ESPECIALIDAD: MANTENIMIENTO DE MAQUINARIA DE PLANTA TEMA: BRAZO ELECTRONEUMATICO CURSO: NEUMATICA INTEGRANTES: COSCO ESCOBEDO LUIS ANDRE GUERRA ZAVALA WILER ANTONIO PACHECO SALAS RENEJAVIER
GRUPO:
“B”
SEMESTRE: IV PROF: LUIS MAGO
AREQUIPA – 2010.
INTRODUCCIÓN Decidimos realizar como proyecto, la implementación de un brazo neumático robotizado por la complejidad que supone el proyecto y por la versatilidad que podría tener dicha herramienta. Teníamos pensado crear una máquina que pueda usarse para retirar muestras de una faja transportadora y llevarlas a una tolva o plataforma móvil. Que sea de fácil transporte y que actúe con precisión. Para poder implementar el brazo, tomamos como base la forma geométrica de las excavadoras existentes en la maquinaria pesada. Para hacer posibles las exigencias esperadas por el brazo neumático, se necesitaron 2 actuadores neumáticos lineales, un actuador rotativo en la base (ya que no hay orugas como en la excavadora), y una ventosa de succión en el extremo del brazo, en vez de un cucharón que podría dañar las muestras que queremos seleccionar.
DISEÑO Se utilizó el software Solid Works para diseñar el modelo del brazo. A continuación exponemos el modelo en detalle:
El brazo consta de 3 partes principales: una chumacera que se monta sobre el actuador rotativo, un brazo largo que sostiene al pistón A, y un brazo corto que sostiene a la ventosa. Ellos están unidos por ejes. En el material del brazo se escogió una aleación de aluminio con magnesio, para que sea liviano y optimice su producción, pero al mismo tiempo sea lo suficientemente duro como para resistir los esfuerzos de los ejes. Los ejes son de acero para aumentar su duración.
1. Piezas grandes a. Brazo A
A la izquierda, en la imagen 1.0, vemos el brazo largo que sostiene al pistón que controla la elevación. Para reducir su peso, por dentro tiene forma hueca, tal como podemos ver en la imagen 1.1.: Imagen 1.0
Imagen 1.1.
b. Brazo B Imagen 1.3.
A la derecha, en la imagen 1.3. tenemos el diseño del segundo brazo; que sostiene al sensor capacitivo que detecta la posición del producto, al generador de vacío y a la ventosa. Igualmente es movido por un pistón neumático. Al igual que el anterior, es hueco para aminorar su peso(ver imagen 1.4).
Imagen 1.4.
c. Chumacera soporte Es la piedra angular de nuestro sistema, pues alberga a todos los elementos encima; además que sirve de acople entre el actuador rotativo y nuestro brazo. En la imagen 1.5 tenemos una vista superior y podemos apreciar el canal chavetero de la chumacera donde iría acoplado el rotor del actuador rotativo neumático.
Imagen 1.5.
2. Productos de FESTO y acoples al sistema Varios de los implementos en nuestro sistema son cortesía de la empresa FESTO, que proporciona de forma gratuita una versión CAD de sus productos, sin embargo, el verdadero trabajo consistió en seleccionar los adecuados y adaptarlos a nuestro sistema.
a. Pistones: Para darle la energía motriz, hemos utilizado actuadores neumáticos. Específicamente para el movimiento coordinado de los brazos se usaron actuadores lineales o pistones. En la imagen 2.0 se aprecia el pistón A, que conecta el brazo A con la chumacera y lo mueve al respecto de la misma.
Imagen 2.0
En la imagen 2.1 podemos apreciar al pistón B, que conecta el brazo A con el brazo B, y mueve el brazo B con respecto a su eje en A.
Imagen 2.1
Ambos pistones son los seleccionados según los cálculos realizados, y son representaciones CAD de los que vende la empresa alemana FESTO.
Como en nuestro sistema se nos haría imposible colocar finales de carrera, hemos utilizado sensores magnéticos reed, que se acoplan mediante una abrazadera atornillada especial al cuerpo del pistón. Estos sensores son idénticos para los distintos diámetros, pero sus abrazaderas cambian de forma, podemos ver esto en detalle en la imagen 2.2. y 2.3.
Soporte en pistón A:
Soporte y sensor en pistón B:
Imagen 2.2
Imagen 2.3
b. Actuador rotativo Para poder darle movimiento rotacional al brazo, y pueda moverse respecto a un eje, necesitamos un actuador rotativo. Pudimos
Imagen 2.4
seleccionarlo según cálculos y adquirir sus planos. Lo único que necesitamos fue diseñar el acople necesario en la chumacera. Imagen 2.5
En la imagen 2.4, tenemos una vista isométrica del actuador y en la 2.5 tenemos una vista isométrica de su rotor. En la imagen 2,6 podemos apreciar la carcasa de forma transparente para ver el funcionamiento del mismo.
Imagen 2.6
A continuación, en la imagen 2.7, tenemos el acople de la chumacera con el actuador rotativo:
Véase que el rotor del actuador neumático atraviesa la chumacera en su totalidad, incluyendo la chaveta que encaja en su respectivo canal chavetero.
Imagen 2.7
c. Ventosa, sensor sensor capacitivo capacitivo y generador de vacío Se realizaron los cálculos respectivos para seleccionar adecuadamente la ventosa y el generador de vacío; y se pudo obtener los planos en 3D para CAD. Pero fue bastante complicado poder acoplarlos al sistema (ver acople completo en imagen 2.8), pues el sensor capacitivo debe moverse solidario a la ventosa para detectar cuando la ventosa “chupe” un objeto. Por otro lado, la ventosa y el sensor deben moverse siempre apuntando hacia abajo, entonces tuvimos que reducir la fricción en el eje mediante un rodamiento de agujas sin anillo interior, debido al pequeño diámetro.
Imagen 2.8
El generador de vacío se muestra de forma cilíndrica y perpendicular a la horquilla que sostiene a la ventosa. Se colocó un eje pasante entre el soporte de la ventosa y el del sensor, para que siempre se dirijan hacia el mismo sentido.
En la imagen 2.9. se puede ver que el soporte del sensor capacitivo tiene una ranura, “ojo chino”, para poder calibrar así la altura del sensor y por lo tanto su proximidad a la pieza.
Imagen 2.9
Además, en el eje se tienen dos separadores separadores de bronce, y dos rodamientos en ambos soportes; se puede ver un rodamiento r odamiento de color verde claro. En la imagen 2.10 vemos una vista desde abajo del sistema de succión:
Imagen 2.10.
3. Acoples diversos en el sistema: sistema: A continuación mostramos los distintos tipos de accesorios que fue necesario diseñar para el funcionamiento del sistema:
En la imagen vemos el seeger que asegura al eje respecto al pistón, y un espaciador de bronce entre la culata del pistón y el eje amarillo que lo soporta.
Aquí apreciamos una horquilla roscada en el vástago del pistón A; con su respectivo espaciador y seguro seeger.
Para el acople del pistón B, se usaron espaciadores en la culata para centrarlo y en el vástago una horquilla con arandelas para evitar la fricción directa. Nuevamente, cada eje con sus seguros seeger respectivos
Ahora tenemos una vista global del sistema:
Selección de Actuadores lineales y rotativos, ventosa, generador de vacio y sensores.
1.
Selección del pistón A
Primero comenzaremos realizando el cálculo de fuerzas a partir del diseño del brazo neumático realizado: Distancia de centro de pivote a la carga (línea roja) =685mm
Distancia del centro de pivote al punto de contacto con el pistón = 130mm, ángulo entre línea roja y verde es 28 grados.
Hacemos un DCL y hacemos sumatoria de momentos = a 0 para calcular la fuerza del pistón. El vector azul es el pistón y el rojo es la carga; el punto de pivote está en el extremo izquierdo. Como el brazo está hecho de una aleación de aluminio y magnesio, despreciamos su peso debido a que su densidad es baja.
La fuerza vertical necesaria es 53N, y como el ángulo es 28º, entonces
la
fuerza teórica del pistón es de 59N. Calculamos la carrera del pistón:
En mínima compresión, el pistón tiene 255mm de longitud
En su máxima extensión, el pistón tiene t iene 318 mm de longitud.
Calculamos la carrera con la diferencia entre ambas longitudes: 318-255 = 63 mm
Una vez obtenidos todos los datos, comenzamos con la selección del cilindro neumático.
Carrera: 63 mm Fteórica: 59 N Presión de Trabajo: 8 bar
Calculamos la Fuerza necesaria. C = 0.7 Es recomendable utilizar un Coeficiente de Carga del 70%
Ahora Calculamos el diámetro.
Diámetros Estándar
Normalizando
Fuerza de Pandeo:
Consumo de aire
Consumo de aire: 0,01 litros por centímetro de recorrido.
Hallamos el caudal de consumo:
Hallamos el diámetro del vástago: Para hallar el diámetro del vástago vamos a las tablas del actuador que queremos y utilizando los datos necesarios obtenemos el diámetro del vástago.
El diámetro del vástago es de 3 mm
Seleccionamos el actuador adecuado:
Ingresamos a festo.com , vamos a productos y elegimos la opción ver el catalogo online de esta empresa, donde escogeremos los actuadores neumáticos. Una vez ahí, elegimos los cilindros con vástago, después elegimos los cilindros con camisa redonda, debido a que cumplen con la formas que necesitamos para armar nuestro brazo.
Ahora Una vez que elegimos la clase de cilindro que deseamos, elegimos el modelo de actuador cilíndrico que se adecue a nuestros requerimientos, elegimos el “cilindro normalizado normalizado DSNU, sistema métrico”, métrico”, debido a que es el que más se aproxima a nuestros requerimientos, con un diámetro de embolo de 12 mm, de doble efecto, con rango de carrera de vástago que esta dentro de nuestras necesidades y una fuerza dentro del rango requerido.
3Elegimos para el Actuador A:
Ahora como este pistón tiene más de 10 mm podemos usar una amortiguación regulable manual o automática.
Ficha técnica del Actuado Actuadorr A seleccionado.
2. Selección del pistón B
Primero comenzaremos realizando el cálculo de fuerzas a partir del diseño del brazo neumático realizado: Para hacer una sumatoria de momentos y saber la fuerza, necesitamos las distancias del brazo: La distancia entre el eje de la izquierda (pistón) y el punto de pivote es (línea roja):136mm
La distancia entre el punto de pivote y el eje de la derecha (donde se aplica la carga de 1kg) es: 171mm
Hacemos el DCL:
Tomamos el punto central como eje de pivote y hacemos sumatoria de momentos igual a cero. La fuerza teórica es de 13N.
Calculamos la carrera del pistón: Mínima compresión del pistón B: La longitud mínima del pistón es de 206 mm
Máxima extensión del pistón B: La longitud máxima es de 282mm
La diferencia entre ambas longitudes es la carrera: 282-206= 76mm
Una vez obtenidos todos los datos, comenzamos con la selección del cilindro neumático.
Carrera: 76 mm Fteórica: 13 N Presión de Trabajo: 8 bar
Calculamos la Fuerza necesaria C = 0.7 Es recomendable utilizar un Coeficiente de Carga del 70%
Ahora Calculamos el diámetro
Diámetro Estándar
Normalizando
Se debería trabajar con 6 mm , pero para evitar las situaciones de pandeo elegimos el de 8mm
Diagrama de Fuerza del Pandeo
Tabla de Pandeo