INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

Transcripción

1 INGENIERÍA AUTOMOTRIZ DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ELEVADOR PARA VEHÍCULOS DE HASTA TRES TONELADAS A PARTIR DE MATERIAL RECICLADO PROVISTO POR LA EMPRESA PETROBELL INC. OPERADORA EN EL CAMPO TIGÜINO AUTOR: EDWIN MORALES DIRECTOR: ING. FÉLIX MANJARRÉS CODIRECTOR: ING. RAMIRO SANTILLÁN.

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3 FIABLE ERGONÓMICO ELEVADOR DE VEHÍCULOS VERSATIL SEGURO

4 CASA DE LA CALIDAD

5 FICHA TÉCNICA Producto: Fecha inicio: Empresa cliente: Petrobell Inc Grantmining S.A. Elevador mecánico de vehículos con una capacidad de hasta 3.0 toneladas Página 1 ESPECIFICACIÓNES Concepto Fecha Propone R/D Descripción Elevar un vehículo C R para realizar su Función mantenimiento Incorporar un sistema C R de seguridad manual con trabas.

6 C+I R Altura máxima de elevación 1800mm. I R Distancia máxima entre ejes 3085mm. Dimensiones C+I R Ancho máximo del vehículo 1760mm. C+I R Distancia mínima entre ejes 2750mm. C+I R Ancho mínimo del vehículo 1760mm.

7 Potencia I R Capacidad máxima de elevación 3.0 toneladas. Energía I R Banco de baterías, CC 12V/24V. I D Control ascenso/descenso. Control I D Instalaciones eléctricas y de carga. Seguridad I R El factor de seguridad debe ser igual o mayor a 1. Ubicación C R Altura 8m, profundidad 10m, ancho 4m.

8 ANALISIS FUNCIONAL OPERACIÓN PRINCIPAL OPERACIÓN PRINCIPAL OPERACIÓN PRINCIPAL Puesta en marcha del elevador sin carga. Mantenimiento preventivo de los componentes del elevador. Bloqueo del sistema principal de potencia. Caídas de carga y posibles impedimentos en el mecanismo del elevador.

9 MODULACIÓN

10 SOLUCIÓN A LOS MÓDULOS Sistema de Potencia. Sistema estructural. Sistema de seguridad. SELECCIÓN Mecánico. Sistema de dos columnas. Manual con trabas.

11 DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO CAPACIDAD MÁXIMA DE ELEVACIÓN CARRERA DISTANCIA ENTRE EJES DEL VEHÍCULO ANCHO MÁXIMO DEL VEHÍCULO DISTANCIA MÍNIMA ENTRE RUEDAS. 3 Toneladas 1800 mm 3085mm 1760mm 1510mm

12 MODELACIÓN Y ANÁLISIS PRELIMINAR

13 PROTOTIPOS

14 PROTOTIPOS

15 GENERACIÓN DE CARGAS

16 CONDICIONES DE EQUILIBRIO Distribución del peso vehicular. w vehicular = m bruta del vehículo g w vehicular = 2690 kg 9,81 m s 2 w vehicular = 26,389 KN El peso vehicular se divide entre las dos columnas principales de la estructura. w columna principal = w vehicular ,9 N w columna principal = 2 w columna principal = 13,19 KN

17 El peso que soporta cada columna se distribuye en el sistema de polipasto entre el punto fijo y la polea ubicada en la parte superior de la viga central. W punto fijo = W polea = w columna principal ,45 N W punto fijo = 2 W punto fijo = 6,6 KN Factor de carga porcentual del 20% (1,4 KN), obteniendo un valor final para el análisis estructural de 8 KN.

18 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES Componente Designación del material Grado, producto o geometría Resistencia a la tensión Resistencia de fluencia (ksi) (MPa) (Ksi) (MPa) Estructura del elevador Tubing API Tubería grado N Brazos y carro deslizable Tubing API Tubería grado N Soportes de brazos, placas base, soportes de pastecas. ASTM A36 Plancha

19 DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN CRÍTICA Viga central Columna principal

20 ANÁLISIS EN LA VIGA CENTRAL

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22 TABULACIÓN DE RESULTADOS VERIFICACIÓN DE RESULTADOS Material existente en la empresa. Dimensiones Longitud Material Límite de Factor de fluencia esbeltez e = 88.9 mm 2600 mm e = 6.35 mm API-N MPa VERIFICACIÓN DE RESULTADOS Material común en la manufactura. Dimensiones Longitud Material Límite de fluencia Factor de esbeltez e = 88.9 mm 2600 mm e = 6.35 mm ASTM A MPa 76.14

23 ANÁLISIS EN LA COLUMNA PRINCIPAL

24 VERIFICACIÓN DE RESULTADOS Dimensiones Longitud Material Límite de fluencia Factor de esbeltez e = 88.9 mm e = 6.35 mm 3400 mm API-N MPa

25 ANÁLISIS EN LA VIGA DE APOYO

26 VERIFICACIÓN DE RESULTADOS Dimensiones Longitud Material Límite de fluencia Factor de esbeltez e = 88.9 mm e = 6.35 mm 3270 mm API-N MPa

27 ANÁLISIS EN LA COLUMNA POSTERIOR

28 VERIFICACIÓN DE RESULTADOS Dimensiones Longitud Material Límite de Factor de fluencia esbeltez e = 88.9 mm 3400 mm e = 6.35 mm API-N MPa

29 DESARROLLO DE ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS

30 DISTRIBUCIÓN DE MASA/PESO Parámetros de distribución Masa Peso Masa bruta del Vehículo kg 26388,9 N Para una columna kg 13194,45 N Para un brazo frontal. 807 kg 7916,67 N Para un brazo posterior. 538 kg 5277,78 N

31 BRAZO FRONTAL DEL ELEVADOR Longitud 800mm. (F) puntual aplicada de 7916 N F y = 0 F = R y = 7916 N M = 0 M F d = 0 M = N. m

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33 RESULTADO ANÁLISIS ESTÁTICO Parámetro Esfuerzo principal máximo Deformación Total Factor de seguridad Mínimo -12,206 MPa 0. mm 1,86 Máximo 70,388 MPa mm 15

34 BRAZO POSTERIOR DEL ELEVADOR Longitud de extensión 1200mm. El valor de la fuerza (F) puntual aplicada es de N F y = 0 M = 0 F = R y = 5277,78 N M F d = 0 M = 6333,34 N. m

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36 RESULTADO ANÁLISIS ESTÁTICO Parámetro Esfuerzo principal máximo Deformación Total Factor de seguridad Mínimo -8,6831 MPa 0. mm 2,43 Máximo 45,162 MPa 0,1047 mm 15

37 CONJUNTO CARRO-SOPORTE DISTRIBUCIÓN DE CARGAS UBICACIÓN FUERZA MOMENTO Empotramiento Brazo Frontal Empotramiento Brazo Posterior N/A N/A N.m N.m Elemento de Izaje N N/A

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39 RESULTADO ANÁLISIS ESTÁTICO Parámetro Esfuerzo principal máximo Deformación Total Factor de seguridad Mínimo -5,6905 MPa 0. mm 1,17 Máximo 75,757 MPa 0,0617 mm 15

40 PLACA BASE F y = 36 ksi = 250 Mpa m = 1345 kg fc " = 3 ksi = 20,68 Mpa d = 3.5 pulgadas = 0,0889 m b f = 3.5 pulgadas = 0,0889 m N = 0,4 m B = 0,3 m

41 CÁLCULO DE LOS FACTORES GEOMETRICOS m = N 0,95d 2 m = 0,16m n = B 0,8b f 2 X = n = 0,11 m 4 d b f (d + b f ) 2 X = 1 λ = 1 t = l 2P u 0.9 F y B N λn " = 1 db f λn " = 0,0222 m 4 l = máx m, n, λn " l = 0,16m t = 5,48 mm Factor de carga 1.2 (1614 kg.) P u = m g = 15833,34 N

42 PERNOS DE ANCLAJE R x = F = kn

43 M = 0 F sd 3,4m = F B 0,032 + F B 0,032 + F A 0,268 + F A 0,268 + F A 0,268 Condiciones: F sd = n F F sd = kn Remplazando: F A = kn F A = 4F B σ = P A A = mm 2 SAE 4.6 es M 16x2 para el cual A = 157 mm 2.

44 CÁLCULO DE SOLDADURA F = 7916(N) Mf = 0 Mf = F d Mf = Nm σ = σ = Mf b d h Nm m 3 Electrodo E7018 n = 414 MPa 178 MPa σ = MPa n = 2.3

45 CÁLCULO DEL MOTOR ELECTRICO

46 m eje a = m v g + a + m v g + a a = 9.81 m s 2 V f 2 = V o + 2 a d V f = 5.7 m s

47 MOTOR ELECTRICO W = E c + E p W = 1 2 m V m V2 + m g h + m g h W = 78791,445 J P = T t P = 4.22 Hp ESPECIFICACIONES Capacidad 9000lb (4090kg) Motor 5.5 HP Transmisión 3-Faces planetarios Reducción 235:1 Peso 85 lb (38kg) Funcionamiento 12 V

48 SELECCIONAMIENTO DEL CABLE DE ACERO DISTRIBUCIÓN MASA PESO En cada columna 1345 kg kn En cada línea de cable kg 6.6 kn σ max carga aplicada de repente = 2 A rope = 0,366 dr 2 T A rope 6597 N σ max carga aplicada de repente = 2 0,366 dr 2 σ d = 1379 = MPa 5 σ max carga aplicada de repente = σ d 2 dr = ,366 dr 2 = 275.8x106 2T 275.8x dr = 11,43 mm Cable requerido es de ½ pulgada en 8x19 WS IPS

49 ACCESORIOS PARA EL CABLE DE ACERO

50 MANUFACTURA, ENSAMBLAJE Y MONTAJE

51 CURSOGRAMAS N.- DE OPERACIÓN OPERACIONES 1 Medición y trazado 2 Corte del material: por oxicorte 3 Limpieza de rebabas: cincel, amoladora o lima 4 Esmerilado 5 Nivelado 6 Grateado 7 Unión de partes (Soldadura) 8 Montaje 9 Taladrado 10 Doblado SÍMBOLO SIGNIFICADO Operación tecnológica Inspección Traslado o transporte Almacenamiento Espera

52 Desarrollo del Brazo-Soporte Desarrollo de la columna

53 Desarrollo de la viga Desarrollo de la camisa

54 Soportes de brazos Soporte de la unidad de potencia.

55 Desarrollo de soporte de pasteca Desarrollo de soporte de pasteca

56 BASES DEL ELEVADOR DE VEHÍCULOS

57 SOLDADURA DE LAS COLUMNAS PROSEMO SMAW

58 CONJUNTO DEL SOPORTE

59 VISTA PRELIMINAR DEL SOPORTE

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64 PRUEBAS

65 CONCLUCIONES El diseño del elevador tiene su principio en la forma estructural de un elevador de dos columnas adicionándole una tercera en su parte posterior, obteniendo una estructura triangular rígida, segura y funcional. Se diseñó y construyó el sistema de elevación fusionando la forma estructural de tres columnas descrita anteriormente y un sistema de elevación que es muy utilizado para el mantenimiento de pozos en el ámbito petrolero denominado Workover

66 Al realizar la simulación estructural en el software RISA, con las cargas establecidas para el diseño, genero resultados, de la relación de esbeltez acordes a los parámetros establecidos para columnas y vigas bajo normas LRDF. Se puede utilizar como material alternativo de manufactura en la estructura triangular del elevador, el acero ASTM A-36 al encontrarse dentro de los parámetros de diseño para vigas y columnas de las normas LRDF.

67 El uso del acero ASTM A-36 en la manufactura de los brazos del elevador, está restringido ya que presenta fallas en la simulación con el software y no cumple con un factor de seguridad mayor a uno. El diseño de forma triangular que posee el elevador ofrece ergonomía al operario para realizar cualquier tipo de mantenimiento sin ningún problema, ya que se ha considerado los parámetros funcionales y estéticos en el diseño del equipo.

68 RECOMENDACIONES Utilizar un software de diseño para obtener dimensiones y resultados de análisis con elevada precisión y rapidez, pudiendo modificar y efectuar cambios con facilidad. Realizar un biselado en forma de media luna en los extremos de la tubería para una buena junta entre los elementos estructurales que conforman la máquina. La construcción del elevador de vehículos debe realizarse en un lugar adecuado con suficiente ventilación y usando elementos de seguridad denominado es EPP tales como: guantes, gafas, mascarilla para evitar lesiones.

69 Equilibrar el peso total del vehículo en forma adecuada sobre los brazos del elevador de vehículos, para realizar las tareas de trabajo en forma segura. Leer las normas de seguridad para un correcto funcionamiento del elevador de vehículos, antes de proceder a su operación evitando accidentes de trabajo. Se debe tener en cuenta la capacidad máxima de carga, para evitar fallos en el momento de operar la máquina y garantizar su vida útil.

70 GRACIAS INGENIERÍA AUTOMOTRIZ