“Año de la Consolidación Económica y Social del Perú”
CÁTEDRA
:
DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA
CATEDRÁTICO
:
ING. BRECIO DANIEL LAZO BALTAZAR
ALUMNO
:
VARGAS CHAVEZ CRISTIAN CRISTIAN DAVID
HUAHUANCAYO 2010 - II
INTRODUCCION
En el diseño de una máquina debemos tomar en consideración muchos aspectos que nos conlleva, a la investigación de que es lo que queremos fabricar; para lo cual es importante tener los conocimientos necesarios de la elaboración de un Proyecto, un conocimiento teórico del proceso con la ayuda de la computadora para configurar nuestro sistema, para fundamentarnos el problema, luego hacer la aplicación directa. Para esto es importante también conocer el campo de las Maquinas herramientas y los cálculos matemáticos del diseño. Con estos aspectos ya estamos en la capacidad de diseñar y fabricar nuestra máquina.
RESUMEN
En el transcurso del diseño de la máquina de corte de alfalfa, será efectuada en etapas, las cuales nos ayudan a la elaboración del presente diseño. Primero nos englobamos en todo lo que es el problema, que es lo que nuestra máquina quiere solucionar o mejorar, una vez definido todo el problema hacemos una lista de exigencias. En el siguiente proceso analizamos todas las posibles soluciones a nuestro problema pero enmarcándonos en la lista de exigencias establecida, a estas soluciones le hacemos una evaluación para llegar una solución adecuada. La fase posterior nos encamina ya en el proyecto preliminar en donde hacemos los bosquejos de la forma para luego hacer nuestros cálculos matemáticos con nuestros datos previamente establecidos. La fase final nos conlleva ya a un idea clara de que es lo que queremos diseñar y fabricar, para luego plasmar nuestro diseño en partes y su posterior ensamble. Obteniendo finalmente el diseño en el papel con todas sus características lista para ser modelada en un software y para su posterior construcción.
1.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Para la realización de nuestro diseño es necesario conocer cuál es el problema principal y para ello visitamos el Distrito de Huachac, en donde los agricultores producen alfalfa, es en dicho lugar y en esta actividad en la cual decidimos iniciar nuestro trabajo. Huachac está ubicado en la provincia de Chupaca, departamento de Junín, lugar dedicado a la agricultura y ganadería, en el lugar conocido como Marcatuna se encuentra la materia prima de la cual obtendremos nuestros datos. Nos entrevistamos con el señor Pedro Gaspar y su esposa Julia Cóndor, quienes se dedican a esta actividad quien nos explicó el procedimiento de la cosecha y corte de la alfalfa, para tratar de identificar el problema en el proceso de corte.
1.1
SOBRE LAS TIERRAS DE CULTIVO Nuestro producto a investigar se encuentra en un área rectangular de 2.5 Ha aproximadamente con 90m de ancho y 260m de largo con una desnivelación de tierras en un promedio de 7° con separación de canales de 90 cm además está en un lugar con abundante humedad es por eso que facilita su crecimiento.
1.2
SOBRE LA MATERIA PRIMA Actualmente el Productor siembra alfalfa tipo Moapa cuya altura máxima es de 50 – 55 cm con las siguientes características:
Clasificación científica Reino: Plantae División: Magnoliophyta Clase: Magnoliopsida Subclase: Rosidae Orden: Fabales Familia: Fabaceae Subfamilia: Faboideae Tribu: Trifolieae Género: Medicago Especie: Mendicago sativa
1.3
SOBRE LAS HERRAMIENTAS UTILIZADAS
El proceso de corte es realizado con una hoz dentada rudimentaria de aspecto ovalado, además también en ocasiones realizaron el corte con una guadaña larga.
Hoz utilizada en la cosecha
1.4
SOBRE EL PROCESO DE CORTE
Para la comercialización de alfalfa, lo primero es la siembra de la alfalfa, que es el paso más importante en el proceso, para el primer corte de alfalfa se debe tener en cuenta que el cultivo debe tener 10% de su floración (cuando el 10% de sus flores están abiertas), además se debe cortar dejando un tallo de 3-5 cm para el rebrote. La segunda etapa es el proceso de corte, realizado con una hoz dentada rudimentaria, se toma de la parte baja de la alfalfa logrando un puñado consistente sin dañar los tallos y hojas y se pasa la hoz por debajo de la mano con una fuerza moderada para poder cortar la alfalfa este proceso se realiza continuamente hasta obtener la cantidad suficiente para retirar de los cultivos., este proceso es el que más trabajo da para el agricultor y es en este proceso que pretendemos facilitar con el diseño de una máquina que realice este proceso. Luego del proceso de corte se recolecta los tallos que quedaron en el suelo para el proceso de secado ya que el producto se extrae con mucha humedad se deja al sol por 2 horas y luego se amarra en unos fardos de aproximadamente 20 - 25 Kg y el producto esta listo para la comercializacion. Actualmente se produce en cada corte unos 2000 Kg por hectárea y se realizan unos 5-6 cortes al año lo que resulta un trabajo arduo y cansado y con la ayuda se pretende aumentar su producción en 6-7 cortes al año además de disminuir el esfuerzo humano.
2. DETALLE DEL PROBLEMA
El problema que se encuentra en esta situación es la necesidad de contar con una máquina que realice el proceso de corte de alfalfa aumentando la producción y reduciendo el esfuerzo humano.
3. ESTADO DE LA TECNOLOGIA 3.1
LA COMPETENCIA En la actualidad en nuestro valle del Mantaro no tenemos referencias de anteriores diseños realizados sobre maquinas cortadoras siendo este el primer diseño.
3.2
CATALOGOS En general las maquinas que se ocupan para la realización de este proceso
son accesorios para tractores muy grandes y muy costosas, ya que de los más pequeños como la cortadora de alfalfa John Deere 1209 ocupa un área aproximada de 2.5 x 2m. Y cuesta alrededor de $7500 Dólares además de que requieren de mucho mantenimiento para su óptimo funcionamiento ya que está expuesto al medio ambiente. Otro inconveniente de estas máquinas es que trozan la alfalfa en partes pequeñas para ensilado y así no se puede comercializar en el valle del Mantaro.
Invento chino de una acomodadora de alfalfa
CORTADORA DEL ALFALFA, Reversible, corte de 1.27 metros Motor gasolina de 8 HP de potencia marca KOHLER arranque eléctrico, 4 velocidades frente, 2 de reversa, traccion independiente en llantas para giros en 0º (grado cero)
3.3
RECOMENDACIONES Y NORMAS En nuestra investigación es recomendable utilizar máquinas de corte de alfalfa en tamaños pequeños que existen pocos ya que se fabrican para productores con más de 30 Ha
4. ANALISIS DE LA SITUACION DEL PROBLEMA Para nuestro diseño tuvimos que solicitar algunos datos al agricultor que nos solicitó: -
Se debe contar con una máquina que sea fácil de operar.
-
Su diseño no sea muy espacioso para poder guardarlo cuando no se use.
-
La máquina debería dejarnos alfalfa lista para su embalaje.
-
El diseño debería permitir movilizar la maquina con facilidad.
-
La máquina debería contar con sistemas de protección y seguridad.
5. POSIBILIDADES DE REALIZACION Según lo exigido por el agricultor llegamos a la conclusión de que el diseño solicitado está en condiciones para su fabricación ya que en nuestro Valle contamos con los talleres y accesorios en gran cantidad para poder acoplarlo a el diseño a fabricar y además en comparaciones con las máquinas que existen hoy en día en el mercado tendría que ser económico ya que se pretenderá fabricar con materiales y partes existentes.
6. COMPLEMENTAR
LAS
EXIGENCIAS
ORDENARLAS
Y
CUANTIFICARLAS, COLOCAR PRIORIDADES.
¿Qué finalidad tiene que satisfacer la solución? El diseño de la cortadora de alfalfa; tiene por finalidad, ayudar en el proceso de corte de alfalfa y recolectado para su posterior empacado y comercializado, disminuyendo el trabajo y esfuerzo humano en la realización del corte y aumentar la producción en un 18-20%.
¿Qué propiedades debe tener la solución? La alfalfa debe ser cortada en el momento preciso y con el desarrollo previsto. Evitar que la operación de corte con las manos sea tediosa, acortar el tiempo en este proceso de cortado de alfalfa, pudiendo realizarlo de una manera descansada. Disminuir esfuerzo físico, sobre todo en la forma rudimentaria en la que es laborioso y cansado.
¿Qué propiedades no debe tener esta solución?
No debe subir los costos de producción.
No debe poner en riesgo la fragilidad de la alfalfa.
La máquina componentes.
a diseñar no debe tener grandes dimensiones ni muchos
7. LISTA DE EXIGENCIAS DEL DISEÑO
LISTA DE EXIGENCIAS
EDICION Pag. _____ de _____
PROYECTO
Nº de Identificación DISEÑO DE UNA MAQUINA CLIENTE Redactado por: PARA CORTAR ALFALFA Fecha:
Cambios Deseado (Fecha) o exigido
29/09/2010 29/09/2010
29/09/2010 29/09/2010 29/09/2010 29/09/2010
29/09/2010 29/09/2010 29/09/2010 29/09/2010 29/09/2010 29/09/2010
Exigencias
Responsable
E E
GEOMETRIA DE LA MATERIA PRIMA Altura: 50 - 55 cm Diámetro con hojas: 5 - 6 cm
C.Vargas C.Vargas
D E E D
CINEMATICA Grados de Libertad: 2 Velocidad mínima de avance: 0.3 m/seg Longitud de corte total: 1m. Movimientos: Radial y lineal
C.Vargas C.Vargas C.Vargas C.Vargas
E E E E D E
FUERZA Fuerza mínima de corte x puñado: 2.6 - 4.1 kg Peso máximo de un tallo de alfalfa: 60-70 gr. Factor de carga: 1 Estabilidad del equipo Vibraciones medias Resonancia nula
C.Vargas C.Vargas C.Vargas C.Vargas C.Vargas C.Vargas
ENERGIA 29/09/2010 29/09/2010
E D
Mecánica Energía potencial (Rigidez de la alfalfa)
C.Vargas C.Vargas
29/09/2010 29/09/2010 29/09/2010 29/09/2010
E E D E
MATERIA SOBRE MATERIA A PROCESAR: ALFALFA Alfalfa en proceso de floración Alfalfa con tallos y hojas Debe tener el menor daño posible Flujo mínimo: 200 gr/seg.
C.Vargas C.Vargas C.Vargas C.Vargas
SEÑALES Y CONTROL 29/09/2010 29/09/2010
29/09/2010 29/09/2010 29/09/2010
29/09/2010 29/09/2010 29/09/2010
E E
ON / OFF Palanca de avance
C.Vargas C.Vargas
E E D
SEGURIDAD Protección Mecánica Maquina - Hombre Protección del Operario Sistema de parada de emergencia
C.Vargas C.Vargas C.Vargas
E E D
ERGONOMIA Edad promedio del operario: 18 - 60 años Facilidad de manipulación Ergonomía total
C.Vargas C.Vargas C.Vargas
FABRICACION Disponibilidad de equipos más apropiados para la fabricación C.Vargas SOBRE MATERIAL DE FABRICACIÓN Material de Fabricación en contacto directo con la alfalfa C.Vargas
29/09/2010
E
29/09/2010
E
29/09/2010
E
Material de Fabricación del aparato que está en contacto con C.Vargas la humedad de material inoxidable.
29/09/2010
E
Material de la estructura sólo en contacto indirecto con la humedad con protección antioxidante.
29/09/2010
E
29/09/2010 29/09/2010 29/09/2010
E D D
Elementos de fabricación DE DISPONIBILIDAD DE ESPACIO Área máx. de máquina: 1.00 x 2.00 m2 Altura máxima: 1.60 m Debe tener el menor tamaño posible
C.Vargas C.Vargas C.Vargas C.Vargas C.Vargas
MONTAJE 29/09/2010 29/09/2010
E E
29/09/2010 29/09/2010
E E
29/09/2010
E
29/09/2010
E
Montaje sencillo No debe requerirse llaves de ensamblaje especializados
MANTENIMIENTO Plan de mantenimiento preventivo Fácil inspección y limpieza en la línea de corte y transmisión Acondicionamiento con insumos accesibles en el mercado local Mano de obra no especializada
C.Vargas C.Vargas
C.Vargas C.Vargas C.Vargas C.Vargas
COSTO No más de US$ 10 000.00 C.Vargas Elementos de fabricación no caros ni baratos C.Vargas Pago del 50% al presentar el proyecto terminado y del 100% C.Vargas a la presentación de la máquina terminada.
29/09/2010 29/09/2010
E D
29/09/2010
E
29/09/2010
CONTROLES Y PRUEBA DE FUNCINAMIENTO ÓPTIMO E De acuerdo a Normas Iso para alimentación. C.Vargas
8. ELABORACION DEL CONCEPTO
Ingreso de alfalfa a la maquina
Corte y recolección de la alfalfa
Alfalfa cortada y lista para empacar
Entrega de energía mecánica necesaria para accionar el sistema
Utilización de energía mecánica necesaria para el accionamiento del sistema de corte y recolección de alfalfa
Ruido, calor y vibraciones
Señal de encendido y avance de la maquina
Señal de que se trabo el proceso
Sonora o visual
9. DETERMINACION DE LOS PRINCIPIOS TECNOLOGICOS La determinación de los principios tecnológicos se basa en la lista de exigencias y la caja negra. A continuación se describe las funciones y secuencias necesarias para lograr la transformación deseada: 1. Posicionamiento 2. Avanzar 3. Sujetar 4. Cortar 5. Recolectar 6. Frenar 7. Retirar el material cortado
10. ESTRUCTURA DE FUNCIONES Accionamiento y Posicionamiento
Desplazar
Sujetar
Cortar
Recolectar
Retirar el material cortado
Frenar
11. MATRIZ MORFOLOGICA Alternativas de efectos, de portadores, de principio de solución, de formas, de grupos funcionales, de bloques funcionales.
Funciones Parciales (Elementales)
1
Accionamiento y Posicionamiento
1
2
manos
Motor de combustión
3
4
Motor eléctrico
Pedales
2 Desplazar Ruedas
cadenas
3 Sujetar manos
4
Transmisión de fuerza de corte
rodillos
la Sistema de poleas
Engranajes
Cuchillas giratorias
Polea dentada
5 Corte
6 Recolectar manos
PESO Y VIBRACION
7 Frenar Freno manual
zapata Faja transportadora
8 Retirar Material manual
1° OPCION
2° OPCION
Freno neumatico
12. CONCEPTOS DE SOLUCION Nuestra máquina debe llegar a cortar el material sin trozarlo ni dañarlo por tal llegamos a 2 conceptos los que son: 12.1 Concepto de Solucion 1 Este concepto tiene los siguientes elementos: Un sistema motriz Un sistema de corte Un sistema de transmision Un depósito de almacenamiento
12.2 Concepto se solución 2 Este concepto tiene los siguientes elementos: Un sistema motriz Un sistema de corte Un sistema de transmision Un depósito de almacenamiento
DESARROLLO DEL PROYECTO
CÁLCULOS (sistema de transmisión de potencia) Abreviaturas de las fórmulas símbolo Descripción a Distancia entre ejes Distancia entre ejes con un desarrollo de correa calculado estándar Ancho de referencia Ancho superior Factor de ángulo de contacto Factor de carga Factor de desarrollo Numero de rodillos Diámetro de referencia de la polea mayor Diámetro de referencia de la polea menor Diámetro de referencia de la polea motriz Diámetro de referencia de la polea arrastrada E Flecha por cada 100 mm de longitud de ramal Flecha del ramal f Carga de prueba por correa Frecuencia de flexión i Relación de transmisión k Constante para el cálculo de fuerza centrifuga L Longitud de ramal Desarrollo interior estándar de la correa Desarrollo interior de la correa calculada Desarrollo de referencia estándar de la correa Desarrollo de referencia calculado de la correa
Unidad mm mm mm mm
mm mm mm mm mm mm N
mm mm mm mm mm
P T X y α β
Velocidad de giro de la polea pequeña Velocidad de giro de la polea motriz Velocidad de giro de la polea arrastrada Potencia transmitida por la correa Potencia de calculo Potencia nominal por correa Fuerza estática mínima sobre el eje Tensión estática mínima por ramal Recorrido mínimo entre ejes para tensar y retensar la correa Recorrido mínimo entre ejes para montaje de la correa Angulo de inclinación de ramal = Angulo de abrazo de la correa en la polea pequeña
Datos Motor de Combustión Interna Servicio diario Numero de arranques al día Condiciones de servicio Distancia entre ejes Velocidad de giro de la polea arrastrada Diámetro de la polea Diámetro de la polea
kW kW kW N N mm mm grados Grados
Aproximado de 8 horas Uno al día Condiciones ambientales favorables Variable entre 200 mm a 900 mm
mm
FACTOR DE CARGA Como las horas de trabajo son de 8 horas y según EL MANUAL TÉCNICO PARA TRANSMISIONES POR CORREAS TRAPEZOIDALES OPTIBELT (tabla 17). Para transmisiones ligeras POTENCIA TEORICA
SELECCIÓN DEL PERFIL DE LA CORREA Del diagrama 4 del manual con 0.825 Hp y 1000 rpm Se selecciona perfil tipo Z (denominación ISO) o SPZ (denominación DIN 7753) DIÁMETRO DE REFERENCIA DE LAS POLEAS ACANALADAS TRAPECIALES
DISTANCIA ENTRE EJES (selección provisional) Recomendación
DESARROLLO DE REFERENCIA DE LA CORREA
( ) Dentro del perfil SPZ se selecciona DISTANCIA ENTRE EJES
AJUSTE MININO X/Y DE LA DISTANCIA ENTRE EJES Ver tabla 20 del manual OPTIBLET
VELOCIDAD Y FRECUENCIA DE FLEXIÓN DE LA CORREA
ARCO DE ABRAZO Y FACTOR DE CORRECCIÓN
De tabla 16 del manual técnico de OPTIBELT Interpolando linealmente
FACTOR DE DESARROLLO De tabla 18 del manual técnico de OPTIBELT
NUMERO DE CORREAS (z) De la tabla polea acanalada de perfil SPZ como se tiene un diámetro de referencia de 60 mm elegimos el que tiene 2 canales y por lo tanto el número de correas a utilizar serán de 2.
TENSIÓN ESTÁTICA MÍNIMA POR CORREA
El valor de k se obtiene del diagrama 8
Para primer montaje se considera un factor de 1.3
FUERZA SOBRE EL EJE
Para primer montaje se considera un factor de 1.3 FLECHA DEL RAMAL
