diseÑo de una cortadora de alfalfa
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“Año de la Consolidación Económica y Social del Perú”
CÁTEDRA : DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA
CATEDRÁTICO : ING. BRECIO DANIEL LAZO BALTAZAR
ALUMNO : VARGAS CHAVEZ CRISTIAN DAVID
HUAHUANCAYO 2010 - II
INTRODUCCION
En el diseño de una máquina debemos tomar en consideración muchos aspectos que
nos conlleva, a la investigación de que es lo que queremos fabricar; para lo cual es
importante tener los conocimientos necesarios de la elaboración de un Proyecto, un
conocimiento teórico del proceso con la ayuda de la computadora para configurar nuestro
sistema, para fundamentarnos el problema, luego hacer la aplicación directa. Para esto es
importante también conocer el campo de las Maquinas herramientas y los cálculos
matemáticos del diseño. Con estos aspectos ya estamos en la capacidad de diseñar y
fabricar nuestra máquina.
RESUMEN
En el transcurso del diseño de la máquina de corte de alfalfa, será efectuada en
etapas, las cuales nos ayudan a la elaboración del presente diseño.
Primero nos englobamos en todo lo que es el problema, que es lo que nuestra
máquina quiere solucionar o mejorar, una vez definido todo el problema hacemos una lista
de exigencias.
En el siguiente proceso analizamos todas las posibles soluciones a nuestro problema
pero enmarcándonos en la lista de exigencias establecida, a estas soluciones le hacemos una
evaluación para llegar una solución adecuada.
La fase posterior nos encamina ya en el proyecto preliminar en donde hacemos los
bosquejos de la forma para luego hacer nuestros cálculos matemáticos con nuestros datos
previamente establecidos.
La fase final nos conlleva ya a un idea clara de que es lo que queremos diseñar y
fabricar, para luego plasmar nuestro diseño en partes y su posterior ensamble. Obteniendo
finalmente el diseño en el papel con todas sus características lista para ser modelada en un
software y para su posterior construcción.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:
Para la realización de nuestro diseño es necesario conocer cuál es el
problema principal y para ello visitamos el Distrito de Huachac, en donde los
agricultores producen alfalfa, es en dicho lugar y en esta actividad en la cual
decidimos iniciar nuestro trabajo.
Huachac está ubicado en la provincia de Chupaca, departamento de Junín,
lugar dedicado a la agricultura y ganadería, en el lugar conocido como Marcatuna se
encuentra la materia prima de la cual obtendremos nuestros datos.
Nos entrevistamos con el señor Pedro Gaspar y su esposa Julia Cóndor,
quienes se dedican a esta actividad quien nos explicó el procedimiento de la cosecha
y corte de la alfalfa, para tratar de identificar el problema en el proceso de corte.
1.1 SOBRE LAS TIERRAS DE CULTIVO
Nuestro producto a investigar se encuentra en un área rectangular de 2.5 Ha
aproximadamente con 90m de ancho y 260m de largo con una desnivelación de
tierras en un promedio de 7° con separación de canales de 90 cm además está en un
lugar con abundante humedad es por eso que facilita su crecimiento.
1.2 SOBRE LA MATERIA PRIMA
Actualmente el Productor siembra alfalfa tipo Moapa cuya altura máxima es
de 50 – 55 cm con las siguientes características:
Clasificación científicaReino: PlantaeDivisión: MagnoliophytaClase: MagnoliopsidaSubclase: RosidaeOrden: FabalesFamilia: FabaceaeSubfamilia: FaboideaeTribu: TrifolieaeGénero: MedicagoEspecie: Mendicago sativa
1.3 SOBRE LAS HERRAMIENTAS UTILIZADAS
El proceso de corte es realizado con una hoz dentada rudimentaria de
aspecto ovalado, además también en ocasiones realizaron el corte con una guadaña
larga.
Hoz utilizada
en la cosecha
1.4 SOBRE EL PROCESO DE CORTE
Para la comercialización de alfalfa, lo primero es la siembra de la alfalfa, que
es el paso más importante en el proceso, para el primer corte de alfalfa se debe tener
en cuenta que el cultivo debe tener 10% de su floración (cuando el 10% de sus
flores están abiertas), además se debe cortar dejando un tallo de 3-5 cm para el
rebrote.
La segunda etapa es el proceso de corte, realizado con una hoz dentada
rudimentaria, se toma de la parte baja de la alfalfa logrando un puñado consistente
sin dañar los tallos y hojas y se pasa la hoz por debajo de la mano con una fuerza
moderada para poder cortar la alfalfa este proceso se realiza continuamente hasta
obtener la cantidad suficiente para retirar de los cultivos., este proceso es el que más
trabajo da para el agricultor y es en este proceso que pretendemos facilitar con el
diseño de una máquina que realice este proceso.
Luego del proceso de corte se recolecta los tallos que quedaron en el suelo
para el proceso de secado ya que el producto se extrae con mucha humedad se deja
al sol por 2 horas y luego se amarra en unos fardos de aproximadamente 20 - 25 Kg
y el producto esta listo para la comercializacion.
Actualmente se produce en cada corte unos 2000 Kg por hectárea y se
realizan unos 5-6 cortes al año lo que resulta un trabajo arduo y cansado y con la
ayuda se pretende aumentar su producción en 6-7 cortes al año además de disminuir
el esfuerzo humano.
2. DETALLE DEL PROBLEMA
El problema que se encuentra en esta situación es la necesidad de contar con
una máquina que realice el proceso de corte de alfalfa aumentando la producción y
reduciendo el esfuerzo humano.
3. ESTADO DE LA TECNOLOGIA
3.1 LA COMPETENCIA
En la actualidad en nuestro valle del Mantaro no tenemos referencias de
anteriores diseños realizados sobre maquinas cortadoras siendo este el primer
diseño.
3.2 CATALOGOS
En general las maquinas que se ocupan para la realización de este proceso
son accesorios para tractores muy grandes y muy costosas, ya que de los más
pequeños como la cortadora de alfalfa John Deere 1209 ocupa un área aproximada de
2.5 x 2m. Y cuesta alrededor de $7500 Dólares además de que requieren de mucho
mantenimiento para su óptimo funcionamiento ya que está expuesto al medio
ambiente. Otro inconveniente de estas máquinas es que trozan la alfalfa en partes
pequeñas para ensilado y así no se puede comercializar en el valle del Mantaro.
Invento chino de una acomodadora de alfalfa
CORTADORA DEL ALFALFA, Reversible, corte de 1.27 metros Motor
gasolina de 8 HP de potencia marca KOHLER arranque eléctrico, 4 velocidades
frente, 2 de reversa, traccion independiente en llantas para giros en 0º (grado
cero)
3.3 RECOMENDACIONES Y NORMAS
En nuestra investigación es recomendable utilizar máquinas de corte de alfalfa
en tamaños pequeños que existen pocos ya que se fabrican para productores con
más de 30 Ha
4. ANALISIS DE LA SITUACION DEL PROBLEMA
Para nuestro diseño tuvimos que solicitar algunos datos al agricultor que nos
solicitó:
- Se debe contar con una máquina que sea fácil de operar.
- Su diseño no sea muy espacioso para poder guardarlo cuando no se use.
- La máquina debería dejarnos alfalfa lista para su embalaje.
- El diseño debería permitir movilizar la maquina con facilidad.
- La máquina debería contar con sistemas de protección y seguridad.
5. POSIBILIDADES DE REALIZACION
Según lo exigido por el agricultor llegamos a la conclusión de que el diseño solicitado
está en condiciones para su fabricación ya que en nuestro Valle contamos con los
talleres y accesorios en gran cantidad para poder acoplarlo a el diseño a fabricar y
además en comparaciones con las máquinas que existen hoy en día en el mercado
tendría que ser económico ya que se pretenderá fabricar con materiales y partes
existentes.
6. COMPLEMENTAR LAS EXIGENCIAS ORDENARLAS Y
CUANTIFICARLAS, COLOCAR PRIORIDADES.
¿Qué finalidad tiene que satisfacer la solución?
El diseño de la cortadora de alfalfa; tiene por finalidad, ayudar en el proceso de corte
de alfalfa y recolectado para su posterior empacado y comercializado, disminuyendo el
trabajo y esfuerzo humano en la realización del corte y aumentar la producción en un
18-20%.
¿Qué propiedades debe tener la solución?
La alfalfa debe ser cortada en el momento preciso y con el desarrollo previsto.
Evitar que la operación de corte con las manos sea tediosa, acortar el tiempo en este
proceso de cortado de alfalfa, pudiendo realizarlo de una manera descansada.
Disminuir esfuerzo físico, sobre todo en la forma rudimentaria en la que es laborioso y
cansado.
¿Qué propiedades no debe tener esta solución?
No debe subir los costos de producción.
No debe poner en riesgo la fragilidad de la alfalfa.
La máquina a diseñar no debe tener grandes dimensiones ni muchos
componentes.
7. LISTA DE EXIGENCIAS DEL DISEÑO
LISTA DE EXIGENCIAS EDICION Pag. _____ de _____
PROYECTO
CLIENTE
Nº de Identificación
DISEÑO DE UNA MAQUINA PARA CORTAR ALFALFA
Redactado por:
Fecha:
Cambios (Fecha)
Deseado o exigido
Exigencias Responsable
GEOMETRIA
DE LA MATERIA PRIMA
29/09/2010 E Altura: 50 - 55 cm C.Vargas
29/09/2010 E Diámetro con hojas: 5 - 6 cm C.Vargas
CINEMATICA
29/09/2010 D Grados de Libertad: 2 C.Vargas
29/09/2010 E Velocidad mínima de avance: 0.3 m/seg C.Vargas
29/09/2010 E Longitud de corte total: 1m. C.Vargas
29/09/2010 D Movimientos: Radial y lineal C.Vargas
FUERZA
29/09/2010 E Fuerza mínima de corte x puñado: 2.6 - 4.1 kg C.Vargas
29/09/2010 E Peso máximo de un tallo de alfalfa: 60-70 gr. C.Vargas
29/09/2010 E Factor de carga: 1 C.Vargas
29/09/2010 E Estabilidad del equipo C.Vargas
29/09/2010 D Vibraciones medias C.Vargas
29/09/2010 E Resonancia nula C.Vargas
ENERGIA
29/09/2010 E Mecánica C.Vargas
29/09/2010 D Energía potencial (Rigidez de la alfalfa) C.Vargas
MATERIA
SOBRE MATERIA A PROCESAR: ALFALFA
29/09/2010 E Alfalfa en proceso de floración C.Vargas
29/09/2010 E Alfalfa con tallos y hojas C.Vargas
29/09/2010 D Debe tener el menor daño posible C.Vargas
29/09/2010 E Flujo mínimo: 200 gr/seg. C.Vargas
SEÑALES Y CONTROL
29/09/2010 E ON / OFF C.Vargas
29/09/2010 E Palanca de avance C.Vargas
SEGURIDAD
29/09/2010 E Protección Mecánica Maquina - Hombre C.Vargas
29/09/2010 E Protección del Operario C.Vargas
29/09/2010 D Sistema de parada de emergencia C.Vargas
ERGONOMIA
29/09/2010 E Edad promedio del operario: 18 - 60 años C.Vargas
29/09/2010 E Facilidad de manipulación C.Vargas
29/09/2010 D Ergonomía total C.Vargas
FABRICACION
29/09/2010 E Disponibilidad de equipos más apropiados para la fabricación C.Vargas
SOBRE MATERIAL DE FABRICACIÓN
29/09/2010 E Material de Fabricación en contacto directo con la alfalfa C.Vargas
29/09/2010 EMaterial de Fabricación del aparato que está en contacto con la humedad de material inoxidable.
C.Vargas
29/09/2010 EMaterial de la estructura sólo en contacto indirecto con la humedad con protección antioxidante.
C.Vargas
29/09/2010 E Elementos de fabricación C.Vargas
DE DISPONIBILIDAD DE ESPACIO
29/09/2010 E Área máx. de máquina: 1.00 x 2.00 m2 C.Vargas
29/09/2010 D Altura máxima: 1.60 m C.Vargas
29/09/2010 D Debe tener el menor tamaño posible C.Vargas
MONTAJE
29/09/2010 E Montaje sencillo C.Vargas
29/09/2010 E No debe requerirse llaves de ensamblaje especializados C.Vargas
MANTENIMIENTO
29/09/2010 E Plan de mantenimiento preventivo C.Vargas
29/09/2010 E Fácil inspección y limpieza en la línea de corte y transmisión C.Vargas
29/09/2010 EAcondicionamiento con insumos accesibles en el mercado local
C.Vargas
29/09/2010 E Mano de obra no especializada C.Vargas
COSTO
29/09/2010 E No más de US$ 10 000.00 C.Vargas
29/09/2010 D Elementos de fabricación no caros ni baratos C.Vargas
29/09/2010 EPago del 50% al presentar el proyecto terminado y del 100% a la presentación de la máquina terminada.
C.Vargas
CONTROLES Y PRUEBA DE FUNCINAMIENTO ÓPTIMO
29/09/2010 E De acuerdo a Normas Iso para alimentación. C.Vargas
8. ELABORACION DEL CONCEPTO
9. DETERMINACION DE LOS PRINCIPIOS TECNOLOGICOS
Ingreso de alfalfa a la maquina
Alfalfa cortada y lista para empacar
Corte y recolección de la alfalfa
Entrega de energía mecánica
necesaria para accionar el
sistema
Utilización de energía mecánica necesaria
para el accionamiento del sistema de corte y recolección de alfalfa
Ruido, calor y vibraciones
Señal de encendido y avance de la
maquina
Señal de que se trabo el proceso Sonora o visual
La determinación de los principios tecnológicos se basa en la lista de exigencias y la caja negra.
A continuación se describe las funciones y secuencias necesarias para lograr la transformación deseada:
1. Posicionamiento
2. Avanzar
3. Sujetar
4. Cortar
5. Recolectar
6. Frenar
7. Retirar el material cortado
10. ESTRUCTURA DE FUNCIONES
11. MATRIZ MORFOLOGICA
Accionamiento y Posicionamiento
Desplazar Sujetar Cortar
Recolectar
FrenarRetirar el material cortado
Funciones Parciales(Elementales)
Alternativas de efectos, de portadores, de principio de solución, de formas, de grupos funcionales, de bloques funcionales.
1 2 3 4
1Accionamiento y Posicionamiento manos Motor de combustión
Motor eléctrico Pedales
2 DesplazarRuedas
cadenas
3 Sujetar
manos rodillos
4Transmisión de la fuerza de corte
Sistema de poleas Engranajes
5 Corte
Cuchillas giratorias
Polea dentada
6 Recolectar
manos
PESO Y VIBRACION
7 Frenar
Freno manual zapata Freno neumatico
8 Retirar Material
manual
Faja transportadora
1° OPCION 2° OPCION
12. CONCEPTOS DE SOLUCIONNuestra máquina debe llegar a cortar el material sin trozarlo ni dañarlo por tal llegamos a 2 conceptos los que son:12.1 Concepto de Solucion 1
Este concepto tiene los siguientes elementos:Un sistema motrizUn sistema de corteUn sistema de transmisionUn depósito de almacenamiento
12.2 Concepto se solución 2Este concepto tiene los siguientes elementos:Un sistema motrizUn sistema de corteUn sistema de transmisionUn depósito de almacenamiento
DESARROLLO DEL PROYECTO
CÁLCULOS (sistema de transmisión de potencia)Abreviaturas de las fórmulas
símbolo
Descripción Unidad
a Distancia entre ejes mmanom Distancia entre ejes con un desarrollo de correa calculado estándar mmbd Ancho de referencia mmb1 Ancho superior mmc1 Factor de ángulo de contactoc2 Factor de cargac3 Factor de desarrolloc4 Numero de rodillosddg Diámetro de referencia de la polea mayor mmddk Diámetro de referencia de la polea menor mmdd 1 Diámetro de referencia de la polea motriz mmdd 2 Diámetro de referencia de la polea arrastrada mmE Flecha por cada 100 mm de longitud de ramal mmEa Flecha del ramal mmf Carga de prueba por correa Nf B Frecuencia de flexión s−1
i Relación de transmisiónk Constante para el cálculo de fuerza centrifugaL Longitud de ramal mm
List Desarrollo interior estándar de la correa mmLith Desarrollo interior de la correa calculada mmLdst Desarrollo de referencia estándar de la correa mmLdth Desarrollo de referencia calculado de la correa mmnk Velocidad de giro de la polea pequeña min−1
n1 Velocidad de giro de la polea motriz min−1
n2 Velocidad de giro de la polea arrastrada min−1
P Potencia transmitida por la correa kWPB Potencia de calculo kWPN Potencia nominal por correa kWSa Fuerza estática mínima sobre el eje NT Tensión estática mínima por ramal NX Recorrido mínimo entre ejes anom para tensar y retensar la correa mmy Recorrido mínimo entre ejes anom para montaje de la correa mm
αAngulo de inclinación de ramal =90−β
2grados
β Angulo de abrazo de la correa en la polea pequeña Grados
DatosMotor de Combustión Interna P=0.75 Hp ≈ 0.5593 kW
n1=1000rpm
Servicio diario Aproximado de 8 horasNumero de arranques al día Uno al díaCondiciones de servicio Condiciones ambientales favorablesDistancia entre ejes Variable entre 200 mm a 900 mmVelocidad de giro de la polea arrastrada n2=600 rpmDiámetro de la polea dd 1≤ 80 mmDiámetro de la polea dd 2≤ 160 mm
FACTOR DE CARGA c2
Como las horas de trabajo son de 8 horas y según EL MANUAL TÉCNICO PARA TRANSMISIONES POR CORREAS TRAPEZOIDALES OPTIBELT (tabla 17).Para transmisiones ligeras c2=1.1
POTENCIA TEORICAPB=P . c2 PB=1 (1.1 )=0.825 Hp≅ 0.6152 kW
SELECCIÓN DEL PERFIL DE LA CORREADel diagrama 4 del manual con 0.825 Hp y 1000 rpmSe selecciona perfil tipo Z (denominación ISO) o SPZ (denominación DIN 7753)
DIÁMETRO DE REFERENCIA DE LAS POLEAS ACANALADAS TRAPECIALESdd 1 seleccionado ver tabla 9 dd 1=80 mm
dd 2=dd1 .i dd 2=8 0.( 1 000600 )=1 33 mm
dd 2=dd1 .i dd 2=100 mm± 0.2mmde planitud
DISTANCIA ENTRE EJES (selección provisional)Recomendación a>0.7(ddg+ddk) a=500 mmDESARROLLO DE REFERENCIA DE LA CORREA
Ldth=2a+1.57 (ddg+d dk )+(ddg+ddk)
2
4 a
Ldth=2× 500+1.57 (100+8 0 )+ (100+8 0)2
4 ×500Ldth=1264 mm
Dentro del perfil SPZ se selecciona Ldst=1262 mm
DISTANCIA ENTRE EJES
anom=a−Ldth−Ldst
2
anom=500−1264−12622
anom=499 mm
AJUSTE MININO X/Y DE LA DISTANCIA ENTRE EJES anom
Ver tabla 20 del manual OPTIBLETx≥ 10 mm paratensado yretensadoy ≥10 mm paramontaje de correa
VELOCIDAD Y FRECUENCIA DE FLEXIÓN DE LA CORREA
v=ddk × nk
19100(vmax=42
ms)
v=60× 160019100
=5.026ms
f b=2000 × v
Ldst
( f bmax=100 s−1)
f b=2000 ×5.026
1262=7.965 s−1
ARCO DE ABRAZO Y FACTOR DE CORRECCIÓN ddg−ddk
anom
ddg−ddk
anom
=100−60499
=0.08
De tabla 16 del manual técnico de OPTIBELTInterpolando linealmente
β=176 °C1=1.0
FACTOR DE DESARROLLO C3
De tabla 18 del manual técnico de OPTIBELTC3=0.95
NUMERO DE CORREAS (z)De la tabla polea acanalada de perfil SPZ como se tiene un diámetro de referencia de 60 mm elegimos el que tiene 2 canales y por lo tanto el número de correas a utilizar serán de 2.
z=2
TENSIÓN ESTÁTICA MÍNIMA POR CORREA
T ≅500. (2.02−C1 ) . PB
C1 . z . v+k . v2
El valor de k se obtiene del diagrama 8 k=0.07
T ≅500. (2.02−1 ) .0 .809
1. (2 ) .5,026+0.07 .5,0262
T ≅ 42.814 N
Para primer montaje se considera un factor de 1.3T=1.3 × 42.814 N
T=55.658 N
FUERZA SOBRE EL EJE
Sa≅ 2 T . senβ2
. z
Sa≅ 2 T . senβ2
. z≅ 2 ( 42.814 ) .0 .999.2
Sa≅ 171.085 NPara primer montaje se considera un factor de 1.3
Sa=1.3 (171.085 )Sa=222.41 N
FLECHA DEL RAMAL
Ea≈E . L100
E=2.7 recomendado
L=anom . senβ2=499 × 0.999=498.501 mm
Ea≈E . L100
≈2.7 (498,501 )
100Ea≈ 13.46 mm