Sostener cargas de choque: bajo

May 26, 2023

En segmentos industriales significativos en todo el mundo, sigue habiendo una gran inversión en equipos a gran escala que incorporan sistemas de manejo y movimiento de materiales pesados. En aplicaciones mineras, como transportadores y excavadoras de rueda de cangilones, hasta trituradoras de metal en operaciones de reciclaje, así como sistemas de cabrestantes y equipos de perforación en aplicaciones en alta mar, los potentes accionamientos de baja velocidad que pueden proporcionar un alto par y funcionar de manera confiable en entornos difíciles y exigentes están en alta demanda.

Hay varios tipos de plataformas de accionamiento que son adecuadas para esto. Sin embargo, un número creciente de operaciones está descubriendo que la transmisión directa hidráulica (HDD) proporciona el rendimiento que requieren estos sistemas. Los sistemas HDD ofrecen importantes ventajas de rendimiento para aplicaciones en las que es necesario mover una masa pesada a velocidades variables mediante un sistema que puede manejar "cargas de choque" (aumentos repentinos en el peso y la masa de las cargas que se mueven), combinado con la capacidad de suministrar energía -Rendimiento eficiente y confiable, a menudo funcionando las 24 horas del día, los siete días de la semana.

El uso más común de los sistemas HDD es para aplicaciones industriales que mueven masas pesadas de forma continua con baja velocidad y alto par, y especialmente un par de arranque alto para operaciones con paradas y arranques frecuentes. Los materiales que se mueven se pueden hacer a bajas velocidades, típicamente en un rango de cero a 200 rotaciones por minuto (RPM).

Estos sistemas también funcionan bien en aplicaciones en las que se produce una "carga de choque", en las que se dejan caer cargas pesadas sobre transportadores, alimentadores, trituradoras o tambores giratorios en movimiento, variando repentinamente el tamaño de la carga en varias toneladas durante las operaciones normales. El variador debe ser capaz de responder a la carga de choque sin desgaste excesivo de los componentes del variador.

Los discos duros brindan ese rendimiento debido a su diseño único, más específicamente porque son "accionamientos directos" que entregan toda la energía de su operación al eje que están impulsando. Un HDD es un sistema cerrado con un motor hidráulico de baja velocidad en su corazón. Capaz de mantener un alto par incluso a la velocidad mínima, el motor hidráulico está montado directamente en el eje de transmisión; no se necesita un reductor de engranajes, correas, cadenas o ruedas dentadas.

La energía se suministra al motor hidráulico mediante una unidad de accionamiento separada, que se puede colocar en casi cualquier lugar en relación con la instalación. La unidad de accionamiento contiene al menos un motor de inducción de CA estándar, que funciona a una velocidad fija y acciona una bomba de pistones axiales de caudal variable. Es el flujo variable de aceite de la bomba lo que determina la velocidad y la dirección del accionamiento.

El sistema HDD completo también incluye el controlador de bomba inteligente, el suministro de fluido hidráulico y las mangueras de conexión y el cableado. La unidad de potencia está conectada al motor hidráulico en el eje a través de cables y mangueras; esto permite a los diseñadores de sistemas colocar la bomba, el motor eléctrico y los controladores en un recinto lejos del eje operativo. Esto permite una mayor flexibilidad de diseño y protege estos componentes de las duras condiciones de funcionamiento.

Los sistemas HDD se utilizan cada vez más en aplicaciones de equipos pesados; sin embargo, existen otros sistemas de accionamiento en uso para proporcionar la misma función. Los accionamientos industriales más tradicionales generalmente están disponibles en dos plataformas: un motor de accionamiento de velocidad media o alta, que puede ser hidromecánico o electromecánico, combinado con un reductor de engranajes para proporcionar una operación de par alto y baja velocidad.

Las unidades hidromecánicas (HMD) tienen un par y una velocidad básicos similares a los de una HDD, pero la unidad está conectada al eje de transmisión del sistema a través de un reductor de engranajes. Esta configuración crea pérdidas mecánicas que reducen el par de salida. La pérdida exacta de par depende del tipo de reductor utilizado, del número de etapas de engranaje que tenga y del factor de sobredimensionamiento.

Un accionamiento de CA de velocidad variable (ACD) combina un motor de inducción de CA de alta velocidad con un reductor de engranajes para lograr una velocidad de funcionamiento baja. En algunos casos, se debe instalar un acoplamiento de fluido entre el motor y el reductor de engranajes. Hay varios métodos diferentes para controlar un ACD. Estos métodos generalmente permiten una velocidad controlable en el rango de 0 a 100 Hz en aplicaciones de servicio pesado. Cuando funciona a la frecuencia nominal de 50/60 Hz, el variador puede funcionar continuamente al 100 por ciento del par nominal del motor; sin embargo, a menor velocidad se reduce el par continuo disponible.

Hay varias ventajas inherentes que ofrecen los sistemas HDD en comparación con otros sistemas. Con una solución de transmisión por engranajes, el motor eléctrico, el reductor de engranajes y el acoplamiento están conectados mecánicamente al eje impulsado, lo que a menudo requiere un espacio considerable alrededor de la máquina. Un accionamiento directo es mucho más compacto. Igualmente importante es que cerca del 97 por ciento de la potencia total del sistema HDD se aplica directamente para girar el eje impulsado. Una solución de transmisión por engranajes también generará un alto par adicional en caso de cambios repentinos de velocidad causados ​​por fuertes cargas de choque. Si no se compensan, se pueden generar costos considerables por averías y el tiempo de inactividad resultante. Un accionamiento directo elimina este riesgo.

Esto puede ayudar a preservar el equipo que puede sufrir cargas de impacto durante las operaciones normales. Por ejemplo, muchos transportadores de minería utilizan unidades ACD para mover toneladas de material a través de sus procesos. Cuando estos tipos de transmisiones se ponen en marcha, la inercia de arranque se aplica inmediatamente a la correa, lo que con el tiempo puede tensar la correa y provocar averías.

Por el contrario, un disco duro proporcionará el par completo a velocidad cero inmediatamente después de la puesta en marcha. Esto permite a los operadores de minería aumentar lentamente la velocidad desde una RPM a través de incrementos muy ajustados para que la correa no se tense y el material se transporte de manera eficiente.

El diseño simple y resistente de los motores hidráulicos también les permite arrancar, detener y retroceder repetidamente sin sobrecargar las levas interiores y otros elementos del motor. Esto permite que un operador diseñe las secuencias de movimiento para adaptarse a la carga o los requisitos de trabajo de la máquina que el HDD está conduciendo, deteniendo y arrancando tantas veces como sea necesario. Con un ACD o HMD que usa un reductor de engranajes, para realizar la misma cantidad de arranques y paradas, la caja de cambios debería sobredimensionarse para manejar esas condiciones sin desgastar rápidamente la transmisión, y sobredimensionar una caja de cambios puede ser una solución costosa.

Los sistemas HDD también ofrecen un control direccional y de velocidad superior en comparación con las soluciones de transmisión de par de caja de engranajes. Dado que el flujo variable de aceite de la bomba determina la velocidad y la dirección de la transmisión, la velocidad y el control direccional no se ven comprometidos por las limitaciones del motor eléctrico. Y debido al bajo momento de inercia del motor hidráulico, la respuesta es casi instantánea.

Junto con la resistencia a la carga de impacto inherente a la tecnología, la tecnología HDD también brinda protección contra sobrecargas para proteger las máquinas y garantizar el máximo tiempo de actividad. Los discos duros proporcionan una función de limitación de presión ajustable, que evita que se exceda el par máximo en condiciones de sobrecarga. Se evita que se exceda el par máximo apagando la bomba según sea necesario durante ciclos prolongados de aceleración y en condiciones de sobrecarga.

Esto ofrece una mayor flexibilidad, lo que permite al operador responder a diferentes requisitos operativos o de producción. Por ejemplo, un reciclador puede estar triturando plástico en una trituradora un día y optar por reducir la presión máxima del HDD para ese proceso. Esa misma máquina podría usarse unos días después para triturar metal; en ese caso, sabiendo que se necesitará más torque, es un simple cambio de control para aumentar la presión máxima permitida sin sobrecargar la transmisión.

Hay algunas formas en que los usuarios finales de equipos pesados ​​pueden implementar sistemas HDD en sus operaciones. Hay algunos proveedores de motores hidráulicos que pueden proporcionar el motor que se monta en el eje de transmisión; luego sería responsabilidad del usuario final o de un integrador de sistemas hidráulicos obtener la transmisión de velocidad variable, la bomba hidráulica, el controlador y otros componentes de la transmisión y programar el sistema para que arranque.

Algunos proveedores de sistemas hidráulicos ofrecen soluciones completas en paquetes llave en mano. Algunos proveedores también brindan recomendaciones de expertos, soporte de instalación y servicios de reparación efectivos. Asociarse con un proveedor experto ayuda a garantizar que se diseñe e instale el conjunto correcto de unidades en cada equipo de servicio pesado para brindar todas las ventajas de la tecnología HDD durante todo el ciclo de vida del sistema.

Este artículo fue escrito por Brian Howell, Gerente de Operaciones y Ventas de Impulsores Hidráulicos Grandes, Bosch Rexroth (Bethlehem, PA). Para mas informacion, visite aqui .

Este artículo apareció por primera vez en la edición de octubre de 2022 de Motion Design Magazine.

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