Proyecto Maquina Enrolladora

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE ING. MECANICA

DISEÑO DE UNA MÁQUINA ENROLLADORA DE TELA DE

POLIPROPILENO

I. NECESIDAD:

Se requiere una máquina enrolladora de tela para la empresa NORSAC S.A.

Diagrama de flujo del proceso de fabricación de la tela de polipropileno, de la

planta NORSAC

II. EL PROBLEMA.

II.1.Formulación Del Problema:

Diseñar una máquina que transforme tela proveniente de los telares en rollos,

reduciendo al mínimo los pliegues formados.

Estado “A” Estado “B”

DISEÑO DE MÁQUINAS II MAQUINA ENRROLLADORA DE TELA DE POLIPROPILENO 1


III. ANALISIS:

III.1. Criterios de selección:

Criterio económico.

De fácil montaje y desmontaje del rollo.

De fácil maniobrabilidad.

Que ocupe un mínimo de espacio.

De fácil mantenibilidad.

Atractivo a las ventas

III.2. Volumen:

150 Máquinas enrolladoras.

III.3. Uso:

Vida útil estimada: 80 000 rollos de tela (80000 Horas.)

III.4. Condiciones de entrada.

III.4.1. Condiciones cinemáticas:



- Velocidad de entrada de la tela de polipropileno: Ve = 0.063 m/s.

III.4.2. Condiciones Físicas de la tela de polipropileno:

- Densidad de la tela de polipropileno:

- Espesor de la tela de polipropileno: e = 1.2 x10-3 milímetros

- Ancho de la tela de polipropileno: AT = 0.90 metros.

III.5. Condiciones de Salida

- Diámetro del rollo final: DR = 0.60 metro.

- Peso del rollo final: PR = 226 Kg.

IV. ANÁLISIS DEL PROBLEMA:

De nuestro análisis y experiencia recabada:

- La falta de tensión en la tela durante el enrollado, genera plegamiento en la tela,

por lo tanto enrollado defectuoso.

- Las propiedades físicas de la tela y material de recubrimiento de los rodillos

deben ser sometidos a mayor consideración al momento de calcular el régimen

de trabajo.

- Mejorar el montaje y desmontaje.

V. BÚSQUEDA DE SOLUCIONES

5.1 Una máquina que cuente con variador de velocidades:

Aquí presentamos la máquina siendo el rodillo motriz el que enrolla la tela.

5.1.1 Ventajas:

- El variador de frecuencias nos da la velocidad sincronizada del rodillo motriz

con la velocidad de entrada de la tela.



- Permite simplificar la construcción de la máquina.

5.1.2 Desventajas:

- Hace difícil el montaje y desmontaje del rollo de tela.

- Son de difícil reparación.

- Su vida útil es menor en comparación con sistemas mecánicos.

5.2 Una máquina que cuente con un mecanismo enrollador con pistones que

produjera una presión constante durante el enrollado.

Aquí presentamos la máquina siendo la tela enrollada por fricción por un rodillo en

contacto con el rodillo motriz.

5.2.1 Ventajas:

- Mejora el montaje y desmontaje del rollo de tela.

- Simplifica la construcción de la máquina en cierto punto.

- Los pistones ayudan al desmontaje del rollo.

5.2.2 Desventajas:

- No asegura a disminuir la formación pliegues en rollo.

- Se forman pliegues en la tela antes de enrollar.

5.3 Maquina con un sistema contrapeso.

Aquí presentamos la máquina donde la tela se enrollada por fricción

por un rodillo en contacto con el rodillo motriz, además se lo agregó un sistema de

contra peso que regula la tensión en la tela.

5.3.1 Ventajas:

- El sistema de contra peso elimina la formación de pliegues, regulando la tensión

de la tela.

- Disminuye considerablemente la formación de pliegues en el rollo.

- Facilita el montaje y desmontaje del rollo.



5.3.2 Desentajas:

- Su estructura es más compleja que las anteriores.

- Estructura de peso relativamente mayor a las anteriores.

- Necesita de fuerzas externas para brindar la fuerza de contacto entre el rollo

motriz y el rollo enrollador.

ALTERNATIVA SELECCIONADA

Evaluando las consideraciones descritas anteriormente, se decidió condicionar

nuestro diseño en el marco de la presencia de un contrapeso regulable automáticamente

según al tensión requerida y acondicionar los elementos de máquinas para proporcionar

la fuerza de contacto requerida.

VI. DESARROLLO DEL PROYECTO.

6.1 Desarrollo de la solución:

Para su desarrollo dividió el proyecto en dos partes:

- Parte del contra peso (C.P.).

- Parte motriz (M)

6.1.1 PARTE CONTRA PESO:

A. Diseño de la máquina (esquemas y diagramas dimensionados, etc.)

B. Cálculo de fuerzas.

Calculo del peso para el contrapeso (tensión de regulación).

• Cálculos de los pesos necesarios de los rodillos.

6.1.2 PARTE MOTRIZ DE LA MÁQUINA:



A. Cálculo de tensión necesaria de la tela para el enrollamiento

B. Cálculo cinemático:

• Velocidad de entrada de la Tela (Valor fijo), V

Cálculo del peso de la tela enrollada.

C. Selección de los elementos de máquinas.

D. Diseño del Mecanismo de descarga

E. Selección del motor (asincrónico, motoreductor).

F. Diseño del circuito de potencia y control.

G. Cálculo de la cimentación para ambas partes.

CÁLCULOS DE LA MAQUINA ENROLLADORA



1. DATOS DE ENTRADA DEL PROCESO.

1.1. CARACTERISTICAS DE LA TELA

Material de la tela: polipropileno

e: espesor de la tela

v: velocidad de la tela a la salida de los telares

b: ancho de la tela a enrollar.

ρ: densidad de la tela de polipropileno

σ: limite elástico de la tela del polipropileno

e = 1,2 x 10-3 m

v = 0.063m/s

b = 0.9m

ρ =0.915g/cm3

σ =25.5kg/cm2

1.2. DIMENSIONES Y MATERIAL DEL RODILLO DE

ENRROLLAMIENTO.

Material: plástico

r: radio del rodillo de enrollamiento

l: longitud del rodillo de enrollamiento

r = 0,05 m

l =1.0m

1.3. DIMENSIONES DEL RODILLO MOTRIZ

rm: radio exterior del rodillo motriz

lm: longitud del rodillo motriz

rm=0.05m

lm= 1.0m

1.4. DIMENSIONES DEL ROLLO DE TELA

r0: radio inicial del rollo de tela

rf: radio final del rollo de tela

lr: longitud del rollo de tela

r0=0.05m

rf=0.3m

lr=0.9m



2. CALCULOS DEL ROLLO DE TELA

2.1. CALCULO DE LA LONGITUD DE TELA EN CADA ROLLO Y

NÚMERO DE VUELTAS DE TELA ENRROLLADA

S: longitud de tela enrollada

N: numero de vueltas de la tela en el rollo

2.2. ESPESOR DEL ROLLO DE TELA.

E: Espesor del rollo de tela

E= = = 0,25 m

2.3. TIEMPO DE ENRROLLADO DE LA TELA: ( )

: Tiempo de enrollado

2.4. CALCULO DEL PESO DEL ROLLO DE TELA

Pr: Peso del rollo de tela

g: aceleración d la gravedad (9.81)

V: volumen del rollo de tela

Reemplazando tenemos:

3. CALCULO DE LA VELOCIDAD ANGULAR DEL RODILLO MOTRIZ



3.1. VELOCIDAD ANGULAR DE RODILLO MOTRIZ

: velocidad angular del rodillo motriz

4. CÁLCULOS DEL CONTRAPESO

4.1. CÁLCULO DE LAS PESAS ADICIONALES DEL CONTRAPESO

Se agregaran pesas adicionales al rodillo móvil con la finalidad de aumentar la

tensión en la tela, esto debido a que no se puede calcular con precisión la tensión

requerida de la tela a la entrada del rodillo motriz. Con la finalidad de que el

aumento del peso se de manera variable a partir del peso mínimo proporcionado por

el rodillo móvil que es de 70 Kgf. Se han considerado 3 juegos de pesas, de las

cuales 4 pesas tienen 10Kgf y 2 son de 5Kgf. Estas pesas se colocan en los extremos

del eje del rodillo móvil. La tensión mínima en la tela es de 70Kgf y la máxima será

de 120Kgf esta tensión es el 45% de la tensión de fluencia del material.

Vamos a usar pesas de:

5Kgf de espesor de 20mm

10Kgf de espesor de 40mm



Ahora calcularemos los diámetros para 5Kg y 10Kg:

Para 5Kg (1):

Sabemos: y

: Densidad del acero

e1: espesor de la pesa de 5Kgf

: masa de la pesa

V1:volumen de la pesa

5Kgm

0.02mem

Kg7850ρ

1

1

3ac

Reemplazando y hallando el diámetro, obtenemos:

Para 10Kg:



Sabemos:

Reemplazando y hallando el diámetro, obtenemos:

4.2. CÁLCULO DE DIMENSIONES Y PESOS DE LOS EJES

CONSTITUYENTES.-

4.2.1. Rodillo superior (rodillos fijos).-

Peso del cilindro:

Ls: longitud del cilindro superior

Ds: diámetro exterior del cilindro



ds: diámetro interior del cilindro

Ls = 1000mm

Ds = 150mm

ds = 140mm

Vs: volumen del cilindro superior

Ps: peso del cilindro superior

Peso del eje:



Pes: peso del eje del rodillo superior

Peso de la tapa del rodillo:

Det: diámetro exterior de la tapa del rodillo superior

dit: diámetro interior de la tapa del rodillo superior

dat: diámetro de los agujeros de la tapa del rodillo superior

Vt: volumen de la tapa

Mt: masa de la tapa del rodillo superior

Pt: peso de la tapa del rodillo superior

Peso de la brida de soporte:

Vb: volumen de la brida

mb: masa de la brida

Mb: masa total de la brida

Pb: peso total de la brida



Luego:

Peso total del rodillo:

4.2.2. Rodillo inferior (rodillo móvil).-

Peso del cilindro:

Li: longitud del cilindro inferior

Di: diámetro exterior del cilindro inferior

di : diámetro interior del cilindro inferior

Vi: volumen del cilindro inferior

Mi: masa del cilindro inferior



Pi: peso del cilindro inferior

Li = 1000mm

Di= 220mm

di = 200mm

Peso del eje:

Mei: masa del eje del cilindro inferior

Pei: peso del eje del rodillo inferior



Peso de la tapa del rodillo:

Det1: diámetro exterior de la tapa del rodillo inferior

dit1: diámetro interior de la tapa del rodillo inferior

dat1: diámetro de los agujeros de la tapa del rodillo inferior

Vt1: volumen de la tapa

Mt1: masa de la tapa del rodillo inferior

Pt1: peso de tapa del rodillo inferior

Peso de los soportes de brida:



Del catalogo de SKF tenemos que los pesos para los soportes de brida

denominadas 722508DB es 2.3Kg

Psb: peso del soporte de brida

Peso total del rodillo:

Peso de los cubos (los que se deslizan en la horquilla):

Tenemos:

Donde:

Vc1: Volumen del sólido caracterizado por la parte superior, desprovista del

chaflanado.

Vc2: Volumen total del sólido resultante de unir los cuatro chaflanes.

Vc3: Volumen total, sin descontar el agujero central Pasante.

Luego:

Donde:

Vc4: es el volumen del agujero central que debemos descontar.

Reemplazando:



Peso total del contrapeso:

Sumando todos los pesos calculados anteriormente tenemos:

M = =72.5kg 70kg

Sumando los pesos adicionales de las pesas:

4.3. CÁLCULO DE LOS RODAMIENTOS.

4.3.1. CÁLCULO DE LOS RODAMIENTOS USADOS EN EL RODILLO

INFERIOR (RODILLO MÓVIL):

Para

Tenemos la ubicación de soporte de brida solidaria al cilindro móvil, esto

mediante la sujeción del soporte de brida a las tapas del cilindro mismo por

medio de tornillos.

De acuerdo al catálogo SKF, tenemos:

Soporte de brida 722508 DB, para eje pasante. Este soporte de brida usa un

rodamiento de bolas a rotula 1208EK y con manguito de fijación 208.

Luego del D.C.L. tenemos:



Donde:

W1: Peso del eje (suponiendo una carga concentrada).

W2: Pesos adicionales de las pesas.

R1: Reacción del rodamiento 1.

R2: Reacción del rodamiento 2.

Al notar que será la tela tensionada la que habrá de soportar el peso del rodillo,

entonces no será mas carga para el soporte que la de los cubos, el eje mismo y

las pesas que se le adicionara.

De acuerdo con el catálogo SKF, tenemos que para este tipo de soporte sólo son

admitidos determinados rodamientos en tamaños dados, así para nuestro caso,

podemos tomar el rodamiento de bolas a rótula con agujeros cónico y que son

diseñados para usar manguito de fijación.

Luego se tiene:

Comprobación del rodamiento:

Rodamiento: Rodamiento de bolas a rótula 1208EK.

Cálculo de carga dinámica:

Sea:



Tenemos:

Cálculo de la carga dinámica equivalente:

Tenemos:

Donde:

: Vida en millones de revoluciones.

: Número de revoluciones.

Ahora:

De la relación:

Reemplazamos valores:



Por lo tanto el rodamiento se adapta a nuestros requerimientos, ya que la

capacidad de carga dinámica para este tipo de rodamientos según el cata logo

SKF es 19900N. El sobre dimensionamiento que existe es debido al diámetro del

eje el cual se escogió debido a la longitud que este tiene y a la carga radial

pequeña que soporta.

4.3.2. CALCULO DE LOS RODAMIENTOS USADOS EN LOS

RODILLOS SUPERIORES:

Tenemos EL D.C.L.:

Donde:

W3: Peso debido a tensión de la tela y al peso del propio rodillo.

R3: Reacción en el rodamiento 1

R4: Reacción en el rodamiento 2

R3=R4

Sea:



En este caso usaremos:

Chumacera (soporte de pie SNH):

Designación: SNH 506TG (soporte con obturaciones de doble labio)

Tomamos el rodamiento: 1206 EK

Manguito de fijación: H 206

Anillo de fijación: 2 FRB 8/62

Otros componentes: TSNA 506 G

Comprobación del rodamiento:

Carga dinámica equivalente:

Capacidad de carga dinámica:

millones de revoluciones.

También sabemos:

Reemplazamos valores y hallamos “C”:



Por lo tanto el rodamiento seleccionado cumple con los requerimientos.

El sobredimensionamiento se da por la magnitud del eje, este eje tiene tal

diámetro por su longitud.

4.4. CÁLCULOS DE SOLDADURA EN EL CONTRAPESO

4.4.1. CÁLCULO DE SOLDADURAS EN TAPAS OBTURADORAS DE

EXTREMO DE RODILLO

Tapa de rodillo inferior de contrapeso.-

Tapas de rodillos superiores de contrapeso.-

El electrodo que se usara para unir ambas tapas es:

Electrodo CELLOCORD P (Clase AWS E6010) - OERLIKON



4.4.2. CÁLCULO DE SOLDADURA EN LOS NERVIOS DE APOYO DE

LA HORQUILLA.

Fuerza de compresión de cada nervio de apoyo (F).-

Este cálculo se hará suponiendo que todo el peso del rodillo móvil del

contrapeso estará soportado por los nervios que están ubicados en la parte

inferior de la horquilla, esto solo se dará en caso de que los pernos de la

horquilla fallen y que la tela se rompa y el rodillo se apoye por completo en los

nervios.

Tenemos:

Donde:

F: fuerza de compresión en cada nervio

Ph: peso de la hoquilla

Prodillo inf: peso del rodillo inferior

N

Momento flector en cada nervio (M)

Donde:

F: fuerza de compresión aplicada

L: brazo de momento



Cálculo de Soldadura Vertical en los nervios de apoyo.-

Datos de entrada:

- Tipo de soldadura: De filete

- Longitud del cateto del cordón de soldadura (h): 3mm

- Esfuerzo permisible en soldaduras de filete ( ): 0.4 Sy = 99.2 MPa

- Límite de fluencia del acero ASTM – 36 (Sy): 248 MPa

- Esfuerzo en el cordón ( )

Datos de salida:

- Electrodo a usar.

Esquema de la soldadura:



Cálculo del esfuerzo:

Sea:

Donde:

M= momento flector.

c = distancia del eje neutro del cordón a la fibra mas alejada.

I = momento de inercia del cordón.

Tenemos

M = 22.27 Nm

Reemplazando datos:

Reemplazando datos en la formula del esfuerzo tenemos:

Se seleccionará el electrodo E6010 cuyo .

4.4.3. CÁLCULO DE LA SOLDADURA HORIZONTAL EN LOS

NERVIOS DE APOYO



En esta posición no existen esfuerzos muy grandes por tanto no se necesitaran

mayores cálculos de soldadura ya que esta solo servirá solo para asegurar un poco

mas la horquilla a los nervios.

Se usara electrodo CELLOCORD P (Clase AWS E6010) - OERLIKON

4.4.4. CÁLCULO DE SOLDADURA EN LOS VÉRTICES SUPERIORES

DE LA ESTRUCTURA DEL CONTRAPESO

Datos de entrada:



- Esfuerzo permisible para soldaduras de filete ( ): 0.4 Sy = 99.2 MPa

- Límite de fluencia del acero ASTM – 36 (Sy):248 MPa

- Esfuerzo en el cordón ( ):

Datos de salida:

- Electrodo a usar.

Cálculo de fuerzas en el cordón de soldadura

Suponemos que la fuerza de tensión aplicada por la tela se reparte de manera

proporcional a ambos lados de la estructura del contrapeso.

Calculamos las fuerzas transmitidas por las chumaceras superiores a la viga C

que los soporta:

Diagrama de cuerpo libre del rodillo superior izquierdo.



Donde:

Por y tenemos:

Fx=30Kgf.

Fy= 30Kgf.

Diagrama de cuerpo libre de la chumacera superior izquierda:

Diagrama de cuerpo libre del rodillo superior derecho:

De las ecuaciones de equilibrio tenemos:

Rx=30cos37.5º=23.8Kgf

Ry=30+30*sen37.5º=48.3Kgf

Diagrama de cuerpo libre de la chumacera derecha.



Diagrama de cuerpo libre de la viga C soportes de las chumaceras

: tenemos:

Fy1=34.46Kgf

Fy2=43.83Kgf

Por ser uniones soldadas tenemos un sistema hiperestático por tanto las

reacciones en el eje x es indeterminado. No se hacen los cálculos

correspondientes a estos sistemas hiperestáticos ya que la magnitud de las

fuerzas que intervienen es muy pequeña y los efectos que tienen sobre la

estructura no son relevantes.

Calculo del esfuerzo cortante en el cordón

Sea:

Donde:



=esfuerzo cortante

V=fuerza cortante

A=área del cordón de soldadura

La fuerza cortante que se usara para el calculo de la soldadura será la

fuerza resultante en dirección horizontal mostrada en la figura anterior que es

igual a: 6.2Kgf., es decir tomaremos la máxima fuerza horizontal, suponiendo

que esta es soportada por un solo vértice.

Donde:

L= longitud del cordón de soldadura.

Reemplazando datos tenemos:

Se seleccionara el electrodo E6010 por ser el electrodo de menor resistencia y se

ajusta a los requerimientos.

4.4.5. CALCULO DE SOLDADURA EN LOS PIES DEL ANCLAJE

Datos de entrada:





- Esfuerzo cortante permisible ( ): 0.4 Sy = 99.2 MPa



Datos de salida:

- Electrodo a usar.

Cálculo del esfuerzo:

Sea:

T= tensión en la parte superior

M=momento flector

De la figura anterior tenemos:



Reemplazando:

Se seleccionará el electrodo E6010.



4.4.6. CALCULO DE SOLDADURA EN VIGA MEDIA DEL

CONTRAPESO

Datos de entrada:



- Esfuerzo cortante permisible ( ): 0.4 Sy = 99.2 MPa



Datos de salida:

- Electrodo a usar.

Diagrama de cuero libre de la viga media

Sea:

Reemplazando datos:



Se seleccionara el electrodo E6010

4.4.7. SOLDADURA EN LOS ARRIOSTRES DE LA VIGA SUPERIOR

DEL CONTRAPESO

La soldadura que se colocara en estos arriostres es solo para asegurar que estos

permanezcan fijos a la viga y no necesitan de mayores cálculos.

4.4.8. Soldadura entre el eje del rodillo móvil y el cubo deslizante.

Esta soldadura es para evitar posibles movimientos de rotación del eje ya que se

necesita que este sea fijo. Ya que aquí no hay muchos esfuerzos solo se colocaran

algunos puntos de soldadura como se muestra en el dibujo.



.

5. CALCULOS DE LA PARTE MOTRIZ

5.1. CÁLCULO DE POTENCIA DEL MOTOR

Para el cálculo de la potencia requerida en el eje motriz consideraremos la tensión de

la tela y la velocidad angular a la cual gira dicho eje. Se obtiene el siguiente resultado:

Peje= T*9.81*r*ω

Donde:

Peje: potencia requerida en el eje

T: tensión de la tela

ω: velocidad angular del eje motriz.

rm: radio exterior del rodillo motriz

Para el cálculo de la tensión T, tomamos como referencia el peso del rodillo de

contrapeso (70kgf) más los pesos adicionales (50kgf), entonces tenemos:

Reemplazando datos, tenemos:



5.1.1. SELECCIÓN DEL MOTOR

Como se puede observar la potencia obtenida del cálculo anterior es pequeña;

considerando las pérdidas de potencia en la transmisión y además que la masa que

tiene que arrastrar el eje motriz va aumentando durante el enrollado. Para la

selección del motor tomamos una potencia superior a la calculada anteriormente,

esta potencia será de 3/4 HP.

El motor tiene las siguientes especificaciones:

Tipo de motor: motor eléctrico de inducción de potencia fraccionaria.

Alimentación: Corriente alterna CA trifásica con una tensión de 460 voltios.

Frecuencia (f): 60Hz.

Velocidad rotacional del eje del motor: 1750rpm.

Velocidad rotacional en el eje del reductor: 35rpm.

Relación de transmisión del reductor: 50:1

Procedencia: Lesson Electrical motor, General motors and drives ( Catálogo W

GZ40153110047)

5.1.2. DIGRAMAS DE LOS CIRCUITOS DE POTENCIA Y DE CONTROL

DEL MOTOR

Los diagramas de de potencia y de control se muestran a continuación.



5.2. CÁLCULOS DE LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN DE LA CADENA

La velocidad de rotación a la salida del motoreductor es de 35 rpm. Para esta

velocidad de rotación calcularemos la cadena a usar, este cálculo se hará según el

método explicado en el libro de diseño mecánico de Shigley.

Datos:

Hnon: potencia nominal.

n1: velocidad angular a la salida del motoreductor

n2: velocidad angular del eje motriz

N1: numero de dientes de la catalina motriz



Debido a las bajas velocidades de rotación y limitaciones de espacio se toma un número

de dientes de la catalina motriz de 11 dientes, esto según las recomendaciones del texto

de Shigley (Pág: 1092)

Calculo del numero dientes de la polea conducida

Calculo de la cadena

Factor de servicio (tabla 17-15 de Shigley)

Factor de diseño

Factor de corrección de dientes

: Factor de hilos múltiples

C: distancia entere centros

Potencia admisible

Potencia tabulada

Potencia de diseño

Longitud de la cadena

: Paso de la cadena

Ancho de la cadena

D: diámetro de paso de la catalina

Diámetro de paso de la catalina motriz

: Diámetro de paso de la catalina conducida

1.2

1.5

0.62

= se elegirá el que convenga

C= 675.35 mm



Se tiene que cumplir que:


Interpolando la tabla 17-21 de Shigley para hallar las potencias tabuladas

correspondientes a la velocidad angular de la catalina a 35 rpm.

Tabla Nº1

velocidad de la

catalina

Numero ANSI de cadena

25 35 40 41 50 60 80 100 120 140 160 180 24035 0,04 0,12 0,27 0,15 0,53 0,92 2,13 4,09 7 10,65 15,44 21,37 45,850 0,05 0,16 0,37 0,2 0,72 1,24 2,88 5,55 9,33 14,4 20,9 28,9 61,8

100 0,09 0,29 0,69 0,38 1,34 2,31 5,38 10,3 17,4 26,9 39,1 54 115

Tabla Nº2

numero de hilos

K2 2,177/K2

Numero de

cadena1 1 2,18 1002 1,7 1,28 803 2,5 0,87 604 3,3 0,66 60

De las tablas 1 y 2 seleccionamos:

Cadena Nº 60 de 3 hilos ( )

Las características de esta cadena son (Según tabla 17-20 de Shigley)

Calculo de los diámetros de las catalinas



Catalina motriz.

Catalina conducida.

Calculo de la longitud de cadena


Por lo tanto usaremos una cadena de 94 pasos y una longitud de

5.3. ANÁLISIS DE LAS FUERZAS DE CONTACTO ENTRE EL ROLLO DE

TELA Y EL RODILLO MOTRIZ

5.3.1. CALCULO DE LAS DIMENCIONES DEL BRASO SOPORTE DEL

ROLLO DE TELA

Las dimensiones lo calculamos de la geometría del siguiente diagrama:



Del diagrama se observa que es:

Hallamos de la siguiente relación:

De las ecuaciones anteriores se demuestra que conociendo la longitud del brazo se

puede determinar los ángulos al inicio cuando el eje enrollador esta vacío y cuando

el eje esta totalmente lleno.

Reemplazando datos en las ecuaciones anteriores tenemos:

5.3.2. CALCULO DE LOS PESOS DE LOS COMPONENTES DE LA

PARTE MOTRIZ DE LA MAQUINA.

Peso del eje de plástico.



Hallamos el volumen del eje de plástico:

Donde:

: Diámetro exterior del eje de plástico.

: Diámetro interior del eje de plástico.

: Longitud del tubo de plástico

Reemplazando datos:

Ahora para el peso del eje plástico:

Peso de los ejes ranurados ( ):

: Área mayor.

: Área menor.

: Longitud de la parte ranurada.

: Longitud de la parte no ranurada.

: Volumen del eje ranurado.

Entonces el volumen del eje ranurado es:



Ahora el peso del eje ranurado será:


Peso del rollo de tela ( ):

De los cálculos anteriores tenemos:

Peso del brazo ( ):

: Volumen del brazo.

Reemplazando datos:

5.3.3. FUERZA DE CONTACTO AL INICIO DEL ENROLLADO

Diagrama de cuerpo libre del brazo sin el cilindro neumático (Al inicio

del enrollado)



Calculo de la fuerza de contacto al inicio del enrollado

La fuerza de contacto necesaria al inicio del enrollado debe ser la suficiente para

garantizar que el rodillo motriz arrastre la tela.

Conociendo que el coeficiente de fricción entre la tela y el caucho es de 0.6 y

que la tensión máxima en la tela es de 590 N hallamos la fuerza de contacto al

inicio.

: Fuerza de rozamiento.

c: Fuerza normal necesaria.

Asumimos una fuerza de rozamiento algo mayor a la tensión de la tela:

Fuerza que debe proporcionar el mecanismo neumático

Fuerza de contacto sin mecanismo neumático ( )



Reemplazando datos:

Fuerza de contacto con mecanismo neumático ( ):

Fuerza de contacto proporcionada por el mecanismo neumático ( ): esta es la

fuerza de contacto mínima que debe proporcionar el mecanismo neumático al

inicio de la operación de enrollado.

5.3.4. CÁLCULO DE LA FUERZA PROPORCIONADA POR EL

VÁSTAGO DEL SISTEMA NEUMÁTICO

A continuación se muestra un diagrama de los ángulos del vástago del sistema

neumático en diferentes estados durante el proceso.

Hallamos los ángulos

Del grafico anterior tenemos:



Fuerza mínima al inicio de la operación de enrollado:

A continuación se muestra el diagrama de cuerpo libre al inicio de la operación

de enrollado de la tela, en esta circunstancia no hay peso por parte da la tela, y

la fuerza da contacto necesaria lo da el mecanismo neumático.

La fuerza mínima que debe proporcionar este sistema neumático al inicio de la

operación es:

El diagrama de cuero libre mostrado en la figura es para un brazo, como se van a

usar 2 cilindros neumáticos (uno en cada brazo) la fuerza total de contacto que

se necesita a se aplicara de forma igual en cada uno de ellos (la mitad en cada

brazo).


Despejando la ecuación anterior tenemos:



Cálculo de la fuerza necesaria aplicada por el vástago en la operario de

descarga

A continuación se muestra el diagrama de cuerpo libre del brazo con el eje de

enrollamiento completamente lleno (antes del levantamiento para la descarga).

De igual manera que en el caso anterior, el peso total se dividirá en los dos

brazos y cada cilindro neumático solo levantara la mitad del peso total.


Despejando tenemos:



De los cálculos anteriores vemos que el sistema neumático debe promocionar las

fuerzas de:

500N al inicio de la operación de enrollado y

757N al final, para la operación de descarga.

Por lo tanto elegimos la mayor fuerza para toda la operación, además esta fuerza

nos va a servir para el cálculo de la presión que debe tener el aire de la línea de

aire comprimido.

La fuerza seleccionada es: 757N

5.4. CALCULO DE LA PRESION DE AIRE EN EL INTERIOR DE

CILINDRO NEUMÁTICO

Esta presión se determinara en función de la fuerza seleccionada:

Por lo tanto:

Sabemos que:

Donde:

ds: es el diámetro del cilindro neumático.


5.5. DETERMINACIÓN DEL CILINDRO NEUMÁTICO

Sistema Neumático:



Fuerza requerida por cilindro neumático: 20kgf

Tenemos:

… (1)

Donde:

P= presión de trabajo (atm) A= área sometida a presión (cm2)

Luego, asumiendo un diámetro de vástago: 40mm

Tenemos:

Área del cilindro =

Tenemos una presión en línea de 6atm.

Luego en (1):

De acuerdo al manual de neumática básica MICRO, tenemos que para cilindro con diámetro 40mm, y a una presión de 6atm, la carrera máxima permitida para evitar pandeo en el vástago es mayor de 830mm, luego para nuestra utilización tomamos una longitud de: 420mm

En el presente proyecto se hizo uso del cilindro neumático marca Micro modelo SP-10 doble efecto vástago simple, el cual trabajo a una presión de 6atm, siguiendo un circuito en el cual se pueden apreciar dos fines de carrera, para lograr en primera instancia la ausencia de presión en el cilindro una vez alcanzada una determinada cantidad de material que permita a la propia tela lograr la presión precisa para su correcto enrollamiento, además de un segundo final de carrera que determine el retorno del pistón a su posición extendida, que viene a ser la posición inicial de trabajo del sistema enrollador.El cilindro seleccionado permite solicitar vástagos hasta de 2 metros de longitud, por lo que el valor seleccionado se encuentra en el rango disponible.

5.6. CIRCUITO NEUMÁTICO



BIBLIOGRAFÍA



1. Shigley,”DISEÑO EN IGENIERIA MECANICA”, Editorial

McGRAW HILL, Sexta Edición.

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3. Feodosiev “RESISTENCIA DE MATERIALES”, Editorial

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4. Oerlikon, “MANUAL DE DE SOLDADURA”.

5. Leeson, “CATALOGO DE MOTORES Y

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6. Ingeniería Termodinámica, MANUAL DE CILINDROS

NEUMATICOS “MICRO”


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