CARLOS ALBERTO LUGO CARDONA · 2019. 9. 18. · CARLOS ALBERTO LUGO CARDONA 017793 T~abajo de g~ado...
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DISEÑO DE UNA PLATAFORMA ELEVADORA NEUMATICA CARLOS ALBERTO LUGO CARDONA SANTIAGO DE CALI CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE DIVISION DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA 1994
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DISEÑO DE UNA PLATAFORMA ELEVADORA NEUMATICA
CARLOS ALBERTO LUGO CARDONA
SANTIAGO DE CALI
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE
DIVISION DE INGENIERIAS
PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA
1994
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DISEÑO DE UNA PLATAFORMA ELEVADORA NEUMATICA
CARLOS ALBERTO LUGO CARDONA
017793 T~abajo de g~ado p~esentado como ~equisito pa~cial
pa~a. Opta~ al titulo de Ingenie~o Mecánico.
Di~ecto~: ADOLFO LEON GOMEZ Ingenie~o Mecánico
SANTIAGO DE CALI
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE
DIVISION DE INGENIERIAS
PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA
1994
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-,-G21. e¿;r;l7
L CJ-'::, i c\ e-· 1
NOTA DE ACEPTACION
Aprobado por el comi té de trabajo de Grado en Cumplimiento de los requisitos exigidos por la Corporación Universitaria Autónoma de Occidente para otorgar a 1 tí tu 1 o de Ingeniero Mecánic~
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Jurado
Jurado
Santiago de Cali, noviembre de 1994
ii
-
AGRADECIMIENTOS
l;"' ..
El autor expresa sus agradecimientos:
A. ADOLFO LEON GOMEZ, Ingeniero Mecánico, Profesor de la
Universidad Autónoma de Occidente y Director del
Trabajo.
A. ADRIANA GARCES, Ingeniera Mecánica, Profesora de la
Universidad Autónoma de Occidente y Asesora de
Trabajo.
A. LA UNIVERSIDAD AUTO NOMA DE OCCIDENTE, en especial al
Decano, Jefe de Plan, Comité de Tesis y Cuerpo Docente
del área de Ingeniería.
A. Todas aquellas personas, instituciones y empresas que
con su aporte informativo y contribución a mi
experiencia laboral en el área de diseño de
plataformas me fué posible la ejecución del proyecto
iii
-
DEDICATORIA
Este trabajo 10 dedico a dos personas muy importantes y
significativas en mi vida; que me han brindado todo su
apoyo y cariño; motivándome para seguir adelante.
Gracias a ti madre querida, que con tus bellas palabras me
han consolado y alegrado mi alma; y a ti padre, porque me
has enseñado las armas para luchar en la vida.
Aunque la ausencia y la distancia me han llenado de
nostalgia, siempre me han dado valor y entusiasmo para
seguir en la competencia hacia el éxito.
Esta dedicatoria también la hago extensa a mis hermanos,
familiares y amigos; quienes con su comprensión, han hecho
posible la consecusión del tiempo empleado y demás
estimulas necesarios para el logro de los objetivos.
CARLOS ALBERTO LUSO C.
iv
-
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1
1 NTRODUCCI ON
1. GENERALIDADES
1.1 ESTRUCTURA GENERAL
1.2 COLUMNAS INTERNAS
1.3 CARRO ELEVADOR
1.4 UÑAS
1.5
1.6
1.7
1.8
aASE DEL CILINDRO NEUMATICO
SOPORTE DEL CILINDRO NEUMATICO .
REFUERZOS DE LA ESTRUCTURA GENERAL .
REFUERZOS DE LA BASE DEL APARATO . .
1.9 BARANDAS DE AGARRE.
2. CALCULO DE ESFUERZOS Y DIMENSIONADO
2.1
2.2
ESFUERZOS ADMISIBLES .
UÑAS . . . . . • . . .
v
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27
28
-
2.2.1. Cálculo .•.
2.3 CARRRO ELEVADOR
Platinas del carro elevador .• 2.3.1
2.3.2. Bujes del carro elevador ••
2.3.3 Ejes del carro elevador ..
2.3.4 Rodamiento.
2.3.5 Esfuerzo en las ruedas del carro elevador
2.3.5.1. Area de contacto debido al ancho del
rodamiento • • .
2.3.5.2. Fuerza interna soportada
2.3.5.3. Esfuerzo por aplastamiento ..
2.4 ANALISIS DE LAS COLUMNAS.
2.4.1 Columna interna Perfil .
2.4.2 Columna externa perfil
2.4.3 Esfuerzo Columna interna
2.4.4 Esfuerzo Columna externa.
2.5 VIGA SUPERIOR.
2.5.1 Cálculo
2.6
2.7
2.8
VIGA PRINCIPAL • • .
PATAS HORIZONTALES .
BASE PRINCIPAL . . .
2.9 BARANDAS DE AGARRE
2.9.1 Cálculo de Esfuerzos.
2.10
2.11
BASE DEL CILINDRO NEUMATICO .
EJES DE LAS RUEDAS DELANTERAS FIJAS • .
2.12 SELECCION DE LA RUEDA DELANTERA FIJA
vi
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-
2.13 SELECCION RUEDAS TRASERAS GIRATORIAS
3. DISEÑO DE LA SOLDADURA.
3.1
3.2
3.3
3.4
UÑA CON VIGA VERTICAL
GANCHO CON UÑA . . . .
PLATINAS CON EL CARRO ELEVADOR .
BUJES DEL CARRO ELEVADOR .
3.5 VIGA SUPERIOR CON COLUMNAS INTERNAS
3.6
3.7
3.8
3.9
VIGA PRINCIPAL CON COLUMNA EXTERNA . .
COLUMNAS EXTERNAS CON PATAS HORIZONTALES
BASE PRINCIPAL CON LAS COLUMNAS EXTERNAS •
BARANDAS DE AGARRE CON LA BASE PRINCIPAL Y LAS
COLUMNAS
4. TORNILLOS DE FIJACION
4.1 FIJACION DE LAS RUEDAS TRASERAS CON LA BASE
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PRINCIPAL . . . . . . . . . . • . . • . . .. 95
5. DISEÑO DEL SISTEMA NEUMATICO . . . . . . . . .. 98
5.1 PARAMETROS INICIALES DE DISEÑO. . . . . . 98
5.2 DISEÑO DE LA PARTE OPERATIVA . .
5.3 CALCULO DEL DIAMETRO DEL CILINDRO
5.4 CAUDAL DEL CILINDRO
5.5
5.6
5.7
ESPECIFICACIONES DE LA FUENTE O RED NEUMATICA
CALCULO DEL DIAMETRO DEL VASTAGO . • • . . • .
LONGITUD BASICA DEL VASTAGO •...
vii
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105
105
106
106
-
5.8
5.9
MATERIAL DEL VASTAGO .
MATERIAL DEL CILINDRO
107
107
5.10 CALCULO DE ESPESOR DE LA PARED DEL CILINDRO. 107
5.11
5.12
VERIFICACION DEL VASTAGO POR PANDEO
DISEÑO DE LA TAPA DEL FONDO
5.13 ESPESOR DEL PISTON
5.14 ESPESOR DEL APOYO DEL VASTAGO
5.15 LONGITUD MINIMA DEL APOYO Y PISTON CON EL
5.16
VASTAGO TOTALMENTE SALIDO .
ESPECIFICACIONES DEL MONTAJE
108
110
111
111
111
111
5.17 DISEÑO DEL PISTON POR RESISTENCIA. . . . •. 112
5.18 SOLDADURA DE LA TAPA DEL FONDO CON EL CILINDRO 112
5.19 TORNILLOS DE FIJACION ENTRE LA TAPA SUPERIOR Y
EL CILINDRO . . . . . . . . • . . . • . . .. 113
5.20 DESGARRAMIENTO POR CIZALLADURA . • . . . •. 114
5.21 RESISTENCIA DE LA CONEXION EN EL CILINDRO 116
5.22 REDISEÑO DEL ESPESOR DE LA PARED DEL CILINDRO 116
5.23 TORNILLO DE SUJECION ENTRE EL PISTON Y EL
VASTAGO •..•..... .... 117
5.24 CALCULO DEL ESFUERZO PRODUCIDO EN LA TAPA DEL
5.25
5.26
CILINDRO
RESISTENCIA DE LA CONEXION EN LA TAPA SUPERIOR
IMPLEMENTOS NEUMATICOS
5.26.1 Válvula neumática.
5.26.2 Tubería Plástica
5.26.3 Racores
viii
117
118
118
119
119
119
-
5.26.4 Campanas de b~once. 119
5.26.5 Acople ~ápido ..• 119
6. DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSMISION . 120
6.1 EJE DE TRANSMISION . 120
6.2.1 Cálculo de la longitud de la cadena .. 121
6.2.2 Selección de la cadena • 122
6.2.3 Diseño del piñón 123
6.2.4 Tipo de conexión en los ext~emos . 123
6.3. ALTERNATIVA: TRANSMISION POR POLEA Y CABLE DE
ACERO . . 124
6.3.1 Longitud del cable . · · . 124 6.3.2 Selección del cable de ace~o . 124 6.3.3 Seleccion de la polea. . · · 126 6.3.4 Selección del sujeta cable · 127 6.4 SELECCION DEL RODAMIENTO . · · 128 6.5 DIMENSION DE LA CUNA DEL ELEMENTO QUE ALOJA
EL RODAMIENTO 129
6.5.1 Cálculo del esfue~zo en la cuna ••. 130
CONCLUSIONES 132
BIBLIOGRAFIA 134
ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
ix
U"'v~rsrd~d Aut8nom~ d. Ooeidente S(CCION BI.l/OTECA
-
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1. Columnas internas y externas. · · . 11 FIGURA 2. Patas horizontales. 12
FIGURA 3. Base del aparato. · . · 12 FIGURA 4. Viga principal. 13
FIGURA 5. Viga superior. . . · · 14 FIGURA 6. Lámina carro elevador. · · · · 15 FIGURA 7. Platinas Carro Elevador. 16
FIGURA 8. Bujes del carro elevador. · · · 16 FIGURA 9. Ejes del carro elevador. · · · 17 FIGURA 10. Ruedas del carro elevador. . 18 FIGURA 12. BASE DE LAS UÑAS . · · · 19 FIGURA lI. Apoyo de las uñas. · 20 FIGURA 13. Ganchos de las uñas. 21
FIGURA 14. Base del cilindro neumático. · 22 FIGURA 15. Soporte del cilindro neumático. 23
FIGURA 16. Refuerzo de la estructura genera 1 . 24
FIGURA 17. Refuerzo de la base del aparato. 25
FIGURA 18. Barandas de agarre · . · · · · 26 FIGURA 19. Diagrama de cuerpo libre de las uñas. 28
x
-
FIGURA 20. Secciones de Cue~po Lib~e de las uñas.
FIGURA 21. Diag~ama de ca~gas, momentos de la viga
infe~io~ de las uñas.
FIGURA 22. Pe~fi1 pa~a la viga infe~io~ de las
uñas.
FIGURA 23. Esfue~zos en la viga ve~tica1 de las
uñas.
FIGURA 24. Pe~fi1 pa~a viga ve~tica1.
FIGURA 25. Diag~ama de ca~gas del gancho.
FIGURA 26. Pe~fi1 fo~mado viga ve~tica1.
FIGURA 27. Diag~ama de ca~gas del gancho
FIGURA 28. Pe~fi1 del gancho
FIGURA 29. Ca~gas en el ca~~o e1evado~.
FIGURA 30. Confo~mación del ca~~o e1evado~.
FIGURA 31. Ca~gas de las platinas del ca~~o.
FIGURA 32. Diag~ama de ca~gas, momentos del ca~~o
e1evado~.
FIGURA 33. Pe~fi1 del ca~~o e1evado~.
FIGURA 34. Ca~gas sopo~tadas po~ la platina.
FIGURA 35. Ca~gas sopo~tadas po~ los bujes del
ca~~o.
FIGURA 36. Sistema de Rodaje
FIGURA 37. Ca~gas de los ejes.
FIGURA 38. Diag~ama de ca~gas, momentos de los
ejes.
FIGURA 39. Montaje del ~odamiento .
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-
FIGURA 40. Cargas en las ruedas . FIGURA 41. Area de esfuerzos en las ruedas.
FIGURA 42. Area de carga en las ruedas.
FIGURA 43. Perfil columna interna . FIGURA 44. Perfil columna externa . FIGURA 45. Dimensiones, vista en planta de las
columnas . FIGURA 46. Dimensiones, vista lateral de las
columnas .
FIGURA 48. Cargas por fricción entre las dos
columnas.
FIGURA 49. Diagrama de cargas, momentos de la viga
superior .
FIGURA 50. Perfil de la viga superior •
FIGURA 51. Cargas en la viga principal.
FIGURA 52. Diagrama de cargas, momentos de la viga
principal.
FIGURA 53. Diagrama de cargas, momentos en las patas
horizontales.
FIGURA 54. Cargas en la base principal.
FIGURA 55. Analisis estatico estructura general.
FIGURA 56. Cargas en la baranda de agarre.
FIGURA 57. Sección curva en cuestion de las
barandas.
FIGURA 58. Diagrama de cargas de la base del
cilindro.
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FIGURA 59. Perfil de la base del cilindro.
FIGURA 60. Diagrama cargas, momentos en el eje de las
ruedas delanteras.
FIGURA 61. Simbologia de la soldadura utilizada.
FIGURA 62. Dimensiones de la soldadura gancho con
uña.
FIGURA 63. Dimensiones de la soldadura. Viga
principal con columnas externas.
FIGURA 64. Dimensiones de la soldadura. Columnas
externas con las patas horizontales.
FIGURA 65. Dimensiones de la soldadura base principal
con las columnas externas.
FIGURA 66. Dimensiones de soldadura, barandas de
agarre con base principal.
FIGURA 67. Fijación de las ruedas traseras con la
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base principal. 95
FIGURA 68. Cinematica del mecanismo de operación. 100
FIGURA 69. Parámetro de cálculo del mecanismo.
FIGURA 70. Dimensiones iniciales del cilindro
neumatico.
FIGURA 71. Area de desgarre por cizalladura del
101
110
cilindro neumático. 115
FIGURA 72. Esfuerzo sobre la conexión del cilindro. 116
FIGURA 73. Esfuerzo sobre la conexion de la tapa. 118
FIGURA 74. Diagrama de carga, momentos del eje de
transmisión. 120
xiii
-
FIGURA 75 Longitud de la cadena. 122
FIGURA 76. Dimensiones iniciales de la Polea. 127
FIGURA 77. Dimesiones iniciales del rodamiento 128
FIGURA 78. Dimensiones de la Cuna del Rodamiento. 130
FIGURA 79. Carga presente en la cuna del rodamiento 130
xiv
-
LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1. MATERIALES Y PROPIEDADES MECANICAS
ANEXO 2. CATALOGO GENERAL SKF SELECCION DE
RODAMIENTO . . . . . . . . . . . . •
ANEXO 3.
ANEXO 4.
ANEXO 5.
LUBRICANTES Y PROPIEDADES
CATALOGO RUEDAS Y RODACHINES
SOLDADURA y DIMENSIONES .
ANEXO 6. ESPECIFICACIONES SAE PARA PERNOS
ANEXO 7. DIAMETRO y ARE AS DE TORNILLOS DE
ROSCAS UNC
ANEXO 8. DIAMETRO DEL VASTAGO
ANEXO 9. DIAMETRO NORMALIZADO PARA EL VASTAGO
ANEXO 10. MATERIALES Y PROPIEDADES DEL VASTAGO y
C 1 L 1 NDRO . . . . . . . . . . . . . . . .
ANEXO 11. CADENA DE RODILLOS Y DIMENSIONES ...•
ANEXO 12. USO Y FACTOR DE SEGURIDAD CABLES DE ACERO
ANEXO 13. CABLE DE ACERO Y PROPIEDADES MECANICAS
ANEXO 14. POLEAS Y PROPIEDADES
ANEXO 15. TOLERANCIA EN POLEAS Y CANALES ...
ANEXO 16. CAPACIDAD DE LOS SUJETACABLES • . . . . .
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-
ANEXO 17. LISTA DE PLANOS ..
ANEXO 18. LISTA DE ESQUEMAS .
xvi
154
157
-
RESUMEN
Este proyecto nació de la necesidad de construir una
plataforma elevadora para uso en bodega para manejo de toda
clase se cargas (volúmenes, tama~os, pesos, etc •••• ) hasta
una capacidad de levante de 220m de altura y 600kg de peso,
para ser manejada por un operario manualmente .
La idea del proyecto . ,
nac~o desde .. -la visita de una
tipografía, donde se necesita un aparato adecuado para el
descargue, transporte, api lamiento ,·de 1 ámina~ ·de papel
apoyadas sobre estibas.
Se hizo un levantamiento de la planta, donde se analiz6 la
ubicación de los equipos y el espacio disponible de las
zonas de circulación del aparato; se vió que el espacio era
restrigido y las condiciones de trabajo exigentes. Tambi~n
se analiz6 la fuente de operación de dicho aparato ya que
la tipografía contaba con una red neumática; motivo por el
cual el aparato es de operacion neumática.
Se acometió el diseño de los mecanismos también con el
-
2
objeto de efectuar una ampliación práctica de las
asignaturas de Elementos de carga, elevación y transporte.
Diseño de máquina, Resistencia de materiales, Diseño de
estructuras, Neumáticos, etc. cursada a lo largo de la
carrera de Ingenieria Mecánica.
-
INTRODUCCION
La mayoria de las empresas, cuentan con un equipo de
trabajo pesado entre los cuales encontramos las plataformas
elevadoras, ó mon tacargas manuales para el descargue,
transporte, acomodamiento de toda clase de carga hasta 600
kg de peso para ser manejada hasta 2.20mts. de altura.
Está plataforma elevadora es de manejo manual debido a que
no se justifica manejar cargas menores de 600 kg con un
aparato de gran potencia y movimiento propio, además es
adecuada para arrumar cargas en espacios pequeños como
almacenes, bodegas, fábricas etc.
Claro que las grandes manufactureras donde manejan grandes
toneladas y volúmenes de carga así también utilizan
aparatos adecuados de acuerdo a esta necesidad, para
manejarlos y transportarlos; también manejan pequeños
pesos y volúmenes donde no se justificaría que utilizaran
los mismos aparatos y equipos con los que manejan los
grandes pesos y volúmenes.
-
4
El apar-ato a diseñar-, consta de las siguientes par-tes:
Estr-uctur-a gener-al de sopor-te, pr-ovistas de un par- de
columnas exter-nas, un par- de patas hor-izontales, una base,
una viga, dentr-o de las columnas exter-nas se encuentr-an las
columnas inter-nas, unidas mediante una viga super-ior-,
dentr-o de las columnas inter-nas se encuentr-a el car-r-o
elevador- pr-ovistas de dos par-es de platinas ver-ticales el
cual sostiene cuatr-o (4) r-uedas, mediante cuatr-o (4) ejes.
El car-r-o elevador- sostiene las uñas donde se encuentr-a la
platafor-ma.
La platafor-ma elevador-a funciona por- medio de air-e
compr-imido la par-te oper-ativa consta: Un cilindr-o
neumático, Vástago, eje, dos piñones que halan el car-r-o
elevador- mediante dos cadenas, conectadas a un extr-emo de
la viga pr-incipal y al otr-o, al car-r-o elevador- sujeta por-
pasador-es.
El apar-ato se mueve por- medio de cuatr-o (4) r-uedas, dos (2)
gir-ator-ias tr-aser-as unidas a la base y dos (2) r-uedas fijas
delanter-as unidas cada una a
mediante pasador-es.
las patas hor-izontales
-
1. GENERALIDADES
El p~opósito de toda indust~ia es ejecuta~ y establece~ un
p~oceso de fab~icación; donde el 751. de dicho p~oceso es
manejo de mate~iales. Una fab~ica dotada indispensablemente
de los equipos necesa~ios p~oduce una ganancia mayo~ que la
misma inve~sion en equipos de p~oducción.
Los equipos pa~a manejo de mate~iales deben funciona~
confo~me a las mas altas no~mas de segu~idad y eficiencia,
con el, p~oposito de acele~a~ la p~oduccion y ~educi~ los
gastos de mano de ob~a.
APILADORES CONTRABALANCEADOS
Los apilado~es cont~abalanceados con el ope~ado~ caminante
son de fácil manejo y convie~ten el levantamiento y
t~anspo~te de ca~gas pesadas en un t~abajo 1 ige~o. Su
diseño compacto, su const~uccion fue~te y su manejabilidad
excepcional los adaptan pa~a casi todos los t~abajos y
pe~miten el apilamiento en pasillos ext~echos. Su
ensamblaje con mastil inte~cambiable pe~mite su conve~sion
-
a diferentes alturas de levantamiento en
momento. (Ver anexo 18.1)
MESAS HIDRAULICAS
6
cualquier
Estas unidades tienen aplicaciones casi limitadas. En
plantas industriales en transportadores y lineas de
montaje. Reducen los costos laborales al simplificar las
tareas de levantamiento de piezas pesadas. El transporte de
troqueles irregulares dentro y fuera de las máquinas, la
al imentacion o recepcion de productos de los equipos de
produccion y para mantener alturas uniformes de trabajo,
bajo condiciones de carga. Un gran número de opciones,
arreglos especiales y construcciones de diseños
particulares le dan a este equipo versatilidad tan grande
que practicamente no hay tarea de levantamiento o de
transferencia que este fuera de su capacidad. (Ver anexo
18.2)
RAMPAS NIVELADORAS DE MUELLE
Las niveladoras de muelle proveen una rampa segura,
durable, para todos los fines, que siempre estara en su
lugar y lista para el uso. Permiten manejabilidad máxima
sin manipulacion manual de las
accidentes que pudieran ocurrir por
cargas eliminan los
deslizamiento súbito
de la rampa o colocacion descuidada como frecuentemente
-
7
sucede con placas de muelles. Hay modelos mecánicos,
hidraú1icos montados en fosa y modelos que se usan
conjuntamente con minimue11e. (Ver anexo 18.3)
PLATAFORMAS NIVELADORAS
Las plataformas elevadoras de gran diversidad de
operaciones de transferencia vertical, muchas veces
eliminan la necesidad de las montacagas de manera que estos
equipos costosos y sus operadores quedan disponibles para
trabajos mas productivos. Estas plataformas son
especialmente úti les para el manejo de cargas donde no
existen rampas niveladoras de muelles o cuando la
diferencia del nivel entre la via de camiones y el muelle
es demasiado para que una rampa niveladora se pueda
utilizar. (Ver anexo 18.4)
APLILADOR EN PASILLOS EXTRECHOS
Al usar estos apiladores autopropuhados para pasajes
extrechos se ahorra el espacio que se hubiera sacrificado
en caso de usarse los montacargas convencionales sin
perder la facilidad de manejo. El diseño modular único y
la posibilidad patentada de ajustar las horquillas le dan
a esta máquina una gran versatilidad. Si en el futuro se
necesita una mayor o unas horquillas mas extrechas o mas
anchas, se pueden remover las piezas del ensamble y/o se
-
8
pueden cambiar- de una maner-a fáci 1 y bar-ata. (Ver- anexo
18.5)
APILADOR EN PASILLOS EXTRECHOS CON HORQUILLES EXTENSIBLES
Y ESTRIBO PARA EL CONDUCTOR
Eate es un api 1 ador- con el oper-ador- tr-anspor-tado en un
estr-ibo, de alta velocidad, con motor- de 24 voltios, par-a
utilizar- en lugar-es extr-echos donde las car-r-etillas
contr-abalanceadas no pueden tr-abajar-. La máquina ideal par-a
gr-andes almacenes con mastiles de una, dos o tr-es etapas,
con altur-as de elevacion inter-cambiables en caso de
r-equer-imientos futur-os. La hor-quilla es ajustable sin
r-emover- 1 as patas. Las patas mismas pueden r-emover-se o
cambiar-se fácilmente. (Ver- anexo 18.6)
APILADORES HIDRAULICOS
Estas máquinas, casi tan ági les como un montacar-ga de
paletas, estan diseñadas par-a usos donde no se justifica el
alto costo de un montacar-gas o cuando el espacio es
limitado. Los apilador-es hidr-áulicos empujados a mano
ofr-ecen el máximo de flexibilidad de costos bar-atos.
Existen tipos con alza manual o mecánica. Los apilador-es
autopr-opulsados eliminan la fatiga del empuje de car-gas.
Estas máquinas compactas y fácil manejables estan equipadas
con una unidad motr-iz standar-d de alto r-endimiento. (Ver-
-
9
anexo 18.7)
CARRETILLAS HIDRAULICAS MOTORIZADAS
Estas máquinas eliminan el cansacio del manejo manual y
cuestan mucho mEnos que los montsacargas convencionales.
Proveen manejabilidad máxima con un esfuerzo minimo. Son
ideales para el transporte de materiales en zonas de
tráfico congestionado y para transportes cortos. Lo
compacto y un peso bruto minimo son factores importantes en
lugares donde hay restricciones de espacio o de elevadores.
El tipo con el operador caminante es el stard pero a ttodas
las máquinas se les pueden construir opcionalmente un
estribo para el operador. (Ver anexo 18.8)
Universidad .lut6nom~ de Occidente S[CClfJN BIBLIOTECA
-
10
ASPECTOS TECNICOS DEL APARATO
El apa~ato debe const~ui~se con mate~iales de fácil
adquisición en el come~cio consta básicamente de una
est~uctu~a gene~a 1 de sopo~te p~ovista de un pa~ de
columnas exte~nas, un pa~ de patas ho~izontales, una base,
una viga. Dent~o las columnas exte~nas se encuent~an las
columnas inte~nas unidas mediante una viga supe~io~. Dent~o
de las columnas inte~nas se encuent~a el ca~~o elevado~
p~ovistos de dos columnas ve~ticales el cual sostienen las
cuat~o (4) ~uedas mediante cuat~o (4) ejes. El ca~~o
elevado~ sostienen las uñas donde se encuent~a la
platafo~ma.
La pa~te ope~ativa consta de un cilind~o neumático,
vástago, un eje, dos piñones que halan el ca~~o elevado~
mediante dos cadenas conectadas a un ext~emo a la viga
p~incipal y al ot~o el ca~~o elevado~ mediante cuat~o (4)
pasado~es.
El apa~ato se mueve mediante cuat~o (4) ~uedas, mediante
dos (2) ~uedas locas unidas a la base y dos ~uedas fijas
unidas cada una a las patas ho~izontales mediante dos
pasado~es.
1.1 ESTRUCTURA GENERAL
-
11
Esta est~uctu~a está compuesta po~:
- Un pa~ de columnas de 1/4" de espeso~ en fo~ma de U de
14 cm. x 8 cm. co~tadas a una longi tud de 160 cm. (lA).
(Ve~ figu~a 1)
FIGURA 1. Columnas inte~nas y exte~nas.
Un pa~ de vigas de 1/4" de espeso~ en fo~ma de U de 8cm.
x 5cm. co~tadas a una longitud de 115 cm. Este pa~ de vigas
confo~ma las patas ho~izontales del apa~ato (lB). (Ve~
figu~a 2)
-
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-
100 cm. (lD). (Ver figura 4)
c--'-- /::'~I-" t 1C=~==================~1~ ~ ~I ________________________ ~ji I
lD~( IQO ~
FIGURA 4. Viga principal.
Todos estos elementos van soldados
estructura general de la siguiente manera:
13
conformando la
Cada columna (lA) será soldada a 1 cm. del extremo superior
de la viga (lB).
La base (3A) será soldada a cada extremo de su longitud por
la cara que mide 25 cm. al extremo inferior de cada una de
las columnas (lA) quedando sobre 1 cm. de la viga (lB).
La úl tima viga (lD) será soldada a cada extremo de su
longitud por la cara de 4" a 20 cm. del extremo superior de
las columnas (lA).
De esta manera queda formada la estructura general del
aparato.
1.2 COLUMNAS INTERNAS
-
14
- Un par de columnas de 1/4" de espesor en forma de U de
12.6 cm. x 7.3 cortadas en una longitud de 160 cm. marcadas
como numeral 2A en el plano de la referencia. Este par de
columnas conforman las columnas internas del aparato. (Ver
figura 1)
Un tubo de sección rectangular de 4 1/2" x2" x 1/4"
cortada a una longitud de 97 cm. marcado como numeral 2B en
el plano de referencia. Este tubo conforma la viga superior
que une e 1 par de columnas internas; va soldado a los
extremos de su longitud al extremo interior superior de las
columnas internas ( 2A). (Ver figura 5)
FIGURA 5. Viga superior.
El tubo 2B será soldado a los extremos superiores internos
de la columna interna 2A a un 1cm.
De esta manera quedan formadas las columnas internas.
1.3 CARRO ELEVADOR
-
15
El carro Elevador está compuesto por:
Una lámina HR de 1/4" de espesor en forma de U de 40 cm.
x 4cm. cortada a una longitud de 100 cm. marcado como
numeral 3A en el plano de la referencia. (Ver figura 6)
FIGURA 6. Lámina carro elevador.
- Cuatro secciones en lámina HR de 1/4" de espesor de 18,4
cm de ancho x 38.7 cm. de largo con dos perforaciones de ~
45 mm. distribuidas según el plano general marcadas como
numeral 3B en el plano de la referencia. (ver figura 7).
Estas secciones 3B van soldadas a la lámina 3A que conforma
el carro elevador de la siguiente manera:
-
16
i '1'B.5 .; ¡ ¡~·--------~í ./--~B ~.~;--~----~ ~~
\ .l ¡ i 13.? 1 Á ----¡-j \ ~_L'::"_ ~..L- !
"l·'· 1 " '-..1..... '¡ l. • l. i ! "-~;4,5"':1 I1 I
.:';/f,,'j I 1-. -----11 ' ~ S~.7 L,l- tt-t - ¡ :..d - I
( ( ;~ 4.5 J 't4( I--L ,,', !
FIGURA 7. Platinas Ca~~o Elevado~.
Las secciones 3B se~án soldadas a lo la~go d~ la lámina 3A
po~ el lado inte~no de la U quedando un pa~ de secciones a
cada ext~emo de la lámina, quedando cada pa~eja de
secciones sepa~adas a 15 cm. y a 9 cm. del bo~de ext~emo
liso de la lámina 3A segun se indica el plano gene~al.
- Cuat~o bujes de 45 mm. de diámet~o exte~io~, 30 mm. de
diámet~o inte~io~, de 20 cm. de la~go, ma~cados como
nume~al 3C en el plano de la ~efe~encia. (Ve~ figu~a 8)
Rosca rf; l,tó , ,, 2¡0 1 5
~4.5a----"_I" --~3:
FIGURA 8. Bujes del ca~~o elevado~.
-
17
- Cuatro ejes de 30 mm de diámetro de 25 cm. de largo,
marcados como numeral 3D en el plano de la referencia. (Ver
figura 9); cada eje pasará entre las perforaciones de 45
mm. de las secciones 38 uniendo las dos secciones de cada
extremo que se encuentra separada a 15 cm. quedando soldado
y salido de la sección extrema a 2.6 cm. de la sección.
Extrema 3B, según se indica en el plano general
Cada eje pasará entre cada buje quedando salido del extremo
del buje 3.5 cm.,
carro elevador.
en el cual soportaran las ruedas del
1.0
FIGURA 9. Ejes del carro elevador.
- Cuatro ruedas de % 11.3 cm. de diámetro x 5cm de ancho marcadas como numeral 3E en el plano de la referencia 3E.
(Ver figura 10).
-
FIGURA 10.
.-.~ •• -- .j~
-~
; ....... ----
Ruedas del carro elevador.
18
Se construirá cuna para rodamientos y ranurado para pin de
presión de 1/16" y diámetro especificados, según se indica
en el plano general (Ver figura 10).
A cada buje a la mitad de su longitud (10cm) se debe
perforar con broca de ¡j 5/16" Y roscar según especi f icación
jlf 5/16" - 16 UN F - 2A de 7.5 mm de profundidad.
- 4 tornillos bristón de ¡f 5/16 )( 1/4" de longitud total
con una longitud roscada de 7.5.mm. Estos tornillos
prisioneros sujetaran el eje que soportan las ruedas del
carro elevador.
- 4 rodamientos de bolas ~i 30 cm. ~e 9 cm. de 3 cm de
ancho.
- 4 pines de presión interna de ~i 30 mm. 0e 39.5mm. de 1.5
mm espesor que aseguran los rodamientos dentro de la cuna
de las ruedas.
-
19
1.4 UÑAS
Las uñas están compuestas por:
2 Láminas HR de 1/4" de espesor en forma de U de 8 x 5cm.
cortadas a una longitud de 31 cm, marcadas como numeral 4A
de la referencia. (Ver figura 11).
FIGURA 12. BASE DE LAS UÑAS
-
FIGURA 11. Apoyo de las uñas.
r2 ,
20
- 2 láminas HR de 1/4" de espesor en forma de U de 8 x 5
cm. cortadas a una longitud de 96 cm, marcadas como numeral
48 de la referencia. (Ver figura 12).
- 2 platinas de 2 1/2 x 3/8", cortadas a una longitud de 36
cm. y dobladas según se indica en el plano general marcadas
-
21
como numeral 40 de la referencia. (Ver figura 13).
'j~6~ ..... --_ .. ~
. .,.:..
FIGURA 13. Ganchos de las uñas.
Las laminas 48 serán soldadas sobre las láminas 4A y las
platinas 40 sobre las láminas 4A, según se indica en el
plano general.
Oe esta manera quedan formadas las uñas. Que se colgarán
sobre la parte superior del carro elevador.
1.5 BASE DEL CILINDRO NEUMATICO
Está se construirá a partir de una lámina HR de 1/4" de
espesor de 38 cm. x 18 cm. (Ver figura 14)
-
22
¡-
FIGURA 14. Base del cilindro neumático.
La base del cilindro neumático será soldada por la cara
vertical de la base del aparato quedando centrada en medio
de las columnas.
1.6 SOPORTE DEL CILINDRO NEUMATICO
Construido en platina de 1/8" de espesor 1 1/2" cortada a
una longitud 42 cm. con dos perforaciones de O 3/8" cada
una a 2 cm del extremo. (Ver figura 15)
-
1 2 , ¡~ I ¡
¡ ¡
LJ
FIGURA 15. Soporte del cilindro neumático.
23
Este soporte sirve para sujetar el cilindro neumático de la
parte superior al puente que une dos columnas externas del
aparato, va asegurado por 2 torni llos de 5/16 x 1" y
roscado al puente por medio de tuerca.
1.7 REFUERZOS DE LA ESTRUCTURA GENERAL
Construidos en Láminas HR de 5/16" en forma de triángulo,
rectángulo de 25 cm. de alto x 15 cm, de base. (Ver figura
16)
-
FIGURA 16.
U!. ! -¿--h. . I j \. ,1, ¡ 1 \ I ! \\ I ¡ ¡ \.. ji i ¡ . I I \ I
I 1, \. j ¡ ' ... ~ t "'\' .. i ..... I ,
1
I .\\ .... ''\\.
".
¡I I \ '''\~ LJ '\
16 ¡ ¡
Refuerzo de la estructura general.
24
Cada refuerzo va soldado en las esquinas de la estructura
'general donde se une las columnas externas (lA) con las
patas (lB).
1.8 REFUERZOS DE LA BASE DEL APARATO
Construidos en lámina HR de 5/16" en forma de triángulo
rectángulo de 28.2 cm de alto x 23.2 de base. (Ver figura
17)
-
FIGURA 17.
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L .. " .
. ' .... ~ ".
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... ~ .. 'M ~/ ..... , ...
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-1 í
l ' I I I I ! ¡ ¡ i ! 211.2
!
1 f t 1 L--.J--1
Refuerzo de la base del aparato.
25
Cada refuerzo va soldado en los extremos de la base del
aparato (lC).
1.9 BARANDAS DE AGARRE
Construidos en tubo de ¡zl 1", cl ase 20. (Ver figura 18).
TORNILLOS
Sujeción de los ejes del carro elevador: Prisioneros
5/16" X 1/4, cantidad 4 (cuatro).
- Sujeción del cilindro neumático: 5/16" UNF- 2A x 1 1/2"
cantidad. 2 (dos).
- Sujeción de las ruedas locas traseras: 5/16" - UNF-2A x
1 1/2" cantidad 8 (ocho).
-
26
NOTA: Todos los tornillos anteriores deben ir con sus
respectivas
tuercas.
FIGURA 18.
arandelas planas,
í
i lD3 (
! :1,.
I
I I i LLJ
Barandas de agarre
arandelas de presión y
-
2. CALCULO DE ESFUERZOS Y DIMENSIONADO
2.1 ESFUERZOS ADMISIBLES
Para el análisis de esfuerzos de cada una de las partes que
componen el aparato, se definirán los esfuerzos admisibles
para cada tipo de material a emplear.
Primero se definirá el factor de seguridad a emplear
durante el calculo. Se escogerá el factor de seguridad en
valores de FS = 1.5 2. Para aplicaciones usando
materiales confiables durante la carga, y las condiciones
ambientales no son severas.
De acuerdo al Anexo 1, se establecerán los materiales a
emplear, en estos cálculos y algunas de sus propiedades
mecánicas presentadas.
Sy = Resistencia a la fluencia.
a ad = Esfuerzo admisible.
-
28
2.2 UÑAS
Las uñas de la plataforma elevadora es justamente la
estructura que soportará la carga máxima total, para la
cual estará capacitado, y dentro de esta carga debe
incluirse la de su propio peso. También es importante su
diseño por la rigidez que debe impartir a toda la máquina,
es decir, su resistencia tiene que ser suf icientemente
mayor que el esfuerzo, para garantizar que si exista la
seguridad y la confiabilidad.
2.2.1. Cálculo
Las fuerzas máximas ocurren al iniciar la elevación a plena
carga y tiene los valores mostrados en la Figura 19, por lo
tanto se diseñan las áreas para soportar estas condiciones
de carga.
r t ¡... :;.5 *1 f
J 5. fj -1t1 rr-, I
fU Li i ij 1 ! ¡ '''Xs! \ ¡ 600Kg
81 I , ¡ j / I I ¡ i j I i i t fÓ , t j ! I .-"'- ¡
j ~fj .c"" ti
, 1
I i ! 91í!, !
FIGURA 19. Diagrama de cuerpo libre de las uñas.
-
29
En este plano, se le puede considerar como una viga de
cuatro secciones así: (ver figura 20)
, ¡ •
1 I i • ! ! ! ¡ í I ,. ¡ I I I ¡ I , ! t i • I t t t ¡ " ! \ \ ..... ~-... -
FIGURA 20. Secciones de Cuerpo Libre de las uñas.
Viga inferior.
Los diagramas correspondientes a cargas, cuerpo libre,
fuerza cortante y momento flector, aparecen en la figura
21, Y el calculo correspondiente es:
Si se hace sumatoria de fuerzas verticales se tiene:
L Fy = O; Rl 600 = O en kg
Donde Rl = 600 kg
El momento flector será:
300 kg x 92 cm Mi = = 13800 kg - cm
2
-
FIGURA 21.
,~'?8f]f)
K;;-om.
30
Diagr-ama de car-gas, momentos de la viga infer-ior- de las uñas.
Se asume como dato par-a diseño, que el espesor- de la lámina
r-equer-ido es O,64cm. y par-a esta viga en par-ticular-, el
per-fil de lámina doblada es el que se muestr-a en la figur-a
22 siendo este per-f i 1 el más adecuado por- r-esistencia,
espacio disponible colocación en el conjunto.
-
¡. 8 .¡ i i l.~,----------"!"i-"" ¡ ·1 ~.l
-rl--+-1 -n° I In. I i !I' ·,í • ¡ ! I ó 4LLl2i ¡ ¡I·¡
i '-----,j ¡ ¡ ~ - ____ ---i,.!¡--~---.J---l..
t 1 , ¡ i ¡ ,
.64 -..¡ 1-- ~ ~ .uJ ¡l .
I ,.. 8.'1 ... 1
FIGURA 22. Perfil para la viga inferior de las uñas.
Para esta sección se tienen los siguientes datos:
A = 17.65 cm2
8 4 5.764-Ixx = ---.---- =
12 12
54 3.884-Iyy = -----
12 12
Donde cr max =
24.96 cm4
= 33.2cm4
C = 2.8 cm
33.2 I/C = ----- =11.86 cm3
2.8
13800 kg - cm
11.86 cm3 = 1163.57 kg/cm2
31
El material a utilizar en la manufactura de este perfil es
una lámina ASTM A-36 con cr admisible de 3733.3 kg I cm2 >
1163.57 kgl cm2 , que es el de trabajo, se puede decir que
el elemento no tendrá ningún problema en soportar este
esfuerzo.
-
32
Viga vertical.
La figura 23 muestra los esfuerzos que debe soportar esta
viga.
1.6 1 , rl"- 44~.2Kg I 1\,
31 ¡ 1 I • I ! 28 i I ! l I I ¡ ~LJ-'-
I ¡ -....{ f.,.r- 5
FIGURA 23. Esfuerzos en la viga vertical de las uñas.
Haciendo sumatoria de fuerzas verticales se tiene:
¿ FY ; O; - 3000 + R2 ; O
Donde R2 ; 300 Kg.
El Momento M2 es
M2 ; 18300 Kg. - cm
El perfil adecuado por resistencia, es mostrado en la
figura 24, se asume como dato para diseño de .48cm.
-
33
¡.. 8 ~j ¡ ¡
l~ (,-j ! I ( I i-t-T 5 ¡ ¡ + 1 1 LU [i 1 -liT
I I 1 I -i ~ 8.1'2 ----1 1-- .84 .84
FIGURA 24. Perfil para viga vertical.
Para esta sección se tiene
A = 10,70 cm2 y = 3.55 cm
Ixx = 19.4 cm+
Iyy = 106 cm4 Zt = 5.46 cm~
18 300 kg - cm Donde CT = = 3352 kg/cm2
15.46 cm
Si la lámina a utilizar para el doblado de este perfil
tiene un CT admisible 3733.3 kg/cm2 > 3352 kg/cm2 de CT
trabajo del perfil, se puede garantizar que soportará los
esfuerzos a que va a estar sometida la viga, pero el factor
de seguridad es mínimo entonces sería mejor rediseñarlo.
Ganchos de la viga vertical:
La figura 25. Muestra los esfuerzos que debe soportar.
-
• ! 8.á I ¡
I 4--l t '. ¡ SDDKg
SOOK¡:¡ 44ó.J!Kq
M - 1 aIJIJKg-
-
Para está sección se tiene
A = 17.42
8 x 53 Ixx = -----
12
5 x 8"3 Iyy = -----
12
¿ Ai Vi V = --------
A
V = 1.67 cm
Donde: cr =
cm2
6.72 x 3.36'3 -----------
12
"5 3.36 x 6.72
= 62.1 cm4
----------- = 128.36 cm4 12
6.72(0.32)+6.4(2.68)+5.12(4.68) = -------------------------------
17.42
Zt 37.18 cm3
27600 kg cm
37.18 cm3 = 742.2 kg/cm2
3S
El cr del material a utilizar es 3733. kg/cm2 > 742.2
kg/cm2 , que es el de trabajo, se puede decir que el
elemento no tendrá ningún problema en soportar este
esfuerzo.
El gancho está sometido en condiciones de trabajo a un
esfuerzo de tracción en su parte recta y curva, y a
esfuerzos simultáneos de tracción y flexión.
-
FIGURA 27.
; !
10.5
'4 I ¡ ¡
ii--
7.5
r-- 6,6 -..-j i
! • ! -1 --.~-. I ¡ " I ~ ¡ 10
300Kg
SQOKí/ 445.2Kg
M = t .'!1GQKf¡"-am
Diagrama de cargas del gancho
En la figura 28 aparece la sección del gancho.
FIGURA 28. Perfil del gancho
Para esta sección se tiene,
A= 6.4 cm2
1 (6.4 cm )3 I = = 21.84 cm4
12
c = 3.2 cm
36
-
37
P Mc 445 kg 13.800 kgcm(3.2cm) Donde cr = + = ------- + ------------------
A 1 6.4 cm2 21.84 cm 4
cr = 2092 kg/cm2
La platina a utilizar para el conformado de los ganchos
tiene un tJ admisible de 3733.3 kg/cm2 > 2092 kg/cm2 de
-
38
FIGURA 29. Ca~gas en el ca~~o elevado~.
El ca~~o está confo~mado po~ va~ios elementos:
1. La lamina en fo~ma de U
2. 4 platinas iguales ~epa~tidas como se indica en la fig.
30
/350Kg
FIGURA 30. Confo~mación del ca~~o elevado~.
-
39
En la figura 31 se analizará las cargas que se presentan en
las platinas.
I r--I o:i ir, "1
I ~
;300Kg I , , b
,JI1-,5 -'" • ,..--.L.i ---..,--__ ---, '-.. ,'.j ", t
~~.III¡ I 1 1"-- j 12,1 I 1,1 i I I Tí
25.3 ; 6.3 I'?BI;;I I i 1! ! t ¡ ,~~I-\ I i i 1-.' 1 t,_:r--R i ¡ l .~ !--+---9---~)
, .. If ! I 5 ¡ I 11-,35
1 I I leo4
¡ l. .1
FIGURA 31. Cargas de las platinas del carro.
Cálculo
E MA = O; 13800 - 39.4 F=O
F = 350.3 kg
MD = O; 25.3 R - 350.3 (32.35)
R= 447.85 kg.
Como son dos pares de platina la fuerza de R de 448 kg. se
divide en dos, y la fuerza resultante es la fuerza ejercida
en el agujero por el que pasará un buje uniendo cada pareja
Universidad Aut6noma de Occidente SECCION BIBLIOTECA
-
40
de platinas.
La lámina en forma de U se analizará como una viga
simplemente apoyada.
Los diagramas correspondientes a cargas, cuerpo libre,
fuerza cortante y momento flector, a partir de la figura
30, aparecen en la figura 32.
li
1 ... L-Jl!
~/ ..
:
!.' 1_._ . !----+---,...----i-----f i'1I CCS'i7(1 \lmtc/U en " ¡ /lfJOKg ¡ ¡ 1'-__ ----,o;L""'~oK.:;¡-;"'"';~~~~;.e:&.I __ ~1 J¡{71 ~ •
-1fi.I)T~ '!1~~
FIGURA 32. Diagrama de cargas, momentos del carro
elevador.
Determinación del momento máximo de flexión y de torsión
-
41
que actúa sobre la viga.
M flexión = 12800 kg -cm M torsión = 28000kg-cm
se toma el momento mayor que es el de torsión.
Se asume como dato de diseño, que es el espesor de la
1 ámina requerida es de 0.65 cm, y para esta viga en
particular, el perfil de la lámina doblada es el que se
muestra en la figura 33.
1 I
'
1 L -_ . ...-~----l...--. I o'" .65 ¡ .1. 19.86
I I * ~O 1- -1-+ - ,- )C
Il~l==¡~S5 ¡ I 6 I
• . 65....J
FIGURA 33. Perfil del carro elevador.
Cálculo del momento de inercia.
Ix = (1/12)*(2x19.35f *(0.65*1)+2[(1/12)*(0.65~ *(5)+
+5(0.65)*(19.35+0.65/2)2]
Ix = 5655.95 cm4
3 Iy = (1/12)*(2)(19.35)(.65)+2(19.35)(0.65)(0.721+0.65/2)2
-
3 +2[(1/12)*(0.65)*(5)+5(0.65) (0.721+5/2)2
Iy = 109.39 cm4
x = 0.721 cm
y = 13.33 cm
Zt = 8.21 cm3
A = 3166 cm2
28000 kg - cm Donde O' = --------------=
3166 cm3 884.4 kg/cm2
42
El O' admisible del mate~ia1 a uti1iza~ es 3733.3 kg/cm2 >
884.4 kg/cm2 , que es el de t~abajo se puede deci~ que el
elemento no tend~á ningún p~ob1ema en sopo~ta~ este
esfue~zo.
2.3.1 Platinas del carro elevador.
Las platinas sopo~tan las ~uedas donde se mantend~á estable
la p1atafo~ma guiadas po~ las columnas.
La figu~a 34 most~a~á las ca~gas que sopo~ta~an las
cavidades donde se encuent~an los bujes que sopo~ta~án los
ejes que sostienen las ~uedas.
-
A ---, . I RJt/J4.5
--1-1--
lit I I I I r 84.6 ¡ I---L
--1-1-t:1t i ,
-.¡ 1- .47
FIGURA 34. Ca~gas sopo~tadas po~ la platina.
Pa~a este elemento se tiene
A = de = 4,5xO.47
A = 1.43 cm2
F = 224 kg.
224 kg. Donde = --------- = 157 kg/cm2
1.43 cm2
43
Las platinas utilizadas tienen un admisible de 3733 kg/cm2
> 157 kg/cm2 de t~abajo, se puede ga~antiza~ que sopo~tan
los esfue~zos.
2.3.2. Bujes del carro elevador.
La figu~a 35 muest~a los elementos que debe sopo~ta~.
-
44
Los bujes van sujetos por medio de los orificios de las
platinas conectando el par de platinas a cada extremo.
2241 681 kg/cm2 , que es
el de trabajo, se puede garantizar que soportará los
esfuerzos a que va a estar sometido.
2.3.3 Ejes del carro elevador.
-
l~-- 448 Xg t
,~ ... %~..",~~..'%O:o:~ r 'i;\~~"~.:",'~~~;~ ¡
PI1V DE PRESBJ.l'l
r
t ~~ "~~~ ¡ ¡ BrNE ,,. . t:{{" •
! ~:m}~:;S§'~§:N§t'S~ L-.-}d fi -
l.' L-¡
FIGURA 36. Sistema de Rodaje
Análisis de fuerzas.
La fuerza de 448 kg. es la reacción del
transmitido a través del buje.
45
rodamiento
Se analiza el eje como una viga en voladizo que soporta la
fuerza de 448 kg.
FIGURA 37.
448 Ko
1 (1
¡
t- lr!'-~!~~í-'--r-~'-~ , I ¡
¡ 1 ¡J ~,-----r~~--r-T-'--r--~I ---r t i qi"=l -.J
~,!f 1 ! i· ..... _ 1,
-
46
Además se obser-va que el eje está empotr-ado en el buje
estando en contacto con una fuer-za distr-ibuida per-o
equilibr-ada como se obser-va en la gr-áfica debido al efecto
pr-oducido por- la fuer-za distr-ibuida se r-epar-te a los dos
lados del eje como fuer-za distr-ibuida de 448 kg.
Esta fuer-za distr-ibuida se r-epar-te a los dos lados del eje
como una fuer-za distr-ibuida de 448 kg.
El mater-ial del eje es Acer-o SAE 9840 Bonif con fj' adm de
5000 kg/cm2 •
La figur-a 38 muestr-a el diagr-ama cor-r-espondiente a fuer-za
cor-tante y momento flector-, y el cálculo que cor-r-esponde
es:
M = 448 x 1.75 = 748 kg-cm.
-
47
ca::v .• ~¿{~ ___ 784Kg
FIGURA 38. Diag~ama de ca~gas, momentos de los ejes.
Pa~a esta sección se tiene los siguientes datos:
4723 kg/cm2 que es
el t~abajo. se puede ga~antiza~ que sopo~ta~á los esfue~zos
a que va a esta~ sometido.
2.3.4 Rodamiento.
-
48
r- S.5-J ¡ i
--------------------------~
BUJE
FIGURA 39. Montaje del rodamiento
De acuerdo a los aspectos técnicos iniciales del diseño,
con el diámetro externo y el ancho de las ruedas del carro
elevador y el Diámetro de eje se establecen dimensiones
generales para la relación del rodamiento.
Cálculo RPM del rodamiento.
Velocidad de elevación ruedas: Vr = 0.073 m/seg = 438
cm/mino
Diametro exterior ruedas: Dr = 11.3 cm
De Ecuación: Vr = n Dr N --) N = Vr/n Dr
Reemplazando: N = 438 cm/min /~11.3 Cm
N = 12.3 rpm
Son revoluciones muy bajas a las que gira el rodamiento se
busca un rodamiento de bolas radial de una hi lera con
placas de protección.
-
49
Se usa capacidad de ca~ga estática Co
~evoluciones/min = 12.3 ~pm
Ca~ga ~adial: F~ = 884 kg = 8672 N
Vida nominal: L(10)h = 20.000 ho~as.
Según ábaco. Catalogo gene~al SKF 1975
(Ve~ anexo 2) se encuent~a que el valo~ de segu~idad de
ca~ga c/p es de 2.9
Cálculo de la ca~ga dinámica equivalente de ecuación:
p = x F~ + Y Fa
p= ca~ga dinámica equivalente, en N
F~ = Ca~ga ~adial ~ca, en N
Fa = Ca~ga axial ~ea, en N
x = Facto~ ~adial
y = facto~ axial
Entonces: P = F~
P = 8672 N
Po~ lo tanto se ~equie~e un ~odamiento que tenga una
capacidad de ca~ga dinámica:
C ~ 2.9 P
C = 2.9 x 8672 N
C = 25149 N
Con diámet~o exte~no del eje, que es igual al diámet~o
Universid3d Aut6mrma de Cccidente SECCION BIBLIOTECA
~------ --------~
-
50
interno del rodamiento y la capacidad dinámica de carga
según anexo 2, se designa el 6308-2 Rs.
Especificaciones técnicas del rodamiento
Diámetro interno d = 40 mm
Diámetro externo P = 90 mm
Ancho del rodamiento B = 23 mm
Revoluciones / minuto N = 7500 rpm
Masa del rodamiento m = 0.63 kg
Designación: 6308 - 2 Rs
2.3.5 Esfuerzo en las ruedas del carro elevador
Según figura 40.
ql
118
¡.""' ...... ::"OO:"ii::ooi::4 __ --E. ~:, --l
FIGURA 40. Cargas en las ruedas
F = 884 kg
B = 5 cm
q1 = carga distribuida exterior
q1 = F/B = 884/5
q1 = 176.8 kg/cm
-
51
q2 = ca~ga dist~ibuida inte~io~
q2 = f/B2 = 884/2.3
q2 = 384.3 kg/cm
Haciendo semejanza al caso de los bujes
2.3.5.1. Area de contacto debido al ancho del rodamiento
A = dB
d = 9 cm
B = 2.3 cm
A = 9 x 2.3
A = 20.7 cm2
FIGURA 41. A~ea de esfue~zos en las ~uedas.
2.3.5.2. Fuerza interna soportada
F = 884 kg
-
2.3.5.3. Esfuerzo por aplastamiento.
Area = 2.3 x 1.25 ~ 1.25 2.3
A = 2.88 cm2
S = 884 kg / 2.88 cm2
S = 305 kg/ cm2
Por lo tanto se toma el esfuerzo mayor.
cr
¡ ¡
=
l.
305
FIGURA 42.
kg / cm2
2.3. ¡
.1
Area de carga en las ruedas.
// / ....
/ .1
,/' J'~'
1.25!Ym
52
Hasta aquí se ha analizado el esfuerzo presente en cada uno
-
53
de los elementos que conforman la parte movil de la
plataforma (Carro elevador).
2.4 ANALISIS DE LAS COLUMNAS
2.4.1 Columna interna : Perfil
Ver Figura 43.
Cálculo Momento de inercia
A = Al + A2
= 0.64 (12.3) + 2(6.6)(0.64)
= 7.87 + 8.45
A = 16.32 cm2
y = 3 .• 3 cm
FIGURA 43.
¡
I 1 ¡
f!2'.3
1.2.
Perfil columna interna
-
54
í. Ai x i 7.87(0.32) + 8.45(3.63) x = ------ = ------------------------ = t.03cm
A 16.32
1 x x = [0.64 ( 12.3)3 /12 +. 7.8,7-, (2.03-0.32)2] +
[6.6(0.64)3 /6 + 8.5 (3.62-0.32)2]
Ixx = 214.57 cm4-
2 Z Iyy =[99.25+7.87(6.15-3.13)]+[0.288+8.45(3.13-0.32) ]
Iyy = 238.04 cm+
2.4.2 Columna externa perfil
Cálculo Momento de inercia
A = Al + A2
= 0.64 (13.9) +2(7.3)(0.64)
A = 8.9 +15.24
A = 24.14 cm2
'1.8
FIGURA 44. Perfil columna externa
-
-X = :EAiXi/Ai' = [8.9(0.32)+15.24(3.97)] /24.14 = 2.62 cm
y = :EAiXi/Ai = [8.9(6.95) + 1524(0.32)] / 2414
= 2.76cm
Ixx = [0.64(13.9)3/ 12 + 1524(0.322 )] + [7.3 (0.64)3/ 6
Ixx
+15.24(3.97- 0.32)2]
= 393.67 cm""
3 3 = [0.64(13.9)/12+8.9(6.95-2.76)2]+[7.3(0.64)/6+ Iyy
15.24(2.76-0.32)2]
Iyy = 390.5 cm""
Momentos de inercias
Columnas interna:
Columna externa
Iyy = 238.04 cm 4-
Iyy = 390.5 cm 4
Material lámina HR ASTM A-36
Sy = 5600 kg/cm2
E = 2500 kg/cm2
55
De acuerdo a las dimensiones de altura del plano general
Analizando la columna interna. (Ver figura 46).
-
56
1- M -¡ 1 In I ¡ I I I ¡ I
¡ ::: f ! ! f
1 i 1
n ¡
n I 1 I f I 1I I
¡ j 1
¡ L-:;
11 ¡
¡ I I I I 92J I I l- ¡ 5 J..,) .1-14 ·1· FIGURA 45. Dimensiones, vista en planta de las columnas
Como son dos columnas y se tiene una carga de 600 kg se
toma como peso soportando por la columna 300 kg. Como el
peso se encuentra en las uñas entonces se tiene una
exentricidad en dirección del eje Z de 63cm. (Ver figura
45) .
M = 300x63 = 18.900 kg-cm
1 = 65cm
p = 300 kg
Extremos libre - empotrado
N = 1/4 = 0.25
Le = L = 65cm
e = 63 cm
1 = 238 cm4-
A = 16.32 cm2
-
~ ,-1 111 i i ¡ ¡ ¡
.jO !
\i r 8(}(jKi} ¡
t- ~..-~> ¡i i-~----i~-' I
1 11 , ¡ 50 ¡ ·1 ¡
t-! ¡ ! , I 1 í i I
110 ¡ I
I i
¡ \ I ¡ , ,
l..J.- es --1 I , . t i i ¡ ! ! j ¡
I ! LI ..... .I.-.l....L..J
FIGURA 46. Dimensiones, vista lateral de las columnas
2.4.3 Columna interna
Radio de Giro: R = ¡l/A = !238.04cm / 16.32 cm2
I = 238.04 cm4
A = 238.32 cm2
R = 3.82 cm
Relación de esbeltez: l/R = 65/3.82
1 = 130 cm
R = 3.82 cm
l/R = 17
Entonces 17< 30 ---) columna corta
Se tiene una columna corta
57
-
Esfuerzo presente
cr = P/A [ 1 + ( l/R )2 (Sy I n 2 N E) + ec/r]
cr = (300 kg I 16.32 cm2 ) [ 1+172 x (5600/n 2 *25*2500)+
(63cm*6.15/(3.82cm)2 )
cr = 5329 kgl cm2
Ecuación de Euler
AN n 2 E Pcr = --------
(l/r)2
16.32 cm2 x n 2 x 2.500 kg/cm2 x 0.25 = -------------------------------------
172
Pcr = 348.4 kg.
Chequeo: (le/R) > 12 n 2 E I Sy
(17)2 > 12 n 2 (2500)/5600
289 > 2.97
Por 10 tanto el tratamiento como columna es correcto
(1 Ir t = 12 N n 2 E/Sy = 12(0.25) n 2 (2500)1 5600
( 1 Ir )* = 1.48
si l/r > (l/r)""
289 > 1.48
Por 10 tanto se utiliza la ecuación de Euler
*" (Pcr) = N n 2 E/(l/r )2 A
= 0.25 n 2 ( 2500) I 1.482
58
-
59
* (PerlA) = 2800.1 kg/cm2
A = Sy = 5600 kg/cm2
B = (Sy/2n)2/NE = (5600/2n)2 (1/0.25 x 2500)
B = 1271 kg/cm2
per
A
5600 > 2800
Por 10 tanto el valor de (PerlA) está bajo el valor de A
de la recta de jhonson y se utiliza Euler.
Factor de seguridad
Sy 5600 FS = ----- = ----- ==> FS = 1.1
(J ad 5329
Por 10 tanto el material a utilizar en la manufactura de
esta columna es una lámina de Sy = 5600 kg/cm2 > 5329
kg/cm2 , que es el de trabajo, se puede decir que la
columna no tendrá ningún problema en soportar este
esfuerzo.
El valor de factor de seguridad
Pcrit FS = ------
F
348.4 = ----- = 1.16
300
Se hace el tratamiento de columna cuando la plataforma está
Ufti~ersirll'l Autóno;na de Cccid8lltl S~CCION 81BlIOTECA
-
60
en la maxima altura y tomando el perfil de la columna
interior que es menos resistente.
2.4.4 Columna externa.
Suponiendo que la columna externa soportará los 300 kg a
una altura de 110cm, se tiene los siguientes datos.
1 = 110 cm
p = 300 kg
N = 0.25
Le = L = 110cm
1 = 390.5 cm
A = 24.14 cm2 e = 63
Radio de Giro: R =
Relación de esbeltez:
cm
390cm
24.14 cm2
1
R
110
402
Se tiene una columna corta.
= 4.02 cm
= 27.4 < 30
Carga critica: Apartir de la Ecuación de Euler
24.14 n 2 x 2500 x 0.25 Pcr =
27.4
-
61
Pcr- = 200 kg
Esfuer-zo pr-esente. Apar-tir- de la Ecuación
P
[
1 Z. 1 + ( ~-)
Sy (J = +
A NE
(J = :~~-- [1 + (27.4 t (----:~~~~----) +-~:-~~~:: ] 24.14 n 2 xO.25x2.500 4.02
= 9658 kg/ cm2
El mater-ial a utilizar-de Sy = 5600 kg/cm2 < 9658 kg/cm2 ,
que es el de tr-abajo, no se puede gar-antizar- que sopor-tar-á
los esfuer-zos a que va estar- sometida la columna, por- lo
tanto hay que r-efor-zar- o r-ediseñar-la.
2.5 VIGA SUPERIOR.
La viga super-ior- no ser-á un elemento que sopor-tar-á car-gas
dir-ectamente, solamente ser-vir-á de puente, uniendo las dos
columnas. Clar-o que cuando el car-r-o elevador- ha subido a la
par-te super-ior- teniendo la viga, este la empujar-á;
inmediatamente las dos columnas se elevan , juntas con los
mismos compor-tamientos y car-acter-isticas, sopor-tando los
mismos esfuer-zos.
Se sabe que entr-e las columnas exter-nas y las inter-nas hay
-
62
un juego o holgura con cierta tolerancia donde el
razamiento o fricción de deslizamiento será mínimo pues
este mecanismo estará lo suf iciente lubricado donde va
trabaj ar en óptimas condiciones e igual característica,
pues no habrá desbalances en el mecanismo.
La figura 47 muestra la cargas presentes en la viga
superior.
:,
.... ... -.- .- .. ~-----------,¡-t--~i
i~-!
I~.---------,t----------~'~~ !le¿ I
FIGURA 47. .Cargas en la viga superior
Las únicas cargas soportadas por la viga superior es el
peso de las columnas internas, fricción ocasionada por
razonamiento entre columnas internas y externas. Algún
momento presentado por las columnas internas a la viga
durante la elevación pero sería nulo.
Debido a los anteriores supuestos la viga superior
soportará alguna carga puntual en el medio de su longitud
debido al empuje del vástago pero una vez que el carro
elevador pegue con 1 a viga super ior, y como e 1 carro
-
63
elevador tiene el doble de velocidad que el vástago,
inmediatamente desaparecerá esta carga puntual.
2.5.1 Cálculo
Las cargas mencionadas anteriormente ocurren el iniciar la
elevación a plena carga y tiene los valores mostrados en la
figura 47.
Peso de las columnas internas según aspectos técnicos. Area
de material = 0.92 cm2 , f/2 = 22.5 kg
Fricción por el contacto entre columnas internas y
externas.
Area de contacto = 0.92 cm2
fuerza de fricción debido por el coeficiente de rozamiento.
FIGURA 48. Cargas por fricción entre las dos columnas.
Momento total en la columna = 28~kg - cm
-
64
Longitud de la columna = 160 cm.
M 2800 M = Fl ---) F = = 175 kg
1 160
Carga soportada por la columna externa: P = 175 kg
De acuerdo a la figura 48
Holgura : h = 2mm
Velocidad Columna interna : V = 0.0365 m /s
Area de contacto : A = 0.92 cm2
Lubricante con densidad: = 0.9 gr/cm y viscosidad
universal saybolt: L = 80 seg.
Los datos sobre las características del lubricante son
tomados en el anexo 3
La viscosidad absoluta: z
180 180 Z = (0.22 't' - -t-) = (0.22 x 80 = 15.35 centipoise
80
Expresando la viscosidad en el sistema inglés se tiene
Z(Centipoise) ------------- =
6 6.9 x 10
15,35 = 2,2xl0
El esfuerzo de corte unitario
V dina - seg
-6 Lb-seg.
plg2
3.65 cm /s Ss = Z = 15,35 = 0.1535 ---------- * -----------
h cm2 0.2 cm
= 2.8 din/cm2
Ss = 2.8 dn/cm2 5 x lN/l0 dn x lkg /9.81N
-
65
-5 = 0.2856 x 10 kg/cm2
-5 Ca~ga: P = Ss A = 0.2856 x 10 kg/cm2 * 0.92 cm2
-5 = 0.263 x 10 kg
Po~ lo tanto se puede deci~ que la fue~za debida a la
f~icción es nula.
El diag~ama co~~esponde a ca~ga, cue~po lib~e, fue~za
co~tante y momento flecto~ a pa~ece en la figu~a 49.
I 1 I I 6&Kg I L 48_5 ---+1-- .. 8_5 ---l
FIGURA 49. Diag~ama de ca~gas, momentos de la viga
supe~io~
La figu~a 50 muest~a el pe~fil utilizado pa~a esta viga
-
10.f8-.1, I i ,-r .;.81 I ! .L ___ -+! ----, !-.
! I f I ~ _",., I LJ i O.UC1
-r, --+1 . . 1--1
8JH!.n
FIGURA 50. Pe~fil de la viga supe~io~
Pa~a esta sección se tiene:
A = 17.74 cm2
10.16 ( 5.08)3 1 xx =
12
9 • 89 (3 • 81 ) 3
----------- = 70. 02 12
3 3 5.08 (10.16) 3.81,(8.89)
Iyy = ------------ - ------------ = 22.91 12 12
y = 2.54 cm
Zt = 27.57 cm
Donde cr = 2716 ----- = 98.5 kg/cm2 27.57
4 cm
4 cm
66
El cr adm del mate~ial a utiliza~ es 33300 kg/cm2 esta viga
está suficientemente dimensionada. Pe~o su función es uni~
las columnas po~ medio de soldadu~a es p~efe~ible que tenga
un espeso~ 1/4 plg pa~a que la unión sea segu~a.
2.6 VIGA PRINCIPAL
-
67
Este elemento debe cumplir con lo siguientes fines.
1. Puente de unión de las dos columnas externas.
2. Soporte del cilindro Neumático.
3. Conexión de las cadenas
La figura 51 muestra las cargas presentes en la Viga
principal.
REGlON SOLDADA A LA (x)I.l}MNA EXTERNA
800KV !
~l 8(¡OKg
i--- 8'Ui
t SOOEII t 800Kg ,
87.61 .l. .l. ~5
FIGURA 51. Cargas en la viga principal.
-
A = 13.5 cm2 ,Ixx = 206 cm4
Iyy = 29.3 cm4
3 I/cxx = 412 cm
3 I/cyy = 8.49 cm
(modulo resistente de la reacción)
!JO!')
300
I f 1 ~~() KO-cm. I i I 1 f- 8".6 -+- 26 --+- 8"'.6 .......¡
68
FIGURA 52. Diagrama de cargas, momentos de 1 a viga
principal.
1.- Asumiendo que la viga esta apoyada en los extremos
simplemente Mmax. = 11250 kg -cm (Ver figura 52).
2.- Viga empotrada en los extremos
M = 300 x 37 . 5 (62. 5 )% ----------- -300(37.5)= -6855.47 kg/cm2
1002.
-
para esta sección se tiene
A = 13.5 cm2
1 xx = 206 cm 4
Iyy = 29.3 cm 4
:5 I/cxx = 41.2cm
I/cyy = 8.49 3 cm
1125.0 kg -cm
69
1.- Donde CJ max = = 1325.1 kg/cm2 8.49 cm
6855.5 2.- CJ = = 807.5 kg/cm2
8.49 cm
El CJ ad del material es 2330 kg > 1325.1 kg/cm2 calculado
para este elemento, se puede asegurar que el elemento
trabajará bien.
2.7 PATAS HORIZONTALES
Conforma la mayor parte del Chasis del aparato. soporta el
peso mínimo de el El momento transmitido en toda la
estructura, también es importante su diseño por la rigidez
que debe impartir a toda la máquina.
La figura 53 muestra las cargas presentes en las patas
horizontales.
Universidl'J ~'Jt5~o.T1a de Occidente SlC",lüN o¡ia~IOTECA
-
70
1 S~JuAg I-~ •. M = 18900Kg-D'm
1~8
U1.74Kg
193.UKg
FIGURA 53. Diagrama de cargas, momentos en las patas
horizontales.
Análisis de fuerzas
¿ Fy = O; RA - 300 - 18900/108 +RB = O (1)
¿ Mo = O; - 7R - 18900 + 108 RB = O (2)
De (1): RA +RB = 475
De (2): - 7 R - 18900 +108 R = 18900
-
71
Resolviendo el sistema de ecuaciones
R = 281.74 kg
R = 193.26 kg
El perfil utilizado para las patas horizontales es el mismo
que se utiliza en las uñas.
Datos para esta sección; según figura 3
A = 17.65 cm2 c = 2.8cm
lxx = 249.6 cm4 l/c = 11.86
lyy = 33.2cm4
20872 .1 kg -cm Donde max =
11.86 cm
La lámina HR ASTM A -36 tiene un
3 cm
= 1760 kg/cm2
~ adm de 3733 kg/cm2 )
1760 kg/cm2 que debe soportar el elemento, por tanto
trabajará bien.
2.8 BASE PRINCIPAL
Es la pieza fundamental del aparato a ella van soldadas las
columnas externas, el perfil posterior de las patas
horizontales, las barandas de agarre, también van sujetas
las ruedas traseras locas. soporta el momento transmitido
en toda la estructura.
-
72
La f igur-a 54 muestr-a las car-gas pr-esentes en 1 a base
pr-incipal.
FIGURA 54. Car-gas en la base pr-incipal.
100(O.6? I = ---------- = 1.8
12
Cálculo de fuer-zas:
4 cm
1. Fb: Fuer-za pr-oducida atr-aves de las bar-andas de agar-r-e
debido al momento tr-ansmitido en las columnas soldadas a
una altur-a de 155cm.
-
73
2. Fr: Fuerza presente en las ruedas traseras debido a la
carga soportada y el momento mencionado.
La figura 55 muestra el comportamiento estático de la
estructura general del aparato.
he .) I ... ·~
9 J .!;t -;¡ i ¡ ¡ r:= ! 1 fj j ¡
F
e-t ~ O
FIGURA 55. Analisis estatico estructura general.
18900 kg - cm Fb = = 122 kg
155 cm
Cálculo de fuerzas en las ruedas
¿ fy =0; Fr - 300 18900/115 + F = O
¿ Mo = O; - 22 Fr 18900 - 300 (7) + 155F = O
De (1) Fr+F = 464.35
De (2) - 22fr +155f = 21000
-
Resolviendo el sistema de ecuaciones
Fr = 288 kg
F = 176.4 kg
M = 122 (27) + 288(22) = 9630 kg -cm
P 122 + 288 = ---------- = 6.83kg/cm2
A 60
P Mc 9630 x 0.3 o- max = + = 6.83 + ----------
A 1 1.8
74
=1612 kg/cm2
La lámina tiene un adm de 3733 kg/cm2 > 1612 kg/cm2 que
debe soportar la base principal, por lo tanto trabajará
bien.
2.9 BARANDAS DE AGARRE
Debe cumplir con las siguientes funciones:
1. Elemento de agarre para mover el aparato presentándose
la máxima fuerza cuando se encuentra en reposo.
2. Reforzar las columnas externas con la base principal.
De acuerdo a los aspectos técnicos se construirá en tubería
de (211" según se indica en el despieze de las partes del
aparato.
-
75
La figura 56, muestra las cargas presentes en la baranda de
agarre.
!=5DK¡¡
122Kg
FIGURA 56. Cargas en la baranda de agarre.
La fuerza F, es la fuerza máxima requerida para mover el
aparato cargado con los 600kg en la posición de reposo.
Esta fuerza F se ha tomado de ensayos realizados en
diferentes sentidos y su valor máximo ha sido de 200kg en
condiciones óptimos de funcionalidad y manejo.
-
76
2.9.1 Cálculo de Esfuerzos.
La figura 57 muestra la sección curva en cuestión.
FIGURA 57. Sección curva en cuestion de las barandas.
ro = 7.12 cm
r = 5.56 cm
ri = 4 cm
[.fro + .friJ2 .f7.12 + .f 4] 2 r = = ------------- = 5.45 cm
4 4
e = r - rn = 5.45 = O.llcm
r = ri + d/2 = 5.56 cm
hi = rn ri = 5.45 - 4 = 1.45 cm
ho = ro rn = 7.12 5.45 = 1.67 cm
A = 11/4 (do2 - di 2 ) = 11(3.122 - 2.542 ) = 2.58 cm2
ab2 (22) ( 103) 2 M = F = (122+50) = 2569 kg -cm
1 2 125
-
77
m ha 2569 kg/cm (1.67 cm) Donde ero = ------- = ------------------------
A e ro 2.58 cm2 (O. 11 cm ) ( 7 • 12cm )
= 2123 kg/cm2 (compresión)
M hi 2569 (1.45) eri = ------------- = ------------
A e ri 2.58(0.110(4)
= 3281 kg/cm2 (tracción)
F Mc 122 2569 ( 1. 56) (64) er = + = ----- + ----------------
(3.1244 -4
A 1 2.58 2.54)
= 1584 kg/cm2 (tracción y comprensión)
Por tanto el esfuerzo máximo se presenta en la tracción en
la fibra interna ri = 4 cm.
La tubería Acero Asi C1020; tiene un er adm de 3100 kg/cm2
>2123 kgcm 2 que debe soportar la baranda por tanto
trabajará bien.
Hasta aquí se ha analizado el esfuerzo presente en cada uno
de los elementos que conforman la estructura general de la
plataforma.
2.10 BASE DEL CILINDRO NEUMATICO
-
1200Kg
(¡(¡(lKg
FIGURA 58. Diagrama de cargas de la base del cilindro.
\-11\----- 18 ------.1i ! ,1
r~···-------·-'l ! 1- -. -+1-.,-í 1 í '1 I
M 121 -+\' - i 1 i ¡ i 2. I I í ',' 8.56 " !¡! ¡,,' 1--~~ ~ ¡~~~
I i ¡ ¡ .64 -J ~ 1t;.'i3~ ~ .t:4
8.8(¡
FIGURA 59. Perfil de la base del cilindro.
A=A/+ A2.
A = 0.64(18)+ (9.36)(0.64
A = 11.52 + 11.98
A = 23.5 cm2
Para esta sección se tiene (Ver figura 59).
78
-
A = 23.5 cm2
11.52(0.32)+11.98(5) Y = -------------------- = 2.71 cm
23.5
c = 356.5 cm3
10800 kg cm
Iyy = 1214 cm 4
1 x x = 966. 2 cm 4
79
Donde cr = -------------= 30.29 kg / cm2 356.5 cm
La lámina HR ASTM A -36 tiene un adm de 3733 kg / cm2
>30.29 kg/cm2 que debe soportar el elemento, por tanto
trabajará bien.
2.11 EJES DE LAS RUEDAS DELANTERAS FIJAS
La figura 60 muestra los esfuerzos que debe soportar.
Univer,idJd t ~J:,)~()m1 de Occidente Sl.CCi0:~ ¡~:G~IC:¡ ECA '-----_._--------
-
BO
t 1.'7 tJ------....¡
t- aaKg 88Kg -
4A ¡
I 4 I ¡ I I
~
1 •
FIGURA 60. Diag~ama ca~gas, momentos en el eje de las
~uedas de1ante~as.
Pa~a esta sección se tienen los siguientes datos:
rp = 1,27cm
TI
1 64
c=0.64cm
4 = O.128cm
-
81
132(0.64) Donde cr = = 661. 6 k g/ cm2
0.128
El esfuerzo admisible del acero SAE 1030 bonificado es de
2330kg/cm2 > 661.6 kg/cm2 , que es el de trabajo, por tanto
trabajará bien.
2.12 SELECCION DE LA RUEDA DELANTERA FIJA
Datos de selección:
Diámetro exterior: D = 2"
Diámetro eje: E = 1/2"
Ancho banda: C = 2"
Rodamiento: a ambos extremos o buje
Capacidad: 200 kg.
Referencia 2" Nylon 1, 1/2 Ruedas colson
2.13 SELECCION RUEDAS TRASERAS GIRATORIAS
Datos de selección:
Diámetro exterior: D = 8"
Capacidad: 500 kg
Altura total: H = 9. 1/2" = 24.13 cm
Sujeción: Plataforma.
Tipo de soporte: Giratorio
Referencia: 8 PU 45 A. Polymsa 44-45
-
Según catálogo de ruedas y rodachines
82
IMSA COL SON
información suministrada por RoDAINDUSTRIALES LTDA. (Ver
Anexo 4).
Usos:
1 • 2 " de Ny 1 on 1. 1 /2
Especialmente diseñada para todo tipo de unidades de
transporte.
2. 8 PU 45 A
Especialmente aptos para usos en plataformas industriales
y andamios; usados en almacenes de depósito, talleres,
fábricas, supermercados y construcciones.
-
3. DISEÑO DE LA SOLDADURA.
La fijación de todos los elementos del aparato, se hará
mediante soldadura, para garantizar la rigidez
resistencia del conjunto.
No.
3.1
3.1.1
3.1.2
3.2
3.2.1
3.2.2
3.3.
3.3.1
3.4
3.4.1
3.5
3.6
3.7
3.8
ANALISIS DE MOMENTOS Y ESFUERZOS
PIEZA MOMENTO ESFUERZO CARGA (kg cm) (kg/cm2 (kg)
Uña 13800 116.4 600
Viga vertical uña 13800 3352 600
Gancho viga vert. 13800 2092 600
Carro elevador 28000 884 600
Platinas del carro ---0---- 157 600
Bujes del carro ---0---- 681 600
Columnas internas 18900 5329 600
Viga superior 2716 98.5 600
Columnas externas 18900 1325 600
Viga principal 11250 1325 600
Patas horizontales 20872 1760 600
Base principal 9630 1612 600
Barandas de agarre 7834 10006 600
Base del cilindro 10800 30.29 1200
y
-
(Ve~ figu~a 61) y (Ve~ Anexo 5) •
.PIEZA BIMBDLO .PIEZA BIMBDUJ
..• ~.
8,1.1 f1:/~~"
.'.f¡,1
.. ~.~~
t (~
3.1.2 8.4.1
.~
8.2.1 3.S.3.B l (J
8 . .2 •. 2 3.';'.3.8
FIGURA 61. Simbologia de la soldadu~a utilizada
3.1 UÑA CON VIGA VERTICAL
Según figu~a 11, 12, 19.
M = 13800 kg/cm = 11952.76 lb-Lb
2bd+d 2 Modulo de la sección de la soldadu~a, Z w = -------
3
b = Ancho = 8cm = 3.15 Plg
d = alto = 5 cm = 1.97 Plg
84
-
2(3.15)(1.97) + 1.972 Z w = --------------------- = 5.43 Plg2
3
La carga (en Lb/Plg) debida a la flexión es
f = M/Zw
= 11953/5.43
f = 2201.3 lb/Plg.
v 660lb Fuerza de corte media = ------ = ---------------
Lw 3.15 + 2(1.97)Plg
= 93,1 lb/plg
Fuerza max/Plg = 12201 2 + 932 = 2203 Lb/Plg
85
La carga paralela permisible por Plg de soldadura en una
soldadura de filete cargada estrictamente es
Fall = Sall A = 13600 (0.707 w) = 9600 w
Donde: Sall = esfuerzo cortante permisible = 13600psi de
acuerdo con el código de AWS.
A = Area de la sección de la garganta a 45 de 1" de
soldadura = 0,707 w
W = Longitud del lado (dimensión) en Plg
La carga transversal permisible por Plg de soldadura, en
una soldadura de filete cargada estáticamente es
Fall = Sall A = 13600 (0.765w) leos 22 1/2-11300w
-
La dimensión de la soldadura, w =
2203 W = ------ = 0.23" = 5.8 mm
9600
86
fred
f perm
Medida ésta que se puede reducir a la mitad, pues son dos
cordones interior y exterior W = 2.9mm (0.115) se
selecciona Electrodo SP - 10 AWS E6010 X 1/8"
3.2 GANCHO CON UÑA
Segun figura 12, 13, 19
(Ver figura 62) •
d 2 (6x2.54)2 Zw = = -------- = 1.886
3 3
M 11953 F = ----- = -------- = 6426
Zw 1.86
660 lb F = ------- = 139.83 lb/plg
4.72 plg
plg2
lb/plg
F = ¡64262 + 1402 = 6427.5 lb/pI
-
87
FIGURA 62. Dimensiones de la soldadura gancho con uña.
Fuerza permisible a tope: f per = S tLe
Donde: Fper = fuerza permisible (Lb)
St = esfuerzo permisible en la soldadura (psi)
t = espesor de la placa. (plg)
L = longitud de la soldadura (plg)
e = eficiencia.
St = soldadura E60130 con Sy = 72000 psi ---) Ss = 13.600
psi
t = 3/8 plg
L = 4.72 plg
e = 1
Fper = 13600 Lb/plg2 (3/8plg)(4.72 plg)(l)
Fper = 24072 Lb
Dimensión de la soldadura fred 6428
w = --- =----- = 0.27plg fperm 24072
= 6.8 mm
Se utilizan dos cordones W = 3.4 mm (0.135") se selecciona
-
88
electrodo E6010 x 1/8"
3.3 PLATINAS CON EL CARRO ELEVADOR
Según figuras 7, 29, 31.
Son cuatro platinas que van a soportar las cargas presentes
en el carro por tanto los esfuerzos son repartidos según
figura 30.
Zw =
F =
d 2
6
(40/2.54)2 = --------- = 41.3 plg2
6
(------) + [
11953 2
41.3 ( ::~_~_:~:) 2 ] ~ __ 40/2.54
294
293.5 lb/plg
Dimensión soldadura = W = ------ = 0.031 = 0.77 mm 9600
(dimensión para soldadura continua)
La dimensión mínima calculada es 0.01 para una soldadura
continua, la mínima dimensión de soldadura es 3/32".
Se utiliza soldadura a intervalos de dimensión:
2 2 Longitud = espesor placa = (0.25) = 0.167 Plg
3 3
dimensión necesaria de la soldadura 0.031 R = ------------------------------------= ------ = 201.
dimensión empleada en la soldadura a intervalos
0.167
-
89
Las longitudes del intervalo de soldadura y del espesor
pueden ser 2 - 8, 3 - 12, 4 - 16.
Por tanto utilizar soldadura de 3/32" (dimensión), con
intervalos de 2 plg de longitud y distancia entre centros
de 8 plg.
3.4 BUJES DEL CARRO ELEVADOR
Se selecciona electrodo de E6010 x 1/8
3.5 VIGA SUPERIOR CON COLUMNAS INTERNAS
Según figura 1, 43, 49.
d 2
Zw = bd + = 4 x2 + = 9.33 plg2 3 3
F = [ 2352 2
(------) + 9.33
123 2]'i ( ---) - 252.3 lbs 12 -
252.3 W = ------- = 0.03" = 0.76 mm
9600
Se utiliza soldadura a intervalos de espacio 1 - 2 de
3/32" (dimensión) soldadura las partes superior e inferior.
3.6 VIGA PRINCIPAL CON COLUMNA EXTERNA
UniJP"'j .! h~5noma d~ occidente :'i.CCION BIBLIOTECA
-
Según fi~uras 1, 51
T~·· lO ¡
90
FIGURA 63. Dimensiones de la soldadura. Viga principal
con columnas externas.
M = 11250 kg -cm = 9744.1 lb plg
F = 300 kg = 660 lb 3
(2b +d) b2 (b+d) 2 Efecto par de torsión = jw = -------- - ---------- =
(Ver figura 63)
(2x7.9+10)3 7.92 (7.9+10)2 Jw =
12 2 X 7.9 + 10
12
:3 = 656.05cm
Centro de gravedad de la soldadura
b2 3.112
2 b+d
;3 = 40.04 plg
N x = 5cm, Ny = = ------------ = 0.95 plg 2b+d 2(3.11)+3.94
T = (37.5 -2.41)(300) = 10527 kg -cm = 9118 Lb-plg
Tc 9118 11.972 + 2.162 F = = ------------------- = 666.4Lb/plg (Carga
jw 40 a torsión)
-
2,16 Fv =------------ (666.4) =492.4 Lb/plg (componente
11.922 +2.162 vertical)
1.97 Fh = ------------- = (666.4)=449.1Lb/plg (Componente
! 1.972+2.162 Horizonal)
300 Fd = ---------------- = 11.63 kg/cm = 10.1 lb/plg
(2 x 7.9 +10)
F = ¡ (449.1)2 +(10.1 +492.4)2 = 673.94 lb/plg
freal 673.9 Dimensión de la soldadura w= ----- = ----- = 0.07"
fperm 9600
Utilizar soldadura de 3/32"
3.7 COLUMNAS EXTERNAS CON PATAS HORIZONTALES
Según figuras 1, 2, 44
¡..B--l i i I 1
r-r-! ¡ 14. I
LL
FIGURA 64. Dimensiones de la soldadura. Columnas
externas con las patas horizontales.
Momento = 18900 kgcm = 16370.1 - lb - plg
91
-
92
(Ver- figur-a 64)
Zw = bd +d 2 /6 = 3.15 (5.51) + 5.51 2 16 = 22.42 plg
M 16370.1 f = = -------- = 595.3 lb/plg
Zw 27.5
fr-eal 595.3 Dimensión de la soldadur-a = W = ----- = ------ = 0.06"
fper- 9600
Utilizar- sldadur-a de 3/32"
3.8 BASE PRINCIPAL CON LAS COLUMNAS EXTERNAS
Según figur-as: 54, 55
1.09.,¡ I ¡
t¡ 25 ¡ , I Ll...--
FIGURA 65. Dimensiones de la soldadur-a base pr-incipal
con las columnas exter-nas.
Momento = 16370.1 lb-plg
(Ver- figur-a 65)
zw = bd + d 2 /6 = 3.15 (9.84)+9.842 16 = 47.13 plg
F = m/zw = 16370.1 147.13 = 347.34 lb/plg
-
93
Dimensiones de la soldadura = W = 347.34/9600 = 0.04"
Utilizar soldadura de 3/32"
3.9 BARANDAS DE AGARRE CON LA BASE PRINC IPAL y LAS
COLUMNAS
Según figuras: 18, 54, 55
,-'----- .. ,r~--.. __ , Xii i X --J.-1J-~
\ , ¡
-'-'·~-i_.-/--'/
FIGURA 66. Dimensiones de soldadura, barandas de agarre
con base principal.
d = 3.14cm = 1.24plg
Momento de flexión = 7834kg - cm = 6785.4 lb - plg
Zw = 17'd2 /4 = 1r(1.24)2/4 = 1.2 plg2
Fa = 6785.4/1.2 = 5632 lb /plg (fuerza por Plg de soldadura)
fv = v/Lw = 110 /2n =17.51 lb/plg (fuerza corte)
f= 156322 + 1751 2 = 5632 lb/plg (carga resultante)
Dimensión de la soldadura = W = 5632/9600 = 0.59".
-
94
Una soldadura de 1/2" será satisfactoria.
-
4. TORNILLOS DE FIJACION
4.1 FIJACION DE LAS RUEDAS TRASERAS CON LA BASE PRINCIPAL
, 1-1 ~--- 18•4 ------1
1
./,/
¡~g'~1 ¡.,
jJl J 17.4
4QOKg=€
16.44
! t I
400Kg
FIGURA 67. Fijación de las ruedas traseras con la base
principal.
Por simetría la carga soportada por el tornillo son 400 kg
se utiliza tornillo SAE grado 3, 5/16" - 18 Nc. segun el
anexo 6, la carga de prueba es Sp = 5980 kg/cm2 • También
-
96
segun el anexo 7 el área para tensión de tracción es
At = 0.3380 cm2 por tanto la pretensión recomendada es:
Ft = 0,90 SpAt = 0.90 (5980)(0.3380) = 1819 kg/cm2
Segun el anexo 6, con k = 0.21, el par de apriete es:
T = 0.21 fid =0.21(1819) (0.7938)=303.2kg-cm2
Segun el anexo 7, con Ar = 0.2929 cm2 y, por tanto el
diámetro del nucleo es:
dr = !4Ar/n = !4(0.2929)/n = 0.6107 cm (0.2404 plg)
La tensión de tracción es:
cr x = 1819 kg 400 kg
cm2 + ------------ = 3184.7 k~/cm2
0.2929 cm2
La torsión en el tornillo es el 501. aplicado debido a que
el restante se emplea para vencer el razamiento entre la
cara de contacto de la tuerca y el tornillo
Entonces: T = 0.50(303.2)=151.6 kg -c m
Por consiguiente:
z xy = 16T 16(15.6)
----- = = 3390 kg - cm2 n(0.6107)~
El esfuerzo cortante máximo en el cuerpo del tornillo
-
97
'l max = 13184.72 + 33902 = 4651.3 kg / cm2
El Sp del mater-ial del tor-nillo es 5980 kg/cm2 >4651.3
kg/cm2 que es el de tr-abajo, por- tanto la tor-niller-ia
tr-abajar-á bien (Ver- Anexo 6)
2. Fijación de los ejes a los bujes del car-r-o elevador-.
Los ejes que sopor-tan las r-uedas solo sopor-tan car-ga a
Flexión per-o no axial, por- tanto los tor-nillos que lo
sujetan evitar-ian que los ejes se movier-an axialmente se
utiliza tor-nillo pr-isioner-o de 5/16" - 8nc x 1/4.
3. Fijación del cilindr-o neumático.
El cilindr-o solo ejer-ce car-ga axial que, la sopor-tar-á la
base per-o no car-gas later-ales, por- tanto los tor-nillos
evitar-ian que el cilindr-o se mueva.
Se utiliza tor-nillo 5/16 - 18Ne x 1 1/2 con tuer-cas.
-
5. DISEÑO DEL SISTEMA NEUMATICO
5.1 PARAMETROS INICIALES DE DISEÑO
Se procura mantener las dimensiones iniciales del aparato
segun plano general, puesto que estas dimensiones fueron
establecidas de acuerdo a los parámetros iniciales de uso.
Capacidad de carga = 600 kg
Capacidad de levante = 2.20 mts
PresiÓn de trabajo = 125 Lb
Fuente de trabajo = aire
Velocidad de régimen = 0.073 mis
Tiempo de levante total = 30 seg
Recorrido de levante = 2.20 mts
Dimensiones generales = Segun plano general.
Los anteriores parámetros de Diseño fueron establecidos por
los siguientes criterios.
1. Consulta a fabricantes de este tipo de aparatos
2. Altura mínima del aparato sin afectar su altura total de
-
99
levante y reducir distancia vertical entre ruedas del carro
elevador.
3. Ancho y largo de las uñas de acuerdo a las dimensiones
establecidas de las estibas donde va apoyada la carga.
4. Aprovechamiento máximo del material, minimizando el
desperdicio.
5. Funcionalidad, manejo.
6. Superficie mínima ocupada por el aparato.
7. Estabilidad seguridad, tanto horizontal como vertical.
8. Velocidad de régimen Adecuada por razones de eficiencia,
rendimiento, seguridad, fácil maniobrabilidad.
9. Mínimo peso total del aparato.
10. Tiempo de levante definido por las anteriores razones
5.2 DISEÑO DE LA PARTE OPERATIVA
Cinemática del mecanismo
. "-4 ,',\ónoma de occidente Unl vcfS ., ',' CA
~EC(.IQN msLlOTE
-
100
FIGURA 68. Cinematica del mecanismo de operación.
Analizando el mecanismo.
El eje que sostiene la rueda por el cual pasa la cuerda C -
F. Sujeta al extremo C estático, y F móvil.
Se observa el desplazamiento de C a O de la rueda, pues al
desplazarle la rueda, la cuerda C - E se desplaza 2L
-
101
FIGURA 69. Pa~ámet~o de cálculo del mecanismo.
W: ca~ga.
T: Tensión en la cue~da.
F: fue~za dI vástago.
L = Longitud de la cue~da.
D = Ca~~e~a efectiva vástago.
Vv = Velocidad del vástago.
Vc = Velocidad de la cue~da.
Pa~ámet~os pa~a el cálculo
W = 600kg.
T = 600kg.
l = 220 cm.
D = 110 cm.
Analizando el punto B de la figu~a 68 se calcula la fue~za
(f) que eje~ce la polea, sopo~tando las dos (2) tensiones
(T) at~aves de la cue~da.
-
102
Haciendo el análisis de fue~za y tensiones en la polea se
tiene.
¿ Fy = O F
F 2T = O
F = 2T
F = 2(600 kg)
F = 1200 kg T T
La fue~za del vástago es de 1200kg.
Analizando el compo~tamiento de la figu~a 69.
La polea tiene una ca~~e~a efectiva (D) de 110 cm, desde el
punto A hasta el punto B (Ve~ figu~a 69).
Todo el sistema polea, vástago está unido a t~avés de la
cue~da, po~ lo tanto el punto c del ext~emo móvil de la
cue~da tiene un desplazamiento (1) de 220 cm, desde el
punto c hasta el punto E (Ve~ figu~a 69)
1 = 2D
D = L /2
D = 220 cm / 2
D = 110 cm
La ca~~e~a efectiva del vástago es de 110 cm. Cálculo de la
velocidad del vástago según figu~a 69.
-
103
La velocidad de régimen o de levante de la plataforma a
través de la cuerda (Vc) es de 0.073 mIs.
La altura de levante ( L ) es de 220 cm.
El tiempo del levante a través de los 220 cm. De ecuación
de velocidad uniforme
Vc = lIt ----) t = llVc
2.20 cm t = --------------- -----) t = 30 seg
0.073 mIs
El tiempo requerido de la cuerda para desplazarse 220cm es
el mismo para el vástago. Por lo tanto se procede a cálculo
la velocidad del vástago (Vv).
D 1.10m Vv = = ------
t
