RUEDAS INDUSTRIALES Página

Transcripción

1 RUEDAS INDUSTRIALES Página 1 de 20

2 Ruedas Industriales 1. Introducción La industria moderna en todas sus actividades depende cada vez en mayor grado de un eficaz y racional sistema de transporte interno. Los mayores costos de mano de obra hacen buscar obligadamente soluciones que permitan acrecentar el volumen físico de materiales trasladados con el menor esfuerzo hora hombre. En consecuencia, la correcta elección de Ruedas Industriales para todo tipo de zorras, carretillas, plataformas, etc., es la clave de la futura operación. Ninguno de estos elementos de movimiento tendrá la utilidad deseada de no haberse elegido las ruedas adecuadas. 2. Consideraciones Generales Al momento de seleccionar una rueda industrial para un dispositivo de transporte se deberán considerar algunas características de las mismas, las que permitirán obtener el mayor rendimiento de las ruedas seleccionadas, cualquiera sea el proveedor de las mismas Diámetro de la rueda Cuanto mayor es el diámetro de la rueda, menor será el esfuerzo para mover el equipo y mayor la facilidad para superar obstáculos. (Ver anexo A1) Banda de rodadura Rígidas: ruedan más fácilmente. La trepidación de la carga dependerá de las condiciones del piso. Blandas: exigen mayor esfuerzo para el movimiento. Protegen la carga de trepidación excesiva. Relación de las durezas de las superficies en contacto: Es muy importante tener en consideración fundamentalmente la dureza de la rueda, ya que en función de esto tendremos mejoras o dificultades para el movimiento. (Ver anexo A2). Página 2 de 20

3 - + - Dureza de la banda de rodaje Protección al Piso Facilidad de movimiento Caucho Poliuretano Resinas Fenólicas Metálicas Shore A Shore D Brinell Rodamientos Los rodamientos utilizados en las ruedas industriales deben considerarse en cada situación particular, siguiendo los parámetros estándares ya descriptos. Agujero liso y bujes de nylon o bronce: indicados para cargas livianas, ya que presentan mayor resistencia al desplazamiento. Rodamientos a bolas o rodillos: indicados para cargas medianas y pesadas por su mayor facilidad de desplazamiento. La selección del rodamiento se deberá hacer teniendo en cuenta las condiciones de utilización y la expectativa de desempeño del dispositivo de transporte. A continuación se muestran los tipos mas comunes de configuración de rodamientos para ruedas industriales: Agujero liso: no necesita mantenimiento, resistente al agua y la corrosión, indicado para equipos livianos Con Bujes: estos pueden ser de Nylon con grafito o de bronce, resistentes a la corrosión ideales para trabajos livianos / medianos. Página 3 de 20

4 Con Rodamientos: estos pueden ser del tipo a bolillas para cargas medianas / pesadas y en función de la agresividad del medio se utilizan blindados. Otro tipo utilizado es el rodillos (tipo aguja) que son resistentes al impacto e ideales para grandes cargas Soportes de Rueda Si bien hay otros tipos de fijaciones (pernos lisos o roscados, con agujeros pasantes, etc.), las de placas abulonadas son las más idóneas cuando la base del aparato, máquina o equipo donde se sustentan es plana. Se utiliza para ruedas domésticas, transporte industrial y alta carga. Las dimensiones están normalizadas y son proporcionales al diámetro de la rueda. La medida más extendida entre agujeros es de 80x60mm con un diámetro de 80 a 100. A partir de un diámetro de 125mm lo más habitual es 105x80. Existen medidas mayores que se utilizan para cargas extrapesadas. Página 4 de 20

5 Soporte para ruedas fijas Esta construido en acero estampado y se fija a la plataforma a través de cuatro bulones cuyo diámetro depende de la capacidad de carga de la rueda Soporte para ruedas giratorias Estos soportes son de chapa de acero estampado y tienen una pista de una o dos hileras bolas que le permiten el giro (crapodina). De la misma manera que con los rodamientos la elección de las características del soporte depende de la capacidad de carga. La fijación a la plataforma es a través de cuatro bulones cuyo diámetro también depende de la capacidad de carga de la rueda. Rodamiento Axial (Crapodina): Permite el giro de la rueda respecto del soporte fijado al equipo. Pueden ser a rodillos (Izq.) o a bolillas (Der.) Página 5 de 20

6 2.5. Accesorios Freno: se deberá tener en cuenta su provisión ante la necesidad de mantener al equipo parado en una posición. Traba de dirección: indicada cuando haya desplazamientos en largos trayectos y / o maniobras en espacios reducidos. Anti Hilos: protegen al eje contra el trabado debido a la presencia de hilos sueltos y suciedad en el piso. Anti Impacto: Se debe considerar en casos donde se pueda soltar la carga en forma brusca sobre el equipo. Página 6 de 20

7 3. Variables para la selección de una rueda industrial La correcta selección de una rueda para un dispositivo de transporte implica no solamente el cálculo resistente, sino también la correcta evaluación de las variables de operación con que serán utilizadas. A continuación detallaremos las principales variables a tener en cuenta para la selección de una rueda industrial; no obstante, esta lista no es taxativa, y en cada condición de uso es conveniente verificar la presencia de alguna variable particular del proceso. La correcta evaluación de estas variables permitirá encontrar el modelo óptimo ofrecido por cada fabricante Piso Naturaleza: es el tipo de piso, hormigón, cerámico, asfáltico, metálico u otros. Condiciones: estado de conservación, desniveles, obstáculos, rugosidades, u otros Forma de tracción Manual: se considera al equipo movido por el operador a una velocidad equivalente a la de una persona caminando (4 a 6 km/h). Mecánica: el equipo es movido por remolques motorizados, con una velocidad superior a 4 km/h. Para la tracción mecánica se recomienda siempre la utilización de rodillos a bolas. Para el movimiento de convoyes es conveniente que las ruedas giratorias queden colocadas al frente del equipo en la dirección del movimiento, para su mejor desplazamiento. La tracción mecánica influye en el desgaste y reduce la capacidad de carga de la rueda. Se recomienda el uso de rodamientos a bolas Condiciones Ambientales Se consideran condiciones anormales del ambiente cuando haya contacto directo con: Productos químicos, presencia de humedad excesiva, temperaturas fuera del rango de -5 C a +40 C. Astillas o Virutas: las ruedas con bandas de rodadura mas rígidas, en especial el poliuretano moldeado, resisten e impiden la penetración de las astillas en la faz rodante. Evaluar la necesidad de conducción eléctrica. Necesidad de reducción de vibraciones y ruidos: se recomienda utilizar banda de rodadura con materiales blandos. Página 7 de 20

8 3.4. Tipo de servicio Normal (std): se considera de esta manera al movimiento intercalado con períodos de paradas. Intenso (Pesado): grandes períodos en movimiento; se recomienda el uso de ruedas con el mayor diámetro posible Espacio para maniobras Área Normal: se recomienda utilizar un conjunto (mix) de ruedas giratorias y fijas. Área con restricción de espacios: se recomienda utilizar solamente ruedas giratorias. Las ruedas de mayor diámetro facilitan las maniobras. Para movimientos en trayectos largos se recomienda el uso de traba de dirección. 4. Tipo de montaje de las ruedas Si bien para cada alternativa de uso se puede diseñar una configuración particular, se detallan a continuación las configuraciones más comunes: A Tres ruedas giratorias en la misma altura de montaje Disposición empleada para cargas livianas. Buena maniobrabilidad y fácil desplazamiento en todas las direcciones. Aptas para reducidas zonas de trabajo. Algo difícil de dirigir en tramos rectos de cierta longitud. Base de forma circular para tambores. También puede ser aplicado a otro tipo de base. B Una rueda giratoria y dos ruedas fijas en la misma altura de montaje Disposición empleada para carros pequeños y cargas livianas. Buena maniobrabilidad y fácil desplazamiento en todas las direcciones. Adaptable para largas distancias en tramos rectos. Requiere distribución del peso sobre el centro de gravedad (la carga debe ubicarse en el centro). Página 8 de 20

9 C Dos ruedas giratorias y dos ruedas fijas en la misma altura de montaje Disposición empleada para carros con alta capacidad de carga. Buena maniobrabilidad y fácil desplazamiento en todas las direcciones. Adaptable para largas distancias en tramos rectos. Performance optima para arrastre mecánico con más carros acoplados. D Cuatro ruedas giratorias en la misma altura de montaje Disposición empleada para carros con capacidad de carga normal a liviana. Maniobrabilidad óptima y fácil desplazamiento en todas las direcciones. Opcional: traba de dirección para largas distancias en tramos rectos. Dificultad en el arranque según dirección de las ruedas con respecto a dirección de marcha. E Dos ruedas giratorias y dos ruedas fijas centrales a mayor altura de montaje Disposición empleada para carros con considerable capacidad de carga. Maniobrabilidad óptima y fácil desplazamiento en todas las direcciones. Requiere distribución del peso sobre el centro de gravedad. No recomendable el uso en rampas. F Cuatro ruedas giratorias y dos ruedas fijas centrales a mayor altura de montaje Disposición empleada para carros largos y con alta capacidad de carga. Buen desplazamiento en las rectas y en las curvas. Maniobrabilidad regular. Referencias Ruedas Giratorias Ruedas Fijas Página 9 de 20

10 5. Cálculo de la carga máxima que soporta la rueda 5.1. Cálculo aproximado Cabe señalar que para el diseño y selección de ruedas primeramente debe indicarse que dichos cálculos se realizan regularmente para carros/ equipos considerados como indeformables, por tal motivo la utilización de 4 o mas ruedas por equipo, siendo que con solo tres puede soportarse la mayoría de cargas, se entiende válido únicamente para dar mayor o mejor sustentabilidad al equipo-carga. Con tales preceptos calculamos la carga por rueda de la siguiente forma: [Kg] = Peso de la carga + Peso del equipo Qr [Kg] = Capacidad de carga por rueda a) Para carga sólida y pavimento liso Qr = 3 b) Carga sólida y pavimento con obstáculos Qr = 2 c) Carga líquida y pavimento liso Qr = Cálculos exactos Para el cálculo exacto de la carga por rueda en función de la configuración del carro se procede de la siguiente manera: Siendo [Kg] = Peso de la carga + Peso del equipo Qrf [Kg] = Capacidad de carga por rueda fija Qrg [Kg] = Capacidad de carga por rueda giratoria Nf = número de ruedas fijas Ng = número de ruedas giratorias Configuraciones según las figuras del punto 4 A.- 3 Ruedas Giratorias Qrg = Ng Página 10 de 20

11 B.-1 Rueda Giratoria - 2 Ruedas Fijas Qrg = Ng Nf + 2 Qrf = Ng + Nf C.- 2 Ruedas Giratorias - 2 Ruedas Fijas Qrg = Nf + Ng 1 Qrf = Nf + Ng 1 D.- 4 Ruedas Giratorias Qrg = Ng 1 E.- 2 Ruedas Giratorias - 2 Ruedas Fijas Qrg = Nf + Ng 1 Qrf = Nf F.- 4 Ruedas Giratorias - 2 Ruedas Fijas Qrg = Nf + Ng 3 Qrf = Nf 6. Consideraciones generales sobre fijación, uso, mantenimiento y almacenaje Fijación El tipo de fijación a utilizar depende de las características del objeto o elemento en el que van incorporadas las ruedas, así como el uso o aplicación que le vayamos a dar. Se deberá verificar las condiciones de resistencia mecánica de las partes donde será fijada la rueda. La superficie de contacto de la base con el soporte de la rueda debe ser plana y horizontal para lograr un contacto completo La alineación de las ruedas deberá ser la correcta para obtener una buena distribución de la carga. No se deben soldar los soportes de las ruedas al equipo ya que pueden montarse torcidas y se deteriora el rodamiento de las bolillas. Página 11 de 20

12 6.2. Uso Los fabricantes de ruedas industriales recomiendan evitar las siguientes prácticas para lograr una duración óptima de las ruedas: Soltar la carga en forma brusca sobre el equipo. Grandes impactos sobre las ruedas cuando el equipo sea transportado por apiladoras. Empujar el equipo con las horquillas de la apiladora si las ruedas fijas no estan en la dirección del movimiento. Mover el equipo con los dispositivos de freno accionados. No Sobrecargar los equipos de transporte. Distribución irregular de la carga sobre el equipo Choques. Transitar sobre escalones o pisos con fuertes irregularidades. Dejar el equipo cargado, (estacionado) por un período prolongado de tiempo. Accionar los frenos y / o trabado de cabezal con el equipo en movimiento. Estacionar el equipo con los frenos y / o el trabado de cabezal accionados en rampas con una inclinación mayor a 3. Limpiar las ruedas con productos químicamente agresivos o no indicados por el fabricante Mantenimiento Las tareas de mantenimiento se deberán realizar de acuerdo a la severidad de la solicitación a la que son sometidas. No obstante como lineamiento general es conveniente seguir las siguientes recomendaciones: Dispositivos de freno, accesorios y ruedas con conductividad eléctrica a intervalos máximos de 3 meses Elementos de fijación y lubricación a intervalos máximos de 3 meses. Verificar periódicamente: Daños a la estructura que puedan perjudicar la correcta fijación de las ruedas Ajuste de los elementos de fijación Desgastes, deformación, golpes corrosión de las ruedas y el soporte. Eficiencia del dispositivo de freno y trabado de cabezal Limpieza del guarda hilos y general Lubricación de partes móviles Página 12 de 20

13 6.4. Almacenamiento Los fabricantes recomiendan locales aireados, sin humedad excesiva, a temperatura ambiente y protegidos de polvo y luz solar. 7. Pasos a seguir para la selección de ruedas industriales 1.- Definir las condiciones de operación del equipo 1.-Piso 2.-Forma de Tracción 3.-Cond. Ambientales 4.-Intensidad del mov. 5.-Espacio p/ maniobras 6.-Otras Definir el tipo de configuración del equipo Calcular la carga requerida por rueda Qrg = Ng 1 Seleccionar la rueda adecuada de acuerdo a catálogos y datos de fabricante 8. Bibliografía Catálogo de Ruedas Industriales Novex Catálogo de Ruedas Industriales Gino Nerviani Mecánica Tomo I Estática J. L. Meriam Laboratorio de Ensayos Industriales Antonio González Arias Página 13 de 20

14 Anexos A1 - Influencia del diámetro de rueda y el rozamiento en el transporte. A La fuerza ejercida para el transporte [Ft] estará dada por la relación entre la carga y el radio de la rueda, como así también con el coeficiente de rozamiento entre el piso y la rueda. Q* f FT = R De esta ecuación se deduce que tanto un diámetro de rueda mayor como un menor coeficiente de rozamiento posibilitarán realizar el transporte con un menor esfuerzo. A Análisis del rozamiento de las cargas sobre superficie a) Deslizamiento Las leyes que rigen el comportamiento del rozamiento pueden explicarse a los fines prácticos mediante el siguiente experimento: Consideramos un bloque sólido de peso P que reposa sobre una superficie horizontal. Las superficies en contacto poseen una cierta rugosidad. Si comenzamos a aplicar una fuerza T en dirección horizontal, que variará de 0 hasta un valor suficiente para poner el bloque en movimiento y comunicarle una velocidad apreciable. En el diagrama de sólido libre, fig. b, se señala la fuerza P, y la fuerza tangencial de rozamiento f. Esta fuerza tiene siempre la dirección del movimiento y el sentido contrario a este o a la tendencia al movimiento del cuerpo sobre el cual actúa. También existe una fuerza normal N que en este caso es igual a P y la fuerza resultante R que la superficie de apoyo ejerce sobre el bloque. En la fig. c se muestra un detalle de las irregularidades de la superficie que generan el efecto mecánico del rozamiento. Página 14 de 20

15 Cuando las superficies se hallan en movimiento relativo, los contactos se aproximan a las crestas, y las componentes de reacción en las crestas de las rugosidades son menores respecto a las en reposo. Esta consideración explica el hecho que la fuerza T necesaria para mantener en movimiento a un cuerpo es menor que la requerida para ponerlo en movimiento. P P T F Rozamiento Estárico (no hay mov.) Femax=fe N Rozamiento Cinético (movimiento) Fc=fc N F T (a) Fe=T R1 (c) R2 R3 N (b) (d) R T La zona hasta el punto de deslizamiento se llama dominio del rozamiento estático y el valor de la fuerza de rozamiento queda determinado por las ecuaciones de equilibrio. Esta fuerza varía desde 0 a un máximo. Para un par dado de superficies este valor máximo resulta ser proporcional a la fuerza normal: Fe max = fe * N Donde fe es la constante de proporcionalidad que recibe el nombre de coeficiente de rozamiento estático. Una vez que se produce el movimiento nos hallamos en condiciones de rozamiento cinético. Este rozamiento, también llamado dinámico, entraña una fuerza algo menor que la fuerza máxima de rozamiento estático. La fuerza de rozamiento cinético también resulta proporcional a N: Fc = fc * N Donde fc es la constante de proporcionalidad que recibe el nombre de coeficiente de rozamiento cinético. Las dos ecuaciones para la fuerza de rozamiento suelen escribirse, simplemente de la forma: Página 15 de 20

16 F = f * N A continuación vemos una tabla con los valores de los coeficientes de rozamiento para un par de superficies dadas: Superficies en contacto fe fc fr Metal sobre metal (seco) Metal sobre metal (engrasado) Goma o cuero sobre madera o metal (seco) Madera dura sobre metal (seco) Madera dura sobre metal (engrasado) Cáñamo sobre metal (seco) Cuerda metálica sobre polea de acero (seco) Neumático sobre pavimento liso (seco) Forro de amianto para frenos sobre fundición Acero sobre piedra de afilar mojada 0.7 Metal sobre hielo 0.02 Zapatas de fundición sobre llantas de acero 15 km/h km/h km/h 0.05 Neumático sobre pavimento liso 0.02 Llanta de acero sobre riel de acero b) Rodadura Otro tipo de resistencia al movimiento se presenta al hacer rodar un objeto. La rueda que transporta sobre su eje una carga L y se le aplica una fuerza P para producir la rodadura. r P L A R Fig. e Página 16 de 20

17 La distribución de la presión p sobre la superficie de contacto es como la indicada en el fig.e y la resultante R de esta distribución esta aplicada en el punto A y en equilibrio pasará por el centro de la rueda. La fuerza necesaria para producir la rodadura se podrá deducir igualando a cero el momento resultante de todas las fuerzas. Ello da: a P = * L = fc * L r La distancia a depende de muchos factores que no están totalmente aclarados, por lo que no puede darse una teoría completa de rozamiento por rodadura. Esta distancia a de las propiedades elásticas y en algunos casos de las plásticas de los materiales en contacto, el radio de la rueda, de la velocidad y de la rugosidad de las superficies. Algunas pruebas indican que a varía muy poco con r y frecuentemente se toma como independiente del radio. La magnitud a se la llama "coeficiente de resistencia a la rodadura". No es un coeficiente sin dimensiones ya que expresa una longitud en centímetros En la tabla del punto A se expresan algunos valores de fr. A2 - Conceptos generales de Dureza Se define como dureza a: "la resistencia que opone un material a ser rayado o penetrado por otro". La determinación de la dureza por cualquiera de los procedimientos a adoptar, nos dará una idea aproximada de la resistencia del material (a la tracción y al mecanizado en los metales) como su aptitud al desgaste. Uno de los primeros métodos sistemáticos de medición de dureza fue el Mohs, que confecciono una tabla de 10 minerales. En el que uno de ellos puede ser rayado por los que le siguen y a su vez rayar a los que le anteceden. Tabla de Mohs 1. Talco 6. Feldespato 2. Yeso 7. Cuarzo 3. Caliza 8. Topacio 4. Espato Fluor 9. Zafiro o Corindón 5. Apatita 10. Diamante Actualmente son varios los criterios para la determinación de la dureza en los metales y elastómeros. A continuación señalaremos los mas generalizados: La clasificación de los métodos de dureza de acuerdo al procedimiento empleado para su realización se divide en tres importantes grupos: Página 17 de 20

18 Los que miden la resistencia que oponen los cuerpos a la penetración. El método por penetración esta basado en la aplicación de una carga estática sobre la superficie de un material para provocarle una deformación permanente conocida como impronta o huella, la cual presenta una profundidad que está en relación inversa al número de dureza del material ensayado. Los que miden la resistencia elástica o al rebote. El método de dureza por rebote o elástico, consiste en dejar caer una herramienta con carga y altura definida sobre la superficie del material a ensayar, de tal forma que al chocar con dicha superficie se provoque un rebote de la herramienta, cuya altura está directamente relacionada con la dureza elástica del material. Los que miden la resistencia que oponen los cuerpos al corte o la abrasión. El método que mide la resistencia que oponen los cuerpos a la abrasión o al corte, consiste en efectuar una ranura con una herramienta de corte o abrasiva al material a ensayar. Dependiendo del tipo demarca presentada, se determinará la dureza del material, es decir, si la ranura se presenta en forma profunda o débil nos indicará mayor o menor dureza respectivamente. A Dureza Brinell La Dureza Brinell se basa en la aplicación de una carga fija mediante un penetrador esférico que se abre paso sobre la superficie lisa de la muestra. Una vez que se quita la carga, se determina el área de la impronta, lo cual indica la resistencia a la carga. Las cargas son aplicadas por sistemas hidráulicas de hasta 3000 Kg de fuerza; los penetradores generalmente están constituidos por piezas de acero endurecido o de carburo de tungsteno de 10mm de diámetro. Para determinar la dureza Brinell se utiliza la siguiente ecuación: HB = 2 P Π D ( D D 2 d 2 ) Kgf mm 2 Donde: P = carga que actúa sobre la probeta [kg] D = diámetro del penetrador [mm] d = diámetro de la impresión sobre la probeta [mm] Página 18 de 20

19 A Dureza Rockwell Los ensayos de dureza Rockwell, dependen de la medición de la profundidad de la impronta permanente, producida por la aplicación de una carga gradualmente aplicada sobre la superficie del material de prueba. Se usan varias combinaciones de penetradores y cargas, para adaptar las distintas pruebas de dureza Rockwell a los materiales de diversas durezas y espesor. Entre los penetradores se incluyen diamantes de forma cónica y esferas de acero endurecido cuyos diámetros varían de 1.58 mm a 12.7 mm. El penetrador cónico tiene un ángulo de abertura de 120 y radio de 0.2 mm en la punta. El penetrador de diamante permite probar fácilmente los aceros más duros y los de esferas grandes permiten probar materiales blandos e incluso plásticos. En general, se considera que las pruebas de dureza Rockwell no son destructivas ya que las cargas ligeras y los pequeños penetradores producen impresiones diminutas; sin embargo, a causa de la pequeñez de las impresiones, deben tomarse varias lecturas para obtener un resultado representativo. A Dureza Shore para plásticos y elastómeros Las mediciones de dureza en el método Shore se realizan mediante un penetrador cónico de 1.3 mm o esférico de 1/32". La carga aplicada es manual y generalmente de 12.5 N, el resultado de la medición se ve en un dial graduado solidario al sistema de penetración. La escala de 'Shore A' es usada para medir dureza en elastómeros, la escala de 'Shore D' es usada para medir casi todos los plásticos. La escala de 'Shore D' empieza en el valor 45, y este valor es equivalente a Shore A = 95. Si un material es más duro de 85 Shore D, se debe determinar su dureza en la escala Rockwell B. A continuación se muestra de modo gráfico la relación que existe entre las escalas de dureza mencionadas arriba, los rangos en los que se encuentran los plásticos y elastómeros y los valores típicos de dureza de varios materiales de uso mas común. Página 19 de 20

20 Página 20 de 20