Una prensa hidráulica generalmente es alimentada por una Unidad de Potencia Hidráulica Industrial, comúnmente llamada estación hidráulica o central hidráulica. Comparada con una Unidad de Potencia Hidráulica Mini, una estación hidráulica para prensas normalmente requiere un depósito más grande, mayor potencia del motor, control de válvulas más complejo, mejor refrigeración y una mayor capacidad de ciclo de trabajo. La unidad de potencia hidráulica genera presión, controla el movimiento del cilindro, mantiene la fuerza de prensado y soporta cada etapa del ciclo de trabajo. Si la unidad es insuficiente, la prensa puede moverse lentamente, no alcanzar la fuerza requerida o sobrecalentarse. Si es sobredimensionada, la máquina puede consumir energía innecesaria y costar más de lo necesario.
Seleccionar la unidad de potencia hidráulica industrial correcta no es simplemente cuestión de elegir una bomba y un motor. La unidad completa debe coincidir con la tonelaje de la prensa, las dimensiones del cilindro, la velocidad de trabajo, el tiempo de mantenimiento de presión, el ciclo de trabajo, la secuencia de control y el entorno de operación.
Calcule la Presión y Fuerza Requerida por la Prensa Hidráulica
El primer paso es confirmar la máxima fuerza que la prensa debe producir. La capacidad de la prensa se indica comúnmente en toneladas o kilonewtons, pero el sistema hidráulico debe calcularse a partir del diámetro del cilindro y la presión de trabajo.
La fuerza del cilindro se determina por la presión hidráulica multiplicada por el área efectiva del pistón. Un cilindro más grande puede producir la misma fuerza a una presión más baja, mientras que un cilindro más pequeño requiere una presión más alta.
El cálculo debe tener en cuenta la fricción mecánica, las pérdidas de presión, la resistencia de las herramientas y un margen de seguridad razonable. La presión máxima del sistema también debe permanecer dentro de los límites nominales del cilindro, la bomba, las válvulas, las mangueras, los sellos y la tubería.
No seleccione una unidad de potencia hidráulica únicamente en función de la tonelaje anunciada de la prensa. El diseño del cilindro y el requisito de fuerza real son entradas de ingeniería más fiables.
Ejemplo: Cálculo de Fuerza, Flujo y Potencia del Motor para una Prensa Hidráulica
La relación entre el tamaño del cilindro, la presión hidráulica, el caudal y la potencia del motor se puede ilustrar con un ejemplo simple.
Suponga que una prensa hidráulica utiliza un cilindro con un diámetro de orificio de 250 mm y una presión de trabajo máxima de 200 bar.
El área del cilindro se puede calcular como:
Área del Cilindro = π × Orificio² ÷ 4
Dado que un orificio de 250 mm es igual a 25 cm:
Área del Cilindro = 3.1416 × 25² ÷ 4 ≈ 490.9 cm²
La fuerza de prensado teórica es:
Fuerza de Prensado (kN) = Presión (bar) × Área del Cilindro (cm²) ÷ 100
Por lo tanto:
Fuerza de Prensado = 200 × 490.9 ÷ 100 ≈ 981.8 kN
Esto es aproximadamente equivalente a 100 toneladas métricas de fuerza de prensado. En una prensa hidráulica real, también se deben considerar la fricción mecánica, las pérdidas de presión y el margen de seguridad requerido.
El flujo hidráulico requerido depende de la velocidad objetivo del cilindro:
Flujo (L/min) = Área del Cilindro (cm²) × Velocidad (cm/s) × 0.06
Si el cilindro debe acercarse a la pieza de trabajo a 50 mm/s, o 5 cm/s:
Flujo de Acercamiento = 490.9 × 5 × 0.06 ≈ 147.3 L/min
Sin embargo, si la velocidad de prensado es solo de 5 mm/s o 0.5 cm/s:
Flujo de prensado = 490.9 × 0.5 × 0.06 ≈ 14.7 L/min
Esto significa que la prensa requiere aproximadamente diez veces más flujo durante el enfoque rápido que durante la etapa de prensado a alta presión.
La potencia del motor se puede estimar utilizando:
Potencia del motor (kW) = Presión (bar) × Flujo (L/min) ÷ 600 ÷ Eficiencia total
Suponiendo una eficiencia hidráulica total de 85%, la potencia del motor aproximada requerida durante la etapa de prensado es:
Potencia del motor = 200 × 14.7 ÷ 600 ÷ 0.85 ≈ 5.8 kW
Si el sistema tuviera que proporcionar el flujo completo de enfoque de 147.3 L/min a 200 bar, la potencia del motor requerida aumentaría a aproximadamente 57.8 kW. Sin embargo, en la mayoría de las prensas hidráulicas, la presión máxima y el flujo máximo no se requieren al mismo tiempo.
Durante el enfoque rápido, el cilindro normalmente opera a alto flujo pero a presión relativamente baja. Durante el prensado, opera a alta presión pero a un flujo mucho más bajo.
Por esta razón, las prensas hidráulicas comúnmente utilizan:
- Un circuito de bomba dual alta-baja
- Una bomba de pistón de desplazamiento variable
- Un circuito asistido por acumulador
- Control separado de velocidad de enfoque rápido y prensado
Estas configuraciones permiten que la unidad de potencia hidráulica proporcione un movimiento rápido del cilindro sin requerir un motor innecesariamente grande o generar calor excesivo de manera continua.
Calcular el Flujo de la Bomba Hidráulica para Cada Ciclo de Prensa
Como muestra el ejemplo anterior, una prensa hidráulica generalmente requiere diferentes tasas de flujo durante el enfoque rápido, el prensado, el mantenimiento de presión, la descompresión y el retorno. Por lo tanto, el flujo de la bomba debería calcularse para cada etapa del ciclo operativo en lugar de a partir de una única velocidad máxima del cilindro.
La mayoría de las prensas hidráulicas no operan a una velocidad constante. Un ciclo de trabajo típico incluye:
- Enfoque rápido
- Prensado lento
- Mantenimiento de presión
- Descompresión
- Retorno rápido
Cada etapa puede requerir una combinación diferente de presión y flujo.
El flujo requerido se calcula a partir del área del cilindro y la velocidad de movimiento objetivo. Un cilindro grande puede necesitar un flujo alto durante el acercamiento rápido, pero solo un flujo bajo durante la prensa a alta presión.
Una bomba fija única seleccionada para la máxima velocidad de movimiento puede desperdiciar energía y generar calor excesivo durante la etapa de prensado. Dependiendo del ciclo de operación, el sistema puede utilizar un circuito de doble bomba, bomba de desplazamiento variable, circuito asistido por acumulador o control de flujo proporcional.
El objetivo es proporcionar suficiente flujo durante el movimiento rápido, evitando un flujo innecesariamente alto de presión durante las etapas de prensado y mantenimiento. Por lo tanto, la bomba y el circuito hidráulico deberían seleccionarse del ciclo completo de presión-flujo en lugar de solo de la presión máxima o la velocidad máxima.
Seleccione la Bomba Hidráulica Correcta para la Prensa
Las opciones comunes de bombas para prensas hidráulicas incluyen bombas de engranaje, bombas de paletas y bombas de pistón.
Las bombas de engranaje son económicas y adecuadas para muchas prensas estándar con presiones moderadas y operación intermitente. Tienen una estructura relativamente simple y son fáciles de mantener.
Las bombas de paletas proporcionan un flujo más suave y un menor ruido de operación dentro de los rangos de presión adecuados. Pueden ser seleccionadas para prensas donde el movimiento estable y el menor ruido son importantes.
Las bombas de pistón axial se utilizan a menudo para sistemas de prensa hidráulica de alta presión, trabajo continuo, flujo variable o eficientes en energía.
Una bomba de pistón de desplazamiento variable puede reducir su salida después de alcanzar la presión requerida, disminuyendo la pérdida de energía y la generación de calor. Sin embargo, generalmente es más cara y requiere una mejor limpieza del aceite que una bomba de engranaje básica.
La configuración adecuada de la bomba y del circuito también depende de cómo opera la prensa hidráulica:
| Requisito de prensa hidráulica | Configuración hidráulica recomendada |
|---|---|
| Prensa pequeña con operación intermitente | Bomba de engranaje de desplazamiento fijo |
| Acercamiento rápido y prensado lento a alta presión | Circuito de bomba dual de alta-baja |
| Ciclos de producción frecuentes | Bomba de pistón de desplazamiento variable |
| Largo tiempo de mantenimiento de presión | Circuito de descarga de bomba con válvulas de mantenimiento de presión |
| Movimiento de alta velocidad y corta duración | Circuito asistido por acumulador |
| Control preciso de fuerza y velocidad | Sistema hidráulico controlado proporcional o por servomotor |
| Operación continua de alta carga | Bomba variable con mejorada refrigeración y filtración |
La selección de la bomba debe considerar:
- Presión continua y máxima
- Rango de flujo requerido
- Eficiencia de la bomba
- Ruido de operación
- La viscosidad del aceite hidráulico
- Sensibilidad a la contaminación
- Vida útil esperada
- Disponibilidad de piezas de repuesto
La bomba no debe operar continuamente a su máxima presión o calificación de flujo absoluto. Un margen de operación adecuado ayuda a mejorar la fiabilidad y la vida útil.
Ajuste la Potencia del Motor al Ciclo Real de la Prensa
El motor eléctrico debe proporcionar suficiente potencia para accionar la bomba bajo las combinaciones de presión y flujo reales requeridas por el ciclo de prensado. Como se muestra en el ejemplo de cálculo, la presión máxima y el flujo máximo pueden ocurrir en diferentes etapas, por lo que no deben combinarse automáticamente al dimensionar el motor.
Sobredimensionar el motor de esta manera puede aumentar el costo de compra, la demanda eléctrica y el consumo de energía sin mejorar el rendimiento real del prensado.
En muchas prensas hidráulicas, se requiere un alto caudal durante la etapa de aproximación a baja presión, mientras que se requiere alta presión durante la etapa de prensado a bajo caudal. Por lo tanto, un circuito hidráulico correctamente diseñado puede reducir la potencia del motor requerida sin disminuir el rendimiento de la prensa.
El proveedor de la unidad de potencia hidráulica debería revisar la duración de cada etapa en el ciclo de trabajo antes de seleccionar el motor.
Las especificaciones del motor también deben coincidir con la alimentación eléctrica local y el entorno de funcionamiento, incluyendo:
- Voltaje y frecuencia
- Potencia nominal del motor
- Velocidad del motor
- Clase de aislamiento
- Nivel de protección
- Método de arranque
- Normas eléctricas locales
Algunas unidades de potencia de prensa hidráulica utilizan un variador de frecuencia para mejorar el control de velocidad o reducir el consumo de energía. Sin embargo, el variador, el motor, la bomba y la estrategia de control deben seleccionarse como un sistema completo.
Determine la Capacidad del Reservorio Hidráulico y de Enfriamiento
El tanque de aceite hidráulico no solo almacena aceite. También ayuda a liberar calor, separar aire, sedimentar contaminantes y proporcionar un suministro estable de aceite a la bomba.
Un tanque subdimensionado puede provocar un rápido aumento de la temperatura del aceite, formación de espuma, entrampamiento de aire, mala separación de contaminantes y condiciones inestables de entrada de la bomba.
La capacidad del tanque debe seleccionarse de acuerdo con:
- Flujo de la bomba
- Volumen total de aceite del cilindro
- Ciclo de trabajo de la prensa
- Requisitos de refrigeración
- Espacio de instalación disponible
No existe una regla única sobre el tamaño del tanque adecuada para cada prensa hidráulica. La capacidad final debe comprobarse a partir de los cambios en el volumen de aceite, el balance térmico, el tiempo de liberación de aire, el espacio de mantenimiento y el ciclo de trabajo esperado.
Una prensa de producción que opera continuamente normalmente requiere una mayor capacidad de tanque y refrigeración que una prensa de taller de uso ocasional.
El calor se genera por la ineficiencia de la bomba, fugas internas, pérdidas de presión y estrangulación a través de las válvulas de control. Si el tanque no puede disipar suficiente calor de manera natural, la unidad de potencia hidráulica puede requerir un enfriador de aire-aceite o un enfriador de agua-aceite.
El tanque también debe incluir características de mantenimiento prácticas, como un indicador de nivel y temperatura de aceite, filtro de respiradero, puerto de drenaje, tapa de limpieza y conexiones de succión y retorno correctamente dispuestas.
Seleccione las Válvulas Hidráulicas y el Método de Control
El manifold de válvulas hidráulicas controla la dirección, velocidad, presión, retención y descompresión del cilindro. Su configuración debe coincidir con la secuencia de operación real de la prensa hidráulica.
Una unidad de potencia de prensa hidráulica puede incluir:
- Válvulas de control direccional
- Válvulas de alivio de presión
- Válvulas de retención
- Válvulas de retención operadas por piloto
- Válvulas reductoras de presión
- Válvulas de descarga
- Las válvulas de control de flujo
- Válvulas de presión o flujo proporcionales
Para aplicaciones de mantenimiento de presión, la fuga interna de la válvula debe controlarse cuidadosamente. Para períodos prolongados de mantenimiento de presión, la bomba no necesariamente debe permanecer continuamente cargada. Un circuito debidamente diseñado puede utilizar válvulas de retención accionadas por piloto, válvulas de cartucho de baja fuga, acumuladores o control de descarga de bomba para mantener la presión mientras se reduce el consumo de energía y la generación de calor.
La pérdida de presión durante el mantenimiento puede ser causada por fugas de sellos del cilindro, fugas de válvulas, compresión del aceite, expansión de mangueras o cambios en la temperatura del aceite. Por lo tanto, se deben especificar la caída de presión permisible y el tiempo de mantenimiento requerido antes de diseñar el circuito hidráulico.
Para una prensa que cambia de un acercamiento rápido a una presión lenta, el circuito hidráulico debe cambiar suavemente sin crear movimiento repentino del cilindro o choque de presión.
Los cilindros grandes y de alta presión pueden requerir una descompresión controlada antes de que la válvula direccional cambie de posición. Esto es especialmente importante cuando el cilindro contiene un gran volumen de aceite comprimido o cuando la prensa mantiene alta presión durante un período prolongado.
Un diseño de descompresión deficiente puede crear choque de presión, ruido, vibración de la tubería y daño a válvulas, sellos o componentes conectores. Por lo tanto, la descomposición debe considerarse durante el diseño inicial del sistema hidráulico en lugar de añadirse más tarde.
Especifique Filtración y Limpieza del Aceite
Las prensas hidráulicas pueden usar válvulas de precisión, sensores de presión y bombas de alta presión que son sensibles a la contaminación.
La filtración de línea de retorno es común en unidades de potencia hidráulica, mientras que la filtración de línea de presión o filtración fuera de línea puede añadirse para aplicaciones más exigentes. Los indicadores de condición del filtro ayudan al personal de mantenimiento a reemplazar el elemento del filtro antes de que el sistema entre en bypass.
El nivel de limpieza del aceite requerido debe basarse en el componente más sensible a la contaminación en el sistema.
Sin embargo, la filtración por sí sola no puede mantener el sistema limpio. La limpieza durante el ensamblaje, el sellado adecuado del reservorio, el lavado del sistema, el llenado correcto de aceite y la puesta en marcha controlada son igualmente importantes.
Para equipos de producción críticos, componentes de alta precisión o prensas hidráulicas que operan continuamente, el monitoreo en línea de la limpieza del aceite también puede integrarse en la estación hidráulica o en el sistema de control de la máquina.
Incluya Monitoreo de Presión y Funciones de Seguridad Hidráulica
Una prensa hidráulica puede almacenar una cantidad significativa de energía hidráulica y mecánica. La unidad de potencia hidráulica debe responder de manera segura durante el funcionamiento normal, falla de energía, parada de emergencia, falla de manguera o pérdida de señal de control.
Las funciones típicas de protección y monitoreo incluyen:
- Protección de alivio de presión principal
- Sensor de presión y manómetro mecánico de presión
- Protección contra sobrecarga del motor
- Alarma de bajo nivel de aceite
- Alarma de alta temperatura de aceite
- Liberación de presión controlada
- Función de retención segura del cilindro
- Interfaz de parada de emergencia
- Señales del guardia de seguridad y del interbloqueo de la puerta
Se deben revisar los requisitos de seguridad aplicables en maquinaria, hidráulica y eléctrica de acuerdo con la estructura de la prensa, método de control, entorno operativo y mercado objetivo.
Considerar el Tipo de Prensa Hidráulica
Diferentes tipos de prensas hidráulicas pueden requerir configuraciones de unidades de potencia hidráulica muy diferentes.
Una prensa de taller pequeña puede utilizar un sistema de bomba de engranaje relativamente simple porque la máquina opera de manera intermitente y no requiere un control de velocidad complejo. Una prensa de formado para producción puede requerir un acercamiento rápido, velocidad de prensado controlada, mantenimiento de presión, descompresión y retorno rápido.
Una prensa de balas o compresión puede requerir recorridos largos, grandes volúmenes de aceite y períodos prolongados de mantenimiento de presión. Una prensa de ensamblaje de precisión puede necesitar control de presión proporcional, retroalimentación de desplazamiento precisa y control de fuerza repetible.
Las prensas hidráulicas multicilíndricas también pueden requerir divisores de flujo, sensores de posición, válvulas proporcionales o control en bucle cerrado para mantener la sincronización de los cilindros.
Antes de seleccionar la unidad de potencia hidráulica, el proveedor debe comprender si el equipo es una prensa de taller, prensa formadora, prensa de balas, prensa de moldeo por compresión, prensa de ensamblaje o prensa multicilíndrica.
¿Qué Información se Necesita para Seleccionar una Unidad de Potencia de Prensa Hidráulica?
Para recibir una propuesta precisa de unidad de potencia hidráulica, los compradores deben proporcionar la siguiente información:
| Información Requerida | Por qué es importante |
|---|---|
| Fuerza de prensado requerida | Determina la presión del sistema y la fuerza del cilindro requeridas |
| Diámetro del cilindro y del vástago | Se utiliza para calcular la fuerza y el flujo de aceite |
| Recorrido del cilindro | Determina el desplazamiento de aceite |
| Velocidades de acercamiento, prensado y retorno | Determina el flujo para cada etapa |
| Tiempo de mantenimiento de presión | Afecta la fuga de la válvula y el diseño de descarga |
| Ciclos por hora | Afecta la generación de calor y el enfriamiento |
| Voltaje y frecuencia del motor | Determina la configuración eléctrica |
| Método de control | Determina las funciones de válvulas, sensores y PLC |
Un dibujo del cilindro, un esquema hidráulico o un gráfico del ciclo de la prensa pueden mejorar significativamente la precisión de la selección y reducir el riesgo de un dimensionamiento incorrecto de los componentes.
Conclusión
AiSoar Hydraulics diseña y fabrica Unidades de Potencia Hidráulica Industriales personalizadas para prensas hidráulicas, máquinas formadoras, enfardadoras, equipos de ensamblaje y otras aplicaciones industriales.
Para recibir una propuesta adecuada de estación hidráulica, por favor proporcione la fuerza de prensado requerida, el diámetro del cilindro, el diámetro del vástago, el recorrido, la velocidad de acercamiento, la velocidad de prensado, la velocidad de retorno, el tiempo de mantenimiento de presión, el ciclo de trabajo y el voltaje del motor. Nuestros ingenieros pueden revisar el ciclo de trabajo completo y recomendar la bomba, motor, depósito, colector de válvulas, enfriamiento, filtración y configuración de control apropiados.
