La industria de la gran minería tiende a utilizar cada vez con mayor frecuencia grandes máquinas telecomandadas, como un modo de dar mayor continuidad a sus faenas, mejorar la eficiencia, control y registro y salvaguardar a los operadores de accidentes in situ.

Estas grandes máquinas requieren por seguridad un sistema de detención, freno, de mayor capacidad que los frenos hidráulicos tradicionales.

La presente invención se refiere a un cilindro mixto para la aplicación en un sistema de frenos, en grúas puentes de telecomando u otros equipos pesados de la industria telecomandados, con dos accionamientos, uno por un pedal sobre una bomba de freno, que funcione con un líquido de frenos (por ejemplo DOT 3), y el otro con un sistema electrohidráulico, que acciona un segundo sistema hidráulico. Dado que existe incompatibilidad entre los líquidos utilizados por las fuentes de energía hidráulica, no se puede utilizar un solo cilindro hidráulico que permita el contacto entre ellos, ya que al mezclarse los líquidos pierden sus propiedades (trasmitir presión, lubricar y refrigerar, por ejemplo). La invención busca resolver estos problemas.

Cilindros hidráulicos

1. El cilindro hidráulico en el circuito hidráulico

Además del motor hidráulico, en un circuito hidráulico hoy en día el cilindro hidráulico es un equipo insustituible para la transformación de energía hidráulica en energía mecánica. Es, por lo tanto, el elemento de unión entre el circuito hidráulico y la máquina que lo acciona.

A diferencia del motor hidráulico, el cual realiza movimientos rotatorios (giratorios), el cilindro hidráulico tiene la función de realizar movimientos de traslación (lineales) y, simultáneamente, transmitir fuerzas.

La fuerza máxima posible del cilindro F depende, despreciando la fricción, de la presión de servicio máxima admisible p y de la superficie efectiva A.

F = p · A (en kN)

Para el accionamiento con cilindros hidráulicos en movimientos lineales de máquinas de trabajo, se obtienen las siguientes ventajas:

- El accionamiento directo con cilindros hidráulicos es sencillo en su montaje y fácilmente ubicable para el constructor de máquinas.

Al no haber conversión de movimiento rotatorio en movimiento lineal, el accionamiento del cilindro posee buen rendimiento.

Un cilindro hidráulico puede presentar su fuerza máxima de forma constante desde el comienzo hasta el final de la carrera.

Una válvula de presión ofrece la posibilidad de limitar de manera sencilla la fuerza de carrera.

- La velocidad del pistón de un cilindro hidráulico depende del caudal y de la superficie de pistón efectiva. Si se mantiene constante el caudal, también será constante la velocidad del pistón desde el comienzo hasta el final de la carrera. De acuerdo con el tipo constructivo de un cilindro hidráulico, éste sólo podrá proporcionar fuerzas de presión o fuerzas de presión y tracción.

El dirnensionamiento de cilindros hidráulicos permite construir accionamientos de gran potencia con cotas reducidas de montaje,

Los casos de aplicación más frecuentes de cilindros hidráulicos son la elevación, el descenso, el bloqueo y el desplazamiento de cargas.

2. Tipos de cilindro según su efecto

De acuerdo con su efecto los cilindros hidráulicos se dividen en:

- cilindros de efecto simple y

- cilindros de efecto doble.

2.1 Cilindros de efecto simple

Los cilindros de efecto simple solamente pueden entregar su fuerza en un sentido. La reposición del pistón se puede llevar a cabo mediante un resorte, por peso propio del pistón o por efecto de una fuerza externa. Básicamente los cilindros de efecto simple tienen un, superficie efectiva.

2.1.1 Cilindros a pistón de inmersión o a pistón sin vástago

En esta versión de cilindro, de acuerdo con la instalación técnica, sólo se pueden transmitir fuerzas de compresión.

De acuerdo con el caso de aplicación, los cilindros a pistón sin vástago pueden realizarse con o sin tope interno y pistón guía. La magnitud de la fuerza de presión se calcula en todas las ejecuciones mediante la multiplicación de la superficie del vástago de pistón por la presión de servicio. Los cilindros a pistón sin vástago se emplean allí donde un claro sentido de la fuerza permite el retorno seguro a la posición inicial, como por ejemplo: en prensas hidráulicas con pistón interior, dispositivos de elevación, etc.

Cargando la superficie efectiva a través de la conexión de tubería "A" con presión de servicio, el pistón sale (<=). El retorno del pistón debe producirse por el peso propio del mismo o por efecto de una fuerza externa.

2.1.2 Cilindro con retroceso por resorte

Los cilindros con resortes de reposición se emplean allí donde falta la fuerza externa de reposición. Los resortes de reposición se pueden disponer en el interior del cilindro o fuera del mismo. Dado que los resortes sólo pueden recorrer carreras y generar fuerzas limitadas, éstos se emplean especialmente en "cilindros pequeños". Se utilizan en la construcción de utillajes como cilindros de sujeción o como herramienta de montaje para realizar reparaciones.

La salida (<=) del vástago se logra cargando la superficie efectiva del pistón con presión de servicio a través de la conexión "A". El movimiento de entrada del vástago se realiza por medio del resorte de reposición.

Cargando la superficie anular efectiva con presión de servido a través de conexión "B" se logra la entrada del vástago. El movimiento de salida (=>) se realiza por medio del resorte de reposición.

2.2 Cilindros de efecto doble

Los cilindros de efecto doble poseen dos superficies de efecto opuesto, de igual o de distinto tamaño. Disponen de dos conexiones independientes entre sí. Mediante alimentación de un medio de presión a través de las conexiones "A" ó "B" el pistón puede transmitir fuerzas de tracción o de compresión en ambos sentidos de carrera. Este tipo de cilindro se emplea en prácticamente todos los campos de aplicación.

Los cilindros de efecto doble se subdividen en cilindros diferenciales y cilindros de doble vástago.

2.2.1 Cilindros diferenciales

(Cilindros con vástago unilateral)

En la mayoría de los casos de aplicación los cilindros se realizan con un solo vástago. Los cilindros diferenciales poseen un pistón: el cual está unido fijamente a un vástago de diámetro menor. El nombre cilindro diferencial se deriva de las superficies efectivas tamaño (diferentes). La relación de superficies entre superficie del pistón y superficie anular se denomina factor e . La fuerza máxima transmisible depende para el movimiento de salida de la superficie del pistón y para el movimiento de entrada, de la superficie anular y de la presión de servicio máxima admisible. Es decir, que a igual presión de servicio la fuerza de salida es mayor en el factor s a la fuerza de entrada. Las cámaras a llenar en cada caso, dada la carrera son iguales en longitud, pero distintas en su volumen dadas las diferencias entre superficie del pistón y superficie anular. Por ello las velocidades de carrera se comportan de modo inverso a las superficies.

Es decir:

- Gran superficie -» marcha lenta

- Pequeña superficie -» marcha rápida

2.2.2 Cilindros de doble vástago

(Cilindros con vástago bilateral)

Los cilindros de doble vástago poseen un pistón, el cual está unido fijamente a dos vástagos de diámetro menor. La fuerza máxima transmisible en ambas direcciones depende de las superficies anulares de igual tamaño y de la presión de servicio máxima admisible. Es decir, que a igual presión de servicio las fuerzas en ambos sentidos son iguales. Dado que las superficies y las longitudes de carrera son idénticas de ambos lados, también lo son las cámaras a llenar. De allí resulta que las velocidades también son iguales.

Para casos especiales de aplicación los cilindros de doble vástago se pueden realizar con distintos diámetros de pistón.

En esta versión las fuerzas y las velocidades se comportan (en forma similar a los cilindros diferenciales) en la relación de superficies e de ambas superficies anulares entre sí. 2.3 Formas especiales de cilindros hidráulicos de efecto simple y doble

Existen casos de aplicación en los cuales los cilindros de efecto simple o doble sólo pueden ser empleados tomando medidas suplementarias. La mayor parte de dichos casos son longitud de carrera con cotas de montaje sumamente reducidas o grandes fuerzas a mínimo diámetro de pistón. Estas y otras exigencias condujeron una serie de versiones especiales, cuya fabricación resulta sumamente complicada.

2.3.1 Cilindros tándem

En los cilindros de efecto doble en versión tándem se unen dos cilindros de modo tal de que el vástago de uno de ellos presione sobre la superficie del pistón del otro a través de la base de último. Gracias a esta disposición las superficies se suman y se pueden transmitir grandes fuerzas sin aumentar la presión de servicio y diámetros externos reducidos. Cabe tener en cuenta la mayor longitud constructiva.

2.3.2 Cilindros de marcha rápida Los cilindros de marcha rápida se emplean especialmente en construcción de prensas. En este tipo de cilindro, mientras se requiera la fuerza completa de trabajo, solamente se carga una parte de la superficie efectiva del pistón, el así denominado pistón de marcha rápida. La superficie efectiva total se une más tarde con la bomba hidráulica a través del mando, mediante la reacción de válvula presión e interruptores de fin de curso.

Ventajas:

- Gran velocidad de marcha rápida por volumen pequeño

- Gran fuerza de compresión por gran superficie efectiva del pistón.

2.3.2.1 Cilindro de marcha rápida de simple efecto

- Marcha rápida (<=) a través de conexión "A1 "

Reaspiración a través de conexión de línea "S"

- Fuerza de compresión (<=) a través de conexión "A2"

- Retroceso mediante peso propio o fuerza externa, retorno de"A1 "y"A2"

2.3.2.2 Cilindro de marcha rápida de doble efecto

- Marcha rápida (<=) a través de conexión "A1 "

Reaspiración a través de conexión de línea "S"

- Fuerza de compresión («=) para pistón de trabajo a través de conexión "A2"

- Retroceso a través de conexión "B", retorno de "A1 " y "A2"

2.3.3 Cilindro telescópico

Los cilindros telescópicos se diferencian de los cilindros "normales" por su menor longitud de montaje al estar retrocedidos, con respecto a cilindros "normales" con carrera comparable. Como consecuencia de los vástagos que se encajan, la cota de montaje es igual a la longitud total de carrera dividida por la cantidad de etapas más la cota de carrera nula (espesor de base, longitudes de guías, anchos de estancamiento, fijación). Ello quiere decir que la longitud de montaje es sólo un poco más grande que una etapa. La longitud del cilindro telescópico retrocedido normalmente se encuentra entre la mitad y un cuarto de su longitud de carrera. En función de su cota de montaje estos cilindros se realizan de dos, tres, cuatro o cinco niveles. Se emplean cilindros telescópicos en ascensores hidráulicos, plataformas basculantes, vehículos utilitarios, plataformas elevadoras, construcción de antenas, etc.

2.3.3.1 Cilindros telescópicos de simple efecto

Si los pistones se cargan a través de conexión "A", salen uno tras otro. La presión se rige por la magnitud de la carga y por la superficie efectiva. Consecuentemente, el pistón con la superficie efectiva sale primero.

A presión y caudal constantes comienza el movimiento de salida, la fuerza más grande y a baja velocidad y finaliza con la fuer; pequeña y a velocidad elevada.

La fuerza de carrera a emplear debe estar dimensionada por la superficie efectiva más pequeña del pistón. En el cilindro telescópico de efecto simple el orden del movimiento de entrada es inverso como consecuencia de la carga externa. Ello quiere decir que el pistón la menor superficie se trasladará primero a la posición final.

2.3.3.2 Cilindros telescópicos de doble efecto

En los cilindros telescópicos de doble efecto la salida se produce del mismo modo que en los cilindros telescópicos de simple efecto.

El orden del movimiento de entrada de las distintas etapas se rige por el tamaño de la superficie anular y de la carga externa. Aquí, al ser cargado con presión a través de la conexión "B", el pistón con la mayor superficie anular marcha primero a la posición final.

Los cilindros telescópicos de doble efecto también se pueden realizar como cilindros telescópicos de doble vástago. En esta versión las distintas etapas salen o entran simultáneamente. 3. Principios constructivos

La construcción de un cilindro hidráulico depende en gran medida del caso de aplicación. En máquinas herramienta, máquinas de trabajo móviles, hidroeléctricas, industria del acero y siderurgia o en otros casos de aplicación. Para cada caso específico se han ido desarrollando principios adecuados de construcción.

En base al cilindro diferencial de efecto simple o doble que se utiliza con mayor frecuencia, representaremos los principios constructivos más usuales.

Básicamente se diferencian dos tipos constructivos:

- Construcción por tirantes y

- construcción redonda.

3.1 Construcción por tirantes

En los cilindros de tirantes la cabeza del cilindro, el tuno del cilindro y la base del cilindro están unidas firmemente mediante barras de tracción (tirantes). Los cilindros de tirantes se caracterizan por su construcción especialmente compacta.

Dada la construcción compacta que ahorra espacio, se emplean especialmente en la industria de máquinas herramienta y en instalaciones de fabricación en la industria automotriz, como por ejemplo, centros de maquinado.

3.2. Construcción redonda En los cilindros hidráulicos de construcción redonda la cabeza del cilindro, el tubo del cilindro y la base del cilindro están firmemente unidos mediante tornillos, soldaduras o anillos de retención .

Dado el montaje robusto los cilindros hidráulicos de construcción redonda resultan adecuados también para ser empleados bajo condiciones extremas de operación.

Los campos de aplicación de los cilindros hidráulicos de construcción redonda son la construcción general de máquinas, fábricas de laminación, fábricas siderúrgicas, hidroeléctricas, astilleros y técnica de tierra firme y de alta mar.

En lo que se refiere al estado de la técnica para cilindros mixtos en general, podemos citar la patente de invención ES 451 .304, la que se refiere a perfeccionamientos introducidos en un cilindro hidráulico de doble acción, es decir, que puede someterse a carga por ambos lados, para un sistema de mando con un pistón dispuesto en primer vástago de pistón hueco y en un segundo cilindro hidráulico, configurado como cilindro de retroceso, que a través de su pistón está unido de modo activo al primer cilindro hidráulico, caracterizados porque el vástago de pistón hueco del cilindro hidráulico recibe el cilindro de retroceso en el que esta previsto un segundo vástago de pistón, que presenta una parte de cilindro interior y exterior en cuyo espacio hueco está alojado de modo desplazable un tercer vástago de pistón, dispuesto fijamente en el extremo del primer vástago de pistón en el que esta soportado de modo deslizable un segundo pistón conectado a la parte de cilindro interior, estando previsto en el primer vástago de pistón y la parte de cilindro interior un primer canal de agente a presión que une una primera cámara variable de agente a presión, dispuestas entre los pistones primero y segundo, a un primer taladro de conexión previsto en la caja de cilindro, mientras que parte de cilindro interior está abierta en la zona del extremo cerrado del primer vástago de pistón y conectada al primer taladro de conexión y está cerrada en el extremo opuesto, formando el tercer vástago de pistón, con la parte del cilindro interior una segunda cámara variable de agente a presión que está conectada a un segundo taladro de conexión a través de un segundo canal de agente a presión previsto en la caja de cilindro.

Otra patente para cilindros hidráulicos, se encuentra en la patente de invención ES 1031589, la que se refiere a un cilindro hidráulico rotativo de doble efecto perfeccionado; que se caracteriza porque comprende un eje un ensanchamiento que define un pistón, en un eje se monta a ambos lados del pistón dos piezas anulares de diferente longitud y de mayor diámetro que el pistón que se unen por tornillos y que definen la cámara del cilindro en la cual y montada en el eje aparece un casquillo que se fija con tornillos a una de las caras del pistón y cuyo casquillo incorpora válvulas anti-retorno en el sentido axial dispuestas en conductos conectados con otros que aparecen practicados en el interior del eje por los cuales circula liquido hidráulico que un circuito al que pertenecen dos bocas de entrada y de salida de liquido; en uno de los extremos del eje se conecta el elemento que trasmite el movimiento a la pieza de la maquina, mientras que en el otro extremo se monta una carcasa con unos conductos de drenaje del circuito hidráulico sobrante.

Otra patente de invención es la ES 315 803, la que se refiere a un sistema para convertir un cilindro hidráulico de doble efecto en de simple efecto y viceversa, caracterizado porque en uno de los conducto de suministro del fluido a presión al cilindro hidráulico de doble efecto, se intercala un distribuidor gobernable a voluntad de modo que en una posición permite el paso del fluido a presión a dicho cilindro hidráulico para que éste actúe como cilindro de doble efecto, y en otra posición cierra el paso de fluido a presión hacia el cilindro hidráulico, lo retorne a un circuito al depósito y haga que el cilindro hidráulico actúe como cilindro de simple efecto, con retroceso libre del émbolo.

El cilindro para sistema de frenos en grúa puentes o lo similar de la invención, resuelve la necesidad de tener un actuador hidráulico compatible en operación con dos fuentes de energía hidráulica, las que funcionan con distinto líquido hidráulico (base sintética y base mineral), sin la posibilidad que los líquidos hidráulicos se mezclen.

La solución de este problema de la técnica se conformo creando un cilindro hidráulico de doble cámara de simple efecto sin retorno por muelle tipo buzo, denominado cilindro mixto. Una cámara para trabajar con el líquido de base sintética (por ejemplo DOT 3 u otro), y una segunda cámara para trabajar con el líquido de base mineral (en el prototipo se uso ISO VG 46, pudiendo también ser cualquier otro similar).

Breve descripción de las figuras

Para comprender mejor las características esenciales del cilindro hidráulico mixto, para la aplicación en sistemas de frenos en grúas puentes o lo similar, se la describirá de acuerdo a las figuras que forman parte integral de la invención, sin que ello signifique restringirlos a modificaciones obvias que pudiesen surgir, en donde:

La Figura 1 muestra vista general del sistema de frenos para grúas puentes con telecomando remoto o maquinaria pesada similar, dispuesto con el cilindro hidráulico mixto de la invención. La Figura 2 muestra una vista en perspectiva en despiece del cilindro hidráulico mixto para frenos en grúas puente o maquinaria pesada similar con telecomando de la invención.

La Figura 3 muestra una vista en perspectiva del cilindro hidráulico mixto para frenos en grúas puente con telecomando o maquinaria pesada similar de la invención.

La Figura 4 muestra una vista frontal interior del funcionamiento de una de las cámaras del cilindro hidráulico mixto, para frenos en grúas puentes con telecomando o maquinaria pesada similar.

La Figura 5 muestra una vista frontal interior del funcionamiento de otra cámara del cilindro hidráulico mixto, para frenos en grúas puentes con telecomando o maquinaria pesada similar.

Descripción de la Invención

De acuerdo a las figuras 1 a 5, el cilindro hidráulico mixto para frenos en grúas puentes con telecomando remoto, se da en el contexto de un sistema de frenos (según figura 1) con dos accionamientos, uno por un pedal (6) sobre una bomba de frenos (7) que funciona con líquido de frenos (en el prototipo se usó DOT 3 para los de base sintética), y el otro igual por un pedal (3), pero con un sistema electrohidráulico para telecomando (4) que funciona con el líquido hidráulico de base mineral. Ya que existe incompatibilidad entre los líquidos utilizados por las fuentes de energía hidráulicas (4) y (7), no se puede utilizar un cilindro hidráulico que permita el contacto entre ellos, ya que al mezclarse los líquidos pierden sus propiedades (trasmitir presión, lubricar y refrigerar, por ejemplo). El cilindro mixto (1 ), puede trabajar con dos fuentes de energía hidráulica que trabajen con distintos líquidos, sean o no sean compatibles. Dicho cilindro mixto (1 ) está conformado con dos cámaras (16) y (21 ) que están aisladas entre ellas, pero que cumplen con el objetivo de generar el desplazamiento lineal de un émbolo (14), ver figura 2.

Los líquidos con los cuales trabaja (sintético y mineral) el cilindro mixto (1 ), no se mezclarán en ningún caso en alguna de las cámaras (16) y (21 ). En el caso de la primera cámara (16), si por desgaste o exceso de presión se pasa un sello de copa (13) y un O ' rings (12), el fluido se va a perder por la zona que le presente menor resistencia, la tolerancia entre el émbolo (14) y una base del cilindro (8). Además un O ' rings (10) el que también sirve para impedir que el líquido pase a la segunda cámara (21 ). Si se da el caso de fuga de líquido a la segunda cámara (21 ), el fluido se va a perder por la tolerancia entre el émbolo (14) y la base del cilindro (8), igual que en el caso anterior. Los medios que conforman el cilindro mixto (1 ), permite una retroalimentación visual del estado de unos sellos de copa (9) y (13) y los O ' rings (10) y (12), ya que si están en mal estado habrá pérdida de líquido hidráulico, recordando que es lo que tiende a fallar comúnmente en los cilind ros hidráulicos.

El funcionamiento de la primera cámara (16) y la segunda cámara (21 ) del cilindro mixto (1 ), puede ser por separado o en conjunto, esto significa que puede funcionar la primera cámara (16) aunque la segunda cámara no esté accionada o presente fallas y viceversa. En el caso que se quiera trabajar al mismo tiempo con ambas cámaras, se conseguirá que la fuerza generada por el cilindro mixto (1 ) aumente, ya que el área efectiva del pistón aumentará, ver figuras 4 y 5. El sello de copa (1 3) es apto para trabajar con el líquido de freno DOT 3, ya que está fabricado de EPDM. El sello de copa (9) es apto para trabajar con el líquido hidráulico ISO VG 46, ya que está fabricado de Poliuretano. Cabe destacar que la cámara uno (16) acondicionada para trabajar con líquido de frenos de base sintética, podría ser utilizada para trabajar con líquido hidráulico de base mineral cambiando el sello de copa (13) y el O ' rings (12). También se puede hacer este cambio en la segunda cámara (21 ). El sello de copa (13) y el O ' rings (12), van instalados en unas ranuras (17) y (18) respectivamente, para evitar que se muevan de su posición de trabajo. Para el mismo propósito, el sello de copa (9) y el O ' rings (10), van instalados en unas ranuras (20) y (19) respectivamente.

El cilindro mixto (1 ) cuenta con dos puntos de anclaje (15) y (22) para ser instalado en el lugar de trabajo. Estos puntos (15) y (22) tienen la característica de ser de fijación oscilante, pero si se requiere cambiar esta condición basta con solo modificar la conformación del anclaje (15) y (22) del cilindro mixto (1 ).

Funcionamiento del cilindro mixto

El cilindro mixto (1 ) tiene la particularidad de tener las dos cámaras aisladas (16) y (21 ), con el objetivo de ser accionados, enviando presión por los puntos de conexionado roscado NPT (2) y (5) de forma separada o conjunta, obteniendo en ambos casos el desplazamiento lineal del émbolo (14) del cilindro mixto (1 )

Al aplicar presión hidráulica por el punto de conexión roscado tipo NPT (5), se va a distribuir la presión hidráulica en la cámara uno (16) generando el desplazamiento lineal del émbolo (14), dado que un pistón (1 1 ) se va a apoyar en la base del cilindro (8) y el único extremo libre será el émbolo (14). Al aplicar presión hidráulica por el punto de conexión roscado tipo NPT (2), se va a distribuir la presión hidráulica en la segunda cámara (21) generando el desplazamiento lineal del émbolo (14), dado que el pistón (11) se va a apoyar en el émbolo (14), siendo el único extremo libre para desplazarse.

Dado a las propiedades de los medios que conforman el cilindro mixto de la invención, las presiones de las fuentes de energía hidráulica (4) y (7) son equivalente, se genera mayor fuerza de compresión con la segunda cámara (21), ya que su área efectiva es mayor, según la expresión matemática para la fuerza:

F =PA

Donde,

F = Fuerza

P= Presión

A= Área efectiva