3.8. Tutorial Carretilla

Transcripción

1 3.8. Tutorial Carretilla Introducción En este tutorial se va a simular el funcionamiento de una carretilla convencional. Se simularán sus dos movimientos principales, esto es, el movimiento de desplazamiento sobre sus ruedas, y el movimiento de elevación de carga llevado a cabo por su sistema de elevación. En cuanto a la traslación, la carretilla se acelerará en un intervalo de tiempo, para a continuación frenarla y obtener la fuerza que se genere en las ruedas delanteras y en las traseras, que son datos importantes para su dimensionamineto. También se estudiará la velocidad de las ruedas a lo largo de la simulación. Figura 110. Tutorial Carretilla 1 Para la elevación, la simulación constará de un proceso de elevación de una caja hasta el tope de la carretilla (1.8 metros). También en este caso se medirá las fuerzas de reacción en las fuerzas delanteras y traseras. El ensamblaje está totalmente definido y restringido en SolidWorks, por lo que se pasará a analizar su movimiento en SolidWorks Motion.

2 SolidWorks Motion En Estudio de movimiento 1 y situarse en la pestaña Análisis de movimiento. Se va a empezar haciendo moverse a la carretilla. En primer lugar, se activará la gravedad, ya que de ello depende el movimiento de la misma. Sin más que en el menú de SolidWorks Motion escoger Gravedad, y en el menú automático seleccionar la componente Y. Figura 111. Carretilla 1 A continuación, se elegirá el motor para la carretilla. Para realizar la simulación, es necesario darles un movimiento de rotación a las ruedas, con lo que se dispondrá un motor rotatorio en las ruedas delanteras, que harán de ruedas motrices. Esta simulación durará 12 segundos, durante los cuales la carretilla debe acelerar para iniciar el movimiento además de elevar la carga mientras decelera su marcha. Se selecciona motor rotativo en el menú de SolidWorks Motion, y en los parámetros se configura como sigue: Dirección, el eje de las ruedas y moviéndose respecto al suelo. La mayor novedad viene a la hora de seleccionar el movimiento. Se escoge la opción Expresión de la velocidad, y en la ventana f(x) se escribe la fórmula que se ve en la imagen. Esta fórmula es una sencilla forma de introducirle al programa el

3 movimiento que se quiere que realice. Lo que se le está ordenando es que, entre los segundos 0 y 10, la velocidad sea de 0 a 90 grados/segundo y de 10 a 11 segundos, esta velocidad vaya en descenso desde esos 90 grados/segundo hasta 0, es decir, se desacelera la carretilla para que ésta se detenga. Figura 112. Carretilla 2 Esta forma de introducir comandos es muy útil en SolidWorks Motion y no solo se utiliza para velocidades, sino que también se puede hacer con desplazamientos y aceleraciones. La arquitectura de la expresión siempre es la misma, variando los parámetros en función de las necesidades. El siguiente paso es definir los contactos entre las ruedas de la carretilla y el suelo. Si no se hiciera esto, el programa no asociaría estos elementos y debido a la gravedad, la carretilla se hundiría. Para definir dichos contactos, en el menú SolidWorks Motion se escoge Contactar y se selecciona como componentes para la operación, las ruedas delanteras ( Wheels_2 ) y el suelo ( Ground ). Puesto que los materiales de ruedas y suelo no se encuentran entre los que hay para escoger, se deshabilita la opción Especificar material y se selecciona Fricción. En este punto, se ponen los parámetros que se ven en la imagen para realizar un contacto con características reales.

4 Figura 113. Carretilla 3 Hacer exactamente lo mismo para definir el contacto entre el suelo y las ruedas traseras. A la hora de seleccionar los componentes de la operación, se escoge en este caso las ruedas traseras ( Wheels_1 ) y el suelo ( Ground ), el resto de parámetros, los mismos. Una vez definidos los contactos entre la carretilla y el suelo, la carretilla ya podría moverse. De hecho, si se simula el modelo en este punto, se ve que la carretilla se mueve, pero debido a la gravedad, y que no hay nada que lo impida, la parte delantera de la carretilla se cae. Para evitar esto, y conseguir además que la carretilla eleve su carga, se deberán realizar dos operaciones. Por una parte, hay que definir un nuevo contacto entre la caja o carga (Crate) y la horquilla (Fork). Como ya se ha visto, se va al menú de SolidWorks Motion y se selecciona Contactar. Se eligen las partes antes citadas y se define el contacto mediante los materiales, tal y como se puede observar.

5 Figura 114. Carretilla 4 El otro paso es simular el mecanismo de elevación. Esto se va a realizar con un motor lineal o actuador, que simula el efecto que tendría un cilindro hidráulico en la realidad. En el menú, se selecciona Motor lineal, y en el campo Movimiento, se escoge Distancia, para que eleve los 1800 mm. de elevación máxima de carretilla a partir del segundo 5 y durante 5 segundos.

6 Figura 115. Carretilla 5 Una vez realizadas todas las operaciones necesarias previas al cálculo del modelo, ya se puede pasar a Calcular. La existencia de numerosos contactos 3D puede hacer que el cálculo de la simulación necesite muchos recursos y el ordenador tarde unos segundos. Para agilizar el proceso se puede bajar la precisión de la simulación en el menú de SolidWorks Motion.

7 Figura 116. Carretilla 6 Una vez simulado el mecanismo, se van a analizar los resultados obtenidos. En primer lugar, se va a estudiar si la velocidad angular de las ruedas es la adecuada, tal y como se definió en el motor mediante la expresión matemática. Para ello, en el menú de resultados se escoge la magnitud de la Velocidades angular en una de las ruedas delanteras, como se ve en la imagen.

8 Figura 117. Carretilla 7 El resultado que se obtiene es el adecuado, con una velocidad inicial de 0 º/s (carretilla parada) que aumenta asta alcanzar los 90º/s y que se mantiene constante hasta el instante t=11, en el que la velocidad comienza a disminuir hasta situarse nuevamente en 0º/s. Figura 118. Resultados 1 Si se repite el proceso para las ruedas traseras, se obtiene:

9 Figura 119. Resultados 2 El resultado para las traseras es muy similar al anterior, ya que a pesar de no tratarse de las ruedas motrices, las ruedas traseras siguen una trayectoria idéntica a las delanteras. Una vez comprobado que la expresión de la velocidad angular introducida es la correcta, se van a analizar las fuerzas que se generan en las ruedas, tanto delanteras como traseras. Para ello, en el menú de SolidWorks Motion, se pincha en Resultados y a continuación se escoge magnitud de las Fuerzas de reacción. Para seleccionar la parte que interesa en este caso, se busca en el árbol de relaciones de posición, y se selecciona Concéntrica 3, que es la relación que une eje y ruedas.

10 Figura 120. Carretilla 8 El gráfico de fuerzas resultante para las ruedas delanteras es el siguiente: Figura 121. Resultados 3 Se opera de igual forma para obtener las reacciones en las ruedas traseras, pero a la hora de seleccionar la relación de posición, se escoge en este caso Concéntrica 2, y se obtiene:

11 Figura 122. Resultados 4 Puede observarse que las fuerzas en las ruedas traseras son inferiores a las que se obtienen en las delanteras, lo cual es lógico, teniendo en cuenta que la mayor parte de la carga recae sobre las primeras al estar mucho más cerca de ellas. También se va a comprobar que el actuador eleva la carga los 1800 mm. que están estipulados. En el menú Resultados se escoge Desplazamiento lineal en el eje Y, y se selecciona LinearMotor 1. Se acepta, y el resultado que se obtiene es el siguiente: Figura 123. Resultados 5 Se observa que la carga esta inicialmente a una altura de 600 mm. sobre el suelo, y que acaba el recorrido a 2000 mm, con lo que el ascenso ha sido de aproximadamente estos 1800 mm. tal y como se buscaba.

12 Y ya por último, se va a comprobar la fuerza necesaria en el cilindro para sustentar la carga y levantarla hasta la altura antes descrita. En el menú Resultados, escogemos Fuerzas, y Fuerza aplicada, seleccionando la componente Y, ya que es la dirección en la que el cilindro realiza el esfuerzo, y además se selecciona Linear Motor 1. Se acepta y se obtiene el resultado deseado. Figura 124. Resultados 6 Se puede ver como a partir del instante en que el cilindro comienza a elevar la carga, la fuerza aumenta, llegando en sus puntos máximos a valores entorno a los 41 KN.