Encoders en maquinaria de construcción

Familias de encoders extremadamente robustas de Hengstler

Hengstler, Aldingen. Dado que la maquinaria de construcción moderna se controla y mueve principalmente mediante sistemas hidráulicos, la electrónica y las tecnologías de control sólo han desempeñado hasta ahora un papel secundario en muchas aplicaciones. Sin embargo, los aspectos relevantes para la seguridad y las funciones de asistencia al conductor han empezado a marcar la pauta: cada vez se utilizan más sensores, como codificadores o potenciómetros, para proporcionar a la unidad de control datos de posicionamiento, angulares y de velocidad. En este segmento, se exige un nivel muy alto a los sensores. El funcionamiento en exteriores está sujeto a condiciones climáticas variables, es decir, a fluctuaciones extremas de temperatura y a la influencia de la suciedad, el polvo y los líquidos. Los requisitos resultantes de gran robustez y alto grado de protección han constituido la base de las familias de encóderes de nuevo diseño de Hengstler.

Aplicaciones típicas

Los encóderes se utilizan para mediciones de posición, ángulo, velocidad y longitud en aplicaciones de maquinaria de construcción. Asumen tareas que facilitan el trabajo del conductor y mejoran la productividad, como, por ejemplo, el posicionamiento directo de cargas para equipos elevadores, o la restricción de zonas de trabajo para proteger contra colisiones. Sin embargo, también permiten introducir funciones relevantes para la seguridad, emitiendo señales de advertencia al conductor en cuanto la máquina entra en una situación crítica. Un ejemplo clásico son las cargas excesivas que provocan la inclinación de los equipos de elevación (grúas, excavadoras).

También en las aplicaciones de maquinaria agrícola y forestal, los encóderes facilitan considerablemente el trabajo automatizando los procesos de muchas aplicaciones, desde la siembra con control de velocidad en agricultura hasta la medición automatizada de troncos de árboles. Los procesos automatizados que aumentan la productividad en la agricultura son cada vez más sofisticados gracias al uso de sistemas controlados por satélite. Y, por último, se utilizan máquinas especiales para el mantenimiento de vías férreas, el posicionamiento de muelas abrasivas, para la minería y la tecnología de perforación (control de la velocidad de perforación), así como para equipos especiales de transporte de objetos sobredimensionados, donde determinan la posición de dirección de cada rueda.

En resumen, los encoders utilizados en equipos de construcción siempre demuestran sus capacidades en condiciones extremadamente duras proporcionando información fiable sobre el posicionamiento, los ángulos de excursión o las velocidades. Las robustas familias de encoders de Hengstler convencen por su tecnología, que carece por completo de contactos deslizantes y garantiza una alta fiabilidad y longevidad. Los tipos de encoder absoluto programable, en particular, no necesitan ningún reajuste en comparación con otros productos tecnológicos. El buen funcionamiento y la precisión de los potenciómetros, por ejemplo, se ven afectados negativamente por las fluctuaciones de temperatura y el desgaste. Además, los encóderes ofrecen un barrido completo de 360°, lo que permite obtener una respuesta precisa a lo largo de una vuelta completa o incluso de varias vueltas. Las versiones multivuelta permiten leer el número exacto de vueltas en cualquier momento, incluso tras caídas de tensión o cortes de alimentación completos.

Codificadores en equipos de elevación móviles, como excavadoras hidráulicas y grúas móviles

Como ya se ha dicho, los encóderes se prestan a una gran variedad de aplicaciones en maquinaria de construcción. Vamos a explicar su uso basándonos en un ejemplo del campo de la maquinaria de elevación, como las grúas elevadoras y las excavadoras hidráulicas. En primer lugar, los fabricantes de maquinaria tienen varias buenas razones para utilizar sensores fiables: los requisitos legales para la prevención de accidentes o la matriculación de vehículos para el tráfico rodado son criterios importantes; lograr una mayor productividad en el trabajo diario es otro de ellos.

Advertencia de sobrecarga para un soporte estable y seguro del equipo de elevación:

Según la Directiva alemana relativa a la prevención de accidentes (VBG 40), es obligatorio un dispositivo de aviso de sobrecarga tanto para los sistemas de grúa como para las excavadoras hidráulicas. Debe emitir una señal de advertencia al conductor en cuanto se supere la carga admisible. En el caso de las excavadoras hidráulicas, esto puede llevarse a cabo mediante un elemento de medición que determine la presión de funcionamiento en el cilindro en voladizo (pluma) y transmita una señal de advertencia al conductor en cuanto se supere una presión definida. Esta función puede ser asumida por codificadores e incluso complementada proporcionando retroalimentación al sistema de control. Mediante la determinación del ángulo de excursión de cada eje giratorio del brazo de la excavadora y de la corona de giro entre el carro superior e inferior, se puede calcular en todo momento la carga máxima admisible en la cuchara de la excavadora o en la suspensión de la grúa. El momento de carga adecuado para cada posición puede introducirse a través del software, ayudando así al conductor con señales de advertencia o incluso con interferencias activas en el control del motor.

Figura 1: Excavadora hidráulica con aviso de sobrecarga

Restringir la zona de trabajo para evitar colisiones:

A menudo, los trabajos de construcción deben realizarse en espacios reducidos, por ejemplo, cerca de líneas eléctricas aéreas o en obras en las que varias grúas pueden obstaculizarse entre sí, o en zonas peatonales. Equipos de elevación como excavadoras hidráulicas, por ejemplo, pueden utilizarse en edificios con techos de altura limitada, o grúas móviles en estaciones de carga de ferrocarril con líneas eléctricas aéreas. En estos casos, los sistemas de grúa utilizan el denominado rango de trabajo de seguridad electrónica (en alemán: ABB). Un sistema de control electrónico protege contra obstáculos desacelerando la grúa cuando se acerca demasiado a un obstáculo y, de este modo, evita que colisione con él. Los sistemas anticolisión también se utilizan en grandes obras con varias grúas. Supervisan la posición de cada grúa y evitan de forma fiable que se acerque demasiado a la grúa vecina. Siguiendo el principio descrito anteriormente, los codificadores determinan la posición exacta y el ángulo de excursión de la máquina y lo transmiten a la electrónica de control.

Posicionamiento directo al grano:

Figura 2 Una gran obra en la que se utilizan varias grúas. Los sistemas anticolisión ayudan a evitar accidentes

El trabajo de los operadores de grúa será mucho más fácil si las cargas se colocan en el punto exacto. Para ello, un codificador informa continuamente a la unidad de control sobre la posición y la velocidad de la grúa. De este modo, los puntos de ajuste pueden seleccionarse mediante ajustes de giro microfinos, y los efectos causados por el viento predominante o las condiciones de carga pueden compensarse mediante los contramovimientos adecuados.

Autorización de matriculación de vehículos para el tráfico rodado:

Las excavadoras de ruedas hidráulicas estarán homologadas para el tráfico rodado si están provistas de un sensor que garantice que el carro superior está alineado en el sentido de la marcha. Los sensores inductivos se utilizan con mucha frecuencia para este fin. Sin embargo, ahora se pueden implementar nuevas posibilidades además de las funciones descritas anteriormente proporcionando un codificador en la llanta entre el carro superior y el inferior.

Requisitos del producto

Los requisitos técnicos esenciales para utilizar encoders en equipos de construcción incluyen un alto grado de protección, un amplio rango de temperaturas, una alta resistencia a golpes y vibraciones, una alta resistencia al agua y la humedad, así como una alta resistencia a la carga del eje. Los encóderes deben presentar un grado de protección IP67 o incluso IP69. Un rango de temperatura que va de -40°C a 100°C garantiza un funcionamiento perfecto en condiciones ambientales adversas, como la exposición directa a la luz solar y las fluctuaciones de temperatura. Para evitar la condensación de agua causada por las fases internas de calentamiento y enfriamiento, la carcasa debe estar específicamente sellada. La resistencia a los golpes varía en función de la aplicación, pero debe ser de 1.000 m/s2 como mínimo; la resistencia a las vibraciones debe ser de 100 m/s2 como mínimo. Dado que los equipos de construcción se limpian a menudo mediante limpiadores de chorro de vapor, una alta resistencia al agua comprimida es también de gran importancia.

Con su familia de productos "Heavy Duty", Hengstler ofrece los codificadores adecuados (HSDxx, HDxx, ARxx) para cumplir o incluso superar todos estos requisitos. Por ejemplo, se consigue una resistencia mecánica extremadamente alta utilizando un disco de codificación y optoasistencia de última generación fabricado en plástico en lugar del tipo de vidrio común, que puede romperse en condiciones de carga extremas. Esta serie de productos también está disponible con carcasa de acero inoxidable según NEMA 4x y 6P con doble sellado, lo que garantiza un funcionamiento fiable en entornos que requieren una alta resistencia a limpiadores de vapor de alta presión o productos químicos corrosivos. Los tipos de encóder HSDxx y HDxx son variantes intrínsecamente seguras y, cuando se utilizan con la barrera IS adecuada, están certificados según ATEX EEx ia IIB T4. Esto los hace adecuados para aplicaciones en atmósferas corrosivas o aplicaciones que requieran una alta resistencia a salpicaduras y oleadas de agua.

Con la serie de encóderes magnéticos AR-XX, Hengstler ofrece otra familia de productos extremadamente robusta. Sus características especiales no sólo incluyen una carcasa especialmente robusta, sino también rodamientos de bolas autónomos generosamente dimensionados, lo que lo hace resistente a grandes esfuerzos mecánicos e incluso a elevadas fuerzas axiales y radiales. La resolución de 12 bits permite las más altas velocidades de aceleración y el funcionamiento bajo el agua. Todos los productos son compatibles eléctricamente con los encoders estándar y están disponibles con los tipos de interfaz habituales (SSI, BiSS, CANopen, analógica o paralela).

Las tecnologías robustas facilitan la entrada y la implantación de los componentes electrónicos en el campo de los equipos de construcción. También responden a los requisitos de alta seguridad, productividad y comodidad para el operador. Aunque es posible que la electrónica tarde algunos años más en sustituir a la hidráulica, ya ahora es obvio que el papel de la tecnología de sensores será cada vez más importante.