ES2863075T3 - Sistema de mando y de limitación de velocidad para controlar el movimiento de un órgano móvil - Google Patents

Abstract

Sistema de mando y de limitación de velocidad para controlar el movimiento de un órgano móvil (1) sometido a la gravedad y/o a una presión hidráulica, que comprende: - un órgano motor (2), - una cadena cinemática (3) que, interpuesta entre el órgano motor (2) y el órgano móvil (1), relaciona el órgano motor (2) con el órgano móvil (1), y equipada adicionalmente con un freno de falta de corriente (8); - un dispositivo de limitación de velocidad (10), apto para limitar la velocidad de desplazamiento del órgano móvil (1), en toma con la cadena cinemática (3) sobre una porción de toma (31) de un árbol giratorio de la cadena cinemática, comprendiendo el dispositivo de limitación de velocidad (10): - un freno centrífugo (4), caracterizado por que el dispositivo de limitación de velocidad (10) comprende, además, - un embrague de falta de energía (5), interpuesto entre el freno centrífugo (4) y la porción de toma (31), siendo requerido el embrague a su estado cerrado en caso de falta de energía, para poner en enlace el freno centrífugo con la cadena cinemática (3), con el fin de limitar la velocidad de desplazamiento del órgano móvil (1) arrastrado por la gravedad y/o la presión hidráulica.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de mando y de limitación de velocidad para controlar el movimiento de un órgano móvil

La presente invención está referida a los sistemas de mando y de limitación de velocidad para controlar el movimiento de un órgano móvil.

Más en particular, la invención concierne a un dispositivo de limitación de velocidad en una cadena cinemática de mando motorizado para controlar el movimiento de un órgano móvil, en particular sometido a la gravedad o a la presión hidráulica. La invención trata, en particular, del comportamiento del sistema en caso de indisponibilidad temporal de la alimentación de energía motriz, especialmente eléctrica, en particular de la necesidad de arriar el órgano móvil hasta una posición de seguridad sin riesgo de daños.

Se conoce en la técnica anterior, por el documento JP 2011-246990, colocar un freno centrífugo en toma con la cadena cinemática para limitar la velocidad de desplazamiento del órgano móvil. No obstante, el umbral de velocidad en el que interviene efectivamente el freno centrífugo debe ser necesariamente más elevado que los valores de velocidades nominales originadas por el órgano motor, con el fin de que el freno centrífugo no entorpezca el funcionamiento normal del sistema cuando está presente la alimentación de energía.

Esto precisa dimensionar la cadena cinemática para valores de velocidades correspondientes al umbral de disparo del freno centrífugo, para casos de utilización que no pasan de ser raros. Además, cuando el freno centrífugo está en toma constante con la cadena cinemática, esto aumenta la inercia, lo cual no es deseable.

Por lo tanto, se ha puesto de manifiesto una necesidad de optimizar esta clase de sistema para dimensionar al justo la cadena cinemática, al propio tiempo que se conserva la función de arriado del órgano móvil hasta una posición de seguridad sin riesgo de daños en caso de falta de alimentación energética. En particular, es interesante tener la posibilidad de agregar un dispositivo de arriado en una cadena cinemática existente no dimensionada en consecuencia, y ello sin tener que redimensionar la cadena cinemática o que sustituir elementos de esta última. A tal efecto, la invención propone un sistema de mando y de limitación de velocidad para controlar el movimiento de un órgano móvil sometido a la gravedad y/o a una presión hidráulica según la reivindicación 1.

Merced a estas disposiciones, el freno centrífugo no está acoplado a la cadena cinemática en el caso normal de presencia de alimentación energética; pero si llega a quedar interrumpida la alimentación energética, el freno centrífugo queda automáticamente en toma con la cadena cinemática merced al embrague de falta de energía, y se puede arriar el órgano móvil a velocidad limitada hasta una posición de seguridad sin riesgo de daños.

En formas de realización del procedimiento según la invención, se puede eventualmente recurrir además a una y/u otra de las siguientes disposiciones:

- la velocidad nominal del órgano motor se corresponde con una primera velocidad V1 en la porción de toma, y el freno centrífugo presenta una velocidad de activación del frenado correspondiente a una segunda velocidad V2 en la porción de toma, y V2 < V1; con lo cual, el dimensionamiento de la cadena cinemática está basado en la velocidad nominal del motor, y no en una velocidad más rápida que se correspondiera con una intervención del freno centrífugo; de este modo, el dispositivo está, por tanto, completamente adaptado para ser integrado a posteriori sobre una cadena cinemática existente, sin repercusión en el dimensionamiento inicial;

- el embrague queda abierto por aportación de energía al menos cuando se aplica al órgano motor un comando de giro; de modo que el freno centrífugo queda desacoplado y no interviene en el comando normal del órgano motor;

- el órgano móvil es una válvula/compuerta de una obra hidráulica de tipo embalse; con lo cual se puede salvaguardar la obra en caso de fallo de alimentación de energía, especialmente eléctrica, especialmente en el caso en que la posición de seguridad es una posición baja;

- el dispositivo de limitación de movimiento se establece próximo al órgano motor; de modo que se puede optimizar el dimensionamiento dinámico y se pueden limitar las solicitaciones de la cadena cinemática; - la fuente de energía es la energía eléctrica, siendo el órgano motor un motor eléctrico y siendo el embrague un embrague de falta de corriente; lo cual permite utilizar componentes electromecánicos relativamente estándar;

- el freno centrífugo y el embrague están dispuestos coaxialmente; lo cual permite optimizar la integración mecánica y obtener un tamaño moderado;

- el eje del freno centrífugo puede ser perpendicular al eje del órgano motor; con lo cual se propone una configuración geométrica alternativa;

- de acuerdo con la invención, la cadena cinemática de transmisión está equipada adicionalmente con un freno de falta de corriente; de modo que el órgano móvil puede quedar por defecto inmovilizado automáticamente en caso de pérdida de corriente;

- entre la porción de toma y el embrague, va interpuesto un reductor auxiliar; de modo que se puede optimizar la relación de las velocidades entre la porción de toma y el freno centrífugo.

Otras características y ventajas de la invención se irán poniendo de manifiesto en el transcurso de la descripción siguiente de uno de sus modos de realización, dado a título de ejemplo no limitativo, con relación a los dibujos anexos.

En los dibujos:

la figura 1 es una vista general de un sistema de mando según una forma de realización de la invención,

las figuras 2 y 2a muestran de manera más detallada el dispositivo de limitación de velocidad integrado en el sistema de la figura 1,

la figura 3 muestra una variante del sistema de mando de la figura 1, y

la figura 4 representa un diagrama de las velocidades.

En las diferentes figuras, las mismas referencias designan elementos idénticos o similares.

La figura 1 representa un ejemplo de sistema de mando y de limitación de los movimientos para actuar y controlar el movimiento de un órgano móvil 1 según una forma de realización de la invención.

El órgano móvil 1 en cuestión puede ser una puerta (o una ‘válvula’ o una ‘compuerta’) de embalse, requerida por gravedad o presión hidráulica hacia una posición baja. En este ejemplo, la vertical está orientada según Z y el agua 13 queda retenida, en situación normal, por la ‘válvula-compuerta’ 1; en circunstancias particulares, se puede necesitar bajar la ‘válvula-compuerta’ para dejar que desborde el agua, la cual, entonces, pasa por encima de la ‘válvula-compuerta’.

El órgano móvil 1 en cuestión puede ser también una caja de ascensor, o de montacargas, el gancho de un aparato elevador (grúa, puente grúa, etc.) con su carga embarcada, la plataforma de un puente elevador, o cualquier otra entidad móvil sometida a la acción de la gravedad.

Una cadena cinemática 3 (a la que también podemos llamar ‘transmisión’) se halla interpuesta entre el órgano motor 2 y el órgano móvil 1 y generalmente comprende árboles giratorios y reducciones de velocidad. Esta está enlazada directamente por uno de sus extremos 32 con el movimiento de subida y bajada del órgano móvil 1, por ejemplo por medio de un engranaje final 16, o de un tambor de cables, o también de un piñón y cadena de suspensión. En el ejemplo ilustrado, el movimiento del órgano móvil 1 es un giro alrededor de un eje Y.

Hay que destacar que la cadena cinemática 3 en cuestión es la única unión cinemática entre el órgano motor y el órgano móvil; no queda excluida que esta comprenda un cierto nivel de redundancia, si bien el ejemplo representado no comprende más que una sola unión entre el órgano motor y el órgano móvil 1.

En el extremo opuesto 33 de la cadena cinemática, la misma está enlazada con el rotor de un órgano motor 2, la mayoría de las veces un motor eléctrico M, pero que también puede ser un motor hidráulico o neumático. Entre ambos extremos 32, 33, la cadena cinemática puede comprender uno o varios árboles giratorios 35, 36 y, en su caso, uno o varios reductores 34 y, en su caso, una o varias transmisiones cónicas.

En el caso de una puerta de esclusa o de embalse, generalmente de considerable dimensión, la misma está montada oscilante sobre un árbol largo 17 y se actúa el movimiento de la puerta simultáneamente por los dos extremos de la misma; consecuentemente, en este caso, la cadena cinemática puede comprender dos ramas 36, 37 a la salida de un contraeje de función T (contraeje doble 34).

En el ejemplo ilustrado, el órgano motor es un motor eléctrico convencional que tiene una velocidad nominal de giro de 1500 r.p.m. sometido a 220/380 voltios.

También el árbol 35 gira a este régimen cuando el motor está activado. El reductor 34 introduce una reducción de, por ejemplo, 50, por lo que el árbol 36 gira a 30 r.p.m. La reducción final 32 introduce, por ejemplo, una reducción de 10, por lo que la puerta gira a 0,05 vueltas/s, esto es, 18 grados/s, o también 3 r.p.m.

En un sentido, es decir, cuando la carga sube, tenemos la gravedad en contra, en el otro sentido, se acompaña la gravedad o incluso se frena con el órgano motor.

Ventajosamente, la cadena cinemática 3 comprende un dispositivo de limitación de velocidad 10 que se enlaza en toma con la cadena cinemática sobre una porción de toma 31 de un árbol giratorio de la cadena cinemática (en el caso presente, el árbol 35). La porción de toma lo mismo se podría establecer sobre otro árbol de la cadena cinemática, o incluso directamente sobre el rotor del motor.

El dispositivo de limitación de velocidad 10 está enlazado sobre la cadena cinemática 3 en correspondencia con dicha porción de toma 31 por medio de un engrane 7 que comprende un piñón 11 que gira solidario con el árbol 35 y engrana en otro piñón 12, habiéndose mostrado este último sobre un primer árbol 74. Sobre el eje W de este otro piñón 12, el dispositivo de limitación de velocidad 10 comprende un freno centrífugo 4 que más adelante se describirá con detalle, y un embrague de falta de corriente 5, entre el freno centrífugo 4 y la porción de toma 31. El embrague de falta de corriente puede ser más generalmente un embrague de falta de energía 5, por ejemplo un embrague multidisco hidráulico que queda cerrado en ausencia de presión de aceite.

En la versión eléctrica tal y como se representa, se trata de un embrague de falta de corriente, que comprende un primer disco 51, solidarizado en giro con el primer árbol 74 y móvil axialmente entre dos posiciones axiales, y un segundo disco 52 situado enfrentadamente, fijo axialmente y solidario en su giro con el freno centrífugo 4 por intermedio de un segundo árbol 75, centrado en el eje W, coaxial con el primer árbol 74.

La interfaz entre el primer disco 51 y el primer árbol 74 puede utilizar un montaje de acanaladuras de extensión axial. En la primera posición axial del primer disco 51, como se ilustra en la figura 2A, el mismo hace contacto con el segundo disco 52 y, consecuentemente, son solidarios en su giro alrededor de W. Un sistema de recuperación elástica requiere el primer disco 51 hacia esta primera posición axial.

Ventajosamente, se utilizan, como medio de recuperación elástica, unos muelles 57 que giran con el primer árbol 74. En la segunda posición axial del primer disco 51, como se ilustra en la figura 2, el primer disco 51 no contacta con el segundo disco 52, por lo que el freno centrífugo ya no es solidario de la cadena cinemática.

En efecto, el embrague de falta de corriente comprende un dispositivo de electroimán 55 establecido preferentemente en posición no giratoria. Este dispositivo, cuando es excitado eléctricamente, atrae el primer disco 51 hacia su segunda posición. Este dispositivo comprende preferentemente una pluralidad de electroimanes distribuidos de manera circunferencial alrededor del eje W y establecidos axialmente en la proximidad del primer disco 51 y alimentados por unos hilos 58.

Por consiguiente, cuando los electroimanes son excitados eléctricamente, los árboles primero y segundo 74, 75 pueden entonces girar independientemente y, como consecuencia de ello, el freno centrífugo queda desacoplado de los movimientos de la cadena cinemática. A la inversa, en caso de falta de corriente (interrupción de la alimentación eléctrica), los discos primero y segundo 51,52 retoman contacto por efecto de los muelles 57, así, el freno centrífugo es acoplado automáticamente con la cadena cinemática a través del embrague y del engrane 7.

El freno centrífugo 4 comprende unos elementos desplazables 41 (también denominados ‘piezas de masa’), desplazables radialmente por efecto de la fuerza centrífuga y requeridos por muelles 47 en dirección al eje. Pasando de una cierta velocidad, los elementos desplazables 41 toman contacto con una zona de fricción interior anular 42 fija en posición enfrentada, lo cual produce un efecto de frenado. Los elementos desplazables 41 están guiados dentro de un rotor del freno para desplazarse principalmente radialmente y están ligados de manera circunferencial a dicho rotor para frenar el segundo árbol 75 respecto al cárter fijo del freno.

Hay que destacar que, en el caso normal de utilización, a saber, cuando la alimentación de energía eléctrica está disponible, el embrague puede estar abierto y, el freno centrífugo, no acoplado, en particular cuando el motor 2 está comandado o incluso cuando el motor está en tensión: por lo tanto, prácticamente no hay pérdida por rozamientos debido a la presencia del dispositivo de limitación de velocidad 10. Tampoco hay inercia de giro suplementaria. Ventajosamente, la velocidad de intervención del freno centrífugo corresponde a una velocidad V2 en el árbol 35. Por otro lado, la velocidad nominal del motor corresponde a una velocidad V1 en el árbol 35. Ventajosamente, V2 es inferior a V1, por ejemplo, el valor de V2 se puede elegir entre 1200 y 1400 r.p.m. para una velocidad nominal equivalente de V1 igual a 1500 r.p.m.

Por cuya consecuencia, la cadena cinemática se puede dimensionar según V1, e incluso el 110 % de V1, especialmente en lo referente a los pares y las solicitaciones dinámicas dimensionantes.

V2 también se puede elegir mucho más pequeño que V1, con el fin de obtener una llegada suave contra el tope bajo, por ejemplo la tercera parte o la cuarta parte de V1.

La cadena cinemática comprende adicionalmente un freno de falta de corriente 8, situado preferentemente sobre el árbol lento, lo más cerca posible del órgano móvil 1 en la cadena cinemática, en orden a poder intervenir en caso de fallo de uno cualquiera de los elementos situados aguas arriba de este freno. Este freno 8 permite inmovilizar el órgano móvil 1 en caso de pérdida de corriente, y ello de manera muy fiable y muy rápida.

Este freno de falta de corriente 8 es un órgano en todo diferenciado del dispositivo de limitación de velocidad 10. En efecto, el freno de falta de corriente se encuentra dispuesto preferentemente lo más cerca posible del órgano móvil, mientras que el dispositivo de limitación de velocidad 10 se encuentra dispuesto preferentemente lo más cerca posible del motor 2, dicho de otro modo, se encuentran dispuestos respectivamente en uno y otro extremo de la cadena cinemática 3. Este freno de falta de corriente 8 es apretado tan pronto como deja de estar disponible la alimentación eléctrica. Pero se prevé una batería eléctrica de emergencia para poder aflojar este freno de seguridad, en particular para poder arriar la carga o el órgano móvil hasta una posición de seguridad, bajo el control del expresado dispositivo de limitación de velocidad 10.

En la figura 3, consiste una variante de configuración en establecer el dispositivo de limitación de velocidad 10 de manera perpendicular a la porción de toma. El eje W es entonces perpendicular al eje X del árbol 35. Se puede integrar entonces un módulo de mando 20 con el dispositivo de limitación de velocidad 10 y el motor, lo cual confiere una ventaja de compacidad.

Por el contrario, en el primer modo ilustrado en la figura 1, el eje W es paralelo al eje X, lo cual es una alternativa de integración mecánica.

De acuerdo con la variante representada, la cadena cinemática incluye un tambor 14 sobre el cual está arrollado un cabo o cable 15, estando determinado el órgano móvil, en el caso presente, por una carga que levantar enganchada al cabo 15.

De acuerdo con un aspecto ventajoso, el dispositivo de limitación de velocidad 10 se establece próximo al motor 2, sobre el árbol rápido. En efecto, la mayor parte de la energía cinética de la cadena cinemática en giro se almacena en el rotor del motor, y es ventajoso tener un ‘camino’ corto entre el motor y el dispositivo de limitación de velocidad. Esto también favorece el dimensionamiento al justo en cuanto a par.

El dispositivo de limitación de velocidad 10 puede diseñarse como un kit ‘add-on’, es decir, como un equipo que se puede insertar en serie en la salida del motor eléctrico en una cadena cinemática ya diseñada o incluso ya instalada. Lo interesante entonces es limitar al máximo los estudios (no redimensionamiento de la cadena cinemática existente) y el tiempo de intervención en el terreno (integración rápida de un órgano completo y compacto operativo en el acto).

En caso de interrupción temporal de la alimentación eléctrica de una obra hidráulica en un río y de un crecimiento del caudal del río, es menester poder proteger la integridad mecánica de la obra bajando una válvula puerta o compuerta para aumentar el caudal de vertido de agua por encima de la válvula. Esto puede obtenerse con toda seguridad merced al arriado bajo el control del dispositivo de limitación de velocidad; preferentemente, esto se opera a una velocidad inferior a la velocidad nominal.

Con referencia a la figura 4, se representan diferentes cronogramas que ilustran el comportamiento en caso de pérdida de alimentación de energía. Las curvas 91 y 92 (91 muestra la velocidad del árbol rápido y 92, la velocidad del árbol lento) representan una bajada del órgano móvil en primera instancia bajo el control del órgano motor hasta la ruptura de alimentación, que interviene en el momento 90.

En ese momento, interviene el freno de falta de corriente 8 e inmoviliza de un modo muy rápido el órgano móvil 1. También el freno centrífugo 4, en este momento, se acopla automáticamente a la cadena cinemática, pero sin intervención efectiva a velocidad nula. En el momento 95, en el que se afloja el freno 8, se reanuda entonces la bajada del órgano móvil bajo el control del freno centrífugo 4, a una velocidad V2 del árbol rápido inferior a la velocidad V1 del árbol rápido. Igualmente, la velocidad de desplazamiento V2’ del árbol lento es entonces menor que la velocidad de desplazamiento V1’ del árbol lento bajo el control del órgano motor, que es la velocidad de funcionamiento nominal.

Si el movimiento que precede a la interrupción de la alimentación fuera una subida del órgano móvil como se representa en la curva 93, esto no modifica el comportamiento del sistema tras el corte de la alimentación, que es idéntico al ejemplo anterior; en ambos casos, se puede controlar el desplazamiento del órgano móvil hacia una posición de seguridad baja sin riesgo de daños.

A título de ejemplo, aun en caso de no estar presente el freno de falta de corriente 8, en el momento mismo en que se interrumpe la alimentación de energía, el embrague 5 acopla inmediata y automáticamente el freno centrífugo a la cadena cinemática y la velocidad de desplazamiento del órgano móvil alcanza la velocidad V2’ (V2 para el árbol rápido) en el acto, con lo cual la cadena cinemática siempre permanece dentro de su campo de dimensionamiento 99 acotado por la velocidad nominal V1 en el sentido positivo y en el sentido negativo, como se ilustra en la figura 4; hay que señalar, no obstante, que un experto en la materia generalmente dimensiona la cadena cinemática al 110 % del valor nominal V1.

La relación de reducción del engrane 7 puede valer 1 (piñones 11 y 12 de igual tamaño) o puede ser diferente de 1, con el fin de adaptar lo mejor posible las respectivas velocidades del freno centrífugo y del árbol 35 de la porción de toma 31.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de mando y de limitación de velocidad para controlar el movimiento de un órgano móvil (1) sometido a la gravedad y/o a una presión hidráulica, que comprende:

- un órgano motor (2),

- una cadena cinemática (3) que, interpuesta entre el órgano motor (2) y el órgano móvil (1), relaciona el órgano motor (2) con el órgano móvil (1), y equipada adicionalmente con un freno de falta de corriente (8); - un dispositivo de limitación de velocidad (10), apto para limitar la velocidad de desplazamiento del órgano móvil (1), en toma con la cadena cinemática (3) sobre una porción de toma (31) de un árbol giratorio de la cadena cinemática,

comprendiendo el dispositivo de limitación de velocidad (10):

- un freno centrífugo (4), caracterizado por que el dispositivo de limitación de velocidad (10) comprende, además,

- un embrague de falta de energía (5), interpuesto entre el freno centrífugo (4) y la porción de toma (31), siendo requerido el embrague a su estado cerrado en caso de falta de energía, para poner en enlace el freno centrífugo con la cadena cinemática (3), con el fin de limitar la velocidad de desplazamiento del órgano móvil (1) arrastrado por la gravedad y/o la presión hidráulica.

2. Sistema según la reivindicación 1, en el que la velocidad nominal del órgano motor se corresponde con una primera velocidad (V1) en la porción de toma, y el freno centrífugo presenta una velocidad de activación del frenado correspondiente a una segunda velocidad (V2) en la porción de toma, y la segundo velocidad es inferior a la primera velocidad (V1).

3. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el embrague (5) queda abierto por aportación de energía al menos cuando se aplica al órgano motor (2) un comando de giro.

4. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el órgano móvil (1) es una válvula/compuerta de una obra hidráulica de tipo embalse.

5. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el dispositivo de limitación de velocidad (10) se establece próximo al órgano motor (2).

6. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la fuente de energía es la energía eléctrica, el órgano motor (2) es un motor eléctrico y el embrague (5) es un embrague de falta de corriente.

7. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el freno centrífugo (4) y el embrague están dispuestos coaxialmente.

8. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el eje (W) del freno centrífugo se establece perpendicularmente al eje (X) del órgano motor.

9. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que, entre la porción de toma (31) y el embrague (5), va interpuesto un reductor auxiliar (7).