prensa hidráulica

Prensa hidráulica

Introducción.-

En el constante desarrollo de la tecnología que cada vez nos exige trabajar con la mayor efectividad

posible es por eso que las empresas buscan el mejor control de su producción sin descuidar lo que es la

seguridad, esto nos ha llevado a implementar maquinas más seguras, efectivas, etc. Todo esto es posible

gracias a la electrohidráulica.

Objetivos generales.-

Con los conocimientos adquiridos en la materia sistemas hidráulicos y neumáticos diseñar, calcular,

especificar todos los componentes de una prensa hidráulica para troquelar.

Objetivos específicos.-

- Diseñar una prensa hidráulica.

- Calcular, especificar todas las piezas de la prensa.

- Diseñar el circuito de mando que nos permita controlar la prensa.

Funciones

La prensa hidráulica tiene como función principal troquelar con una capacidad de 30 toneladas de

fuerza, además cuenta con una reja de seguridad que evita que las manos del operario este dentro del

área de acción de la prensa.

Diseño de la prensa prototipo 1

Diseño y simulación del circuito hidráulico

Diseño y cálculo de los actuadores

Datos

Fuerza de la prensa =30000kg

Presión de trabajo =200 ⁄

Calculo del área del actuador Principal

Para el cálculo asumimos una presión teórica de Pt= 200 Kg/cm2 y tomaremos una pérdida del 10% de la

presión por el rendimiento de los total entonces tenemos una presión P=Pt-0,1Pt=200-0.1(200)=180

Kg/cm2

⁄

√

√

Normalizamos el diámetro del pistón al valor más cercano en el catalogo entonces se tiene diámetro del

actuador = 160mm y diámetro del hazte 100 mm.

Verificación de la presión

Calculo del área y presión de retorno

( )

( )

Caudal del actuador

Carrera 25,4 cm

Tiempo de actuación 3 seg

Velocidad de avance

⁄ ⁄

⁄

Calculo de pandeo

1º se define

Grado de esbeltez ( )

Grado de esbeltez correspondiente a la tensión de proporcionalidad ( )

√

Donde:

; Longitud de pandeo =245[mm]

; Diámetro del hazte =100 [mm]

; Modulo de elasticidad en N/mm2=2.1x105 21000[Kg/mm2] para acero

; Limite de elasticidad del material del hazte para G10350=500N/mm2

Reemplazando



√

Verificamos la relación para Tejmajer (Satisface)9,8<71,98

( )

( )

Donde:

[ ]

-Verificamos la relación

(Satisface)

Calculo de la espesura del actuador

Donde :

K=Limite de fluencia del material dado en Kg/mm2 para cilindros k=36 Kg/mm2.

P=Presión de trabajo.

S=factor de seguridad 1,75

Diámetro interno=160mm

Actuador de la mesa:

Datos de Cálculo.-

v= 0.4m/s

L= 1 m

Cálculo de la sección del Cilindro.-

Asumiendo que debe realizar la operación de arrastrar la mesa móvil que tiene rieles con ruedas de

avance, además de la pieza a trabajar tomaremos una fuerza equivalente a 30kg

Partimos del análisis de que la fuerza que necesaria es demasiado baja y que la presión de la que dispone

el sistema es alta entonces tomaremos el cilindro de menor diámetro a nuestra disposición.

De la tabla de Cilindros REXROTH Bosch:

Cálculo de la fuerza en el actuador

Cálculo del caudal del cilindro en el avance.-

⁄

⁄

Solo calcularemos el caudal en el avance ya que es el caudal mayor necesario en este actuador.

Verificación del pandeo.-

1º se define



√

Donde:

; Longitud de pandeo (en función del tipo de fijación =0.7L)=700[mm]

; Diámetro del hazte =22[mm]



Reemplazando



√

Verificamos la relación para Euler (Satisface)

Donde:

; Momento de inercia

[ ]

N; Coeficiente de seguridad =3.5

Reemplazando datos

[ ]

-Verificamos la relación no olvidar que la fuerza para mover la mesa es mucho menor a

1884 Kg es aproximadamente 100 Kg máximo

(Satisface)

Actuador de la reja

Datos de Cálculo.-

v= 0.4m/s

L= 1 m

Cálculo de la sección del Cilindro.-

Asumiendo que debe realizar la operación de arrastrar la mesa móvil que tiene rieles con ruedas de

avance, además de la pieza a trabajar tomaremos una fuerza equivalente a 30kg

Partimos del análisis de que la fuerza que necesaria es demasiado baja y que la presión de la que dispone

el sistema es alta entonces tomaremos el cilindro de menor diámetro a nuestra disposición.

De la tabla de Cilindros REXROTH Bosch:

Cálculo de la fuerza en el actuador

Cálculo del caudal del cilindro en el avance .-

⁄

⁄

Solo calcularemos el caudal en el avance ya que es el caudal mayor necesario en este actuador.

Verificación del pandeo.-

1º se define



√

Donde:

; Longitud de pandeo (en función del tipo de fijación =0.7L)=700[mm]

; Diámetro del hazte =22[mm]



Reemplazando



√

Verificamos la relación para Euler (Satisface)

Donde:

; Momento de inercia

[ ]

N; Coeficiente de seguridad =3.5

Reemplazando datos

[ ]

-Verificamos la relación no olvidar que el actuador que maneja la reja de seguridad solo

necesita una fuerza 30 Kg

(Satisface)

Calculo del caudal necesario

Q1+Q2+Q3=103lit/min+30+30=163 lit/min

Cálculos de las tuberías

Tuberías succión

Datos

V=1,5 m/s=9000cm/min

Q=163lit/min=163000cm3/min

Área de la tubería de succión

√

√

Normalizamos el diámetro a 50,8mm

Calculo de la espesura de la tubería

Datos

S=8

P=1Kg/cm2

( )

( )

Donde :

S= Factor de seguridad cuyo valor es 8 para la succión y retorno y 4 para presión

= Tension de tracción máxima cuyo valor es 3500 a 5000 Kg/cm2

Calculo de la tubería de presión

Datos

V=8m/s=48000cm/min


Calculo del área de la tubería de presión

√

Normalizamos el diámetro a 22,2mm

Calculo del espesor de la tubería de presión

Datos

S=4

P=180Kg/cm2

( )

( )

Calculo de la tubería de retorno

Datos

V=4m/s=24000cm/min


Calculo del área de la tubería de retorno

√

Normalizamos a 31,8mm

Calculo del espesor de la tubería de retorno

Datos

S=4

P=180Kg/cm2*0,3=54Kg/cm2

( )

( )

Cálculo de Tuberías de Presión en los diferentes actuadores

Tubería Actuador A:

Datos.-

Q = 30 l/min = 500cm3/s

v= 9 m/s (Tubos de Presión hasta 315kg/cm2)

v= 900cm/s

√

0.841cm

Tubería Actuador B:

Datos.-

Q = 30 l/min = 400cm3/s


v= 900cm/s

√

0.841 cm

Tubería Actuador C:

Datos.-

Q = 103 l/min = 1716,67cm3/s


v= 900cm/s

√

1,55cm

Cálculo de Tuberías de Retorno:

Al mantener la velocidad de retorno de todos los actuadores y los caudales que son prácticamente los

mismos los diámetros de sus tuberías de retorno serán igual al diámetro de las tuberías de presión.

Normalización de Tuberías.

Normalizamos Todas las tuberías a 1 pulgada y recalculamos las velocidades que se presentaran en las

tuberías y deben estar dentro del rango de velocidad admisible.

Para la tubería de presión del actuador C

Para las tuberías de presión de los actuadores A y B

Tubería A

⁄ ⁄

Tubería B

⁄ ⁄

Tubería C

⁄ ⁄

Las tres velocidades están dentro de los rangos de velocidades permitidos para tuberías de presión.

Mínima de 3m/s

Máxima de 12m/s

Cálculo del espesor de las tuberías.-

Calculo del Espesor

Donde:

( )[ ]

Dónde:

S= Factor de Seguridad 8 (Para la succión y retorno) e igual a 4 para presión.

P= Presión de Trabajo del sistema.

(Tensión de tracción máxima) cuyo valor está entre 3500 a 5000 kg/cm2.

D= Diámetro de la tubería.

En este proyecto vemos innecesario el utilizar un coeficiente de seguridad tan alto como 8, en su lugar

simplemente utilizaremos 4. Sin importar el tipo de tubería del sistema.

Tuberías de ½” (D=1.27cm)

Datos:

P= 180kg/cm2

⁄

s = 4

( )

Tuberías de ¾” (D=1.905cm)

Datos:

P= 180kg/cm2

⁄

s = 4

( )

En lugar de complicarnos con tuberías rígidas seleccionamos tuberías flexibles directamente de

catálogo, así:

Entonces.-

1.- Para las conexiones de presión y de retorno de los actuadores A y B utilizaremos Mangueras

Flexibles SAE 100 R2/AT tamaño nominal 12.

2- Para las conexiones de presión y de retorno del actuador C utilizaremos Mangueras Flexibles SAE

100 R2/AT tamaño nominal 8.

Cálculo de Pérdidas

De Catálogo REXROTH para pérdidas en tuberías:

Note que esta ecuación es una variante de la ecuación de Darcy-Weisbach aplicada directamente a

la pérdida de presión y no a la pérdida de cabeza o caída en la línea piezométrica en la tubería.

Nota.- Toda Reducción basada en una gravedad relativa 10 m/s2.

Donde:

ΔP= Pérdida de presión de tubería directa. [Bar].

ρ= Densidad [kg/dm3].

λ= Coeficiente de Fricción de la tubería.

λlam= Coeficiente de Fricción para flujo laminar.

λturb= Coeficiente de Fricción para fujo turbulento.

Laminar Re<2000

l= Longitud de la línea [m].

v=Velocidad de la línea [m/s].

d= Diámetro interno de la Tubería [mm].

ϕ= Viscosidad Cinemática [mm2/s].

Q= Caudal en la Tubería [l/min].

√

Datos de Cálculo.-

ACEITE HL DIN51524

ϕ= 100mm2/s ρ= 0.875gr/ml =0. 875 kg/dm3

Tubería Actuador A:

Datos.-

Q = 30 l/min D= ¾” = 12.7mm l= 3m

Desarrollo.-

[ ⁄ ]

[ ]

Tubería Actuador B:

Datos.-

Q = 30 l/min D= ¾” = 12.7mm l= 4m

Desarrollo.-

[ ⁄ ]

[ ]

Tubería Actuador C:

Datos.-

Q = 103 l/min D= ½” = 19mm l=3m

Desarrollo.-

[ ⁄ ]

[ ]

Pérdidas por accesorios.-

De la misma manera haciendo la variante de la fórmula de Darcy-Weisbach para accesorios:

Coeficientes K Para Diferentes Accesorios:

Válvula de Compuerta

Accesorios K

Válvula de Compuerta 0.19

Codo en U 2.2

Tee estándar 1.8

Codo estándar 0.9

Codo de Radio medio 0.75

Codo de Radio largo 0.60

Datos Adquiridos Libro “Mecánica de Fluidos” (Víctor L. Streeter 9° Edición).

Nota.- Toda Reducción basada en una gravedad relativa 10 m/s2.

1.- Ramificaciones con conexión tipo T, en total 3, 2 en la tubería de succión y 1 en la válvula de

seguridad.

La velocidad del fluido en estas tuberías al ser de succión no superan los 1.5 m/s. entonces

analizaremos las pérdidas en el caso más crítico correspondiente a esta velocidad.

[ ] Por cada “T”

2.- Codos (En mangueras flexibles no se consideran pero sí en la tubería rígida. 2 en total.

[ ] Por cada Codo 90° (estándar).

SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES HIDRÁULICOS DEL SISTEMA:

Selección de la bomba hidráulica Variables:

- Requerida por el sistema 180 Kg/cm2 en bares: 176.5 bar

-Caudal requerido por el proceso.

[

]

Volumen geométrico:

Momento torsor:

Por lo tanto escogemos una bomba de engranajes internos que actúa con una presión máxima de

350 bares, y un caudal máximo de 360lt/min.

Del catalogo de bombas rexroth seleccionamos el tipo constructivo TC5-TN160 que tiene un

volumen geométrico máximo de 162.83 [cm3/rot].

Potencia teórica:

Potencia absorbida de la bomba:

Selección técnica de la bomba hidráulica.-

Serie: constructiva

Por defecto H, es una bomba de alta presión.

Tamaño constructivo

Elegimos TC5, por que nos da volúmenes geométricos del orden de los 64.70 a 281.90 [cm3/rot]

Series:

2x , Series 20 a 29, medidas de montaje y conexiones inalteradas.

Tamaño nominal:

Elegimos TN 160, por que nos da una volumen geométrico de 162.80 [cm3/rot], que es mayor a

nuestro volumen calculado de 132.25

Sentido de rotación:

R: rotación derecha

Aplicación del eje:

Como nuestro torque máximo es 494.353 N*m, podemos elegir, un eje cilíndrico, por que el torque

máximo permitido es de 1100 N*m.

Conexiones de succión, y presión.-

Observamos que para un tipo TC5 y TN160, nos indica una conexión patrón 07.

Sello, juntas:

Según el catalogo, para un tipo TC5 y TN160, nos recomienda juntas FKM: V

Tipo de fijación:

Elegimos la norma SAE, la cual nos indica una brida se sujeción, con dos agujeros: U2

Datos adicionales:

Ninguno: *

Por tanto seleccionamos la bomba.

PGH5-2X/160RE07VU2

R900932171

Calculo de la capacidad volumétrica del tanque.-

V= (3.5---5) *Q

V= 5*163= 815 lt

Características del aceite hidráulico.-

El aceite hidráulico a utilizar es el: H-L DIN 51524 equivalente al LUB-AOH48 producido en Y.P.F.B.

Tipo de producto PG Bomba de engranajes internos, con desplazamiento de volumen constante.

Serie constructiva H Bomba de alta presión

Tamaño constructivo 5 TC5 de 64.7 a 281.9 cm3/rot

Serie 2x Series 20 a 19 inalterables

Tamaño nominal 160 Para 162.8 cm3/rot

Sentido de rotación R derecha

Tipo de eje E cilíndrico

Conexión de succión y presión 07 De acuerdo al patrón de presión

Juntas V Juntas FKM

Bridas de montaje U2 Según SAE con 2 agujeros

Este es un aceite mineral con aditivos para aumentar:

Resistencia a la corrosión y oxidación.

Resistencia a alta presión, temperatura, envejecimiento y aditivo antiespumante.

Selección de la válvula limitadora de presión

Tipo de producto DBD Válvula limitadora de presión Mando directo.

Elemento de ajuste S Tornillo con hexágono y tapa protectora.

Tamaño nominal 15 Qmax=250l/min, Pmax=450 bar.

Tipo de conexión G Conexión roscada.

Serie 1X Series 10-19 medidas de conexión y montaje inalterables.

Nivel de presión 200 Presión de regulación.

Juntas = Juntas NBR.

Diseño de pruebas = Sin diseño de pruebas.

Elegimos: DBDS15G1X-200

Selección del filtro de succión

Elegimos: ABZFD-S0240-10H-210-1X/M-B

Selección del filtro de retorno al tanque

Tipo de producto ABZ Accesorio de instalación rexroth

Filtro F Filtro

Succión D Filtro de succión

Filtro de presión simple S Filtro de presión simple

Tamaño nominal 0240 Serie 240

Elemento filtrante 10 Malla de 10 absoluto

Válvula de bypass H Sin válvula de bypass

Presión nominal 210 Presión nominal 210 bar

Serie 10 hasta 19

1X

Medidas de instalación y conexiones

Fluido hidráulico M Aceite mineral

Variante B Variante B

Elegimos: ABZFR-S0450-10-1X/M-B

Selección del manómetro

Elegimos: ABZMM63-250BAR/MPA-U/V-G

Tipo de producto ABZ Accesorio de instalación rexroth

Filtro F Filtro

Retorno R Filtro de retorno

Filtro de presión simple S Filtro de presión simple

Tamaño nominal 0450 Serie 450

Elemento filtrante 10 Malla de 10 absoluto

Serie 10 hasta 19

1X

Medidas de instalación y conexiones

Fluido hidráulico M Aceite mineral

Variante B Variante B

Tipo de producto ABZM Accesorio de instalación rexroth

Manómetro M Manómetro

Tamaño nominal 63 Tamaño nominal

Limite de indicación 250 250 bar Depende del tipo de fijación

Escala BAR/MPA Escala en bares y megapascales

Posición de conexión U Lado inferior

Tipo de fijación

V

Fijación con rosca

Opción - Sin opción

Accionado del manómetro G Glicerina

Normalización de Actuadores.-

Actuador A

Actuador B

Actuador C

Selección de las válvulas direccionales 4/2 con resorte accionado por solenoide

Selección de la válvula del actuador principal que tiene un caudal de 103 lit/min y trabaja a 180

(Kg/cm2)

4 WE 10 Y 3X C G24 N9 K4 *

Número de conexiones 4 4 conexiones principales

Tamaño nominal 10

Símbolos de pistón Y

Serie 30 hasta 39 3x Conexión individual

Con o sin resorte Sin designación Con reposición por resorte

Solenoide húmedo C

Tipo de tensión G24 Tensión continua de 24 V

Con o sin dispositivo de accionamiento

N9 Accionamiento auxiliar oculto

Conexión eléctrica K4 Conexión individual

Control de la posición de conmutación

Sin designación Sin interruptor fin de curso

Si excedemos el caudal Sin designación Sin estrangulador insertable

Tipo de juntas Sin designación Juntas NBR

Datos en texto compl. *

Selección de la válvula 4/2 del actuador de la mesa y la reja

4 WE 10 Y73 3X C G24 N9 K4 A12 *

Número de conexiones 4 Conexiones útiles

Tamaño nominal 10

Símbolo del pistón Y73

Serie 3X Serie 30 hasta 39

Con o sin resorte Sin designación Con reposición por resorte

Tipo de solenoide C Para tamaño 10

Tipo de tensión G24 Tensión continua 24 V

Con o sin dispositivo de accionamiento

N9 De emergencia cubierto

Tipo de conexión eléctrica K4 Individual con enchufe DINXX

Influencia del tiempo de accionamiento

A12

Si excedemos el caudal Sin designación Sin dosificador insertable

Longitud de apriete Sin designación estándar

Material de juntas Sin designación Juntas NBR

Orificio de fijación Sin designación Sin orificio TN10

Otros datos *

Como los dos actuadores tienen caudales parecidos se usara dos válvulas de este tipo

Selección de las válvulas estranguladora de flujo en este caso usaremos 6 válvulas

Solo Verificamos que cumpla con los requerimientos de nuestro sistema, es decir, caudal y presión

de servicio máxima.

Universidad Mayor De San Simón

Facultad De Ciencias Y Tecnología

Ingeniería Electromecánica

Proyecto

Prensa Hidráulica de 30 Toneladas

ESTUDIANTES:

.

DOCENTE: Ing. Fanor Rojas M.

CARRERA: Ing. Electromecánica

GESTIÓN: 1/2012

FECHA: 14/07/2012

COCHABAMBA-BOLIVIA

prensa hidráulica

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