ES2264321B1 - Aparato para torsionar ejes giratorios y procedimiento de ensayo de equipos y conjuntos de transmision mecanica mediante el mismo. - Google Patents
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Abstract
Aparato de accionamiento hidráulico o neumático (23), que es capaz de producir un par de torsión sobre un eje estático o giratorio, y que está formado por: un rotor constituido por dos o más partes que delimitan en su interior cualquier número de cámaras, un estator que posibilita el aporte y drenaje de un fluido hidráulico o neumático al interior del rotor y unos medios exteriores para el suministro al conjunto de este fluido con presión y/o caudal regulados. El procedimiento de ensayo consiste en establecer un circuito cerrado de cualquier geometría que comprenda, al menos, un elemento en pruebas (20) y un aparato objeto de la presente invención (23). La potencia necesaria para el ensayo del equipo o conjunto de transmisión mecánica (20) es producida mediante un método combinado consistente en establecer, controlar y regular de forma independiente el par de torsión mediante el mencionado aparato (23) y el régimen de giro mediante, al menos, un motor (25) situado en serie o en paralelo conel circuito de potencia.
Description
Aparato para torsionar ejes giratorios y
procedimiento de ensayo de equipos y conjuntos de transmisión
mecánica mediante el mismo.
La presente invención se refiere al ensayo de
equipos y conjuntos de transmisión mecánica en bancos de pruebas.
Más particularmente, la invención se refiere a un aparato de
accionamiento hidráulico o neumático que permite aplicar un par de
torsión controlado sobre un eje giratorio, y a un procedimiento de
ensayo de los sistemas anteriormente citados en el que interviene
dicho aparato.
Los ensayos en banco de pruebas de equipos y
conjuntos de transmisión mecánica son extensamente utilizados con
el fin de verificar el comportamiento y controlar los parámetros
funcionales de los citados sistemas. Estos ensayos pueden realizarse
sobre prototipos durante las fases del desarrollo, sobre equipos de
nueva fabricación al final de su proceso de producción para
validación o rodaje, sobre elementos en servicio para controlar su
estado de funcionamiento, o sobre equipos reparados o
reacondicionados para verificar su idoneidad para la puesta en
servicio.
Entre los equipos de transmisión mecánica más
habituales pueden citarse, con carácter no exclusivo: cajas de
transmisión de relación constante (reductoras, de relación directa
o multiplicadoras), cajas de transmisión de relaciones discretas
seleccionables (cajas de cambio) y cajas de transmisión de relación
variable. Existen en el mercado muy diversas geometrías en función
de la aplicación, pudiendo contar con uno o más ejes de entrada y
uno o más ejes de salida, y pudiendo encontrarse estos en línea o
formando un cierto ángulo. Entre las aplicaciones más comunes cabe
señalar las cajas de velocidades, reducción y transferencia de
vehículos automóviles, industriales, militares y de obras públicas,
las cajas de transmisión de ferrocarriles, las cajas de transmisión
de potencia de helicópteros y de reducción de aeronaves de hélice y
las cajas de transmisión o reducción de aplicación marina.
El ensayo de todos los equipos y conjuntos de
transmisión mecánica requiere una adecuada simulación en banco de
sus condiciones de funcionamiento en servicio, de modo que las
condiciones de ensayo se asemejen en la mayor medida posible a
aquellas. Durante su funcionamiento, el cometido de los equipos y
conjuntos de transmisión es el de realizar una transferencia de
potencia desde el sistema encargado de producir la misma hasta el
punto de aplicación necesario para conseguir el trabajo eficaz
deseado.
Debido a las citadas características de trabajo
que, por definición, tienen estos equipos y conjuntos, para su
ensayo es necesario generar una potencia del mismo orden de
magnitud que la de trabajo y hacerla circular por el sistema en
pruebas. Para ello, el método habitualmente utilizado es el de
producir la potencia de ensayo mediante un motor de cualquier tipo,
transmitir esta potencia a través del elemento en pruebas, y
posteriormente disiparla por medio de un freno u otro sistema
análogo. Este esquema corresponde, por tanto, al de un circuito
abierto, en el que la potencia disipada por el sistema encargado de
esta tarea es igual a la potencia producida por el motor menos las
pérdidas de todos los elementos incorporados en la cadena de
potencia.
Esta disposición en circuito abierto, siempre
ineficiente en términos absolutos, puede no serlo en términos
relativos para la transmisión de potencias reducidas, puesto que en
este caso la magnitud de la potencia a generar y posteriormente
disipar no es elevada. Sin embargo, para la transmisión de
potencias medias o grandes, el sistema abierto requiere producir y
posteriormente disipar estas potencias, con el consiguiente coste y
falta de rendimiento global. En ocasiones, ante la dificultad de
acometer ensayos de este tipo para los sistemas diseñados para
transmitir alta potencia, se recurre a disposiciones de ensayo
diferentes a las de trabajo, que en ningún caso pueden reproducir
satisfactoriamente las condiciones de funcionamiento en
servicio.
Una solución empleada en ocasiones, y comúnmente
llamada de "recuperación de energía", consiste en tratar de
introducir en la entrada del motor parte de la energía disipada por
el freno, pudiendo utilizarse este método para sistemas de
accionamiento eléctrico o hidráulico. En el primer caso, se trata
de alimentar en parte el motor eléctrico de arrastre con la potencia
eléctrica que, convenientemente acondicionada, pueda extraerse del
generador que actúa como freno. En el segundo caso, el papel del
motor de arrastre lo realiza un motor hidráulico y el del freno una
bomba hidráulica, consistiendo el procedimiento de realimentación,
por ejemplo, en introducir como parte de la alimentación del motor
hidráulico el flujo generado por la bomba hidráulica.
Cualquiera de ambas soluciones supone un
funcionamiento en circuito cerrado, pero exige dimensionar todos
los elementos de la cadena de potencia para las condiciones máximas
de ensayo, así como incorporar en el ciclo elementos adicionales
encargados de acondicionar la potencia extraída de la salida para
ser utilizada en la entrada. El elevado número de sistemas que
constituyen estos circuitos de potencia, así como el hecho de que
su rendimiento, particularmente el de los equipos eléctricos,
disminuye muy acusadamente al hacerlo la carga, hacen que la
recuperación de potencia sólo sea efectiva en un margen muy
estrecho de trabajo -siempre próximo a las condiciones de exigencia
máxima- y que generalmente no compense al elevado coste de los
equipos requeridos para el montaje en esta
disposición.
disposición.
La presente invención tiene por objeto
suministrar un aparato y un procedimiento para realizar el ensayo
de equipos y conjuntos de transmisión mecánica, de cualquier
potencia de diseño, en circuito cerrado, de forma que la potencia
necesaria para el ensayo, que será del mismo orden de magnitud que
la potencia de servicio, no haya de ser producida y disipada en
continuo, sino que solamente sea establecida mediante un método
combinado y transmitida constantemente por el elemento en pruebas.
Con esta configuración, la única potencia que es necesario aportar
al sistema continuamente es la correspondiente a la de las pérdidas
de los elementos constituyentes de la cadena, que pueden llegar a
reducirse en ocasiones hasta ser únicamente los sometidos a ensayo.
El procedimiento objeto de la invención reduce cualitativamente
tanto la potencia instalada de la que es necesario disponer como
aumenta el rendimiento global de la instalación.
La Figura 1 muestra un alzado exterior de un
aparato objeto de la presente invención, con indicación de las
secciones que se muestran más adelante en las Figuras 2 y 3.
La Figura 2 muestra una sección longitudinal de
un aparato objeto de la presente invención.
La Figura 3 muestra dos secciones transversales
de un aparato objeto de la presente invención.
Las Figuras 4, 5, 6 y 7 muestran ejemplos de
diferentes disposiciones de ensayo, que corresponden a algunas
realizaciones particulares del procedimiento objeto de la presente
invención.
La invención se refiere a un aparato para
torsionar ejes giratorios, en adelante aparato objeto de la
presente invención, que comprende:
- -
- un rotor constituido por dos partes independientes, coaxiales, convenientemente acopladas, que mediante una adecuada distribución de paletas delimitan en su interior un cierto número de cámaras, estando cada una de las partes acabada en un eje o en un acoplamiento de cualquier tipo,
- -
- un estator, constituido por una carcasa y dos tapas laterales, que envuelve al rotor,
- -
- una toma de entrada de presión hidráulica o neumática, una toma de retorno, en su caso, y una toma de drenaje dispuestas en el estator,
- -
- unos medios exteriores para el suministro de un fluido hidráulico o neumático con presión y/o caudal regulados al conjunto, así como para la extracción de los caudales de retorno y drenaje.
En la Figura 1 se ilustra una vista exterior de
una realización particular de un aparato objeto de la presente
invención. Las dos partes que constituyen el rotor se encuentran
acabadas en sendos ejes que, a los solos efectos de la presente
descripción, se identifican como eje izquierdo (1) y eje derecho
(2). En lo relativo al sentido positivo de ángulos, se considera
como punto de vista de referencia el de un observador (0) que
estuviera situado a la derecha del conjunto mirando hacia éste,
siendo así el sentido positivo el antihorario (vector velocidad
angular dirigido hacia este observador (0)). La nomenclatura del
par de torsión está basada en el sentido del par que aparece sobre
el eje más próximo al punto de vista de referencia, es decir, sobre
el eje derecho (2).
Exteriormente, el aparato presenta un estator
constituido por una carcasa (3) y dos tapas laterales (4). Cada una
de las tapas laterales (4) dispone de una toma principal (6), del
mismo modo que la carcasa (3) dispone de una toma de drenaje (8). En
esta realización particular sobresalen del estator los ejes
izquierdo (1) y derecho (2), entre los que, como se verá más
adelante, no existe ninguna diferencia funcional desde el punto de
vista exterior al aparato. De forma similar, las tomas principales
(6) de las dos tapas laterales (4) pueden funcionar indistintamente
como de presión o de retorno. En esta misma Figura 1 se muestra la
posición de los planos de sección que se representan en las Figuras
2 y 3.
Tal como se muestra en las Figuras 2 y 3, el
aparato está formado interiormente por un rotor constituido por las
partes acopladas de los ejes izquierdo (1) y derecho (2). La parte
extrema del eje izquierdo (1), en adelante eje macho (1) del rotor,
está dotada en este caso con tres paletas radiales distribuidas
hacia el exterior. Por el contrario, el extremo del eje derecho
(2), en adelante eje hembra (2) del rotor, está dotado de tres
paletas radiales distribuidas hacia el interior, configurando así el
exterior del conjunto rotor y envolviendo la zona de paletas del
eje macho (1).
El eje macho (1) se encuentra apoyado en el eje
hembra (2) a través de un casquillo principal (9) y un casquillo de
apoyo (10), de forma que es posible el movimiento de giro relativo
entre ambos ejes dentro del sector angular permitido por la
condición de ausencia de contacto entre las paletas de uno y otro
eje. Como se aprecia en la Figura 3, la disposición de las tres
paletas del eje macho (1) y de las tres paletas del eje hembra (2)
en la zona interior del rotor delimita seis cámaras independientes,
que por ser funcionalmente iguales tres a tres se denominan de
torsión positiva (17) y de torsión negativa (18).
El eje macho (1) tiene practicado un circuito
interior izquierdo (11) que está formado por los siguientes
conductos consecutivos: cuatro radiales que comunican la toma
interior (7) de los conductos (5) de tapa lateral (4) con el centro
del eje macho (1), uno axial que se introduce hacia la zona de
paletas y tres radiales que finalizan en los taladros (15) de las
cámaras de torsión negativa (18). Del mismo modo, existe un
circuito interior derecho (12) que está constituido por los
siguientes conductos consecutivos, que se desarrollan tanto a lo
largo del eje hembra (2) como del eje macho (1): cuatro radiales
que comunican la toma interior (7) de los conductos (5) de tapa
lateral (4) con el centro del eje hembra (2), uno axial que se
introduce hacia la zona de paletas y tres radiales que finalizan en
los taladros (16) de las cámaras de torsión positiva (17).
Todo el conjunto anterior constituye el rotor
del sistema, que puede hacerse girar a la velocidad deseada dentro
del margen de trabajo, o bien permanecer estático. Por el
contrario, el estator se encuentra constituido por una carcasa (3) y
dos tapas laterales (4). Dichas tapas laterales son idénticas y
tienen practicado un conducto (5), que está finalizado en una toma
principal (6) exteriormente y en una toma interior (7) en la zona
de contacto con los ejes. Dichas tapas están conformadas de manera
que en su unión con ambos ejes configuran una junta de laberinto
(19) que trabaja de forma rotativa, con el fin último de poner en
comunicación, respectivamente, la toma principal (6) de la tapa
lateral (4) izquierda con los taladros (15) de las cámaras de
torsión negativa (18), y la toma principal (6) de la tapa lateral
(4) derecha con los taladros (16) de las cámaras de torsión
positiva (17). Las fugas que se producen por las dos juntas de
laberinto (19) son recogidas de forma interna dentro del conjunto
\hbox{estator, siendo extraídas del mismo por la toma de
drenaje (8).}
Cada tapa lateral (4) dispone asimismo de un
rodamiento (13) y está finalizada en un retén (14) que impide la
fuga al exterior del fluido contenido dentro del conjunto. Ambas
tapas laterales (4) están rígidamente unidas a la carcasa (3)
mediante tornillos, configurando así el conjunto estator, que queda
apoyado en el rotor por medio de los dos rodamientos (13).
El aparato objeto de la presente invención
permite cuatro modos diferentes de funcionamiento, que resultan de
la combinación de los dos posibles sentidos de giro del rotor
(horario o antihorario) con los dos posibles sentidos de generación
del par de torsión (positivo o negativo). A los efectos de la
presente descripción del principio de funcionamiento se considera
que el rotor se encuentra inmóvil, lo que no supone pérdida de
generalidad para los casos de giro del mismo en uno u otro
sentido.
Si a través de un equipo exterior se aporta un
suministro de fluido hidráulico, con presión regulada y caudal
suficiente para mantener esta presión, a la toma principal (6) de
la tapa lateral (4) derecha, este fluido alcanza finalmente, a
través de los tres taladros (16), las tres cámaras de torsión
positiva (17), en las que se desarrollará esta presión de
suministro. Dicha presión, al trabajar sobre las paletas exteriores
del eje macho (1) e interiores del eje hembra (2) que delimitan las
tres cámaras de torsión positiva (17), provoca la aparición de un
par de giro de sentido positivo (antihorario) sobre el eje hembra
(2) y de un par de giro de igual módulo pero de sentido negativo
(horario) sobre el eje macho (1). Si los ejes macho (1) y hembra
(2) se encuentran libres, se producirá un movimiento de giro
relativo entre ambos, aumentando el volumen de las cámaras de
torsión positiva (17) y disminuyendo el volumen de las cámaras de
torsión negativa (18) hasta producirse el contacto entre paletas.
Sin embargo, si por cualquier medio externo existe una oposición a
este giro de los ejes, el sistema evolucionará hasta alcanzar una
posición de equilibrio en la que el par producido por el mismo se
iguale con el par resistente exterior, sin llegar a producirse
contacto entre las paletas.
Las fugas de fluido que se producen por el
entrehierro entre las paletas exteriores del eje macho (1) y la
zona circular perimetral del eje hembra (2), así como las que se
producen por el entrehierro entre las paletas interiores del eje
hembra (2) y la zona circular del núcleo del eje macho (1), se
vierten a las tres cámaras de torsión negativa (18). Desde estas
cámaras de torsión negativa (18), este fluido es enviado al retorno
de la fuente exterior de suministro a través de los tres taladros
(15), hasta alcanzar finalmente la toma principal (6) de la tapa
lateral (4) izquierda.
El par de torsión producido se regula mediante
la presión aplicada a las cámaras de torsión positiva (17) desde la
fuente exterior de suministro, parámetro que es independiente de
las condiciones de giro del rotor del sistema.
Si se desea conseguir un par de torsión negativo
(horario) sobre el eje hembra (2) -y por consiguiente positivo
(antihorario) sobre el eje macho (1)- es suficiente con
intercambiar los papeles de las tomas principales (6) de las tapas
laterales (4) izquierda y derecha. Para ello, el suministro de
fluido se conecta a la toma principal (6) de la tapa lateral (4)
izquierda, con lo que la presión se desarrollará en las cámaras de
torsión negativa (18), obteniéndose el efecto deseado. A través de
la toma principal (6) de la tapa lateral (4) derecha se retornan a
la fuente de suministro exterior las fugas de fluido vertidas a las
cámaras de torsión positiva (17).
En otro aspecto, la invención proporciona un
procedimiento para realizar el ensayo de equipos y conjuntos de
transmisión mecánica, de cualquier potencia de diseño, en circuito
cerrado, de forma que la potencia necesaria para el ensayo sea
generada mediante el método combinado que a continuación se detalla
y transmitida constantemente por el elemento en pruebas.
De forma más concreta, el procedimiento consiste
en establecer un circuito cerrado que comprenda, al menos, el
elemento de transmisión mecánica en pruebas y un aparato objeto de
la presente invención. La disposición de este circuito tiene una
fuerte dependencia de la geometría y de las características
mecánicas del elemento a ensayar, y puede requerir la incorporación
al mismo de elementos de transmisión mecánica adicionales que
permitan cerrar el bucle, tales como cajas angulares de transmisión,
cadenas, correas, etc. En muchas ocasiones, debido a la propia
geometría del conjunto de transmisión en pruebas, el equipo más
adecuado para cerrar el circuito de potencia es precisamente un
equipo igual al que se desea probar, lo que permite, si se desea,
realizar el ensayo simultáneo de dos equipos de transmisión, o bien
mantener uno de ellos de forma permanente en el banco de
pruebas.
Una vez constituido este circuito, para
transmitir a través del equipo en pruebas la potencia de ensayo
deseada es necesario establecer, no necesariamente en este orden, un
par de torsión y un régimen de giro, cuyo producto será la potencia
de ensayo. Para establecer el par de torsión se utiliza un aparato
objeto de la presente invención, cuya forma de funcionamiento es la
ya descrita; por el contrario, para establecer el régimen de giro
es necesario disponer de un motor, situado preferentemente en
paralelo con el circuito de potencia. Con esta disposición, la
potencia que circula por el elemento de transmisión en pruebas se
genera como combinación de los dos parámetros anteriormente
citados, cuyo control se realiza de forma independiente.
El aparato objeto de la presente invención debe
estar dimensionado para ser capaz de proporcionar el par máximo de
servicio del equipo o conjunto de transmisión en pruebas, del mismo
modo que el motor debe estarlo para proporcionar el régimen máximo
de servicio de dicho elemento. Dado que ambos parámetros, par y
régimen, son controlados de forma independiente, es posible situar
al sistema en cualquier punto de trabajo que se encuentre por
debajo de las condiciones de exigencia máxima. Esta regulación se
hace de forma dinámica, pudiendo llevar al sistema de un punto de
funcionamiento a otro sin necesidad de pasar por otros estados
diferentes a los intermedios.
Así, en cada punto de trabajo, la potencia que
debe aportar el motor a la instalación es la de las pérdidas de los
elementos constituyentes del circuito en esas condiciones de
funcionamiento, por lo que el parámetro que dimensiona el motor es
la máxima potencia de pérdida de los elementos del circuito dentro
del rango de funcionamiento. Con esta situación, se comprende la
importancia de un adecuado diseño del bucle a fin de reducir en la
mayor medida posible el número de equipos que intervienen en el
mismo. Nótese que la única potencia instalada es la suficiente para
compensar las pérdidas, y no la potencia total de ensayo, como se
requiere en los sistemas convencionales, sean o no con recuperación
de energía. Más aún, se pone de manifiesto la conveniencia de que el
motor actúe en paralelo al bucle de potencia, a fin de que el par
de trabajo del equipo en pruebas no se transmita a su través -como
sucedería en el caso de un motor de eje pasante situado en serie-
pues ello supondría que, aun sólo proporcionando la potencia de las
pérdidas, el motor debería estar dimensionado para la potencia total
de ensayo con el fin de soportar el par transmitido por él, con el
consiguiente incremento de coste y disminución de rendimiento.
En las Figuras 4, 5, 6 y 7 se muestran algunas
realizaciones particulares del procedimiento objeto de la presente
invención como ejemplos de diferentes disposiciones de ensayo, si
bien no suponen limitación al alcance de la misma. En todas ellas
se representan como objetos de ensayo cajas de transmisión (20) de
diferentes geometrías, con uno o más ejes de entrada (21) y uno o
más ejes de salida (22). En todos los casos se ha formado un
circuito cerrado de circulación de potencia que incorpora uno o más
de los siguientes elementos: un aparato objeto de la presente
invención (23), un medidor de par o torquímetro (24) y un motor (25)
que transmite el régimen de giro al sistema. Por sencillez de las
figuras no se representa la fuente regulable de suministro de
fluido que alimenta a los aparatos de la invención, ni el resto de
los elementos asociados con este circuito hidráulico o
neumático.
En la configuración de la Figura 4 se
representan como objetos de ensayo dos cajas de transmisión (20)
iguales cuya geometría es tal que los ejes de entrada (21) y salida
(22) se encuentran alineados, situación muy frecuente en
determinadas aplicaciones. Para formar el bucle de potencia, los
ejes de salida (22) se unen a través de una cadena, correa u otro
sistema análogo. Previamente al eje de entrada (21) de una de las
cajas de transmisión (20) se sitúa un aparato objeto de la presente
invención (23), cuyo eje libre se une al eje de entrada (21) de la
segunda caja de transmisión (20) de forma similar a la unión
realizada entre los ejes de salida (22). En un punto incluido dentro
del circuito de potencia se sitúa un torquímetro (24), y de forma
externa al mismo se ubica el motor (25).
Si el conjunto se hace girar por medio del motor
(25) en el sentido que se indica mediante las flechas representadas
en la Figura 4, los ejes de entrada (21) de ambas cajas de
transmisión (20) girarán en sentido horario. Como se ha explicado
con anterioridad, el aparato objeto de la presente invención (23)
puede trabajar en dos modos de funcionamiento diferentes. Si se
hace trabajar de forma que provoque un par de torsión positivo
sobre su eje derecho -y por tanto negativo en su eje izquierdo- la
caja de transmisión (20) situada en posición superior trabajará en
tracción mientras que la caja de transmisión (20) situada en
posición inferior trabajará en retención. Por el contrario, si se
varía el modo de trabajo del aparato objeto de la presente invención
(23) de forma que el par de torsión que aparece en el eje derecho
sea negativo -y por tanto positivo en el eje izquierdo- la caja de
transmisión (20) superior trabajará en retención mientras que la
caja de transmisión (20) inferior lo hará en tracción. Por tanto,
cada uno de los dos elementos en pruebas puede hacerse funcionar de
los cuatro modos que resultan de la combinación de los dos posibles
sentidos de giro (directo o inverso) con los dos posibles sentidos
del par de torsión (tracción o retención).
La disposición que se muestra en la Figura 5 es
similar a la anterior, exceptuando el hecho de que los ejes de
salida (22) de las cajas de transmisión (20) se encuentran formando
un ángulo de 360º con los ejes de entrada (21), siendo análogo el
funcionamiento del sistema de ensayo.
En la Figura 6 se muestra otra posible
disposición de ensayo para unas cajas de transmisión (20) como las
representadas anteriormente en la Figura 5. En este caso, el
acoplamiento entre los ejes se hace de tal forma que el eje de
entrada (21) de la caja de transmisión (20) situada en posición
izquierda queda unido por medio de un eje rígido con el eje de
salida (22) de la caja de transmisión (20) situada en posición
derecha, mientras que la unión entre el eje de salida (22) de la
caja de transmisión (20) situada en posición izquierda y el eje de
entrada (21) de la caja de transmisión (20) situada en posición
derecha se realiza por medio de una cadena cinemática que incluye un
aparato objeto de la presente invención (23) y un torquímetro (24).
El motor (25) se sitúa en paralelo con el circuito de potencia,
transmitiendo el giro a través de una correa o sistema análogo.
Los modos de trabajo en esta configuración
dependen de si los ejes de entrada (21) y salida (22) de las cajas
de transmisión (20) giran en el mismo sentido o son
contrarrotatorios. En el primer caso, si el conjunto se hace girar
por medio del motor (25) en el sentido que se indica mediante las
flechas representadas en la Figura 6, el eje de entrada (21) de la
caja de transmisión (20) situada en posición izquierda girará en
sentido horario (supongamos sea sentido directo), mientras que el
eje de entrada (21) de la caja de transmisión (20) situada en
posición derecha girará en sentido antihorario (sentido inverso).
Si el aparato objeto de la presente invención (23) se hace trabajar
de forma que provoque un par de torsión positivo sobre su eje
derecho -y por tanto negativo en su eje izquierdo- ambas cajas de
transmisión (20), derecha e izquierda, trabajarán en retención. Por
el contrario, si se varía el modo de trabajo del aparato de la
invención (23) de forma que el par de torsión que aparece en el eje
derecho sea negativo -y por tanto positivo en el eje izquierdo-
ambas cajas de transmisión (20) trabajarán en tracción, aunque
siempre con diferente sentido de giro. En cualquiera de las dos
situaciones anteriores, un cambio en el sentido de giro del motor
(25) intercambia los papeles de ambas cajas de transmisión
(20).
En caso de que los ejes de entrada (21) y salida
(22) de las cajas de transmisión (20) sean contrarrotatorios, la
situación es tal que ambas cajas de transmisión (20) trabajan
simultáneamente en el mismo modo de funcionamiento, obtenido como en
cualquier otro caso de la combinación de los dos posibles sentidos
de giro (directo o inverso) con los dos posibles sentidos del par
de torsión (tracción o retención).
Como último ejemplo de disposición de ensayo se
muestra la Figura 7. En esta, las cajas de transmisión (20) objeto
de ensayo tienen un eje de entrada (21) y dos ejes de salida (22).
La unión de los ejes de entrada (21) se realiza mediante un eje
rígido, mientras que los ejes de salida (22) son unidos por parejas
por medio de dos cadenas cinemáticas que incorporan, cada una, un
aparato objeto de la presente invención (23) y un torquímetro (24).
El motor (25) se dispone en paralelo con el eje rígido que une los
ejes de entrada (21). Sin pérdida de generalidad, supongamos que
los ejes de salida (22) son contrarrotatorios respecto a los ejes
de entrada (21).
Si el conjunto se hace girar por medio del motor
(25) en el sentido que se indica mediante las flechas representadas
en la Figura 7, el eje de entrada (21) de la caja de transmisión
(20) situada en posición izquierda girará en sentido horario
(supongamos sea sentido directo), mientras que el eje de entrada
(21) de la caja de transmisión (20) situada en posición derecha
girará en sentido antihorario (sentido inverso). Si los aparatos
objeto de la presente invención (23) se hacen trabajar de forma que
provoquen un par de torsión positivo sobre su eje derecho -y por
tanto negativo en su eje izquierdo- la caja de transmisión (20)
situada en posición izquierda trabajará en tracción, y la caja de
transmisión (20) situada en posición derecha trabajará en
retención. Por el contrario, si se varía el modo de trabajo de los
aparatos objeto de la presente invención (23) de forma que el par
de torsión que aparece en su eje derecho sea negativo -y por tanto
positivo en el eje izquierdo- la caja de transmisión (20) situada en
posición izquierda trabajará en retención y la caja de transmisión
(20) situada en posición derecha lo hará en tracción. Si se
invierte el sentido de giro del motor (25), la caja de transmisión
(20) situada en posición izquierda pasará a funcionar en sentido
inverso, mientras que la caja de transmisión (20) situada en
posición derecha será la que funcione en sentido directo. En
función del modo de trabajo seleccionado para los aparatos objeto de
la presente
\hbox{invención (23) será una u otra la que
funcione en tracción o en retención.}
En todos los casos que pudieran plantearse, y en
consecuencia en todos los ejemplos anteriores, tanto el par de
torsión producido por el aparato de la invención (23) como el
régimen de giro del motor (25) son variables a voluntad -siempre por
debajo de sus respectivas prestaciones máximas- por lo que en
cualquier modo de trabajo del sistema puede conseguirse el
funcionamiento en las condiciones de par y revoluciones, y por
tanto de potencia, que se deseen. En estas realizaciones
particulares, los únicos elementos que intervienen en el bucle de
potencia son dos cajas de transmisión (20), por lo que el motor
(25) sólo tiene que entregar al sistema continuamente la potencia de
pérdida de ambas en cada punto de funcionamiento.
Como se colige de todo lo anterior, el circuito
de potencia puede adoptar muy diferentes configuraciones en función
de la geometría y las características mecánicas de los equipos
objeto de ensayo, así como de las pruebas que se pretenda efectuar a
los mismos. Por este motivo, el adecuado diseño del bucle de
potencia en cada caso particular adquiere una especial
relevancia.
El siguiente Ejemplo describe el ensayo de un
equipo de transmisión mecánica realizado mediante el procedimiento
de la invención, no suponiendo limitación alguna al alcance de la
misma.
La geometría del circuito de ensayo respondía a
la mostrada en el caso anteriormente representado en la Figura 7.
Se utilizaron dos cajas de transmisión de ferrocarril -objeto de
ensayo- cuyas características eran las siguientes:
- -
- relación de transmisión 1:1,
- -
- ambos ejes de salida con igual sentido de giro, contrarrotatorios respecto al eje de entrada,
- -
- potencia máxima nominal de ensayo: 750 kW,
- -
- régimen máximo nominal de ensayo: 1.000 RPM.
Se utilizaron dos aparatos objeto de la presente
invención, que presentaban las siguientes características:
- -
- accionamiento hidráulico,
- -
- el diámetro exterior del estator, constituido por la carcasa (3) y las dos tapas laterales (4) era de 235 mm, y su longitud total de 528 mm,
- -
- el diámetro exterior de los ejes izquierdo (1) y derecho (2) era de 90 mm,
- -
- en la zona de paletas, el diámetro exterior del eje macho (1) era de 100 mm, y el diámetro interior del eje hembra (2) de 160 mm,
- -
- la longitud de la zona de paletas era de 200 mm,
- -
- el tamaño de las tomas principales (6) y de descarga (8) era de ¼''.
Se realizaron diversos ensayos situando al
conjunto en diferentes puntos de trabajo, regulando
independientemente el régimen de giro del eje de entrada y la
presión de suministro del fluido hidráulico a los aparatos objeto
de la presente invención, y midiendo los regímenes de giro de los
tres ejes presentes, el par transmitido por los dos ejes de salida
y la potencia entregada por el motor. En la Tabla que se muestra a
continuación se representan los resultados obtenidos en nueve puntos
de trabajo correspondientes a uno de los ya citados cuatro posibles
modos de funcionamiento del sistema -es decir, un sentido de giro y
un sentido de aplicación del par- siendo equivalentes los
resultados recogidos en las tres configuraciones restantes.
| RPM | Presión | RPM | Par | Par | Potencia | Potencia | Potencia | Potencia | Ratio |
| eje | hidráulica | ejes | eje | eje | motor | eje | eje | total | potencia |
| entrada | aparatos | salida | salida 1 | salida 2 | (kW) | salida 1 | salida 2 | transmitida | transmitida/ |
| invención | (N.m) | (N.m) | (kW) | (kW) | por caja | consumida | |||
| (bar) | (kW) | por caja | |||||||
| 603 | 5,6 | 603 | 540 | 515 | 22,6 | 34,1 | 32,5 | 77,9 | 6,9 |
| 603 | 13,3 | 603 | 1345 | 1340 | 31,6 | 84,9 | 84,6 | 185,3 | 11,7 |
| 608 | 20,0 | 608 | 2035 | 2020 | 36,0 | 129,6 | 128,6 | 276,2 | 15,3 |
| 1004 | 25,8 | 1004 | 2650 | 2635 | 43,8 | 278,6 | 277,0 | 577,6 | 26,4 |
| 1009 | 31,2 | 1009 | 3210 | 3185 | 51,6 | 339,2 | 336,5 | 701,5 | 27,2 |
| 1003 | 35,9 | 1003 | 3680 | 3645 | 59,4 | 386,5 | 382,8 | 799,1 | 26,9 |
| 608 | 40,2 | 608 | 4100 | 4050 | 44,6 | 261,0 | 257,9 | 541,2 | 24,3 |
| 599 | 44,1 | 599 | 4475 | 4410 | 47,2 | 280,7 | 276,6 | 580,9 | 24,6 |
| 600 | 47,7 | 600 | 4800 | 4710 | 53,4 | 301,6 | 295,9 | 624,2 | 23,4 |
Como puede apreciarse, la potencia transmitida a
través de los dos equipos en pruebas es muy elevada, siendo la
potencia que es necesario aportar al sistema mediante el motor mucho
menor. En los nueve puntos de funcionamiento recogidos se ha
conseguido un ratio entre la potencia transmitida y la consumida por
caja que oscila entre un mínimo de 7 y un máximo de 27. Este
resultado es muy superior a los conseguidos por cualquier ensayo en
circuito abierto (cuyo ratio máximo teórico es 1) o en circuito
cerrado con los métodos convencionales de recuperación de energía
(en el que las aplicaciones más elaboradas consiguen un ratio de
2).
Como era de esperar, la relación entre la
presión de suministro del fluido hidráulico a los aparatos de la
invención y el par de torsión que aparece en los ejes es
completamente lineal. Por otro lado, se aprecia que la potencia que
es necesario aportar al sistema a través del motor es superior
cuanto más demandantes sean las condiciones de carga de los
elementos en pruebas, algo lógico puesto que, aunque sus
rendimientos mejoran al aumentar la carga, el valor absoluto de la
potencia de pérdida se incrementa con esta.
Claims (7)
1. Un aparato para torsionar ejes giratorios que
comprende:
- -
- un rotor constituido por, al menos, dos partes (1 y 2), que delimitan en su interior cualquier número de cámaras (17 y 18),
- -
- un estator que envuelve al rotor,
- -
- al menos, una toma de entrada de presión hidráulica o neumática (6) y, en su caso, una toma de retorno (6),
- -
- unos medios exteriores para el suministro de cualquier tipo de fluido hidráulico o neumático, así como para la extracción del caudal de retomo y/o drenaje.
2. Aparato según la reivindicación 1) que se
caracteriza porque:
- -
- las partes (1 y 2) que constituyen el rotor son independientes, acopladas, coaxiales, delimitan las cámaras (17 y 18) interiores mediante una distribución de paletas y las partes finales están acabadas en un eje o en un acoplamiento de cualquier tipo,
- -
- el estator está constituido por una carcasa (3) y dos tapas laterales (4),
- -
- las tomas de entrada de presión hidráulica o neumática y retomo (6) están dispuestas en el estator, existiendo además, al menos, una toma de drenaje (8),
- -
- el fluido hidráulico o neumático es suministrado por unos medios exteriores con presión y/o caudal regulados.
3. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 1) o 2) que se caracteriza porque es capaz
de crear un par de torsión positivo y/o negativo sobre los ejes o
acoplamientos solidarios a las dos partes finales de su rotor, así
como de que este pueda girar en sentido horario y/o antihorario a
cualquier régimen.
4. Un procedimiento para realizar el ensayo de
equipos y conjuntos de transmisión mecánica, de cualquier potencia
de diseño, que comprende la utilización, al menos, de un elemento
en pruebas (20), de un aparato (23) según cualquiera de las
reivindicaciones 1), 2) o 3) y de un motor (25), y que se
caracteriza porque consiste en establecer una disposición en
circuito cerrado, de forma que la potencia necesaria para el ensayo
es transmitida continuamente por el elemento en pruebas (20).
5. Procedimiento según la reivindicación 4) que
se caracteriza porque la potencia necesaria para el ensayo
es producida mediante un método combinado consistente en establecer
independientemente el par de torsión mediante, al menos, un aparato
(23) según cualquiera de las reivindicaciones 1), 2) o 3), y el
régimen de giro mediante, al menos, un motor (25) situado en serie
o en paralelo con el circuito de potencia.
6. Procedimiento según la reivindicación 5) que
se caracteriza porque el par de torsión y el régimen de giro
son controlados de forma independiente, pudiendo ser variados a
voluntad.
7. Procedimiento según la reivindicación 6) que
se caracteriza porque el circuito cerrado de potencia
presenta cualquier posible geometría y comprende cualquier número
de elementos en pruebas (20), cualquier número de aparatos (23)
según cualquiera de las reivindicaciones 1), 2) o 3), cualquier
número y tipo de motores (25) y cualquier número y tipo de
elementos adicionales para la transmisión de la potencia mecánica y
el cierre del bucle de funcionamiento.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200401060A ES2264321B1 (es) | 2004-05-04 | 2004-05-04 | Aparato para torsionar ejes giratorios y procedimiento de ensayo de equipos y conjuntos de transmision mecanica mediante el mismo. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200401060A ES2264321B1 (es) | 2004-05-04 | 2004-05-04 | Aparato para torsionar ejes giratorios y procedimiento de ensayo de equipos y conjuntos de transmision mecanica mediante el mismo. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2264321A1 ES2264321A1 (es) | 2006-12-16 |
| ES2264321B1 true ES2264321B1 (es) | 2007-12-16 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200401060A Expired - Fee Related ES2264321B1 (es) | 2004-05-04 | 2004-05-04 | Aparato para torsionar ejes giratorios y procedimiento de ensayo de equipos y conjuntos de transmision mecanica mediante el mismo. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2264321B1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4632346A1 (de) * | 2024-04-09 | 2025-10-15 | JW Froehlich Maschinenfabrik GmbH | Prüfvorrichtung für elektrische antriebseinheiten |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3100991A (en) * | 1961-10-30 | 1963-08-20 | Gen Electric | Reversible hydraulic torque applier |
| US4362055A (en) * | 1980-05-29 | 1982-12-07 | Deere & Company | Power transmission part testing apparatus |
| US4771809A (en) * | 1986-05-22 | 1988-09-20 | Bendix Espana S.A. | Rotary hydraulic distributor and process for the assembly of such a distributor |
-
2004
- 2004-05-04 ES ES200401060A patent/ES2264321B1/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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|---|---|
| ES2264321A1 (es) | 2006-12-16 |
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