Calculo y Diseño Puente Grúa Birrail

DISEÑO Y CALCULO DE PUENTE GRUA BIRRAIL MAQ. DE ELEVACION Y TRANSPORTE

PUENTE GRÚA BIRRAIL CON CARRO ABIERTO DE REDUCTORA

INTRODUCCIÓN

Para obtener un rendimiento en la producción que sea adecuada al crecimiento de la demanda de nuestra región se hace necesario del uso de una maquinaria que tenga una capacidad adecuada para soportar dicho crecimiento.

Un sistema transportador es usado cuando materiales deben ser movidos en cantidades relativamente grandes entre localizaciones específicas sobre un trazo fijo. Mas sistemas transportadores son poderosos para mover las cargas a lo largo del camino; otros transportadores usan la gravedad para causar que la carga viaje de un punto elevado a otro punto más abajo Los aparatos y máquinas para elevar cargas del tipo de puente, debido a su estructura y forma de operar resultan muy convenientes para su uso en talleres.

El transporte de materiales en el taller es tan necesario, que ya no puede subsistir un taller competitivo sin su respectivo equipo de elevación y transporte, los aparatos más generalizados para tal efecto son los “grúa pórtico birrail”, gracias a que circulan por vías elevadas, dejando libre toda la superficie del suelo del taller o de la parte exterior, de modo que el trabajo y el tránsito sobre el suelo pueden efectuarse sin estorbos.

1. MARCO REFERENCIAL DEL PROYECTO

Las grúas pórtico son para multitud de usos y servicios, utilizadas en su mayoría en el exterior de naves por sus dimensiones.También se emplean cuando la estructura existente no está preparada para el apoyo de grúa alguna, o bien para aprovechar el interior y con salida al exterior.

Su mayor empleo es en prefabricados de hormigón y de piedra natural, en caldererías y astilleros para la manipulación de grandes cargas y volúmenes.Muy utilizados en obras hidráulicas, pantanos y estaciones de bombeo.También su uso viene vinculado a la duración de una obra itinerante de una duración determinada.

RODRIGUEZ DELGADILLO ALVARITO ING. ELECTROMECANICA


Es necesaria una cimentación adecuada a la carga y luz de la máquina y carriles para la rodadura tipo ferrocarril.

1.1PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.2 JUSTIFICACION.-

Un sistema transportador es usado cuando los materiales deben ser movidos en cantidades relativamente grandes

Los sistemas transportadores son poderosos para mover las cargas a lo largo del camino; otros transportadores usan la gravedad para causar que la carga viaje de un punto elevado a otro punto más abajo.

Los aparatos y máquinas para elevar cargas del tipo pórtico, debido a su estructura y forma de operar resultan muy convenientes , se emplean cuando la estructura existente no está preparada para el apoyo de grúa alguna, o bien para aprovechar el interior y con salida al exterior, su uso en talleres.

2. OBJETIVOS DEL PROYECTO.

2.1 Objetivo general



• Diseñar una grúa pórtico birrail con carro abierto de reductora con una capacidad de 30 toneladas.

Mostrar los conocimientos adquiridos en la carrera de ingeniería mecánica en la realización de diseños prácticos acorde del requerimiento local.

2.2 Objetivos Específicos

Dibujo de planos y especificación de partes del transportador de elevación (grúa pórtico birrail)

Resistencia y seguridad de todas las piezas. Distribución uniforme de las cargas en las ruedas de la grúa pórtico birrail.

Seleccionar el tipo de gancho

Seleccionar el polipasto

Seleccionar el cable

Diseño del tambor soldado

Diseño del bastidor del carro

Calculo de las ruedas el carro

Selección de la riel

Selección del motor eléctrico y del reductor para la traslación de la grúa

Calculo de la potencia del motor de elevación

Selección de acoples

Calculo de las ruedas del puente

selección de la riel

Diseño de cálculo la viga principal

Diseño y cálculo de la viga secundaria



Calculo, selección y dimensionamiento de las correas y poleas.

Diseño de la estructura principal

Utilización de software especializado en diseño (INVENTOR 2011, AUTOCAD 2011).

3. ASPECTOS GENERALES QUE CARACTERIZAN EL PROYECTO

De manera general el puente grúa es un dispositivo que corresponde al grupo de máquinas de elevación y transporte; por lo que leyes, conceptos, teorías básicas, a cerca de su diseño, cálculo y construcción son desarrollados en tratados relativos al tema.

Se tienen los siguientes puntos de vista constructivos de carácter general:

Resistencia y seguridad de todas las piezas. Fácil acceso y desmontaje de las piezas, en especial del tambor para cable,

frenos y ruedas. Montaje cómodo y fácil alineación de las distintas piezas. Amplio uso de cojinetes de rodamientos. Como medio de elevación solo cabe considerar, en la actualidad, el cable

de alambre.

3.1. ESPECIFICACIONES FUNCIONALES.-

El movimiento longitudinal se lleva a cabo mediante la translación de la viga principal o puente a través de los carriles elevados. En la práctica totalidad de los casos, la rodadura es por ruedas metálicas sobre carriles, también metálicos.

El movimiento transversal se realiza mediante el desplazamiento de un polipasto o carro sobre uno o dos carriles dispuestos sobre la viga principal. Como en el caso anterior la rodadura es para todos los casos de tipo acero – acero.

El movimiento vertical se ejecuta a través del mecanismo de elevación: polipasto o carro.



3.2. ESPECIFICACIONES FINALES

El diseño de la parte estructural (viga móvil, viga fija, bastidores, estructuras soldadas), tiene sus principios para dimensionamiento y construcción en todos los tratados a cerca de estructuras metálicas y estabilidad de las construcciones.

4. MARCO REFERENCIAL TECNICO

4.1 PARÁMETROS PRINCIPALES

Los datos de partida para el diseño se determinaron de las condiciones inícialeseterminaron de las condiciones iníciales

El objetivo del proyecto será satisfacer las siguientes necesidades:

Capacidad de la carga Ig = 30 ton.Altura de elevación H = 10mLuz L = 24.5mVelocidad de elevación Ve =

15m/min.Velocidad de cierre Vc =

20m/min.Velocidad de traslación transversal Vt =

25m/min.Duración de conexión del motor de elevación

40 %

Duración de conexión del motor de cierre 25 %

5. SISTEMAS

Sistema de elevación.- Este sistema cumple la función de elevar y bajar la carga de manera vertical, garantizando precisión en los movimientos.

Sistema de traslación .- Es aquel que se encarga de mover en forma transversas el polipasto



Sistema de transmisión de potencia.- En este sistema se encuentran los motores reductores o motores los cuales son los encargados accionar el puente grúa.

6. SUBSISTEMA

Subsistema de estructural.- Este sistema encierra la parte estructural del puente grúa.

7. CALCULO DE PUENTE GRUA BIRRAIL CON CARRO ABIERTO

7.1. CONSIDERACIONES PREVIAS

Por tratarse de un equipo muy requerido en cualquier fábrica donde se realice el ELEVACION Y TRASPORTE, será realizado principalmente tomando los siguientes aspectos:

Tiempo

Costos

Disponibilidad de material

Condiciones de operación

Material de trabajo

Ambiente de trabajo

Operaciones críticas.

Seguridad del equipo

Mantenibilidad (desmontabilidad).

7.2. MATERIAL DE TRABAJO



Este aspecto es determinante por tratarse de un material no abrasivo, los elementos que más expuestos se encuentran a este equipo de desgaste son los rodillos de traslación longitudinal y trasversal.

7.3. AMBIENTE DE TRABAJO

Principalmente el medio circundante es limpio y seco el cual no afectara a los diferentes tipos de sistemas de la maquina.

7.4. SEGURIDAD DEL EQUIPO

Para precautelar la integridad de todo el equipo se deberá cortar el flujo corriente para cuidar los diferentes sistemas de la maquina.

8. SELECCIÓN DEL MECANISMO IZAJE

La clasificación de los polipastos en grupos es el sistema que permite seleccionar los aparatos en función de las necesidades de seguridad.



El grupo al que pertenece un mecanismo queda determinado por: LA CLASE DE FUNCIONAMIENTO y por EL ESTADO DE SOLICITACION, a que está sometido.

Criterio por el que se tiene en cuenta el tiempo medio de funcionamiento, en horas por día (tm).

tm=2∗recorridmedio del gancho∗N ° deciclos por Hr∗horas de . por dia60∗velocodad deelevacion(m /min)

Capacidad de la carga: 30000 Kgrs.Tipo de carro: birrail Altura de elevación: 10 metrosRecorrido medio del gancho 8 mVelocidad de elevación: 15m/min.Numero de ciclos por hora estimados: 8 ciclosHoras de funcionamiento por día: 5 horasEstado de solicitación: Pesado

2 X 8 X 8 X 5 tm = = 0,7111 horas 60 X 15Según la tabla de clasificación tenemos que el grupo resultante que es M4 (1Am)Tomando en cuenta los datos del catálogo GH para polipasto con una capacidad 40000 kg.

8.1. SELECCIÓN DEL POLIPASTO CARRO ABIERTO

Para escoger este tipo de polipasto debemos tener en cuenta la capacidad de carga que tiene el puente grúa.

Teniendo en cuenta que la capacidad a diseñar es de 30 ton. = 30000 Kg. Se selecionara un polipasto con capacidad de 40 ton = 40000 kg



Una vez escogido el polipasto adecuado debemos que tomar en cuenta las dimensiones.



9. DISEÑO DEL GANCHO.



El número de ciclos y la capacidad de un aparato de elevación estarán determinados por las velocidades de los diferentes movimientos y por el tiempo necesario para enganchar y desenganchar la carga. Por ello es tan importante que la carga no pueda escaparse del gancho.Por ello hemos escogido ganchos de seguridad, que están provistos de un cierre de seguridad que impide a la eslinga salirse del gancho. Para descolgar la carga, se retira el cierre a mano. Para las cargas importantes se prefieren ganchos dobles.El momento de flexión máximo se obtiene admitiendo que las eslingas están separadas al máximo (α= 45º),

9.1. El momento flector es:

M f=

Q2∗sin (∝+ β)

cosα

Donde:

Q=30000 kg; carga máxima a elevar

α= eslingas están separadas al máximo (α= 45º)β=25 º

M f=

Q2∗sin (45+25)

cos 45=19933,89Kg /cm2

De la tabla 19(H. Ernest APARATOS DE ELEVACION Y TRANSPORTE, TOMO II) seleccionamos un gancho doble bruto de forja según la DIN 687, de las siguientes características:

Carga útil = 30000 KgPesos = 286 kg.a = 200 mmw = 165 mmLongitud = 720 mmDs = 192 mm



9.2. Diseño de la cabeza del gancho sometido a esfuerzo cortante vertical

τ=KQA

= KQπ d e

Q = 30000 kg

D = 1,65 cm; diámetro del cuello del gancho



e = 1,5 cm; espesor de la cabeza del gancho

K=1,3; factor de choque

= 197 kg/cm2

10. Diseño del Cable

Tomando en cuenta la bibliografía debemos tomar en cuenta las siguientes constantes para poder calcular el diámetro del cable:

10.1. Diámetro del cable.

La vida de un cable en elevación de pende de factores inherentes por una parte a la fabricación del cable (factores internos) y por otra parte, a las características del aparato y a las condiciones de enrollamiento del cable (factores externos).

Los principales factores externos son: el esfuerzo de tracción, los diámetros de las poleas, el tipo y el número de ciclos de trabajo.

Considerando la dificultad que para el fabricante supone tener en cuenta la influencia de estos diferentes factores, es preferible sencillamente determinar el diámetro min dmin del cable como sigue. El diámetro del cable se determina de la formula general:

dmin=k∗√S

Donde

k = Es una constante que se da debido al uso que le daremos al puente grúa que este caso será para chatarra de fundición.

k = 0,37

Coeficiente según tabla 7 (H. Ernest. Aparatos De Elevacion Y Transporte Tomo

I)



Donde S se calcula de la siguiente manera:

= Carga máxima nominal del aparato (30000 kg)

= Peso propio del aparejo o elemento de suspensión de la carga. Tomando en cuenta que el aparejo es de 6 cables por lo tanto de 6 poleas (230 kg)

= Relación de aparejo (4)

= Rendimiento del aparejo (98 %)

= Fuerza de aceleración si fuese superior al 10 % de la carga

S=30000+230+(0,2∗30230)

4∗0,98

S = 9254,08

Tenemos:

d=0,37∗√9254,08

d = 35,59 mm

Otra método de calcular el diámetro del cable.

Carga máxima a elevar: Q = 30000 kg

Rendimiento del aparejo móvil: = 98%

Tensión del cable: Ft = Q/2 = 15306,12 kg

Factor de seguridad: N = 5



Tensión de selección de cable:

T s=F t∗N

T s=15306,12∗5

Ts = 76530,6 kg

Podemos verificar que llegamos a elegir en mismo tipo de cable por los dos métodos.

Tomando en cuenta el diámetro del cable calculado escogemos según la norma un determinado cable con las siguientes características.



Como el diámetro es demasiado grande podemos dividirlo entre el numero de cables que queremos obtener, con el mismo diámetro el cual distribuirá la carga en partes iguales.

En este caso trabajaremos con el diámetro obtenido, para la elección del cable.

d = 35,6 mm

De la tabla de CABLES METALICOS SUGUN LA DIN 655, tenemos un diámetro de:

d = 37 mm

El cable es de 6 cordones * 37 hilos + 1 alma textil (6 x 37 = 222 hilos + 1 alma textil)

Diámetro del cable = 37 mm

Diámetro del hilo = 1.7 mm

Sección metálica del cable = 503.9 mm2

Peso del cable = 4,78 kg/m

Resistencia del cable = 80600 kg/mm2



Para obtener dimensiones más pequeñas de los cables, podemos dividirlo entre 6 el diámetro obtenido, de ese modo reducimos el diámetro del cable, y trabajamos con un aparejo de 6 poleas, como en la fig. Siguiente.

d2 = 37 / 6 = 6,2 mm

d = 10 mm (normalizando)



10.2. Dimensiones del tambor

Para nuestro proyecto usaremos un tambor soldado porque resultan más económicos en diámetros grandes que los tabores de fundición, son más livianos, permiten una reducción económica considerable.

La vida de un cable es tanto más larga cuanto mayor sea el diámetro del tambor.

La norma UNE 58-915-3:1992 establece que el diámetro del tambor se determina de la siguiente manera:

Por otra parte sabemos que el diámetro mínimo es.

D=18∗d

d = diámetro del cable = 35,6 mm

D = 18 * 35,6

Dmin = 64 cm

La norma UNE 58-915-3:1992 establece que el diámetro del tambor se determina de la siguiente manera:



D=c√S

Según bibliografía tenemos:

= 9

S = 9270

D=9∗√9270

D = 866,5 mm

Ya que nuestro diámetro es demasiado grande, podemos dividirlo el esfuerzo

entre 6 y podremos obtener diámetros menores para 6 cables.

S = 1542

D=9∗√1542

D = 353,4 mm = 35,34 cm

10.3. Numero de espiras del cable

Para calcular el número de espiras del cable se debe tomar en cuenta lo siguiente:

Altura de elevación = 10 m

= Longitud del cable a enrrollar = 2* 10 m = 20 m

D = diámetro del tambor = 353,7 mm (diámetro menor obtenido)

n°= 200,353∗π

n° = 18

Para mejor fijación del tambor se aumentara 2 espiras muertas más. Entonces el número de espiras será.



n° = 18 +2

n° = 20 espiras

10.4. Distancia entre gargantas

La duración de vida de un cable depende no solamente del diámetro del tambor sino de la presión que existe entre cable y garganta. La vida aumenta cuando la presión disminuye. El paso y las otras dimensiones de las gargantas se pueden elegir según la tabla 13(aparatos de elevación y transporte H. Ernest.)

Según la tabla tenemos:

s = distancia entre centros

r = radio de la garganta

a = distancia entre el centro del cable y la ranura.

Para el diámetro del cable 13mm tenemos

Para un diámetro de cable d= 37/6 = 6,2 mm; se tienen las siguientes dimensiones:

Por lo tanto nosotros hemos tomado estas dimensiones para las ranuras del tambor:

Diámetro del cable

10 13 16 22 27 33 40 44

s 12 15 18 22 31 37 45 49r 5.5 7 9 10.5 15 18 22 24d 1 1.5 2 2.5 3.5 4 5 6

Radio de la garganta: 12 mmDistancia entre centros: 5,5 mmDistancia entre centro de cable y ranura: 1 mm

10.5. Espesor de la pared del tambor soldada

El espesor de la pared del tambor se determina en función al diámetro del cable y al diámetro del tambor, en este caso adoptaremos la tabla 14

Teniendo en cuenta el diámetro del cable que se adoptara es 10 mm.



El espesor del tambor será:

H mínimo = 6 mm

H asumido = 8 mm

10.6. Longitud del tambor.

Este cálculo se lo hace en relación del número de espiras y el diámetro del tambor.

L=n∗s

n = numero de espiras = 20

s = radio de garganta del tambor

L = 20*12

L = 240 mm = 24 cm

10.7. Longitud de cable requerido a enrrolar en el tambor de acero.

Lc = π * D * s

Lc = π * 353* 12

Lc = 13307,7 mm

Lc total = 13,3 * 6 m = 79.8 m

10.8. Determinación de los esfuerzos admisibles con Tambor de Acero

Esfuerzo a Compresión de parte arrollada:

σ=0,5∗92540,19∗12

σ = 2029,4 kg/cm2

Esfuerzo a Flexión:



σ fa=0,96∗9254∗4√ 13532∗0.196

σfa = 1317 kg/cm2

10.9. Calculo del diámetro del eje del tambor.

Para el dimensionado del eje del tambor, primero determinaremos las solicitaciones a las que está sometido, y posteriormente verificaremos que presentan una seguridad suficiente respecto a la rotura y a la fatiga.

F t1+Ft 2=Md2

Donde:

Ft1 + Ft2 = carga útil + peso del aparejo, gancho, cable.

Ft1 ; Ft2 = 30000 + 250 + 382,4 = 30632,4 N

Par requerido.

M 2=9550∗P

n2

M 2=9550∗7,527,28

M2 = 2625,55 Nm

Por tanto.

d=( MFt 1+F t2

)2d=( 2625,5530632 )2

d = 0,1714 m = 17,14 cm = 171,4 mm



11. Motor de Elevación

Según el tipo de carga y para 3000m.s.n.m

Par de aceleración-Tiempo de arranque

11.1. Cálculo de la potencia

Para elegir el tipo de motor hemos de basarnos en la potencia de régimen, es decir la potencia que da el motor para levantar o desplazar la plena carga a velocidad normal de régimen, después del periodo de aceleración.

Por medio de la formula siguiente: N=Q∗¿V102∗η

¿

N=30000∗15102∗0,85

=5,19kw

N=30000∗20102∗0,85

=6,92kw

Potencia nominal: Velocidad de elevación (15 m/min) → Pn 5,19 Kw Velocidad de cierre (20 m/min) → Pn 6,92 kW

Por lo tanto, escogemos un motor eléctrico asíncrono trifásico con freno.

Los datos técnicos de este motor son:

Teniendo en cuenta que es más económico y rápido escoger o comprar un motor reductor que cubra todas expectativas necesarias.

En este caso escogeremos un motor reductor para el polipasto de carro abierto con una

Potencia de

7,5 Kw = 10,05 HP



12. DISEÑO DEL FRENO DE ZAPATA

Este tipo de frenos son usados con frecuencia en máquinas de izaje.

A continuación veremos los parámetros que se deben tomar en cuenta para el diseño.

Momento de torsión en el árbol de la rueda del trinquete en kg*cm numero de dientes de la rueda de trinquete

Módulo de engranaje de la unión del trinquete en cm

Presión lineal admisible a la flexión del diente (tabla 7.15)

Esfuerzo admisible a la flexión del diente (tabla 7 .15)



Relación entre el ancho del diente y el modulo (tabla 7.15)

Según la bibliografía (SHUBIN tomo II) debemos seleccionar algunos parámetros.

El material seleccionado es el hierro fundido C4 12- 28 para el cual tenemos lo siguiente:

1.5

150 kg/cm

300 kg/cm2

El modulo es 6 y el número de dientes es 20

M t=m2∗z∗φ∗q

2

M t=62∗20∗1,5∗150

2

Mt = 1350 kg.cm

12.1. Calculo del freno con cierre de muelle

P1=

M f

f∗D∗η∗l1

l

Calculo del área del contacto de la zapata con la polea:

F=π∗D360

∗B∗β

Ancho de la zapata

Angulo de contacto de la polea con la zapata

Diámetro de la polea en mm.

F=π∗200∗5∗70360



F = 610,8

Según la tabla de presiones admisibles [p] en los frenos de zapata en la tabla 7.17.

Seleccionamos un material de las superficies:

HIERRO FUNDIDO

Para la parada P = 20 kg/cm

Para regular la velocidad P = 15 kg/cm

Diámetro de frenaje D = 200mm

Momento de frenaje Mf = 8kg*m

La holgura del admisible entre la zapata y la polea se expresa en la siguiente por la fórmula:

ε=h1∗l12∗l

2∗εh1

=l1l

2∗0,80,4

=l1l

l1l=4

Teniendo todos los parámetros necesarios procedemos al cálculo de presión.

P1=8

0,7∗2∗0,9∗0.04

P1 = 25,4 kg/cm2

13. RELACIONES DE TRANSMISION i

Parámetros asumidos:

Velocidad de elevación de la carga: Ve = 15 m/min



Velocidad del motor de accionamiento: n1 = 3000 Velocidad tangencial del tambor: Vt = 2Ve = 30

Velocidad de rotación del tambor:

n4=2∗v t0,35∗π

n4=30

0,35∗πn2 = 27,28 mim-1

13.1. Relación total de transmisión entre el motor de elevación y el tambor

itot=n1n2

i=n1n2

= 300027,28

i = 109,9

13.2. Par requerido M2

M 2=9550∗P

n2

M 2=9550∗7,527,28

M2 = 2625,55 Nm

14. Calculo de las ruedas del Carro

Empezamos asumiendo un diámetro de la rueda según la tabla 42 según la norma DIN 15046.



Tomando en cuenta la constante k definida por la tabla 40 de acuerdo al uso al que será sometido el puente grúa.

k = 60 kg/cm2

De acuerdo con esa constante el diámetro correspondiente será:

D = 400mm

r = 2mm

k=Padm2

735000

Padm=√k∗735000

Padm=√60∗735000

Padm = 6640,78 N/mm2

Así pues, el diámetro mínimo de las ruedas deberá ser de:

Dmin=Padm

(b−2r )∗k

(Tabla 8) K=60

(Tabla B) b = 25 r = 8

Dmin=P

(b−2r )∗K= 6640,78

(25−2∗8 )∗60

Dmin=12,29mm

15. Resistencia a la rodadura

Según la tabla 41 la resistencia a la rodadura dada en kg por tonelada de reacción.



Para ruedas sobre cojinetes de bronce = 18.5 kg/ton

Para ruedas sobre rodamientos = 3.0 kg/ton

16. Calculo de la potencia del motor de traslación.

Tomando en cuenta el factor de marcha previa elección aproximada según tabla 70

f.d.m. = 25%

v = velocidad transversal = 25 m/min

G = Peso del carro transversal ≈ 4700 kg

Q = Carga a transportar = 30 ton = 30000 kg

N R=(G+Q )∗w∗v1000∗75∗η

N R=(30000+4700 )∗20∗251000∗75∗0,85

NR =0,272 kw = 0,365 HP

Se asumirá una potencia de 0,85 kw = 1,13 HP

No teniendo de menores valores el catalogo a utilizar. O en todo caso buscar o

obtener otro catalogo para la elección, de acuerdo a lo requerido en lo calculado.



16.1. LA RELACION DE TRASMISION PARA EL SISTEMA DE TRASLACION TRANSVERSAL

Datos: nmotor = n0

nrueda = n3

itotal = n0 / n3

nmotor = 3000rpm

nrueda = 35 rpm

itotal = n0 / n3 = 85,7

17. Selección de la viga Testera



Tomando en cuenta las dimensiones del puente grúa escogemos el testero adecuado.

En esta tabla podemos observar las dimensiones y características del testero el seleccionado para nuestro caso.

18. Selección de la rueda



19. Selección de riel

El tipo de riel del puente grúa birrail es de tipo cajón este parámetro, es selección de diseñante de acuerdo al uso que se la dará y la capacidad del puente grúa.

20. Diseño de la viga principal

20.1. Selección de las dimensiones

Las características de la viga seleccionada son las siguientes:



Alto = a = 1200 mm

Ancho = b = 500 mm

Espesor = e = 20 mm

20.2. Determinación de las cargas del cálculo para la viga principal

Peso total.

Peso útil.

Peso del aparejo.

Peso del cable.

Peso motores +reductores.

Peso del carro deslizante.

Peso adicional que considera el peso propio de la viga.

W T=30000+250+377,62+301+(4800∗2)+15000

W T=55530Kg

20.3. Calculo de la viga principal

Calculo de la flecha del puente:

Debemos tomar en cuenta el coeficiente dinámico para mayorar la carga:

Coef.

El puente grúa está formado por dos vigas, motivo por la cual la carga se reparte en dos.



P=Qmayorada=Qutil

2∗ψ

P=300002

∗1,3

P=19500N

Elegimos el perfil:

I= 112

∗(b1∗a13−b2∗a23)

I 1=112

∗(500∗12003−480∗11703 )

I 1=9 ,27E9mm4

I 2=112

∗(5003∗1200−4803∗1170 )

I 2=2 ,37E9mm4

W=I 1a/2

W 1=9,27E91200 /2

W 1=15 ,45E6mm3

W 2=2,37E9500/2

W 2=9 ,48E6mm3

Calculo del área de cortadura.

Ac 1=a∗( e∗2 )

Ac 1=1600∗20∗2

Ac 1=64000mm2

Ac 1=500∗20∗2

Ac 1=20000mm2



Luz = L = 24500 mm

σ= P∗L3

48∗E∗I

σ= 19500∗245003

48∗2,1E4∗9,27E9

σ=30 ,7

σ max=24500250

σ=98

Se debe verificar que σ ≤ σ Por lo tanto el perfil es válido.

21. APLICACIÓN DE LAS NORMAS FEM AL CÁLCULO DEL PUENTE

Peso propio: SG = 29957,62 kg

Carga total de servicio son 30000 N, pero al haber dos puentes SL = 15000

Carga de servicio: SL = 15000

Calculamos las fuerzas debidas a la aceleración:

Para el peso propio:

F=m∗a=29957,629,8

∗0,2

F=672 ,518 Nm

Para la carga de servicio:

F=m∗a=150009,8

∗0,2

F=336 ,73 Nm

EC=W=12∗m∗v2



F=12

(29957,62+15000 )∗4

F=89915 ,24N

EC=F∗0,5

EC=89915,24∗0,5

EC=44957 ,62N

Calculo de las fuerzas:

F1=44957,62∗29957,62

300469,5

F1=4482 ,30N

F2=44957,62∗15000

300469,5

F2=2244 ,36N

Con los datos obtenidos podemos analizar que la viga escogida cumple los requerimientos solicitados.

EVALUACIÓN DEL COSTO DE FABRICACIÓN

1. INTRODUCCIÓN

Para la determinación del costo del equipo se considera los siguientes costos parciales:

Costos directos se refiere al costo de mano de obra, el costo de la materia prima, el costo de elementos prefabricados y costo de elementos adquiridos. El costo de mano de obra se calcula multiplicando el tiempo requerido para su fabricación por el monto correspondiente a este tipo de proceso.

Costos indirectos se refiere a aquellos que no pueden ser tomados en cuenta durante el proceso de fabricación.

2. COSTO DE PIEZAS ADQUIRIDAS



El costo de los materiales e insumos adquiridos es igual al precio de compra, el detalle del costo del material empleado se muestra en el siguiente cuadro:

ITEM DETALLE COSTO UNIT.

1 Plancha de acero AISI 1020 de 1” 3,57 $/kg

2 Barra de acero para ejes AISI 1020 de 1”

1,65 $/kg

3. COSTOS DE ELEMENTOS ADQUIRIDOS LISTOS PARA SER MONTADOS

ITEM DETALLE COSTO UNIT.

1 Moto reductor 220 $ c/u

2 Perfil rectangular 70 $/m

3 Cables 12 $/m

4 Contactores 40 $ c/u

5 Pernos 1,5 $ c/u

6 tuercas 0,5 $ c/u

4. COSTOS DE FABRICACIÓN

Para realizar la cuantificación de los costos de fabricación se ha asociado los diferentes componentes del costo de fabricación en un solo estándar de fabricación para los diferentes trabajos que realizan .los componentes de fabricación son:



- Mano de obra

- Utilización de máquina herramienta.

Los costos por una máquina herramienta se refiere a la amortización de la máquina herramienta por concepto de desgaste por utilización, general mente se calcula por el precio de adquisición del equipo por el número de años de vida.

5. COSTOS ASOCIADOS DE FABRICACION

PROCESO DE FABRICACION COSTO POR HORA

Torneado 12

Fresado 12

Taladrado 7,5

Soldadura con arco 20

Corte por oxiacetileno 8

Forjado 25

Amolado, lijado y otros 5

6. COSTOS INDIRECTOS

Los costos indirectos se calculan multiplicando el tiempo de operación por un estándar indirecto. Dicho estándar se obtiene dividiendo los costos directos totales aplicadas al producto para un periodo de tiempo.

Se considera como costos indirectos a los costos imprevistos o los que no son tomados en cuanta en el proceso de fabricación como ser: material de limpieza, trasporte, pequeñas piezas.



El costo indirecto se estima usualmente como un porcentaje del costo total de producción. En el proyecto se tomara 5% del costo total de producción.

7. COSTO DE FABRICACIÓN DEL EQUIPO

El costo directo de los elementos a fabricar localmente se determina en las hojas de procesos y el costo directo de los elementos adquiridos será igual al costo de compra.

El resumen general de los costos de fabricación y adquisición se muestra en el siguiente cuadro.

8. COSTO TOTAL DEL EQUIPO

ITEM DETALLE CANTIDAD COSTO UNIT. $ COSTO TOTAL $

1 Motoreductor 3 ≈ 220 660

3 Apoyos 15 10 150

4 Perfil rectangular 1200*500

60 metros 120 7200

5 Cables 80 metros 12 960

6 Contactores 3 40 120

7 Pernos 40 1,5 60

8 tuercas 40 0,5 20

Total ≈ 9170 $

Para determinar el precio de venta del equipo con la finalidad de comparar con uno similar de importación, se incrementara la utilidad de la empresa que es 25 % y el impuesto IVA que por ley es 13 %, además se incrementa el impuesto a las transacciones que por ley es 3 %, considerando los factores anterior mente mencionado, en el siguiente cuadro se determina el costo de venta del equipo:



Costo de fabricación 9170

Costos indirectos 5% 458,5

Otros (pintura, montaje, traslado, etc)

100

Utilidad 25% 2292,5

IVA 13% 1192,1

transacciones 275,1

PRECIO TOTAL DE VENTA ($US) ≈13488,2

Comparando con el costo de compra de una maquina similar de importación que esta alrededor de 12000 -14000 $us.

Este dato ha sido proporcionado por MERCADO LIBRE

(w.w.w.mercadolibre.com)

Se puede observar que el costo está APROXIMADO al del costo de adquisición, por tanto el proyecto es justificable

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. OPERACIÓN DEL EQUIPO

El equipo opera de la siguiente manera:

La máquina tiene dos sistemas, sistema de elevación y sistema de transporte

El sistema de elevación funciona con un motor y reductor que está conectado a un polipasto que está instalada a un carro trasversal.

El sistema de trasporte tiene dos sub sistemas que son el de trasporte trasversal y trasporte longitudinal.



2. ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO PARA LOS SISTEMAS DEL PUENTE GRUA BIRRAIL

Para elaborar estrategias de mantenimiento para el sistema, se debe partir principalmente de realizar un diagnostico y localización de fallas del sistema.

3. DIAGNOSTICO Y LOCALIZACION DE FALLAS

Para localizar sistemática de fallas y su correspondiente solución permite reducir el tiempo necesario para la puesta en servicio del sistema de trasporte y disminuye también su tiempo de inactivación.

En un sistema de trasporte, los fallos pueden surgir en los siguientes lugares:

Inactivación de componentes de la maquina controlado por el sistema de elevación.

Inactivación de componentes de la maquina controlado por el sistema de trasporte trasversal.

Inactivación de componentes del sistema de trasporte longitudinal.

Es recomendable realizar el diagnostico de fallos inmediata mente después surgir el primero de ellos, una vez localizado, deben adoptarse las medidas pertinentes para la reparación. De este modo puede reducirse a un mínimo de tiempo de paralización de la maquina.

La documentación debe de tener lo siguiente:

Construcción efectiva del sistema Esquema de distribución Plano de situación Diagrama de funciones Manual de instrucciones de servicio Lista de piezas Fichas técnicas Material para la capacitación de los operarios

En términos generales, la causa de los fallos pueden ser los siguientes:



El desgaste: se debe principalmente a las siguientes razones

El medio ambiente Movimiento relativo de los componentes Mantenimiento deficiente Montaje deficiente. Agarrotamiento de los elementos Rotura Funciones equivocadas

4. MANTENIMIENTO

La vida útil y fiabilidad de los sistemas de trasporte aumenta si los servicios de mantenimiento se efectuar sistemáticamente.

Es recomendable preparar un plan de mantenimiento para cada sistema por separado, en dicho plan deberán especificarse los trabados de mantenimiento y los intervalos de su ejecución.

5. SEGURIDAD EN LAS MAQUINAS

Este punto es muy importante mencionar en lo que se refiere a la seguridad de las maquinas y como de las personas.

Requisitos necesarios para una seguridad suficiente de acuerdo con la práctica tecnológica del momento, para preservar personas y bienes de los riesgos de instalación, funcionamiento, mantenimiento y reparación de las máquinas.

5.1. DESCRIPCIÓN DE PELIGROS GENERADOS POR LAS MÁQUINAS:

Origen del peligro:

• Mecánico• Eléctrico• Térmico



• Acústico• Por vibración• Por radiación• Por los materiales• Por no respetar los principios de la ergonomía

La ergonomía estudia la relación del hombre con los objetos y productos que ha de usar.El diseño de máquinas, como productos usados por el hombre, y dependientes de él en muchos casos, no puede realizarse al margen de las consideraciones ergonómicas.Relaciones hombre - máquina:

• Visual• Auditiva• Táctil• Postural

6. CONCLUSIONES

El presente proyecto pretende aportar puntos de vista a cerca del diseño y la fabricación de maquinaria local compuesta por elementos mecánicos conocidos y realizables en nuestro medio, una prueba clara de la viabilidad de este tipo de proyectos es el costo de fabricación que está EN APROXIMACION del costo de importación de equipos similares, cuyas características constructivas y de rendimientos son similares.

7. RECOMENDACIONES

Las recomendaciones más importantes son:

Para lograr un buen funcionamiento garantizado de los componentes del sistema de elevación y trasporte, si como lograr una larga vida útil del mismo, se recomienda realizar un tratamiento estricto de mantenimiento para estos sistemas.



Antes de de la puesta en marcha se recomienda realizar pruebas con los sistemas.

8. BIBLIOGRAFIA

- FERNANDO TORRES GALLARDO. (Proyectos de maquinas de elevación)

- E. PAUL DE GARMO, “Materiales y Procesos de Fabricación”, Editorial Reverte, Argentina, 7º edición 1967.

- ANTONIO MIRAVETE. (Los transportes en la ingeniería industrial)

- H. ERNEST. (Aparatos de elevación y transporte)

- MARKS, “Manual del Ingeniero Mecánico”, Editorial Mc Graw Hill, 2º Edición México 1989.

- KURT GIECK, “Manual de Formulas Técnicas”, Editorial Alfaomega, 19º Edición,

México 1995.

- Y algunas páginas de internet a través del buscador (www.google.com)


Calculo y Diseño Puente Grúa Birrail

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