Sincronice su sistema Parte 2

Un cilindro de cambio de fase es esencialmente un cilindro estándar con la adición de una característica importante: orificios o canales incorporados que pueden resincronizar hidráulicamente el movimiento del cilindro si no están sincronizados. Estos orificios pueden estar en el extremo de la cabeza, en el extremo de la varilla o en ambos del cilindro. Hay varias maneras de lograr esto. Independientemente de cómo se implemente, el orificio permite que una pequeña cantidad de fluido hidráulico se desvíe del pistón del cilindro en la posición completamente retraída o completamente extendida. Si es necesario, este líquido de reposición permite que el cilindro se vuelva a poner en fase (sincronice) durante el funcionamiento, Figura 1.

Los cilindros de cambio de fase se utilizan normalmente en uno de dos modos de funcionamiento: en serie o en paralelo.

modo serie — En este modo, el diámetro interior del cilindro y el diámetro de la varilla se dimensionan de modo que cuando el fluido fluya hacia el primer o el último cilindro de la serie, todos los cilindros se extienden o retraen a la misma distancia. Este tipo de circuito tiene una amplia gama de funciones en muchos tipos diferentes de máquinas.

modo paralelo — Aquí, como se muestra en la Figura 2, ambos cilindros tienen el mismo diámetro interior y de vástago. Por lo tanto, cuando el fluido entra en el extremo de la tapa del cilindro A, el cilindro A se extiende en la misma cantidad que el cilindro B se retrae. De manera similar, cuando el fluido ingresa al extremo de la tapa del cilindro B, el cilindro A se retrae en la misma cantidad que se extiende el cilindro derecho. Este tipo de circuito se usa a menudo para funciones de dirección en máquinas móviles.

Ventajas del método de cambio de fase

Hay varias ventajas en el uso de cilindros de cambio de fase. Ofrecen una precisión de división/cierre muy alta, generalmente de dos a cuatro veces la de los divisores de válvulas, y son iguales o mejores que los divisores rotativos de engranajes externos. Los costos se reducen porque combinan las funciones del divisor y el elemento actuador en un conjunto. Otros beneficios incluyen:

No se requiere conexión mecánica entre los actuadores — La precisión de división/combinación de los cilindros reajustados suele ser lo suficientemente alta como para que no se requieran conexiones mecánicas externas ni tubos de torsión de ningún tipo en la aplicación. Los operadores de la máquina pueden volver a sincronizar fácilmente en cualquier momento durante la operación simplemente extendiendo o retrayendo completamente el cilindro.

sobrealimentado — Dado que el cilindro de puesta en fase es un dispositivo de desplazamiento positivo, es posible una transferencia de potencia eficiente entre los actuadores debido al efecto de sobrealimentación, como un engranaje externo que gira un desviador. Esto es cierto tanto para la operación en serie como en paralelo.

Resincronización hidráulica sin conexiones externas, equipos o tuberías — La resincronización se realiza dentro del cilindro, lo que ayuda a minimizar el costo y el tamaño.

Sin pérdida de energía parásita constante — El orificio de resincronización está en la posición completamente extendida o completamente retraída. Por lo tanto, la posibilidad de pérdida de energía parásita existe solo en una o ambas posiciones y no en ninguna otra posición de viaje.

Desventajas de Cilindros de Reajuste de Fases

El cambio de fase de los cilindros tiene algunas desventajas. Solo se pueden utilizar en aplicaciones de actuadores lineales. Puede ser necesaria la protección contra los efectos potenciadores del estrés. Según el diseño y los parámetros del sistema, el refuerzo puede hacer que las presiones excedan las clasificaciones de presión de trabajo del cilindro mismo o de otros componentes dentro del sistema. Esto puede requerir componentes adicionales (es decir, válvulas de alivio, tuberías, etc.) para la protección de la presión, lo que aumenta el costo del sistema.

La flexibilidad de diseño también es ligeramente menor. El cilindro de fase combina las funciones de un actuador y un distribuidor/combinador en un solo conjunto. Por lo tanto, los diseñadores y fabricantes de máquinas no tienen la capacidad (física) de colocar el dispensador/combinador en una ubicación diferente a la del propio actuador, si se desea.

mejoras recientes

La tecnología de cambio de fase de los cilindros existe desde finales de la década de 1960 o antes. Sin embargo, las innovaciones de diseño recientes lo han hecho más confiable y fiable. A continuación se presentan algunos métodos básicos de diseño que se han utilizado.

Diseño de perforación — Una de las formas más básicas de proporcionar un orificio de cambio de fase es perforar un pequeño orificio perpendicular al orificio del cilindro pero paralelo al puerto de trabajo, Figura 3. Este es un método de muy bajo costo. Sin embargo, la confiabilidad puede ser cuestionable.

Los cilindros hidráulicos de alta calidad pueden tener agujeros con un acabado superficial de 0,1 a 0,25 µm. Este acabado suave es necesario para un sellado eficaz del pistón a presiones de hasta 10 000 psig en un cilindro estándar. Cada vez que un sello de pistón suave pasa a través de un orificio que se cruza con un tubo, existe la posibilidad de que se dañe el sello del pistón, lo que podría provocar fugas cruzadas en el pistón.

Diseño de pared ranurada — Esta es otra forma de lograr el orificio de cambio de fase fresando una pequeña ranura en la pared interior del tubo del cilindro, paralela al eje del tubo, Figura 4. Esto aumenta la confiabilidad ya que la ranura se fresa en la tubería con una herramienta especial paralela al eje de la tubería (en lugar de taladrar un orificio vertical). El radio de la ranura forma una pendiente natural para facilitar el sellado del pistón en la ranura.

El diseño de pared ranurada reduce la posibilidad de dañar el sello del pistón cuando pasa a través de la ranura durante la extensión o retracción. Sin embargo, fresar una ranura es un poco más caro que taladrar un agujero pequeño. Incluso con el diseño ranurado, el sello del pistón aún atraviesa la superficie con un acabado más suave o más bajo que la pared interna del tubo del cilindro mismo. Aunque esto es mucho menos probable que un diseño perforado, aún puede dañar el sello del pistón.

Válvula de cambio de fase en el pistón del cilindro — En este diseño, se usa una pequeña válvula de doble acción en lugar del orificio estático, Figura 5. Aquí, el sello del pistón no necesita pasar a través de orificios o ranuras para la función de cambio de fase. Por lo tanto, no hay posibilidad de que se dañe el sello del pistón. El resultado es una mayor fiabilidad y una vida útil más prolongada. El diseño de la válvula de cambio de fase que se muestra ha superado con éxito las pruebas de durabilidad de más de 100 000 ciclos de extensión/retracción. También hay una mayor capacidad de presión de trabajo. Los sellos de pistón en cilindros de fase con orificio o ranurados a menudo se pellizcan o se corroen si se exponen a presiones superiores a 2500 psig. Los cilindros con diseño de válvula de cambio de fase no tienen esta limitación de presión. Otro beneficio es la disponibilidad de mejores sellos de pistón: se pueden usar sellos de pistón de poliuretano en lugar de PTFE. El poliuretano tiene una excelente resistencia a la abrasión en tales aplicaciones. Los sellos de pistón de teflón se han utilizado tradicionalmente en el cambio de fase de cilindros con diseños de paredes perforadas o ranuradas, ya que se colocan sobre orificios o ranuras en el tubo y es menos probable que se dañen (en comparación con el nitrilo, el poliestireno, etc.). . Esto es posible gracias a las propiedades de baja fricción que ofrecen los sellos de PTFE.

Finalmente, hay una respuesta de cambio de fase más rápida. Si un orificio o un cilindro de sincronización ranurado está en su posición de sincronización y se debe mover una carga, el fluido puede desviarse inadvertidamente del pistón por un breve período de tiempo antes de que el sello cierre el orificio o la ranura de sincronización. La válvula de cambio de fase tiene una respuesta más rápida y, por lo tanto, minimiza el flujo de derivación no intencional. Sin embargo, como era de esperar, la válvula de cambio de fase es la opción más costosa de los tres diseños principales discutidos aquí.

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