NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 Circuito Hidráulico de un Centro de Mecanizado El circuito oleohidráulico de un centro de ecanizado cuple do coetido. Por una parte acciona el itea de fijación de la pieza forado por 4 pequeño cilindro de iple efecto. Por otra parte deplaza el cabezal de la áquina en entido vertical por edio de un cilindro de doble efecto. Figura : Centro de ecanizado con actuadore oleohidráulico. El cabezal tiene un peo de 60 kg y e puede deplazar verticalente 0,5 a travé de una guía. Lo cuatro cilindro del itea de apriete ya han ido dienionado con uno diáetro de ébolo y vátago de 5 y 8 repectivaente y una carrera útil de 50 para poder ujetar pieza de diferente epeor. En prier lugar e va a dienionar el circuito hidráulico in incluir ningún eleento para controlar la velocidad de deplazaiento del cabezal. Poteriorente e incluirán dicho eleento.
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 La figura uetra el equea de la intalación oleohidráulica del centro de ecanizado. Conta, adeá de lo cilindro encionado, de do válvula direccionale (V y V) para gobernar el oviiento de lo cilindro, un preotato (S) para regular la fuerza de apriete del itea de ujeción, una válvula etranguladora (V) para controlar la velocidad de lo cilindro de apriete y una válvula de ecuencia (V) para ujetar el peo del cabezal cuando éte deciende. D 5 d 8 L 50 4 S V φ 8 L,5 S V φ 8 L,5 V V Y Y Y Y 0V φ 8 L,5 0V 0Y P 0 P 0C 0C Figura : Equea del circuito oleohidráulico del centro de ecanizado. La intalación utiliza aceite HL46 con una denidad de 80 kg/ a 40 ºC. Para antener el aceite en condicione óptia de funcionaiento e cuenta con un itea de devío directo del aceite hacia el tanque (por 0V) que e activa cuando el cabezal etá parado (V y V en poición centrada) y con do filtro, uno de apiración (0C) y otro de retorno (0C). Se etia que la teperatura edia a la que va a trabajar el aceite e de 40 ºC.
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 Dienionaiento de la intalación in regulación de velocidad. Calcular la preión a la que e debe tarar el preotato (S) para que cada cilindro del itea de ujeción realice una fuerza de apriete ínia de 950 N independienteente del groor de la pieza que e debe ujetar. (Rigidez del uelle de recuperación K 000 N/).. Seleccionar del catálogo (erie de P Noinal 60 bar) un cilindro hidráulico adecuado para deplazar el cabezal del centro de ecanizado. Debe tenere en cuenta que: Tienen que poder vencere fuerza de hata 0 kn tanto en el deceno coo en el aceno del cabezal. Toda la fuerza on opueta al entido de deplazaiento del vátago. La válvula de ecuencia (V) e debe tarar a una preión 50% ayor que la necearia para ujetar el peo del cabezal. (Nota: En eta fae de dieño e recoienda depreciar la pérdida de carga). Seleccionar una boba del catálogo que perita que el cabezal e pueda deplazar en el oviiento de deceno a una velocidad de 0, / cuando tiene que vencer la fuerza áxia. 4. Elegir la válvula de eguridad 0V y de ecuencia V (TN y P áx ajutable) e indicar la preione a la que e deben tarar. En el cao de la válvula de eguridad 0V e deea que u preión de apertura ea un 5% ayor que la preión áxia a la que va a trabajar la boba. 5. Calcular la velocidad a la que e deplaza el cabezal y la potencia conuida por la boba en lo oviiento de deceno y aceno cuando e tiene que vencer la fuerza áxia.
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 Dienionaiento de la intalación con regulación de la velocidad La figura uetra el equea de la intalación en el que e han incluido do válvula etranguladora (V y V4) para controlar la velocidad de deplazaiento del cabezal tanto en el deceno coo en el aceno. D 5 d 8 L 50 4 S V φ 8 L,5 S φ 8 L,5 V V4 V V V Y Y Y Y 0V φ 8 L,5 0V 0Y P 0 P 0C 0C Figura : Equea del circuito oleohidráulico del centro de ecanizado con regulación de la velocidad. 6. Deterinar el grado de cierre neceario en cada una de la válvula etranguladora para que la velocidade de aceno y de deceno del cabezal ean de 5 c/ cuando e trabaja con la fuerza áxia. (La pérdida de carga en la tubería y en la válvula ditribuidora V pueden uponere depreciable)
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 SOLUCIÓN. Calcular la preión a la que e debe tarar el preotato (S) para que cada cilindro del itea de ujeción realice una fuerza de apriete ínia de 950 N independienteente del groor de la pieza que e debe ujetar. (Rigidez del uelle de recuperación K 000 N/). D 5 d 8 L 50 P 950 N F uelle Kx Haciendo el equilibrio de fuerza: p Fuelle 950 N La fuerza del uelle erá áxia cuando el cilindro recorra u carrera áxia de 50, de tal fora que: [ N ] 0,05 [ ] 00 N Fuelle axia K x 000 El catálogo de cilindro uetra que un cilindro de D5 y d8 tiene un área de la ección anular de,7 c. [ N] + 00 [ N] [ c ] [ N] 950 p.050 4.40.80 44,,7,7 0 [ ] [ Pa] bar
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006. Seleccionar del catálogo (erie de P Noinal 60 bar) un cilindro hidráulico adecuado para deplazar el cabezal del centro de ecanizado. Debe tenere en cuenta que: Tienen que poder vencere fuerza de hata 0 kn tanto en el deceno coo en el aceno del cabezal. Toda la fuerza on opueta al entido de deplazaiento del vátago. La válvula de ecuencia (V) e debe tarar a una preión 50% ayor que la necearia para ujetar el peo del cabezal. (Nota: En eta fae de dieño e recoienda depreciar la pérdida de carga) Deceno del cabezal (Salida del vátago) En el oviiento de deceno el peo del cabezal actúa a favor del entido del oviiento. La válvula de ecuencia V produce una contrapreión (p ) que actúa en el entido contrario. Coo el efuerzo e realiza en oviiento e debe coniderar un rendiiento hidráulico para tener en cuenta la fuerza de rozaiento interna del cilindro. P P V M g 0 kn plicando el coeficiente de rendiiento hidráulico obre la fuerza externa que e deben vencer el equilibrio queda: 0.000 [ N] + p + 60 9,8 η p h La condición de que la contrapreión (p ) producida por la válvula de ecuencia V tiene que er un 50% ayor que la necearia para ujetar el peo del cabezal equivale a: 60 9,8 p,5 [ N] 88,9 [ N] [ N]
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 Sutituyendo eta condición en la ecuación del equilibrio de fuerza y toando un valor de 0,85 para el rendiiento hidráulico e obtiene que: 0.000 88,9 [ N] + [ N] p + 60 9,8 [ N] 0,85.060 [ N] p La condición que e debe cuplir, dado que la preión áxia a la que pueden trabajar lo cilindro e de 60 bar, e que:.060 [ N] > 7,54 0 5 60 0 N ceno del cabezal (Entrada del vátago) La fuerza que debe vencer en el aceno del cabezal on lo 0 kn del ecanizado á el peo del cabezal. Coo el efuerzo e realiza en oviiento e debe coniderar un rendiiento hidráulico para tener en cuenta la fuerza de rozaiento interna del cilindro. P 0 P V M g 0 kn plicando el coeficiente de rendiiento hidráulico obre la fuerza externa que e deben vencer el equilibrio queda: p 0.000 p + [ N] + 60 9,8[ N] η h
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 Si e deprecian la pérdida de carga (p 0) y e toa un valor de 0,85 para el rendiiento hidráulico e obtiene que: p 0.000 0,85 [ N] + 589 [ N].458 N La condición que e debe cuplir, dado que la preión áxia a la que pueden trabajar lo cilindro e de 60 bar, e que:.458 [ N] > 7,79 0 5 60 0 N Coo uetra el catálogo, el cilindro á pequeño que tiene la área de pitón ( ) y anular ( ) uficiente para no obrepaar en ningún cao lo 60 bar e el de diáetro de pitón de 40 y diáetro de vátago8. La preione aproxiada con la que trabajaría ete cilindro (depreciando toda la pérdida de carga) erían: Deceno: ceno: [ Pa] 0,0 0 [ ] +.07 [ N] 4,56 0 [ ] 5 p + F 8,8 0 9.58. p [ N] F.456.4.8 4 0,0 0 p [ ] [ Pa] 4 bar [ Pa] 95 bar No obtante, para elegir ete cilindro de fora definitiva hay que coprobar que no exite peligro de que el vátago pandee.
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 Para realizar la coprobación a pandeo e recurre de nuevo al catálogo de lo cilindro. Se debe utilizar la fórula á adecuada (en función del grado de ebeltez, λ) para calcular la fuerza áxia de copreión a la que puede etar oetido el vátago elegido in que e produzca pandeo.,5 x 0 N/ Lo dato de longitud de pandeo y de oento de inercia del vátago on: L K 0,7 L 0,7 0,5 [ ] 0,5 4 4 4 I 0,049 d 0,049 8 5.54 El grado de ebeltez del vátago e: 4 Lk 4 50 E, 0 λ 77,78 λ π 05 d 8 g π 0,8 R 0,8,5 0 Coo λ λg e realiza el cálculo egún Tetajer y e obtiene que la fuerza áxia a copreión que puede aguantar el vátago del cilindro elegido e: d F π (5 0,6 λ) 8 4 ν π (5 0,6 77,8) 0.849N 4,5 La fuerza áxia de copreión que e produce en el deceno del cabezal e inferior a éta. Incluo i e produjera un tope accidental y e alcanzara una preión en el lado del ébolo (p ) de 60 bar la fuerza de copreión en el vátago ería enor. 4 [ Pa],56 0 [ ] 0.096 N 5 FTope. Max 60 0 ( Fuerza para 60 bar egún catálogo) e 5
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 No exite peligro de pandeo y elegio el cilindro con D 40 y d 8.. Seleccionar una boba del catálogo que perita que el cabezal e pueda deplazar en el oviiento de deceno a una velocidad de 0, / cuando tiene que vencer la fuerza áxia. El caudal para el oviiento de deceno tiene que er: Q v 0, [ 4 ] [ ] [,56 0,56 0 ],56 0 [ l ] 60 [ ] 7,56 l in in La preión a la que trabajará la boba erá ayor que la preión a la que lo hace el cilindro por la pérdida de carga que exiten entre abo. Sin ebargo, e epera que la pérdida ean pequeña coparada con la preión de trabajo, por lo que la preión de la boba erá aproxiadaente: p + F pb p 95 bar Con lo dato de caudal requerido y preión de trabajo áxia aproxiada e puede elegir la boba del catálogo coercial. La priera boba que proporciona un caudal ayor que el neceario e la de taaño noinal (TN) 6, que proporciona 9,4 l/in a 0 bar. Su curva caracterítica e:
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 Según la curva, el caudal que proporciona la boba cuando trabaja a una preión de 95 bar e aproxiadaente de 9 l/in. Viendo la curva de la boba e corrobora la validez de haber depreciado la pérdida de carga, porque la curva e batante plana y el caudal no varía de fora apreciable i, en lugar de a 95 bar, la boba trabajara a 05 bar por la pérdida de carga. 4. Elegir la válvula de eguridad 0V y de ecuencia V (TN y P áx ajutable) e indicar la preione a la que e deben tarar. En el cao de la válvula de eguridad 0V e deea que u preión de apertura ea un 5% ayor que la preión áxia a la que va a trabajar la boba. a) Cálculo de la preione a la que e deben tarar la válvula La válvula de ecuencia V e tara a una preión 50% ayor que la necearia para ujetar el peo del cabezal:,5 60 [ kg] 9,8,5 g 0,0 0 [ ] 88 0,0 0 p [ N] 878.486 [ Pa] 8,8 bar [ ] Para elegir la preión de tarado de la válvula 0V hay que calcular priero la preión áxia a la que va a trabajar la boba. Dicha preión áxia tendrá lugar cuando e tenga que vencer la fuerza áxia en el oviiento de aceno del cabezal. Para calcularla e debe uar a la preión en el lado del vátago del cilindro (p ) la pérdida de carga que e producen dede éte hata la boba. P áx P + P C B Se va a uponer que el caudal que proporciona la boba e tabién de 9 l/in, aunque en realidad erá un poco enor porque trabajará a una preión ayor que en el deceno (4 bar coo ínio). Cálculo de la preión p en el lado del vátago del cilindro (p 0) En prier lugar e va a deterinar p calculando pérdida de carga dede el lado del ébolo del cilindro hata el tanque. Se producen pérdida de carga tanto en la tubería coo en la válvula ditribuidora V. El caudal de aceite que va del cilindro al tanque en el oviiento de ubida del cabezal e:
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 El área interior de la tubería e: Q v [ l ],5,5 l in Q 9 in int_tub D π 4 int 8 π 0 4 6 6 [ ] 50,6 0 por lo que la velocidad del aceite en u interior e: Q v int_tub,5 [ ] l/in [ /in] 0 [ /l ] 60 6 50,6 0 [ ],7 Por lo tanto, el nº de Reynold y el factor de fricción on: v D,7 Re ν 46 0 [ /] 8 0 [ ] 6 649 Lo que da lugar a una pérdida de preión en la tubería de: 64 f 64 0,0986 Re 649 L v P f ρ D,5 0,0986 8 0 [ ] [ ] kg 80,7 N 77.986,8 bar Por otro lado, la pérdida de carga en la válvula ditribuidora V e obtiene de la curva proporcionada por el catálogo. Según éte la válvula con centro cerrado e la tipo E y la pérdida de carga de B a T correponde con la curva nº 6. Entrando con un caudal de,5 l/in e obtiene que la pérdida de carga e de uno bar.
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 De eta fora, la preión en el lado del ébolo erá de: [ bar] + [ bar],8 bar p,8 Planteando el equilibrio de fuerza e puede hallar ahora la preión del lado del ébolo (p ). 5 [ N] +,8 0 [ Pa],56 0 [ ] 0,0 0 [ ] F + p.456 p.907.465 [ Pa] 9 bar Cálculo de la pérdida de carga entre el cilindro y la boba Se calculan a continuación la pérdida de carga que e producen en la tubería y la válvula teniendo en cuenta que por ella circula el caudal de la boba: 9 l/in.
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 Pérdida en Válvula V: Para el entido que tiene el flujo en la válvula (de P a ) la curva para calcular la pérdida de carga e la nº 8, de tal fora que la pérdida de carga e de alrededor de,5 bar. Pérdida en la tubería: En el interior de la tubería la velocidad e: Q v int_tub 9 [ ] l/in [ /in] 0 [ /l ] 60 6 50,6 0 [ ] Por lo tanto, el nº de Reynold y el factor de fricción on:,98 v D,98 Re ν 46 0 [ /] 8 0 [ ] 6 58 64 f 64 0,5 Re 58 Lo que da lugar a una pérdida de preión en la tubería de: L v P f ρ D 4 0,5 8 0 [ ] [ ] 80 kg,98 N 7.57,8 bar De eta fora la preión en la boba erá: [ bar] +,5 [ bar] +,8 [ bar],8 bar p boba 9 Coo la preión de apertura debe etar un 5% por encia, u valor tiene que er: p apertura,05,8 [ bar] 9,4 bar Para calcular la preión a la que e tiene que tarar la válvula e traza una recta partiendo del valor de la preión de apertura (Q 0) y con la pendiente correpondiente al uelle de preión áxia de ajute de 00 bar. La pendiente de eta recta e aproxiadaente: P(60l/h) P 60 apertura 0 00 60 0, bar l
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 La preión de tarado de la válvula de eguridad 0V e: P + 0, bar 9 l 9 + 4 bar l in tarado P apertura b) Selección de la válvula a partir del catálogo Para la válvula de eguridad 0V e elige la válvula liitadora de taaño noinal TN 6 con el uelle de hata 00 bar de tarado. Para la válvula de ecuencia V e elige la ia válvula pero con el uelle de hata 50 bar de tarado. La preión a la que e tiene que ajutar eta válvula (8,8 bar) e ayor que la preión ínia ajutable con un caudal de 7, l/in, que e el que la atraviea en el deceno del cabezal. 5. Calcular la velocidad a la que e deplaza el cabezal y la potencia conuida por la boba en lo oviiento de deceno y aceno cuando e tiene que vencer la fuerza áxia. ceno del cabezal
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 La preión a la que trabaja y el caudal que proporciona la boba en ete cao e han calculado en el apartado anterior. Son,8 bar y 9 l/in repectivaente. La velocidad con la que aciende el cabezal e: Q v 9 [ l ] [ in ] 0 [ ] in 60 0,0 0 [ ] l 0,5 Utilizando la gráfica que proporciona el catálogo, e etia que la potencia que conue la boba en el aceno del cabezal e de,5 kw: Deceno del cabezal Para calcular el caudal que proporciona y la potencia que conue la boba en ete cao e neceario calcular la preión a la que trabaja: P Boba P + P C B La preión en el lado del ébolo del cilindro (p ) durante el deceno e ha calculado en el prier apartado y e de: p 95 bar (La pérdida de carga no influyen en el valor de eta preión porque e ha upueto que la longitud de la tubería que une el cilindro y la válvula de ecuencia V e depreciable) Para calcular la pérdida de carga que e producen entre el cilindro y la boba (tubería + válvula V) e puede uponer que el caudal que proporciona la boba e el correpondiente a una preión de trabajo igual que la preión del cilindro (p ), que e de 9 l/in.
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 La pérdida de carga en la tubería on la ia que la calculada en el cao del aceno del cabezal, pue e tiene lo io etro de tubería y el caudal e el io: L v P f ρ D 4 0,5 8 0 [ ] [ ] 80 kg,98 N 7.57,8 bar En la válvula ditribuidora V tabién e tiene la ia pérdida de carga (,5 bar) que en el cao del aceno del cabezal, porque para la circulación entre la vía P y B e utiliza la ia curva del catálogo (nº 8) y circula el io caudal (9 l/in). De eta fora, la preión con la que trabaja la boba en el cao del deceno del cabezal erá: [ bar] +,5 [ bar] +,8 [ bar] 98,78 bar p boba 95 Utilizando la gráfica que proporciona el catálogo, e etia que la potencia que conue la boba en el deceno del cabezal e de,8 kw. Por últio, la velocidad de deceno del cabezal e: Q v 9 [ l ] [ in ] 0 [ ] in 60,56 0 [ ] l 0,
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 6. Deterinar el grado de cierre neceario en cada una de la válvula etranguladora para que la velocidade de aceno y de deceno del cabezal ean de 5 c/ cuando e trabaja con la fuerza áxia. (La pérdida de carga en la tubería y en la válvula ditribuidora V pueden uponere depreciable) Deceno del cabezal (Válvula V) El caudal de aceite neceario para que el cabezal tenga una velocidad de deceno de 5 c/ e: Q v 0,05-4 [ ],56 0 [ ] 0,68 0 [ ],77 l in Todo el caudal por encia de éte que proporcione la boba e debe deviar a tanque por la válvula liitadora de preión 0V. Q 0V 5, l/in cudiendo a la curva caracterítica de la válvula liitadora de preión e obtiene la preión necearia para que circule ee caudal por dicha válvula: P OV 40 bar Por otra parte, la preión (p ) en el cilindro durante el deceno del cabezal e ha calculado anteriorente y e: P 95 bar De eta fora la pérdida de preión que debe producir la válvula etranguladora V e: P V 45 bar Con lo dato calculado e puede elegir del catálogo, coo válvula V, una válvula Q graduada en una ecala un poco ayor que 5.
NOMBRE / IZEN: FECH / DT: 7/0/006 ceno del cabezal (Válvula V4) El caudal de aceite neceario para que el cabezal tenga una velocidad de aceno de 5 c/ e: [ 4-4 ] 0,0 0 [ ] 0,50 0 [ ] l in Q v 0,05 Todo el caudal por encia de éte que proporcione la boba e debe deviar a tanque por la válvula liitadora de preión 0V. Q 0V 6 l/in cudiendo a la curva caracterítica de la válvula liitadora de preión e obtiene la preión necearia para que circule ee caudal por dicha válvula: P OV 40 bar Por otra parte, la preión (p ) en el cilindro durante el aceno del cabezal e ha calculado anteriorente (p 0) y e: P 9 bar De eta fora la pérdida de preión que debe producir la válvula etranguladora V4 e: P V4 bar Con lo dato calculado e puede elegir del catálogo, coo válvula V4, una válvula Q graduada en una ecala cai de 6.