¿De qué depende la capacidad de la bomba utilizada en un camión volquete? ¿Está todo relacionado con el peso que levanta el camión volquete?
El desplazamiento de la bomba hidráulica utilizada en los camiones volquete (principalmente bombas de engranajes; las bombas de émbolo se usan con menos frecuencia en camiones volquete pequeños y medianos) es de hecho un factor de diseño clave, pero no está determinado directa o únicamente por el peso de elevación.
En pocas palabras: el peso de elevación determina la presión operativa requerida del sistema, mientras que la velocidad de elevación (tiempo) determina directamente el desplazamiento requerido de la bomba.
Analicemos los factores clave que determinan el tamaño de desplazamiento de la bomba para camiones volquete:
Determinante central: requisito de flujo
El desplazamiento de la bomba (cc/rev) determina la cantidad de fluido hidráulico (caudal) que la bomba puede entregar por unidad de tiempo. Cuanto mayor sea el caudal, más rápido podrá extenderse y retraerse el cilindro de elevación, y más corto será el tiempo de elevación.
Flujo (L/min) Desplazamiento (cc/rev) × Velocidad del motor (rpm) / 1000
Por lo tanto, para lograr la velocidad de elevación deseada, se requiere un desplazamiento de bomba que cumpla con el caudal requerido.
Factores específicos que influyen en la selección del desplazamiento de la bomba (del más importante al menos importante):
Requisito de tiempo de elevación (factor más crítico):
Este es un indicador clave de rendimiento para los vehículos de construcción. Los usuarios normalmente quieren que la carrocería del vehículo se levante a su posición lo más rápido posible (por ejemplo, alcanzando su ángulo máximo en 20 a 30 segundos).
Cuanto mayor sea la carga a levantar, mayor será el empuje del cilindro, pero el diámetro del cilindro también debe diseñarse en consecuencia. Un cilindro de mayor diámetro requiere un mayor caudal para llenarse rápidamente. Por lo tanto, para cumplir con el tiempo de elevación requerido, incluso a la misma velocidad del motor, se requiere un desplazamiento de bomba mayor para camiones volquete de mayor tonelaje.
Tipo de mecanismo de elevación y tamaño del cilindro:
Los camiones volquete tienen una variedad de mecanismos de elevación, que incluyen elevación delantera (simple/doble), elevación media de dos cilindros y elevación trasera de dos cilindros.
El diámetro y la carrera del cilindro son parámetros clave. Cuanto mayor sea el diámetro del cilindro y más larga la carrera, mayor será el volumen total de fluido hidráulico necesario para completar un levantamiento. Para suministrar tanto líquido en un corto período de tiempo, es esencial una bomba con suficiente flujo. La fórmula de cálculo es:
Flujo requerido (L/min) = (Volumen del cilindro × Número de elevaciones) / Tiempo de elevación (min)
Por lo tanto, el tamaño del cilindro determina directamente el caudal necesario y, por tanto, la cilindrada de la bomba.
Relación de velocidad de la toma de fuerza (PTO) y velocidad de funcionamiento del motor:
La bomba hidráulica de un camión volquete suele estar conectada a la transmisión mediante una toma de fuerza (PTO) y accionada por el motor.
La relación de velocidad de la PTO determina la relación entre la velocidad de la bomba y la velocidad del motor (por ejemplo, una relación 1:1 o 1:0,8).
El motor normalmente funciona a una velocidad específica durante el levantamiento (como una velocidad económica de 1500-1800 rpm). El flujo de salida real de la bomba debe calcularse en función de esta velocidad de funcionamiento al diseñar el sistema.
Si la relación de velocidad de la PTO es menor o la velocidad de elevación del motor es menor, se debe seleccionar un desplazamiento de bomba mayor para compensar el mismo flujo.
Presión de funcionamiento del sistema (fuertemente relacionada con el peso de elevación):
Esto responde a la segunda mitad de tu pregunta. Si bien el peso que se levanta es crucial, afecta principalmente a la presión de funcionamiento del sistema, no al desplazamiento de la bomba.
Cuanto mayor sea la sustentación, mayor será el empuje que debe generar el cilindro. Según la fórmula Empuje = Presión × Área, para un área de cilindro determinada, se requiere una presión del sistema más alta.
La presión del sistema está determinada principalmente por la presión nominal de la bomba hidráulica y la capacidad de carga de presión del cilindro, la válvula y la tubería. Las bombas de engranajes suelen tener un límite de presión nominal (p. ej., 16 MPa, 21 MPa, 25 MPa, etc.). Si la elevación es significativa, es importante seleccionar bombas y componentes con índices de presión más altos en lugar de simplemente aumentar el desplazamiento.
En resumen: el peso determina la presión, la velocidad determina el desplazamiento.
Compatibilidad del vehículo y capacidad de disipación de calor:
Las bombas de gran cilindrada que funcionan a alta presión consumen una cantidad significativa de potencia del motor (potencia = presión × flujo). Esto requiere suficiente reserva de potencia del motor; de lo contrario, el motor se calará durante el levantamiento.
El funcionamiento de alto flujo y alta presión genera una cantidad significativa de calor, lo que impone mayores exigencias al sistema de disipación de calor del fluido hidráulico (tanque, radiador). Una disipación de calor insuficiente puede provocar temperaturas excesivas del aceite, lo que acelera la degradación del aceite y de los sellos.
Ejemplo:
Escenario 1: Camión volquete liviano (elevación de 8 toneladas)
Podría utilizarse un cilindro de elevación frontal de una sola etapa con un diámetro pequeño. El tiempo de elevación requerido es de 20 segundos.
Después de calcular el caudal requerido, se puede seleccionar una bomba de engranajes de 40 cc, que proporciona aproximadamente 72 L/min a 1800 rpm. Es posible que se requiera una presión del sistema de solo 14 MPa para alcanzar la fuerza de elevación requerida.
Escenario 2: Camión volquete de servicio pesado (elevación de 30 toneladas)
Se podría utilizar un cilindro de elevación frontal de varias etapas (comúnmente conocido como 'palanca de cinco secciones') con un diámetro mayor y una carrera más larga. El tiempo de elevación requerido también es de 25 segundos.
Debido al gran volumen del cilindro, se requiere un caudal muy alto para llenarlo rápidamente. Los cálculos sugieren que podría ser necesaria una bomba de engranajes con una cilindrada de 100 cc o incluso más, capaz de entregar unos enormes 180 L/min a 1800 rpm. Al mismo tiempo, para generar suficiente fuerza de elevación, la presión de funcionamiento del sistema suele diseñarse para que sea más alta, como 21 MPa o 25 MPa.
Conclusión
La selección de la cilindrada de una bomba hidráulica de un camión volquete es un proceso sistemático que depende de:
Factores directos: velocidad de elevación deseada (tiempo) y tamaño del cilindro.
Factores relacionados importantes: peso de elevación (que determina la presión de funcionamiento del sistema), velocidad del motor y relación de la TDF.
Factores críticos: potencia del motor y capacidad de disipación de calor del sistema.
Por lo tanto, el desplazamiento de una bomba de camión volquete depende principalmente de la velocidad de elevación requerida por el usuario y de las especificaciones del cilindro. Si bien el peso de elevación no determina directamente el desplazamiento, sirve como base para determinar la presión operativa del sistema y el tamaño del cilindro, lo que influye indirectamente en la selección del desplazamiento. Los vehículos más grandes, que normalmente requieren cilindros más grandes y velocidades de elevación más rápidas, naturalmente requieren bombas más grandes.
