaza para retraer el cilindro, el movimiento de el cilindro reduce la presión en la línea piloto de la válvula de descarga. Esto restablece el válvula de descarga hasta que el cilindro está completamente retraída en el punto donde la válvula de descarga descarga la bomba. Se ve así que la válvula de descarga se descarga de la bomba al final de la extensión y retracción trazos, así como en la posición de suspensión centrada de la DCV.
10.4.4 Aplicación de la válvula de contrapeso La figura 10.5 ilustra el uso de una válvula de contrapeso o contrapresión para mantener una montado verticalmente cilindro en la posición hacia arriba durante el ralentí bomba. La válvula de frenado se fija para abrirse a una presión ligeramente superior a la presión requerido para mantener el pistón hacia arriba. Esto permite que el cilindro sea forzado hacia abajo, cuando se aplica presión en la parte superior. La válvula de control de dirección de centro abierto descarga la bomba. El DCV usada aquí es una válvula de resorte de centrado accionada por solenoide con un centro a bierto fluya configuración de ruta.
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Figura 10.5 Aplicación de la válvula de contrapeso 10.4.5
Circuito de secuenciación Cilindro hidráulico De nuestras discusiones anteriores, hemos visto cómo una válvula de secuencia se puede utilizar para crear operaciones secuenciales en un circuito hidráulico. El circuito representado en la figura 10.6 contiene un sistema hidráulico en el que dos secuencias válvulas se utilizan para controlar la secuencia de funcionamiento de dos cilindros de doble efecto.
Figura 10.6 Circuito de secuencia cilindro hidráulico
página 7 El diseño del circuito hidráulico y análisis 187 Cuando el DCV se desplaza en su modo de sobres de la izquierda, el cilindro de la izquierda se extiende por completo y luego el cilindro derecho se extiende. Si el DCV se desplaza en su derecho el modo envolvente, el cilindro de la derecha se retrae completamente seguido por el cilindro izquierdo. Esta secuencia de la operación de cilindro es controlada por las válvulas de secuencia. La primavera- posición centrada de las cerraduras del DCV tanto los cilindros en su lugar. El mejor ejemplo de este circu ito es el caso de una operación de producción. El cilindro izquierdo debe extenderse con el fin de realizar el trabajo de sujetar una pieza de trabajo con la ayuda de una poder vice mandíbula. El cilindro derecho se extiende a conducir un husillo para perforar un agujero en el trabajo pieza. Después de que el a gujero se ha perforado, el cilindro se retrae la derecha primero y luego el izquierdo. La válvula de secuencia instalado en el circuito asegura que estas operaciones se producen en una de manera predefinida.
10.4.6 Circuito a prueba de fallos Circuitos a prueba de fallos son básicamente diseñado para evitar lesiones al usuario o daños a el equipamiento. En general evitan cualquier caída accidental o sobrecarga de la equipo. La f igura 10.7 muestra un circuito a prueba de fallos en el cual se impide que el cilindro se caiga en el caso de una ruptura en la línea hidráulica.
Figura 10.7b A prueba de fallos de circuito para prevenir la caída del cilindro en caso de rotura de la línea hidráulica
Para bajar el cilindro, la presión piloto desde el extremo blanco del pistón debe piloto- abrir la válvula de retención en el extremo de la barra, con el fin de permitir que el aceite vuelva al depósito a través del DCV. Esto sucede cuando la válvula de botón pulsador es accionado para permitir piloto el accionamiento de presión de la DCV o con la operación manual directa de la bomba durante DCV operación. El DC V accionada por piloto permite el flujo libre en la d irección opuesta para retraer el cilindro cuando este DCV vuelve a su modo de resorte compensados. La figura 10.8 es otro ejemplo de un circuito a prueba de fallos en los que la sobrecarga de protección es proporcionado por los componentes del sistema. La válvula de control de dirección 1 es controlado por un botón pulsador de la válvula de tres vías 2. Cuando válvula de sobrepresión 3 está en su modo de primavera-offset, drena la línea piloto de la válvula 1. Si el cilindro experimenta una resistencia excesiva durante su carrera de extensión, la secuencia
página 8 188 Sistemas Hidráulicos prácticos 4 de válvula piloto acciona la válvula de sobrecarga 3. Esto drena la línea piloto de la válvula 1, haciendo que se volver a su modo de primavera-offset. Si se hace funcionar entonces válvula de pulsador 2, nada lo h ará ocurrirá a menos que la válvula de sobrepresión 3 se desplaza manualmente en su con figuración de puerto bloqueado. Esto asegura la protección de los componentes del sistema contra la presión excesiva debido a carga excesiva del cilindro durante la ca rrera de extensión.
Figura 10.8 A prueba de fallos de circuito con protección de sobrecarga
10.4.7 Control de velocidad de un motor hidráulico La figura 10.9 muestra un circuito en el que se lleva a cabo el control de velocidad en un circuito hidráulico el uso de una válvula de control de flujo de presión compensada.
Figura 10.9 Control de velocidad de un motor hidráulico
página 9 El diseño del circuito hidráulico y análisis 189 El funcionamiento del circuito es el siguiente: • En la posición de suspensión centrada de la válvula de cuatro vías en tándem, el motor es hidráulicamente bloqueado. • Cuando la válvula de cuatro vías se acciona en el so bre izquierda, el motor gira en una sola dirección. Su velocidad se puede variar mediante el ajuste de la configuración de la válvula reguladora de la válvula de control de flujo. La velocidad se puede variar infinitamente a medida que pasa el exceso de aceite a través de la válvula de alivio de presión. • Cuando la válvula de cuatro vías se desactiva, el motor se para de repente y se bloqueada. • Cuando el sobre derecha de la válvula de cuatro vías se encuen tra en funcionamiento, el motor gira en la dirección opuesta. La válvula de a livio de presión proporciona una sobrecarga protección cuando el motor experimenta una carga de par excesivo.
10.4.8 Servo sistema hidráulico mecánico La figura 10.10 muestra un sistema servo hidráulico mecánico con la dirección asistida de la automoción, la operación secuencial de los cuales se produce como sigue: • La señal de entrada o una orden es el giro del volante. • Esto resulta en el movimiento del manguito de la válvula, que lo s puertos de aceite al actuador (cilindro de dirección).
Figura 10.10 Servo sistema hidráulico mecánico • El vástago del pistón mueve las ruedas a través de la articulación de la dirección. • El carrete de la válvula está unido a la vinculación, moviendo de este modo la misma. Cuando el carrete de la válvula se ha movido lo suficientemente lejos, se corta el flujo de aceite a través del cilindro. Esto detiene el movimiento del actuador. Por tanto, es claro que la retroalimentación mecánica vuelve a centrar la válvula (válvula servo) con el fin para detener el movimiento en el punto deseado, que a su vez está determinado por la posición de la volante. El m ovimiento adicional de la rueda de dirección es necesaria para causar más el movimiento de las ruedas de salida.
