http://www.tecnun.es/asignaturas/neumatica/Practica_6_2_sol.pdf

Laboratorio de Neumática y Oleohidráulica
Práctica 6.2: Circuito hidráulico para cilindro de grúa
Una grúa de transporte de chatarra utiliza dos cilindros hidráulicos para mover sus
brazos articulados. Se va a estudiar el circuito que sirve para accionar el cilindro que
mueve el último brazo. Dicho cilindro tiene una carrera de un metro de longitud, trabaja
continuamente a tracción y debe soportar una carga equivalente máxima de 3.000 kg.
Se deben contestar las preguntas planteadas en el cuadernillo con hojas en blanco
que se entregará.
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Laboratorio de Neumática y Oleohidráulica
Circuito para carga de tracción
Se va a analizar el circuito hidráulico sin incluir ningún elemento que permita controlar
la velocidad de desplazamiento del vástago. El circuito funciona con un aceite HLP46
alimentado por una bomba de engranajes internos (1P) que es accionada por el motor
de explosión de la grúa. A la salida de la bomba se sitúa la válvula de seguridad (0V1).
El control del movimiento del cilindro se realiza por medio de una válvula distribuidora
4/3 accionada por una palanca (1V1). La válvula antirretorno con apertura hidráulica
(1V2) permite mantener la posición del vástago en cualquier posición intermedia. La
válvula de secuencia (1V3) produce una contrapresión suficiente para sujetar las
cargas exteriores en el movimiento de salida del vástago.
Serie
CDH1
D = 80 mm
d = 45 mm
L=1m
1A
1V3
M = 3000 kg
TN 6
Ptara = 125 bar
1V2
1V1
0Z1
0V1
TN 10
Ptara = 115 bar
1.450 rpm
1P
Bomba de
Engranajes internos
TN 32
Figura 1: Circuito de accionamiento del cilindro sin control de la velocidad.
La válvula distribuidora 1V1 tiene una posición central en la que los 4 puertos están
conectados. En esta posición el aceite se recircula al tanque con una presión muy
pequeña y las dos vías de trabajo se despresurizan, asegurando de esta forma que la
válvula antirretorno pilotada 1V2 esté cerrada y evite el movimiento de la carga.
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Salida del vástago
Anótense los valores siguientes una vez se haya realizado la mitad de la carrera:
Presiones
[Bar]
Caudales
[l/min]
PBomba
28,07
Q1
46,83
P1
27,22
Q2
32,01
P2
125,33
P1V3
125,17
Los subíndices 1 y 2 se refieren a los lados de émbolo y vástago del cilindro respectivamente.
• Comprobar que se cumple el equilibrio de fuerzas en el cilindro.
p1 ⋅ A1 + (m ⋅ g) = p2 ⋅ A2
[ ]
5
−4
2
p1 ⋅ A1 = 27,07 ⋅10  N 2  ⋅ 50,26 ⋅10 m = 13.605 N
 m 
[ ]
5
−4
2
p2 ⋅ A2 = 125,33 ⋅10  N 2  ⋅ 34,36 ⋅10 m = 43.064 N
 m 
13.605 N + (3.000 kg ⋅ 9,81 m
s
2
) = 43.005 N ≈ 43.064 N
3
Laboratorio de Neumática y Oleohidráulica
• Determinar la velocidad del vástago y el tiempo que se necesita para realizar
toda la carrera de salida.
[
]
−3
3
1
Q1 46,83 [l/min ] ⋅ 60 [min/s ] ⋅ 10 m /l
=
= 0,155 m
v=
s
A1
50,26 ⋅ 10 −4 m 2
[ ]
t=
1 [m ]
L
=
v 0,155 m
[ s]
= 6,44 s
• ¿Cuál es la presión mínima a la que se debe tarar la válvula de secuencia
1V3 para que la carga no caiga durante la salida del vástago? ¿Puede tararse
la válvula a dicha presión? (Comprobar en el catálogo que dicha presión es
mayor que la presión mínima a la que se puede tarar la válvula)
m ⋅ g = p2 ⋅ A2
m⋅g
p2 =
=
A2
3.000 [kg ] ⋅ 9,8 m 2 
 s 
5
= 58 ⋅10 Pa = 58 bar
−4
2
50,26 ⋅10 m
[ ]
Sí puede tararse la válvula a esa presión porque la presión mínima ajustable
con 32 l/min es, según el catálogo, de 10 bar:
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Retención de la carga en posiciones intermedias
El circuito permite retener la carga en cualquier posición llevando la válvula direccional
1V1 a su posición centrada. En una de estas posiciones:
• Comprobar que se cumple el equilibrio de fuerzas en el cilindro.
p1 ⋅ A1 + (m ⋅ g) = p 2 ⋅ A2
[ ]
5
−4
2
p2 ⋅ A2 = 87,07 ⋅10  N 2  ⋅ 34,36 ⋅10 m = 29.917 N
 m 
m ⋅ g = 3.000 [kg ] ⋅ 9,81  m 2  = 29.430 N
 s 
[ ]
5
−4
2
p1 ⋅ A1 = 0,97 ⋅10  N 2  ⋅ 50,26 ⋅10 m = 487 N
 m 
• ¿Qué sucedería si la carga exterior aumentara y provocara una presión mayor
que la presión a la que está tarada la válvula de secuencia 1V3? ¿Se caería
la carga?
La válvula de secuencia 1V3 abriría el paso pero la carga no se caería porque
lo impediría la válvula antirretorno con apertura hidráulica 1V2, que realiza el
cierre con seguridad.
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Entrada del vástago
Anótense los valores siguientes cuando, después de que se ha producido la carrera de
salida entera, se haya realizado la mitad de la carrera de entrada:
Presiones
[Bar]
Caudales
[l/min]
PBomba
92,42
Q1
67,52
P1
2,29
Q2
46,15
P2
89,19
P1V3
89,43
Los subíndices 1 y 2 se refieren a los lados de émbolo y vástago del cilindro respectivamente.
• Comprobar que se cumple el equilibrio de fuerzas en el cilindro.
p1 ⋅ A1 + (3.000 ⋅ 9,81) = p2 ⋅ A2
[ ]
5
−4
2
p1 ⋅ A1 = 2,29 ⋅ 10  N 2  ⋅ 50,26 ⋅ 10 m = 1.151 N
 m 
[ ]
5
−4
2
p2 ⋅ A2 = 89,19 ⋅ 10  N 2  ⋅ 34,36 ⋅ 10 m = 30.646 N
 m 
1.151 N + (3.000 ⋅ 9,81) N = 30.581 N ≈ 30.646 N
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Laboratorio de Neumática y Oleohidráulica
• Determinar la velocidad del vástago y el tiempo que se necesita para realizar
toda la carrera de entrada.
[
]
−3
3
1
Q1 46,15 [l/min ] ⋅ 60 [min/s ] ⋅ 10 m /l
v=
=
= 0,224 m
s
A1
34,36 ⋅ 10 −4 m 2
[ ]
t=
1 [m ]
L
=
v 0,224 m
[ s]
= 4,46 s
• ¿Cuál es la carga máxima que puede desplazarse en la carrera de entrada
del vástago sin que se abra la válvula de seguridad 0V1? Comprobarlo
cambiando la carga.
La presión de tarado de la válvula son 115 bar. Para obtener la presión de
apertura se debe acudir a la curva característica de la válvula. Por la gráfica
se deduce que la válvula abrirá a unos 110 bar.
Hay que tener en cuenta que el caudal que va a llegar en este caso al cilindro
es prácticamente el mismo que llega con la carga de 3000 kg. En realidad
será un poco más pequeño porque la bomba va a trabajar a una presión
mayor. Por tanto, se puede suponer que las pérdidas de carga en las tuberías
son las mismas:
∆pbomba- 2 = pbomba - p2 = 92,42 − 89,19 = 3,23 bar
De esta forma la presión en el lado del vástago será p2 = 110-3,23 = 106,77 bar
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Haciendo el equilibrio de fuerzas:
p1 ⋅ A1 + (m ⋅ g) = p2 ⋅ A2
m=
[ ]
[ ]
p2 ⋅ A2 − p1 ⋅ A1 106,77 ⋅105 [Pa] ⋅ 34,36 ⋅10 −4 m2 − 2,29 ⋅105 [Pa] ⋅ 50,26 ⋅10 −4 m2
=
= 3.622 kg
g


m
9,81
 s2 
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