simultaneidad por acoplamiento del eje de maq volumétricas

Simultaneidad por Acoplamiento del Eje de Máquinas Volumétricas o Motores

Esquema de Dos Máquinas Volumétricas para la Simultaneidad de Cilindros

Se trata de instalar en serie con los cilindros que se quieran simultáneos, máquinas volumétricas rotativas acopladas por sus ejes. Máquinas capaces de funcionar también, tanto como motores como bombas y de hacerlo a revoluciones altas con gran eficiencia a fin de reducir su tamaño. Normalmente son motores de engranajes por su simplicidad para hacer la función.

Para explicar su funcionamiento proponemos este esquema con dos cilindros con capacidad para subir cargas másicas, por lo que disponen de válvulas de frenado (en este caso) de tipo estrangulación auto-ajustable para mantenerlas detenidas en su posición más alta o en otra intermedia.

La simultaneidad se da en el sentido de subida o salida de vástago diferenciando las máquinas volumétricas dos caudales similares. Ahora bien, en el sentido contrario no es posible la integración de caudales iguales, de ahí la colocación de by-pass.


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Si Uno se Atasca el Otro se Atasca

Todo se basa en que el caudal que sale de una máquina volumétrica funcionando como motor de cilindrada constante es:

lit./min.] Q / r.p.m. n / cm3/rev.V[1000

nVQ

SM0

0MOTOR COMO SALE

===

⋅=

Mientras que el caudal que sale de una máquina volumétrica funcionando como bomba de cilindrada constante es:

]lubrificar para fuga de caudal [q

] lit./min. Q / r.p.m. n / cm3/rev.V[

q1000

nVQ

SM0

0BOMBA COMO SALE

====

−⋅=

Por tanto, si un cilindro se atasca, su máquina volumétrica en serie se para también y, puesto que está conectada al mismo eje de la otra máquina volumétrica, las revoluciones de la misma se anulan, lo que anula también el caudal hacia el otro cilindro, deteniéndolo.

Sistema A Sistema B

Como las revoluciones son iguales tendremos que los caudales que salen hacia los cilindros bien sea como motor o como bomba tendrán la relación:

qQq1000

nVQ SM

0SB −=−⋅=


Movimiento de Salida de Vástago


Arranque del motor

Al poner en marcha el motor, los dos sistemas: tanto el del cilindro A como el del cilindro B quedan conectados a tanque y la bomba en descarga, al estar todas las bobinas de las electroválvulas desexcitadas y tener el venting de la válvula de seguridad (y de descarga) a tanque.

Los cilindros, además de reposar sobre sus topes finales, están bloqueados por las válvulas de frenado y amortiguación, pues su línea de pilotaje está despilotada y a tanque.

Y3 = 0

Y1 = 0 Y2 = 0

Sistema A Sistema B


Colocada una carga, como indica la figura, sobre la plataforma. Al ser desequilibrada la carga, la carga del «cilindro A» será mayor que la del «Cilindro B».

Y3 = 0

Y1 = 0 Y2 = 0

Movimiento de Salida Simultaneo y Perturbación de Carga Diferente

BA L L >

Sistema A Sistema B

LA LB

Y4 = 0


Al excitarse Y1=1 e Y3=1

El sistema impulsor envía un caudal a través de las máquinas volumétricas hacia los cilindros.

Y3 = 1

Y1 = 1 Y2

Sistema A Sistema B

LA LB


Y4


El caudal de utilización de la bomba QUT. Mueve las dos máquinas volumétricas de tal forma que:

La que alimenta al cilindro de carga menor y de menor presión funciona como motor consumiendo presión:

PE

LA LB


PA PB

P0BP0A

P1

Y la que alimenta al cilindro de carga mayor y de mayor presión funciona como bomba accionada por la que funciona como motor y generando presión.

Es decir la potencia motriz que genera la que funciona como motor es la absorbida por la que funciona como bomba

En ambas máquinas volumétricas habrá un caudal de fuga desde la presión más alta a tanque para facilitar su lubricación y eficiencia mecánica.


nVQ

SM0

0B

===

⋅=

A]A

SM0

A0

A

P desde fuga de caudal[q


q1000

nVQ

====

−⋅=

QUT

QA QB

qA qB

mecánico] orendimient [R

]R

qPQ)P(P[RQ)P(P

M

M

AAAAEMBBE

=

⋅+⋅−−=⋅⋅−


LA LB


P1

Puesto que “n” es común para las dos máquinas volumétricas, de las expresiones ya vistas de bomba y motor, deducimos que el caudal que sale funcionando como bomba es igual que el caudal que sale funcionando como motor menos su propio caudal de fuga como bomba.

Por otra parte de la expresión:

ABA qQQ −=

PA PB

P0BP0A

QA QB

AB

AEBE

PP

:bien o ; )]P(P[)P(P

∆−≈∆−−≈−

Que es tanto como considerar RM=1 y qA=0 ; cuando realmente no es así, pero que resulta práctico. Lo que nos deja con la expresión:

]RQ

qP

RQ

Q)P(P[)P(P

]qPQ)P(P[RQ)P(P

]R

qPQ)P(P[RQ)P(P

22

2

MB

AA

MB

AAEBE

AAAAEMBBE

M

AAAAEMBBE

⋅⋅+

⋅⋅−−=−

⋅+⋅−−=⋅⋅−

⋅+⋅−−=⋅⋅−

En donde podemos considerar las expresiones:

0RQ

q ; 1

RQ

qQ

RQ

Q222

MB

A

MB

AB

MB

A ≈⋅

≈⋅−=

⋅

PE

QUT

qA qB


LA LB


P1

Es decir: que mientras que funcionando como bomba la máquina volumétrica eleva la presión, funcionando como motor consume presión.

Si ahora analizamos desde las presiones de la carga:

Si consideramos ∆PVE la perdida de carga interna en paso libre en la válvula de frenado y amortiguación, tendremos:

ϕϕ1

0

B0B

1

0

A0A

P

S10

LP ;

P

S10

LP +

⋅=+

⋅=

AVE0A BVE0B PPP ; PPP =∆+=∆+

PA PB

P0BP0A

QA QB

VE1

0

BA

E

VE1

0

BAE

VE0B0A

E

VE0BVE0AE

BAE

BAE

AEBE

AEBE

PP

S102

)L(L P

:bien o ; PP

S102

LL P

P2

PP P

2

PPPP P ;

2

PPP

PPP2

PPPP

)]P(P[)P(P

∆++⋅

+=

∆++⋅⋅

+=

∆++=

∆++∆+=+=

+=⋅+−=−

−−≈−

ϕ

ϕ

Valores que podemos sustituir en:

PE

QUT

qA qB


LA LB


P1

Si analizamos las velocidades, vemos:

Donde los qC son las fugas internas de los cilindros que, como ya hemos dicho en otras ocasiones, son mínimas en cilindros nuevos; pero que pueden tomar valores considerables de forma indeterminada en cilindros viejos. Siguiendo razonando como si fueran cilindros nuevos, tendremos que habrá una diferencia de velocidad, yendo más lento el de mayor carga.

0

CBBB

0

CAAA

S6

qQ v;

S6

qQv

⋅−=

⋅−=

PA PB

P0BP0A

QA QB

0

CBCAA

0

CBCAABA

0

CBCABABBA

0

CBCABABA

0

CBBCAABA

0

CBB

0

CAABA

S6

)qq(q

S6

)qq(qvv

S6

)qq()Qq(Qvv

S6

)qq()Q(Qvv

S6

qQqQvv

S6

qQ

S6

qQvv

⋅−+−=

⋅−−−=−

⋅−−−−=−

⋅−−−=−

⋅+−−=−

⋅−−

⋅−=−

Es decir el cilindro A, con mayor carga, el que va más lento.

[En cilindros nuevos qCA > qCB ]

qCA qCB

PE

QUT

qA qB


LA LB


P1

Por tanto los dos cilindros continúan su movimiento de subida hasta que el más rápido (el cilindro B) llegué arriba.

En todo ese proceso la presión manométrica sería el resultado de sumarle a la PE la perdida de carga del distribuidor ∆PD .

PA PB

P0BP0A

QA QB

qCA qCB

DVE1

0

BA

M PPP

S102

)L(L P ∆+∆++

⋅

+=

ϕ

PE

QUT

qA qB


LA LB


Al llegar la final de carrera superior el cilindro B, se excita Y4=1 a causa fundamentalmente de que esta b1 sin estar a1:

Y4 = 1

Y3 = 1

Y1 = 1 Y2

Como consecuencia, ambos cilindros sufren el empuje del grupo impulsor por igual y, puesto que el cilindro B está sobre su tope final, el cilindro A es llevado arriba al doble de velocidad y a plena potencia del grupo impulsor.

[A plena potencia pues a causa de tener amortiguación en el tope del cilindro, se abrirá la válvula de seguridad mientras lo lleva lenta y progresivamente a su tope final, donde accionará el final de carrera a1]

exclusiva disyunción la de símbolo el es donde

)b(a)b(aY

)baba()baba(Y

)ba()b(a)ba()b(aY

)ba()b(a)ba()b(aY

00114

000011114

000011114

000011114

⊕⊕+⊕=

⋅+⋅+⋅+⋅=

+⋅+++⋅+=

⋅⋅++⋅⋅+=


LA LB


Una vez que que se llega a la posición a1 y b1, la señal de su conjunción desexcitará todas las bobinas activadas, poniéndose el grupo impulsor en descarga.

Y4 = 1

Y3 = 1

Y1 = 1 Y2


LA LB


Desexcitadas todas las bobinas de las electroválvulas, con el sistema en descarga serán las válvulas de retención, frenado y amortiguación las que retendrán las cargas.

Y4 = 0

Y3 = 0

Y1 = 0 Y2


)b(a)b(aY

)baba()baba(Y

)ba()b(a)ba()b(aY

)ba()b(a)ba()b(aY

00114

000011114

000011114

000011114

⊕⊕+⊕=

⋅+⋅+⋅+⋅=

+⋅+++⋅+=

⋅⋅++⋅⋅+=

marcha depulsador el es S donde

)ba()kbaS(K2

)ba()kbaS(K

kkY

00211

111001

213

+⋅+⋅⋅=

+⋅+⋅⋅=

+=

22

11

kY

kY

==

[Esto como planteamiento básico conceptual.]



Retiradas las cargas el sistema queda a la espera de la orden de descenso y bajada.

Como no es posible ofrecer simultaneidad mediante las maquinas volumétricas en el retorno, pues no tienen porque hacerlo (como veremos a continuación), es preferible, como en este caso, tenerlas anuladas por un by-pass.

Y4

Y3

Y1 Y2


Aclaraciones sobre las Máquinas Volumétricas para Simultaneidad


Las máquinas volumétricas funcionan en impulsión pues la parte motriz (que es aquella cuyo caudal circula desde la presión media a la de menor presión) haría de impulsión de la parte de bomba (que es aquella cuyo caudal circula de la presión media a la de mayor presión) y lo harían con caudales similares: QSM y QSB.

Pero no funcionan en retorno.

PA PB

PE

AEB PPP <<


nVQ

SM0

0SM

===

⋅=

]lubrificar para fuga de caudal [q


q1000

nVQ

SM0

0SB

====

−⋅=

qQQ

qQq1000

nVQ

SMSB

SM0

SB

−=

−=−⋅=

QSB QSM

QUT

Las Máquinas Volumétricas Funcionan en Impulsión pero No Funcionan en Retorno



No funcionan como retorno, pues las máquinas volumétricas iguales y acopladas por sus ejes no integran caudales iguales, porque la que funcione desde la presión más alta, podrá asumir tanto caudal como quiera para imponer unas revoluciones a la parte que funcionaría como bomba, provocándole cavitación si no pudiera asumir el mismo caudal ya que entonces los volúmenes de líquido, al ser insuficientes, se irían a presiones de vacío y generarían volúmenes de gas que sí serían suficientes. Y, esto, requeriría muy poco esfuerzo por parte de la que funciona como motor.

PVACÍO PALTA

PBAJA

ALTABAJAVACIO PPP <<



PVACÍO PALTA

PBAJA

ALTABAJAVACIO PPP <<

Por eso es preferible incluirles un by-pass

para que se comporten libremente ante el paso

del caudal

No funcionan como retorno, pues las máquinas volumétricas iguales y acopladas por sus ejes no integran caudales iguales, porque la que funcione desde la presión más alta, podrá asumir tanto caudal como quiera para imponer unas revoluciones a la parte que funcionaría como bomba, provocándole cavitación si no pudiera asumir el mismo caudal ya que entonces los volúmenes de líquido, al ser insuficientes, se irían a presiones de vacío y generarían volúmenes de gas que sí serían suficientes. Y, esto, requeriría muy poco esfuerzo por parte de la que funciona como motor.


Movimiento de Entrada de Vástago


Movimiento de Entrada No Simultaneo y Perturbación de Carga Diferente

Cargando un sistema mínimamente desequilibrado (con una carga no muy grande LB) en el lado del cilindro B y sin carga (solo el peso de la plataforma o LA) en lado del cilindro A; comenzamos este estudio para analizar el posible comportamiento.

Aunque ya hemos dicho que el sistema de simultaneidad solo trabajaba en el sentido de la subida o salida de vástago y que, bajando, debería hacerse con carga uniformemente repartida como sería el caso de bajar la plataforma vacía para hacer un nuevo ciclo, hemos supuesto una mala conducta y, cargado la plataforma con una ligera carga en el lado del cilindro B.

Analicemos la situación.

Y3

Y1 Y2

Y4



Excitamos la bobina Y3=1 para tener potencia e Y2=1 para mandar bajar o entrar los vástagos.

Entonces la válvula de frenado, que requiere entre 15 a 30 bars para abrir una estrangulación auto-ajustable, se pone a la presión P1 ; 15<P1<30.

Y4

Y3 =1

Y1 Y2=1

LA LB

Ver la válvula de frenado y su funcionamiento

en:https://www.facebook.com/OHCA.IND.CMC/photos

/a.368603189821793.113240.141154685899979/1055198504495588/?type=3&theater

https://www.facebook.com/OHCA.IND.CMC/photos/a.368603189821793.113240.141154685899979/1055198504495588/?type=3&theater















La presión P1 abre las dos válvulas de frenado que, puesto que reciben como señal de pilotaje la misma presión, establecen una resistencia oleohidráulica RH igual para ambos sistemas. Por lo que deducidas las presiones P0A y P0B tendremos que podremos valorar QA y QB.

Para ello no tendremos en cuenta las siempre mínimas fugas internas de los cilindros pues, en este caso, aún serían más mínimas al ser las cargas mínimas. Así mismo consideraremos iguales las perdidas de carga desde la salida de las válvulas de frenado a tanque denominándolas ∆PSP0A

Y3 =1

QA

Y2=1

LA LB

P0B

ϕϕ1

0

B0B

1

0

A0A

P

S10

LP ;

P

S10

LP +

⋅=+

⋅=

QB

La presión mayor sobre el cilindro B hará que sea este cilindro B el más rápido ya que P0B>P0A:

S06R

PP

v; S06R

PP

v

R

PPQ ;

R

PPQ

H

S0B

BH

S0A

A

H

S0BB

H

S0AA

⋅

∆−

=⋅

∆−

=

∆−=∆−=

Por tanto, si las cargas sobre los cilindros fuesen iguales (cargas bien repartidas o bajada solo de la plataforma), las dos velocidades de descenso o entrada de vástago serían iguales y sin embalamiento.



Al activarse el final de carrera b0 sin estar a0 se excita Y4=1

P0A

Y3 =1

QA

Y2=1

LA LB

P0B

QB


)b(a)b(aY

)baba()baba(Y

)ba()b(a)ba()b(aY

)ba()b(a)ba()b(aY

00114

000011114

000011114

000011114

⊕⊕+⊕=

⋅+⋅+⋅+⋅=

+⋅+++⋅+=

⋅⋅++⋅⋅+=

Y4=1



Con Y4=1 el cilindro A hace tope y la plataforma llega abajo.

P0A

Y3 =1

Y2=1

LA LB

P0B

Y4=1


Entonces se desexcitan todas las bobinas y el sistema oleohidrálico queda en reposo.

Y4

Y3

Y1 Y2

LA LB



)b(a)b(aY

)baba()baba(Y

)ba()b(a)ba()b(aY

)ba()b(a)ba()b(aY

00114

000011114

000011114

000011114

⊕⊕+⊕=

⋅+⋅+⋅+⋅=

+⋅+++⋅+=

⋅⋅++⋅⋅+=

marcha depulsador el es S donde

)ba()kbaS(K2

)ba()kbaS(K

kkY

00211

111001

213

+⋅+⋅⋅=

+⋅+⋅⋅=

+=

22

11

kY

kY

==

[Esto como planteamiento básico conceptual.]


Al quitarle la carga el sistema puede comenzar un nuevo ciclo con una nueva carga.

Y3

Y1 Y2



Válvula de presión para amortiguación de la válvula de frenado.

Y3

Y1 Y2

Si durante el descenso se produce una parada por corte de la alimentación eléctrica, la válvula de

presión de la válvula de frenado absorberá el golpe de la energía

cinética abriendo paso a cierto volumen de fluido, al bloquearse el flujo por

la válvula de asiento.

Detención Brusca Durante el Descenso o Entrada de Vástago


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