cálculo y diseño de un descargador rotativo de vagones ...· diámetro de paso del engranaje ,...

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  • Universidad Nacional de Ingeniera

    FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

    Clculo y Diseo de un Descargador Rotativo de Vagones para una Capacidad de 120 t (263,000 lb)

    T E S I SPARA OPTAR EL T ITU LO PROFESIONAL DE:

    INGENIERO MECANICO El ECTRICISTA

    FRANKLIN MAXIMO SUAREZ OjEDAPROMOCION: 1985 -2

    L IM A . P E R U . 1 9 9 2

  • TABLA DE CONTENIDOPg

    PROLOGO

    LISTA DE SIMBOLOS

    1. Introduccini

    22. Especificaciones del Proyecto y Seleccin del Modelo

    5

    2.1 Generalidades5

    2.2 Objetivos y Alcances del Proyecto 6

    2.2.1 Objetivos6

    2.2.2 Alcances7

    2.3 Transporte con Vagones Industriales 8

    2.3.1 Vagoneta de Balancn para Descarga Lateral 8

    2.3.2 Vagoneta de Fondo de dos Vertientes 8

    2 .3.3 Vagn Volquete de Cucharn

    9

    2.3.4 Carro con Fond de Tolva

    9

    Vagn VaIquete de Cuerpo de Caja

    11

    , .-.6 Vagn para Mina11

    2.4 Maquinaria para Descarga de Vagones

    i....

    *2.4.1 Vaciadero de Va de En

    lace12

    2 .4.2 Vaciadero Rotatorio por 14Gravedad

  • 3.3 Clculo y Diseo del Sistema de Soporte Lateral

    3.3.1 Clculo y Diseo de la Viga de Apoyo Lateral

    *T T O3.3.2 Clculo del Piso de Madera

    3.3.3 Clculo y Diseo de la Placa Vertedera

    Clculo y Diseo del Sistema de Anclaje y Soporte Superior

    3.4.1 Clculo y Diseo de las Viguetas Transversales de Anclaje

    3.4.2 Clculo y Diseo de la Viga de Soporte Superior

    3.4.3 Clculo y Diseo de los Brazos de Tope Supe rior

    3.4.4 Clculo y Diseo del Sistema de, Enclava- miento

    Pg.

    78

    78

    92

    85

    88

    89

    96

    100

    3 .5 Clculo y Diseo del Sistema de Transmisin de Potencia 103

    3 .5.1 C 1 cu 1 o de la Potencia del Motor

    3.5-2 Clculo y Determinacin de las Caractersticas de1 Reductor

    3 .5 3 Clculo y Diseo de la Transmisin por Engranajes

    3.5.4 Clculo y Diseo del Eje de Transmisin

    3.5.5 Clculo y Seleccin de los Acoplamientos

    106

    107

    109

    134

    141

  • - V I I -

    Pg.

    3.5.6 Clculo y Diseo de losCojinetes 145

    3.5.7 Clculo y Diseo delFreno 151

    3.6 Sistema de Mando y Control 159

    4. Especificaciones Tcnicas de Fabricacin y Montaje 167

    4.1 Especificaciones Tcnicas deFabricacin 167

    4.2 Instrucciones de Ereccin 168

    4.2.1 Procedimiento de PreEnsamble 168

    4.2.2 Posicin y Alineamiento de los Cojinetes deGiro 169

    4.2.3 Instalacin Inicial del Eje y de la Unidad deTransmisin 173

    4.2.4 Pre-ensamble del Sistema de Tope Superior yde Enclavamiento 174

    4.2.5 Instalacin de las Estructuras Laterales 175

    4.2.6 Emplazamiento y Ajustede las Controles 186

    5. Anlisis de Costos 189

    5.1 Metrados 190

    52 Costos Unitarias y Fresupues-to 191

    CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 217

    BIBLIOGRAFIA ........

    LISTA DE PLANOS 223

    APENDICE -

  • PROLOGO,

    El presente trabajo tiene la intencin de demostrar

    en forma ordenada y lgica, que es posible disear un

    sistema de descarga de vagones para el vaciado de

    concentrado de cobre y slica, para su posterior

    transporte hacia los hornos reverberos de la Fundicin.

    Para hacer una descripcin suscinta del trabajo

    realizado, empezaremos por la introduccin, en la que se

    hace el planteo de la necesidad de un sistema para

    vaciado del concentrado de cobre que llega a la Fundicin

    a travs de un sistema de ferrocarriles y los requisitos

    que deber cumplir la solucin que la satisfaga

    Para la mejor realizcin del Proyecto, ste se ha

    dividido en cinco captulos que brevemente se explicarn:

    En el Capitulo 1 se indica el propsito de la Tesis,

    lo que espera demostrar, los alcances y las Limitaciones

    de la misma.

    En el Captulo 2 estableceremos en forma detallada

    los Objetivos y Alcances del Proyecto para posteriormente

    describir las distintas. Maquinarias y Sistemas para la

    descarga de vagones que son usadas comunmente.

  • XVIII

    A continuacin, se hace una Descripcin detallada*

    del Sistema de volteo que consideramos la ms adecuada, o

    sea un Vaciador Rotativo Motorizado.

    En el Captulo 3 con la alternativa escogida, se

    harn los clculos correspondientes para el diseo del

    descargador, para lo cual se hace el dimensionado y

    diseado de cada uno de los elementos del mismo y luego

    se realizan los clculos considerando para este efecto

    dividido el sistema en seis partes:

    a) Sistema de Soporte del Vagn

    b) Sistema de Elevacin del Vagn

    c) Sistema de Soporte Lateral

    d) Sistema de Anclaje y Soporte Superior

    e) Sistema de Transmisin de Potencia

    f) Sistema de Mando y Control

    En el Captulo 4, las especificaciones tcnicas y el

    montaje del conjunto se sealan para luego en el Captulo

    5 ocuparnos del anlisis de costos que incluye el

    Metrado, Costos unitarios y el Presupuesto.

    Finalmente, en base 3

    captulos anteriores se

    todo lo

    apuntan

    expuesto en los

    las principales

  • conclusiones del trabajo como tambin las respectivas

    recomendaciones para el mejor uso del Proyecto.

    Quiero expresar mi profundo agradecimiento a la

    comparna Southern Per Cooper Corporation, que por

    intermedio de su Departamento de Mecnica-Fundicin, me

    brind facilidades (a lo largo del desarrollo del

    Proyecto de Tesis) en la obtencin de valiosa informacin

    para la realizacin del Proyecto aqu presentado.

  • A

    A*

    p r a y

    LISTA DE SIMBOLOS

    Area de Seccin recta; rea superficial de la

    chumacera, pie2 (m2 )

    Area del ala, pulg2 (m2 )

    Area proyectada, pulg2 (m2)

    A.t.

    Aw

    a

    Area del atiesador (m2 )

    Area del alma de la trabe, pulg2 (m2 )

    Aceleracin, pies/s2 (m/s2); distancia entre

    atiesadores, pulg (m)

    Ancho del ala de la trabe, pulg (mm)

    Ancho de la zapata de freno, pulg (mm)

    e Distancia entre centros (pulg); coeficiente

    combinado de transferencia de calor (BTU-pie2-

    oF/h)

    C* Factor de condicin superficial

    Cm Factor de relacin de dureza; calor especifico del

    lubricante (BTU/lb-F)

    c* Distancia de la fibra neutra al radio interno,

    pLi lg (mm)

  • I

    Cm

    c

    C|R

    C g

    c

    D cu b

    Do

    - IX -

    Factor de vida

    Factor de distribucin de carga

    Factor de sobrecarga; distancia de la fibra neutra

    al radio extremo, pulg (mm).

    Factor de seguridad

    Factor de tamao

    Factor de temperatura

    Factor dinmico

    Factor de deformacin; longitud de los extremos no

    soportados en la trabe armada, pulg (m); Juego

    radial, pulg (mm)

    Dimetro de cubo, pulg (mm)

    Dimetro de paso del engranaJe , pulg (mm)

    Dimetro exterior de la estructura 1ateral, pulg

    ( m)

    DP Dimetro de paso del pin, pulg (mm)

    d Dimetro (pulg); (m); dimetro nominal de la

    bocina, pulg (mm)

    d

    E

    Dimetro del eJe, pulg (mm)

    Mdulo de elasticidad, lb/pulg2 (N/m2)

  • e

    F

    Fb

    1%

    Fr

    F*

    FS

    Fv

    Fy

    f

    f

    f 'e:

    fk:

    G

    Excentricidad, pulg (mm)

    Ancho del diente, pulg (mm); carga aplicada, lb

    ( N)

    Esfuerzo de flexin permisible, lb/pulg2 (N/m2 )

    Esfuerzo admisible sobre la cimentacin, lb/pulg2

    (N/m2 )

    Fuerza radial, lb (N)

    Fuerza tangencial, lb (N)

    Factor de seguridad

    Esfuerzo cortante permisible, lb/ pulg2 (N/m2 )

    Esfuerzo de fluencia, lb/pulg2 (N/m2 )

    Coeficiente de friccin, deflexin del e J e p u l g

    (mm)

    Esfuerzo mximo de flexin, lb/pulg2 (N/m2)

    Resistencia del concreto, lb/pulg2 (N/m2)

    Coeficiente cinemtico de rozamiento

    Esfuerzo cortante real, lb/pulg2 (N/m2)

    Peso del vagn cargado, lb (N); mdulo de rigidez,

    lb/pulg2 (N/m2 )

    - X -

  • XI

    H Ordenada en el extremo de la trabe armada/pulg

    (m), Calor disipado, BTU/h (J/S)

    h Pedalte del alma, pulg (mm); longitud de los

    b1oques de madera/pulg (m) al tura del diente del

    pin, pulg (mm)

    b0 Espesor mnimo de la pelcula de lubricante, pulg

    (mm)

    I Momento de inercia, pulg4 (mm4 ); factor geomtrico

    I 'f' Coeficiente de impacto

    J Momento polar de inercia, pulg4 (m4); equivalente

    mecnico del calor, lb-pulg/BTU (N-m/J)

    K Factor de servicio

    i

    Factor de choque y fatiga al momento flector;

    Kt Factor combinado de choque y fatiga aplicado al*

    momento torcer

    K0 Factor de sobrecarga

    f v. Factor dinmico aplicado a la flexin

    L Longitud del claro, pie ( m); longitud del

    cojinete, pulg (mm).

    L' Longitud total de la trabe, pie (m)

  • XII

    Lo Longitud de la zapata de freno (pulg) (mm)

    M Momento flector, (lb-pulg) (N-m)

    Md Momento de diseo (lb-pulg) (N-m)

    M. Momento por carga muerta, lb-pulg (N-m)

    M1 1 m m Momento mximo lb-pulg (N-m)

    Mt Momento total a flexin, lb-pulg (N-m)

    Mt Momento de torsin lb-pulg (N-m)

    m Mdulo

    N Nmero de dientes del engranaJe; nmero de

    espacios en la trabe pie ( m); nmero de

    revoluciones por minuto (rev/s)

    Ne:i

    Nmero de dientes del pin

    nvd1 Nmero de revoluciones por minuto del volteador

    (rev/min)

    n Rendimiento

    P Potencia transmitida, hp (kW); carga por unidad de

    rea proyectada de 1 a bocina (lb/pu1g2) (N/m2);

    carga aplicada (lb) (N)#

    Pe: Paso circular pulg (mm)

    P e: Presin critica de pande