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Fig. 2

Regule sus Bombas Electrónicamente para Mayor Control y Eficiencia

La nueva generación de tecnologías trae consigo mejoras en inteligencia, desempeño y eficiencia a bombas hidráulicas.

La operación de equipo móvil generalmente involucra compromisos. El equipo hidráulico tiene la particularidad de que opera en condiciones fijas (por ejemplo: la presión de regulación de la bomba), la cual no puede ser variada y regulada en campo. Los tractores representan un buen ejemplo en los que el sistema hidráulico debe suplir un rango amplio de implementos y generalmente se configuran de acuerdo a lo que sea el compromiso óptimo para el mayor número de situaciones que se presenten. Como resultado, estos implementos no siempre operan en las mejores condiciones de desempeño, velocidad y eficiencia energética.

Por ejemplo, los sistemas con bombas de desplazamiento fijo siempre sufren de caídas de presión: el exceso de presión requerido para compensar la resistencia al flujo de aceite en el sistema. Cuando el consumo de aceite es bajo, estas caídas de presión malgastan energía.

Avance en Tecnologías

El sistema E-Load sensing (e-LS) busca resolver estos problemas al introducir tanto flexibilidad, como la posibilidad de introducir inteligencia a la hidráulica de tractores. El sistema creado por Bosch Rexroth une el diseño discreto de las válvulas SBX4, los sensores de presión SENT, un control electrónico RC y una bomba variable con control electrónico. Juntos proveen un sistema cerrado electrónico de control de carga, dentro del cual los fabricantes de tractores pueden definir parámetros del sistema para actuadores individuales y tareas de trabajo.

Las válvulas SBX4 de Rexroth cumple con esos requerimientos con válvulas tipo sandwich que  son mecánica y electrónicamente actuadas y que pueden ser agrupadas. Adicionalmente, los pórticos hidráulicos están alineados uniformemente en todas las variaciones. En comparación con versiones anteriores como la SBX3, el caudal nominal de las SBX4 ha aumentado a 170 lpm a una presión de operación de 220 bar o 3,200 psi.

Fig. 1

1. La familia de producto de válvulas direccionales y platos de conexión SBX4 utiliza un diseño modular y de bridas uniformes configurado para casi cualquier combinación de bloques de control en cualquier sección de válvulas.

La combinación modular de válvulas con flujos variados en un solo bloque de control reduce los requerimientos de conexión y provee la potencia hidráulica suficiente para cada uno de los actuadores según se requiera. Adicionalmente, le permite a los ingenieros de aplicación combinar hasta siete secciones en un bloque, y por lo tanto, controlar una cantidad de actuadores en la unidad. La serie SBX4 también incluye controles para el remolque o enganche de los tractores, tanto para actuadores de acción simple como doble. El mantenimiento es simplificado gracias a los controles electrónicos decentralizados.

Los fabricantes también pueden alterar los parámetros de manera dinámica dependiendo de los requerimientos operativos. Por ejemplo, la presión puede ser modificada, extendiendo por ejemplo el rango para actuadores que requieran de mayor energía, o bajarla para reducir el consumo energético cuando no se requiera presión en standby. En el futuro, la configuración puede ser ajustada y monitoreada a través de una aplicación móvil en un dispositivo con conectividad Bluetooth.

Luego viene la inteligencia: cuando los implementos se conectan a las válvulas auxiliares e-LS, los sensores de presión detectan la carga y le informan a la unidad de control electrónico (ECU), el cual le instruye a la bomba que los identifique y que cubra los requerimientos de los mismos. Señales convencionales tipo Load Sense también pueden ser procesadas, por ejemplo: la dirección puede ser conectada de manera convencional a través de una línea load sense, donde las regulaciones de seguridad convencionales pueden cumplirse. Esto simplifica la implementación de sistemas e-LS a equipos existentes.

Beneficios de Mantenimiento y Diagnóstico

La tecnología puede ser utilizada para optimizar el comportamiento del sistema. Los sensores que se utilizan para medir la presión también pueden ser usados para monitorear la temperatura, mostrando alertas cuando se presenten anomalías como por ejemplo una alta oscilación y permitiendo que el sistema tome las medidas necesarias para resolverlo. Se pueden establecer límites a los ajustes de presión de manera que indiquen posibles fallas o daños como preventivo.

El sistema también puede recopilar data en cuanto a presión, caudal y temperatura durante operación, lo que permite elaborar diagnósticos rápidos, precisos y bajos en costo. El diagnóstico puede ser evaluado tanto en sitio, como en línea a través de la nube. Esta data también puede ser utilizada para mantenimiento preventivo y para optimizar diseños futuros de los equipos.

Sistema Virtual de Descarga Aumenta la Eficiencia de una Excavadora

Con sistemas hidráulicos convencionales, se bombea más fluido del requerido para mover una carga. Con nuevas tecnologías, se determina la cantidad requerida a través de sensores de presión y la bomba suple lo requerido para mover la carga.

Fig. 2

2. El sistema virtual de descarga con centro cerrado para excavadoras ayuda a los fabricantes de equipo a que implementen medidas de cumplimiento con regulaciones estatales de regulación de emisiones y ruido.

Un sistema hidráulico de dos circuitos con centro cerrado juega un papel central en el sistema de descarga virtual de Rexroth (VBO por sus siglas en inglés). El software del VBO y una bomba con control de presión electrónico virtualmente reproduce el sistema convencional de centro abierto y su inherente sensibilidad de carga (dinámica) - una característica muy importante para el operador. La bomba puede resguardar la presión máxima del sistema y presiones individuales de cada consumidor reduciendo las pérdidas gracias al regulador de presión variable.

La tecnología de descarga virtual, introducida en sus inicios para excavadoras por Rexroth en el 2009, es un sistema de centro cerrado en el cual las pérdidas - que de otra manera ocurrirían en condición neutral - son eliminadas. Al mismo tiempo, el operador de la excavadora aún cuenta con el beneficio de contar con sensibilidad de carga inherente de sistemas de centro abierto. Esta segunda generación del sistema VBO ofrece tres componentes clave:

  • Una bomba Rexroth doble de caudal variable tipo A28VO,
  • Una válvula de control central tipo RCS,
  • Una unidad de control central RC con software de segunda generación VBO.

Bomba Doble con un Diseño Compacto

Las emisiones permisibles se van reduciendo constantemente en el mundo y requieren que los fabricantes de excavadoras incorporen sistemas de tratamiento de gases y componentes adicionales. Como resultado, el espacio de instalación está cada vez más reducido. Rexroth desarrolló la  bomba doble de pistones axiales A28VO, que es la más compacta en su clase: una bomba variable con basculante, diseñada con una dinámica y precisión optimizadas, gracias a la mejora en las fuerzas de accionamiento del regulador y sistema de ajuste (servo).

Fig. 3

3. Bomba A28VO de Rexroth. Con una longitud de solo 440mm para el tamaño 130cc, esta bomba doble es aproximadamente 20% más corta que las bombas hidráulicas convencionales. Cuenta con un 3-5% mayor eficiencia total y puede manejar presiones 20 bar más altas.

Configurable para cada función—la nueva válvula de control central RCS es de centro cerrado y puede ser instalada tanto vertical como horizontalmente. El concepto RCS está basado en dos canales de bombeo paralelos con pocas pérdidas de presión. Los actuadores pueden ser configurados de acuerdo con su cantidad, secuencia y tamaño para cumplir con la función requerida. La plataforma está disponible en tres tamaños nominales y puede ser usada para excavadoras desde 20 hasta 400 toneladas.

La segunda generación de la VBO utiliza un kit modular que puede ser ajustado individualmente de acuerdo con la tarea que se requiera en campo. Adicionalmente, es posible configurar válvulas de alivio de presión, anti-deriva, válvulas Rexroth eValves o válvulas de control de carga, tapones y cobertores de control hidráulico o electrohidráulico para cada función.

Fig. 4

4. Combinada con el software de descarga virtual VBO, la plataforma de bloques de control RCS le brinda flexibilidad y un control eficiente para bulldozers, excavadoras tanto sobre ruedas como con orugas y equipo heavy duty similar. En la imagen se muestra un módulo de control para booms.

Concepto de software modular—la segunda generación de VBO con arquitectura abierta utiliza módulos y flexibilidad en la selección de los módulos de control. Esto le permite la opción de libremente programar la distribución de flujo a los diferentes consumidores para cumplir con los requerimientos del usuario final con precisión. Por lo tanto paquetes de software modulares y modificables de acuerdo con los requerimientos específicos están disponibles. Los diseñadores pueden escoger entre el paquete completo VBO, o un kit modular de software.

Puesta en marcha, diagnóstico y mantenimiento simplificado—una arquitectura de sistema simplificado puede eliminar un número importante de líneas hidráulicas, lo que reduce el tiempo de instalación y costo. También simplifica reparaciones y mantenimiento en campo.

Comparado con el control eléctrico positivo, la eficiencia (movimiento de tierra por litro de combustible consumido), se mejora con el VBO en más del 10%. Su hardware modular y estructura de software permiten que el sistema de segunda generación sea fácilmente actualizable para ajustarlo a requerimientos futuros, empezando con la electrificación e “hibridización” de sistemas de asistencia, control automatizado de movimiento, hasta la ejecución de trabajos en modo autónomo.

Artículo escrito originalmente por Uwe Maier y Benamin Wogrin de Bosch Rexroth.

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