El diseño hidráulico ayuda a los simuladores a llenar el nicho

Persecuciones de autos deportivos a alta velocidad, acrobacias aéreas rápidas y furiosas, recorridos imaginativos por volcanes y esquí: estas son solo algunas de las experiencias de simulación que puede encontrar en un centro comercial, un centro de entretenimiento, una atracción turística o un parque de diversiones. Los simuladores de movimiento brindan estos estímulos y efectos secundarios al reproducir las imágenes, los sonidos y las sensaciones de movimiento para crear la impresión de cualquiera de las docenas de experiencias de ritmo rápido. A diferencia de sus primos más grandes y complejos que instalará permanentemente en los principales parques temáticos del mundo, los simuladores de movimiento portátiles se pueden mover de un lugar a otro a una fracción del costo de sus contrapartes de gama alta.

En el extremo inferior de estos simuladores portátiles hay modelos con atractivos gráficos de alta tecnología y fundamentos de movimiento electromecánicos de baja tecnología. Estas unidades requieren una inversión monetaria mínima por parte del propietario y son económicas de operar, pero solo pueden manejar una o dos personas por ciclo. También brindan una experiencia entretenida que deja mucho que desear, ya que el movimiento puede ser lento y es posible que los participantes no estén completamente rodeados de efectos visuales y de audio.

Por otro lado, los simuladores de movimiento portátiles multijugador brindan una experiencia más compleja y creíble. Las unidades multieje de alta capacidad de respuesta producen una percepción de movimiento realista, con los participantes aislados del entorno externo y completamente rodeados por las imágenes y los sonidos de la experiencia simulada. Además, estos simuladores tienen un rendimiento mucho mayor (12 o más personas por ciclo), pero son mucho más caros y pueden ser engorrosos de transportar de un lugar a otro.

Un mercado sin explotar está en algún punto intermedio: un simulador fácilmente portátil que puede manejar a más de una o dos personas a la vez, pero con costos de compra y operación similares a los de un simulador electromecánico para dos personas. El simulador de movimiento portátil Transport 6 llena este vacío en el mercado Sistemas de precisión Doron , Binghamton, NY El Transport 6 tiene capacidad para 6 personas, por lo que tiene un rendimiento mucho mayor que un simulador de una o dos personas. Sin embargo, el precio del Transport 6 es competitivo con los simuladores de alta gama para dos personas.

Donald Wenzinger, vicepresidente de ventas de simuladores de entretenimiento doméstico de Doron, dijo que el Transport 6 es lo suficientemente liviano como para rodar de una posición a otra sobre ruedas con solo dos personas, y lo suficientemente pequeño como para pasar por un estándar de dos puertas. David C. Byerly, ingeniero sénior de sistemas mecánicos, agrega que una vez que el Transport 6 llega a su destino, la configuración es simple porque su centro de gravedad bajo significa que no tiene que estar atornillado a la base y puede pasar el sencillo y ampliamente disponible fuente de alimentación trifásica de 230 V.

ventajas de la hidraulica

Los simuladores de movimiento que manejan una o dos personas a la vez generalmente funcionan con electromecánica. Las cargas son lo suficientemente ligeras y los husillos de bolas eléctricos de velocidad variable proporcionan un paquete de accionamiento económico para cada eje. La hidráulica puede funcionar en estas aplicaciones, pero a un costo mayor y con poco o ningún beneficio de rendimiento. Sin embargo, una vez que los requisitos de potencia alcanzan el rango de 3 a 5 hp, el sistema hidráulico puede impulsar varios ejes con mayor rendimiento, menor costo o ambos.

Los ingenieros de Doron evaluaron los sistemas electromecánicos cuando ingresaron por primera vez al mercado del entretenimiento a mediados de la década de 1970. Según Byerly, los sistemas hidráulicos son la elección clara para la mayoría de las aplicaciones.»Definitivamente ha habido algún progreso en los sistemas electromecánicos. Pero a pesar de que la transmisión electromecánica proporcionó el rendimiento que necesitábamos a un precio razonable, descubrimos que el sistema hidráulico es el sistema de transmisión más confiable y receptivo. Los actuadores hidráulicos ocupan menos espacio que los motores y los husillos de bolas, y siempre podemos encontrar espacio para las unidades de potencia hidráulica. «

Byerly también cita la longevidad como una ventaja de los sistemas hidráulicos sobre los electromecánicos en estas aplicaciones.»La vida útil de un husillo de bolas es como un rodamiento: un número limitado de ciclos, distancia recorrida u horas de funcionamiento. Mantener una lubricación, limpieza y alineación adecuadas es esencial para que el husillo de bolas alcance su vida útil nominal. Por otro lado, un sistema hidráulico bien diseñado puede excluir los contaminantes y filtrar aquellos que llegan al aceite. Los husillos de bolas no pueden eliminar la contaminación a menos que se utilice un sofisticado sistema de lubricación presurizada. «

Los fabricantes de simuladores de movimiento electromecánicos a menudo intentan obtener una ventaja competitiva citando las fugas y el ruido como los principales inconvenientes inherentes a los simuladores de movimiento accionados hidráulicamente, explicó Wenzinger.»Sin embargo», reveló Byerly, «siempre que nuestros emuladores estén correctamente instalados y mantenidos, las fugas no deberían ser un problema. Usamos accesorios tipo junta tórica para evitar fugas, y los sellos del vástago se mantienen bien, ya que generalmente no reciben ninguna hostilidad real. No es como una retroexcavadora donde el cieno se pegará al poste. Nuestra literatura especifica que el simulador debe instalarse en un entorno relativamente limpio. Uno opera cerca del malecón junto al mar. Pero debido a que está dentro de la tienda, no estará directamente expuesto a la atmósfera salada y arenosa del ambiente marino, y no tendrá fugas.

«Además, el ruido no es un gran problema. En los sistemas hidráulicos, la mayor parte del ruido lo genera la unidad de potencia hidráulica. Por supuesto, la unidad de potencia es más ruidosa que un solo tornillo de bola y un conjunto de motor. Pero con la hidráulica, el ruido proviene de una sola fuente, por lo que es más fácil de aislar que el ruido de múltiples fuentes y direcciones diferentes, como un simulador con múltiples husillos de bolas eléctricos. «

luces, CAMARA, ACCION

Muchos simuladores ofrecen seis ejes de movimiento, dijo Wenzinger.»Pero dado que es difícil para los sentidos humanos detectar los seis ejes de movimiento completos, elegimos tres ejes para Transport 6: balanceo, cabeceo y panorámica vertical. Estos proporcionan la mejor dinámica para una simulación de movimiento realista. Si bien el seis ejes puede agregar un poco a la experiencia del conductor, aumenta significativamente el costo y sin duda el precio del Transport 6 estará fuera de su mercado previsto.

«Con su sistema de movimiento 3DOF, el Transport 6 ofrece una sensación de movimiento convincente. Después de todo, la mayor parte de la sensación de movimiento proviene de la presentación visual;El movimiento físico refuerza principalmente el movimiento de las señales visuales. Pero es importante realizar los movimientos físicos con cuidado y en estrecha sincronización con los efectos visuales, de lo contrario, los participantes pueden experimentar mareos. «

Byerly reveló que la parte visual del programa se filmó en una película de 35 mm, se editó y se grabó en un disco láser. Si el programa se filmó directamente en una cinta de video, las imágenes estarían limitadas por la calidad de imagen de la cinta de video, dijo. Sin embargo, la resolución y la reproducibilidad del color de la película de 35 mm es mucho mayor que la de la cinta de video. Por lo tanto, las imágenes de alta calidad capturadas en película se pueden usar en futuros espectáculos que utilizarán equipos de video de alta definición. Junto con las imágenes visuales, la pista de audio de alta fidelidad se almacena en el disco de video, al igual que el índice electrónico de cada cuadro de video.

Para crear el movimiento de Transport 6, el programador reprodujo un disco de video mientras miraba la pantalla de video y manipuló el joystick para inclinar la base de movimiento hacia la izquierda y hacia la derecha. Esto se hace en segmentos para que las partes se puedan volver a grabar, fusionar y ajustar para lograr un perfil de movimiento que se asemeje mucho a lo que se ve en el video. El perfil de movimiento completo se almacena electrónicamente en el controlador de movimiento. El controlador de movimiento luego recrea el movimiento programado mediante el control de válvulas proporcionales, que dirigen el fluido hidráulico dentro y fuera del cilindro. El lazo de control está cerrado por un transductor de desplazamiento lineal (LDT) montado al lado de cada cilindro. El controlador de movimiento compara la señal de retroalimentación del cilindro del LDT con la señal almacenada electrónicamente en el perfil de movimiento.

Una computadora patentada controla y monitorea la operación general. La computadora no ordenará al controlador de movimiento que inicie una secuencia de movimiento a menos que todos los interbloqueos estén cerrados. Estos incluyen interruptores para indicar que la puerta está cerrada y bloqueada, el cilindro está en la posición inicial, etc. Una vez que comienza el programa de movimiento, la computadora monitorea la operación comparando la señal de retroalimentación de cada LDT con el valor programado en cada incremento de índice de video. Estas actualizaciones ocurren hasta 30 veces por segundo.

herrajes hidraulicos

El sistema hidráulico del Transport 6 está alimentado por un motor eléctrico de 3 hp estrechamente acoplado a una bomba de pistones axiales de caudal variable. Un depósito de 10 galones proporciona una fuente constante de líquido, mientras que un intercambiador de calor mantiene el líquido a temperaturas muy por debajo de lo que se considera caliente. Uno de 5 galones. Un acumulador con precarga de 650 psi repone el flujo de la bomba durante breves períodos de tiempo cuando se requiere que el flujo alcance los 15 gpm.

Bomba — El sistema hidráulico consta de un Bomba Bosch Rexroth A10V10 . Tiene una cilindrada máxima de 10cc/rev. Y tiene compensación de presión, que impulsa la bomba a desplazamiento cero cuando la presión alcanza el ajuste del compensador (1000 psi en este ejemplo). Según Jon Yuhas, gerente de la oficina técnica de Rexroth Northeast en Nashua, New Hampshire, las funciones de reducción de ruido de la bomba la hacen ideal para esta aplicación.

La geometría del disco de sincronización de la bomba amortigua los cambios de presión que ocurren cuando el fluido se presuriza y despresuriza rápidamente a medida que pasa a través de la bomba, dijo. Si no se corrigen, estas rápidas fluctuaciones de presión pueden crear ondas, una fuente importante de ruido de la bomba. La bomba A10V10 también tiene pasajes de flujo más anchos para reducir la turbulencia, otra posible causa del ruido de la bomba.

Yuhas continúa señalando que el acoplamiento estrecho también es importante. La configuración de la placa final del motor es una brida SAE A: configuración de perno doble con eje estriado. La bomba se acopla directamente al motor y, dado que no se requiere acoplamiento, se elimina el ruido del acoplamiento. Yuhas dice que la bomba es tan silenciosa que es más silenciosa que el motor eléctrico de 3 caballos de fuerza que la impulsa.

El diseño real del sistema hidráulico contribuye aún más a la operación silenciosa. La presión del sistema está limitada a 1000 psi aunque todos los componentes tengan una clasificación de al menos 3000 psi. Las presiones relativamente bajas tienden a producir un funcionamiento silencioso y la bomba funciona con un desplazamiento casi nulo durante la mayor parte del ciclo operativo. Hacer funcionar la bomba con un desplazamiento cercano a cero no solo produce menos ruido sino que mantiene el sistema hidráulico funcionando frío.

Válvula proporcional — Desde el circuito de carga/descarga de la bomba y el acumulador, el fluido se envía en paralelo a tres válvulas proporcionales de doble solenoide centradas por resorte. Yu ha revelado que Valve, Rexroth 4WREE6-V , con chaflanes y ranuras en las esquinas del carrete. Estas características esencialmente crean un carrete de superposición cero para proporcionar la máxima respuesta y evitar fugas internas de puerto a puerto, lo que de otro modo podría resultar en un posicionamiento incorrecto del cilindro. El LVDT integrado permite que la válvula corrija automáticamente cualquier error de posición del carrete monitoreando la posición del carrete.

Yuha agregó que la electrónica integrada puede compensar las irregularidades del flujo a medida que la válvula se mueve más allá de su posición central. Esto simplifica el cableado de control, ya que la válvula puede funcionar directamente desde una señal analógica del control informático patentado de Doron.

Además de la capacidad de flujo proporcional de la válvula, se conecta una válvula dosificadora en serie a cada puerto del cilindro. Estos actúan como dispositivos de seguridad para limitar el flujo del cabezal a 5 gpm y el flujo del extremo del vástago a 3 gpm por cilindro.

cilindro — Finalmente, el fluido llega a los tres cilindros de doble efecto, cada uno con una pulgada y media.agujero, 10 pulg.trazo y 1 pulgada.polo. En el improbable caso de que falle el sistema, los parachoques integrados en cada extremo de cada cilindro limitan la desaceleración. El movimiento se transmite desde el cilindro a la plataforma de movimiento a través de los extremos de las varillas esféricas. Una gran junta universal ubicada en el centro restringe los tres ejes de movimiento y trabaja en conjunto con los extremos esféricos de la barra para evitar cargas laterales que reducen la vida útil y la confiabilidad del cilindro.

retroalimentación de posición — Los ingenieros de Doron optaron por utilizar un potenciómetro LDT para la retroalimentación de posición. A veces llamados potenciómetros lineales, estos LDT son uno de los diseños más compactos y económicos para proporcionar una señal de retroalimentación continua que indica la posición del pistón. Se pueden usar LDT sin contacto (como los diseños magnetoestrictivos), pero aumentan significativamente el costo del sistema.

Por lo general, la base cinemática monta la LDT dentro del cilindro. Esto se hace para ahorrar espacio y proteger la LDT de entornos potencialmente hostiles. Montar la LDT dentro del cilindro costaba más, por lo que Doron optó por un montaje externo porque había espacio disponible junto al cilindro y el entorno no era duro.

Byerly explicó: “El tanque lineal brinda el rendimiento y la longevidad necesarios para todas las aplicaciones del Transport 6. Y debido a que el LDT no está instalado en el cilindro, es fácil de reemplazar. Esto lleva muy poco tiempo, y el costo de reemplazar un potenciómetro lineal dos o tres veces sigue siendo mucho menor que el costo inicial de una sola LDT sin contacto. «

Debido a que los emuladores son portátiles, la mayoría de los componentes son de fácil acceso, dijo Byerly.“Si reemplazar las LDT requiere mucho tiempo y esfuerzo, podemos justificar pagar precios más altos por las LDT sin contacto. Pero la mayoría de los componentes de estas máquinas son muy fáciles de usar, por lo que el servicio y el mantenimiento son rápidos y sencillos. Sin embargo, entiendo que este no es el caso si el dispositivo está instalado permanentemente en un área con accesibilidad limitada. En este caso, desea utilizar tantos componentes como sea posible con índices de vida infinitos, ya que sería costoso repararlos o reemplazarlos. Entonces, en cierto modo, desde el punto de vista del diseño y el mantenimiento, una configuración portátil es un lujo. «

filtrar — Como cualquier sistema hidráulico, el sistema hidráulico del Transport 6 depende de fluidos limpios para una alta confiabilidad y una larga vida útil.»No hacemos nada sofisticado con el filtrado», explicó Byerly. Tenemos que lidiar con los contaminantes del aire comunes y los desechos que ocasionalmente entran en el rango de operación del cilindro. «El paquete de filtro estándar para Transport 6 incluye una tapa de ventilación de 10 µm y un filtro de presión de 10 µm, ubicados aguas abajo de la bomba.

«Probablemente, la mayor fuente potencial de contaminación es cuando el simulador se transporta de un lugar a otro», explica Byerly.»Los únicos lugares donde los contaminantes pueden ingresar al sistema hidráulico son el vástago del pistón y la ventilación del tanque. Sin embargo, tampoco es un problema. Al transportar el simulador, todos los cilindros están en la posición completamente retraída y hemos provisto una tapa sobre el respirador para sellarlo. Esto aísla el tanque de combustible del medio ambiente cuando la máquina está en tránsito.

Beneficios integrales

Una de las claves para que el precio de Transport 6 sea competitivo con los simuladores electromecánicos es mantener el diseño y la construcción simples. El mayor rendimiento del sistema hidráulico hace que la experiencia del conductor sea mejor, y su asiento para seis pasajeros hace que la Transport 6 sea mucho más valiosa que sus competidores electromecánicos. Su portabilidad y funcionamiento eléctrico monofásico facilitan su instalación.

Sin embargo, los beneficios de Transport 6 van más allá de lo que los propietarios y pasajeros pueden lograr. Su alta fiabilidad, funcionamiento sin fugas y facilidad de mantenimiento hacen de Transport 6 un ejemplo convincente de que los sistemas hidráulicos pueden ofrecer un alto rendimiento sin los estereotipos negativos que suelen asociarse con ellos.

error: Content is protected !!