DISEÑO GRÚA
Daniela Jaramillo Rey Juan Esteban Villegas Andrés Felipe Echeverri
Julio Cesar Rendón
Séptimo semestre Sistemas Mecatronicos Flexibles Ingeniería Mecatrónica Escuela de Ingeniería de Antioquia Envigado, Antioquia Abril del 2009
CONSIDERACIONES DE DISEÑO Para el diseño de la grúa se tomaron ciertas restricciones en cuenta como la altura a la que se encuentra el motor en un carro, la altura de la transmisión transmisión al piso, la profundidad del motor entre otras, las cuales fueron consultadas en manuales, o medidas de los vehículos más representativos para cada restricción. 1.
Peso del Motor: Según los requerimientos requerimientos del diseño, la grúa debe soportar levantar un rango de motores desde 1000 cm3 hasta 3600 cm3, por lo tanto, tomando como un mínimo 3600 para el diseño de la grúa, el valor aproximado consultado consultado de peso es igual a 1000 Kg ó 1 ton.
2. Altura Altura del del motor: motor: La altura del motor al piso es muy importante, pues esta nos influye para indicar la altura mínima a la que la grúa debe tener acceso, pero en el mercado esta altura no es igual para todos los modelos vehiculares con un motor máximo de 3600 cm3, por lo tanto se tomo una altura de un vehículo de gran volumen para esta restricción. La Altura máxima para el motor arrojo un valor de 1300 mm ó 1,30 m.
3. Profundid Profundidad ad el motor: motor: La profundidad del motor es un factor importante, que al igual que la altura del motor, se necesitan para delimitar la altura mínima a la que debe alcanzar la grúa, pues estas 2 variables sumadas nos dan una buena aproximación aproximación del valor de la altura; para este caso según los valores medidos a diferentes vehículos con motores de 3600 cm3, la profundidad máxima encontrada es de 600 mm ó 0,6 m.
4. Altura Altura al Suelo: Suelo: Según el diseño de la base de la grúa se debe tomar en cuenta esta variable como restricción. restricción. En nuestro caso la base se desea deslizar debajo del vehículo, por lo tanto debemos considerar este factor para limitar la altura de la base. Teniendo en cuanta cuanta que la transmisión transmisión en un vehículo se encuentra encuentra a menor altura del suelo que la carrocería, se tomo la altura de vehículos deportivos para su valor. El valor de la altura de la transmisión al suelo a tomar en cuenta es de 120 mm ó 0,12 m.
5.
Ancho del vehículo: Ya que se desea realizar la base de la grúa deslizante por debajo del vehículo se debe tener en cuenta el ancho máximo que esta puede tener, por lo tanto se consultó la máxima distancia entre las llantas de los vehículos mas pequeños del mercado. La distancia más pequeña entre las llantas es de 1200 mm ó 1,20 m.
6.
Distancia del parachoques frontal hasta el motor: Esta distancia nos arroja el brazo mínimo que nuestra grúa debe alcanzar para poder acercarse lo suficiente al motor. Según los manuales consultados y tomando el valor máximo como el más crítico esa distancia mínima debe tener un valor de 1000 mm ó 1 m.
Si se desean conocer algunas de las hojas de datos de automóviles consultados diríjase al Anexo 1.
CALCULOS DE DISEÑO Esfuerzos en viga en I
El máximo esfuerzo en la viga esta generado por el esfuerzo flector en la pieza pues, por el largo de la misma, este esfuerzo se hace mucho más significativo que el generado por cortante. Al realizar la combinación de esfuerzos se obtiene que cuando el flector es máximo, el cortante es cero por lo que solo hace falta calcular el primero.
Se realizan todos los cálculos con un factor de seguridad de 1,5.
σ=McI
M=140cm*15kN=2100kN*cm
Se escoge una geometría de perfil a partir de la tabla en el anexo 2, de esta misma se obtienen algunas consideraciones geométricas, como el momento geométrico de inercia:
I=935cm4 σ=2100kN*cm*7,5cm935cm4 σ=21884kNcm4*(100cm)21m2 σ=218MPa
Se utiliza una viga de Acero A36 que tiene el siguiente límite de fluencia y esfuerzo último.
Sy=250MPa Su=410MPa
Comparando el esfuerzo obtenido para el flector y analizando por Mohr (El análisis por Mohr demuestra que el esfuerzo flector es igual al esfuerzo máximo del círculo). σ
Cálculo de soldadura en la base
M=1,4 m*1500 Kg M=21000 N
Ay=27000 N (max) Esfuerzo a Tracción (el cálculo de este esfuerzo se utiliza para la combinación de esfuerzos pues el esfuerzo normal o σx es la suma del esfuerzo flector mas el esfuerzo por tracción) σ=FA
σ=7233.4 KPa
Esfuerzo a Flexión:
σ=M*CI
σ=21000*R14*π*(R4- (R-0,707*h)4) Con un R=57 mm y un h=12,5 mm σ=180797 KPa
Esfuerzo Total: σ=188030.3 KPa σ=188 MPa
Si escogemos un tipo de Electrodo E6010, con una resistencia a la tensión de 427 MPa y una resistencia a la fluencia de 345 MPa, podemos concluir que el electrodo resiste satisfactoriamente al esfuerzo generado en la grúa. Nota: Para el cálculo de las dimensiones en la soldadura se desarrolló una herramienta en Excel que facilitara la iteración manual y automática entre diferentes valores. Dicha tabla se anexa al final.
Cálculo de esfuerzos en las demás piezas críticas Para las demás piezas se sigue el mismo procedimiento que el realizado en los anteriores cálculos, y se analizan según el criterio de Mohr con un factor de seguridad de 1,5. Todas la piezas se ajustan a la medida estándar más cercana y se recalculan para la misma. Diferentes valores calculados para el soporte principal (perfil circular) y el soporte de apoyo (perfil circular en diagonal) se muestran en los anexos 3 y 4. El análisis de dichos resultados nos llevó a escoger las siguientes medidas para cada una de estas partes: Para el soporte principal: Diámetro Principal:
141,29 mm
Espesor de la pared:
7,14 mm
Esfuerzo máx. al que está sometido: factor de 1,5)
218MPa (Utilizando
Para el soporte de apoyo: Diámetro Principal:141,29 mm Espesor de la pared:
7,14mm
Esfuerzo máx. al que está sometido: factor de 1,5)
228MPa (Utilizando
PLANOS DE DISEÑO Figura isométrica Tomando en Cuenta todas las restricciones de diseño y demás cálculos de esfuerzos, se llega al siguiente diseño del sistema de grúa:
El plano de la grúa se encuentra anexo al trabajo, en donde se da claridad al diseño del sistema y a las partes que lo conforman; a continuación se muestra una vista previa de dicho plano.
SIMULACION DEL DISEÑO El sistema de la grúa se simuló en Algor 2010, en donde según la geometría, las fuerzas aplicadas y las restricciones de movimiento arroja un gráfico de colores con los esfuerzos soportados en el diseño, tomando en color rojo las secciones más críticas y en degradé a azul como las secciones menos esforzadas.
A continuación se presentan los resultados:
Figura 1. Simulación de la grúa.
Como se puede observar, según el código de colores, el diseño soporta la mayor cantidad de esfuerzo en la base, sin embargo, no presenta mayor deformación; por lo tanto, se puede concluir que el diseño de la grúa cumple satisfactoriamente con los requerimientos de carga. Vale aclarar que en la simulación del sistema no se toma en cuenta el polipasto ni las llantas, ya que estas no presentan mayor información en la simulación.
MANUAL DE USUARIO Grúa de 1 tonelada para uso en taller. SuperGrua
INTRODUCCIÓN Gracias por comprar este producto SuperGrua La grúa de taller SuperGrua está diseñada para levantar cargas de hasta 1 tonelada y levantarlas distancias hasta 190cm desde el piso. Esta grúa está específicamente diseñada para el montaje de motores de automóviles, sin embargo puede utilizarse en cualquier otra aplicación siempre y cuando se cumplan los requisitos de carga y dimensionales a los que se somete la estructura. Por seguridad usted debe leer todo este manual y asegurarse de conocer y entender todas las precauciones que en él se enuncian. La grúa fue diseñada para soportar las cargas tal y como se enuncian en este manual, cualquier mal uso puede causar serios daños en la estructura y hacerla incluso colapsar y resultar peligrosa para quien la opere. Por eso es de gran importancia tener en cuenta siempre las medidas básicas de seguridad al momento de su manipulación y realizar periódicamente el mantenimiento pertinente.
GARANTÍA Las grúas SuperGrua están diseñadas para durar por toda la vida de su comprador, por lo que se brinda una garantía de 1 año canino (52 días humanos) para todas su partes exceptuando aquellas partes que no sean fabricadas por SuperGrua Manufacturing Inc sino que hayan sido compradas a terceros como las llantas y el polipasto, en cuyo caso se aplicará la garantía que brinde el fabricante respectivo. Esta garantía no se aplica a ningún otro producto o componente que haya sido reparado o alterado por otra persona que no sea SuperGrua Manufacturing Inc. o que haya sido dañado debido al mal uso, negligencia o accidente, o no haya sido operado ni reparado de acuerdo a las instrucciones y advertencias de SuperGrua.
MODO DE EMPLEO SuperGrua está especialmente diseñada para ser utilizada en la gran mayoría de los vehículos automotores, las siguientes son indicaciones para usar la grúa, estas deben ser comprendidas e interpretadas para que se ajusten a la necesidad específica al momento de la utilización. 1. Dispóngase a desempacar la grúa. 2. Revise que según la figura 2 todas las partes de la grúa se encuentren en su lugar.
Figura 1
3. sostenga el malacate, y ubíquelo (con el gancho superior) en el extremo superior del la viga en voladizo. 4. Luego de ser revisado el ensamble de la grúa, deslícela hasta la posición en la que desea trabajar. 5. Nótese que las ruedas traseras de la grúa poseen un sistema de frenos, para que luego de escoger la posición de esta, presione el seguro, y pueda trabajar sin deslizarse.
6. Después de ubicada la grúa, sostenga la cadena del malacate y jálela en el sentido en que haga que el gancho se desplace hacia abajo. 7. Ancle el motor al gancho del malacate. 8. Jale la cadena del malacate de modo que esta se desplace hacia arriba. 9. Después de tener el motor suspendido en la grúa, si desea desplazar la grúa, recuerde desenclavar los frenos de las ruedas traseras. 10.Repita el proceso si desea posicionar el motor de nuevo en el vehículo y recuerde que nuestra línea de atención al cliente se encuentra disponible para resolver cualquier inquietud.
RESTRICCIONES DE CARGA Y DIMENSIONALES La grúa SuperGrua fue específicamente diseñada para el montaje y desmontaje de motores de automóviles comunes, por esto todas sus dimensiones y su capacidad de carga se ajusta a poder cumplir con las necesidades que pudieran surgir durante un proceso como el enunciado. El diseño general de la grúa cumple con un factor de seguridad de 1,5 (esto quiere decir que las piezas están ligeramente sobredimensionadas de forma que cumplan con sus requerimientos sin tener riesgo de fracturarse), sin embargo es de notar que con el tiempo las piezas al estar sometidas a fatiga pierden resistencia y cada vez se hacen menos capaces de resistir sobrecargas, por lo que es imprescindible nunca exceder las restricciones de carga enunciadas en este manual. Carga Máxima que soporta el 1 polipasto tonelada Carga Máxima que soporta la 1 estructura tonelada Restricciones de carga
Las restricciones dimensionales le permiten conocer la forma de la grúa y así poder decidir en qué momentos esta puede resultar peligrosa para usted o para sus compañeros en la labor en la que usted desee utilizarla. La grúa está especialmente diseñada para poder ser utilizada en la mayoría de los automóviles comunes sin correr el riesgo de chocar contra las partes tanto visibles como no visibles del vehículo. Siga con cuidado estas consideraciones para evitar dañar otros elementos al manipular la grúa. (Nota: Las siguientes medidas fueron dadas para su implementación en el montaje y desmontaje de motores).
Distancia mínima del piso a la transmisión del carro
12 cm
Altura máxima del motor
60 cm
Profundidad máxima entre el capo y el motor
20 cm
Altura máxima del capo
130cm
Para otras restricciones dimensionales refiérase al esquema general de la grúa en el que se detalla las dimensiones generales de la estructura y así pueda tener un mejor conocimiento de la forma de la misma.
MANTENIMIENTO El mantenimiento de una grúa consiste en el conjunto de comprobaciones, actuaciones, sustituciones y ajustes que se realizan para que la misma mantenga un nivel de seguridad aceptable y como mínimo acorde con el prescrito en el marco normativo que le sea aplicable. Los equipos de trabajo conservaran durante todo el tiempo de utilización unas condiciones que garanticen la seguridad y la salud de los trabajadores al utilizarlos. Dicho mantenimiento se realizará teniendo en cuenta las instrucciones SuperGrua Manufacturing Inc. o, en su defecto, las características de estos equipos, sus condiciones de utilización y cualquier otra circunstancia normal o excepcional que pueda influir en su deterioro o desajuste. Las operaciones de mantenimiento, transformación o reparación de equipos de trabajo, cuya realización suponga un riesgo específico para los trabajadores sólo podrán ser encomendadas a personal especialmente capacitado. Los propietarios o usuarios de la grúa SuperGrua e instalaciones deben garantizar la seguridad de los operarios que realicen intervenciones (revisiones, reparaciones, etc.) en las mismas. Los riesgos y medidas de seguridad, derivados de dichas intervenciones quedarán registrados en su evaluación de riesgos laborales, reflejando en el mismo los accesos previstos y medidas de seguridad para dicho trabajo (plataformas elevadoras, andamios, escaleras, líneas de vida verticales y horizontales, etc.).
METODOLOGÍA DE MANTENIMIENTO Mantenimiento preventivo:
El mantenimiento preventivo consiste en la inspección frecuente de la grúa para determinar el estado de cada una de sus partes y poder tomar medidas de seguridad que eviten poner en situaciones de riesgo a cualquier operario. Para el mantenimiento preventivo realice los siguientes pasos. 1. Comprobación visual de columnas, vigas, apoyos, anclajes, soldaduras y demás elementos constructivos que influyan en el soporte de la grúa. Asegúrese que cada unión roscada esté bien ajustada, apretando cada uno de los tornillos. Si alguna unión necesita ser reemplazada, asegúrese de utilizar tornillos de las mismas especificaciones. 2. Inspección y comprobación del sistema desplazamiento, incluyendo las llantas, rodachinas y soportes, procediendo a su limpieza y lubricación (anual). En caso de holguras excesivas, sustituir cojinetes o rodamientos, alinear, reapretar o calzar soportes, etc. 3. Comprobar anclajes y amarres del malacate (polipasto), así como su alineación, reapretando los tornillos si fuera necesario.
Mantenimiento Correctivo:
El mantenimiento correctivo se da cuando hace falta reemplazar o arreglar una pieza dañada. Es muy probable que al fallar una pieza muchas otras hayan sido afectadas, por lo tanto, se debe hacer una inspección rigurosa de todas las partes que constituyen la grúa. En esta inspección se debe tener en cuenta la causa del mal funcionamiento y disponerse a cambiar las piezas que sean necesarias; en tal caso, SuperGrua Manufacturing inc. se ofrece a realizar el servicio de mano de obra, sin algún costo adicional, y en el caso que este tipo de fallas se den sobre el periodo de garantía, el soporte es totalmente gratuito, tanto como mano de obra y partes que se deban reemplazar. LINEA UNICA DE ATENCIÓN AL CLIENTE A NIVEL SURAMERICANO: 01 8000 SUPERGRUA 01 8000 787 374 782
ANEXO 1 Hojas de datos de Automóviles.
Hoja de datos. Chevrolet Spark:
Hoja de datos. Audi A4:
Hoja de datos. Chevrolet Corsa Clásico:
Hoja de datos. Nissan Murano:
ANEXO 2 Tabla de propiedades de perfiles en I
ANEXO 3 Tabla de Propiedades de tubería de acero.
ANEXO 4 Tabla de análisis para la soldadura y el soporte principal.
ANEXO 5 Tabla de análisis para el apoyo superior.
