salida rÁpida de un cilindro oleohidrÁulico

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]Aplicación práctica a un cilindro de movimientos simples

Con:

- SALIDA RÁPIDA [ SR ]

- ENTRADA [ E ]

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]Enunciado del caso:Un cilindro diferencial debe realizar movimientos alternativos constantemente desde sus dos captadores de posición. Realiza su trabajo con igual carga tanto durante la salida del vástago como durante la entrada, y con aproximada velocidad.

Carga máxima = 20000 N.

Velocidad aproximada = 0,3 m/s

Carrera máxima = 600 mm.

La carga va guiada con conexión vástago carga articulada, estando el cilindro totalmente anclado tanto anterior como posteriormente por pies tangenciales.

Kw 6 1000

0,3m/s N 20000

1000

v F Wn W

s. 2 seg 0.3

0,6mm

velocidad

carrera tiempo

snecesidade

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]Dimensionado del cilindro

INTEGRACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS DE UN CILINDRO

Usando «el libro de excel» que podrán descargar en este enlace:

Y luego yendo a su Hoja de Cálculo: DIMENSIONES

Se introducen en ella las condiciones de funcionamiento del cilindro: carga = 20000 N. ; carrera = 600 mm. ; fijaciones tangenciales tanto en la parte anterior del cilindro como en la posterior; con la conexión vástago carga articulada y la carga guiada; trabajo horizontal; presión aproximada de 220 bars; con coeficientes de seguridad de partida de 2,5. Si es necesario, subiremos el coeficiente de seguridad del vástago y variaremos la presión estimada para seleccionar la del cilindro que deseemos instalar.

Esto nos dará como resultado lo siguiente:


Introducidos los datos en las celdas amarillas

Vemos que al introducir en el tramo de salida rápida la misma longitud que la carrera del cilindro nos lanza un aviso de que debemos ir a la hoja: RENDIMIENTOS MEC. Por lo que vamos a ella


En la hoja de RENDIMIENTOS MEC. Vemos que tenemos un rendimiento para el movimiento de Salida Normal cuando no existe dicho movimiento. Luego lo anulamos

Y que tenemos un valor nulo en el rendimiento de Salida Rápida cuando en este caso existe salida rápida. Por lo que se nos pide que introduzcamos algún valor no nulo.Y lo hacemos


En la hoja de RENDIMIENTOS MEC. Hemos anulado el rendimiento de la salida normal inexistente

Y puesto que teníamos un valor nulo en el rendimiento de Salida Rápida cuando en este caso sí existe salida rápida, introducimos un valor de rendimiento y luego reintroducimos el valor aconsejado hasta estabilizarlo.El resultado es el siguiente y se nos quitan las advertencias por lo que podemos volver a la hoja DIMENSIONESY lo hacemos.


El valor que introduzcamos en PRESIÓN MÁXIMA ESTIMADA sólo es un valor para ajustar el DIAMETRO DEL TUBO y se nos indicará un valor ORIENTATIVO que será función de la PRESIÓN MANOMÉTRICA MÁXIMA que sí será real.

Ha desaparecido la advertencia que nos solicitaba ir a la hoja RENDIMIENTOS MEC.Aunque se nos mantiene el recordatorio de que para ajustar la “fi” ( ) del cilindro deberemos:-Modificar el valor de la presión máxima estimada para modificar el DIAMETRO DEL TUBO-Modificar el valor del coeficiente de seguridad del vástago para modificar el DIAMETRO DEL VÁSTAGOPor lo que de esa manera estaremos modificando la relación “fi” ) del cilindro hasta obtener la deseada.

La PRESIÓN MANOMÉTRICA MÁXIMA

es la presión real aceptada


Conseguida la “fi” ( ) más próxima al valor 2 ; deseada para tener las velocidades de salida rápida SR y entrada E con prácticamente la misma velocidad, ya podemos continuar.


El resultado de las dimensiones del cilindro es:

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]

Con las dimensiones del cilindro pasamos a la siguiente Hoja de Cálculo de:

RENDIMIENTOS MEC.

Donde ya completamos los cálculos de las secciones del cilindro y nos proponen los rendimientos mecánicos a introducir.

2

21

20

vt

cm 9,62 Sv

1.96

cm 10,01 S cm 19,63 S

mm. 35 d mm. 50 D

Dimensionado del cilindro

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]Rendimientos mecánicos

Introducidos los rendimientos que nos aconsejan

Rendimientos aconsejados

Obtenemos las presiones aproximadas


Con los rendimientos mecánicos introducidos,así como con las secciones calculadas, determinamos la presión de la carga y la presión del rozamiento de las juntas del cilindro, para obtener, sumándolas, la presión aproximada, de la que a su vez depende el rendimiento mecánico que se aconseja.

De esta forma ya hemos avanzado un nuevo paso.

Rendimientos mecánicos

228 21 208 P

224 25 200 P

P P P

ENTRADA APROXIMADA

NORMALSALIDA APROXIMADA

ROZAMIENTOCARGALA DE APROXIMADA

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]Bomba impulsora

minutopor esRevolucion n

revoluciónpor Volumen V1000

nV Q

0

0BOMBA

El caudal de una bomba depende de su cilindrada o tamaño nominal y del numero de revoluciones por minuto del motor

Pierde, por tanto, un caudal de fuga qf que emplea en lubricar sus mecanismos reduciendo sus rozamientos mecánicos.

Toda bomba tiene un Rendimiento volumétrico y un Rendimiento mecánico.

bvut

ovolumétric

QR Q

R

m

bm

mecánico

R

W W

R


/rev.cm 12,44 V

rpm 1450 n

R1000

nV l/m 7,321

l/m 32,173,062,96 Q

vS6 Q

30

V0

BOMBA UT.

RÁPIDASALIDA vBOMBA UT.

Por tanto, teniendo en cuenta que necesitamos una velocidad en la salida rápida de 0,3 m/s (como dato de partida) y puesto que disponemos de un cilindro de Sv= 9,62 cm2

Resulta que:


Consultado un catálogo de bombas encontramos una de engranajes con dentado externo de una cilindrada de 14,1 con un rendimiento volumétrico de 0.96 y un rendimiento mecánico de 0,94

Introducimos los datos en la hoja de cálculo:BOMBA IMPULSORA

Y obtenemos los resultados de:


Se introducen las velocidades deseadas

Se indica la cilindrada necesaria Se introducen los datos de la bomba escogida por catálogo

Se indican las velocidades de salida establecidas por la bomba

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]Velocidades y tiempos

Pasamos entonces a una una nueva hoja de cálculo denominada:

VELOCIDADES & TIEMPOS.

E introducimos los tiempos de espera:

Que en este caso son todos nulos = 0 s.

Ya que los otros tiempos del ciclo, así como sus velocidades y los caudales que generan de retorno, nos son ya calculados:

v

tramo t

S 6

Q v

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]Velocidades & Tiempos

Obtenemos las velocidades y los tiempos de cada movimiento del ciclo

Introducimos los tiempos de espera tras los movimientos del cilindro


Deducimos entonces los caudales que circularán por cada tramo de tubería, generados por la bomba directamente o por el cilindro como retorno a tanque una vez conocido que el caudal de utilización Qut del sistema es:

Qut =19,63 l/m

l/m 48,381.96 19,63 Q Q

vástagode entrada laen sale que caudal Q

l/m 19,63 Q

vástagode entrada laen entra que caudal Q

l/m 43,2096,1

40,06

Q Q

vástagode salida laen sale que caudal Q

l/m 40,06 Q)1

( Q

vástagode salida laen entra que caudal Q

eese

se

ee

ee

esrssr

ssr

utesr

esr

TuberíasDiámetros de tuberías


Vamos entonces a la Hoja de Cálculo:

DIÁMETROS TUBERÍAS

Donde introducimos los valores de la densidad y la viscosidad del aceite que vamos a utilizar.

En nuestro caso un Ester-fosfato que, a 50ºC tiene:

= 1,17 Kgr/dm3 y = 0,41 st.

Introducimos a continuación las velocidades de circulación por tubería, siendo las aconsejadas:

-Aspiración = 0,5 m/s

-Drenajes = 1 m/s

-Retorno = 2 m/s

-Utilización 0 = 4 m/s

-Utilización 1 = 6 m/s

-Impulsión = 8 m/s

En este orden siempre creciente hacia tanque.

TuberíasDiámetros de tuberías


Velocidades deseadas, que deberán ser crecientes de retorno a impulsión

Se introducen los datos del aceite Coeficiente de seguridad para el espesor

Diámetros de tuberías


Diametros tuberías y dimensiones según tubos de

acero sin soldadura

Las tuberías de ASPIRACIÓN y

RETORNO A TANQUE pueden ser, dada su baja presión, de tubo de nylon

(poliamida)

Diámetros de tuberías

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]Tramos de tubería

UTILIZACIÓN ( 0 )

IMPULSIÓN

UTILIZACIÓN ( 1 )

RETORNO A TANQUE


A

P

B

T

DISTRIBUCIÓN


Se introducen los datos de las longitudes de los tramos

Los codos, las curvas y el racordaje en general se incluyen como longitud equivalente.

El hecho de la P TOTAL sea cero nos indica que estamos en un movimiento regenerativo y que debemos seguir las flechas blancas para introducir los tramos del regenerativo correspondientes.


Se introducen los datos de las longitudes de los tramos del regenerativo

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]Perdidas de carga

Se selecciona un electro distribuidor según sus límites de potencia teniendo en cuenta el máximo caudal que va a pasar por él.

En nuestro caso: 40,06 l/m

Por eso escogemos un TN 10, pues de otro modo tendríamos problemas con los límites de potencia de conmutación de este émbolo que comienzan a unos 30 l/m en la marca que solemos utilizar para un TN6.

Este sobredimensionado necesario, nos dará como resultado unas mínimas perdidas de carga.

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]Perdidas de carga

Se introducen los datos de las perdidas de carga de los distribuidores según las curvas de los fabricantes

Se calcula el % de las perdidas de

TUBERIAS y % de las perdidas de

DISTRIBUIDOR.

La suma de ambos porcentajes que es el

PORCENTAJE TOTAL

debe estar entre el 5% y el 10% para ser

aceptable.

Por debajo del 5% es excelente

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]TuberíasPresiones de los movimientos

Ahora ya estamos en disposición de poder calcular las presiones de los movimientos del ciclo de este cilindro.

Para ello vamos a la hoja de

PRESIONES & MOVIMIENTOS

Y en ella ya se calculan todas las presiones.

En este caso

La presión del movimiento de Salida Rápida:

239 bars

La presión del movimiento de Entrada

230 bars

La presión en los tiempos de espera

2 bars.

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]TuberíasPresiones de los movimientos

Presiones determinadas como la suma de:Presión de la carga + Presión del rozamiento + Perdidas de carga

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]Potencias y rendimiento total

PRESIÓN MANOMÉTRICA MEDIA

RENDIMIENTO DEL SISTEMA

POTENCIA DE NECESIDADES MEDIA

POTENCIA PERDIDA VOLUMÉTRICAMENTEPOTENCIA PERDIDA

MECÁNICAMENTE

POTENCIA MOTRIZ MEDIA

Nos queda, por último, hacer un análisis del comportamiento del sistema y determinar su rendimiento global

Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]Potencias y rendimiento total

Determinando el rendimiento total, tras desglosarlo en la forma de rendimiento volumétrico y rendimiento mecánico, este último consecuencia del cilindro y de la bomba.


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