Estación de enfriamiento para piezas planas

Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 1 Sumario A. OBJETIVO Y ESPECIFICACIONES ___________________________3 A.1. Objetivo del proyecto .......................................................................................3 A.2. Especificaciones del proyecto..........................................................................4 B. ALTERNATIVAS Y ELECCIÓN DE EVALUACIÓN________________9 B.1. Módulo de extracción.....................................................................................10 B.1.1. Evaluación de la importancia de cada criterio ....................................................18 B.1.2. Evaluación de las soluciones bajo el criterio espacio.........................................19 B.1.3. Evaluación de las soluciones bajo el criterio precisión.......................................19 B.1.4. Evaluación de las soluciones bajo el criterio riesgo ...........................................20 B.1.5. Evaluación de las soluciones bajo el criterio precio ...........................................20 B.1.6. Evaluación de las soluciones bajo el criterio sencillez .......................................21 B.1.7. Tabla de conclusiones.........................................................................................21 B.2. Módulo de eliminación de sobrantes .............................................................22 B.2.1. Evaluación de la importancia de cada criterio ....................................................31 B.2.2. Evaluación de las soluciones bajo el criterio precisión.......................................32 B.2.3. Evaluación de las soluciones bajo el criterio precio ...........................................33 B.2.4. Evaluación de las soluciones bajo el criterio sencillez .......................................33 B.2.5. Tabla de conclusiones.........................................................................................34 B.3. Módulo de enfriamiento..................................................................................35 B.3.1. Evaluación de la importancia de cada criterio ....................................................39 B.3.2. Evaluación de las soluciones bajo el criterio rectitud .........................................40 B.3.3. Evaluación de las soluciones bajo el criterio espacio.........................................40 B.3.4. Evaluación de las soluciones bajo el criterio fiabilidad.......................................41 B.3.5. Evaluación de las soluciones bajo el criterio precio ...........................................42 B.3.6. Tabla de conclusiones.........................................................................................42 B.4. Traslación entre módulos...............................................................................43 C. ESPECIFICACIONES DE LA SOLUCIÓN ESCOGIDA____________44 C.1. Alternativas en la solución escogida..............................................................44 C.2. Mejoras aportadas a la solución escogida.....................................................48 C.3. Especificaciones de la solución definitiva......................................................49 C.4. Visión de la solución escogida.......................................................................52 D. PLAN DE TIEMPOS Y MOVIMIENTOS ________________________56 D.1.1. Plan de tiempos del dispositivo extractor-desbarbador......................................57 D.1.2. Plan de tiempos del carro inferior .......................................................................60 Pág. 2 Estación de enfriamiento para piezas planas D.1.3. Plan de tiempos de la torre de enfriamiento con bandejas libres...................... 61 D.1.4. Plan de tiempos de la torre de enfriamiento con bandejas llenas..................... 62 D.1.5. Plan de tiempos seguido por la pieza................................................................. 64 D.1.6. Plan movimientos y tiempos general.................................................................. 67 E. DISEÑO DE LA MATERIALIZACIÓN__________________________69 E.1. Diseño de las ventosas de extracción........................................................... 69 E.2. Diseño de los elementos de traslación.......................................................... 72 E.2.1. Traslación horizontal del extractor...................................................................... 72 E.2.2. Traslación horizontal del carro inferior................................................................ 78 E.2.3. Traslación vertical del extractor .......................................................................... 82 E.2.4. Traslación vertical del desbarbador.................................................................... 86 E.2.5. Traslación vertical de la torre de enfriamiento.................................................... 88 E.3. Diseño de la rotación de la torre de enfriamiento.......................................... 93 E.4. Diseño de la estructura.................................................................................. 98 F. ESPECIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE CONTROL_________99 G. ESPECIFICACIÓN DE MONTAJE___________________________101 G.1. Montaje del módulo de extracción-desbarbación........................................ 101 G.2. Montaje del carro ......................................................................................... 101 G.3. Montaje del módulo de enfriamiento ........................................................... 102 H. ESPECIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE SEGURIDAD ______103 H.1. Seguridad Pasiva......................................................................................... 103 H.2. Seguridad Activa.......................................................................................... 104 I. OFERTA ECONÓMICA ___________________________________105 I.1. Sección de aire comprimido y accionamientos ........................................... 105 I.2. Sección de guías y husillos.......................................................................... 106 I.3. Sección de tornillería.................................................................................... 106 I.4. Sección de tubo y chapa.............................................................................. 107 I.5. Sección de detectores ................................................................................. 107 J. PLANOS CONSTRUCTIVOS_______________________________108 K. CATÁLOGOS ___________________________________________109 Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 3 A. Objetivo y especificaciones A.1. Objetivo del proyecto El objetivo fundamental de la estación de enfriamiento es agilizar el proceso productivo de bandejas de comida (de un hospital) reduciendo los tiempos de espera por parte de los trabajadores, al almacenar las piezas ya frías. Por otra parte, de forma secundaria se reducen los accidentes laborales por quemaduras, ya que, de esta manera, los operarios no tienen que manipular piezas calientes ni retirarlas de los moldes de las prensas a alta temperatura, que se encuentran a alrededor de 120º C. Cabe comentar que la estación de enfriamiento manipula piezas calientes susceptibles de deformación, por ello, se ha de diseñar un sistema por el cual las piezas queden planas. Este aspecto proporciona una mayor calidad en el producto, consiguiendo también eliminar el porcentaje de piezas defectuosas. Los aspectos anteriormente citados harán aumentar, de manera considerable, los beneficios que obtiene la empresa (beneficio = ingresos – costes) para unos mismos costes. Esto viene dado porque debido a que, el tiempo necesario de mano de obra para la misma será menor, aunque una pieza seguirá teniendo los mismos costes de material. Es decir, una pieza necesitará menos tiempo de mano de obra, cuya consecuencia será que el coste de la pieza será más barato. Por otra parte, la pieza seguirá teniendo el mismo precio de venta (en un mismo año, debido a la inflación). Por lo tanto, los beneficios aumentarán considerablemente. A priori, se tiene en cuenta que la inversión realizada en la estación de enfriamiento se verá lograda por parte de la reducción de gastos, en los próximos años, por las lesiones de quemaduras que no se llevarán a cabo y por la reducción de costes comentada. Pág. 4 Estación de enfriamiento para piezas planas A.2. Especificaciones del proyecto El proyecto se enmarca dentro de una empresa que se dedica a producir piezas planas por prensado de material, concretamente bandejas de comida. Esta empresa se ha planteado los objetivos anteriormente explicados para llevar a cabo una política de empresa más agresiva de precios respecto a los posibles competidores potenciales. La idea principal es realizar un proyecto que consiga automatizar el sistema productivo, desde el punto de vista de aumentar la frecuencia de la prensa. Es decir, si se consigue realizar un sistema que retire las piezas de la prensa de una manera más ágil se logrará aumentar las piezas por minuto producidas. A priori se ha pensado en un sistema, compuesto de varios módulos funcionales interrelacionados, que sea capaz, por sí solo, de retirar las piezas prensadas y de organizarlas de manera que mientras se enfrían no se deformen. Para ello, se ha realizado el siguiente documento de especificación donde aparecen las características esenciales que ha de cumplir el mencionado sistema y los datos necesarios para llevar a cabo el proyecto: Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 5 Fecha Inicial: 25-04-2005 Ú ltima Revisión: 29-09-2005 25/04/2005 C R 25/04/2005 C R Sistema para enfriar las piezas 25/04/2005 P R Solución ante posible fallo externo 25/04/2005 C R Mejorar la calidad del trabajo 25/04/2005 C R Aumentar la agilidad de producción 01/05/2005 P D Sistema para eliminar sobrantes 25/04/2005 C R Piezas de máximo 300·250·25 mm 25/04/2005 C R Peso máximo pieza 2 kg 15/06/2005 C + P MR Piezas de máximo 455·300·30 mm Espacio disponible alrededor de la prensa es de 2·5m 25/04/2005 C R Dimensiones de la prensa correctas Altura disponible de prensa abierta es de 205 mm Movimientos controlados para no deformar la pieza 25/04/2005 C R Ciclo de la prensa: 3 min / pieza 25/04/2005 C R Movimiento de extracción vertical El material de la pieza es una mezcla de madera y resinas. 25/04/2005 C R Temperatura prensado 120 º C 25/04/2005 C R 1 hora de 120 a 25 ºC 2.5 min de 120 a 40 ºC (gráfico enfriamiento proporcionado) 25/04/2005 C R Parada de emergencia manual 01/05/2005 P NR Parada de emergencia automática 01/05/2005 P R Elementos de seguridad y control Transporte 25/04/2005 C R Acceso a la nave: 8·7 m Vida útil 25/04/2005 C D Duración: 20 años; Fiabilidad: 98% 25/04/2005 C R Presupuesto:80.000 € 18/06/2005 C MR Terminio: 8meses/1máquina Asp.legales 25/04/2005 C R Leyes europeas de seguridad Sistema para extraer la pieza 25/04/2005 Control Costes Función Movimientos 25/04/2005 C R Dimensiones Propuesta R/D Especificaciones Estación de enfriamiento DescripciónConcepto Empresa cliente Fecha 25/04/2005 C R CR 25/04/2005 C RMateriales 25/04/2005 C R Propuesta: C: Cliente; P: Proyectista R/D: R: Requerimiento; D: Deseo; MR: Modificación de requerimiento; NR: Nuevo requerimiento Tabla. A.1. Documento de especificación Pág. 6 Estación de enfriamiento para piezas planas Como se puede comprobar, las especificaciones llevan a un sistema específico, por lo que el campo de aplicación se podría extender, a priori, a empresas productoras de piezas planas de dimensiones entorno a las especificaciones anteriores. Más adelante se hará un estudio más profundo sobre el campo de aplicación y las posibles modificaciones de la estación de enfriamiento para intentar ampliarlo. La empresa cliente ha realizado una serie de procesos experimentales para obtener los siguientes datos de temperaturas respecto al tiempo: Tiempo [s] Temperatura [ºC] 0 120 20 102,8 40 89,9 60 77,1 90 61 120 46,9 150 40 250 40 Por ello, la empresa nos garantiza que las piezas siguen el plan de tiempos de enfriamiento proporcionado a continuación: Gráfico de enfriamiento de pìezas 0 20 40 60 80 100 120 140 0 50 100 150 200 250 300 Tiempo [s] Temperatura [ºC] Tabla. A.2. Estimación experimental de temperaturas y tiempos Fig. A.1. Estimación de la curva real de temperaturas de la pieza Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 7 Esto es vital, ya que dependiendo de la temperatura a la que se encuentra la pieza tendrá más o menos capacidad de deformación, cosa que se ha de tener en cuenta debido a que la finalidad de la empresa es producir piezas totalmente planas. Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 9 B. Alternativas y elección de evaluación Pensando de manera global en un sistema que lleve a cabo todas las funciones especificadas por el cliente se ha encontrado una gran a la complejidad del proyecto. Por lo tanto, tras un análisis minucioso de las posibles posibilidades se ha llegado a la conclusión de separar el sistema en módulos funcionales, ya que si se intenta abarcar el proyecto directamente, se llegará a incongruencias y errores por no seguir una estructura ordenada. Los módulos son del tipo funcional, es decir, se separan las diferentes partes de la estación de enfriamiento según las funciones a realizar. Como se observa en las especificaciones, debe de haber un módulo dedicado a la extracción de la pieza de la prensa; un módulo para la eliminación de rebabas en caliente y un módulo de enfriamiento donde las piezas puedan reducir su temperatura sin deformarse. Por lo tanto, el estudio de alternativas queda dividido en tres módulos, los cuales pueden ser estudiados independientemente. Incluso se puede llegar a construir de manera independiente teniendo en cuenta las medidas para su posterior fabricación y montaje. Para el estudio de alternativas, se decide basarse en el Método Ordinal de Criterios Ponderados, ya que es suficiente con saber el orden de preferencia de la evaluación global. Este método permite obtener resultados suficientemente significativos sin necesidad de cuantificar los parámetros de cada criterio estimando numéricamente el peso específico exacto de cada uno de ellos. Este método consiste en establecer tablas comparativas. Se comienza evaluando los criterios entre ellos para justificar cual es más decisivo. A continuación se estudian por separado las soluciones bajo un mismo criterio y finalmente se comparan los resultados teniendo en cuenta el peso específico de cada criterio. Para realizar la ponderación se han de establecer los valores de ponderación siguientes: Pág. 16 Estación de enfriamiento para piezas planas • Solución E: Carro extractor con las mismas ventosas que la solución anterior. En este caso, lo que se ha querido comprobar es la incorporación de las pequeñas mejoras que se han realizado en las diferentes alternativas. A priori parece una buena solución ya que se ha mejorado el sistema de anclaje mediante ventosas (las cuales no dejan marca en la pieza) y el precio y la precisión (sistema de tijeras) del dispositivo que realiza el movimiento vertical. El esquema de la solución es el siguiente: Fig. B.4. Esquema de la alternativa D Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 17 Todas estas soluciones tienen un factor común y es que han de estar gobernados por un elemento de control, el cuál dará la señal de consigna para que empiecen a funcionar, sabiendo así que la prensa ya está abierta y la pieza está en su interior. Los criterios de valoración que se han considerado más determinantes para la elección de la solución son los siguientes: Fig. B.5. Esquema de la alternativa E Pág. 18 Estación de enfriamiento para piezas planas • Espacio necesario del sistema, ya que el sistema se ha de introducir en la prensa y necesita cierto espacio para realizar la maniobra de extracción. • Precisión, ya que se pueden producir fallos por deformación de la pieza al retirarla de la prensa cuando se encuentra a alta temperatura. • Riesgo de rotura del sistema, ya que si se sitúa en algún lugar poco fiable se puede llegar a la deformación de alguna parte del sistema. • Precio moderado, ya que es un factor importante para la decisión del cliente que siempre quiere alta calidad y bajo precio. • Sencillez: las revisiones periódicas de mantenimiento son inevitables, pero se ha de conseguir un sistema sencillo y al mismo tiempo fiable, para que no lleve a tener graves problemas a lo largo de su vida útil. A partir de las soluciones mencionadas y los criterios de valoración explicados se procede al análisis que llevará a la clasificación de soluciones de mejor a peor posibilidad. El análisis se realiza mediante los siguientes pasos: B.1.1. Evaluación de la importancia de cada criterio Criterio Espacio Precisión Riesgo Precio Sencillez ∑+1 Valor Espacio 0 0 0 0,5 1,5 0,1 Precisión 1 0,5 1 1 4,5 0,3 Riesgo 1 0,5 0,5 1 4 0,267 Precio 1 0 0,5 1 3,5 0,233 Sencillez 0,5 0 0 0 1,5 0,1 SUM A 15 1 Tabla. B.1. Evaluación de criterios Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 19 Con la tabla anterior se puede observar que el factor más decisivo es la precisión con la que se retira la pieza sin deformarla, siguiendo el orden siguiente: Precisión > Riesgo > Precio > Espacio = Sencillez B.1.2. Evaluación de las soluciones bajo el criterio espacio Espacio Soluc.A Soluc.B Soluc.C Soluc.D Soluc.E ∑ + 1 Valor Solución A 1 0,5 1 0,5 4 0,267 Solución B 0 0 0,5 0 1,5 0,100 Solución C 0,5 1 1 0,5 4 0,267 Solución D 0 0,5 0 0 1,5 0,100 Solución E 0,5 1 0,5 1 4 0,267 SUM A 15 1 Por lo tanto, la jerarquía de mejor opción a peor opción según el criterio del espacio que ocupa es la siguiente: Solución A = Solución C = Solución E > Solución C = Solución D B.1.3. Evaluación de las soluciones bajo el criterio precisión Precisión Soluc.A Soluc.B Soluc.C Soluc.D Soluc.E ∑ + 1 Valor Solución A 0 0 0 0 1 0,067 Solución B 1 0,5 0 0 2,5 0,167 Solución C 1 0,5 0 0 2,5 0,167 Solución D 1 1 1 0,5 4,5 0,300 Solución E 1 1 1 0,5 4,5 0,300 SUM A 15 1 Cabe tener presente que el factor precisión de movimientos (sin llegar a la deformación de la pieza) es el más importante. Tabla. B.2. Evaluación bajo el criterio espacio Tabla. B.3. Evaluación bajo el criterio precisión Pág. 20 Estación de enfriamiento para piezas planas En este caso, la solución D y E son las mejores y tienen en común la presencia del sistema de ventosas por aire comprimido comentado en el apartado anterior. Solución D = Solución E > Solución B = Solución C > Solución A B.1.4. Evaluación de las soluciones bajo el criterio riesgo Riesgo Soluc.A Soluc.B Soluc.C Soluc.D Soluc.E ∑+ 1 Valor Solución A 0 0 0 0 1 0,067 Solución B 1 0,5 0,5 0,5 3,5 0,233 Solución C 1 0,5 0,5 0,5 3,5 0,233 Solución D 1 0,5 0,5 0,5 3,5 0,233 Solución E 1 0,5 0,5 0,5 3,5 0,233 SUM A 15 1 Este resultado es debido fundamentalmente a que la prensa puede chafar el mecanismo de la solución A debido a que se encuentra dentro de la misma. Solución B = Solución C = Solución D = Solución E > Solución A B.1.5. Evaluación de las soluciones bajo el criterio precio Precio Soluc.A Soluc.B Soluc.C Soluc.D Soluc.E ∑+ 1 Valor Solución A 1 0,5 1 0,5 4 0,267 Solución B 0 0 0,5 0 1,5 0,100 Solución C 0,5 1 1 0,5 4 0,267 Solución D 0 0,5 0 0 1,5 0,100 Solución E 0,5 1 0,5 1 4 0,267 SUM A 15 1 Tabla. B.4. Evaluación bajo el criterio riesgo Tabla. B.5. Evaluación bajo el criterio precio Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 21 La evaluación, según el criterio precio de construcción del sistema, queda de la siguiente forma: Solución A = Solución C = Solución E > Solución B > Solución D B.1.6. Evaluación de las soluciones bajo el criterio sencillez Sencillez Soluc.A Soluc.B Soluc.C Soluc.D Soluc.E ∑ + 1 Valor Solución A 1 1 1 1 5 0,333 Solución B 0 0 0 0 1 0,067 Solución C 0 1 0 0 2 0,133 Solución D 0 1 1 0 3 0,200 Solución E 0 1 1 1 4 0,267 SUM A 15 1 Para analizar este aspecto se ha habido de tener en cuenta el posterior mantenimiento, cosa que sin tener resultados experimentales es poco preciso. Solución A > Solución E > Solución D > Solución C > Solución B B.1.7. Tabla de conclusiones Conclusión Espacio Precisión Riesgo Precio Sencillez ∑Prioridad Solución A 0,267*0,1 0,067*0,3 0,067*0,267 0,267*0,233 0,333*0,1 0,162 5 Solución B 0,1*0,1 0,167*0,3 0,233*0,267 0,1*0,233 0,067*0,1 0,152 4 Solución C 0,267*0,1 0,167*0,3 0,233*0,267 0,267*0,233 0,133*0,1 0,214 2 Solución D 0,1*0,1 0,3*0,3 0,233*0,267 0,1*0,233 0,2*0,1 0,205 3 Solución E 0,267*0,1 0,3*0,3 0,233*0,267 0,267*0,233 0,267*0,1 0,268 1 Tabla. B.6. Evaluación bajo el criterio sencillez Tabla. B.7. Tabla de conclusiones del módulo de extracción Pág. 22 Estación de enfriamiento para piezas planas Por lo que aparece en esta última tabla, queda constancia precisa y jerarquizada respecto al orden de prioridad en la elección de las alternativas, es decir, en el caso de ir variando algún factor de una manera no drástica, los valores finales serían parecidos a los obtenidos. Es por ello que se elige la solución E, la cual sobresale de manera clara sobre la siguiente mejor (solución C) y casi duplica a la ponderación de la peor alternativa (solución A). Con todo esto ya se tiene decisión sobre el sistema de extracción. La elección adecuada, por lo tanto es realizar la función de extracción mediante un módulo que contenga un carro con ventosas que se sitúe dentro de la prensa abierta. La pieza se retira y se sostiene gracias al efecto venturi de las ventosas. B.2. Módulo de eliminación de sobrantes Hasta el momento, se ha llegado a la conclusión de diseñar un carro extractor con ventosas en su parte inferior. Teniendo en cuenta este dispositivo, se tiene que pensar en un sistema que quite las rebabas más grandes que pueda tener la pieza. Para eliminar las sobrantes sin problemas de deformación de la pieza, es fundamental que esté bien sujeta. Es por esto que se piensa en aprovechar la función del extractor que consiste en sustentar la pieza mediante las ventosas. En un principio se ha pensado en un sistema de dos brazos basculantes (uno por cada lado de la pieza) que se adapten a la forma de la bandeja (por control numérico), los cuales poseen un rodillo rotativo con lija (cada uno). A priori, es una solución muy viable pero se ha creído conveniente desecharla ya que el factor precio y el factor complejidad resultan muy altos. Cabe destacar que la función principal del sistema de eliminación de sobrantes es la de retirar las rebabas más grandes, ya que se facilitará, sobretodo, la manipulación posterior de las piezas. Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 23 Otro factor decisivo por el que no se ha desarrollado el sistema de brazos y rodillos es que la bandeja, como se observa en el gráfico de temperaturas anterior, se encuentra todavía a todavía a 120 ºC, ya que el extractor la acaba de sacar de la prensa. Esto significa que la lija (que llevan los rodillos) se puede dañar con facilidad, por lo que cabe esperar que el mantenimiento de sustitución contínua de lija, será elevado. Por lo tanto, al rozar la lija con la bandeja caliente quedará material sobrante (probablemente viscoso) enganchado en la lija. Esto hará que la lija, al cabo de ciertas piezas tratadas, quede inservible, e incluso se puede llegar a golpear la siguiente pieza y rallarla o romperla, aunque se tendrían que obtener resultados de alguna fuente experimental. Por ello, en relación al coste de los frecuentes recambios, no será una solución viable en este punto del tratamiento de la pieza. Este sistema podría ser otro proyecto, por el cual, las piezas ya frías se pulan de manera automática, cosa que sería una opción más de futuro para la empresa cliente. Llegados a este punto se ha pensado en diferentes variantes de una misma solución, económica y sencilla, en la medida de lo posible. Se trata de fabricar una varilla con la forma de la pieza, la cual se ajuste a las dimensiones exteriores de la bandeja y mediante un golpe seco se eliminen las sobrantes sin dañar los bordes del producto. Por lo tanto, las soluciones que se han creído más convenientes para resolver la función de eliminación de sobrantes son las siguientes: • Solución A: Dispositivo acoplado en el extractor con la forma de la bandeja. El dispositivo mencionado consiste en una varilla redonda con la forma exterior de la bandeja y se cree conveniente incorporarlo en el extractor debido a que la pieza recibe el golpe mientras está sustentada perfectamente sobre las ventosas. El aspecto de la precisión, es el motivo por el cual se agrupa la extracción con la eliminación de sobrantes, ya que la varilla siempre posee exactamente la misma posición relativa respecto las ventosas y éstas respecto la bandeja. Es esquema es el siguiente: Pág. 24 Estación de enfriamiento para piezas planas Con este dispositivo se consigue que el proceso de desbarbación sea fácil, ya que mediante un golpe seco de este utillaje contra la pieza, se retiren las rebabas más grandes. Esta varilla está acoplada al dispositivo extractor, anteriormente estudiado, cosa que hace que el movimiento (o golpe) se realice de arriba hacia abajo. Por lo cuál, las rebabas no caen directamente al suelo. Por otra parte, los órganos que gobiernan este movimiento son dos cilindros neumáticos, uno en cada extremo para que no pueda torcerse el dispositivo al recibir el golpe. Cabe mencionar que igualmente que en el módulo anterior, todos los elementos y sus posiciones están dirigidos por elementos de control. Fig. B.6. Esquema de la alternativa A Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 25 • Solución B: Dispositivo ubicado en un plano inferior al extractor, con la forma de la bandeja. Este dispositivo se basa en la solución anterior, pero se ha querido separar los módulos de extracción y de eliminación de sobrantes para observar su influencia. Es por esto que se ha pensado en diseñar una solución para aguantar la pieza con cierta firmeza, pero finalmente, corriendo el riesgo de dañar el módulo extractor, se seguirá manteniendo la solución de sustentar la pieza mediante las ventosas. Para ello, se ha diseñado la solución que se refleja en el siguiente esquema: Fig. B.7. Esquema de la alternativa B Pág. 32 Estación de enfriamiento para piezas planas B.2.2. Evaluación de las soluciones bajo el criterio precisión Precisión Soluc.A Soluc.B Soluc.C Soluc.D Soluc.E Soluc.F ∑+ 1 Valor Solución A 0,5 0 0 0 0 1,5 0,071 Solución B 0,5 0 0 0 0 1,5 0,071 Solución C 1 1 0,5 0,5 0,5 4,5 0,214 Solución D 1 1 0,5 0,5 0,5 4,5 0,214 Solución E 1 1 0,5 0,5 0,5 4,5 0,214 Solución F 1 1 0,5 0,5 0,5 4,5 0,214 SUM A 21 1 En este punto, para decidir qué alternativa es mejor (independientemente de si el movimiento es de arriba abajo o viceversa), se ha tenido en cuenta la capacidad del sistema para realizar el movimiento lo más vertical posible y consecuentemente lo más preciso posible. Se necesita un movimiento rápido para que la fractura de las rebabas se lleve a cabo en las zonas de choque y no produzca grietas ni deformaciones en el resto de la pieza. Es por este motivo por el que se ha decidido que el accionamiento del módulo sea un cilindro neumático que cumple las características necesarias para el movimiento deseado. Como se puede observar en el estudio de este factor, las mejores soluciones son las que poseen un cilindro neumático, el cual, acciona un sistema que se asimila al de unas tijeras. Es decir, mediante un cilindro neumático, posiblemente central, se repartirá el movimiento vertical equitativamente por todo el utillaje mencionado y por lo tanto, se golpea la pieza por diferentes puntos al mismo tiempo. Esto proporciona seguridad, es decir, todas las ventosas (que se han de diseñar para que sean capaces de soportar el golpe) absorben de la misma manera el impacto, cosa que evitará posibles fallos de caída de la pieza. Por el contrario, si se realiza el movimiento mediante dos cilindros neumáticos (uno en cada extremo de la pieza), a lo largo del tiempo pueden aparecer fallos de falta de sincronización entre los dos, lo que produciría que el movimiento no fuese totalmente vertical, y por lo tanto, poco preciso. Resumiendo queda de la siguiente forma: Tabla. B.9. Evaluación bajo el criterio precisión Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 33 Soluc.C = Soluc.D = Soluc.E = Soluc.F > Soluc.A = Soluc.B B.2.3. Evaluación de las soluciones bajo el criterio precio Precio Soluc.A Soluc.B Soluc.C Soluc.D Soluc.E Soluc.F ∑ + 1 Valor Solución A 0,5 0 0 0 0 1,5 0,071 Solución B 0,5 0 0 0 0 1,5 0,071 Solución C 1 1 0,5 0,5 0,5 4,5 0,214 Solución D 1 1 0,5 0,5 0,5 4,5 0,214 Solución E 1 1 0,5 0,5 0,5 4,5 0,214 Solución F 1 1 0,5 0,5 0,5 4,5 0,214 SUM A 21 1 Como ya se ha comentado, este criterio ha sido estudiado con antelación pero dentro de las diferentes alternativas es seguro que dos cilindros serán más caros que uno, aunque lleven el sistema de tijeras mencionado. En este caso, la jerarquía queda: Soluc.C = Soluc.D = Soluc.E = Soluc.F > Soluc.A = Soluc.B B.2.4. Evaluación de las soluciones bajo el criterio sencillez Sencillez Soluc.A Soluc.B Soluc.C Soluc.D Soluc.E Soluc.F ∑ + 1 Valor Solución A 1 0,5 1 0 1 4,5 0,214 Solución B 0 0 0,5 0 0 1,5 0,071 Solución C 0,5 1 1 0 1 4,5 0,214 Solución D 0 0,5 0 0 0 1,5 0,071 Solución E 1 1 1 1 1 6 0,286 Solución F 0 1 0 1 0 3 0,143 SUM A 21 1 Tabla. B.10. Evaluación bajo el criterio precio Tabla. B.11. Evaluación bajo el criterio sencillez Pág. 34 Estación de enfriamiento para piezas planas Tras el análisis de la influencia del factor sencillez, es lógico que las soluciones que realizan el movimiento de arriba abajo son mejores, ya que de otra forma el sistema se puede ensuciar y llegar a colapsarse por el acumulamiento de las rebabas. Si una vez se han roto las sobrantes, el sistema (de tijeras) se ha de recoger, es posible que haya quedado material que lo obstruya, cosa que si se piensa en el sistema con movimiento de arriba abajo, primero se rompen las rebabas, las cuales caen al suelo (o en algún depósito) y el sistema se puede recoger limpio y sin problemas. También se ha de tener en cuenta que si el golpe se realiza equitativamente, quedarán rebabas grandes, por lo que si se adapta la forma de la pieza con un perfil de sierra, hay golpes en dos fases o niveles. Es decir, con el perfil de sierra se obtienen sobrantes más pequeñas con lo que se evitan posibles obturaciones de material alrededor de la máquina. Bajo este criterio, las alternativas quedan organizadas así: Soluc.E > Soluc.A = Soluc.C > Soluc.F > Soluc.B = Soluc.D B.2.5. Tabla de conclusiones Conclusión Precisión Precio Sencillez Suma Prioridad Solución A 0,071*05 0,071*0,167 0,214*0,333 0,119 5 Solución B 0,071*0,5 0,071*0,167 0,071*0,333 0,071 6 Solución C 0,214*0,5 0,214*0,167 0,214*0,333 0,214 2 Solución D 0,214*0,5 0,214*0,167 0,071*0,333 0,166 4 Solución E 0,214*0,5 0,214*0,167 0,286*0,333 0,238 1 Solución F 0,214*0,5 0,214*0,167 0,143*0,333 0,191 3 Por lo tanto, se elige la solución E, la cual sobresale vagamente sobre la siguiente mejor (solución C). Tabla. B.12. Tabla de conclusiones del módulo de eliminación de sobrantes Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 35 Con esto se tiene claro el sistema de eliminación de sobrantes. La elección adecuada, por lo tanto es realizar la función mediante un módulo que, acoplado al módulo de extracción, (utilizando así la capacidad de las ventosas de sostener la pieza) con un golpe ligero y consistente, dejen la pieza lo suficientemente limpia como para manipularla con facilidad en los pasos posteriores. B.3. Módulo de enfriamiento En el estudio de este módulo se ha de llegar a una solución para la función de enfriamiento. Las piezas han de enfriarse a temperatura ambiente, sin ningún dispositivo externo de secado, por lo tanto, se ha de crear un dispositivo en el cual puedan reposar las piezas durante, aproximadamente, una hora. Durante este tiempo, la pieza ha de descansar sobre una superficie en la cual no se pueda deformar, ya sea horizontal o vertical. A priori, se piensa en una especie de almacén donde se puedan almacenar las piezas mientras va pasando el tiempo necesario. También se ha de cumplir que mientras una pieza está descansando, el sistema ha de ser capaz de recibir las piezas que van llegando del módulo de eliminación de sobrantes. Las diferentes soluciones para este almacén de enfriamiento son las siguientes: • Solución A: Sistema con 4 columnas y 10 bandejas en cada una. Esta alternativa, según se puede apreciar en el esquema adjunto, dispone de una torre con 4 columnas dispuestas a 90º alrededor de la torre. Estas columnas poseen 10 posiciones de almacenamiento, para que descansen las piezas producidas en posición horizontal. Este sistema está gobernado por elementos de control, los cuales proporcionan la señal de consigna a la torre. Mediante esta señal, la torre posiciona una bandeja de almacenamiento libre con el fin de que se deposite la pieza en ella. Pág. 36 Estación de enfriamiento para piezas planas A continuación, la torre sube una posición cuando para preparar la siguiente bandeja libre o si esta columna ya está llena, la torre gira 90º y baja la distancia proporcional a las 10 bandejas (en este caso, la bandeja más alta es la que espera una pieza nueva e irá subiendo la torre, llenando de esta manera la columna). Cabe destacar que una bandeja que ha llegado a una columna determinada se retirará cuando dicha columna haya dado 180 º, es decir cuando haya girado la torre dos veces. • Solución B: Sistema de un carro con 20 bandejas verticales. En esta alternativa la pieza queda en posición vertical, con lo cual, a priori, se puede pensar que se puede deformar por el punto de apoyo debido al propio peso de la pieza. Fig. B.12. Esquema de la alternativa A Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 37 Este sistema necesita de un sistema anterior por el cual gire la pieza de posición horizontal a vertical. Este sistema, acompañado de elementos de control, es el que dará la señal de consigna a esta alternativa. Debido a esta señal, el carro será capaz de avanzar la distancia adecuada para proporcionar una posición libre para la siguiente pieza producida. En el momento que las 20 bandejas se encuentren ocupadas, el operario tiene la obligación de retirarlas, con el inconveniente que la última pieza depositada está todavía caliente. El carro (una vez vaciado por el operario) retrocede hasta la posición inicial, en la cual la primera bandeja queda en posición de espera de la próxima pieza producida. • Solución C: Cadena aérea en la que se sitúan las piezas verticalmente. Esta alternativa consiste en una cadena con unas bandejas en las cuales se cuelgan las piezas. A continuación se puede ver un esquema del sistema: Fig. B.13. Esquema de la alternativa B Pág. 38 Estación de enfriamiento para piezas planas Para colgar las piezas hay dos maneras posibles, una tradicional que consiste en que los trabajadores cuelguen manualmente las piezas en las posiciones adecuadas de la cadena y otra automatizada, por la cual mediante un brazo robótico con ventosas las sitúe en el lugar adecuado verticalmente. El primer caso (colgar las piezas manualmente) se desecha directamente ya que se está realizando un proyecto para evitar sobre esfuerzos a los trabajadores, consiguiendo así una fábrica moderna y competitiva. Se ha de tener en cuenta, como en los módulos anteriores, que el sistema ha de estar gobernado por un elemento de control, el cual da una señal de consigna para indicar que la bandeja correspondiente se ha llenado y por lo tanto se ha de dejar libre la siguiente bandeja. Los criterios de valoración que se consideran más importantes son: Fig. B.14. Esquema de la alternativa C Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 39 • Rectitud de la pieza una vez se ha enfriado, debido a la no deformación de la misma. • Dimensiones o espacio ocupado por el dispositivo. • Fiabilidad del sistema, es decir, capacidad de maniobrar y controlar las piezas en todo momento por el operario sin moverse demasiado del lugar de trabajo. • Precio de mantenimiento periódico o por reparaciones del dispositivo A continuación se presenta el análisis mediante el método ordinal utilizado a lo largo de este estudio: B.3.1. Evaluación de la importancia de cada criterio Criterio Rectitud Espacio Fiabilidad Precio ∑+1 Valor Rectitud 1 1 1 4 0,4 Espacio 0 0 0 1 0,1 Fiabilidad 0 1 1 3 0,3 Precio 0 1 0 2 0,2 SUM A 10 1 Con este estudio de importancia de criterios se puede observar que el factor más determinante es la rectitud con la que la pieza sale del dispositivo, y el oreden según importancia es: Rectitud > Fiabilidad > Precio > Espacio Tabla. B.13. Evaluación de criterios Pág. 40 Estación de enfriamiento para piezas planas B.3.2. Evaluación de las soluciones bajo el criterio rectitud Rectitud Solución A Solución B Solución C ∑+ 1 Valor Solución A 1 1 3 0,500 Solución B 0 0,5 1,5 0,250 Solución C 0 0,5 1,5 0,250 SUMA 61 Para llevar a cabo esta evaluación de soluciones, se ha tenido presente resultados experimentales bajo el criterio rectitud. Es decir, se ha querido descartar básicamente si la mejor opción es que la pieza descanse vertical o horizontalmente. Al realizar la prueba, se ha llegado a la conclusión que el 100 % de las piezas que descansan verticalmente, se deforman. Incluso, sobre una superficie poco horizontal también se deforman. Por lo tanto, la solución correcta (bajo este criterio) es que las bandejas descansen sobre una superficie totalmente plana. Es un factor que se le ha de garantizar al cliente. Por lo tanto, es obvio el resultado siguiente: Solución A > Solución B =Solución C B.3.3. Evaluación de las soluciones bajo el criterio espacio Espacio Solución A Solución B Solución C ∑+ 1 Valor Solución A 0 0 1 0,167 Solución B 1 1 3 0,500 Solución C 1 0 2 0,333 SUMA 61 Tabla. B.14. Evaluación bajo el criterio rectitud Tabla. B.15. Evaluación bajo el criterio espacio Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 41 Estudiando las soluciones planteadas, se puede ver que la cadena necesita ocupar un gran espacio de la nave industrial para realizar un recorrido que dure una hora; pero al ser una cadena aérea, el espacio que ocupa es menos valioso que si fuera por el suelo como en las otras soluciones. Es por esto que aparece en una situación neutral entre las otras opciones. Por otro lado, la solución B ocupa más espacio que la solución A, ya que la primera tiene que girar las piezas mediante un brazo mecánico - robótico y por lo tanto se tiene que proteger la zona mediante rejas. Esto garantiza la seguridad de los operarios posible fallo del brazo. Por lo tanto, de mayor a menor espacio ocupado, queda que la solución A es la mejor: Solución A > Solución C > Solución B B.3.4. Evaluación de las soluciones bajo el criterio fiabilidad Fiabilidad Solución A Solución B Solución C ∑+ 1 Valor Solución A 1 1 3 0,500 Solución B 0 1 2 0,333 Solución C 0 0 1 0,167 SUMA 61 Al tener en cuenta la capacidad de maniobrar por parte del operario sobre una pieza defectuosa, en la solución A es muy alta, ya que todas las bandejas se encuentran en la misma zona y a simple vista se pueden controlar. En cambio, en la solución B, al estar dispuestas verticalmente, no se puede controlar a simple vista toda la pieza, ya que únicamente quedará visible la parte superior. Esto es así porque si separamos las piezas una distancia considerable, el espacio (criterio anterior) que ocupará el carro es muy grande; por ello se han de juntar las bandejas de las piezas lo mayor posible, haciendo que la visibilidad y por lo tanto el control sobre toda la pieza disminuya. Tabla. B.16. Evaluación bajo el criterio fiabilidad Pág. 48 Estación de enfriamiento para piezas planas C.2. Mejoras aportadas a la solución escogida Se ha pensado en sustituir los cilindros neumáticos que hacen las funciones de traslación del extractor y el carro inferior, por un husillo gobernado por servomotores, o motores paso a paso. Esta modificación, proporciona bajar el coste del proyecto, cosa que el cliente considera muy importante siempre que se respete la fiabilidad del sistema. Cabe decir que con esta solución mejorada, el hecho de reutilizar el proyecto para otros tipos de piezas (comentadas en el apartado anterior) es directo. Es decir, no se tienen llevar a cabo modificaciones ante el peso de la pieza ya que no hay que regular el aire comprimido como en el caso anterior. Por lo tanto se está diseñando un sistema que puede abarcar una amplia gama de piezas con un coste menor de la misma. Por otro lado, se ha añadido otra modificación centrada en que no se lleve a cabo el colapso de máquina debido a problemas relacionados con el proceso de eliminación de sobrantes. Es decir, en lugar de realizar el golpe brusco del desbarbador, cuando la pieza se encuentra sustentada por las ventosas encima del carro que la llevará a la torre de enfriamiento, se ha pensado en realizar el golpe sobre unas varillas anteriores al carro. De esta manera si la pieza se cayera (no colapsaría al carro), lo haría sobre unas varillas (las cuales se encuentran sobre un depósito que recoge las rebabas que se cuelan entre las mismas, para su posterior reutilización). Por otra parte, si el proceso de eliminación de sobrantes es el adecuado, el extractor deberá avanzar el espacio adecuado para superar las mencionadas varillas hasta que encuentre el carro (que la llevará hacia el extractor). Es decir, se dispone de unas varillas anteriores (se puede asimilar a un depósito pulmón en caso de avería) lo cuál hace que el carro inferior tenga un recorrido menor. De la misma manera, ya se ha comentado en el apartado de alternativas del módulo de eliminación de sobrantes se ha considerado que una varilla ondulada es más efectiva que una recta, cosa que proporciona rebabas más pequeñas y más fáciles de manejar. Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 49 C.3. Especificaciones de la solución definitiva A continuación se detallan las especificaciones que ha de tener la máquina para realizar las tareas necesarias para obtener los objetivos anteriormente mencionados siguiendo el orden lógico de sucesión de movimientos: Lo primero que se realiza es extraer la pieza situada dentro del molde en el interior de la prensa a unos 120º C. Para ello, se dispone de un carro que, gracias a un husillo un una guía gobernado por un motor, avanzará a su posición extrema que se sitúa en el interior de la prensa (ya abierta). Una vez en esta posición y mediante unas ventosas coge la pieza por aire comprimido y la extrae del molde. Cabe destacar que la pieza pesa unos 2 kilogramos y se ha de tener en cuenta la posible fuerza de rozamiento con el molde, ya que podría estar enganchada al mismo. Asimismo, se ha comentado que el movimiento vertical (igual que en el desbarbador) es guiado por un sistema de tijeras, gobernado por cilindro neumático. Esto se ha pensado debido a que si no se utilizase este sistema, sino varios cilindros, el sistema se podría descompensar como se observa en el siguiente esquema: Seguidamente, el extractor se desplaza (retrocede) hasta una posición intermedia en la cuál se llevará a cabo el proceso de eliminación de rebabas. Fig. C.3. Esquema de descompensación de cilindros neumáticos Pág. 50 Estación de enfriamiento para piezas planas Una vez el extractor ha llegado a la posición comentada, (en lugar de que un carro que se encontraría esperando en una posición más baja para evitar que la pieza se cayera al suelo en caso de accidente al quitar las rebabas existentes por medio de un utillaje que tiene la forma de la pieza en el carro superior) el extractor sitúa la pieza sobre un depósito pulmón formado por varillas (como se ha comentado en el apartado anterior) para evitar colapsos en el sistema, ya que la pieza, en caso de accidente, se quedará sobre las varillas. En este punto, las rebabas han caído al depósito por la separación que existe entre varillas, donde posteriormente se pueden recoger manualmente o se puede crear una cinta transportadora para realizar la gestión de sobrantes. Al no ser objetivo de este proyecto, se ha decidido que se disponga de un depósito donde quedarán almacenadas las rebabas de un turno de trabajo de 8 horas. En el siguiente turno se tendrá que disponer al vaciado del mismo. Posteriormente, si la empresa cliente cree conveniente llevar a cabo el proyecto de la cinta transportadora, se puede realizar sin ningún tipo de inconveniente. En este momento, la pieza está limpia de rebabas, por lo tanto el extractor se desplaza (retrocede) hasta su posición final, donde se encuentra esperando carro inferior (en una posición más baja), donde se depositará la pieza; es por esto que el carro ha de quedar libre de suciedad y se ha considerado que las rebabas caigan en otro lugar más adecuado. En este momento el carro superior todavía tiene soportada la pieza gracias a la fuerza que ejerce el aire comprimido mediante las ventosas y, por otra parte el carro inferior espera justo debajo de la pieza. En el siguiente paso, el carro se desplaza verticalmente y se deja de aplicar aire comprimido a las ventosas, con lo cual la pieza queda situada sobre el carro inferior. En este momento, el extractor vuelve a su posición inicial (sobre de las varillas y el depósito pulmón) en espera de la siguiente pieza prensada y,al mismo tiempo, el carro inferior avanza hasta la posición extrema donde le espera una bandeja libre. La torre de enfriamiento dispone de cuatro columnas (cada una a 90º para dar una posición de seguridad) con 10 bandejas por columna. A continuación se aparece un esquema: Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 51 Una vez en esta posición, la torre de enfriamiento dispone de un detector, por el cual, ya ha dejado libre la bandeja adecuada para el posicionamiento de la pieza. Este posicionamiento se realiza haciendo subir la torre 50 mm, levantando así la pieza del carro, por la cuál, la pieza queda suspendida sobre su bandeja de almacenamiento y el carro puede retroceder hasta su posición inicial en espera del próximo bucle. Para hacer posible el movimiento vertical se necesita un husillo central accionado por un motor y un reductor, cosa que hará que se pueda situar la bandeja disponible dentro de una misma columna con la mayor precisión posible. Por otra parte, si la columna está llena se ha de controlar mediante un detector de final de carrera, por el cual, la torre bajará hasta su posición inferior y, en este momento, ha de girar para dar paso a la siguiente columna libre de piezas. Fig. C.4. Disposición de las columnas de la torre de enfriamiento Pág. 52 Estación de enfriamiento para piezas planas Para hacer posible este movimiento giratorio, se ha pensado en acoplar una mesa giratoria accionada por un motor, situada en la base de la torre permitiendo únicamente un giro de 90º gracias a un detector de presencia o final de carrera. En el siguiente movimiento de rotación de la torre, las piezas ya se encuentran frías y por lo tanto, el trabajador ya puede ir retirando las piezas, ya que ha de dejar libre las bandejas para su posterior utilización por parte de la máquina. C.4. Visión de la solución escogida Este apartado está dedicado a conseguir una visión en tres dimensiones y con los materiales adecuados de la estación de enfriamiento de piezas planas. Se presentan una serie de capturas de Autocad de la solución definitiva: • Conjunto general: Fig. C.5. Visión general de conjunto Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 53 • Detalle del extractor-desbarbador: • Detalle del extractor-desbarbador y del carro: Fig. C.6. Visión extractor-desbarbador Fig. C.7. Visión extractor-desbarbador y carro Pág. 54 Estación de enfriamiento para piezas planas • Detalle de la torre de enfriamiento y del depósito de recogida de rebabas: Fig. C.8. Detalle de la torre y del depósito Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 55 • Detalle accionamientos de la torre de enfriamiento: Fig. C.9. Detalle accionamientos torre enfriamiento Pág. 56 Estación de enfriamiento para piezas planas D. Plan de tiempos y movimientos Seguidamente, se presenta el estudio de los movimientos que han de hacer los diferentes componentes del proyecto, ya que el tiempo que se tarda en hacer un movimiento es un aspecto importante para compaginar los elementos en el momento que se desea. Si esto se tiene en cuenta, todos los elementos quedan relacionados y conectados entre ellos, por lo cual el sistema fluirá sin problemas. Es decir, cuando un componente se desea que esté en espera de que otro elemento le proporcione la pieza, se conseguirá, ya que es el objetivo de los planes de tiempos presentes en este estudio. Por un lado se sabe que el ciclo de la prensa es de 3 minutos (ver especificaciones) y si se cuenta el tiempo desde que se recoge una pieza hasta que queda libre la siguiente bandeja en la situación más desfavorable (es decir, la torre ha de girar debido a que las 10 bandejas de la columna de trabajo están llenas) es de cerca de 2 minutos, concretamente 110,9 segundos. Por lo tanto, el sistema desde que recoge la pieza de la prensa, hasta que se queda libre la siguiente bandeja, en espera, de la próxima, ha de tardar menos que el ciclo de la prensa para que no se colapse. De esta manera, el ciclo del sistema ha de ser más rápido que el ciclo de la prensa, para que pueda recoger todas las piezas prensadas. Por ello, cabe destacar que si se tiene en cuenta el tiempo que tarda el sistema desde que extrae la pieza hasta que la posiciona en la bandeja adecuada de la torre (según los planes de tiempo llevados a cabo) es de 38.9 segundos. Como se puede observar, la gestión de los procesos de cada módulo se realiza en poco más de medio minuto, cosa importante si no se quieren tener problemas de colapso de la máquina. Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 57 Como se ha comentado en las especificaciones, el tiempo necesario para que la pieza (fría) pueda ser manipulada sin deformarse, es de 60 minutos. Este es el tiempo que tarda la torre de enfriamiento de pasar de la posición inicial a la posición de recogida de piezas (la torre ha girado180º). Por lo tanto, el operario ha de recoger piezas cada 30 minutos, en régimen estacionario. Teniendo en cuenta que una columna con diez bandejas se tarda en vaciar unos 3.5 minutos, el operario se puede encargar de vigilar y retirar las piezas de ocho máquinas. A continuación, se puede observar que los planes de tiempos de las diferentes partes se solapan, ya que de esta manera se consigue optimizar el tiempo. D.1.1. Plan de tiempos del dispositivo extractor-desbarbador Para comenzar a realizar el análisis de tiempos de cada movimiento relacionado con el extractor y el desbarbador, se han de tener presentes los diferentes movimientos de manera secuencial. Una vez se tienen claros todos los movimientos, se ha de pasar a pensar en las distancias a recorrer y en los accionamientos que se dispone en cada uno. De esta manera se puede dar de manera fiable un indicador del tiempo en que tarda en realizar cada movimiento. A continuación se ha presenta el estudio realizado: Paso Proceso t [s] t acum [s] Paso 1 Consigna prensa 0 0 Paso 2 Avance extractor (B) 3,5 3,5 Paso 3 Bajada ventosas 2 5,5 Paso 4 Vacío ventosas 1 6,5 Paso 5 Subida ventosas 2 8,5 Paso 6 Retroceso extractor (A) 3,5 12 Paso 7 Bajada utillaje rebabas 0,8 12,8 Paso 8 Espera utillaje rebabas 6,6 19,4 Paso 9 Subida utillaje rebabas 2 21,4 Paso 10 Retroceso extractor (C) 3,5 24,9 Paso 11 Bajada ventosas 2 26,9 Paso 12 Soplado ventosas 0,8 27,7 Paso 13 Subida ventosas 2 29,7 Paso 14 Avance extractor (A) 3,5 33,2 Tabla. D.1. Tabla de pasos y tiempos del extractor-desbarbador Pág. 64 Estación de enfriamiento para piezas planas 0 78 8 6 18 0 102030405060708090 Bajada Giro 90º Espera Subida última posición Consigna carro inferior Proceso Tiempo (s) Tiempo Individual Tiempo Acumulado Cabe destacar que en la posición más baja no debe girar la torre, pues las bandejas de las columnas encuentran obstáculos como los soportes de la célula de fin de carrera. Es por esto que se ha decidido que el paso de giro de 90º se lleve a cabo en la posición más elevada de la torre de enfriamiento. D.1.5. Plan de tiempos seguido por la pieza A modo de resumen, se ha creído conveniente la realización del plan de tiempos de la pieza, ya que de esta manera queda más claro el proceso que sigue la pieza. Se ha pensado que así se puede entender el solapamiento de movimientos entre los diferentes módulos anteriores, ya que como se ha podido observar, mientras la pieza sigue un camino, el módulo que queda atrás sigue con su plan de movimientos para reducir el tiempo total. Por lo tanto, el plan de tiempos y movimientos que sigue la pieza se resume en los pasos siguientes: Fig. D.4. Plan de tiempos y movimientos de la torre sin posiciones libres Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 65 Proceso t [s] t acum [s] Consigna prensa 0 0 Avance extractor (B) 3,5 3,5 Bajada ventosas 2 5,5 Vacío ventosas 1 6,5 Subida ventosas 2 8,5 Retroceso extractor (A) 3,5 12 Bajada utillaje rebabas 0,8 12,8 Espera utillaje rebabas 6,6 19,4 Subida utillaje rebabas 2 21,4 Retroceso extractor (C) 3,5 24,9 Bajada ventosas 2 26,9 Soplado ventosas 0,8 27,7 Subida ventosas 2 29,7 Consigna carro inferior 0 32,9 Subida última posición 6 38,9 Espera 2 40,9 Giro 90º 10 50,9 Bajada 60 110,9 TORRE CARRO 29,7 EXTRACTOR Retroceso carro (B) Consigna extractor 0 3,2 32,9 Por último, se presenta el gráfico correspondiente con los movimientos y tiempos que sigue la pieza: Tabla. D.5. Tabla de movimientos y tiempos de la pieza Pág. 66 Estación de enfriamiento para piezas planas 38,9 32,9 29,7 26,9 24,9 21,4 19,4 12,8 8,5 6,5 5,5 3,5 0 50,9 110,9 12 27,7 29,7 32,9 40,9 0 20 40 60 80 100 120 Bajada Giro 90º Espera Subida última posición Consigna carro inferior Retroceso carro inferior Consigna extractor Subida ventosas Soplado ventosas Bajada ventosas Retroceso extractor Subida utillaje rebabas Espera utillaje rebabas Bajada utillaje rebabas Retroceso extractor Subida ventosas Vacío ventosas Bajada ventosas Avance extractor Consigna prensa Movimientos Tiempo [s] Tiempo Individual Tiempo Acumulado Por lo tanto, comparando este gráfico con los anteriores se puede observar que los movimientos de los diferentes módulos se solapan. Tras este gráfico, la pieza se mantiene 1 hora en la torre, descontando los segundos a partir de que acaba de subir la última posición, es decir, el tiempo que pasa la pieza descansando sobre la torre de enfriamiento (tdescanso) es: Fig. D.5. Plan de tiempos y movimientos de la pieza stdescanso 35262601023600 = −−−−= (Ec. D.1) Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 67 D.1.6. Plan movimientos y tiempos general Por último se ha elaborado el plan de movimientos y tiempos general, donde aparecen los movimientos de los tres módulos funcionales a lo largo del tiempo (común a los tres módulos). Mediante el siguiente plan se puede observar la sucesión de los movimientos y sus solapamientos, por lo que es una manera de asegurar la buena ejecución de los movimientos en el tiempo esperado. En este plan se puede observar globalmente los diferentes planes de tiempos realizados e incluso se puede observar que al compararlo con el plan de movimientos de la pieza (apartado anterior) ha de coincidir en la totalidad del ciclo; cosa lógica debido a que el ciclo tarda 110.9 segundos. Cabe destacar que se ha utilizado la misma nomenclatura de las posiciones A, B y C del extractor y la de las posiciones A y B del carro inferior que en los apartados anteriores. Se ha considerado el plan de movimientos y tiempos en el caso más desfavorable, que corresponde a un ciclo en el que la torre ha de girar 90º debido a que la bandeja que se llena es la décima de la columna de trabajo. A continuación se presenta el plan de movimientos y tiempos general de todos los módulos funcionales: Pág. 68 Estación de enfriamiento para piezas planas Fig. D.6. Plan de tiempos [s] y movimientos general Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 69 E. Diseño de la materialización E.1. Diseño de las ventosas de extracción A priori, se considera que el carro de extracción se ha de componer de cuatro ventosas para que el asentamiento de las mismas y la bandeja se realice de una manera óptima. De esta manera, al proceder con el movimiento ascendente de extracción y con el golpe que recibe la pieza en el momento de la desbarbación, se tiene una mayor estabilidad que si el acoplamiento se llevase a cabo mediante una sola ventosa. Observando el catálogo de ventosas de la marca PIAB (Anexo I.1) se ha elegido el modelo de ventosa F debido a que sus especificaciones son las más apropiadas para la función de extracción vertical, desbarbación vertical y traslación horizontal. Además cabe destacar que no es requisito que no deje señal, ya que la ventosa se sitúa por la parte inferior de la bandeja, cosa que no afecta al aspecto estético de la misma. En este punto se ha de elegir el diámetro de las ventosas para que sean capaces de extraer la pieza del molde y de aguantar el golpe de la desbarbación. Para ello se ha de tener en cuenta que la fuerza que pueden ejercer el conjunto de ventosas ha de ser mayor que la suma del peso de la bandeja y la fuerza de rozamiento con el moldeo en su lugar, la fuerza de desbarbación. Fig. E.1. Ventosa PIAB modelo F Pág. 70 Estación de enfriamiento para piezas planas Se ha llegado a la conclusión de ponderar las mencionadas resistencias de extracción y de desbarbación ya que se ha de realizar la elección de las ventosas en la situación más desfavorable. Por un lado se tiene la resistencia que ofrece la pieza en el momento de la extracción debido a que, en el momento del prensado, los bordes de la pieza pueden quedar pegados en el molde inferior. Por otra parte se tiene que las ventosas han de soportar el golpe que la varilla del desbarbador realiza sobre la pieza para romper las rebabas de todo su reborde. Con todo esto se ha creído que las dos situaciones oponen una resistencia muy parecida, por lo que se sobredimensionan los cálculos mediante un coeficiente de seguridad y se parte de la situación de desbarbación, ya que en este punto la pieza se encuentra sustentada por las ventosas y se puede caer si no se llevan a cabo los cálculos pertinentes. Por lo tanto, la fuerza que ha de soportar el conjunto de ventosas es el peso de la pieza (pieza P) y la fuerza de desbarbación ( desb F): A continuación se procede a calcular la fuerza equivalente ( desbeq F) al golpe de desbarbación que ha de soportar el conjunto de ventosas: Siendo: • 2 107 cm Kp maderaadm =Ζ la tensión de cortadura a cizallamiento de la madera • rotura A el área de rotura de las sobrantes. Para determinar el área de rotura ( rotura A), se ha de partir del grueso de la rebaba (e) y del perímetro de la bandeja (L): desbpieza FPR += (Ec. E.1) roturamaderaadmdesbeq AF ⋅Ζ= (Ec. E.2) Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 71 • Se ha considerado que la empresa consigue, en el momento del prensado, un grueso de rebaba de mme 5.0 = . • El perímetro de la bandeja es: mmL 1012142600 = + = . Por esto se sabe que el área a romper es: Pero se ha de tener en cuenta que el área a romper no es exactamente la calculada, ya que la varilla del desbarbador es ondulada, por lo que el primer contacto se lleva a cabo a través de 10 puntos extremos (como se puede observar en los planos); por esto, el área de rotura queda de la siguiente manera: Por lo tanto: Sabiendo que Nkp 8.91 =, se tiene: A esta fuerza equivalente se le ha de sumar el peso de la pieza: 2 5065.01012 mmLeArotura =⋅=⋅= (Ec. E.3) 2' 6.50 10 506 mm n A Arotura rotura === (Ec. E.4) kpmm mm cm cm kp AF roturamaderaadmdesbeq 142.546.50 )10( 1 107 2 2 2 2 '=⋅⋅=⋅Ζ= (Ec. E.5) NF desbeq 59.5308.9142.54 =⋅= (Ec. E.6) NR 21.55059.53062.1959.53081.92 = + =+⋅= (Ec. E.7) Pág. 72 Estación de enfriamiento para piezas planas Por lo tanto, se calcula la resistencia que ha de soportar cada una de las cuatro ventosas, considerando un coeficiente de seguridad Cs = 1.2: Observando el catálogo de la marca PIAB se elige una ventosa que soporte una fuerza mayor a la resistencia calculada. Por lo que se tiene que el sistema de extracción consta de 4 ventosas tipo F75, que es capaz de soportar, con un venturi de 60 KPa, una fuerza de: La disposición de las cuatro ventosas se pueden observar en el plano 5 (Anexo J). E.2. Diseño de los elementos de traslación Para el diseño de estos elementos, como en los apartados anteriores, se ha decidido dividir el estudio en los diferentes módulos existentes, justificando en cada uno de ellos, la solución escogida: E.2.1. Traslación horizontal del extractor El extractor, como se ha explicado anteriormente, tiene 3 posiciones donde ha de permanecer en espera durante los segundos especificados. Debido a esto, se ha creído conveniente que el accionamiento sea mediante un actuador lineal neumático sin vástago, por el cual, el extractor puede avanzar y parar tantas veces como se programe el autómata que dirige el paso del aire comprimido, en concreto la programación se hará en tres fases que se corresponden con las tres posiciones estables. Las señales recibidas por el autómata vienen dadas por tres elementos de fin de carrera, uno por cada parada: el inicio, la mitad de la carrera (donde se realiza la eliminación de sobrantes) y el final de la carrera del actuador. N CR RS ventosa 06.165 4 2.121.550 4 1= ⋅ = ⋅ = (Ec. E.8) OKNRNF ventosaF ⇒=>= 06.165200 175 (Ec. E.9) Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 73 Por lo tanto, el sistema que se ha diseñado es el siguiente: • Por un lado, el extractor-desbarbador, posee en uno de sus lados una guía con dos rodamientos lineales para que la guía y el extractor tengan un movimiento estable y con el mínimo rozamiento posible. • Por el otro lado se ha incorporado un actuador lineal neumático sin vástago que proporciona la fuerza necesaria para realizar el movimiento. La razón de elegir un actuador lineal neumático sin vástago es porque se quiere conseguir que el carro tenga movimiento lineal y horizontal a lo largo de la guía y este tipo de actuadores trabajan correctamente en movimientos horizontales (como viene especificado en el catálogo adjunto). Este actuador neumático se escoge del catálogo de FESTO sabiendo que ha de tener una carrera de 1400 milímetros , de la serie DGP. También se ha elegido que tenga amortiguación regulable en las posiciones finales (PPV) y la detección de posición es mediante imán (A) de la serie B (B). Fig. E.2. Actuador lineal sin vástago FESTO serie DGP Pág. 80 Estación de enfriamiento para piezas planas Así pues, el actuador que se elige es el de diámetro inmediatamente superior, es decir, el DGP-18-700-PPV-A-B que tiene un diámetro de émbolo de 18 milímetros, ya que es el más pequeño que aparece en el catálogo. A continuación se ha de comprobar que este actuador sea capaz de soportar la fuerza a flexión: La fuerza a flexión se comprueba, igual que en el extractor-desbarbador, mediante la gráfica (fuerza frente a carrera) facilitada en el catálogo. Sabiendo que la carrera (L) es de 700 milímetros y que únicamente tiene dos puntos de apoyo (uno en cada extremo), se observa en la gráfica que, este actuador aguanta correctamente la carga de 8 kilogramos: Este actuador cumple esta característica, por ello parece que se ha de elegido el actuador adecuado. Seguidamente, se ha de comprobar (de la misma manera que en el extractor-desbarbador) que el actuador de 18 milímetros de diámetro de émbolo elegido sea capaz de alcanzar la velocidad requerida para el movimiento. Según la gráfica (velocidad frente a masa a arrastrar) que aparece en el catálogo, se sabe que, arrastrando una masa de 8 kilogramos, la velocidad máxima que admite un actuador lineal de diámetro 18 milímetros es: La velocidad que se necesita para el movimiento en cuestión, se calcula a partir de la distancia a recorrer y del tiempo que se ha especificado para realizar el movimiento: mmcm F DR embolo 4.994.0 50 432.35 50 4 ' == ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = ππ (Ec. E.36) N N NF DZ 24.39 2 600 18max =>= (Ec. E.37) s m vD38.0 18max = (Ec. E.38) Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 81 Carrera del actuador neumático: Tiempo en realizar el cada movimiento: Velocidad del carro: Por lo que se observa que el actuador elegido también cumple con la velocidad a la que necesita moverse: En conclusión se ha elegido el actuador lineal sin vástago DGP-18-700-PPV-A-B. mmC 700= (Ec. E.39) st 5.3= (Ec. E.40) s m v22.0 2.3 10700 3 = ⋅ = − (Ec. E.41) s m v s m vD22.038.0 18max =>= (Ec. E.42) Pág. 82 Estación de enfriamiento para piezas planas E.2.3. Traslación vertical del extractor El movimiento vertical del extractor, como se ha explicado en apartados anteriores, ha de ser muy preciso, por lo que se ha desarrollado un sistema de tijeras. La función principal es extraer la bandeja del molde (del interior de la prensa), por lo tanto se ha de diseñar un sistema lo suficientemente compacto como para que no se deforme o se rompa la pieza, en el caso de que las ventosas realizasen más fuerza por un lado que por el otro. Por esto, se ha pensado en un sistema simétrico compuesto por un lado de dos cilindros neumáticos de 70 milímetros de carrera uno en cada extremo y dispuestos en cruz, y por otro lado dos guías (montados en cruz con los actuadores; ver plano) las cuales harán hincapié en la exactitud del movimiento dando apoyo al sistema de tijeras. La carrera es de 70 milímetros, distancia suficiente para posicionar la pieza sobre el carro inferior, y por otra parte, también es suficiente para extraer la pieza del molde que, como se entiende, ha de ser la misma para no tener problemas sobre el control del mismo. De los diferentes tipos de actuadores se ha elegido un actuador lineal neumático con vástago compacto debido a que este tipo de actuadores son capaces de mover cargas considerables y ocupan poco espacio (ocupa el 50% de espacio menos que un actuador normalizado de las mismas características). Entre los diferentes actuadores compactos se necesita que posean un solo vástago y que sea de doble efecto ya que se requiere fuerza tanto en el avance como en el retroceso. El actuador compacto de FESTO es de la serie ADVU y es el siguiente: Fig. E.3. Actuador compacto FESTO serie ADVU Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 83 Seguidamente se presentan los cálculos realizados para el diseño del actuador montado en posición vertical: Peso del extractor: Peso de la bandeja: Peso total: Se ha de tener en cuenta la fuerza de rozamiento entre la bandeja y la prensa, en el momento de la extracción. Esta fuerza se valora según lo comentado en el apartado E.1, diseño de las ventosas, donde se ha concretado que se puede asimilar a la fuerza de desbarbación calculada, la cual es de: Así pues, la fuerza total en el momento de la extracción es: NPExtr 29.8881.99 =⋅= (Ec. E.43) NPb62.1981.92 =⋅= (Ec. E.44) NPPP bExtT 91.107=+= (Ec. E.45) NFF DesbExt 59.530=≈ (Ec. E.46) NFPF ExtTT 5.63859.53091.107 =+=+= (Ec. E.47) Pág. 84 Estación de enfriamiento para piezas planas Como se ha explicado, el sistema posee dos actuadores neumáticos dispuestos simétricamente, por lo que cada uno necesita una fuerza mayor a la siguiente: Observando el catálogo de FESTO de la serie ADVU (Anexo K), se ha de elegir un actuador cuya fuerza de retroceso (porque siempre es menor a la de avance) sea mayor a la carga máxima que ha de soportar. Se ha elegido: Fuerza máxima de avance: Fuerza máxima de retroceso: Se tiene que: Haciendo la comparativa entre el sistema de actuadores y la fuerza total que han de soportar en el momento de la extracción se observa que la elección del actuador ADVU-32-70 ha sido correcta: NF actuador 25.319 2 5.638 1== (Ec. E.48) NF DAv 483 32max = (Ec. E.49) NF Dt 415 32maxRe = (Ec. E.50) ActuaorDtDAv FFF 132maxRe32max >> (Ec. E.51) NFNF TDAv 5.63896648322 32max = >=⋅=⋅ (Ec. E.52) Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 85 A continuación se ha de comprobar que el actuador compacto elegido pueda soportar la velocidad de trabajo para el movimiento: Velocidad de trabajo: En el catálogo viene especificada la fórmula de la velocidad admisible que se ha de utilizar; y es la siguiente: Sabiendo que, la masa propia del extractor es: Y que la masa de la carga, corresponde a la masa equivalente de extracción: La velocidad máxima admisible del actuador elegido es: s m v350.0 2 1070 3 = ⋅ = − (Ec. E.53) acpropia adm adm mm E v arg 2 + ⋅ = (Ec. E.54) kgmkgm actuadorpropiapropia 5.4 2 9 91==⇒= (Ec. E.55) kgmkgmm actuadoracexteqac 04.27 2 08.54 08.54 81.9 59.530 1argarg ==⇒=== (Ec. E.56) s m vDadm 159.0 04.275.4 4.02 32 = + ⋅ = (Ec. E.57) Pág. 86 Estación de enfriamiento para piezas planas Por lo que se comprueba que el actuador está sobredimensionado en este aspecto, cosa que concreta una buena elección. En conclusión, los actuadores que se han elegido con su posterior comprobación son dos ADVU-32-70 montados de la manera explicada. E.2.4. Traslación vertical del desbarbador Para llevar a cabo este movimiento se utiliza el mismo sistema que en el movimiento vertical del extractor, por lo que se elige también un actuador lineal neumático con vástago compacto. La diferencia se encuentra en que la carrera del mismo ha de ser menor, concretamente de 60 milímetros ya que éste está acoplado por su parte superior a la misma altura que el del módulo anterior. Cabe insistir que en el otro extremo se incluyen dos guías (dispuestas en cruz con los dos actuadores) con el fin de que el movimiento siga siendo preciso, ayudando así al sistema de tijeras explicado anteriormente. Por lo tanto, la disposición queda igual que en el módulo extractor anterior, como se puede observar en el plano. Peso del desbarbador: El actuador ha de soportar también el golpe del desbarbador contra la bandeja en el momento de la desbarbación. Este golpe se asimila a una fuerza desbarbación valorada en el apartado E.1, diseño de las ventosas: OKvv Dadm ⇒< 32 (Ec. E.58) NPDesb 86.5881.96 = ⋅= (Ec. E.59) NFDesb 59.530= (Ec. E.60) Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 87 Así pues, la fuerza total en el momento de la desbarbación es: Como se ha explicado, el sistema posee dos actuadores neumáticos dispuestos en cruz, por lo que cada uno necesita una fuerza mayor a la siguiente: Observando el catálogo de FESTO de la serie ADVU, se ha de elegir un actuador cuya fuerza de retroceso (porque siempre es menor a la de avance) sea mayor a la carga máxima que ha de soportar. Se ha elegido el que tiene 32 milímetros de diámetro de émbolo: Fuerza máxima de avance: Fuerza máxima de retroceso: Haciendo la comparativa entre el sistema de actuadores y el peso total que han de soportar, en el momento de la desbarbación, se observa que la elección del actuador ADVU-32-60 ha sido correcta: Respecto al diseño según la velocidad de trabajo requerida se encuentran dos situaciones, la del movimiento de bajada y el de subida del utillaje de rebabas: NF actuador 73.294 2 45.589 1== (Ec. E.61) NFPF DesbTT 45.58959.53086.58 =+=+= (Ec. E.62) NF DAv 483 32max = (Ec. E.63) NF Dt 415 32maxRe = (Ec. E.64) NFNF TDAv 45.58996648322 32max =>=⋅=⋅ (Ec. E.65) Pág. 88 Estación de enfriamiento para piezas planas Velocidad de trabajo en la subida: Velocidad de trabajo la bajada: Al ser más rápido el movimiento de bajada, sabiendo que el actuador ha de servir para los dos movimientos, se ha de tener en cuenta que la velocidad máxima capaz de adquirir sea mayor que la del movimiento de bajada. Utilizando la fórmula de la velocidad admisible del catálogo, se tiene que la velocidad máxima admisible es: Como se puede observar en la comparativa siguiente, el actuador está sobredimensionado en este aspecto, cosa que concreta una buena elección: En conclusión, el actuador que se ha comprobado y elegido es el ADVU-32-60. E.2.5. Traslación vertical de la torre de enfriamiento Para llevar a cabo este movimiento, se ha tenido en cuenta que tiene 10 posiciones estables, correspondientes a las 10 bandejas donde descansan las piezas. s m vsubida 03.0 2 1060 3 = ⋅ = − (Ec. E.66) s m vbajada 075.0 8.0 1060 3 = ⋅ = − (Ec. E.67) s m vDadm 16.0 04.273 4.02 32 = + ⋅ = (Ec. E.68) 32Dadmbajadasubida vvv < < (Ec. E.69) Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 89 Es por esto que el accionamiento que se ha considerado más preciso es un servomotor, ya que mediante el mismo se puede controlar con suavidad las 10 posiciones estables mencionadas con la velocidad adecuada, gracias al encóder interno que posee. El eje del motor transmite el movimiento al husillo central, el cual gira por contacto con el interior de una rosca de bolas. La parte exterior (sin rotación, pero sí con traslación) de la rosca de bolas es solidaria al cuadrado macizo. Este cuadrado está soldado a la estructura de las bandejas de la torre. De esta manera se consigue que el husillo únicamente gire, y asimismo hace que el husillo (y con éste la torre de enfriamiento) se traslade verticalmente. El hecho de que el husillo pase por un cuadrado de acero es para dar estabilidad al movimiento, ya que de esta manera, la superficie de contacto con las paredes de la estructura de la torre de enfriamiento es mayor, por lo que el husillo no sufre de pandeo. Por otro lado, al hacer girar el husillo por la rosca de bolas, se proporciona al sistema mayor suavidad y al mismo tiempo, los hilos del husillo no se sufren por rozamiento. El servomotor que se ha creído conveniente es de la serie 1FT6 de SIEMENS: Se ha elegido este servomotor síncrono, sin escobillas, con excitación permanente debido a que se puede regular totalmente de manera digital (ver apartado 8), y gracias a su tecnología de captador integrado, cumple altas exigencias de dinámica, regulación de la velocidad, uniformidad de par y precisión de posicionamiento. Fig. E.4. Servomotor SIEMENS serie 1FT6 Pág. 96 Estación de enfriamiento para piezas planas En el catálogo de la mesa rotativa aparece el valor del rendimiento dinámico: La velocidad de rotación (en revoluciones por minuto) del husillo interior de la mesa rotativa, sabiendo que gira 90º (b) en 10 segundos y que la relación de reducción promedio de la mesa rotativa es 4, se sabe que: A continuación se calcula el momento en la entrada de la mesa rotativa, de la siguiente manera: A continuación se muestran los datos necesarios que aparecen en el catálogo de la mesa rotativa TR 160: • 21.5= k C • 62.6= a C • 4.1= V C • º90= β • º270 1= α Por lo que respecta al cálculo de los diferentes momentos: 95.0= t η (Ec. E.84) rpm s ww torremesaeriorhusilo 6 º 36 10 90 44 int ==⋅=⋅= (Ec. E.85) sgv a k aje MMC C C MMM +⋅⋅+⋅+= 1 ))(( α β (Ec. E.86) Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 97 El momento debido a la inercia es: El momento debido a la gravedad es: El momento debido al arrastre, que se asimila a un momento por rozamiento: Por lo tanto, se tiene que el momento resultante es: Por lo cuál, la potencia mínima que ha de tener el moto-reductor es de: Mirando el catálogo de Pujol Muntalà (catálogo Anexo K) se escoge el LPCM 61/63 G68/6.8, el cuál gira, en el eje de salida del reductor, a 6.8 rpm y tiene una potencia de 0.061 KW. st 87.1 3604 27010 1= ⋅ ⋅ = (Ec. E.87) mNM j⋅= ⋅ ⋅⋅⋅⋅ =34.4 º36087.1 2º9062.647.1 2 π (Ec. E.88) mN d mM g⋅=⋅⋅⋅⋅=⋅⋅= −27.1005.01070)81.924.299( 2 3 μ (Ec. E.89) mN d mM da ⋅=⋅⋅⋅⋅=⋅⋅= −82.3015.01070)81.924.299( 2 3 μ (Ec. E.90) mNMe⋅=+⋅⋅+⋅+= 02.140 270 90 )27.104.1 62.6 21.5 )82.3034.4(( (Ec. E.91) KWPe017.0 9.06.09554 602.14 = ⋅⋅ ⋅ = (Ec. E.92) Pág. 98 Estación de enfriamiento para piezas planas Por lo cuál, el moto-reductor elegido admite la potencia y la velocidad deseada. El hecho de girar más rápido que la velocidad de trabajo proporciona a la torre mayor rapidez en el tiempo, lo que se transmite en que se tarda menos en llevar a cabo la rotación, cosa que provoca, sensiblemente, mayor agilidad en el proceso productivo de la empresa. E.4. Diseño de la estructura El material que se utiliza en el diseño de la estructura, incluyendo el extractor y el desbarbador, es de acero St-37, ya que únicamente se necesita que los sistemas tengan rigidez. En cambio, para el diseño de las bandejas de almacenamiento de la torre de enfriamiento se ha utilizado aluminio, ya que su función principal es que descansen las bandejas de comida garantizando su rectitud. Es decir, si se construyeran las bandejas de almacenamiento del mismo acero (St-37) que el resto de la estructura, las piezas quedarían torcidas debido a que las planchas no son totalmente rectas. Sin embargo, las planchas de aluminio son totalmente rectas, por ello se utilizan para la construcción de las bandejas de almacenamiento, donde permanecen estáticas durante una hora. Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 99 F. Especificación de los elementos de control A continuación se van a determinar los elementos de control necesarios para llevar a cabo la secuencia de movimientos que debe realizar la estación de enfriamiento. Se dispone de un PLC (autómata programable) como elemento principal del sistema de control necesario para llevar a cabo la secuencia de movimientos que debe realizar la estación de enfriamiento. El PLC que se ha considerado adecuado es el S7-200 224 de Siemens, debido a su coste y sus prestaciones como se observa en el catálogo en el Anexo. Este PLC será el encargado de dar las órdenes de ejecución a los diferentes elementos de translación y rotación (servomotor, moto-reductor y actuadores neumáticos). Para ello se deberá implementar en dicho autómata un programa que implemente en Grafcet toda la secuencia de movimientos que debe realizar la estación de enfriamiento. Dicho autómata está conectado a las electro-válvulas de los actuadores neumáticos (lineales y compactos) para controlar el paso de aire comprimido y poder realizar las paradas en el momento que los detectores inductivos proporcionen la señal. También se debe conectar al moto-reductor de la mesa de rotación y por último, se conecta a un driver que dirige el servomotor de la torre de enfriamiento. El driver seleccionado es TGDrives y es el TGA-249/20. Como se puede observar, todos los accionamientos comienzan y finalizan su movimiento debido a la señal que recibe el PLC de los detectores inductivos instalados en las posiciones deseadas a excepción del moto-reductor que simplemente se conecta al PLC que mediante un contador de tiempo desde que se recibe la señal de inicio de giro (que proviene del servomotor) se controla completamente. Por otro lado, para gobernar el servomotor es más complicado ya que se necesita de un driver que se ha de programar, el cual se conecta al PLC. Este driver se programa según las distancias que de recorrer, según sea posicionar una bandeja libre o bajar todas las posiciones hasta la de referencia en el momento la torre ha girado 90º. Para la programación del driver se necesita de un programa como el siguiente: Pág. 100 Estación de enfriamiento para piezas planas Mediante este programa, se introducen las Task al servomotor es decir, la velocidad, la posición de referencia, las cotas hasta las cuales se ha de dirigir la torre de enfriamiento, la velocidad que se desea, y los tiempos de aceleración y desaceleración que se necesitan para que los movimientos sean suaves. También se introduce para cada task, ya sea de movimiento o de parada, la salida y entrada al servomotor y al PLC que se requiere. Fig. F.1. Programación del driver de control del servomotor Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 101 G. Especificación de montaje Se ha observado la necesidad de confeccionar una guía de montaje para los elementos que intervienen en los diferentes módulos: extracción –desbarbador, carro inferior y torre de enfriamiento. Por lo tanto, los elementos que componen las partes estáticas como las estructuras no aparecen en esta guía, ya que en los planos aparece la información necesaria (aparece el proceso o elemento de unión: soldadura, tornillos, remaches, etc.). Con esta guía se pretende especificar el momento y la posición donde se debe montar el elemento a estudiar en cada caso. G.1. Montaje del módulo de extracción-desbarbación Se parte del carro de extracción en el cual, ya están montados los actuadores y los sistemas de tijeras y la varilla (ondulada con la forma de la pieza) que llevará a cabo la eliminación de sobrantes. Una vez se tienen montados todos los elementos como se indican en el plano 5, se procede a montar el actuador sin vástago tal y como se indica en el plano 9. Por otra parte se montan los dos soportes KGHK (plano 33) sobre el extractor; seguidamente se introduce la guía en el interior de dichos soportes (en su interior contiene un rodamiento lineal) y por último se posicionan los soportes GWA (plano 32) sobre la guía (determinando los finales de carrera) y estos sobre la estructura. G.2. Montaje del carro Una vez se ha construido el carro de aluminio, se procede a montarlo sobre la guía, de la misma forma que el módulo anterior, mediante los soportes KGHK (plano 33) y GWA (plano 32); por la otra parte se monta el cilindro sin vástago sobre el carro, según se indica en el plano 8. Pág. 102 Estación de enfriamiento para piezas planas G.3. Montaje del módulo de enfriamiento Para comenzar (ver plano 39) se monta la rosca de bolas (mediante su casquillo de montaje) sobre el husillo. A continuación se introduce el husillo por el interior agujero pasante central del cuadrado macizo (también posee cuatro periféricos para cuatro guías, ver plano 10) en la posición correcta para poder roscar los tornillos de unión entre la rosca de bolas y el cilindro (la rosca posee agujeros pasantes y la parte inferior del cuadrado tiene agujeros roscados). En este punto se tiene unido el cilindro macizo y la rosca de bolas, montado sobre el husillo. A continuación, se introducen cuatro rodamientos lineales HK (plano 34) en los huecos periféricos del cuadrado macizo y por el interior de los mismos se montan las cuatro guías verticales (plano 21), que posteriormente se fijarán por tornillos a la pieza del plano 11. En este punto se monta y se une la mesa rotativa sobre el acoplamiento donde descansa (ver plano 22) por su parte inferior. Por la parte superior de la mesa rotativa se monta un acoplamiento (ver plano 11) y se introduce la parte inferior del husillo por el agujero interior (pasante) del plato de acoplamiento (que posee cuatro asientos para las cuatro guías) que posteriormente se unirá a la brida de la mesa de rotación. En este momento se une el husillo, mediante el chavetero realizado en el extremo inferior, al acoplamiento (ver plano 25) y éste al eje del reductor, que a su vez está unido al servomotor. Con todo esto se han montado los elementos encargados de proporcionar el movimiento de traslación vertical; a partir de aquí se especifican los elementos para llevar a cabo el movimiento de rotación. El siguiente paso es fijar el acoplamiento del plano 13 al eje de la mesa rotación; a continuación se acopla en separador del plano 12. El acoplamiento, por su otro extremo, se introduce en el eje hueco del moto-reductor. Por último se monta la camisa de la estructura (tiene una vista en planta cuadrada, ver plano 14) y se fija a los laterales del cuadrado macizo. Por último, se montan las bandejas de enfriamiento (plano 15) en las posiciones indicadas sobre las caras de la camisa de la estructura. Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 103 H. Especificación de los elementos de seguridad En este apartado se procede al estudio de los elementos de seguridad que dispone la máquina, ya sea para evitar o reducir los accidentes laborales debido a acercamientos indebidos a la máquina en funcionamiento. A continuación se diferencian los elementos de seguridad pasiva y los de seguridad activa: H.1. Seguridad Pasiva A este grupo pertenecen todos aquellos elementos relacionados con la protección contra el paso en ciertas partes de la máquina como son: • Barreras de protección estructural: Son varillas de acero unidas a la estructura que evitan el paso de objetos o personas, situadas en alrededor de la máquina, excepto en la columna en la cuál el operario ha de retirar las piezas ya frías (posición ya comentada en los anexos anteriores). Cabe destacar que todas las barreras son desmontables, ya que en caso de revisión de la máquina, se ha de acceder a cualquier punto del sistema. Es por esto que en lugar de soldar las varillas a la estructura se ha decidido unirlas mediante tornillos. Por otra parte, en posiciones concretas se dispone de unas ventanas (las cuales se abren mediante unas bisagras) para acceder a la zona preparada por si se cae alguna pieza (en el momento de eliminación de sobrantes) o por si se necesita limpiar la cubeta donde se encuentran las rebabas eliminadas. • Perímetro de seguridad: Pág. 104 Estación de enfriamiento para piezas planas Se ha considerado oportuno establecer un perímetro de seguridad alrededor de la máquina que no se ha de sobrepasar si no es por una causa justificada. Como se puede observar, en este apartado se tratan elementos mecánicos de seguridad, es decir, cualquier persona que pretenda sobrepasar la seguridad que aportan estos elementos, lo conseguirá. Pero se hará de manera consciente y voluntaria, y por lo tanto la persona en sí asume todo el riesgo a partir del momento que lo sobrepasa. H.2. Seguridad Activa A esta familia pertenecen los elementos activos relacionados con la seguridad, como son las células foto-eléctricas tipo emisor receptor. Estas células están situadas en los lados de las guías de los módulos de extracción y desbarbación y del carro inferior, debido a que son las posiciones más peligrosas. Por otra parte, se instalan en los alrededores del módulo de enfriamiento. Estos elementos están gobernados por un PLC que, en cuanto algún objeto, la máquina se para. También se incorporan elementos finales de carrera para que, en el caso de avería de cualquier accionamiento, el movimiento siga siendo preciso, sin posibilidad de sobrepasar el punto de paro. Por otro lado, si se da el caso de que el sistema de seguridad falla, se ha considerado un pulsador de parada manual, para que el operario si detecta algún fallo en el proceso de manipulación de la pieza, la máquina se desconecte inmediatamente. Los elementos de seguridad activa aquí mencionados se eligen del fabricante Telemecanique, cuyos catálogos aparecen el el anexo K. Cabe destacar que estos elementos han de conectarse al PLC para que éste reciba las señales y proporcione una salida de parada general o parcial. Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 105 I. Oferta económica En este apartado se presenta la oferta económica correspondiente a la construcción de una torre de enfriamiento. Para comenzar este capítulo se ha realizado el desglose del material necesario para la construcción de todos los elementos de la estación de enfriamiento dividido por secciones según sea el tipo de elemento. Es decir, se contemplan cinco grupos diferentes y son los siguientes: Sección de aire comprimido y accionamientos, sección de guías y husillos, sección de tornillería, sección de tubo y chapa y sección de detectores. Como se puede observar seguidamente, se ha ofertado tanto el material necesario como la construcción y montaje de todos los elementos, incorporando las horas de mano de obra necesarias por parte del taller de calderería. I.1. Sección de aire comprimido y accionamientos Cantidad Descripción Precio Unitario Importe 1 Actuador sin vástago DGP-32-1400-PPV-A-B 800,00 € 800,00 € 1 Actuador sin vástago DGP-25-1000-PPV-A-B 690,00 € 690,00 € 2 Actuador compacto ADVU-20-70 60,00 € 120,00 € 2 Actuador compacto ADVU-20-60 55,00 € 110,00 € 4 Electroválvula VA-30 50,00 € 200,00 € 4 Ventosas F-75 68,00 € 272,00 € 1 Servomotor 1FT6061-6AC7 400,00 € 400,00 € 1 Reductor SPG 100-MF2 480,00 € 480,00 € 1 Driver TGA -24-9/20 200,00 € 200,00 € 1 Moto-reductor LPCM 61/63 G6-8/6.8 150,00 € 150,00 € 1 PLC S7-200 224 500,00 € 500,00 € 1 Mesa rotativa 4 pasos 1.200,00 € 1.200,00 € Tabla. I.1. Tabla oferta de sección accionamientos y aire comprimido Pág. 112 Estación de enfriamiento para piezas planas Rodamientos y soporte Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 113 Pág. 114 Estación de enfriamiento para piezas planas Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 115 Pág. 116 Estación de enfriamiento para piezas planas • Actuadores neumáticos: Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 117 Pág. 118 Estación de enfriamiento para piezas planas Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 119 Pág. 120 Estación de enfriamiento para piezas planas Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 121 Pág. 128 Estación de enfriamiento para piezas planas • Moto-reductor: Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 129 Pág. 130 Estación de enfriamiento para piezas planas Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 131 Pág. 132 Estación de enfriamiento para piezas planas • Servomotor y reductor: Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 133 Pág. 134 Estación de enfriamiento para piezas planas Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 135 Pág. 136 Estación de enfriamiento para piezas planas Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 137 Pág. 144 Estación de enfriamiento para piezas planas Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 145 Pág. 146 Estación de enfriamiento para piezas planas Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 147 Pág. 148 Estación de enfriamiento para piezas planas Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 149 • Driver: Servodrives TGA (up to 150W) > Servoamplifiers TGA Inverters TGA-24-9/20 are intended to drive AC synchronous servomotors up to 150 W. Power supply 24VDC open posibilities to use the servoamplifiers in applications, where is not possible use supply voltage 230/400V AC e.g. in mobile equipments or for environment with requirements to save voltage. High-performance processor guarantee superior servomotor control and thereby high precision and dynamics of the drive, and currently a number of user functions, that allows general purpose application of servoamplifiers. Digital current loop (current measuring, vector control, position measuring from resolver) is realized with frequency 16 kHz, speed loop is calculated with frequency 4 kHz, position loop with frequency 1 kHz. Operating modes Servoamplifier TGA can operate in following modes: • torque control • speed control • absolute positioning • relative positioning • pulse and direction signals control (stepper-motor control) • electronic gearing • continuous control by CAN-BUS Communication Servoamplifier TGA can communicate by serial interface RS 232 and by CAN BUS. It has communication port RS 422/485. Pág. 150 Estación de enfriamiento para piezas planas Inputs / outputs TGA are equipped by 10 digital inputs, 4 digital outputs, 1 analog input (0-5V or 0-10V), 2 count inputs (configurable). Parameters setting, status monitoring The SETUP program (part of delivery) allows parameters setting and status monitoring by PC. Programm SETUP is executable under Windows operating systems and communicate with servoamplifier TGA by serial interface RS232. Control TGA servoamplifier has following posibilities to control: • Analog voltage – torque or speed • Stepper-motor signals (pulse and direction) • Digital inputs – start of programmable position or speed profiles • Digital control by serial interface RS 232 (422/485) or by CAN-BUS (torque, speed, position profiles etc.) Dimensions (mm) Interfaces description Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 151 Mechanical design L-profile allows variable servoamplifier mounting to switchboard or directly to the machine. Pág. 152 Estación de enfriamiento para piezas planas • Detectores y finales de carrera: Estación de enfriamiento para piezas planas Pág. 153