ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL...Sistema Manipulador por gravedad cero 22 Figura 3.4. Sistema Pluma...
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA GRAVEDAD CERO PARA MANIPULACIÓN DE CUBIERTA DE RECINTO
MOTOR EN LA LÍNEA DE ACABADO METÁLICO DE MARESA ENSAMBLADORA
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO
TORRES ESPARZA LILIANA GEOCONDA [email protected]
VÁSQUEZ BARAHONA CARLOS ANTONIO
DIRECTOR: ING. RICARDO SOTO MSC [email protected]
Quito, Febrero 2016
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© Escuela Politécnica Nacional (2016) Reservados todos los derechos de reproducción
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DECLARACIÓN
Nosotros, Liliana Geoconda Torres Esparza y Carlos Antonio Vásquez Barahona, declaramos que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Escuela Politécnica Nacional puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
Carlos Antonio Vásquez Barahona Liliana Geoconda Torres Esparza
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CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Liliana Geoconda Torres Esparza y Carlos Antonio Vásquez Barahona, bajo mi supervisión.
Ing. Ricardo Soto MSC DIRECTOR DE PROYECTO
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AGRADECIMIENTOS
A mi famila por todo el amor y el apoyo durante todo este tiempo.
A Maresa Ensambladora por darme la oportunidad de aplicar mis conocimientos en
el desarrollo e implementación de un proyecto que ayuda al aliviar el trabajo de la
gente.
Al Ing. Ricardo Soto por la amistad y todo el apoyo y guía recibidos durante la
realización del presente proyecto.
Al Ing. Guillermo Freire por su ayuda en la elaboración de este proyecto.
A la Escuela Politécnica Nacional por ser la Institución gracias a la cual he
aprendido los conocimientos necesarios para desenvolverme como profesional.
Carlos Antonio.
A Dios, por bendecirme cada día y ayudarme a culminar esta etapa.
A Maresa, por darnos las facilidades y el apoyo para implementar este proyecto.
Al Ingeniero Ricardo Soto, por su valiosa contribución y ayuda en el desarrollo de
este proyecto.
Al Ingeniero Guillermo Freire, por su aporte y gestión en la implementación del
sistema.
A mi familia por su amor y su apoyo incondicional.
Liliana.
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DEDICATORIA
Este proyecto de titulación va dedicado a mi padre Mario Mauro Vásquez Patiño,
por el amor depositado en mí y por todo el esfuerzo y sacrificio que tuvo que realizar
para que yo pueda cumplir este sueño y los de más sueños que seguirán de aquí
en adelante.
A mi abuelita Mercedes Simbaña y a mi madre Carmen Barahona por todo el amor,
cariño y cuidados recibidos a lo largo de mi vida.
A mis hermanas Adriana, Daysi y Andrea por el amor y el apoyo incondicional del
cual he sido objeto durante todos estos años, gracias por hacer de nuestra familia
una familia muy unida.
A mis tíos Gonzalo y Juan, por ser más que tíos unos verdaderos hermanos.
A mi cuñados Patricio y a mis sobrinas Blanca y Brianna por la felicidad traída con
su sola presencia.
Carlos Antonio.
A Dios, por su fidelidad, gracias por ayudarme cumplir mis sueños.
A mi madre, María Elena por todo su amor y sacrificio. Sin ti no hubiera sido posible
cumplir esta meta, gracias por creer en mí, aunque estés lejos siempre estás en mi
corazón.
A mi padre por su cariño y apoyo, durante este proceso.
A mi hermana Mabe, mi compañerita de la vida, por cuanto hemos pasado, gracias
por ayudarme a crecer y a creer.
A mi hermana Jeaneth y mis sobrinos por su apoyo y cariño
A Blady, por su apoyo incondicional, gracias te debo mucho.
A la memoria de mi abuelito Alfredo.
Liliana.
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AUSPICIO
La presente investigación contó con el auspicio financiero del proyecto Mejoras ergonómicas, que se ejecuta en Maresa Ensambladora.
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN xi INTRODUCCIÓN xiii 1 PPROCESO DE ENSAMBLAJE EN MARESA ENSAMBLADORA 1
1.1 Introducción 1
1.2 Áreas de ensamble 2
1.2.1 Soldadura de cabinas y baldes 2 1.2.2 Acabado Metálico 2 1.2.3 Fosfatizado 3 1.2.4 Elpo 4 1.2.5 Pintura 4 1.2.5.1 Sellado 4 1.2.5.2 PVC 5 1.2.5.3 Fondo 5 1.2.5.4 Esmalte y Barniz 5 1.2.6 Armado de chasis 5 1.2.7 Vestidura de chasis y camionetas 6 1.2.8 Preentregas 7
1.3 Área de acabado Metálico 7 2 ANÁLISIS ERGONÓMICO 8
2.1 Estación de montaje recinto motor 8
2.2 Especificaciones de cubierta recinto motor 8
2.3 Descripción de montaje 8
2.4 Riesgos 9
2.5 Análisis ergonómico 10 2.5.1 Método OWAS 10 2.5.1.1 Primer dígito Código de Postura 10 2.5.1.2 Segundo dígito Código de Postura 11 2.5.1.3 Tercer dígito Código de Postura 11 2.5.1.4 Cuarto dígito Código de Postura 12 2.5.2 Análisis Ergonómico de la colocación de cubierta recinto motor 14 3 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO 18
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3.1 Definición del problema 18
3.2 Parámetros funcionales 18 3.2.1 Pesos y tamaños máximos 19 3.2.2 Materiales 20 3.2.3 Operación de la máquina 20 3.2.4 Mantenimiento 20 3.3 Análisis de alternativas 20 3.3.1 Primera alternativa 21 3.3.1.1 Ventajas primera alternativa 21 3.3.1.2 Desventajas primera alternativa 22 3.3.2 Segunda alternativa 22 3.3.2.1 Ventajas segunda alternativa 22 3.3.2.2 Desventajas segunda alternativa 23 3.3.3 Tercera alternativa 23 3.3.3.1 Ventajas tercera alternativa 24 3.3.3.2 Desventajas tercera alternativa 24 3.4 Análisis y selección 24 3.4.1 Parámetros de evaluación 24 3.4.1.1 Espacio que ocupa el mecanismo 24 3.4.1.2 Mantenimiento 25 3.4.1.3 Facilidad de ensamble 25 3.4.1.4 Facilidad de operación 25 3.4.1.5 Versatilidad 25 3.4.1.6 Cuidado en la manipulación de la pieza 26 3.4.2 Calificación de alternativas 26 3.4.3 Selección de alternativa 27 4 DISEÑO DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA 28 4.1 Diseño del mecanismo 29 4.2 Diseño brazo manipulador 30 4.2.1 Análisis de fuerzas 30 4.2.2 Análisis de esfuerzos 32 4.2.3 Análisis de deformación 33 4.2.4 Análisis factor de seguridad 34 4.2.5 Diseño y comprobación elemento crítico 34 4.2.6 Diseño de pasadores 37 4.2.6.1. Selección del pasador 38 4.3 Diseño de la estructura 39 4.3.1 Análisis de esfuerzos 39 4.3.2 Análisis de deformación 40 4.3.3 Análisis de factor de seguridad 40
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4.3.4 Comprobación por pandeo lateral 41 4.3.5 Diseño del elemento crítico 43 4.3.6 Diseño y selección de pernos de anclaje 46 4.3.7 Selección de rodamientos 48 4.3.7.1 Cálculo y selección del rodamiento cónico 49 4.3.7.2 Cálculo y selección rodamiento rígido de bolas 50 4.4 Circuito Neumático de manipulación por vacío 51 4.4.1 Cilindros neumáticos 53 4.4.1.1 Cálculo de cilindros 54 4.1.1.2 Selección de cilindros 55 4.4.2 Ventosas 56 4.4.3 Generador de vacío 57 4.4.4 Filtro de aire 59 4.4.5 Accesorios 59 4.4.5.1 Pulsador de activación de ventosas 59 4.4.5.2 Silenciadores 59 4.4.5.3 Válvulas de control 59 5 CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN 60 5.1 Descripción del proceso de construcción y montaje 60 5.1.1 Materiales 60 5.1.1.1 Componentes directos 61 5.1.1.2 Equipos y Herramientas 61 5.1.1.3 Instrumentos de medición 62 5.1.2 Construcción del manipulador 62 5.1.3 Montaje 62 5.1.3.1 Montaje brazo manipulador 62 5.1.3.2 Montaje estructura 63 5.1.3.3 Instalación de circuito neumático 64 5.2 Compra de materiales 65 5.3 Costos 65 5.3.1 Análisis para costos directos 66 5.3.1.1 Costo de componentes directos 66 5.3.1.2 Costo de maquinado 67 5.3.1.3 Costo de montaje 68 5.3.1.4 Total de costos directos 68 5.3.2 Análisis para costos indirectos 68 5.3.2.1 Costos Insumos indirectos 68 5.3.2.2 Costo de diseño 69 5.3.2.3 Costo imprevistos 70 5.3.2.4 Total costos indirectos 70 5.3.3 Costo total del proyecto 70
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6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 71 6.1 Conclusiones 71 6.2 Recomendaciones 72 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 73 ANEXOS 74
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ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA Tabla 2.1. Especificaciones cubierta recinto motor 8
Tabla 2.2. Valores del Primer dígito del Código de Postura 11
Tabla 2.3. Valores del Segundo dígito del Código de Postura 11
Tabla 2.4. Valores del Tercer dígito del Código de Postura 12
Tabla 2.5. Valores del Cuarto dígito del Código de Postura 12
Tabla 2.6. Categorías de Riesgo asociadas a los "Códigos de postura” 13
Tabla 2.7. Categorías de riesgo 13
Tabla 2.8 Resumen de códigos de postura obtenidos en análisis
ergonómico y Categorías de riesgo 16
Tabla 2.9 Acciones correctivas ligadas a cada Categoría de riesgo 16
Tabla 2.10. Análisis de posturas en cada categoría de riesgo 17
Tabla 3.1. Análisis de factor de ponderación 26
Tabla 3.2. Calificación de alternativas 27
Tabla 4.1. Fuerzas en el elemento 2 35
Tabla 4.2.
Elementos circuito neumático 53
Tabla 5.1.
Componentes directos 61
Tabla 5.2 Equipos y Herramientas
61
Tabla 5.3 Materiales que requieren compra
65
Tabla 5.4 Costo componentes neumáticos
66
Tabla 5.5 Costo componentes directos disponibles en bodega de planta
67
Tabla 5.6. Costo de procesos de maquinado
67
Tabla 5.7. Costos de montaje
68
Tabla 5.8. Total costos directos 68
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Tabla 5.9. Costo insumos indirectos 69
Tabla 5.10. Costos de diseño 69
Tabla 5.11. Total de costos indirectos 70
Tabla 5.12. Costo total del proyecto
70
Tabla AI.1. Catálogo para selección de pernos de anclaje 76
Tabla AII.1. Catálogo para selección de rodamiento cónico 77
Tabla AIII.1. Catálogo para selección de rodamiento rígido de bolas 78
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ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA Figura 1.1. Proceso de Soldadura de Cabinas 2
Figura 1.2. Proceso de Acabado Metálico 3
Figura 1.3. Proceso de fosfatizado 3
Figura 1.4. Unidad luego de proceso ELPO, en enfriamiento 4
Figura 1.5. Unidades en línea de aprobación Pintura 5
Figura 1.6. Bastidor de chasis en jig de comprobación 6
Figura 1.7. Casamiento Chasis Cabina 6
Figura 1.8. Colocación cubierta recinto motor 7
Figura 2.1. Colocación de cubierta recinto motor 9
Figura 3.1. Dimensiones de la estructura de Acabado Metálico 19
Figura 3.2. Sistema Puente Grúa y tecle eléctrico 21
Figura 3.3. Sistema Manipulador por gravedad cero 22
Figura 3.4. Sistema Pluma 23
Figura 4.1. Mecanismo manipulador cubierta recinto motor 28
Figura 4.2. Fuerzas mecanismo con cubierta en posición horizontal 29
Figura 4.3. Fuerzas mecanismo con los cilindros carrera máxima 29
Figura 4.4. Identificación elementos brazo manipulador
30
Figura 4.5. Identificación pasadores brazo manipulador 31
Figura 4.6. Rango de esfuerzos en brazo manipulador 33
Figura 4.7. Análisis deformaciones brazo manipulador 33
Figura 4.8. Análisis factor de seguridad brazo manipulador 34
Figura 4.9. Fuerzas en el elemento 2
34
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Figura 4.10. Fuerzas elemento 2, tramo AB
35
Figura 4.11. Sección trasversal tubo estructural cuadrado 36
Figura 4.12. Fuerza aplicada para análisis de estructura 39
Figura 4.13. Análisis de esfuerzos en la estructura 40
Figura 4.14. Análisis de deformación en la estructura 40
Figura 4.15. Análisis de factor de seguridad en la estructura 41
Figura 4.16. Estado de cargas en la estructura 41
Figura 4.17. Relación demanda capacidad 42
Figura 4.18. Análisis de condiciones máximas a las que está sometida la estructura
42
Figura 4.19. Diagrama de cargas aplicadas en placa base 43
Figura 4.20. Circuito neumático manipulador cubierta recinto motor 52
Figura 4.21. Esquema de cilindro neumático 54
Figura 4.22. Esquema de un eyector de vacío 58
Figura 5.1. Elementos brazo manipulador 62
Figura 5.2 Elementos estructura manipulador 63
Figura AI.1. Características de pernos Hilti 75
Figura AIV.1 Características técnicas cilindros neumáticos 79
Figura AIV.2 Catálogo selección cilindros neumáticos 80
Figura AV.1 Catálogo para selección de ventosas 81
Figura AV.2. Codificación para selección de ventosas 82
Figura AVI.1. Curvas de caudal para selección de eyector de vacío 83
Figura AVI.2. Codificación para selección de eyector de vacío 84
Figura AVII.1. Fotografías del montaje 85
Figura AVIII.1 Cotización 86
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Figura IX Planos 87
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ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA ANEXO I Características y especificaciones pernos de anclaje 75 ANEXO II Especificaciones rodamiento cónico 77 ANEXO III Especificaciones rodamiento de bolas 78 ANEXO IV Especificaciones cilindros neumáticos 79 ANEXO V Especificaciones ventosas 81 ANEXO VI Especificaciones eyector de vacío 83 ANEXO VII Fotografías del montaje 85 ANEXO VIII Detalle de costos 86 ANEXO IX Planos 87
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RESUMEN
El objetivo del presente trabajo fue automatizar el proceso de montaje de la cubierta
recinto motor, en la línea de acabado metálico de la Ensambladora Maresa. Para
esto se realizó un análisis ergonómico con la ayuda del método OWAS, que
permitió verificar si las posiciones que adopta el operario durante la colocación de
la cubierta, generan riesgo de lesiones.
Al transportar un elemento con un peso de 25 kg y una complicada geometría, se
validó que el 83,33% de las posiciones que adopta el operario le generan un alto
riesgo de sufrir trastornos musculo esqueléticos, por lo que se requirió una
intervención inmediata para modificar la forma como se instala ésta cubierta en las
camionetas.
La automatización del proceso consistió en construir un manipulador que facilite el
transporte de la cubierta, este mecanismo utiliza la técnica de vacío. Su
construcción se realizó en tres partes, la primera consistió en una estructura
formada por un perfil IPN, con una parte móvil ubicada en su parte superior, de
3200 mm de longitud, capaz de girar un ángulo de 180°, estructura que permitió
trasladar la cubierta desde su sitio de almacenamiento hasta la unidad. Sobre esta
parte móvil se diseñó y construyó la segunda parte, un brazo manipulador, formado
por una estructura donde se instalaron dos cilindros neumáticos que le permiten al
brazo adoptar las posiciones requeridas para tomar la cubierta en posición vertical
y colocarla horizontalmente sobre la unidad ensamblada. Con el brazo como parte
de la estructura, se instaló la tercera parte, un circuito neumático de manipulación
por vacío, este circuito utiliza eyectores para generar el vacío, estos se conectan a
ventosas que son elementos que permitieron trasladar la cubierta, manteniéndola
adherida por la fuerza que genera el vacío.
Aparte de las comprobaciones teóricas realizas se utilizaron algunos software para
diseñar este manipulador, dentro de estos tenemos Solid Works, AutoCAD, SAP.
El factor mínimo de seguridad de los elementos que forman el dispositivo fue de 2,
lo que asegura que el dispositivo funcionara de manera adecuada.
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Luego de implementado el proyecto, se pasó de trasladar un peso de 25 kg a 0 kg,
ya que se eliminó completamente la interacción entre el operario y el elemento, es
el manipulador el que realiza el trabajo.
Se mejoró la calidad del proceso, la cubierta sufría un promedio de 2 golpes durante
el transporte e instalación, ya que la manipulación era manual, la disminución de
defectos por unidad pudo ser cuantificada con un porcentaje de 98%.
El proyecto permitió eliminar al 100% el riesgo de lesiones de los operarios que
colocan la cubierta recinto motor.
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INTRODUCCIÓN
En los últimos años, las empresas del Ecuador han tenido un gran avance en el
campo de las mejoras ergonómicas, adecuando sistemas, productos, sitios de
trabajo y entornos; a las características, limitantes y necesidades de sus
trabajadores, buscando optimizar su eficiencia, seguridad y bienestar. Reduciendo
el esfuerzo de los empleados en tareas determinadas, permitiendo un aumento en
la productividad.
De acuerdo a las actividades que se realicen en cada estación, deben analizarse
cuidadosamente las tareas que un operario ejecuta, con el fin de eliminar el riesgo
de lesiones que puede generarse debido a malas posturas o manipulación de
materiales con pesos excesivos.
Actualmente, algunas operaciones se asignan sin tomar en cuenta distintos factores
que podrían poner en riesgo la salud del operario.
Estos problemas obligan a concentrar el análisis de riesgos de operación en las
estaciones donde se tiene mayor probabilidad de lesión debido al sobre esfuerzo
que involucra la ejecución de la una determinada tarea.
Se propone la construcción de un sistema de gravedad cero para manipulación de
la cubierta del recinto de motor, con el fin de eliminar factores de riesgo que se
presentan durante el manejo manual de cargas, factores que incrementan la
posibilidad de que el operario desarrolle trastornos musculo esqueléticos.
Para cumplir con este objetivo se ha diseñado un mecanismo que consta de
pistones y ventosas neumáticas que agarran al recinto de motor, lo elevan y
posicionan sobre la unidad, eliminando el esfuerzo que implica cargar este
elemento.
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xiv
Este mecanismo se trasladará por un riel y estará soportado en una estructura
metálica construida con perfil de acero y diseñada de forma que brinde estabilidad
y seguridad.
En definitiva el objetivo de esta tesis es eliminar el riesgo ergonómico, al que está
expuesto un operario, implementando un sistema que facilite el traslado e
instalación de la cubierta recinto motor, un componente de elevado peso y
complicada geometría.
Este mecanismo está dirigido hacia todas las empresas, enfocado a las
operaciones que manejan pesos excesivos, presentando un mecanismo de fácil de
operación y de mantenimiento.
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CAPÍTULO 1
PROCESO DE ENSAMBLAJE EN MARESA
ENSAMBLADORA
1.1. INTRODUCCIÓN
Maresa “Manufacturas, Armadurías y Repuestos Ecuatorianos S.A.” es una
empresa automotriz dedicada al ensamble y distribución de vehículos y auto
partes, enfocada en satisfacer los requerimientos de los clientes, manteniendo
altos estándares de calidad, eficiencia y productividad.
Se fundó en Quito en el año 1976 como una de las empresas precursoras en la
industria automotriz ecuatoriana.
Luego de un sólido crecimiento de más de tres décadas, MARESA ha evolucionado
hasta constituirse en una de las mejores ensambladoras de vehículos. Posee un
eficiente sistema de manufactura y es capaz de adaptarse a los cambios que
demanda el mercado actual.
En la actualidad la operación de Mazda es manejada en forma exclusiva en el
Ecuador por Maresa Ensambladora, e incluye la importación y distribución de
vehículos de última generación, que se comercializan a través de su propia red de
concesionarios ubicados a nivel nacional. Desde su fundación Maresa ha
contribuido al desarrollo del país, generando diversas fuentes de empleo,
fortaleciendo el desarrollo de mano de obra calificada.
MARESA en su permanentemente búsqueda por mejorar el desempeño de sus
procesos y minimizar los efectos de ellos en su personal y en el medio ambiente,
aplica un Sistema Integrado de Gestión bajo normas ISO referentes Gestión de
Calidad, Gestión Ambiental y Salud y Seguridad.
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1.2. ÁREAS DE ENSAMBLAJE
Maresa cuenta con una planta industrial ubicada en San Antonio de Pichincha,
dispone de una amplia infraestructura, que le permite el eficiente desempeño de
sus operaciones, dispone de 244.020 metros cuadrados de terreno y 14.000 metros
cuadrados de planta industrial. La capacidad de producción instalada es de 15400
camionetas por año. La planta industrial está compuesta por las siguientes áreas:
1.2.1. SOLDADURA DE CABINAS Y BALDES
Es el área donde se arma la estructura de la cabina y el balde, cuenta con cuatro
estaciones en cada línea de trabajo, cada estación posee mesas llamadas jigs,
que son moldes que sobre los que se colocan las piezas a ser soldadas y garantizan
su posición exacta. Mediante un proceso de soldadura por puntos, las piezas
metálicas se unen y son armadas en subconjuntos, que formarán la estructura final.
Cada unidad pasa por un proceso de control de calidad.
Figura 1.1. Proceso de Soldadura de Cabinas
1.2.2. ACABADO METÁLICO
En esta sección la unidad armada que se encuentra en chapa metálica, ingresa a
nueve estaciones donde se instalan las puertas, compuertas, cubierta del recinto
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de motor, guardafangos. Se realizan además trabajos de enderezado, pulido y se
dejan los paneles con las holguras y enrases especificados.
Figura 1.2. Proceso de Acabado Metálico
1.2.3. FOSFATIZADO
La unidad aún en chapa metálica, debe pasar por un tratamiento químico previo
al proceso de pintura, que asegure la adherencia y brinde la protección
anticorrosiva especificada, cabinas, baldes y chasis transportados por tecles,
ingresan en siete cubas o tinas que contienen químicos desengrasantes,
fosfatizantes y pasivadores; este proceso da la primera capa de protección al metal
contra la corrosión. Cuando las unidades terminan su proceso de pretratamiento,
se les da un enjuague por aspersión con agua desionizada y se sopletea los
espacios interiores, eliminando el exceso de agua.
Figura 1.3. Proceso de fosfatizado
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1.2.4. ELPO
El proceso ELPO llamado también cataforesis consiste en aplicar una capa de
pintura, mediante electrodeposición catódica. Se aplica una carga de corriente
continua a la unidad sumergida en una cuba de pintura con partículas
opuestamente cargadas, estas partículas son atraídas a la chapa metálica,
formando una película protectora. Posterior a esto las unidades pasan por dos
procesos de ultra filtrado, para retirar el exceso de pintura, e ingresan luego al horno
de secado por aproximadamente 20 minutos. Maresa ha invertido más de 8
millones de dólares para incorporar este proceso a su planta industrial, reforzando
la calidad de la pintura de sus unidades ensambladas.
Figura 1.4. Unidad luego de proceso ELPO, en enfriamiento
1.2.5. PINTURA
En la sección de pintura las unidades se someten a diversos procesos que se
describen a continuación:
1.2.5.1. Sellado
Aplicación de capas de sellante bajo el piso de las unidades y en las juntas que
sean requeridas para evitar corrosión o filtraciones de agua.
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1.2.5.2. PVC
Aplicación de un polímero que brinda recubrimiento de protección bajo piso, contra
la corrosión, se aplica en cabinas y baldes; requiere secado en horno.
1.2.5.3. Fondo
Aplicación de una capa de pintura de color base similar al definitivo con el que
saldrá la unidad, este proceso se realiza en una cámara con circulación forzada
de aire, requiere secado en horno.
1.2.5.4. Esmalte y barniz
Aplicación de una capa de pintura del color definitivo de la unidad. Seguido de una
aplicación de barniz que sirve de película protectora. Requiere secado en horno.
Los procesos descritos son evaluados bajo estrictos estándares de calidad.
Figura 1.5. Unidades en línea de aprobación Pintura
1.2.6. ARMADO DE CHASIS
Los bastidores de chasis son la estructura sobre la cual se asienta el vehículo
(cabina y balde), están formados por largueros, soportes y travesaños.
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La estructura se ensambla con la ayuda de jigs de posicionamiento y un proceso
de soldadura MAG. Los bastidores pasan luego por un proceso de nivelado, ajuste
y control de calidad, previo a recibir el recubrimiento de ELPO, luego del cual se
envían a vestidura.
Figura 1.6. Bastidor de chasis en jig de comprobación
1.2.7. VESTIDURA DE CHASIS Y CAMIONETAS
Se denomina vestidura al proceso de instalación de las distintas partes que
componen la unidad. En tres diferentes líneas de producción se ensamblan chais,
baldes y cabinas. Se puede mencionar por ejemplo la colocación de: arnés, motor,
transmisión, tanque de combustible. Existen dos estaciones denominadas
“casamiento”, en estas, se juntan el chasis con la cabina ya ensamblados y luego
a este conjunto se le añade el balde. Todos los procesos productivos cuentan con
puntos de inspección donde se verifica que se cumplan los estándares definidos.
Figura 1.7. Casamiento Chasis Cabina
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1.2.8. PREENTREGAS
En esta sección se verifica que la unidad este de acuerdo a las especificaciones
técnicas y de apariencia establecidas. Se somete a la unidad terminada a una
prueba de ruta donde se verifica el frenado y funcionamiento del vehículo en
condiciones extremas, además se realizan procesos como: alineación, cuadre de
puertas, prueba de agua, pulido e inspección final.
1.3. ÁREA DE ACABADO METÁLICO
Es importante el análisis del área de acabado metálico, ya que allí se desarrolla el
presente proyecto, esta sección consta de 9 estaciones de trabajo. Inicia con un
proceso de inspección de soldadura, donde se verifican las juntas soldadas
mediante pruebas de cincel y martillo.
Tiene 8 estaciones adicionales, distribuidas entre enderezado y colocación de
partes como: paneles de puertas, compuerta, guardafango, cerchas de techo y la
cubierta recinto motor, a cuya instalación realizaremos un análisis ergonómico. Este
análisis tiene por objeto verificar, en condiciones actuales, la afectación o riesgo al
que está expuesto la persona que ejecuta esta operación, así como también la
necesidad de una intervención para mejorar, modificar o automatizar el proceso.
Figura 1.8. Colocación cubierta recinto motor
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CAPÍTULO 2
ANÁLISIS ERGONÓMICO
2.1. ESTACIÓN DE MONTAJE RECINTO MOTOR
La estación de montaje recinto motor, se encuentra en la sección de Acabado
Metálico, ocupa un área de 16 m2. De acuerdo al balanceo de línea establecido, se
ha designado un operario, encargado de todas las actividades que allí se realizan,
esto es: colocación de la cubierta recinto motor y paneles de puertas. El tiempo
fijado para el paso de cada unidad es de 11 minutos.
2.2. ESPECIFICACIONES DE CUBIERTA RECINTO MOTOR
Las cubiertas recinto motor llegan desde Japón en plataformas de madera,
embaladas en grupos de 20 unidades, almacenadas en posición vertical. Las
principales características de la cubierta recinto motor son las siguientes:
Tabla 2.1. Especificaciones cubierta recinto motor
MATERIAL ACERO
DIMENSIONES 1.48 x 1.20 m
FORMA RECTANGULAR
PESO 25 Kg
2.3. DESCRIPCIÓN DE MONTAJE
El montaje de este elemento es un proceso riesgoso y complicado. Las cubiertas
recinto motor están ubicadas a 4 metros de la cabina y 40 cm sobre el nivel del
piso, el operario se inclina para tomar la cubierta de la plataforma, la levanta, y la
gira a la posición en la que debe ser colocada, camina hacia la cabina y apoya la
cubierta en su abdomen para mejorar el manejo de este elemento. Luego apoya la
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cubierta sobre la unidad y debe hacer coincidir las bisagras de los extremos para
asegurar la cubierta.
Es importante tener en cuenta que la geometría del elemento hace muy complicada
su manipulación.
Figura 2.1. Colocación de cubierta recinto motor
2.4. RIESGOS
El manejo manual de cargas es una operación que consiste en transportar un objeto
que requiere ser movido de un lugar a otro, involucrando el esfuerzo humano. Esta
tarea genera riesgos, que pueden ir desde fatiga física, cortes, heridas hasta
lesiones musculo esqueléticas en zonas sensibles como espalda, brazos, hombros.
El peso máximo recomendado, bajo condiciones óptimas de manipulación es de 25
kg. Sin embargo para evitar la exposición a lesiones, las cargas no deben
sobrepasar los 15 kg. A más del peso deben considerarse otros factores de riesgo
en la manipulación de un objeto, tales como: geometría del elemento, frecuencia
de la actividad, esfuerzo físico involucrado (Cortés, 2007, p.336; Azcuénaga, 2007,
p.73).
Es necesario evaluar el riesgo al que puede estar expuesto un trabajador durante
la colocación de la cubierta recinto motor, para esto se realizará un análisis
ergonómico de la actividad, de manera que puedan generarse acciones que
minimicen los riesgos existentes.
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2.5. ANÁLISIS ERGONÓMICO
Se define como ergonomía a la adecuación entre el puesto de trabajo y la persona.
Existen varios métodos de evaluación ergonómica, que analizan los riesgos en las
actividades que realiza un trabajador, su aplicación tiene como objetivo principal,
plantear opciones que permitan reducir los riesgos y prevenir lesiones. Dentro de
los principales métodos se pueden mencionar: NIOSH, OWAS, RULA, REBA. Para
el caso de este análisis se utilizó el método OWAS. (González, 2007, p.42; Cuesta,
Ceca y Mas 2012, p.8).
2.5.1. METODO OWAS
El método OWAS, permite realizar de manera sencilla un análisis postural. Está
basado en la observación de las diferentes posiciones que adopta el trabajador
mientras desarrolla una tarea. Este método distingue 4 “Categorías de riesgo” que
se califican con valores entre 1 y 4 siendo 1 el mínimo y 4 el de mayor riesgo. Las
categorías de riesgo se obtienen luego de analizar el “Código de postura”. Debe
obtenerse un código de postura para cada posición que adopta el trabajador
durante la ejecución de la tarea. Los códigos están formados por cuatro dígitos,
cada dígito se obtiene de tablas, en las que están detalladas y valoradas las
posiciones que adoptan la espalda, brazos y piernas del trabajador durante la
operación, el último digito tiene que ver con el peso del elemento que transporta
(Cuesta, Ceca y Más 2012, p.87).
2.5.1.1. Primer dígito Código de Postura
Este dígito se establece de acuerdo a la posición que adopte la espalda durante la
ejecución de la tarea. A pesar de que el método no especifica grados de inclinación,
valores mayores a 20° pueden ser considerados para definir un cambio de postura.
-
11
Tabla 2.2. Valores del Primer dígito del Código de Postura
(Cuesta, Ceca y Más 2012, p.89).
2.5.1.2. Segundo dígito Código de Postura
El segundo dígito se establece de acuerdo a la posición de los brazos, los hombros
se consideran el nivel de referencia, para definir elevación.
Tabla 2.3. Valores del Segundo dígito del Código de Postura
(Cuesta, Ceca y Más 2012, p.90)
2.5.1.3. Tercer dígito Código de Postura
El tercer dígito se establece de acuerdo a la posición que adoptan las piernas
durante la ejecución de la tarea. Para el análisis de este parámetro no se
establecen grados, sin embargo, para definir flexión, se consideran valores iguales
o menores a 150°, del ángulo formado entre: muslos y pantorrillas.
-
12
Tabla 2.4. Valores del Tercer dígito del Código de Postura
(Cuesta, Ceca y Más 2012, p.91).
2.5.1.4. Cuarto dígito Código de Postura
El cuarto dígito de este Código se establece de acuerdo al peso de la carga
manejada.
Tabla 2.5. Valores del Cuarto dígito del Código de Postura
(Cuesta, Ceca y Más 2012, p.92).
-
13
Una vez obtenidos los cuatro dígitos del Código, se puede identificar la Categoría
de riesgo de acuerdo a la Tabla 2.6.
Tabla 2.6. Categorías de Riesgo asociadas a los "Códigos de postura".
(Cuesta, Ceca y Más 2012, p.94).
La categoría de riesgo obtenida se analiza en base a la Tabla 2.7.
Tabla 2.7. Categorías de riesgo
(Cuesta, Ceca y Más 2012, p.93).
El requerimiento de una intervención dependerá de la categoría en la que se ubique
cada código encontrado. La categoría 1, no presenta riesgo de lesión, la categoría
2, presenta un riesgo leve, requiere que se realicen mejoras en el proceso, pero
estas no son urgentes; mientras que las categorías 3 y 4 requieren cambio o
rediseño de la actividad, de manera urgente, de hecho la categoría 4, es
considerada crítica e intolerable (Llaneza, 2009, p.320).
-
14
Luego de analizado el método es posible realizar el análisis ergonómico de la
colocación de la cubierta recinto motor.
2.5.2. ANÁLISIS ERGONÓMICO DE LA COLOCACIÓN DE CUBIERTA
RECINTO MOTOR
Para el análisis ergonómico se analizaron 6 posturas que adopta el trabajador
mientras coloca la cubierta sobre la unidad.
Sección: Acabado Metálico
Actividad: Colocación cubierta Recinto motor
Operario: Luis Ramiro Muñoz
Antigüedad en el puesto: 4 años
· Análisis Primera postura
· Análisis Segunda postura
Mayor a 20 Kg
4 2 4 3
Valores obtenidos deTabla 2.3.
Brazos
Un brazo bajo y otro elevado
Tabla 2.4.Piernas
Piernas flexionadas peso equilibrado
Inclinada con giro
EspaldaTabla 2.2. Tabla 2.5.
Carga
Inclinada Un brazo bajo y otro
elevadoCaminando Mayor a 20 Kg
2 2 7 3
Valores obtenidos deTabla 2.2. Tabla 2.3. Tabla 2.4. Tabla 2.5.Espalda Brazos Piernas Carga
-
15
· Análisis Tercera postura
· Análisis cuarta postura
· Análisis Quinta postura
· Análisis Sexta postura
Inclinada Un brazo bajo y otro
elevadoCaminando Mayor a 20 Kg
2 2 7 3
Valores obtenidos deTabla 2.2. Tabla 2.3. Tabla 2.4. Tabla 2.5.Espalda Brazos Piernas Carga
DerechaUn brazo bajo y otro
elevadoPiernas flexionadas
peso equilibradoMayor a 20 Kg
1 2 4 3
Valores obtenidos deTabla 2.2. Tabla 2.3. Tabla 2.4. Tabla 2.5.Espalda Brazos Piernas Carga
Inclinada Los dos brazos
bajos Piernas flexionadas
peso equilibradoMayor a 20 Kg
2 1 4 3
Valores obtenidos deTabla 2.2. Tabla 2.3. Tabla 2.4. Tabla 2.5.Espalda Brazos Piernas Carga
Inclinada Los dos brazos
bajos Piernas flexionadas
peso equilibradoMayor a 20 Kg
2 1 4 3
Valores obtenidos deTabla 2.2. Tabla 2.3. Tabla 2.4. Tabla 2.5.Espalda Brazos Piernas Carga
-
16
En la siguiente tabla se muestran los códigos de postura, obtenidos en el análisis
ergonómico de la colocación de la cubierta recinto motor, así como la Categoría de
riesgo asignada a cada código, tomado de la Tabla 2.6.
Tabla 2.8. Resumen de códigos de postura obtenidos en análisis ergonómico y Categorías de riesgo
NÚMERO DE POSICIÓN
ESPALDA BRAZOS PIERNAS CARGA CATEGORÍA DE
RIESGO
1 4 2 4 3 4 2 2 2 7 3 4
3 2 2 7 3 4
4 1 2 4 3 2
5 2 1 4 3 3
6 2 1 4 3 3
Luego de obtener las categorías de riesgo es importante analizar las acciones
correctivas ligadas a cada una de ellas.
Tabla 2.9. Acciones correctivas ligadas a cada Categoría de riesgo
CATEGORÍA DE RIESGO
CLASIFICACIÓN DE POSTURAS ACCIÓN CORRECTIVA
4 Posturas con riesgo extremo de lesiones sobre el sistema músculo-esquelético.
Intervención inmediata, cambio, rediseño de la tarea
4
4
2 Postura con ligero riesgo de lesiones al sistema
músculo-esquelético.
Se requieren acciones correctivas,
no de manera urgente.
3 Postura con alto riesgo de lesiones sobre el sistema
músculo-esquelético.
Deben tomarse acciones
correctivas lo antes posible. 3
En la siguiente tabla podemos identificar en porcentaje las posturas adoptadas por
el trabajador en cada categoría de riesgo.
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Tabla 2.10. Análisis de posturas en cada categoría de riesgo
CATEGORÍA DE RIESGO
PORCENTAJE DE POSTURAS
1 0 %
2 16,66 %
3 33,33 %
4 50,00 %
Los resultados obtenidos demuestran que un 83.33% de las posturas que adopta
el trabajador, durante la colocación de la cubierta recinto motor, tienen alto y
extremo riesgo de generar lesiones, requieren intervención inmediata. Existen
varias maneras de mejorar el manejo manual de cargas, puede reestructurarse el
método de trabajo, validar un rediseño de la carga, que para este caso no es
posible. Se plantea entonces la automatización del proceso, para eliminar los
riesgos a la salud de los trabajadores, y mejorar el manejo de la cubierta.
-
18
CAPÍTULO 3
ESPECIFICACIONES DE DISEÑO
3.1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Las diferentes piezas que se colocan en el área de Acabado Metálico, son
manipuladas a mano, durante su almacenamiento, traslado y colocación.
Cada pieza tiene su propio peso y geometría, dependiendo de estos dos
parámetros la dificultad de manipulación puede llegar a ser crítica. Es por esto que,
con la ayuda de un mecanismo para manipular cargas, se reducen las operaciones
críticas e inseguras para los operarios, eliminado el riesgo ergonómico y facilitando
el traslado de la cubierta recinto motor.
Con estos antecedentes, se analizan parámetros y requerimientos funcionales,
para dar una alternativa que cumpla con las expectativas planteadas.
3.2. PARÁMETROS FUNCIONALES
La determinación de los parámetros de diseño, se realiza en función de las
necesidades de manipulación de la planta Maresa Ensambladora, ubicada en la
zona de la Mitad del Mundo, en donde se pretende instalar un mecanismo
manipulador de la cubierta de recinto de motor.
La capacidad del mecanismo se determinó pesando, midiendo longitud y ancho de
la cubierta del recinto de motor, por lo tanto el manipulador deberá tener una
capacidad para elevar 25 Kg y abarcar una pieza de longitud 1480 mm y ancho
1200 mm. Cubrir además un radio de 3200 mm que es la distancia entre la posición
de almacenamiento y la unidad.
-
19
3.2.1. PESOS Y TAMAÑOS MÁXIMOS
Este manipulador debe instalarse en el área de Acabado Metálico, por lo tanto la
estructura soporte no debe sobrepasar los 2580 mm en altura y la cubierta de
recinto de motor debe trasladarse en un radio de 3200 mm.
Figura 3.1. Dimensiones de la estructura de Acabado Metálico
En el área de Acabado Metálico el espacio es limitado, debido a la cantidad de
racks que se almacenan en los extremos, para que las partes estén lo más cerca
posible a los operarios, razón por la que este mecanismo debe trasladar la cubierta
sobre el suelo, para aprovechar el espacio.
La operación de este mecanismo tiene que ser realizada por un solo operario, por
lo tanto se debe tener acceso manual y visual a todas las partes del manipulador,
con el fin de poder reaccionar a cualquier eventualidad; el peso de la cubierta debe
ser prácticamente eliminado para que la manipulación sea más sencilla.
-
20
3.2.2. MATERIALES
El manipulador no va estar expuesto a ningún ambiente abrasivo y no va a tener
contacto con componentes químicos, por lo que se construirá en acero al carbono
con recubrimiento de fondo y pintura en esmalte.
3.2.3. OPERACIÓN DE LA MÁQUINA
El diseño debe garantizar que se pueda obtener un equipo de fácil operación.
Además se trata de conseguir que la máquina pueda ser manejada por cualquier
operario y que no sea indispensable tener mano de obra calificada, sino solamente
práctica de manejo. Un solo operario debe manipular y supervisar el equipo sin
problema, por lo que es necesario que tenga el menor número de piezas y
operaciones, además que las dimensiones permita un correcto control del
mecanismo.
3.2.4. MANTENIMIENTO
El mecanismo debe ser un equipo de fácil mantenimiento, las piezas van a ubicarse
en tal posición que permitan el fácil acceso para revisión y limpieza. Como algunas
piezas están bajo el efecto del desgaste, se debe procurar que el desmontaje sea
fácil para el reemplazo inmediato y en lo posible de bajo costo.
3.3. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS
Tomando en cuenta todas las especificaciones establecidas, como base para el
diseño del mecanismo manipulador de cargas, se plantearon tres posibles
alternativas que serán sometidas a un análisis, para posteriormente elegir la que
cumpla con las necesidades anteriormente expuestas. Las alternativas planteadas
con su respectivo análisis son las siguientes:
-
21
3.3.1. PRIMERA ALTERNATIVA. PUENTE GRÚA Y TECLE ELÉCTRICO
Figura 3.2. Sistema Puente Grúa y tecle eléctrico
La primera alternativa, consta de un puente grúa por el que se traslada un tecle
eléctrico, este facilita la manipulación de la cubierta de motor, desde el rack hacia
la unidad.
3.3.1.1. Ventajas primera alternativa
· La operación del mecanismo se la realiza con una sola persona.
· El operario no llega a tener contacto con la cubierta de motor.
· El mecanismo realiza todo el trabajo de levantar y colocar la cubierta en la
unidad, sin que el operario realice esfuerzo alguno.
· El esfuerzo que realiza el operario para mover la pieza en el puente grúa es
mínimo.
· Ocupa poco espacio en la estación de trabajo.
· El mantenimiento del sistema es sencillo.
· El sistema se puede instalar sin la necesidad de modificar la estructura de la
estación de trabajo.
-
22
3.3.1.2. Desventajas primera alternativa
· El mecanismo sujeta a la cubierta de motor solo en posición vertical, lo que
podría ocasionar golpes o defectos en la pieza, al tratar de colocarla.
· Se deben realizar modificaciones considerables en la estructura de esa
estación, con el fin de que el puente grúa pueda desplazarse sin problema.
3.3.2. SEGUNDA ALTERNATIVA. SISTEMA MANIPULADOR POR GRAVEDAD
CERO
El mecanismo consiste en una pluma estructural que gira alrededor de una columna
por donde se desliza un manipulador neumático, que consta de dos pistones y
ventosas, que sujetan a la cubierta de motor. El primer pistón controla la altura de
la pieza y el segundo pistón coloca a la pieza en posición vertical u horizontal. El
accionamiento de este mecanismo es neumático, de fácil control.
Figura 3.3. Sistema Manipulador por gravedad cero
3.3.2.1. Ventajas segunda alternativa
· El operario no llega a tener contacto con la cubierta de motor.
-
23
· El mecanismo realiza todo el trabajo de levantar y colocar la pieza en la
unidad, sin que el operario realice esfuerzo alguno.
· Fácil operación.
· El esfuerzo que realiza el operario para mover el dispositivo y la pluma es
mínimo.
· La operación del mecanismo lo realiza una sola persona.
3.3.2.2. Desventajas segunda alternativa
· Consta de más elementos de control para el mantenimiento.
· Ocupa un espacio considerable a un lado de la estación de trabajo.
· Se debe realizar una modificación en la estructura de la estación con el fin
de que la pluma pueda girar sin obstáculos.
3.3.3. TERCERA ALTERNATIVA. SISTEMA PLUMA
El mecanismo consiste en una estructura con garruchas que se traslada entre el
sitio donde se quiere cargar y descargar la pieza, con la ayuda de un pistón, se
controla el brazo que va a estar cargando la cubierta de motor.
Figura 3.4. Sistema Pluma
-
24
3.3.3.1. Ventajas tercera alternativa
· Mecanismo sencillo para el control de mantenimiento.
· Fácil operación.
· El mecanismo realiza todo el trabajo de levantar y colocar la pieza en la
unidad.
· Bajo costo.
3.3.3.2. Desventajas tercera alternativa
· El operario tiene que empujar el mecanismo al lugar donde va a trabajar.
· No se tiene mayor control de la pieza, pudiendo llegar a golpearse el
material.
· Ocupa un espacio considerable a un lado de la estación de trabajo.
3.4. ANÁLISIS Y SELECCIÓN
Para seleccionar la alternativa que cumpla las especificaciones antes descritas, se
procede a validar seis parámetros considerados importantes para el desarrollo de
este proyecto, en base a estos, cada alternativa será calificada con valores entre 1
y 10. A continuación se realiza una breve descripción de cada uno y las
características a ser analizadas, de las que dependerá si la puntuación que se
asigne es alta o baja.
3.4.1. PARÁMETROS DE EVALUACIÓN
3.4.1.1. Espacio que ocupa el mecanismo
Debido a la limitación de espacio que existe en esta estación de trabajo, es
importante que el mecanismo que se elija ocupe el menor espacio posible, para que
-
25
no interfiera con el trabajo de los operadores, ni obstaculice la colocación de partes
que son abastecidas. Se asignara una calificación baja a mayor espacio ocupado y
alta si el espacio es menor.
3.4.1.2. Mantenimiento
Debe diseñarse un dispositivo cuyo mantenimiento no sea crítico, a mayor
complejidad la calificación será menor.
3.4.1.3. Facilidad de ensamble
Este parámetro hace referencia a la complejidad de construcción que puede tener
cada alternativa, se tomara en cuenta que la construcción sea sencilla, que los
materiales, recursos, herramientas, métodos, tiempo empleado sean óptimos y
garanticen el cumplimiento de los parámetros propuestos.
A mayor complejidad de ensamble la calificación será menor.
3.4.1.4. Facilidad de operación
Este parámetro hace referencia a la simplicidad de manejo y al menor número de
operaciones que requiera el mecanismo para trasladar la cubierta hasta la unidad.
Mientras más sencillo sea el manejo del mecanismo se asignara una puntuación
alta.
3.4.1.5. Versatilidad
Este parámetro permite validar la rapidez con la que opera el mecanismo, cuanto
tiempo toma trasladar la cubierta y colocarla en la unidad, de manera que el resto
-
26
de operaciones que se realizan en esa estación no se vean afectadas. A mayor
versatilidad se asigna un puntaje más alto.
3.4.1.6. Cuidado en la manipulación de la cubierta
Es importante que la alternativa a seleccionar, garantice la preservación del
producto, es decir que no exista riesgo de que en la cubierta se generen de golpes
o abollados durante el transporte. A mayor cuidado en la manipulación, se asigna
un mayor puntaje.
3.4.2. CALIFICACIÓN DE ALTERNATIVAS
Se realiza un análisis ponderado, asignando a cada parámetro un valor entre 0.1 y
1 dependiendo de su importancia dentro del diseño. En la tabla 3.1, se muestra
como se obtienen los valores ponderados. Se asigna el valor de 1 si el parámetro
de la fila es mayor o mejor que el de la columna, 0.5 si son iguales y 0 si el
parámetro de la fila es menor o inferior al de la columna.
Tabla 3.1. Análisis de factor de ponderación
PARÁMETROS
Espacio que ocupa el mecanismo.
1 1 0.5 0.5 0 4 0.19
Mantenimiento 0 0.5 0 0 0 1.5 0.07
Facilidad de Ensamble
0 0.5 0 0 0 1.5 0.07
Facilidad de operación
0.5 1 1 0.5 0.5 4.5 0.21
Versatilidad 0.5 1 1 0.5 0 4 0.19
Cuidado en la manipulación de la cubierta
1 1 1 0.5 1 5.5 0.26
TOTAL 21 1
Man
teni
mie
nto
Espa
cio
que
ocup
a
Faci
lida
d de
En
sam
ble
Faci
lida
d de
op
erac
ión
Ver
sati
lida
d
Cui
dado
en
la
man
ipul
ació
n de
la
cubi
erta
Sum
ator
ia +
1
Pon
dera
do
-
27
En la tabla 3.2, se muestra la calificación de cada alternativa, en base a los
parámetros descritos anteriormente. Las calificaciones se multiplican por el valor
ponderado, que se muestra en la Tabla 3.1, la sumatoria de mayor valor permitirá
verificar que alternativa es seleccionada.
Tabla 3.2. Calificación de alternativas
|Parámetros Valor/1
Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3
Calificación Resultado Calificación Resultado Calificación Resultado
Espacio que ocupa el mecanismo.
0.19 10 1.90 9 1.71 7 1.33
Mantenimiento 0.07 10 0.71 8 0.57 9 0.64
Facilidad de Ensamble
0.70 10 0.71 8 0.57 9 0.64
Facilidad de operación
0.21 7 1.50 8 1.71 6 1.28
Versatilidad 0.19 7 1.33 10 1.90 5 0.95
Cuidado en la manipulación de la cubierta
0.26 6 1.57 10 2.61 4 1.04
TOTAL 7.73 9.09 5.90
3.4.3 SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA
En base a los resultados de la tabla 3.2, se selecciona la ALTERNATIVA 2, que
corresponde a un sistema manipulador por gravedad cero.
-
28
CAPÍTULO 4
DISEÑO DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA
Este capítulo contiene el desarrollo del diseño de las partes que conforman el
manipulador de la cubierta recinto motor, se han tomado en cuenta las siguientes
consideraciones:
· Los elementos del mecanismo son diseñados considerando que actúan
cargas estáticas, debido a que la velocidad de operación es baja.
· Se considera el peso propio de los elementos.
· Se considera un factor de seguridad mayor o igual a 2.
· A excepción de los pernos de anclaje el material utilizado en los elementos
es acero ASTM-A36.
· Para el diseño se emplea la teoría de la energía de la distorsión.
· Para el diseño de los diferentes elementos que conforman el mecanismo de
la alternativa seleccionada, se ha utilizado software SOLID WORKS.
· Se ha realizado una comprobación en SAP, de toda la estructura.
Figura 4.1. Mecanismo manipulador cubierta recinto motor
-
29
4.1. DISEÑO DEL MECANISMO
Con la ayuda de este software, se podrá determinar la condición más crítica en la
que el mecanismo estará trabajando, se han analizado varias posiciones
dependiendo de la ubicación de la cubierta recinto motor, y de las carreras máximas
y mínimas de los cilindros. A continuación se presentan las gráficas de las
posiciones con las fuerzas resultantes más altas. Se concluye que la condición más
crítica que podría tener el mecanismo es cuando ambos cilindros están extendidos,
carrera máxima del pistón.
Figura 4.2. Fuerzas mecanismo con cubierta en posición horizontal
Figura 4.3. Fuerzas mecanismo con los cilindros carrera máxima
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30
En base a esta condición se realizarán los análisis y cálculos. Con la ayuda del
Software mencionado, se realiza un análisis por separado al brazo manipulador y a
la estructura.
4.2. DISEÑO BRAZO MANIPULADOR
A continuación se detalla la identificación de cada elemento que compone el brazo
manipulador.
Figura 4.4. Identificación elementos brazo manipulador
Usando el software Solid Works, es posible obtener el peso de cada elemento, se
tiene entonces que el brazo manipulador tiene un peso total de 60,5 kg.
4.2.1 ANÁLISIS DE FUERZAS
Se realiza un análisis de las fuerzas que actúan en cada pasador del brazo. Para
esto es importante identificar los pasadores que se colocaron en las articulaciones
del brazo. Se presentan en tablas, fuerzas cortantes, fuerzas axiales y momento
flector de cada conector.
-
31
Figura 4.5. Identificación pasadores brazo manipulador
· Fuerzas que actúan sobre el pasador 1-2
PASADOR 1-2
Tipo Componente
X Componente
Y Componente
Z Resultante
Fuerza axial (N) -10.381 0 -19.463 -22.058
Fuerza cortante (N) -35.748 426.14 19.067 426.16
Momento flector (N.m) -0.69068 0.78197 0.36839 11.064
· Fuerzas que actúan sobre pasador 3-4
PASADOR 3-4
Tipo Componente
X Componente
Y Componente
Z Resultante
Fuerza axial (N) 2.052 0 38.473 -43.603
Fuerza cortante (N) -670.31 513.09 357.51 916.73
Momento flector (N.m) 0.41753 -0.099216 -0.22269 0.48349
· Fuerzas que actúan sobre pasador 5-6
PASADOR 5-6
Tipo Componente
X Componente
Y Componente
Z Resultante
Fuerza axial (N) -0.14425 0 -0.27046 0.30653
Fuerza cortante (N) 13.023 715.93 -69.459 716.08
Momento flector (N.m) -5.79 -0.068564 30882 65624
-
32
· Fuerzas que actúan sobre pasador 7-8
PASADOR 7-8
Tipo Componente
X Componente
Y Componente
Z Resultante
Fuerza axial (N) 0.16569 0 0.31066 0.35208
Fuerza cortante (N) -791.06 307.33 421.92 947.76
Momento flector (N.m) 22334 80404 -11912 84294
· Fuerzas que actúan sobre pasador 9-10
PASADOR 9-10
Tipo Componente
X Componente
Y Componente
Z Resultante
Fuerza axial (N) -0.93797 0 -17.586 -19.931
Fuerza cortante (N) 795.25 -355.54 -424.17 968.89
Momento flector (N.m) -26216 -80202 13983 85529
· Fuerzas que actúan sobre pasador 11-12
PASADOR 11-12
Tipo Componente
X Componente
Y Componente
Z Resultante
Fuerza axial (N) 0.28641 0 0.53698 -0.60859
Fuerza cortante (N) -11.825 -757.15 63.071 757.26
Momento flector (N.m) 60445 0.095554 -32239 68511
4.2.2. ANÁLISIS DE ESFUERZOS
La siguiente figura permite analizar los esfuerzos que actúan sobre cada elemento
del brazo manipulador, estos valores están diferenciados por colores en rangos
entre 0 MPa y 52.27 MPa siendo este el valor máximo que actúa sobre el elemento
2.
-
33
Figura 4.6. Rango de esfuerzos en brazo manipulador
4.2.3 ANÁLISIS DE DEFORMACIÓN
El siguiente gráfico muestra las deformaciones del brazo manipulador siendo la
máxima 9.12 mm, en el extremo del cuadro de ventosas.
Figura 4.7. Análisis deformaciones brazo manipulador
-
34
4.2.4. ANÁLISIS FACTOR DE SEGURIDAD
A continuación se muestra el análisis de los factores de seguridad de cada
elemento, siendo el mínimo 4.78, lo cual es una garantía para el diseño
considerando que el mínimo teórico es 2.
Figura 4.8. Análisis factor de seguridad brazo manipulador
4.2.5. DISEÑO Y COMPROBACIÓN ELEMENTO CRÍTICO
Luego de observar los resultados, se evidencia que el elemento más crítico del
brazo manipulador es el 2. Se va a realizar un análisis en el punto B, donde actúa
el mayor esfuerzo, para verificar si el elemento cumple las solicitaciones para las
que fue diseñado. El elemento es tubo estructural, de sección trasversal cuadrada
de acero ASTM A 36, medidas 40x40x3 mm.
En la figura 4.9 se han colocado las fuerzas que actúan en el elemento.
Figura 4.9. Fuerzas en el elemento 2
-
35
La tabla 4.1 describe los valores de cada una de estas fuerzas.
Tabla 4.1. Fuerzas en el elemento 2
PUNTO A B C D
EJE kgf
X -67 -79.1 1.3 -35.74
Y 51.3 30.7 71.5 42.61
Z 35.7 42.1 -6.4 1.9
Con los valores de las fuerzas, se procede a realizar un análisis, de la fuerza
cortante (V)y el momento flector (M) que actúan sobre el elemento.
Figura 4.10. Fuerzas elemento 2, tramo AB
Los resultados de la fuerza cortante son:
En x Vx = -67 kg
En y Vy = 51.3 kg
En z Vz = 35.7 kg
El momento flector, está dado por la siguiente expresión
M(x) = 0
M(y) = 35.7 * x1 [4.1]
M(z) = 51.3 * x1 [4.2]
Con las ecuaciones 4.1 y 4.2 procedemos a calcular el momento flector
-
36
Si x1= 0 M(x) = 0
M(y) = 0
M(z) = 0
Si x1= 60.8 cm M(x) = 0
M(y) = 2170.56 kg/cm
M(z) = 3119.04 kg/cm
El esfuerzo máximo está dado por la expresión:
[4.3]
Dónde:
σmax : Esfuerzo máximo (Kgf/cm2)
Mmax : Momento flector máximo (Kgf-cm)
I x: Momento de inercia de la sección (cm4)
C: Distancia del eje a la fibra más alejada (cm)
El factor I/C, llamado módulo de resistencia de la sección, puede ser encontrado en
tablas, viene dado por la expresión:
[4.4]
Dónde:
Figura 4.11. Sección trasversal tubo estructural cuadrado
-
37
Calculamos el factor I/C utilizando la ecuación [4.4]:
Entonces
El factor se seguridad se calcula con la expresión siguiente:
[4.5]
Dónde:
n: Factor de seguridad
Sy: Esfuerzo de fluencia del material (kgf/mm2)
σmax: Esfuerzo de flexión máxima (Kgf/mm2)
Con la ecuación [4.5] se calcula el factor de seguridad
Se obtiene un valor para el factor de seguridad de 4.14, bastante aproximado al
valor obtenido con el software que es de 4.78.
4.2.6 DISEÑO DE PASADORES
La resistencia de un pasador que está sometido a un esfuerzo cortante, puede
validarse en base a la condición:
-
38
Dónde:
F R,b: Resistencia a cortante del pasador
F E,b: Valor del cortante que actúa sobre el pasador
La resistencia a cortante del pasador viene dada por la expresión:
[4.6]
Dónde:
A: Área de la sección trasversal
Sut: Resistencia ultima a la tracción
YMb: Coeficiente parcial para la resistencia del acero, valor 1.25
4.2.6.1. Selección del pasador
Se usará un pasador de diámetro 20 mm y de longitud 50 mm, en material A36. La
comprobación se realizara en el pasador 9-10, sobre el que actúa una cortante de
968.89 N, utilizando la ecuación [4.6].
Datos:
Feb = 968.89 N
r = 10 mm
Sut = 400 N/mm2
YMb = 1.25
Entonces tenemos que la resistencia a cortante es mayor que la fuerza que actúa
sobre el pasador. Cumpliendo las solicitaciones que se requieren.
-
39
4.3. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA
Con las fuerzas resultantes del análisis del brazo manipulador, se realiza el diseño
de la estructura, considerando que estas fuerzas están aplicadas en el extremo del
perfil móvil, como se indica en la figura.
Figura 4.12. Fuerza aplicada para análisis de estructura
4.3.1. ANÁLISIS DE ESFUERZOS
La siguiente figura permite analizar los esfuerzos que actúan sobre la estructura,
siendo el máximo 151.37 MPa. Este esfuerzo se genera en la placa base, por lo
que se la considera el elemento crítico de la estructura, posteriormente se realizará
el ejemplo de diseño para este elemento.
-
40
Figura 4.13. Análisis de esfuerzos en la estructura
4.3.2. ANÁLISIS DE DEFORMACIÓN
El siguiente gráfico muestra las deformaciones de la estructura, la deformación
máxima del mecanismo es 14.95 mm en el extremo de la parte móvil.
Figura 4.14. Análisis de deformación en la estructura
4.3.3. ANÁLISIS DEL FACTOR DE SEGURIDAD
Este gráfico permite analizar el factor de seguridad obtenido en cada elemento de
la estructura, el valor mínimo es 1.38, únicamente en la superficie superior de la
-
41
placa, el software puede proporcionar valores con un detalle mínimo, es por esto
que en la misma placa puede verse este valor mínimo y valores de factores de
seguridad sobre 40, por esto realizaremos una comprobación en este elemento
para validar su fiabilidad. El resto de valores están sobre 2, garantizando el diseño
del mecanismo.
Figura 4.15. Análisis de factor de seguridad en la estructura
4.3.4. COMPROBACIÓN ESTRUCTURAL
En el diseño de estructuras, se considera el caso de falla crítica, generada por
esfuerzos o por pérdida de estabilidad (pandeo), Debido a que la longitud de la
parte móvil de la estructura es de 3200 mm, se realiza una comprobación estructural
de diseño, mediante el software SAP 2000. AISC360-10
Figura 4.16. Estado de cargas en la estructura
-
42
Figura 11. Relación demanda capacidad
Figura 4.18. Análisis de condiciones máximas a las que está sometida la estructura
-
43
Como puede evidenciarse en la figura 4.17, toda la estructura está en un rango
mínimo de esfuerzo, siendo 0.5 el máximo valor de la relación demanda capacidad,
mostrada en color celeste. Se muestra en la figura 4.18 que la deflexión máxima de
la parte móvil es 0,1 mm, con lo que se demuestra que el dispositivo trabaja sin
sufrir deformaciones importantes.
4.3.5. DISEÑO DE LA PLACA BASE
Se considera la placa base como elemento crítico ya que sobre esta actúa el mayor
esfuerzo. En la figura se muestra la distribución de cargas distribuidas en la placa.
Figura 4.19. Diagrama de cargas aplicadas en placa base
Dónde:
T: Fuerza de tensión resultante que actúa en los pernos (kgf)
C: Resultante máxima de la presión (kgf)
-
44
Para el cálculo de C se realiza una sumatoria de momentos alrededor de la carga
T.
Datos:
P= 322 kgf
M= 72000 Kgf-mm
X1= 50 mm
X2= 100 mm
X3= 150 mm
X4= 300 mm
De manera que:
[4.7]
Despejando la ecuación tenemos
La ecuación [4.8] permite calcular la presión que se distribuye en la placa
[4.8]
Dónde:
F: Fuerza aplicada en la placa
A: Área de la superficie de contacto
Para el caso de nuestro cálculo tenemos
-
45
La presión parcial que actúa sobre la placa se calcula con la siguiente expresión
El espesor de la placa base viene dado por la siguiente expresión
[4.9]
Dónde:
M: Momento flector (kgf-mm)
: Esfuerzo máximo (Kgf/mm2)
El momento flector para el caso de esta aplicación por unidad de longitud se calcula
de la siguiente manera:
[4.10]
-
46
El se calcula considerando que la placa es de acero A36 y un factor de
seguridad n = 2, de la ecuación [4.5]
Reemplazando estos resultados en la ecuación [4.5] tenemos
La placa seleccionada es de 15 mm.
4.3.6. DISEÑO Y SELECCIÓN DE PERNOS DE ANCLAJE
El esfuerzo al que están sometidos los pernos de anclaje se calcula con la siguiente
expresión:
[4.11]
Dónde:
T: Fuerza de tensión que actúa en los pernos
A: Área de la sección transversal del perno
Con el área podemos calcular el diámetro del perno. Se realiza una sumatoria de
momentos alrededor de C, de acuerdo a la distribución de fuerzas en la figura 4.16
para calcular la fuerza T.
-
47
[4.12]
De manera que
Se asume con factor de seguridad n=2, con el Sut del material del perno de 40.78
(kgf/mm2), se calcula el esfuerzo máximo con la ecuación [4.5].
Reemplazando estos resultados en la ecuación [4.5]
Despejando el diámetro
-
48
Por seguridad y disponibilidad se selecciona un perno KB3 3/8” * 3 ¾”, sus
características y especificación se encuentran en el Anexo I. Se puede evidenciar
en tablas que la carga que permite este perno es mucho mayor que la tensión
máxima calculada, de manera que el elemento seleccionado resiste los
requerimientos a los que será sometido.
4.3.7. SELECCIÓN DE RODAMIENTOS
En el manipulador se utilizan tres rodamientos, dos cónicos en el eje del brazo móvil
de la estructura y uno en el cuadro de ventosas.
Los rodamientos se dimensionan estáticamente, debido a que giran a revoluciones
muy bajas. Se debe calcular el factor de esfuerzos estáticos, para validar si el
rodamiento seleccionado cumple los requerimientos a los que será sometido. Para
exigencias reducidas este factor debe estar en el rango de 0.5 a 0.8.
[4.13]
Dónde:
fs : Factor de esfuerzos estáticos
C0: Capacidad de carga estática
P0: Carga estática equivalente
El valor de C0 se encuentra especificado en tablas, P0 se calcula con la fuerza axial
y radial que actúan sobre el rodamiento.
Para rodamientos rígidos de bolas, se debe validar cuál de las condiciones se
cumple
Si
entonces [4.14]
-
49
Si
entonces [4.15]
Para rodamientos cónicos se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones
Si
entonces [4.16]
Si
entonces [4.17]
4.3.7.1. Cálculo y selección del rodamiento cónico
Datos:
Diámetro del eje= diámetro interno del rodamiento
d = 30 mm
Fr = 5821 N
Fa = 3186 N
Se selecciona el rodamiento FAG 30206A en el ANEXO II. Se encuentran las
especificaciones del mismo.
d = 30 mm
C0 = 49 KN
Y0 = 0.88
Para calcular P0, debe verificarse cuál de las condiciones anteriormente descritas
se cumple:
-
50
Como se cumple la primera condición entonces se define P0 con la ecuación [4.16]
Fr = 5821 N
Con el valor obtenido se calcula el factor de esfuerzos estáticos de la ecuación
[4.13]
El valor calculado excede del rango establecido para esta solicitación, por lo que el
rodamiento seleccionado cumple los requerimientos a los que será sometido.
4.3.7.2. Cálculo y selección rodamiento rígido de bolas
Diámetro del eje= diámetro interno del rodamiento
d = 25 mm
Fr = 384.89 N
Fa = 4.26 N
Se selecciona el rodamiento 6205 del catálogo de rodamientos FAG del Anexo III,
sus características son:
C0 = 7.8 KN
El proceso de cálculo es similar al anterior, se verifica que se cumple la primera
condición
Entonces de la ecuación [4.14]
-
51
Calculamos el factor de seguridad con la ecuación [4.13]
4.4. CIRCUITO NEUMÁTICO DE MANIPULACIÓN POR VACÍO
En el presente proyecto se va a utilizar manipulación por vacío, este método de
manejo de cargas garantiza eficiencia y que el esfuerzo realizado por los operarios
sea el menor, su uso de manera industrial ha ido incrementándose con el tiempo.
Los elementos considerados como actuadores en esta técnica son las ventosas, el
vacío se genera cuando la presión al interior de las ventosas es menor a la presión
atmosférica, esta depresión genera una fuerza capaz de mantener suspendido un
objeto. (Serrano, 2009, p.199, 200).
A continuación se detalla el circuito neumático diseñado para este mecanismo, sus
partes y método de selección.
-
52
Figura 4.20. Circuito neumático manipulador cubierta recinto motor
-
53
Tabla 4.2. Elementos circuito neumático
CÓDIGO DESCRIPCIÓN
1 Filtro, Regulador de Aire, Válvula de corte
2 Pulsador para activar ventosas
3 Pulsador para activar ventosas
4 Válvula centro cerrado
5 Válvula centro cerrado
6 Cilindro
7 Cilindro
8 Válvula neumática
9
Generador de vacío 10
11
12
13
Silenciador 14
15
16
17
Ventosa 18
19
20
4.4.1. CILINDROS NEUMÁTICOS
Son un tipo de actuadores neumáticos, funcionan usando aire comprimido, el cual
les permite tener un movimiento recto en impulso y regreso. Existen varios tipos, el
que usaremos dentro de este proyecto es el de doble efecto. Aire a presión ingresa
por la cámara posterior, permitiendo el avance del vástago. Para obtener esto, el
aire en la cámara delantera debe ser desalojado. Para el regreso del vástago, el
proceso se invierte, ingresando aire por la cámara delantera y evacuado el de la
posterior, para los procesos de admisión y escape de aire cada cámara cuenta con
orificios en sus tapas de cobertura. (Serrano, 2009, p.92).
-
54
Los cilindros permiten el movimiento del brazo manipulador, haciendo que éste
adopte las posiciones para tomar la cubierta en su posición vertical y colocarla
horizontalmente sobre la unidad.
(Serrano, 2009, p.92)
Figura 4.21. Esquema de cilindro neumático
4.4.1.1. Cálculo de cilindros
La fuerza teórica desarrollada por un cilindro está dada por la expresión
[4.18]
Dónde:
F: Fuerza teórica del embolo
A: Área del embolo
P: Presión de trabajo
Siendo:
[4.19]
Dónde:
r: radio del embolo
-
55
Reemplazando la ecuación [4.18] en la ecuación [4.19], se obtiene la expresión que
permite calcular en radio del émbolo en función de la presión y la fuerza.
[4.20]
4.1.1.2 Selección de cilindros
Utilizando la ecuación [4.20] se calcula el diámetro del émbolo, el fabricante
recomienda que para la selección del cilindro se trabaje con una presión de 5 bar,
esto es 0.5 (N/mm2).
Datos
P = 0.5 (N/mm2)
F1= 968.89 N
F2 = 716.08 N
Entonces r1= 24.83 mm y r2= 21.35 mm. Por lo tanto los diámetros de los cilindros
serán el doble de su radio.
D1 = 49.66 mm
D2 = 42. 70 mm
-
56
Con los diámetros calculados se seleccionan los cilindros, del catálogo de cilindros
SMC, que se encuentra en el Anexo IV.
Los códigos de los cilindros seleccionados por disponibilidad y seguridad son:
CP96SDB63-250, CP96SDB100-150
Sus características se encuentran especificadas en el Anexo mencionado.
4.4.2 VENTOSAS
Son elementos que permiten trasladar un objeto, manteniéndolo adherido por la
fuerza que genera el vacío. Para esta aplicación se utilizaran ventosas de fuelle,
fabricadas en NBR caucho de nitrilo que no deja marcas en el material. Para
seleccionar una ventosa es imprescindible conocer la fuerza de retención teórica,
para en base a este resultado seleccionar el diámetro.
[4.21]
Dónde:
Fth: Fuerza de retención teórica (N)
u: Coeficiente de fricción
g: aceleración terrestre (9,81 m/s2)
a: aceleración de la instalación (m/s2)
S: Factor de seguridad
Para la superficie de metal se considera un coeficiente de fricción de 0.5, un factor
de seguridad de 1.5 y que el sistema trabaja con 5 m/s2, por recomendación del
fabricante.
Con la ecuación [4.21], se calcula la fuerza de retención.
-
57
Datos
m= 25 kg
u= 0.5
a= 5 m/s2
S=1.5
Por la geometria de la cubierta recinto motor se elije usar 4 ventosas, entonces la
fuerza que requiere cada ventosa es:
Según especificaciones del catálogo cuando se usa un eyector, la presión de vacío
es - 60 KPa como valor de referencia. En el Anexo V se encuentra la tabla para
selección del diámetro de la ventosa en función de la fuerza y la presión de vacío,
además del código de selección. De los datos en las tablas de Anexo, se elige un
diámetro de 80 mm.
El código de la ventosa seleccionada es: ZP2-80HB N
4.4.3. GENERADOR DE VACÍO
El eyector es un elemento de generación de vacío, mediante el efecto Venturi. Aire
a presión ingresa por el punto 1, se estrangula en el punto 2, aumentando
considerablemente su velocidad, este aumento genera una depresión en el
compartimiento 3 y en el canal 5, esta depresión se aprovecha para conectar las
ventosas de vacío.
-
58
(Serrano, 2009, p.92)
Figura 4.22. Esquema de un eyector de vacío
El generador de vacío se selecciona en base al diámetro de la boquilla, para esto
es necesario conocer el caudal que debe entregar, este caudal se calcula en base
a la siguiente ecuación
[4.22]
Dónde:
V: Capacidad de aspiración
n: Número de ventosas
Vs: Capacidad de aspiración por ventosa
Según recomendaciones del fabricante para diámetros de ventosa hasta 120 mm
la capacidad de aspiración es 16,6 lt/min.
De manera que:
En el Anexo VI, se encuentra el catálogo SMC de donde se han seleccionado los
generadores de vacío para el sistema manipulador, en base a las gráficas del
Anexo para el caudal calculado se elige el diámetro de la boquilla y las
especificaciones.
El código del generador seleccionado es: ZH13DS 01 01 02.
-
59
4.4.4. FILTRO DE AIRE
El filtro de aire garantiza que el aire comprimido que ingresa se encuentre libre de
toda impureza y agua condensada, tiene incorporado un regulador que mantiene la
presión al nivel que se requiera, además de una válvula que permite o no el paso
de aire al circuito secundario. (Guillén, 1993, p.26, 27).
Para el circuito se selecciona un sistema de filtrado de 3/8 y 54 m3/h, compuesto
por regulador filtro y válvula de corte que cumple con la normativa OSHA.
4.4.5. ACCESORIOS
4.4.5.1 Pulsador de activación de ventosas
Un pulsador es básicamente un interruptor neumático, se activa por presión manual
y permite activar o desactivar el circuito.
4.4.5.2. Silenciadores
Son elementos que están conectados a las válvulas distribuidoras, su función es
disminuir el ruido que genera el escape de aire y evitar el ingreso de impurezas.
4.4.5.3. Válvulas de control
En el proyecto se han utilizado también válvulas de control, son elementos que
permiten controlar flujo, presión, temperatura. En el circuito se tienen de dos tipos,
una en el circuito de vacío y otra para control de los cilindros.
Existen además acoples y mangueras para conexión del circuito, elegidos en
función del diámetro de los elementos.
-
60
CAPÍTULO 5
COSNTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN
La construcción del manipulador neumático para la cubierta de recinto motor, se
realizó en los talleres de Maresa Ensambladora. Específicamente en el taller de
Metrología y Dispositivos, este taller posee todos los equipos y herramientas
necesarias para la elaboración de proyectos.
La empresa cuenta además con una bodega interna, dotada de un amplio stock de
materiales e insumos.
Esto permitió disponer de materiales como perfiles, rodamientos, pernos, insumos
indirectos, en general varios elementos que no se adquirieron de forma exclusiva
para el proyecto, sino que forman parte del inventario que maneja la bodega de
planta, hay que recalcar que Maresa cuenta con una gran cantidad de inventario
debido a que frecuentemente está elaborando proyectos de mejora,
automatización, además del mantenimiento de toda su planta industrial.
5.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN Y
MONTAJE
Los procesos y requerimientos para la construcción y montaje del manipulador se
describen a continuación.
5.1.1 MATERIALES
Para la construcción y montaje del manipulador se requirió el uso de varios
materiales, herramientas e instrumentos, el detalle de los mismos se muestran a
continuación.
-
61
5.1.1.1 Componentes directos
Se listan a continuación aquellos materiales o elementos que son parte del
manipulador. Dentro de esta lista están materiales adquiridos para el proyecto y
los proporcionados por la bodega de planta.
Tabla 5.1. Componentes directos
5.1.1.2 Equipos y Herramientas
A continuación se detallan los equipos y herramientas utilizados en la construcción
del proyecto.
Tabla 5.2. Equipos y Herramientas
EQUIPOS Y HERRAMIENTAS
Amoladora
Sierra
Taladro
Soldadora
Lima
Machuelo
Brocas
Escuadra
COMPONENTES
Tubo estructural cuadrado
Perfil I
Eje de acero A36
Plancha de acero diversos espesores
Pernos de anclaje
Eje para pasador
Trolley
Rodamientos
Cilindros neumáticos
Generadores de vacío
Unidad de mantenimiento
Ventosas
Silenciadores
Control de mando
Mangueras y conexiones
Válvulas neumáticas
-
62
5.1.1.3 Instrumentos de medición
Para control y verificación se han utilizado instrumentos de medición como
flexómetros, calibrador, escuadra, entre otros.
5.1.2 CONSTRUCCIÓN DEL MANIPULADOR
Se ha denominado construcción a la preparación de todas las partes que forman
la estructura del manipulador. La preparación incluye todos los procesos referentes
a corte, desbaste, maquinado de los elementos que conforman este mecanismo.
Las especificaciones para esta fase del proyecto se encuentran en los planos de
diseño indicados en el Anexo IX.
5.1.3 MONTAJE
El montaje de la estructura que conforma el manipulador se dividió en dos partes.
El del brazo manipulador y el de la estructura. A continuación se describe el
procedimiento que se realizó para el montaje, en el ANEXO VII se han colocado
algunas fotografías de este proceso.
5.1.3.1 Montaje brazo manipulador
Figura 5.1. Elementos brazo manipulador
-
63
Esta parte del sistema está constituido por el cuadro de ventosas y la estructura
donde se asentaran los cilindros, el montaje de esta parte del sistema sigue los
pasos descritos a continuación.
· De acuerdo a las medidas especificadas en planos, se suelda el cuadro con
tubo estructural cuadrado, formando el cuadro para colocar las ventosas.
· Se colocan las 4 ventosas que sujetarán la cubierta.
· Se sujeta la placa donde irá el eje que permite el giro del capo.
· Se instala el eje con el rodamiento que permite el giro del cuadro de ventosas
respecto al elemento 3.
· Se acopla el eje al elemento 3.
· Utilizando los pasadores seleccionados se unen los elementos 3 y 2
· Se suelda el tubo estructural que formará el elemento 1
· Se añade el elemento 1 a la estructura mediante pasadores.
· Se instala el cilindro neumático 2, permitiendo el acople de los elementos 2
y 3.
· Se instala el cilindro neumático 1, permitiendo el acople de los elementos 1
y 2.
5.1.3.2 Montaje estructura
Figura 5.2. Elementos estructura manipulador
-
64
El montaje de la segunda parte del sistema denominada estructura, sigue los pasos
descritos a continuación:
· Se perfora en la placa base, los 4 agujeros para los pernos de anclaje.
· Se suelda la placa base al perfil IPN 1.
· Se colocan los pernos de anclaje para posicionar el perfil.
· Se sueldan las placas soporte al perfil IPN 1.
· Se posiciona el eje y rodamientos en sus alojamientos respectivos.
· Se suelda el refuerzo 4, de tubo estructural cuadrado al perfil IPN 2,
formando el subconjunto móvil.
· Se suelda este subconjunto al eje.
· Se perforan los agujeros para los pernos de anclaje de los refuerzos 1 y 2
· Se sueldan los refuerzos 1 y 2 a las placas base y al perfil IPN 1.
· Se suelda el refuerzo 3 al perfil IPN y al refuerzo 2.
5.1.3.3. Instalación circuito neumático
· Se acoplan las ventosas a los silenciadores, mediante mangueras
· Se conectan los silenciadores a los generadores de vacío.
· Se acoplan los generadores a la válvula de mando.
· Se instalan las válvulas de control para el circuito de vacío.
· Se instalan los pulsadores de control para activación o desactivación de las
ventosas.
· Se conectan los cilindros neumáticos que estaban previamente instalados
en la estructura.
· Se instalan las válvulas de control para los cilindros.
· Se instala la unidad de mantenimiento compuesta de, filtro, regulador y
válvula de corte.
-
65
5.2. COMPRA DE MATERIALES
Como se mencionó anteriormente, únicamente se adquirirán los materiales de los
que no se disponga, en la bodega de la ensambladora.
Esto es, las partes que conforman el circuito neumático, a continuación se detallan
las partes que se requieren.
Tabla 5.3. Materiales que requieren compra
DESCRIPCIÓN MARCA CANTIDAD
Filtro de aire SMC 1
Regulador de aire SMC 1
Válvula de corte SMC 1
Válvula de 5/3 centro cerrado SMC 2
Pulsador para activar ventosas SMC 2
Cilindro DB100 SMC 1
Válvula 5/2 neumática SMC 1
Cilindro DB63 SMC 1
Generador de vacío SMC 4
Silenciador de conexión 1/4 SMC 4
Ventosa diámetro 80 SMC 4
5.3. COSTOS
A continuación se detallan los costos que se emplearon para la construcción,
diseño, montaje y puesta en marcha del manipulador neumático.
Se colocaran los costos de todos los materiales, los adquiridos exclusivamente para
el proyecto y los que se tenían en bodega, ya que es importante tener un concepto
global del costo del equipo.
En el Anexo VIII, se encuentra el detalle de costos enviado por el proveedor, de la
parte neumática. Los recursos utilizados para esta implementación, se clasificaron
en directos e indirectos. El análisis de los mismos se presenta a continuación.
-
66
5.3.1. ANÁLISIS PARA COSTOS DIRECTOS
5.3.1.1. Costo de componentes directos
Como componentes directos se toman aquellos que físicamente pueden ser
identificados en el manipulador, estos forman parte de la estructura; se refieren
también a los elementos normados, y a los seleccionados como parte del circuito
neumático. A continuación se muestra el detalle de los mismos en dos tablas, la
tabla 5.4 corresponde a los elementos adquiridos exclusivamente para el proyecto,
y la tabla 5.5 a los disponibles de la bodega de materiales.
Tabla 5.4. Costo componentes neumáticos
DESCRIPCIÓN MARCA CANTIDAD VALOR
UNITARIO (USD)
VALOR TOTAL (USD)
Filtro de aire SMC 1 250 250 Regulador de aire SMC 1
Válvula de corte SMC 1
Válvula de 5/3 centro cerrado SMC 2 650 1300
Pulsador para activar ventosas SMC 2 25 50
Cilindro DB100 SMC 1 680 680
Válvula 5/2 neumática SMC 1 80 80
Cilindro DB63 SMC 1 480 480
Generador de vacío SMC 4 45 180
Silenciador de conexión 1/4 SMC 4 10 40
Ventosa diámetro 80 SMC 4 220 880 Total 3940
-
67
Tabla 5.5. Costo componentes directos disponibles en bodega de planta