ANALISIS ESTRUCTURAL DE MONTACARGA DE UÑAS AUTOMÀTICO

7/22/2019 ANALISIS ESTRUCTURAL DE MONTACARGA DE UAS AUTOMTICO

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURAFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECATRONICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL

ESCUELA DE INGENIERIA MECATRONICA

DISEO ESTRUCTURAL DE UN MONTACARGA DE UASAUTOMATICO

CURSO : CALCULO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS 2

TEMA : DISEO ESTRUCTURAL DE MONTACARGA DEUAS AUTOMTICO

AUTORES : MURILLO ANTN, Alexander Nahm

DOCENTE : Ing. CESAR A. NIO CARMONA.

PIURA - PER

2010


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RESUMEN

El presente trabajo consiste en el anlisis mecnico de un monta-carga

automtico, presentado como proyecto en el curso de micro-controladores durante

el ciclo 2009-I. En esta ocasin solo se mencionar y analizar la parte mecnica

del proyecto dejando de lado lo correspondiente a software y dems detalles

complementarios del monta-carga.

El anlisis del diseo mecnico de dicho monta-carga lo hemos realizado con los

conocimientos adquiridos en el curso de clculo de elementos de maquinas II

adems de recurrir tambin a algunos otros temas de otros curso previos a este

que han sido necesarios para su anlisis total.


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INTRODUCCIN

En ingeniera y sobre todo en la mecnica siempre es importante poder

fundamentar nuestros diseos en clculos que encuentran su base en teoras y

formulas estandarizadas; como ingenieros mecatrnicos es importante el diseo

mecnico ya que si no tenemos un buen anlisis mecnico nuestro sistema quiz

no pueda funcionar como deseamos; tomando como ejemplo nuestro montacargas

automtico si no tuviramos un buen anlisis de nuestro sistema mecnico,

entonces nuestro montacargas no funcionara como debe, por decir si nosupiramos la carga mxima que soportan nuestras llantas o las uas, estn se

deformaran, pudiendo causar entre las muchas fallas que nuestro motor se queme

ya que podran nuestras uas rozar con alguna parte del sistema o con el suelo y

causar sobreesfuerzos en el motor que podran sobrepasar la potencia que

soporta, tambin se podra quemar nuestra etapa de potencia, otra consecuencia

es que debido a que el sistema va a tener ms resistencia al movimiento y esto

implica mayores fuerzas en los dientes de los engranajes, estos podran no

soportarlas y los dientes, el engranaje o el eje se podran deformar o en el peor de

los casos quebrarse. Tambin se podra dar el caso que no se hayan analizado el

juego de engranajes, entonces existe entre las muchas posibilidades que nuestros

dientes se desgasten rpidamente o en el peor de los casos que se quiebren.

OBJETIVO GENERAL;


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.

Determinar y analizar cada uno de los componentes a utilizar en lossistemas que se estudiarn a continuacin.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Analizar si el diseo de los engranajes es vlido para el sistema mecnico.

Analizar y determinar los esfuerzos que actan en los diferentes

componentes del sistema mecnico.


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MARCO TEORICO:

CLASES DE MONTACARGAS:

Un montacargas es un tipo de vehculo industrial motorizado abarcado en las

Normas de OSHA. Tal como otros vehculos industriales motorizados, su propsito

es trasladar, empujar, jalar, y levantar una carga y entonces apilarla o colocarla en

un estante almacenador (en hileras).

Los montacargas estn disponibles en varios tamaos y capacidades. Estos son

impulsados mediante bateras, gas propano, combustible de gasolina o de diesel.

Algunos son diseados para ser utilizados en ubicaciones o atmsferas peligrosas

donde un montacargas comn pudiera causar un incendio o explosin.

Los vehculos industriales motorizados estn clasificados en siete tipos de acuerdo

a sus caractersticas. En las siguientes pginas se encuentran algunas

ilustraciones de montacargas comunes que se adaptan a estas clases.

Clase 1 - Motor elctrico, Vehculos de contrapeso (llantas slidas y neumticas)

Clase 2 - Vehculos de Motor Elctrico para Pasillo Angosto (llantas slidas)

Clase 3 - Vehculos Manuales con Motor Elctrico o de Pasajero (llantas slidas)

Clase 4 - Vehculos de Motor de Combustin Interna (llantas slidas)

Clase 5 - Vehculos de Motor de Combustin Interna (llantas neumticas)

Clase 6 - Tractores de Motor Elctrico y de Combustin Interna (llantas slidas y

Neumticas). No existen montacargas en esta clase.

Clase 7 - Montacargas de Terreno Escabroso (llantas neumticas)


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Algunas veces se instalan accesorios especiales sobre las horquillas para extender

el alcance, sujetar un barril, izar o levantar, levantar artculos de configuraciones

irregulares tales como un rollo de alfombra o hasta levantar personal.


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FUNCIONAMIENTO DEL MONTACARGAS DE UAS AUTOMATICO

El montacargas est diseado para elaborar una tarea repetitiva dentro de un

ambiente de trabajo para transportar cargas pesadas que no excedan de 1500kg=

681lb.

ELEVACION DE UAS:

La principal funcin de montacargas es el ascenso y descenso de las uas, por

medio de un pistn hidrulico, para la elevacin de una carga que en la mayora delos casos esta sobrepuesta en una tarima. Esta funcin ser controlada por electro

vlvulas. Con el objetivo de trasladar cargas.

TRASLADO:

El traslado del mvil con la carga sobrepuesta en las uas se llevara a cabo a una

velocidad mxima de 1m/s por medio de un motor elctrico que ser controlado

mediante software y de un sistema de paro de emergencia que detendr el motor.

OTRAS FUNCIONES:

Apertura y cierre de uas: para el paso por areas reducidas, como tambin

diversas formas de cargas y tarimas.

Indicadores: dispositivo de indicacin de carga y estado hidrulico.

CONFIGURACION DEL MONTACARGAS DE UAS AUTOMATICO:Para una mejor comprensin del sistema se ha propuesto en tres subsistemas de

la siguiente manera:

SISTEMA ELECTRICO-ELECTRONICO

ALIMENTACION.

Proporcionada por bateras conectadas en serie, proporcionando la energa

necesaria para el movimiento de los elementos.


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CARGA.

Sistema de carga que convierte corriente alterna de 225 V. a corriente directa.

Instalado en el lugar o rea de resguardo del montacargas. Esta interface del

sistema de carga a las batera del montacargas se efecta por medio de un cable.

CONTROL.

Circuito electrnico que por medio de un microcontrolador efectuara todas las

operaciones para las cuales est diseado este sistema de montacargas de uas

automtico.

SISTEMA HIDRAULICO.

ACTUADOR.

Por medio de un pistn hidrulico se llevara a cabo la elevacin de las uas del

montacargas, impulsado por el fluido hidrulico a presin dada por una bomba o

impulsor hidrulico, controlado por una electro vlvula.

Este fluido ser llevado al pistn y a un acumulador por medio de tubera flexible

de alta presin.

SISTEMA MECANICO.

MECANISMO.

Por medio de un mecanismo se transmite el movimiento vertical del vstago del

Actuador a las uas del montacargas (Fig.1); dndole la elevacin o descenso a

estas.

Fig.1 PERSPECTIVA DE ELEVACION.

TRANSMISION:


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Un pin deslizante se colocara en el eje de rotacin del motor, que por medio de

un juego pin engranaje dar el movimiento de desplazamiento hacia adelante o

atrs al sistema de montacargas, el mismo motor por medio de un desplazamiento

de forma horizontal del eje donde est situado el motor se desacopla del engrane

que transmite el movimiento de las ruedas delanteras y se acoplara a otro engrane

que dar la apertura y cierre de las uas.

TRANSMISION PARA LA APERTURA Y CIERRE DE UAS :

El engrane de apertura y cierre de uas ir unido a un eje que al mismo tiempo se

unir con dos tornillos sin fin uno derecho y otro izquierdo que a su vez irn unidosa dos engranajes uno por cada tornillo sin fin que al mismo tiempo harn contacto

con una cremallera que desplazaran a las uas hacia la derecha o hacia la

izquierda a la misma velocidad y en sentido contrario; es importante mencionar

que estos movimientos de avance y de apertura y cierre de uas no se realizan al

mismo tiempo.

MODO DE OPERACION DE MOTORES:

El motor principal o de desplazamiento realiza el movimiento de apertura y cierre

de uas as tambin por medio de un arreglo mecnico se puede acoplar a la

flecha la cual proporciona el avance realizando dos movimientos diferentes (no los

realiza al mismo tiempo).

MOTOR

Marca: DAEWOOD HEAVY INDUSTRIES.

Potencia: 8HP A 6KW.Voltaje: 48VCD.

Podemos calcular la corriente por lo cual:

P= VI

I= P/V= 6000/48=125 Amperios


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FIG.2 MOTOR ELECTRICO.[Siemens,2005]

CALCULO DE UNIDAD MECANICA.

Alguno de los clculos de los elementos que componen la unidad mecnica del

montacargas de uas automtico, son como siguen:

1. Diseo de engranes por resistencia y a su vez por desgaste usando las

formulas de Lewis y Buckingham, como tambin el clculo del momento de

torsin en las condiciones crticas para la seleccin del motor.

2. Diseo de la flecha correspondiente por medio de la formula de ASME.

3. Diseo de las unas correspondientes al sistema de carga, las cuales se

calcularon por medio de doble integracin con apoyo en los extremos con

una carga puntual en el centro de ellas.

4. Diseo del riel para apertura y cierre de uas, Se diseo como una viga.

5. Diseo de columna para las llantas delanteras, la cual se calculo como

columna corta.

6. Diseo de la viga para las unin de dos llantas delanteras.

7. Calculo de prisma corto el cual est apoyado en el pistn y a su vez esta

soldado al riel.


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DISEO DE ENGRANES Y DIAMETRO CORRESPONDIENTE.Se deber comprobar el diseo de una rueda dentada, la cual, proporcionara el

movimiento de apertura y cierre de uas y desplazamiento del transporte

automtico, as pues tenemos los clculos realizados por Desgaste y Resistencia

como se muestran a continuacin:

Para esto analizaremos solo el pin ya que se trata de engranajes del mismo

material, por lo tanto la pieza que sufrir mas desgaste ser el pin.

DISEO POR RESISTENCIA (FORMULA DE LEWIS)

Para esta parte, partiremos de los siguientes datos que los encontramos midiendo

el ancho del diente y contando el nmero de dientes:

Tomando el ancho del diente:

b=1.4 pulgadas y el numero de dientes del pin Z=18

DP

bDP

128Asumimos

DP

10=1.5

DP=6.66666 lo aproximamos a 6

Entonces:

36

18===

DP

ZD

p

p Pulgadas

Tambin podemos hallar el nmero de dientes del otro engranaje contndolos con

este dato hallaremos la relacin de velocidades del tren para el caso de las llantas.

218

36===

p

e

vZ

ZR

DIAGRAMA DE X-Y DE CORTANTES FLEXIONANTES


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La distancia a la que irn los apoyos de las llantas ser 44 pulgadas, por lo tanto el

anlisis ser el siguiente:

CALCULO DE CUA


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El rea de corte est definida por 1 plgya que para dimetros de 3 7/8 a 4 1/2 plgse presenta este valor las tablas para calculo de chavetas y cuneros.

La longitud de la cua pertenece a un valor de 0.88pulg, el valor presente se debe

a largo de la cua para engrane y flecha.

DISEO DE UAS

En base a que la carga a desplazar se debe calcular algunos elementosmecnicos, as pues el diseo mecnico empieza por el desarrollo del clculo de

las unas:

Se deber realizar el diseo de dos unas por medio de un perfil estructural tipo C,

las unas se calculan como vigas.


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Se contempla una carga a lo largo de la viga de 1500kg= 681lb, por lo cual se

resolver como carga puntual por medio de doble integracin.

DISEO DE RIEL

El riel desarrollara el soporte para uno de los extremos de ambas uas, as pues

como estas realizaran un desplazamiento horizontal para que el vehculo de

transporte es por ello el clculo del riel.

El diseo del riel es por medio de un perfil rectangular, se realizara el clculo de

una viga con dos apoyos y una carga puntual como se muestra a continuacin.

Se contempla una carga puntual de 3000kg = 1767lb, por lo cual se resolver

doble integracin.

DISEO DE COLUMNA DE LLANTAS


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Debemos disear una columna rectangular para que soporte una carga de 750kg=

7357 N, por lo tanto con los clculos siguientes es posible determinar la carga

mxima de la columna as como tambin definir una columna larga o corta por lo

cual tenemos:

RIESGOS DEL OPERADOR DEL MONTACARGA DE UAS AUTOMTICO


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Un montacargas es una poderosa herramienta que permite que una persona

pueda levantar y colocar con precisin cargas grandes y pesadas con poco

esfuerzo. Utilizar una herramienta como un montacargas, carreta o una carretilla

en lugar de levantar o trasladar los artculos manualmente puede reducir el riesgo

de una lesin de espalda.

Sin embargo, existe un gran riesgo de lesin o muerte cuando el operador del

montacargas:

No ha recibido capacitacin en cuanto a los principios fsicos que permiten que elmontacargas levante cargas pesadas.

No est familiarizado con el modo en que funciona el montacargas.

Opera el montacargas de forma imprudente.

Utiliza un montacargas que no es seguro debido a que no funciona bien o a que

le faltan partes.


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CONCLUSIONES

De acuerdo con el estudio, se llego a una solucin viable para la

satisfaccin de la necesidad planteada en primera instancia.

Se establecieron los subsistemas para darle una mejor solucin al problema

determinado.

Se desarrollo el diseo de cada uno de estos subsistemas aplicando los

conocimientos de ingeniera.

De acuerdo a los datos arrojados por los clculos, se dispuso de los

elementos que integran el proyecto, de la mejor manera.

El diseo se rigi de acuerdo a las normas establecidas con xito.

Al tomar en cuenta la integracin del sistema, se dio por satisfecho el

objetivo de este trabajo.

REFERENCIAS


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Acero Sueco Palma S.A de C.V, 2006, Agosto, Perfiles, [EN

LINEA], Mxico, disponible en: www.palme.com.mx/aceros.html

Altos Hornos de Mxico, 2006, Junio, Perfil Estructural, [EN

LINEA], Mxico, disponible en:

www.ahmsa.com/Acero/productos/perfil_e.htm

Cardenas E. (1996) Estudio Sobre la Operacin y Mantenimiento delos Circuitos de Control y Potencia de los Montacargas Elctricos.

Tesis de Ingeniera Elctrica. Mxico. Instituto Politcnico Nacional.

ESIME ZACATENCO. PP. 2-21,109-118.

Joseph Edward Shigley y Larry D. Mitchell (1996) Diseo en

Ingenieria Mecnica. Cuarta Edicion.

Cabello, D., & Cabrera, J. (2002) Calculo y Diseo de un Elevador

de Vehculos en un Estacionamiento Publico. Tesis de Ingeniera

Mecnica. Mxico. Instituto Politcnico Nacional. ESIME

AZCAPOTZALCO. PP. 56-64.
http://www.palme.com.mx/aceros.htmlhttp://www.ahmsa.com/Acero/productos/perfil_e.htmhttp://www.palme.com.mx/aceros.htmlhttp://www.ahmsa.com/Acero/productos/perfil_e.htm


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ANEXOS

El presente anexo corresponde a las caractersticas de los materiales:segn Acero Sueco S.A y perfiles estructurales de Altos Hornos - Mxico

Caractersticas y Usos

Acero bajo en contenidos de carbn, ideal para partes donde se requiere una

dureza uniforme. Sus propiedades mecnicas y su maquinabilidad verstil, lo

convierten en uno de los aceros de mayor uso, y los productos elaborados coneste material son de una magnfica calidad. Sus aplicaciones pueden ser en partes

que requieran de un formado en fro, tales como ondulados, doblados o

escalonados, como: Engranes, Piones, Tornillos sin fin, Pernos, Retenes, etc.

Maquinabilidad

Tiene un rango de maquinabilidad de alrededor del 76% basndose sobre el acero

AISI 1213 como el 100% velocidades de corte 125 pies por minuto.

Soldabilidad


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Fcil de ser soldado por los procedimientos ms comunes y los resultados son de

una excelente calidad, el tipo de soldadura a usar depende del servicio, diseo y

medidas requeridas.

Tratamiento Trmico


De uso preferencial en Herramientas para amolar, resortes, flechas de transmisin,collarines, martillos, llaves de tuercas, pinzas, desarmadores, hachas, cuchillos e

infinidad de piezas para la agricultura y tambin aplicaciones en la minera.

Maquinabilidad

La maquinabilidad de este es de 55% basndose en acero AISI 1213 como 100%.

Soldabilidad

Corre grandes riesgos de agrietamiento si no es precalentado a una temperatura

de 350C (662F) se puede usar un electrodo bsico para soldar acero estructural

sin alear.


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Tratamiento Trmico


Este es uno de los aceros con alta templabilidad al aceite, su alto contenido en

Cromo le da una buena dureza y su contenido en Molibdeno la distribuye


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uniformemente y da una alta resistencia. Es esencialmente til en el formado de

partes por sus propias caractersticas, responde a todos los tratamientos trmicos

y es de muy fcil maquinabilidad an despus de ser tratado, resiste temperaturas

de ms de 540C (1000F) Sus aplicaciones pueden ser en: perforadoras,

cortadoras, tornillos, coples, mesas rotatorias, junturas, ruedas, vlvulas, tornillos

alta temperatura, ruedas dentadas, pistones, eslabones para cadena, etc.

Maquinabilidad

La maquinabilidad de este acero es de aproximadamente un 65% basndose en el

acero AISI 1213 al 100%.

SoldabilidadDifcil de ser soldado, pero con un tipo de soldadura especial, es posible teniendo

cuidado de precalentar y luego de ser soldado recalentar para relevar tensiones.

Tratamiento Trmico

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