Cálculos Proyecto de Tesis: Carro Esparcidor de Ciruelas

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SEDE RANCAGUA

ÁREA MECÁNICA

Cálculos Proyecto de Tesis: Carro Esparcidor de Ciruelas

Autor(es)

Isaías José Orellana Farias

Francisco Sebastián Cayupil Torres

Gonzalo Elías Labbé Montenegro

Trabajo de Seminario de Titulo para optar al título profesional de

Ingeniero en Maquinaria, Vehículos Automotrices y Sistemas Electrónicos.

Profesor Guía: Sebastián Felipe Donoso Correa

Rancagua, Chile

                                        octubre de 2022

Introducción

En el presente informe, se dará a conocer el estudio de nuestro proyecto de tesis para optar al título de ingeniero en maquinaria, vehículos automotrices y sistemas electrónicos, que consiste en el diseño e implementación de un carro esparcidor de ciruelas automatizado, desde el punto de vista estructural y de confección, dando un análisis de los materiales que utilizaremos, realizando los cálculos necesarios para probar que estemos utilizando los artículos correctos.

Por ejemplo, podremos visualizar ejercicios realizados para el cálculo de flexión, los pasadores que utilizaremos y el esfuerzo de corte al que estarán sometidos al momento de cumplir su función, también desde la parte hidráulica, analizamos las cargas que deberán soportar los cilindros hidráulicos, realizando el estudio del fenómeno de pandeo presente en el cilindro de levante y los parámetros bajo los cuales realizarán su funcionamiento, además de la presión dentro del circuito, tomando en cuenta las perdidas por fricción y singularidades, y la ecuación de energía.

Chasis

Para la construcción del chasis de nuestro carro esparcidor de ciruelas utilizaremos perfiles rectangulares de 100mm x 50mm x 3mm, como el que podemos observar en el anexo Ilustración 14.

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Ilustración 1. Chasis del carro esparcidor.

• 2 cortes de 2,5m = 5m
• 3 travesaños de 1,7m = 5,1m

Obteniendo un total de 10,1m de perfil por usar.

Para calcular la masa de esta estructura, utilizaremos la masa de un perfil que posee 6m de longitud.

10,1m = X

6m = 39,6Kg

Utilizando la fórmula de la regla de tres simples obtendremos el peso de esta estructura.

10,1m x 39,6Kg 

6m

Masa del chasis: 66,66Kg.

La estructura del tiro del carro será confeccionada con perfiles cuadrados de 100mm x 100mm x 3mm de espesor como el que veremos en anexo Ilustración 15.

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Ilustración 2. Tiro del carro esparcidor

• 2 cortes de 1,3m = 2,6m
• 1 corte de 1,4m = 1,4m
• 1 corte de 0,2m = 0,2m

Al sumar todo, tenemos un total de 4,2m de perfil por utilizar.

Para obtener la mas de esta estructura, usaremos el dato de la masa de un perfil de 6m de longitud.

4,2m = X

6m = 53,76Kg

Implementando la misma fórmula de la regla de 3 obtendremos la masa del tiro.

4,2m x 53,76Kg

6m

Masa del tiro: 37,632Kg.

Al sumar la masa del bastidor con la masa del tiro del carro, obtendremos masa total del chasis de nuestro carro esparcidor.

66,66Kg + 37,632Kg

Masa total del chasis: 104,292Kg.

Estructura de la tolva

Para la confección de la tolva, daremos uso de perfiles rectangulares de 50mm x 30mm x 3mm, como el que veremos en anexo Ilustración 16.

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Ilustración 3. Estructura de la tolva del carro

• 3 cortes de 2,50m = 7,5m
• 2 cortes de 1,80m = 3,6m
• 2 cortes de 1,74m = 3,48m
• 11 cortes de 1m = 11m

Obteniendo un total de 25,58m por utilizar en la estructura.

Para saber cuál será la masa de esta estructura, tomaremos como referencia que un perfil de 6m de longitud, tiene una masa de 19,8Kg.

25,58m = X

6m = 19,8Kg

Hacemos uso de la regla de 3, para así obtener la masa de la estructura.

25,58m x 19,8Kg

6m

Masa de la estructura: 84,414Kg.

Para la construcción de la base y las paredes del carro esparcidor utilizaremos planchas laminadas calientes, como las que se pueden ver en anexo Ilustración 17.

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Ilustración 4. Tolva de carro esparcidor

• Para la base se utilizan 4,5m².
• Para los costados: 2 planchas de 2,5m² = 5m².
• Para la parte delantera: 1,8m².
• Para la parte trasera: 1,62m².

En total usaremos 12,92m².

Tomando en cuenta que una plancha de 1m x 3m x 3mm, ósea de 3m², posee una masa de 24Kg.

12,92m² = X

3m² = 24Kg

Usando la regla de 3, obtendremos la masa del cuerpo del carro.

12,92m² x 24Kg

3m²

Masa del cuerpo: 103,36Kg.

Para obtener la masa total de la tolva vacía sumaremos la masa del cuerpo y la masa de la estructura.

103,36Kg + 84,414Kg

Masa total de la tolva: 187,774Kg.

Al accionar el mecanismo de descarga de la tolva, serán dos lo puntos críticos en donde se presentará el esfuerzo, estos serán RA (donde se posicionará el cilindro de levante), y RB (puntos de bisagra); gracias a esto podremos calcular el cilindro hidráulico y también el cálculo de los pasadores de las bisagras.

Para comenzar el análisis, debemos conocer la masa que tendrá la estructura de la tolva y su carga máxima.

Tomando en cuenta que, nuestro carro esparcidor tiene una capacidad de 4,5m³ y un bins tiene una capacidad de 1m³ con una masa aproximada de 500Kg; por lo tanto, nuestro carro tiene una capacidad de 2.250Kg.

Análisis de cargas distribuidas 

para este análisis de nuestro carro, debemos sumar la masa total de la tolva y la máxima carga de este, por lo tanto:

187,774Kg + 2.250Kg

Masa de la tolva con máxima carga: 2.437,772Kg.

La masa será dividida por el área en que está distribuida, ósea, se dividirá por 4.5m² para así obtener la masa que se presentará en cada m².

2.437,772Kg

4.5m²

Masa por m²: 541,7271111Kg/m².

Al analizar las cargas en las secciones de los extremos es necesario saber su superficie:

Área de la superficie 1:

A1 = 1,8m x 0,25m

A1 = 0,45m²

Área de la superficie 2:

A2 = 1,8m x 0,25m

A2 = 0,45m²

Para calcular la fuerza que se aplica a las secciones señaladas anteriormente se multiplicara el área de cada sección por la masa unitaria, que corresponde a 541,7271111Kg/m². En la estructura.

Fuerza en sección 1:

F1 = 0,45m² x 541,7271111Kg/m²

F1 = 243,7772Kg.

Fuerza en sección 2:

F2 = 0,45m² x 541,7271111Kg/m²

F2 = 243,7772Kg.

Para calcular el esfuerzo que se genera en cada sección, dividiremos la estructura en 10 secciones de iguales medidas (0,25m) y multiplicaremos la fuerza de cada sección critica por el número de secciones y este resultado será dividido por el largo total.

Esfuerzo en sección 1:

E1 = Fuerza x N° de secciones

Largo total

E1 = 243,7772Kg x 10

2,5m

E1 = 975,1088Kg/m

Esfuerzo en sección 2:

E2 = Fuerza 2 x N° de secciones

Largo total

E2 = 243,7772Kg x 10

2,5m

E2 = 975,1088Kg/m

Para realizar el cálculo de las cargas distribuidas, se debe tener en cuenta un factor de seguridad, por lo que aumentaremos el esfuerzo de cada sección en un 25%.

Esfuerzo de sección 1 más factor de seguridad de 25%:

E1 = 975,1088Kg/m + 25%

E1 = 1218,886Kg/m

Esfuerzo de sección 2 más factor de seguridad de 25%:

E2 = 975,1088Kg/m + 25%

E2 = 1218,886Kg/m.

Como mencionamos anteriormente, una vez que tenemos los esfuerzos de cada sección de nuestros puntos críticos, podemos realizar el cálculo de las cargas distribuidas.

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