manual estudiante hidraulica excavadora 330d cargador 950h tractor d8t

Curso : Hidrulica en Maquinaria 1 Material del Estudiante

MANUAL DEL ESTUDIANTE INSTRUCCIN TCNICA

PACI: Programa Acelerado de Conocimientos Intermedios

CURSO: Hidrulica TEMA: Funcionamiento de Sistemas,

Evaluacin Excavadora 330D, Cargador 950H y Tractor D8T

Ferreyros S.A.A. Desarrollo Tcnico Jorge Gorritti Enero 2008


INDICE

Pgina INDICE 3DESCRIPCION DEL CURSO 5 Resumen................................................................................................................ 5 Objetivos Generales.............................................................................................. 5 Formulario........................................................................................................................ 6

Mdulo 1: Sistema Principales Leccin 1: Sistemas Hidrulicos 29Leccin 2: Sistema Hidrulico Pilotado 30

2.1: Vlvula de Control Piloto..................................................................... 32 2.2: Vlvula de Alivio y Make Up............................................................... 37

Leccin 3: Sistema LSPC 41 3.1: Compensacin de Presin................................................................... 41 3.2: Funcionamiento de la Bomba LSPC................................................... 47

Leccin 4: Sistema PPPC 58Leccin 5: Sistema Hidrosttico o Circuito Hidrulico Cerrado................................ 59

Mdulo 2: Sistemas Excavadora Leccin 6: Sistema Hidrulico Excavadora 61

Sistema NFC Negative Control Flor........................................................... 62Leccin 7: Bomba Hidrulica Principal 63

7.1 Principio de Operacin......................................................................... 64 7.2 Sistema Piloto....................................................................................... 72 7.3 Vlvula de Control Principal................................................................ 75

Leccin 8: Pruebas 8.1 Pruebas de Rendimiento...................................................................... 77 8.2 Prueba de Presin................................................................................ 83 8.3 Pruebas de Flujo................................................................................... 90



Mdulo 3: Sistemas Tractor Leccin 9: Sistema de Direccin Diferencial 97

9.1 Circuito Hidrulico................................................................................ 99 9.2 Componentes........................................................................................ 101 9.3. Pruebas de Presin ............................................................................. 106

Leccin 10: Sistema de Implementos Hidrulicos 107 10.1 Circuito Hidrulico............................................................................. 108 10.2 Bomba de Implementos..................................................................... 109 10.3 Componentes...................................................................................... 111 10.4 Pruebas de Rendimiento.................................................................... 117 10.5 Pruebas de Presin............................................................................. 119

Leccin 11: Sistema de Enfriamiento 121 11.1 Circuito Hidrulico ........................................................................... 122 11.2 Pruebas............................................................................................... 126

Mdulo 4: Sistemas Cargador Leccin 12: Sistema de Implementos Hidrulicos 127

12.1 Funcionamiento de la Bomba............................................................ 127 12.2 Pruebas de Rendimiento.................................................................... 130 12.3 Vlvulas de Control............................................................................ 132 12.4 Circuitos hidrulicos........................................................................... 136 12.5 Prueba de Presiones............................................................................ 140

Leccin 13: Sistema de Direccin Convencional 143 13.1 Componentes..................................................................................... 143 13.2 Bomba Dosificadora .......................................................................... 145 13.3 Circuitos.............................................................................................. 146 13.4 Pruebas .............................................................................................. 148

Leccin 14: Sistema de Frenos y Enfriamiento 149 14.1 Componentes...................................................................................... 150 14.2 Vlvula de control.............................................................................. 155 14.3 Pruebas Frenos.................................................................................. 158 14.3 Pruebas Circuito de Enfriamiento..................................................... 160



DESCRIPCION DEL CURSO

CURSO: HIDRULICA

Tiempo de duracin: 5 das (40 horas)

Numero de Participantes: 8 Estudiantes

DIRIGIDO A

Este curso ha sido diseado para mecnicos, tcnicos de servicio, instructores, comunicadores tcnicos, supervisores e ingenieros de servicio que trabajan con maquinaria Caterpillar.

RESUMEN

El curso se desarrollar 50% en el aula y 50% en la mquina de acuerdo a la disponibilidad de esta. La clase de aula ser una presentacin de los conceptos de Hidrulica en mquinas Caterpillar y funcionamiento de los principales sistemas hidrulicos. El estudiante identificar las caractersticas y el recorrido del flujo de los principales sistemas hidrulicos en mquinas, se ubicarn los componentes y explicar el funcionamiento del estos sistemas en la Excavadora 330D, Cargador 950H y Tractor D8T Se realizan las pruebas y calibraciones de acuerdo a los procedimientos del manual de servicio. Se incidir en el procedimiento de Pre Entrega de los Equipos Caterpillar

OBJETIVOS GENERALES

Al trmino de este curso, los estudiantes estarn en capacidad de realizar los siguientes procesos: 1. Identificar correctamente la simbologa hidrulico y explicar los conceptos

bsicos de hidrulica.

2. Explicar el funcionamiento de los principales Sistemas Hidrulicos.

3. Realizar correctamente el seguimiento del flujo hidrulico en los

esquemas que se estudien de los Circuitos de las Mquinas 4. Ubicar los componentes hidrulicos principales de las mquinas.

5. Realizar correctamente las pruebas de presin del Sistema Hidrulicos de

la Excavadora, Tractor y Cargador.



1. ndice de trminos hidrulicos

Actuador. Dispositivo que convierte la energa hidrulica en energa

mecnica, un motor o un cilindro. Acumulador. Recipiente que contiene un fluido a presin. Aeracin. Aire en un fluido hidrulico, causa problemas en el

funcionamiento del sistema y en los componentes. rea anular. Es el rea en forma de anillo, por ejemplo el rea del

pistn menos el rea de la varilla. Baffle. Dispositivo. Usualmente es un plato en el reservorio para

separar la admisin de una bomba y las lneas de retorno. Bleed off. Desva una porcin controlada de flujo de la bomba del

reservorio. Bomba. La bomba que enva el fluido al 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.

Cada de presin.

Reduccin de la presin entre dos puntos de una lnea o pasaje.

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

Cmara. Compartimento de un elemento hidrulico. Carrera Longitud que se desplaza el vstago de un cilindro de

tope a tope Unidades: m, cm, pulgadas, pies.

Caudal Volumen de fluido que circula en un tiempo determinado. Unidades: m/min, cm/min, l/min, gpm

Cavitacin. Condicin que producen los gases encerrados dentro de un lquido cuando la presin se reduce a la presin del vapor.

Centro abierto.

Condicin de la bomba en la cual el fluido recircula en ella, por la posicin neutral del sistema.

Centro cerrado.

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

Cilindro de doble accin.

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

Cilindro diferencial.

Cilindros en los cuales las dos reas opuestas del pistn no son iguales.

Cilindro. Dispositivo que convierte energa hidrulica en energa mecnica.

Circuito. Entindase del recorrido completo que hace un fluido dentro del sistema hidrulico.

Componente. Una sola unidad hidrulica. Contra-

presin. Se refiere a la presin existente en el lado de descarga de una carga. Se debe aadir esta presin para el clculo de mover una carga.

Controles hidrulicos.

Es un control que al actuarlo determina una fuerza hidrulica.

Convertidor de torque.

Un tipo de acople hidrulico capaz de multiplicar el torque que ingresa.

Desplazamiento positivo.

Caracterstica de las bombas de engranaje y de paletas.



Desplazamiento.

Es la cantidad de fluido que puede pasar por una bomba, un motor o un cilindro en una revolucin o carrera. Movimiento del vstago de un cilindro. Volumen desplazado de aceite al recorrer la carrera completa del cilindro. Unidades: m, cm, L, gal.

Drenaje. Un pasaje, una lnea o un componente hidrulico que regresa parte del fluido al reservorio o tanque.

Eficiencia. Es la relacin entre la salida y la entrada, esta puede ser volumen, potencia, energa y se mide en porcentaje.

Enfriador. Intercambiador de calor del sistema hidrulico. Filtro. Dispositivo que retiene partculas metlicas o

contaminantes del fluido. Fluido. Liquido o gas. Un liquido que es especficamente

compuesto para usarlo como medio de transmitir potencia en un sistema hidrulico.

Flujo. Es producido por la bomba que suministra el fluido. Frecuencia. Nmero de veces que ocurre en una unidad de tiempo. Fuerza. Efecto necesario para empujar o jalar, depende de la

presin y el rea. F = P x A. Es la aplicacin de una energa. La fuerza hace que un objeto en reposo se mueva. La fuerza hace que un objeto en movimiento cambie de direccin.

Hidrulica. Ciencia de la ingeniera que estudia los fluidos. El uso de un fluido bajo presin controlada para realizar un trabajo.

Hidrodinmica.

Estudio de los fluidos en movimiento.

Hidrosttica. Estudio de los fluidos en reposo. Intercambiado

r de calor. Dispositivo usado para producir una transferencia de calor.

Ley de Pascal.

La fuerza hidrulica se transmite en todas direcciones. La presin ejercida sobre un lquido confinado se transmite con igual intensidad en todas direcciones y acta con igual fuerza sobre todas las reas iguales.

Lnea de retorno.

Lnea usada para regresar el fluido al reservorio.

Lnea de succin.

Lnea que conecta el reservorio con la bomba.

Lquido. Sustancia con la capacidad de adoptar cualquier forma. Manifold. Mltiple de conexiones o conductores. Motor. Dispositivo que cambia la energa hidrulica en mecnica

en forma giratoria. Orificio. Es una restriccin que consiste en un orificio a travs de

la lnea de presin. Pasaje. Conductor de fluido a travs del control hidrulico. Pascal. Cientfico que descubri que se poda transmitir fuerza a

travs de un fluido. Pistn. Elemento que dentro del cilindro recibe el efecto del

fluido. Plunger. Pistn usado en las vlvulas. Potencia. Trabajo por unidad de tiempo. Se expresa en HP o kW. Presin

absoluta.

Escala de presiones en la cual a la presin del manmetro se le suma la presin atmosfrica.

Presin atmosfrica.

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



Presin. Fuerza por unidad de rea. Se expresa en PSI. Es creada por la restriccin al flujo. La presin ejercida en un recipiente es la misma en todas direcciones.

PSI Pound per square inch- Libras por pulgada cuadrada. Relacin de

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

Reservorio. Deposito que contiene el fluido hidrulico. Respiradero. Dispositivo que permite al aire entrar y salir del recipiente

manteniendo la presin atmosfrica. Restriccin. Reduccin de la lnea para producir diferencias de

presin. Spool. Carrete que se mueve dentro de un cuerpo de vlvula. Succin. Es la ausencia de presin o presin menor que la

atmosfrica. Torque. Fuerza de giro. Trabajo. Es el efecto que produce una fuerza cuando se desplaza

una determinada distancia, se mide en kg-m, lb-pie, etc. Vlvula

check. Vlvula que permite el flujo en un solo sentido.

Vlvula de alivio.

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

Vlvula de control de flujo.

Vlvula que controla la cantidad de flujo de un fluido.

Vlvula direccional.

Una vlvula con diferentes canales para dirigirla fluido en la direccin deseada.

Vlvula piloto. Vlvula auxiliar usada para actuar los componentes del control hidrulico.

Vlvula. Dispositivo que cierra o restringe temporalmente un conducto. Estas controlan la direccin de un flujo; controlan el volumen o caudal de un flujo; y controlan la presin del sistema.

Velocidad. Es la rapidez de movimiento del flujo en la lnea. Viscosidad. Es una medida de la friccin interna o de la resistencia

que presenta el fluido al pasar por un conducto. Volumen. Tamao de espacio de la cmara, se mide en unidades

cbicas. . m, pies cbicos.



Conceptos Adicionales

1. La velocidad de desplazamiento del vstago de un cilindro depende del rea del pistn 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 presin necesaria para mover una carga o soportarla depende de la carga (peso) y del rea del pistn.

Concepto de Orificio I. Si se mantiene la Restriccin constante:

1. A mayor Caudal, mayor diferencia de Presiones entre A y B. 2. A menor Caudal, menor diferencia de presiones entre A y B. 3. Si se obstruye el lado B, las presiones en A y en B sern iguales

II. Si se mantiene el Caudal constante: 1. A mayor Restriccin (menor paso), mayor diferencia de presiones entre A

y B. 2. A menor Restriccin (mayor paso), menor diferencia de presiones entre A

y B. Otros trminos

Aguas arriba.- Se refiere al flujo antes del elemento indicado. Aguas abajo.- Se refiere al flujo despus del elemento indicado

CAUDAL = DESPLAZAMIENTO x RPM

231

3rpmrev

inGPM = 1000

rpmrevcc

LPM =

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti Desarrollo Tcnico Enero 2008


SIMBOLOGA HIDRULICA: El propsito del uso de smbolos grficos es promover un entendimiento universal de los sistemas de potencia hidrulica Ferreyros S.A.A. Desarrollo Tcnico Jorge Gorritti Enero 2008


Leccin 1: Sistemas Hidrulicos

Los principales Sistemas Hidrulicos en Maquinaria Caterpillar son:

1. Sistema Hidrulico Pilotado

2. Sistema Electro hidrulico Pilotado

3. Sistema LSPC Censado de Carga y Presin Compensada 4. Sistema PPPC (3 PC) Prioridad Proporcional y Presin Compensada 5. Sistema NFC Control de Flujo Negativo

6. Sistema Hidrosttico



LECCIN 2 SISTEMA HIDRULICO PILOTADO LECCION Los sistemas de control piloto son seales hidrulicas de aceite que controlan el movimiento de vlvulas de control de direccin, una menor presin es suficiente para mover el carrete de una vlvula que lleva presin mucho mayor, estos sistemas hidrulicos piloto nos permite operar sistemas de direccin, sistemas de implementos, etc adems nos permiten mayor precisin en la operacin reduciendo los esfuerzos del operador. En este sistema hidrulico de Implementos tenemos todos los controles en la posicin de mantener HOLD mientras el motor diesel funciona, reconozca los cdigos de colores adecuados y la simbologa ISO.

El flujo de aceite desde la bomba ingresa al cuerpo de la vlvula de tres carretes, pasa la vlvula de alivio principal y por la posicin central de las vlvulas auxiliar, inclinacin y levante regresa al tanque, estas vlvulas se llaman de centro abierto.



Aun en la posicin mantener (HOLD) la bomba enva aceite hacia la vlvula reductora de presin que regula una presin mxima para el sistema piloto, el acumulador mantiene esa presin ante sbitas variaciones o si falla la bomba, la vlvula check evita baje dicha presin Si la vlvula de cierre (SHUTOFF) esta cerrada, este aceite es bloqueado, si esta abierta el aceite llega a las vlvulas de control piloto En esta posicin de mantener, el aceite piloto esta bloqueado en las tres vlvulas de control piloto, estas son del tipo Centro Cerrado

NOTAS:



LA VLVULA DE CONTROL PILOTO Funcionamiento de una vlvula de control piloto En la vista mostrada tenemos los componentes principales de la vlvula de control piloto de un cargador, esta vlvula controla el cilindro de inclinacin o volteo (TILD) de la hoja, con excepcin de la bobina ensamblada en la parte superior de la seccin de descarga o vaciado en el lado superior izquierdo, las partes son las mismas en ambos lados de la vlvula. Con el motor encendido y la vlvula de control en la posicin fija (HOLD) el aceite ingresa en el puerto de suministro, ubicado en la parte inferior central del cuerpo de la vlvula y es bloqueado por los carretes dosificadores. cualquier aceite en las lneas de la vlvula 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



Posicin Inclinacin hacia Atrs ( TILT BACK) Cuando el operador mueve la palanca de control piloto hacia la posicin de inclinacin hacia atrs, 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 travs del orificio que esta ubicado en el centro del carrete dosificador de la vlvula de control principal, el retorno de la vlvula de control principal fluye a travs del puerto del carrete dosificador de vaciado o descarga hacia el puerto de descarga al tanque.



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

Cuando el carrete dosificador se mueve hacia abajo, el aceite piloto fluye a travs del orificio, al centro del carrete dosificador y hacia afuera del carrete de la vlvula de control principal. El aceite piloto es bloqueado en el carrete de la vlvula de control principal causando que la presin piloto se incremente El incremento de presin sobrepasa la fuerza del resorte del carrete de la vlvula de control principal y lo mueve hacia una u otra direccin, entonces como consecuencia de este movimiento el carrete de la vlvula de control principal dirige el aceite del sistema principal hacia los cilindros. El incremento de presin es tambin sentido por la parte baja del carrete dosificador. Cuando el incremento de la presin 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 travs del orificio del carrete dosificador El resorte dosificador adems ajusta la presin hacia el carrete de la vlvula de control principal en proporcin al movimiento de la palanca de la vlvula de control piloto.



VALVULAS DE CONTROL PILOTADAS Esta figura muestra una vlvula de control principal en la posicin mantener HOLD, en nuestro circuito representa la vlvula de inclinacin, levante, auxiliar o una cuarta vlvula, la vlvula auxiliar tiene dos lneas con vlvulas de alivio en sus dos puertos

VLVULA EN POSICIN FIJA Aqu se muestra la vlvula de control en posicin fija, supongamos que es la vlvula de inclinacin, cuando est en posicin fija el suministro de aceite de la bomba ingresa en el pasaje central, y fluye a travs del carrete de control y a travs de los pasajes de salida hacia la vlvula siguiente. El flujo de aceite pasa por la vlvula 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 tambin bloquea los pasajes de aceite hacia el tanque .



Vlvula en posicin de inclinacin hacia atrs ( TILT BACK) Cuando el operador mueve la palanca de control a la posicin de inclinacin hacia atrs, el aceite piloto ( color naranja) mueve el carrete de control de inclinacin hacia la derecha. El carrete de control bloquea el pasaje de salida de aceite, abriendo el pasaje de la vlvula check hacia el lado de cabeza de los cilindros de inclinacin y abriendo el pasaje del lado de vstago de los cilindros hacia el tanque Adems cuando la presin de suministro es ms alta que la presin del lado de cabeza del cilindro el suministro de aceite abre la vlvula check y deja pasar el flujo de aceite hacia el lado de cabeza del cilindro, el retorno de aceite del lado de vstago del cilindro pasa al tanque. Entonces la hoja cucharn empieza a inclinarse hacia atrs



VALVULA COMBINADA DE ALIVIO Y COMPENSACIN La figura mostrada es la combinacin de una vlvula de alivio de lnea y la vlvula de compensacin (make up) la vlvula de alivio de lnea es simplemente una vlvula de alivio pilotada Sin embargo la vlvula de alivio de lnea no esta diseada para soportar el flujo mximo de bomba hacia los implementos. El aceite en los cilindros esta conectado a travs de las lneas en el lado derecho de la vlvula de combinacin. El aceite fluye a travs del orificio de la vlvula principal hacia la cmara del resorte de la vlvula principal. La presin de aceite en lado derecho de la vlvula es la misma presin de aceite en la cmara del resorte, la presin de aceite de la cmara del resorte ms la fuerza del resorte mantiene la vlvula cerrada

Vlvula de Alivio de lnea en POSICIN de Alivio En la Figura de la siguiente pagina, la vlvula de alivio de lnea es mostrada en posicin de alivio. Cuando la presin de aceite sobrepasa el ajuste de la vlvula piloto, la vlvula piloto mueve a la izquierda el resorte. La alta presin de aceite en la cmara del resorte de la vlvula principal fluye a travs del orificio de la vlvula piloto hacia el pasaje de drenaje de la cmara del resorte de la vlvula piloto. Entonces la presin en la cmara del resorte de la vlvula principal decrece. La alta presin de aceite en lado derecho de la vlvula principal mueve a la vlvula hacia el lado izquierdo. La alta presin de aceite fluye pasando la vlvula principal a travs de la vlvula compensadora de descarga o vaciado que abre a tanque. La vlvula compensadora no se mueve cuando la vlvula alivio de lnea esta abierta.



Posicin de Compensacin ( Makeup) Aqu tenemos a la combinacin de vlvula de alivio de lnea y compensadora en posicin de compensacin. La presin de tanque es sentida o detectada en el rea efectiva de la vlvula de combinacin todo el tiempo. Cuando la presin de aceite en el cilindro, la lnea de conexin y la cmara del resorte de la vlvula de alivio decrece debajo o menos de 2 PSI ( 13.78 kpa) que la presin del tanque, la presin del tanque mueve la vlvula compensadora y la vlvula principal hacia la izquierda contra el resorte de la vlvula principal. El aceite de Tanque fluye nuevamente a travs del pasaje abierto a la lnea de conexin del cilindro



Vlvula de Control de Levante (LIFT) Posicin bajada Cuando el operador mueve la palanca de control piloto a la posicin BAJADA, el aceite piloto (color naranja) mueve el carrete de control de levante a la izquierda. El carrete de la vlvula de control bloquea el pasaje de salida de aceite, y abre el pasaje de la vlvula check hacia el lado de vstago del cilindro de levante y abre el pasaje del lado de cabeza del cilindro de retorno al tanque. Cuando la presin de suministro es ms alta que la presin en el lado de vstago del cilindro, la presin de suministro abre la vlvula check y fluye pasando al carrete de control hacia el lado de vstago del cilindro de levante, el retorno de aceite fluye del lado de cabeza del cilindro fluyendo el aceite hacia el tanque. Entonces el cucharn empieza a bajar

NOTAS



Posicin Flotante Cuando el operador mueve la palanca de control piloto a la posicin 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 vlvula 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 tambin conecta el lado de vstago del cilindro con el tanque. Cuando la bomba y ambos lados del cilindro son conectados a tanque, el cilindro de levante no puede ser hidrulicamente levantado ni bajado. Cuando la mquina es movida con la palanca de control esta en posicin flotante, el implemento seguir la curvatura del terreno



LEECCION 3: SISTEMA LSPC PRINCIPIOS SOBRE SISTEMAS HIDRAULICOS DETECTORES DE CARGA Y DE PRESIN COMPENSADA LS / PC. La presin compensada es un principio de diseo y el detector de carga conocido comnmente por el termino sensor de carga es otro. Ambos pueden ser usados juntos.

VELOCIDAD VARIABLE DEL CILINDRO En un circuito simple, la velocidad del cilindro esta determinada por el flujo a travs del carrete de control. Este flujo puede ser afectado por la velocidad del motor, carga en implemento (que es prcticamente la misma en la compuerta de la vlvula), desplazamiento o posicin 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 hidrulica, tendra que estar continuamente cambiando la posicin de la palanca de control y por lo tanto la abertura del carrete (variando el tamao de orificio) para compensar y mantener la misma cada de presin a travs del carrete de control. Nosotros conocemos de los principios de hidrulica que cuando la cada de presin a travs de un orificio se mantiene constante, el flujo a travs del mismo no variar. Lo anterior es difcil 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 aade fatiga al operador. Si a esto le sumamos el esfuerzo necesario para vencer el resorte centrador, la fatiga del operador ser rpida. .



En este nuevo sistema por la forma como la vlvula reductora de presin va instalada, se est detectando la presin de entrada al carrete de control y tambin de la misma compuerta de salida (carga) La presin de la compuerta de salida del carrete de control (carga) se suma con la tensin del resorte de la vlvula reductora para limitar la presin aguas abajo, a la entrada de la vlvula de control. Tambin necesitamos aadir una vlvula doble check, o de resolucin, que selecciona la presin de trabajo mas alta ya sea la del lado de la cabeza o de la varilla del cilindro y enva la seal resulta (la mas alta de las dos) a la vlvula reductora. Cmo se produce la reduccin del esfuerzo para mover palanca de control de la vlvula? La nica manera de reducir este esfuerzo es reducir el flujo y/o la cada de presin a travs del carrete de control. Debido a que el flujo est determinado por la bomba (de desplazamiento fijo) y los requerimientos de presin de trabajo (carga) en la compuerta de salida de la vlvula de control, los cuales no podemos cambiar, la nica variable posible de controlar la cada de presin a travs del carrete. Del esquema podemos ver que la vlvula reductora de presin (o vlvula de control de flujo) est instalada en el circuito para sensar la presin de trabajo (workport) Esta presin trabaja en la cmara de resorte contra la presin de alimentacin desde la bomba. La presin resultante de salida de la vlvula es igual a la presin de trabajo (Workport pressure) mas la presin del resorte Esta presin resultante desde la vlvula reductora de presin (control de flujo) Alimenta a la vlvula de control principal. Si el valor de la presin que alimenta al carrete de control principal (entrada), es igual a la presin de trabajo (compuerta de salida) ms la tensin del resorte de la vlvula reductora; entonces es obvio que la cada de presin a travs 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 presin de 50 psi, entonces esta mxima cada de presin de 50 PSI a travs del carrete de control principal minimiza las fuerzas de flujo y nos permite reducir el tamao y fuerza del resorte centrador, por lo tanto, el esfuerzo del operador.



La misma vlvula reductora (o de control de flujo) acta tambin 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 presin. A vlvula reductora reacciona a este incremento en la presin desde bomba y restringe el flujo de ingreso para mantener a misa cada de presin a travs del carrete principal de control. Mediante esto se mantendr el flujo constante hacia el cilindro. Si el motor baja sus RPM. Sucede lo contrario, permitir pasar ms flujo. Esta vlvula tambin anula los efectos de carga variable en las compuertas de la vlvula. Las cargas variables no afectarn la velocidad del implemento; a menos que la carga sea mayor que la carga mxima de diseo o que la bomba no sea capaz de suministrar el flujo requerido. La velocidad del implemento ser constante. DEFINICION DE PRESIN COMPENSADA: Un sistema de control que da por resultado una velocidad constante del implemento para una posicin especfica de la palanca de control. Este efecto se logra manteniendo una cada de presin constante a travs de la vlvula de control en el valor determinado por el resorte de la vlvula reductora de presin. NOTA: Realmente estn ocurriendo dos cadas de presin: La cada de presin a travs del carrete de la vlvula de control que es controlada o limitada por el resorte en la vlvula reductora de presin (o vlvula de control de flujo) La cada de presin en la misma vlvula reductora. Esta cada varia dependiendo de la diferencia entre la presin de la bomba y la presin en la compuerta de trabajo (workport), mas el valor de la presin debida al resorte. En condiciones que requieren un movimiento lento del cilindro, el operador mueve la palanca de control slo con un pequeo desplazamiento, por tanto, el carrete de control, tambin se mueve una pequea longitud; en esta condicin solo una pequea parte del flujo total de la bomba va hacia el cilindro. Con una bomba de desplazamiento fijo, Qu pasar con la presin a la salida de la bomba?. La presin de salida se incrementa hasta que la vlvula de alivio descarga el exceso al tanque. Este alto flujo a alta presin contribuye a elevar el calor en el sistema, pudiendo acortar la vida de los componentes (la vlvula de alivio tambin se abrir cuando la vlvula de control est en la posicin de retencin)



BOMBA DE DESPLAZAMIENTO (FLUJO) VARIABLE Con la bomba y su vlvula de control montada sobre el motor, necesitamos algn medio para controlar el flujo de la bomba. Lo ms lgico es conectarse a la lnea de presin de la compuerta de trabajo que va hacia nuestra vlvula reductora de presin y usar esta presin y usar esta presin para controlar el flujo de la bomba. Llamaremos a esta presin de control la presin seal o seal. Esta seal actuar junto a un resorte para darnos una presin de salida de la bomba a un valor fijo por encima de la presin de la compuerta de trabajo, llamada presin marginal Como los requerimientos de flujo cambian de acuerdo a la posicin de la palanca de control, la presin en la compuerta de trabajo cambiar como reaccin a estos movimientos, y por consecuencia la presin seal tambin cambia; provocando que la posicin de la placa angulable de la bomba cambie, regulando el caudal o entrega de la bomba. Uno de los carretes de la vlvula de control de la bomba es denominado compensador de flujo o carrete marginal (no confundirlo con la reductora de la vlvula de control, que a veces se le lama vlvula compensadora ya que compensa los esfuerzos del operador); mientras que el otro es el compensador de presin o limitador de presin que limita la presin mxima del sistema Si tenemos un vstago de control secundario, en el grupo de la vlvula de control de la bomba, que reacciona a la presin de salida de la bomba y esta ajustada para abrir a una presin mxima dada, podemos regular el caudal de la bomba para mantener un presin mxima del sistema sin necesidad de utilizar una vlvula de alivio principal. Regulando la bomba y su vlvula control para que nos d exactamente el flujo necesario para cubrir la demanda de presin de la compuerta de trabajo, el sistema trabajar de manera mucho ms eficiente.



LOAD SENSING O SENSADO DE CARGA Usando la bomba de caudal variable con su vlvula de control, nos dan las caractersticas de un sistema conocido como Load Sensing o sensor de carga donde se usa una red de resolucin de seales en forma lgica, que enva solamente el valor ms alto (de entre todas las presiones en las compuertas de trabajo de todas las vlvulas de control que se tengan) hacia la vlvula de control de la bomba (carrete marginal) De esta forma se suministra el flujo necesario de acuerdo a los requerimientos de presin del sistema. A esto tambin se le llama red de trabajo de las seales. Dentro de esta Red de trabajo existen varias vlvulas Doble check, las cuales son llamadas Resolvers o Shuttle, o vlvulas de resolucin, lanzaderas, enlace o de vaivn. DEFINICION DE LOAD SENSING O SENSADO DE CARGA Un sistema de control que mantiene la presin a la salida de la bomba un valor fijo por encima de la ms alta presin requerida por el sistema. SISTEMAS HIDRULICOS SENSORES DE CARGA Y DE PRESION COMPENSADA



En este esquema tenemos dos vlvulas de control de implementos marcadas A y B. (Note los componentes encerrados en la lnea gruesa puntuada), ambas tienen vlvulas reductoras de presin (control de flujo) en su circuito. Hay una vlvula doble check (Ball resolver) ubicada entre el lado de la varilla y la cabeza del pistn en cada cilindro. Ya sea que se accione cualquiera de los dos implementos, otra vlvula doble check enviar la seal de mayor presin de los dos cuerpos de vlvula hacia la vlvula de control de flujo (vlvula de descarga) A estas vlvulas las llamaremos sensoras de carga de presin compensada. Hagamos trabajar a las dos vlvulas al mismo tiempo: La vlvula A tiene una presin en la compuerta de trabajo de 2000 PSI, mientras que la vlvula B tiene 500 PSI. La mayor de ambas presiones ser sensada en la cmara del resorte de la vlvula de descarga (control de flujo), lo que se suma a la tensin del resorte de 200 PSI. Esto limitar la presin de suministro del sistema a 2200 PSI. Ambos implementos tendrn 2200 PSI disponible en el lado de entrada de sus vlvulas de control, tambin cada vlvula reductora (control de flujo) tiene un resorte de 50 PSI. Podemos observar en el esquema que las vlvulas reductoras de presin (control de flujo) estn conectadas en el circuito de tal forma que detectan la presin de la compuerta de trabajo. Esta presin acta en la cmara del resorte oponindose a la presin de suministro desde la bomba. La presin resultante a la salida de la vlvula reductora (control de flujo) es la presin de la compuerta de trabajo sumada a la tensin del resorte. Para la vlvula A, la presin en la compuerta de trabajo es de 2000 PSI, sumndole los 50 PSI del resorte de la vlvula reductora (control de flujo), nos da una presin en la compuerta de entrada de 2050 PSI. Ahora se pueden calcular las cadas de presin de suministro desde la bomba es de 2200 PSI, menos la presin en la compuerta de entrada del carrete de control 2050 PSI nos da 150 PSI. La segunda cada de presin es a travs 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 vlvula reductora de presin (control de flujo) Veamos ahora que pasa con la vlvula B. La presin de la compuerta de trabajo de 500 PSI se suma a la del resorte de la vlvula reductora de presin de 50 PSI dndonos una presin en la compuerta de entrada de 550 PSI. Ahora podemos calcular las cadas de presin. La presin de suministro de la bomba de 2200 PSI menos 550 nos da 1650 PSI. La segunda cada de presin es 550 PSI a la entrada menos la presin 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 vlvula reductora de presin (control de flujo) Podemos observar que tenemos una cada de presin a travs de cada carrete de control de 50 PSI, y esto se debe al resorte de 50 PSI de las vlvulas reductora de presin (control de flujo) Esta vlvula reductora de presin (control de flujo) minimiza las fuerzas de flujo en el carrete de control principal y nos permite reducir el tamao de los resortes centradores, y por lo tanto reducir los esfuerzos efectuados sobre las palancas



FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA Y DEL CONTROLADOR DE SENSADO La bomba de pistones axiales de desplazamiento variable con compensacin de presin consta de dos elementos, la bomba y la vlvula compensadora. La vlvula compensadora controla el flujo de salida de aceite de la bomba controlan o el movimiento del pistn de control (actuator piston), este pistn trabaja contra el resorte diagonal (bias spring) moviendo el plato de desgaste oscilante (swashplate) para continuamente ajustar el ngulo, la cantidad de aceite entregado en cada revolucin de la bomba (su desplazamiento) es determinado por ese ngulo, la cantidad de aceite en este modelo de bomba es infinitamente variable entre un mximo (flujo mximo) y un mnimo (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 ngulo mximo, los pistones son movidos dentro y fuera siguiendo el ngulo, para un pistn es movido fuera del barril admite aceite desde la lumbrera de la bomba que conecta al tanque, al continuar rotando el conjunto el pistn empuja el aceite desde el barril hacia la salida.

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti d Desarrollo Tcnico Enero 2008


La bomba tiene dos pistones de desplazamiento de carrera del plato oscilante (o uno alienado contra un resorte), el pistn a tensin de resorte y el pistn de control, el pistn de control es usado para aumentar la carrera (upstroke) y aumentar el flujo de la bomba, la fuerza del resorte a tensin y la presin de descarga de la bomba acta en el pistn a tensin, opuesto esta el pistn de control que es usado para disminuir el flujo de la bomba, este pistn tiene un rea mayor que el pistn tensin. El carrete compensador de presin y el carrete compensador de flujo de la vlvula compensadora de presin y flujo cambian el desplazamiento de la bomba hidrulica regulando la presin que acta en el pistn de control, la cual es suministrada por la descarga de la bomba. La mayor rea del pistn de control hace posible vencer la fuerza del pistn a tensin cuando la vlvula compensadora le aplica presin. La vlvula compensadora de presin y flujo automticamente mantiene la presin 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 presin de espera (standby), si uno o ms circuitos son usados, las seales de presin son comparadas y la mayor presin es enviada como seal a la vlvula compensadora, esta enva su seal a la bomba para mantener el flujo y presin requerido, esta ltima se llama presin marginal y es mayor que la seal recibida en la vlvula compensadora Tambin limita la presin evitando sobrecargas del sistema, a un determinado valor el compensador de presin anula al compensador de flujo disminuyendo e ngulo reduciendo el flujo bajando la presin.

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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 retraccin. Cada pistn tiene un pivote. Los pivotes de los pistones deslizan sobre una placa de desgaste que no rota La placa de desgaste aqu esta unida al plato oscilatorio El plato oscilante gira unos grados movido por los dos pistones El pistn de control de mayor tamao El pistn a tensin de menor tamao y tiene un resorte Este ngulo genera el movimiento de los pistones axialmente dentro del barril cambiando el desplazamiento de la bomba o volumen de aceite entregado en una revolucin



Mquina Apagada

Cuando el motor esta apagado, el resorte de inclinacin (bias spring) fija el plato angulable (swashplate) al mximo ngulo. 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

SEAL

VALVULA COMBINACION

BOMBA

ACTUADOR GRANDEPinte el flujo de aceite. Use el cdigo de colores

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti COMPENSADORDEPRESION

COMPENSADORDEFLUJO

ACTUADOR PEQUEO

Desarrollo Tcnico Enero 2008


VALVULA COMPENSADORA DE PRESION Y FLUJO (Pressure and flow compensator valve) Dos carretes en la vlvula de control de la bomba:

. Compensador de flujo

Compensador de presin

Aqu se muestra la vlvula compensadora usada en todas las bombas de implementos de las mquinas Motoniveladoras de la Serie H, Dos carretes estn instalados en la vlvula: Compensador de flujo o carrete marginal (a la izquierda): Esta vlvula co trola la presin marginal y la presin baja de s ndby. La presin marginal esta ajustada a 305 psi (2100 kPa) encima de la seal de presin. La presin baja de standby es aproximadamente 480 psi (3300 kPa) Si esta presin esta debajo de 380 psi (2660 kPa) o encima de 580 psi (4000 kPa), la presin marginal debe ser verificada. Si la presin marginal esta fuera de especificacin, ajuste la presin marginal y la presin baja de standby dentro del rango indicado arriba. Compensador de presin o carrete de corte de presin (a la derecha): Des-angula la bomba cuando la presin del sistema alcanza los 3700 psi (25500 kPa) Nota: Cada resorte tiene un tornillo de ajuste individual Posicin Estable El movimiento suave del compensador de flujo se denomina posicin estable. Las fuerzas en ambos extremos del carrete son iguales. El resorte ejerce una presin de 2100 kPa (305 psi) Por consiguiente, la presin de la bomba es 2100 kPa (305 psi) mayor que la presin de seal. La diferencia se llama la pre in de margen.

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en espera (stand by) NINGN FLUJO EN LA CONDICIN: PRESIN BAJA DE STANDBY (LOW PRESSURE STANDBY) LA PRESIN BAJA DE ESPERA ES MAYOR QUE LA PRESIN MARGINAL

Cuando la mquina arranca, el resorte de inclinacin mantiene el plato angulable en el mximo ngulo. Cuando la bomba produce flujo, la presin del sistema comienza a incrementarse porque el flujo es bloqueado en las vlvulas de control de los implementos. Esta presin es sentida debajo del carrete marginal y el carrete de corte de presin. El carrete marginal se mueve hacia arriba contra la suma de la fuerza del resorte y la presin (baja) de seal de la vlvula de prioridad, y permite que el aceite del sistema vaya al pistn de control en la bomba (large actuator) Cuando la presin en el pistn de control se incrementa, el pistn supera la fuerza del resorte de inclinacin y de la presin del pistn de control pequeo (small actuator) y mueve el plato angulable a un ngulo reducido (ngulo respecto a la vertical) El pistn de control grande se mueve a la derecha hasta que el conducto transversal en el vstago se destape. El aceite en el pistn de control grande luego se drena hacia carcasa de la bomba. En este ngulo mnimo, la bomba producir slo el flujo suficiente para compensar las fugas del sistema. La presin del sistema en este momento es llamada presin baja de espera y es aproximadamente 480 psi (3300 kPa)La presin baja de espera es mayor que la presin marginal. Esta caracterstica es debido a la alta contra presin (back pressure) creada por el aceite que es bloqueado en las vlvulas de centro cerrado cuando todas las vlvulas estn en la posicin 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 pistn de control grande y fluye a travs del conducto transversal en el vstago hacia la carcasa de la bomba

S E A L

V A LVU LA C O M B IN A C IO N

C O M P E N S A D O RD EP R ES IO N

C O M P E N S A D O RD EFLU JO

B O M B A

A C TU A D O R G R A N D E

A C TU A D O R P E Q U E O

Pinte el flujo de aceite. Use el cdigo de colores



Dos tipos de presin de espera: Presin Baja de Espera Verdadera Presin Baja de Espera

La salida de la bomba no es lo suficientemente bueno para compensar por fugas del sistema y para el drenado adicional a travs del agujero taladrado del pistn actuador. El pistn se mueve a la izquierda hasta que slo este abierto parte del agujero taladrado al drenaje. Esto aumenta la presin de aceite detrs del pistn actuador. Tambin, esto limita el desplazamiento del pistn a la derecha. La bomba est en baja presin de standby. La presin es diferente de la presin de margen debido a las fugas del sistema y debido al agujero en el cilindro del pistn de actuador. El carrete compensador de flujo debe moverse ascendentemente en contra del resorte para proporcionar suficiente flujo al lado del pistn del actuator. Esto permite el sistema compensar las fugas a travs del agujero taladrado. El flujo debe ser lo suficiente para mantener la presin requerida en la parte posterior del pistn para superar el resorte Bias y la presin posterior del pistn Bias Las motoniveladoras de la serie H tienen un nico sistema hidr ado PPPCS Sistema de Presin Compensada de Prioridad Proporci y dos tipos de presin de espera: Presin Baja de Espera (low pressure standby) y Verdadera Presin Baja de Espera (true low pressure standby) La presin baja de espera ocurre cuando el tapn de purga esta cerrado y la presin baja de seal desde la vlvula de prioridad acta junto al resorte del compensador de flujo, esta presin baja de seal es aproximadamente 345 k a (50 PSI) y crea una Presin Baja de Espera de 3300 kPa (480 +/- 100 P Lac3

Tapn de venteo

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti P

SI)

a Verdadera Presin Baja de Espera ocurre cuando el tapn dbierto una vuelta y la presin baja de seal de la vlvula de prionectada al drenaje del tanque, esta presin verdadera es apro100 kPa (450 PSI)

Desa ulico llamonal y ha

del carrete compen

de venteo es oridad esta ximadamente

rrollo Tcnico Enero 2008


ANGULAMIENTO (UP STROKING) Cuando un implemento requiere flujo, una seal es enviada a la vlvula de control de la bomba (vlvula compensadora) Esta seal causa que la fuerza (resorte marginal + seal de presin) en la parte superior del carrete marginal sea ms alta que la presin de suministro en la parte inferior del carrete marginal. El carrete luego se mueve hacia abajo, bloquea el aceite hacia el pistn de control grande y abre un conducto hacia el drenaje. La presin en el pistn de control grande es reducida o eliminada, lo cual permite que el resorte de inclinacin mueva el plato angulable hacia un ngulo mayor. La bomba producir ahora ms flujo. Esta condicin es llamada angulamiento (Upstroking) Las siguientes condiciones pueden causar el angulamiento de la bomba: - Una vlvula de control es accionada cuando el sistema esta a la presin baja de espera. - El vstago direccional de la vlvula de control es movido para obtener adicional flujo - Un circuito adicional es activado - Disminuye las rpm del motor. En este caso, la velocidad de la bomba disminuye lo cual causa una disminucin en el flujo y presin de suministro de la bomba. La bomba debe entonces angularse para mantener los requerimientos de flujo del sistema. Nota: La seal de presin 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 presin de suministro del sistema es 2305 psi (15900 kPa) debido a la seal de presin mxima de 2000 psi ms la fuerza del resorte marginal de 305 psi. Ahora, si el operador activa otro implemento a una presin inicial de operacin de 1000 psi, la seal de presin mxima es an 2000 psi, pero la presin de suministro disminuye momentneamente para proveer el incremento de flujo necesario

hora para los implementos. La fuerza en la parte superior del carrete marginal (ahora mayor que la erza en la parte inferior del carrete marginal) empuja el carrete hacia abajo y permite que el aceite afu

en el control de la bomba se drene. Ahora el ngulo en el lato angulable se incrementa y la bomba provee ms flujo


Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti pDesarrollo Tcnico Enero 2008


FLUJO CONSTANTE (CONSTANT FLOW)

Cuando el flujo de la bomba se incrementa, la presin de suministro de la bomba tambin se incrementa. Cuando la presin de suministro (rojo) se incrementa e iguala la suma de la presin de carga (seal de presin) ms la pre in del resorte marginal, el carrete marginal se mueve hacia la posicin de La es


Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti s

dosificacin (metering position) y el sistema comienza a estabilizarse.

diferencia entre la seal de presin y la presin de suministro de la bomba el valor del resorte marginal, el cual es 305 psi (2100 kPa)

SEAL

VALVULA COMBINACION

COMPENSADORDEPRESION

COMPENSADORDEFLUJO

BOMBA

ACTUADOR GRANDE

ACTUADOR PEQUEO



DESANGULA-MIENTO (DESTROKING) El flujo de la bomba se estabiliza cuando el carrete marginal se mueve a la Posicin de dosificacin (metering position)

Cuando menos flujo es necesario, la bomba es des-angulada (destroked) La bomba se des-angula cuando la fuerza en la parte inferior del carrete marginal comienza a ser ms alta que en la parte superior. El carrete marginal luego se mueve hacia arriba y permite que ms flujo vaya al pistn de control grande. La presin en el pistn de control grande luego supera la fuerza combinada del pistn de control pequeo y el resorte de inclinacin y mueve el plato angulable a un ngulo menor. La bomba ahora produce menos flujo. Las siguientes condiciones pueden causar el des-angulamiento de la bomba: - Todos las vlvulas de control de los implementos son movidas a la posicin fija. La bomba retorna a presin baja de espera. - El vstago direccional de la vlvula 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-angular para mantener los requerimientos de flujo del sistema. Cuando el flujo de la bomba disminuye, la presin de suministro de la bomba tambin disminuye. Cuando la presin de suministro de la bomba (rojo) disminuye y alcanza a la suma de la presin de carga (seal de presin) ms la presin marginal, el carrete marginal se mueve a la posicin de dosificacin y el sistema se estabiliza.

Nota: La seal de presin no necesariamente tiene que disminuir para que la bomba se des-angule. Por ejemplo, si dos implementos estn activados, uno de ellos a 2000 psi y el otro a 1000 psi, la presin de suministro del sistema es 2305 psi debido a la seal de presin mxima de 2000 psi ms la fuerza del resorte marginal. Ahora, si el operador retorna el implemento con 1000 psi a la posicin fija. La seal de presin mxima es an 2000 psi, pero la presin de suministro se incrementa debido a la reduccin del flujo necesario a los implementos. La presin de suministro empujar el resorte marginal hacia arriba y permitir que ms aceite vaya al control de la bomba lo cual causa que la bomba se des-angule



ALTA PRESIN DE DETENCIN (HIGH PRESSURE STALL)

En calado, limitando la seal de presin a 3200 psi por la vlvula de alivio de seal, se limita la mxima presin de operacin a 3700 psi (25500 kPa) Si la presin del sistema excede la mxima presin de operacin, el carrete compensador de presin des-angular la bomba a un desplazamiento mnimo.

Si el compensador de presin falla en des-angular la bomba o si un pico de pr sin ocurre transitoriamente al des-angularla, la vlvula de alivio principal deta


Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti e

l sistema en la vlvula de combinacin enviar el exceso de presin al nque. Esta vlvula esta ajustada a 3900 psi (27000 kPa)

SEAL

VALVULA COMBINACION

COMPENSADORDEPRESION

COMPENSADORDEFLUJO

BOMBA

ACTUADOR GRANDE

ACTUADOR PEQUEO



Leccin 4: Sistemas hidrulicos PPPC

Los sistemas hidrulicos proporcionales, prioritarios y de presin compensada (PPPC) se usan en varias mquinas Caterpillar. La vlvula compensadora del sistema hidrulico PPPC est entre la vlvula de control y el cilindro o los motores. La vlvula compensadora del sistema hidrulico LS/PC est entre la bomba y la vlvula de control. Un sistema hidrulico PPPC divide el flujo del aceite entre cada circuito que opera en el sistema. La cantidad de flujo enviado a determinado circuito es proporcional a la posicin del carrete de control direccional, regulada por el operador. Los sistemas PPPC son de presin compensada, similares a los s temas hidrulicos LS/PC vistos en la leccin 2. Por lo tanto, las v locidades de los cilindros no cambiarn a medida que la carga vare siempre que la bomba pueda cumplir con las necesidades de flujo del sistema. Adicionalmente con los sistemas PPPC, cuando las demandas de flujo del sistema exceden el flujo total disponible de la bomba, ste se divide proporcionalmente entre todos los circuitos activados. Sin embargo, los implementos se movern ms lentamente, por razn del menor flujo disponible. En los sistemas LS/PC, cuando las demandas de flujo del sistema exceden el total disponible de la bomba, el flujo no se dividir proporcionalmente y es posible que el circuito con la carga ms alta no reciba flujo de aceite.

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti ise Desarrollo Tcnico Enero 2008


LECCIN 5 CIRCUITO HIDRULICO CERRADO Empezamos con un sistema de lazo o circuito cerrado, bi direccional, bomba de desplazamiento variable y motor de desplazamiento fijo, se le aadirn los componentes de control

Vlvulas de alivio cruzadas, cuando la presin del sistema excede un valor estas vlvulas se abrirn descargando al lado de menor presin

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



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

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



MODULO 2: SISTEMA HIDRAULICO EXCAVADORA LECCIN 6: SISTEMA HIDRULICO

INSTRUCCIONES Complete lo solicitado

La excavadora es controlada por los siguientes cuatro sistemas:

- A. El sistema hidrulico principal controla los cilindros, los motores de

traslacin y el motor de giro - B. El sistema hidrulico piloto que suministra aceite a la bomba

principal y los circuitos de control - C. El sistema de control electrnico que regula el motor diesel y las

bombas - D. El sistema de enfriamiento proporciona aceite al motor del

ventilador

( .) Drive pump () Idler pump () Proportional reducing valve (power shift pressure) () Delivery line (idler pump) () Delivery line (drive pump)

(...) Main relief valve (...) Right control valve body (...) Left control valve body



La excavadora 330D usa el Sistema Hidrulico NFC Control de Flujo

Negativo. Vlvulas de Control en Neutro Una vlvula de control activada

FJerreyros S.A.A. Desarrollo Tcnico orge Gorritti Enero 2008


LECCION 7: BOMBA HIDRAULICA PRINCIPAL

La serie D de excavadoras Caterpillar usa un nueva diseo Kawasaki de

grupo de bomba hidrulica principal formada por 2 bombas gemelas de 74 gpm (280L/min) cada una. Continua usando un control NFC y es similar a la bomba usada en la 345C

(1) regulador

bomba derecha (8) regulador bomba izquierda (6) tornillo de ajuste de mnimo ngulo del plato oscilante bomba izquierda

La bomba derecha (4) vista desde el motor, esta conectada a la volvante por un acople flexible, la bomba izquierda (5) es conducida por la bomba derecha, cada bomba tiene su propio regulador (usado para controlar el flujo), toma de presin y sensor de presin La vlvula reductora proporcional PRV (2) esta montada al centro, esta toma la presin piloto y genera la presin de Cambio de Potencia (power shift) hacia los reguladores como seal de control; tiene una toma de presin (7)

(1) tornillo de

ajuste NFC bomba derecha

(2) tornillo de

control de potencia bomba derecha

LaAmdeizqEl pis

Los reguladores tienen 4 ajustes externos:

Ajuste de mximo ngulo Ajuste de mnimo ngul Ajuste de potencia (horsepower control) Ajuste NFC (negative flow control)

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti potencia entra por el eje a la bomba delantera bas bombas estn conectadas al bloque y son idnticas, la bomba

recha es accionada por el motor, el engranaje permite girar la bomba uierda, la bomba piloto esta en el mismo eje de la bomba conducida ngulo de la placa de desgaste o plato oscilante determina la carrera de los tones, el flujo lo determinan los reguladores



PRINCIPIO DE OPERACIN DE LA BOMBA

Cada regulador de una (1) bomba recibe 4 seales de presin diferentes para

controlar el flujo de salida:

- Presin de cambio de potencia (power shift presure PS) - Presin del sistema (de esa bomba) - Censado cruzado de presin de la otra bomba (Cross sensing

pressure) - Presin de control de flujo negativo (negative flow control pressure

NFC) Principio de Funcionamiento:

Asumiendo que el control del ngulo del plato es por medio de un piston hidrulico, el resorte en el extremo de cabeza del pistn mueve el ngulo del plato a mximo flujo, cuando llega presin a la cmara del extremo del vstago el resorte se comprime y reduce el ngulo del plato a mnimo flujo El pistn tiene 2 topes mecnicos, los tornillos de mximo y mnimo caudal La tensin del resorte se puede regular por medio de 1 tornillo denominado HPcontrol de potencia, en algunas excavadoras hay 2 resortes y cada uno

FerJortiene su propio tornillo, el resorte ms grande es para bajas presiones y el ms pequeo para altas presiones con sus tornillos respectivos La seal NFC puede tener un tornillo o lainas para regularse, estas variarn la velocidad de respuesta de la bomba ante el movimiento de los carretes del banco principal Para reducir el flujo de la bomba, cualquiera de las 4 seales antes mencionadas puede hacerlo, la presin de alguna de ellas entra en la camara del vstago Este principio es el mismo para todas las excavadoras, lo que varia es el diseo de los componentes y mecanismos del regulador de la bomba

reyros S.A.A. Desarrollo Tcnico ge Gorritti Enero 2008


OPERACIN DE LA BOMBA

Identifique los componentes del sistema de regulacin de la bomba Ms corriente = > Ms PS = > Menos flujo => Menos requerimiento de HP hidrulica

1. Presin de cambio de potencia (power shift presure PS) La vlvula reductora proporcional PRV recibe una seal de control del ECM para regular la presin de cambio de potencia (power shift presure PS) en relacin con la velocidad RPM del motor. La seal PS a los reguladores permite a la mquina mantener la RPM deseada del motor para mxima productividad. Si la RPM del motor es menor (baja) que la velocidad deseada debido a una alta carga hidrulica de las bombas, el ECM aumenta la presin PS (la lectura del sensor de RPM es tomada 2.5 segundos luego de salir los joystick de neutro), la PS reduce el ngulo del plato de la bomba, esto disminuye el flujo de las bombas reduciendo la carga hidrulica al motor, en consecuencia el motor mantiene la RPM deseada Si solo se requiere flujo de una bomba, la PS ser reducida permitiendo a esta bomba tomar la mayor potencia del motor, si se requiere flujo de ambas bombas, la PS se incrementar para que ambas bombas reciban una carga equivalente

HP (Potencia Hidrulica) = Presin (P) x Caudal (Q)



Control de Potencia Constante Mayor NFC => Menos flujo

2. Censado Cruzado de Presin (Cross sensing control) Ambos reguladores tienen este control, para mantener la potencia del motor hacia las bombas en un ratio constante, los reguladores reciben la presin de la bomba conductora y conducida, esto es llamado Control de Potencia Constante 3. Presin de Control de Flujo Negativo (NFC) Es la primer seal de control para el flujo de la bomba, es generada en la vlvula de control principal, con los joystick en neutral, el flujo pasa por los carretes de centro abierto y retorna al tanque por el orificio de control NFC, esta restriccin causa una seal de presin llamada NFC Cuando un regulador recibe una alta presin NFC mantiene la bomba en espera (standby) cerca al desplazamiento mnimo de la bomba Al mover un control fuera de neutro, el pasaje de centro abierto es cerrado proporcionalmente al movimiento del carrete, esto reduce la seal NFC hacia el regulador que incrementa proporcionalmente el flujo. Si el carrete se mueve al tope, cerrando el pasaje de la NFC, esta presin es igual a la del circuito de retorno a tanque (definida por la vlvula check de retorno) Dentro del regulador, la alta seal NFC es mayor a la seal de Control de Potencia Constante y reduce el flujo al mnimo

Curva con POTENCIA CONSTANTE

Curva carac El cambio de(B) P-Q (presbomba empie Cada punto des mantenida

HP

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti terstica de una bomba:

flujo de una bomba es representado por la curva caracterstica in vs caudal) desde el punto (A) donde el ngulo del plato de la za a disminuir.

e esta curva representa el flujo y la presin cuando la potencia constante

(Potencia Hidrulica) = Presin (P) x Caudal (Q) = cte



ETAPAS DE OPERACION

INSTRUCCIONES: Trace el recorrido del flujo y explique el funcionamiento STAND BY

La figura superior muestra la porcin NFC del regulador. Con los controles en neutro, alta seal NFC llega a la izquierda del carrete NFC empujandolo contra la fuerza del resorte, el tornillo de ajuste cambia el efecto de la presin NFC en el carrete, aumentando el seteo (giro horario) requiere ms presin NFC antes de mover el carrete, esta condicin causa un rpido aumento del ngulo (upstroke) con menos modulacin cuando se activa una vlvula de control. Disminuyendo el seteo (girar tornillo antihorario) hace que se necesite menos presin NFC para mover el carrete, esta condicin hace que el aumento del ngulo del plato de la bomba (upstroke) sea ms lento con ms modulacin al activar una funcin hidrulica E esta condicin, el carrete de control de potencia (horsepower control ss

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti n

poerol) dirige una seal de presin hacia el extremo de mnimo ngulo del vo pistn, esto lo mueve hacia la derecha contra el tope de mnimo ngulo.



ETAPAS DE OPERACIN : UP STROKE

INSTRUCCIONES: Trace el recorrido del flujo y explique el funcionamiento UPSTROKE AUMENTO DE FLUJO

Inc El la pizqLadesisizqAl caro iserconSi toq

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti remento de flujo causado por disminucin de la presin NFC.

resorte mueve el carrete NFC a la izquierda, esto mueve tambin el pin de alanca (feedback lever) y el carrete de control de potencia hacia la

uierda. camara de mnimo angulo del servo pistn es abierta a drenaje a travs l orificio a la derecha del carrete de control de potencia, la presin del tema entra al extremo de mximo ngulo del servo pistn moviendolo a la uierda aumentando el ngulo de la bomba. moverse el servo pistn tambin lo hace la palanca y jala a la derecha el rete de control de potencia hasta encuentre un punto de equilibrio con el

ficio de drenaje, la salida de flujo desde el extremo de mnimo ngulo del r

vo pistn es ahora dosificada por el carrete de control y el manguito de trol (sleeve)

la NFC cae al mnimo, aumenta el ngulo del plato hasta el servo pistn ue el tornillo de mximo ngulo



ETAPAS DE OPERACIN: DE STROKE

INSTRUCCIONES: Trace el recorrido del flujo y explique el funcionamiento DISMINUCIN DEL FLUJO INICIO DE DES-ANGULAMIENTO (BEGINNING OF DESTROKE)

Lcad

H

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti a figura superior muestra el carrete de control de potencia (horsepower ontrol spool) y el pistn de control de torque (no mostrado en figuras nteriores), en la posicin de aumento de flujo pero al inicio del esangulamiento, se asume que la presin PS es constante ay dos tornillos de ajuste de potencia:

- El tornillo grande ajusta el punto inicial de desangulamiento (starts destroke)

- El tornillo pequeo regula el ratio o velocidad con que la bomba desangula



Disminucin del flujo de la bomba causado por un incremento en la carga hidrulica

- La presin PS desde la PRV entra a la izquierda del pistn de control de torque - La presin de esta bomba entra al resalte de la derecha del pistn de control de torque - La presin de la otra bomba entra al resalte de la izquierda del pistn de control de torque

(cross sensing signal pressure) - La combinacin de estas 3 seales mueve el piston de control de torque a la derecha contra

la fuerza del resorte de Control de Potencia - El carrete de control de potencia dirige una seal hacia el extremo de mnimo ngulo en el

servo pistn para iniciar el des-angulamiento de la bomba DISMINUCIN DEL FLUJO FINAL DEL DES-ANGULAMIENTO (END OF DESTROKE)

C ando el servo pistn se mueve a la derecha, la palanca (feedback) mueve eeq

Ue

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti u

l carrete de control de potencia hacia la izquierda, as la presin del sistema s dosificada a travs de dos orificios hacia y desde el extremo de mnimo ngulo del servo pistn, el flujo de la bomba es mantenido constante hasta ue una de las seales de presin cambie. n incremento en la presin PS actua de la misma manera que el incremento n la presin del sistema descrito



REGULACIN DE LA BOMBA INSTRUCCIONES: Anote la interpretacin y las correcciones que hara

P-Q Curve forRight Pump Excavator

0

10

20

30

40

50

60

800 1250 1425 2300 2850 3700 4250

Pressure (psi)

Flow

(GPM

) HighLowTest


0

10

20

30

40

50

60

800 1250 1425 2300 2850 3700 4250

Pressure (psi)

Flow

(GPM

) HighLowTest


10

20

30

40

50

60

Flow

(GPM

) HighLowTest

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti 0800 1250 1425 2300 2850 3700 4250

Pressure (psi)



CIRCUITO DEL SISTEMA PILOTO

Componentes

Circuitos: 1. Control de Cambio de Potencia (Power Shift Pressure System) Funcionamiento:

0- Bomba piloto 1- Filtro Piloto 2- Toma de

muestra aceite SOS

3- Toma de presin piloto

4- Alivio piloto

FerrJorg(49) Drive pump (58) Idler pump (63) Proportional reducing valve (PS pressure)

(59) Pilot pump

(68) Machine ECM (69) Monitor (70) Engine speed dial (71) Drive pump pressure sensor (72) Idler pump pressure sensor (73) Engine speed pickup (flywheel

housing)

eyros S.A.A. e Gorritti Desarrollo Tcnico Enero 2008


Instrucciones: Siga el recorrido del flujo de las vlvulas

Vlvula Reductora Proporcional (PRV)- Presin de Cambio de Potencia (PS Power Shift)

AUMENTO DE SEAL. Ms corriente. Ms presin PS

REDUCCIN DE SEAL. Menos corriente. Menos presin PS

( ) Solenoid ( ) Valve body ( ) Line (pilot oil flow)

1

2

(1) Solenoid (2) Spring (3) Valve body (4) Spool (5) Passage (return oil flow)

3

Ferreyros S.A.A. Jorge Gorritti (6) Passage (powershift pressure to pump regulators) (7) Spool chamber (8) Passage (pilot oil flow) Desarrollo Tcnico Enero 2008


Instrucciones: Siga el recorrido del flujo en su hoja y anote el funcionamiento DESBLOQUEADO

BLOQUEADO

Circuito de vlvula de control piloto

VLVULA DE CONTROL PILOTO (JOYSTICK)



VALVULA DE CONTROL PRINCIPAL

INSTRUCCIONES: Complete los nmeros y ubique las componentes en la mquina



HOJA DE TRABAJO 2.8:

VALVULA DE CONTROL PRINCIPAL

INSTRUCCIONES: Complete los nmeros Lnea de seal NFC

banco derecho Vlvula del accesorio Vlvula de alivio de lnea

pluma extremo de vstago (boom cylinder rod end)

Vlvula de control de brazo 2

Vlvula de control oruga derecha

Vlvula de alivio de lnea cucharn extremo de cabeza (bucket cylinder head end)

Vlvula de control pluma 1

Lnea de drenaje vlvula de alivio NFC banco derecho

Vlvula solenoide de marcha recta

Vlvula de control del cucharn

Vlvula de alivio NFC lado derecho

Vlvula de marcha recta Vlvula de control de

oruga izquierda Vlvula de control de la

Pluma 2 Vlvula de alivio de lnea

brazo extremo de cabeza (stick cylinder head end)

Vlvula de control de giro

Vlvula auxiliar para control de herramientas

Vlvula de alivio de lnea circuito auxiliar

Lnea de seal regeneracin de brazo

Vlvula de control del Brazo I

Lnea de seal NFC banco izquierdo

Vlvula de control del Brazo 1

Vlvula de alivio principal Vlvula de alivio NFC lado izquierdo

La vlvula principal esta al centro de la estructura superior entre las bombas y los actuadores (cilindros y motores), esta controla su funcionamiento dependiendo de la operacin de la excavadora Recibe seal de aceite piloto desde la cabina para mover el carrete de control adecuado.



. HOJA DE TRABAJO

PRUEBAS DE VELOCIDAD DEL MOTOR

Procedimiento Realice las pruebas solicitadas siguiendo el procedimiento del manual de servicio RENR9585

NOTA SIEMPRE REFIERASE AL SIS WEB O CONSULTE A SU COMUNICADOR TECNICO POR LA LTIMA ACTUALIZACIN DISPONIBLE

CALIENTE EL ACEITE HIDRULICO

55 +/- 5 C (131 +/- 9 F)

Especificaciones

Item

Nuevo Reconstruido Lmite de servicio

Lectura

1880 +/- 50 RPM (2) 1680 a 1930(1)

Alta en vaco (1)

1980 +/- 50 RPM (3) 1780 a 2030(3)

Baja en vaco 800 +/- 50 RPM 800 +/- 100

Baja en vaco de un toque

1100 +/- 50 RPM 1100 +/- 100

Mxima velocidad con carga (4)

1720 RPM (5) 1670 RPM (5) 1620 (5)

Velocidad reducida AEC sin carga (6)

1300 +/- 50 RPM 1300 +/- 100

(1) AEC en OFF (2) 3 segundos despus de poner la velocidad en 10 (3) RPM del motor entre los 3 segundos despus de poner la

velocidad del motor en 10 (4) Presin es aliviada de ambas bombas (CALADO, PRV conectada)(5) Mnima RPM (6) AEC en ON



HOJA DE TRABAJO PRUEBAS DE TRANSITO

Procedimiento Realice las pruebas solicitadas siguiendo el procedimiento del manual de

servicio RENR 9585 Temperatura 55 +/- 5 C 131 +/- 9 F

Posicione la mquina en una superficie nivelada Levante una oruga del suelo Coloque una marca en una zapata Coloque DIAL 10 y AEC en OFF El interruptor de velocidad de traslacin en HIGH (Liebre) Mueva el control de la oruga levantada al mximo Mida el tiempo de tres vueltas completas en cada direccin Cambie el interruptor de velocidad de traslacin a LOW (Tortuga) y repita

Tiempo (segundos) para tres revoluciones Standart Undercarriage

Velocidad de traslacin Nuevo Reconstruido Lmite de

servicio Lectura

Fordward HIGH Reverse

22.5 segundos o menos



Fordward LOW Reverse




Tiempo (segundos) para tres revoluciones Long Undercarriage


servicio Lectura











Prueba estandar de transito

Temperatura 55 +/- 5 C 131 +/- 9 F

La distancia recorrida debe ser como mnimo 25 metros, trace una lnea en el piso y arranque el motor

Coloque la velocidad del motor en 10, AEC en OFF Cucharn vaco, posicione las orugas paralelo a la lnea, interruptor de

velocidad en HIGH Opere ambos pedales, empiece a medir el tiempo luego de 5m y mida la

desviacin Tiempo de Traslacin (20 ltimos metros)


servicio Lectura






24 segundos o menos


27 segundos o menos

Distancia de desviacin (de la lnea recta al final)

Velocidad de traslacin Nuevo Reconstruido Lmite de servicio

Lectura


800 mm (31.5 ) o menos

1200 mm (47.2 ) o menos

1500 mm (59.1) o menos


800 mm (31.5 ) o menos

1200 mm (47.2 ) o menos

1500 mm (59.1) o menos

Cada en Pendiente

Especificacin de caida: 0 mm Lectura:

A: Distancia preliminar 5 m. B: Distancia de medicin 20 m. C: Altura del cucharn al piso 0.5 a 1 m

Coloque la mquina en una pendiente de 12, cucharn vaco e implementos segn la figura Mida la cada luego de 3 minutos



HOJA DE TRABAJO

PRUEBAS DE GIRO Y SOBRE GIRO

Procedimiento Realice las pruebas solicservicio RENR9585

Temperatura 55 +/- 5 C 131 +/- 9 F

Mquina nivelada, Cucharn vaco Mueva el joystick completamente en una direccin y detngase en neutro a los 180, Mida la distancia de las marcas y el tiempo

Distancia de sobre giro Lectura: Derecha Izquierda

Tiempo de giro 180 Lectura: Derecha: Izquierda:

C: Marca Coloque una marca

Sobregiro (Overswing)

Item Nuevo Reconstruido Lim

manual estudiante hidraulica excavadora 330d cargador 950h tractor d8t

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