Post on 24-Oct-2015
Prensa hidráulica
Introducción.-
En el constante desarrollo de la tecnología que cada vez nos exige trabajar con la mayor efectividad
posible es por eso que las empresas buscan el mejor control de su producción sin descuidar lo que es la
seguridad, esto nos ha llevado a implementar maquinas más seguras, efectivas, etc. Todo esto es posible
gracias a la electrohidráulica.
Objetivos generales.-
Con los conocimientos adquiridos en la materia sistemas hidráulicos y neumáticos diseñar, calcular,
especificar todos los componentes de una prensa hidráulica para troquelar.
Objetivos específicos.-
- Diseñar una prensa hidráulica.
- Calcular, especificar todas las piezas de la prensa.
- Diseñar el circuito de mando que nos permita controlar la prensa.
Funciones
La prensa hidráulica tiene como función principal troquelar con una capacidad de 30 toneladas de
fuerza, además cuenta con una reja de seguridad que evita que las manos del operario este dentro del
área de acción de la prensa.
Diseño de la prensa prototipo 1
Diseño y simulación del circuito hidráulico
Diseño y cálculo de los actuadores
Datos
Fuerza de la prensa =30000kg
Presión de trabajo =200 ⁄
Calculo del área del actuador Principal
Para el cálculo asumimos una presión teórica de Pt= 200 Kg/cm2 y tomaremos una pérdida del 10% de la
presión por el rendimiento de los total entonces tenemos una presión P=Pt-0,1Pt=200-0.1(200)=180
Kg/cm2
⁄
√
√
Normalizamos el diámetro del pistón al valor más cercano en el catalogo entonces se tiene diámetro del
actuador = 160mm y diámetro del hazte 100 mm.
Verificación de la presión
Calculo del área y presión de retorno
( )
( )
Caudal del actuador
Carrera 25,4 cm
Tiempo de actuación 3 seg
Velocidad de avance
⁄ ⁄
⁄
Calculo de pandeo
1º se define
Grado de esbeltez ( )
Grado de esbeltez correspondiente a la tensión de proporcionalidad ( )
√
Donde:
; Longitud de pandeo =245[mm]
; Diámetro del hazte =100 [mm]
; Modulo de elasticidad en N/mm2=2.1x105 21000[Kg/mm2] para acero
; Limite de elasticidad del material del hazte para G10350=500N/mm2
Reemplazando
Grado de esbeltez ( )
Grado de esbeltez correspondiente a la tensión de proporcionalidad ( )
√
Verificamos la relación para Tejmajer (Satisface)9,8<71,98
( )
( )
Donde:
[ ]
-Verificamos la relación
(Satisface)
Calculo de la espesura del actuador
Donde :
K=Limite de fluencia del material dado en Kg/mm2 para cilindros k=36 Kg/mm2.
P=Presión de trabajo.
S=factor de seguridad 1,75
Diámetro interno=160mm
Actuador de la mesa:
Datos de Cálculo.-
v= 0.4m/s
L= 1 m
Cálculo de la sección del Cilindro.-
Asumiendo que debe realizar la operación de arrastrar la mesa móvil que tiene rieles con ruedas de
avance, además de la pieza a trabajar tomaremos una fuerza equivalente a 30kg
Partimos del análisis de que la fuerza que necesaria es demasiado baja y que la presión de la que dispone
el sistema es alta entonces tomaremos el cilindro de menor diámetro a nuestra disposición.
De la tabla de Cilindros REXROTH Bosch:
Cálculo de la fuerza en el actuador
Cálculo del caudal del cilindro en el avance.-
⁄
⁄
Solo calcularemos el caudal en el avance ya que es el caudal mayor necesario en este actuador.
Verificación del pandeo.-
1º se define
Grado de esbeltez ( )
Grado de esbeltez correspondiente a la tensión de proporcionalidad ( )
√
Donde:
; Longitud de pandeo (en función del tipo de fijación =0.7L)=700[mm]
; Diámetro del hazte =22[mm]
; Modulo de elasticidad en N/mm2=2.1x105 21000[Kg/mm2] para acero
; Limite de elasticidad del material del hazte para G10350=500N/mm2
Reemplazando
Grado de esbeltez ( )
Grado de esbeltez correspondiente a la tensión de proporcionalidad ( )
√
Verificamos la relación para Euler (Satisface)
Donde:
; Momento de inercia
[ ]
N; Coeficiente de seguridad =3.5
Reemplazando datos
[ ]
-Verificamos la relación no olvidar que la fuerza para mover la mesa es mucho menor a
1884 Kg es aproximadamente 100 Kg máximo
(Satisface)
Actuador de la reja
Datos de Cálculo.-
v= 0.4m/s
L= 1 m
Cálculo de la sección del Cilindro.-
Asumiendo que debe realizar la operación de arrastrar la mesa móvil que tiene rieles con ruedas de
avance, además de la pieza a trabajar tomaremos una fuerza equivalente a 30kg
Partimos del análisis de que la fuerza que necesaria es demasiado baja y que la presión de la que dispone
el sistema es alta entonces tomaremos el cilindro de menor diámetro a nuestra disposición.
De la tabla de Cilindros REXROTH Bosch:
Cálculo de la fuerza en el actuador
Cálculo del caudal del cilindro en el avance .-
⁄
⁄
Solo calcularemos el caudal en el avance ya que es el caudal mayor necesario en este actuador.
Verificación del pandeo.-
1º se define
Grado de esbeltez ( )
Grado de esbeltez correspondiente a la tensión de proporcionalidad ( )
√
Donde:
; Longitud de pandeo (en función del tipo de fijación =0.7L)=700[mm]
; Diámetro del hazte =22[mm]
; Modulo de elasticidad en N/mm2=2.1x105 21000[Kg/mm2] para acero
; Limite de elasticidad del material del hazte para G10350=500N/mm2
Reemplazando
Grado de esbeltez ( )
Grado de esbeltez correspondiente a la tensión de proporcionalidad ( )
√
Verificamos la relación para Euler (Satisface)
Donde:
; Momento de inercia
[ ]
N; Coeficiente de seguridad =3.5
Reemplazando datos
[ ]
-Verificamos la relación no olvidar que el actuador que maneja la reja de seguridad solo
necesita una fuerza 30 Kg
(Satisface)
Calculo del caudal necesario
Q1+Q2+Q3=103lit/min+30+30=163 lit/min
Cálculos de las tuberías
Tuberías succión
Datos
V=1,5 m/s=9000cm/min
Q=163lit/min=163000cm3/min
Área de la tubería de succión
√
√
Normalizamos el diámetro a 50,8mm
Calculo de la espesura de la tubería
Datos
S=8
P=1Kg/cm2
( )
( )
Donde :
S= Factor de seguridad cuyo valor es 8 para la succión y retorno y 4 para presión
= Tension de tracción máxima cuyo valor es 3500 a 5000 Kg/cm2
Calculo de la tubería de presión
Datos
V=8m/s=48000cm/min
Q=163lit/min=163000cm3/min
Calculo del área de la tubería de presión
√
Normalizamos el diámetro a 22,2mm
Calculo del espesor de la tubería de presión
Datos
S=4
P=180Kg/cm2
( )
( )
Calculo de la tubería de retorno
Datos
V=4m/s=24000cm/min
Q=163lit/min=163000cm3/min
Calculo del área de la tubería de retorno
√
Normalizamos a 31,8mm
Calculo del espesor de la tubería de retorno
Datos
S=4
P=180Kg/cm2*0,3=54Kg/cm2
( )
( )
Cálculo de Tuberías de Presión en los diferentes actuadores
Tubería Actuador A:
Datos.-
Q = 30 l/min = 500cm3/s
v= 9 m/s (Tubos de Presión hasta 315kg/cm2)
v= 900cm/s
√
0.841cm
Tubería Actuador B:
Datos.-
Q = 30 l/min = 400cm3/s
v= 9 m/s (Tubos de Presión hasta 315kg/cm2)
v= 900cm/s
√
0.841 cm
Tubería Actuador C:
Datos.-
Q = 103 l/min = 1716,67cm3/s
v= 9 m/s (Tubos de Presión hasta 315kg/cm2)
v= 900cm/s
√
1,55cm
Cálculo de Tuberías de Retorno:
Al mantener la velocidad de retorno de todos los actuadores y los caudales que son prácticamente los
mismos los diámetros de sus tuberías de retorno serán igual al diámetro de las tuberías de presión.
Normalización de Tuberías.
Normalizamos Todas las tuberías a 1 pulgada y recalculamos las velocidades que se presentaran en las
tuberías y deben estar dentro del rango de velocidad admisible.
Para la tubería de presión del actuador C
Para las tuberías de presión de los actuadores A y B
Tubería A
⁄ ⁄
Tubería B
⁄ ⁄
Tubería C
⁄ ⁄
Las tres velocidades están dentro de los rangos de velocidades permitidos para tuberías de presión.
Mínima de 3m/s
Máxima de 12m/s
Cálculo del espesor de las tuberías.-
Calculo del Espesor
Donde:
( )[ ]
Dónde:
S= Factor de Seguridad 8 (Para la succión y retorno) e igual a 4 para presión.
P= Presión de Trabajo del sistema.
(Tensión de tracción máxima) cuyo valor está entre 3500 a 5000 kg/cm2.
D= Diámetro de la tubería.
En este proyecto vemos innecesario el utilizar un coeficiente de seguridad tan alto como 8, en su lugar
simplemente utilizaremos 4. Sin importar el tipo de tubería del sistema.
Tuberías de ½” (D=1.27cm)
Datos:
P= 180kg/cm2
⁄
s = 4
( )
Tuberías de ¾” (D=1.905cm)
Datos:
P= 180kg/cm2
⁄
s = 4
( )
En lugar de complicarnos con tuberías rígidas seleccionamos tuberías flexibles directamente de
catálogo, así:
Entonces.-
1.- Para las conexiones de presión y de retorno de los actuadores A y B utilizaremos Mangueras
Flexibles SAE 100 R2/AT tamaño nominal 12.
2- Para las conexiones de presión y de retorno del actuador C utilizaremos Mangueras Flexibles SAE
100 R2/AT tamaño nominal 8.
Cálculo de Pérdidas
De Catálogo REXROTH para pérdidas en tuberías:
Note que esta ecuación es una variante de la ecuación de Darcy-Weisbach aplicada directamente a
la pérdida de presión y no a la pérdida de cabeza o caída en la línea piezométrica en la tubería.
Nota.- Toda Reducción basada en una gravedad relativa 10 m/s2.
Donde:
ΔP= Pérdida de presión de tubería directa. [Bar].
ρ= Densidad [kg/dm3].
λ= Coeficiente de Fricción de la tubería.
λlam= Coeficiente de Fricción para flujo laminar.
λturb= Coeficiente de Fricción para fujo turbulento.
Laminar Re<2000
l= Longitud de la línea [m].
v=Velocidad de la línea [m/s].
d= Diámetro interno de la Tubería [mm].
ϕ= Viscosidad Cinemática [mm2/s].
Q= Caudal en la Tubería [l/min].
√
Datos de Cálculo.-
ACEITE HL DIN51524
ϕ= 100mm2/s ρ= 0.875gr/ml =0. 875 kg/dm3
Tubería Actuador A:
Datos.-
Q = 30 l/min D= ¾” = 12.7mm l= 3m
Desarrollo.-
[ ⁄ ]
[ ]
Tubería Actuador B:
Datos.-
Q = 30 l/min D= ¾” = 12.7mm l= 4m
Desarrollo.-
[ ⁄ ]
[ ]
Tubería Actuador C:
Datos.-
Q = 103 l/min D= ½” = 19mm l=3m
Desarrollo.-
[ ⁄ ]
[ ]
Pérdidas por accesorios.-
De la misma manera haciendo la variante de la fórmula de Darcy-Weisbach para accesorios:
Coeficientes K Para Diferentes Accesorios:
Válvula de Compuerta
Accesorios K
Válvula de Compuerta 0.19
Codo en U 2.2
Tee estándar 1.8
Codo estándar 0.9
Codo de Radio medio 0.75
Codo de Radio largo 0.60
Datos Adquiridos Libro “Mecánica de Fluidos” (Víctor L. Streeter 9° Edición).
Nota.- Toda Reducción basada en una gravedad relativa 10 m/s2.
1.- Ramificaciones con conexión tipo T, en total 3, 2 en la tubería de succión y 1 en la válvula de
seguridad.
La velocidad del fluido en estas tuberías al ser de succión no superan los 1.5 m/s. entonces
analizaremos las pérdidas en el caso más crítico correspondiente a esta velocidad.
[ ] Por cada “T”
2.- Codos (En mangueras flexibles no se consideran pero sí en la tubería rígida. 2 en total.
[ ] Por cada Codo 90° (estándar).
SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES HIDRÁULICOS DEL SISTEMA:
Selección de la bomba hidráulica Variables:
- Requerida por el sistema 180 Kg/cm2 en bares: 176.5 bar
-Caudal requerido por el proceso.
[
]
Volumen geométrico:
Momento torsor:
Por lo tanto escogemos una bomba de engranajes internos que actúa con una presión máxima de
350 bares, y un caudal máximo de 360lt/min.
Del catalogo de bombas rexroth seleccionamos el tipo constructivo TC5-TN160 que tiene un
volumen geométrico máximo de 162.83 [cm3/rot].
Potencia teórica:
Potencia absorbida de la bomba:
Selección técnica de la bomba hidráulica.-
Serie: constructiva
Por defecto H, es una bomba de alta presión.
Tamaño constructivo
Elegimos TC5, por que nos da volúmenes geométricos del orden de los 64.70 a 281.90 [cm3/rot]
Series:
2x , Series 20 a 29, medidas de montaje y conexiones inalteradas.
Tamaño nominal:
Elegimos TN 160, por que nos da una volumen geométrico de 162.80 [cm3/rot], que es mayor a
nuestro volumen calculado de 132.25
Sentido de rotación:
R: rotación derecha
Aplicación del eje:
Como nuestro torque máximo es 494.353 N*m, podemos elegir, un eje cilíndrico, por que el torque
máximo permitido es de 1100 N*m.
Conexiones de succión, y presión.-
Observamos que para un tipo TC5 y TN160, nos indica una conexión patrón 07.
Sello, juntas:
Según el catalogo, para un tipo TC5 y TN160, nos recomienda juntas FKM: V
Tipo de fijación:
Elegimos la norma SAE, la cual nos indica una brida se sujeción, con dos agujeros: U2
Datos adicionales:
Ninguno: *
Por tanto seleccionamos la bomba.
PGH5-2X/160RE07VU2
R900932171
Calculo de la capacidad volumétrica del tanque.-
V= (3.5---5) *Q
V= 5*163= 815 lt
Características del aceite hidráulico.-
El aceite hidráulico a utilizar es el: H-L DIN 51524 equivalente al LUB-AOH48 producido en Y.P.F.B.
Tipo de producto PG Bomba de engranajes internos, con desplazamiento de volumen constante.
Serie constructiva H Bomba de alta presión
Tamaño constructivo 5 TC5 de 64.7 a 281.9 cm3/rot
Serie 2x Series 20 a 19 inalterables
Tamaño nominal 160 Para 162.8 cm3/rot
Sentido de rotación R derecha
Tipo de eje E cilíndrico
Conexión de succión y presión 07 De acuerdo al patrón de presión
Juntas V Juntas FKM
Bridas de montaje U2 Según SAE con 2 agujeros
Este es un aceite mineral con aditivos para aumentar:
Resistencia a la corrosión y oxidación.
Resistencia a alta presión, temperatura, envejecimiento y aditivo antiespumante.
Selección de la válvula limitadora de presión
Tipo de producto DBD Válvula limitadora de presión Mando directo.
Elemento de ajuste S Tornillo con hexágono y tapa protectora.
Tamaño nominal 15 Qmax=250l/min, Pmax=450 bar.
Tipo de conexión G Conexión roscada.
Serie 1X Series 10-19 medidas de conexión y montaje inalterables.
Nivel de presión 200 Presión de regulación.
Juntas = Juntas NBR.
Diseño de pruebas = Sin diseño de pruebas.
Elegimos: DBDS15G1X-200
Selección del filtro de succión
Elegimos: ABZFD-S0240-10H-210-1X/M-B
Selección del filtro de retorno al tanque
Tipo de producto ABZ Accesorio de instalación rexroth
Filtro F Filtro
Succión D Filtro de succión
Filtro de presión simple S Filtro de presión simple
Tamaño nominal 0240 Serie 240
Elemento filtrante 10 Malla de 10 absoluto
Válvula de bypass H Sin válvula de bypass
Presión nominal 210 Presión nominal 210 bar
Serie 10 hasta 19
1X
Medidas de instalación y conexiones
Fluido hidráulico M Aceite mineral
Variante B Variante B
Elegimos: ABZFR-S0450-10-1X/M-B
Selección del manómetro
Elegimos: ABZMM63-250BAR/MPA-U/V-G
Tipo de producto ABZ Accesorio de instalación rexroth
Filtro F Filtro
Retorno R Filtro de retorno
Filtro de presión simple S Filtro de presión simple
Tamaño nominal 0450 Serie 450
Elemento filtrante 10 Malla de 10 absoluto
Serie 10 hasta 19
1X
Medidas de instalación y conexiones
Fluido hidráulico M Aceite mineral
Variante B Variante B
Tipo de producto ABZM Accesorio de instalación rexroth
Manómetro M Manómetro
Tamaño nominal 63 Tamaño nominal
Limite de indicación 250 250 bar Depende del tipo de fijación
Escala BAR/MPA Escala en bares y megapascales
Posición de conexión U Lado inferior
Tipo de fijación
V
Fijación con rosca
Opción - Sin opción
Accionado del manómetro G Glicerina
Normalización de Actuadores.-
Actuador A
Actuador B
Actuador C
Selección de las válvulas direccionales 4/2 con resorte accionado por solenoide
Selección de la válvula del actuador principal que tiene un caudal de 103 lit/min y trabaja a 180
(Kg/cm2)
4 WE 10 Y 3X C G24 N9 K4 *
Número de conexiones 4 4 conexiones principales
Tamaño nominal 10
Símbolos de pistón Y
Serie 30 hasta 39 3x Conexión individual
Con o sin resorte Sin designación Con reposición por resorte
Solenoide húmedo C
Tipo de tensión G24 Tensión continua de 24 V
Con o sin dispositivo de accionamiento
N9 Accionamiento auxiliar oculto
Conexión eléctrica K4 Conexión individual
Control de la posición de conmutación
Sin designación Sin interruptor fin de curso
Si excedemos el caudal Sin designación Sin estrangulador insertable
Tipo de juntas Sin designación Juntas NBR
Datos en texto compl. *
Selección de la válvula 4/2 del actuador de la mesa y la reja
4 WE 10 Y73 3X C G24 N9 K4 A12 *
Número de conexiones 4 Conexiones útiles
Tamaño nominal 10
Símbolo del pistón Y73
Serie 3X Serie 30 hasta 39
Con o sin resorte Sin designación Con reposición por resorte
Tipo de solenoide C Para tamaño 10
Tipo de tensión G24 Tensión continua 24 V
Con o sin dispositivo de accionamiento
N9 De emergencia cubierto
Tipo de conexión eléctrica K4 Individual con enchufe DINXX
Influencia del tiempo de accionamiento
A12
Si excedemos el caudal Sin designación Sin dosificador insertable
Longitud de apriete Sin designación estándar
Material de juntas Sin designación Juntas NBR
Orificio de fijación Sin designación Sin orificio TN10
Otros datos *
Como los dos actuadores tienen caudales parecidos se usara dos válvulas de este tipo
Selección de las válvulas estranguladora de flujo en este caso usaremos 6 válvulas
Solo Verificamos que cumpla con los requerimientos de nuestro sistema, es decir, caudal y presión
de servicio máxima.
Universidad Mayor De San Simón
Facultad De Ciencias Y Tecnología
Ingeniería Electromecánica
Proyecto
Prensa Hidráulica de 30 Toneladas
ESTUDIANTES:
.
DOCENTE: Ing. Fanor Rojas M.
CARRERA: Ing. Electromecánica
GESTIÓN: 1/2012
FECHA: 14/07/2012
COCHABAMBA-BOLIVIA