RINFI se desarrolla en conjunto entre INTEMA y la Biblioteca de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Mar del Plata. A través del Acceso Abierto se pretende incrementar la visibilidad y el impacto de los resultados de las investigaciones, la aceptación de las políticas y el cumplimiento de los protocolos y.
Introducción
Definición de alcance del proyecto
- Objetivo
- Descripción del alcance del producto
- Fronteras del proyecto
- Entregables del proyecto
Todos los movimientos del puente grúa serán generados por motores eléctricos, con una velocidad de traslación de 15,4 m/min. Para la elevación y descenso de cargas, el puente grúa tendrá un modo de funcionamiento normal, lo que garantizará una velocidad de elevación de 4 m/min.
Marco teórico
- Resumen
- Generalidades sobre las distintas formas del puente
- Movimientos principales
- Tipos de puente grúa
- Configuración de montaje
- Factores influyentes en el diseño
- Componentes de un puente grúa
- Polipasto o carro móvil
- Viga principal
- Viga testera
- Viga testera
- Mecanismo de traslación del puente
- Sistema de alimentación eléctrica
- Rieles
- Clasificación según la Norma CMAA 70
Es el mecanismo encargado de subir, bajar o mover la carga a lo largo de la viga principal. La placa de refuerzo se suelda a la parte inferior o lateral de la viga principal (doble segmento en T o viga cajón), dependiendo de la configuración del puente grúa.
Diseño
Resumen
Clase E (servicio severo): esta clase cubre puentes grúa con la capacidad de manejar cargas cercanas a las nominales durante su vida útil. Clase F (Servicio Severo Continuo): Esta clase cubre puentes grúa capaces de manejar cargas cercanas o iguales a la capacidad nominal, en condiciones de servicio durante su vida útil.
Parámetros iniciales para el diseño
Descripción de la ubicación del puente grúa dentro del taller
Diseño y cálculo
Selección de polipasto
- Selección por norma CMAA
- Selección por norma FEM
- Determinación del espectro de carga
- Tiempo medio diario de funcionamiento
- Selección del grupo de funcionamiento
- Selección de polipasto
Muchos fabricantes de puentes grúa utilizan el estándar FEM para clasificar las cargas de elevación después de especificar la clase de servicio y los ciclos de carga. Una vez obtenido el espectro de carga y periodo de funcionamiento de nuestro puente grúa, procedemos a la selección de nuestro polipasto.
Determinación y evaluación de cargas
La carga levantada está compuesta por la carga de trabajo y el peso de los dispositivos de elevación utilizados para manipular y sujetar la carga a levantar, como el gancho, el imán de cuchara y otros elementos que complementan el sistema de elevación.
Análisis de Cargas
A partir de la tabla anterior, hemos determinado los valores sugeridos para el factor de carga muerta para el carro eléctrico y el factor de carga muerta para nuestro puente de 5 toneladas. Este factor de carga es el 0,5% de la velocidad de elevación (pies por minuto) del ascensor, pero no debe ser inferior al 15% ni superior al 50%.
Introducción al diseño estructural y mecánico
La combinación de cargas para el puente grúa en el caso analizado estará determinada por lo establecido en la norma CMMA 70, apartado 3.3.2.4. Como aún no se ha determinado la carga muerta DL, utilizaremos la ecuación 5, sin tener en cuenta el peso muerto de la estructura, para obtener la carga soportada por la viga principal.
Cálculo de viga principal
- Caso I
- Caso II: El puente en uso regular bajo cargas principales y adicionales
- Caso III: el puente en uso regular bajo cargas principales y extraordinarias
Uno de los puntos fundamentales del proyecto consistió en la selección de la viga principal y sus dimensiones. En este punto, la norma expresa que la carga LL no debe tenerse en cuenta en el cálculo de la fuerza de impacto.
Diseño de vigas testeras
- Selección del perfil
- Determinación de cargas máximas estáticas en vigas testeras
- Análisis de cargas estáticas en vigas testeras
- Cálculo de diagramas de carga cortante y momento flector
- Cálculo de flecha máxima de viga principal
- Esfuerzo de flexión y factor de seguridad
La masa de la viga final se obtiene multiplicando el peso lineal por la longitud de 2 metros. La masa de la viga se toma como la mitad, porque el impacto se soporta en ambos extremos.
Diseño de ruedas
La sección 4.13.3.5 de la norma especifica la carga máxima permitida para la relación entre el riel y el diámetro de rueda seleccionado. Para comprobar lo expuesto en el párrafo anterior, primero se debe calcular la carga de durabilidad equivalente de la rueda mediante la siguiente ecuación. Del resultado anterior podemos concluir que el carril mínimo permisible para una rueda de 8" de diámetro es un ASCE#25 con una resistencia máxima permisible de 8000Lb, que corresponde a 35585N. De esta manera se verifica que la rueda no fallará por la carga aplicada.
El espacio libre que debe existir entre las caras interiores de las pestañas de las ruedas y la cabeza del riel debe ser de 3/4” a 1”. Como el diámetro de la llanta es de 203,2 mm, podemos obtener el número de revoluciones que deben girar las ruedas a la velocidad previamente determinada para el movimiento del puente grúa de 15,24 m/min.
Diseño de ejes
- Análisis de carga y torque de diseño
- Análisis de diagramas y cuerpo libre
- Análisis de diagramas y cuerpo libre
- Primera estimación de diámetro
A partir de las ecuaciones estáticas, podemos determinar las reacciones en los portadores como se indica en la siguiente tabla. Para determinar el límite de resistencia a la fatiga en la ubicación crítica del eje a diseñar se utiliza la ecuación de Marín, que identifica varios factores que cuantifican los efectos de la condición de la superficie, tamaño, carga, temperatura, etc. Finalmente, podremos obtener la primera estimación del diámetro más pequeño de nuestro eje ingresando todos los valores en la ecuación de Goodman modificada.
En el trabajo de análisis o diseño, primero se deben encontrar los factores 𝐾𝑡 𝑦 𝐾𝑡𝑠 en función de la geometría del eje. Como ahora tenemos el primer diámetro preliminar, introducimos la norma alemana DIN 6885 para la estandarización de estrías y estrías para determinar los factores de concentración de tensiones. Para determinar los factores antes mencionados tenemos que recurrir a las tablas de la norma en el apartado 4.11.1.
Selección y cálculo de rodamientos
Los rodamientos de rodillos a rótula tienen dos filas de rodillos, una pista de rodadura esférica común en el aro exterior y dos pistas de rodadura en el aro interior inclinadas formando un ángulo con el eje del rodamiento. El punto central de la bola de rodadura en el anillo exterior está ubicado en el eje del rodamiento. Cuando un rodamiento se somete a cargas radiales y axiales simultáneamente, la carga dinámica equivalente P se puede determinar de la siguiente manera.
Para este caso, las cargas radiales netas serán la suma vectorial de las respuestas 𝑅𝐴𝑦 y 𝑅𝐵𝑦 de los soportes en el eje analizados anteriormente en la Sección XX, y sus respuestas 𝑅𝐴𝑥 y 𝑅𝐴𝑥 debido a la fuerza de desplazamiento del puente grúa, como se muestra. Se puede ver en la figura (de la rueda en movimiento). Las fuerzas axiales soportadas por los cojinetes son relativamente ligeras y resultarán de la inercia debida al desplazamiento transversal del polipasto cuando el mecanismo de elevación levanta la carga máxima.
Cálculo y selección de motorreductor para puente grúa
- determinación de potencia mínima según norma CMMA
- Determinación del modelo de motorreductor
El factor de servicio del motor (Ks) se determina a partir de la tabla E de la norma CMMA 70, teniendo en cuenta el tipo de motor y clase de servicio del puente grúa. La comparativa anterior nos dio información sobre la potencia mínima necesaria que debe tener el motor eléctrico. Para determinar el tipo de reductor y relación de transmisión, necesitamos usar la ecuación X que depende de la velocidad de entrada y la velocidad de salida.
Para hacer este cálculo, vamos al catálogo del fabricante Lentax y tomamos la relación de transmisión normalizada superior más cercana 𝑖 = 60 [𝑅𝑃𝑀] y elegimos un modelo reductor 21 para una estimación de potencia inicial. En nuestro caso, la plantilla de trabajo del taller al que está destinado el puente es de 8 horas de trabajo diarias y como la finalidad de la selección del motorreductor es encargarse de la traslación del montaje, hemos elegido 𝐹𝑠= 1,65 .
Análisis de elementos finitos
Software Ansys Static Structural
- Viga principal
- Viga testera
Con el comando de fuerza los valores para la carga de diseño P se colocan en la dirección del eje, para la viga del puente corresponden a -16098N. A continuación se asigna el valor de la carga distribuida correspondiente al peso de la viga de 1107 N/m, como se indica en la Figura XXX. Los resultados del análisis de tensiones equivalentes muestran que las tensiones en las fibras más alejadas de la línea neutra del haz tienen un valor de 58Mpa.
Luego se asigna un valor de carga distribuida igual al peso de la viga de 372,5 N/m, como se muestra en la Figura XXX. Los resultados del análisis de las tensiones equivalentes muestran que las tensiones en las fibras más alejadas de la línea neutra del haz tienen un valor de 35Mpa.
Software Autodesk Inventor
- Viga principal
- Viga testera
La deformación máxima que experimenta la viga del puente es de 7,6673 mm; la deformación a lo largo del sólido se muestra en la figura XXX. Los resultados del análisis de tensiones equivalentes muestran que las tensiones en las fibras más alejadas de la línea neutra del haz tienen un valor de 57Mpa. Con el comando Fuerza, los valores de la carga de diseño P se colocan en la dirección x, para la viga del puente corresponde a -34852N.
La deformación máxima que experimenta la viga del puente es de 0,454 mm, ocurriendo la deformación máxima en el centro de la viga del extremo. Los resultados del análisis de las tensiones equivalentes muestran que las tensiones en las fibras más alejadas de la línea neutra del haz tienen un valor de 27Mpa.
Detalles de construcción
- Construcción viga principal
- Construcción de testeras
- Soldadura de testeras
- Verificación de concentradores circulares
- Diseño de la unión viga principal – testeras
- Generalidades
- Bulones
- Soldadura viga principal – chapa de unión y refuerzos
- Selección de rieles
- Alternativa 1: Riel standard europeo tipo “A”
- Alternativa 2: Palanquillas cuadradas de acero SAE 1045 laminado en caliente
- Selección de sistema de amortiguación
Se estudia el efecto de los concentradores de tensiones en los lados de la placa cuando la cara extrema está sometida al momento flector máximo que actúa en la dirección X. El momento M se toma igual a la mitad del momento máximo 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 10639,7𝑁𝑚 calculado en la sección xx. En cuanto a la disposición geométrica, es importante mencionar que la configuración se realiza respetando las distancias mínimas entre tornillos y bordes impuestas por la norma AISC en los apartados J.3.3 y J.3.4.
La distribución de presión en el área de contacto es un prisma semielíptico como se muestra en la Figura XX. En este caso, la carga de colisión 𝐶𝐹 = 152120𝑁 calculada en la Sección 4.6.6 en combinación con los concentradores de tensiones en la unión hace que sea prácticamente imposible mantener las tensiones en el rango permitido.
Presupuesto
- Introducción
- Costos directos
- Costos indirectos
- Costos totales
Para obtener los costes de montaje completos se tiene en cuenta la mano de obra necesaria para el montaje de cada uno de los miembros y subconjuntos del puente grúa (componentes y estructuras eléctricas y mecánicas). Trabajo de 4 trabajadores con experiencia en el montaje de los componentes estructurales y mecánicos de un puente grúa (se incluye el operador. Este costo se refiere al tiempo dedicado al diseño de cada uno de los elementos que componen el puente grúa.
Página 131 8 horas por día, por lo que tenemos un total de (120 horas) para diseñar mecánica y estructuralmente el puente grúa. Finalmente, el costo total para el diseño, fabricación y montaje del puente grúa de 5 toneladas es de once millones ciento dieciocho mil noventa y tres pesos con treinta y nueve centavos.
Conclusiones
Bibliografía
Apéndice
Si se aprueba esta propuesta, se solicitará al cliente la correspondiente FORMULARIO DE PEDIDO o similar para iniciar la actividad. La norma americana divide las cargas que actúan sobre el puente en 3 categorías diferentes 3.2.3 de la norma. Fuerzas de inercia verticales: Las fuerzas de inercia verticales incluyen las producidas por el movimiento del puente y las producidas por el levantamiento o descenso de la carga en el elevador.
Ssk: coeficiente que depende de la relación entre la luz y la distancia entre las ruedas delanteras. Las cargas impuestas sobre la estructura se calculan en función de la desaceleración que el retenedor aplicado provoca en el dispositivo. Las fuerzas de los amortiguadores deben distribuirse en función de sus características y de la libertad de movimiento de la estructura con el carro en la posición más desfavorable.
La deformación hace que las esquinas de la estructura del puente se tuerzan y las ruedas queden temporalmente desalineadas.
