ELEVADOR 2 COLUMNAS
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40
CAPITULO 3.
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CAPITULO 3.
3. DISEÑO DE UN SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE
MATERIA PRIMA A LA PRENSA DE EMBUTIDO
ONAPRES. 3.1 INTRODUCCIÓN.55
Hoy en día los elevadores forman parte de un grupo muy importante de herramientas que
permiten facilitar el trabajo duro, sin duda existen numerosos modelos, cada uno de estos
tiene su respectiva aplicación dentro de un campo predeterminado.
Su principio de funcionamiento es variable, utilizando distintas formas de accionamiento,
como la neumática, hidráulica y la mecánica. Las principales características que los
sistemas de elevación deben tener son su robustez y rigidez, son aspectos importantes ya
que de estos depende la anulación de factores que influyen directamente en el trabajo como
la vibración e inestabilidad de la estructura.
Los factores ya mencionados y los que se encuentran a continuación serán tomados en
cuenta para la realizar un modelo de elevador que esté de acuerdo a los requerimientos y
exigencias que obligan tanto el medio y los requerimientos de trabajo donde se
desempeñará la maquina.
3.2 ELEVADORES.56
Dentro de todos los tipos existentes en el medio, los más aplicados en la industria
mecánica y automotriz son:
• 2 Columnas Electromecánico y 2 Columnas Electrohidráulico.
• 4 Columnas Electrohidráulico y 4 Columnas Electromecánico.
• Tijera.
Baja Altura.
Serie 600-610-640.
55 Fuente: Autores. 56 Fuente: www.bartolisrl.com/herramientas/elevadores.htm
42
3.2.1 ELEVADOR DE 2 COLUMNAS ELECTROMECÁNICO.57 (Fig. 34)
Fig. 34. Elevador electromecánico
Este sistema garantiza máxima seguridad de trabajo, mayor duración y reduce al mínimo
las intervenciones de mantenimiento, ya que la lubricación de sus husillos es automática.
Un dispositivo de seguridad mecánico impide la elevación de la carga en caso del desgaste
total de la tuerca portante.
Las peculiares posibilidades de regulación y posicionamiento de los brazos facilitan la
correcta elevación de todos los vehículos. Los mecánicos más altos pueden trabajar mejor
gracias a la notable altura de elevación (2050 mm).
C2: Brazos cortos de una extensión.
C3: Brazos cortos de doble extensión.
Su transmisión a cadena de alta resistencia pre-regulada, con dispositivo de seguridad
controla la tensión de la misma.
57 Fuente: www.bartolisrl.com/herramientas/elev2col.htm
43
3.2.2 ELEVADOR DE 2 COLUMNAS ELECTROHIDRÁULICO.58 (Fig. 35)
Dispositivo de apoyo mecánico de funcionamiento automático y desbloqueo neumático,
con garantía de máxima seguridad en la fase de estacionamiento. Posee válvulas de
seguridad contra la sobrecarga y la rotura de los tubos hidráulicos, al igual que válvulas de
control de la velocidad de descenso.
Fig. 35. Elevador electrohidráulico.
3.2.3 ELEVADOR DE 4 COLUMNAS ELECTROHIDRÁULICO.59 (Fig. 36)
Fig. 36. Elevador con carril regulable.
58 Fuente: www.bartolisrl.com/herramientas/elev2colelectrohid.htm 59 Fuente: www.bartolisrl.com/herramientas/elev4col.htm
44
Características principales.
• Plataformas con carril regulable.
• Pistón de elevación completamente protegido al interior de la plataforma fija.
• Poleas de gran diámetro con casquillos auto lubricantes exentos de
mantenimiento.
• Dispositivos de apoyo mecánico cada 100mm de recorrido para no dejar peso
sobre los cables en las fases de trabajo.
• Dispositivo contra caída, con intervención inmediata en caso de rotura de un
cable de acero.
• Dispositivo de señalización acústica en la parte final del movimiento de bajada.
Para uso universal en talleres mecánicos, eléctricos, estaciones de servicio,etc.
3.2.4 ELEVADOR DE 4 COLUMNAS ELECTROMECÁNICO.60 (Fig.37)
Fig. 37. Sistema de tracción sin Fin.
Elevadores de 4 columnas diseñados y realizados con el sistema tradicional de elevación
completamente electromecánico. Responden a precisos cálculos estructurales para aportar
mayor seguridad en el trabajo y garantizan una larga duración.
60 Fuente: www.bartolisrl.com/herramientas/elev4colm.htm
45
Las características innovadoras de la tecnología empleada y las prestaciones de trabajo
cumplen con todas las necesidades de servicio para la inspección, reparación y
mantenimiento de vehículos comerciales e industriales.
3.3 ELEVADORES DE TIJERAS.61 3.3.1 ELEVADORES DE TIJERAS DE BAJA ALTURA. (Fig.38)
Fig. 38. Tijeras Dobles.
Elevador ideal para servicio de neumáticos, frenos, amortiguación y carrocería. El
funcionamiento electrohidráulico, con notable reducción del tiempo de ciclo, junto a su
elevada altura máxima y capacidad de carga, caracterizan este elevador de la última
generación, garantizando al usuario la máxima seguridad, utilidad y comodidad de uso.
• Sincronización mecánica de los movimientos independientemente de la repartición
de carga.
• Pernos de Articulación con casquillos auto lubricantes que no necesitan
mantenimiento alguno.
61 Fuente: www.bartolisrl.com/herramientas/elevtijbajaaltura.htm
46
Fig. 39. Tijeras Dobles con apoyos.
• Elevador para talleres, de fácil instalación y empleo.
• Posee válvula de máxima presión que elimina el riesgo de sobrecargas
3.3.2 ELEVADORES DE TIJERAS DE SERIE 600 – 610 – 640.62 (Fig. 40)
Fig. 40. Tijeras Dobles.
Características.
• Ausencia de conexiones mecánicas entre las plataformas (máxima operatividad en
el área de trabajo).
• Sincronización hidráulica de los movimientos de las plataformas
independientemente del reparto de carga, con dispositivo de autorregulación
patentado.
62 Fuente: www.bartolisrl.com/herramientas/elevtij600.htm
47
• Pernos de articulación con casquillos auto lubricantes que no requieren
mantenimiento alguno.
3.4 APLICACIÓN EN NUESTRA CIUDAD DE LOS ELEVADORES
DE TIJERAS.
Dentro de nuestra ciudad existen talleres donde la utilización de estos elevadores es
primordial, como ya se mencionó anteriormente son talleres automotrices y tecno-centros.
Para iniciar el desarrollo del nuestro elevador visitamos un taller de reparación de motos y
patio de venta de vehículos, obtuvimos fotos y observamos su funcionamiento,
brindándonos ideas que aportaran a nuestro proyecto.
El patio de venta de Vehículos está ubicado en la Av. España, conocido comercialmente
como FADEMS MOTORS, al hablar con el encargado de este patio nos permitió tomar
unas fotografías, pero no tenía autorización del propietario para poner en funcionamiento
el elevador, lo cual observamos solo su exterior.(Fig. 41)
Ubicación FADEMS MOTORS
Fig. 41. Elevador de doble pistón.
48
Utilizado como utillaje para elevar vehículos para que puedan ser observados por los
posibles compradores. Este elevador posee cuatro brazos móviles, los cuales pueden ser
regulados según la longitud del vehículo a elevar.
El panel de mando donde se encuentran los controles esta a una distancia cercana al
elevador, esto facilita a los operarios que trabajan en este patio a estar en constante
observación hacia el elevador. (Fig. 42)
Fig. 42. Panel de control del elevador.
Un segundo lugar visitado fue el Taller de reparación de motocicletas AGUCHO’S
MOTOS, este taller se encuentra ubicado en las calles Rafael María Arízaga 15-77 y
Miguel Vélez, al ingresar hablamos con el propietario del taller, quien facilito obtener
algunas fotografías, además se pudo observar y se determinar de una mejor manera su
funcionamiento interno.
49
Ubicación AGUCHO’S MOTOS
Fig. 43. Elevador de tijeras con un pistón.
Este elevador consta de un pistón, el cual al ser accionado sale de su posición inicial,
haciendo que las ruedas traseras inferiores se deslicen sobre las rieles, generando el
ascenso de la mesa principal donde se encuentra el vehículo. (Fig. 43)
El mando o control de este elevador es una palanca de dos posiciones, las cuales son las de
ascenso o descenso.
50
Fig. 44. Vista lateral elevador.
3.5 DISEÑOS PRINCIPALES.
3.5.1 ELEVADOR.63 Modelos.
Se inició con tres ideas básicas, la primera mediante un pistón hidráulico central, la
segunda mediante un tornillo sin fin y la tercera opción es el mecanismo de tijeras.
• Pistón Hidráulico.
Este modelo consiste en elevar la materia prima directamente con un pistón colocado en
forma vertical, con guías en cada uno de los extremos de la mesa (Fig. 45). El peso a
elevar fue un gran impedimento para el desarrollo de esta opción, ya que el pistón debía
ser muy robusto, un segundo impedimento fue la colocación de la materia prima, ya que
las guías no permitían el fácil acceso del montacargas.
Fig. 45. Pistón Hidráulico Central
63 Fuente: Autores
51
• Tornillo sin Fin.
Dos tornillos colocados verticalmente en los extremos, al girar dan movimiento a la mesa.
El inconveniente de este sistema es la sincronización de los tornillos, ya que si uno de
estos se adelantaba o retrasaba en el movimiento generaba problemas de trabado en la
mesa. La ventaja de este modelo es su precisión en cuanto a desplazamiento. (Fig. 46)
Fig. 46. Mecanismo con tornillos Sin Fin.
• Mecanismo de Tijeras.
Basado en la unión de dos eslabones en su punto medio, los cuales transforman el
movimiento horizontal en movimiento vertical. Al conformar una estructura el peso que
este soporta se distribuye de una mejor manera y la fuerza de aplicación es menor a la de
los sistemas mencionados anteriormente. (Fig. 47)
Fig. 47. Tijeras
52
Se eligió el Mecanismo de Tijeras por que los elementos que lo conforman no son muy
robustos ni complejos en su construcción, además al necesitar una fuerza menor para su
accionamiento representa un costo menor de operación. (Fig. 48).
Fig. 48. Elevador con tracción mecánica.
MECANISMO DE TRACCIÓN.
• Moto-reductor, cadena y tornillo.
Este sistema ofrece un movimiento suave y preciso a baja velocidad, indicado para este
trabajo. El problema en este sistema es la longitud del tornillo, es más de 40 cm, y como la
carga es de aproximadamente 3 toneladas, el tornillo debe ser robusto, generando mayor
fricción, necesitando mayor potencia en el motor.
• Pistón neumático-hidráulico.
Convierte la presión neumática en hidráulica, obteniendo un movimiento suave. La
desventaja es que si se quita la presión de aire, el pistón regresa. Para resolver este
problema se debería construir un trinquete, lo cual elevaría notablemente el costo de la
máquina, y además la elevación dependería de la distancia entre cada grada del trinquete.
• Pistón hidráulico.
Ofrece un movimiento suave y continuo, por ser un fluido no compresible, el pistón no se
regresa al quitar la presión. Para usar este sistema normalmente se necesitaría un grupo
hidráulico, pero como la prensa es hidráulica, se podría sacar una toma para el pistón.
53
Como el caudal necesario para mover al pistón es bajo en comparación con el usado por la
prensa, no representa un problema.
3.5.2 BRAZOS DEL ELEVADOR:64
• Platinas.
Las platinas cubren el área necesaria para resistir el peso del paquete de plancha, pero no
brindan firmeza ni rigidez al elevador. Su forma no es la ideal para nuestro requerimiento.
(Fig. 49)
Fig. 49. Platina
• Tubo rectangular.
El tubo tiene mayor inercia que las platinas, lo que significa mayor robustez y firmeza para
el elevador. Estas características son importantes, ya que un montacargas es el que va a
colocar el paquete de planchas, y es probable que lo haga de una manera un poco brusca.
En los tubos se realizaron tres perforaciones , dos en los extremos y una en el centro,
dentro de cada una de estas perforaciones van alojados bujes, los cuales cumplen la
función de disminuir el cortante en los pernos ya que la superficie en contacto en estos es
mayor que directamente con el tubo rectangular. (Fig.50)
64 Fuente: Autores
54
Fig. 50. Tubo rectangular perforado y bujes.
• Pernos de alta resistencia.65
Los pernos del elevador van a estar sometidos a una carga cortante bastante elevada,
por lo que hay que usar pernos de alta resistencia. (Fig. 51)
Fig. 51. Perno de alta resistencia.
3.5.3 ESTRUCTURA DEL ELEVADOR DE TIJERAS. 66
GUÍAS:
• Ángulo.
Sirven para evitar movimientos axiales cuando hay elevación y descenso. Los primeros
modelos consistían en su totalidad por la unión de ángulos, conforme avanzaba en diseño
se cambiaron algunos ángulos por platinas y se aumentaron sus dimensiones y espesor.
(Fig. 52)
65 Fuente: Autores 66 Fuente: Autores
55
Fig. 52. Estructura del mecanismo de Tijeras.
• Con perfil en U.67
Este perfil es utilizado para la construcción de la mesa donde va a estar descansando el
paquete de planchas (materia prima), por lo que debe ser robusta y rígida, características
que este perfil nos brinda.
Las ruedas que van alojadas en la canal aseguran un movimiento suave en la parte
superior, y además evitan que la mesa se salga. Existen agujeros y destajes que serán
mecanizados para asegurar y colocar mecanismos que fusionan sus movimientos con la
mesa. (Fig. 53)
67 Fuente: Autores
56
Fig. 53. Mesa Principal.
57
3.5.4 LIMPIADOR DE PLANCHAS.68
Fig. 54. Mecanismo de Limpieza.
TRACCIÓN:
• Pistón neumático.
Es un pistón bastante sencillo de montar, pero tenemos el problema de que como tiene que
extenderse un metro, va a ocupar demasiado espacio.
• Pistón sin vástago neumático.
Este pistón al no tener vástago, debería tener una longitud de aproximadamente un metro,
pero es difícil de montar y en todos los lugares que intentamos colocarlo interfiere con el
sistema de alimentación.
• Motor reductor y cadena.
Se necesitaría sujetar a los rodillos a una cadena, y esta seria movida por un Motor
reductor. Este sistema no interfiere con el sistema de alimentación, aunque es más
complejo. (Fig. 55)
68 Fuente: Autores
58
Fig. 55. Tracción mediante cadena y catalinas.
3.5.4.1 Mecanismo de limpieza.69
Para asegurar la limpieza de las planchas, el rodillo limpiador está conectado mediante
engranes a un eje. (Fig. 56)
Fig. 56. Engranes de diente recto.
Este eje tiene ruedas que giran en guías tipo V. Estas deben ser regulables para asegurar el
movimiento. Las guías son de ángulo, y se fabricó utillaje para realizar el mecanismo de
regulación para que exista más agarre entre las ruedas y las guías tanto superior como
inferior, garantizando así un desplazamiento más uniforme y lineal. Consta de dos platinas,
la una es recta, la otra tiene un dobles a 90 grados, lo común que poseen estas platinas es
una ranura en la cual se desplaza un perno unido a un utillaje soldado al ángulo, se puede
regular la altura según el diámetro de la rueda y fijarlo con un perno. (Fig. 57)
69 Fuente: Autores
59
Fig. 57. Guías y mecanismo de regulación de altura
El modelo elegido consta de un sistema de limpieza en dos partes, la primera está unida al
carro transversal la cual limpia la parte superior de la plancha (A), la segunda parte esta
fusionada a la estructura principal, la cual cumple la función de limpiar la parte inferior de
la plancha (B). (Fig. 57 A.)
Fig. 57 a. Mecanismo de Limpieza.
60
3.5.5 SUJECIÓN DE LA PLANCHA.70
Al ser la plancha lisa, y estar una sobre otra, la opción sobresaliente es la sujeción
mediante vacio, ya que si se lo hace con una pinza se necesitaría un mecanismo para
separar las planchas y se debería tener un gran cuidado de no rayarla o abollarla .
Generación de vacío:
• Bomba de vacío: Indurama no tiene una línea de vacío, por lo que adquirir una
bomba de vacio resultaría costoso, además se necesitan unos pocos CFM’s para
esta máquina.
• Eyectores: es una válvula que usa presión de aire para generar vacio. Como
Indurama tiene una línea de aire de aproximadamente 110psi, no se necesitara un
caudal considerable para generar el vacio requerido.
3.5.6 SISTEMA DE ELEVACIÓN DE PLANCHAS.71 ALTERNATIVAS.
• Pistón.
Unido mediante sujeción mecánica a un cilindro lineal sin vástago, el cual proporcionaba
un grado de libertad más, obteniendo de esta manera un centrado más preciso de las
ventosas al centro de la materia prima, pero este mecanismo fue descartado debido al
esfuerzo que se generaba en el carro móvil del actuador lineal sin vástago por el peso del
cilindro de doble efecto. (Fig. 58)
Es una manera fácil de elevar las planchas, pero la longitud del pistón no es favorable para
esta máquina, ya que al tener gran longitud significa que el martillo y la mesa de la prensa
debe estar más separados para que ingrese el pistón, lo cual genera tiempos muertos.
70 Fuente: Autores 71 Fuente: Autores
61
Fig. 58. Conjunto de elevación de planchas.
• Tijeras.72
Conformado por eslabones que comparten un centro en común el alcance es mayor y se
reduce la distancia considerablemente, además al ser una pequeña estructura, da mayor
firmeza a la sujeción de la plancha.
En los componentes que conforman este mecanismo de tijeras se elaboraron unas ranuras
que sirven como guías lineales, sobre estas existen unas platinas cuya función es la de
brindar apoyo a los rodamientos y garantizar un desplazamiento lineal más homogéneo.
(Fig. 59)
Fig. 59. Mecanismo de Tijeras.
72 Fuente: Autores
62
TRACCIÓN.
• Pistón.
Este descansa sobre una estructura de ángulo, mediante platinas es fijado a esta, al tener
una presión alta en la línea se puede usar un pistón de pequeñas dimensiones, reduciéndose
así el peso en el extremo del pistón y la guía en voladizo. (Fig. 60)
Fig. 60. Pistón impulsor
3.5.7 CARRO TRANSVERSAL.73 TRACCIÓN:
• Pistón.
No es aconsejable usar un pistón con vástago porque quedaría sujeto en voladizo y su
longitud representaría un problema para el espacio físico mínimo necesario.
• Pistón sin vástago.
Este pistón estaría sobre el carro fusionado mediante sujeción mecánica, y como se lo
puede empotrar en ambos extremos (estructura principal), no presenta problemas al
trasladarse, ni es impedimento para alguna otra función de la máquina. (Fig. 61)
73 Fuente: Autores
63
Fig. 61. Colocación del actuador Lineal.
3.5.8 GUÍAS:
• Rectangulares.
Consiste en un perfil rectangular o cuadrado, el cual es colocado a lo largo de la estructura
donde se va a desarrollar la trayectoria, por cada lado esta debe estar en contacto con un
rodamiento y cada guía posee dos puntos de apoyo, por lo que estamos hablando de
alrededor de unos 16 rodamientos, lo cual es un impedimento. Este tipo de guías es ideal
para soportar grandes cargas. (Fig. 62)
Fig. 62. Guías Rectangulares.74
74 Fuente: Máquina existente en el laboratorio de Neumática de la U.P.S. (Cuenca)
64
• Cilíndricas.
Como la carga no es muy elevada, se puede usar este tipo de guías, además el carro
tiene 4 puntos de apoyo, se puede usar rodamientos lineales y bujes para reducir la
fricción.
Las guías van montadas en unos agujeros que existen en los perfiles UPN 80, unas
placas colocadas en la cara externa del perfil sirven como mecanismo de regulación de
la distancia que existe entre los inter-ejes de las dos guías cilíndricas, garantizando de
esta manera un paralelismo entre las dos guías. (Fig. 63)
Fig. 63. Disposición de las guías Cilíndricas.
• Rodamientos y bujes.75
Se debe combinar los rodamientos con los bujes, ya que los primeros aseguran un
movimiento suave, y los segundos tienen precisión en el movimiento. Estos elementos
están colocados en una estructura de tubo cuadrado estructural, la cual se desplaza sobre
las guías cilíndricas y a la vez aloja un actuador de doble efecto (Fig. 64). Para que la
concentricidad entre bujes y rodamientos lineales sea correcta se fabricara unos refuerzos
internos rectangulares mecanizados en su centro un agujero de la medida del diámetro
exterior de los rodamientos y los bujes. (Fig. 65)
75 Fuente: Autores
65
Fig. 64. Carro transversal
Fig. 65. Refuerzo Interno.
66
3.5.9 GUÍAS EN VOLADIZO.76 TRACCIÓN:
• Motor.
Un motor representara mucho peso para el carro, lo que producirá un aumento en el
tamaño de las guías, y probablemente del pistón del carro.
• Pistón.
En este caso se puede usar un pistón con vástago, ya que el espacio que va a ocupar no
interfiere con ningún otro elemento. Este elemento debe estar sobredimensionado para que
pueda regresar sin problema. (Fig. 66)
Fig. 66. Pistón de doble efecto
GUÍAS:
• Cilíndricas/rectangulares.
Designadas para el traslado de salida como de retorno de la estructura que sostiene el
mecanismo de colocación de planchas en la matriz, su funcionamiento es correcto como
guiado, pero para el peso y el momento que se genera en el extremo cuando el pistón este
en su máxima longitud, estas guías tienden a trabarse, por lo que su retorno no sería
posible.
76 Fuente: Autores
67
Este tipo de guías no sirven77 para soportar carga, además se las usa preferencialmente
cuando se las puede empotrar en ambos extremos, caso contrario sirven solo para guiar.
(Fig. 67)
Fig. 67. Guías cilíndricas paralelas
Consiste en dos rodamientos lineales y dos cojinetes cilíndricos, colocados en una
estructura, los cuales servían de base para que las guías cilíndricas se desplacen
linealmente. Otro inconveniente es que los rodamientos lineales posee un poco de juego
radial, con el peso de la estructura tienden a desplazarse por lo que los desplazamientos
pueden trabarse. (Fig. 68)
Fig. 68. Rodamientos lineales.
77 Fuente: Libro de A. García Mateos. (Dibujo de Proyectos)
68
• Trapezoidal.
Este tipo de guía es muy precisa y óptima cuando se necesita transportar carga, tiene la
gran ventaja que controla 2 ejes. La desventaja para este caso es que es robusta y al tener
mayor superficie de contacto, generan mayor fricción, es por eso que hay que tener
cuidado con la lubricación. (Fig. 69)
Fig. 69. Conjunto guía trapezoidal.
La primera sección de este conjunto son sus guías fijas, estas se encuentran sujetas a la
estructura del carro transversal mediante pernos. Su guía superior es la que genera
resistencia al pandeo de la guía principal al igual que el espesor de esta. (Fig. 70)
Fig. 70. Guía fija Trapezoidal
69
La guía principal trapezoidal es la que resistirá todo el peso y momento generado, por lo
que sus dimensiones, espesor influyen mucho, al igual que el material en el cual será
fabricada. (Fig. 71)
Fig. 71. Guía Trapezoidal Móvil.
En uno de sus extremos existen agujeros roscados, los cuales cumplen la función de
sujeción con implementación o utillaje hacia la mesa y el pistón. (Fig. 72)
Fig. 72. Utillaje sujeto a la Guía Trapezoidal Móvil.
70
3.5.10 ESTRUCTURA PRINCIPAL.78
• GENERALIDADES.
Fig. 73. Primer modelo “Estructura Principal”.
Al inicio del diseño se pensó en una estructura básica, la que se puede apreciar en la figura
73, esta estructura estaba conformada en su mayoría por perfiles estructurales, los cuales
son:
Descripción. Dimensiones. Norma.
Tubo estructural rectangular 50mm*25mm*3mm ASTM A - 500
Tubo estructural cuadrado 25mm*25mm*2mm ASTM A - 500
Ángulo “L” doblado 25mm*25mm*2mm INEN 1 623 : 2000
Conforme se avanzaba con el diseño la forma se conservaba, ya que se anexaban más
componentes a esta estructura básica como las guías y la estructura que soporta el carro
transversal y el mecanismo de limpieza.
Los perfiles de estos mecanismos también son de ángulo doblado y tubo rectangular
estructural. La diferencia con el modelo anterior es que se anexaron dos travesaños del
tubo estructural cuadrado a cada lado, ya que estos soportaran el peso de la estructura del
carro transversal. (Fig. 74)
78 Fuente: Autores.
71
Para disminuir el cortante que se genera en los extremos de los ejes paralelos, se insertaron
cojinetes de acero, los cuales cumplen la función de tener una mayor área de contacto, de
esta manera se garantiza una mayor durabilidad y funcionamiento en el trabajo
desempeñar.
Fig. 74. Estructura y guías del carro transversal.
El mecanismo de limpieza que se diseño al principio, fue eliminado, ya que representaba
un impedimento para el diseño del mecanismo del carro transversal (Fig. 74), en los
extremos de este mecanismo existen cojinetes de acero y pernos, los cuales cumplen la
función de fijación en la regulación para el centrado de las guías paralelas.
Fig. 75. Renovación Estructura Principal
Al cambiar los perfiles de la estructura principal, ganamos mayor estabilidad, peso y
robustez, estos factores son muy importantes ya que las vibraciones que se generan en el
72
funcionamiento de la máquina serían anuladas. Los perfiles que se eligieron para este
modelo son: Perfil IPE 80, ángulo doblado y correas. (Fig. 75).
Otro inconveniente es que al tener que soldar dos perfiles IPE dispuestos a 90 grados, no
existe una gran área de contacto, por lo que en los parantes se cambió de perfil, también las
correas “G” fueron cambiadas por perfiles UPN 80, de esta manera tenemos más
superficie de trabajo para soldar, obteniendo definitivamente la estructura principal final.
(Fig. 76).79
Fig. 76. Diseño Final.
Descripción. Dimensiones. Norma.
Perfil Laminado IPE 80 80mm*46mm*3.80mm*5.20mm ASTM A - 36
Perfil Laminado UPN 80 80mm*45mm*6mm*8mm ASTM A - 36
Tubo Estructural Cuadrado 75mm*75mm*4mm ASTM A - 500
Ángulo “L” doblado 40mm*40mm*5mm INEN 1 623 : 2000
Perfil Laminado Platina 50mm*6mm ASTM A – 36
SAE 1008
79 Fuente: Autores
73
3.6 CÁLCULOS.
• INTRODUCCIÓN.
Los siguientes grupos de cálculos sirven para diseñar, determinar y comprobar el
funcionamiento, desempeño y resistencia de la mayoría de los elementos de la máquina, ya
que al elevar tres toneladas de acero, se producen distintas reacciones que afectan directa o
indirectamente a la eficiencia del trabajo a realizar.
Los modelos serán desarrollados en un Software aplicado (Inventor 2008, Working Model,
Solid Works, etc.), los valores obtenidos serán comparados con los encontrados en el
cálculo manual.
3.7 FACTOR DE SEGURIDAD.80
El factor de seguridad, existen muchos métodos para su determinación, uno de los más
conocidos es el método de Pugsley:
ns = nsx*nsy Donde:
• nsx Depende de las características A, B y C.
A: Calidad de los Materiales, destreza, mantenimiento e inspección. B: Control sobre la carga aplicada. C: Exactitud del análisis del esfuerzo, información experimental o
dispositivos similares.
• nsy Depende de las características D y E.
D: Peligro para personas.
E: Impacto económico.
80 Fuente: ww.uclm.es/area/aim/AsignaturasWEB/ElementosdeMaquinas/Materialdidactico/Transparencias/Tema1_2c.pdf
74
Fig. 77. Tablas comparativas Factor de seguridad.81
; ;
2.05
;
1.3
2.665 Factor de Seguridad a Ocupar.
81Fuente:ww.uclm.es/area/aim/AsignaturasWEB/ElementosdeMaquinas/Materialdidactico/Transparencias/Tema1_2c.pdf
75
3.8 CÁLCULO DE RESISTENCIA DEL ELEVADOR.82
Fig. 78. Diagrama de las tijeras.
• Cálculo de la carga.
0.7 0.60
0.42
• Masa lineal.
7920 0.42
3326.4
• Masa Total.
3326.4 0.9
2993.76
• Carga distribuida.
3326.4 9.806
32618.67
32.61
82 Fuente: Autores
76
• La carga se divide para dos tijeras.
16.305 Carga distribuida por Tijera
Fig. 79. Carga Distribuida.
• Convirtiendo la carga distribuida en puntual
16.305 0.9
14.674
Como la carga se ubica en el centro de la tijera, se divide para el punto D y E de igual forma.
Fig. 80. Ubicación de cargas y reacciones en las Tijeras.
Fig. 81. Ángulos y Longitudes.
77
• Reacciones.
0
0
0
0
Como las cargas están en el mismo eje de las reacciones:
7.335
• Nodo D.
Fig. 82. Fuerzas en el Nodo D.
0
7.335 sin 9.3 0
45.38
0
cos 9.3 0
44.78
• Nodo A.
Fig. 83. Fuerzas en el Nodo A.
78
0
7.335 sin 9.3 0
45.38
45.38
Como la estructura y las cargas son simétricas, se puede asumir que:
45.38
• Cálculo de pernos.
45.38
El material del perno es ASTM A325, se usa este tipo de pernos porque tienen una gran resistencia a cargas cortantes, comercialmente puede ser grado SAE 2 o métrica clase 5.8
Fig. 84. Tablas Norma ASTM pernos.83
50.6 . ..
496.18
496.182.665
186.18 83 www.eird.org/cd/building-codes/pdf/spa/doc13995/doc13995-1o.pdf
79
186.18 345.38
.
8.8 3
17.61
El perno elegido es de 20 mm de diámetro. (Existente en el Banco del Perno)
• Cálculo de los brazos de las tijeras.
45.38
El perfil es tubo rectangular o cuadrado, y su material es ASTM A-500 (Catálogo de DIPAC)
Fig. 85. Factores Norma ASTM A – 500.84
50 .
344.73
344.732.665
129.35
129.35 345.38
0.35 3
3.508
84 Fuente: www.inducol.com.co
80
Fig. 86. Características Tubo Estructural Rectangular.85
Con el área como referencia, y el espacio disponible, se elige el perfil rectangular 30x50x3, pero este no hay en stock en DIPAC, por lo que se toma el perfil que lo continua 70x30x3.
3.9 ANÁLISIS DE FUERZAS DINÁMICAS DEL ELEVADOR.86
Fig. 87. Grafica Fuerzas.
• ANÁLISIS DE POSICIÓN.
Fig. 88. Grafica Longitudes y ángulos.
0.48 .
0.48 .
85 Fuente: Catálogo DIPAC. 86 Fuente: Autores
81
0.48 .
0.48 .
• ANÁLISIS DE VELOCIDAD.
Fig. 89. Gráfica Velocidades Angulares.
0.01 /
0.48 .
0.48 .
0.48 .
0.48 .
Fig. 90. Triángulo de velocidades
82
0.0309 . /
0.48 . 0.0309 .
0.0643 /
Como el punto C es una junta revoluta, y los eslabones tienen las mismas dimensiones:
0.0643 /
• ANÁLISIS DE ACELERACIÓN.
Fig. 91. Gráfica Aceleraciones.
0.0643 0.48 .
1.98 3 . /
0.0643 0.48 .
1.98 3 . /
0 /
Como las aceleraciones normales y tangenciales tienen igual magnitud, y el punto C es una junta revoluta, tenemos:
83
Fig. 92. Triángulo de aceleraciones
0.01225 /
0.01225 1.98 3 .
0.01225 1.98 3 . 0.48 .
0 0.01225 1.9539 3 3.1997 4 0.48 .
1.9539 3 0.01193 0.48 .
0.01208 . 0.48 .
0.02516
0.02516 /
0.02516 /
Fig. 93. Sentido de las aceleraciones
84
ANÁLISIS DE ACELERACIÓN EN LOS CENTROS DE GRAVEDAD.87
Fig. 94. Centro de gravedad en el eslabón
El centro de gravedad coincide con el punto C en el eslabón 2 y 3, por lo tanto la aceleración de C será la del centro de gravedad.
0.01225 /
0.01225 /
DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRE.88
• Eslabón 1.
Fig. 95. Diagrama de fuerzas en el eslabón 1
• Eslabón 2.
Fig. 96. Diagrama de fuerzas en el eslabón 2
P/2
87 Fuente: Autores. 88 Fuente: Autores
85
• Eslabón 3.
Fig. 97. Diagrama de fuerzas en el eslabón 3
P/2
ANÁLISIS DE FUERZAS.89
• Eslabón 2.
0.48 . 0.4736 0.0775
El punto de origen de la fuerza y el centro de gravedad son el mismo, tenemos:
0
0.48 . 0.4736 0.0775
0.01225 / 0 /
0.0125 /
0.02516 /
7.34kN 0 7.34
3.3 0.96 3.168 (Catálogo de DIPAC)
89 Fuente: Autores.
86
12 12
3.3 0.05 0.0312
3.3 0.047 0.02712
0.127 3 .
0 Ec. 1
Ec. 2
Ec. 3
• Eslabón 3.
0.48 . 0.4736 0.07756
87
El punto de origen de la fuerza y el centro de gravedad son el mismo tenemos:
0
0.48 . 0.4736
0.0775
0.01225 / 0 /
0.01225 /
0.02516 /
7.34kN 0 7.34
3.3 0.96 3.168 (Catálogo de DIPAC)
0.127 3 .
0 Ec. 4
Ec. 5
Ec. 6
0 Ec. 1
3.3 0.0125 7337 Ec. 2
0.127 3 0.02516 0.4736 7337 Ec. 3
88
0 Ec. 4
3.3 0.0125 7337 Ec. 5
0.127 3 0.02516 0.4736 7337 Ec. 6
1 0 10 1 0
0
0 0 01 0 00 0 0
0 0 10 0 00 0 0
0 1 01 0 1
0
07337.04
3.19 3 3474.80
7337.043.19 3 3474.8
1 0 10 1 0
0.0775 0.4736 0
0 0 01 0 00 0 0
0 0 10 0 00 0 0
0 1 01 0 1
0 0.07756 0.4736
07337.043474.79
07337.043474.79
896737331.4
896375.6289637
7342.6
La carga que va a soportar el pistón es de 89.63 kN (C)
89
COMPARACIÓN CON SOFTWARE (WORKING MODEL 2D).90
Fig. 98. Resultados Working Model 2D
3.10 CÁLCULO DE RESISTENCIA DE LA PINZA.
Fig. 99. Diagrama de las tijeras de la pinza.
• Carga
2.38
2.38 9.806
23.33
La carga se divide para dos tijeras:
11.67
90 Fuente: Autores.
90
Como la carga se ubica en el centro de la tijera, se divide para el punto D y E de igual forma.
Fig. 100. Diagrama de fuerzas en las tijeras.
Fig. 101. Medidas de las tijeras.
• Reacciones
0
0
0
0
Como las cargas están en el mismo eje de las reacciones.
5.83
91
• Nodo A.
Fig. 102. Fuerzas Nodo A.
0
5.83 sin 13.8 0
24.6
• Nodo D.
Fig. 103. Fuerzas Nodo D.
0
5.83 sin 13.8 0
24.6
24.6
Como la estructura y las cargas son simétricas, se puede asumir que:
24.6
Las cargas son pequeñas, por lo que se elige los perfiles y pernos según nuestro criterio,
tomando en cuenta que hay que dar firmeza a la tijera. El material de las platinas y ángulos
es ASTM A36 según el catálogo de DIPAC, y los pernos pueden ser comunes, es decir de
baja resistencia.
92
3.11 ANÁLISIS DE FUERZAS DINÁMICAS DE LA PINZA.
Con este cálculo podemos obtener la fuerza máxima que necesita el pistón para elevar la
plancha.
Fig. 104. Diagrama de Fuerzas.
• ANÁLISIS DE POSICIÓN
Fig. 105. Medidas de las tijeras
0.13 .
0.13 .
0.13 .
0.13 .
93
DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRE.
• Eslabón 2.
Fig. 106. Diagrama de fuerzas en el eslabón 2
P/2
• Eslabón 3.
Fig. 107. Diagrama de fuerzas en el eslabón 3
P/2
94
ANÁLISIS DE FUERZAS
La masa de un brazo es:
0.45 0.26 0.117 (Catálogo de DIPAC)
Como la masa y sección de los brazos es muy baja, su inercia tiende a cero, por lo que se
puede asumir que:
0
También se puede asumir que:
0
Ya que el resultado de esta multiplicación es un número pequeño, que no afecta de gran
manera al cálculo de la tensión del pistón.
Al ser:
0
Debido a que no existe movimiento en x en ese instante como en el cálculo del elevador,
en este caso todas las sumatorias de fuerza están igualadas a cero.
• Eslabón 2
0.13 . 0.1262 0.031
El punto de origen de la fuerza y el centro de gravedad son el mismo
0
0.13 . 0.1262
0.031
5.83 N 0 5.83
95
0 Ec. 1
0
Ec. 2
0
Ec. 3
• Eslabón 3
0.13 . 0.1262 0.031
El punto de origen de la fuerza y el centro de gravedad son el mismo
0
0.13 . 0.1262 0.031
5.83N 0 5.83
0
0 Ec. 4
0
Ec. 5
96
0
Ec. 6
0 Ec. 1
Ec. 2
0 Ec. 3
0 Ec. 4
Ec. 5
Ec. 6
1 0 10 1 0
0
0 0 01 0 00 0 0
0 0 10 0 00 0 0
0 1 01 0 1
0
05.83
0.1262 5.830
5.830.1262 5.83
1 0 10 1 0
0.031 0.1262 0
0 0 01 0 00 0 0
0 0 10 0 00 0 0
0 1 01 0 1
0 0.031 0.1262
05.83
0.73570
5.830.7357
47.465.83
47.460
47.465.83
La carga que va a soportar el pistón es de 47.46 N (C)
97
COMPARACIÓN CON SOFTWARE (WORKING MODEL 2D).91
Fig. 108. Resultados Working Model 2D
3.12 SELECCIÓN DE CONJUNTO DE ASPIRACIÓN.
Las ventosas posibles para esta operación son:
Fig. 109. Lista de Conjuntos de Aspiración.92
Como nos podemos dar cuenta, el menor diámetro es 20mm, pero hay que tomar en cuenta
que no estamos considerando algún imprevisto, y no se está usando un factor de seguridad,
por lo que se selecciona una ventosa de 30mm de diámetro.
91 Fuente: Autores. 92 Fuente: Software FESTO.
98
3.13 SELECCIÓN DEL GENERADOR DE VACÍO.
El software de la FESTO nos recomienda estos eyectores para el caudal requerido.
Fig. 110. Listado de eyectores.93
El eyector que más nos conviene es el VAD-1/4, ya que tiene un buen tiempo de respuesta.
3.14 SELECCIÓN DEL PISTÓN DE LA PINZA.
La selección del pistón fue realizada con el catálogo y software de la FESTO.
DATOS:
Presión: 6bares. Carrera: 160 mm. Fuerza: 47.59 kN en retroceso.
Fig. 111. Hoja de Datos del Pistón.94
Esta tabla nos indica la fuerza real del pistón a 6 bares.
93 Fuente: Software FESTO. 94 Fuente: Software FESTO.
99
Fig. 112. Simulación del Pistón de la Pinza.95
Este grafico nos demuestra que el pistón tiene un movimiento continuo. Como se puede
observar, la fuerza del pistón es mucho mayor a la necesitada, y los datos del grafico nos
indican que este pistón es el adecuado.
3.15 CÁLCULO DE LA GUÍA EN VOLADIZO.96
Sumatoria de masas de los elementos de la pinza.
m # Total Placa Tijera 0.277 2 0.554
Tijera Pequeña 0.118 4 0.472 Eje Pinza Tijera(2) 0.13 5 0.65
Ang. Estruc Mesa Brazo1 0.499 2 0.998 Ang. Estruc Mesa Brazo2 0.215 2 0.43
Refuerzo Brazo 0.382 2 0.764 Sujetador Mesa Brazo 0.353 1 0.353
C Brazo 0.109 1 0.109 Platina corredera (2) 0.133 1 0.133
Pistón DNC-32-160-PPV-A
0.997 1 0.997
Plancha 2.38 1 2.38 7.84
Pernos y arandelas 10% 0.784 8.624
El peso en el extremo es de 8.6 kg
95 Fuente: Software FESTO. 96 Fuente: Autores.
100
Fig. 113. Viga empotrada en un extremo.
M = 8.6 kg
P = M*g = 8.6*9.806
P = 84.33N
L = 0.5m
Al encontrar deflexión máxima se puede determinar si el pistón trabaja correctamente, y
para eso es necesaria la inercia de la guía. Después de variar las dimensiones, se obtiene.
Fig. 114. Guía Trapezoidal.
• Cálculo del centroide en el eje y.
2 ∆ ∆
∆
2 15 302
13 30 60 30 30
215 30 60 30
101
14
• Cálculo de Inercia.
∆ ∆
Siendo de la diferencia entre en centroide de la figura y la del conjunto:
60 3012 60 30
302 14 2
15 3036 15 30
303 14
166500
1.67 7
Ahora usamos la formula de deflexión máxima. (Beer-Johnston-Dewolf)
3
84.33 0.53 200 6 1.67 7
2.8 4
0.28
0.28m de deflexión es aceptable para el pistón
3.16 SELECCIÓN DEL PISTÓN EN VOLADIZO
La selección del pistón fue realizada con el catálogo y software de la FESTO.
• DATOS: Carrera: 600 mm.
El peso que va a mover el pistón es el de la pinza más el de la guía y sus elementos de
sujeción.
m = 8.6+20
m = 28.6 kg
102
Hay que tener en cuenta que la guía va a generar una fuerza de fricción bastante grande,
por lo que el pistón debe ser sobredimensionado, además tiene una carga a flexión que
puede obstruir su movimiento.
Fig. 115. Hoja de Datos Pistón en voladizo.97
Como se puede observar, este cilindro aumento aproximadamente 200N de fuerza en
retroceso que el de diámetro de 32mm.
Fig. 116. Simulación del pistón en voladizo.98
El pistón de 40 mm de diámetro fue el primero que presentó un diagrama continuo. 97 Fuente: Software FESTO. 98 Fuente: Software FESTO.
103
Este cálculo es relativo, ya que no sabemos exactamente cuánto va a frenar la guía y la
deflexión al cilindro, por lo que por seguridad, se toma un pistón con 50mm de diámetro.
Fig. 117. Hoja de Datos Pistón en voladizo.99
3.17 CÁLCULO DE LAS GUÍAS CILÍNDRICAS
Para simplificar el cálculo, se asumió que el carro está apoyado en dos puntos, y no en 4.
Las guías están sometidas a dos tipos de cargas, una puntual y un momento flector.
Cálculo de la fuerza puntual: es el peso de la guía trapecial y su soporte, el pistón en
voladizo y el carro que se desliza en las guías cilíndricas.
M Guía trapecial 20 Soporte Guía 4.46
Pistón en voladizo 3.5 Carro 11.08
39.04 Kg
39.04 9.806
382.82 99 Fuente: Software FESTO.
104
Para el cálculo del momento flector se tomo a la pinza y la plancha como carga en el
extremo. En el cálculo de la guía en voladizo se obtuvo este valor.
P = 84.33N
L = 0.5m
84.33 0.5
42.16 .
Mediante tablas de vigas con doble empotramiento, podemos encontrar el momento
máximo y la sección de la guía.
Fig. 118. Aplicación de la fuerza.
8
Fig. 119. Aplicación del momento.
31
31
Las dos cargas se dividen para dos, y en el caso del momento flector a=b=L/2
83
1
105
382.822 0.5
8
42.162
0.52
0.53 0.5
20.5 1
11.96 10.54 0.5
17.23 .
• Modulo elástico de la sección.
250 6 2.665
93.8 6
17.2393.8 6
1.83 7
I es la inercia, c es el centroide, en este caso r:
14
1.83 714
6.15 3
12.3
Ahora podemos calcular la deflexión máxima en las guías, pero solo por la carga puntual,
ya que el momento no produce deflexión en el punto que se lo aplica.
192
106
200 914
382.822 0.5192
14 6.15 3 6.2307 13
5.54 4
0.55
La deflexión es elevada para un carro transversal que se apoya en cuatro puntos en 2 guías.
Como ya sabemos que las guías si resisten la carga, procedemos a aumentar el radio, hasta
conseguir una deflexión aceptable.
8 3
14 8 3 6.2307 13
1.93 4
0.19
La deflexión es mucho menor, pero hay que tomar en cuenta que el carro transversal va a
estar sometido a constante movimiento, va a ser el soporte de muchos elementos, por lo
que hay que sobredimensionar un poco más el radio.
10 3
14 10 3 6.2307 13
0.79 4
0.079
Como diámetro final de las guías tenemos d = 20 mm
107
3.18 SELECCIÓN DEL ACTUADOR LINEAL.100
Fig. 120. Actuador lineal.101
La selección del pistón fue realizada con el catálogo y software de la FESTO.
• DATOS:
Carrera: 700 mm
El peso que va a mover el pistón sin vástago es el que mueve el pistón en voladizo más su
propio peso, el soporte de la guía, y el carro.
M
Masa en voladizo 28.6
Pistón en voladizo 3.5
Soporte Guía 4.46
Carro 11.08
47.64 Kg
100 Fuente: Autores. 101 Fuente: Software FESTO.
108
El primer pistón que muestra un diagrama continuo es el embolo de 40 mm de diámetro.
Fig. 121. Hoja de Datos Actuador Lineal.102
Fig. 122. Simulación Actuador Lineal.103
Como se puede observar la tabla del diagrama, la energía de impacto es demasiado grande
en comparación con los anteriores pistones, lo que puede ocasionar que se desplace la
plancha. Además no estamos tomando en cuenta la fricción generada por los bujes y
rodamientos lineales, por lo que es necesario analizar el pistón de 50mm de diámetro.
102 Fuente: Software FESTO. 103 Fuente: Software FESTO.
109
Fig. 123. Hoja de Datos Actuador Lineal elegido.104
Fig. 124. Simulación del Actuador Lineal elegido.105
La energía dinámica de impacto se redujo a la mitad aproximadamente, y el diagrama se
volvió más continuo, lo que nos indica que este es el pistón adecuado.
104 Fuente: Software FESTO. 105 Fuente: Software FESTO.
110
3.19 SELECCIÓN DEL PISTÓN HIDRÁULICO.
La prensa maneja una presión hidráulica sobre los 100 bares (1450 psi), pero para esta
aplicación esta presión es la indicada. La fuerza que tiene que vencer el pistón es de 89.6
kN
100 100 89.6
0.00896
0.00896
0.0534
100
El diámetro estándar es de 75mm de diámetro en la marca ATOS106, pero no se está
tomando un factor de seguridad, por lo que se tomo la siguiente medida que es d = 100mm.
3.20 SELECCIÓN DE VÁLVULAS.
• Pistón sin vástago: este pistón realiza una salida y un retorno en la colocación de
una plancha, en comparación al tiempo total, pasa en estado pasivo, por lo que
justifica usar una válvula de tres posiciones. Como es de doble efecto, se necesita
que sea de 4 vías.
• Pistón en voladizo: realiza un trabajo muy similar al pistón sin vástago, por lo que
se usa la misma válvula
• Pistón de la pinza: este pistón pasa normalmente extendido, pero hay un lapso en
el que debe transportar la plancha, y debe estar retraído, y para que no esté
presurizado todo ese tiempo es conveniente usar una válvula de tres posiciones. De
igual manera por ser un cilindro de doble efecto se usa una válvula de 4 vías.
Las válvulas para los tres pistones son del mismo tipo, solo podría variar el tamaño debido
al caudal.
106 Fuente: Dato proporcionado por AINSA S.A. Automatización Industrial (Guayaquil - Ecuador)
111
• Grupo de ventosas: el generador de vacío necesita aire de entrada, pero cuando no
se lo usa, no requiere un escape, por lo que se puede usar una válvula de 2 vías y 2
posiciones.
• Pistón hidráulico: va a funcionar de forma muy irregular, y además necesita una posición en la que se mantenga el aceite atrapado para que no se regrese el pistón. La válvula seleccionada es una de 4 vías y 3 posiciones.
3.21 UBICACIÓN DE LOS SENSORES EN LA MÁQUINA.107
La ubicación de los sensores es muy importante, ya que de estos depende el correcto
funcionamiento y eficiencia del elevador. La selección de estos sensores fue cuidosamente
realizada, tomando en cuenta las distancias disponibles libres en el elevador, el tipo de
material y dimensiones del mismo.
El sensor es un elemento que es capaz de transformar señales físicas como temperatura,
posición, longitud, en señales eléctricas.
• Magnéticos: Los sensores magnéticos se basan en la tecnología magnetoresisitiva
SSEC. Ofrecen una alta sensibilidad, detecta de modo continuo la posición del
émbolo del cilindro.
• Capacitivos: Los sensores de proximidad capacitivos detectan a los objetos,
debido a la habilidad de estos últimos de cargarse eléctricamente. Como incluso los
materiales no conductores pueden cargarse eléctricamente no es necesario que los
objetos a detectar sean metálicos.
• Inductivos: Son sensores de proximidad basados en la inducción funcionan gracias
al principio eléctrico de la inductancia. Sólo sirven para objetos metálicos.
• Ópticos: Los sensores ópticos se componen de dos elementos principales, un
sensor y un emisor de luz, pudiendo estar este ultimo integrado dentro del sensor o
estar situado fuera. El tipo de luz más usado es el infrarrojo y, en este caso, para
diferenciar la luz de la fuente se deja una frecuencia fija y lo que se hace es emitir
pulsos.
107 Fuente: Autores. / www.FESTO.com
112
• Ubicación de los sensores.108
Fig. 125. Ubicación de Sensores en la Estructura Principal
En la estructura principal van colocados sensores ópticos, son de gran precisión y
controlan el avance del pistón hidráulico, así se determina cuando el lote de planchas se
encuentra por debajo del nivel de altura requerido. Fig. 125.
Fig. 126
Ubicación de Sensores en el actuador lineal sin vástago
108 Fuente: Autores.
113
En el actuador lineal sin vástago se colocan sensores magnéticos, mediante estos podemos
controlar el avance y retroceso, el trabajo que desempeña este actuador es solo
desplazamiento, por lo que no se requieren más elementos de control. Fig. 126.
Fig. 127. Ubicación de Sensores en el Pistón en voladizo.
En el carro transversal va alojado un pistón en voladizo, el cual cumple la función única de
brindar avance y retroceso de distancias, por lo que también en este caso se utiliza como
elementos de control a los sensores magnéticos, logrando de esta manera controlar su
posición. Fig. 127.
114
Fig. 128. Ubicación de Sensores en las ventosas y en el pistón de la pinza.
En la pinza se utilizan dos tipos de sensores, el magnético en la parte lateral – frontal del
pistón, controlando de esta manera el retroceso o recogimiento de la pinza, en la ventosa o
ventosas, se coloca un sensor Capacitivo / Inductivo, el cual determinara la posición final
de toma y colocación de las planchas. Se puede usar un sensor inductivo o capacitivo ya
que las planchas son metálicas, en el primer caso determinaría a la plancha como un metal,
y en el segundo como un objeto. Fig. 128.
115
3.22 SECUENCIA NEUMÁTICA.
• Circuito Neumático.
Fig. 129. Conexiones Pistones - Válvulas.
116
• Diagrama Posición – Fase
Fig. 130. Diagramas, Pistones y Válvulas.
Cada espacio del diagrama Posición – Fase representa un segundo, en algunos puntos se
usa 0.5 segundos, esto se debe a que el tiempo de recorrido del pistón de la pinza es de 1.5
segundos.
Otro punto que hay que tomar en cuenta es que el pistón sin vástago y en voladizo no
tienen el mismo tiempo de recorrido, pero se ha tomado el valor del segundo que es de 2
segundos. El pistón sin vástago tarda aproximadamente la mitad de este tiempo, pero no se
117
puede continuar la secuencia hasta que los dos pistones hayan llegado a su posición final.
De igual manera ocurre para el retorno.
El tiempo total del ciclo es de 8.5 segundos, pero el tiempo necesario para alimentar y que
la prensa pueda descender es de 6 segundos.
3.23 CONSUMO DE AIRE.
Es la cantidad de aire que se usa para mover los pistones y activar el generador de vacío en
un ciclo. Como se puede observar en el diagrama Posición – Fase, el tiempo de uso de
vacío es de 5 segundos.
Consumo unitario
Número de usos por ciclo Consumo
conjunto de aspiración 75 l/min 1 6.25 pistón de la pinza 1.28 l 4 5.12 pistón en voladizo 8.43 l 2 16.86 pistón sin vástago 11.17 l 2 22.34
50.57
El consumo por ciclo es de 50.57 litros, con una presión de 6 bar.
3.24 SECUENCIA HIDRÁULICA.
• Circuito Hidráulico.
Fig. 131. Conexión Pistón - Válvulas.
118
• Diagrama Posición – Fase
Fig. 132. Diagrama Posición – Fase referencial
El movimiento del pistón hidráulico es pulsante, ya que se encarga de mantener el lote de
planchas en un rango de altura, es por eso que se usan dos sensores ópticos. El sensor OPT
1 se encarga de sensar cuando el nivel de planchas es muy bajo, en ese instante se acciona
el pistón y eleva las planchas hasta llegar al sensor OPT 2.
El tiempo total de salida del pistón es de aproximadamente 6 horas, este valor puede variar
dependiendo del espesor de las planchas. La válvula check pilotada sirve como seguridad
para evitar que el pistón tienda a regresarse debido al peso de las planchas y para proteger
la válvula principal.
119
3.25 LUBRICACIÓN.
La lubricación es una parte fundamental para el correcto funcionamiento de esta máquina,
la mayoría de los rodamientos son de fácil acceso (incluyendo los rodamientos lineales),
pero la parte crítica está en la guía trapezoidal, ya que si las caras se quedan sin lubricación
producirían trabamiento.
Fig. 133. Guía Trapezoidal.
Las caras de la guía como las de los soportes deben ser rectificadas para reducir la fricción.
Para lubricar se colocaron dos aceiteros en cada soporte de la guía.
Fig. 134. Conjunto - Soporte de la
Guía.
Para asegurar que el lubricante se distribuya de manera más homogénea en la superficie de
contacto, se debe mecanizar una serie de ranuras (laberinto) en el soporte de la guía.
120
Fig.135. Soporte de la Guía.
3.26 CONTROL DE FUERZA Y MANDO DE LAS VÁLVULAS.
El mando de las válvulas es realizado por un PLC, se requieren 8 entradas para los
sensores, más 3 entradas para un pulsante de inicio de secuencia, de emergencia y reset,
para el control de las válvulas se necesita 7 salidas.
El PLC fue seleccionado con una alimentación de 24V para que pueda accionar los
solenoides de las válvulas neumáticas de forma directa, mientras que para los solenoides
de la válvula hidráulica, se requiere de contactores, ya que estos funcionan con corriente
alterna.
121
3.27 ESPECIFICACIONES DE LA ALIMENTADORA JM-CA-600-
3000.
Fig. 136. ALIMENTADORA JM-CA-600-3000
122
3.27.1 ESPECIFICACIÓN DE COMPONENTES: (Fig. 136)
1 Sub-conjunto: Estructura del elevador de tijeras. (Guías)
2 Pistón Hidráulico. (Grupo Hidráulico)
3 Guía Trapezoidal.
4 Sub-conjunto: Estructura Principal.
5 Sub-conjunto: Mesa.
6 Sub-conjunto: Tijeras. (Elevador)
7 Sub-conjunto: Carro Transversal.
8 Pistón Neumático DNC-50-600-PPV-A
9 Pistón Neumático DNC-32-160-PPV-A
10 Actuador Lineal DGPL- 50-700- PPV-A-KF
11 Guías Cilíndricas.
12 Mecanismo de tijeras. (Pinza y Ventosas)
3.27.2 DIMENSIONES DEL ELEVADOR.
Descripción Valor (mm)
Longitud Total 1652
Ancho Total 1473
Altura Total 1649
3.27.3 ESPACIO FÍSICO REQUERIDO PARA EL ELEVADOR.
123
3.27.4 Peso del elevador.
Peso Total: 175Kg
3.27.5 Sistema de Elevación.
Capacidad Máxima de Elevación del Sistema de Tijeras 3 Toneladas
3.27.6 Altura Máxima de materia prima.
Altura Máxima 600 mm
3.27.7 Consumo de Aire.
Consumo Mínimo de Aire 50.6 litros en un ciclo
3.27.8 Presión de Aire.
Presión Neumática: 6 Bar
3.27.9 Presión Hidráulica.
Presión Hidráulica: 100 bar
3.27.10 Características del PLC.
11 entradas / 7 salidas / Alimentación 24 V
