Paletizador automático de pletinas

2019 Enrique Javier Alcaide Luque ETSI US 26-6-2019 PALETIZADOR AUTOMÁTICO DE PLETINAS 1 ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 6 1.1 Máquina suministradora de pletinas. Banco de estiraje. ............................................................... 6 1.2 Datos de pletinas. ........................................................................................................................... 7 1.3 Cadencia de pletinas ...................................................................................................................... 9 1.4 Dimensiones Pallet. ........................................................................................................................ 9 2 Posibles diseños y restricciones. ................................................................................................. 10 2.1 Restricciones de diseño ................................................................................................................ 10 2.1.1 Continuidad ........................................................................................................................ 10 2.1.2 Cambios de formato de pletinas. ....................................................................................... 11 2.1.3 Funcionamiento en modo manual. .................................................................................... 11 2.2 Diseños ......................................................................................................................................... 12 2.2.1 Diseño conceptual de la máquina. ..................................................................................... 12 2.2.2 Zona de recepción de pletinas. ........................................................................................... 14 2.2.2.1 Zona recepción de pletinas ....................................................................................... 15 2.2.2.2 Traccionar y detener la pletina ................................................................................. 17 2.2.2.3 Referenciar las pletinas. ............................................................................................ 17 2.2.3 Pick and Place ..................................................................................................................... 18 2.2.3.1 Pick and Place, manipulación de pletinas. ................................................................ 19 2.2.3.2 Pick and Place. Movimiento Vertical. ........................................................................ 21 2.2.3.3 Pick and Place. Movimiento Horizontal. ................................................................... 24 2.2.4 Zona de colocación de pletinas. ......................................................................................... 24 2.3 Diseño conceptual y descriptivo del modelo elegido .................................................................... 25 3 DISEÑO ....................................................................................................................................... 27 3.1 Dimensiones generales de la zona de instalación. ....................................................................... 27 3.2 Zona de recepción de pletinas. ..................................................................................................... 29 3.2.1 Estructura y rodillos ........................................................................................................... 30 3.2.2 Rodillos de centrado de pletinas ........................................................................................ 33 3.3 Manipulación de pletinas. Pinzas y dedos. ................................................................................... 34 3.3.1 Carrera necesaria Pinzas. .................................................................................................... 36 3.3.2 Capacidad de carga mínima de las pinzas .......................................................................... 38 2 3.3.3 Geometría dedos. ............................................................................................................... 38 3.3.4 Elección de pinzas ............................................................................................................... 39 3.3.5 Estudio de resistencia de los dedos .................................................................................... 43 3.4 Movimiento Vertical. .................................................................................................................... 58 4 RESUMEN Y OTROS ELEMENTOS ................................................................................................. 65 5 CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 67 6 ESTADO ACTUAL DE LA MÁQUINA .............................................................................................. 68 6.1 POSIBLES MEJORAS ...................................................................................................................... 68 3 ÍNDICE FIGURAS Fig. 1.1 Bobinas con pletina continua enrollada.. ..................................................... 6 Fig. 1.2 Pletinas colocadas en palet. ......................................................................... 7 Fig. 1.3 Pletinas más desfavorables ............................................................................ 8 Fig. 1.4 Tabla con las distintas longitudes de pletina ................................................ 9 Fig. 1.5 Palet en el que paletizan y mesa donde actualmente lo hacen de forma manual............................................................................................................................. 9 Fig. 1.6 Dimensiones Palet más desfavorable .......................................................... 10 Fig. 2.1 Croquis del perfil de la máquina .................................................................. 13 Fig. 2.2 Recepción manual de pletinas .................................................................... 14 Fig. 2.3 Transportador de rodillos de gravedad...................................................... 16 Fig. 2.4 Ventosas manipulando pieza de la industria de la automoción. .......... 20 Fig. 2.5 Imagen de una pinza neumática que manipula pistones ...................... 21 Fig. 2.6 Actuador neumático, eléctrico y servomotor. ........................................... 22 Fig. 2.7 Perfil real de la máquina diseñada .............................................................. 25 Fig. 3.1 Zona donde se instalará la máquina ........................................................... 28 Fig. 3.2 Cotas de la zona a instalar la máquina ..................................................... 29 Fig. 3.3 Mesa de recepción de pletinas. ................................................................. 30 Fig. 3.4 Perfil modular Fasten 45x45 .......................................................................... 31 Fig. 3.5 Algunos elementos para perfiles modulares .............................................. 31 Fig. 3.6 Alzado mesa de recepción con rodillos .................................................... 32 Fig. 3.7 Vista de perfil de mesa de rodillos ............................................................... 32 Fig. 3.8 Rodillos montados en la mesa de recepción ............................................ 33 Fig. 3.9 Detalle sistema centrado pletinas ................................................................ 34 Fig. 3.10 Sistema de giro para el sistema de guiado .............................................. 34 Fig. 3.11 Tipos de pinzas neumáticas SMC. ............................................................. 35 Fig. 3.12 Pletinas más desfavorables ......................................................................... 36 Fig. 3.13 Posición mínima de los dedos con la pinza abierta. .............................. 36 Fig. 3.14 Medida mínima de los dedos con las pinzas cerradas ........................... 37 Fig. 3.15 Croquis dedos abiertos y cerrados ............................................................ 37 Fig. 3.16 Diseño aproximado dedos con apoyo inferior ........................................ 39 Fig. 3.17 Tipos de pinzas paralelas ............................................................................ 39 Fig. 3.18 Modelo de pinza elegido ........................................................................... 40 4 Fig. 3.19 Modelo concreto que cumple con la carrera necesaria, MHL2-25 D1Z ........................................................................................................................................ 40 Fig. 3.20 Sistema de pinzas que manipularán las pletinas .................................... 41 Fig. 3.21 Detalles de las pinzas con los dedos ........................................................ 42 Fig. 3.22 Distribución dedos, rodillos y centrado ..................................................... 42 Fig. 3.23 Vista más detalle de la distribución de los dedos................................... 42 Fig. 3.24 Acciones sobre los dedos ........................................................................... 43 Fig. 3.25 Fuerza de amarre efectiva ......................................................................... 43 Fig. 3.26 Fuerza de amarre en función de la distancia al punto ......................... 44 Fig. 3.27 Distancia R al punto de amarre, suponiendo la distancia de la imagen. ........................................................................................................................................ 44 Fig. 3.28 Fuerza de amarre para nuestro caso, 40 N ............................................. 45 Fig. 3.29 Pareja de pinzas con perfiles y dedos ....................................................... 45 Fig. 3.30 Imagen CAD del dedo a estudiar .............................................................. 46 Fig. 3.31 Condiciones de contorno de los Dedos que manipulan las pletinas ... 47 Fig. 3.32 Dedo con hipótesis de carga .................................................................... 47 Fig. 3.33 Tabla con las características mecánicas del Aluminio a considerar ... 48 Fig. 3.34 Análisis de tensiones en dedo. Valor de la tensión de Von Mises. ........ 48 Fig. 3.35 Análisis de Tensiones. Escala de tensiones hasta 1,5 MPa ..................... 49 Fig. 3.36 Desplazamientos en el dedo debido a la pletina .................................. 50 Fig. 3.37 Factor de seguridad de tensiones ............................................................ 51 Fig. 3.38 Tensión principal máxima en la pieza ........................................................ 52 Fig. 3.39 Tensión principal máxima, escala 0-1 MPa ............................................... 52 Fig. 3.40 Tabla características mecánicas a fatiga. Fuente:www.efatigue.com ........................................................................................................................................ 53 Fig. 3.41 Gráfica S-N. Web: www.efatigue.com ..................................................... 53 Fig. 3.42 Tabla factor multiplicativo límite a fatiga por acabado superficial. .... 55 Fig. 3.43 Tabla de perfiles estructurales, Area A0.95 ............................................... 56 Fig. 3.44 Tabla factor de confiabilidad. .................................................................... 57 Fig. 3.45 Dimensiones de Dedo de Manipulación de Pletinas ............................. 58 Fig. 3.46 Pinzas con dedos en la máquina acabada ............................................ 58 Fig. 3.47 Detalle tolerancia coger pletina. ............................................................... 59 5 Fig. 3.48 Altura aproximada a la que pararía el Pick and Place para soltar pletina. ........................................................................................................................... 59 Fig. 3.49 Movimiento vertical del Pick and Place. .................................................. 60 Fig. 3.50 Pistón individual movimiento vertical ........................................................ 60 Fig. 3.51 Elementos que sopesará el pistón neumático ......................................... 61 Fig. 3.52 Tabla con el peso propio de los elementos a sopesar por el pistón ..... 61 Fig. 3.53 Tabla de rodamientos lineales modelo SC de la firma Eurobearing .... 62 Fig. 3.54 Cargas a tener en cuenta para el dimensionado del pistón neumático ........................................................................................................................................ 63 Fig. 3.55 Pistón neumático para movimiento vertical CP95NDB63-400 ............... 64 Fig. 4.1 Estructura metálica máquina ........................................................................ 65 Fig. 4.2 Detalle de transmisión horizontal .................................................................. 66 Fig. 4.3 Zona de colocación de pletinas .................................................................. 66 Fig. 6.1 Fotografía actual de la máquina ................................................................ 68 Fig. 6.2 Detalle de ejes redondos y pistón empotrados en la placa de aluminio. ........................................................................................................................................ 69 Fig. 6.3 Reparación vástago pistón ........................................................................... 69 Fig. 6.4 Junta flotante .................................................................................................. 70 6 1 INTRODUCCIÓN En este Trabajo Fin de Máster se recoge el estudio del diseño mecánico de una máquina para el paletizado automático de pletinas de cobre. Esta máquina se situará en el final de línea de un banco de estiraje y será la encargada de coger las pletinas que salen del banco para paletizarlas de forma ordenada. Se parten de unos datos iniciales proporcionados por la empresa a los que tendremos que atender en todo momento para elegir y diseñar los componentes mecánicos a instalar. 1.1 Máquina suministradora de pletinas. Banco de estiraje. La máquina que alimentaría al paletizador de pletinas es un banco de estiraje de accionamiento hidráulico. Ésta máquina se alimenta de bobinas de cobre que tendrán las dimensiones adecuadas según el producto final que se necesite. Fig. 1.1 Bobinas con pletina continua enrollada.. El banco de estiraje funciona mediante dos mordazas hidráulicas de grandes dimensiones que agarran con gran fuerza la pletina y van desenrollándola de la bobina. 7 Entre la bobina y las mordazas hidráulicas se encuentran una serie de matrices que serán las que darán la forma final a la sección de la pletina. La pletina cuando está enrollada en la bobina tiene una sección ligeramente mayor a la matriz por las que pasa en el banco de estiraje, con esto se dan las dimensiones finales a la sección. Además, en el proceso en el cual estamos tirando con las mordazas hidráulicas de las pletinas se produce un endurecimiento importante de la pletina dándole además de una tolerancia dimensional precisa un endurecimiento importante de forma que la pletina quede totalmente recta y plana en barras de distinta longitud. Fig. 1.2 Pletinas colocadas en palet. 1.2 Datos de pletinas. Se realizará el diseño para distintas dimensiones de pletinas. El banco de estiraje funciona con distintos formatos, tanto en sección como en longitud. Se muestran a continuación la tipología de pletinas con las que contamos. - Tipología de sección. Tenemos 3 secciones: arista viva, matada (ligeramente redondeada) y semicircular. 8 - Dimensiones de secciones. El paletizador debe estar diseñado para que pueda trabajar con secciones muy variadas, con un ancho de pletina que puede ir desde los 12 hasta los 80 mm y un espesor de 2 a 12 mm. Para el diseño se cogerán las dimensiones más desfavorables, en el caso de poder manipular bien estas secciones aseguramos la manipulación de todas las secciones intermedias. Se cogerá la pletina más pequeña, la más grande y la más desfavorable en cuanto a lo que el canto se refiere (el redondeo máximo). Fig. 1.3 Pletinas más desfavorables - Longitudes de barras: En el banco de estiraje se cortan barras de 16 largos distintos y la máquina debe estar preparada para en cualquier momento trabajar con cualquiera de estas longitudes. Nº Longitud (mm) Nº Longitud (mm) 1 2500 9 4200 2 3000 10 4500 15 En la mesa de recepción de pletina tenemos que hacer distintas operaciones 1- Elegir la tipología de mesa de recepción a montar. 2- Traccionar y detener la pletina para controlarla en la máquina en todo momento. 3- Colocar las pletinas siempre en la misma posición A continuación mostraremos las principales opciones que se plantean, como primera opción plantearemos una mesa similar a la que actualmente tenemos con una base de acero inoxidable, y como segunda opción una mesa dotada de rodillos en la parte superior. 2.2.2.1 Zona recepción de pletinas Se estudiarán dos opciones, una mesa con una base en acero inoxidable y una mesa con rodillos en su parte superior - Mesa con base en Acero Inoxidable. Se ha planteado como opción porque en la fábrica usan mucho este material para desplazar el cobre sobre él. A lo largo de todo el banco de estiraje tenemos muchas zonas donde el material se desplaza en rozamiento directo contra este material. A continuación mostramos las ventajas y desventajas de usar esta solución. Ventajas: 1- Rigidez y continuidad el apoyo. 2- Durabilidad del material, el desgaste y el posible deterioro con el tiempo es prácticamente nulo Desventajas: 1- Menores opciones a la hora de configurar, añadir o quitar elementos ajenos a la propia mesa que haya que insertar. 16 - Zona recepción, mesa con rodillos de deslizamiento libres. Los transportadores de rodillos son algo muy utilizado en toda la industria en general y por supuesto, para el caso que nos ocupa, es una opción muy a tener en cuenta. A continuación mostramos las ventajas y desventajas. Fig. 2.3 Transportador de rodillos de gravedad Ventajas: 1- Poco rozamiento. En los transportadores de rodillos libres sin motorizar, como sería el caso, el material se desplaza sin oposición apenas por el plano tangente superior a éstos sin movimiento relativo entre el rodillo y la pletina ya que el movimiento se crea por el giro de los rodillos respecto a un eje equipado con rodamientos. 2- Versatilidad. Tenemos espacio libre entre rodillo y rodillo en el que podemos actuar sobre la pletina de distintas maneras. Desventajas: 1- Durabilidad. La durabilidad de los rodillos con el tiempo es limitada, hay que tener algunos de repuesto para poder sustituirlos por el deterioro que puedan sufrir. No obstante, la vida útil de los rodillos es elevada. 2- Precio elevado. Comparado con otras opciones puede ser algo más caro, aunque para nada su precio es prohibitivo. 17 SISTEMA ELEGIDO Una vez sopesado los pros y contras de ambas opciones damos por concluido que el sistema elegido para la recepción de pletinas va a ser un transportador de rodillos de gravedad (no motorizados). Las principales razones por las que se va a usar este sistema son las ventajas de este sistema que enumeramos en el párrafo anterior. 1- Con un sistema de rodillos la pletina no tiene movimiento relativo entre ella y el punto de contacto con los rodillos, esto es, la resistencia al movimiento es la resistencia a girar de los rodillos. La oposición al movimiento sobre la mesa se reduce a la resistencia de los rodamientos en los que están montados los rodillos, que es prácticamente nula. 2- Entre rodillos tenemos espacio para montar actuadores neumáticos o los elementos necesarios para referenciar las pletinas, manipular la pletina, poner topes, etc. 2.2.2.2 Traccionar y detener la pletina Para traccionar y detener la pletina tenemos claro el sistema a utilizar, un rodillo motorizado y un contra-rodillo en la parte superior que aprisiona la pletina contra el rodillo motorizado y la acelera como a nosotros nos interese. Para frenarla basta con detener el motor y detendremos la pletina. 2.2.2.3 Referenciar las pletinas. Para referenciar las pletinas se ha pensado en dos sistemas como posibles soluciones. Referenciar contra un lateral las pletinas mediante actuadores neumáticos con topes móviles o montar un sistema de rodillos verticales de autocentrado de pletinas. Para esta cuestión también se ha adoptado de forma clara el sistema de autocentrado de rodillos verticales, la razón por la que esto se ha realizado así es porque de cualquier modo, aunque referenciemos 18 con actuadores neumáticos siempre vamos a tener que montar una referencia vertical con rodillos sea cual sea el sistema de referencia final, con lo cual, ya instalamos unos rodillos preparados para centrar de una vez las pletinas. 2.2.3 Pick and Place Pick and place es como se denomina en la industria de la automatización al proceso de “recoger y colocar” como su propia traducción indica. En nuestro caso tenemos que coger la pletina de una zona de recepción y colocarla en un palet. A continuación tenemos el ejemplo de un Pick and place con todos sus movimientos neumáticos. En nuestro caso tenemos que hacer igual, un pick and place para recoger nuestra pletina, no obstante tendremos que estudiar de forma separada cada uno de los movimientos ya que según las necesidades que tengamos tendremos que utilizar un sistema u otro. Mov. Vertical Mov. Horizontal Pinzas para la manipulación 19 2.2.3.1 Pick and Place, manipulación de pletinas. Para la manipulación de pletina se ha propuesto dos opciones de diseño, la manipulación con pinzas por una parte y la manipulación por ventosas por otra. - Manipulación por ventosas. A continuación se muestran las ventajas y desventajas de la manipulación por ventosas Ventajas: 1- Fácil de ejecutar. 2- Elementos muy económicos. 3- Tamaño reducido por lo que en general facilita mucho el diseño. Desventajas: 1- Se necesita un acabado superficial del material a manipular bastante bueno para trabajar y realizar la succión, no solo en planitud y dimensiones en general, si no en limpieza. Hay ventosas para todo tipo de superficie, pero para asegurar una buena fuerza de sujeción y tener una posición controlada las ventosas necesitan un buen acabado siempre. 2- Necesita más mantenimiento, siempre se debe tener ventosas de repuesto por el deterioro que sufren, además son muy sensibles a la suciedad. 3- La dimensión de la ventosa debe ir acorde al perfil, si elegimos una ventosa muy grande es posible que no podamos coger la pletina de menor dimensión y si cogemos una más pequeña es posible que no pueda con el peso propio ni las inercias de las pletinas de mayor tamaño. 20 Fig. 2.4 Ventosas manipulando pieza de la industria de la automoción. - Manipulación por pinzas. Las ventajas y desventajas de la manipulación por pinzas son las siguientes: Ventajas: 1- Fiabilidad del sistema en caso de fallo del manipulador, si tenemos sujeta una pletina por la parte inferior de ésta y el paletizador se para no soltaría la barra y la dejaría sujeta en las pinzas. 2- Sistema versátil que puede manipular gran rango de tamaños. 3- Durabilidad y estabilidad en el tiempo. Desventajas: 1- Sistema mucho más caro. 2- Diseño mecánico mucho más complejo, hay que tener en cuenta muchos más factores a la hora de elegir un sistema de pinzas adecuado. La pinza realiza una fuerza sobre las pletinas, tiene un tamaño mucho más grande, etc. 21 Fig. 2.5 Imagen de una pinza neumática que manipula pistones SISTEMA ELEGIDO Una vez estudiado los dos sistemas, nada más que por el hecho de que tenemos gran variedad de pletinas y cambiamos de formato de una forma bastante habitual nos vemos en la obligación de desechar el sistema de ventosas. Este sistema, aun siendo más económico, sería inviable para la empresa por el coste temporal que implicaría cambiar de formato. 2.2.3.2 Pick and Place. Movimiento Vertical. Para el movimiento vertical tenemos en la industria muchas soluciones posibles a adoptar, para simplificar se estudiarán tres posibilidades de diseño: movimiento mediante actuadores neumáticos, mediante actuadores eléctricos lineales y mediante un servomotor con su transmisión. Por supuesto que independientemente del modelo de transmisión de potencia a elegir, el sistema debe ir bien guiado. Obviaremos el sistema de guiado porque independientemente del modelo de transmisión de potencia a montar el guiado será el mismo. Debemos tener presente que en el movimiento vertical estamos levantando una pletina de, en algunos casos, 6 metros de longitud, con lo cual tampoco montaremos un sistema de transmisión de potencia único, si no que 22 montaremos varios elementos en línea que una vez sincronizados elevarán o bajarán la pletina. En el movimiento vertical, a diferencia del movimiento horizontal, la cota a la que debemos pararnos siempre depende de la distancia a la que queremos soltar o recoger la pletina, con lo cual cuando nos aproximamos a la superficie de recoger o soltar las pletinas podemos parar con algún sensor que nos proporcione una señal digital que nos indique parar. Esta es la causa por la que estudiamos hacer el movimiento neumático o accionado por un motor eléctrico. Fig. 2.6 Actuador neumático, eléctrico y servomotor. - Movimiento mediante actuadores neumáticos. Las ventajas y desventajas de este modelo de accionamiento son las siguientes: Ventajas: 1- Sistema muy económico en comparación con las otras opciones. 2- Asume irregularidades en el movimiento. Mecánicamente no es un ajuste muy preciso ya que al ser actuado neumáticamente la propia compresibilidad del aire le hace asumir dichas irregularidades evitando fallos mecánicos. 3- Los elementos de hardware para su control a nivel de electrónica son muy simples. Para su activación solo se necesita una salida digital del autómata, que por norma general es algo que cualquier máquina automatizada tiene y en cantidad siempre sobredimensionada. 23 4- A nivel de programación también es muy simple. Basta con activar una salida digital que activará una válvula encargada de decir al pistón “sube o baja”. 5- Mantenimiento más fácil, realizable por cualquier persona con unos conocimientos bastante simples sobre el tema. Desventajas: 1- Sistema menos rígido en su movimiento al sincronizar varios elementos. 2- Menos control de la posición vertical. Mecánicamente podemos parar en una posición concreta con cierta tolerancia, pero no se puede controlar la posición en todo momento. 3- Menor control del movimiento en sí. - Movimiento servomotores o actuadores eléctricos. Se van a agrupar los dos casos, actuadores eléctricos o servos, porque independientemente de utilizar un sistema u otro las ventajas y desventajas de usar un sistema u otro son las mismas o muy parecidas. Las ventajas y desventajas son las siguientes: Ventajas: 1- Control preciso de la posición en todo momento. 2- Control preciso del movimiento en lo que a velocidades y aceleraciones se refiere. 3- Facilidad de sincronización entre dispositivos. La sincronización es eléctrica y electrónica. Desventajas: 1- Para la realización del control eléctrico y electrónico necesitamos de elementos ajenos al propio actuador. Son elementos caros. 2- A nivel de programación es mucho más complicado controlar estos movimientos. 3- A nivel de mantenimiento se necesita de personas muy cualificadas para realizar cualquier ajuste o cambio. 24 SISTEMA ELEGIDO Para el sistema de movimiento vertical nos hemos decantado al final por un movimiento accionado por pistones neumáticos que serán los encargados de levantar y bajar la pletina. Se ha elegido este movimiento debido a que tenemos cierto margen de tolerancia para recoger y soltar pletinas. Siempre recogemos del mismo lugar las pletinas y a la hora de soltarlas siempre soltamos a la misma altura con lo que con un sistema donde tengamos un sensor de proximidad simple nos bastaría para soltar y recoger con la precisión que necesitamos. Además, debido a la variabilidad de la madera que conforma el palet la altura no siempre será la misma, con lo que es mejor medir la parada respecto esa superficie que de otro modo. El montar el movimiento neumático nos va a permitir más tolerancia a la hora de soltar las pletinas. 2.2.3.3 Pick and Place. Movimiento Horizontal. En este movimiento de las pletinas no se va a comparar ningún sistema diferente entre sí ya que son los mismos que en el caso anterior. En este caso está claro el sistema a utilizar, en el funcionamiento normal de la máquina las pletinas una vez manipuladas se deben llevar a una cota horizontal precisa y conocida, con esto ya vaticinamos que la transmisión debe realizarse mediante un sistema de transmisión adecuado y un servomotor que será el encargado de mover horizontalmente la estructura que sopesará la pletina. 2.2.4 Zona de colocación de pletinas. La zona de colocación de pletinas debe ser una zona en la que colocar y referenciar el palet de forma estable, de tal forma que cuando esté 31 El perfil en concreto que se va a utilizar para la estructura es un perfil con la siguiente sección: Fig. 3.4 Perfil modular Fasten 45x45 Como se aprecia en la imagen el perfil cuenta con unas ranuras longitudinales, estas ranuras son especialmente útiles no solo para montar la estructura en sí, si no para unir a ella todos los elementos necesarios, como posteriormente veremos. En el catálogo existen numerosos elementos especiales para trabajar con estos perfiles como tuercas, tornillos, escuadras, bisagra, etc. Fig. 3.5 Algunos elementos para perfiles modulares Tuercas para la ranura Escuadras de unión para la ranura 32 Las dimensiones de la estructura de la mesa son las siguientes, en ella se podrán manipular pletinas de 6000 mm como máximo: Fig. 3.6 Alzado mesa de recepción con rodillos El perfil de la mesa de rodillos es el siguiente: Fig. 3.7 Vista de perfil de mesa de rodillos El ancho de la mesa de rodillos es de 445 mm y el rodillo elegido es 344 mm, un ancho suficiente para albergar en ella los elementos necesarios para centrar la pletina. Los rodillos a montar son de la firma Codimar y son rodillos fabricados en PVC, material más blando que el cobre con lo que así conforme avanzan las pletinas no hay peligro de deteriorar el material. Los rodillos a montar son los siguientes: 33 Fig. 3.8 Rodillos montados en la mesa de recepción 3.2.2 Rodillos de centrado de pletinas La pletina que avanza sobre la mesa de rodillos tiene que ir centrada respecto a esta mesa para poder ser recogida siempre en la misma posición con las pinzas. Para la realización del centrado de las pletinas se han usado dos rodillos dispuestos de tal forma que el eje está vertical. Al trabajar con distintos anchos de pletina debemos hacer un sistema regulable. Se ha diseñado un sistema en el que tenemos dos rodillos dispuestos verticalmente montados en unas escuadras de aluminio unidas a un patín lineal, estas escuadras a su vez están unidas a un husillo trapezoidal mediante una tuerca a izquierdas en un lado y a derechas en otro. De esta forma al mover un pomo montado en el extremo giramos el husillo abriendo o separando los rodillos entre sí, regulando así de forma rápida el sistema para las pletinas grandes o para las pletinas pequeñas. 34 En la siguiente imagen se ve con más detalle cómo es el sistema: Fig. 3.9 Detalle sistema centrado pletinas Este sistema a su vez está equipado con un sistema que pivota a través de un eje de tal forma que podamos retranquear el sistema de centrado por debajo de los rodillos y así poder trabajar manualmente con la máquina si el operario así lo requiere. Fig. 3.10 Sistema de giro para el sistema de guiado 3.3 Manipulación de pletinas. Pinzas y dedos. Para la manipulación de las pletinas, como ya hemos comentado anteriormente, se va a realizar con pinzas neumáticas de la firma SMC. A Rodillos Guía Patín y guía lineal Husillo trapezoidal izq. y der. Tuerca trapezoidal Pomo regulación Cierre rápido Punto de giro 35 continuación vamos a ver más detenidamente por qué se han usado unas pinzas comerciales y a su vez por qué hemos usado las pinzas que hemos usado. Los parámetros de diseño que tenemos que tener en cuenta son los siguientes: - Las pinzas deben ser capaces de coger barras desde 12 hasta 80 mm de ancho. - Las pinzas deben ser pinzas paralelas, esto es, los dedos de las pinzas en la posición abierta y cerrada deben ser paralelos para no desestabilizar las pletinas. - Cuando se cierren los dedos de las pinzas no deben hacer mucha fuerza contra la pletina para no ocasionarle ninguna marca. Para ver la tipología de pinza a montar entramos en el catálogo online de SMC y tenemos los siguientes modelos: Fig. 3.11 Tipos de pinzas neumáticas SMC. Viendo los tipos de pinzas que tenemos en el mercado tenemos claro que usaremos una pinza paralela de 2 dedos. Atendiendo a los criterios de diseño elegiremos una pinza u otra. Como se comentó anteriormente tenemos una gran cantidad de pletinas que debemos manipular pero nos centraremos en las 3 más desfavorables, pudiendo manipular éstas, manipularemos todas. Las pletinas son: 36 Fig. 3.12 Pletinas más desfavorables 3.3.1 Carrera necesaria Pinzas. Atendiendo a las dimensiones de las pletinas anteriores tenemos que buscar unas pinzas tales que en su posición abierta sus dedos puedan coger la pletina más grande y en su posición cerrada la pletina más pequeña. A continuación estudiamos la carrera que deben tener las pinzas. En la posición abierta tenemos el siguiente caso: Fig. 3.13 Posición mínima de los dedos con la pinza abierta. Dejaremos una holgura mínima de 5 mm por cada lado en la pletina grande para asegurar coger la pletina. En la posición cerrada tendremos el siguiente caso: 37 Fig. 3.14 Medida mínima de los dedos con las pinzas cerradas Para asegurar que cogemos la pletina más pequeña se ha decidido que los dedos al menos deben de tener una interferencia de 2 mm por cada lado con la pletina pequeña, esto no quiere decir que las pinzas tengan esa interferencia con la pletina, si no que el contacto de los dedos con la pletina más pequeña es efectivo. En vista de lo anterior la carrera que debe tener la pinza sería: 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑑𝑒𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑖𝑛𝑧𝑎 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑎=90 𝑚𝑚 (1) 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑑𝑒𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑖𝑛𝑧𝑎 𝑐𝑒𝑟𝑟𝑎𝑑𝑎=8 𝑚𝑚. (2) 𝐶𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎=(1)−(2)=90−8=82 𝑚𝑚. Fig. 3.15 Croquis dedos abiertos y cerrados 38 3.3.2 Capacidad de carga mínima de las pinzas Las pinzas van a sopesar todo el peso de las barras de cobre, para esto tendremos en cuenta la barra más desfavorable, que será la de sección con mayor área y longitud de 6 metros. La pletina más desfavorable será la de 80x10x1, de la que calcularemos su peso propio: Á𝑟𝑒𝑎80𝑥10𝑥1 =800 𝑚𝑚2=8·10−4 𝑚2 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛=8·10−4 𝑚2·6 𝑚=4,8 · 10−3 𝑚3 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑏𝑟𝑒 =8.960 𝐾𝑔 𝑚3 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑜 𝑝𝑙𝑒𝑡𝑖𝑛𝑎=8.960 𝐾𝑔 𝑚3·4,8·10−3 𝑚3= 43,008 𝐾𝑔 ≅43 𝐾𝑔 Tendremos a lo largo de la máquina 12 pinzas que sopesarán el peso de la pletina. 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑖𝑛𝑧𝑎 = 43 𝐾𝑔 12 𝑝𝑖𝑛𝑧𝑎𝑠=3,58 𝐾𝑔 𝑃𝑖𝑛𝑧𝑎 3.3.3 Geometría dedos. Para manipular las barras vamos a intentar ejercer la menor fuerza lateral posible en las barras, de tal forma que sopesemos el peso de la barra con un apoyo inferior en los propios dedos. Además contamos con un tipo de pletina que tiene el canto totalmente semicircular de radio 5, con lo cual tenemos que apoyar la pletina en una base inferior para sopesar y estabilizar este tipo de pletinas. En la siguiente imagen se ve un croquis aproximado. 39 Fig. 3.16 Diseño aproximado dedos con apoyo inferior 3.3.4 Elección de pinzas Una vez claros los datos a tener en cuenta para el diseño de las pinzas miramos en el catálogo de SMC para ver cual se ajusta más a nuestras necesidades. Dentro del catálogo para pinzas paralelas de dos dedos tenemos las siguientes opciones: Fig. 3.17 Tipos de pinzas paralelas Las pinzas con la carrera más larga son el modelo MHL, es la que elegiremos. 40 Fig. 3.18 Modelo de pinza elegido Fig. 3.19 Modelo concreto que cumple con la carrera necesaria, MHL2-25 D1Z 47 Fig. 3.31 Condiciones de contorno de los Dedos que manipulan las pletinas A continuación se insertarán la hipótesis de carga más desfavorable. Fig. 3.32 Dedo con hipótesis de carga Antes de realizar los cálculos se debe elegir el material a emplear en la fabricación de los dedos. Se ha elegido la aleación de Aluminio 7075 ya que tiene buenas propiedades mecánicas y además es un material más blando que el cobre, evitando así marcas en él. El aluminio 7075 es una aleación de aluminio con zinc como principal elemento. Es fuerte, con buena resistencia a la fatiga frente a otros metales y es fácil de mecanizar, pero no es soldable y tiene menos resistencia a la corrosión que muchas otras aleaciones. Supondremos la superficie en contacto con el perfil una superficie fija. La superficie naranja la supondremos fija. 48 Su composición es de 5.1-6.1 % zinc, 2.1-2.9 % magnesio, 1.2-2.0 % cobre y pequeños portentajes de silicio, hierro, manganeso, cromo, titanio y otros metales. Las propiedades mecánicas del aluminio son las siguientes: PROPIEDADES MECÁNICAS ALUMINIO 7075-T6 Densidad 2,8 gr/cm3 Módulo de elasticidad 72230 MPa Carga de rotura Rm. 572 MPa Límite elástico Rp 0,2, 450 MPa Coeficiente de Poisson 0,33 Dureza Brinell 165 Fig. 3.33 Tabla con las características mecánicas del Aluminio a considerar El análisis de tensiones creado con Solid Edge ST8 nos da el resultado de la tensión de Von Mises en cada punto. Fig. 3.34 Análisis de tensiones en dedo. Valor de la tensión de Von Mises. Como podemos observar la tensión máxima aparece en el punto donde se acaba la parte en la que la condición de contorno la tenemos como fija. 49 Tanto la fuerza horizontal como la vertical nos crea el momento máximo en esa sección del dedo que da lugar a la tensión máxima. No obstante en ese punto tenemos un valor de tensión máxima de 6,7 MPa, muy lejos del límite elástico. Vemos a continuación, obviando lo que ocurre en ese punto cómo se comporta el dedo en las demás zonas, para ello se ha representado como máximo un valor de tensión mucho menor al valor de tensión máximo. Como valor máximo se ha usado 1,5 MPa. Se puede apreciar mucho mejor la distribución de las tensiones en todo el dedo. Fig. 3.35 Análisis de Tensiones. Escala de tensiones hasta 1,5 MPa En la siguiente imagen se va a representar las deformaciones que ocurren en el dedo cuando se manipula una pletina. 50 Fig. 3.36 Desplazamientos en el dedo debido a la pletina Como hemos visto en la imagen anterior el desplazamiento máximo se produce en el extremo inferior del dedo, justamente donde sopesamos el peso de la pletina. No obstante se produce un desplazamiento de 2,6·10-3 mm, prácticamente nada. Analicemos también el factor de seguridad suponiendo un funcionamiento estático, comparando el límite elástico con el valor máximo de la tensión de Von Mises. 51 Fig. 3.37 Factor de seguridad de tensiones Hemos comprobado que para un análisis estático la geometría elegida cumple sobradamente con la hipótesis de carga del funcionamiento real de la máquina. No obstante, estamos ante un elemento que está sometido a distintos ciclos de carga, concretamente un ciclo cada 12,5 segundos en el caso más desfavorable. 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑜𝑟𝑎=3600 12.5 = 288𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 ℎ𝑜𝑟𝑎 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑎ñ𝑜 =288𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 ℎ𝑜𝑟𝑎 ·365·24 ℎ𝑜𝑟𝑎 𝑎ñ𝑜 =2.522.880𝐶𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 𝑎ñ𝑜 Vamos a representar en la pieza que nos ocupa la tensión principal máxima, que será la que utilizaremos para comprobar la resistencia a fatiga de la pieza. 52 Fig. 3.38 Tensión principal máxima en la pieza Aunque en la imagen anterior se aprecia bien cuál es la zona donde la pieza está trabajando más vamos a acotar más la zona donde la tensión principal es máxima, para representar bien esa zona limitaremos la tensión máxima en la representación y podremos apreciar mucho mejor la zona donde trabaja más, se representará en color negro la zona a partir de la cual la tensión es superior al límite superior que elijamos, en este caso, se limitará la tensión superior a 1 MPa. Fig. 3.39 Tensión principal máxima, escala 0-1 MPa 53 Por lo tanto en la zona en negro de la pieza anterior es donde se encuentra la tensión principal máxima de 1,94 MPa. Realizaremos un estudio esfuerzo-vida para el dedo. Para establecer la resistencia a fatiga de un material, se necesita un número muy grande de ensayos debido a la naturaleza estadística de la fatiga. En el caso del ensayo con una viga rotativa, se aplica una carga constante de flexión y se registra el número de revoluciones de la viga hasta que se presenta la falla, se hace con distintos niveles de carga y se obtiene el diagrama S-N (Tensión-Vida), donde se representa la resistencia a fatiga 𝑆𝑓 frente al número de ciclos N. En nuestro caso se utilizará la aleación de Aluminio 7075-T6, cuyos datos de fatiga para el diagrama S-N los obtendremos en la página www.efatigue.com. Tensión última del material 𝑺𝒖 572 MPa Límite de fatiga 𝑺𝑭𝑳 195 MPa Ciclos de límite de Fatiga 𝑵𝑭𝑳 106 Ciclos Intersección de la curva 727 MPa Fig. 3.40 Tabla características mecánicas a fatiga. Fuente:www.efatigue.com Fig. 3.41 Gráfica S-N. Web: www.efatigue.com 54 En el caso de los metales ferrosos y aleaciones la gráfica se hace horizontal después de que el material se sometió a esfuerzo durante un número de ciclos pero en el caso del aluminio, que es el que nos ocupa, esta curva no se hace horizontal nunca con lo cual se suele tomar el límite de fatiga a un determinado número de ciclos, en este caso 106. Se ha visto que la muestra para el ensayo en máquina rotativa en el laboratorio para determinar los límites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuidado y se ensaya bajo condiciones muy controladas. No es posible esperar que el límite de resistencia a la fatiga de un elemento mecánico real o estructural iguale los valores que se obtuvieron en el laboratorio. La ecuación de Marín identificó factores que cuantifican los efectos de la condición superficial, tamaño, carga, temperatura y varios otros puntos. La cuestión es ajustar el límite de resistencia a fatiga por medio de correcciones multiplicativas. La ecuación de Marin es la siguiente: 𝑆𝑒=𝑘𝑎𝑘𝑏𝑘𝑐𝑘𝑑𝑘𝑒𝑘𝑓𝑆𝑒 ′ Donde:  𝑘𝑎= 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙.  𝑘𝑏=𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑎𝑚𝑎ñ𝑜.  𝑘𝑐=𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎.  𝑘𝑑=𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎.  𝑘𝑒=𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑓𝑖𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑.  𝑘𝑓=𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜𝑠 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠.  𝑆𝑒 ′=𝑙í𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑓𝑎𝑡𝑖𝑔𝑎 𝑒𝑛 𝑣𝑖𝑔𝑎 𝑟𝑜𝑡𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎  𝑆𝑒=𝑙í𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑓𝑎𝑡𝑖𝑔𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑢𝑏𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑛𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑚á𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑔𝑒𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟í𝑎 𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑢𝑠𝑜. Cuando no se dispone de ensayos de resistencia a la fatiga de partes, las estimaciones se hacen aplicando los factores de Marin al límite de resistencia a la fatiga. Determinaremos los distintos coeficientes multiplicativos para nuestro caso: 55 - Factor de superficie 𝑘𝑎: En la viga rotativa la superficie está muy pulida, además en dirección axial. Este factor depende de la calidad del acabado de la superficie y de la resistencia a la tensión. Los datos se pueden representar por la expresión siguiente: 𝑘𝑎=𝑎·𝑆𝑢𝑡 𝑏 Donde 𝑆𝑢𝑡 es la resistencia mínima a la tensión y los valores de a y b se encuentran en la tabla: Fig. 3.42 Tabla factor multiplicativo límite a fatiga por acabado superficial. En nuestro caso es una pieza mecanizada con lo que 𝑎 =4.51 𝑦 𝑏= −0.265 𝑘𝑎=𝑎·𝑆𝑢𝑡 𝑏=4.51·572−0.265 =0.838 - Factor de tamaño 𝑘𝑏: Se determina mediante la fórmula: Para los elementos de perfiles estructurales no rotativos tomamos los datos de la siguiente tabla: 56 Fig. 3.43 Tabla de perfiles estructurales, Area A0.95 Con lo que tenemos 𝑑𝑒=0.808√ℎ𝑏=0.808√15·30=17.14 𝑚𝑚 𝐴0.95 =0.05·ℎ𝑏 =0.05·15·30 𝑘𝑏=( 𝑑 7.62)−0.107 =(17.14 7.62)−0.107 =0.91 - Factor de modificación carga 𝑘𝑐: En nuestro caso tenemos un elemento a flexión con lo que tenemos 𝑘𝑐=1 - Factor de temperatura 𝑘𝑑: Suponemos que trabaja a temperatura ambiente, con lo que 𝑘𝑑=1 - Factor de confiabilidad 𝑘𝑒: Para ponernos en el caso más desfavorable elegiremos una confiabilidad del 99.9999 % con lo cual tendremos un factor de confiabilidad 𝑘𝑒=0.620 63 Fig. 3.54 Cargas a tener en cuenta para el dimensionado del pistón neumático El momento que aguantarían los ejes guiados debido al apoyo de los dos rodamientos sería: 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑗𝑒 𝑔𝑢𝑖𝑎𝑑𝑜=900𝑁·0,225 𝑚=202,5 𝑁· 𝑚 Este momento lo soportarían los ejes en todos los sentidos ya que el eje es redondo. Cada eje a su vez está empotrado en una placa de aluminio que une los dos ejes entre sí y el vástago del pistón neumático aportándole una rigidez suficientemente grande como para suponer el sistema de guiado+pistón rígido. Como hemos visto anteriormente tenemos 3 sistemas verticales iguales, para el dimensionado basta con estudiar uno de ellos pero hay que tener en cuenta que una vez se ha realizado el montaje total se unen todos los perfiles entre sí, formando los 3 pistones neumáticos con su guiado un sistema infinitamente rígido. Consideraremos, por tanto, que cada pistón debe levantar el peso propio del sistema sin sufrir ninguna tensión ni fuerza lateral en su vástago. El pistón neumático elegido es un pistón con bloqueo de la firma SMC, concretamente un pistón de la serie CP95N. Estos pistones son idóneos para esta aplicación debido a que tiene una función de bloquear el vástago, es decir, cuando dejamos de pilotar con aire comprimido el pistón el vástago se queda 64 totalmente bloqueado, con lo que nos facilitará la tarea de recoger y soltar pletinas de forma más precisa. El pistón neumático tiene las siguientes dimensiones: Fig. 3.55 Pistón neumático para movimiento vertical CP95NDB63-400 Este pistón tiene un diámetro del émbolo de 63 mm y un diámetro del vástago de 20 mm. El sistema se alimenta a una presión de 0,6 MPa. La fuerza total que ejerce el pistón es: 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑝𝑖𝑠𝑡ó𝑛 ℎ𝑎𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑎 =Á𝑟𝑒𝑎𝑒𝑚𝑏𝑜𝑙𝑜 ·𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝐹𝑓𝑢𝑒𝑟𝑎 =(∅𝑒𝑚𝑏𝑜𝑙𝑜 2·𝜋) 4·𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛=(632·𝜋) 4𝑚𝑚2·0.6 𝑁 𝑚𝑚2=1870 𝑁=187 𝐾𝑔 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑝𝑖𝑠𝑡ó𝑛 ℎ𝑎𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜=(Á𝑟𝑒𝑎𝑒𝑚𝑏𝑜𝑙𝑜 −Á𝑟𝑒𝑎𝑣á𝑠𝑡𝑎𝑔𝑜)·𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝐹𝑓𝑢𝑒𝑟𝑎 =((∅𝑒𝑚𝑏𝑜𝑙𝑜 2−∅𝑣á𝑠𝑡𝑎𝑔𝑜 2)·𝜋) 4·𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛= ((632−202)·𝜋) 4𝑚𝑚2·0.6 𝑁 𝑚𝑚2=1681 𝑁 =168,1 𝐾𝑔 El pistón debe levantar almenos la fuerza debida al peso propio de cada conjunto de 529,1 N. En el caso más desfavorable tenemos que puede con 1681 N con lo cual el pistón es el adecuado. 65 4 RESUMEN Y OTROS ELEMENTOS En el apartado anterior se ha explicado el diseño mecánico de algunos elementos, sin embargo la máquina la constituyen muchos más elementos de los que se han hablado y explicado. Elementos que se comentarán de forma menos extensa. La estructura metálica en general ha sido sobredimensionada, se han usado perfiles estructurales de sección cuadrada y rectangular, el uso de estos perfiles obedecen también a un criterio estético para que la máquina además de robusta quede con mejor apariencia. Fig. 4.1 Estructura metálica máquina Para el movimiento horizontal se han usado servomotores con reductoras que son los encargados de accionar las correas que mueven la viga móvil superior, estos dos servomotores están sincronizados eléctricamente provocando el movimiento sincronizado de la viga superior. En la imagen inferior se ve el sistema elegido: Pilares sección cuadrada 150x150 e=6 mm. Viga móvil 300x150 e=6 mm. Rigidizado de pilares Aumento de apoyo en el guiado lateral Cruz de san Andrés 66 Fig. 4.2 Detalle de transmisión horizontal Para completar el diseño de la máquina solo queda la zona de colocación de pletinas, se ha explicado la zona de recepción de pletinas, el movimiento vertical, así como la manipulación de pletinas. Una vez manipulada una pletina esta se debe colocar en un palet ubicado en una zona segura. La zona de colocación de pletinas es la siguiente: Fig. 4.3 Zona de colocación de pletinas Guía y patín lineal de guiado Servomotor Correa Transmisión Placa sobre la que descansa la viga superior Tope palet longitudinal Sujección Palet Pistón neumático que activa la sujección Tope palet transveral 67 5 CONCLUSIONES La máquina de paletizado de pletinas se ha diseñado meticulosamente en función a dos pilares fundamentales, la experiencia profesional y el estudio ingenieril de distintas partes. En algunas partes de la máquina el diseño se ha realizado en función de la experiencia, en otras ocasiones por recomendaciones de proveedores y en otras ocasiones mediante cálculos ingenieriles obteniendo un resultado muy sobredimensionado a las solicitaciones que se presentan. El trabajar de esta forma, sin el estudio exhaustivo de todas partes que componen la máquina, es principalmente debido al factor tiempo. Una vez se ha producido el encargo del prototipo de paletizado se dispone de muy poco tiempo para llevar a cabo el proyecto que va desde la toma de datos en fábrica, el diseño, la fabricación hasta el montaje de todos los componentes y puesta a punto en fábrica. 68 6 ESTADO ACTUAL DE LA MÁQUINA La máquina lleva funcionando dos años ininterrumpidamente sin ningún tipo de problema hasta la actualidad, sufriendo desgaste algunas partes debido al propio funcionamiento. Esto verifica que el diseño que se ha llevado a cabo ha sido el correcto. A continuación se muestra una fotografía actual de la máquina. Fig. 6.1 Fotografía actual de la máquina 6.1 POSIBLES MEJORAS En estos dos años la única avería que ha sufrido el paletizador ha sido en el pistón asociado al movimiento vertical del Pick and Place, como anteriormente se ha explicado se ha diseñado el sistema con un sistema de guiado con ejes redondos unidos, junto al pistón, a una placa de aluminio. En la siguiente imagen lo vemos se aprecia en detalle 69 Fig. 6.2 Detalle de ejes redondos y pistón empotrados en la placa de aluminio. La avería que se ha producido ha sido la rotura del vástago del pistón neumático, debido al montaje rígido de los 3 elementos (ejes guiados, pistón y placa). Tras un funcionamiento continuo del paletizador las deformaciones que se producen en el propio movimiento cíclico producen a su vez tensiones al no permitir ningún grado de libertad posible, esto ha producido una rotura del vástago por fatiga. En la siguiente imagen se puede observar el vástago del pistón reparado, se ha soldado y montado nuevamente en la misma posición: Fig. 6.3 Reparación vástago pistón Empotramiento barra en placa de Aluminio Atornillado directo del pistón en la placa Vástago soldado 70 Esto es una reparación para seguir funcionando pero no es una solución final al problema debido a que el montaje mecánico de esa unión sigue siendo crítico en los tres pistones neumáticos. Para solucionar el problema de manera definitiva se ha instalado una junta de compensación entre el pistón neumático y la placa neumática. La junta de compensación es el siguiente elemento: Fig. 6.4 Junta flotante Esta junta flotante admite dos grados de libertad en la unión del pistón neumático con la placa, de tal forma que pueden existir desalineaciones ligeras entre la unión del vástago y el propio vástago en sí, además, ante posibles deformaciones también permite el giro relativo entre el vástago y la unión con la placa. Esto hace que no existan tensiones en el pistón neumático de forma transversal y éste solo trabaje como ha de hacerlo, axialmente en dirección al vástago sopesando la fuerza del Pick and Place.