trabajo maquinas elevacion
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DISEÑO DE UN SISTEMA DE ELEVACION DE PERSONAS MEDIANTE
CABLES PARA LA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA
PRESENTA:
WILFER PIMIENTO RUEDA CODIGO: 2031700
HOLMAN SANTANA MORENO CODIGO: 2104530
PRESENTADO A:
ING. ALFREDO PARADA
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERIAS FÍSICO MECÁNICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
MAQUINAS DE ELEVACIÓN Y TRANSPORTE
25 DE JULIO DEL 2014
Se muestra un bosquejo de una posible solución para dar una idea del problema,
pero cada grupo es libre de escoger su diseño, donde cumpla todoslos requisitos
que se han planteado:
Figura 1. Posible solución
Autor: Ing. Alfredo Parada.
Sillas continuas
Una sola silla a la vez
Es para ingeniería mecánica
Menos daños o modificaciones
a la escuela (solo barandas y
rejillas de seguridad de ser
consideradas necesarias)
Todo a base de cables, cable
guia
Sin cabina ni recinto
Traccion electrica
Carga y descarga continuas de
baja velocidad de 5cm/seg
aproximadamaente fuera de la
norma)
Sistema dinamico (fatiga)
Lo mas economico posible
No hay carga y descarga en el
2do piso, solo en el tercero y
primero
Se debe contar con un sistema
de seguridad en las sillas, para
que las personas no se caigan
en el proceso de subida y
descenso (el moviemiento
vertical).
Factor de seguridad minimo de
6 para el cable de suspensión
El diseño debe durar 10^5
ciclos
Peso maximo de la persona
(110 kg)
Gravedad 10 (m/seg^2 )
Sistema metrico (mks)
Dimensiones antropométricas para un percentil 90
El proyecto exige diseño de detalle en solidworks y ánalisis en CAE que sean
necesarios (solidworks mises).
Estos datos se tendran en cuenta al momento de tomar decisiones en la etapa del
diseño del mecanismo de transporte en la escuela de ingenieria mecanica.
Los calculos se tomaran en baseal diseño del teleferico bicable de vaiven, se
tendra en cuenta las condiciones dadas anteriormente .
1. SOLUCIÓN PROPUESTA
Esta es la idea de como hacer el mecanismo, para esto se midio la altura con un
flexometro entre la plancha del primer y segundo pizo, y las distancias entre la
plancha del segundo pizo y la plancha del tercer, y la plancaha del tercer pizo y la
ultima plancha se consideraron iguales, las distancias entre poleas se dejo en la
parte de debajo de 15 mt, con el fin de que en esta parte se depositaran las sillas
que no esten en movimiento ademas que permita un amplio espacio de cobertura
del elevador
Figura 1.1 Solución Propuesta Bosquejo a mano alzada 1.
Autor: grupo 5
Figura 1.2 Solución Propuesta Bosquejo a mano alzada 2.
Autor : Grupo 5
Figura 1.3 Solución Propuesta.
Autor: Grupo 5
1.1 LARGO DEL CABLE
Figura 1.4: Largo Aproximado.
Autor: Grupo 5
(
( ))
El sistema elevara una persona a la vez cuyo peso maximo es de 110 kg, para
razones de cálculo se tomara que la silla pese aproximadamente 20 kg.
2. CÁLCULO DEL DIÁMETRO DEL CABLE CARRIL
La resistencia verdadera se calcula con un factor de seguridad minimo de 6 asi
que tomaremos 8
( )
2.1 DETERMINACIÓN DEL DIAMETRO DEL CABLE CARRIL EN BASE A LA
ECUACIÓN DE ESFUERZO.
(
)
por recomendación, para cables de carril se tomara:
Acero ASTM A-36
Esfuerzo de fluencia
Esfuerzo Ultimo
Tabla 2.1. Material seleccionado
Autor: Mecánica de materiales de BEER, tercera edición, apendice B
(
)
Del libro de maquinas de herramientas de Larburu Nicolas, Tabla 4,9 pag.304. se
busca el cable que mas se acerque por arriba al diametro deseado
Tabla 2.2. Selección de cable
Autor: Larburu NIcolas
Nos sirve el primero de diametro de 6.5 mm
3. CÁLCULO DE LA TENSIÓN O CONTRAPESO DEL CABLE CARRIL
Para realizar el cálculo de tension es necesario realizar lo siguiente.
En la figura 3.1 se muestran las fuerzas, tensiones y rozamientos que se
presentan, las cuales se deben calcular.
Figura 3.1: Esquema de fuerzas del sistema
Autor: Miravete antonio , transporte y elevadores
(TE) Tensión en el ramal de retorno en la estacion motriz
(TS) Tensión en el ramal de subida en la estacion motriz
(T) Tensión en los dos ramales en la estación de retorno
(C ) Valor del contrapeso
(T peso) Peso por metro lineal del cable en cada estado de carga
(Troz) Rozamiento en el ramal
(𝞓) Variación de la tensión
Para realizar un predimencionado de un teleferico tipo Vaivén se necesita definir
las variables de carga como:
3.1 PESO POR METRO LINEAL EN VACIO (PP)
Donde Pd es el paso por metro de cable que se saca de la tabla 4.
Pd = 0.135 kg/m
S es el peso de la silla con el sistema de sujeción = 20 Kg
Long= 44.67
3.2 LA DURACIÓN DEL SERVICIO SE DA EN LA MITAD DEL TRAYECTO .
3.3 PESO POR METROS LINEAL CARGADO (PE)
Donde :
(q) Es la masa del pasajero a transportar
3.4 PESO POR METRO LINEAL CON UNN 33% DE CARGA PF
4. ESTUDIO DE LAS VARIACIONES DE TENSIÓN
Se realizaran los cálculos admitidos en lso trasnportes por cable en general,
donde la cateriana (curva que forma una cuerda colgada de dos puntos fijos) se
sustituyen por un arco de parabola y se estudian los casos mas desfavorables que
son:
Lado de subida cargado y lado de retorno vacío
Lado de subida y lado de restorno cargado al 33%
Lado de subida vacio y lado de retorno vacío
Lado de subida y lado de retorno cargado al 33%
4.1 LADO DE SUBIDA CARGADO Y LADO DE RETORNO VACÍO.
( ) ( )
(
) (
)
4.2. LADO DE SUBIDA CARGADO Y LADO DE RETORNO CARGADO AL 33%
( ) ( )
(
) (
)
4.3 LADO DE SUBIDA VACÍO Y LADO DE RETORNO VACÍO.
4.4 LADO DE SUBIDA VACÍO Y LADO DE RETORNO CARGADO AL 33 %
( ) ( )
(
) (
)
144.5 N
4.5. CÁLCULO DE LA TENSIÓN DEL CABLE CARRIL
La mayor tensión se presenta en el primer caso, que es lado de subida cargado
y de retorno vacío, por lo cual este valor se toma para el cálculo de la tensión de
cable carril.el valor de la tensión del cable carril permanece constante en cualquier
estado de la carga.
( ) ( )
(
) (
)
4.6 TENSIONES DEBIDAS AL PESO
Figura 4.6.1 Esquema de fuerzas
Autor: Miravete Antonio
Donde h la altura entre la estación del primer y tercer piso
4.7 TENSIONES DEBIDAS AL ROZAMIENTO
Los rozamientos se tienen presente, distribuyendolos linealmente en todo el
desnivel de la linea. La carga sobre los apoyos afectada de un coeficiente de
rozamiento u = 0.028 produce unos rozamientos estimados que son igual a:
4.8 INCREMENTO DE LA TENSIÓN PARA EL ARRANQUE DE LA
INSTALACIÓN
Se debe conocer primero el valor de la masa que se va a poner e movimiento, la
cual se determina por:
N
El incremento de la tensión para el arranque de la instalación se da por:
Donde :
(a) Aceleración que normalmente la instalación se calcula para que arranque
en 20 seg
= 0.325 N
DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO DE LA POLEA PARA EL CABLE
CARRIL.
Para determinar el diametro de la polea se usa el diámetro del cable motriz.
Tabla 5.1. Dimensionamiento de la polea
Autor: Larburu Nicolas, Maquinas Herramientas tablas 4.8 pg 306
Tabla 5.2 Dimensiones de las poleas
Denominación Sufijo Dimensión
(mm)
Diametro exterior (De) 130
Ancho de polea (a) 25
Profundidad de canal (h) 15
Diámetro para el eje (d1) 25
Cojinete de diametro
exterior
(d2) 35
Diametro interior (d1) 25
Autor: Grupo 5
6. DISEÑO DEL SISTEMA MOTRIZ
6.1 . CÁLCULO DE CABLE MOTRIZ
La resistencia verdadera se calcula con un factor de seguridad para cables
carril de 4.5
( )
6.2. CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD
Según la aplicación se considera
Grupo I :Cables sometidos a cargas parciales y servicio poco frecuente
Grupo II: Cables sometidos a cargas totales y servicio normal
Grupo III: Cables sometidos a cargas totales y servicio frecuente
El coeficiente de seguridad (s) a la rotura se establece:
Grupo I : S=6-7
Grupo II: s= 7-8
Para el cable carril tomamos un S= 6
6.2 CÁLCULO DE LA CARGA A LA ROTURA (TR)
Donde (T) carga total o resistencia verdadera que esta sometida el cable
(s) Coeficiente de seguridad
6.3 CÁLCULO DEL DIAMETRO DEL CABLE MOTRIZ
( ) ( )
Donde (K) es el coeficiente que se dispone de:
0.32 – 0.34 para grupo I
0.34 – 0.36 para grupo II
0.36 – 0.38 para grupo III
A continuación se escoge de la siguiente (tabla 6.3.1), en base del diámetro
calculado igual a 8.22 m, el cable galvanizado con alma metalica de 10 mmm de la
(tabla 6.3.1), con una carga a la rotura de 69.1 KN
Tabla 6.3.1 Dimensiones de cables de Acero
Autor: Catalogo SERCABLES. S.A. pág. 25
6.4. CÁLCULO DEL TAMBOR DE ENROLLAMIENTO DEL CABLE CARRIL
La fatiga por flexión en una cable esta intimanmente relaciona con el diámetro del
arrollamiento en los tambores y poleas. Para evitar que estos valores sean
excesivos es conveniente tener en cuenta dos minimos
Relación entre el diámetro de la polea o tambor y del cable
Relación entre el diámetro de la polea o tambor y el del mayor alambre
6.4.1 CÁLCULO DEL DIÁMETRO (D) DEL TAMBOR DE ENRROLLAMIENTO
DEL CABLE MOTRIZ
( ) ( )
(s) Coeficiente de seguridad igual a 6 (cálculo del coeficiente de seguridad
anteriormente calculado)
Se escoje de la siguiente tabla , según el diametro 10 mm del cable motriz y de la
carga T= 585 Kg, se escoge las dimensiones del tambor.
Tabla 6.4.1 Dimensiones de tambores para cables de acero
Autor:Laburu Nicolás. Maquinas herrameintas. Tabla 4.9. pág. 306
Denominación Sufijo Dimensiones (mm)
Diámetro tambor De 250
Distancia centro del cable a filo
de ranura del tambor
B 1
Paso de ranuras P 9.5
Radio del canal R 4.5
Espesor pared de tambor E 8
Se debe tomar en cuenta las siguiente consideraciones al trabajar con cables
estructurales
Para las poleas, los fabricantes recomiendan que la relación entre su
diámetro y el del cable D/d> 22. El diámetro de la polea se considera
medido desde el fondo de la garganta.
Figura 6.4.1 Disposición del tambor
Es conveniente que los tambores sean de tipo acanalado y tenga la
disposición que se refleja en la figura 6.4.1
El ángulo de desviación lateral que se produce entre el tambor y el cable
debe ser inferior a 1.5°
Para enrrollar un cable en un tambor debe tener presente el sentido de
cableado procediéndo según se muestra en la figura 6.42
Figura 6.4.2. sentido de cableado
7. MEDIDAS DE LA SILLA
Para esto es necesario observar el tipo de dimensión antropométricas para un
percentil 90
Los datos usados, cuyos valores estan en cm y kg, son del articulo Publicado en la
Rev. Fac. Nac. Salud Pública 1998; 15(2): 112-139
Parámetros antropométricos de la población laboral colombiana 1995
(acopla95) cuyos autores son
Jairo Estrada M.
Profesor, Facultad Nacional de Salud
Pública
Universidad de Antioquia, Medellín,
Colombia
Coinvestigadores
Jesús Antonio Camacho P.
Antropólogo
Universidad de Antioquia, Medellín,
Colombia
María Teresa Restrepo C.
Profesora, Escuela de Nutrición y
Dietética
Universidad de Antioquia,Medellín,
Colombia
Carlos Mario Parra M.
Profesor, Facultad de Ingeniería
Universidad de Antioquia, Medellín,
Colombia
Tabla 7.1. Para metros antropometricos para mujeres
Autor: Jaime Estrada
Tabla 2. Parametro antropometricos para hombres
Autor: Jaime Estrada
7.1 ALTURA RECOMENDADA PARA SILLAS O ASIENTOS
La altura a que se halla la parte superior de la superficie de asiento respecto al
suelo es uno de los puntos básicos en este diseño. Si es excesiva se produce una
compresión en la cara inferior de los muslos, con la consecuente sensación de
incomodidad y eventual perturbación
de la circulación sanguínea. Un contacto insuficiente entre la planta del pie y el
suelo merma la estabilidad del cuerpo. Si el asiento es demasiado , las piernas
pueden extenderse y echarse hacia delante y los pies quedan privados de toda
estabilidad.
De manera general diremos que una persona alta se encuentra más cómoda
sentada en una silla baja que otra de poca estatura en una alta.
La altura poplítea (distancia tomada verticalmente desde el suelo hasta la cara
inferior de la porción de muslo que está justo tras la rodilla), según un enfoque
antropométrico, es una medida a extraer de las tablas, con objeto de definir la
altura adecuada de asiento.
Figura 7.1. medidas antropométricas
Hombres mujeres
percentil Percentil 90 Percentil 90
Medida Cm Cm
A Altura poplitea 45.3 41.1
B Largura nalga –
popliteo
50 49.5
C Altura codo reposo 25.3 24.53
D Altura hombro 62.4 58.1
E Altura sentado, normal 90.3 85.6
F Anchura codo - codo 50.5 47.4
G Anchura caderas 38.3 41.5
H Anchura hombros 42.3 46
Se tomaran las medidas antropométricas del hombre de percentil 90, por ser más
grandes que las de la mujer para el mismo percentil.
8. ÁNALISIS EN SOLID WORK (MISES)
De los cálculos anteriormenete realizados se tiene que la tension de
rozamiento es de 38.1 N y que la tensión máxima que se presentara es de
214.5 N
8.1. APÉNDICE
8.2. MATERIALES
Nº Nombre de
sólido Material Masa Volumen
1 Pieza1 [SW]ASTM A36
Acero
0.109546
kg
1.39549e-005
m^3
8.3. INFORMACIÓN DE CARGAS Y RESTRICCIONES
Sujeción
Restricción1
<Pieza1>
Activar 1 Cara(s) inmóvil (sin
traslación).
Carga
Carga1
<Pieza1>
activar 1 Cara(s) aplicar fuerza normal 38.1
N utilizando distribución uniforme
Carga2
<Pieza1>
activar 1 Cara(s) aplicar fuerza
normal 214.5 N utilizando distribución
uniforme
8.3.1. Propiedad del estudio
Información de malla
Tipo de malla: Malla sólida
Mallador utilizado: Malla estándar
Transición automática: Desactivar
Superficie suave: Activar
Verificación jacobiana: 4 Points
Tamaño de elementos: 2.4085 mm
Tolerancia: 0.12042 mm
Calidad: Alta
Número de elementos: 7799
Número de nodos: 13837
Tiempo para completar la malla (hh;mm;ss): 00:00:02
Nombre de computadora: HOLMAN-PC
Información del solver
Calidad: Alta
Tipo de solver: Automático
8.5. RESULTADOS
8.5.1. Tensiones
Nombre Tipo Mín. Ubicación Máx. Ubicación
Plot1 VON: Tensión
de von Mises
0
N/m^2
(20.8236
mm,
-2.85624
mm,
-23.1557
mm)
139075
N/m^2
(221.116
mm,
0.00566904
mm,
-223.296
mm)
8.5.2. Desplazamientos
Nombre Tipo Mín. Ubicación Máx. Ubicación
Plot2
URES:
Desplazamiento
resultante
0
m
(211.425
mm,
0 mm,
-216.089
mm)
3.37069e-
008 m
(310.768
mm,
0.0734399
mm,
-318.695
mm)
Pieza1-SimulationXpressStudy-Desplazamientos-Plot2
8.5.3. Desplazamientos
8.5.4. Factor de seguridad
8.5.6. Apéndice
Nombre de material: [SW]ASTM A36 Acero
Descripción:
Origen del material:
Tipo de modelo del material: Isotrópico elástico lineal
Criterio de error predeterminado: Desconocido
Datos de aplicación:
Nombre de propiedad Valor Unidades
Módulo elástico 2e+011 N/m^2
Coeficiente de Poisson 0.26 NA
Densidad 7850 kg/m^3
Límite elástico 2.5e+008 N/m^2
9. PLANOS
