Peña Bombas Hidráulicas

Desenvolvimentos para Retroescavadeiras

A retroescavadeira é uma máquina empregada nas mais diferentes aplicações. Empregando um trator como base, ela une as funções de escavadeira e carregadeira. Robusta e fácil de operar, possui sistema hidráulico de média pressão. Hoje, atenção deve ser dada mais que nunca à eficiência e controlabilidade. Além disso, são esperadas uma operação ergonômica, economia de combustível, reduzida exaustão e emissão de ruídos. Uma operação de emergência satisfatória é obrigatória. Estes objetivos podem somente ser alcançados com um moderno sistema hidráulico.

1 – Conceito do gerenciamento de potência

Apenas em alguns casos a potência disponível do motor Diesel é suficiente para acionar a bomba hidráulica operando com deslocamento máximo e nível máximo de pressão em implementos. Uma bomba de deslocamento variável em conjunto com um controle adequado, oferece a possibilidade de gerenciamento da potência instalada. Dependendo da qualidade de controle desejada a geralmente aplicada bomba de pistões axiais A10VO do tipo disco inclinado para médias pressões, pode ser selecionada com diferentes opções de regulador.

1.1 Controle de potência ou limitador de torque

À medida que uma bomba hidráulica sem dispositivo de controle de potência é considerada, a decisão pelo tamanho da bomba é baseado na curva de potência (potência com deslocamento e pressão máxima). Esta potência não deve exceder a potência disponível do motor diesel pois caso contrário o motor para. Não utilizar toda a potência disponível resulta numa máquina com desempenho insuficiente. O dispositivo de controle de potência restringe o aumento de torque e permite a instalação de bomba sem se importar com a potência máxima. Isto permite vazões maiores a baixas pressões e vazões menores a altas pressões, deste modo prevenindo o motor diesel de sobre carga ou parada. Isto também produz vantagens significativas em termos de comportamento da máquina:

Maior manuseio da potência como resultado de uma maior potência

Maiores velocidades de trabalho através de vazões maiores
Maiores forças através de maiores pressões
Melhor utilização da potência do diesel
Maior economia de combustível
Menor emissão de ruído

Melhor comportamento de emissão, isto é, satisfaz os mais exigentes padrões de emissão
Máxima comodidade no manuseio

Sem sobrecarga do motor diesel
Sem parada do motor diesel
Maior facilidade de contole

O controle de potência da A10VO limita a pressão da bomba dependendo do seu deslocamento. A válvula de controle de potência (ou limitador de torque) é uma válvula limitadora de pressão conectada ao berço basculante através de duas molas. Sua pressão de abertura é portanto atuada pela posição do berço basculante: Quando a vazão da A10VO é baixa, a pressão de abertura é alta, quando a vazão da bomba é alta, a pressão de abertura é baixa. A válvula está pilotando o regulador de vazão e limita a pressão na linha LS. Uma vez que o comando do óleo é fornecido através de um orifício, a válvula reguladora de potência é capaz de gerar uma perda de carga na linha do controle assim que a pressão é atingida, deste modo influenciando no regulador de vazão de tal modo que a bomba bascula para sua posição. Note que, uma vez que o controle de potência está ativo o regulador de fluxo torna-se um controlador de pressão à distância. A vazão é reduzida conforme a bomba bascula para uma determinada posição, aumentando a pressão de abertura (controle de pressão) e assim mantendo o torque de acionamento da bomba constante.

1.2 Controle duplo de potência ou limitador de torque duplo

A retroescavadeira pode ser utilizada como escavadeira ou carregadeira. Quase toda a potência do motor diesel é utilizada pelo implemento hidráulico na função de escavadeira, mas como carregadeira apenas parte da potência é utilizada – aqui basicamente a potência tem que ser dividida entre a transmissão e o implemento hidráulico-, a possibilidade de alteração dos ajustes é altamente desejável:

Escavando => apenas implementos hidráulicos => ajuste de alta potência
Carregando => implementos hidráulicos mais movimentação => ajuste de baixa potência

Esta capacidade é facilmente alcançada com o controle duplo de potência, onde alterando-se o fluxo de óleo através da válvula de potência, consegue-se modificar a potência de saída. Aumentando o fluxo de óleo na válvula de controle de potência, aumenta-se a pressão na linha de comando resultando no aumento da potência de saída. Reduzindo o fluxo de óleo, a pressão será menor, reduzindo assim a potência de saída. O controle de fluxo pode ser influenciado, realimentando os sinais de pressão LS por diferentes tamanhos de orifício. Utilizando um

Orifício maior => maior ajuste => operação de escavadeira
Orifício menor => menor ajuste => operação de carregadeira

Em algumas operações, tais como, levantar a caçamba da carregadeira com a máquina parada, ou dependendo da necessidade do operador, a potência máxima poderá ser utilizada. Para estes casos de controle duplo de potência está disponível com a opção de válvula de comutação elétrica. Indiferente do tipo de controle de potência utilizado, o ajuste pode agora ser controlado dentro de limites, isto é, a bomba de deslocamento variável absorve a potência disponível, para satisfazer a condição de operação da retroescavadeira. Enquanto o regulador de potência standard exige um compromisso entre operação de escavação e carregadeira, as vantagens do controle de potência são agora utilizadas em ambas operações em toda a sua extensão.

Além disso, é possível ajustar a potência de saída a uma rotação do motor diesel específica. Isto é bem-vindo, por exemplo, em áreas residenciais, onde as máquinas podem operar apenas a baixas rotações devido a questões de ruído.

1.3 Controle de potência sensível à rotação

O mais recente desenvolvimento de controles para A10VO é o controle de deslocamento eletro-proporcional. O deslocamento volumétrico é ajustado através de corrente elétrica aplicada ao solenoide, o qual com design compacto diretamente através do êmbolo piloto, ao cilindro de controle do deslocamento da bomba. Este atua como um limitador de deslocamento máximo. Em caso de perda de energia elétrica, a bomba automaticamente retornará seu deslocamento para o máximo, garantindo o fluxo de óleo para a direção e freio – Livre de falhas! Combinação com o controle de fluxo e pressão são opcionais, permitindo o uso com blocos LS ou LUDV. Como a corrente aplicada determina o deslocamento máximo da bomba, o controle de fluxo e pressão ainda pode controlar o deslocamento da bomba do máximo ao mínimo. Isto permite um controle do limite de carga em função da rotação. Retroescavadeiras geralmente utilizam motor diesel com controle de rotação, isto é, a queda de rotação reflete na carga imposta sobre ele. Detectando a posição do acelerador ou o curso da bomba de injeção através de um sensor de ângulo WS iguala-se a potência disponível. Sentindo a rotação atual do diesel (com o sensor ID) iguala-se a carga no motor diesel. Ambos sinais são comparados e processados na unidade de comando (RC2-2) determinando a utilização da potência do motor diesel. O motor diesel é sobrecarregado se a rotação é muito alta. Neste caso, a unidade de comando reduz a corrente do solenoide do controlador da bomba A10VO’s EK diminuindo seu deslocamento volumétrico. Isto reduz a carga sobre o motor diesel permitindo sua recuperação. Se a rotação do motor diesel é muito baixa, a potência não é totalmente utilizada. A unidade de comando irá aumentar a corrente do solenoide do controlador da bomba A10VO’s EK aumentando seu deslocamento volumétrico. Isto aumentará a carga sobre o motor diesel utilizando-se assim toda a potência disponível. A potência absorvida pelo implemento hidráulico é automaticamente ajustada a potência disponível independente da potência utilizada pela transmissão, enquanto que com dupla potência o ajuste do controlador é sempre um compromisso. Testes tem provado que especialmente em operações de carregadeira, uma bomba de menor tamanho com controle EK, tem estabelecido a mesma performance da máquina se utilizada com bomba de maior tamanho e controle duplo de potência. Adicionalmente,

Compensação automática da ineficiência de motores diesel

Tolerâncias
Baixa ociosidade
Operação em altas atitudes

Compensação automática da carga absorvida por outros componentes, por exemplo, bombas de engrenagem, compressores do ar condicionado, alternadores, etc.
Modos de operação da máquina programáveis
Diagnósticos todos os benefícios de um controlador duplo de potência são melhorados

O novo controle EK de bombas A10VO combina a força da eletrônica (controlando) com a força da hidráulica (transmitindo força).

2. Bomba A10VO com controle de fluxo- a ligação para blocos LUDV e LS

Além da capacidade de gerenciar a potência, a bomba de deslocamento variável em conjunto com sistemas LS ou LUDV possibilita beneficiar-se totalmente das vantagens fornecidas pelas bombas com controle de fluxo em comparação às bombas de deslocamento fixo. A diferença principal entre um sistema com bomba de deslocamento variável com fluxo controlado e outro sistema idêntico, porém com bomba de deslocamento fixo, está no fato que o sistema com bomba de deslocamento variável fornece somente o fluxo necessário enquanto que num sistema com bomba de deslocamento fixo, o fluxo é determinado pela rotação de acionamento e tamanho da bomba. Neste último caso, o excesso de óleo é descarregado a tanque através da válvula limitadora de pressão, resultando em energia perdida na forma de calor.

Controle de fluxo em bombas:
Fluxo fornecido => fluxo exigido => Isto significa que não há energia perdida por excesso de óleo

Isto produz as seguintes vantagens para retroescavadeiras:

- Maior economia de combustível
- Menores custos de operação
- Benefícios ao meio ambiente
- Exige menor capacidade de refrigeração
- Menor radiador
- Menor tanque e portanto menos óleo
- Exposição do óleo a temperaturas menores
- Maior vida útil

A melhor utilização da potência primária disponibiliza maior potência para movimentação da máquina quando operar como carregadeira.

3 – Distribuição de vazão (LUDV)

O conceito de distribuição de vazão (LUDV) melhora o conceito standard Load sensing dando ao sistema uma independência das variações de carga e também da disponibilidade de vazão. Esta possibilidade é obviamente o ponto de partida para a tentativa de se produzir máquinas melhores com maior performance. Desde 1997, milhares de máquinas equipadas com o sistema LUDV (bloco SX14) têm sido fornecidas ao mercado. O melhor elogio que nós tivemos foi dado por um operador profissional que disse: “a máquina é tão fácil de operar que ninguém mais vai precisar de mim”. Obviamente este operador será ainda necessário porque o desempenho da máquina está sendo melhorado de forma drástica com o sistema LUDV, significa que ele será capaz de executá-la melhor e mais rapidamente. Quais são as próximas melhorias que os operadores esperam de suas máquinas? O outro campo de melhoria é a ergonomia e conforto; neste ponto é interessante considerar como outras máquinas estão competindo contra as retroescavadeiras. A escavadeira sobre rodas de 7 ton em combinação com uma pequena/média carregadeira é provavelmente a alternativa clássica para a retroescavadeira. Se alguém olhar para os controles utilizados nestas máquinas, será óbvio que em matéria de conforto e ergonomia e retroescavadeira é ainda um pouco deficiente, com suas alavancas longas, enormes e de difícil alcance, certamente não é a melhor referência quando há preocupação com o conforto do operador. Os controles de hoje da retroescavadeira são uma herança do que a máquina foi no passado: um trator onde alguns acessórios eram adicionados mais tarde. As alavancas montadas diretamente nas válvulas eram a melhor e provavelmente única solução. Também devido à falta de controlabilidade e a impossibilidade de executar vários movimentos simultâneos esperava-se pouca melhoria mudando-se o tipo de controle. Hoje com a função LUDV dando à retroescavadeira uma controlabilidade comparada às modernas escavadeiras provavelmente será a oportunidade para melhorar também a forma de controle, utilizando controles remotos e localizando-os nos descansos de braço do assento tornando-os mais próximos da ergonomia de escavadeiras. Existem duas possibilidades principais para controlar uma válvula por controle remoto:

Controle hidráulico
Controle eletrônico

A escolha entre estas duas tecnologias depende de muitos fatores. Entre outras coisas:

Custos do pacote
Espaço disponível para tubulação
Controle remoto como opção ou série
Tipos de funções a controlar
Número de funções a controlar

Desde sua criação nossa válvula SX14 (LUDV) esteve disponível com controle hidráulico e mecânico. Entretanto, está disponível como controle eletrônico.

4 – Joysticks

Com relação aos joysticks, a Bosch Rexroth tem em sua gama, todos os joysticks necessários nas versões hidráulica e eletrônica:

Versão hidráulica:

- 4TH6 para aplicações pesadas
- 4TH5 para aplicações leves em escavadeiras (RE 64555)
- 4THF6 para serviço pesado (RE 64553)
- 4THF5 para serviço leve (RE64557) com detente elétrico para a posição float e retorno da pá em operações de carregadeira.

Versão eletrônica:

A família THE5 (RE 29881)
- 4THE5
- 4THES5
- 4THEC5

Porque o joystick pode controlar apenas 2 eixos e uma retroescavadeira necessita de 5 funções proporcionais, a Bosch Rexroth criou a alavanca EC4000, a qual possui até 3 potenciômetros eletro-proporcionais e até 9 botões on-off, esta alavanca está disponível em qualquer joystick na versão hidráulica ou eletrônica. Como dito anteriormente, existem basicamente 2 soluções principais para o controle remoto. Além disso, existem muitas combinações possíveis entre todos os tipos de controle (mecânico, hidráulico, elétrico on-off, eletro-proporcional) que permitem soluções individuais para o projetista do veículo.

5 – Direções hidráulicas

Hoje em retroescavadeiras, direções hidráulicas do tipo Centro aberto- Non Reaction ou Centro fechado – Non Reaction são utilizadas. Estes componentes representam do ponto de vista do sistema, a melhor solução técnica para as exigências da direção. Altas cargas axiais e as condições de operação dinâmicas para retroescavadeiras conduzem a uma exigência para pressões de controle correspondentemente altas. Para retroescavadeiras existem também normas e diretrizes controlando a aptidão para dirigir a máquina – também exigências para a direção de emergência, onde a unidade de direção funciona como uma bomba manual. Para cumprir todas as exigências pode ser necessário que a unidade de direção tenha reduzida eficiência para uso de emergência. Nossa unidade LAGU com câmara switch-off e a LAGZ com motor switch-off foram desenvolvidas para estas exigências de aplicação. Em servo operação as unidades LAGU e LAGZ operam indistinguivelmente como outras unidades. Na operação de emergência o volume fornecido é automaticamente reduzido. Isto faz com que o esforço no volante se aproximadamente reduzido a 50% comparado às unidades convencionais. Além das unidades de direção, a Bosch Rexroth também fornece componentes auxiliares individuais para equipar o circuito de direção. Isto inclui válvulas prioritárias e colunas de direção com ou sem sensores e conexões de sinal. Quando em centro fechado a unidade de direção é alimentada por uma bomba de deslocamento fixo ou variável através de uma válvula prioritária, desde que seu sinal LS seja ativado. Consumidores hidráulicos adicionais podem ser conectados à válvula prioritária, sendo esses de menor importância. Tais consumidores podem ser:

- Funções operando até 250 bar
- Freio assistido, freios de reboque
- Sistemas de arrefecimento
- Fornecimento de óleo de comando
- Funções de alimentação

As válvulas prioritárias de 160 litros são otimizadas em relação ao seu comportamento quando em uso com bombas variáveis, na aresta de controle e no amortecimento do pistão de controle. Isto é também disponível em válvulas para montagem em linha, a Rexroth também oferece válvulas prioritárias de vazão nominal até 80 L/min, para montagem direta na unidade de direção ou na bomba de engrenagem. As colunas de direção fazem parte também de nossa gama de acessórios. Neste ponto gostaríamos de mencionar nossos sensores de direção, os quais fornecem sinais análogos e digitais. Sensoriamento da direção de rotação está contido na próxima etapa de desenvolvimento e ao seu tempo será testada em amostras funcionais. O objetivo é oferecer o sensor de rotação como alternativa futura nos sistemas de direção. È parte do desenvolvimento de um sistema de conceito modular para equipar as mais diversas variedades de veículos com sistemas alternativos de direção. Regulamentações aplicadas aos equipamentos de direção, tal como ECE-R79, estão incorporadas no desenvolvimento. Visamos com isto a melhoria da ergonomia e comodidade, as quais acabarão sendo induzidas a maiores cargas com menor esforço do operador.

6 – Resumo

Baseada em tecnologia comprovada – direção hidráulica LAG, blocos SX14 (LUDV), joysticks 4TH, bomba de deslocamento variável A10VO – a Bosch Rexroth pode oferecer uma ampla variedade de produtos para retroescavadeiras. Estes produtos estão sob constante desenvolvimento para melhor adaptação com ótima utilização em retroescavadeiras. As novas opções, que estão agora disponíveis, não só melhorará a eficiência e controlabilidade como também abre novas oportunidades para o futuro das retroescavadeiras. O conceito de gerenciamento de potência baseado na válvula eletro-proporcional da A10VOEK garante ótima utilização da potência do diesel a qualquer tempo sem sobrecarregar ou parar o motor. Em conjunto com o bloco SX14 (LUDV) toda a potência hidráulica pode ser controlada de acordo com a necessidade do operador. As próximas melhorias permitidas pelo sistema LUDV são: aumento da rotação e melhoria na ergonomia há também algumas possibilidades de fazê-lo mais simples, com maior custo benefício e opções de controle mais flexíveis. No final do dia, a decisão em sistemas hidráulicos será baseada no custo dos produtos comparando os custos de operação e o desempenho. A utilização otimizada da máquina mantém os custos de operação mais baixos, principalmente quando os mesmos são comparados a um sistema tecnicamente inferior com bomba de deslocamento fixo.