CAPITULO I 1. ASPECTOS PRELIMINARES
1.1 ANTECEDENTES ANTECEDENTES
La grava o agregado grueso es uno de los principales componentes del hormigón o concreto, por este motivo su calidad es sumamente importante para garantizar buenos resultados en la preparación de estructuras de hormigón El agregado grueso estará formado por roca o grava triturada obtenida de las fuentes previamente seleccionadas y analizadas en laboratorio, para certificar su calidad. El tamaño mínimo será de 4.8 mm. El agregado grueso debe ser duro, resistente, limpio y sin recubrimiento de materiales extraños o de polvo, los cuales, en caso de presentarse, deberán ser eliminados mediante un procedimiento adecuado, como por ejemplo el lavado. La forma de las partículas más pequeñas del agregado grueso de roca o grava triturada deberá ser generalmente cúbica y deberá estar razonablemente libre de partículas delgadas, planas o alargadas en todos los tamaños. Como fuente de abastecimiento se pueden distinguir las siguientes situaciones:
Bancos de sedimentación: son los bancos construidos artificialmente para embancar el material fino-grueso que arrastran los ríos. Cauce de río: corresponde a la extracción desde el lecho del río, en los cuales se encuentra material arrastrado por el escurrimiento de las aguas. Pozos secos: zonas de antiguos rellenos aluviales en valles cercanos a ríos. Canteras: es la explotación de los mantos rocosos o formaciones geológicas, donde los materiales se extraen usualmente desde cerros mediante lo que se denomina tronadura o voladura (rotura mediante explosivos).
1.2 PROBLEMÁTICA
Una trituradora de mandíbulas hoy en el mercado es muy apreciable debido a que la ciudad de Sucre tiene una elevada demanda de materiales de construcción. Uno de los agregados más importantes para la producción del hormigón es la grava y para las distintas aplicaciones están especificados determinados tamaños de grava. La siguiente tabla muestra algunas relaciones de tamaños con sus respectivas aplicaciones: Tamaño máximo
Uso general
Estructuras de concreto en masa: muros, losas y pilares de más de 1.0 m de espesor. 38 mm (1 ½") Muros, losas, vigas, pilares, etc., de 0.30 m a 1.00 m de espesor. Muros delgados, losas, alcantarillas, etc., de menos de 0.30 m de 19 mm (3/4‖) espesor. 51 mm (2")
En el presente proyecto se propone una alternativa de solución que promueva una producción totalmente continua sin ningún tipo de interrupción, hasta la obtención del grano del tamaño predeterminado.
1.3 JUSTIFICACION
En la actualidad en nuestra cuidad se están emprendiendo y están proyectadas varias estructuras de gran envergadura, pero nuestro mercado no esta capacitado para poder abastecer eficientemente a las exigencias del momento, la falta de maquinaria que pueda acelerar los procesos de obtención de los materiales y agregados. El presente proyecto esta basado en los requerimientos especificados especificados para la construcción de muros, losas, vigas y pilares. Por todo lo anteriormente mencionado este proyecto es de gran importancia para la mediana y pequeña industria abaratando los precios que impondría la importación de la maquina y mejorando la calidad de la grava que actualmente se comercializa. 1.4 OBJETIVOS
1.4.1. OBJETIVO GENERAL
Contribuir a la producción de grava de buena calidad y competir en el mercado interno.
1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar los parámetros de diseño tomando en cuenta: Flujo de carga en función a la demanda. Diseño y calculo del mecanismo de trituración. Diseño y calculo del sistema de transmisión.
CAPITULO III 2. ESTUDIO TEORICO PRÁCTICO
2.1. FUNDAMENTOS TEORICOS 2.1.1. GRADO DE TRITURACION
Existen tres grados de trituración:
Trituración gruesa
Trituración media
Trituración fina
La trituración gruesa del material tiene un diámetro inicial no mayor a 1500mm y es triturado hasta obtener pedazos pedazos con una dimensión mínima de (300 a 100) mm. En la trituración media los pedazos a triturar ingresan con un diámetro inicial de 100mm hasta obtener pedazos pedazos no menores menores a (10 a 12) mm Finalmente en la trituración fina fi na los pedazos ingresan con dimensiones máximas de (10-2) mm mm y salen partículas con dimensiones dimensiones de (2- 0.075).
Nuestras dimensiones dimensiones adoptadas en en dicho proyecto proyecto para la trituración de la grava corresponden a una trituración media según los grados de trituración mencionados anteriormente. M ANDIBULAS 2.1.2. TRITURADORA DE MANDIBULAS
En la trituradora de mandíbulas el material se se tritura mediante aplastamiento en combinación con la penetración y por la l a flexión entre las mandíbulas fija y móvil. La mandíbula móvil se aproxima durante la marcha de trabajo o se aleja durante la marcha de vacio de la mandíbula fija, al rotar el árbol excéntrico. Durante la marcha de trabajo se efectúa la trituración y durante la marcha de vacio la descarga por debajo, del material triturado, por la acción del propio peso. El movimiento se transmite a la mandibula2 mediante mediante la biela que esta unida de forma móvil con el árbol excéntrico y con dos placas de separación articulada, la delantera y la trasera. El tensor y el muelle crean el sistema móvil una tensión que favorece ala marcha de vacio de la mandíbula móvil. Mediante el desplazamiento reciproco de la cuña se regula el ancho del orificio de salida y por consiguiente el grado de trituración.
2.1.3 . CALCULO
Con una productividad dada G t/h, un espesor inicial de los pedazos di, un grosor definitivo df y un peso específico aparente ya debe determinarse: el ángulo de sujeción α; el número de oscilaciones de la mandíbula móvil y el número de revoluciones del árbol de transmisión tr ansmisión "n"; la relación del grosor definitivo del material con el grosor inicial, con las dimensiones de la boca y con la productividad de la trituradora; la potencia que requiere la trituradora. 2.1.4.ÁNGULO DE SUJECIÓN .
El ángulo entre las mandíbulas de la trituradora es un parámetro muy importante. En las trituradoras de mandíbulas el material se tritura como resultado de la compresión del mismo con dos mandíbulas que se acercan como sé muestra en los planos. En el pedazo de material comprimido entre las dos mandíbulas actúa la fuerza de empuje R, que es la resultante de las fuerzas de compresión (P) y de retención (N), que son proyecciones de las fuerzas de fricción T en el eje paralelo a la dirección de la fuerza R: N = T cos α/2 .
(11.3)
En el pedazo también actúa la fuerza fuer za del peso, pero en comparación con las otras fuerzas es muy pequeña y se puede prescindir de la misma. mi sma. La fuerza de fricción: T = Pf
(11.4)
Donde f = coeficiente de fricción del material del pedazo sobre la superficie de la mandíbula (Tabla 11.2) situada en la parte inferior. inferior. Esta tabla es importante importante porque los valores que esta tabla contiene conti ene son experimentales y fundamentales para determinar correctamente el ángulo de abertura de la boca.
Se debe tener en cuenta que el coeficiente "f" para el material dado puede variar en dependencia del estado de la superficie la cual puede estar seca o mojada en las condiciones de producción. Después de sustituir (11.4) y (11.3), obtenemos: obtenemos:
N = P*f cos α/2
.
(11.5)
Los pedazos de material se quedarán en la boca de la trituradora, si: 2 N ≤ R
(11.6)
Ó 2 P*f cos α/2 > 2 P sen α/2
De donde: f ≥ tg α/2
(11.7) El coeficiente de fricción "f" con frecuencia se expresa a través del ángulo fricción θ, es decir, f = tg θ Entonces: tg θ
≥ tg α/2
(11-8) 2θ ≥ α
Por consiguiente, el ángulo de sujeción de la trituradora es menor que el doble del ángulo de fricción. Si α es mayor m ayor que el doble del ángulo de fricción, f ricción, entonces los pedazos del
material, al ser comprimidos entre las mandíbulas saldrán despedidos de la boca de la trituradora, y esto no sólo evita que se rompa el material, sino que resulta peligroso para el personal de servicio y para el personal que se encuentre próximo al equipo. Si α es menor que el doble del ángulo de fricción disminuye el grado de
trituración que se puede obtener en la trituradora de mandíbula. El ángulo de fricción se determina por vía experimental; para la mayoría de minerales se toma igual a 15 -f- 25°.
Número de oscilaciones de la mandíbula móvil y número de revoluciones del árbol de transmisión. Durante la oscilación de la mandíbula su extremo inferior ocupa dos posiciones extremas 1 y 2. "La amplitud de la oscilación de la mandíbula es igual a S (Fig. 11.5). Durante el movimiento de la mandíbula de la posición 2, a la posición 1, se produce la compresión y la trituración del material, y durante el movimiento en dirección inversa se produce la salida del material de la boca de la trituradora bajo la acción del propio peso.
En una amplitud de la mandíbula puede salir de la boca libremente un volumen de mineral que aproximadamente esIgual al contorno punteado F. Para esto es necesario que el tiempo de recorrido de la posición 1, a la posición 2, sea igual al tiempo de caída del material de la trituradora en el volumen del contorno punteado con una altura h. Si la mandíbula móvil realiza "z" oscilaciones completas por minuto, entonces su tiempo de recorrido del punto 1 al punto 2 será V1 =30/z seg, por otro lado, el tiempo necesario para que de la trituradora salga la partícula más alta del contorno punteado del material, será: V2 = 2h/g Pero la condición v1=v2 por consiguiente:
[]
o
=
El ángulo de sujeción sujeción varía poco durante el el movimiento de la mandíbula. mandíbula. Teniendo en cuenta el carácter del problema a resolver se puede determinar el valor de h por la expresión:
Entonces es evidente que
√ √ El valor s se toma generalmente desde 0.005 hasta 0.03m.
(11.9)
Los valores menores para las trituradoras tritur adoras pequeñas, y los mayores para loa grandes. Al seleccionar el valor s se debe tener en cuenta lo siguiente. El grosor definitivo del material a triturar df se da generalmente según la dimensión dimensión máxima de los pedazos. Por la boca de la trituradora pueden salir pedazos con una dimensión desde "e" (anchura mínima de la abertura) hasta e +s (anchura máxima de la abertura). Si se adopta e = df entonces el contenido, en el producto, de pedazos cuya dimensión es mayor que "df' será muy grande, y si se adopta d f = e +s, entonces en el producto habrá más pedazos con una dimensión menor de d f. Para obtener un producto más homogéneo es necesario que s sea mínima en comparación con df. Estas consideraciones sirven de guía para la selección de "s" dentro de los límites señalados anteriormente. Utilizando la expresión (11.9) así como el esquema de la transmisión de la mandíbula se determina el número de revoluciones del árbol de transmisión. Para la transmisión de palanca-articulada el número de oscilaciones completas de la mandíbula móvil coincide con el número de revoluciones del árbol de transmisión, es decir, n = Z rev/min. 2.1.5. RELACIÓN ENTRE EL GROSOR INICIAL Y DEFINITIVO DEL
MATERIAL LAS DIMENSIONES DE LA BOCA Y LA L A PRODUCTIVIDAD DE LA TRITURADORA .
El ancho de la abertura de salida "e" se toma, como se señaló anteriormente, igual a df. O d f — s teniendo en cuenta las observaciones antes mencionadas con respecto al grosor del producto. El siguiente esquema nos ayuda a dimensionar la maquina y verificar si el mecanismo funciona de la manera que se ha proyectado.
Fig 11.6 Esquema para determinar las dimensiones geométricas y la productividad de la trituradora de mandíbula. El grado de trituración tritur ación en la trituradora de mandíbula se selecciona dentro de los límites desde 3 hasta 5, es decir: di/df = i = 3 a 5 El ancho de la boca de la trituradora A (Fie. 11.6) se toma generalmente generalmente un 15 -20 mayor que los pedazos máximos contenidos en el material inicial:
A = (1,15 a 1,2) di
(11.10)
Esto es imprescindible imprescindible para que sea más libre la entrada de los pedazos pedazos de material en la boca de la trituradora. La altura de la pared delantera de la trituradora trit uradora se determina por la fórmula:
H= A - e / tg
(11.11)
2.1.6. LONGITUD DE LA BOCA DE LA TRITURADORA
La productividad de la trituradora se determina partiendo de la condición de que en cada oscilación total de la mandíbula móvil salga de la máquina un
volumen de material triturado igual al área del contorno punteado multiplicado por la longitud de la trituradora, es decir:
Pero
h =s/tg, y la suma de e +s+e se puede tomar igual a 2df.
Entonces:
Si el número de oscilaciones de • la mandíbula móvil por minuto es igual a "z",
la productividad de volumen por hora se halla por la fórmula:
VL= *V*z*60
(11.12)
Por los datos experimentales el coeficiente de variación del peso específico aparente oscila dentro de los límites de 0,4ª 0.6 Este tiene en cuenta el llenado incompleto del volumen punteado de la trituradora. Si en la fórmula (11.12) se colora obtendremos una productividad de la trituradora.
t/m
(11.13)
En esta fórmula se adoptan las dimensiones siguientes de las magnitudes que se incluyen en la misma: G =t/n df ,s, .L en m y Ya en t/m3. Por la expresión (11.13) se puede determinar la longitud de la boca de la trituradora:
La longitud de la boca de la trituradora debe ser mayor que la dimensión de los pedazos mayores de la materia prima inicial d. Esta longitud puede expresarse a través de la dimensión de los pedazos iníciales: L=m*di(0.5 a 0.2)*di Aquí m =1, 2, 3, . . ., etc., demuestra que L debe ser múltiplo de d¡; la adición (0,15 a 0,2) di permite garantizar la entrada libre de los pedazos en la boca de la trituradora. Las fórmulas (11.10), (11.11) Y (11.13) están relacionadas con el grosor inicial y definitivo del materia! a triturar, con las dimensiones geométricas de la boca- y con la productividad de la trituradora. Utilizando estas fórmulas se pueden resolver diferentes problemas tecnológicos relacionados con la selección y la explotación de las trituradoras tri turadoras de mandíbulas, así como con su construcción. 2.1.7. POTENCIA REQUERIDA
Para los materiales absolutamente elásticos y materiales semejantes a estos con una composición tecnológica constante se toma la formula (11.14) al efectuarse la trituración por aplastamiento. Nmax=13.7*10E-3
Donde =limite de resistencia resistencia a la compresión compresión kg/cm2 tabla (11.13) G=productividad kg/h E=modulo de elasticidad, kg/ =peso especifico del material igual al peso especifico aparente kg/cm3 tabla
(11.13) I=grado de trituración n=eficiencia. Se puede tomar de 0.32 a 0.35 También se puede utilizar la formula f ormula empírica para las trituradoras con balanceo sencillo de la mandíbula
N=c*A*B kw
(11.14a)
NOTA: Los valores indicados sirven solo como orientación, pues las propiedades pueden variar.
Donde c = coeficiente que depende de la dimensión del orificio de carga: A y B = anchura y longitud del orificio de carga de la trituradora, cm. Para las trituradoras con una dimensión del orificio menor de 250 x 400, c = 1/60; desde 250 x 400 hasta 900 x 1200, c = 1/100, y mas de 900 x 1200, c = 1/120. La potencia nominal del motor debe ser de un 50% mayor que la calculada. calculada .
Acilla Arena seca Arena y grava Cal apagada Carbón mineral en trozos Cemento, clincas Ceniza seca Coque en trozos Cuarzo partido Escorias Grava Mármol triturado Mineral de cobre Mineral de hierro Piedra arenisca partida Piedra caliza pulverizada Piedra caliza, residuos de cribado Piedras clasificadas Piedras sin clasificar Sal en terrones Sal fina Sal gorda Yeso calcinado Yeso en terrones
0,55 … 0,85 Se agarra. A veces abrasiva.
Abrasiva. Abrasivas. 1,75 … 2 Se apelotona por la presión. Sensible a la 0,3 … 0,5 humedad. 1,2 … 1,5 Muy abrasivo. A veces. Corrosivo si está húmedo. Polvo explosivo. 1,2 … 1,3 0,55 … 0,65 En terrones, muy abrasivo. 0,45 … 0,65 Abrasiva. Granular. 1,6 … 1,75 Muy abrasivo. Muy abrasivo. 1,2 … 1,3 1,8 Muy abrasivas. Abrasivas. 1,5 … 1,6 1,5 … 1,6
2 … 2,4
2,4
En terrones. Muy abrasivo. 1,35 … 1,55 Abrasivo. A veces en grandes terrones. Abrasiva. 1,3 … 1,4 Abrasiva. Producción de polvo. 1,4 … 1,5 Abrasiva y pulverulenta. 1,3 … 1,6 Muy abrasiva. 1,4 … 1,6 1,2 … 1,45 Muy abrasiva. Higroscópica. Se adhiere al hierro y al acero. Corrosiva. No es abrasiva. 1,2 … 1,3 Higroscópica. Se adhiere al hierro y al acero. 0,7 … 0,8 Corrosiva. No es abrasiva. Higroscópica. Se adhiere al hierro y al acero. Corrosiva. No es abrasiva. 0,85 … 1 1,35 Algo abrasivo. Protéjase de la humedad.
2.1.9 SELECCIÓN DEL MOTOR
El motor del proyecto es tomado del catálogo electrónico WEG, catalogo del cual tomaremos todas las características necesarias para los cálculos, como por ejemplo la velocidad, dimensiones de la carcasa, etc.
2.1.9 SELECCIÓN DE LAS CORREAS
Para la transmisión de potencia potencia se utilizaran utilizaran correas, el calculo calculo estará basado en los catálogos Goodyear. Las poleas y todos los elementos necesarios para el montaje correcto del motor están especificados y dimensionados en el capítulo de cálculos. 2.1.10 SELECCIÓN DE RODAMIENTOS
Los rodamientos seleccionados para el eje como para la biela pertenecen a la marca SKF, para este catalogo electrónico los datos necesarios serán obtenidos de los cálculos del eje, provocados por los elementos que estén ensamblados a el. 2.1.11 SELECCIÓN DE LAS PLACAS PARA LAS MANDIBULAS
Las placas para las mandíbulas tanto la móvil como la fija, son de: Acero al manganeso Material cuya estructura se densifica por esfuerzos de compresión poniéndose más duro con el paso del tiempo (endurecimiento por trabajo).
Composición Composició n del material
2.1.12 SELECCIÓN DE LOS LUBRICANTES
Los lubricantes necesarios para el proyecto están seleccionados de acuerdo a sus características de el catalogo electrónico de LUBRAX, este catalogo nos brinda la información necesaria para poder seleccionar el tipo de lubricante.
CAPITULO III 3. INGENIERIA DEL PROYECTO
3.1. DETERMINACION DE PARAMETROS
Para determinar los parámetros de entrada del proyecto, nos basaremos en la realidad del medio, en el cual se procesan pr ocesan pequeñas y medianas cantidades de grava. La producción esta estimada en 10 t/h., este dato se justifica debido a la alta demanda de material, una gran cantidad de proyectos se están encarando y se espera que en en el transcursos de los meses la demanda se eleve aun mas, entonces se considera esta productividad como aceptable tratando de diseñar una maquina capaz de soportar altas cargas sin presentar ningún problema, evitar el desabastecimiento y generar una mayor ganancia que la lograda con los procedimientos actuales.
3.2 DETERMINACIÓN DE LAS DIMENCIONES PRINCIPALES 3.2.1 DETERMINACIÓN DEL ANCHO DE LA BOCA DE LA TRITURADORA.
El ancho de la boca de la trituradora generalmente se toma 15 – 20% mayor que el pedazo más grande. A = (1,15 ÷ 1,2) dmax = 1,2 . 150 = mm. 3.2.2 DETERMINACIÓN DEL RECORRIDO DE LA MANDÍBULA EN LA PARTE INFERIOR.
Generalmente el recorrido de la mandíbula se toma t oma desde 0,005 hasta 0,03 y debe ser pequeño en comparación con el diámetro del pedazo saliente. Tomamos s = 9 mm. 3.2.3 ÁNGULO DE SUJECIÓN.
Por la tabla 11.2 del capitulo II, para el material grava tenemos el coeficiente de fricción sobre acero f = 0,58 durante el movimiento. Por consiguiente, el ángulo de fricción: φ = arc tg f = arc tg 0,58 = 30º Ángulo de sujeción α ≤ 2 φ = 60º Tomamos α = 20º
3.2.4 DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE REVOLUCIONES DEL ÁRBOL DE TRANSMISIÓN.
Por la fórmula (11.9) tenemos:
√ √
3.2.5 DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE LA BOCA. BOCA.
Por la fórmula (11.13) tenemos:
a = peso específico aparente del material – grava; por la Tabla 11.2 a = 1600
÷ 2000 kg/m3. Tomamos a = 1.8 t/m3. G = 10 t/hr. µ = coeficiente de porosidad µ = 0,4 ÷ 0,6 µ = 0,6 s = 0.009 m. df = 0.038 m. Entonces:
La longitud de la boca se verifica por la dimensión de los pedazos iníciales L = m di + (0,15 ÷ 0,2)di L = 3.150 + (0,15 ÷ 0,2)150 0,2)150 mm L = 480 mm. Tomamos L = 440 mm.
3.2.6 ALTURA DE LA PARED DELANTERA
Tomemos las dimensiones restantes: L1 = 620 mm
g = 280 mm
B = 275 mm
f = 210 mm
La = 240 mm
c = 40 mm
a = 225 mm
l = 320 mm e’ = 10 mm
3.3. CÁLCULOS C ÁLCULOS DE RESISTENCIA Y SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS 3.3.1 DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA DEL MOTOR ELÉCTRICO.
Donde: R = límite de resistencia del material a la compresión; por la Tabla 11.3
para la grava tenemos: R = 250 ÷ 1900 kg/cm 2; tomamos: R = 1000 kg/cm2; a = 1.8 t/m3 = 0.0018 kg/cm3
E = módulo de elasticidad; para la caliza tomamos E = 300000 kg/cm2; G = 10 t/m3 = 0,002 kg/cm3
η = coeficiente de eficiencia de la trituradora η = 0,32 ÷ 0,35; tomemos η = 0,33
Entonces:
Como el cálculo de esta fórmula f órmula tiene un carácter convencional; entonces verificamos la potencia por la fórmula fór mula (11.14a). P = c AL,
kw
para trituradoras con dimensiones de los orificios de 180 x 510. Entonces = 7.92 kw Donde:
La potencia establecida debe ser un 50% mayor que la de cálculo. Po = 1,5 P = 1.5 * 7.92 = 11.88 kw Tomamos el motor del catalogo electrónico WEG. P = 15 kw
n = 1460 rev/min
3.3.2 DETERMINACIÓN DE LAS LAS FUERZAS FUERZAS EN LOS ESLABONES ESLABONES DEL MECANISMO.
Fuerzas de distribución por la fórmula: P = 405 * L * H P = 405 * 0.390 * 0.44 P = 69.50 ton. Fuerza P4
Fuerzas P2 y P3 P2 = P sen α = 69.5 sen 20º = 23.77 t
Fuerza en la biela (ver también Fig. 11.27)
] [ El ángulo de inclinación de la placa articulada (máximo) se toma β = 82º Tomamos también = β = 82º;
Entonces:
[] Fuerza P6 = en la placa de separación derecha.
[ ] [ ] 3.3.3 CÁLCULO DE LA TRANSMISIÓN POR CORREA CORREA TRAPEZOIDAL. TRAPEZOIDAL.
P = 11.88 kw. Con esta potencia y el motor seleccionado se realiza los cálculos de las correas basados en el catalogo Goodyear. P = 15 Kw. Equivalente a 20 Hp. n = 1460 rpm. a) Determinación de la potencia del proyecto proyecto Potencia de Proyecto = F s * P Fs = Factor de servicio para la trituradora de mandíbulas = 1.4 Potencia de Proyecto = 1.4 * 20 = 28 Hp. b) Determinación del perfil perfil de la Correa De la tabla 5, entrando con 28 Hp. Y con n = 1460 rpm. Leemos: Correa Tipo ― B ― y dp = 5‖ a 8‖
c) Calculo de la relación de velocidades velocidades VR = 1460/423
VR = 3.45 d) Selección de los diámetros primitivos recomendados recomendados (Dp y dp).
Dp = VR * dp = 3.45 x 6.5‖ Dp = 22.43‖
e) Calculo de la velocidad velocidad periférica periférica V = 0.262 * dp * rpm V = 0.262 * 6.5‖ * 1460 rpm. V = 2486.38 rpm. Verificamos: V < 6000rpm 2486.38 rpm < 6000rpm.
Aceptable.
f) Determinación de la distancia entre centros de los ejes.(C) y del largo primitivo de la correa (Lp).
Correa B – 88 C
3
g) Determinación del Hp clasificado
De tablas se lee F ac = 0.88 y FLp = 1 Hp básico por correa = 6.55 Hp. Y Hp adiciona l = 0.55 Hp efectivo = 7.1 x 0.88 x 1= 6.25 Hp. h) Numero de correas
Tomamos 5 correas Tipo B – 88. i) Calculo de los momentos torsores de la correa
⁄ ⁄
3.3.4 CÁLCULO C ÁLCULO DE VOLANTE.
El grado de irregularidad de la marcha:
Energía
De donde:
La magnitud de la energía absorbida por el volante A 1 se recomienda tomarla igual a la mitad del trabajo de trituración.
Donde η = 0,75 = eficiencia del mecanismo de transmisión de la trituradora. El grado de irregularidad se toma δ = 0,02
Entonces sustituyendo tenemos:
Tomamos el ancho del volante B = 125 mm Tomamos el diámetro medio de la polea Dm = 500 mm = 0,5 m El peso general de las masas giratorias:
()
Tomamos el peso de la polea igual al peso del volante
El espesor de la llanta del volante es c. Gv = π Dm c B f undido. Donde: = 7200 kg/m 3 ~ peso específico del hierro fundido.
C = 0.041m. C = 41 mm. Tomamos C = 41 mm De = 570 mm + 41 mm = 611 mm. Di = 570 mm – 41 mm = 528 mm.
3.3.5 CALCULO DE LA BIELA
A = (300 – 18) * 15 * + (18 * 80) = 5670 mm2
[] ] ⁄ [
Acero AISI 1015 SWQT 350
Calculo de placas de apoyo
⁄ Acero AISI 1022 SWQT 350
3.3.6 CALCULO DE LOS PERNOS DE LA TAPA DE LA BIELA
F = 10000 kg. = 98000 N = 2231.4 lbf De acuerdo a recomendaciones del catalogo PERTEC se escogen pernos grado 5 con un diámetro de 5/8‖. Numero de pernos = 4 Datos segun tablas del Shigley: Sut = 120 Ksia. At = 0.196 in 2 Se = 18.6 Ksia. Sp = 85 Ksia. Syt = 92 Ksia.
⁄ ⁄ * +
Comprobando por fluencia:
No falla por fluencia. 3.3.7 CALCULO DEL DISPOSITIVO DE PROTECCION Y PLACAS DE APOYO 3.3.7.1 PLACAS DE APOYO
Para estas placas se utiliza un acero 1022 SWQT350
3.3.7.2 DISPOSITIVO DE PROTECCION
La biela, el cuerpo de la mandíbula móvil y el conjunto de regulación de la abertura están unidos entre si mediante placas articuladas. Una de las placas, la que une la biela biela con la mandíbula móvil desempeña desempeña el papel de dispositivo de protección. Esta se compone de dos partes que se unen mediante remaches. Cuando caen pedazos no triturables surge una fuerza que excede la admisible, los remaches se rompen. Remaches A 502 grado 2 d = 0.022m Resistencia ala cortante en conexiones conexiones tipo aplastamiento aplastamiento (MAC’ORMAC)
[] [] ⁄
N = 7 remaches Para el sistema sistema de protección protección se utilizaran 7 remaches del tipo A 502 502 grado 2
3.3.8. CALCULO DEL ARBOL EXCENTRICO
El árbol se calcula como una viga colgada libremente en dos apoyos. La fuerza en el árbol debido a la transmisión por correa:
Las reacciones en, los a poyos son: Graficas
∑ De los diagramas se toman los valores delos momentos flectores donde se quiere calcular el diámetro del eje: Seccion1; M1=268,78 Kg-cm = 26340.4 Nmm Seccion2; M2=430 Kg-cm = 42140 Nmm Seccion3; M3=23440.75 Kg-cm = 2397193.5 Nmm Seccion1; M4=950531 Kg-cm =9315194 Nmm Seccion1; M5=16665Kg-cm = 1633194.5 Nmm Seccion1; M6=9464Kg-cm = 927472 Nmm Seccion1; M7=860.5Kg-cm = 84329 Nmm
suponer d(mm)
Tm(Nmm) Ma(Nmm) sut(Mpa) Ka Kb 51 336542,58 9315194 830 0,76 0,81 89,92 336542,58 9315194 830 0,76 0,75 92,25 336542,58 9315194 830 0,76 0,75
Kc 1 1 1
Kd 1 1 1
Ke 1 1 1
Kf Se Se´ D(mm) 1 257,52 418,32 89,92 1 238,44 418,32 92,25 1 238,44 418,32 92,25
Acero 1040 estruido en frio D = 92.54 mm. Diámetro normalizado = 3 ¾‖ suponer d(mm) 51 65,72 72,08
Tm(Nmm) 336542,58 336542,58 336542,58
Ma(Nmm) sut(Mpa) Ka 2397193,5 830 0,76 2397193,5 830 0,76 2397193,5 830 0,76
Kb 0,81 0,75 0,75
Acero 1040 estruido en frio D = 72.1 mm.
-
Diámetro normalizado 2 7/8‖
Kc 1 1 1
Kd 1 1 1
Ke Se Se´ D(mm) 0,66 169,96 418,32 65,72 0,54 128,76 418,32 72,08 0,54 128,76 418,32 72,08
3.3.9. CALCULO DE LOS RODAMIENTOS
En los rodamientos actúan las cargas de las reacciones que son del tipo radial por lo tanto par nuestro caso escogeremos rodamientos cilíndricos, ya que son buenos para absorber cargas radiales. Determinando el rodamiento para el eje:
Necesitamos un rodamiento que soporte 5500 hrs.
La velocidad del eje es de 423 rpm. Fd = 5088.17kgr = 49864.07 N
=139.59 Mrev Para rodamientos cilíndricos k =10/3 Para que un rodamiento no falle debe cumplir la siguiente igualdad F ra ≤ C Para este caso escogemos un rodamiento del catalogo NJ 2315 EC Con una carga dinámica de C= 330000 N Con una carga estática de C0= 400000 N 219403.73 N ≤ 330000 N
El rodamiento es el adecuado.
Del catalogo se extrae las características del rodamiento: Type of Strength Calculation: Check Calculation - DIN Lubrication Type: Grease Bearing type: DIN 5412 SKF,Cylindrical Roller Bearings Single Row type NJ SKF Bearing designation: NJ 2315 EC Inside Bearing Diameter d 75 mm Bearing Outside Diameter D 160 mm Bearing Width B 55 mm Radius of Bearing Fillet or Chamfer r 2.1 mm Min. Diameter of Shaft Shoulder damin 86 mm Max. Diameter of Hub Shoulder Damax 149 mm Max. Fillet Radius of Shoulder ramax 2 mm Bearing Mass m 5 kg Dynamic loading capacity of bearing 330000 N Static loading capacity of bearing 400000 N
Determinando el rodamiento para la biela:
Guide Type of Strength Calculation: Check Calculation - DIN Lubrication Type: Grease Bearing type: DIN 635 SKF,Spherical Roller Bearings Double Row with Cylindrical Bore SKF Bearing designation: 22219 CC/W33
Inside Bearing Diameter d 95 mm Bearing Outside Diameter D 170 mm Bearing Width B 43 mm Radius of Bearing Fillet or Chamfer r 2.1 mm Min. Diameter of Shaft Shoulder damin 107 mm Max. Diameter of Hub Shoulder Damax 158 mm Max. Fillet Radius of Shoulder ramax 2 mm Bearing Mass m 4 kg Dynamic loading capacity of bearing 282000 N Static loading capacity of bearing 375000 N Input Required Life Lh 5500 hour Factor of Add'l Forces fd 1.2 Working Temperature ft 100 °C Required Reliability a1 90 % Load Conditions Radial Load Fr 49033 N Axial Load Fa 0 N Bearing Speed n 423 rpm Work Time t 100 %
Calculation Results
Equivalent Dynamic Load Equivalent Static Loading Static Safety Factor Power Loss by Friction
P P0 s0 Pz
58839.6 N 49033 N 7.65 222.85 W
Necessary Minimum Load Fmin 5640 N Calculated Bearing Life Lh 7313.18 hour Factor of Over-revolving kn 5.67 3.3.10. CALCULO DE LAS CHAVETAS CHAVETAS PARA EL EJE El tipo más común de chavetas para ejes de hasta 6.5‖ de diámetro es la
chaveta cuadrada. La tabla 10.1 (Mott), proporciona las dimensiones que se prefieren para chavetas paralelas con una función del diámetro del eje, como se especifica en la norma ANSI B 17.1-1967. Según nuestro diámetro y la tabla 10.1 escogemos las dimensiones de la chaveta. D = 2 ¾‖
El espesor de la chaveta W = ¾ ―= H
Radio del chaflán r = 1/8‖
Para la longitud de la chaveta
Según la norma las chavetas se deben fabricar casi siempre de acero extruido en frio al bajo carbono. Material AISI 1020 CD Sy = 51Kpsi T = 2978 lb.in
L = 0.32‖
Esta longitud está por debajo del espesor o ancho de la masa. Es pertinente mantener la chaveta libre de cualquier objeto por tanto la longitud de la chaveta tomamos: L = 3‖
Tomamos una chaveta:
acero AISI 1020 CD ¾ * ¾ * 3‖
Utilizamos la misma chaveta para el volante. 3.3.11. CALCULO DEL EJE DE LA MANDIBULA MOVIL
El eje de la mandíbula se calcula a la flexión f lexión como una viga que se descansa en dos apoyos y que están cargadas con la fuerza R/2. La fuerza resultante de P 2 y P3 es la fuerza R.
√ Ma = 188815 Kg.cm Tm = 0 Se = Se’KaKbKcKdKe
Como Tm = 0:
suponer d(mm)
Ma(Nmm)
sut(Mpa) Ka
Kb
Kc
Kd Ke Kf
Se
Se´
D(mm)
51
1852699,98
380
0,95
0,77
1
1
1
1
140,09688
191,52 64,3169001
64,31
1852699,98
380
0,95
0,75
1
1
1
1
136,458
191,52 64,8830288
64,88
1852699,98
380
0,95
0,75
1
1
1
1
136,458
191,52 64,8830288
Acero 1020 extruido en frio D=64,88 mm = 2,55in Diámetro normalizado 2 1/2in
3.3.12 VERIFICACION DEL ARBOL EXCENTRICO Y DEL EJE DE LA MANDIBULA MOVIL
VERIFICACION A LA RIGIDEZ (Eje Excéntrico) Deflexión debida a la carga radial: Y1=WrL3 /48EI =1.088*10-3 in. Donde: Momento de inercia: I=d4 /64 =3.35 in4 Longitud del eje: L=23.62 in. Deflexión debida a la carga tangencial: Deflexión total:
Y 2=0 in.
Ytotal = (Y1 2+Y22) ½ =1.088*10-3 in.
Deformación transversal admisible: Y adm = 0.01 in/pie YTotal Yadm. (Si cumple) Deformación torsional:
=TL/GJ =9.13*10 -4 (180°/ )=0.05°
Donde: Módulo de elasticidad transversal: G=11.49*10 6 psi. Momento de inercia polar: J= d4 /32=6.71 in4 Deformación torsional admisible: 0.08º a 1º por pie. max-adm
(si cumple)
VERIFICACION A LA VELOCIDAD CRÍTICA. Polea Densidad Diametro Ancho Volumen Masa Peso Posicion (x) Deformacion (y)
Valor 0,282 94,8150 0
Unidad. lb/in^3 in in in^3 lb Lbf in
4,90E-06
in
Volante de Inercia Densidad Diametro Ancho Volumen Masa Peso Posicion (x) Deformacion (y)
Valor 0,287
94,8150 23,62
Unidad. lb/in^3 in in in^3 lb Lbf in
4,90E-06
in
-
VELOCIDAD CRITICA nc nc =
30
*
g 0 * å W i * y i
å W i * y i
2
nc n
84735,4 423,00
rpm rpm
No falla por velocidad Resultado: critica
VERIFICACION A LA RIGIDEZ (eje de la mandíbula móvil). Deflexión debida a la carga radial: Y1=WrL3 /48EI =1.205*10-3 in.
Donde: Momento de inercia: I=d4 /64 =0.61 in4 Longitud del eje: L=25.2 in. Deflexión debida a la carga tangencial: Deflexión total:
Y 2=0 in.
Ytotal = (Y1 2+Y22) ½ =1.205*10-3 in.
Deformación transversal admisible: Y adm = 0.01 in/pie YTotal Yadm. (Si cumple)
3.3.13 CALCULO C ALCULO DE LA MANDIBULA MANDIBULA MOVIL A LA RESISTENCIA
Mflex = P4 * a= (35900 * 22.5) = 807750 kg cm. Momento de Inercia de la Mandíbula.
⁄ ⁄ Hierro ductil A536 – 84 Grado 60 – 40 -18
[]
3.3.14 CALCULO DEL MUELLE TENSOR
Cuando se regula la abertura mediante la cuña, las placas separadoras colocadas libremente en los asientos pueden caer, si con alguna fuerza no se mantiene un sistema forzado cerrado. Esta fuerza es el peso de la mandíbula móvil situada inclinada y que trata de ocupar una posición vertical. Como esta fuerza puede resultar insuficiente, generalmente se instalan muelles tensores (resortes). c=6 d=8 Na=5
Dex=56mm
G=11.5MPas=79.36GPas hierro colado gris ASTM25
Los extremos del resorte son simples y aplanados.
Ls = 48mm Fax=294N
Lo=88.3mm
El acero seleccionado es al cromo vanadio, este acero es e s aleado de uso mas extenso en aplicaciones que implican esfuerzos mas elevados de los que pueden emplearse con aceros al alto carbono y donde son necesarias resistencia a la fatiga y alta durabilidad. También sirve para cargas de choque e impacto. m=0.155 A=1790MPa
Correcto
3.3.15 CALCULO DEL CONJUNTO DE REGULACION DE LA ABERTURA DE SALIDA:
Para regular la abertura de salida se utiliza utiliza las cuñas 1 y 2, la cuña 2 puede puede desplazarse verticalmente mediante el perno 4. Cuando el perno eleva la cuña 2, la cuña 1 se desplaza horizontalmente hacia la izquierda y la abertura de salida se estrecha.
Para el diseño del perno de elevación se debe considerar que sobre el actúa una fuerza de tracción, por lo tanto debemos encontrar encontrar esa carga mediante la construcción del triángulo de fuerzas.
De la gráfica podemos dibujar el triángulo de fuerzas:
Del triángulo de fuerzas encontrar la fuerza de tracción que actuara sobre el resorte: = F * cos cos 8º = 35.55ton
6
F
traccion
= * tg 8º = 5ton
Tomamos un perno de diámetro igual a 20 mm por tanto el area transversal transversal del perno es:
A =
* D 4
trans
2
= 314.17mm
2
El esfuerzo a la tracción del perno es:
=
F
traccion
A
= 154.46 Mpa
trans
Por lo tanto debemos escoger un perno que tenga un S ut mayor o igual al esfuerzo a la tracción calculado. Entonces tenemos un perno Con un Sut = 520 Mpa Sut
esto cumple por lo tanto el perno resiste.
520 154.46
Los cubos están sometidos a esfuerzo de aplastamiento, por lo tanto se debe diseñar los cubos cubos por aplastamiento. aplastamiento. Profundidad = 330mm
El área de aplastamiento es A = profun profundid dida ad * altura = 330 * 81 = 26730mm
2
aplast
F = P = 35.9ton = 348230 N 6
La fuerza aplicada ala pared inclinada es: El esfuerzo de aplastamiento es:
aplastamie nto
=
F
aplas
A
= 13.02 Mpa
aplas
El material elegido para este sistema de regulación debe soportar el esfuerzo de aplastamiento calculado. Hierro gris A48-83 con na dureza dureza de 136HB. 136HB. Sac = 485.88 Mpa. aplas
Sac
13.02 485.88
como se puede ver el material resiste.
3.3.3 SISTEMA DE ACCIONAMIENTO Y PROTECCION
Para el sistema de accionamiento se utilizaran: Un arrancador de potencia. Un guardamotor. Un contactor. La Instalación responde al siguiente diagrama unifilar:
Los distinto dispositivos serán extraídos del catalogo de la importadora Hiller de la ciudad de Santa Cruz. Las selecciones son las siguientes:
Los arrancadores
El Guarda motor
El contactor
SELECCIÓN DEL LUBRICANTE
1. Los únicos puntos de lubricación lubricación son los rodamientos. rodamientos. 2. Usar grasa grasa de tipo tipo especial especial para rodamientos.
Grasa lubricante a base de jabón de litio, con elevada estabilidad mecánica en trabajos bajo severas condiciones. Disponible en los grados NLGI 2 y 3, además del grado 2/3 (intermediario entre 2 y 3). LUBRAX INDUSTRIAL GCS-...-EP está formulada con una mezcla balanceada de aceites parafínicos y nafténicos, otorgándole gran estabilidad al trabajo mecánico y al cizallamiento. Su aditivación otorga características de adhesividad, extrema presión y resistencia al lavado por agua y a la oxidación. LUBRAX INDUSTRIAL GCS-...-EP está recomendada para lubricación de cojinetes de cintas transportadora de minas, máquinas para romper piedras y otros equipos que trabajen bajo severas condiciones de cizallamiento. LUBRAX INDUSTRIAL GCS-...-EP puede ser utilizada en el rango de temperatura de -20 ºC a 130 ºC, en operaciones contínuas, y en picos de temperatura de hasta 160 ºC. LUBRAX INDUSTRIAL GCS-2/3 y 3-EP pueden ser utilizadas en la lubricación de cojinetes de rodamientos de laminadores de acero, como también en extremos de dirección de automóviles y cojinetes de ejes de vagones ferroviarios. Aditivos - anticorrosivo, antioxidante y agente de extrema presión.
