Diseño y prototipado de una mesa sísmica de dos grados de libertad

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERIAS INDUSTRIALES GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Autor: Puertas Granja, Rodrigo Tutores: Lorenzana Ibán, Antolín Magdaleno González, Álvaro C.A., I.T., M.M.C. y Teoría de Estructuras Valladolid, junio de 2019 RESUMEN Este Trabajo de Fin de Grado tiene como objetivo final el elaborar una mesa sísmica funcional de dos grados de libertad. A lo largo de este documento se detallan todos los procesos de diseño, fabricación y montaje de cada una de las piezas que forman la mesa vibratoria, así como de los componentes que forman un mando, que va a ser fabricado mediante impresora 3D, para controlar el motor de manera externa. Además, se realizará todo el cableado necesario entre los componentes del motor, así como entre el motor y el mando que va a hacerlo funcionar. Finalmente, se pondrá todo el conjunto en funcionamiento y se estudiarán posibles líneas de mejora. PALABRAS CLAVE Mesa sísmica, Diseño, Fabricación, Montaje, Estructura. ABSTRACT The ultimate objective of this end-of-degree project is the execution of a functional two axis shake table. In the course of this document, it is detailed the process of design, manufacturing and assembly of all the parts which form the shake table, as well as the components of a remote, which is going to be made by 3D printing, to control externally the engine. Moreover, the required wiring will be made between the engine components themselves just as the wiring between the engine and the remote which will command it. Finally, the whole assembly will be put into operation and there will be an investigation about possible areas of improvement. KEY WORDS Shake Table, Design, Manufacturing, Assembly, Structure CONTENIDO CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................ 1 1.1. MOTIVACIÓN DEL PROYECTO ..................................................................... 1 1.2. ANTECEDENTES .......................................................................................... 2 1.3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ................................................................... 5 1.4. ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO ................................................................... 7 CAPÍTULO 2. OBJETIVOS ........................................................................................ 9 2.1. OBJETIVOS DE LA MESA ........................................................................... 11 2.2. OBJETIVOS DEL MANDO ........................................................................... 11 2.3. OBJETIVOS DE LA CAJA ............................................................................. 12 CAPÍTULO 3. COMPONENTES COMERCIALES..................................................... 13 3.1. COMPONENTES DE LOS MOTORES ......................................................... 13 3.1.1. MOTOR DEL MÓDULO SUPERIOR ..................................................... 14 3.1.2. MOTOR DEL MÓDULO INFERIOR ...................................................... 18 3.2. COMPONENTES DE LAS GUÍAS ................................................................ 21 CAPÍTULO 4. DISEÑO ............................................................................................ 25 4.1. DISEÑO DE LA MESA SÍSMICA ................................................................. 25 4.1.1. DISEÑO DE LA UNIÓN MOTOR - PLACA SUPERIOR ......................... 27 4.1.2. DISEÑO DE LA PLACA SUPERIOR ...................................................... 28 4.1.3. DISEÑO DE LA PLACA INFERIOR ....................................................... 30 4.1.4. ALIGERAMIENTOS .............................................................................. 31 4.1.5. DISEÑO DEL ZANCO ........................................................................... 32 4.1.6. DISEÑO DEL CONJUNTO .................................................................... 33 4.2. DISEÑO DEL MANDO ................................................................................ 36 4.2.1. FORMA GENERAL DEL MANDO ......................................................... 36 4.2.2. COMPONENTES DEL MANDO ............................................................ 39 4.2.3. CONEXIÓN DEL MANDO ..................................................................... 39 4.2.4. DISEÑO FINAL DEL MANDO............................................................... 40 4.3. DISEÑO DE LA CAJA .................................................................................. 42 CAPÍTULO 5. PROTOTIPADO ................................................................................. 47 5.1. FABRICACIÓN ............................................................................................ 47 5.1.1. FABRICACIÓN DE LA MESA ............................................................... 47 5.1.2. FABRICACIÓN DEL MANDO ............................................................... 51 5.2. MONTAJE ................................................................................................... 53 5.2.1. MONTAJE MECÁNICO DE LA MESA ................................................... 53 5.2.2. MONTAJE ELÉCTRICO-ELECTRÓNICO ............................................... 66 5.2.3. MONTAJE DE LA CAJA ........................................................................ 78 CAPÍTULO 6. PUESTA EN MARCHA ..................................................................... 81 CAPÍTULO 7. CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS ............................................ 83 CAPÍTULO 8. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................. 85 ANEXO I. FACTURAS DE LOS COMPONENTES COMERCIALES .......................... 87 1. COMPONENTES DEL MOTOR DEL MÓDULO SUPERIOR ........................... 87 2. COMPONENTES DEL MOTOR DEL MÓDULO INFERIOR ............................. 88 3. COMPONENTES DE LAS GUÍAS ................................................................... 89 ANEXO II. PLANOS ................................................................................................ 91 ANEXO III. CÁLCULO DE LA REDUCTORA DE VOLTAJE ..................................... 101 ANEXO IV. CONFIGURACIÓN DE LOS DRIVERS ................................................ 103 DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 1 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 1.1. MOTIVACIÓN DEL PROYECTO A la hora de construir edificaciones hay que tener en cuenta diversos factores para prevenir un fallo de la estructura, tales como la resistencia de los materiales con los que se va a construir dicho edificio, o la resistencia estructural del edificio en conjunto. En cuanto a resistencia estructural, dicha edificación va a estar afectada por multitud de cargas, ya sean cargas estáticas o cargas dinámicas. La mayoría de estas cargas están ligadas a acciones climatológicas, como son, por ejemplo, el peso de la nieve sobre una cubierta (carga estática), o la acción del viento sobre el edificio (carga dinámica) Todas estas acciones hay que tenerlas muy en cuenta a la hora del diseño de un edificio ya que, de no ser así podrían provocar fallos y deformaciones irreversibles en su estructura. Otro fenómeno natural, además de la climatología, que provoca cargas dinámicas son los terremotos, los cuáles pueden tener consecuencias catastróficas tanto en las estructuras como en la vida humana. Según el Centro de Investigación de Epidemiología de los Desastres Naturales (CRED: Centre for Research on Epidemiology of Natural Disasters), en colaboración con la Oficina de las Naciones Unidas para la Reducción del Riesgo de Desastres (UNISDR o UNDRR: United Nations Office for Disaster Risk Reduction), aunque los terremotos no son el desastre natural que más población afecta (superado por inundaciones y tormentas), sí son el desastre natural que más muertes causa. De acuerdo con estos dos organismos, los seísmos han causado más de 747.000 muertes en todo el mundo en el período de 1998 a 2017. Además, en ese mismo período, se calcula que las pérdidas asociadas a este tipo de desastre natural ascienden a 661 billones de dólares [1]. Estos fenómenos son impredecibles y el tipo de carga que producen tiene un carácter muy aleatorio, por lo que es muy difícil de prevenir sus efectos a la hora de diseñar una edificación. Por este motivo, hay que realizar ensayos sobre dichas estructuras o edificaciones para comprobar estos efectos. Este es un proceso muy costoso debido a las dificultades que conlleva realizar ensayos a estructuras de este tamaño. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 2 Ante la imposibilidad de realizar ensayos sobre las estructuras reales, surge la necesidad de crear un equipo que permita simular y analizar los efectos devastadores de un terremoto sobre una maqueta de una estructura a escala. Así se pueden observar y analizar los efectos del seísmo sobre la maqueta y actuar en consecuencia sobre la estructura real, incorporando sistemas de amortiguación o corrigiendo errores de diseño de los edificios que permitan reducir en lo posible el nivel de destrucción de un seísmo, tanto en lo material, como en vidas humanas. 1.2. ANTECEDENTES Una mesa sísmica es, como se mencionado anteriormente, un equipo que permite simular el efecto de un terremoto sobre una maqueta a escala de una estructura. En líneas generales, una mesa vibratoria está compuesta por dos placas: una placa inferior, fija, sobre la que va montada un motor, de cualquier tipo y una placa superior, móvil, sobre la que se van a fijar las estructuras que se quieren analizar. La placa superior móvil desliza sobre unas guías para no permitir holguras y, por lo tanto, esfuerzos a flexión. Además, está unida a la parte móvil del motor, por lo que se va a desplazar solidaria al movimiento de este cuando sea accionado. Las mesas sísmicas más sencillas son de un grado de libertad, es decir, con movimiento solo en una dirección, pero existen mesas sísmicas de dos grados de libertad (movimiento en una dirección y en su perpendicular) e incluso de tres grados de libertad (dos direcciones en el plano del suelo y dirección vertical). Por supuesto, para el funcionamiento de una mesa vibratoria se necesitará un motor por cada grado de libertad que se precise. Uno de los antecedentes y tomado de referencia es la Shake Table II (Figura 1) de Quanser, que es el estándar mundial en equipos de laboratorio de ingeniería para la enseñanza e investigación [2]. Esta Shake Table II es una mesa sísmica de un grado de libertad. El motor que lleva incorporado es un servomotor de alta potencia de 400 W que permite alcanzar una aceleración de 2,5 g (24,5 m/s2) cuando la plataforma superior está cargada con una masa de 7,5 kg. La plataforma superior tiene un recorrido de 15,2 cm (7,6 cm en cada dirección desde el punto central) y se desplaza sobre dos guías de metal endurecido mediante rodamientos lineales. Esto produce un movimiento lineal suave con muy poca deflexión. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 3 Figura 1. Shake Table II Esta mesa ha sido diseñada y fabricada para la Asociación Universitaria para el estudio de mesas vibratorias (UCIST: University Consortium on Instructional Shake Tables). Tomando como referencia la Shake Table II [2], de Quanser, en un trabajo de Fin de Grado del mismo departamento, del año 2017, se ha tratado de buscar una alternativa a esta mesa sísmica [3]. Así, se ha diseñado y fabricado una mesa sísmica de un grado de libertad compuesta por un motor paso a paso NEMA 23HS2430 con un husillo roscado. La plataforma superior de la mesa se desliza a través de dos guías templadas SFC de 20 mm de diámetro con rodamientos lineales. Esta mesa sísmica, de fabricación propia, es la que se observa en la Figura 2. Esta mesa vibratoria está disponible en el Departamento de Estructuras de la Escuela de Ingenieros Industriales. A pesar de elaborar mesas sísmicas de un grado de libertad con diferentes motores o diferentes prestaciones que la de referencia, las mesas sísmicas reales son de dos grados de libertad en el plano horizontal (e incluso un tercero en dirección vertical), ya que los movimientos sobre las estructuras nunca se van a dar en un único eje de movimiento sino que va a ser un movimiento combinado en dos direcciones e incluso en un tercero vertical, por lo que para conseguir una mesa que simule una excitación real hay que buscar alternativas [4]. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 10 • Un único cable que sale de la caja para la conexión con un ordenador. Se deja este cable por el que poder introducir una señal analógica al motor (4). Figura 5. Esquema general del proyecto De esta manera, cada capítulo del proyecto se va a dividir en los tres apartados principales en que se divide el trabajo: • La mesa sísmica propiamente dicha, que se compondrá de las placas principales y cada una de las piezas diseñadas, y todos los componentes comerciales (los dos motores, las guías y los rodamientos). También se utilizarán piezas normalizadas de tornillería para su montaje. • El mando para controlar el motor de manera externa sin necesidad de un ordenador. Aunque se hable del mando, siempre hay que tener en cuenta que son dos mandos, uno para cada motor, idénticos. • La caja para albergar todos los componentes adicionales del motor, tales como el driver y las fuentes de alimentación. Al igual que en el mando, aunque se hable del diseño y la fabricación de la caja, hay que tener en cuenta que serán necesarias dos, una para cada uno de los motores. Dentro de cada subapartado, también hay ciertos objetivos secundarios: DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 11 2.1. OBJETIVOS DE LA MESA La mesa tiene que cumplir tanto objetivos de diseño como objetivos de montaje. Dentro de los objetivos de diseño, se tiene que: • La mesa tiene que ser lo más ligera posible. • La mesa tiene que tener la mínima altura posible. • Los motores tienen que ser fácilmente desembragables, debido a que estos van a ser utilizados por los integrantes del Departamento de Estructuras para otros proyectos. • La mesa tiene que aprovechar toda la carrera del vástago del motor lineal. • La mesa tiene que tener las dimensiones apropiadas para la instalación de las maquetas de los edificios multiplanta en su placa superior [8]. Además, al tener que realizar esta instalación en la placa superior, de esta no puede sobresalir ningún elemento ya que entorpecería la colocación de dichas estructuras. También tiene que cumplir unos objetivos de montaje, como son: • La mesa tiene que tener la mínima holgura posible en la unión de las guías y los rodamientos. • La mesa tiene que tener la mínima holgura posible en las uniones entre los motores y sus respectivas placas superiores móviles para evitar esfuerzos a flexión de los vástagos de los motores. 2.2. OBJETIVOS DEL MANDO El mando, que se fabricará mediante impresora 3D, tiene que cumplir unos objetivos propios: • Tamaño y dimensiones suficientes para albergar tantos elementos (botones, interruptores, potenciómetros, LEDs, conmutadores…) como comandos necesite. • Tamaño y dimensiones suficientes para albergar todo el cableado en su interior. • Forma ergonómica. Como ya se ha mencionado anteriormente, también se diseñará una conexión para el mando, de manera que permita la unión con la caja de drivers y fuentes de alimentación fácilmente mediante el acoplamiento de un único cable y no DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 12 mediante la conexión de todos y cada uno de los cables que tenga en su interior. 2.3. OBJETIVOS DE LA CAJA El objetivo de cada caja, también ideada para su fabricación mediante impresora 3D, es, como se ha citado con anterioridad, albergar todos los componentes externos de los motores, como son los drivers y las fuentes de alimentación, y de este modo reducir el cableado de todo el conjunto. Además, permite así tener localizados y guardados todos los elementos de cada motor en un único lugar. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 13 CAPÍTULO 3. COMPONENTES COMERCIALES En este apartado se describirán y explicarán las características de cada uno de los componentes comerciales que se necesitan para la elaboración de la mesa sísmica. Los componentes comerciales se dividen en los componentes de los motores y los componentes de las guías. Las facturas de todos los componentes, tanto de los componentes de los motores como de los componentes de las guías, se adjuntan en el ANEXO I. FACTURAS DE LOS COMPONENTES COMERCIALES. 3.1. COMPONENTES DE LOS MOTORES En primer lugar, se van a citar los componentes motores de los que se dispone en el Departamento para la realización de la mesa sísmica. Se trata de dos motores lineales, de la marca LinMot [6], de dos tamaños diferentes, por lo que el motor de menor tamaño se utilizará para el módulo superior y el motor de mayores dimensiones se empleará en el módulo inferior. Esto es consecuencia de que el motor grande soporta una mayor masa, por lo que es conveniente colocarlo en la posición inferior. Ambos montajes motores están formados por un estátor, una brida que lo fija y una parte móvil, que es el slider, o vástago. A mayores, cada motor cuenta con un driver, que es el controlador del motor y dos fuentes de alimentación: una principal y otra secundaria. También se describirá brevemente el cable que conecta cada motor con su correspondiente driver. Cabe destacar también que, aunque el estátor del motor tenga unas características técnicas propias, algunas de ellas dependen, en parte, del vástago que se le incorpore, por lo que en ambos motores también se comentarán las características del conjunto motor, no sólo de los elementos por separado. Las características de todos los elementos que conforman los montajes de los motores están extraídas de la documentación técnica de cada tipo de elemento: documentación técnica de estátores, documentación técnica de sliders, de bridas, documentación técnica de drivers, de fuentes de alimentación, de cables… Todos estos documentos están disponibles en la página web del fabricante [6], de donde se puede obtener información con mayor profundidad. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 14 Aunque se van a citar los elementos de cada uno de los motores posteriormente, para explicar algunas de sus características, en la Tabla 1, a modo de recordatorio y para evitar confusiones se pueden observar los diferentes componentes de cada uno de los dos motores: Tipo de elemento Módulo superior Módulo inferior Estátor LINPS01-23x80F-HP-R LINPS01-37x120F-HP-C Vástago LINPL01-12x270/230-HP LINPL01-20x360/300-HP Brida LINPF02-23x90 LINPF02-37x100 Driver LINC1250-EC-XC-1S-000 LINC1250-EC-XC-1S-000 Fuente de alimentación principal LINS01-72/500 LINS01-72/1000 Fuente de alimentación secundaria FUS-25D-24 FUS-100D-24 Cable LINK05-Y/R-2 LINKS05-Y/C-4 Tabla 1. Elementos de los dos conjuntos motores 3.1.1. MOTOR DEL MÓDULO SUPERIOR El montaje motor del módulo superior está compuesto por: • Estátor LINPS01-23x80F-HP-R (Figura 6). Este motor es capaz de dar una fuerza máxima de 67 N con una velocidad máxima de 7,3 m/s y una repetibilidad de ±0,05 mm. En cuanto a dimensiones, la longitud del estátor es de 162 mm, con un diámetro exterior de 23 mm e interior de 12 mm, donde va a ir alojado el vástago. Tiene una masa de 265 g. Dentro de su nombre técnico, las letras HP denotan que es un componente de la sección de equipos de alto rendimiento (HP: high performance). De la misma manera, la R indica el tipo de conector que posee este estátor, donde se va unir el cable para enlazar este componente con el driver correspondiente. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 15 Figura 6. Estátor LINPS01-23x80F-HP-R • Brida LINPF02-23x90 (Figura 7). Es el elemento del conjunto motor que da sujeción al estátor. De medidas 90x55x30 mm. Posee cuatro taladros donde introducir diferentes tornillos. Dos de ellos se van a utilizar para apretar la brida en torno al estátor (los dos taladros más próximos a la abertura de la brida) y los otros dos taladros para fijar la brida, con el estátor fijado, a una superficie plana. Figura 7. Brida LINPF02-23x90 • Slider LINPL01-12x270/230-HP (Figura 8). El slider es la parte móvil del conjunto motor. Tiene un diámetro de 12 mm, cuyo fin es introducirlo en el diámetro interior del estátor anteriormente explicado. Al igual que el estátor, las letras HP de su nomenclatura corresponden con equipos de alto rendimiento (HP: high performance). Tiene una longitud de 270 mm y su masa es de 215 g. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 16 Además, viene mecanizado con un taladro roscado en métrica M5 en cada uno de sus extremos para introducir otros elementos roscados, así como muescas para poder introducir anillas de seguridad en cada uno de sus extremos. Figura 8. Slider LINPL01-12x270/230-HP • Driver LINC1250-EC-XC-1S-000 (Figura 9). Es el controlador del motor. Tiene multitud de entradas digitales y analógicas, y una entrada tipo Ethernet destinada a la conexión con un ordenador para modificar la configuración del motor previamente a la puesta en marcha del mismo. A este driver se van a conectar tanto el motor, con su cable correspondiente, como las fuentes de alimentación principal y secundaria. Figura 9. Driver LINC1250-EC-XC-1S-000 • Fuente de alimentación LINS01-72/500 (Figura 10). Fuente de alimentación de 72 V, 500 W (6,7 A). Tiene unas dimensiones de 125x121x62 mm. Esta fuente de alimentación se nutre de la corriente monofásica. Posee un enganche en uno de sus lados que le va a permitir ser acoplado posteriormente en un carril normalizado. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 17 Figura 10. Fuente de alimentación LINS01-72/500 A mayores, también se utilizará en el montaje de este motor la fuente de alimentación FUS-25D-24, de la marca FullWat, de 24 VDC, 1 A, 25W. Esta es una fuente de alimentación de carril, de dimensiones 90x45x35 mm. El conjunto del estátor LINPS01-23x80F-HP-R con el vástago LINPL01- 12x270/230-HP da lugar a un conjunto motor capaz de ofrecer una carrera máxima de 200 mm, con una carrera normal de 140 mm, aunque esta se va a ver reducida debido a la instalación de unos topes de goma a cada extremo del vástago que van a actuar como finales de carrera. Además, es capaz de proporcionar un pico de fuerza de 67 N. La velocidad máxima con la que el motor puede llegar a desplazarse es de 7,3 m/s. Figura 11. Cable LINK05-Y/R-2 DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 18 La conexión del motor al driver se realiza mediante un cable LINK05-Y/R-2 (Figura 11). Este es un cable estándar, de 0,5 mm2 de sección, apropiado para controladores de las series C1100 y C1200 por un extremo (en este caso el controlador es de la serie C1200) y para motores con conector tipo R (lo cual es el caso del estátor LINPS01-23x80) por el otro extremo. El cable tiene 2 m de longitud. 3.1.2. MOTOR DEL MÓDULO INFERIOR El montaje motor del módulo inferior está compuesto por: • Estátor LINPS01-37x120F-HP-C (Figura 12). Este motor es capaz de dar una fuerza máxima de 255 N con una velocidad máxima de 3,8 m/s y una repetibilidad de ±0,05 mm. En cuanto a dimensiones, la longitud es de 216 mm, con un diámetro exterior de 37 mm e interior de 20 mm donde va a ir alojada la parte móvil del motor. Tiene una masa de 740 g. Respecto a su nomenclatura, las siglas HP indican que es un motor de la gama de alto rendimiento (HP: high performance), mientras que la letra C indica el tipo de conector que tiene el motor. Figura 12. Estátor LINPS01-37x120F-HP-C • Brida LINPF02-37x100. De dimensiones 100x80x55 mm. Al igual que en el caso del motor anterior, la función de este elemento del motor es la sujeción del estátor. Tiene varios taladros mecanizados: se utilizarán dos de ellos para apretar la brida contra el estátor y darle sujeción, y se utilizarán los otros dos para fijar la brida, con el estátor ya fijado, sobre una superficie plana. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 19 • Vástago LINPL01-20x360/300-HP. Este elemento es la parte móvil del motor. Es igual que el slider del motor del módulo superior: es un producto de la gama de elementos de alto rendimiento, viene mecanizado con muescas para introducir anillas de seguridad en los extremos y también está mecanizado con unos taladros roscados en cada uno de sus extremos. Las diferencias con el vástago anterior son las dimensiones. Este vástago tiene 20 mm de diámetro, para poder ser introducido en el diámetro interior de este nuevo estátor (LINPS01-37x120F-HP-C). Además, los taladros roscados están roscados en métrica M8. Este vástago tiene 360 mm de longitud y una masa de 760 g. • Driver LINC1250-EC-XC-1S-000. El driver del motor del módulo inferior no se va a describir, ya que es idéntico al controlador del motor pequeño del módulo superior. • Fuente de alimentación LINS01-72/1000 (Figura 13). Fuente de alimentación de 72 V, 1000 W (13,5 A). De dimensiones 230x183x66 mm. Esta fuente de alimentación se nutre de corriente trifásica. Figura 13. Fuente de alimentación LINS01-72/1000 A mayores, también se utilizará en el montaje de este motor la fuente de alimentación FUS-100D-24, de la marca FullWat, de 24 VDC, 4,2 A, 100 W, que DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 26 • En cuanto a la forma general de las placas, será idéntica en ambas tres, de manera que, al alinearse todas, en vista de planta no se vea más que la placa superior. • La placa intermedia (donde va fijado el motor pequeño) y la placa inferior (donde va fijado el motor grande) van a ser idénticas, por lo que se diseñará una única placa teniendo en cuenta los taladros para fijar tanto un motor como el otro. • Todo el diseño va a estar optimizado con respecto al motor más restrictivo, es decir, el motor pequeño del módulo superior, ya que es el motor con menor carrera de los dos. • Se intentará que los diseños de las placas sean lo más simétricos posibles. • Se simplificará el número de elementos de tornillería diferentes. En primer lugar, para tener el mínimo número de piezas diferentes y, en segundo lugar, para utilizar una única llave o tipo de llave para el montaje. Así, todos los tornillos que vayan apoyados sobre la cara superior de alguna de las placas serán según la norma ISO 10642:2004 [9], que son tornillos avellanados para llave Allen. Al ser avellanado, el tornillo queda introducido en la placa, sin sobresalir por la cara superior y no afecta a posibles montajes posteriores ni a la fijación de las estructuras a analizar. En cuanto a arandelas, todas seguirán la norma ISO 7089:2000 [10], que es la norma para arandelas planas. Por último, las tuercas irán según la norma ISO 4032:2012 [11], que son tuercas hexagonales normales. En todos los elementos roscados, se va a variar entre métricas M5 o M6 dependiendo del lugar en el que tienen que ir montados. • Todos los taladros que tengan que realizarse, se realizarán según la norma ISO 273:1979 [12], que establece los diámetros de los taladros pasantes para cada rosca métrica. También, si un taladro va a ir roscado, se establecerá el diámetro apropiado para su roscado posterior, es decir, su diámetro será el de la broca, no el diámetro nominal de la rosca. Así, se ha intentado reducir al mínimo el número de piezas diferentes a diseñar y, posteriormente, a fabricar, quedando únicamente: - Placa superior - Placa inferior (idéntica a la placa intermedia) - Zanco - Placa de refuerzo (se hablará de esta pieza a continuación) DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 27 Los planos de todas y cada una de estas piezas están incluidos en el ANEXO II. PLANOS. 4.1.1. DISEÑO DE LA UNIÓN MOTOR - PLACA SUPERIOR La placa superior tiene que ser solidaria con el vástago del motor, de manera que cuando éste se desplace, también se mueva la placa superior. El vástago del motor tiene en ambos extremos un orificio roscado por lo que, aprovechando esta característica, la solución a la que se ha llegado ha sido roscar un tornillo de ojo en dicho taladro roscado del extremo y por ese tornillo de ojo introducir un pasador cónico que atraviese tanto al propio tornillo de ojo como a la placa superior. Con esta solución, el tornillo de ojo está normalizado según la norma DIN 444:2017:04 [13] y el pasador cónico según la norma ISO 2339:1986 [14]. El hecho de utilizar un pasador nos da la posibilidad de desembragar fácilmente el motor del conjunto de placas, lo cual era un objetivo del proyecto. Además, al ser un pasador cónico, en la unión se produce un pequeño apriete, que no se tendría si se opta por utilizar un pasador cilíndrico. Esta unión es un poco débil y permite bastante trabajo a flexión, por lo que, además, se ha decidido introducir una placa de refuerzo, para rigidizar dicha unión, como se muestra en la Figura 17. Figura 17. Detalle del diseño de la unión del motor con la placa superior DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 28 En el caso del motor pequeño del módulo superior, la rosca del taladro del vástago es una métrica M5, por lo que se utilizará, tanto un tornillo de ojo de métrica M5 (DIN 444 M5x30) como un pasador cónico de diámetro 5 mm (ISO 2339 5x40) [13], [14]. En el caso del motor grande, la rosca del vástago es métrica M8, por lo que la solución será la misma, pero con este nuevo diámetro (tornillo de ojo DIN 444 M8x40 y pasador cónico ISO 2339 8x50) [13], [14]. Se ha diseñado la estructura para que el pasador cónico anteriormente mencionado, se sitúe justo sobre el punto medio de la placa. Por un lado, para que esté perfectamente alineado con el vástago del motor y, por otro lado, para que el esfuerzo que sufre la unión cuando el motor esté en marcha sea idéntico tanto en una dirección, como en la contraria. En cuanto a la placa de refuerzo, es similar a la pieza del zanco, que se explicará más adelante. Consiste en una pieza rectangular, de 22 mm de ancho y 60 mm de largo. Posee un taladro en el centro de diámetro igual al diámetro del pasador, por donde va a atravesar el mismo. Para fijar la placa de refuerzo a la placa superior tiene dos taladros más, de diámetro 6,6 mm, el diámetro necesario según la norma ISO 273:1979 para un tornillo de métrica M6 pasante [12], que se fijará con una arandela y una tuerca de la misma métrica. El tornillo será un ISO 10642 M6x40, con una arandela ISO 7089 6x12 y una tuerca ISO 4032 M6 [9]–[11]. 4.1.2. DISEÑO DE LA PLACA SUPERIOR Para el diseño de la placa superior hay que tener en cuenta tres series de taladros: los taladros para fijar las estructuras a analizar, los taladros de la unión con el vástago del motor y los taladros para fijar las guías a la placa (ver Figura 18). Los taladros necesarios para fijar las estructuras deben de estar en idéntica posición que los de la propia estructura, sin que esta sobresalga de la placa. Por ello, se extrae la posición de los taladros de los planos del diseño original de la maqueta del edificio multiplanta [8]. Dicha estructura se fija a la placa con tornillos de métrica M6 por lo que los taladros de esta placa superior serán de diámetro 6,6mm (diámetro necesario para una rosca de métrica M6 pasante, según norma ISO 273:1979 [12]). DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 29 También hay que diseñar los taladros de la unión con el vástago del motor anteriormente explicada, que consiste en un taladro de diámetro 5 mm para el pasador y dos taladros de 6,6 mm de diámetro a ambos lados para introducir sendos tornillos de métrica M6 pasantes [12]. Por comodidad, también se diseñan sus dos taladros simétricos. Estos cuatro taladros van a estar atravesados por tornillos avellanados de la norma ISO 10642:2004 [9], por lo que deben de ir avellanados. Figura 18. Esquema de los taladros de la placa superior Por último, para fijar las dos guías a esta placa superior, se diseñarán dos taladros para cada guía, que coincidirán con los dos taladros más próximos a los extremos de los cuatro que tiene la guía, para obtener una menor holgura. Además, se añadirá un taladro central para indicar la dirección de la guía. Estos taladros tienen que estar lo más próximos al lateral de la placa, teniendo en cuenta las dimensiones de la guía y los rodamientos, de manera que ninguno de ellos sobresalga por un lateral de la placa. La longitud de la guía va a estar centrada en la placa. Los taladros de las guías de HepcoMotion adquiridas son pasantes para una rosca de métrica M5, por lo que los taladros correspondientes en la placa superior deben de ser igualmente pasantes. De este modo, su diámetro será de 5,5 mm (diámetro apropiado según la norma ISO 273:1979 [12]) y, además, DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 30 estos taladros tendrán que estar avellanados, para ocultar la cabeza del tornillo. 4.1.3. DISEÑO DE LA PLACA INFERIOR Esta es la placa más compleja, ya que tiene que tener en cuenta tanto las necesidades de ser la placa inferior del módulo superior, como las necesidades de ser la placa superior del módulo inferior. Además, también se tendrán en cuenta los aspectos pertinentes de la placa inferior del módulo inferior, ya que, como se ha dicho con anterioridad, solo se diseñará una única placa, que servirá como placa intermedia y como placa inferior (aunque haya exceso de taladros). De esta forma, el diseño de la placa inferior tiene que contar con: taladros para fijar las guías, taladros para fijar los zancos, taladros para la unión del centro con el motor y taladros para fijar tanto el motor del módulo inferior como el motor del módulo superior. Todos esos taladros se pueden observar en la Figura 19: Figura 19. Esquema de los taladros de la placa inferior Como placa superior del módulo inferior, esta placa necesita los taladros para fijar las guías del módulo inferior y los taladros para la unión del centro. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 31 Estos taladros serán muy similares a los de la placa superior. En el caso de los taladros de las guías, serán idénticos, de 5,5 mm de diámetro y avellanados. En el caso de los taladros para la unión del centro, también serán idénticos: cuatro taladros avellanados de 6,6 mm de diámetro, dos útiles y dos simétricos, con la salvedad de que el taladro central del pasador, será de diámetro 8 mm en lugar de 5 mm. Como placa inferior del módulo superior, esta placa precisa de los taladros para para fijar los zancos, donde van a ir colocados los rodamientos. Se ha calculado la posición de estos zancos para que se aproveche al máximo la carrera del motor pequeño, con un margen de 5 mm en cada extremo, como precaución por si hay algún error de montaje, que las guías no se salgan. Cada zanco va a ir fijado a esta placa con dos tornillos de métrica M6, que irán roscados en la propia placa, por lo que se necesitarán ocho taladros (el diseño tiene cuatro zancos), de un diámetro menor (5 mm) para su posterior roscado. Por último, esta placa necesita los taladros para fijar ambos motores. Esta unión se realizará atornillando a la placa las bridas de los motores. De la información de dichas bridas, se obtiene la posición de los taladros para fijar los motores. Además, se considera que las bridas de ambos motores no sobresalgan del contorno del equipo, así como que el estátor de ambos motores sobresalga lo mínimo posible del conjunto general del sistema. En el caso del motor grande (módulo inferior), los dos taladros para fijarlo a la placa van a ser roscados para una métrica M6 (los taladros de la brida del motor tienen una dimensión para que sea pasante una métrica M6), por lo que el diámetro del taladro será de 5 mm para después ser roscado. En el caso del motor pequeño (motor del módulo superior), en cambio, los dos taladros van a ser de diámetro 5,5 mm (pasantes para una métrica M5, según norma ISO 273:1979 [12]) y van a ir avellanados por la parte trasera para ocultar la cabeza del tornillo. 4.1.4. ALIGERAMIENTOS Una vez diseñadas todas las placas principales, hay que proceder a un aligeramiento, es decir, a quitar material inútil de ellas para quitar peso innecesario en el equipo. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 32 En vez de quitar todo el material posible de cada placa por separado, lo que se va a hacer es un aligeramiento común a todas las placas, de manera que cuando estén alineadas, el contorno general de ambas placas sea idéntico. En primer lugar, se va a proceder a un redondeo de las cuatro esquinas, con un radio de acuerdo lo más grande posible sin que afecte a la instalación de ningún elemento ni quite ningún taladro ya diseñado. Este radio va a ser igual a 30 mm. En segundo lugar, se procede a quitar material del interior de las placas. En este caso, lo que restringe el aligeramiento son los taladros de la unión del centro, ya que no se puede retirar material de esa zona. Por ello, se deja el interior de la placa intacto y unido al resto de material imprescindible de la placa con una forma de cruz. El ancho del brazo de esa cruz lo determina la anchura de la brida del motor grande (motor del módulo inferior), ya que esta pieza debe apoyarse sobre una zona de la placa con material. Como todas las placas van a tener un aligeramiento común, los cuatro brazos de esta cruz tendrán esta anchura mencionada. 4.1.5. DISEÑO DEL ZANCO El diseño del zanco no tiene nada en particular. Es una pieza rectangular, cuya longitud es la distancia en la que existe material en la placa principal (para que el zanco no sobresalga ni por un lateral de la placa ni en ninguno de los aligeramientos), en concreto 94 mm y cuya anchura es de 22 mm (distancia suficiente para poder soportar los taladros correspondientes), como se puede ver en la Figura 20. Figura 20. Diseño del zanco DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 33 Simétricos con respecto de la longitud media del zanco, tiene dos taladros, de diámetro 7 mm (diámetro de broca necesario para roscar una métrica M8), separados por una distancia de 45 mm, donde se van a roscar los rodamientos. Además, también tiene dos taladros de diámetro 6,6 mm (pasante para rosca métrica M6, según norma ISO 273:1979 [12]) para introducir dos tornillos de métrica M6 y fijar los zancos a la placa correspondiente. Estos dos últimos taladros van a ir avellanados, ya que en dichos taladros se van a introducir tornillos de la norma ISO 10642:2004 [9]. 4.1.6. DISEÑO DEL CONJUNTO Uno de los objetivos de este proyecto es que el motor sea fácilmente desembragable. Por ello, en la mesa vibratoria no se ha introducido ningún tipo de fin de carrera, sino que se colocan unos topes de goma en los dos extremos del vástago del motor a modo de finales de carrera. Así, cuando el motor está embragado, la placa superior no se puede salir por los extremos de las guías ya que el movimiento lo determina la carrera del motor, que está restringida por los topes de goma en el punto mínimo y en el punto máximo. Una vez desembragado el motor, la parte móvil se puede deslizar hasta el extremo de las guías y para poder ser retirada. Todos los elementos de la mesa sísmica se han diseñado para aprovechar al máximo la carrera del motor pequeño, la cual se ha visto reducida por la previa instalación de las piezas de goma que actúan como finales de carrera del motor. En la Figura 21 se puede ver este máximo aprovechamiento de la carrera del motor, observando las posiciones mínima y máxima de la placa superior, que coinciden con la carrera mínima y la carrera máxima del vástago del motor. Figura 21. Detalle de la posición de la placa superior en la carrera mínima (arriba) y en la carrera máxima (abajo) del motor del módulo superior DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 34 Todo el sistema se ha diseñado en función del motor pequeño, pero la carrera del motor grande es mayor, por lo que se corre el riesgo de que la estructura se salga por los extremos de la guía del módulo inferior. Para ello, se prevé la colocación de dos piezas de goma más en el vástago del motor del módulo inferior para reducir la carrera de este motor. El montaje se ha diseñado para que la estructura, con ambos motores en sus carreras mínimas, esté alineada. Así, el sistema puede ser más compacto cuando esté en desuso o en la posición inicial. Este hecho también puede observarse en la Figura 21, ya que las placas están alineadas cuando la posición es la mínima. La función de los zancos es dar altura a las guías y a los rodamientos para salvar la altura del motor. En el caso del módulo superior, se instalará una única serie de zancos, sobre la que se roscarán los rodamientos. Previamente, se habrán colocado tres arandelas planas ISO 7089 8x16 [10] por cada rodamiento para así dar altura a estos rodamientos y evitar que el tornillo que fija la guía de la placa inmediatamente superior impacte con los zancos (este aspecto se detallará más adelante). En el caso del módulo inferior, el diseño será similar en cuanto a los rodamientos y las arandelas. En cuanto a los zancos, serán necesarios tres zancos apilados para superar la altura del motor de este módulo, ya que tiene mucha mayor altura que el del módulo superior. Esta diferencia en cuanto a la colocación de los zancos en el diseño del módulo inferior y el módulo superior puede verse en la Figura 22. Figura 22. Diferencia en el montaje de los zancos entre el módulo inferior (izquierda) y el módulo superior (derecha) DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 35 También se puede observar esta diferencia en la colocación de los zancos en ambos módulos con el diseño del montaje final realizado. En la Figura 23, además, se observa también el hecho de que, de no poner arandelas para elevar los rodamientos, los tornillos que sujetan las guías a la placa inmediatamente superior, impactarían con los zancos. Figura 23. Detalle de la diferencia en el montaje de los zancos y los rodamientos entre ambos módulos Con ambos módulos apilados y los motores correspondientes instalados y en la posición mínima de la carrera de cada uno de ellos, el diseño de la mesa sísmica de dos grados de libertad objeto de este Trabajo de Fin de Grado, con el diseño del montaje realizado, tiene el aspecto visible en la Figura 24: Figura 24. Diseño del montaje final de la mesa sísmica de dos grados de libertad DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 42 la función de cada botón o elemento que alojado en la botonera. Así, el diseño del mando queda finalizado y tiene el aspecto que se puede observar en la Figura 32: Figura 32. Diseño final del mando 4.3. DISEÑO DE LA CAJA Se realizará el diseño de dos cajas, una para los elementos externos del motor pequeño (motor del módulo superior) y otra para los elementos externos del motor grande (motor del módulo inferior). La razón de que se hagan dos cajas independientes para cada motor en vez de una para todos los elementos, se relaciona con que uno de los objetivos principales del proyecto sea que los motores puedan ser desembragados con facilidad para poder ser utilizados en otros fines. En el caso de quitar un único motor de la mesa sísmica para utilizarlo en otros proyectos, también hay que quitar su correspondiente driver y fuentes de alimentación, por lo que, de estar en la misma caja todos los elementos, si se quita un motor, se estarían quitando los componentes de los dos motores. El diseño de la caja se basa en un compartimento principal con una tapa que se abre y se cierra mediante el giro en torno a un eje. A este diseño hay que añadirle dos asas para poder levantar la caja, una en cada lado, en los rebajes DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 43 hechos para ese fin y un cierre para fijar la tapa cuando la caja esté completamente cerrada (Figura 33). Figura 33. Diseño de la caja Este primer diseño, que tiene las medidas necesarias para albergar el driver y las fuentes de alimentación de un motor, tiene 28 cm de longitud, 27 cm de anchura y 18 cm de altura. Estas medidas son mayores que las que puede llegar a fabricar una impresora 3D convencional, por lo que no se puede fabricar este diseño. La siguiente idea es dividir cada caja en dos partes, y unir ambas partes mediante tornillería. Pero la caja sigue siendo demasiado grande para realizarla en impresora 3D y, aunque dividiéndola en dos partes sí es viable de fabricar, tardaría demasiado tiempo. Además, una caja de plástico de esas medidas es sencilla de encontrar en el mercado y barata, por lo que fabricarla sería inviable en términos económicos y de tiempo. Se opta, por lo tanto, por la alternativa de comprar una caja de herramientas ya fabricada de plástico, como la de la Figura 34. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 44 Figura 34. Caja de herramientas Stanley Estas cajas, que van a contener los drivers y fuentes de alimentación de los dos motores, tienen que ser capaces de realizar todas las conexiones necesarias desde el exterior, por lo que, a mayores, hay que realizarlas unos mecanizados: • Hay que realizar una perforación del tamaño de un conector DB-9 para instalar la clavija contraria a la que se diseñó en el mando y realizar así la conexión desde el exterior. • Hay que realizar un agujero para poder conectar desde el exterior el conector del driver, que es de grandes dimensiones (Figura 35). Figura 35. Conector del cable proveniente del motor enchufado en el driver DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 45 • Hay que realizar un taladro por el que pueda salir de la caja un cable con un conector tipo BNC que se dejó para establecer la conexión con un ordenador y mandar señal analógica al motor (Figura 36). Este tipo de conector BNC es uno de los más utilizados para la rápida conexión o desconexión de cables coaxiales. Figura 36. Conector tipo BNC “macho” • Hay que realizar un agujero de las dimensiones de un conector C-14 (Figura 37) para poder conectar todo el conjunto a la corriente desde el exterior. Este conector es un tipo de enchufe para alimentación eléctrica. En el interior de la caja hay que conectar los cables correspondientes a los pines de este conector C-14 (tres pines para tres cables: neutro, fase y tierra); y en el exterior de la caja se introducirá un conector C-13 (el negativo) unido a un cable que se conecte directamente a la corriente eléctrica por el otro extremo. Figura 37. Conector C-14 DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 46 Con todos estos mecanizados realizados a cada caja se pueden conectar ambos drivers a su motor correspondiente, el driver o los drivers necesarios al ordenador, ambos mandos a cada uno de los drivers, y todo el conjunto a la corriente sin necesidad de abrir las cajas, todo desde el exterior. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 47 CAPÍTULO 5. PROTOTIPADO Este capítulo de prototipado se va a dividir en dos grandes apartados: el apartado de fabricación y el apartado de montaje. Después, cada apartado se va a dividir en cada una de las tres partes del proyecto: la mesa sísmica, el mando que controla los motores y la caja para albergar sus componentes externos. 5.1. FABRICACIÓN Dentro de este apartado, hay que hablar de la fabricación de las piezas que componen la mesa y de la fabricación de las piezas que componen el mando. En este apartado de fabricación no se va a hablar de la caja porque se ha optado por comprarla ya fabricada, como se ha explicado en el CAPÍTULO 4. DISEÑO. 5.1.1. FABRICACIÓN DE LA MESA Todas las piezas que van a componer la mesa sísmica se van a fabricar en aluminio, con un espesor de 10 mm y fabricadas mediante corte por láser. La empresa encargada de esta tarea es Láser Ebro S.L., una empresa especializada en el corte de metal. En total, para el conjunto de la mesa sísmica de dos grados de libertad, es necesario fabricar: - 2x Placa inferior - 1x Placa superior - 2x Placa de refuerzo - 16x Zanco Una vez recibidas las piezas encargadas, hay que realizar manualmente todos los taladros que están en el diseño de esas piezas, así como otros mecanizados como por ejemplo operaciones de avellanado o roscado. Todas estas operaciones se van a realizar en el Taller de Fabricación de la Sede Francisco Mendizábal de la Escuela de Ingenieros Industriales. Para el mecanizado de estos taladros, primeramente es necesario marcar su posición exacta mediante la utilización de un gramil, elemento que se observa DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 48 en la Figura 38. Este instrumento nos permite marcar la pieza de metal para posicionar cada uno de los taladros en las coordenadas exactas en las que estaban diseñados. Una vez realizada la marca en las coordenadas exactas, se golpea con una punta de marcado para dejar en la pieza metálica un pequeño agujero, que permitirá, posteriormente, que la broca del taladro perfore con mayor facilidad. Figura 38. Placa superior con gramil para marcar la posición de los taladros que faltan Una vez estén marcadas las posiciones exactas de todos los taladros que hay que realizar, se procede a su mecanizado, que se realizará en un taladro de columna convencional (Figura 39). En el caso de los zancos y de las placas de refuerzo no hay ningún problema, todos los mecanizados se realizan con facilidad. Pero en las placas inferiores y en la placa superior, debido a sus grandes dimensiones, los taladros del centro, destinados a la unión de la placa con el slider del motor, hay que realizarlos en otro taladro de columna más grande (Figura 40), ya que, en este, la placa golpea con la columna y no llega la broca a los taladros centrales. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 49 Figura 39. Mecanizado de una de las placas mediante un taladro de columna Figura 40. Taladro de columna de grandes dimensiones DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 50 Con el taladro de columna, se realizarán también los avellanados necesarios. Esta operación se realiza empleando una broca para avellanar, en vez de una broca para taladrar. Estas brocas son más anchas, acabadas en una punta con el ángulo apropiado para el avellanado (90 grados en este caso). Para comprobar la profundidad del avellanado se tomará como referencia el tornillo que se vaya a usar posteriormente (ISO 10642 M5 o ISO 10642 M6, en cada caso) hasta ver que la profundidad del taladro oculta totalmente la cabeza de dicho tornillo. Una vez realizada esta operación correctamente en una de las perforaciones, se toma esta como referencia y se bloquea el taladro en la profundidad del avellanado realizado. Así, con la profundidad fijada, el resto de taladros en los que sea necesario realizar también esta operación, van a tener la misma profundidad de avellanado. Por último, después de realizar tanto los taladros como los avellanados de aquellos agujeros en que sean necesarios (ambas operaciones realizadas en el taladro de columna), hay que roscar aquellos taladros que se precise que sean roscados. Para realizar esta operación, se fija la pieza cuyos taladros se quieren roscar a una mesa con la ayuda de un gato, y se procede al roscado de dichos taladros mediante machos de roscar, del diámetro de rosca apropiado para cada taladro (Figura 41). Figura 41. Placa fijada a la mesa mediante un gato para el roscado de algunos de sus taladros DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 51 Los machos de roscar son herramientas que permiten realizar roscas interiores. Son de un material muy duro y, mediante su giro, realizan la forma de la rosca en un agujero de una pieza metálica, al ser este material más blando que el de la herramienta. Las piezas de este proyecto son de aluminio, que es un material muy blando, por lo que no sería necesario, pero, por si acaso, se utiliza un aceite lubricante para evitar la fractura de los machos de roscar. Además, para evitar que, al apretar el gato, este deje alguna marca en la pieza metálica, se coloca justo encima de la pieza una tabla de madera para que sea esta la que haga el contacto con el gato. En el caso de las piezas pequeñas, estas no serán fijadas con un gato a la mesa, sino que se inmovilizarán por medio de una mordaza para poder roscar sus taladros, como es el caso de los zancos, tal y como puede observarse en la Figura 42. Figura 42. Zanco inmovilizado con una mordaza para el roscado de sus taladros 5.1.2. FABRICACIÓN DEL MANDO El mando al completo se va a fabricar en material PLA, mediante impresora 3D. Todas las piezas que van a formar parte del mando se van a realizar en una impresora 3D en el Centro Tecnológico CARTIF, en el Parque Tecnológico de Boecillo (Valladolid). DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 58 Figura 47. Detalle del montaje de los rodamientos en el módulo inferior Después, el diseño prosigue igual: los rodamientos se colocan en sus respectivos taladros, sobre tres arandelas, que permiten salvar los tornillos que fijan las guías de la placa intermedia. Para la instalación de cada uno de estos cuatro conjuntos se emplearán dos tornillos ISO 10642 M6x40 [9], que se atornillarán directamente en la placa inferior. Como el rodamiento oculta la vertical de la cabeza del tornillo, para su apriete se empleará una llave Allen de cabeza redonda, que permite apretar los tornillos lateralmente (Figura 48). Figura 48. Detalle de la fijación de los zancos a la placa inferior mediante una llave Allen de cabeza redonda DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 59 La colocación de los rodamientos se ha realizado de la siguiente manera: los rodamientos excéntricos en el interior de las guías y los rodamientos concéntricos en el exterior. Por último, a esta placa, que es la que va a ir en la posición más inferior de toda la mesa sísmica se le colocan unos topes de goma en cada una de las cuatro esquinas, a modo de patas, de manera que toda la mesa apoye sobre ellos y que, cuando los motores estén en marcha, la mesa no resbale de la superficie sobre la que esté colocada. De esta manera, se finaliza el montaje de la placa inferior (a falta de colocar el motor) (Figura 49). Figura 49. Placa inferior totalmente montada (incluido el motor) Posteriormente al montaje de toda la placa inferior, se procede con la placa intermedia. En ella, para completar el montaje del módulo inferior de la mesa sísmica hay que fijar el primer par de guías. Para cada una de las dos guías, se utilizarán cuatro tornillos ISO 10642 M5x30 [9], que irán pasantes en la placa intermedia y en la guía, aprovechando los taladros que vienen del fabricante. Estos se apretarán mediante la utilización de sus respectivas arandelas y tuercas. Como en todo el montaje de la mesa, se utilizará una arandela ISO 7089 6x12 con una tuerca ISO 4032 M5 [10], [11]. Al utilizar tornillos avellanados en taladros a los que previamente se les ha realizado un avellanado, la cabeza de estos tornillos no sobresale y la superficie de la placa intermedia queda totalmente plana. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 60 Por último, en esta placa intermedia solo queda por montar la unión con el motor. Esta unión, en un principio, se había diseñado con un pasador cónico que atravesaba el tornillo de ojo fijado al slider del motor pero, al igual que ha pasado con los rodamientos, la unión de la placa móvil con el vástago del motor también va a sufrir ligeros cambios. Inicialmente, la idea del pasador cónico en la unión, en cuanto a que el motor fuera fácilmente desembragable, era buena, pero, una vez el pasador está introducido, es difícil quitarlo. Por ello, era necesario variar el sistema de la unión. El sistema que se ha ideado y, consecuentemente se ha montado consiste en un tornillo de cabeza cilíndrica introducido en el taladro central donde debía de ir el pasador cónico. Acoplado con ese tornillo está el tornillo de ojo. Así, cuando sea necesario embragar el motor, el tornillo de ojo ya está instalado y lo que hay que hacer es roscarlo en el vástago del motor, mediante el giro de este. Además, la tuerca y la arandela que se mencionaron en el montaje del motor, se colocarán aquí y se acoplarán al motor cuando se realice el embrague del mismo (Figura 50). Figura 50. Detalle de la parte de la unión central instalada en la placa intermedia En cuanto a la placa de refuerzo, sigue igual que el diseño, fijada a la placa intermedia con dos tornillos ISO 10642 M6x40 con sus respectivas arandelas ISO 7089 6x12 y sus respectivas tuercas ISO 4032 M6 [9]–[11]. Con el cambio de diseño, para introducir el tornillo de cabeza cilíndrica en el taladro central donde debía de ir el pasador cónico, hay que roscar este taladro de la misma manera que se realizó con el resto de piezas anteriormente, mediante la utilización de machos de roscar. A la hora de realizar la rosca en DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 61 este taladro, para que esta tenga continuidad, se realizará con la placa de refuerzo ya atornillada y se roscarán las dos piezas (placa de refuerzo y placa intermedia) a la vez. La rosca apropiada para este módulo inferior es métrica M8, que es el diámetro del taladro del extremo del vástago del motor, donde va a ir introducido el tornillo de ojo. Con la placa inferior montada por completo (a falta de poner el motor) y la placa intermedia con todos los elementos del módulo inferior (las guías y los elementos de la unión con el motor), hay que proceder a realizar el ajuste de los rodamientos. Se unen la placa inferior y la placa intermedia por medio de las guías y los rodamientos, que se acaban de montar y se comprueba que desliza bien, sin grandes rozamientos. Este rozamiento entre las guías y los rodamientos se corrige mediante el ajuste de las excentricidades de los rodamientos excéntricos. Para ello, con dos llaves combinadas, se giran la tuerca y la contratuerca de cada rodamiento, como se puede ver en la Figura 51. Las tuercas y contratuercas de los rodamientos concéntricos para fijar estos correctamente al conjunto y las de los rodamientos excéntricos para variar su excentricidad y colocar el rodamiento en la posición deseada hasta comprobar que no hay holguras en la unión de los rodamientos con las guías. De esta manera, se consigue que la placa intermedia deslice perfectamente sobre la placa inferior. Figura 51. Detalle del ajuste de los rodamientos del módulo inferior DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 62 Una vez ajustados los rodamientos hay que colocar el motor. Es conveniente no apretar del todo los tornillos que fijan el motor a la placa inferior hasta realizar la unión con la placa intermedia. Así, se utilizan las holguras para realizar todas las uniones, y cuando estas estén realizadas es cuando se eliminan esas holguras. Se coloca el motor y se aprietan ligeramente los dos tornillos preparados para unir la brida del motor a la placa inferior. Después se coloca la placa intermedia mediante la unión de las guías con los rodamientos. A continuación, se desliza la placa intermedia sobre los rodamientos hasta que el tornillo de ojo colocado en la unión encaje con el extremo del vástago del motor. En ese punto se comienza a girar el vástago hasta que este y el tornillo de ojo queden totalmente unidos por la rosca, tal y como se observa en la Figura 52. Figura 52. Detalle de la unión de la placa intermedia con el motor del módulo inferior Con la unión del centro de la placa intermedia con el slider del motor totalmente realizada es cuando se aprietan definitivamente los tornillos que unen el motor a la placa inferior. Finalmente, se obtiene una mesa sísmica funcional de un grado de libertad. 5.2.1.3. MONTAJE DEL MÓDULO SUPERIOR El montaje del módulo superior es similar al montaje análogo del módulo inferior. Además, para realizar este montaje es necesario seguir el mismo orden que se ha seguido para el montaje del módulo inferior: DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 63 1) Montar los elementos que corresponden al módulo superior sobre la placa intermedia (zancos, pletinas, rodamientos, etc.). 2) Montar toda la placa superior (acoplar las guías a dicha placa). 3) Unir la placa superior con la placa intermedia introduciendo las guías montadas sobre la placa superior en los carriles formados por los rodamientos de la placa intermedia. 4) Ajustar los rodamientos excéntricos para un buen deslizamiento de la placa superior. 5) Colocar el motor sobre la placa intermedia, pero sin apretarlo definitivamente. 6) Realizar la unión central de la placa superior con el vástago del motor del módulo superior, colocado sobre la placa intermedia. 7) Fijar definitivamente el motor. Aunque el montaje del módulo superior sea igual que el montaje del módulo inferior, va a haber alguna diferencia entre ambos montajes. Cada par de rodamientos del módulo superior (cada rodamiento atornillado con su respectiva tuerca) se va a colocar sobre una pletina, levantada esta mediante cinco arandelas ISO 7089 8x16 y fijada a la placa intermedia por dos tornillos ISO 10642 M6x20, que son tornillos avellanados para dejar oculta la cabeza y de llave Allen [9], [10] (Figura 53). Figura 53. Montaje de los rodamientos del módulo superior sobre la placa intermedia (incluida la colocación del motor) DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 64 Como ya se ha explicado al comienzo de este capítulo, en este módulo los rodamientos son de perno corto, en vez de perno largo, por lo que no permite añadir arandelas en su perno. La función de estas arandelas, que en el módulo inferior sí se podían añadir, era levantar ligeramente los rodamientos para evitar el choque de la pletina con los tornillos que fijan las guías, que sobresalen de la placa superior. Por lo tanto, estos rodamientos, se colocan sin arandelas en su perno. Se pasa ahora a realizar el montaje de la placa superior, que consiste, al igual que en el otro módulo en fijar las dos guías, en este caso con dos tornillos ISO 10642 M5x30, dos arandelas ISO 7089 6x12 y dos tuercas ISO 4032 M5 por cada una de las dos guías [9]–[11]. La diferencia con el montaje del módulo inferior es que estos tornillos que fijan las guías, hay que cortarlos (el sobrante, 2 mm) para que no impacten con las pletinas de la placa intermedia a la hora de juntar las dos placas, como se ha explicado anteriormente. Así, se soluciona el problema de que no se puedan colocar arandelas en el rodamiento por ser rodamientos de perno corto y se evita el impacto del tornillo (Figura 54). Figura 54. Detalle del montaje de los rodamientos en el módulo superior (después del montaje completo). Se observa que no hay ningún tornillo que impacte con la pletina. Además, en esta placa hay que realizar también el montaje de la unión central, que será idéntica a la del módulo inferior, con la excepción de que tanto el tornillo de ojo como el tornillo roscado en el agujero central son de métrica M5, que es la métrica que coincide con el taladro roscado del vástago del motor (para que coincidan el taladro del vástago con el tornillo de ojo que se va a introducir). DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 65 Al igual que en el módulo inferior, el roscado del agujero central se realizará con la unión del centro ya apretada y se roscarán la placa de refuerzo y la placa superior conjuntamente para que haya continuidad en la rosca. Con la placa superior totalmente montada, se une esta al conjunto de la mesa sísmica deslizando las guías de la placa superior sobre los rodamientos. Mediante dos llaves combinadas, se aprietan los rodamientos concéntricos en su posición y se varían las excentricidades de los rodamientos excéntricos hasta comprobar que la placa superior desliza perfectamente sobre la placa intermedia (al igual que ya se hizo en el módulo inferior). Una vez comprobado que la placa superior desliza perfectamente, se coloca el motor y se aprieta ligeramente por medio de dos tornillos ISO 10642 M5x30 que se introducen desde debajo de la placa intermedia y se fijan con dos tuercas ISO 4032 M5 encajadas en la brida del motor [9], [11]. Es entonces cuando se desliza la placa superior hacia el motor hasta que el tornillo de ojo encaje en el taladro roscado del vástago. Para realizar la unión, se gira el vástago hasta que el tornillo de ojo quede totalmente roscado. Con esta unión realizada, se aprieta definitivamente el motor. Con este último paso, se obtiene el resultado final: una mesa sísmica funcional de dos grados de libertad, que se puede observar en la Figura 55: Figura 55. Montaje final de la mesa sísmica de dos grados de libertad DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 66 5.2.2. MONTAJE ELÉCTRICO-ELECTRÓNICO En este siguiente apartado se van a describir, por un lado, las conexiones entre todos los componentes de cada montaje motor (conexiones entre el motor y el driver, entre el driver y las fuentes de alimentación y entre todos esos elementos para conectar a la corriente) y, por otro lado, las conexiones, hechas posteriormente para poder manejar cada uno de los motores de manera externa mediante el mando fabricado para tal función. Estas conexiones van a unir los diferentes componentes electrónicos entre ellos y con los terminales del controlador de cada motor. 5.2.2.1. CABLEADO ENTRE ELEMENTOS DEL MOTOR En primer lugar, se va a describir brevemente el driver de ambos motores, que es idéntico en ambos, y va a ser el componente del motor en el que se van a conectar la mayoría de cables y se van a realizar la mayor parte de las conexiones. Al driver se van a conectar el motor, las fuentes de alimentación y los componentes electrónicos del mando. Este controlador tiene cuatro zonas principales en las que conectar cables: • X1: MOT SUPPLY • X2: MOT PHASES • X3: MOT SENSOR • X4: LOGIC SUPPLY / CONTROL En ambos motores, las zonas X2 MOT PHASES y X3 MOT SENSOR están destinadas para la conexión con el motor directamente mediante el cable propio de cada motor: LINK05-Y/R-2 en el caso del motor del módulo superior, y LINKS05-Y/C-4 en el caso del motor del módulo inferior. Estos dos cables se diferencian en que el cable del motor pequeño es un cable normal mientras que el cable del motor grande es un cable de alta flexibilidad. Además, no pueden ser intercambiados debido a que el motor pequeño tiene un conector tipo R y el motor grande tiene un conector tipo C. Por ello, cada motor precisa de su propio cable. La zona del driver X1 MOT SUPPLY sirve para suministrar energía al motor, por lo que es aquí donde hay que conectar una fuente de alimentación. Esta zona del driver tiene dos terminales, uno negativo y otro positivo, que hay que conectar con los terminales negativo y positivo de la fuente de alimentación de 72 V de cada motor: la del motor pequeño, de 500 W y la del motor grande, de 1000 W. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 67 Para ello, se utilizará un cable bipolar, recubierto con material aislante. Los dos conductores en su interior se conectarán uno al borne negativo (cable marrón) y otro al borne positivo (cable azul). La zona del driver X4 LOGIC SUPPLY / CONTROL sirve para poder controlar el motor de manera externa y, por lo tanto, también hay que dotarla de alimentación. Está compuesta por once terminales, de los cuales dos son entradas de alimentación, dos son salidas digitales, otras cuatro son entradas digitales y tres entradas analógicas. En ambos motores, en la entrada 9. AnIn (Analogical Input), se va a insertar un cable, acabado en un conector BNC para, como se ha explicado en capítulos anteriores, introducir al motor una señal analógica. También en ambos motores, los dos primeros terminales de estos once que posee el driver se van a emplear para conectar la fuente de alimentación adicional, que va a suministrar energía a todos los elementos que van a controlar el motor de manera externa. Así, se utiliza la entrada 1. DGND y la entrada 2. 24VDC del driver para conectar los cables que irán a los bornes negativo y positivo, respectivamente, de la fuente de alimentación adicional de cada uno de los dos motores. En el caso del motor del módulo superior, la fuente de alimentación adicional es de 24 VDC y 25 W, mientras que la del módulo inferior será de 24 VDC y 100 W. Para esta conexión se utiliza un cable recubierto con aislante, bipolar (con dos cables en su interior). Se utilizará el cable marrón para el polo negativo y el cable azul para el polo positivo. Con la fuente de alimentación de 72 V conectada al driver en la zona que suministra energía al motor, y la fuente de 24 VDC conectada al driver para suministrar energía a los componentes electrónicos, además de con el cable de entrada analógica instalado ya en los drivers de ambos motores, los montajes de los componentes del motor del módulo superior y del módulo inferior van a tener algunas diferencias. En el caso del motor pequeño, la fuente de alimentación adicional de 24 VDC se va a conectar con la fuente de alimentación principal de 72 V – 500W. Para ello se utilizará un cable monofásico tripolar (tres conductores en su interior), donde se conectará el cable marrón a la fase, el cable azul al neutro y el cable amarillo-verde a tierra, en un extremo en una fuente de alimentación y en el otro extremo, en la otra. Se utilizará otro cable monofásico tripolar donde se conectarán de igual manera (cable marrón a fase, cable azul a neutro y cable amarillo-verde a tierra) los cables en la fuente de alimentación principal, y con un cabezal de enchufe tipo F en el otro extremo del cable, para conectar directamente a la corriente monofásica. En la Figura 56 está detallado el DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 74 Figura 60. Esquema del circuito electrónico con el conector DB-9 El conector DB-9 tiene nueve pines a los que soldar cables. Para que no haya confusión, los cables se van a unir a los respectivos pines de la siguiente manera: • Pin uno: todos los cables que van al borne negativo de la fuente de alimentación. • Pin dos: todos los cables que van al borne positivo de la fuente de alimentación. • Pin tres: todos los cables dirigidos al terminal 3. Out del driver. • Pin cuatro: todos los cables que van al terminal 4. Out del driver. • Pin cinco: todos los cables que van a la entrada 5. In del driver. • Pin seis: todos los cables que a la entrada 6. In del driver. • Pin siete: todos los cables que a la entrada 7. In del driver. • Pin ocho: todos los cables que a la entrada 8. In del driver. • Pin nueve: todos los cables que van a la entrada 9. AnIn del driver. Las conexiones de los cables a los pines del conector DB-9 tienen que estar realizadas correctamente y de manera idéntica en las dos partes del circuito, ya que, si en un lado del circuito se conecta un cable a un pin y en el otro, la continuación de ese cable está conectada a un pin diferente, el sistema no va a funcionar, e incluso va a dar problemas. Así, se sueldan dichos cables a las patillas de la parte trasera correspondientes del conector DB-9, tanto en la parte “hembra”, ubicada en el mando fabricado, DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 75 como en la parte “macho” que va a ir ubicada en la caja del driver y las fuentes de alimentación (Figura 61). Figura 61. Detalle de la soldadura del conector DB-9 "macho" en el extremo del driver Estas uniones se realizan con un equipo de soldadura para electrónica, concretamente el que se puede observar en la Figura 62. Con este equipo y con un carrete de hilo de estaño se realizan las soldaduras de los cables a sus correspondientes pines en el conector. Figura 62. Soldador de electrónica con estaño DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 76 Posteriormente a la soldadura de los nueve cables del conector DB-9, se va a utilizar esta herramienta también, para soldar los cables necesarios a la hora de realizar las uniones entre los componentes electrónicos. Además, también será preciso realizar soldaduras de dos o más cables o de un cable con las resistencias que hay que añadir en el circuito. Para esta tarea, se utilizará material termosensible con el objetivo de dejar ocultas las soldaduras y el interior de los cables y evitar contactos indeseados. Para realizar las uniones entre los componentes electrónicos, anteriormente hay que haber colocado cada uno de ellos en su lugar correspondiente. Los pulsadores, el conmutador y el potenciómetro se introducen por la parte interna del mando y se fijan con una tuerca desde el exterior, por lo que, una vez soldados los cables correspondientes, estos elementos pueden ser retirados. En el caso del interruptor y de los LEDs, se colocan a presión en el taladro correspondiente, por lo que una vez sus cables estén soldados, no pueden ser retirados. Figura 63. Mando con todo el cableado en su interior finalizado DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 77 Cuando todos los cables y resistencias estén soldados y todo los componentes electrónicos estén unidos correctamente, el resultado final es el que se puede observar en la Figura 63, en la que se también se puede apreciar que ya se ha fijado el conector DB-9 en sus taladros correspondientes, con los tornillos especiales para este tipo de conectores, como se explicó anteriormente en el CAPÍTULO 4. DISEÑO. Con todo el cableado terminado, ya solo queda cerrar el mando, por lo que se unirán las dos partes del mando fabricadas, la parte inferior y la parte superior, con todo el cableado en su interior y los componentes electrónicos (interruptor, LEDs, botones, conmutador y potenciómetro) ya instalados. Para fijar estas dos partes, se emplean los tornillos autorroscantes que se mencionaron en el CAPÍTULO 4. DISEÑO, de la norma ISO 7049:2011 [15], concretamente cinco por cada mando, de métrica M3. Estos se introducen desde el exterior de la parte inferior en sus respectivos taladros, realizados para que se pueda ocultar la cabeza de cada tornillo, y se roscan en el material de la parte superior. Con este último proceso, se finaliza el montaje del mando. El resultado final es el que se puede apreciar en la Figura 64. Figura 64. Mando finalizado DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 78 El resultado es un mando funcional, de un buen agarre debido a un diseño ergonómico, y con acceso a todos los componentes instalados cuando el mando está agarrado con la mano. Además, gracias a la instalación de un conector del tipo del conector DB-9, el acoplamiento de este mando con el resto del equipo, se realiza mediante la conexión de un único cable, y no mediante la conexión de nueve cables, que son los que se unen al conector. Tras el montaje del mando completo, este conector queda instalado en el mando tal y como se observa en la Figura 65. Figura 65. Detalle del conector DB-9 instalado en el mando finalizado Para poder utilizar el mando para controlar el motor de manera externa basta con unir este conector DB-9 “hembra” al conector DB-9 “macho” que se dejó unido al controlador del motor. O bien, emplear un cable con los dos cabezales a ambos extremos del cable, a modo de alargadera, para una mayor comodidad. 5.2.3. MONTAJE DE LA CAJA Dentro de este capítulo de montaje se han descrito los montajes de todos los apartados del proyecto: en primer lugar, el montaje de la mesa sísmica; en segundo lugar, el montaje del mando y los componentes electrónicos; y, por DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 79 último, en este apartado se va a describir el montaje de la caja de cada uno de los motores. El montaje de estas cajas no se ha realizado ya que, al comprar la caja fabricada en vez de fabricarla mediante impresión 3D, queda pendiente su adquisición. Además, no hay inconveniente en dejar todos los componentes de los motores encima de una mesa o anclados a una tabla en lugar de introducirlos en una caja. Aun así, se especifica el montaje que hay que realizar en ella. En primer lugar, cada una de estas cajas va a contener el driver y las fuentes de alimentación de cada motor. En el caso del driver, este va a ir atornillado al fondo de la caja. Para ello, se harán dos agujeros con un taladro de mano convencional para hacer pasar unos tornillos, que atravesarán la caja de plástico, y que serán fijados mediante dos arandelas y dos tuercas desde el exterior. En el caso de las fuentes de alimentación, en vez de atornillar cada una de ellas al fondo de la caja, estas van a ir encajadas sobre un carril convencional de 30 mm de anchura. Para ello, previamente se habrá fijado el carril, de manera idéntica a como se ha hecho con el driver, por medio de dos taladros que vienen practicados en dicho carril. Una vez colocado en el fondo de la caja, se encajarán sobre él las fuentes de alimentación de manera que estas podrán ser retiradas fácilmente deslizando cada una de ellas hasta el final del carril. Como ya se explicó en el CAPÍTULO 4. DISEÑO, a cada una de estas cajas, además, hay que practicarle cuatro agujeros. El primero de ellos es un agujero de grandes dimensiones por donde se va a poder introducir, desde el exterior, el conector que va desde el motor hasta el driver. Este conector es muy grande por lo que, si no se conecta desde el exterior a través de un agujero en la caja, esta caja debería de tener unas dimensiones excesivamente grandes. El segundo de los agujeros es un taladro, circular y pequeño, por donde va a salir un cable desde el controlador para poder conectar el sistema a un ordenador y mandar señal analógica al motor. Este cable es el que sale del terminal 9. AnIn del driver y termina en un cabezal con conector BNC, detallado en el CAPÍTULO 4. DISEÑO. El tercero de los orificios es uno de las dimensiones de un conector C-14, para poder instalar dicho conector en las paredes de la caja. Este conector sirve para enchufar todo el conjunto a la corriente eléctrica desde el exterior mediante un DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 80 cable con un cabezal C-13 en uno de sus extremos y un enchufe tipo F en el extremo contrario. El cuarto y último taladro de la caja es uno de las dimensiones de un conector DB-9. En este agujero se va a instalar el conector DB-9 del circuito detallado del lado del driver, con sus respectivos cables soldados unidos a todos los terminales del controlador. Todas las conexiones entre los elementos contenidos en la caja ya están realizadas, salvo soldar los tres cables provenientes de la fuente de alimentación principal (cable marrón para la fase, cable azul para el neutro y cable amarillo-verde para la tierra) al conector C-14 que estará instalado en la pared de la caja. Todos estos mecanizados están ideados para ser realizados en un futuro en ambas cajas, de manera que ambas sean idénticas. De esta manera, se consigue que todo el sistema se ponga en funcionamiento sin necesidad de abrir la caja, todas las conexiones se realizan desde el exterior. Sin embargo, en el caso de la caja destinada a los componentes del motor grande del módulo inferior surge un inconveniente, ya que precisa, además de un enchufe para corriente monofásica (que se puede conectar a través del conector C-14), de un enchufe para corriente trifásica. Este cabezal de enchufe para corriente trifásica es muy grande, por lo que va a ser excesivo realizar un taladro de esas dimensiones en la caja. Por lo tanto, en la caja de este motor se dejará como provisional el realizar este taladro, o bien, se admite la excepcionalidad de abrir la caja para conectar el enchufe a la corriente trifásica. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 81 CAPÍTULO 6. PUESTA EN MARCHA Para la puesta en marcha de todo el conjunto de la mesa sísmica es necesario que todos los elementos estén conectados. En el CAPÍTULO 5. PROTOTIPADO, y más concretamente en el apartado 5.2. MONTAJE, se han descrito paso a paso las conexiones eléctricas que hay que realizar entre todos los componentes adicionales de los motores para que estos funcionen. Además, ya se han fabricado y montado sendos mandos para el control externo del movimiento de los motores. Por lo tanto, para la puesta en marcha de la mesa sísmica objeto de este proyecto hay que realizar tres tipos de conexiones. En primer lugar, hay que conectar cada motor con su driver. Esto se llevará a cabo mediante el cable apropiado para cada uno de los motores: el cable LINK05-Y/R-2 para el motor del módulo superior, y el cable LINKS05-Y/C-4 para el motor del módulo inferior. La unión de estos cables con sus respectivos drivers es idéntica (hay que ocupar las zonas X2 MOT PHASES y X3 MOT SENSOR del driver con sus respectivos conectores), pero la unión con el motor es diferente en cada uno de ellos, por lo que estos cables no pueden ser intercambiados. En segundo lugar, hay que conectar todo el sistema eléctrico a la corriente. Este proceso también se ha explicado con anterioridad. Si se van a realizar análisis sobre una estructura, excitando esta en una única dirección de movimiento, solo se va a utilizar el motor del módulo superior, por lo que sólo será necesario conectar un enchufe a la corriente monofásica. Si por el contrario la estructura sobre la que se quiere realizar el análisis debe ser excitada con un movimiento compuesto en dos direcciones, es necesario conectar ambos motores, por lo que será necesario conectar dos enchufes a la corriente monofásica y un tercer enchufe a la corriente trifásica. Esto es debido a que el motor del módulo superior necesita una única conexión a corriente monofásica mientras que el motor del módulo inferior necesita una conexión a corriente monofásica y otra a corriente trifásica. Por último, si se quiere tomar el control del motor de manera externa, es necesario conectar cada uno de los mandos a su driver correspondiente. Esta operación se realiza mediante un cable con dos conectores DB-9 a cada uno de sus extremos, un conector “macho” y un conector “hembra”. Estos dos conectores de los extremos del cable se acoplarán a los conectores DB-9 complementarios, situados, uno en el mando, y el otro en la zona del driver y las fuentes de alimentación. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 82 La unión del conector DB-9 del mando con su correspondiente conector situado en el cable, al igual que la unión similar en el extremo opuesto del cable, no solo se va a realizar mediante el acoplamiento de las dos clavijas, sino que se va a fijar mediante el apriete de dos tornillos que vienen incorporados en el cable sobre los tornillos especiales con el interior de la cabeza roscada que se instalaron en la parte delantera del mando. Si se van a utilizar los dos motores, es necesario conectar ambos mandos mediante dos cables similares al que se acaba de mencionar. De manera adicional, el cable que sale del terminal 9. AnIn de cada driver se puede conectar, mediante el conector BNC instalado en su extremo, a un ordenador para introducir señal analógica en el motor. Esta operación se lleva a cabo mediante una tarjeta de adquisición de datos conectada al ordenador, disponible en el laboratorio, el hardware SIRIUS. Mediante este equipo y el software DEWESoft, se puede enviar cualquier tipo de señal al motor. De igual manera, este software va a servir, posteriormente, para analizar el comportamiento de las estructuras que se quieren estudiar sobre la mesa sísmica ya que, en vez de producir una señal en el ordenador y enviarla al motor, también se puede hacer la operación contraria, introducir datos al ordenador procedentes de otro instrumento, como pueden ser las aceleraciones captadas por una serie de acelerómetros o desplazamientos medidos con un láser. Estos datos obtenidos se pueden interpretar, medir, analizar o exportar. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 83 CAPÍTULO 7. CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS La mesa sísmica de dos grados de libertad diseñada y fabricada en este Trabajo de Fin de Grado cumple con todos los objetivos planteados. En primer lugar, y el más importante, el fabricar una mesa sísmica de dos grados de libertad, totalmente funcional, para disponer de ella en el Departamento de Estructuras ya que, anteriormente, solo se disponía de una mesa sísmica de un grado de libertad compuesta mediante un motor paso a paso, diseñada y fabricada en un Trabajo de Fin de Grado anterior [3]. En segundo lugar, esta mesa sísmica diseñada y fabricada cumple con todos los objetivos planteados inicialmente, que son tener la menor altura posible, ser lo más ligera posible y desembragar los motores con facilidad. Además, se han elaborado unos mandos con los que manejar los motores sin necesidad de conectarlos a un ordenador y se ha compactado todo el cableado de manera que quede expuesto al exterior el menor número de cables posible, ya que todo el cableado de los mandos está en su interior y la conexión con el resto del conjunto se realiza mediante un único cable. Durante este proyecto, también se han adquirido o mejorado ciertas competencias: • Se han utilizado programas de diseño por ordenador, como CATIA V5, tanto para el diseño de las piezas en tres dimensiones, como para la elaboración de planos de esas piezas a partir del diseño. Asimismo, se han diseñado todas las piezas pensando en su posterior fabricación: en el caso de las piezas de aluminio, para corte por láser y en el caso del mando, para fabricación con impresora 3D. • Se ha realizado trabajo de taller, tanto a nivel de maquinaria pesada, como puede ser realizar taladros en un taladro de columna o cortar aluminio en una sierra industrial, como a nivel de herramientas ligeras, como puede ser roscar taladros mediante machos de roscar. • Se han realizado trabajos en materia de electricidad y electrónica, gracias al montaje de todos los circuitos eléctricos y la instalación de todos los componentes electrónicos, así como soldar todos los cables mediante un equipo de soldadura de electrónica con estaño. • Por último, se han adquirido competencias sobre elementos normalizados durante todo el montaje de la mesa vibratoria. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 90 DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 91 ANEXO II. PLANOS En este anexo se van a adjuntar los planos de todas las piezas diseñadas que se han descrito en el CAPÍTULO 4. DISEÑO, con la salvedad de que en los planos están contemplados los cambios de diseño explicados en el comienzo del CAPÍTULO 5. PROTOTIPADO. A continuación, se presentan los planos de todas las piezas diseñadas que forman parte del conjunto de la mesa sísmica: • Placa inferior • Placa superior • Zanco • Placa de refuerzo • Pletina Además, también se van a presentar los planos de las piezas que forman el mando, con la inclusión de algunas de las cotas más representativas, aunque estas no son relevantes en cuanto a fabricación debido a que, para la fabricación mediante impresión 3D no son necesarios los planos, solo el diseño en tres dimensiones: • Parte inferior del mando • Parte superior del mando Por último, se van a mostrar los planos de las dos partes que forman la caja, con las cotas principales. • Caja principal • Tapa AD B C A D 3 3 2 2 4 4 1 1 DESIGNED BY XXX DATE XXX CHECKED BY XXX DATE XXX DRAWN BY Puertas, R. DATE 28/05/2019 This drawing is our property. It can't be reproduced or communicated without our written agreement. SCALE 1:5 WEIGHT(kg) 3,88 SHEET SIZE A4 DRAWING NUMBER PLACA INFERIOR Ud. 2 DRAWING TITLE DASSAULT SYSTEMES 1/5 400 400 65 30 R 47 5.58x 9 85 125 234 16xM6 903x 94 94 66 15 R 40 177.5 50 175 2xM6 5.52x A 10 Escala: 1:10 8 6.64x 20 20 Detail A Scale: 2:5 AD B C A D 3 3 2 2 4 4 1 1 DESIGNED BY XXX DATE XXX CHECKED BY XXX DATE XXX DRAWN BY DATE 28/05/2019 This drawing is our property. It can't be reproduced or communicated without our written agreement. SCALE 1:5 WEIGHT(kg) SHEET SIZE DRAWING NUMBER DRAWING TITLE DASSAULT SYSTEMES 3,81 A4 Puertas, R. PLACA SUPERIOR Ud. 1 2/5 400 400 94 10 R 20 20 30 R 15 R 6694 47 65 5.56x 41.5 6.680x 66 65 75.5 20.75 A 10 20 20 5 6.64x Detail A Scale: 2:5 Escala: 1:10 AD B C A D 3 3 2 2 4 4 1 1 DESIGNED BY XXX DATE XXX CHECKED BY XXX DATE XXX DRAWN BY Puertas, R. DATE 28/05/2019 This drawing is our property. It can't be reproduced or communicated without our written agreement. SCALE 1:1 WEIGHT(kg) SHEET SIZE DRAWING NUMBER Ud. 4 DRAWING TITLE DASSAULT SYSTEMES 0,05 A4 ZANCO 3/5 8.52x 6.62x 94 76 45 22 10 Escala: 1:1 AD B C A D 3 3 2 2 4 4 1 1 DESIGNED BY XXX DATE XXX CHECKED BY XXX DATE XXX DRAWN BY DATE 28/05/2019 This drawing is our property. It can't be reproduced or communicated without our written agreement. SCALE 1:1 WEIGHT(kg) SHEET SIZE DRAWING NUMBER DRAWING TITLE DASSAULT SYSTEMES 0,03 A4 Puertas, R. PLACA DE REFUERZO Ud. 2 4/5 22 60 5 6.62x 40 10 Escala: 1:1 AD B C A D 3 3 2 2 4 4 1 1 DESIGNED BY XXX DATE XXX CHECKED BY XXX DATE XXX DRAWN BY DATE 28/05/2019 This drawing is our property. It can't be reproduced or communicated without our written agreement. SCALE 1:1 WEIGHT(kg) SHEET SIZE DRAWING NUMBER DRAWING TITLE DASSAULT SYSTEMES 0,02 A4 5/5 Puertas, R. Ud. 12 PLETINA 94 76 45 6.62x 8.52x 5 Escala: 1:1 AD B C A D 3 3 2 2 4 4 1 1 DESIGNED BY XXX DATE XXX CHECKED BY XXX DATE XXX DRAWN BY Puertas, R. DATE 29/05/2019 This drawing is our property. It can't be reproduced or communicated without our written agreement. SCALE 1:2 WEIGHT(kg) 0,04 SHEET 1/2 SIZE A4 DRAWING NUMBER PARTE INFERIOR DEL MANDO Ud. 2 DRAWING TITLE DASSAULT SYSTEMES 150 15 45 40 R 11.66 0.75 10.65x 3.45x 20 11 9 65 4 R 20 3.5 1 AD B C A D 3 3 2 2 4 4 1 1 DESIGNED BY XXX DATE XXX CHECKED BY XXX DATE XXX DRAWN BY Puertas, R. DATE 29/05/2019 This drawing is our property. It can't be reproduced or communicated without our written agreement. SCALE 1:2 WEIGHT(kg) 0,05 SHEET 2/2 SIZE A4 DRAWING NUMBER PARTE SUPERIOR DEL MANDO Ud. 2 DRAWING TITLE DASSAULT SYSTEMES 150 35 21 A A 30 55 70 90 120 62.5 11.53x 6.7 20.5 8.7 83x 65 2 20 0.75 4 R 1 20 3.12x 25 4.25 AD B C A D 3 3 2 2 4 4 1 1 DESIGNED BY XXX DATE XXX CHECKED BY XXX DATE XXX DRAWN BY Puertas, R. DATE 28/05/2019 This drawing is our property. It can't be reproduced or communicated without our written agreement. SCALE 1:5 WEIGHT(kg) 2,14 SHEET SIZE A4 DRAWING NUMBER CAJA PRINCIPAL Ud. 2 DRAWING TITLE DASSAULT SYSTEMES 1/2 274.17 10 120 13 202.46 244.12 135 20 10 115 2 170 DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 106 • La sexta ventana permite cambiar los ajustes del PID interno, que se dejan los valores que vienen por defecto. • Por último, las ventanas siete, ocho y nueve sirven para configurar el Homing, la inicialización del motor. El Homing del motor consiste en hacer un barrido de toda la longitud del vástago hasta que se encuentre con un tope para reconocer la longitud de la carrera. En ese momento, el motor va a la posición inicial, que por defecto viene configurada como el punto medio. Se dejan los valores de todas las pestañas por defecto, ya que, si se quieren modificar estos valores, se puede hacer más tarde. Una vez completadas estas pestañas, aparecerá en pantalla la ventana principal del panel de control, que se puede ver en la Figura 72. En esta ventana, se seleccionan las dos casillas del apartado 0. Switch On para que el motor comience a recibir alimentación; y se seleccionan las dos casillas del apartado 11. Home y el motor realiza el Homing descrito anteriormente y se desplaza hasta la posición inicial. El motor ya está listo para comenzar a funcionar. Figura 72. Panel de control de LinMot-Talk DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 107 Una vez inicializado el motor, se puede observar el proceso de Homing. Tanto la posición inicial (por si el motor no está bien centrado en la posición 0 mm establecida por defecto) como la velocidad o brusquedad con que el motor realiza ese proceso de Homing pueden ser modificadas. Estas configuraciones se encuentran, dentro del árbol de configuración de parámetros, en el apartado Parameters/Motion Control SW/State Machine Setup/Homing/Homing Position Config (Figura 73). La posición inicial se modifica variando el valor de Home position, mientras que la brusquedad del proceso se cambia reduciendo el porcentaje del parámetro Current Limit (del 100% que viene por defecto, a un 20%, por ejemplo). Figura 73. Configuración del Homing Dentro de este árbol de configuración de parámetros es importante también configurar los terminales de la zona X4: LOGIC SUPPLY / CONTROL. Estas configuraciones están en el apartado: Motion Control SW / Drive Configuration / I/0 Definitions (Figura 74). Dentro de este apartado, se configura de la siguiente manera: • Dig Out X4.3 Function: Range Indicator 1. Se activa esta salida (LED del mando externo) cuando se cumple la Range Indicator 1. • Dig Out X4.4 Function: Range Indicator 2. Se activa esta salida (LED del mando externo) cuando se cumple la Range Indicator 2. • Dig In X4.5 Function: Ctrl Word Switch On. Se activa el Switch On cuando recibe señal por esta entrada (a través del mando externo). • Analogic In 0..10V: se selecciona el offset de la señal introducida por el terminal 9. AnIn del driver (entrada analógica). Admite valores entre 0 y 10 V respecto al común (1. DGND) DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 108 • Diff Analog In -10V…10V: lo mismo que lo anterior pero referido a la entrada analógica diferencial 10. AnIn+ y 11. AnIn-. Admite valores de tensión diferencial entre -10V y 10 V entre ambas entradas. Figura 74. Configuración de los terminales de la zona X4 del driver Los Range Indicators son condiciones que se tienen que cumplir para activar las salidas. Estos se van a definir en State Machine Setup. Otra carpeta de configuraciones que hay que modificar se encuentra en: Motion Control SW/Motor Config./Monitoring/Position Monitoring/Position Lag Always. En este apartado se configuran las desviaciones máximas permitidas entre la posición real y la requerida. Hay dos valores a configurar: el Warn Limit y el Error Limit. • Warn Limit: cuando se supera este valor de desviación, el sistema envía un mensaje de aviso. Se deja este valor en 10 mm. • Error Limit: cuando se supera este valor de desviación, el sistema envía un mensaje de error (“Error: Position Lag Always Too Big”) y corta la alimentación del motor. Se establece este valor en 20 mm. La siguiente carpeta a configurar es: Motion Control SW/State Machine Setup / StatusWord (Figura 75). Aquí es donde se definen los Range Indicator 1 y 2 mencionados anteriormente para las salidas X4.3 y X4.4. Un Range Indicator es una condición que indica si un valor (definido como la diferencia entre dos DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 109 parámetros Minuend UPID-Subtrahend UPID) está comprendido entre dos límites (Low Limit y High Limit). Tal y como está siendo configurado, si se cumple el Range Indicator 1 o 2, se activan cada una de las salidas digitales X4.3 y X4.4. Figura 75. Configuración de los Range Indicator En este caso, el Range Indicator 1 se configurará como: • Minuend UPID: 5200 (Run Mode) • Subtrahend UPID: 0 • Low Limit: 4 • High Limit: 5 A continuación, se configurará la carpeta Motion Control SW/Motion Interface/Run Mode Settings. Esta carpeta contiene parámetros importantes para el funcionamiento del controlador. • Run Mode Selection: Permite elegir entre distintas formas de comando en posición. Sólo se han empleado las siguientes: o Motion Command Interface: el comando de posición se realiza desde una interfaz genérica. Se utiliza como posición de reposo del actuador cuando se emplea el mando externo. o Analog: la posición se comanda mediante la señal de consigna análogica (0-10V o -10V-10V). o Continuous curve: el comando en posición es definido mediante una curva, la cual se ejecuta continuamente. En la carpeta DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 110 Curves se pueden crear diferentes curvas, y la escogida se selecciona en Motion Control SW/Motion Interface/Time Curve Settings. • Analog Mode Settings. En este apartado hay que configurar la entrada de señal analógica que se quiere utilizar: o X4.9 con respecto a DGND (X4.1) para 0-10V o X4.10 y X4.11 para -10V-10V. En la carpeta Motion Control SW/Motion Interface/Predef VA/VAJ Interpolator (Figura 76) se configuran los valores de velocidad, aceleración y deceleración máximas de cada motor. Para el motor grande se van a establecer unos valores menores que para el motor pequeño debido a que en las especificaciones técnicas del motor se puede observar que permite unas velocidades máximas menores. En consecuencia, se establecen los siguientes valores: • Motor pequeño: velocidad máxima de 10 m/s y aceleración y deceleración máximas de 50 m/s2. • Motor grande: velocidad máxima de 2 m/s y aceleración y deceleración máximas de 15 m/s2 Figura 76. Configuración de las velocidades y aceleraciones máximas de los motores En la carpeta Motion Control SW/Motion Interface/Time Curve Settings se selecciona una de las curvas creadas para que sea ejecutada cuando se seleccione el Run Mode: Continuous Curve. Además, se puede establecer un offset, se puede hacer un ajuste de su amplitud (como máximo un 2000%) y se puede hacer un ajuste de la frecuencia de la curva (como máximo un 200%, el doble de frecuencia que la original). DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 111 Posteriormente, en la carpeta Motion Control SW/Position Controller se establece la configuración al PID interno. • Ctrl Par Set Selection: se selecciona el Set B, ya que el Set A se ha demostrado en ocasiones anteriores que ofrece una respuesta más rápida, pero genera demasiado ruido. • Control Parameter Set (tanto Set A como Set B): se configuran diferentes parámetros del lazo de control interno del PID. Los valores de los parámetros P Gain, D Gain y I Gain (ganancias del controlador proporcional, derivativo e integral, respectivamente) se pueden modificar hasta encontrar una mejor respuesta del actuador. Se aconseja, por usos anteriores, configurar los valores del Set B como intermedios entre los que vienen por defecto en las configuraciones Set A y Set B. Por último, hay que realizar algunas configuraciones en la carpeta Easy Steps (Figura 77): Figura 77. Configuración de Easy Steps • Smart Control Word Behaviour: permite automatizar algunas funciones básicas. Dentro de esta: o Intf Home Flag Behaviour: con esta opción habilitada, al activar el Switch On, se realiza el proceso de Homing automáticamente y el motor queda operativo con el modo que estuviera seleccionado. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 112 o Intf Error Acknowledge Flag Behaviour: al activar el Switch On se reconocen, de manera automática, los errores que puedan existir. • Analog Parameter Scale: permite ajustar parámetros de configuración mediante las entradas analógicas. En el apartado Analog Input On X4.9, que es la entrada analógica para ambos motores, se establece el apartado OV Scale en 0% y la opción 10V Scale en 200%. De esta manera, cuando por la entrada analógica entren 0v se traducirá en 0V y cuando entren 10V, se traducirá en un 200%. • IO Motions: sirve para asignar ciertas funciones a las entradas digitales. Esta función se utiliza para poder ejecutar la tabla de comandos (Command Table), que se explicará más adelante) Así, se establece, en la entrada X4.5: o En X4.5 Rising Edge Function, se activa Eval Command Table Command. o En X4.5 IO Motion Config, se define la línea de la tabla de comandos a ejecutar en el parámetro Curve/Cmd ID. La tabla de comandos (Command Table) está compuesta por una serie de líneas de órdenes que permiten programar movimientos secuenciales. En cada línea de esta tabla de comandos se define una acción a realizar por el actuador, como pueden ser comandos de movimiento (Go to Pos., Go to Analog Pos, etc.), comandos de asignación de parámetros o variables temporales (Write Live Parameter, Write UPID RAM value to CMD Table Var1, etc.), o comandos de condiciones (If…, Less Than…, Wait Time, etc.). Esta tabla de comandos se ha utilizado para programar secuencias de acciones cuando se manejan los motores a través del mando externo. Así, desde el mando, cuando se activa, se produce el Switch On y el Homing a continuación, automáticamente. Después, por cada vez que se pulse el botón de cambio de modo, se va a pasar por los siguientes: • Modo analógico dirigido por la señal de consigna a través de la entrada X4.9 (0-10V). • Modo analógico con señal de consigna a través de las entradas X4.10 y X4.11 (-10V-10V). • Modo senoidal. • Vuelta al primer modo. En el modo senoidal de curva continua, cada pulsación de los botones para modificar la amplitud de la curva, incrementará o disminuirá en un 10% la amplitud de dicha curva. Estos valores se modificarán hasta llegar a un mínimo del 10% y un máximo del 2000% de la curva original. DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UNA MESA SÍSMICA DE DOS GRADOS DE LIBERTAD Rodrigo Puertas Granja 113 A continuación, se adjunta la tabla de comandos para el uso de los motores de manera externa mediante un mando, completa (Figura 78): Figura 78. Tabla de comandos completa