Universidad Nacional de Ingeniera

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

Clculo y Diseo de un Descargador Rotativo de Vagones para una Capacidad de 120 t (263,000 lb)

T E S I SPARA OPTAR EL T ITU LO PROFESIONAL DE:

INGENIERO MECANICO El ECTRICISTA

FRANKLIN MAXIMO SUAREZ OjEDAPROMOCION: 1985 -2

L IM A . P E R U . 1 9 9 2

TABLA DE CONTENIDOPg

PROLOGO

LISTA DE SIMBOLOS

1. Introduccini

22. Especificaciones del Proyecto y Seleccin del Modelo

5

2.1 Generalidades5

2.2 Objetivos y Alcances del Proyecto 6

2.2.1 Objetivos6

2.2.2 Alcances7

2.3 Transporte con Vagones Industriales 8

2.3.1 Vagoneta de Balancn para Descarga Lateral 8

2.3.2 Vagoneta de Fondo de dos Vertientes 8

2 .3.3 Vagn Volquete de Cucharn

9

2.3.4 Carro con Fond de Tolva

9

Vagn VaIquete de Cuerpo de Caja

11

, .-.6 Vagn para Mina11

2.4 Maquinaria para Descarga de Vagones

i....

*2.4.1 Vaciadero de Va de En

lace12

2 .4.2 Vaciadero Rotatorio por 14Gravedad

3.3 Clculo y Diseo del Sistema de Soporte Lateral

3.3.1 Clculo y Diseo de la Viga de Apoyo Lateral

*T T O3.3.2 Clculo del Piso de Madera

3.3.3 Clculo y Diseo de la Placa Vertedera

Clculo y Diseo del Sistema de Anclaje y Soporte Superior

3.4.1 Clculo y Diseo de las Viguetas Transversales de Anclaje

3.4.2 Clculo y Diseo de la Viga de Soporte Superior

3.4.3 Clculo y Diseo de los Brazos de Tope Supe rior

3.4.4 Clculo y Diseo del Sistema de, Enclava- miento

Pg.

78

78

92

85

88

89

96

100

3 .5 Clculo y Diseo del Sistema de Transmisin de Potencia 103

3 .5.1 C 1 cu 1 o de la Potencia del Motor

3.5-2 Clculo y Determinacin de las Caractersticas de1 Reductor

3 .5 3 Clculo y Diseo de la Transmisin por Engranajes

3.5.4 Clculo y Diseo del Eje de Transmisin

3.5.5 Clculo y Seleccin de los Acoplamientos

106

107

109

134

141

- V I I -

Pg.

3.5.6 Clculo y Diseo de losCojinetes 145

3.5.7 Clculo y Diseo delFreno 151

3.6 Sistema de Mando y Control 159

4. Especificaciones Tcnicas de Fabricacin y Montaje 167

4.1 Especificaciones Tcnicas deFabricacin 167

4.2 Instrucciones de Ereccin 168

4.2.1 Procedimiento de PreEnsamble 168

4.2.2 Posicin y Alineamiento de los Cojinetes deGiro 169

4.2.3 Instalacin Inicial del Eje y de la Unidad deTransmisin 173

4.2.4 Pre-ensamble del Sistema de Tope Superior yde Enclavamiento 174

4.2.5 Instalacin de las Estructuras Laterales 175

4.2.6 Emplazamiento y Ajustede las Controles 186

5. Anlisis de Costos 189

5.1 Metrados 190

52 Costos Unitarias y Fresupues-to 191

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 217

BIBLIOGRAFIA ........

LISTA DE PLANOS 223

APENDICE -

PROLOGO,

El presente trabajo tiene la intencin de demostrar

en forma ordenada y lgica, que es posible disear un

sistema de descarga de vagones para el vaciado de

concentrado de cobre y slica, para su posterior

transporte hacia los hornos reverberos de la Fundicin.

Para hacer una descripcin suscinta del trabajo

realizado, empezaremos por la introduccin, en la que se

hace el planteo de la necesidad de un sistema para

vaciado del concentrado de cobre que llega a la Fundicin

a travs de un sistema de ferrocarriles y los requisitos

que deber cumplir la solucin que la satisfaga

Para la mejor realizcin del Proyecto, ste se ha

dividido en cinco captulos que brevemente se explicarn:

En el Capitulo 1 se indica el propsito de la Tesis,

lo que espera demostrar, los alcances y las Limitaciones

de la misma.

En el Captulo 2 estableceremos en forma detallada

los Objetivos y Alcances del Proyecto para posteriormente

describir las distintas. Maquinarias y Sistemas para la

descarga de vagones que son usadas comunmente.

XVIII

A continuacin, se hace una Descripcin detallada*

del Sistema de volteo que consideramos la ms adecuada, o

sea un Vaciador Rotativo Motorizado.

En el Captulo 3 con la alternativa escogida, se

harn los clculos correspondientes para el diseo del

descargador, para lo cual se hace el dimensionado y

diseado de cada uno de los elementos del mismo y luego

se realizan los clculos considerando para este efecto

dividido el sistema en seis partes:

a) Sistema de Soporte del Vagn

b) Sistema de Elevacin del Vagn

c) Sistema de Soporte Lateral

d) Sistema de Anclaje y Soporte Superior

e) Sistema de Transmisin de Potencia

f) Sistema de Mando y Control

En el Captulo 4, las especificaciones tcnicas y el

montaje del conjunto se sealan para luego en el Captulo

5 ocuparnos del anlisis de costos que incluye el

Metrado, Costos unitarios y el Presupuesto.

Finalmente, en base 3

captulos anteriores se

todo lo

apuntan

expuesto en los

las principales

conclusiones del trabajo como tambin las respectivas

recomendaciones para el mejor uso del Proyecto.

Quiero expresar mi profundo agradecimiento a la

comparna Southern Per Cooper Corporation, que por

intermedio de su Departamento de Mecnica-Fundicin, me

brind facilidades (a lo largo del desarrollo del

Proyecto de Tesis) en la obtencin de valiosa informacin

para la realizacin del Proyecto aqu presentado.

A

A*

p r a y

LISTA DE SIMBOLOS

Area de Seccin recta; rea superficial de la

chumacera, pie2 (m2 )

Area del ala, pulg2 (m2 )

Area proyectada, pulg2 (m2)

A.t.

Aw

a

Area del atiesador (m2 )

Area del alma de la trabe, pulg2 (m2 )

Aceleracin, pies/s2 (m/s2); distancia entre

atiesadores, pulg (m)

Ancho del ala de la trabe, pulg (mm)

Ancho de la zapata de freno, pulg (mm)

e Distancia entre centros (pulg); coeficiente

combinado de transferencia de calor (BTU-pie2-

oF/h)

C* Factor de condicin superficial

Cm Factor de relacin de dureza; calor especifico del

lubricante (BTU/lb-F)

c* Distancia de la fibra neutra al radio interno,

pLi lg (mm)

I

Cm

c

C|R

C g

c

D cu b

Do

- IX -

Factor de vida

Factor de distribucin de carga

Factor de sobrecarga; distancia de la fibra neutra

al radio extremo, pulg (mm).

Factor de seguridad

Factor de tamao

Factor de temperatura

Factor dinmico

Factor de deformacin; longitud de los extremos no

soportados en la trabe armada, pulg (m); Juego

radial, pulg (mm)

Dimetro de cubo, pulg (mm)

Dimetro de paso del engranaJe , pulg (mm)

Dimetro exterior de la estructura 1ateral, pulg

( m)

DP Dimetro de paso del pin, pulg (mm)

d Dimetro (pulg); (m); dimetro nominal de la

bocina, pulg (mm)

d

E

Dimetro del eJe, pulg (mm)

Mdulo de elasticidad, lb/pulg2 (N/m2)

e

F

Fb

1%

Fr

F*

FS

Fv

Fy

f

f

f 'e:

fk:

G

Excentricidad, pulg (mm)

Ancho del diente, pulg (mm); carga aplicada, lb

( N)

Esfuerzo de flexin permisible, lb/pulg2 (N/m2 )

Esfuerzo admisible sobre la cimentacin, lb/pulg2

(N/m2 )

Fuerza radial, lb (N)

Fuerza tangencial, lb (N)

Factor de seguridad

Esfuerzo cortante permisible, lb/ pulg2 (N/m2 )

Esfuerzo de fluencia, lb/pulg2 (N/m2 )

Coeficiente de friccin, deflexin del e J e p u l g

(mm)

Esfuerzo mximo de flexin, lb/pulg2 (N/m2)

Resistencia del concreto, lb/pulg2 (N/m2)

Coeficiente cinemtico de rozamiento

Esfuerzo cortante real, lb/pulg2 (N/m2)

Peso del vagn cargado, lb (N); mdulo de rigidez,

lb/pulg2 (N/m2 )

- X -

XI

H Ordenada en el extremo de la trabe armada/pulg

(m), Calor disipado, BTU/h (J/S)

h Pedalte del alma, pulg (mm); longitud de los

b1oques de madera/pulg (m) al tura del diente del

pin, pulg (mm)

b0 Espesor mnimo de la pelcula de lubricante, pulg

(mm)

I Momento de inercia, pulg4 (mm4 ); factor geomtrico

I 'f' Coeficiente de impacto

J Momento polar de inercia, pulg4 (m4); equivalente

mecnico del calor, lb-pulg/BTU (N-m/J)

K Factor de servicio

i

Factor de choque y fatiga al momento flector;

Kt Factor combinado de choque y fatiga aplicado al*

momento torcer

K0 Factor de sobrecarga

f v. Factor dinmico aplicado a la flexin

L Longitud del claro, pie ( m); longitud del

cojinete, pulg (mm).

L' Longitud total de la trabe, pie (m)

XII

Lo Longitud de la zapata de freno (pulg) (mm)

M Momento flector, (lb-pulg) (N-m)

Md Momento de diseo (lb-pulg) (N-m)

M. Momento por carga muerta, lb-pulg (N-m)

M1 1 m m Momento mximo lb-pulg (N-m)

Mt Momento total a flexin, lb-pulg (N-m)

Mt Momento de torsin lb-pulg (N-m)

m Mdulo

N Nmero de dientes del engranaJe; nmero de

espacios en la trabe pie ( m); nmero de

revoluciones por minuto (rev/s)

Ne:i

Nmero de dientes del pin

nvd1 Nmero de revoluciones por minuto del volteador

(rev/min)

n Rendimiento

P Potencia transmitida, hp (kW); carga por unidad de

rea proyectada de 1 a bocina (lb/pu1g2) (N/m2);

carga aplicada (lb) (N)#

Pe: Paso circular pulg (mm)

P e: Presin critica de pande