INSTITUTO TECNOLOGICO DE QUERETARODivisión de Estudios de Posgrado e

Investigación

ANALISIS DE ESFUERZO Y DEFORMACIÓNES EN UNA SUAJADORA DE CARTÓN CORRUGADO

PorA. J. Reséndiz, E. Hernández

S., J.G. Suárez-Romero, J. Pérez-Meneses

INOVACIÓN DE TECNOLOGIA

• Generalmente las suajadoras de cartón son planas o de rodillos.

• Las suajadoras de rodillos utilizan motor eléctrico con inversión de corriente

• Aquí proponemos una suajadora de rodillo con va-y-ven neumática.

• El suaje corre sobre una plancha, y es oprimida por un rodillo de presión.

Suajadora de cartón con va-y-ven neumático

Generalidades para el diseño

• El diseño fue para la empresa Tarimas y Empaques S.A de C.V.

• Suaje: Placa con navajas en una superficie que cortan el material

• Precio desde $ 100 000 hasta 400 000• Motor de 3 a 5 hp. Peso desde 500 kg.,

hasta 3 o 5 ton. Capacidad entre 300 y 600 piezasXhr.

Datos para el diseño

• suajadora de rodillos del tipo va-y-ven, de 3 m X 2 m de ancho.

• Impulsada por un cilindro neumático. Un rodillo superior dará la presión necesaria para el corte.

• Diseño del cilindro neumáticoTomando como base el mod. 2003 convencional:

Dimensión 5mvelocidad de corte (6 s/corte)potencia del motor (4 hp)

Cálculos para cilindro neumático:

• Vel=16.40(ft)/6(c/s)= 2.68 ft/s• Fuer=Po/V=200 (lb ft/s) / 2.68 (ft/s)= 820 lb• Area=F/Pre=820/73.5psi= 11.156 in2• Ae = A + Ab = 11.9414 in2• r = 1.94 in.• Bastará con un cilindro neumático de 4

pulgadas de diámetro, operando a 5 bares, transportando una placa donde va colocado el suaje.

• Volumen de aire• El volumen de aire consumido por el cilindro

neumático de 4 pulgadas de diámetro, en la corrida de avance es de:

• Vol = p*(2)2*150*/2.54 = 742 in3

• En el regreso hay que restar el volumen del vástago que es de

• Volv = p*(0.5)2*150*/2.54 = 46.38 in3

• Volr = Vol – Volv = 695.61 in3.• Considerando una producción de 600 piezas por

hora, cada pieza es producida en una ida o regreso del cilindro, entonces se obtiene un gasto de aire de:

• G = (Vol +Volr)*300 = 431283 in3/hr., de aire a 5 o 6 bares de presión.

ANÁLISIS DE LA PLACA MÓVIL

• Se efectúa análisis de elemento finito de la placa móvil, para ello se aplicó una carga de prueba, primeramente en un extremo y después en la parte media, con el fin de diseñar en base a resistencia estática.

• La separación entre la placa móvil y la mesa es de 0.61 pulgadas.

Diseño Inicial

• El diseño inicial de la placa tiene 3 ejes con rodamientos en los extremos que se deslizan sobre los rieles, empujados por el cilindro neumático. Cada eje va soportado por dos tacones cuadrados de 2 pulgadas cada uno, dispuestos de forma equidistante

• Para nuestro primer análisis se aplicó una carga inicial de prueba de 820 lb, sobre una franja de 1.25 pulgadas dispuesta en el extremo de la placa.

Cálculo de cargas• Consideremos la velocidad media de Vm =2.68 ft/s

para producción de 600 piezas por hora.• Entonces la aceleración a = 2Vm/t = 5.36/ 6 = 0.893

ft/s2• Consideremos adicionalmente un coeficiente de

fricción dinámica de md=.25. Así la fuerza de Fricción es Fr = md * N, donde N es la carga normal aplicada.

• Entonces por segunda ley de Newton, obtenemos lo siguiente:

• Fe – Fr = ma• El peso de la placa es de 550.31 lb., y Fe es la

fuerza de empuje obtenida por el cilindro neumático. Sustituyendo obtenemos:

• 820 - .25*N = 0.893*(530.31/32.2). Así N = 3221 lb.

Diseño de la placa usando la carga calculada.

• Con experiencias de simulación, usando refuerzos de ¾” por debajo de la placa, se decidió el diseño con refuerzo alrededor de la placa y con soporte corrido sobre todos los ejes.

• Las pruebas sobre el diseño final, considerando la carga calculada de 3221 lb., se muestran a continuación

CONCLUSIONES

• De acuerdo a los cálculos de Ingeniería presentados, con el diseño propuesto se alcanzó una potencia superior a la suajadora de motor.

• Por otro lado se logró hacer satisfactoriamente un análisis de desplazamientos sobre la placa móvil de forma que no quedara muy robusta y la deformación no alcanzara la base de la mesa y esto produjera fricción en el movimiento de la placa, perdiendo potencia.

• De acuerdo a los análisis realizados se observó que la mayor deformación de la placa se experimenta en las orillas de la misma, esto podría no afectar mucho en la perfección del corte ya que los desplazamientos en el interior son inferiores al grueso del cartón.

• Fue buena la idea de colocar primeramente una carga de prueba por debajo de la carga de carga de operación de 3221 lb., ya que esto permitió observar que se hacia necesario reforzar la placa en las orillas. Sin embargo el refuerzo no fue suficiente para soportar adecuadamente la carga de trabajo, por lo que se propuso reforzar la placa con los soportes sobre una buena parte del eje como lo muestra el diseño final.

REFERENCIAS

• [1] F.P Beer y E.R. Johnston. Mecánica • Vectorial para Ingenieros Dinmámica. • McGraw- Hill 8va Edic., 2007• [2] R. L. Mott, Diseño de Elementos de • Máquinas. Bendice Hall, México 1992• [3] J. E. Shygley. Diseño de Ingeniería• Mecánica, Mc. Graw Hill, México , 2008• [4] Software Solid Works..• [5] Software ANSYS• [6] www.marvill.com• [7] F. Camacho y A.J. Reséndiz. Sujadora de• Rodillos para Blister. Memoria de Diseño, • Reporte de Residencia (2005)• [8] R.L. Norton, Diseño de Maquinaria. 3ra.• Edic. Mc. Graw Hill, México, 2005