Conceptos Básicos de Neumática e Hidráulica 


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Sistema de accionamiento de potencia hidráulica.

Un ejemplo de sistema de accionamiento de potencia hidráulica es el que ha sido usado en la Armada por muchos años. La prueba de su efectividad es que el mismo ha sido usado para entrenar y elevar cañones de todos los tamaños, desde montaje de cañones de 40 mm hasta torretas de 16 pulgadas. Además de montar cañones y torretas, el accionamiento hidráulico es usado para posicionar lanzaderas de cohetes y lanzaderas de misiles, y para mover y controlar equipamiento tal como cabrestantes, grúas y guinches.

En su forma mas simple, el accionamiento de potencia hidráulico consiste en lo siguiente:

  1. Un motor principal, que está fuera de la fuente de alimentación usada para impulsar la bomba hidráulica
  2. Una bomba hidráulica de desplazamiento variable
  3. Un motor hidráulico
  4. Un método para introducir una señal a la bomba hidráulica para controlar su salida
  5. Transmisión mecánica, consistente en ejes y engranajes que transmitan la salida del motor hidráulico al equipamiento que está siendo operado.

Figura: Componentes del tren de potencia hidráulica

Los diferentes tipos de circuitos de accionamiento hidráulico difieren en algunos detalles, tales como tamaño, método de control, etc. Sin embargo, los principios operativos son similares. La unidad usada en la descripción siguiente de los principios operativos fundamentales es representativa de los accionamientos hidráulicos usados para operar un montaje de cañones mellizos de 5”/38.

La figura muestra los componentes básicos del accionamiento de potencia del tren. El motor eléctrico es construido con ejes de transmisión en ambos lados. El eje delantero impulsa la bomba del extremo A a través de una caja de reducción, y el eje trasero mueve las bombas auxiliares a través de una caja de reducción. Las cajas de reducción son instaladas debido a que las bombas son diseñadas para operar a una velocidad mucho menos que la del motor.

La bomba de relleno es una bomba de engranaje recto. Su propósito es rellenar fluido al sistema activo de accionamiento de potencia. El mismo recibe si suministro de fluido desde el reservorio y lo descarga en el extremo B de la placa de válvula. Esta descarga de fluido desde la bomba es mantenida a una presión constante por el accionamiento de una válvula de alivio de presión. (Debido a que la capacidad de la bomba excede la demanda de relleno, la válvula de alivio está continuamente permitiendo que algo de fluido retorne al reservorio.)

La bomba de sumidero  osciladora tiene un doble propósito. La misma bombea pérdidas, que se recolectan en el sumidero del regulador indicador, hacia el tanque de expansión. Además, la misma transmite un efecto pulsante al fluido en el sistema de presión de repuesta. Las oscilaciones en el sistema de respuesta hidráulico ayudan a eliminar la fricción estática de las válvulas, permitiendo que el control hidráulico responda mas rápido.

La bomba de presión de control suministra fluido de alta presión al sistema de control hidráulico, pistones de freno, pistón de bloqueo, y al pistón operativo del embrague manual. La bomba de control de presión es del tipo de desplazamiento fijo, de pistón axial. Una válvula de alivio ajustable es usada para limitar la presión operativa en la salida de la bomba.

Control

Para el propósito de este texto, el control constituye la relación entre el vástago de control de carrera y la caja basculante. El vástago de control de carrera es uno de los ejes de pistón de un cilindro actuador tipo pistón de sobre acción. Este cilindro actuador y sus medios directos de control son identificados como el conjunto de cilindro principal. Es el nexo entre el sistema de seguimiento hidráulico y el sistema de potencia mismo.

Figura. Circuito hidráulico del cilindro principal

En control manual, la caja basculante es posicionada mecánicamente por transmisión de engranajes desde la manivela a través de la unidad de control del extremo A. En control local y automático, la caja basculante, es posicionada por el vástago de control de carrera. Según se muestra en la figura, el extremo extendido del vástago de control esta conectado a la caja basculante. El movimiento del vástago pivoteará la caja basculante de una manera o la otra; lo que, en cambio, controla la salida del extremo A de la transmisión. El otro extremo del vástago está fijado al pistón  principal. El eje mas corto esta fijado al lado opuesto del pistón. Este vástago es además mas chico en diámetro. Así el área de trabajo del lado izquierdo del pistón es dos veces el área del lado derecho, como se ve en la figura.

El fluido de alta presión intermedio (Intermediate high-pressure o IHP) es transmitido al lado izquierdo del pistón, mientras que el fluido hidráulico de alta presión (HPC) es transmitido al lado derecho. El HPC es mantenido constante a 1000 psi. Dado que el área del pistón sobre la que el HPC actúa es exactamente un medio del área sobre la que el IHP actúa, el pistón principal es mantenido en una posición fija cuando el IHP es un medio de HPC (500psi) . En el caso en que el IHP varíe desde su valor normal de 500 psi, el pistón se moverá, moviendo así la caja basculante.

Operación

Considérese que la señal de control del tren derecho es recibida. Esto hará que la válvula piloto sea traccionada hacia arriba. El fluido en la cámara superior del pistón amplificador puede ahora circular a través de la cámara inferior del pistón fino hacia el escape. Esto hará que el pistón amplificador se mueva hacia arriba, y el fluido en la cámara derecha de la válvula de control principal pueda fluir en la cámara inferior de la válvula amplificadora.

La válvula de control principal se moverá ahora hacia la derecha, el HP caerá debajo de los 500 psi, y el pistón de carrera se moverá hacia la izquierda.

El movimiento del pistón de carrera producirá una inclinación en la placa basculante, y el extremo A hará que el montaje se carretee hacia la derecha.

La figura siguiente es un diagrama en bloques simplificado mostrando los elementos principales del sistema de potencia hidráulico bajo control automático,  para rotación horaria y antihoraria.

Figura- Operación del accionamiento hidráulico de potencia. (Referencias: 1- Señal eléctrica desde la computadora directora; 2- Indicador regulador; 3- Respuesta del extremo B; 4- Montaje del cañón; 5- Movimiento horario; 6- Movimiento antihorario; 7- Unidad motor extremo B; 8- Pistón en carrera; 9- Unidad de bomba extremo A; 10- Motor eléctrico; 11- Bomba auxiliar; 12- Reservorio )

Hay dos problemas principales para posicionar un cañón para disparo. Una es obtener una señal precisa de orden de disparo. Este problema es resuelto por la combinación de computadora directora. El otro problema es transmitir la señal directora rápidamente hacia el cañón, de manera que la posición y movimientos del cañón estén sincronizados con las señales directoras.

El problema de transformar las señales de orden de cañón para montar los movimientos es resuelto por el accionamiento de potencia y su control (el indicador regulador). El indicador regulador controla el accionamiento de potencia, y éste, en cambio, controla el movimiento del cañón.

El indicador regulador recibe una orden de cañón eléctrica inicial desde la computadora directora, la compara con la posición de montaje existente, y envía una señal de error al mecanismo hidráulico de control en el regulador. El mecanismo de control hidráulico controla el flujo hacia el vástago de control de carrera, que posiciona la caja basculante en el extremo A de la transmisión. Sus inclinaciones controlan el volumen y dirección del fluido bombeado hacia el extremo B y, por lo tanto, la velocidad y dirección del vástago impulsor del extremo B. A través de transmisiones mecánicas, el vástago de salida del extremo B mueve el cañón en la dirección determinada por la señal. Al mismo tiempo, la respuesta del extremo B es transmitida hacia el indicador regulador y continuamente se combina con las señales de cañón entrantes para dar el error entre ambos. Este error es modificado hidráulicamente, de acuerdo con el sistema de transmisiones mecánicas y válvulas en el regulador. Cuando el cañón se atrasa a la señal, su movimiento es acelerado; y cuando comienza a acercarse a la posición, su movimiento es desacelerado de manera que el mismo no se sobrepase en exceso.

 

 

 

 


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