Hidraulica I - II - III

MANUAL DEL ESTUDIANTE INSTRUCCIÓN TÉCNICA

MODULO: Hidráulica I - II TEMA: Conceptos, Generación de Flujo y Componentes de Control

DESARROLLO TECNICO DICIEMBRE, 2004

DMSE0020-2004a Preparado por MSC/ERI

CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a

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INDICE Página

INDICE DESCRIPCIÓN DEL CURSO Resumen Programa del Curso Objetivos Generales Requisitos

AGENDA DEL CURSO MÓDULO 1: SEGURIDAD EN HIDRAULICA MÓDULO 2: PRINCIPIOS BASICOS SOBRE FLUIDOS Lección 2.1: Propiedades de los líquidos Lección 2.2: Fluidos Hidráulicos Hoja de Trabajo 2.1:Principios Básicos sobre Fluidos Hoja de Trabajo 2.1.1:Principios Básicos sobre Fluidos Lección 2.3: Ley de Pascal Hoja de Trabajo 2.2: Principios Hidráulicos Básicos – Ley de Pascal Hoja de Trabajo 2.2.1: Principios Hidráulicos Básicos – Ley de Pascal

MÓDULO 3: CODIGOS DE COLORES Hoja de Trabajo 3.1: Código de Colores Hoja de Trabajo 3.2: Código de Colores Hoja de Trabajo 3.3: Código de Colores

MÓDULO 4: GLOSARIO DE TERMINOS MÓDULO 5: PRINCIPIOS HIDRAULICOS BASICOS Y APLICACIONES Lección 5.1: Tanques Hoja de Trabajo 5.1: Principios Hidráulicos Básicos – Tanques Lección 5.2: Líneas Hidráulicas Lección 5.3: Cilindros Hoja de Trabajo 5.3: Principios Hidráulicos Básicos – Cilindros Lección 5.4: Acumuladores Lección 5.5: Enfriadores de aceite Lección 5.6: Filtros de aceite

MÓDULO 6: COMPONENTES GENERADORES DE FLUJO Lección 6.1: Bombas y Motores Hoja de Trabajo 6.1: Componentes Generadores de Flujo – Bombas Hoja de Trabajo 6.2: Componentes Generadores de Flujo – Bombas Hoja de Trabajo 6.3: Componentes Generadores de Flujo – Bombas Hoja de Trabajo 6.4: Componentes Generadores de Flujo – Bombas Hoja de Trabajo 6.5: Componentes Generadores de Flujo – Bombas Hoja de Trabajo 6.6: Componentes Generadores de Flujo – Bombas Hoja de Trabajo 6.7: Componentes Generadores de Flujo – Bombas

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MÓDULO 7: COMPONENTES DE CONTROL Lección 7.1: Válvulas de Control de Presión Lección 7.2: Válvulas de Control Direccional Lección 7.3: Válvulas de Control de Flujo

MÓDULO 8: PROBLEMAS EN SISTEMAS HIDRAULICOS Lección 8.1: Cavitación, Aireación Leccion 8.2: Calidad del Aceite Leccion 8.3: Efectos de la Contaminación

MODULO 9: ESQUEMAS HIDRÁULICOS Lección 9.1: Manejo del Esquema Lección 5.2: Cortes Ortogonales

ENCUESTA

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DESCRIPCIÓN DEL CURSO CURSO: HIDRÁULICA I - II Tiempo de duración: Número de Participantes:

DIRIGIDO A

RESUMEN

3 días

(24 horas)

08 estudiantes

Este curso ha sido diseñando para mecánicos y supervisores que trabajan con maquinaria Caterpillar.

La clase del salón será una presentación de los principales conceptos de hidráulica, utilizando para ello las presentaciones del Curso Básico Multimedia Caterpillar, manuales de servicio, esquemas, piezas y algunas máquinas. Se realizarán ejercicios al final de cada punto y la evaluación será una prueba final de tipo escrita para medir el avance de los participantes. Durante los laboratorios los estudiantes tendrán la oportunidad de analizar algunas piezas y máquinas, para el conocimiento inicial sobre hidráulica y para reforzar los temas desarrollados en clase.

PROGRAMA DEL CURSO

MÓDULO 1: SEGURIDAD EN HIDRAULICA MÓDULO 2: PRINCIPIOS BASICOS SOBRE FLUIDOS Lección 2.1: Propiedades de los líquidos Lección 2.2: Fluidos Hidráulicos

MÓDULO 3: CODIGOS DE COLORES MÓDULO 4: GLOSARIO DE TERMINOS MÓDULO 5: COMPONENTES HIDRAULICOS Lección 5.1: Tanques Lección 5.2: Líneas Hidráulicas Lección 5.3: Cilindros Lección 5.4: Acumuladores Lección 5.5: Enfriadores Lección 5.6: Filtros

MÓDULO 6: COMPONENTES GENERADORES DE FLUJO Lección 6.1: Bombas y Motores

MÓDULO 7: COMPONENTES DE CONTROL Lección 7.1: Válvulas de control de Presión Lección 7.2: Válvulas de control Direccional Lección 7.3: Válvulas de Control de Flujo

MÓDULO 8: PROBLEMAS EN SISTEMAS HIDRAULICOS Lección 8.1: Cavitación, Aireación Leccion 8.2: Calidad del Aceite Lección 8.3: Efectos de la Contaminación FERREYROS S.A.A. MSC/ERI – Mar04

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MÓDULO 9: ESQUEMAS HIDRÁULICOS Lección 9.1: Manejo del Esquema ISO Lección 9.2: Cortes Ortogonales

ENCUESTA OBJETIVOS GENERALES

Al término de este curso los estudiantes estarán en capacidad de realizar los siguientes procesos: • • • • • • • • • • •

REQUISITOS

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Identificar las condiciones básicas de seguridad en hidráulica. Entender los principios básicos de comportamiento de los fluídos hidráulicos. Identificar el código de colores empleado en hidráulica. Identificar los principales términos y unidades de medición empleados en hidráulica. Entender los principios hidráulicos básicos y sus aplicaciones. Entender el funcionamiento de los componentes generadores de flujo de un sistema hidráulico. Explicar lo distintos principios que intervienen en la Hidráulica Explicar el funcionamiento de las principales válvulas hidráulicas Explicar el funcionamiento de los distintos componentes de un circuito hidráulico. Explicar las principales fallas hidráulicas y como enfrentarlas Leer y Explicar un diagrama Hidráulico, Extraer toda la información pertinente de él.

Este curso ha sido creado para el personal que se inicia en el trabajo con maquinaria Caterpillar, para lo cuál se requieren los siguientes pre-requisitos: -

Habilidad para el uso de herramientas manuales

-

Habilidad para realizar cálculos aritméticos con calculadora

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AGENDA DEL CURSO PRIMER DÍA

SEGUNDO DÍA

TERCER DÍA

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Mañana

• • • •

Presentación Inicial, Expectativas Pre – Test Módulo 1 Módulo 2

Tarde

• • •

Módulo 3 Módulo 4 Módulo 5

Mañana

•

Módulo 6

Tarde

•

Módulo 7

Mañana

• •

Modulo 8 Módulo 9

Tarde

• •

Examen Final Encuesta

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Módulo 1 SEGURIDAD EN HIDRAULICA

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Material del Estudiante Módulo 1

MODULO 1: SEGURIDAD EN HIDRAULICA

El propósito de este módulo es identificar las condiciones básicas de seguridad para trabajar en sistemas hidráulicos. La seguridad es la actividad más importante que todos deben aprender. Ya sea en el aula de entrenamiento, laboratorio o área de trabajo, existen reglas y regulaciones que especifican las prácticas de seguridad aceptables.

OBJETIVOS

Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Identificar las condiciones básicas de seguridad en sistemas hidráulicos. 2. Establecer prácticas de seguridad en su área de trabajo.

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Material del Estudiante Módulo 1

MODULO 1: SEGURIDAD EN HIDRAULICA 1.1. Procedimientos de Seguridad para la Hidráulica Los sistemas hidráulicos Caterpillar han sido diseñados para prestar una operación segura y libre de problemas. Pero aún así, conviene recordar que estos sistemas han sido fabricados para hacer trabajo rudo y difícil. Esto quiere decir que hay presentes altas presiones, aceite caliente y cargas pesadas. Si no se siguen los procedimientos recomendados podrían ocurrir serias lesiones. Siga siempre los procedimientos específicos detallados en el “Manual de Servicio” y en las “Guías de Operación y Mantenimiento” correspondiente a la máquina en la que está trabajando 1.2. Procedimientos Generales de Seguridad Hay varios procedimientos generales de seguridad que deben seguirse antes de trabajar con cualquier sistema hidráulico móvil: 1. 2. 3. 4.

Pare la máquina y colóquele una etiqueta. Bloquee o baje los implementos y bloquee las ruedas o cadenas. Alivie la presión en el sistema hidráulico. Vuelva a poner en funcionamiento el sistema después de las reparaciones.

1.2.1. Pare la Máquina y Colóquele una Etiqueta Hay ciertos procedimientos generales de parada de la máquina que se deben seguir cuando se está preparando para dar servicio al sistema hidráulico. Si está en el campo, ponga la máquina en terreno horizontal, apartada de máquinas en operación y de personal. Active el freno de estacionamiento y luego baje o bloquee los implementos y los estabilizadores. Detenga la máquina y conecte la traba de la transmisión. Luego, ponga rótulos en la máquina para avisar que la máquina está siendo atendida. No se olvide de este paso crítico. El lugar preferido para colocar el rótulo es en el volante o en las palancas de dirección. Vea en la “Guía de Operación y Mantenimiento” si hay algún procedimiento de parada especial y estará listo entonces para comenzar las operaciones de servicio. 1.2.2.

Procedimiento de Bloqueo

Los procedimientos de bloqueo variarán de una máquina a la otra y dependen de los componentes en particular que requieran servicio. Una regla general es que siempre se deben bloquear las ruedas o las cadenas para impedir el movimiento de avance o de retroceso. Los implementos siempre se deben bloquear con piezas de madera, nunca utilice piezas de cemento o concreto. Verifique y asegúrese de que el material que usa para bloquear sea suficiente para soportar la carga y de que esté colocado firmemente. Algunas máquinas están equipadas con equipo de bloqueo especial, por ejemplo, algunos cargadores de ruedas requieren bloquear la junta de articulación. Estas máquinas vienen con un soporte especial para este fin. Las retroexcavadoras cargadoras y otras máquinas tienen soportes especiales para sostener el bastidor del cargador para ciertas tareas de servicio. Nunca se olvide de comprobar en la “Guía de Operación y Mantenimiento” y en el ”Manual de Servicio” para ver si hay procedimientos de soporte con bloques especiales.

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CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a 1.2.3.

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Material del Estudiante Módulo 1

Alivie la Presión en el Sistema Hidráulico

La presión hidráulica del sistema siempre se debe aliviar antes de dar servicio al sistema hidráulico. El aceite hidráulico puede ser un proyectil mortífero si explota una línea presurizada. Después de bajar o bloquear los implementos, todas las palancas de control hidráulico se deben pasar por todas las posiciones posibles. Esto asegurará que se alivie la presión en los cilindros y en las líneas. Afloje la tapa de llenado del tanque hidráulico y purgue el acumulador si el sistema de la máquina que está atendiendo está equipado con uno. Los acumuladores de los sistemas de freno y de dirección se pueden purgar bombeando el pedal de freno o girando el volante de dirección varias veces. 1.2.4.

Seguimiento después del Servicio

Después de completar el servicio o las reparaciones no se olvide de añadir aceite hidráulico de compensación en caso de ser necesario. Reemplace la tapa de llenado del tanque, quite el rótulo de advertencia y opere la máquina para asegurarse de que el sistema está en estado apropiado para trabajar.

1.2.5.

Recomendaciones Adicionales de Seguridad

Los siguientes procedimientos son muy importantes cuando se trabaja con sistemas hidráulicos en diferentes áreas de trabajo: 1. Utilice todo el tiempo sus implementos de seguridad, en especial los lentes o mascaras de seguridad, al trabajar en sistemas hidráulicos. 2. Vístase apropiadamente. No utilice ropa suelta o mal abotonada. No use joyería (anillos, cadenas, esclavas, etc.). 3. Mantenga el área de trabajo limpia todo el tiempo. 4. Mantenga las herramientas y repuestos debidamente ordenados y en un lugar seguro. 5. Manipule cualquier conexión o componente eléctrica o hidráulico con precaución. Siempre utilice o instale una conexión a tierra. 6. Siempre limpie sus manos antes de trabajar sobre equipo y/o conexiones eléctricas. 7. No limpie las mangueras o partes plásticas con productos químicos. 8. Si no esta seguro de la operación de un circuito hidráulico, consulte el manual de servicio de la maquina o a su supervisor.

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Material del Estudiante Módulo 1

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Módulo 2 PRINCIPIOS BÁSICOS SOBRE FLUIDOS

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Material del Estudiante Módulo 2

MODULO 2: PRINCIPIOS BÁSICOS SOBRE FLUÍDOS

El propósito de este módulo es entender los principios hidráulicos básicos y sus aplicaciones. Las máquinas de construcción son diseñadas usando varios componentes hidráulicos: tanques, bombas, válvulas, cilindros y motores. La habilidad de identificar los componentes y su funcionamiento permite al personal de servicio reducir los circuitos hidráulicos complejos a unos pocos circuitos simples que pueden ser entendidos fácilmente.

OBJETIVOS

Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Entender cómo los principios hidráulicos básicos son usados en la operación de los componentes de un circuito hidráulico. 2. Entender el comportamiento de los fluidos hidráulicos. 3. Identificar los tipos de fluidos hidráulicos.

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Material del Estudiante Módulo 2

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Material del Estudiante Módulo 2

LECCION 2.1: PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS ¿Por qué usamos un líquido? Hay muchas ventajas de usar un líquido : 1. Los líquidos toman la forma del recipiente que los contiene. 2. Los líquidos son prácticamente incompresibles. 3. Los líquidos aplican la presión en todas direcciones. Los líquidos toman la forma del recipiente

Los líquidos tomarán la forma del recipiente que los contiene. Los líquidos también fluirán en cualquier dirección a través de varios tamaños y formas. Prácticamente incompresibles

Un líquido es prácticamente incompresible. Cuando una sustancia es comprimida, ésta ocupa menos espacio. Un líquido ocupa la misma cantidad de espacio o volumen aún cuando se encuentre bajo presión. El espacio o volumen que cualquier sustancia ocupa es llamado “desplazamiento”. El gas es compresible El gas es compresible. Cuando un gas es comprimido, éste ocupa menos espacio y su desplazamiento viene a ser menor. El espacio previamente ocupado por el gas podría ser ocupado por otro objeto. Así entonces, un líquido es más adecuado para un sistema hidráulico porque continuamente ocupa el mismo volumen o desplazamiento.

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La hidráulica haciendo Trabajo

De acuerdo a la ley de Pascal, “ La presión ejercida en un líquido confinado es transmitida sin pérdidas en todas las direcciones y actúa con igual fuerza en todas las áreas iguales. ” Así entonces, una fuerza ejercida en cualquier parte de un sistema de aceite hidráulico confinado transmite igual presión en todas las direcciones a través del sistema. En el ejemplo de arriba, una fuerza de 500 lb. actuando sobre un pistón de 2 pulgadas de radio crea una presión de aproximadamente 40 lb./ pulg2 en un líquido confinado. Las mismas 40 lb./ pulg2 actuando en un pistón de 3 pulgadas de radio soportan un peso de 1130 libras.

Ventajas Mecánicas La figura inferior demuestra como el líquido en un sistema hidráulico provee una ventaja mecánica.

C

B

A Como todos los cilindros están conectados, todas las áreas deben ser llenadas antes que el sistema se presurice. Ahora calcule A, B Y C A = .................

C = ...............

B = .................

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LECCION 2.2: FLUÍDOS HIDRÁULICOS El fluido hidráulico es el componente clave de cualquier sistema hidráulico. Es el medio por el cual se transmite la energía en todo el sistema. Ciertas propiedades del fluido determinan cómo cumple su función. Esta lección trata sobre las propiedades críticas y de aditivos utilizados para mejorarlas. Funciones del Fluído Hidráulico Las funciones básicas de los fluidos hidráulicos son: • Transmisión de potencia. • Lubricación. • Sellado. • Enfriamiento.

GENHD006

Viscosidad La viscosidad es la medida de la resistencia de los líquidos a fluir a una determinada temperatura. Un líquido que fluye fácilmente tiene baja viscosidad, mientras que un líquido que no fluye fácilmente tiene alta viscosidad. Cuando aumenta la temperatura de un líquido, baja su viscosidad. Cuando disminuye la temperatura de un líquido, se incrementa su viscosidad. Índice de Viscosidad El índice de viscosidad es la medida del cambio del espesor de los líquidos respecto a la temperatura. Si el líquido mantiene su consistencia en un rango amplio de temperaturas, el fluido tiene un alto índice de viscosidad. Si el líquido se hace espeso a bajas temperaturas y se hace delgado a altas temperaturas, el fluido tiene un bajo índice de viscosidad. En los sistemas hidráulicos, los fluidos con un alto índice de viscosidad son preferibles a los fluidos de bajo índice de viscosidad.

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Comparación de Viscosidad El aceite de alta viscosidad puede producir operación lenta y podría requerir potencia adicional. La viscosidad baja puede disminuir la capacidad de lubricar del fluido y hace que los componentes se desgasten más rápidamente. También aumenta la posibilidad de fugas. Efecto de la Temperatura sobre la Viscosidad La temperatura puede afectar la viscosidad del aceite por lo cual es importante utilizar el grado adecuado del aceite para su máquina y clima. Siempre remítase a su Manual de Operación y Mantenimiento para determinar que aceite se recomienda. Tipos de Aceites La materia prima de los aceites puede ser de dos tipos: • Minerales • Sintéticos Aceites Minerales La materia prima está conformada por productos refinados de aceites crudos de petróleo. Aceites Sintéticos Se fabrican mediante un proceso de reacción química de aquellos materiales de una composición química específica para producir un compuesto con cualidades planificadas y predecibles. Estos aceites tienen un índice de viscosidad más alto que los aceites minerales. Son especialmente mezclados para servicios extremos (altas y bajas temperaturas). Aditivos Los aditivos fortalecen o modifican ciertas características del aceite base, ya sea mineral o sintético. Los aditivos se utilizan para controlar la viscosidad, reducir el desgaste, aumentar la estabilidad química, inhibir la corrosión y oxidación, mantener limpios los componentes y suspender las partículas hasta qué lleguen al filtro. Estas son razones adicionales por las cuales en las máquinas Caterpillar siempre se debe utilizar el fluido hidráulico recomendado. Vida de los Aceites El aceite hidráulico nunca se desgasta. El uso de filtros para remover partículas sólidas y el añadido de algunos químicos mantiene la vida útil del aceite. Sin embargo, el aceite llega a contaminarse hasta el punto que tiene que ser reemplazado. En maquinaria de construcción, el aceite es reemplazado a intervalos regulares de tiempo. Los contaminantes en el aceite pueden también ser usados como indicadores de desgaste excesivo y posibles áreas con problemas. Uno de los programas que usa los contaminantes del aceite como una fuente de información es el Análisis Programado de Aceite (APA) o Caterpillar Schedule Oil Sampling Program (SOS).

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Lección 1.1: Efecto orificio

1a

Cuando discutimos sobre hidráulica es común utilizar el término “presión de bomba “ Sin embargo, la bomba no produce presión. La bomba produce flujo. Cuando el flujo es restringido, SE INCREMENTA LA PRESIÓN. En las figuras 1a y 1b el flujo de la bomba a través de la tubería es 1gpm.

1b

En la figura 1a no hay restricción al flujo a través de la tubería. Así entonces, la lectura de presión es cero en ambos manómetros. Un orificio ofrece una restricción al flujo de la bomba. Cuando el aceite fluye a través de un orificio, se produce un incremento de presión ‘Aguas arriba’ del orificio o antes del mismo. En la figura 1b, hay una restricción en la tubería (un orificio) entre los dos manómetros.

EL ORIFICIO OFRECE UNA RESTRICCIÓN

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El manómetro antes del orificio muestra que una presión de 207 kPa ( 30 psi) es necesaria para enviar un flujo de 1gpm a través del orificio. No hay otra restricción al flujo después del orificio. El manómetro ‘Aguas Abajo’ o después del orificio muestra una presión de 0 psi.

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CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a FLUJO DE ACEITE BLOQUEADO

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Cuando el extremo de cualquier tubería es taponado, el flujo de aceite hacia el tanque es bloqueado. La bomba de desplazamiento positivo continúa bombeando a 1gpm y llena la tubería. Cuando la tubería es llenada, la resistencia a cualquier flujo adicional al interior de la tubería produce incremento de presión. La reacción del incremento de la presión es la misma que dice la Ley de Pascal, la que establece que: “ La presión ejercida en un líquido confinado es transmitida sin pérdidas en todas las direcciones y actúa con igual presión en todas las áreas. ” La presión se incrementará hasta que el flujo de la bomba sea derivado de la línea a otro circuito o al tanque. Esto es hecho usualmente con una válvula de alivio. Si el flujo de la bomba no fuera derivado de la línea, la presión en la línea podría continuar elevándose y causar el colapso del circuito.

1c

Hay dos tipos básicos de circuitos, Serie y Paralelo. En la figura 1d, una presión de 620 kPa (90 psi) es requerida para enviar 1 gpm a través de cada circuito. Orificios o válvulas de alivio en serie en un circuito hidráulico ofrecen una resistencia que es similar a las resistencias en serie en un circuito eléctrico en el que el aceite debe fluir a través de cada resistencia individual, en cada una de ellas se produce una caída de presión diferente. La resistencia total equivale a la suma de cada resistencia individual.

1d

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RESTRICCIONES En un sistema con circuitos en paralelo, el aceite de la bomba sigue el camino EN PARALELO de la menor resistencia. En la figura 1e, la bomba suministra aceite a tres circuitos paralelos. El circuito tres tiene la menor prioridad y el circuito uno tienen la mayor prioridad. 1e

Cuando el aceite de la bomba llena el pasaje a la izquierda de las tres válvulas, la presión del aceite se incrementa hasta 207 kPa (30 psi). La presión de aceite de la bomba abre la válvula del circuito 1 y el aceite fluye en el circuito. Cuando el circuito uno es llenado, la presión del aceite de la bomba continúa incrementándose hasta 414 kpa (60 psi) y abre la válvula del circuito 2. La presión del aceite de la bomba no puede continuar incrementándose hasta que el circuito 2 esté lleno. La presión del aceite de la bomba debe exceder los 620 kPa (90psi) para abrir la válvula del circuito tres. Debe haber una válvula de alivio del sistema en uno de los circuitos o en la bomba para limitar la presión máxima del sistema.

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CAÍDA DE PRESIÓN A TRAVÉS DE UN ORIFICIO Un orificio es un paso restringido en una línea hidráulica o componente, usado para controlar el caudal o crear una diferencia de presión (caída de presión). Para que el aceite fluya a través de un orificio, tiene que haber una diferencia de presión a través del orificio (el término caída procede del hecho de que la presión inferior siempre está más abajo en el sentido de la corriente) Inversamente, si no hay caudal no hay diferencia de presión a través del orificio (Ver la figura 1f, caso d).

1f

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LECCIÓN 5.3: LEY DE PASCAL 5.3.1. Definición de la Ley de Pascal Hasta aquí hemos hablado sobre el caudal del fluido en un sistema hidráulico. Si este caudal se restringe de alguna forma, tal como aplicando una carga sobre un cilindro, se crea presión. La cantidad de presión se puede calcular dividiendo la fuerza de la carga por la superficie sobre la que se aplica la misma. Esta es una aplicación de la Ley de Pascal. La definición del libro de texto sobre la Ley de Pascal es: “La fuerza aplicada a un líquido encerrado se transmite igualmente en todas las direcciones”. Esto se puede expresar utilizando la siguiente formula.

P=F

A

Donde : P = Es la presión (en libras / pulgada2) F = Es la fuerza aplicada al vástago (en libras) A = Es el área del pistón donde actúa la presión (en pulgadas2)

Dicho de otra forma, la presión se puede definir como una fuerza determinada que actúa en un área determinada. GENHD011

5.3.2. Ayuda para el Cálculo Este símbolo a menudo se utiliza para recordar las ecuaciones. Se usa cubriendo la variable que se desea calcular. La expresión que resulta es la ecuación. Por ejemplo, para calcular la presión, cubra la P y la expresión que queda es F/A. GENHD012

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5.3.3. Área útil del Pistón El área útil del pistón es el área (área 2 para la parte superior y área 1 para la parte inferior) sobre la cual actúa la presión hidráulica. Si se aplica una presión igual a ambos extremos de un pistón, se ejerce una fuerza mayor en el extremo de cabeza del pistón. Ello se debe a que el vástago debe ocupar parte del área del pistón, reduciendo el área útil del extremo del vástago. El área de un pistón se calcula con la formula:

A = Π×r2

Donde : A = Es el área (pulgada2) Π = Es el factor PI (3.1416) r = Es el radio del pistón donde actúa la presión (en pulgadas) GENHD013

5.3.4. Resumen Resumiendo, se puede utilizar la Ley de Pascal para describir la relación entre la presión, la fuerza y el área. Se expresa mediante la fórmula: P = F

A

Aplicando esta fórmula a los pistones, la cantidad de presión que se necesita para levantar una carga es igual a la fuerza de resistencia de la carga dividida por el área útil del pistón. GENHD014

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5.3.5. Unidades de Medida Se pueden utilizar varias unidades de medida del sistema inglés y del métrico para expresar presión, fuerza, área y flujo. Puede ser necesario convertir de un sistema a otro. 5.3.6. Conversiones del Sistema Inglés al Sistema Métrico En la siguiente tabla se muestran los factores de conversión más comunes entre el sistema inglés y el sistema métrico:

FACTORES DE CONVERSIÓN Multiplique una Unidad Inglesa Libras por pulgada cuadrada (psi) Pulgada (in) Pulgada cuadrada (in²) Pulgada cúbica (in³) Galón (gal) Caballos de fuerza (HP)

Por

Para obtener una Unidad Métrica

6.895

kilo Pascal (kPa)

25.400 6.450 16.387 3.785 0.746

milímetro (mm) centímetro cuadrado (cm²) centímetro cúbico (cm³) Litro (L) kilo Watt (kW)

5.3.7 Conversiones del Sistema Métrico al Sistema Inglés En la siguiente tabla se muestran los factores de conversión más comunes entre el sistema métrico y el sistema inglés.

FACTORES DE CONVERSIÓN Multiplique una Unidad Métrica

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Por

kilo Pascal (kPa)

0.145

milímetro (mm) centímetro cuadrado (cm²) centímetro cúbico (cm³) Litro (L) kilo Watt (kW)

0.039 0.155 0.061 0.264 1.340

Para obtener una Unidad Inglesa Libras por pulgada cuadrada (psi) Pulgada (in) Pulgada cuadrada (in²) Pulgada cúbica (in³) Galón (gal) Caballos de fuerza (HP)

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ANEXO 1.1 Área Efectiva de un Cilindro El tamaño del agujero del cilindro se refiere al diámetro interior del cilindro. Un cilindro con un mayor diámetro crea un volumen más grande por unidad de longitud que un cilindro con un menor diámetro. El cilindro de mayor diámetro necesita mas cantidad de aceite para mover el pistón la misma distancia que el cilindro de menor diámetro. Por lo tanto, para un caudal dado, un cilindro con un diámetro mayor se moverá más lentamente que un cilindro de diámetro menor. El área efectiva de un cilindro es el área superficial del pistón sobre el cual el aceite aplica la fuerza. El extremo del pistón donde se encuentra el vástago es el que se extiende fuera del cilindro y su área efectiva es menor que el área efectiva del lado principal del pistón (lado de la tuerca). En este caso el aceite no podrá aplicar fuerza en el área cubierta por el vástago. El volumen de aceite necesario para llenar el extremo del cilindro donde está el vástago será menor que el volumen de aceite necesario para llenar el extremo principal del cilindro. Por lo tanto, para un caudal dado o fijo, el vástago del cilindro se retraerá más rápidamente de lo que demoraría en extenderse.

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CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a

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Material del Estudiante Módulo 2

ANEXO 1.2 Rendimiento Volumétrico En teoría, una bomba suministra una cantidad de fluido igual a su desplazamiento por ciclo o revolución. En realidad el desplazamiento efectivo es menor, debido a las fugas internas. A medida que aumenta la presión, las fugas desde la salida de la bomba hacia la entrada o al drenaje también aumentan y el rendimiento volumétrico disminuye. El rendimiento volumétrico (ηv) determina el porcentaje y estado de las fugas internas en las revoluciones por minuto en un estado de presión. Toda bomba necesita un flujo interno para lubricar las partes en movimiento de la bomba. El rendimiento volumétrico (ηv) es calculado de la siguiente forma: El rendimiento volumétrico (ηv) es igual al caudal real de la bomba dividido entre el caudal teórico. Se expresa en forma de porcentaje.

Re n dim ientoVolumétrico(ηv) =

Caudal Re al * 100 CaudalTeórico

Por ejemplo, si una bomba debe dar teóricamente un caudal de 10 gpm (37.85 lpm) @ 1000 psi (68.94 bar) (6984.00 kPa), pero solamente da 9 gpm (34.07 lpm), su rendimiento volumétrico a esta presión será del 90%.

Re n dim ientoVolumétrico(ηv) =

9 * 100 = 90% 10

Si la presión aumenta a 2000 psi el caudal caerá a 8.5 gpm, entonces se tendrá un rendimiento volumétrico de 85% @ 2000 psi. Por lo tanto, al medir o evaluar el rendimiento volumétrico de una bomba, la velocidad debe mantenerse constante durante la prueba. • • •

Las bombas de engranaje tienen una eficiencia volumétrica aproximada de 85 a 96%. Las bombas de paletas tienen una eficiencia volumétrica aproximada de 85 a 93%. Las bombas de pistones tienen una eficiencia volumétrica aproximada de 95 a 98%.

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Desarrollo Técnico

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Material del Estudiante Módulo 2

ANEXO 1.3

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Desarrollo Técnico

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Material del Estudiante Módulo 2

Desarrollo Técnico

CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a

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Material del Estudiante Módulo 2

HOJA DE TRABAJO EN CLASE N° 1.1 PRINCIPIOS HIDRÁULICOS II Llene en los espacios en blanco:

1. ¿Cuál es la Ley de Pascal?

2. ¿Qué sucede con el efecto orificio cuando se bloquea el flujo de aceite?

3. ¿Cómo se calcula el rendimiento volumétrico?

1j

4. ¿Cuál es el área del extremo de cabeza del pistón?

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Desarrollo Técnico

CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a

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Material del Estudiante Módulo 2

5. ¿Cuál es el área efectiva del extremo de cabeza del vástago?

6. ¿Cuál es la lectura en el manómetro A?

7. Llene los espacios en blanco si la presión de salida de la bomba es 150 psi

1k

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Material del Estudiante Módulo 2

Desarrollo Técnico

Módulo 3 CODIGOS DE COLORES

DESARROLLO TECNICO MARZO, 2004

DMSE0020-2004a Preparado por MSC/ERI

CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a

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Material del Estudiante Módulo 3

MODULO 3: CODIGOS DE COLORES

El propósito de este módulo es identificar el código de colores empleado en hidráulica. Los sistemas hidráulicos son representados mediante diagramas, circuitos o dibujos. Los componentes y las líneas hidráulicas con sus respectivos valores de presión son identificados mediante colores en el diagrama hidráulico.

OBJETIVOS

Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Identificar los colores empleados en los diagramas hidráulicos. 2. Conocer el significado de cada color del código.

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CURSO: HIDRÁULICA I FSAA – DMSE0020-2004a

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Material del Estudiante MODULO 3

MODULO 3: CODIGO DE COLORES

NEGRO: Conexión Mecánica - Sello

ROJO: Aceite de Alta Presión

GRIS OSCURO: Sección Transversal

ROJO CON RAYAS BLANCAS: Primera Reducción de Presión

PLOMO: Superficie

ROJO CRUZADO: Segunda Reducción de Presión

BLANCO: Atmósfera o Aire (Sin Presión)

ROSADO: Tercera Reducción de Presión

PURPURA: Presión Neumática

ROJO CON RAYAS ROSADAS: Presión de Segunda Bomba

AMARILLO: Componentes en movimiento o activados

NARANJA: Aceite Piloto, de Señal o de Convertidor

AMARILLO CAT: (Uso Restringido) Identificación de Componentes en un Grupo en Movimiento

NARANJA CON RAYAS BLANCAS: Aceite Piloto, de Señal o Convertidor reducidos

MARRON: Aceite de Lubricación

NARANJA CRUZADO: Segunda Reducción de Aceite Piloto, de Señal o Convertidor

VERDE: Aceite de Tanque (Baja Presión) AZUL: Aceite Bloqueado

VERDE CON RAYAS BLANCAS: Aceite de Trasiego o Libre (Sin Presión)

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Desarrollo Técnico

CURSO: HIDRÁULICA I FSAA – DMSE0020-2004a

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Material del Estudiante MODULO 3

EJEMPLO 3.1

EJEMPLO 3.2

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Desarrollo Técnico

CURSO: HIDRÁULICA I FSAA – DMSE0020-2004a

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Material del Estudiante MODULO 3

Desarrollo Técnico

Módulo 4 GLOSARIO DE TERMINOS

DESARROLLO TECNICO MARZO, 2004

DMSE0020-2004a Preparado por MSC/ERI

CURSO: HIDRÁULICA I FSAA – DMSE0020-2004a

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Material del Estudiante Módulo 4

MODULO 4: GLOSARIO DE TERMINOS

El propósito de este módulo es identificar los principales términos empleados en hidráulica. Para el trabajo en los diversos sistemas hidráulicos de una máquina se hace necesario que todo el personal técnico involucrado se exprese con los mismos términos.

OBJETIVOS

Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Entender la terminología básica empleada en hidráulica. 2. Uniformizar la terminología al referirse a la hidráulica.

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Material del Estudiante Módulo 4

MODULO 4: GLOSARIO DE TERMINOS Actuador.

Dispositivo que convierte la energía hidráulica en energía mecánica: un motor o un cilindro.

Acumulador.

Recipiente que contiene un fluido a presión.

Aireación.

Aire en un fluido hidráulico, causa problemas en el funcionamiento del sistema y en los componentes.

Área anular.

Es el área en forma de anillo, por ejemplo el área del pistón menos el área del vástago.

Baffle.

Dispositivo. Usualmente es un plato en el reservorio para separar la admisión de una bomba y las líneas de retorno.

Bleed off.

Desvía una porción controlada de flujo de la bomba del reservorio.

Bomba.

Genera caudal de fluido en el sistema.

By-pass.

Pasaje secundario para el flujo de un fluido.

Caballos de potencia (HP)

Un HP es la potencia requerida para levantar 550 libras a 1 pie de altura en 1 minuto. Equivale a 0,746 kW.

Caída de presión.

Reducción de la presión entre dos puntos de una línea o pasaje.

Calor.

Es una forma de energía que tiene la capacidad de crear un aumento de temperatura en una sustancia. Se mide en BTU (British Thermal Unit)

Cámara.

Compartimiento de un elemento hidráulico.

Carrera.

Longitud que se desplaza el vástago de un cilindro de tope a tope. Unidades: m, cm, pulg, pies.

Caudal.

Volumen de fluido que circula en un tiempo determinado. Unidades: m³/min, cm³/min, l/min, gpm

Cavitación.

Condición que producen los gases encerrados dentro de un líquido cuando la presión se reduce a la presión del vapor.

Centro abierto. Condición de la bomba en la cual el fluido recircula en ella, por la posición neutral del sistema.

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Centro cerrado.

Condición en la cual la salida de la bomba no esta con carga, en algunos casos se diría que esta trabajando en neutro.

Cilindro de doble acción.

Es un cilindro cuya fuerza del fluido puede ser aplicada en ambas direcciones.

Cilindro diferencial.

Cilindros en los cuales las dos áreas opuestas del pistón no son iguales.

Desarrollo Técnico

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Material del Estudiante Módulo 4

Cilindro.

Dispositivo que convierte energía hidráulica en energía mecánica, en dirección lineal.

Circuito.

Entiéndase como el recorrido completo que hace un fluido dentro del sistema hidráulico.

Componente.

Una sola unidad hidráulica.

Contrapresión.

Se refiere a la presión existente en el lado de descarga de una carga. Se debe añadir esta presión para el cálculo de mover una carga.

Controles hidráulicos.

Es un control que al funcionar determina una fuerza hidráulica.

Convertidor de Un tipo de acople hidráulico capaz de multiplicar el torque torque. que ingresa. Desplazamien- Es la cantidad de fluido que puede pasar por una bomba, to. un motor o un cilindro en una revolución o carrera. Movimiento del vástago de un cilindro. Volumen desplazado de aceite al recorrer la carrera completa del cilindro. Unidades: m³, cm³, L, gal. Desplazamien- Característica de las bombas de engranajes y de paletas. to positivo. Drenaje.

Un pasaje, una línea o un componente hidráulico que regresa parte del fluido al reservorio o tanque.

Eficiencia.

Es la relación entre la salida y la entrada, esta puede ser volumen, potencia, energía y se mide en porcentaje.

Enfriador.

Intercambiador de calor del sistema hidráulico.

Filtro.

Dispositivo que retiene contaminantes del fluido.

Fluido.

Líquido o gas. Un líquido que es específicamente compuesto para usarlo como medio de transmitir potencia en un sistema hidráulico.

Flujo.

Es producido por la bomba que suministra el fluido.

Frecuencia.

Número de veces que ocurre en una unidad de tiempo.

Fuerza.

Efecto necesario para empujar o jalar, depende de la presión y el área. F = P x A. Es la aplicación de una energía. La fuerza hace que un objeto en reposo se mueva. La fuerza hace que un objeto en movimiento cambie de dirección.

Hidráulica.

Ciencia de la ingeniería que estudia los fluidos. El uso de un fluido bajo presión controlada para realizar un trabajo.

partículas

metálicas

Hidrodinámica. Estudio de los fluidos en movimiento.

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o

CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a Hidrostática.

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Material del Estudiante Módulo 4

Estudio de los fluidos en reposo.

Intercambiador Dispositivo usado para producir transferencia de calor. de calor. Ley de Pascal. La fuerza hidráulica se transmite en todas direcciones. “La presión ejercida sobre un líquido confinado se transmite con igual intensidad en todas direcciones y actúa con igual fuerza sobre todas las áreas iguales”.

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Línea de retorno.

Línea usada para regresar el fluido al reservorio.

Línea de succión.

Línea que conecta el reservorio con la bomba.

Líquido.

Sustancia con la capacidad de adoptar cualquier forma.

Manifold.

Múltiple de conexiones o conductores.

Motor.

Dispositivo que cambia la energía hidráulica en mecánica en forma giratoria.

Orificio.

Es una restricción que consiste en un orificio a través de la línea de presión.

Pasaje.

Conductor de fluido a través del control hidráulico.

Pascal.

Científico que descubrió que se podía transmitir fuerza a través de un fluido.

Pistón.

Elemento que dentro del cilindro recibe el efecto del fluido.

Plunger.

Pistón usado en las válvulas.

Potencia.

Trabajo por unidad de tiempo. Se expresa en HP o kW.

Presión.

Fuerza por unidad de área. Se expresa en PSI o en kPa. Es creada por la restricción al flujo. La presión ejercida en un recipiente es la misma en todas direcciones.

Presión absoluta.

Escala de presiones en la cual a la presión del manómetro se le suma la presión atmosférica.

Presión atmosférica.

Es la presión que soporta todo objeto, debido al peso del aire que le rodea. El valor de la presión atmosférica normal es 14.7 PSI (a nivel del mar).

PSI

Pound per square inch - Libras por pulgada cuadrada.

Relación de flujo.

El volumen, masa, peso del fluido, en una unidad de tiempo.

Reservorio.

Depósito que contiene el fluido hidráulico.

Respiradero.

Dispositivo que permite al aire entrar y salir del recipiente manteniendo la presión atmosférica.

Restricción.

Reducción de la línea para producir diferencias de presión.

Desarrollo Técnico

CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a

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Material del Estudiante Módulo 4

Spool.

Carrete que se mueve dentro de un cuerpo de válvula.

Succión.

Es la ausencia de presión o presión menor que la atmosférica.

Torque.

Fuerza de giro.

Trabajo.

Es el efecto que produce una fuerza cuando se desplaza una determinada distancia, se mide en kg-m, N-m, lb-pie.

Válvula check. Válvula que permite el flujo en un solo sentido. Válvula de alivio.

Es la que determina la máxima presión del sistema, desviando parte de aceite hacia el reservorio cuando la presión sobrepasa el valor ajustado.

Válvula de control de flujo.

Válvula que controla la cantidad de flujo de un fluido.

Válvula direccional.

Válvula con diferentes canales para dirigir el fluido en la dirección deseada.

Válvula piloto.

Válvula auxiliar usada para actuar los componentes del control hidráulico.

Válvula.

Dispositivo que cierra o restringe temporalmente un conducto. Estas controlan la dirección de un flujo, controlan el volumen o caudal de un flujo y controlan la presión del sistema.

Velocidad.

Es la rapidez de movimiento del flujo en la línea.

Viscosidad.

Es una medida de la fricción interna o de la resistencia que presenta el fluido al pasar por un conducto.

Volumen.

Tamaño de espacio de la cámara, se mide en unidades cúbicas: m³, pies cúbicos.

Conceptos Adicionales 1. La velocidad de desplazamiento del vástago de un cilindro depende del área del pistón y del caudal de suministro. 2. El tiempo de ciclo de un cilindro depende de la velocidad de desplazamiento y de la carrera del cilindro. 3. La presión necesaria para mover una carga o soportarla depende de la carga (peso) y del área del pistón. Otros Términos Aguas arriba.- Se refiere al flujo antes del elemento indicado. Aguas abajo.- Se refiere al flujo después del elemento indicado.

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Desarrollo Técnico

CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a

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Material del Estudiante Módulo 4

Desarrollo Técnico

Módulo 5 COMPONENTES HIDRAULICOS

DESARROLLO TECNICO MARZO, 2004

DMSE0020-2004a Preparado por MSC/ERI

CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a

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Material del Estudiante Módulo 5

MODULO 5: COMPONENTES HIDRAULICOS

El propósito de este módulo es entender los principios hidráulicos básicos y sus aplicaciones. Las máquinas de construcción son diseñadas usando varios componentes hidráulicos: tanques, bombas, motores, válvulas y cilindros. La habilidad de identificar los componentes y su funcionamiento permite al personal de servicio reducir los circuitos hidráulicos complejos a unos pocos circuitos simples que pueden ser entendidos fácilmente.

OBJETIVOS

Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Entender como los principios hidráulicos básicos son usados en la operación de los componentes de un circuito hidráulico. 2. Identificar los tipos de tanques, líneas y cilindros hidráulicos. 3. Entender la función de tanques, líneas y cilindros hidráulicos. 4. Identificar los símbolos ISO para los tanques y cilindros hidráulicos.

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Desarrollo Técnico Hidraul_mod_5 Componentes

CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a

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Material del Estudiante Módulo 5

LECCION 5.1: TANQUES

5.1.1. Función de los Tanques Hidráulicos El principal objetivo de los tanques hidráulicos es garantizar que el sistema hidráulico tenga siempre un amplio suministro de aceite. Los tanques también se utilizan para otros fines: las paredes de los tanques disipan el calor que se acumula en el aceite hidráulico, y los deflectores de los tanques ayudan a separar el aire y a la condensación del aceite. Además, algunos contaminantes se asientan en el fondo del tanque, de donde se pueden extraer. 5.1.2. Tipos de Tanques Hidráulicos En los sistemas hidráulicos móviles se utilizan dos tipos de tanques: los ventilados y los presurizados. El tanque ventilado, respira, permitiendo que haya compensación de presión cuando se producen cambios en los niveles de aceite y de temperatura. Los tanques presurizados están sellados de la atmósfera, evitando que penetre en ellos la suciedad y la humedad. La presión interna también empuja el aceite hacia la bomba, evitando la cavitación de la misma. Algunos tanques presurizados tienen bombas de aire externas que presurizan el tanque, otros utilizan la presión que se genera naturalmente a medida que se calienta el fluido hidráulico. Aplicaciones Tanques Ventilados: Rodillos Vibratorios, Camiones Mineros Tanques Presurizados: Retroexcavadoras, Excavadoras, Pavimentadoras.

GENHD015

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Desarrollo Técnico Hidraul_mod_5 Componentes

CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a 5.1.3.

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Material del Estudiante Módulo 5

Componentes del Tanque Hidráulico

En los tanques hidráulicos podemos encontrar los siguientes elementos: 1. Tubo de llenado. 2. Filtros internos. 3. Visor. 4. Tubería de retorno. 5. Tapón de drenaje. 6. Salida de la bomba. 7. Plancha deflectora. 8. Válvula hidráulica de alivio. 9. Respiradero.

GENHD016

5.1.3.1. Tubo de llenado El tubo de llenado es el punto de entrada para añadir aceite. La tapa evita que los contaminantes entren en el tanque por el tubo de llenado. La rejilla elimina los contaminantes del aceite a medida que el aceite entra en el tubo de llenado. 5.1.3.2. Filtros internos Muchos tanques tienen filtros internos que limpian el aceite de retorno. 5.1.3.3. Visor El visor permite inspeccionar visualmente el nivel de aceite del tanque, así como los niveles máximos y mínimos de aceite. 5.1.3.4. Tubería de retorno La tubería de retorno devuelve al tanque el aceite procedente del sistema. 5.1.3.5. Tapón de drenaje El tapón de drenaje puede quitarse para drenar el aceite. Puede ser magnético para atraer y ayudar a eliminar las partículas de metal que contaminan el aceite. 5.1.3.6. Salida de la bomba La salida de la bomba es un pasaje de flujo de aceite que va desde el tanque a la bomba. 5.1.3.7 Plancha deflectora Las planchas deflectoras separan las zonas de retorno del tanque y dirigen el flujo de aceite en el tanque. Los deflectores aumentan el tiempo que el aceite permanece en el tanque, permitiendo que los contaminantes se asienten, que se evapore el agua y se separe el aire del aceite. Además, los deflectores reducen las salpicaduras de aceite dentro del tanque ocasionadas por el movimiento del vehículo. La plancha deflectora de retorno evita que el aceite de retorno agite el aceite que se encuentra en el tanque.

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Desarrollo Técnico Hidraul_mod_5 Componentes

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Material del Estudiante Módulo 5

5.1.3.8. Válvula hidráulica de alivio La válvula hidráulica de alivio se utiliza en tanques presurizados. A medida que el aceite se calienta, la presión aumenta, entre los 70 kPa (10 PSI) y los 207 kPa (30 PSI), la válvula se abre evitando que el exceso de presión rompa el tanque. A medida que el aire se enfría y la presión desciende a 3.45 kPa (0.5 PSI), la válvula se abre para evitar que el vacío resultante desplome el tanque. 5.1.3.9. Respiradero El respiradero permite la entrada y salida del aire de los tanques ventilados. Tiene un filtro para evitar que la suciedad penetre y está situado más arriba del nivel de aceite del tanque. 5.1.4.

Simbología ISO de los Tanques Hidráulicos

La figura muestra los símbolos ISO para tanques ventilados y tanques presurizados. El símbolo de un tanque ventilado es simplemente un caja o rectángulo abierto en la parte superior. El símbolo de un tanque presurizado es graficado como una caja o rectángulo completamente cerrado. Ambos tanques se muestran con líneas hidráulicas para denotar su función. 5.1.5.

Localización y solución de problemas para tanques

La falla de un tanque hidráulico es poco frecuente y por lo general es causada por daños externos. Las opciones de reparación son, por lo general, obvias y fáciles.

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Desarrollo Técnico Hidraul_mod_5 Componentes

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Material del Estudiante Módulo 5

LECCIÓN 5.2: LINEAS HIDRAULICAS

5.2.1.

Tubos

Un tubo es una tubería hidráulica rígida, generalmente hecha de acero. Los tubos se utilizan para conectar los componentes que no rozan unos con otros.

En general, los tubos también requieren menos espacio que las mangueras y pueden conectarse firmemente a la máquina, dando mayor protección a las tuberías y una mejor apariencia general a la máquina. 5.2.2.

Mangueras

Las mangueras hidráulicas se usan en los casos en que se necesita flexibilidad, como cuando los componentes rozan unos con otros.

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Material del Estudiante Módulo 5

Las mangueras absorben la vibración y resisten las variaciones de presión. Sus usos en sistemas hidráulicos son variados, entre ellos encontramos: Movimiento de tierras. Industria forestal. Industria petrolera. Ferrocarriles. Construcción. Aserraderos de madera terciada y de pulpa. Fábricas. Agricultura. Manejo de desechos. Minería. Las mangueras CAT exceden ampliamente las especificaciones dadas por la norma SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices), soportando mayores presiones, temperaturas y proporcionando mejor protección contra la hinchazón de la manguera. 5.2.2.1. Construcción de mangueras Las mangueras se hacen de diferentes capas en espiral. El tubo interior de polímero (1) transporta el aceite. Una capa de alambre de refuerzo o envoltura de fibra (2) sostiene al tubo interior. Si hay más de una capa de refuerzo, estarán separadas por una capa de fricción de polímero (3). La cubierta exterior (4) protege la manguera del desgaste.

GENHD026

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5.2.2.2. Tipos de mangueras La selección de mangueras dependerá de su uso (temperatura, fluido a transportar, etc.) y de los niveles de presión que soportará el sistema. El siguiente cuadro muestra los niveles de presión que soporta cada tipo de manguera CAT:

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 5.2.3.

Tipos XT-3 (Cuatro espirales) XT-5 (Cuatro / seis espirales) XT-6 (Seis espirales) 716 (de una malla de alambre) 844 (succión hidráulica) 556 (de una malla cubierta con tela) 1130 (Motor / frenos de aire) 1028 (Termoplástico) 294 (de dos mallas de alambre) Conexiones

Nivel de presiones 2500-4000 PSI 5000 PSI 6000 PSI 625-2750 PSI 100-300 PSI 500-3000 PSI 250-1500 PSI 1250-3000 PSI 2250-5800 PSI

Conexiones es un término que se refiere a una serie de acoplamientos, bridas y conectores que se utilizan para conectar mangueras y tubos a los componentes hidráulicos. 5.2.3.1. Acoplamientos Los acoplamientos son los elementos que se utilizan para conectar las mangueras a los componentes o a las tuberías. Existen tres tipos:

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5.2.3.2. Acoplamientos Reutilizables El acoplamiento Caterpillar de tipo collar es un acoplamiento reutilizable compuesto por un conjunto de vástago con collar y un manguito de acero. El vástago se inserta en el extremo de la manguera mientras que las uñetas en cuña del collar se extienden hacia abajo por la superficie exterior. Luego se presiona el manguito sobre las uñetas para mantener el acoplamiento en la manguera. Estos acoplamientos se utilizan por lo general con una brida de dos piezas y un anillo para acoplar mangueras de alta presión y gran tamaño.

5.2.3.3. Bridas Las bridas se utilizan para conectar mangueras y tubos de gran diámetro a bloques, cuerpos de válvulas y otros componentes. Las bridas pueden soldarse directamente a un tubo, o conectarse a un acoplamiento de mangueras, y después atornillarse a un componente.

5.2.3.4. Tipos de bridas En las máquinas Caterpillar se pueden encontrar dos tipos de bridas: Brida SAE de cuatro tornillos: Dos capacidades de presión. 1. Código 61 estándar: de 3000-5000 PSI (Según la clasificación de la manguera). 2. Código 62: 6000 PSI. Brida dividida JIS: Igual a la SAE pero con pernos métricos.

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5.2.3.5. Medición de Bridas A veces es necesario medir las bridas y las partes que se unen para garantizar una selección y montaje correctos de los componentes. Utilizando un calibrador de esfera, mida primero el diámetro del agujero de la lumbrera.

Luego, mida la distancia mayor entre perforaciones de perno de centro a centro.

Después mida el diámetro de la cabeza de la brida.

Con estas tres medidas se puede establecer una correlación con la brida correcta. 5.2.3.6. Anillos de sellos Los anillos de sellos, tales como los anillos tóricos (O’ring) y los anillos de sección en D (D’ring), se utilizan para sellar una brida y su superficie de sellado.

GENHD031

5.2.3.7. Conectores Roscados Los conectores roscados se utilizan tanto para las conexiones de tubos como de manguera. Su uso por lo general está limitado a las tuberías que tienen 1" o menos de diámetro. Los conectores roscados de los sistemas hidráulicos por lo regular se hacen de acero.

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Material del Estudiante Módulo 5

Medición de Conectores con Rosca Para determinar el tipo de conector necesario, a veces se deben medir las roscas. Se necesitan tres herramientas: un medidor del ángulo del asiento, un medidor del paso de la rosca y un calibrador del diámetro interno o el diámetro externo. Use el calibrador para medir el diámetro de las rosca. Mida el diámetro exterior de la rosca macho y el diámetro interior de la rosca hembra. Combine sus mediciones con las de la guía de manguera y acoplamientos.

Use el medidor de paso de rosca para determinar la cantidad de roscas por pulgada o la distancia entre las roscas en los conectores métricos. Busque la medida en la guía.

Para medir el ángulo de la superficie de sellado, mida las conexiones hembras insertando el medidor del ángulo del asiento en el conector. Si las líneas medias del conector y el medidor quedan paralelas, entonces se ha determinando el ángulo.

Mida los conectores machos colocando el medidor sobre la superficie de sellado. Si el medidor y el ángulo encajan ajustados, entonces se ha determinado el ángulo.

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CURSO: HIDRÁULICA I - II FSAA – DMSE0020-2004a 5.2.4.

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Material del Estudiante Módulo 5

Localización y solución de problemas y atención técnica para tuberías y conexiones. Es posible que sea necesario darle servicio frecuentemente a las tuberías y conexiones hidráulicas, especialmente en las máquinas que realizan trabajos severos.

5.2.4.1. ¿Cómo fallan las tuberías / mangueras?

Se producen fugas en las tuberías o las mangueras. Las tuberías o las mangueras se parten o se revientan. Las soldaduras y los acoplamientos se rompen. Los acoplamientos y conectores tienen fugas. 5.2.4.2. ¿Por qué fallan las tuberías / mangueras / conexiones?

Tuberías / Mangueras Abrasión. Daño externo. Exceso de temperatura. Exceso de presión. Fatiga / envejecimiento. Tendido incorrecto. Tubería inadecuada para aplicación.

Conexiones Montaje / instalación inadecuada. Par de apriete incorrecto. Sellos dañados. Exceso de presión. Exceso de temperatura. la

5.2.4.3. Señales de falla

Fuga de aceite de la tubería o el conector. Acumulación de suciedad alrededor de los conectores. Mangueras deshilachadas o cuarteadas.

5.2.5.

Opciones de servicio

Conexiones con fuga Volver a apretar. Reemplazar los sellos. Reemplazar el conector. Tuberías Reemplazar el conjunto de tubo. Mangueras Reemplazar la manguera. FERREYROS S.A.A. MSC/ERI – Mar04

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Reconstruir con manguera y acoplamientos reutilizables. 5.2.6.

Selección de la manguera correcta

Reemplace siempre con mangueras del mismo tamaño y tipo que la original. Una manguera de repuesto que sea demasiado pequeña limitará el caudal, ocasionando un recalentamiento y pérdida de presión. Una manguera de repuesto que no tenga la suficiente capacidad de presión constituye un serio peligro de seguridad.

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LECCIÓN 5.3: CILINDROS

5.3.1.

Función de los cilindros

El objetivo principal de los sistemas hidráulicos es impulsar implementos tales como hojas topadoras y cucharones. Esto normalmente se realiza con cilindros, que son actuadores lineales que convierten la energía hidráulica en energía mecánica. 5.3.2.

Componentes

Los componentes principales de los cilindros hidráulicos son: 1. Vástago. 2. Tubo del cilindro. 3. Cáncamo de la cabeza. 4. Cáncamo del vástago. 5. Tapa o Cabeza del cilindro. 6. Puntos de conexión. 7. Pistón. 8. Tuerca del pistón.

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5.3.2.1. Vástago El vástago está conectado al pistón y debe soportar la carga del implemento. Por lo general se hace de acero de alta resistencia, cromado en duro y altamente pulido que resiste la picadura y el rayado. 5.3.2.2. Tubo del cilindro El tubo del cilindro es un cañón o tubo hecho de acero estirado a presión o fundido, con una tapa soldada en un extremo. El interior del cilindro tiene un acabado pulido de alta precisión.

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5.3.2.3. Cáncamo de la cabeza El cáncamo de la cabeza permite conectar el extremo de la cabeza del cilindro a la máquina o al implemento. 5.3.2.4. Cáncamo del vástago El cáncamo del vástago permite conectar el extremo del vástago del cilindro a la máquina o al implemento. 5.3.2.5. Tapa o Cabeza del cilindro La tapa del cilindro rodea el extremo abierto del vástago y tiene una abertura por la que el vástago entra y sale del cilindro. Puede ir atornillada al cilindro o unida a él por medio de pernos de anclaje o de bridas empernadas. La tapa del cilindro a veces tiene una lumbrera. a) Tapa de cilindro de corona roscada.- Enrosca en la parte exterior del tubo del cilindro.

b) Cuello porta-sellos roscado.- Enrosca en el interior del tubo del cilindro.

5.3.2.6. Puntos de conexión Proporcionan pasajes para el aceite de suministro y de retorno. 5.3.2.7. Pistón Es un disco de acero unido al extremo del vástago. La presión hidráulica que se ejerce sobre cualquiera de los lados del pistón hace que el vástago se mueva. 5.3.2.8. Tuerca del pistón Fija el vástago al pistón.

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Tipos de cilindros

5.3.3.1. Cilindro de efecto único o simple efecto Es impulsado hidráulicamente en un sólo sentido. El aceite que entra en una sola lumbrera hace que el actuador se extienda. El peso de la carga retrae el actuador.

5.3.3.2. Cilindro de doble efecto Es impulsado hidráulicamente en dos sentidos. El aceite a presión entra en el extremo de la cabeza del cilindro para extenderlo. El aceite sale a presión del extremo del vástago y regresa al tanque. Para retraer el cilindro, se envía aceite a alta presión al extremo del vástago.

5.3.3.3. Cilindro telescópico de efecto único o simple efecto Tiene un vástago interior y uno exterior. El vástago exterior se extiende primero hasta que queda totalmente extendido, después se extiende el vástago interior. Ambas secciones se retraen por gravedad.

5.3.3.4. Cilindro telescópico de doble efecto

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Tiene un vástago interior y uno exterior. El vástago exterior se extiende primero hasta que queda totalmente extendido, después se extiende el vástago interior. El aceite retrae primero el vástago interior, y después el vástago exterior. Algunos cilindros utilizan la gravedad para retraer el vástago exterior.

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5.3.3.5. Cilindro de dos vástagos Tiene un pistón con un vástago en cada extremo. Esto proporciona un área de trabajo de igual efectividad a ambos lados del pistón y equilibra las presiones de trabajo del cilindro ya sea en la posición de extensión como en la de retracción.

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5.3.3.6. Nomenclatura ISO Los cilindros son representados en los diferentes diagramas con símbolos de la norma ISO. a) Cilindros de Efecto Único o Simple Efecto

b) Cilindros de Doble Efecto

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c) Cilindro Telescópico de Simple y Doble Efecto

d) Cilindro de Dos Vástagos

ANOTACIONES

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5 5.3.4.

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Sellos de los cilindros

Un cilindro hidráulico tiene varios sellos: 1. Sello limpiador.- Evita que la suciedad penetre en el cilindro. 2. Sello amortiguador.- Es el sello secundario del vástago y su función consiste en evitar que los picos de presión lleguen al sello del vástago. 3. Sello del pistón.- Proporciona un sellado entre el pistón y el tubo del cilindro. Esto reduce las fugas que se producen entre el vástago y el extremo de cabeza del pistón 4. Anillo de desgaste del pistón.- Centra el pistón en el tubo del cilindro y evita que el pistón raye al tubo. 5. Sello del vástago.- Es el sello principal del vástago y su función es sellar el aceite dentro del cilindro para evitar las fugas. 6. Anillo de desgaste del vástago.- Es un manguito que centra el vástago en la tapa y evita que la tapa raye el vástago. 7. Sello de la tapa.- Mantiene la presión del sistema y evita las fugas entre la tapa y el tubo del cilindro. 5.3.4.1. Tipos de sellos Hay tres términos que se utilizan frecuentemente para describir los sellos del cilindro: Los sellos dinámicos son los que se utilizan entre las superficies en las cuales se produce movimiento. Los sellos estáticos se utilizan entre las superficies donde no hay movimiento. Los sellos de sobre medida se utilizan en los cilindros que están rectificados a sobre medida y que requieren sellos de tapa, sellos de pistón y anillos de desgaste del pistón de sobre medida (0,030 ó 0,060 pulgadas).

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Amortiguadores

Una característica adicional de algunos cilindros hidráulicos son los amortiguadores. Estos dispositivos reducen la velocidad del pistón a medida que el vástago se acerca al extremo de su carrera, amortiguando el impacto. 5.3.5.1. Amortiguador integral en el extremo de la cabeza Este elemento amortigua el extremo de la cabeza cuando éste llega a la posición de retracción total, cerrando un orificio en el conducto, lo que disminuye la velocidad del pistón. A medida que el pistón se retrae, el amortiguador entra en el pequeño espacio cilíndrico situado en el extremo del cilindro. Esta acción disminuye el espacio del conducto de salida, limitando así el flujo de aceite y reduciendo la velocidad de desplazamiento del vástago.

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5.3.5.2. Válvulas de derivación del pistón Otro tipo de componente que protege el cilindro es la válvula de derivación del pistón. Estas válvulas son de carrete y están situadas en el pistón. Durante el movimiento de extensión y retracción, la presión de aceite mantiene las válvulas cerradas. A medida que el pistón se acerca al extremo de su carrera en cualquier sentido, las válvulas se abren permitiendo que el aceite a presión descargue en el tanque. Estas válvulas se utilizan en los tractores de cadenas medianos y grandes. Evitan los daños estructurales, especialmente cuando la hoja topadora está inclinada y el operador la eleva hasta la posición de máximo levante.

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Localización, solución de problemas y atención técnica de cilindros

De todos los componentes de un sistema hidráulico móvil, los cilindros son los que trabajan más duro. Llevan toda la carga de los implementos y están sometidos a un fuerte medio de trabajo que es donde trabajan muchas máquinas Caterpillar. 5.3.6.1. ¿Cómo fallan los cilindros? Fugas interiores y exteriores. Roturas. Daños físicos.

5.3.6.2. ¿Por qué fallan los cilindros? Los contaminantes ocasionan picaduras y rayaduras. Exceso de presión. Montaje inadecuado. Desgaste. Abuso en la operación.

5.3.6.3. Señales de fallas Fugas de aceite. Debilitamiento hidráulico más allá de las especificaciones (solamente se aplica cuando el vástago está extendido). Rajaduras de los componentes. Picaduras y rayaduras del vástago. Los implementos se bajan.

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LECCIÓN 5.4: ACUMULADORES Funciones de los acumuladores Los acumuladores son recipientes que almacenan el aceite hidráulico a presión. Se utilizan en una serie de aplicaciones en los productos Caterpillar. El depósito de aceite y presión que contienen los acumuladores proporciona cuatro funciones básicas en los sistemas hidráulicos móviles. 1. Compensa las variaciones de flujo. 2. Mantiene una presión constante. 3. Absorbe los impactos. 4. PROPORCIONA PRESIÓN Y FLUJO DE EMERGENCIA. Compensación de las variaciones 2t53 de flujo En algunos sistemas, a veces la demanda de flujo puede sobrepasar las capacidades de los tanques y las bombas. En estos casos, el acumulador puede suministrar provisoriamente el caudal necesario. Cuando la operación regresa a la normalidad, el acumulador se vuelve a llenar de aceite.

Mantiene la presión constante Los acumuladores compensan las variaciones de presión que se producen en el sistema, suministrando presión adicional y absorbiendo el exceso de presión, según se requiera Amortiguación Los cambios repentinos de carga pueden ocasionar sobrecargas de presión en el sistema. El acumulador funciona como un amortiguador recibiendo el aceite de la sobrecarga y dejándolo salir una vez pasada la sobrecarga

Proporciona presión y flujo de emergencia Si el motor pierde potencia, el acumulador puede suministrar presión y flujo hidráulico al sistema durante un período de tiempo limitado

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2t54

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Tipos de acumuladores Hay tres tipos básicos: 1. Acumulador contrapesado 2. Acumulador de resorte 3. Acumulador cargado con gas

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Acumulador contrapesado El acumulador contrapesado es el tipo de acumulador más antiguo. Consta de un cilindro, pistón, empaquetadura (sellos) y una pesa. A medida que la presión del sistema aumenta, el cilindro se llena de aceite, el pistón y la pesa son empujados hacia arriba. A medida que la presión del sistema disminuye, la fuerza de esa pesa obliga al pistón a que descienda, haciendo que el aceite regrese al sistema. El acumulador proporciona una presión estable, pero es demasiado pesado y voluminoso para los sistemas móviles. Acumulador de resorte El acumulador de resorte consta de un resorte, un pistón y un cilindro. A medida que la presión del sistema aumenta, el cilindro se llena de aceite, haciendo que el pistón suba y comprima el resorte. Cuando la presión del sistema disminuye, el resorte se descomprime, haciendo que el aceite regrese al sistema. Los acumuladores de resorte se utilizan raras veces en sistemas hidráulicos móviles. Acumulador cargado por gas El acumulador cargado con gas es el tipo de acumulador que más se utiliza en las máquinas Caterpillar. Consta de un cilindro, un pistón o cámara de aire y una válvula de carga. El aceite que entra en el cilindro empuja el pistón comprimiendo el gas. A medida que la presión disminuye, el gas se expande, haciendo que el aceite salga. El acumulador cargado con gas es versátil, potente y exacto, pero requiere un mantenimiento cuidadoso.

Símbolo ISO de un acumulador:

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Localización y solución de problemas para Acumuladores Los acumuladores requieren un mantenimiento cuidadoso y periódico para garantizar un funcionamiento adecuado. ¿Cómo fallan los acumuladores? Fuga de gas o aceite internas o externas. Ruptura de la cámara de aire. Daño externo. Resortes rotos o débiles. ¿Por qué fallan los acumuladores? Instalación incorrecta. Demasiada / poca carga. Falla del sello del pistón. Falla de la válvula de carga. Agrietamiento / fatiga de la cámara de aire. Indicadores de avería Respuesta lenta o errática del implemento. Fugas visibles. Incapacidad de absorber impactos. Funcionamiento deficiente. Opciones de atención técnica Reemplace componentes (válvulas, cámara de aire, resortes, pistón o sellos) Recargue con gas. Reemplace el acumulador.

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LECCIÓN 5.5: ENFRIADORES Función del enfriador de aceite Como los componentes del sistema hidráulico trabajan a alta presión, el calor se va acumulando en el aceite. Si las temperaturas aumentan demasiado, pueden ocasionar que se dañen los componentes. Los enfriadores de aceite son intercambiadores de calor, similares al radiador de un automóvil, que utiliza aire o agua para mantener operaciones seguras.

Tipos de Enfriador Enfriador de aire a aceite. El aceite pasa por un tubo cubierto con aletas de enfriamiento. Un ventilador sopla aire sobre el tubo y las aletas, enfriando el aceite. 2t57

Enfriador de agua a aceite En este tipo de enfriador, el agua pasa por una serie de tubos que enfrían al aceite. 2t58

Localización y solución de problemas para enfriadores de aceite Los enfriadores de aceite deben mantenerse en buenas condiciones de operación ya que el recalentamiento puede dañar seriamente muchos componentes hidráulicos. ¿Cómo fallan los enfriadores? Taponamiento interno. Obstrucción externa de las aletas (aire - aceite) Fatiga de los tubos y las aletas debido a la vibración. Tubos doblados, rotos o perforados. ¿Por qué fallan los enfriadores? Mantenimiento inadecuado. Daños externos. Señales de falla Fugas de aceite. Temperatura de aceite anormalmente alta. Carretes de válvulas pegajosas y barnizadas debido a recalentamiento. Diferencia anormal de temperatura entre la entrada y la salida del enfriador. Opciones de servicio Limpie las aletas. Reemplace (No intente limpiar los tubos del enfriador de agua a aceite)

Enfriador, extrae calor al aire o a un refrigerante

Mantiene la temperatura constante FERREYROS S.A.A. MSC/ERI – Mar04

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LECCIÓN 5.6: MALLAS Y FILTROS Para mantener los componentes hidráulicos funcionando adecuadamente. El fluido hidráulico debe mantenerse tan limpio como sea posible. Materia extraña y partículas de metal provenientes del desgaste natural de válvulas, bombas, y otros componentes intentan ingresar al sistema. Mallas, filtros y tapones magnéticos son usados para remover partículas extrañas del fluido hidráulico y protegen el sistema efectivamente contra la contaminación. Tapones magnéticos, localizados en los reservorios son usados para retirar las partículas de hierro o acero del fluido.

MALLAS O REJILLAS (SCREENS) Una Malla o rejilla es el sistema de filtración primaria que retira partículas relativamente grandes o material extraño del fluido. Aún cuando la acción filtrante de una rejilla no es tan buena como la de un filtro, una rejilla ofrece menos resistencia al flujo. Una rejilla usualmente consiste de un marco de metal envuelto en una fina malla de alambre o un elemento que sirve de tamiz. Las rejillas son usadas en la entrada de las líneas de las bombas, donde las caídas de presión deben mantenerse al mínimo. La figura 2t45 muestra una rejilla en tres arreglos posibles usados en el ingreso de las líneas de las bombas.

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Sistema de rejillas

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FILTROS Un filtro remueve partículas pequeñas extrañas del fluido hidráulico y es más efectivo para proteger el sistema hidráulico. Los filtros están localizados en un reservorio, una línea de presión, una línea de retorno, o en cualquier otro sitio donde sea necesario. El elemento o malla se clasifica en micrones, según el tamaño de las perforaciones, de acuerdo con su capacidad de atrapar las partículas. Cuanto más pequeño sea el tamaño de las perforaciones, más pequeñas serán las partículas que podrá atrapar.

2t46

Diseño del filtro Existen básicamente dos tipos de filtros de aceite. (1) Los de superficie y (2) los de profundidad. Tal como el nombre lo indica, los filtros de superficie recogen los contaminantes en la superficie del elemento del filtro o malla. Los filtros de profundidad recogen los contaminantes de diferentes tamaños a diferentes niveles dentro del elemento. 2t47

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UBICACIONES DEL FILTRO Un sistema hidráulico puede requerir varios filtros, cada uno con su propio propósito y ubicación. a) Filtro presurizado.- El filtro presurizado evita que las partículas finas contaminantes penetren en las válvulas y los accionadores y puede ser un filtro del tipo de superficie o del tipo de profundidad. b) Filtro de succión.- El filtro de succión evita que los contaminantes de gran tamaño penetren en las bombas y demás componentes. Hay muy poca caída de presión entre la entrada y la salida, para evitar la cavitación de la bomba. Los filtros de succión por lo general son filtros de superficie. c) Filtro de drenaje de la caja del motor o de la bomba.- Elimina los residuos que se producen con el desgaste o falla de un motor o bomba. Es un filtro de baja presión y poco volumen y puede ser del tipo de tubo o enroscable. d) Filtro de retorno.- El filtro de retorno elimina los contaminantes que entran en el sistema durante la operación, evitando que penetren en el tanque. Es un filtro de superficie.

2t48

VÁLVULAS DE DERIVACIÓN (BY PASS) La mayoría de los filtros de tubo y enroscables están equipados con válvulas de derivación de filtro para garantizar que el flujo del sistema nunca quede bloqueado. Hay dos situaciones que pueden ocasionar dicho bloqueo: 1. Una acumulación de contaminantes que obstruya el filtro. 2. Es posible que el aceite frío sea demasiado espeso para pasar por el filtro. Cualquiera de las dos situaciones puede afectar el rendimiento del sistema u ocasionar daños a los componentes. La válvula de derivación por lo general es una válvula de contrapunto accionada por resorte. A medida que disminuye el caudal que pasa por el filtro debido a los taponamientos o a que el aceite se espesa o enfría, aumenta la presión en el lado de entrada. Cuando la diferencia de presión llega a un límite predeterminado, llamado presión de apertura, la válvula de contrapunto se abre, permitiendo que el aceite se desvíe sin pasar por el elemento. El aceite derivado no está filtrado, y se debe dar servicio al filtro lo antes posible. En el caso del aceite frío, la válvula de derivación se cerrará tan pronto como se caliente el aceite.

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Localización y solución de problemas para filtros Los filtros de aceite son artículos de mantenimiento, diseñados para que se les dé servicio o sean reemplazados periódicamente. ¿Cómo fallan los filtros? En cada una de estas situaciones, el aceite contaminado se desvía y no pasa por el filtro: Los filtros se taponan. Los filtros se deforman y estropean. El filtro no asienta bien. ¿Por qué fallan los filtros? No se presta atención a los intervalos de servicio del filtro. Daños externos. Instalación incorrecta. Contaminantes raros. Fallas de componentes. Indicadores de fallas Aceite sucio. Desgaste acelerado de los componentes de las válvulas. Bomba con ruido. Alarma de la válvula de derivación. Opciones de Servicio Siga las recomendaciones de intervalos de servicio para su vehículo. Utilice siempre los filtros apropiados de Caterpillar. Drene el aceite contaminado y reemplazar por aceite y filtro(s) limpios. Símbolos ISO Filtro o Malla.

Filtro con separador de agua y drenaje manual

Filtro con separador de agua y drenaje automático Separador o trampa de agua Lubricador de línea de aire Secador de aire Enfriador de aire

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Módulo 6 COMPONENTES GENERADORES DE FLUJO

DESARROLLO TECNICO MARZO, 2004

DMSE0020-2004a Preparado por MSC/ERI

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MODULO 6: COMPONENTES GENERADORES DE FLUJO

El propósito de este módulo es entender el funcionamiento de los componentes generadores de flujo de un sistema hidráulico. Bombas y motores son similares en construcción, pero diferentes en sus características operacionales, por lo tanto la mayor parte del material de este módulo se concentrará en la nomenclatura y operación de bombas.

OBJETIVOS

Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Entender la diferencia entre las bombas de desplazamiento positivo y no positivo. 2. Entender la diferencia entre las bombas de desplazamiento fijo y desplazamiento variable. 3. Entender la operación de los diferentes tipos de bombas. 4. Entender las similitudes y diferencias entre bombas y motores.

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LECCIÓN 6.1: BOMBAS Y MOTORES

6.1 Funciones Las bombas hidráulicas convierten la energía mecánica en energía hidráulica en forma de flujo de fluido. Las bombas producen solamente caudal o flujo (en galones por minuto, litros por minuto, centímetros cúbicos por revolución, etc.) el mismo que es utilizado en un sistema hidráulico. Las bombas NO GENERAN PRESION. La presión es originada por la resistencia al flujo. Esta resistencia es causada por los diferentes componentes del sistema como mangueras, válvulas, orificios, acoplamientos, conexiones, cilindros, motores o cualquier otro componente que se encuentre en el camino del flujo hacia el tanque. Aunque las bombas no generan directamente presión hidráulica, deben diseñarse para soportar los requisitos de presión del sistema. Por lo general, cuanto mayor sea la presión de operación, mayor será la bomba. 6.2 Tipos de Bombas Las bombas pueden ser clasificadas dentro de dos grandes grupos: 6.2.1

Bombas de desplazamiento NO POSITIVO. Bombas de desplazamiento POSITIVO. Bombas de desplazamiento NO POSITIVO

Las bombas de desplazamiento NO POSITIVO presentan mayores espacios (holgura) entre sus partes móviles y estacionarias que sus similares de desplazamiento POSITIVO. Esta mayor holgura permite que una mayor cantidad de líquido pueda recircular entre las partes cuando la presión (resistencia al flujo) de salida aumenta. Este tipo de bombas son menos eficientes debido a que el flujo de salida decrece considerablemente con el aumento de la presión de salida. Estas bombas generalmente son presentadas en dos tipos: -

Centrífugas Axiales

Estas son utilizadas en aplicaciones de baja presión como bombas de agua de automóviles, bombas de agua para suministro doméstico e industrial y como bombas de carga para bombas de pistón en sistemas hidráulicos de alta presión.

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6.2.1.1 Bombas Centrífugas La bomba centrífuga consiste en dos porciones básicas: el impulsor (2) que se monta en el eje de entrada (4) y la cubierta (3). El impulsor tiene una parte posterior sólida o disco con láminas curvadas (1) moldeadas en el lado de la entrada. El líquido ingresa al centro de la cubierta (5) cerca del eje de entrada y fluye por el impulsor. Las láminas curvadas del impulsor propulsan el líquido hacia fuera, contra la cubierta. La cubierta esta moldeada de tal forma que direcciona el líquido al puerto de salida. 6.2.1.2 Bombas Axiales El tipo axial se asemeja a un ventilador eléctrico de aire. Se monta en un tubo recto y tiene un propulsor aplanado abierto. El líquido es propulsado abajo del tubo por la rotación de las láminas anguladas.

6.2.2

Bombas de desplazamiento POSITIVO

Son las bombas que siempre generan flujo cuando están funcionando. La mayoría de las bombas que se utilizan en las máquinas Caterpillar son de este tipo. Hay tres tipos básicos de bombas de desplazamiento positivo: -

De engranajes De paletas De pistón

Las bombas de desplazamiento positivo tienen holguras (espacios) entre componentes mucho más pequeños. Esto reduce las fugas y proporciona mayor eficiencia cuando se utiliza en sistemas hidráulicos de alta presión. El flujo de la salida en una bomba de desplazamiento positivo es básicamente igual para cada revolución de la bomba. Las bombas de desplazamiento positivo son clasificadas por el control de flujo de salida y por su construcción. Dentro de la clasificación por el control de flujo de salida tenemos: De caudal fijo (desplazamiento fijo): Son las que mueven un volumen constante o fijo de fluido en cada revolución de la bomba. Las bombas de engranajes y algunas bombas de paletas son bombas de caudal fijo. De caudal variable (desplazamiento variable): Pueden ajustar el volumen del fluido que se impele durante cada revolución. Este caudal puede ser controlado manual o automáticamente. En algunos casos se puede encontrar una combinación de ambos controles. Las bombas de pistones y algunas bombas de paletas pueden ser de caudal variable.

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Bi-direccionales: Son reversibles y pueden accionarse en cualquier sentido. De presión compensada: Son bombas de caudal variable equipadas con un dispositivo de control que ajusta la salida de la bomba para mantener la presión deseada en el sistema. Se debe considerar que una bomba hidráulica tiene compensación de presión de tres formas: Una bomba que está equipada con una válvula compensadora de presión para limitar la presión máxima del sistema. Una bomba que varía el flujo de salida para mantener un diferencial de presión determinado. Se utilizan servo-válvulas o carretes de margen para enviar la señal a la bomba. Una bomba que mantiene un régimen de flujo (caudal) determinado aún cuando aumenta la presión de carga.

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Asimismo, se pueden clasificar por el diseño o construcción de dos maneras: •

Por la presión máxima del sistema (es decir 21,000 kPa o 3,000 PSI) a la cual la bomba esta diseñada para funcionar. Por el flujo de salida específico entregado a una revolución o velocidad dada y a una presión específica. Ejemplo: LPM @ RPM @ kPa o por gpm @ RPM @ PSI (es decir 380 LPM @ 2000 RPM @ 690 kPa o 100 gpm @ 2000 RPM @ 100 psi).

•

6.2.2.1 Bombas de Engranajes

Las bombas de engranajes son bombas de caudal positivo y fijo. Su diseño simple, de recia construcción, las hacen útiles en una amplia gama de aplicaciones. GENHD018

6.2.2.1.1 Componentes Los componentes de una bomba de engranajes se identifican en la siguiente ilustración: 1. 2. 3. 4. 5.

Sellos Plancha de presión Engranaje loco Engranaje de impulsión Caja

6.2.2.1.2

GENHD019

Funcionamiento de la bomba de engranajes

Un eje de impulsión hace girar el engranaje impulsor, el cual hace girar el engranaje loco. A medida que giran los engranajes, los dientes del engranaje forman un sello contra la caja. El aceite entra por la lumbrera de entrada quedando atrapado entre los dientes y la caja, es impulsado y obligado a salir por la lumbrera de salida.

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6.2.2.2 Bombas de Paletas

Las bombas de paletas son bombas de caudal positivo y fijo. Estas bombas de larga duración y suave funcionamiento son de uso frecuente.

GENHD020

6.2.2.2.1

Componentes

GENHD021

Los componentes de una bomba de paletas son los siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Caja del extremo Plancha flexible Rotor Anillo excéntrico Paletas Sello Caja del extremo

6.2.2.2.2

Funcionamiento de la bomba de paletas

Un eje de impulsión gira el rotor. El aceite penetra en la cámara creada entre las dos paletas y la caja, es impulsado hacia la lumbrera de salida. La bomba de paletas consiste en: un anillo de leva, paletas y un rotor ranurado. 6.2.2.2.3

Bombas de paletas Caterpillar

La mayoría de las bombas de paletas Caterpillar son bombas balanceadas con un par de lumbreras de entrada y un par de salida. Las lumbreras de cada par están ubicadas en lados opuestos. La fuerza centrífuga, los resortes o la alta presión de aceite empujan las paletas contra la superficie interior del anillo. Esto permite que las paletas se ajusten automáticamente según el desgaste.

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6.2.2.3 Bombas de Pistones Las bombas de pistones pueden ser de caudal fijo o variable, según su diseño. Estas bombas versátiles y eficientes se utilizan frecuentemente en los sistemas hidráulicos de detección de carga y presión compensada. 6.2.2.3.1

Componentes

Una bomba de pistones de caudal variable consiste en: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 6.2.2.3.2

Eje impulsor. Tambor de cilindros. Placa de la lumbrera. Pistones. Retenes. Placa de retracción. Plato basculante.

GENHD022

Funcionamiento de la bomba de pistones

El eje impulsor está conectado al tambor de cilindros. A medida que gira, los pistones, que están conectados al plato basculante, suben y bajan en los cilindros. A medida que el pistón se retrae, hace penetrar aceite en el cilindro por la lumbrera de entrada y luego lo expulsa en la carrera descendente por la lumbrera de salida. El caudal de aceite impulsado depende del ángulo del plato basculante. Cuando el plato basculante está situado en un ángulo máximo, habrá el máximo caudal. Cuando está situado en un ángulo cero, no habrá caudal ni flujo. 6.2.2.3.3

Bombas de pistón de caudal fijo

Las bombas de pistones también pueden ser de caudal fijo. En este tipo de bombas se tiene un ángulo fijo del conjunto del tambor y pistones con respecto al eje de impulsión.

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Bomba de pistones radiales

La bomba de pistones radiales mueve los pistones de adentro hacia fuera en línea perpendicular a la línea del eje de accionamiento. Cuando los rodillos seguidores de las levas caen en la base de la leva en el anillo exterior, el pistón sale. La presión atmosférica o la carga de la bomba empuja el aceite a través de la válvula de admisión y llena el interior de la cámara formada por la salida del pistón. Cuando los rodillos seguidores de las levas suben a la cresta de la leva del anillo exterior, el pistón entra. En este momento el aceite contenido en la cámara es expulsado por la válvula de salida, generándose el flujo de salida.

6.3 Desplazamiento de la bomba El desplazamiento de la bomba se calcula midiendo el volumen de fluido movido durante una revolución completa de la bomba. 6.4 Caudal de la bomba El caudal de la bomba se calcula midiendo el volumen de fluido movido durante un tiempo determinado. Se expresa en galones por minuto o en litros por minuto (gal/min o l/min). Cuando se exprese en volumen por revolución, el caudal pueden ser convertido fácilmente multiplicándolo por la velocidad en RPM (es decir 2000 RPM) y dividiéndolo por una constante. Por ejemplo, calculemos el flujo de una bomba que gire a 2000 RPM y tenga un flujo de 11.55 in3/rev o 190 cc/rev.

in 3

rpm rev × GPM = 231 11.5 × 2000 GPM = 231 GPM = 100

cc

rpm rev × 1000 190 × 2000 LPM = 1000 LPM = 380

LPM =

6.5 Motores Los motores hidráulicos son actuadores que convierten la energía hidráulica en energía mecánica en forma de movimiento y fuerza giratoria. Se utilizan en las máquinas Caterpillar para impulsar cadenas, ruedas e implementos.

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Funcionamiento de los motores

Los motores hidráulicos son casi idénticos a las bombas hidráulicas. Esto se aplica a los motores de engranajes, de paletas y de pistones. La diferencia principal consiste en que el aceite a alta presión entra en el motor, haciendo girar a los componentes internos. El aceite luego sale del motor a baja presión y regresa al tanque. Cuando el motor está funcionando hacia adelante, los componentes internos giran en la misma dirección.

6.6 Nomenclatura ISO Bombas Las bombas en el sistema ISO son identificadas por un triangulo negro dentro de un círculo con la punta direccional apuntando al borde del mismo. Cuando una flecha cruza el círculo diagonalmente, esta indica que la bomba es de caudal variable.

Motores Los motores en el sistema ISO son identificados por un triangulo negro dentro de un círculo con su base apoyada al borde del circulo y la punta direccional apuntando al centro del mismo. Cuando una flecha cruza el círculo diagonalmente, esta indica que el motor es de caudal variable.

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6.7 Localización, solución de problemas y atención técnica para bombas y motores El rendimiento y la vida útil de las bombas hidráulicas pueden verse afectados por una serie de condiciones de operación. 6.7.1 ¿Cómo fallan las bombas y los motores? Fugas. Desgaste. Componentes rotos o averiados.

6.7.2 ¿Por qué fallan las bombas y los motores? Cavitación. Aireación. Contaminación. Fluido inadecuado. Exceso de calor / presión. Desgaste normal. 6.8 Cavitación Cuando una bomba o un motor no recibe aceite o recibe muy poco aceite, se forman cavidades de vapor que se desintegran en la bomba. Esto ocasiona implosiones que desgastan los componentes internos de la bomba o del motor. Además los componentes se rayan debido a la falta de lubricación.

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Síntomas de la cavitación

Los síntomas de la cavitación son: Traqueteo peculiar. Operación defectuosa del implemento. Acumulación de calor en la bomba (la pintura de la bomba se quema). 6.8.2

Causas de la cavitación

Tubería de entrada restringida (ej. filtro taponado). Exceso de velocidad. Bajo nivel de aceite. Viscosidad de aceite demasiado alta. Falla de presurización del tanque. Cambios no autorizados en el sistema y/o piezas de inferior calidad. 6.9 Aireación La aireación consiste en el proceso de atrapar el aire que se encuentra en el aceite, lo que es ocasionado por las fugas de aceite en el sistema. Las burbujas explotan cuando entran en la bomba o en el motor, causando el desgaste de los componentes internos.

GENHD024

6.9.1 Síntomas de la aireación Ruido en la bomba o en el motor. Operación errática del implemento. Acumulación de calor en la bomba o en el motor. Los controles del implemento están muy suaves. Aceite espumoso. 6.10

Contaminación del aceite

Las bombas y los motores son susceptibles a los daños ocasionados por la suciedad, el agua y otros contaminantes abrasivos.

6.10.1 Causas de la contaminación Mantenimiento deficiente. Conexiones flojas en las tuberías. Sellos dañados. Hábitos de trabajo descuidados (Dejar el tanque destapado, permitir que contaminantes entren en el tanque al restablecer aceite, dejar el tanque sin la tapa de ventilación).

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Viscosidad del fluido

Es importante utilizar aceite con la viscosidad apropiada.

A continuación se describen algunos problemas que pueden ocurrir si se utiliza un tipo de fluido incorrecto: Fluido insuficientemente viscoso: Aumento de fugas internas y externas. Patinaje de la bomba o del motor. Exceso de desgaste de los componentes debido a lubricación inadecuada. Reducción de la presión del sistema. Los controles del implemento están muy suaves. Fluido demasiado espeso: Aumento de la fricción interna. Aumento de la temperatura con la resultante acumulación de residuos lodosos. Operación lenta y errática. Se requiere más potencia para la operación. 6.12

Señales de falla

Ruido (tanto la cavitación como la aireación producen traqueteo). Desempeño deficiente de la máquina. Reducción de capacidad. Operación errática. Los controles están muy suaves. Exceso de calor. Exceso de fugas. Aceite espumoso.

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GENHD025

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Módulo 7 COMPONENTES DE CONTROL VALVULAS

DESARROLLO TECNICO MAYO, 2004

DMSE0020-2004b Preparado por MSC y JTC

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Material del Estudiante MODULO 7.1

MODULO 7: COMPONENTES DE CONTROL

INTRODUCCIÓN Los componentes de control que se tratarán en este módulo, comprenden las

configuraciones básicas de las diversas válvulas hidráulicas, las que se utilizan para regular las condiciones del flujo de aceite, tales como caudal, presión y dirección. Todos los sistemas hidráulicos utilizan válvulas para controlar los actuadores: cilindros y motores, además de regular otros requisitos de caudal de fluido y presión del sistema. Estas válvulas pueden ser componentes individuales, agrupados dentro de un solo bloque o colocados en gran número dentro de bancos de válvulas.

OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Describir los tipos más comunes de válvulas de control de presión, de control de dirección y control de flujo. 2. Establecer las funciones de las válvulas anteriormente mencionadas. 3. Identificar los símbolos ISO de los tipos principales de válvulas

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Material del Estudiante MODULO 7

VÁLVULA DE COMPUERTA El tipo de válvula más simple es la válvula de compuerta común. El flujo se controla acercando o alejando el vástago de la válvula del asiento de la válvula. Esta válvula sencilla también puede afectar la presión del circuito. A medida que se cierra la abertura entre el asiento de la válvula y el vástago, se restringe el flujo, haciendo que caiga la presión del lado posterior a la válvula. Este fenómeno se llama “efecto del orificio restrictor”. 2a

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Material del Estudiante MODULO 7

LECCIÓN 7.1 VÁLVULAS DE CONTROL DE PRESIÓN

INTRODUCCIÓN Las válvulas de control de presión son usadas para controlar la presión en el

circuito o en un sistema. La función de la válvula será la misma aunque el diseño podría cambiar. Algunas de las válvulas de control de presión que estudiaremos son válvulas de alivio, válvulas de secuencia, válvulas reductoras de presión, válvulas de presión diferencial y válvulas de descarga.

Válvulas de alivio Los sistemas hidráulicos están diseñados para operar en un rango de presión. Excediendo este rango podríamos dañar los componentes del sistema o podría provocar un daño personal. La válvula de alivio mantiene la presión dentro de un límite establecido al abrir y permitir que el exceso de aceite fluya, ya sea hacia otro circuito o de regreso al tanque.

Válvula de alivio simple, Presión de apertura (cracking pressure) La figura 2b muestra una válvula de alivio simple en la posición de “presión de apertura”. La válvula de alivio simple (también llamada válvula de actuación directa) es mantenida cerrada por la fuerza del resorte. La tensión del resorte es regulada a la “presión de alivio”. Sin embargo la presión de regulación de alivio no es la presión a la cual la válvula comienza a abrirse. Cuando se dan las condiciones para que exista una resistencia al flujo normal de aceite, el exceso de flujo de aceite causa el incremento de la presión de aceite. Dicho incremento de presión es sensado por la válvula de alivio. Cuando la fuerza del incremento de la presión de aceite supera la fuerza del resorte de la válvula de alivio, la válvula se mueve contra el resorte y comienza a abrirse. La presión requerida para iniciar la apertura de la válvula es llamada la presión de apertura (cracking pressure) La válvula abre justo lo suficiente para permitir que el exceso de aceite fluya a través de la válvula. Vea imagen 2b. 2b

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Material del Estudiante MODULO 7

Válvula de alivio simple, regulación de la presión de alivio (relief pressure setting) Un incremento en la resistencia al flujo de aceite, incrementa el volumen de aceite en exceso y por consiguiente incrementa la presión del circuito. El incremento de la presión del circuito supera la nueva tensión del resorte y abre más la válvula de alivio. El proceso es repetido hasta que el máximo volumen del aceite en exceso esté fluyendo a través de la válvula de alivio. Esta es la regulación de la presión de alivio (relief pressure setting), ver imagen 2c. La válvula de alivio simple es comúnmente usada donde el volumen aceite en exceso es bajo o donde hay una necesidad de una respuesta rápida. Esto hace ideal a la válvula de alivio simple para aliviar presiones picos o como una válvula de seguridad. 2c

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Material del Estudiante MODULO 7

Válvula de Alivio Pilotada Además de los elementos de una válvula simple, cuenta también con una válvula adicional o piloto, más pequeña, que regula la presión, lo cual permite que la válvula se abra y se cierre ante fluctuaciones menores en el sistema. Esto elimina el ruido y permite un control más preciso Ante mayores requerimientos de alivio primero la válvula más pequeña se abre, se produce una mayor diferencia de presión en el carrete más grande, lo que hace que la válvula mayor, con el resorte ligero, se abra y deje pasar el aceite.

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POSICIÓN CERRADA

POSICIÓN ABIERTA

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Material del Estudiante MODULO 7

2d

2e

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Material del Estudiante MODULO 7

Símbolo ISO de válvula NORMALMENTE CERRADA

Símbolo ISO de válvula NORMALMENTE ABIERTA

La válvula representada por la figura 2f puede representar ya sea a una válvula de alivio simple o pilotada. Los Símbolos ISO son los mismos para todas las válvulas de alivio. La figura 2f representa la válvula en la posición cerrada. La presión del sistema es sensada en la parte superior de la válvula y trabaja para mover la válvula contra el resorte. Durante la operación normal, el flujo es bloqueado por la válvula cerrada.

El símbolo ISO de la válvula en la figura 2g muestra una válvula de alivio en posición abierta.

2f

Cuando la fuerza de la presión de aceite del sistema vence la fuerza del resorte, la flecha se mueve hacia arriba y desconecta la comunicación entre bomba y drenaje.

2g

Símbolo ISO de válvula de Alivio Variable

Válvula Normalmente Cerrada

La válvula de alivio variable es representada por una sección con una flecha a través del resorte. La flecha muestra que la tensión del resorte puede ser variada.

Válvula Normalmente Abierta 2h

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Válvula de secuencia, Posición abierta Cuando la presión en la cámara del resorte de la válvula de descarga excede la regulación del resorte de la válvula piloto. La válvula piloto se abre. La válvula piloto abierta permite al aceite en la cámara del resorte de la válvula de descarga fluir hacia el tanque. Esto permite que la presión del aceite en dicha cámara disminuya. La fuerza de la presión de aceite mayor del sistema mueve la válvula de descarga contra la fuerza del resorte de la válvula de descarga y abre el pasaje al circuito 2. La válvula de secuencia permanece abierta hasta que la presión en el circuito 1 disminuya a menos de la presión de regulación del resorte.

2k

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Válvula de Reducción de Presión Se utilizan cuando la demanda de presión de un circuito es menor que la presión de suministro. Básicamente consta de un pistón, un resorte y un carrete. La fuerza del resorte determina la máxima presión corriente debajo de la válvula. La válvula está normalmente abierta. A medida que el flujo pasa por el carrete, la presión aumenta corriente abajo. Al aumentar la presión en la cavidad del pistón, esta actúa contra el pistón y el carrete y comienza a cerrar la válvula hasta encontrar el equilibrio

2l

Símbolo ISO de la válvula Reductora de Presión

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En el arranque de la bomba En el arranque de la bomba, La fuerza del resorte de la válvula mantiene el carrete y el pistón a la derecha. El suministro de aceite fluye alrededor del carrete de la válvula para el circuito controlado (aguas debajo de la válvula) El suministro de aceite también fluye a través del pasaje de aceite a la cámara del pistón a la derecha de la cámara del pistón. Cualquier cambio en la presión del circuito de aceite controlado es sensado por la cámara del pistón. En el arranque de la bomba, la presión de alimentación y la presión controlada de aceite son las mismas. Ver imagen 2m 2m

Condición normal de operación Cuando la presión se incrementa en el circuito, el incremento es sensado en la cámara del pistón. La presión creciente mueve el pistón a la izquierda contra el carrete de la válvula y la fuerza del resorte. Cuando el carrete de la válvula se mueve a la izquierda, El carrete de la válvula restringe el aceite de suministro a través de la válvula y reduce la presión del circuito de aceite controlado. El movimiento del carrete de la válvula crea un orificio variable entre el suministro y el circuito controlado. El orificio variable permite incrementar o disminuir el flujo de aceite como sea necesario para controlar la presión en el circuito controlado. El aceite en la cámara del resorte debe ser drenado. Ver la figura 2n 2n

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Válvulas de Diferencia de Presión. Permite establecer una secuencia de suministro de aceite a dos circuitos, o mantener una diferencia de presión constante entre dos circuitos. Está compuesta por un carrete y un resorte. Inicialmente el carrete bloquea el flujo desde el circuito primario hacia el secundario. Una vez que se satisfacen los requisitos de flujo hacia el circuito primario, la presión aumenta, desplazando el carrete contra el resorte y permitiendo el flujo hacia el circuito secundario y la cámara del resorte. A medida que aumenta la presión secundaria, la válvula retrocede. La válvula constantemente ajustará su posición de forma que la presión en el circuito secundario iguale la presión en el primario menos la fuerza del resorte. Ver imágenes 2p, 2q, 2r.

2p

Símbolo ISO de la Válvula de Diferencia de Presión

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Material del Estudiante MODULO 7

FUNCIONAMIENTO DE LA VALVULA DE DIFERENCIA DE PRESION

2q

-

AL INICIO DEL FUNCIONAMIENTO

--------------------------------------------------------------------------------------------------......................................................................................................................

2r

-

EN FUNCIONAMIENTO NORMAL

............................................................................................................... ............................................................................................................... ................................................................................................................

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HOJA DE TRABAJO EN CLASE N° 2.1 VÁLVULAS DE CONTROL DE PRESIÓN Llene en los espacios en blanco o círculos la mejor respuesta:

1. Explique el porqué de las válvulas de alivio

2. Liste dos tipos básicos de válvulas de alivio

En las preguntas de la 3 a la 5 responda si es verdadero o falso 3. Los símbolos ISO nos dicen si es una válvula de alivio simple o pilotada a) Verdadero b) Falso 4. La pequeña sección de la válvula de alivio piloto tiene como objetivo principal descargar el flujo del sistema al tanque. a) Verdadero b) Falso 5. El resorte del cuerpo de descarga de la válvula de alivio pilotada es más rígido que el de una válvula de alivio simple. a) Verdadero b) Falso

VÁLVULAS REDUCTORAS DE PRESIÓN 6. ¿Cuándo elegiría usar una válvula reductora de presión en un circuito?

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Material del Estudiante MODULO 7

7. Compare una válvula de alivio con una válvula reductora de presión.

8. ¿Por qué línea externa de drenaje es necesaria para una apropiada operación de una válvula reductora de presión?

VÁLVULAS DE PRESIÓN DIFERENCIAL 9. ¿Cuándo elegiría usar una válvula de presión diferencial en un circuito?

10. ¿ Por qué podríamos decir que el símbolo de una válvula de presión diferencial es una combinación o no de los símbolos de una válvula de alivio de presión y una válvula reductora de presión?

11. Compare una válvula de presión diferencial con una válvula reductora de presión.

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Material del Estudiante MODULO 7.2

LECCIÓN 2.2 VÁLVULAS DE CONTROL DIRECCIONAL O SELECTORAS

INTRODUCCIÓN Las válvulas de control direccional o selectoras son usadas para dirigir el aceite

a circuitos separados de un sistema hidráulico (hacia un actuador por ejemplo). La máxima capacidad de flujo y la caída de presión a través de una válvula son las primeras consideraciones. Las válvulas de control direccional pueden interactuar con controles manuales, hidráulicos, neumáticos y electrónicos. Esos factores son mayormente determinados por el diseño inicial del sistema.

Válvulas Selectoras Controlan el funcionamiento de los actuadores y demás componentes de un sistema hidráulico, permitiendo que la válvula determine la dirección y cantidad de flujo de aceite. La mayor parte de las válvulas selectoras tienen un carrete que se desliza hacia adelante y hacia atrás en la perforación de la válvula. El carrete tiene amplios diámetros, llamados resaltos, que pueden bloquear o abrir entradas y salidas. Algunos carretes tienen ranuras de lubricación alrededor de los resaltos gruesos en uno de los extremos del carrete cuya finalidad es atrapar el aceite. Esto hace que el carrete flote en una capa delgada de aceite, manteniéndolo centrado y más fácil de mover. Por lo general, el carrete está centrado en la válvula mediante resortes y puede ser movido manualmente o eléctricamente mediante solenoides. Los carretes de gran tamaño difíciles de operar manualmente o situados en ubicaciones distantes, pueden ser accionados hidráulicamente. Las válvulas selectoras que controlan la operación de otras válvulas son llamadas válvulas piloto. Las válvulas selectoras generalmente tienen tres o más posiciones. Cada posición cambia el sentido del flujo hacia el actuador. Una válvula de centro abierto permite el paso del aceite de suministro de retorno al tanque a través de su posición neutral. Una válvula de centro cerrado bloquea el flujo proveniente de la bomba.

2t1

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Material del Estudiante MODULO 7.2

Carrete de la válvula El carrete de la válvula consiste en canales y resaltos. Los resaltos del carrete bloquean el flujo del aceite a través del cuerpo de la válvula. Los canales del carrete permiten el flujo del aceite alrededor del carrete y a través del cuerpo de la válvula. La posición del carrete cuando no está activa se llama posición “normal”o neutral.

2t2

2t3

ANOTACIONES

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Material del Estudiante MODULO 7.2

Válvula de control direccional de centro abierto (Posición fija - HOLD)

2t4

Válvula de control direccional de centro abierto (Posición de levante - RAISE)

2t5

2t6

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Material del Estudiante MODULO 7.2

REPRESENTACIÓN ISO El símbolo básico ISO en la imagen 2t6 consiste de uno o más cuadros básicos. El número de cuadros usados representa el número de posiciones que la válvula puede adoptar.

2t6

2t7

Puertos o Vías

2t8

Ruta del flujo

2t9

En la imagen 2t9 se muestran tres símbolos ISO de válvulas de tres posiciones. Centro Cerrado: Centro en Tandem: Centro abierto:

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Material del Estudiante MODULO 7.2

Válvula controlada manualmente de tres posiciones, seis vías y centro abierto 2t10

Válvula controlada por línea piloto de tres posiciones, seis vías y centro cerrado 2t11

Actuadores de válvulas de control direccional

2t12

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Material del Estudiante MODULO 7.2

Válvula de Control Direccional

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VÁLVULAS ROTATORIAS

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Material del Estudiante MODULO 7.2

Las válvulas rotatorias (ver imagen 2t13) consisten de un vástago redondo con pasajes o canales. Los canales en el vástago se conectan con los puertos en el cuerpo de la válvula. En vez de cambiar de posición de derecha a izquierda, las válvulas rotan. En el diagrama de la izquierda, la válvula conecta la bomba al extremo de vástago del cilindro y el aceite del extremo de cabeza se conecta con tanque. Cuando la válvula rota 90º, la bomba es conectada al extremo de cabeza y el aceite en el extremo de vástago se conecta con el tanque.

La válvula muestra cuatro vías. Sin embargo este tipo de válvula es también usado con dos o tres vías. Se utiliza para aplicaciones de bajas presiones.

2t13

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VÁLVULA CHECK

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Material del Estudiante MODULO 7.2

El diseño más común consiste en un pistón o una bola y un resorte. La válvula de retención se utiliza a menudo en combinación con otras válvulas.

La presión ejercida del lado anterior a la válvula es suficiente para vencer la fuerza del resorte, empujando el pistón del asiento y permitiendo que pase flujo por la válvula. El fluido en sentido opuesto permite que la presión trabaje con el resorte, cerrando la válvula y bloqueando el flujo. Es posible que las válvulas de retención sean componentes independientes o pueden formar parte de una caja común con otras válvulas.

2t14

Flujo directo

VÁLVULA CHECK PILOTADA

2t15

La válvula check Flujo bloqueado pilotada difiere de la válvula check simple en que la pilotada permite el flujo en sentido inverso

2t16

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Hidraul_mod_7_2 Valvulas Ctrl Direccional

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Material del Estudiante MODULO 7.2

Flujo inverso

2t17

En la imagen 2t18 Las figuras A y B representan válvulas check simple. La figura C representa la válvula shuttle (resolver) La figura D representa una válvula check pilotada

2t18

Señal piloto abre la válvula check

Señal piloto cierra la válvula check

Válvula Resolver, Lanzadera o Enlace

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CURSO: HIDRÁULICA II FSAA – DMSE0020b VÁLVULAS MAKE UP

El símbolo ISO es el mismo que el de una válvula check, pues su función es igual

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Material del Estudiante MODULO 7.2

a) Válvula Compensadora (Make - up) Una válvula compensadora es un tipo de válvula de retención que permite que el aceite de retorno fluya directamente hacia las tuberías del actuador cada vez que la presión de retorno sea mayor que la presión de entrada al actuador. Esto evita que los cilindros de las hojas o los cucharones se drenen con mayor rapidez de la que puede desarrollar la bomba para llenarlos.

La válvula compensadora está compuesta por una válvula de retención y un resorte ligero. Cuando la presión de aceite disminuye aproximadamente 2 PSI por debajo de la presión de la tubería de retorno, la válvula se abre, dejando pasar el aceite hacia las tuberías.

2t19

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CURSO: HIDRÁULICA II FSAA – DMSE0020b Válvulas de control activadas por solenoide

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Material del Estudiante MODULO 7.2

En un solenoide, el campo electromagnético mueve una armadura, la cual mueve un pin de presión, éste a su vez, mueve el carrete. Los dos tipos más populares de actuadores son el solenoide seco (air gap solenoid), imagen 2t20 y el solenoide húmedo (wet solenoid), imagen 2t21.

2t20

2t21

Comentarios

Válvula de control direccional de cuatro vías dos posiciones compensado por resorte y controlado por solenoide

2t22

Válvula de control direccional de cuatro vías tres posiciones pilotado y controlado por solenoide

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2t23

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Material del Estudiante MODULO 7.2

FALLAS DE SOLENOIDES Muchas fallas de los solenoides ocurren cuando las válvulas están trabadas. El carrete de la válvula solenoide trabado evita que la armadura cierre apropiadamente. La causa más común de la traba del carrete de las válvulas es la contaminación. Contaminantes tales como sedimentos, partículas de metal y otras partículas podrían alojarse entre el carrete y el agujero causando que el carrete se trabe. También el aceite oxidado o sobrecalentado pueden ocasionar taponamientos de la luz entre el carrete y las paredes del agujero causando que el carrete se pegue a la válvula por aparición de barnices. La mayoría de estos contaminantes pueden prevenirse con la instalación de un filtro. El barniz depositado puede ser removido con algún disolvente tal como thiner. El filtro y el aceite adecuados deben ser cambiados en los intervalos correctos para evitar la mayoría de estos problemas. Cuando la válvula está trabada y el solenoide energizado, el solenoide recibe un alto flujo constante de corriente que genera excesivo calentamiento. El solenoide no está diseñado para disipar el excesivo calentamiento y el bobinado se puede quemar. Problemas de sobrecalentamiento frecuentemente ocurren durante periodos de alta temperatura ambiental o bajos voltajes del sistema. Problemas de fallas de solenoides debido a altas temperaturas ambientales podrían ser controladas incrementando el flujo de aire a través del solenoide. La temperatura del aceite hidráulico debe ser disminuido para permitir mayor transferencia de calor desde el solenoide al sistema hidráulico Algunas veces, un diseño distinto de válvula podría ser requerido cuando se opera durante condiciones de clima muy caliente. Algunos arreglos deben ser hechos para permitir que el sistema opere a una menor temperatura. Cuando el voltaje de la bobina es muy bajo, el campo electromagnético no es lo suficientemente fuerte para atraer la armadura. Tal como ocurre en el carrete pegado, la corriente continúa fluyendo a través de la bobina generando calor excesivo. Otros factores que también pueden afectar la adecuada operación y acortar el periodo de vida del solenoide son: el ciclo repetitivo del solenoide, corto circuitos u operación con corriente no adecuada (frecuencia o voltaje incorrectos).

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Material del Estudiante MODULO 7.2

HOJA DE TRABAJO EN CLASE N° 2.2VÁLVULAS DE CONTROL DE DIRECCIÓN 1. Identifique a cuáles de las válvulas anteriormente estudiadas corresponden las siguientes representaciones ISO:

2t24

2t25

2. Explique las diferencias entre una válvula check pilotada de una no pilotada.

3. Liste dos consideraciones para elegir una válvula de control direccional

Llene los espacios en blanco: 4. Los ____________ bloquean el flujo a través del cuerpo de la válvula. 5. Los ____________ permiten el flujo de aceite a través del cuerpo de la válvula. 6. En los símbolos básicos ISO, el número de cuadros representan el número de ______________ que la válvula puede adoptar. 7. Si el suministro de aceite a través de la válvula está bloqueado en la posición normal, la válvula es de centro_____________ 8. ¿Cuál es el propósito de tener un botón de anulación “override” en un solenoide actuador?

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Material del Estudiante MODULO 7.2

9. Escriba el nombre correcto de cada símbolo abajo:

2t26

A

F

B

G

C

H

D

I

E

J 10. Dibuje el símbolo ISO de una válvula de control direccional de tres posiciones, cuatro vías, de centro abierto, centrado por resorte y operado por palanca.

11. Nombre tres condiciones por las que podría sobrecalentar una válvula solenoide.

12. Describa la operación de una válvula check.

13. ¿Qué sucedería si la válvula check es instalada al revés?

14. ¿Qué es la presión ratio y la presión piloto?

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Material del Estudiante MODULO 7.3

LECCIÓN 2.3 VÁLVULAS DE CONTROL DE FLUJO

INTRODUCCIÓN El Control de Flujo consiste en controlar el volumen del flujo de aceite dentro o fuera de un circuito. El control del flujo en un sistema hidráulico puede ser logrado de varias maneras.

La forma más común es la instalación de un orifico. Cuando un orificio es instalado, el orificio presenta una alta restricción mayor a la restricción normal al flujo de la bomba. La mayor resistencia incrementa la presión del aceite. El incremento en la presión de aceite causa que algo del aceite tome otro camino. El camino podría ser a través de otro circuito o podría ir por una válvula de alivio. También serán discutidas las válvulas no compensadas y compensadas de control de flujo.

Orificio Un orificio es una pequeña apertura en el camino del flujo del aceite. El flujo a través del orifico es afectado por muchos factores. Tres son los más comunes de ellos. 1. La temperatura del aceite 2. El tamaño del orifico 3. La diferencia de presiones a través del orificio TEMPERATURA

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Material del Estudiante MODULO 7.3

TAMAÑO DEL ORIFICIO

Válvula Check con un orificio fijo

2t27

Orificio Variable La imagen 2t28 muestra un orificio variable en la forma de una válvula de aguja, el tamaño del orificio es cambiado por el posicionamiento de la punta de la válvula en relación con el asiento de la válvula.

2t28

FLUJO VS. CAÍDA DE PRESIÓN

Los esquemas de las imágenes 2t29 y 2t30 consisten en una bomba de desplazamiento positivo, una válvula de alivio y un orificio variable. La válvula de alivio es regulada a 3445 kPa (500 psi) y limita la presión máxima en el sistema. El orificio puede ser ajustado a cualquier flujo entre 0 y 5 gpm.

2t29

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La válvula de aguja es una de los más frecuentemente usados orificios variables.

En la imagen 2t29, el orificio variable permite un flujo de 4gpm a través del orificio a una presión de 3445 kpa (500psi) Cuando la presión excede los 3445 kPa (500 psi), la válvula de alivio abre y el excesivo flujo de aceite (1gpm) fluye a través de la válvula de alivio.

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Material del Estudiante MODULO 7.3

2t30

Presión Diferencial

El flujo a través de un orificio es afectado por la presión diferencial a través del orificio. A mayor presión diferencial, mayor flujo a través del orificio.

En la imagen 2t30, el orificio variable permite un flujo de 1 gpm a través del orificio a una presión 3445 kPa (50 psi) Cualquier incremento en el flujo a través del orificio requiere una presión mayor que 3445 kPa (500 psi) Cuando la presión excede dicha presión, la válvula de alivio abre y el flujo en exceso fluye a través de la válvula de alivio

2t31

En la figura 2t31, la presión diferencial es ilustrada usando dos tubos de pasta de dientes. Cuando el tubo de pasta de dientes es suavemente apretado como en A, la diferencia de presiones entre el interior del tubo y el exterior es pequeña. Entonces sólo saldría poca pasta. Pero si es apretada con mayor fuerza, la diferencia de presiones sería mayor y la cantidad de pasta aumentaría

Orificio Fijo

Orificio Variable

Con descarga fija, las variaciones en la presión de entrada no afectan el flujo

Con descarga variable

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Material del Estudiante MODULO 7.3

Válvula de Control de flujo No compensada 2t32

La Imagen 2t32 consiste de una bomba de desplazamiento positivo, una válvula de alivio, un cilindro, una válvula de control de flujo no compensado, dos manómetros y una válvula de tres posiciones, cuatro vías, centro en tandem operada por palanca. La válvula de control de flujo no compensada consiste de un orificio variable y una válvula check. Cuando el flujo de aceite ingresa al extremo de cabeza, la válvula Check se asienta. El orificio variable controla el flujo de aceite dentro del extremo de cabeza. Cuando el aceite fluye fuera del extremo de cabeza, la válvula check se abre, el aceite sigue el camino de menor resistencia y fluye irrestrictamente a través de la válvula Check. En un circuito de control de flujo no compensado, cualquier cambio de la presión diferencial a través del orificio, producirá un cambio correspondiente de flujo a través del orificio. La válvula de alivio está regulada a 3445 kPa (500 psi). El orificio es ajustado a un flujo de 5 gpm en 3445 kPa (500 psi) sin carga en el cilindro. La presión diferencial a través del orificio es 3445 kPa (500 psi) El flujo total de la bomba fluye a través del orificio hacia el cilindro.

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Material del Estudiante MODULO 7.3

La carga se incrementa 2t33

La carga disminuye

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2t34

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Material del Estudiante MODULO 7.3

Circuitos de control de flujo compensado

2t35

En un circuito de control de flujo compensado, la presión diferencial a través del orificio no es afectada por un cambio en la carga. La presión diferencial a través del orificio producirá un flujo constante a través del orificio.

Válvula de control de flujo En la imagen 2t35 se muestra una ilustración de una válvula de control de flujo de presión compensada del tipo Bypass, esta válvula ajusta de presión automáticamente el flujo a los cambios de la carga. compensada tipo Bypass

Cambio de flujo La cantidad de flujo a través de la válvula depende del tamaño del orificio. Cualquier cambio en el flujo a través del orificio crea un cambio de presión aguas arriba del orificio. El mismo cambio de presión actúa contra la válvula de descarga y el resorte. Cuando el flujo de la bomba está dentro del rango de flujo de diseño del orificio, la fuerza de la presión del aceite aguas arriba actuando en la válvula de descarga es menos que la fuerza combinada de la presión de aceite y el resorte, aguas abajo, la válvula de descarga permanece cerrada y todo el aceite de la bomba fluye a través del orificio. Cuando el flujo de la bomba es mayor que el flujo de diseño del orificio, la fuerza de la presión del aceite aguas arriba actuante sobre la válvula de descarga es mayor que la fuerza combinada de la presión del aceite y el resorte, aguas abajo. La válvula de descarga abre y el exceso de aceite fluye a través de la válvula de descarga al tanque.

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Sin Presión de carga

2t36

La presión de carga se incrementa

2t37

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Material del Estudiante MODULO 7.3

Válvula con combinación de orificio y cuerpo de descarga El tipo más común de válvulas de control de flujo es la mostrada en la imagen 2t38. Esta válvula combina la acción del orificio y la válvula de descarga en una parte móvil. La operación de compensación de presión es la misma que la válvula de control de flujo de presión compensada tipo Bypass. El gráfico en la izquierda muestra un flujo a través de la válvula que está dentro del rango de flujo o menos que el rango del flujo de diseño de la válvula. En la gráfica de la derecha se muestra que el flujo está comenzando a exceder el rango de flujo de la válvula, la presión diferencial se incrementa lo suficiente para empezar a comprimir el resorte y empezar a descargar el aceite en exceso tal como es mostrado. Si el flujo a través de la válvula se incrementa, la acción del orificio causará que el resorte se comprima todavía más y más flujo será descargado. El flujo controlado permanecerá constante mientras el flujo a la válvula se incrementa o disminuye.

2t38

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Material del Estudiante MODULO 7.3

Válvula de control de flujo por presión compensada del tipo restrictora La imagen 2t39 muestra una ilustración de una válvula de control de flujo de presión compensada del tipo restrictora. El flujo de aceite controlado es regulado por la regulación de la válvula de aguja. El carrete compensador y el resorte Bias trabajan como una válvula reductora de presión. La presión de suministro de aceite es reducida a la presión que envía el flujo de aceite correcto que pasa por la válvula de aguja. Cuando el sistema está inactivo, el resorte mueve el carrete compensador a la izquierda En el arranque, el carrete de la compensadora está abierto para permitir el paso del flujo total y la presión. Cuando el flujo de aceite crece más que la regulación de la válvula aguja, la válvula aguja restringe el flujo y causa que la presión del aceite se incremente como se muestra en el manómetro 2. El incremento de la presión 2 también es sensado a la izquierda del carrete compensador. Cuando la fuerza de la presión a la izquierda del carrete compensador vence la fuerza del resorte, el carrete compensador se mueve a la derecha. Aunque la presión del suministro puede continuar incrementándose como es mostrado en el manómetro 1, el orificio 1 reduce la presión en la válvula de aguja a la fuerza del resorte. La presión de flujo de aceite controlado es 0 kPa, la presión diferencial a través de la válvula de aguja es 1378 kPa (200 psi), la cual iguala a la fuerza del resorte. La válvula de aguja es ajustada para permitir 2gpm a través del orificio 2 cuando la presión diferencial a través de la válvula de aguja es 1378 kPa (200 psi)

2t39

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Presión Controlada de aceite

2t40

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Válvula de caída rápida La válvula de caída rápida es una válvula compensadora más compleja, que se utiliza en algunos tractores de cadenas medianos y grandes. Está compuesta por una válvula de retención de dos piezas y un resorte, además de un orificio restrictor. La válvula está situada entre el cilindro y la válvula de control del implemento y está normalmente cerrada. Cuando se baja la hoja topadora sin resistencia, su peso hace que caiga más rápido de lo que la bomba puede llenar el extremo de cabeza del cilindro. Esto da lugar a presión de suministro menor. El orificio restrictor restringe el aceite de retorno procedente del extremo de varilla del cilindro, lo cual hace que la presión aumente. Esta presión actúa sobre el extremo de la válvula de retención desplazándola hacia la derecha. El aceite del extremo de varilla ahora puede entrar en el conducto de suministro del extremo de cabeza para unirse al aceite procedente de la bomba, evitando la cavitación en el cilindro.

2t41

Representación esquemática “Modo Quick Drop”

2t42

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Material del Estudiante MODULO 7.3

2t43

Representación esquemática “Modo levante de hoja”

SCHEMATIC OF BOWL CIRCUIT IN RAISE POSITION 1. Line to rod ends of bowl cylinders. 2. Line to filters and hydraulic tank. 3. Control valve. 4. Vent line for quick drop valves. 5. Oil line to hydraulic tank. 6. Valve spool for ejector cylinder. 7. Valve spool for apron cylinder. 8. Quick drop and check valve (two). 9. Quick drop valve. 10. Valve spool for bowl cylinders. 11. Vent valve. 12. Bowl cylinder (two). 13. Line to head ends of bowl cylinders. 14. Relief valve (in control valve). 15. Line from small section of hydraulic pump to the steering system. 16. Pump, with two sections. 17. Filter in hydraulic tank. 18. Vent line from carry check valves. 19. Hydraulic tank. A. QUICK DROP position. B. LOWER position. C. HOLD position. D. RAISE position

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Material del Estudiante MODULO 7.3

SÍMBOLOS ISO

2t44

La figura 2t44, muestra los símbolos ISO para los componentes de control de flujo básicos. Los símbolos ISO de control de flujo de presión no compensada son de orificio fijo y orificio variable. Los elementos de control de flujo de presión compensada son las válvulas de control de flujo de presión compensada y las válvulas de control de flujo de presión compensada con Bypass. Los símbolos ISO no dan ninguna información de la estructura física del componente.

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Material del Estudiante MODULO 7.3

HOJA DE TRABAJO EN CLASE N° 2.3 VÁLVULAS DE CONTROL DE FLUJO Llene en los espacios en blanco la mejor respuesta 1.

2.

3.

El orificio presenta una restricción mayor del normal al flujo de la bomba. a) Verdadero b) Falso El tamaño del orificio tiene poco efecto en la cantidad de flujo a través del orificio. a) Verdadero b) Falso El aceite fluye en línea recta a través de la válvula de aguja a) Verdadero b) Falso

4.

Una disminución de la presión diferencial a través del orificio, causará una disminución en el flujo a través del orificio. a) Verdadero b) Falso

5.

La temperatura no tiene efecto en el flujo a través del orificio

a) Verdadero b) Falso Llene los espacios en blanco con los siguientes términos: • Válvula de aguja • Válvula de control de flujo de presión compensada de tipo By-pass • Válvula de control de flujo de presión compensada de tipo restrictora

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6.

La válvula consiste de un vástago roscado el cual puede ser ajustado_________________

7.

El flujo de aceite que excede el flujo de regulación del orificio incrementa la presión y abre la válvula de descarga-__________

8.

El flujo de aceite que excede el flujo de regulación del orificio incrementa la presión y abre la válvula de descarga __________________________

9.

Orificio y válvula de descarga en una sola parte móvil ____________________________

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Módulo 8 PROBLEMAS EN SISTEMAS HIDRAULICOS

DESARROLLO TECNICO MAYO, 2004

DMSE0020-2004b Preparado por MSC y JTC

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Material del Estudiante MODULO 8

MODULO 4: PROBLEMAS EN SISTEMAS HIDRAULICOS Los sistemas hidráulicos juegan un papel integral en la operación eficiente de un equipo, el sistema hidráulico Caterpillar es una red independiente cuidadosamente balanceada, los componentes hidráulicos están diseñados para trabajar unidos y entregar el máximo de eficiencia. Cada día, sin embargo hay muchos factores que trabajan para erosionar esa eficiencia. En este Módulo los participantes conocerán los principales problemas que afectan la eficiencia de un sistema hidráulico.

OBJETIVOS

Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de:

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1.

Describir los factores que afectan la vida de un sistema hidráulico

2.

Reconocer o detectar dichos problemas

3.

Saber como responder ante la presencia de estos factores.

Desarrollo Técnico Hidraul_mod_8 Problemas Sist Hid

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Material del Estudiante MODULO 8

Lección 4.1.1: Cavitación La Cavitación es un fenómeno físico que ocurre en dos etapas, consiste en la formación de burbujas de vapor del mismo fluido causadas por bajas presiones y su colapso eventual según se mueven fuera de la zona de presión baja y penetren a regiones de presiones más altas La región de presión que causa que la burbuja de vapor se colapse podría estar ubicada inmediatamente después de la formación de la burbuja de vapor o a alguna distancia aguas abajo dependiendo de las condiciones de presión. Se mezclan con el flujo de aceite pequeñas burbujas de vapor de aceite que desplazan una parte del aceite líquido causando mala lubricación y calentamiento El aplastamiento repentino o implosión de las burbujas por la presión del fluido causa un golpeteo al llenar el aceite estos espacios, esto produce una vibración bastante fuerte en todo el componente, además las fuerzas que se producen en esa implosión causan desgaste como erosión y picaduras en la parte interna del componente, una bomba sonaría como si estuviera moviendo bolitas

Síntomas de la cavitación Los síntomas de la cavitación son: Traqueteo peculiar. Operación defectuosa del implemento. Acumulación de calor en la bomba (pintura quemada) Causas de la cavitación Tubería de entrada restringida (ejm. filtro taponado). Exceso de velocidad. Bajo nivel de aceite. Viscosidad de aceite demasiado alta. Falla de presurización del tanque. Cambios no autorizados en el sistema y / o piezas de inferior calidad

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Desarrollo Técnico Hidraul_mod_8 Problemas Sist Hid

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Material del Estudiante MODULO 8

Lección 4.1.2: Aireación La aireación es la mezcla del aire con el aceite, consiste en el proceso de atrapar el aire ya sea por una agitación excesiva en los reservorios o por filtraciones de aire al sistema ocasionado por las fugas de aceite, en una bomba se producirían chirridos. Las burbujas de aire también desplazan el aceite causando mala lubricación e inestabilidad, al entrar el aire en las líneas, los cilindros y carretes de válvulas; la compresibilidad de éstas, causa una operación esponjosa o errática y causan la pérdida de la sensación de control, al ser comprimidas por el aceite dentro de la bomba o en el motor causan similares desgastes que la cavitación.

Síntomas de la aireación Ruido en la bomba o en el motor. Operación errática del implemento. Acumulación de calor en la bomba o en el motor. Los controles del implemento están muy suaves. Aceite espumoso Causas de la Aireación: -

-

-

-

Bajo nivel de aceite. Esto puede causar agitación si la línea de retorno no esta cubierta por el aceite, o permite la entrada directa de aire a la línea de succión de la bomba si la línea de admisión esta descubierta Una filtración de aire en la línea de succión de la bomba Filtraciones de aire en el sello de la varilla del cilindro o en la conexión de la línea. Cuando se baja el implemento, especialmente con la válvula de control en la posición libre, existe un vacío en el extremo de varilla del cilindro, y si los sellos o las varillas están dañados permitirán la entrada de aire al sistema. Agitación en el tanque causado por partes dañadas tales como mangueras flojas o rotas, deflectores flojos o faltantes, o un tubo de retorno doblado en dirección equivocada Agitación causada por un flujo excesivo a través de la válvula de alivio. Esto se puede deber a demasiado ajuste bajo de la válvula, o a una presión exagerada del sistema causada por sobrecarga de la máquina o malas

técnicas de operación -

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Aceite hidráulico contaminado con agua (mismos efectos que aire)

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Material del Estudiante MODULO 8

Descartando Cavitación de Aireación: Como la aireación y cavitación causan daños similares, es necesario hacer pruebas adicionales. Donde las características de los daños señalen estos problemas busque primero lo obvio tal como: Un tubo de succión doblado, una manguera de succión aplastada o aceite espeso causa cavitación Un tubo de succión agrietado, una manguera de succión floja o bajo nivel de aceite puede causar aireación Si ninguno de estos es evidente, se puede hacer la “prueba de la botella” 1.

2.

3. 4.

El aceite en el tanque hidráulico debe estar a su nivel normal de operación. Haga funcionar el motor a velocidad alta en vacío durante 5 minutos con todas las válvulas de control en la posición “FIJA”. Asegúrese que el aceite está a la temperatura de 66° C (150° F) o cerca de esta. Introduzca una botella de vidrio transparente de tamaño reducido y limpia en el aceite a través del tubo de llenado del tanque, y remueva una muestra de aceite. Ponga la botella contra una luz fuerte y vea a través del aceite en busca de espuma o burbujas, que señalen aireación Si el aceite esta aireado, las causas pueden ser filtración de aire en línea de succión o descarga de aceite en el tanque encima del nivel. Haga las correcciones necesarias y repita la prueba.

Si no hay burbujas de aire en la muestra de la botella compruebe el circuito de los implementos, por ejemplo levantamiento del cucharón: 1.

2. 3. 4.

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Realice ciclos en el circuito de levantamiento durante 5 minutos subiendo el cucharón a velocidad alta en vacío y dejando que baje libremente al suelo con el motor a velocidad baja en vacío Introduzca una botella de vidrio transparente pequeña y limpia a través del tubo de llenado del tanque y remueva una muestra de aceite Ponga la botella contra una luz fuerte y vea a través del aceite buscando espuma o burbujas de aceite que señalen aireación. Si el aceite esta aireado, la causa es aire que entró por los sellos de las varillas de los cilindros del implemento que probó. Haga las correcciones necesarias de modo que se pueda repetir la prueba y obtener una muestra sin burbujas.

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Lección 4.2: Calidad del Aceite El aceite que se usa en el sistema debe tener los aditivos correctos y una película lo suficientemente resistente para mantener una película de lubricante entre los componentes en funcionamiento. Use siempre un aceite de buena calidad, del tipo y grado correctos que contengan aditivos para controlar la oxidación, la espuma, la herrumbre y el desgaste. Viscosidad del fluido Es importante utilizar aceite con la viscosidad apropiada

A continuación se describen algunos problemas que pueden ocurrir si se utiliza un tipo de fluido incorrecto: Fluido insuficientemente viscoso: Aumento de fugas internas y externas. Patinaje de la bomba o del motor. Exceso de desgaste de los componentes debido a lubricación inadecuada. Reducción de la presión del sistema. Los controles del implemento están muy suaves.

Fluido demasiado espeso: Aumento de la fricción interna. Aumento de la temperatura con la resultante acumulación de residuos lodosos. Operación lenta y errática Se requiere más potencia para la operación

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Temperatura Elevada del Aceite. Una temperatura excesiva en el sistema hidráulico es una causa importante de falla de sellos. Las temperaturas del aceite en el tanque no deben exceder de 93-99° C (200 – 210° F) o habrá daños Si hay evidencias de temperatura elevada inspeccione el enfriador de aceite para asegurarse que esté limpio y que funciona correctamente; Compruebe el sistema para ver si hay derivación de aceite a presiones elevadas (que causan un rápido incremento de la temperatura). Causas de una derivación: 1. Una bomba desgastada permite que el aceite se derive internamente del lado de alta presión al lado de baja presión 2. Una válvula de máxima presión o una válvula de control desgastada o pegada 3. Una válvula de presión máxima con ajuste demasiado bajo, permitiendo que se abra con demasiada frecuencia 4. Funcionamiento frecuente de la válvula de presión máxima causada por una presión excesiva en el sistema 5. Partes flojas, faltantes o dañadas, tales como sellos o empaquetaduras, en el tanque.

Sellos de aceite: Los sellos más críticos son los que están en las varillas de los cilindros, si el labio del sello limpiador no esta dañado visiblemente, no hay filtraciones de aceite y la varilla no tiene daños visibles, se puede considerar estas partes en buen estado Los daños al sello son causados frecuentemente por el aceite caliente, el sello puede hacerse duro y quebradizo, causando grietas; o blando y flexible, permitiendo la extrusión o desgaste. Sobrecarga del sistema hidráulico: Esto sucede de dos maneras: 1. Sobrecargando la máquina, toda máquina esta diseñada para dar un rendimiento óptimo bajo condiciones especificas de peso, carga y operación. Utilizar elementos no recomendados o incorrectos como cucharones exageradamente grandes causan sobrecargas a la máquina y al sistema hidráulico 2. Usando técnicas incorrectas de operación, trabajando contra cargas extremas y hacer que los cilindros lleguen al fondo causa presiones excesivas, el operador debe lograr una producción optima sin exceder los límites de presión Lubricación de la Bomba. Al instalar una bomba nueva, llénela con aceite y haga girar el eje para distribuir el aceite, esto evita daños durante el cebado de la bomba al arrancar el motor, luego de vaciar el sistema debe también llenarse los cilindros hidráulicos, las líneas y acumuladores. Esto exige 2 a 3 veces el volumen del tanque que sólo contiene aceite para los cambios de volumen al extender los cilindros Lubricación del Eje de la bomba. La lubricación de esas estrías esta separada del sistema hidráulico, estas reciben lubricación de otro compartimiento a través del mando, si se desgastan las estrías inspeccione todos los pasajes de aceite incluyendo las aberturas en los sellos, las empaquetaduras y los cojinetes.

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Lección 4.3: Efectos de la Contaminación CONTAMINANTES Los contaminantes son todo lo que no debe estar en un sistema hidráulico El 80% de los costos de mantenimiento es causado por esto:

Tipos de contaminantes: 1. Sólidos (Metálica, fibrosa, óxidos, sedimentos, polvo microscópico) 2. Líquidos (gel de aceite, humedad, agua) 3. Gaseosos (aire, vapor de aceite)

Los contaminantes causan dos tipos de fallas: • Degradación, falla lenta i. Abrasión: Las partículas abrasivas (menos de 30µ, el cabello humano es de 80µ) raspan el metal que multiplica el daño

ii. Fatiga: Las cargas de fuerza y esfuerzos de alta presión repetidas rompen o astillan el metal

iii. Sedimentación: partículas que se acumulan en las superficies obstruyendo el flujo, causando atascamiento y adherencia.

•

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Catastrófica, falla rápida

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Fuentes de la contaminación: 1. Incorporada al sistema: restos del proceso de fabricación, restos de soldadura, arenisca, oxido de cañerías, escamas de pintura, virutas metálicas de ajustes roscados 2. Generada por el sistema: trozos de metal a causa de la fricción de bombas, válvulas o cilindros, partículas fibrosas de filtros, carbón y barniz de aceite recalentado 3.

Infiltrada Externamente: polvo, bacterias, grasa o otras materias que entran pasando sellos dañados de vástagos de cilindros y ejes de bombas, o por los respiraderos de tanques o conexiones estáticas flojas, el ingreso de contaminantes implica la fuga del aceite. •

FUGAS en partes móviles solo se corrigen eliminando la fuente de contaminación abrasiva que desgasto el sello o el metal

• 4. Contaminación Inducida: Entra involuntariamente al dar servicio a la máquina, ajuste roscado excesivo, limpieza de tanque con trapos, demasiada cinta teflón, aceite nuevo mal almacenado 5. Contaminación Escapada, al vibrar filtros o usar de mala calidad

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Control de la contaminación en el Taller -

Designe a una persona responsable del control Mantenga el piso y áreas de trabajo limpias

-

Maneje adecuadamente los derrames Proteja los trabajos “en progreso”

Control de la contaminación durante la operación del equipo: -

-

-

Efectúe inspecciones diarias. Si hay fugas, REPARELAS Mantenga el tanque de aceite hidráulico lleno (entre FULL lleno y ADD añadir, está bien). Bajo nivel de aceite causa cavitación y alta temperatura. Un alto nivel de aceite no permite expansión del aire dentro del tanque causando sobre presión y fugas por el respiradero

Proporcione mantenimiento adecuado a las válvulas y al enfriador

Utilice protectores del vástago del cilindro en aplicaciones de polvo fino o materiales corrosivos, controle la temperatura

-

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Control de la contaminación durante Manipuleo de Aceite -

-

Seleccione el aceite correcto Cambie el aceite de manera regular y apropiada. El cambio cada 2000 horas es referencial, el monitoreo del SOS establece el intervalo apropiado, drene el aceite viejo cuando está caliente y agitado. Transfiera el aceite nuevo cuando esté frío e inmóvil.

Se recomienda usar un carro – filtro de transferencia de aceite, así como tapas protectoras de tambores

Controle la contaminación durante el cambio de filtro -

-

Cambie los filtros de manera regular y cuidadosa, por lo menos cada 500 horas, la extracción apropiada asegura que los contaminantes no regresen al sistema, los filtros nuevos deben mantenerse dentro de sus empaques hasta instalarlos

Si el sistema estuvo abierto en una reparación, se recomienda usar filtros de alta eficiencia para eliminar los contaminantes

Controle contaminación al cambiar mangueras -

Limpie las mangueras antes de su ensamble, un equipo limpiador es recomendable Proteja las mangueras durante su almacenaje

-

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Controle la contaminación durante el Mantenimiento General -

Al realizar el mantenimiento, abrir y extraer los componentes tan cuidadosamente como sea posible, mantener las manqueras tapadas y taponadas, mantener las piezas nuevas cubiertas hasta el momento exacto de su instalación, siga los intervalos de servicio:

Inspección diaria o cada 10 horas: Revise el nivel del fluido hidráulico Revise los cilindros y las bombas para ver si hay fugas Revise las mangueras, tuberías y el área del tanque hidráulico para ver si hay fugas o daños Inspección mensual o cada 250 horas Efectúe las revisiones del mantenimiento de 10 horas Revise el enfriador de aceite hidráulico por fugas u obstrucciones Revise todas las tuberías por conexiones flojas, faltantes o dañadas Inspección trimestral o cada 500 horas Efectúe las revisiones de 10 y 250 horas Efectúe el análisis SOS del aceite hidráulico Cambie el filtro Revise los montajes y bombas en cuanto a tornillería y abrazaderas

-

Inspección semestral o cada 1000 horas Efectúe las revisiones de 10, 250 y 500 horas Compruebe la presión del sistema hidráulico Compruebe los tiempos de ciclo y velocidades de corrimiento Revise los pasajes de drenaje de las bombas por fugas excesivas Inspección anual o cada 2000 horas Efectúe las revisiones de mantenimiento de 10, 250, 500 y 1000 horas Lave las rejillas de llenado y cambie el aceite hidráulico

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Conozca qué sucede dentro de los Sistemas Hidráulicos Tome muestras regularmente cada 6 meses o 500 horas utilizando el método correcto. La sonda para válvulas de aceite solamente debe utilizarse en compartimientos presurizados, usar una nueva pieza de tubo para cada muestra. Las sondas deben ser descartadas apropiadamente después de ser utilizadas USO DE LA SONDA PARA VÁLVULAS DE ACEITE

1.

Ajuste el motor en velocidad baja en vacío, quite la tapa protectora contra el polvo de la válvula que usted esté muestreando

2.

Inserte la sonda dentro de la válvula y transfiera aproximadamente 100 ml (4 onzas fluidas) de aceite dentro de un recipiente. Deseche apropiadamente el aceite

3. Inserte otra vez la sonda dentro de la válvula y llene la botella de muestra hasta aproximadamente las 3/4 partes, no hasta el tope

4.

Extraiga la sonda y asegure la tapa en la botella, coloque la etiqueta debidamente llenada dentro del cilindro de embarque, incluyendo:

-

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El modelo de la máquina y número de serie Las horas o unidades de servicio del equipo y el aceite Si el aceite fue cambiado o no cuando se tomó la muestra

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UTILIZACIÓN DE EXTRACCIÓN DE VACIO Use este método para sistemas presurizados sin válvula de muestreo

1.

2.

Apague el motor, mida y corte un tubo nuevo de longitud igual a la varilla medidora. Si el compartimiento que está muestreando no tiene varilla medidora, corte el tubo para que alcance la mitad de la profundidad del aceite

Inserte el tubo a través del cabezal de la bomba de vacío y apriete la tuerca de retención, el tubo debe extenderse 4 cm (1 pulgada) más halla de la base del cabezal de la bomba de vacío

3.

Instale una botella de muestreo nueva encima del cabezal de la bomba de vacío e inserte el extremo del tubo dentro del aceite, que no toque el fondo

4.

Bombee la manivela para crear un vacío, llene la botella a 3/4 no hasta el tope

5. Extraiga el tubo, quite la botella de la bomba de vacío y asegure la tapa en dicha botella. Coloque la etiqueta

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ENTENDER -

S.O.S (Scheduled Oil Sampling) A.P.A. (Análisis Programado de Aceite)

El APA (SOS) se usa para evaluar la composición de su aceite y determinar las acciones correctivas adecuadas. Se componen de 3 pruebas:

1. Análisis de metal desgastado: indica el tipo de metal y la cantidad de ese contaminante 2. Análisis infrarrojo: monitorea el estado del aceite y cuando es que los contaminantes lo descomponen químicamente 3. Conteo de partículas: cuenta las partículas ya sean metálicas o no metálicas, es decir la acumulación total de partículas.

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ANEXO 4.1 GUIA DE FALLAS Muchas de las fallas en un sistema hidráulico muestran síntomas similares: una gradual o repentina pérdida de presión, resultando en pérdida de fuerza o velocidad en los cilindros, incluso sin moverse ante cargas ligeras. Frecuentemente la pérdida de potencia es acompañada de un incremento en el ruido de la bomba

¿Dónde está la falla? Siguiendo paso a paso un procedimiento organizado se puede detectar el área del problema y si es necesario cada componente implicado puede ser probado o cambiado; En este diagrama simple seguiremos paso a paso la búsqueda del problema

Paso 1: Filtro de Succión de la Bomba La causa más frecuente de falla es la cavitación de la bomba causada por una restricción en la admisión por una rejilla o colador sucio (A), luego de limpiarlo inspeccione todas las juntas (B, E, G, H, J y K), no debe haber fugas de aceite que permitan el ingreso de aire al sistema, el nivel de aceite con todos los cilindros extendidos estará sobre la línea de succión. Paso 2: Bomba y Válvula de Alivio. Si el colador de succión no es el problema, separemos la bomba y la válvula de alivio del resto del circuito desconectando en el punto E, tapone las líneas desconectadas, encienda el sistema y observe la presión en el manómetro mientras ajusta la válvula de alivio. Si la presión sube, ambos componentes están funcionando bien en caso contrario pase al siguiente paso

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Paso 3: Bomba o Válvula de Alivio. Desconecte en el punto H y conecte un medidor de flujo “flowmeter”, repita la prueba anterior ajustando la válvula y observe que sucede -

-

Si la presión no se incremente de un valor bajo y el volumen de flujo no disminuye sustancialmente, la válvula de alivio esta fallando y deberá ser limpiada o reemplazada según el paso 5 Si el flujo de aceite disminuye sustancialmente conforme se ajusta la válvula y sólo se genera una presión baja, esto indica un problema en la bomba, proceda al paso 4

Paso 4: La bomba Si no obtiene flujo según el paso 3 y asumiendo limpia la rejilla de succión del paso 1, el problema es interno a la bomba. Puede ser desgaste o alta temperatura, en operación normal con una bomba en buen estado la caja de la bomba esta a unos 20° F sobre la temperatura del tanque de aceite, si es mayor, existen excesivas fugas internas Paso 5: Válvula de Alivio. En el paso 3 se determinó una falla en la válvula (punto D). La solución más rápida es reemplazar la válvula para posteriormente limpiarla e inspeccionarla Paso 6: Cilindros Si la bomba entrega toda la presión ajustada en la válvula de alivio en el paso 2, el problema esta más adelante. Probar el cilindro por fugas internas Paso 7: Válvula de Control Direccional. Si se ha probado el cilindro, revisar la válvula de control de 4 vías, esto no sucede con frecuencia pero un excesivo desgaste en los carretes evita que el aceite alcance la presión de operación, el síntoma es una pérdida en la velocidad del cilindro junto con dificultad en el aumento de presión

Encuentre la Falla.

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REACCIONE ANTE LOS INDICADORES DE REPARACIÓN

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INDICADORES Fugas

CAUSAS

OPCIONES

Caja floja o dañada Presión del sistema muy alta Vástago doblado o con ralladuras Sellos incorrectos o averiados Sellado defectuoso de la manguera y el acoplamiento Conexión de manguera apretada inadecuadamente Manguera dañada

Inspección / reparación de componentes Inspección técnica para determinar la reparación

Corrimiento excesivo

Válvula requiere ajuste Cilindros con ralladuras Sellos averiados Válvula con ralladuras

Inspección técnica para determinar la reparación

Operación ruidosa

Bajo nivel del aceite hidráulico Rellenar el tanque Restricciones en el sistema Inspección técnica para Aireación determinar la reparación Bomba o motor desgastado Válvula de alivio averiada

Recalentamiento

Enfriador de aceite averiado Bajo nivel de aceite Filtro obstruido Bomba o motor desgastado Válvula de alivio averiada Aceite de viscosidad errónea Restricción en el sistema Hábitos del operador

Rellenar aceite en el tanque Inspección técnica para determinar la reparación

Uniones de cilindro flojas

Vástago o muñón/ ojo del cilindro desgastado Bomba o motor desgastado

Inspección técnica para determinar la reparación

Tiempos de ciclo prolongado

Empaquetaduras del vástago del cilindro averiadas Válvula averiada Bajo nivel de aceite Bomba o motor desgastado

Inspección técnica

Ampolladuras o abrasiones en la manguera

Fugas minúsculas en el material del revestimiento Instalación inadecuada de la manguera Daño exterior

Inspección / Reparación de componentes

Movimiento excesivo de la manguera

Sujeción o instalación inapropiada de la manguera Aireación / Cavitación

Inspección / Reparación de componentes

Resultado del S.O.S.

Desgaste potencial que lleva a averías de la bomba. Del motor o del cilindro cuando hay altos niveles de elementos presentes en la muestra de aceite

Inspección técnica Consultar al distribuidor FSAA

Horas elevadas del medidor de servicio

Las horas del medidor de servicio son otro buen indicador de reparación.

Consultar al distribuidor FSAA

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GUIA DE FALLAS EN BOMBAS DE ENGRANAJES IDENTIFICACION

CAUSA

CORRECCIONES

1. Banda con apariencia de haber sido limpiada con chorro de arena alrededor de las perforaciones de la placa de presión 2. Ranura en ángulo en la cara de la placa de presión 3. La ranura de lubricación está crecida y con los bordes redondeados 4. Área mate en el eje, en la raíz del diente 5. Acabado mate en el eje, en el área del cojinete 6. La perforación del engranaje en la caja con apariencia de haber sido limpiada con chorro de arena

1. Desgaste causado por partículas finas 2. Suciedad, contaminantes finos (no visibles)

1. ¿Se usó aceite limpio? 2. ¿Fue correcto el período de cambio de los elementos filtrantes? 3. ¿Se usaron los elementos filtrantes correctos? 4. ¿Estaban los sellos limpiadores de la varilla del cilindro en buen estado? 5. ¿Estaban las varillas de los cilindros rayadas o golpeadas? 6. ¿Se lavó correctamente el sistema luego de la falla anterior? 1.¿Se lavó correctamente el sistema después de la falla? 2.¿Los contaminantes fueron producidos en otro punto del sistema hidráulico? 3.¿Contaminantes producidos por el desgaste de los componentes de la bomba?

1. 2. 3.

1. 2.

1. 2.

Placas de presión golpeadas Ejes golpeados Perforación del engranaje golpeada

1.

Cualquier daño externo a la bomba Daños únicamente en la parte trasera del engranaje motriz y en la placa trasera de presión

1.

Caja de la bomba corroída Las placas de presión corroídas

1.

2.

2.

1. 2. 3.

1. 2. 3.

1. 2.

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Instalación incorrecta

1.

2.

2.

3.

1.

Desgaste causado por partículas metálicas Contaminantes metálicos (grandes y visibles)

Aireación y Cavitación Restricción del flujo del aceite en la entrada de la bomba Aceite aireado

¿Tocó el eje la parte inferior de la pieza correspondiente? ¿Hubo alguna interferencia entre la bomba y la máquina?

1. ¿El nivel de aceite está correcto? 2. ¿Es la viscosidad del aceite la recomendada? 3. ¿Hay alguna restricción en la línea de admisión de la bomba? 4. ¿Hay alguna filtración de aire en el conducto de admisión de la bomba? 5. ¿Están flojas las mangueras o las conexiones de los tubos, cerca o por encima del nivel de aceite en el tanque? 6. ¿Es excesiva la operación de la válvula de alivio? 1. ¿Estuvo correcto el nivel del aceite? 2. ¿Hubo filtraciones en la tubería dentro del tanque? 3. ¿Regresa el aceite al tanque por encima del nivel de aceite? 1. ¿Se dejó un objeto metálico en el sistema durante el ensamble inicial o en la reparación anterior? 2. ¿Fue el objeto metálico producido por alguna falla del sistema?

Desgaste marcado en la placa de presión Desgaste marcado en el extremo del engranaje

1. Falta de aceite

La caja con golpes severos La admisión picada y golpeada Objeto extraño atrapado entre los dientes de los engranajes Placa de presión está de color negro Los sellos anulares están quebradizos Los engranajes y muñones están de color negro

1. Daños causados por objetos metálicos

1. Calor excesivo

1.¿Estaba pegada alguna válvula? 2 .¿El ajuste de la válvula de alivio estaba demasiado bajo? 3 .¿Fue correcta la viscosidad del aceite? 4 .¿Estuvo correcto el nivel de aceite?

Eje roto Caja o brida rotas

1. Sobrepresión

1 .¿Estaba correcto el ajuste de la válvula de alivio? 2 .¿Funcionaba la válvula de alivio?

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GUIA DE FALLAS EN BOMBAS DE PALETAS SINTOMAS 1.

1 .Anillo ovalado con ralladuras 2 .Superficies de paletas con ralladuras 3 .Adhesiones de metal en superficies de paletas 4 .Puntas de paletas con ralladuras 5 .Paletas atascadas en ranuras del rotor 6 .Atascamiento del rotor

1.

1 .Placas del extremo desgastadas 2 .Anillo ovalado con ondulaciones 3 .Atascamiento de rotor 4 .Decoloración de pintura 5 .Anillo ovalado vitrificado 6 .Desgaste de tipo dentado en puntas de paletas y anillo ovalado 7 .Escalones en anillo ovalado

1.

1. 2.

3.

4.

Placas del extremo rayadas Transferencia de metal de placas del extremo a rotor Superficies de rotor o bordes de paleta azulados Eje torcido o quebrado

1. Estrías desgastadas en el eje de mando de la bomba

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CAUSA

1. Paletas grises 2. Desgaste de ranuras de rotor 3 .Escalones en el anillo 4. Superficies del rotor y placas de extremo de color grises 5 .Desgaste de puntas de paletas 6 .Contacto de paletas con placas de extremo 7 .Desgaste de estrías de eje y rotor 8 .Temperatura excesiva de aceite 9 .Paletas rotas 10 .Empaquetadura limpiadora de varilla defectuosa

2.

2.

2. 3.

1. 2.

3.

1. 2.

COMPROBACIONES

Desgaste producido por abrasivos Materias contaminadoras finas

Daños de partículas metálicas Materias contaminadoras de metal gruesas (visibles al ojo)

Lubricación insuficiente Alta temperatura del aceite Tipo incorrecto de aceite

Atascamiento del rotor Efectos similares a los de lubricación insuficiente Presión excesiva

Mala lubricación Restricciones en el suministro de aceite al mando de la bomba

1 .¿Se usó aceite limpio? 2 .¿Se cambiaron los elementos de filtros a intervalos correctos? 3 .¿Se usan elementos de filtros correctos? 4 .¿Están en buenas condiciones las empaquetaduras limpiadoras de las varillas de los cilindros? 5 .¿Están rayadas o picadas las varillas de los cilindros? 6 .¿Se lavó el sistema correctamente después de la falla anterior? 1.

¿Se lavó el sistema correctamente después de la falla anterior? 2. ¿Provienen las materias contaminadoras de otro lugar en el sistema hidráulico? 3. ¿Provienen las materias contaminadoras del desgaste de algún componente de la bomba? 1 .¿Se usa el tipo correcto de aceite? 2 .¿Tiene el aceite la viscosidad correcta? 3 .¿Es correcto el ajuste de la válvula de presión mínima? 4 .¿Funciona la válvula de presión máxima frecuentemente a causa de sobrecargas? 5 .¿Es alta la temperatura ambiente? 6 .¿Se lubricó la bomba de repuesto antes de arrancar el motor? 7 .¿Se ha usado el procedimiento correcto de llenado después de vaciar el sistema? 1. ¿Algún síntoma de otros tipos de fallas? Efectúe las comprobaciones correspondientes 2. ¿Está funcionado correctamente la válvula de presión máxima? 3. Si no hay otros síntomas visibles tal vez no sea necesario efectuar comprobaciones adicionales

1. 2. 3.

Compruebe sellos Calidad y tipo de aceite Compruebe que no están cerrados ni taponados los pasajes de aceite en el mando de la bomba

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1. Placas de extremo desgastadas por bordes de paletas 2. Desgaste de anillo ovalado 3. Puntas de paletas desgastadas 4. Pasadores desgastados

1. Falta de control de paletas 2. Efectos secundarios de una lubricación ineficiente

1.

Hendidura en diámetro exterior de rotor Anillo ovalado con ralladuras Paleta atascada en ranura de rotor Paleta quebrada Eje torcido o quebrado Placas de extremo rayadas en lumbreras de admisión Ondulaciones y picaduras del anillo ovalado Erosión de las placas de extremo Desgaste severo en las paletas Caja de la bomba, pernos y anillo ovalado agrietadas o rotas

1.

1.

Aireación, aire mezclado en el aceite que produce burbujas y falta de lubricación, aceite contaminado con agua

Ralladuras severas y transferencia exagerada de metal en las placas de extremo, en los lados del rotor y en los extremos de la paleta Ausencia de ralladuras y otros daños al anillo ovalado, a los bordes de las paletas o a las caras de las paletas Ondulaciones y picaduras del anillo ovalado Erosión de las placas de extremo Desgaste severo en las paletas Caja de la bomba, pernos y anillo ovalado agrietadas o rotas

1. 2.

Rotor pegado Consecuencia de daños por otras causas Falta de holgura en el rotor debido a una presión o tolerancia excesiva

2. 3. 4. 5. 6.

1.

2. 3. 4.

1.

2.

1.

2. 3. 4.

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1.

2.

3.

2.

Daños de objeto metálico Objeto de metal grande

1.

2.

3.

1.

Cavitación por restricción o limitación de suministro de aceite a la bomba

¿Algún síntoma de otros tipos de fallas? Efectúe las comprobaciones correspondientes ¿Está funcionado correctamente la válvula de presión máxima? Si no hay otros síntomas visibles tal vez no sea necesario efectuar comprobaciones adicionales

¿Se ha dejado un objeto de metal en el sistema durante el armado inicial o una reparación previa? ¿Proviene el objeto metálico de otra falla en el sistema?

1 .Bajo nivel de aceite 2 .Filtraciones de aire en la línea de succión 3 .Filtraciones de aire en las varillas de los cilindros 4 .Partes dobladas, dañadas o faltantes en el tanque causando agitación del aceite 5 .Ajuste bajo de presión en la válvula de presión máxima causando derivación excesiva 6 .Operación excesiva de la válvula de presión máxima debido a sobrecargas o mala operación

1.

Compruebe que no haya señales de otros tipos de daños. Si los encuentra consulte las comprobaciones para ese tipo de daños 2. Si no se pueden identificar otros daños, compruebe el funcionamiento de la válvula de presión máxima y el ajuste de presión 1.Viscosidad del aceite 2.Mangueras aplastadas en la línea de succión de la bomba 3.Rejillas tapadas u otras restricciones en la entrada de la bomba

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GUIA DE FALLAS EN BOMBAS DE PISTONES Las fallas ocurren normalmente en los siguientes componentes: COMPONENTE IDENTIFICACION CAUSA Cavidades cilíndricas del Barril

Excesivo desgaste

Plato de puertos o lumbreras

Escoriaciones o picaduras Arañazos Incrustaciones

Pistón y Seguidor

Pérdida del ajuste del pivote Rotación del pistón Pérdida del ajuste diametral Superficie raspada Desgaste adhesivo Desgaste excesivo Daño severo (surcos)

Plato de desgaste

Placa de retracción

Eslabón de giro Ejes Cajas

Barril de cilindros

Grietas térmicas Desgaste Superficies pulidas y brillantes Redondeo de los filos Rotura

Decoloración Grietas y cuarteaduras Combadura

IDENTIFICACION 1. Desgaste abrasivo causado por partículas finas

1.

3. 4. 5. 6. 1.

2.

3. 3. Daño causado por el impacto de un objeto extraño duro 4. Desgaste adhesivo causado por falta de lubricación

1. 2. 1. 2. 3.

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Falta de lubricación

Elevación y rotación de pistones Pistón desubicado Alta temperatura Contaminación Elevación de pistón

Alta frecuencia de carga y descarga Inadecuado torque de pernos Fatiga Excesiva temperatura

CAUSA 2.

2. Desgaste abrasivo causado por partículas gruesas

Funcionamiento en seco Perdida de lubricación del fluido Contaminantes externos Aireación Cavitación Contaminación Alta temperatura Contaminación Cavitación

Vástago de cilindro hidráulico con ralladuras Daños o desgaste de los sellos del vástago Contaminación en el sistema Elemento de filtro incorrecto Intervalo de cambio de filtro extendido Insuficiente limpieza después de la reparación Contaminantes como restos de lijas o escoria de soldadura dentro del tanque Contaminantes generados internamente como partículas de metal del cilindro o de sellos Insuficiente limpieza después de la reparación Insuficiente limpieza del sistema luego de ocurrida una falla Objeto dejado en el sistema Pobre procedimiento de arranque después de una reparación Arrancar la bomba con insuficiente aceite Pobre purgado de la línea de succión luego de un recambio

Desarrollo Técnico Hidraul_mod_8 Problemas Sist Hid

CURSO: HIDRÁULICA II FSAA – DMSE0020b

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5. Daño causado por excesivo calentamiento

Material del Estudiante MODULO 8

Restricción del flujo de aire en el enfriador 2. Válvula de alivio regulada a un valor de presión muy bajo 3. Excesiva operación de la válvula de alivio 4. Válvula de bypass del enfriador mal regulada enviando mucho o poco aceite 5. Ineficiente o dañada circulación de aceite por el enfriador 6. Válvula resolver o pistón servo del mecanismo de control de la bomba con funcionamiento pegajoso acelera el motor 7. Tope de ángulo mínimo del plato de la bomba desajustado 8. Excesivo flujo de drenaje interno de la bomba 6. Daño causado por aireación 1. Bajo nivel de aceite en el tanque 2. Fuga en la línea de succión de la bomba 3. Fuga en las varillas de cilindros, sellos o líneas 4. Una manguera o tubería floja cerca o sobre el nivel de aceite del tanque 5. Rotura, daño o pérdida de un componente dentro del tanque causando agitación 6. Excesiva operación de la válvula de alivio 7. Daño causado por cavitación 1. Aceite de viscosidad equivocada para esa temperatura ambiental 2. Manguera colapsada en la línea de succión 3. Una restricción en el filtro de malla o la succión de la bomba 8. Daño causado por adhesión del pistón 1. Falta de lubricación 2. Materias extrañas , insuficiente limpieza 3. Posición excéntrica de los componentes 9. Daño causado por rotura de los pernos de 1. Bomba trabaja a máximo flujo y la placa de retracción ángulo con aceite frío 2. Demasiados cambios bruscos del ángulo de la bomba 3. Aceite de viscosidad equivocada 4. Restricción en la línea de succión 5. Pérdida del ajuste de los pernos 10. Imposibilidad de la bomba de alcanzar su 1. Fugas en los pistones servo que angulan el máxima performance plato, mantienen el ángulo en mínimo 11. Movimiento errático o lento del implemento 1. Desgaste en el pivote del pistón servo causa variaciones en el ángulo del plato 2. Desgaste en el tope del ángulo de la bomba 12. Sobre velocidad de un motor hidráulico de 1. La máquina se mueve hacia abajo con traslación mayor velocidad que la diseñada y falla la válvula de sobre velocidad del motor hidráulico

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1.

Desarrollo Técnico Hidraul_mod_8 Problemas Sist Hid

Módulo 9 ESQUEMAS HIDRAULICOS

DESARROLLO TECNICO MAYO, 2004

DMSE0020-2004b Preparado por MSC y JTC

CURSO: HIDRÁULICA II FSAA – DMSE0020b

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Material del Estudiante MODULO 9

MODULO 5:ESQUEMAS HIDRÁULICOS El propósito de este módulo es otorgar al participante la habilidad de comprender, y extraer toda la información adecuada de los tipos de esquemas hidráulicos más usados en Caterpillar

OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de:

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1.

Identificar los tipos de esquemas ISO, Ortogonal

2.

Comprender el funcionamiento de determinado circuito mediante la lectura de esquemas hidráulicos

Desarrollo Técnico Hidraul_mod_9 Esquemas

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- 160 -

Material del Estudiante MODULO 9

Lección 5.1:Comprender los Diagramas Esquemáticos Para comprender y localizar las fallas de los complejos sistemas hidráulicos de las máquinas actuales es necesario poder leer e interpretar los diagramas hidráulicos esquemáticos. Los sistemas más simples que se utilizaban antes en las máquinas Caterpillar podían representarse fácilmente mediante proyecciones ortogonales que presentaban bidimensionalmente diagramas de ingeniería y vistas de secciones de los componentes principales. Al hacerse más complejos los sistemas, este tipo de diagrama esquemático se hizo demasiado engorroso y difícil de leer. Por lo tanto, los sistemas modernos, más complejos, con frecuencia utilizan diagramas con símbolos gráficos internacionales de la Organización Internacional de Normas (ISO) para representar los diferentes componentes. Estos símbolos desarrollados por la ISO proporcionan un método mundial simple de representar los diferentes tipos de componentes hidráulicos. Los manuales de servicio Caterpillar frecuentemente presentan tanto proyecciones ortogonales como diagramas tipo ISO. Una vez terminado este módulo, usted podrá reconocer los componentes y seguir el recorrido del flujo por complejos sistemas hidráulicos, leyendo e interpretando correctamente los dos tipos de diagramas esquemáticos. Clave de Colores Usted ha aprendido que a veces se utiliza el color para indicar las presiones del sistema. Las publicaciones de servicio y los materiales de entrenamiento de servicio Caterpillar usan a menudo estos colores para representar la presión y la función del fluido y los componentes. 1. La presión más alta del aceite de suministro se indica en rojo 2. El aceite de suministro de presión intermedia está indicado en rojo con líneas diagonales blancas 3. El aceite de suministro de presión más baja tiene puntos rojos 4. El aceite de retorno está indicado con el color verde 5. El aceite de servomando o de señal piloto esta indicado en naranja 6. El aceite atrapado está indicado en azul 7. Los componentes estáticos están indicados en gris 8: Las piezas de los componentes móviles están indicadas en amarillo Ejemplo de Codificación de Colores Usted verá que estos colores se utilizan frecuentemente en los diagramas. 1. Aceite de suministro de presión más alta 2. Componente estático 3. Componentes móviles 4. Aceite de retorno 5. Aceite de suministro de presión intermedia

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Desarrollo Técnico Hidraul_mod_9 Esquemas

CURSO: HIDRÁULICA II FSAA – DMSE0020b

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HOJA DE TRABAJO:

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Material del Estudiante MODULO 9

HOJA DE TRABAJO:

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Material del Estudiante MODULO 9

HOJA DE TRABAJO:

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Desarrollo Técnico Hidraul_mod_9 Esquemas

MANUAL DEL ESTUDIANTE INSTRUCCIÓN TÉCNICA

CURSO: Hidráulica III TEMA: Sistemas Hidráulicos

DESARROLLO TÉCNICO MARZO, 2005

DMSE0020-2004C Preparado por ESCH y JGR

CURSO: HIDRÁULICA III FSAA – DMSE0020C

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Material del Estudiante

INDICE DESCRIPCIÓN DEL CURSO Resumen Programa del Curso Objetivo General Requisitos

2 2 2 3 3

AGENDA DEL CURSO

4

MÓDULO 1: SISTEMA HIDRAULICO PILOTADO Lección 1.1: Definición de Sistema Pilotado Lección 1.2: Válvula Control Piloto Funcionamiento Resorte Dosificador Lección 1.3: Válvula de Control Pilotada Lección 1.4: Válvula Combinada de Alivio y Compensación Lección 1.5: Ejemplos con Sistemas Pilotados Lección 1.6: Evaluación de Sistemas

6 7 9 9 11 12 14

MÓDULO 2: SISTEMA LSPC con HMU Lección 2.1: Sistema de Dirección Hand Metering Unit (HMU) Funcionamiento Lección 2.2: Sistema de Detección de Carga Funcionamiento de la Bomba Lección 2.3: Funcionamiento del Sistema Lección 2.4: Aplicación en Sistemas de Dirección Lección 2.5: Evaluación de Sistema

27 28 29 32 36 47 64 68 74

MÓDULO 3: SISTEMA PILOTADO ELECTRO -HIDRAULICAMENTE Lección 3.1: Componentes Control Piloto Lección 3.2: Funcionamiento del Sistema Lección 3.3: Evaluación de Sistemas Sistema Pilotado en Camión

78

MÓDULO 4: SISTEMA DE DIRECCION CON COMANDO DE CONTROL Lección 4.1: Componentes del Comando de Control Lección 4.2: Funcionamiento de Sistema (Command Control) Lección 4.3: Evaluación de Sistema Sistema con Mando Joystick

109

MÓDULO 5: SISTEMA HIDROSTATICOS Lección 5.1: Tipo de Sistemas Lección 5.2: Componentes Lección 5.3: Aplicaciones de Sistemas Sistema del Ventilador Sistemas de Propulsión

141 142 144 146 146 148

ENCUESTA

159

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18 23

79 88 90 90

110 117 123

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-2-

Material del Estudiante

DESCRIPCIÓN DEL CURSO CURSO: HIDRÁULICA II Tiempo de duración:

5 días

Número de Participantes:

DIRIGIDO A RESUMEN

(40 horas)

08 estudiantes

Este curso ha sido preparado para técnicos y supervisores que trabajan con maquinaria Caterpillar. El curso está diseñado para proseguir el entendimiento de la hidráulica estudiando los sistemas más elaborados como los de control piloto, detección de carga y compensación de presión (LSCP), la bomba de dosificación manual (HMU), sistema pilotado electro hidráulico, sistemas de dirección y sistemas hidrostáticos. Reforzamos el entendimiento de los tópicos con el importante uso de esquemas hidráulicos ISO, Ortogonales, Planos, su seguimiento en máquina según disponibilidad y laboratorios

PROGRAMA DEL MÓDULO 1: SISTEMA HIDRAULICO PILOTADO Lección 1.1: Definición de Sistema Pilotado CURSO

Lección 1.2: Válvula Control Piloto Lección 1.3: Válvula de Control Pilotada Lección 1.4: Válvula Combinada de Alivio y Compensación Lección 1.5: Ejemplos con Sistemas Pilotados Lección 1.6: Evaluación y Pruebas de Sistemas

MÓDULO 2: SISTEMA LSPC con HMU Lección 2.1: Sistema de Dirección (HMU) Lección 2.2: Sistema de Detección de Carga (LSPC) Lección 2.3: Funcionamiento del Sistema Lección 2.4: Aplicación en Sistemas de Dirección Lección 2.5: Evaluación y Pruebas de Sistemas

MÓDULO 3: SISTEMA PILOTADO ELECTRO-HIDRAULICAMENTE Lección 3.1: Componentes de Control Piloto Lección 3.2: Funcionamiento del Sistema Lección 3.3: Evaluación de Sistemas

MÓDULO 4: SISTEMA DE DIRECCION CON COMANDO Lección 4.1: Componentes de Comando de Control Lección 4.2: Funcionamiento de Sistema (Command Control) Lección 4.3: Evaluación y Pruebas de Sistemas (Joystick)

MÓDULO 5: SISTEMA HIDROSTATICOS Lección 5.1: Tipos de Sistemas Lección 5.2: Componentes Lección 5.3: Aplicaciones de Sistemas Lección 5.4: Evaluación y Pruebas

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OBJETIVOS GENERALES

• • • •

• • •

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Material del Estudiante

Al término de este curso, los estudiantes estarán en capacidad de:

• • •

REQUISITOS

-3-

Explicar el funcionamiento de un sistema hidráulico pilotado Explicar el funcionamiento de un sistema LSPC Explicar el funcionamiento de un HMU Explicar el funcionamiento de un sistema pilotado ElectroHidráulicamente. Explicar como funcionan los sistemas de Dirección Explicar como funciona un sistema hidrostático. Realizar las diferentes evaluaciones y pruebas de los sistemas hidráulicos como toma de presiones, corrimiento y velocidades. Leer y Explicar un diagrama Hidráulico, Extraer toda la información necesaria del plano hidráulico Obtener toda la información del manual de servicio hidráulico

Hidráulica II

Desarrollo Técnico

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Material del Estudiante

AGENDA DEL CURSO PRIMER DÍA

SEGUNDO DÍA

Mañana

• • • • • •

Presentación Inicial Expectativas y Objetivos Pre – Test Revisión del curso anterior (hidráulica II) Módulo 1, Sistema hidraulico pilotado Evaluación de Sistema

Tarde

• •

Módulo 2, Sistema LSPC con HMU HMU, funcionamiento

Mañana

• • •

Módulo 2, Sistema LSPC Funcionamiento Evaluacion de Sistema.

•

Módulo 3, Sistema pilotado electro Hidráulicamente Funcionamiento

Tarde

• TERCER DÍA

CUARTO DÍA

QUINTO DÍA

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• •

Módulo 3, Sistema Pilotado electrohidraulicamente Evaluacion de Sistema

Tarde

• •

Módulo 4, Sistemas de Dirección Funcionamiento

Mañana

• •

Módulo 4, Sistemas de Dirección Evaluación de Sistema.

Tarde

• •

Módulo 5, Sistemas hidrostáticos Tipos y componentes

Mañana

• •

Módulo 5, Sistemas hidrostáticos Evaluación de Sistemas

Tarde

• •

Conclusiones Exámen Final, Encuesta

Mañana

Desarrollo Técnico

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Módulo 1 SISTEMA HIDRÁULICO PILOTADO

DESARROLLO TÉCNICO JUNIO, 2004

DMSE0020-2004C Preparado por ESCH y JGR

CURSO: HIDRÁULICA III FSAA – DMSE0020C

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Material del Estudiante MODULO 1

MODULO 1: SISTEMAS HIDRAULICOS PILOTADOS

El propósito de este módulo es entender como funcionan los sistemas hidráulicos pilotados

ÍNTRODUCCIÓN En este módulo, los participantes usaran los conocimientos aprendidos en hidráulica I e hidráulica II para entender el funcionamiento de un sistema hidráulico de implementos operado por piloto, este sistema es usado en varios modelos de máquinas móviles Caterpillar. Se identificaran los componentes usados, sus funciones y seguirán el flujo de aceite hidráulico a través del sistema de una máquina .

OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Establecer los principios hidráulicos usados en la operación del sistema piloto hidráulico de implementos 2. Identificar claramente los componentes que lo integran. 3. Explicar sin error como es que estos sistemas funcionan. 4. Identificar al 100% los símbolos ISO de este sistema 5. Trazar el flujo de aceite y el estado de función de cada uno de los componentes en el plano .

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Material del Estudiante MODULO 1

LECCION 1.1: DEFINICIÓN DE SISTEMA PILOTADO Los sistemas de control piloto son señales hidráulicas de aceite que controlan el movimiento de válvulas de control de dirección, una menor presión es suficiente para mover el carrete de una válvula que lleva presión mucho mayor, estos sistemas hidráulicos piloto nos permite operar sistemas de dirección, sistemas de implementos, etc además nos permiten mayor precisión en la operación reduciendo los esfuerzos del operador. En este sistema hidráulico de Implementos tenemos todos los controles en la posición de mantener HOLD mientras el motor diesel funciona, reconozca los códigos de colores adecuados y la simbología ISO.

El flujo de aceite desde la bomba ingresa al cuerpo de la válvula de tres carretes, pasa la válvula de alivio principal y por la posición central de las válvulas auxiliar, inclinación y levante regresa al tanque, estas válvulas se llaman de centro abierto.

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Material del Estudiante MODULO 1

Aun en la posición mantener (HOLD) la bomba envía aceite hacia la válvula reductora de presión que regula una presión máxima para el sistema piloto, el acumulador mantiene esa presión ante súbitas variaciones o si falla la bomba, la válvula check evita baje dicha presión Si la válvula de cierre (SHUTOFF) esta cerrada, este aceite es bloqueado, si esta abierta el aceite llega a las válvulas de control piloto En esta posición de mantener, el aceite piloto esta bloqueado en las tres válvulas de control piloto, estas son del tipo Centro Cerrado

NOTAS:

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Material del Estudiante MODULO 1

LECCION 1.2: LA VÁLVULA DE CONTROL PILOTO Funcionamiento de una válvula de control piloto En la vista mostrada tenemos los componentes principales de la válvula de control piloto de un cargador, esta válvula controla el cilindro de inclinación o volteo (TILD) de la hoja, con excepción de la bobina ensamblada en la parte superior de la sección de descarga o vaciado en el lado superior izquierdo, las partes son las mismas en ambos lados de la válvula. Con el motor encendido y la válvula de control en la posición fija (HOLD) el aceite ingresa en el puerto de suministro, ubicado en la parte inferior central del cuerpo de la válvula y es bloqueado por los carretes dosificadores. cualquier aceite en las líneas de la válvula de control principal es enviado al tanque por el puerto de descarga ubicado en la parte central de los carretes dosificadores. Esto lo podemos observar en la figura

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Material del Estudiante MODULO 1

Posición Inclinación hacia Atrás ( TILT BACK ) Cuando el operador mueve la palanca de control piloto hacia la posición de inclinación hacia atrás, esta fuerza causa que placa pivote mueva el embolo superior, el embolo inferior, el resorte dosificador , el reten del resorte del carrete dosificador, el resorte del carrete dosificador y el carrete dosificador inferior. El aceite de la bomba piloto fluye a través del orificio que esta ubicado en el centro del carrete dosificador de la válvula de control principal, el retorno de la válvula de control principal fluye a través del puerto del carrete dosificador de vaciado o descarga hacia el puerto de descarga al tanque.

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Material del Estudiante MODULO 1

Resorte Dosificador El trabajo del carrete dosificador es permitir el movimiento del carrete de la válvula de control principal en proporción al movimiento de la palanca de la válvula piloto. El carrete dosificador y el resorte dosificador funcionan como una válvula reductora de presión y controlan la presión de aceite hacia la parte externa del carrete de la válvula de control principal

Cuando el carrete dosificador se mueve hacia abajo, el aceite piloto fluye a través del orificio, al centro del carrete dosificador y hacia afuera del carrete de la válvula de control principal. El aceite piloto es bloqueado en el carrete de la válvula de control principal causando que la presión piloto se incremente El incremento de presión sobrepasa la fuerza del resorte del carrete de la válvula de control principal y lo mueve hacia una u otra dirección, entonces como consecuencia de este movimiento el carrete de la válvula de control principal dirige el aceite del sistema principal hacia los cilindros. El incremento de presión es también sentido por la parte baja del carrete dosificador. Cuando el incremento de la presión sobrepasa la fuerza aplicada el carrete dosificador se mueve hacia arriba y comprime el resorte dosificador. El movimiento restringe el flujo de aceite piloto a través del orificio del carrete dosificador El resorte dosificador además ajusta la presión hacia el carrete de la válvula de control principal en proporción al movimiento de la palanca de la válvula de control piloto.

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Material del Estudiante MODULO 1

LECCION 1.3 VALVULAS DE CONTROL PILOTADAS Esta figura muestra una válvula de control principal en la posición mantener HOLD, en nuestro circuito representa la válvula de inclinación, levante, auxiliar o una cuarta válvula, la válvula auxiliar tiene dos líneas con válvulas de alivio en sus dos puertos

Válvula en Posición Fija Aquí se muestra la válvula de control en posición fija, supongamos que es la válvula de inclinación, cuando estamos en posición fija el suministro de aceite de la bomba ingresa en el pasaje central, y fluye a través del carrete de control y a través de los pasajes de salida hacia la válvula siguiente. El flujo de aceite pasa por la válvula check hacia el carrete de control principal, el carrete de control principal bloquea el suministro de aceite hacia los puertos de trabajo ( pasajes de recojo de carga TILT y descarga DUMP ). El carrete de control principal también bloquea los pasajes de aceite hacia el tanque .

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Material del Estudiante MODULO 1

Válvula en posición de inclinación hacia atrás ( TILT BACK ) Cuando el operador mueve la palanca de control a la posición de inclinación hacia atrás, el aceite piloto ( color naranja ) mueve el carrete de control de inclinación hacia la derecha. El carrete de control bloquea el pasaje de salida de aceite, abriendo el pasaje de la válvula check hacia el lado de cabeza de los cilindros de inclinación y abriendo el pasaje del lado de vástago de los cilindros hacia el tanque Además cuando la presión de suministro es más alta que la presión del lado de cabeza del cilindro el suministro de aceite abre la válvula check y deja pasar el flujo de aceite hacia el lado de cabeza del cilindro, el retorno de aceite del lado de vástago del cilindro pasa al tanque. Entonces la hoja cucharón empieza a inclinarse hacia atrás

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Material del Estudiante MODULO 1

LECCION 1.4:VALVULA COMBINADA DE ALIVIO Y COMPENSACIÓN La figura mostrada es la combinación de una válvula de alivio de línea y la válvula de compensación (make up) la válvula de alivio de línea es simplemente una válvula de alivio pilotada Sin embargo la válvula de alivio de línea no esta diseñada para soportar el flujo máximo de bomba hacia los implementos. El aceite en los cilindros esta conectado a través de las líneas en el lado derecho de la válvula de combinación. El aceite fluye a través del orificio de la válvula principal hacia la cámara del resorte de la válvula principal. La presión de aceite en lado derecho de la válvula es la misma presión de aceite en la cámara del resorte, la presión de aceite de la cámara del resorte más la fuerza del resorte mantiene la válvula cerrada

Válvula de Alivio de línea en POSICIÓN de Alivio En la Figura de la siguiente pagina, la válvula de alivio de línea es mostrada en posición de alivio. Cuando la presión de aceite sobrepasa el ajuste de la válvula piloto, la válvula piloto mueve a la izquierda el resorte. La alta presión de aceite en la cámara del resorte de la válvula principal fluye a través del orificio de la válvula piloto hacia el pasaje de drenaje de la cámara del resorte de la válvula piloto. Entonces la presión en la cámara del resorte de la válvula principal decrece. La alta presión de aceite en lado derecho de la válvula principal mueve a la válvula hacia el lado izquierdo. La alta presión de aceite fluye pasando la válvula principal a través de la válvula compensadora de descarga o vaciado que abre a tanque. La válvula compensadora no se mueve cuando la válvula alivio de línea esta abierta.

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Material del Estudiante MODULO 1

Posición de Compensación ( Makeup) Aquí tenemos a la combinación de válvula de alivio de línea y compensadora en posición de compensación. La presión de tanque es sentida o detectada en el área efectiva de la válvula de combinación todo el tiempo. Cuando la presión de aceite en el cilindro, la línea de conexión y la cámara del resorte de la válvula de alivio decrece debajo o menos de 2 PSI ( 13.78 KPa ) que la presión del tanque, la presión del tanque mueve la válvula compensadora y la válvula principal hacia la izquierda contra el resorte de la válvula principal. El aceite de Tanque fluye nuevamente a través del pasaje abierto a la línea de conexión del cilindro

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Material del Estudiante MODULO 1

Válvula de Control de Levante (LIFT) Posición bajada Cuando el operador mueve la palanca de control piloto a la posición BAJADA, el aceite piloto (color naranja) mueve el carrete de control de levante a la izquierda. El carrete de la válvula de control bloquea el pasaje de salida de aceite, y abre el pasaje de la válvula check hacia el lado de vástago del cilindro de levante y abre el pasaje del lado de cabeza del cilindro de retorno al tanque. Cuando la presión de suministro es más alta que la presión en el lado de vástago del cilindro, la presión de suministro abre la válvula check y fluye pasando al carrete de control hacia el lado de vástago del cilindro de levante, el retorno de aceite fluye del lado de cabeza del cilindro fluyendo el aceite hacia el tanque. Entonces el cucharón empieza a bajar

NOTAS

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Material del Estudiante MODULO 1

Posición Flotante Cuando el operador mueve la palanca de control piloto a la posición Flotante el aceite piloto (color naranja) mueve el carrete de control de levante completamente a la izquierda. El carrete de control abre el pasaje de la válvula check a la salida del lado izquierdo y abre el pasaje del lado de cabeza del cilindro de retorno al tanque. El carrete de control también conecta el lado de vástago del cilindro con el tanque. Cuando la bomba y ambos lados del cilindro son conectados a tanque , el cilindro de levante no puede ser hidráulicamente levantado ni bajado. Cuando la máquina es movida con la palanca de control esta en posición flotante , el implemento seguirá la curvatura del terreno

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Material del Estudiante MODULO 1

LECCION 1.5 EJEMPLOS CON SISTEMAS PILOTADOS

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Material del Estudiante MODULO 1

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Material del Estudiante MODULO 1

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Material del Estudiante MODULO 1

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Material del Estudiante MODULO 1

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Material del Estudiante MODULO 1

LECCION 1.6: EVALUACIÓN DE SISTEMA CARGADOR 928G Sistema Hidráulico de Implementos Operado por Presión Piloto Componentes:

Tanque Hidráulico (1) esta ubicado detrás de la cabina y debajo de la cubierta de acceso, este suministra aceite a los implementos, la dirección, los frenos y el ventilador, la tapa de llenado (2), el filtro respiradero (3) y la tapa del radiador (4)

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Material del Estudiante MODULO 1

Bomba de Implementos (1), esta en el lado izquierdo de la máquina sobre la transmisión, también se observa la bomba de dirección (2) y la válvula de control de la bomba de dirección (3)

La válvula de cierre del sistema piloto (1) esta ubicada entre el asiento y las válvulas de control piloto, la palanca de control de inclinación (2), la palanca de levante (3), también esta la palanca de la tercera función auxiliar (4) y su botón de bloqueo (5)

La válvula de control de implementos (1) esta debajo de los brazos de levante en el bastidor frontal, se ven la válvula de levante (2), la de inclinación (3), válvula de alivio principal (4),, válvula de alivio de línea del extremo de varilla del cilindro de volteo (6), la línea de suministro de aceite (5) y el retorno (7)

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Módulo 2 SISTEMA DE DETECCIÓN DE CARGA Y PRESION COMPENSADA, BOMBA DOSIFICADORA

DESARROLLO TÉCNICO JUNIO, 2004

DMSE0020-2004C Preparado por ESCH y JGR

CURSO: HIDRÁULICA III FSAA – DMSE0020C

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Material del Estudiante MODULO 2

MODULO 2: SISTEMA LSPC CON HMU El propósito de este módulo es conocer el sistema LSPC con HMU que puede aplicarse a varias máquinas Caterpillar

ÍNTRODUCCIÓN Este módulo discute la nomenclatura, la función de los componentes y la operación del sistema conocido como LSPC (Load Sensing, Pressure Compensated) Sistema de Detección de Carga y Compensación de Presión, además del otro componente relacionado, el HMU (Hand Metering Unit) o Bomba Dosificadora o Medidora Manual.

OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Identificar los tipos de componentes básicos usados en los sistemas de detección de carga y compensación de presión. 2. Explicar las ventajas de usar un sistema hidráulico de detección de carga y de presión compensada usando válvulas de centro cerrado contra un sistema fijo que usa válvulas de control de centro abierto. 3. Explicar porque se utiliza la compensación de carga con detección de descarga. 4. Describir la operación de un sistema LSPC 5. Trazar en un plano el flujo de aceite de un sistema LSPC de dirección en todas las posiciones, mantener, giro gradual, giro completo. 6. Realizar el procedimiento de pruebas y ajustes del manual de servicio con una eficiencia del 100%.

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LECCION 2.1:SISTEMA DE DIRECCIÓN Tomamos nuevamente a un cargador 928G para estudiar un sistema de dirección hidráulico con detección de carga, los componentes que vemos son el grupo de la bomba hidráulica de desplazamiento variable, la bomba dosificadora manual HMU y los dos cilindros de dirección

La bomba de dirección de desplazamiento variable en la máquina esta a la izquierda debajo de la cabina, en la foto esta a la derecha teniendo encima la válvula compensadora de presión.

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LECCION 2.1.1: HAND METERING UNIT (HMU)

La bomba de dosificación manual se encuentra en la base de la columna de dirección debajo de una tapa delante de la cabina o debajo del asiento del operador, según el modelo de máquina (en la foto esta detrás de la válvula de cinco mangueras), la bomba esta montada sobre aislantes para evitar ruidos y daños por vibraciones. Las dos secciones control y dosificación están conectadas dentro de la unidad tanto hidráulica como mecánicamente, toda HMU tiene una válvula rotativa y rotativa que controla el movimiento de los cilindros de dirección

1. Carrete (interior) 3. Orificio de giro a la izquierda 5. Orificio de giro a la derecha 7. Conducto 9. Rotor 11.Mando 13.Resortes de centrado

2. Salida (drenaje al tanque) 4. Manguito (exterior) 6. Entrada (aceite de la bomba) 8. Estator 10.Conducto 12.Pasador

A: Sección de Control B: Sección de Dosificación Bomba de dosificación posición neutral

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Una HMU esta dividida en dos secciones principales, la sección más grande es la válvula rotativa (1), la sección más pequeña es la sección medidora o dosificadora (2), la válvula rotativa bloquea el flujo de aceite cuando la HMU esta en neutro y dirige el aceite hacia la sección medidora y los cilindros de dirección cuando la HMU gira a la derecha o izquierda.

El extremo (3) de la HMU permite unirla al eje de la columna de dirección. timón o volante, la HMU se controla al girar la volante de dirección, las cuatro conexiones son aceite piloto para giro a la izquierda (4), aceite para giro a la derecha (5), suministro desde la bomba (6) y retorno a tanque (7)

La sección medidora consiste de un estator (1) y el rotor (2), el eje conductor (3) se une con estriado al rotor, el otro extremo del eje se une con un pasador al carrete exterior (4) en la sección rotativa La sección de control de la válvula rotativa contiene un carrete interior (1), con pasajes (2), y un carrete exterior o manguito (3) con orificios, el carrete interior tiene ranuras (5) para el eje del timón de dirección, el carrete exterior se conecta con el pasador a la sección dosificadora

Cuando el carrete interior esta completamente insertado en el manguito exterior, los resortes de centrado de tipo hoja (6) están insertados en las ranuras del manguito (7)

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Si la volante de dirección esta estacionaria, la sección de control esa en la posición neutral, no hay alineamiento entre los pasajes de los carretes interior y los orificios del manguito exterior, la válvula funciona como de centro cerrado, cuando la volante gira algunos pasajes se alinean con los orificios permitiendo al aceite de la bomba fluir, cuando la volante de dirección es soltada, los resortes de hoja giran el carrete exterior a su posición neutra

En la caja de la válvula rotativa de la HMU hay pasajes (1) que toman aceite de la sección dosificadora, también hay pasajes ranurados (2) dentro de la caja desde donde el aceite es enviado o recibido de la válvula rotatoria, cada ranura se conecta a una de las puertas que están en los lados de la caja cubierta

1. Carrete 4. Manguito 14.Orificios para el pasador 15.Orificios para el flujo de aceite 16.Ranuras para el flujo de aceite 17.Ranuras para los resortes

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LECCION 2.1.1: FUNCIONAMIENTO DE UNA HMU El aceite de la bomba de la válvula de control de dirección pasa por la entrada (6) a la sección de control (A. Cuando se gira la volante de la dirección, la sección de control envía aceite a la sección de dosificación, el aceite dosificado es enviado a continuación por la sección de control (A) al orificio de giro a la derecha (5) o al orificio de giro a la izquierda (3) Este aceite se convierte en aceite piloto para la válvula de control de la dirección. La sección de dosificación es una pequeña bomba hidráulica produce una pequeña cantidad especifica (dosificada) de flujo de aceite, esta pequeña dosis de aceite es enviada por la sección de control (A) al orificio de giro a la izquierda o a la derecha. Cuando la volante de la dirección se gira más rápido, hay un aumento en el flujo de aceite piloto, se envía más aceite piloto a la válvula de control lo que permite que los cilindros de dirección se muevan mayor distancia y con mayor rapidez

Flujo de Aceite La sección de control de la bomba de dosificación de dirección es una bomba de centro cerrado. Cuando la volante de dirección esta en posición neutral no hay alimentación entre los orificios del manguito (4) y los conductos del carrete (1), sin embargo, una pequeña cantidad de la bomba de la entrada (6) puede pasar por la posición central de la bomba de dosificación de la dirección. Esta pequeña cantidad de flujo de aceite ( purga térmica, sangrado térmico) mantiene la bomba HMU llena y preparada para una respuesta rápida a las demandas del volante. La purga térmica contribuye también a mantener calientes las tuberías de aceite piloto que va a la válvula de dirección y a la bomba HMU, así como mantiene lubricada la bomba

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En el esquema la HMU dirige el aceite al cilindro de dirección, en otros sistemas la HMU dirige el aceite a una válvula de control de dirección. Hemos visto los componentes de la válvula rotativa, la sección dosificadora consiste de una bomba tipo gerotor que controla la cantidad de aceite que va al cilindro de dirección El carrete interior esta unido por estrías al eje de la volante, el manguito externo se conecta al carrete con resortes, un pasador a través del manguito pasa por un gran agujero en el carrete, el carrete puede girar hasta 8 grados en cualquier dirección antes que el pasador choque, los resortes regresan al manguito a neutro, la bomba medidora o dosificadora se une al manguito exterior, una vuelta de la volante de dirección hace girar el eje una vuelta también pero el rotor gira muchas mas vueltas dentro de su estator En la figura de la pagina siguiente al rotar a la derecha la volante gira el carrete interior en sentido horario, durante los primeros 8 grados de giro de la volante, el manguito permanece estacionario, cuando el carrete interior ha rotado 1.5 grados dentro del manguito exterior, el aceite fluye hacia la bomba dosificadora Luego de girar la volante 4 grados, la bomba medidora empieza a dosificar aceite de regreso a la válvula rotatoria.

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Luego de los 8 grados de rotación, los pasajes en el carrete y el manguito están totalmente alineados en la posición de giro a la derecha, el carrete, el manguito y la bomba dosificadora giran juntos La válvula rotativa dirige el aceite desde la bomba medidora hacia el cilindro de dirección, el aceite de retorno desde el cilindro pasa por la válvula rotatoria rumbo al tanque

Cuando se gira el volante de dirección hacia la derecha y hacer un giro de la máquina a la derecha, el carrete (1) el pasador (12)y el mando (11) comienzan a girar. El manguito (4) no empieza a girar al mismo tiempo porque el diámetro de los orificios para el pasador (12) en el manguito (4) es ligeramente mayor que el diámetro del pasador (12) Esto permite que el carrete (1) gire dentro del manguito lo suficiente para alinear los orificios en el manguito con las ranuras en el carrete. El camino del aceite para la purga se cierra cuando el carrete y el manguito giran y salen de la posición neutral.

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El aceite de la bomba pasa desde la entrada (6) por los orificios en el manguito y llega a las ranuras en el carrete. El aceite en las ranuras sale por otros orificios en el manguito y llega al conducto (10), el aceite pasa por el conducto (10) a la sección de dosificación de donde es enviado a un espacio entre el estator y el rotor. El rotor esta conectado por estrías al mando (11), cuando el mando gira el rotor gira y hace salir aceite del conducto (7) El aceite dosificado pasa por otros orificios en el manguito llega a las ranuras en el carrete y sale del manguito al orificio de giro a la derecha. Aceite piloto del orificio va al carrete direccional en la válvula de control de la dirección Cuando se deja de girar el volante de dirección, el carrete, el pasador, el mando y el rotor dejan de girar, los resortes de centrado que estaban comprimidos cuando el carrete se movía, hacen regresar ahora el carrete y el manguito a la posición neutral. Los orificios en el manguito ya no están alineados con las ranuras en el carrete, se detiene también el aceite piloto a la válvula de control de dirección lo que hace que las ruedas permanezcan en la posición en que estaban cuando se dejo de girar la volante Si por cualquier motivo se desarma la bomba de dosificación de la dirección, debe volver a armarse con la relación que se muestra entre el rotor (9) y el pasador (12), en caso contrario la dirección será errática.

Detección de carga La bomba HMU tiene un orificio de detección de carga además de los cuatro orificios que se han descrito. Este orificio esta conectado internamente al orificio de entrada a la bomba por medio de un orificio. La presión de aceite en el orificio de entrada se detecta en la tubería de detección de carga, esta presión de señal se comunica al carrete de prioridad en la válvula de control de dirección.

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LECCION 2.2 SISTEMA DE DETECCIÓN DE CARGA PRINCIPIOS SOBRE SISTEMAS HIDRAULICOS DETECTORES DE CARGA Y DE PRESIÓN COMPENSADA LS / PC. La presión compensada es un principio de diseño y el detector de carga conocido comúnmente por el termino “sensor” de carga es otro. Ambos pueden ser usados juntos. Iniciaremos nuestra discusión construyendo un sistema básico compuesto de los siguientes elementos: (1)

Una bomba de desplazamiento fijo.

(2)

Un reservorio (tanque).

(3)

Una válvula de control abierto, activada por palanca.

(4)

Un cilindro hidráulico de doble acción.

En un sistema de centro abierto “todo” el flujo de la bomba pasa “todo” el tiempo por la válvula de control, ya sea directamente hacia el tanque o hacia el actuador, o repartido entre ambos durante una condición de dosificación, “medición” o “transición” entre una u otra posición. Este flujo constante de un gran volumen de aceite tiene el potencial de generar gran cantidad de calor si existe alguna restricción al flujo. El calor reduce la vida de los componentes. Usando una válvula de gran tamaño para minimizar la restricción a un enfriador de aceite podemos limitar los efectos del calor; sin embargo, esto no siempre es práctico por el costo y tamaño de los componentes con relación a la máquina

En el “Esquema” podemos crear algunos problemas si accionamos la válvula de control a la posición de extender el cilindro y la mantenemos activada aún cuando el cilindro llegue a su tope. Si hacemos esto debemos añadir otro componente: la válvula de alivio (5) para proteger el sistema. La desventaja de esto es que descargamos o aliviamos nuestro sistema a una “alta presión” lo cual resulta en alta generación de calor. La alta presión también puede reducir la vida de los componentes

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Hay otros dos problemas asociados con este sistema hidráulico, que trataremos mas adelante: (1) Movimiento “pegajoso” (sticky) del carrete de control. (2) La velocidad del cilindro varia con las RPM del motor o por cambios de carga en la compuerta de salida de la válvula. Esto provoca que el caudal o flujo de aceite cambie CARRETE DE CONTROL PEGAJOSO ( STICKY ) Este efecto es provocado por las comúnmente llamadas “fuerzas de flujo”. Las fuerzas de flujo son aquellas que actúan sobre el carrete de control y tienen a provocar que el carrete se quede en la posición abierta mientras exista flujo a través del orificio creado por la apertura del carrete. Estas fuerzas de flujo son directamente proporcionales a la cantidad de flujo y a la caída de presión a través de las bandas del carrete. En otras palabras, conforme el flujo y / o la caída de presión se incrementen, la fuerza que trata de mantener el carrete abierto (fuerza de flujo) también se incrementa. Grafico h18. Un vector de fuerza actúa paralelamente a la línea de centro del carrete de la válvula actuando para mantener el carrete abierto, SE OPONE A QUE LO CIERREN. En el diagrama anterior, mientras más cerca está de cerrarse la compuerta de salida por la banda del carrete, mayor es la caída de presión (demanda de alta presión pero con baja demanda de caudal) a través del carrete y mayor la fuerza que trata de mantenerlo abierto. Para ilustrar mejor lo anterior, imagínese que trata de cerrar una puerta contra un fuerte viento; mientras más cerca está de cerrar la puerta mas grande es la fuerza que trata de mantenerla abierta. Lo que se siente es el efecto de flujo y presión a través del carrete de la válvula (puerta) conocido fuerza e flujo.

Sería de mucha ayuda en las válvulas de control si el carrete se “centrara” por si mismo. Esto lo podemos hacer fácilmente. Añadiendo un resorte centrador (6) debajo del carrete para cerrar el orificio cuando el operador suelte la palanca. Recuerde, sin embargo, que mientras mayor es el flujo y / o mayor la presión, mayor es la fuerza de flujo y mayor tendrá que ser la tensión del resorte centrador. ¿Cuál es el resultado neto? Alto esfuerzo necesario para accionar la palanca y esto nos lleva a un operador que se fatiga rápidamente

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¿Cuál es la mayor manera de solucionar el problema? Debido a que esas fuerzas de flujo están relacionadas tanto con el flujo como con la caída de presión, si pudiéramos reducir uno a uno o ambos de estos factores estaremos reduciendo las “fuerzas de flujo”, por lo tanto la fuerza necesaria del resorte centrador y posconsecuencia los niveles de esfuerzo del operador.

VELOCIDAD VARIABLE DEL CILINDRO En un circuito simple como el nuestro, la velocidad del cilindro esta determinada por el flujo a través del carrete de control. Este flujo puede ser afectado por la velocidad del motor, carga en implemento (que es prácticamente la misma en la compuerta de la válvula), desplazamiento o posición de la palanca de accionamiento (por lo tanto el carrete) y entrega de la bomba. Si el operador trata de mantener una velocidad constante del cilindro, con variaciones de velocidad (RPM) del motor y de la carga hidráulica, tendría que estar continuamente cambiando la posición de la palanca de control y por lo tanto la abertura del carrete (variando el tamaño de orificio) para “compensar” y mantener la misma caída de presión a través del carrete de control. Nosotros conocemos de los principios de hidráulica que cuando la caída de presión a través de un orificio se mantiene constante, el flujo a través del mismo no variará. Lo anterior es difícil de hacerlo pues para tratar de mantener una velocidad constante del implemento se debe mover continuamente la palanca de control y requiere estar atento permanentemente, esto añade fatiga al operador. Si a esto le sumamos el esfuerzo necesario para vencer el resorte centrador, la fatiga del operador será rápida. Sería grandioso solucionar estos problemas a la vez... podemos hacerlo añadiendo una válvula reductora de presión (7) la cual usaremos para controlar flujo que atraviesa la válvula de control. También usaremos válvulas de control de “centro cerrado”.

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Como podemos ver por la forma como la válvula reductora de presión va instalada en el sistema, se está detectando la presión de entrada al carrete de control y también de la misma compuerta de salida (carga). La presión de la compuerta de salida del carrete de control (carga) se suma con la tensión del resorte de la válvula reductora para limitar la presión aguas abajo, a la entrada de la válvula de control. También necesitamos añadir una válvula “doble check”, o de resolución, que selecciona la presión de trabajo mas alta ya sea la del lado de la cabeza o de la varilla del cilindro y envía la señal “resulta” (la mas alta de las dos) a la válvula reductora. ¿Cómo se produce la reducción del esfuerzo para mover palanca de control de la válvula...? Si Ud. Recuerda de nuestra discusión sobre las fuerzas de flujo y sus efectos sobre el “ esfuerzo ” del operador al mover la palanca de control; la única manera de reducir este esfuerzo es reducir el flujo y/o la caída de presión a través del carrete de control. Debido a que el flujo está determinado por la bomba (de desplazamiento fijo) y los requerimientos de presión de trabajo (carga) en la compuerta de salida de la válvula de control, los cuales no podemos cambiar, la única variable posible de controlar la caída de presión a través del carrete. Del esquema podemos ver que la “válvula reductora de presión ” (o válvula de control de flujo) está instalada en el circuito para “sensar” la presión de trabajo (workport). Esta presión trabaja en la cámara de resorte contra la presión de alimentación desde la bomba. La presión resultante de salida de la válvula es igual a la presión de trabajo (Workport pressure) mas la presión del resorte Esta presión resultante desde la válvula reductora de presión (control de flujo). Alimenta a la válvula de control principal. Si el valor de la presión que alimenta al carrete de control principal (entrada), es igual a la presión de trabajo (compuerta de salida) más la tensión del resorte de la válvula reductora; entonces es obvio que la caída de presión a través del carrete de control principal (compuerta de salida menos la entrada) es igual al valor del resorte (equivalente psi). Si dimensionamos nuestro resorte para una ejercer una presión de 50 psi, entonces esta máxima caída de presión de 50 PSI a través del carrete de control principal minimiza las “”fuerzas de flujo” y nos permite reducir el tamaño y fuerza del resorte centrador, por lo tanto, el esfuerzo del operador.

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La misma válvula reductora (o de control de flujo) actúa también para anular los efectos de la velocidad variable en el cilindro: conforme el motor aumenta de RPM, el flujo de la bomba se incrementa aumentando la presión. A válvula reductora reacciona a este incremento en la presión desde bomba y “restringe” el flujo de ingreso para mantener a misa caída de presión a través del carrete principal de control. Mediante esto se mantendrá el flujo constante hacia el cilindro. Si el motor baja sus RPM. Sucede lo contrario, permitirá pasar más flujo. Esta válvula también anula los efectos de carga “variable” en las compuertas de la válvula. Las cargas variables no afectarán la velocidad del implemento; a menos que la carga sea mayor que la carga máxima de diseño o que la bomba no sea capaz de suministrar el flujo requerido. La velocidad del implemento será constante. DEFINICION DE PRESIÓN COMPENSADA: Un sistema de control que da por resultado una velocidad constante del implemento para una posición específica de la palanca de control. Este efecto se logra manteniendo una caída de presión constante a través de la válvula de control en el valor determinado por el resorte de la válvula reductora de presión. NOTA: (ESQUEMA h20) Realmente están ocurriendo dos caídas de presión: (1) La caída de presión a través del carrete de la válvula de control que es controlada o limitada por el resorte en la válvula reductora de presión (o válvula de control de flujo). (2) La caída de presión en la misma válvula reductora. Esta caída varia dependiendo de la diferencia entre la presión de la bomba y la presión en la compuerta de trabajo (workport), mas el valor de la presión debida al resorte. En condiciones que requieren un movimiento lento del cilindro, el operador mueve la palanca de control sólo con un pequeño desplazamiento, por tanto, el carrete de control, también se mueve una pequeña longitud; en esta condición solo una pequeña parte del flujo total de la bomba va hacia el cilindro. Con una bomba de desplazamiento fijo, ¿Qué pasará con la presión a la salida de la bomba?. La presión de salida se incrementa hasta que la válvula de “alivio” descarga el exceso al tanque. Este alto flujo a alta presión contribuye a elevar el calor en el sistema, pudiendo acortar la vida de los componentes (la válvula de alivio también se abrirá cuando la válvula de control está en la posición de retención). Anteriormente mencionamos que podríamos añadir un enfriador de aceite. Pero tenemos también otras dos opciones: • •

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Añadir una válvula de control de flujo (5) o válvula de descarga Reemplazar la bomba de desplazamiento fijo con una bomba de desplazamiento variable

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VALVULA DE CONTROL DE FLUJO O DE DESCARGA Añadiremos una válvula de control de flujo a nuestro sistema. Esta válvula será capaz de sensar la presión de alimentación de la bomba y la presión en la compuerta de trabajo. También habrá un resorte trabajando con la presión de la compuerta de trabajo (se suman) contra la presión a la salida de la bomba. Esta válvula limitará nuestra presión de salida de la bomba. Esta válvula limitará nuestra presión de salida de la bomba a un valor igual a la presión de trabajo mas la presión del resorte. Ahora, el flujo no necesario en la válvula de control del implemento será descargado al tanque por nuestra válvula de descarga en vez de la válvula de alivio. (Recuerde que la válvula de alivio. (Recuerde que la válvula reductora de presión de los implementos produce una restricción al flujo, como un orificio). Analicemos esto a través de un ejemplo: Nuestro implemento usara 5 GPM (galones por minuto) y provocará una presión en la compuerta de trabajo de 2000 PSI. Nuestra bomba de desplazamiento fijo es capaz de entregar 30 GPM. El resorte en la válvula de descarga es de 200 PSI. Que se suma a la presión de trabajo de 2000 PSI, resultando en 2200 que se oponen a la presión de salida de la bomba, limitándola por lo tanto a 2200 PSI. El exceso de flujo, que el implemento no necesita, se descarga al tanque a una presión de 200 PSI mayor que la necesaria en la compuerta de trabajo (2000 PSI). Esta diferencia (200 PSI), que es el valor del resorte de la válvula de descarga, se le llama PRESION MARGINAL y es la que asegura una buena “respuesta” del implemento. ¿Qué pasa cuando el control está en retención (Hold) y necesitamos ningún flujo? Como estamos usando válvulas de centro cerrado, se podría esperar que actúe la “válvula de alivio”; sin embargo, como estamos usando la válvula de descarga, la presión de suministro de la bomba actúa sobre el resorte de 200 PSI sumados a “O PSI” de la compuerta de trabajo. Descargando los 30 GPM al tanque a una presión de 200 PSI “Nuestra válvula de descarga o válvula de control de flujo minimiza el incremento de calor en el sistema y aumente la vida de los componentes” En el sistema que estamos analizando, el mayor problema que nos queda es la POTENCIA HIDRÁULICA DESPERDICIADA. Con este sistema nuestra bomba siempre (todo el tiempo) entrega el máximo flujo (suponemos a RPM máximas del motor) sin importar lo que realmente necesita el implemento. El exceso de flujo siempre regresa el tanque. “Está es la energía desperdiciada”

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BOMBA DE DESPLAZAMIENTO (FLUJO) VARIABLE Con la bomba y su válvula de control montada sobre el motor, necesitamos algún medio para controlar el flujo de la bomba. Lo más lógico es conectarse a la línea de presión de la compuerta de trabajo que va hacia nuestra válvula reductora de presión y usar esta presión y usar esta presión para controlar el flujo de la bomba. Llamaremos a esta presión e control la “presión señal” o “señal”. Esta señal actuará junto a un resorte para darnos una presión de salida de la bomba a un valor fijo por encima de la presión de la compuerta de trabajo, llamad “presión marginal”.. Como los requerimientos de flujo cambian de acuerdo a la posición de la palanca de control, la presión en la compuerta de trabajo cambiará como reacción a estos movimientos, y por consecuencia la presión señal también cambia; provocando que la posición de la placa angulable de la bomba cambie, regulando el caudal o entrega de la bomba. Nota: Regresando a nuestro diagrama básico, hemos trasladado la función de nuestra válvula de descarga y de la válvula de alivio principal hacia la válvula de control de la bomba. Uno de los carretes de la válvula de control de la bomba es denominado compensador de flujo o “carrete marginal” (no confundirlo con la reductora de la válvula de control, que a veces se le lama “válvula compensadora” ya que compensa los esfuerzos del operador); mientras que el otro es el limitador de presión que limita la presión máxima del sistema Si tenemos un vástago de control secundario, en el grupo de la válvula de control de la bomba, que reacciona a la presión de salida de la bomba y esta ajustada para “abrir” a una presión máxima dada, podemos regular el caudal de la bomba para mantener un presión máxima del sistema sin necesidad de utilizar una válvula de alivio principal. (Estas dos funciones las discutiremos en detalle más adelante). Regulando la bomba y su válvula control para que nos dé exactamente el flujo necesario para cubrir la demanda de presión de la compuerta de trabajo, el sistema trabajará de manera mucho más eficiente.

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Por ejemplo: La fórmula para la potencia hidráulica es la siguiente: (GPM x PSI)/ 1714 = HP = GPM x PSI x 000583 Considerando una bomba de caudal “fijo” que entrega 30 GPM, y una presión en la compuerta de trabajo de 2000 PSI, usamos una válvula de control de flujo (válvula de descarga) que detecta la presión de la compuerta de trabajo (Pt) y actúa con un resorte que da 200 PSI (Presión Marginal - Pm) entonces la potencia demandada al motor diesel y consumida por la bomba será [ 30 PM x (2000 PSI + 200 PSI) ] / 1714 = 38.5 HP Sin embargo, controlamos el flujo que va al cilindro, podemos usar por ejemplo sólo 5 GPM (depende de la posición del carrete); en este caso estamos usando sólo: [5 GPM x (2000 PSI + 200 PSI)]/ 1714 = 6.4 ¿Qué pasa con los (38.15 – 6.4) = 32.1 HP que estamos pidiéndole al motor? Se desperdician descargándolos al tanque en forma de calor. Utilizando una bomba de desplazamiento variable ¿cuántos HP desperdiciamos? Prácticamente nada. Recuerde, esta bomba se regula para entregar el flujo exacto que se necesita, a una presión ligeramente superior que la requerida. Ejemplo: HP total demanda = [ 5 GPM x 2200 PSI]/1714 = 6.42 HP HP neto para trabajo =[5 GPM x 2000] /1714 = 5.83 HP HP desperdiciada = 6.42 – 5.83 HP Se desperdician 0.59 HP en forma de calor debido a la presión marginal. Comparativamente estamos usando la sexta parte de HP que en el ejemplo anterior. Tenemos dos ventajas al usar BOMBAS DE CAUDAL VARIABLE: (1) Menor calor generado; dando mayor vida a los componentes. (2) Menor HP desperdiciados; usando menos combustible.

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LOAD SENSING O SENSADO DE CARGA Cualesquiera de los métodos, usando la válvula de control de flujo (o de descarga) o la bomba de caudal variable con su válvula de control, nos dan la características de un sistema conocido como “Load Sensing” o sensor de carga. En ambos sistemas se usa una “red” de resolución de señales en forma lógica, que envía solamente el valor más alto (de entre todas las presiones en las compuertas de trabajo de todas las válvulas de control que se tengan) hacia la válvula de control de flujo (o de descarga) o a la válvula de control de la bomba (carrete marginal). De esta forma se suministra el flujo necesario de acuerdo a los requerimientos de presión del sistema. A esto también se le llama “red de trabajo de las señales”. Dentro de esta “Red” de trabajo existen varias válvulas “Doble check”, las cuales son llamadas “Resolvers” o “Shuttle”, o válvulas de resolución, lanzaderas, enlace o de vaivén. DEFINICION DE LOAD SENSING O SENSADO DE CARGA Un sistema de control que mantiene la presión a la salida de la bomba un valor fijo por encima de la más alta presión requerida por el sistema. SISTEMAS HIDRÁULICOS SENSORES DE CARGA Y DE PRESION COMPENSADA Anteriormente hemos visto como trabaja la “presión compensada” y la detección o “sensado de carga”. Ahora los juntaremos y veremos por que deseamos tener presión compensada en un sistema “sensor de carga”.

En este esquema tenemos dos válvulas de control de implementos, marcados A y B (note los componentes encerrados en la línea gruesa punteada), ninguna tiene una válvula reductora de presión (control de flujo) en su circuito. Hay una válvula doble check (de resolución) entre el lado de la varilla y de la cabeza de cada cilindro. Ya sea que se accione uno o ambos implementos, otra válvula de resolución (doble check) enviará la señal de mayor presión de los do cuerpos de válvula hacia la válvula control de flujo (la de descarga). Estas dos válvulas están trabajando solo como “detectoras de carga”. Hagamos trabajar a las 2 válvulas (2 implementos) a la vez. La válvula A tiene una presión en la compuerta de trabajo de 2000 PSI y la B de 500 PSI. La mayor de estas presiones (2000 PSI) será sensada en la válvula de control de flujo (válvula de descarga) sumándose a la presión del resorte (200 PSI). Esto limitará nuestra presión de alimentación a 2200 PSI. Ambos implementos tienen disponible 2200 PSI en el lado de entrada de sus carretes de control principal

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Ahora calculemos la caída de presión a través de cada carrete de control: La válvula “A” necesita 2000 PSI en la compuerta de trabajo, mientras que la bomba entrega 2200 PSI. La diferencia es 200 PSI. Esta relativamente pequeña caída de presión, no induce fatiga en el operador. En la válvula “B” necesitamos 500 PSI en su compuerta de trabajo. La bomba entrega 2200. la caída de presión es de 1700 PSI. Esta caída de presión es difícil de mantener y el operador se fatigará debido al mayor esfuerzo sobre la palanca de control. Esta mayor caída de presión trata de abrir el orificio de paso en la válvula de control para que pase mayor flujo que el necesario debido a que éste es el camino de menor resistencia en el circuito. El flujo a través del orificio en la válvula B no permanecerá constante si los requerimientos de carga en la válvula “B” cambian (aún si el carrete de la válvula se mantiene en la misma posición). El operador necesitar constantemente ajustar el carrete principal de la válvula para mantener una velocidad constante del implemento. La mayor caída de presión a través de este tipo de válvulas hacen necesarios resortes centradores de gran fuerza para prevenir que el “spool” o carrete se quede pegado (sticky) como consecuencia de las fuerzas de flujo. Esto resultará en mayores esfuerzos sobre la palanca de control y por consecuencia en un operador fatigado

En este esquema tenemos dos válvulas de control de implementos marcadas A y B. (Note los componentes encerrados en la línea gruesa puntuada), ambas tienen válvulas reductoras de presión (control de flujo) en su circuito. Hay una válvula doble check (Ball resolver) ubicada entre el lado de la varilla y la cabeza del pistón en cada cilindro. Ya sea que se accione cualquiera de los dos implementos, otra válvula doble check enviará la señal de mayor presión de los dos cuerpos de válvula hacia la válvula de control de flujo (válvula de descarga). A estas válvulas las llamaremos sensoras de carga de presión compensada. Hagamos trabajar a las dos válvulas al mismo tiempo: La válvula A tiene una presión en la compuerta de trabajo de 2000 PSI, mientras que la válvula B tiene 500 PSI. La mayor de ambas presiones será sensada en la cámara del resorte de la válvula de descarga (control de flujo), lo que se suma a la tensión del resorte de 200 PSI. Esto limitará la presión de suministro del sistema a 2200 PSI. Ambos implementos tendrán 2200 PSI disponibles en el lado de entrada de sus válvulas de control, también cada válvula reductora (control de flujo) tiene un resorte de 50 PSI. Podemos observar en el esquema que las válvulas reductoras de presión (control de flujo) están conectadas en el circuito de tal forma que detectan la presión de la compuerta de trabajo. Esta presión actúa en la cámara del resorte oponiéndose a la presión de suministro desde la bomba. La presión resultante a la salida de la válvula reductora (control de flujo) es la presión de la compuerta de trabajo sumada a la tensión del resorte. Para la válvula A, la presión en la compuerta de trabajo es de 2000 PSI, sumándole los 50 PSI del resorte de la válvula reductora (control de flujo), nos da una presión en la compuerta de entrada de 2050 PSI. Ahora se pueden calcular las caídas de presión de suministro desde la bomba es de 2200 PSI, menos la presión en la compuerta de entrada del carrete de control 2050 PSI nos da 150 PSI. La segunda caída de presión es a través del carrete principal, siendo en la entrada 2050 PSI y en la salida 2000 PSI, la diferencia es 50 PSI que es justamente el valor del resorte de la válvula reductora de presión (control de flujo)

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Veamos ahora que pasa con la válvula B. La presión de la compuerta de trabajo de 500 PSI se suma a la del resorte de la válvula reductora de presión de 50 PSI dándonos una presión en la compuerta de entrada de 550 PSI. Ahora podemos calcular las caídas de presión. La presión de suministro de la bomba de 2200 PSI menos 550 nos da 1650 PSI. La segunda caída de presión es 550 PSI a la entrada menos la presión de la compuerta de trabajo que es 500 PSI, esto nos da PSI, esto nos da 50 PSI, que resulta ser el valor del resorte de la válvula reductora de presión (control de flujo) Podemos observar que tenemos una caída de presión a través de cada carrete de control de 50 PSI, y esto se debe al resorte de 50 PSI de las válvulas reductora de presión (control de flujo) Esta válvula reductora de presión (control de flujo) minimiza las fuerzas de flujo en el carrete de control principal y nos permite reducir el tamaño de los resortes centradores, y por lo tanto reducir los esfuerzos efectuados sobre las palancas.

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LECCION 2.2.1 FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA Y DEL CONTROLADOR DE SENSADO

La bomba de pistones axiales de desplazamiento variable con compensación de presión consta de dos elementos, la bomba y la válvula compensadora. La válvula compensadora controla el flujo de salida de aceite de la bomba controlando el movimiento del pistón de control (actuator piston), este pistón trabaja contra el resorte diagonal (bias spring) moviendo el plato de desgaste oscilante (swashplate) para continuamente ajustar el ángulo, la cantidad de aceite entregado en cada revolución de la bomba (su desplazamiento) es determinado por ese ángulo, la cantidad de aceite en este modelo de bomba es infinitamente variable entre un máximo (flujo máximo) y un mínimo (cero flujo)

Cuando el motor diesel empieza a funcionar, el eje de la bomba rota los componentes, el plato oscilante o de desgaste no-rota, cuando el barril de cilindros gira con el plato en ángulo máximo, los pistones son movidos dentro y fuera siguiendo el ángulo, para un pistón es movido fuera del barril admite aceite desde la lumbrera de la bomba que conecta al tanque, al continuar rotando el conjunto el pistón empuja el aceite desde el barril hacia la salida.

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La bomba tiene dos pistones de desplazamiento de carrera del plato oscilante (o uno alienado contra un resorte), el pistón a tensión de resorte y el pistón de control, el pistón de control es usado para aumentar la carrera (upstroke) y aumentar el flujo de la bomba, la fuerza del resorte a tensión y la presión de descarga de la bomba actúa en el pistón a tensión, opuesto esta el pistón de control que es usado para disminuir el flujo de la bomba, este pistón tiene un área mayor que el pistón tensión. El carrete compensador de presión y el carrete compensador de flujo de la válvula compensadora de presión y flujo cambian el desplazamiento de la bomba hidráulica regulando la presión que actúa en el pistón de control, la cual es suministrada por la descarga de la bomba. La mayor área del pistón de control hace posible vencer la fuerza del pistón a tensión cuando la válvula compensadora le aplica presión. La válvula compensadora de presión y flujo automáticamente mantiene la presión de la bomba y el flujo al nivel necesario para cumplir con los requisitos de carga y flujo del sistema, cuando ninguno de los implementos del equipo es usado la bomba esta en baja presión de espera (standby), si uno o más circuitos son usados, las señales de presión son comparadas y la mayor presión es enviada como señal a la válvula compensadora, esta envía su señal a la bomba para mantener el flujo y presión requerido, esta última se llama presión marginal y es mayor que la señal recibida en la válvula compensadora También limita la presión evitando sobrecargas del sistema, a un determinado valor el compensador de presión anula al compensador de flujo disminuyendo el ángulo reduciendo el flujo bajando la presión.

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El barril de cilindros El eje de mando estriado de la bomba hace rotar al barril El barril de cilindros contiene a los pistones y los mueve Los pistones permanecen unidos por una placa llamada de retracción. Cada pistón pivote.

tiene

un

Los pivotes de los pistones deslizan sobre una placa de desgaste que no rota La placa de desgaste aquí esta unida al plato oscilatorio El plato oscilante gira unos grados movido por los dos pistones El pistón de control de mayor tamaño El pistón a tensión de menor tamaño y tiene un resorte Este ángulo genera el movimiento de los pistones axialmente dentro del barril cambiando el desplazamiento de la bomba o volumen de aceite entregado en una revolución

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OPERACIÓN DE LA BOMBA HIDRÁULICA COMPENSADORA DE PRESIÓN Y FLUJO

Y

LA

VÁLVULA

Bomba Hidráulica - Pistones Bomba de pistones de desplazamiento variable y Válvula Compensadora (1) Resorte (2) Resorte (3) Válvula Compensadora (4) Pistón Actuador (5) Shoe Plate (6) Eje de Mando (7) Swashplate (8) Piston shoe (9) Piston (10) Piston Bias (11) Resorte Bias (12) Cilindro barrel (13) Carrete compensador de Presión (14) Carrete compensador de Flujo La bomba hidráulica tiene un pistón Bias (10) y un pistón del actuador (4) El pistón Bias se usa para incrementar la carrera de la bomba. El pistón es presionado con la carga del Resorte (11) y asistido por la presión de descarga de la bomba. El pistón de Actuador (4) se usa para disminuir la carrera de la bomba. El pistón del actuador tiene una mayor área que el pistón Bias. El carrete compensador de flujo (14) y el carrete compensador de presión (13) cambia el desplazamiento de la bomba regulando la presión en el pistón del actuador (4) La mayor área del pistón del actuador (4) permite al pistón superar al pistón Bias (10) y al resorte (11) en el orden para disminuir la carrera de la bomba cuando la válvula compensadora (3) aplica la presión de descarga de bomba al pistón. La presión de salida es mantenida a aproximadamente 2100 kPa (305 psi) sobre la presión de puerto de trabajo. La válvula compensadora tiene un limitador de presión. El limitador de presión previene de sobrecargas de la bomba y del sistema. Cuando la presión del puerto de trabajo esta encima de 24100 kPa (3500 psi), el carrete compensador de presión (13) puentea al carrete de compensador de flujo (14) Esto baja el caudal de la bomba. La acción empieza a aproximadamente 690 kPa (100 psi) debajo de la presión máxima de seteo o regulación. Los siguiente esquemas muestran la bomba y la válvula compensadora con diferentes condiciones en el sistema hidráulico.

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Máquina Apagada

Cuando el motor esta apagado, el resorte de inclinación (bias spring) fija el plato angulable (swashplate) al máximo ángulo. Cuando el motor es arrancado, el eje impulsor de la bomba comienza a rotar. El aceite es jalado hacia las cavidades de los pistones. Cuando el conjunto de pistones y barril gira, el aceite es forzado fuera, hacia el sistema

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Low Pressure Standby Operación de la bomba y del compensador (Baja Presión de Standby) (1) Resorte (2) Resorte (3) Línea a la válvula de control (4) Piston Actuador (5) Swashplate (6) Piston Bias (7) Resorte Bias (8) Caja de drenaje (9) Pasaje (10) Pasaje (11) Pasaje (12) Pasaje (13) Carrete compensador de Presión (14) Carrete compensador de Flujo (15) Cavidad (16) Línea de señal de la válvula de control (AA) Alta presión de aceite

(EE) Aceite Piloto (LL) Tanque de aceite La baja presión de standby ocurre cuando la máquina está funcionando y los instrumentos están en la posición del HOLD. No hay flujo de demanda de la bomba. Consecuentemente no hay señal de presión en la línea (16) Antes de que el motor arranque, el resorte Bias (7) mantiene el swashplate (5) en máximo ángulo. Cuando la bomba empieza a girar, la presión se incrementa en el sistema debido a las válvulas de implemento de centro cerrado. La presión en el pasaje (11) es sentida en la parte inferior del carrete compensador de presión y del compensador de flujo. Como la presión se incrementa, esta empuja el carrete compensador de flujo en contra del resorte (1) Cuando la presión del sistema llega a ser mayor que 2100 kPa (305 psi), el carrete (14) se mueve ascendentemente lo suficiente para abrir el pasaje para la línea de presión de aceite retorne al pistón del actuator (4) Esto causa que el pistón actuador se mueva hacia la derecha. El pistón del actuador comprime el resorte Bias (7) y el pistón del actuador mueve el swashplate hacia ángulo mínimo. El pistón del actuador continúa moviendo hacia la derecha hasta que el pistón del actuador destapa el pasaje taladrado del cilindro del pistón de actuador. Esto permite el aceite drenar a la caja

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La salida de la bomba no es lo suficientemente bueno para compensar por fugas del sistema y para el drenado adicional a través del agujero taladrado del pistón actuador. El pistón se mueve a la izquierda hasta que sólo este abierto parte del agujero taladrado al drenaje. Esto aumenta la presión de aceite detrás del pistón actuador. También, esto limita el desplazamiento del pistón a la derecha. El rendimiento de la bomba es bueno bastante para recuperar el goteo del sistema y para el goteo al caso de la bomba a través del agujero cruz-taladrado. También, la bomba puede mantener la presión del sistema a un máximo de 3600 kPa (520 psi) La bomba está en baja presión de standby. La presión es diferente de la presión de margen debido a las fugas del sistema y debido al agujero en el cilindro del pistón de actuador. El carrete compensador de flujo debe moverse ascendentemente en contra del resorte (1) para proporcionar suficiente flujo al lado del pistón del actuator. Esto permite el sistema compensar las fugas a través del agujero taladrado. El flujo debe ser lo suficiente para mantener la presión requerida en la parte posterior del pistón para superar el resorte Bias y la presión posterior del pistón Bias. La baja presión de standby debe ser aproximadamente 1500 kPa (220 psi) superior que la presión de margen para cambiar la bobina a la cantidad adicional contra primavera (1) La presión de aceite detrás del pistón actuador es menor que la presión del sistema. La caída de presión es creada por el aceite que fluye sobre el orificio. El orificio es creado por el carrete compensador de flujo

SEÑAL

ACTUADOR GRANDE

VALVULA COMBINACION

BOMBA

ACTUADOR PEQUEÑO COMPENSADOR DE PRESION COMPENSADOR DE FLUJO

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•

Ningún flujo en la condición: “presión baja de standby” (low pressure standby)

La presión baja de espera es mayor que la presión marginal

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Con la máquina arrancada, el resorte de inclinación mantiene el plato angulable en el máximo ángulo. Cuando la bomba produce flujo, la presión del sistema comienza a incrementarse porque el flujo es bloqueado en las válvulas de control de los implementos. Esta presión es sentida debajo del carrete marginal y el carrete de corte de presión. El carrete marginal se mueve hacia arriba contra la fuerza del resorte y la presión baja de señal de la válvula de prioridad, y permite que el aceite del sistema vaya al pistón de control Mayor en la bomba (pistón superior en la figura) Cuando la presión en el pistón de control mayor se incrementa, el pistón supera la fuerza del resorte de inclinación y de la presión del pistón de control pequeño (pistón inferior en la figura) y mueve el plato angulable a un ángulo reducido (ángulo respecto a la vertical) El pistón de control grande se mueve a la derecha hasta que el conducto transversal en el vástago se destape. El aceite en el pistón de control grande luego se drena hacia carcasa de la bomba. En este ángulo mínimo, la bomba producirá sólo el flujo suficiente para compensar las fugas del sistema. La presión del sistema en este momento es llamada “presión baja de espera” y es aproximadamente 480 psi (3300 kPa)

La presión baja de espera es mayor que la presión marginal. Esta característica es debido a la alta contra presión (back pressure) creada por el aceite que es bloqueado en las válvulas de centro cerrado cuando todas las válvulas están en la posición fija. El aceite de suministro de la bomba empuja el carrete marginal hacia arriba y comprime adicionalmente el resorte marginal. El aceite de suministro adicional luego va hacia el pistón de control grande y fluye a través del conducto transversal en el vástago hacia la carcasa de la bomba

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Incremento de carrera (Upstroking) Operación de la bomba y del compensador (Upstroke) (1) Resorte (2) Resorte (3) Línea a la válvula de control (4) Piston Actuador (5) Swashplate (6) Piston Bias (7) Resorte Bias (8) Caja de drenaje (9) Pasaje (10) Pasaje (11) Pasaje (12) Pasaje (13) Carrete compensador de Presión (14) Carrete compensador de Flujo (15) Cavidad (16) Línea de señal de la válvula de control (AA) Alta presión de aceite (EE) Aceite Piloto (LL) Tanque de aceite Incremento de carrera significa que la bomba está aumentando el desplazamiento. Esto ocurre cuando la señal de presión se incrementa debido a un incremento de la presión de carga. La señal más alta de presión de la válvula resolver del implemento fluye a través de la línea (16) Llenando la cavidad (15) la presión de Señala aumenta la fuerza del resorte (1) esto moverá el carrete (14) descendentemente. El carrete (14) bloquea el flujo de aceite de suministro al pistón del actuator (4) Cuando el carrete compensador de flujo (14) se mueve descendentemente, el aceite puede fluir más allá del resorte del compensador de flujo. El aceite fluye a través del pasaje (10) a la caja de drenaje (8) El suministro de aceite fluye a través del pasaje (9) al pistón Bias (6) El flujo de aceite se combina con la fuerza del resorte Bias (13) Las fuerzas combinadas mueven el swashplate al ángulo máximo. Así, se incrementa el flujo de la bomba. La presión de salida de la bomba se incrementa hasta que la presión en el pasaje (11) mueve el carrete (14) a la posición requerida. La presión de la bomba es mayor que las fuerzas combinadas del resorte (1) y la señal de presión en la cavidad (15) El carrete (14) se mueve ascendentemente. La presión se envía al pistón del actuador (4) La fuerza del pistón del actuador que mueve el swashplate (5) más cerca al ángulo mínimo es mayor que la fuerza combinada del pistón Bias y del resorte Bias que están moviendo el swashplate (5) más cerca al ángulo máximo. El ángulo de swashplate (5) disminuirá. El flujo de salida de la bomba disminuirá. Cuando la presión ha disminuido, la presión de señal en la cavidad (15) y la fuerza del resorte en la cavidad (15) moverá el carrete (14) descendentemente. El aceite que está detrás del pistón del actuator (4) fluirá ala caja de drenaje. El pistón Bias (6) y el resorte (7) fuerza el swashplate (5) para aumentar el ángulo.

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Posición Estable

El movimiento suave del carrete (14) se denomina posición estable. Las fuerzas en ambos extremos del carrete (14) son iguales. El resorte (1) ejerce una presión de 2100 kPa (305 psi) Por consiguiente, la presión de la bomba es 2100 kPa (305 psi) mayor que la presión de señal. La diferencia se llama la presión de margen. Aquí se muestra la válvula compensadora usada por ejemplo en todas las bombas de implementos de las máquinas motoniveladoras de la serie H. Dos carretes están instalados en la válvula:

Dos carretes en la válvula de control de la bomba:

. Compensador de flujo

1.

2.

Compensador de presión

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Compensador de flujo o carrete marginal (a la izquierda): Esta válvula controla la presión marginal y la presión baja de standby. La presión marginal esta ajustada a 305 psi (2100 kPa) encima de la señal de presión. La presión baja de standby es aproximadamente 480 psi (3300 kPa) Si esta presión esta debajo de 380 psi (2660 kPa) o encima de 580 psi (4000 kPa), la presión marginal debe ser verificada. Si la presión marginal esta fuera de especificación, ajuste la presión marginal y la presión baja de standby dentro del rango indicado arriba. Compensador de presión o carrete de corte de presión (a la derecha): Desangula la bomba cuando la presión del sistema alcanza los 3700 psi (25500 kPa)

Nota: Cada resorte tiene un tornillo de ajuste individual

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ANGULAMIENTO (UPSTROKING)

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Cuando un implemento requiere flujo, una señal es enviada a la válvula de control de la bomba (válvula compensadora) Esta señal causa que la fuerza (resorte marginal + señal de presión) en la parte superior del carrete marginal sea más alta que la presión de suministro en la parte inferior del carrete marginal. El carrete luego se mueve hacia abajo, bloquea el aceite hacia el pistón de control grande y abre un conducto hacia el drenaje. La presión en el pistón de control grande es reducida o eliminada, lo cual permite que el resorte de inclinación mueva el plato angulable hacia un ángulo mayor. La bomba producirá ahora más flujo. Esta condición es llamada “angulamiento” (Upstroking)

Las siguientes condiciones pueden causar el angulamiento de la bomba: 1.

Una válvula de control es accionada cuando el sistema esta a la presión baja de espera.

2.

El vástago direccional de la válvula de control es movido para obtener adicional flujo.

3.

Un circuito adicional es activado

4.

Disminuye las rpm del motor. En este caso, la velocidad de la bomba disminuye lo cual causa una disminución en el flujo y presión de suministro de la bomba. La bomba debe entonces angularse para mantener los requerimientos de flujo del sistema.

Nota: La señal de presión no necesariamente tiene que incrementarse para que la bomba se angule. Por ejemplo, si un implemento es activado y esta operando a 2000 psi (13800 kPa), la presión de suministro del sistema es 2305 psi (15900 kPa) debido a la señal de presión máxima de 2000 psi más la fuerza del resorte marginal de 305 psi. Ahora, si el operador activa otro implemento a una presión inicial de operación de 1000 psi, la señal de presión máxima es aún 2000 psi, pero la presión de suministro disminuye momentáneamente para proveer el incremento de flujo necesario ahora para los implementos. La fuerza en la parte superior del carrete marginal (ahora mayor que la fuerza en la parte inferior del carrete marginal) empuja el carrete hacia abajo y permite que el aceite en el control de la bomba se drene. Ahora el ángulo en el plato angulable se incrementa y la bomba provee más flujo

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Flujo Constante (Constant Flow) FLUJO CONSTANTE

(CONSTANT FLOW)

Cuando el flujo de la bomba se incrementa, la presión de suministro de la bomba también se incrementa. Cuando la presión de suministro (rojo) se incrementa e iguala la suma de la presión de carga (señal de presión) más la presión del resorte marginal, el carrete marginal se mueve hacia la posición de dosificación (metering position) y el sistema comienza a estabilizarse. La diferencia entre la señal de presión y la presión de suministro de la bomba es el valor del resorte marginal, el cual es 305 psi (2100 kPa)

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Material del Estudiante MODULO 2

Disminución de la carrera (Destroking) Operación de la bomba y del compensador (1) Resorte (2) Resorte (3) Línea a la válvula de control (4) Piston Actuador (5) Swashplate (6) Piston Bias (7) Resorte Bias (8) Caja de drenaje (9) Pasaje (10) Pasaje (11) Pasaje (12) Pasaje (13) Carrete compensador de Presión (14) Carrete compensador de Flujo (15) Cavidad (16) Línea de señal de la válvula de control (AA) Alta presión de aceite (EE) Aceite Piloto (LL) Tanque de aceite Destroking ocurre cuando la bomba está reduciendo el flujo de salida de la bomba. Destroking también ocurre cuando señal de presión disminuye debido a una disminución de la presión de carga. La señal de presión reducida fluye a través de la línea (16) La señal de presión llena la cavidad (15) La señal de presión junto con la fuerza del resorte (1) en la cavidad (15) es menor que la presión de la bomba en el pasaje (11) El carrete (14) ascenderá. El aceite detrás del pistón del actuador (4) no puede pasar por el pasaje (10) a la caja de drenaje (8) El aceite de la Bomba fluye a través del pasaje (11), pasa el carrete (14), a través del pasaje (12) ingresando al pistón del actuador (4) La Fuerza detrás del pistón del actuator (4) es ahora mayor que la fuerza combinada de pistón Bias (6) y el resorte (7) El ángulo del swashplate (5) disminuye. El flujo de la bomba disminuye. La presión del Sistema disminuye. As system pressure approaches 2100 kPa (305 psi) (margin pressure) flow compensator spool (14) moves down to the metering position. Also, as the pressure approaches 3600 kPa (520 psi) (low pressure standby) flow compensator spool (14) moves down to the metering position. Swashplate (5) maintains a slight angle that is sufficient to make up for system leakage and swashplate (5) provides the lower required pressure. Cuando la presión del sistema se acerca a 2100 kPa (305 psi) (presión de margen) el carrete compensador de flujo (14) desciende a una posición estable. También cuando la presión se acerca a 3600 kPa (520 psi) (baja presión de standby) el carrete compensador de flujo (14) desciende a una posición estable. El Swashplate (5) mantiene un ángulo ligero que es suficiente para compensar por fugas y el swashplate (5) proporcionara una mínima presión requerida

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CURSO: HIDRÁULICA III FSAA – DMSE0020C DESANGULAMIENTO (DESTROKING)

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Material del Estudiante MODULO 2

Cuando menos flujo es necesario, la bomba es “des-angulada” (destroked) La bomba se desangula cuando la fuerza en la parte inferior del carrete marginal comienza a ser más alta que en la parte superior. El carrete marginal luego se mueve hacia arriba y permite que más flujo vaya al pistón de control grande. La presión en el pistón de control grande luego supera la fuerza combinada del pistón de control pequeño y el resorte de inclinación y mueve el plato angulable a un ángulo menor. La bomba ahora produce menos flujo. Las siguientes condiciones pueden causar el des-angulamiento de la bomba: 1.

El flujo de la bomba se estabiliza cuando el carrete marginal se mueve a la “Posición de dosificación” (metering position)

2. 3. 4.

Todos las válvulas de control de los implementos son movidas a la posición fija. La bomba retorna a presión baja de espera. El vástago direccional de la válvula de control es movido para reducir el flujo Un circuito adicional es desactivado Las rpm del motor. En este caso, la velocidad de la bomba se incrementa causando un incremento de flujo. La bomba se des-angulará para mantener los requerimientos de flujo del sistema.

Cuando el flujo de la bomba disminuye, la presión de suministro de la bomba también disminuye. Cuando la presión de suministro de la bomba (rojo) disminuye y alcanza a la suma de la presión de carga (señal de presión) más la presión marginal, el carrete marginal se mueve a la posición de dosificación y el sistema se estabiliza.

Nota: La señal de presión no necesariamente tiene que disminuir para que la bomba se desangule. Por ejemplo, si dos implementos están activados, uno de ellos a 2000 psi y el otro a 1000 psi, la presión de suministro del sistema es 2305 psi debido a la señal de presión máxima de 2000 psi más la fuerza del resorte marginal. Ahora, si el operador retorna el implemento con 1000 psi a la posición fija. La señal de presión máxima es aún 2000 psi, pero la presión de suministro se incrementa debido a la reducción del flujo necesario a los implementos. La presión de suministro empujará el resorte marginal hacia arriba y permitirá que más aceite vaya al control de la bomba lo cual causa que la bomba se des-angule

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Material del Estudiante MODULO 2

High Pressure Stall (Cutoff)

Operación de la bomba y del compensador (High Pressure Stall) (1) Resorte (2) Resorte (3) Línea a la válvula de control (4) Piston Actuador (5) Swashplate (6) Piston Bias (7) Resorte Bias (8) Caja de drenaje (9) Pasaje (10) Pasaje (11) Pasaje (12) Pasaje (13) Carrete compensador de Presión (14) Carrete compensador de Flujo (15) Cavidad (16) Línea de señal de la válvula de control (AA) Alta presión de aceite (EE) Aceite Piloto (LL) Tanque de aceite

Alta presión de calado (STALL)

El compensador de presión (o carrete de corte) esta en paralelo con el carrete marginal. El compensador de presión limita la presión máxima del sistema a cualquier desplazamiento dado de la bomba. El ajuste de la presión máxima del compensador de presión es 3700 psi (25500 kPa) El carrete es mantenido hacia abajo durante la operación normal por el resorte del compensador de presión. Durante el calado, la señal de presión, la cual esta limitada a 3200 psi (22050 kPa) por la válvula de alivio de la señal de presión, controla la máxima señal de carga enviada al carrete marginal de la bomba. Limitando la máxima señal de carga a la bomba previene a esta del des-angulamiento a un desplazamiento mínimo por el compensador de presión cuando otros circuitos estén operando a menores presiones. Cuando sólo un circuito es operado y calado (como se muestra en el dibujo), la bomba normalmente se des-angulará porque el cilindro(s) esta(n) al final de su carrera.

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En calado, limitando la señal de presión a 3200 psi se limita la máxima presión de operación a 3505 psi (24170 kPa) Si la presión del sistema excede la máxima presión de operación, el compensador de presión des-angulará la bomba a un desplazamiento mínimo.

Si el compensador de presión falla en des-angular la bomba o si un pico de presión ocurre transitoriamente al des-angularla, la válvula de alivio principal del sistema en la válvula de combinación enviará el exceso de presión al tanque. Esta válvula esta ajustada a 3900 psi (27000 kPa)

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Circuito de señal

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Hemos aprendido como trabaja la bomba recibiendo una señal, esa señal llega luego de compararse con otras cargas en el sistema hidráulico

(Signal network)

La figura muestra la ruta de la señal de presión desde la válvula de levantamiento de la hoja en el circuito de señal. La señal de levantamiento de la hoja (anaranjado) fuerza a todas las válvulas de retención de señal y a las válvulas compensadoras en todas las válvulas de los implementos a la posición cerrada. Aunque la señal de presión de la dirección esta presente, la señal es menor que la señal de presión de levantamiento de la hoja. La bola de la válvula resolver de señal es movida a la izquierda, lo cual envía la señal de presión mayor (de levantamiento de la hoja) a la válvula compensadora. Cuando se diagnostiquen problemas en el circuito de señal, recuerde que si una de las válvulas de retención de señal esta con fuga, todos los otros implementos estarán lentos. Cuando el implemento con la válvula de retención de señal con fuga es operado, la velocidad del cilindro correspondiente será normal. Este implemento tiene la válvula de retención de señal con fuga

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LECCION 2.3 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA

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LECCION 2.4: APLICACIÓN EN SISTEMAS DE DIRECCIÓN

Las Motoniveladoras de la Serie H cuentan con un sistema hidráulico de la dirección e implementos denominado “Sistema de Presión Compensada de Prioridad Proporcional” (PPPC: Proportional Priority Pressure Compensated) La ventaja de este sistema es su habilidad de proveer una cantidad proporcional de flujo de aceite a cada circuito hidráulico cuando la demanda total de flujo excede el flujo total de la bomba

Aquí se muestra un diagrama del sistema hidráulico. El aceite de la bomba hidráulica (rojo y franjas blancas) es enviado a la válvula de combinación, la cual luego envía el flujo de aceite al HMU (puntos rojos) y a las válvulas de control de los implementos (rojo y franjas blancas) El HMU y los bancos de válvulas de los implementos tienen líneas de señal individuales que se conectan en la válvula de combinación. Con todos los implementos y el HMU de la dirección fijos (Hold), la línea de señal de implementos (implement signal line) esta a la presión del tanque y la línea de señal del HMU (steering signal line: puntos anaranjados) tiene aproximadamente 50 psi (345 kPa) La señal de la válvula resolver (puntos anaranjados) es luego enviada a la válvula compensadora la cual mantiene la “presión baja de standby” (low pressure standby) a aproximadamente 480 psi (3300 kPa) La válvula de prioridad (contenida dentro de la válvula de combinación) es la fuente de la señal de presión de la dirección (steering signal line) La línea de señal del HMU esta conectada al tanque y constantemente drena la señal de presión hacia el tanque cuando el HMU esta fijo.

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Los demás sistemas son similares a los ya analizados. VALVULA DE COMBINACION

La válvula de combinación incorpora los siguientes componentes en cuerpo de válvula: válvula de prioridad, válvula de alivio de la dirección, válvula de alivio principal del sistema, válvula de retención de carga de la dirección, válvula resolver de señal, válvula de alivio de señal, y la válvula de drenado de señal.

La válvula de prioridad hace que el sistema de dirección tenga prioridad sobre el de implementos. La presion en los cilindros (dirección o implementos) es enviada a traves de las lineas de presión de señal hacia la válvula selectora de señal, de donde es enviada a la válvula compensadora de la bomba. La figura muestra los componentes de la válvula de combinación en la posición fija (o presión baja de espera) La señal de presión a la válvula compensadora de la bomba es aproximadamente 50 psi. El origen de la señal de presión es desde la válvula de prioridad a través del pequeño orificio en el extremo izquierdo del resorte de prioridad. La señal de presión (puntos anaranjados) es enviada al compensador de flujo y al HMU el cual esta conectado al tanque a través de un pequeño orificio dentro del HMU. La señal de presión enviada a la válvula marginal causa un ligero incremento en la presión baja de espera. La presión baja de espera es 480 psi (3300 kPa) en alta en vacío con el aceite caliente. Para medir la “verdadera presión baja de espera”, la válvula de drenado del compensador de la bomba debe estar abierta una vuelta para enviar cualquier señal de presión al tanque. La “verdadera presión baja de espera” será 450 psi. La presión del sistema de dirección (puntos rojos) es aproximadamente 275 psi (2000 kPa) y es creada por el resorte de 150 psi al extremo derecho de la válvula de prioridad y la fuerza del aceite en la cámara (puntos anaranjados) a 125 psi (850 kPa) Como se mencionó anteriormente, la señal de la dirección esta conectada al HMU por medio de un orificio al tanque. Esta restricción causa aproximadamente 50 psi de contra presión en el circuito de señal hacia el compensador de la bomba (con la dirección e implementos sin activar)

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SISTEMA DE DIRECCIÓN Esta figura muestra el sistema de dirección en posición fija (HOLD) Los componentes son: tanque, bomba hidráulica y válvula compensadora, válvula de combinación, acumulador, HMU de dirección y los dos cilindros de dirección

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Esta figura muestra el tanque, bomba del implemento y controles, y la válvula de combinación en posición fija (HOLD) El compensador contiene las válvulas compensadoras de flujo y de presión. La válvula de combinación contiene la válvula de prioridad, la válvula de retención de carga, la válvula de alivio de la dirección, la válvula de alivio principal, la válvula de alivio de señal, la válvula de drenado de señal y la válvula resolver de señal. En la posición fija (HOLD), la válvula de prioridad se muestra con la posición superior activada (amarillo) El aceite de la bomba esta disponible a los implementos y al sistema de dirección. El compensador de flujo esta en la posición de dosificación porque a baja presión de señal de la dirección (puntos anaranjados) esta actuando con el resorte compensador de flujo

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Esta figura muestra el HMU de la dirección y los cilindros. El HMU contiene los siguientes componentes: puerto con válvula de retención del suministro de la bomba, válvula de retención anticavitación, dos válvulas de alivio de línea con válvulas anticavitación y la bomba gerotor con la válvula de manguito rotativo. En la posición fija, la señal de presión de la dirección es enviada al tanque a través de la sección central del HMU. La señal de presión es aproximadamente 50 psi (345 kPa)

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Esta figura muestra el sistema de dirección durante un giro a la derecha. Cuando el operador gira el volante de dirección y el HMU, el aceite desde la bomba gerotor es forzado hacia los cilindros de dirección los cuales causan que las ruedas delanteras giren a la derecha. Cuando el manguito dentro del HMU es girado, el aceite de la bomba del implemento es enviado por el manguito hacia el puerto de suministro del gerotor. La válvula de prioridad es la fuente de la señal de presión de la dirección la cual es enviada al manguito dentro del HMU y al compensador de flujo.

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LECCION 2.5 EVALUACION DE SISTEMAS Las pruebas que se realizan de los sistemas de dirección están en los manuales de servicio correspondientes.

Los componentes principales del sistema de dirección de una Motoniveladora son: -

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Válvula de combinación (Carrete de prioridad, válvula de alivio de dirección) Hand Metering Unit Válvulas de alivio de línea de cruce Cilindros de dirección Acumulador de dirección

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UNIDAD DOSIFICADORA MANUAL (HMU)

La sección de control consta de un manguito y un carrete con ranuras en la superficie, unidos por un resorte de centrado. Al girar la dirección, el carrete gira y se desalinea con el manguito, permitiendo pase de aceite hacia un lado (derecha / izquierda) Al soltar el timón, el resorte vuelve a alinear ambas partes y se cierran los pases de aceite La sección de medición es un gerotor, cuyo engranaje interior al girar deja RESORTES DE CENTRADO ORIFICIOS PASANTES

TANQUE

IZQUIERDA DERECHA

RANURAS EN LA SUPERFICIE

MEDICION BOMBA

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pasar una cantidad medida de aceite desde la (bomba) hacia el giro (derecha / izquierda) a través de la sección de control

PIN EJE UNION POR EJE ESTRIADO

ENGRANAJE EXTERIOR (NO GIRA)

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ENGRANAJE INTERIOR (GIRA CON EL EJE)

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Módulo 3 SISTEMA PILOTADO ELECTRO HIDRAULICAMENTE

DESARROLLO TÉCNICO JUNIO, 2004

DMSE0020-2004C Preparado por ESCH y JGR

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MODULO 3: SISTEMA PILOTADO ELECTRO HIDRAULICAMENTE En el presente módulo estudiaremos el funcionamiento de un sistema pilotado electro hidráulicamente, así como sus ventajas con referencia a otros sistemas y algunas de sus diferentes aplicaciones en las máquinas CAT

ÍNTRODUCCIÓN En máquinas equipadas con sistema de implementos electro hidráulicos, la palanca del operador tiene los adecuados sender eléctricos. Cuando el operador mueve la palanca el sender envía un pulso de ancho modulado (PWM pulse width modulation) a la computadora ECM (Electronic Control Module), esta analiza la señal de entrada y envía una señal proporcional para energizar el solenoide de la apropiada válvula piloto, este solenoide abre la válvula piloto que envía una señal hidráulica de control para mover el carrete de la válvula de implementos, esta válvula dirige el aceite de la bomba hacia los implementos

OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Identificar los tipos de componentes básicos usados en los sistemas pilotados electro hidráulicamente. 2. Explicar el funcionamiento de un sistema de control piloto electrohidráulico en todas las posiciones. 3. Entender las ventajas que se tiene con este sistema en comparación con los otros sistemas 4. Trazar el flujo de aceite en el esquema del sistema electro hidráulico en todas las posiciones. 5. Realizar con una efectividad del 100% las diferentes evaluaciones del sistema.

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LECCION 3.1 COMPONENTES DE CONTROL PILOTO Para entender el funcionamiento del sistema piloto, se usan vistas de sección y símbolos gráficos esquemáticos, primero debemos conocer sus componentes, usaremos un cargador 950G

Los componentes principales son: Sistema de Control Electrónico de Implementos: Válvula piloto (múltiple de aceite), bomba piloto y frenos, módulo de control electrónico de implementos, palancas de control e interruptor de cierre o traba de implementos Sistema Hidráulico Principal: Válvula de control principal, cilindros auxiliares, cilindro de inclinación o volteo, cilindros de levante, válvula de alivio principal y bomba de implementos Sistema de Control de Acarreo Amortiguado (Ride Control): Cilindro de inclinación, cilindro de levante, válvula diversora de acarreo y acumulador de acarreo Sistema de Límites de Levante (Kickout System):Válvula piloto (múltiple piloto), sensor de posición de levante, interruptor de posición del cucharón, palanca de control de implementos y Módulo de Control Electrónico ECM Sistema de mando del ventilador: Válvula de desviación de aceite del enfriador, enfriador de aceite hidráulico, filtro hidráulico, bomba del ventilador y motor del ventilador

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Componentes Hidráulicos Comunes El tanque (1) esta en el lado derecho de la máquina, tiene un nivel (2), el tapón de llenado (5), una válvula de alivio respirador (3), y un drenaje tipo ecológico, el filtro (4) esta sobre el tanque en la línea de retorno del ventilador

La bomba piloto y freno (1) esta en la parte posterior de una bomba de dos secciones de paletas, están debajo de la cabina, la bomba de implementos (2) esta al frente, la entrada de aceite es común para ambas (3) con dos salidas independientes, también se ven las bombas de dirección (4) y de transmisión (5), todas montadas en línea unidas al convertidor de torque

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Sistema de Control Electrónico de Implementos La válvula piloto (1) esta entre los brazos de levante detrás de la válvula de control de implementos en el bastidor frontal de la máquina, el aceite de la bomba entra por (2), este banco tiene nueve válvulas, la válvula de enlace Shuttle (3), la reductora de presión (4), cuatro válvulas solenoides proporcionales (5) para las funciones de implementos, la válvula solenoide piloto ON / OFF (6) y el tapón de prueba del Ride Control (7)

El ECM de Implementos esta en el lado derecho posterior de la cabina, se accede sacando el panel del piso (parte inferior), el conector de diagnostico para la herramienta de servicio electrónico esta en el panel de fusible (a la derecha), también se ve el ECM de la transmisión (al fondo)

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Sistema Hidráulico Principal

Las dos palancas de control están al frente del brazo derecho del operador, estas palancas mueven un sensor de posición que envía un pulso de nacho modulado PWM al ECM de implementos y este envía una señal modulada a la válvula solenoide proporcional en la válvula piloto, esta señal regula la cantidad de aceite piloto que mueve la válvula de control principal que dirige el aceite de la bomba a los cilindros El interruptor de bloqueo piloto al lado de las palancas cierra el paso de aceite al sistema piloto en OFF y permite su funcionamiento en ON sí la llave de encendido esta en ON también La válvula de control principal (1) esta entre los brazos de levante al frente de la máquina, tiene el carrete de levante (2), el de inclinación (3), la válvula de alivio principal (4) y las válvulas de alivio de línea de volteo o inclinación del cucharón (5)

Estos son los cilindros de levante, el de inclinación y la estructura de acople de barras en Z

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Sistema de Control de Acarreo (Ride Control): Consta del cilindro de inclinación, los cilindros de levante, válvula diversora de acarreo y acumulador de acarreo Este sistema opcional absorbe las fuerzas del cucharón que se producen al mover la máquina sobre un terreno irregular, el acumulador mostrado esta frente a las articulaciones, esta cargado a nitrógeno, el aceite mueve un piston contra el nitrógeno, esto absorbe las fuerzas que de otra manera serían transferidas a la máquina amortiguando los efectos de acarreo en terrenos irregulares

La válvula diversora del ride control esta al frente de la válvula de control principal, esta controla el flujo de aceite al acumulador, al frente a la izquierda esta la válvula solenoide ON OFF y al centro la válvula de alivio

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Sistema de Límite de Levante (Kickout System) Consiste de un sensor de posición de levante (al centro), interruptor de posición del cucharón, el interruptor de límite de levante, la bobina de detención de la palanca de control y el Módulo de Control Electrónico ECM de implementos

El sensor de posición esta en el lado derecho del bastidor de carga, cuando el operador mueve el control de levante a FULL RAISE levante total, la bobina de detención mantiene la palanca en una posición trabada, como el cucharón empieza a subir, el sensor de levante envía su señal PWM al ECM esto le da a la computadora información de la posición del brazo de levante Al llegar la altura a una posición preestablecida, el ECM desactiva el solenoide de la palanca y esta regresa automáticamente a la posición de mantener HOLD y el cucharón se detiene, la operación es idéntica para bajar el cucharón, también tiene limites. El posicionador del cucharón tiene dos componentes, un imán (1) montado en el pasador que conecta la barra Z al extremo de varilla del cilindro de inclinación y el interruptor de posición del cucharón (2) montado al final de un tubo (3) que prolonga al cilindro de inclinación TILT Cuando el operador mueve el control a TILT BACK o recoger el cucharón, la bobina en la palanca de control la mantiene trabada, el cucharón retrocede y el magneto (1) se mueve hacia delante hacia el interruptor (2), al activarse el interruptor el ECM desactiva la bobina y la palanca de control regresa a HOLD o neutro, el cucharón deja de retroceder

El operador puede atacar el material y cargar el cucharón para luego elevarlo a una altura optimas para la descarga son solo mover dos palancas a sus topes

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SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE IMPLEMENTOS El ECM de implementos recibe señales de varios sensores, toma decisiones y envía señales a las válvulas solenoides, también se comunica con otros ECM por el CAT Data Link

Componentes: Lift lever position sensor: Señal al ECM de la posición de la palanca de control de levante. Tilt lever position sensor: Señal al ECM de la posición de la palanca de control de rincipal Auxiliary lever position sensor: Señal al ECM de la palanca auxiliar Lift position sensor: Señal al ECM de la posición de los brazos de levante Bucket positioner rinci: Señal al ECM de la posición del rincipa Implement lockout rinci: Señal al ECM que deshabilita los implementos Kickout set rinci: Usado para graduar los límites de posición del rincipa. Implement function select rinci: Proporciona una tercera función rincipal cuando la máquina tiene controles de dos ejes joystick. Options code plug: Señal al ECM que le dice que implementos opcionales estan instalados Pilot on/off solenoid valve: Usada para dishabilitar o habilitar el sistema piloto rincipal Tilt linkage dump proportional solenoid valve: Dirige aceite piloto a la válvula de control rincipal Tilt linkage tilt back proportional solenoid valve: Dirige aceite piloto a la válvula de control rincipal Lift linkage raise proportional solenoid valve: Dirige aceite piloto a la válvula de control rincipal Lift linkage lower proportional solenoid valve: Dirige aceite piloto a la válvula de control rincipal Auxiliary lever rearward proportional solenoid valve: Dirige aceite piloto a la válvula de control rincipal Auxiliary lever forward proportional solenoid valve: Dirige aceite piloto a la válvula de control principal

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El ECM energiza la válvula piloto ON / OFF (1) y las válvulas proporcionales (2), también los solenoides de traba de inclinación del cucharón TILT BACK (1), LIFT RAISE (2) LIFT LOWER (3)

El interruptor de límites de levante (Kickout Set Swich) a la derecha determina los límites, lleve el cucharón a la altura deseada, deje la palanca de control en HOLD y presione el interruptor, esto grabara la altura en el ECM, es similar para ambos límites

SISTEMA DE CONTROL ELECTRÓNICO DE DIAGNOSTICO Todas las fallas son detectadas en el ECM y mostradas en la pantalla del modulo del centro de mensajes del Sistema de Monitoreo Caterpillar (centro)

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El Caterpillar Monitoring System Message Center Module en el modo de Servicio (Mode 3)cuando no existen fallas muestra tres líneas discontinuas

Aquí se muestran los códigos de falla, consiste del Module Identifier (MID) seguido del Component Identifier (CID) y el Failure Mode Identifier (FMI). El MID indica que módulo diagnostica la falla, el MID 82 es el ECM de implementos, estos datos están en el plano eléctrico, el CID nos dice que componente fallo, CID 356 es el circuito del solenoide de descarga dump del cucharón, el FMI es el tipo de falla FMI 105 es circuito abierto o corriente debajo de lo normal Cuando el indicador de código de servicio SERV CODE esta encendido ON la falla esta presente, si esta en OFF la falla ya no esta presente en la máquina

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LECCION 3.2 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA SISTEMA DE IMPLEMENTOS La válvula piloto o múltiple de aceite esta en la posición HOLD detenida Esta válvula es de centro cerrado, el aceite de la bomba piloto entra a esta válvula de control electro hidráulico a través de la válvula reductora de presión Cuando el motor esta en alta velocidad en vacío y el aceite a su temperatura de operación, la válvula reductora reduce a 3450 +/- 200 kPa (500 +/- 30 PSI)

El aceite mueve la válvula de enlace Shuttle, esta válvula bloquea el aceite de baja presión de la válvula reductora del cilindro de levante, esta otra válvula reductora reduce la presión desde el cilindro de levante a 2070 +/- 200 kPa (300 +/- 30 PSI) el aceite desde la bomba piloto pasa la válvula Shuttle hacia la válvula solenoide ON / OFF, esta bloquea el aceite si su solenoide esta en OFF (el interruptor de bloqueo piloto esta cerrado OFF), si el interruptor se pone a Desbloqueo y una palanca se mueve, el ECM energiza el solenoide de la válvula ON / OFF y el aceite llega a las válvulas proporcionales. Pero si las palancas están en neutro HOLD, el ECM mantiene des energizado la válvula ON / OFF

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Cuando la palanca de inclinación es movida a recoger el cucharón TILT BACK, el sensor de la palanca de control envía su señal al ECM, este analiza las señales y envía ordenes a los solenoides de la válvula ON / OFF y solenoide proporcional de TILT BACK, la presión que envía el carrete de la válvula piloto de inclinación es proporcional al movimiento de la palanca y mueve el carrete principal de la válvula de control de dirección del cilindro de inclinación

Sistema Hidráulico Principal Aquí se muestra la válvula principal en la posición mantener HOLD, el aceite desde la bomba pasa la válvula de alivio principal, en neutro el aceite regresa al tanque, cuando el ECM envía ordenes a la válvula de control piloto y esta envía aceite piloto, este mueve los respectivos carretes principales de los cilindros de trabajo

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LECCION 3.3 EVALUACION DE SISTEMAS Esquemas Hidráulicos de Implementos

En la posición de mantener HOLD la válvula reductora de presión regula la presión a 3450 +/- 200 kPa (500 +/- 30 PSI) el aceite pasa la válvula ON / OFF y queda a la espera en las válvulas solenoides proporcionales

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Al mover la palanca de control a TILT BACK o recoger el cucharón, el ECM ordena al solenoide proporcional abrir y aceite fluye hacia el extremo de cabeza del cilindro de inclinación, aceite del extremo del vástago del cilindro de TILT regresa al tanque, la válvula de retención de carga Load Check Valve bloquea aceite desde el cilindro para prevenir que el cucharón se descargue o mueva cuando se pasa de la posición HOLD a TILT BACK Las válvulas de compensación (make up) del extremo de varilla del cilindro permiten al aceite regresar desde el circuito de retorno o del mismo tanque hacia la cámara del vástago cuando su presión decrece 14 kPa (2 PSI) menos que la presión de retorno previniendo la cavitación cuando descargamos el cucharón TILT DUMP En HOLD las válvulas de alivio de línea protegen el circuito de presiones excesivas externas como golpes, normalmente están reguladas a presiones mayores que la válvula de alivio principal, pero estas válvulas de línea del Tild están a una presión menor Cuando los brazos de levante son elevados y el cucharón esta en descarga DUMP, los brazos no alcanzan su máxima altura hasta que los eslabones Z extiendan el cilindro de inclinación, la válvula de alivio de línea del extremo de varilla debe abrir permitiendo extender el cilindro de inclinación, por eso esta regulada a una menor presión que la válvula de alivio principal. Si no fuera así, la válvula de alivio principal abriría antes sin dejar que los cilindros de levante lleguen a su máxima altura

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Con la palanca de control en flotación, el carrete de levante esta en la misma posición que en bajada LOWER, el ECM aumenta la presión piloto al carrete del cilindro de levante para bajar el cucharón, esto abre la válvula de flotación, el aceite que estaba atrapado desde la válvula de compensación del cilindro de levante (a igual presión que la bomba) descarga al tanque, el aceite de la bomba que era bloqueado por esta make up tiene un camino por un orificio restrictor ubicado en la válvula make up, este efecto abre la válvula de compensación y el aceite de la bomba va al tanque (una válvula check piloteada que abre cuando desaparece su presión piloto), con ambos extremos del cilindro de levante conectados al tanque el cucharón flota o se mueve libre sobre el terreno

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El peso del cucharón crea una presión que es reducida en la válvula reductora de presión de levante a 2070 kPa (300 PSI) el motor diesel esta apagado pero con la llave de encendido haciendo contacto la válvula solenoide ON / OFF se puede abrir, la mover la palanca a LOWER existirá aceite piloto para mover el carrete de levante del cucharón a la posición de bajada, la válvula make up permite este movimiento

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Material del Estudiante MODULO 3

El sistema de Ride Control o acarreo permite tres posiciones al operador ON, OFF y AUTO, el automático se activa la velocidad de acarreo o movimiento con carga supera los 9.7 km/h (6 mph) y desactiva cuando baja de 8.8 km/h (5.5 mph), ON también activa el solenoide del ride control conectando las cámaras del pistón de los cilindros de levante con el acumulador, esto absorbe los impactos del movimiento, en OFF la presión en el acumulador y las cámaras del pistón son iguales pero menos flujo pasa por el orificio no ocurriendo ningún efecto amortiguador, cuando se activa la descarga del cucharón TILT DUMP esa presión cierra la válvula de corte (tilt dump cutoff valve) cerrando completamente al acumulador, evitando que su presión mueva bruscamente los cilindros de levante

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Material del Estudiante MODULO 3

ANEXO 3.1: SISTEMA PILOTADO ELECTRO HIDRAÚLICO EN UN CAMION .

LABORATORIO DE CLASE

LABORATORIO DE CAMPO

MATERIAL NECESARIO

•

Identificar en las vistas a los componentes principales del Sistema de Levante utilizando el Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema Hidráulico SENR1504 y la Hoja de Trabajo en Clase y Campo N° 5.1.

•

Trazar el flujo de aceite del sistema levante utilizando el Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema Hidráulico SENR1504 y la Hoja de Trabajo en Clase y Campo N° 5.2. Discutir sobre su funcionamiento luego de leer el texto de referencia “SISTEMA DE HIDRAULICO DE LEVANTE”.

•

Ubicar los puntos de prueba y discutir sobre las pruebas a realizarse en el Sistema de Levante y los posibles resultados y ajustes utilizando el Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema Hidráulico SENR1504 y la Hoja de Trabajo en Clase y Campo N° 5.3.

•

Identificar en la máquina a los componentes principales del Sistema de Levante utilizando el Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema Hidráulico SENR1504 y la Hoja de Trabajo en Clase y Campo N° 5.1.

•

Realizar el seguimiento del flujo de aceite del Sistema de Levante utilizando el Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema Hidráulico SENR1504 y la Hoja de Trabajo en Clase y Campo N° 5.2.

•

Realizar las pruebas y ajustes necesarios al Sistema de Levante utilizando el Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema Hidráulico SENR1452 y la Hoja de Trabajo en Clase y Campo N° 5.3.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Camión 793C Serie 4GZ / ATY Caja de Herramientas 6V-7830 Tetragauge Manómetro de 5000 PSI Cronómetro Regla Metálica Lap Top con ET 7X1700 Communication Adapter / 171-4400 Communication Adapter II Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema Hidráulico SENR1504-01 jan-2000 Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema de Control Electrónico del Tren de Fuerza SENR1502-01 dec-1999 Hojas de Trabajo en Clase y Campo N° 5.1, 5.2 y 5.3

•

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Material del Estudiante MODULO 3

Hoja de Trabajo en Clase y campo N° 3.1 COMPONENTES DEL SISTEMA DE LEVANTE MATERIAL NECESARIO

_ _

Camión 793C Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema de Levante SENR1504

PROCEDIMIENTO 1.

Ubique los componentes indicados con la ayuda del Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema de Levante SENR1504 y un Camión 793C.

2

_

1

_

Tomas de Presión de Levante Bombas de Levante

4GZIF003 Fig. 5.1.- Componentes del Sistema de Levante.

2 _

1

_ _

3

Rejillas de Levante Válvula de Control de Levante Switch de Derivación de las Rejillas de Levante

4GZIF004

Fig. 5.2.- Componentes del Sistema de Levante.

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Material del Estudiante MODULO 3

_

3

4

_

1

2 5 _

6

_ _ 4GZIF005

_

Válvula de Alivio de Bajada Puerto de Prueba de Presión de Aceite de Enfriamiento de Frenos Aceite de las Bombas Válvula de Alivio de Levante Válvula Check de Carga Hacia el Tanque

Fig. 5.3.- Componentes del Sistema de Levante.

_ _

7

8 6

5

_

_

4 4GZIF006

3 1

Fig. 5.4.- Componentes del Sistema de Levante.

2

_ _ _ _

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Puerto de Levante Solenoide de Levante Hacia el Enfriador de Frenos Delanteros Válvula de Alivio del Aceite de Enfriamiento de Frenos Delanteros Solenoide de Bajada Válvula Contrabalance Puerto de Bajada Puerto de prueba de presión de señal de la Válvula Contrabalance

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Material del Estudiante MODULO 3

TEXTO DE REFERENCIA • FUNCIONAMIENTO DEL CONTROL PILOTO SISTEMA HIDRAULICO DE LEVANTE 4GZID003

Fig. 5.5.- Circuito Hidráulico del Sistema de Levante

El tanque del sistema de levante también suministra aceite a los sistemas de frenos. El sistema hidráulico de levante es alimentado por una bomba de dos secciones ubicada en la parte posterior del mando de bombas. El aceite pasa luego hacia las rejillas de levante, de donde se dirige hacia la válvula de levante. La válvula de levante se encarga de dirigir al aceite hacia los cilindros de levante. Para esto cuenta con un sistema pilotado controlado por los solenoides de levante y de bajada. El aceite piloto proviene de la bomba de liberación del freno de parqueo. Los cilindros de levante son telescópicos con el extremo de cabeza de los cilindros hacia arriba. Durante el desplazamiento de la máquina (mientras no se utiliza el sistema de levante), el aceite que llega a la válvula, se dirige hacia el sistema de enfriamiento de frenos delanteros. El aceite que sale de la válvula de levante se une al aceite proveniente de la válvula de alivio de liberación del freno de parqueo y se dirige a los filtros de enfriamiento de frenos delanteros, pasando de ahí a la válvula diverter del enfriador de frenos delanteros, que determina si el aceite pasa por el enfriador o se dirige directamente a los frenos delanteros para enfriarlos. El aceite retorna al tanque proveniente de los frenos delanteros.

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Material del Estudiante MODULO 3

4GZID002 SOLENOIDE DE BAJADA

VALVULA DE CONTROL DE LEVANTE

PRESION DE LIBERACION DEL FRENO DE PARQUEO

POSICION FIJA

VALVULA DE ALIVIO DE ENFRIAMIENTO DE FRENOS DELANTEROS

AL TANQUE

AL EXTREMO DE CABEZA DE LOS CILINDROS

VALVULA CHECK DE CARGA

AL EXTREMO DE VASTAGO DE LOS CILINDROS VALVULA DE ALIVIO DE BAJA PRESION VALVULA DE ALIVIO DE ALTA PRESION

MUESCA DE PASE DEL EXTREMO DEL VASTAGO

VALVULA CONTRABALANCE AL ENFRIADOR DE FRENOS DELANTEROS

CARRETE DE SEÑAL DE LA VALVULA DE ALIVIO DE DOS VALORES INGRESO DE ACEITE AL ENFRIADOR DE FRENOS DELANTEROS

PRESION DE LIBERACION DEL FRENO DE PARQUEO

SOLENOIDE DE LEVANTE

Fig. 5.6- Válvula de Levante

El sistema de levante es controlado por el operador mediante la palanca de levante, con la cual el operador tiene 4 opciones: LEVANTE, FIJA, FLOTANTE y BAJADA, con lo cual se controla la posición del carrete direccional en la válvula de levante. Se muestra una vista transversal de la válvula de levante en la posición FIJA. La presión piloto proveniente del sistema de liberación del freno de parqueo se dirige a ambos extremos del carrete direccional. El carrete se mantiene en una posición central por la acción de los resortes de centrado y el aceite piloto. Los pasajes en el carrete direccional liberan el carrete de señal de la válvula de alivio de dos niveles al tanque. Todo el aceite de la bomba de levante fluye a través de los enfriadores de frenos delanteros hacia los paquetes de freno delanteros. Los solenoides controlan la posición del carrete de acuerdo a los requerimientos del operador, sin embargo, existe una posición física adicional en la válvula sobre la cual el operador no tiene control. Esta posición se conoce como SNUB. Esta posición disminuye la velocidad de bajada de la tolva, permitiéndole posarse suavemente sobre el camión sin producir impactos. Esta posición se ejecuta automáticamente cuando la tolva está bajando y llega a los 10° de inclinación (varía hasta los 3°) La válvula de levante cuenta con dos válvulas de alivio, una para levante cuya presión de apertura es de 3000 PSI y una de bajada con una presión de 500 PSI. Esto quiere decir que durante el levante, la presión es mucho mayor que durante la bajada o en las otras posiciones. Si se coloca un manómetro en las tomas de presión del sistema de levante mientras que la válvula de levante está en la posición FIJA, se leerá en este el valor de la presión del sistema de enfriamiento de frenos, que es el resultado de la restricción en los enfriadores, frenos y mangueras (normalmente mucho menor que el valor de apertura de la válvula de alivio) El valor de apertura de la válvula de alivio de enfriamiento de frenos es 790kPa (115 PSI)

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4GZID007

La válvula de contrabalanceo instalada en la válvula de levante, es mantenida abierta por la presión de levante de los cilindros; esta empieza a cerrarse si la presión de levante cae por debajo de 6900kPa (1000 PSI), ocasionada por un cambio repentino de carga, durante la descarga. Esto restringe el flujo de aceite del extremo de vástago de los cilindros de levante para disminuir la velocidad de desplazamiento de los cilindros y prevenir la cavitación.

Fig. 5.7.- Válvula Contrabalance

La cavitación en los cilindros de levante puede ocasionar que la tolva caiga repentinamente cuando la palanca de levante se mueve de la posición de LEVANTE a la posición de BAJADA con el camión saliendo de la pila de descarga. El camión debe operarse normalmente con la palanca de levante en la posición FLOTANTE. El desplazarse con la palanca de levante en la posición FLOTANTE asegura que el peso de la tolva está apoyado en el bastidor y en los PADs, y no en los cilindros de levante.

anotaciones

Los cilindros de levante son telescópicos. La etapa interna es de doble efecto, es decir se extiende y se retrae con presión de aceite. Sin embargo, la etapa externa es de simple efecto, ya que se extiende con presión de aceite y se retrae con el peso de la tolva. La velocidad de desplazamiento del cilindro en este caso (bajada de la tolva) depende de la restricción a la salida de aceite del extremo de cabeza del cilindro.

4GZID009 Fig. 5.8.- Cilindros de Levante

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Hoja de Trabajo en clase y Campo N° 3.2 FLUJO DE ACEITE DEL SISTEMA DE LEVANTE MATERIAL NECESARIO

_ _

Camión 793C Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema Hidráulico SENR1504

PROCEDIMIENTO 2.

Identifique los componentes y trace el flujo del sistema de levante y luego realice el seguimiento respectivo en la máquina con la ayuda del Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema Hidráulico SENR1504 y un camión 793C

4

3

2

5 1

7

6

4GZMD013

Fig. 5.9.- Componentes del Sistema de Levante

_ _ _ _

Tanque Hidráulico Filtros de Enfriamiento de Frenos Delanteros Rejillas de Levante Cilindros de Levante

_ _ _

Bomba de Levante Enfriador de Frenos Delanteros Válvula de Control de Levante

anotaciones

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Material del Estudiante MODULO 3

4GZID005 Fig. 5.10.- Circuito Hidráulico del Sistema de Levante

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Válvula Contrabalance Bombas de Levante Cilindros de Levante Válvula de Liberación del Freno de Parqueo Rejillas de Levante Switch de las Rejillas Válvula de Alivio de Levante Filtro de Retorno Tanque Hidráulico Cuerpo de Descarga

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_ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Solenoide de Levante Aceite Piloto Válvula Check de Carga Válvula de Alivio de Enfriamiento de Frenos Válvula Check de Carga Válvula de Levante Válvula de Alivio de Bajada Orificios Al Enfriador de Frenos Delanteros Solenoide de Bajada

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Material del Estudiante MODULO 3

Texto de Referencia SISTEMA ELECTRONICO DE CONTROL DE LEVANTE

4GZIF001 Fig. 5.11.-Palanca de Levante

El Sistema de Levante en los camiones grandes es controlado electrónicamente por el ECM de la Transmisión. El sistema de control tiene cuatro posiciones de operación: LEVANTE, FIJA, FLOTANTE, y BAJADA. La palanca retorna automáticamente a la posición FIJA cuando se suelta la posición de LEVANTE y a posición FLOTANTE cuando se suelta la posición de BAJADA. En la palanca de levante hay un sensor de posición digital (PWM) que envía la información al ECM, que permite no solamente levantar y bajar la tolva sino además Neutralizar la Transmisión en Reversa e iniciar un nuevo Ciclo de Carga. El sistema de levante tiene dos modos que no permitirán al ECM cumplir con los requerimientos del operador. El sistema se colocará en posición FIJA si ocurre una de las siguientes condiciones: • Luego que se energiza el sistema, la palanca se coloca en posición FIJA por 2 segundos. • Luego de encender la máquina, el sistema se coloca en posición fija por los primeros 2 segundos. • Luego que el relé de arranque se energiza, el sistema se coloca en posición fija por los primeros 2 segundos. • Si el ECM detecta una falla activa en la palanca de levante. • El sistema no responde cuando cualquier combinación de fallas con los solenoides se presenta, debido a esto el sistema ya no responde a los requerimientos del operador (se anula el control). • Si el motor está apagado

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Material del Estudiante MODULO 3

Los solenoides de LEVANTE y BAJADA están siempre recibiendo 300 milivoltios aproximadamente a una frecuencia de 80 HZ cuando están en cualquier posición excepto FIJA. La excitación se usa para mantener los solenoides listos para una respuesta rápida. Cuando el ECM recibe una señal de entrada del sensor de la palanca de levante, este envía una señal de corriente entre 0 y 1,9 Amperios hacia uno de los solenoides. La cantidad de corriente enviada al solenoide determina la cantidad de aceite piloto que se drena del extremo del carrete direccional y, por tanto, la distancia que se desplaza el carrete direccional hacia el solenoide. En la posición de LEVANTE, el solenoide de LEVANTE se energiza y drena presión piloto del extremo inferior del carrete direccional al tanque. El carrete direccional se mueve hacia abajo. En la posición de BAJADA, el solenoide de BAJADA se energiza y drena presión piloto del extremo superior del carrete direccional al tanque. El carrete direccional se mueve hacia arriba. En la posición FLOTANTE, el solenoide de BAJADA se energiza parcialmente y drena parte de la presión piloto sobre el carrete direccional al tanque. El carrete direccional se mueve hacia arriba. Debido a que la presión piloto es drenada sólo parcialmente, el carrete direccional no se mueve hacia arriba tanto como durante la BAJADA. Justo antes de que la tolva haga contacto con el bastidor, el sensor de posición de la tolva envía una señal al ECM de la transmisión para mover el carrete de la válvula a la posición SNUB. En la posición SNUB, el carrete de la válvula se mueve ligeramente para restringir el flujo de aceite y bajar la tolva suavemente. El sensor de posición de la tolva es digital (PWM) Una varilla de 360 mm une al sensor con la tolva y conforme esta se levante, la varilla hace girar al sensor, generando la señal respectiva. La señal del sensor de posición de la tolva sirve para controlar la Marcha Límite con la Tolva Levantada, la activación del SNUB, indica el inicio de un nuevo conteo de carga (luego de 10 segundos en la posición de LEVANTE), encender el indicador de Tolva Levantada y activar los avisos de Tolva Levantada en el VIMS. Para la BAJADA de la tolva con el motor apagado se requiere presión piloto. La bomba de remolque se puede usar para suministrar aceite piloto. Haga lo siguiente: • Coloque la llave de encendido en la posición ON para que el motor de remolque y los solenoides de levante puedan ser energizados. • Mueva la palanca de levante a la posición de LEVANTE por 15 segundos, luego a la posición FLOTANTE. • Presione el interruptor de retracción de frenos en el panel. Para el LEVANTE de la tolva con el motor apagado conecte una Unidad de Potencia Auxiliar (APU) a los cilindros de levante. Siga el mismo procedimiento utilizado para bajar la tolva con el motor apagado, excepto el mantener la palanca de levante en LEVANTE luego del intervalo de 15 segundos.

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PRUEBAS DE DIAGNOSTICO MATERIAL NECESARIO

_ _ _ _ _ _ _

Camión 793C Caja de Herramientas 6V-7830 Tetragauge Manómetro de 5000 PSI Cronómetro Regla Metálica Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema Hidráulico SENR1504.

PROCEDIMIENTO 3.

Realice las pruebas de presión del sistema de levante y luego llene la tabla de resultados con la ayuda Manual de Operación de Sistemas, Pruebas y Ajustes del Sistema Hidráulico SENR1504 y un camión 793C. Discuta los resultados.

Tabla 5.1- Pruebas Generales del Sistema de Levante

Datos Generales N° Serie de la Máquina Horómetro de la Máquina (VIMS) Fecha Pruebas Generales Descripción El tiempo para el corriemiento depende de la temperatura del aceite. Los tiempos de Bajada no están especificados

Especificación Valor Leído

Temperatura de Aceite de Levante DURANTE LAS PRUEBAS

Corrimiento de Cilindros LEVANTAR 12” - TIEMPO DE CAIDA DE 6.40 mm

Tiempo de Ciclo de Levante ALTA – TOLVA VACIA

> 38°C < 121°C 4.4 min @ 66°C 19 seg.

Tiempo de Ciclo de Bajada ALTA – TOLVA VACIA

Tiempo de Ciclo de Bajada en Flotante ALTA – TOLVA VACIA

Presiones de las Válvulas de Alivio EN ALTAS RPM

Presión Alta LEVANTE

Presión Baja ULTIMA ETAPA DE BAJADA

Alivio de Enfriamiento de Frenos Delanteros BAJA EN VACIO

20370 a 21070 kPa (2955 a 3055 PSI) 3450 a 3800 kPa (500 a 550 PSI) 790 ± 20 kPa (115 ± 3 PSI)

anotaciones

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Módulo 4 SISTEMA DE DIRECCIÓN “COMMAND CONTROL”

DESARROLLO TÉCNICO JUNIO, 2004

DMSE0020-2004C Preparado por ESCH y JGR

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Material del Estudiante MODULO 4

MODULO 4: SISTEMA DE DIRECCION CON COMANDO DE CONTROL En el presente módulo estudiaremos el funcionamiento de un sistema de dirección que usa una válvula piloto de dirección conocida como Command Control

ÍNTRODUCCIÓN Cuando una máquina esta equipada con el Sistema de Dirección con Comando (en vez de una HMU) la velocidad de giro es directamente proporcional a la posición de la válvula piloto de dirección, en las otras máquinas con HMU la velocidad de giro es directamente proporcional a la velocidad de giro de la volante de dirección.

OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Identificar los componentes de un sistema de dirección con Comando de Control 2. Explicar el funcionamiento de un sistema de dirección con Command Control 3. Seguir el flujo de aceite hidráulico en el esquema del sistema de dirección con Comando de Control en todas sus posiciones 4. Realizar los procedimientos de pruebas y ajustes del manual de servicio con una efectividad del 100%

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Material del Estudiante MODULO 4

LECCIÓN 4.1: COMPONENTES DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN CON COMANDO DE CONTROL (COMMAND CONTROL) Los cargadores como el 950 tienen este sistema

En este cargador 962G se muestran sus componentes, la bomba del sistema de dirección esta montada en el grupo de bombas debajo de la cabina al lado derecho de la máquina, esta bomba de pistones axiales de desplazamiento variable detecta la presión y el flujo requerido por el sistema por la línea de señal (2) conectada a la válvula compensadora (3), esta controla el flujo de la bomba y limita la máxima presión, la línea de suministro desde el tanque (4) y el drenaje (5) también se observan

La válvula de control de dirección (1) esta unida a la estructura sobre el tanque al lado derecho, es la encargada de dirigir el flujo de aceite a los cilindros de dirección, contiene el carrete direccional, la válvula de alivio de respaldo “back up” (2), válvula reductora de presión (3) que disminuye la presión de la bomba de dirección para usarla como otra fuente de aceite piloto, si la bomba de dirección falla existe la bomba secundaria de dirección que suministra aceite a la válvula de control de dirección, también se ve la descarga al tanque (4), el ingreso de aceite desde la bomba (5) y el puerto de prueba de presión piloto (6)

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Material del Estudiante MODULO 4

Los cilindros de dirección están montados a cada lado de la máquina entre el bastidor delantero y bastidor posterior, la válvula de control de dirección dirige el aceite al extremo de cabeza de un cilindro y el extremo del vástago del otro cilindro causando la articulación de la máquina.

Una válvula de alivio cruzada protege al sistema de los golpes, si al girar el cargador hace contacto con un objeto y la presión excede la regulación de estas válvulas, se abren conectando la zona de mayor presión con la de menor presión Sistema de dirección secundario Una bomba de dirección secundaria opcional (1) y un motor está montados en el lado izquierdo del bastidor inferior, la válvula diversora (2) está montada cerca. La bomba de dirección primaria envía aceite a la válvula diversora, el interruptor de presión primario (3) esta montado en la válvula, cuando ocurre una falla en la bomba primaria o el motor diesel, el interruptor se cierra activando una Advertencia de categoría 3, el operador debe detener la maquina y apagar el motor

Con un milisegundo de retraso, el rele de la bomba de dirección secundaria y motor se energizan, el interruptor de presión secundario (4) se cierra encendiendo una señal para que el operador reduzca la acción de giro, el aceite de esta bomba opcional fluye por la válvula diversora hacia la válvula de control de la dirección que lo usa como aceite piloto.

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Componentes del Sistema Piloto de Dirección

La volante de dirección y la columna de dirección están mecánicamente conectados, la columna se une al eje de dirección debajo del piso de la cabina, en el centro de la volante esta la perilla de altura, girándola contra el sentido del reloj permite graduar la volante a una altura adecuada para el operador, mover la perilla detrás de la volante contra-reloj permite graduar la posición de inclinación de la columna

La columna de dirección esta unida al eje de dirección que esta dentro de un tubo, al final de este otra unión conecta el eje a la válvula piloto

Estas uniones llamadas de velocidad constante son mejores que las uniones universales, reducen los esfuerzos, la respuesta es más suave y mejora el control de manejo

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Material del Estudiante MODULO 4

La válvula piloto esta empernada al bastidor frontal, la volante y la columna de dirección están en el bastidor posterior, el eje de dirección conecta la columna al eje de entrada de la válvula piloto, esta configuración permite al eje de la válvula piloto pivotear como la máquina gira

Los componentes principales de la válvula piloto son el eje de entrada, la válvula de control direccional y la válvula reguladora de presión

Se ve el conjunto de la válvula piloto por detrás, por delante retirando la tapa tenemos el eje de entrada que ha sido retirado La válvula reguladora controla la presión y es movida por el extremo rectangular al final del eje que actúa como leva, en el mismo eje también esta la válvula de control direccional, cuando la volante de dirección gira, la leva y la válvula de control direccional también lo hacen en la misma dirección

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Con el motor diesel encendido ON, la volante en la posición central CENTER y la válvula piloto en la posición de mantener HOLD El eje de entrada a la válvula piloto de dirección esta unido por unas estrías a la válvula de control direccional interna, en la posición HOLD esta válvula de control direccional bloquea el aceite piloto hacia la válvula principal de control direccional, ambas puertas de la válvula principal de dirección están abiertas a tanque. En la máquina ambos bastidores delantero y posterior están alineados y la máquina viaja en línea recta

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Material del Estudiante MODULO 4

Al mover la volante a la derecha, todo el conjunto también lo hace (columna, eje, eje de entrada, leva y la válvula de control direccional interna) La leva (cam) mueve el embolo (plunger) contra el resorte y el carrete de la válvula reguladora de presión, al moverse el carrete el aceite piloto incremente su flujo entre el mismo carrete y el cuerpo de la válvula funcionando como un orificio, la presión de aceite piloto es proporcional al movimiento del embolo y el carrete Girar más la volante de manejo incrementa la presión piloto y la velocidad del sistema de dirección, con la volante completamente girada la presión piloto debe tener como mínimo 1650 kPa (240 PSI) En la figura se conectan “to steering control valve” con “pilot oil”, y “from steering control valve” con “tank”, el aceite piloto llega a la válvula principal de dirección para un giro a la derecha, el retorno fluye al tanque, el aceite de la bomba principal de dirección llega a los cilindros y el bastidor de la máquina se articula a la derecha.

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Como el bastidor gira a la derecha, la válvula piloto de dirección (sección AA1) también gira a la derecha, la unión de velocidad constante permite al eje pivotear como la máquina se articula, la máquina continua su giro hasta que los pasajes en la válvula piloto son realineados en la posición HOLD (sección AA-2), en este punto el aceite piloto es bloqueado hacia la válvula principal de dirección, los pasajes de esta válvula principal de dirección son abiertos al tanque. El resorte regresa la válvula de control piloto a la posición mantener HOLD cuando la máquina termina de girar

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LECCIÓN 4.2: FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA Los componentes del sistema son:

Bomba de Dirección (steering pump): envía aceite desde el tanque a la válvula de control de dirección Válvula de Control de Dirección (steering control valve): Controla el flujo de aceite de la bomba a los cilindros de dirección, tiene más componentes internos: • • • • • •

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Válvula de alivio de respaldo (Back-up relief valve); proteje el sistema de una excesiva presión si una ocurre una falla en el compensador de la bomba Válvula Reductora de Presión (Pressure reducing valve); reduce la presión a 2070 ± 200 kPa (300 ± 29 psi) y envía baja presión a la válvula piloto Carrete direccional (directional spool); dirige el flujo de aceite a los cilindros de dirección Válvula de alivio cruzada (cylinder crossover relief valve); limita la maxima presión en los cilindros de dirección y mangueras cuando el carrete direccional esta en la posición mantener HOLD Válvulas de compensación (makeup ball check valves); permiten al aceite desde el tanque fluir a los cilindros cuando la presión de los cilindros es menor -Válvula de enlace (shuttle valve); permite a la mayor presión del cilindro servir como señal de presión a la válvula compensadora de presión de la bomba de dirección y la válvula diversora de dirección secundaria

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Material del Estudiante MODULO 4

Válvula de Enlace (Shuttle valve): Cuando el motor funciona, esta válvula permite que la mayor presión de 3500 ± 250 kPa (500 ± 35 psi) desde el sistema piloto de implementos llegar a la válvula piloto , Cuando el motor esta apagado y el sistema de dirección secundario esta encendido, esta válvula permite a la menor presión de 2070 ± 200 kPa (300 ± 29 psi) desde la válvula reductora de presión en la válvula de control de dirección suministrar aceite a la válvula piloto Válvulas Doble Check (double check valves): Evitan que el aceite piloto desde la válvula de control de dirección llegue a la válvula piloto, también proporciona un pasaje al tanque si el orificio amortiguador es tapado y el aceite piloto es atrapado detrás del carrete de la válvula de control de dirección. Válvula de Control Piloto (pilot control valve): envía aceite piloto para mover el carrete de la válvula principal de control de dirección Cilindros de Dirección (steering cylinders): Giran la máquina Válvulas de Neutralización (neutralizer valves): Bloquena el flujo de aceite piloto hacia la válvula principal de control de dirección cuando la maquina llega a sus topes en su articulación Orificio Amortiguador (cushion orifice): Proporciona un suave retorno del carrete direccional a la posición neutra HOLD Malla (screen): Protege el orificio amortiguador

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- 121 -

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Material del Estudiante MODULO 4

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Material del Estudiante MODULO 4

LECCIÓN 4.3 EVALUACION DE SISTEMAS SISTEMA DE DIRECCIÓN CON PALANCA DE MANDO “JOYSTICK” 7

8 2

1

6

6

3

5

8

4 12

9

10

11

13

El sistema de dirección esta compuesto por: Circuito de alta presión o principal Circuito de baja presión o piloto Circuito suplementario de dirección (no se muestra) Circuito de filtrado y enfriamiento El circuito de alta presión utiliza el tanque de dirección (13), de donde el aceite es succionado por la bomba de dirección (12) hacia los cilindros (11) Al accionar la válvula de dirección (10), el aceite a presión es enviado a los cilindros de dirección (11) para articular la maquina El circuito de baja presión o piloto utiliza aceite del tanque de dirección (13), succionado por la bomba piloto (1) hacia el filtro (2) y válvula de alivio piloto (3), donde se regula la presión de pilotaje. La presión regulada queda disponible para ser usada por la válvula piloto de dirección (7) La válvula piloto reduce la presión y la envía a la válvula principal (10), pasando a través de las válvulas neutralizadoras (6) y válvulas doble check (8) El aceite piloto a presión reducida controla el movimiento del carrete y la velocidad del giro de la maquina El circuito suplementario, utiliza una bomba impulsada por la transmisión, y actúa en caso de falla de la bomba principal. Es controlado por una válvula diverter ubicada en la válvula principal. Si falla la bomba piloto, se obtiene presión piloto del sistema a través de una válvula reductora de presión, ubicada en la válvula principal. El circuito de enfriamiento y filtrado es un circuito que toma el aceite de la bomba piloto, lo hace pasar por el filtro de piloto de dirección y frenos, y luego al enfriador de aceite ubicado a la derecha del motor

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Material del Estudiante MODULO 4

UBICACIÓN DE COMPONENTES Este laboratorio busca que el participante conozca la ubicación de los componentes principales del sistema.

1

3

2

4

5

6 7

11

8

9

10

Figura 6.2 . Ubicación de componentes

No Componente

No Componente

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Anotaciones adicionales:

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Material del Estudiante MODULO 4

INSTRUCCIONES Utilizando las hojas de trabajo y un Cargador 992G, identificar los componentes mostrados en las fotos a continuación BOMBA DE IMPLEMENTOS FIJA

1. _______________ 3

2. _______________

1 2

3. _______________

Figura 6.3

4. _______________

4

5. _______________

6. _______________ 5 6

Figura 6.4

7. _______________ 7

8

8. _______________ 9

9. _______________

Figura 6.5

FRENO DE PARQUEO

10. _______________

10

11. _______________ 11

Figura 6.6

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Material del Estudiante MODULO 4

12. _______________

12

Figura 6.7

13. _______________

13

Figura 6.8

15

14

14. _______________

15. _______________ 16

17

16. _______________

17. _______________

Figura 6.9

Anotaciones adicionales:

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Material del Estudiante MODULO 4

PRESENTACION : COMPONENTES DEL SISTEMA DE DIRECCION Bomba de dirección

1. Bomba de dirección: Es una bomba de desplazamiento variable, controlado por una válvula de compensación de flujo y presión. BOMBA

3

1

2

8

6

DESDE LA

7

VALVULA PRINCIPAL

VALVULA COMPENSADORA

Figura 6.10 Bomba de direccion

Componentes

Funcionamiento

presión Marginal

presión de corte

presión de standby

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La bomba tiene dos pistones de control (6) y (8) que continuamente controlan el ángulo del plato (3) La válvula de compensación trabaja con un carrete de compensación de flujo (1) y un carrete de compensación de presión (2) Esta válvula mantiene el flujo y presión de la bomba de acuerdo a la demanda del sistema. El carrete de compensación de flujo mantiene la presión marginal a 305 +/- 15 psi. El carrete compensador de presión mantiene la presión de corte a 4500 psi. Cuando el motor esta apagado, la bomba se mantiene en máximo ángulo. Funcionamiento : La válvula compensadora recibe una señal de presión desde la válvula principal (presión de trabajo) que indica si se requiere mayor flujo al sistema. Al accionar la dirección, la señal de presión (de trabajo) aumenta y la válvula de compensación (carrete compensador de flujo) hace que el ángulo del plato aumente. Y viceversa. Cuando el sistema no esta accionado, el ángulo del plato es mínimo. Presión marginal: Se define como la diferencia entre la presión de la bomba (antes de la válvula de control) y la presión de trabajo (en los cilindros) Esta presión controla la rapidez de respuesta de la bomba. Presión de corte: Es la presión en la que el carrete compensador de presión se desplaza y envía presión a los pistones de control enviando el plato hacia ángulo mínimo. Presión baja de standby: Es la presión que se genera cuando el sistema no se acciona (HOLD) Como la bomba queda en mínimo ángulo, produce el flujo mínimo suficiente para compensar por fugas y tener suficiente presión para una respuesta rapida cuando se accione la válvula de dirección.

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Material del Estudiante MODULO 4

2. válvula de Control de dirección: 5

4

BOMBA

3 2

DRENAJE

DRENAJE DER

IZQ

1

Figura 6.11 Valvula principal de control (sin sistema suplementario)

1

4

2

5

3 Al accionar la palanca piloto, se envía presión de pilotaje a uno de los lados del carrete principal (2) el cual se mueve y permite que pase aceite de suministro para girar la maquina (IZQ o DER) La válvula selectora (5) detecta la carga en el cilindro y envía una señal hacia la válvula de control de la bomba. Si la bomba piloto falla, la válvula reductora de presión (3) dirige el aceite desde la válvula de control, a presión reducida, hacia la válvula piloto. La valvula de alivio (1) se acciona en caso que la valvula compensadora de presion en la bomba no actue. La valvula de alivio de cruce permite aliviar presiones por golpes externos cuando el sistema esta sin accionar (HOLD).

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Sistema suplementario

11

9

7

8

10

11

Figura 6.12 Valvula de control con sistema suplementario

7

10

8

11

9

12

Válvula piloto: PALANCA

EMBOLO

EMBOLO

DRENAJE DE VALVULA REDUCTORA

Los resortes mantienen los émbolos en posición CENTRADA, haciendo que el aceite retorne al tanque hidráulico. Al mover la palanca hacia la IZQUIERDA, el embolo izquierdo se mueve hacia abajo haciendo que el carrete se mueva hacia abajo. Al mismo tiempo, el embolo derecho se mueve hacia arriba, lo que hace que el carrete derecho se mueva hacia arriba.

A LA VALVULA NEUTRALIZADORA

Figura 6.13 Valvula piloto de direccion

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Material del Estudiante MODULO 4

A través del carrete izquierdo, el aceite de pilotaje pasa hacia la válvula neutralizadora (izquierda) y de ahí hacia la válvula de control. Por el carrete derecho se abre una conexión hacia el drenaje desde el otro extremo de carrete de control. Válvulas neutralizadoras tiene como función bloquear el paso de aceite de pilotaje hacia la válvula de control de dirección. Esto hace que la maquina deje de articular y ocurre justo antes que la parte frontal de la maquina haga contacto con el bastidor. Trabaja con un tope regulable que al hacer contacto acciona la válvula neutralizadora y bloquea el aceite de pilotaje. Al articular la maquina en sentido contrario el resorte regresa el carrete a su posición normal.

Figura 6.14 Valvula neutralizadora de direccion

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MATERIAL NECESARIO _ Plumones de color _ Manual de Estudiante INSTRUCCIONES Utilizando las hojas de trabajo A y B, trace el flujo de aceite para el esquema mostrado, cuando el sistema esta en ( standby / giro lento a la derecha / calado de la dirección) A

Figura 6.17

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B.

Figura 6.18

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Material del Estudiante MODULO 4

EVALUACIÓN DE SISTEMA: Pruebas y ajustes. Condiciones : Maquina en una superficie plana y horizontal, el cucharón debe estar vacío. En cada prueba el freno de parqueo debe estar desenganchado. Debe ajustarse antes la longitud del tope a 1.32 pulgadas. 1. Ajuste del tope de neutralizador -

Colocar una masilla (2) de 1 pulgada de diámetro en el tope del bastidor (1), en cada lado, izquierdo y derecho. Arranque el motor, en alta en vacío, el cucharón a 30 cm del piso. Gire la maquina totalmente a la izquierda y luego a la posición frontal Mida el espesor resultante de la masilla. Debe ser ¾ de pulgada. Regule el tope del neutralizador (3) y repita la prueba. Ahora realice el ajuste para el lado derecho.

Figura 6.19 Tope de articulacion

Figura 6.20 Regulacion del tope

2. Tiempo de ciclo: El aceite debe estar a temperatura de operación. La prueba se realiza en ALTAS rpm y en BAJAS rpm. Se toma el tiempo de giro de tope a tope de la articulación. BAJAS RPM PRUEBA 1 PRUEBA 2 PRUEBA 3 PROMEDIO Spec : 7.4 +/- 0.6 seg. Izquierda Derecha ALTAS RPM PRUEBA 1 PRUEBA 2 PRUEBA 3 PROMEDIO Spec : 4.4 +/- 0.3 seg. Izquierda Derecha La regulación se realiza agregando o retirando lainas en el carrete de control, utilizando el manual de Servicio.

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3. presión piloto de dirección: Existen dos procedimientos que deben seguirse para revisar la presión piloto: 3.1. válvula de alivio piloto (Bomba piloto) 3.2 válvula reductora de presión (Bomba primaria) Condiciones : - Freno de parqueo enganchado, cucharón en el piso - Eslabón de traba colocado, bloques en las ruedas colocados - Eliminar previamente la presión de sistemas de freno y dirección - Eliminar la presión del tanque de dirección y frenos 3.1. válvula de alivio piloto: -

Instalar un manómetro en la toma de presión (A) Arrancar el motor, mantener en baja en vacío Anotar la lectura. Apagar el motor Ajustar la válvula de alivio ()

Figura 6.21 Toma de presion y valvula de alivio piloto

3.2 válvula reductora de presión:

Figura 6.22 Toma de presion Valvula reductora de presion

Instalar una Tee en donde indica la flecha (B) e instalar un manómetro en el lado libre. Des-regule la válvula de alivio piloto: gire el regulador 3 vueltas sentido antihorario Arranque el motor, mantener en baja en vacío Anotar la lectura. Apagar el motor. Ajustar la válvula reductora. Regrese la válvula de alivio piloto a su valor inicial (3 vueltas sentido horario) presión en: Especificación (psi) Lectura (psi) válvula alivio piloto 350 -

válvula reductora de presión

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Material del Estudiante MODULO 4

4. Presiones principales: Se siguen tres procedimientos 4.1 Ajuste de la válvula de alivio de respaldo 4.2 Ajuste de la válvula compensadora de presión 4.3 Ajuste de la presión marginal 4.1 Ajuste de la válvula de alivio de respaldo

Figura 6.23 Tomas de presion - direccion

-

-

Figura 6.24 Valvula alivio . backup

Instale manómetros en las tomas de presión mostradas Des-regule la válvula de alivio de respaldo: regule en sentido ANTIHORARIO una vuelta (750 psi) donde se muestra. Arranque el motor, manténgalo en ALTA EN VACIO Cale la dirección en ambos sentidos y anote los valores. La especificación es 4265 +/- 100 psi Si la presión no es igual en ambos sentidos, revisar la válvula selectora. Si la presión es igual pero no es la especificada, regular la válvula de alivio. Apagar el motor, regular la válvula de alivio y volver a probar Regrese la válvula una vuelta en sentido HORARIO.

4.2 Ajuste del compensador de presión:

Figura 6.20 Toma de presion – Bomba

-

-

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Figura 6.21 Valvula compensadora de presion

Coloque un manómetro donde se indica Arranque el motor y manténgalo en ALTA EN VACIO Cale la dirección en ambos sentidos. Anote las lecturas. Si la presión no es igual en ambos sentidos, revisar la válvula selectora. Si la presión es igual pero no es la especificada, regular la válvula compensadora, mostrada en la figura. Arranque el motor y vuelva a tomar lecturas.

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Material del Estudiante MODULO 4

4.3 Ajuste de la presión marginal: El procedimiento se realiza con un manómetro diferencial, pero pueden emplearse dos manómetros y restar los valores obtenidos. M R T

Figura 6.22 Toma presion trabajo

-

Figura 6.23 Toma presion Bomba

Colocar una Tee en donde se indica (T) y colocar el lado de menor presión del manómetro diferencial Colocar el lado de mayor presión en la toma de presión (M) Arrancar el motor y mantener en ALTA EN VACIO, temperatura de aceite en operación. Mueva la maquina hacia un lado y anote la lectura DURANTE el giro Regule la válvula compensadora de flujo (R) TABLA DE EVALUACION DE PRESIONES DEL SISTEMA

Componente válvula de alivio de respaldo válvula Compensadora de presión presión de standby

Especificación (psi) 5000 +/- 100

presión Marginal

305

Lectura (psi)

4250 290 a 725

Anotaciones adicionales:

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CURSO: HIDRÁULICA III FSAA – DMSE0020C MATERIAL NECESARIO

_

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Material del Estudiante MODULO 4

Manual de Estudiante

INSTRUCCIONES Utilizando el Manual de servicio y la hoja de trabajo, realice las pruebas de presión anotando los resultados para su revisión respectiva.

HOJA DE TRABAJO 6.5 FUNCIONES Y COMPONENTES DEL SISTEMA DE DIRECCION Este laboratorio permitirá que el participante repase las funciones de los componentes del sistema de dirección

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Bomba de dirección

A

válvula piloto

B

válvula check doble de piloto

C

válvula reductora de presión

D

válvula check by pass de enfriador

E

válvula neutralizadora de dirección

F

válvula compensadora de flujo y de presión

G

válvula diverter

H

Evita que aceite frío pase totalmente a través del enfriador de dirección Controla el caudal de la bomba de dirección Suministra presión de aceite piloto desde la bomba principal en caso de fallo de la bomba piloto Permite paso del sistema secundario de aceite al circuito principal Controla el movimiento del carrete principal Suministra aceite al sistema de dirección cuando el motor esta encendido Provee un retorno suave de la válvula de control a la posición HOLD Bloquea el flujo de aceite hacia la válvula de control de dirección

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Módulo 5 SISTEMAS HIDROSTATICOS

DESARROLLO TÉCNICO JUNIO, 2004

DMSE0020-2004C Preparado por ESCH y JGR

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Material del Estudiante MODULO 5

MODULO 5: SISTEMAS HIDROSTATICOS El propósito de este módulo es presentar los sistemas hidrostáticos, su clasificación y diversas aplicaciones en máquinas Caterpillar.

ÍNTRODUCCIÓN Los sistemas hidrostáticos toman una energía mecánica rotatoria de un motor diesel o eléctrico y la convierten en una fuente de poder hidráulica usando una bomba, la potencia hidráulica es convertida otra vez en potencia mecánica usando un motor hidráulico para mover un ventilador, una transmisión, mandos finales, un diferencial o una bomba

OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Explicar la diferencia entre circuito abierto y cerrado en un sistema de mando hidrostático 2. Identificar los diversos componentes usados en sistemas hidrostáticos 3. Identificar los componentes de un sistema de mando de ventilador 4. Identificar los componentes de un sistema de conducción hidrostático 5. Realizar con una eficacia del 100% las pruebas y ajustes del manual de servicio 6. Trazar el flujo de aceite hidráulico para cada uno de los sistemas hidrostáticos analizados en todos sus modos de operación.

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Material del Estudiante MODULO 5

LECCIÓN 5.1: TIPOS DE SISTEMAS Sistema Hidrostático de Circuito Abierto (Open Loop) Mono direccional, fijo – fijo, es usado en los ventiladores

Bomba variable mono direccional, motor fijo bidireccional, en las excavadoras

Sistema Hidrostático de Circuito Cerrado (Closed Loop) Monodireccional, fijo- fijo, en aplicaciones industriales

Monodireccional, bomba variable, motor fijo, en algunos ventiladores que regulan su velocidad según la temperatura

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Material del Estudiante MODULO 5

Mono direccional, bomba fija, motor variable

Bidireccional, bomba variable, motor fijo, el ángulo del plato oscilante debe girar en ambos sentidos, por ejemplo +17° pasar a 0° y continuar a –17°, se usan en los sistemas de propulsión de las máquinas obteniendo infinitas velocidades en ambos sentidos

Bidireccional, variable – variable, usa un motor y bomba más pequeños obteniendo los mismos resultados que el anterior, otra ventaja es regular el torque de salida del motor, a mayor ángulo del motor gira mas lento pero con mayor torque, a menor ángulo de su plato oscilante girará más rápido pero con menor torque de salida, le motor no puede invertir la dirección de rotación (llegar a ángulo cero) es usado en los sistemas de propulsión mas modernos

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Material del Estudiante MODULO 5

LECCIÓN 5.2 COMPONENTES Y CONTROLES DEL SISTEMA Empezamos con un sistema de lazo o circuito cerrado, bi direccional, bomba de desplazamiento variable y motor de desplazamiento fijo, se le añadirán los componentes de control

Válvulas de alivio cruzadas, cuando la presión del sistema excede un valor estas válvulas se abrirán descargando al lado de menor presión

Sistema de Limpieza, consiste de dos válvulas, una válvula de enlace y una de alivio, a veces llamado el conjunto válvula de aceite caliente (hot oil shuttle valve)pues descarga aceite de este circuito cerrado hacia el tanque, la válvula de alivio limita la presión de la línea de menor presión, existen siempre los drenajes de la bomba y el motor, ambos descargan directamente al tanque, en esta figura el flujo desde la válvula shuttle pasa por el motor enfriándolo y hace lo mismo con la bomba, otros sistemas requieren una fuente adicional de aceite para la bomba

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Material del Estudiante MODULO 5

Sistema de carga, este sistema consta de otra bomba de desplazamiento fijo, un filtro, una válvula de alivio del sistema de carga y dos válvulas check en función compensadoras, esta válvula de alivio esta a un valor ligeramente mayor que la válvula de alivio de la shuttle lo que permite siempre funcionar a su válvula make up, la otra permanece cerrada por la presión mayor

Válvula de control de la bomba, en nuestra figura consta de un simple mecanismo de control con mando manual, el sistema de carga alimenta la válvula 4/3 dirigiendo aceite para mover el plato oscilante de la bomba variando su desplazamiento, en la posición neutral a resorte el ángulo del plato de la bomba es cero, es decir no hay flujo

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Material del Estudiante MODULO 5

LECCIÓN 5.3: APLICACIONES DE SISTEMAS Sistema de Mando del Ventilador

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Material del Estudiante MODULO 5

En el cargador 950G la bomba de mando del ventilador esta al lado derecho de la máquina en los engranes de sincronización del motor diesel, tiene una toma de presión

El enfriador de aceite (1) esta al frente del radiador (2), aquí también vemos el condensador de aire acondicionado opcional (3), la válvula de desvío (4) bypass del enfriador de aceite limita la máxima presión dentro a 448 +/- 55 kPa (65 +/- 8 PSI) esta abre cuando el motor arranca por el aceite frío, conforme el aceite se calienta esta válvula cierra como si fuera un termostato

El motor del ventilador (1) fan motor es del tipo engranajes, este mueve los alabes del ventilador (2), ingreso de aceite (3), drenaje (4) y salida de aceite (5)

El filtro de aceite (1) esta sobre el tanque al lado derecho de la máquina, tiene su válvula de desvío (2) y un interruptor (3) que informa al CMS Caterpillar Monitoring System que el filtro esta siendo bypaseado, también esta la toma de muestras de aceite(4) y toma de presión de la bomba de dirección (5)

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Material del Estudiante MODULO 5

Sistema de Conducción Hidrostático Estudiaremos el sistema de Conducción Hidrostático de un cargador 906 que es similar a otras máquinas Caterpillar, el sistema de conducción permite el movimiento del cargador adelante y atrás, la dirección en esta máquina es tipo HMU que ya se analizo

Los componentes principales son el grupo de bomba, el grupo del motor y el grupo de filtro, una válvula de aceleración (Creeper Valve) le permite al operador cuando esta en cualquier posición de velocidad, aumentar la máxima velocidad de la máquina, este motor hidráulico esta montado en una caja de engranajes llamada caja de conducción hidrostática, esta caja conecta mediante uniones universales cardan los ejes delantero y posterior de las ruedas de la máquina En el lado derecho del compartimiento posterior vemos la bomba (1), filtro de aceite hidráulico (2), tapón de toma de muestras (3), tapón de toma de presión (4) y visor del tanque de aceite hidráulico (5)

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Material del Estudiante MODULO 5

El enfriador de aceite esta detrás de la cabina al lado derecho de la máquina, frente suyo esta el tubo de llenado hidráulico

Los componentes de la bomba, el actuador (1) mueve el plato oscilante de la bomba variando su desplazamiento, la bomba de carga (2) llena aceite en el arranque y por las make up, también es la fuente de señal de presión para el controlador de la bomba y motor, (3) la válvula de presión de sobre marcha (POR Pressure Over Ride) limita la máxima presión del sistema, la válvula solenoide (4) Adelante – Neutro – Reversa (FNR Forward, Neutral, Reverse) es energizada por una palanca joystick en la cabina, (5) el tapón MH (Master Hidraulic) mide la mayor presión del circuito cerrado

Las válvulas solenoides FNR están debajo de la bomba, la superior es forward, la inferior de la vista es reverse

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Material del Estudiante MODULO 5

Las válvulas de alivio cruzadas y las de compensación make up (1) cumplen las funciones ya estudiadas anteriormente, la válvula de alivio de la bomba de carga (2) limita su presión, también limita la máxima presión del sistema hidrostático en neutro y la máxima presión del sistema piloto, la válvula de detección de velocidad (3) mide la carga del flujo de aceite y la convierte en señal para controlar la bomba y motor, tapón de presión de carga (4), tapón de presión de señal (5), tapón de presión de drenaje (6)

El motor de conducción (1) esta montado en la caja de conducción o mando hidrostático (2) y esta conectada al eje posterior (3), también transmite potencia de movimiento al eje delantero a través de los cardan (4)

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Material del Estudiante MODULO 5

Componentes del motor hidrostático de pistones axiales de eje inclinado (1), tiene un actuador que varia el ángulo del conjunto rotativo, el barril de cilindros y los pistones, a mayor carrera incrementa el desplazamiento, mas torque y menos velocidad, a menor carrera del actuador ocurre lo opuesto, menos torque y mayor velocidad. La válvula selectora de velocidad (2) cuando se energiza bloque la señal de aceite al actuador que esta en máxima carrera, la velocidad de la máquina se reduce mientras el motor diesel y la bomba de implementos hidráulicos mantienen su rpm, es el modo de velocidad lento SLOW

La válvula solenoide de reversa (3) dirige la mayor presión de aceite del circuito cerrado ya sea en forward o reverse hacia el actuador del motor, la presión del actuador se mide en el tapón (4)

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Material del Estudiante MODULO 5

Componentes del Esquema

Hydrostatic Drive System Pump and Filter Groups Sistema Hidrostático de la Bomba y Grupo de Filtro: Bomba de Mando Hidrostático (Hydrostatic drive pump): Del tipo desplazamiento variable bidireccional. Bomba de Carga (Charge pump): Rellena aceite al circuito y también mantiene la presión piloto de señal a bomba y motor Válvula Detectora de Velocidad (Speed sensing valve): Controla la señal de aceite y las compensadoras make up. Orificio: Localizado encima de la speed sensing valve, permite a las válvulas de sobre marcha y cilindro maestro de frenos funcionar según su diseño Combinación válvulas de alivio cruzado y compensadoras (crossover relief and makeup valves): Mantienen una presión mínima en el sistema cerrado y limitan la máxima presión Válvula de Alivio del la Bomba de Carga (Charge pump relief valve): Controla la maxima presión del sistema de carga, en neutral la máxima del sistema hidrostatico y la maxima presión del sistema piloto de implementos Válvula Adelante, Neutro, Atrás (FORWARD-NEUTRAL-REVERSE (F-N-R): Controla el sentido de marcha Válvula de Presión de Sobre Marcha (Pressure override (POR) valve): Limita la maxima presión del circuito cerrado Filtro, válvula de desvío bypass e interruptor switch: Limita la diferencia o delta de presión entre la entrada y salida del filtro, envía señal cuando se abre el bypass.

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Hydrostatic Drive Motor and Creeper Valve Groups Grupo Motor de Mando Hidrostático Motor Hidrostático (Hydrostatic drive motor): Bi-direccional, desplazamiento variable, de pistones axiales y eje inclinado (bent axis piston motor) con actuador Válvula de respuesta (Throttle pin Orifice check valve): Controla el tiempo de respuesta del motor a un cambio de mínima carrera a máxima carrera de su ángulo Válvula de Control del Desplazamiento del Motor (Motor displacement control valve): Controla el ángulo del conjunto rotatorio que varia el desplazamiento del motor Válvula Selectora de Velocidad (Speed selector valve): Controla la señal de aceite hacia la válvula de control de desplazamiento Válvula Solenoide de Reversa (Reverse solenoid valve): Mantiene el suministro de aceite a la válvula de control de desplazamiento Válvula de Descarga (Flushing valve): Continuamente drena aceite del lado de baja presión a través de los componenetes mecánicos del motor hacia el drenaje, también limita la menor presión del circuito Válvula de Aceleración Opcional (Optional "creeper" valve): Drena aceite de la válvula detectora de velocidad hacia el tanque, esto varia el desplazamiento del motor

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OPERACIÓN DEL SISTEMA

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Material del Estudiante Encuesta

ENCUESTA FINAL NOMBRE (OPCIONAL): ________________________________________________ FECHA: ________________________

Califique del 1-10 (1 mínimo – 10 máximo) 1

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3

4

5

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7

8

1. Del Instructor ¿Tiene dominio del tema? ¿Fomenta la participación en clase? ¿Tiene dominio del material? ¿Absuelve las consultas que se hacen? ¿Expone los conceptos claramente?

2. Del Material del curso ¿Tiene buena presentación? ¿Contiene la información necesaria? ¿Facilita el desarrollo de los temas? ¿Facilita el desarrollo de la parte práctica?

3. Del desarrollo del curso ¿Se tocaron todos los temas? ¿La profundidad de enfoque de los temas fue suficiente? ¿Son claros los objetivos de cada módulo? ¿Se cumplió con los objetivos del curso? ¿El tiempo fue suficiente? ¿La parte práctica fue bien desarrollada?

4. Del estudiante ¿Se cumplieron sus expectativas? ¿Ha elevado su nivel de conocimiento sobre el tema? ¿Cuál cree que era su nivel antes del curso?

5. Sugerencias ¿Qué se debería mejorar en el curso?

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Desarrollo Técnico Encuesta Hid III

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DESARROLLO TECNICO JUNIO, 2004