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Cuaderno de Hidráulica: Control de un motor hidráulico para el izado de cargas (I)

En esta entrada me gustaría mostraros un circuito hidráulico para el control de un motor empleado especialmente para el izado de cargas. Los motores hidráulicos son muy empleados cuando se trata de aplicar o transmitir grandes pares a velocidades de rotación muy bajas. La oferta en este sector del mercado es muy amplia y el catálogo que podemos encontrar para estos elementos muy completo. Dependerá exclusivamente de la aplicación que, en concreto, estemos implementando pero podremos encontrar y usar motores de pistones axiales, de caudal fijo o variable, motores de pistones radiales, de engranajes, reversibles o no, etc. Voy a partir de un esquema muy simple al que voy a ir añadiendo elementos y complicándolo poco a poco con el fin de añadir todas aquellas funcionalidades necesarias a la aplicación que en concreto nos ocupa, es decir, el izado de una carga.

El tema que quiero tratar es exclusivamente el diseño conceptual del sistema. Por otro lado es obvio que el diseño dimensional o físico del mismo evidentemente depende de otros factores no menos importantes como pueden ser las cargas resistentes, caudales, velocidades máximas, etc. pero quiero insistir que éste no es el tema que nos ocupa. Echemos un vistazo a la figura siguiente. En ella se representa el sistema hidráulico mas sencillo que podemos implementar para el control de un motor hidráulico. Como podrá apreciar el lector, no se ha representado la bomba que genera la energía hidráulica necesaria, es irrelevante para este caso, simplemente queda indicado que a la entrada de la válvula de control del motor debe poder medirse una presión de 160 bar. No queda especificado tampoco el tipo de motor elegido, simplemente queda representado que se trata de un motor reversible, es decir, puede girar en un sentido o en otro.

Esquema sencillo para el control de un motor hidráulico

La válvula de control aparece marcada como XV4001 y el motor hidráulico como MH4001. Se ha elegido una válvula de cuatro vías y tres posiciones actuada eléctricamente y con retorno a la posición central cuando no existe señal eléctrica. Esto supone que ambos canales del motor quedarían despresurizados (descarga directa al tanque) cuando no existe señal eléctrica en ninguna de las bobinas. Realmente no es así porque aquí aparece que seguimos alimentando con 160 bar pero en la tercera entrega de esta serie se introducirá un elemento para la seguridad del sistema que impedirá esta alimentación durante la posición central de la electroválvula principal de mando. Supondremos que cuando se activa la bobina b de la electroválvula XV4001 el motor girará elevando la carga ya que se alimenta la entrada del motor R a través del canal A de aquella. El mecanismo sobre el que actúa el motor también es irrelevante para la explicación que nos ocupa pero podemos imaginar que el motor hidráulico está acoplado a un tambor similar a un cabestrante y que, por medio de un par de cables de acero, somos capaces de subir y bajar la carga. De momento, el sistema presenta un defecto muy grave del cual nos ocuparemos mas tarde y es que, cuando la bobina b de la electroválvula deja de recibir señal eléctrica, el canal A dejará de alimentar al motor en la entrada R despresurizándose a tanque con el peligro que esto supone, es decir, la carga suspendida por el motor podrá caer al suelo.

De momento me interesa más comentar que en realidad los motores hidráulicos, para este tipo de aplicaciones son más complejos que el representado. Voy a añadir un freno hidráulico al motor, de tal forma que, en caso de falta de energía el motor se quede frenado y permanezca en la misma posición mientras no se desactive dicho freno. Podemos imaginar un freno compuesto por discos en baño de aceite similar a un embrague normal. También voy a añadir una conducción directa desde el motor al tanque. Esta conducción es muy común en motores de pistones axiales y radiales y recoge el aceite que emplea el motor para la lubricación interna de sus elementos móviles. De esta forma tendremos un nuevo esquema en el que el motor aparece con cuatro canales de entrada y salida: R y L para el movimiento del motor, X para el accionamiento del freno y, finalmente, el canal F para la recogida del aceite de fugas y lubricación.

Motor hidráulico con cuatro canales de entrada y salida

Motor hidráulico similar al representado en el esquema anterior

La forma de conexión es sencilla. Se trata de alimentar el freno hidráulicamente desactivándolo cada vez que queramos actuar sobre el motor. Podemos conseguirlo fácilmente si conectamos ambos canales de alimentación A y B con el canal X del motor a través de una válvula selectora de circuitos (válvula “OR”) que en el siguiente esquema aparece marcada como GA4001. Por otro lado, se conectará directamente el canal F al tanque.

Conexión del mando del freno hidráulico del motor

Es aquí cuando aparece otra cuestión interesante que puede ocasionarnos algún que otro problema. Si el lector lo ha notado, estamos actuando sobre el freno directamente con la presión suministrada al sistema, es decir, 160 bar. No es conveniente y podemos dañar seriamente el dispositivo de frenado del motor. Generalmente el fabricante del motor hidráulico especifica el rango de presión que es posible utilizar para comandar el dispositivo de freno. Supondremos que, en este caso, no sea posible superar los 30 bar para proteger el freno contra daños innecesarios y que el valor de la presión mínima para poder desbloquear el mecanismo sea de 20 bar. Aclaro, debemos actuar sobre el canal X con una presión Pf tal que 20 bar  ≤ Pf ≤ 30 bar, no será posible estar por debajo de 20 bar ni por encima de 30 bar. La forma de limitar este rango de presión queda representado en el siguiente esquema.

Rango de presión en canal X limitado entre 20 bar y 30 bar

Con el uso de la válvula antiretorno A1 permitimos que, en caso de no existir señal eléctrica en ninguna de las bobinas de la electroválvula de control, pueda despresurizarse el canal X de mando del mecanismo de freno permitiendo así que el mecanismo de frenado se active, sin esta válvula el freno quedaría permanentemente desactivado. La válvula limitadora de presión PV4001.3 impedirá que la presión del canal X aumente por encima del valor tarado en la misma, 30 bar. Por su parte, la válvula reductora de presión PV4001.5 conseguirá reducir la presión del sistema hasta el valor tarado en la misma, 20 bar. De esta forma aseguramos que el mecanismo de frenado siempre reciba la presión dentro del rango deseado y especificado por el fabricante del motor.

De momento es todo, en entradas posteriores iré ampliando este mismo esquema hidráulico hasta completarlo definitivamente, haciéndolo seguro y eficaz para la aplicación para la que fue diseñado, la elevación de cargas. Por favor, dejad vuestros comentarios o dudas al respecto. Gracias.

Un saludo

mecantech@gmail.com
 
 
 
 
 
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