Universitat Politècnica de Catalunya
Màster EMEI
Barcelona 17 de Març de 2011
Espanya
PROJECTE FINAL DE MÀSTER
EMMOTLLADOR DE DOLÇ
Manuel Ignacio Ayala Chauvin
email: [email protected]
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
2
RESUM
Aquest projecte neix de la necessitat de millorar els processos productius en
empreses dedicades a l'elaboració de dolços. Aquestes empreses estan
ubicades a la província de Loja - Equador i es proposa el disseny d'una
emmotlladora, que té com a finalitat de donar un valor afegit al producte.
S'ha desenvolupat una llista d'especificacions en funció de les necessitats del
sector i s'ha realitzat diverses propostes conceptuals. Aplicat el mètode ordinal
de criteris ponderats s'ha seleccionat el emmotllament rotatiu com l'opció més
adequada.
Es fa una descripció del funcionament del sistema d'emmotllament rotatiu i
s'estudia la pressió de compressió que necessita la massa per a ser modelada.
Es realitza el disseny de materialització, el qual se l'ha dividit en 4 sistemes:
alimentació, emmotllament i extracció, transmissió i control.
En el sistema d'alimentació es descriu el funcionament i es realitza la selecció
del material i s'analitza la geometria de la tremuja.
En el sistema d'emmotllament i extracció es va realitzar el càlcul de volums
d'entrada en funció de la capacitat de producció, es determina el diàmetre dels
corrons i es realitza el càlcul a fatiga d'aquests.
En el sistema de transmissió es realitza diversos càlculs entre ells: potència
necessària, selecció del moto-reductor, selecció del cadenes i engranatges,
selecció de rodaments, càlcul a fatiga dels eixos. Es realitza un resum de la
selecció de materials de cadascuna de les peces.
El sistema de control abasta els temes de seguretat i implementació elèctrica,
es fa un disseny del circuit de potència i control complint la normativa de
seguretat de màquines, a més es realitza una anàlisi en funció de la normativa
de control higiènica d'aliments.
Finalment es fa una anàlisi de cost de la emmotlladora de dolç i es proposen
les conclusions i recomanacions.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
3
ÍNDEX Pàg. 1 INTRODUCCIÓ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
2 OBJECTIU ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
3 ESPECIFICACIONS ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
4 PRINCIPI DE SOLUCIÓ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 12
5 SELECCIÓ DE L'ALTERNATIVA DE DISSENY ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16
5.1 Avaluació dels resultats ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 19
6 DISSENY DE MATERIALITZACIÓ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
6.1 Sistema d'alimentació ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 23
6.1.1 Tolva ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23
6.1.2 Càlcul del gruix de la xapa per a la tremuja ... ... ... ... ... ... .. 26
6.2 Sistema d'emmotllament i extracció ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
6.2.1 Capacitat de producció ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
6.2.2 Velocitat lineal de la banda d'extracció ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 29
6.2.3 Corró d'empenta ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 29
6.2.4 Rascadors de corrons ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 32
6.2.5 Càrregues en els corrons ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 33
6.2.6 Disseny estàtic del rodet forçador ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 34
6.2.7 Disseny dinàmic del corró forçador ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 38
6.2.8 Disseny estàtic del corró emmotllament ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 41
6.2.9 Disseny dinàmic del corró emmotllament ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
6.2.9.1 Disseny estàtic del corró extracció ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 47
6.2.9.2 Disseny dinàmic del corró extracció ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 47
6.3 Sistema de transmissió ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 49
6.3.1 Càlcul de la potència i selecció del motor ... ... ... ... ... ... ... ... .... 50
6.3.1.1 Inèrcia del corró forçador ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 50
6.3.1.2 Càlcul de la potència per al corró forçador ... ... ... ... ... ... ... .... 52
6.3.1.3 Càlcul de la potència per al corró emmotllador ... ... ... ... ... ... .. 52
6.3.1.4 Càlcul de la potència per al corró d'extracció ... ... ... ... ... ... 53
6.3.2 Selecció del moto-reductor ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 55
6.3.3 Selecció de rodes dentades i cadena ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 58
6.3.3.1 Anàlisi de força en la roda dentada ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 59
6.3.4 Secció mínima dels eixos ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 59
6.3.4.1 Eix del corró forçador ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 59
6.3.4.1.1 Disseny de xaveta ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 65
6.3.4.1.2 Selecció de rodaments de l'eix forçador ... ... ... ... ... ... ... ... ... 66
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
4
6.3.4.2 Eix del corró d'extracció ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 71
6.3.4.2.1 Selecció de rodaments de l'eix d'extracció ... ... ... ... ... .... 75
6.3.4.3 Eix del corró modelador ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 77
6.3.4.3.1 Selecció de rodaments de l'eix modelador ... ... ... ... ... ... ... .. 81
6.3.5 Engranatges ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 83
6.3.5.1 Resistència a la flexió de les dents d'engranatges ... ... ... ... ... .. 84
6.3.6 Bastidor ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 91
6.4 Seqüència de muntatge ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 92
6.5 Selecció de materials ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... .... 97
6.5.1 Acers Inoxidables ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 97
6.5.2 Alumini i aliatges ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 97
6.5.3 Coure i aliatges ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 98
6.5.4 Materials polimèrics ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 98
6.5.5 Acers al carboni ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 99
6.5.6 Acers de cementació ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 99
6.5.7 Resum dels materials utilitzats en el disseny... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 99
6.6 Sistema de control ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 100
6.6.1 Seguretat d'operació de la màquina ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 100
6.6.2 Disseny per a la seguretat higiènica ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 103
6.6.2.1 Absència de dipòsits ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 103
6.6.2.2 Facilitat de desmuntatge i muntatge ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 103
6.6.2.3 Accessibilitat ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 104
6.6.2.4 Drenatge ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 105
6.6.2.5 Superfícies exteriors ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 105
7 RECERCA DE PATENTS ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 105
8 PRESSUPOST ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 106
9 CONCLUSIONS ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 110
10 BIBLIOGRAFIA ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 111
11 ANNEXOS ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .....112
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
5
1 INTRODUCCIÓ
Les microempreses a Loja-Equador són unitats econòmiques operen sobre la
base de l'autoocupació o mitjançant l'ús de fins a 6 persones, el seu procés
productiu està compost d'un 10% de tecnologia i la seva capital va des de € 10
dòlars fins a € 20.000 dòlars. Dins de l'Equador la majoria d'aquestes entitats
són familiars, amb fins de subsistència, és a dir no té capacitat de generar
excedents, raó per la qual tenen baix creixement de capital, moltes d'elles
tenen mà d'obra no especialitzada i sense possibilitat de retribuir, amb salaris
inferiors al bàsic legal. Aquest recurs humà és l'eix principal per al
funcionament del procés productiu, les habilitats i destreses trobades són els
que donen el potencial necessari a la microempresa.
Mitjançant l'observació realitzada a l'activitat comercial de la província de Loja, i
en virtut del desenvolupament econòmic, tecnològic i educatiu del sector, es
detecta l'existència d'activitats microempresarials de compra i venda de
productes acabats de caràcter artesanal i unes poques que principalment
importen abans que exporten, (UTPL 2009).
A Loja i la seva província cal millorar la infraestructura física i enfortir la base
tecnològica que garanteixi la inversió i que permeti oferir béns i serveis que
satisfacin els requeriments necessaris de la població, que garanteixin
productivitat suficient i una qualitat acceptable, per competir en un
mercat modern, de manera que la producció asseguri demanda i sigui rendible.
També cal que els microempresaris estableixin connexions contractuals de
mercat amb empreses demandants dels seus productes, que els permeti
planificar en detall, ajustant la producció en volum, qualitat i temps als
requeriments, assegurant la sortida dels béns o serveis en condicions de preu i
forma de pagament preestablerta, això donarà seguretat a l'empresa i li
permetrà adquirir oportunament les entrades necessàries, organitzar als
productors i desenvolupar les activitats productives en forma expedita.
La població bàsicament es dedica a la producció de: cafè, cacauet, canya de
sucre, blat de moro, arròs, plàtan, fruiters entre d'altres, per la qual cosa el
sector comercial s'emmarca en la venda d'aquests productes agrícoles per part
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
6
dels productors que prefereixen vendre a la capçalera cantonal del mateix nom,
aquesta comercialització es realitza el dia diumenge, és allà on es troben
localitzats els comerciants aplegadors que disposen de cellers adequades per a
la recopilació dels productes, i el seu posterior trasllat cap a les ciutats de
destinació.
Aquest desenvolupament ja sigui d'un país, una zona o d'una regió no només
significa aconseguir creixement econòmic, expressat en indicadors com la
producció i el consum a nivell agregat, sinó que constitueix un procés
d'ampliació de les oportunitats de totes les persones per millorar seves
condicions de vida, per això aquest desenvolupament ha d'incloure a tots els
actors involucrats.
La població del sector és molt aferrada als seus costums situació que
s'evidencia en l'elaboració de productes propis del sector per ser
comercialitzats durant les seves festes locals.
L'enginyeria com a ciència social ha de donar una aportació important a
l'activitat productiva del sector, enfortint la tecnologia de la microempresa sense
alterar el seu concepte actual de producció, es tracta de donar solucions a les
necessitat amb els mitjans que ofereix l'entorn i evolucionar amb el temps.
De les potencialitats del sector, i en concordança amb l'anteriorment indicat, les
activitats productives de transformació poden ser recolzades generant un valor
afegit en la transformació de productes.
La idea d'aquest projecte és dissenyar un modelador que simplifiqui la tasca
d'emmotllament i d'un valor afegit a la producció de dolços típics a la província
de Loja-Equador (el dolç està compost de canya de sucre amb cacahuet).
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
7
2 OBJECTIU
L'objectiu d'aquest projecte és solucionar la problemàtica d'emmotllament en la
producció de dolços en petites empreses ubicades a la província de Loja -
Equador.
S'aplicarà millores en el procés implementant un equip industrial per a
realitzar l'emmotllament, els temes estudiats en el Màster d'Enginyeria Mecànic
a i Equipament Industrialde la Fundació Politècnica de Catalunya tenen aplicaci
ó en aquest disseny.
Els temes que s'empraran són:
• Elaboració de les especificacions d'un producte.
• Definició de diferents alternatives de disseny per
a materialitzar l'especificació.
• Selecció d'accionaments.
• Selecció de materials.
Aquests aspectes s'apliquen en el disseny d'una màquina que s'adapta a les
necessitats de petites empreses productores de dolç.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
8
3. ESPECIFICACIONS
El primer punt d'aquest projecte consisteix en l'elaboració d'una llista
d'especificacions que ha de complir la màquina emmotlladora. L'elaboració d'un
document que reuneixi les característiques que ha de complir és el primer pas
per poder garantir que l'objecte fruit del treball de disseny sigui capaç de
satisfer la necessitat per a la qual ha estat concebut.
La necessitat que porta a dissenyar aquesta emmotlladora deriva del desig
d'obtenir una major i millor producció de dolç en forma de cubs. Els períodes de
temps emprats per realitzar tasques d'emmotllament són els més prolongats del
procés per la seva laboriositat, es pretén idear un sistema que redueixi el temps
i esforç emprat en la conformació.
Aquest sistema aconseguirà reduir el temps d'emmotllament i li donarà un valor
afegit al millorar l'estètica del producte. Així mateix reduirà el cansament del
personal, millorant així la qualitat de la producció.
A més s'ha de complir amb les normatives de producció alimentària, evitant que
el personal manipuli excessivament la massa a modelar, així es prescindirà
d'aquest esforç addicional que això comporta.
Les especificacions es presenten en forma de taula, i es defineixen els
requeriments i desitjos de la màquina a dissenyar, depenent si fan referència a
la funció a realitzar, les dimensions finals, els materials que han de compondre,
la seva seguretat, etc.
En les pàgines següents es presenta la taula en la qual s'han inclòs les
característiques que es vol que presenti la màquina a dissenyar. Els
requeriments són aquells que de forma imprescindible haurà de complir la
màquina. Els desitjos són noves característiques que puguin representar una
millora tècnica o que facin que la màquina sigui la millor alternativa en vers de
les màquines amb la mateixa funció ofertes per la competència.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
9
A part de la divisió entre requeriments i desitjos, cada característica es
classifica segons d'on vingui la proposta. Això ajuda el dissenyador a valorar
millor la forma de complir amb cada un dels requeriments.
En primer lloc es fa referència a les característiques funcionals que es vol que
presenti aquesta màquina. El sistema ha de servir per facilitar
l'emmotllament. Una característica no imprescindible el fet que la seva
producció sigui contínua. Com a possible millora es fa referència a la
possibilitat que pugui modelar diferents formes.
Les característiques dimensionals màquina seran en funció de la producció que
es realitza a les petites empreses del sector, de manera que serà dissenyada a
mida.
Els moviments i forces que s'especifiquen són l'entrada de la massa en la
tremuja, l'empenta de la massa al cilindre de conformació i l'extracció de la
massa conformada per mitjà d'una banda transportadora.
Els materials a emprar seran aquells que garanteixin el contacte amb aliments
per a consum humà i que suporten temperatures entre 50 i 80 º C.
Pel que fa al sistema de control, les característiques que es volen que presenti
la màquina es centren en un control del funcionament general, i un sistema de
seguretat que permeti la detenció en cas d'emergència.
La màquina ha de ser transportable. Pel que fa al cost es desitja que no superi
els 4000 dòlars per unitat, ja que s'estima que és el preu màxim que en general
podria arribar a justificar la compra de la màquina.
Finalment es requereix que la màquina compleixi amb les normatives de
seguretat, de manera que s'eviti un risc innecessari per als treballadors que
hagin de fer ús.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
10
EMPRESA:
UPC
PRODUCTE:
Emmotlladora de dolç. Data inicial:
Darrera
revisió:
ESPECIFICACIONS
Concepte Data Proposa R/D Descripció
Funció
22/11/10 I R
Haurà d'estar proveïda d'un dispositiu
capaç de modelar la massa en forma de
cubs. (Massa composta per canya de
sucre i cacauet).
22/11/10 I R Ha de ser operada per una sola
persona.
22/11/10 I R Disposar d'un dispositiu per pressionar
la massa en la tremuja d'ingrés.
22/11/10 I R La seva capacitat mínima
d'emmotllament és de 12 lliures / hora.
22/11/10 I D Possibilitat de modelar diferents formes.
Dimensions 22/11/10 I R
La dimensió de les cubs és
aproximadament de 20x20x10.
22/11/10 I R La dimensió de la màquina és
aproximadament de 2000 x 500 x 1000.
22/11/10 I R La massa té una densitat aproximada
de 1,28 g/cm3.
Moviments 22/11/10 I R Moviments circulars sincronitzats
Forces 22/11/10 I R
Les necessàries per conformar la
massa en cubs o altres formes.
Energia 22/11/10 I R Tensió d'alimentació 110V
22/11/10 I R Es requereix d'un operari per alimentar
la màquina.
Senyals i controls 01/07/10 I R
Control de funcionament de la màquina
(ON / OFF)
22/11/10 I R Polsador de detenció en cas
d'emergència
Materials
01/07/10 I R
Seleccionar materials que resisteixin els
agents ambientals i que compleixin les
normatives per a la producció
d'aliments.
Muntatge i fabricació. 01/07/10 I R
Fabricació a mida i disseny per al
muntatge.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
11
Transport i distribució. 01/07/10 I R
Accés local: amplada / alçada 0.90m x
1.80m.
Vida útil i manteniment.
01/07/10 I R Duració: 15 anys; Fiabilitat del 95%.
Costos i termes 01/07/10 M R
Preu d'una unitat € 10000. Termini: 4
mesos.
Aspectes legals 01/07/10 I+C R
Compliment de la norma internacional
de seguretat.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
12
4. PRINCIPI DE SOLUCIÓ.
Un cop s’ha elaborat una especificació tècnica del producte, ja es disposa
d’una guia que assegurarà que les diferents alternatives que es puguin
concebre durant la fase de disseny conceptual, garantiran que l’objecte final
pugui satisfer de la forma més adequada la necessitat per a la qual ha estat
ideat.
Existeixen diversos mètodes i eines que ens permeten d'una manera o altra ge
nerar una solució per a un determinat problema. Alguns d'aquests
mètodes són: lesestructures funcionals, creativitat en estat pur (recerca d'idees
noves), analogies ambaltres sistemes, recerca en fonts d'informació, anàlisi de
la competència, etc. L'ús d’un únic mètode de solució és arriscat, la recerca
d'una solució pot passar per molts camins fins a obtenir un resultat satisfactori.
A continuació es recullen algunes alternatives, cadascuna amb un croquis
explicatiu i una descripció de les seves principals característiques.
Solució 1
L'emmotllament rotatiu és el sistema més utilitzat per a l'emmotllament de
masses, un cop es té preparada la massa es la descàrrega la tremuja (1) que
alimenta l'emmotlladora rotativa, la funció és la de donar origen al producte
amb formes originals.
Fig. 1. Emmotlladora de corrons.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
13
El corró forçador (2) està dentat per poder retenir una capa de massa, quan
aquest rodet gira, la massa de la tremuja és conduïda des de la càmera de
compressió cap al corró emmotllador (3).
El corró emmotllador, generalment és de bronze, té una superfície llisa en la
qual estan gravats o inserits motlles per formar la peça de massa. Aquest rodet
gira de manera que la massa és obligada a penetrar des de la càmera als
motlles.
La Fulla Rascador (4), que es recolza sobre el corró emmotllador, serveix per
tallar la massa que entra en els motlles i l'excés de massa passa per l'altre
costat de la fulla i s'adhereix al rodet forçador. L'alçada de la fulla es troba en
posició vertical i pot ser ajustada.
El corró d'extracció (5) té una coberta de goma gruixuda sobre un nucli, i al seu
torn, és el comandament de la banda d'extracció (6).
Solució 2
Fig. 2. Emmotlladora d'extrusió i tall amb cilindre.
La massa entra per la tremuja (1) i és comprimida en accionar el cilindre
forçador (2) a la sortida de la cambra de compressió la massa pren la forma del
filtre (3) i és conduïda cap al corró tallador (4).
El corró tallador, generalment és construït de bronze sense plom amb
depressions o de polímers, té una superfície llisa en la qual està gravada la
forma del tall. Aquest rodet gira de manera que en entrar la massa es produeix
el tall.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
14
El corró d'extracció (5) té una coberta de goma gruixuda sobre un nucli, i al seu
torn, és el comandament de la banda d'extracció (6).
Solució 3
Fig 3. Emmotlladora d'extrusió i tall amb cargol reciprocicante.
La massa ingressa per la tremuja (1), i alimenta a la claveguera reciprocicante
(2), aquest en girar condueix i comprimeix la massa a Bari etapes fins que surt
pel filtre (3).
En sortir de la cambra de compressió la massa pren la forma del filtre i es troba
amb el rodet de tall (4) el qual gira de manera que en trobar-se amb la massa
s'introdueix i produeix el tall.
El corró d'extracció (4) té una coberta de goma gruixuda sobre un nucli, i al seu
torn, és el comandament de la banda d'extracció (5).
Solució 4
Fig. 4. Emmotlladora de rodets i cinta d'extracció.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
15
La massa entra des de la tremuja (1) i és forçada cap al cilindre formador (2)
pel cilindre de força (3). La pressió exercida pels rodets produeix una força que
comprimeix la massa i la introdueix en les cavitats de moldeig i deforma la
pel·lícula (4). La pel·lícula forma una barrera entre les cavitats d'emmotllament i
la massa, però permet que la massa es conformi a les característiques de la
matriu. L'excés de massa es retalla amb un ganivet modelador (5).
La pel·lícula se separa de la massa pel rotllo de recollida (6), deixant la massa
sobre la cinta transportadora (7). La cinta transportadora es desplaça la massa
formada per següent procés.
Solució 5
Fig. 5. Emmotlladora amb eix reciprocicante i tall vertical.
En aquesta màquina la massa entra per la tremuja (1), és conduïda per la
claveguera reciprocicante (2) i en sortir de la cambra de compressió es troba
amb la fulla de tall (3) que realitza un moviment vertical i horitzontal en
sincronisme amb la velocitat de sortida de la massa.
Finalment la massa tallada en cubs és transportada per la banda d'extracció
(4).
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
16
5 SELECCIÓ DE L'ALTERNATIVA DE DISSENY.
Per poder determinar la millor alternativa que pugui ajustar-se a les pautes
definides en les especificacions del producte, s'utilitza un mètode ordinal. Amb
aquest mètode es pretén obtenir un llistat de les diferents alternatives de
disseny ordenades per idoneïtat, de manera d'aconseguir quina és la més
adequada, i quina és la que més s'allunya dels nostres interessos.
El mètode emprat consisteix en l'aplicació del mètode de criteris ponderats. En
aquest sistema es realitza una comparació entre aspectes a tenir en compte,
de manera que mitjançant una taula quedi reflectida la importància de cada un
dels aspectes respecte a la resta.
Per tant en aplicar aquesta tècnica s'ha de començar escollint els criteris que
es tindran en compte a l'hora de fer l'anàlisi. Els criteris que s'han escollit
d'intentar reflectir totes les característiques que poden influir en l'elecció,
segons els requeriments aquests són:
• El cost, cal que el cost compleixi amb el desig expressat en les
especificacions.
• La facilitat de manteniment i logística, en aquest sentit es vol que la
solució sigui de fàcil manteniment i que el seu temps de reparació
sigui en mínim.
• La fiabilitat, que funcioni correctament en l'etapa de major producció
sense interrupcions.
• Control, que sigui el més senzill possible i amb els components
disponibles en el mercat local i que compleixin les normatives.
• Seguretat, que la màquina compleixi amb les normes d'ergonomia,
seguretat de l'operari i les normes de producció alimentària.
El primer pas a l'hora d'aplicar el mètode de ponderació, és fer una comparació
dels diferents criteris, i mitjançant una taula definir la importància de cada un
d'ells respecte de la resta.
A partir de la confecció de la taula s'obté com a resultat la importància que ha
de tenir cada un dels criteris en el moment de fer l'elecció.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
17
Aquesta importància es veu en l'última columna representada en forma de tant
per un.
A la taula es comparen els criteris de la següent manera: Quan el criteri
expressat en la columna és més important que l'indicat a la fila s'assigna un 0;
Quan el criteri expressat en la fila és més important que el de la columna
corresponent assigna un 1; i quan tots dos criteris tenen la mateixa importància
s'assigna un 0,5. A la suma dels valors de cada criteri se li afegeix una unitat
per evitar l'aparició de criteris amb importància nul.
Cos
t
Man
teni
bilit
at
Fiab
ilitat
Con
trol
Seg
uret
at
Sum
aria
Sum
aria
+ 1
Pon
dera
t
Cost - 0.5 1 1 0.5 3 4 0.26 Mantenibilitat 0.5 - 0.5 1 0.5 2.5 3.5 0.23 Fiabilitat 0 0.5 - 0.5 0 1 2 0.13 Control 0 0 0.5 - 0 0.5 1.5 0.10 Seguretat 0.5 0.5 1 1 - 3 4 0.26 Total 15 1
Quan es coneix la importància de cada un dels criteris, es procedeix a valorar
les alternatives de disseny tenint en compte aquests criteris. D'aquesta manera
s'obté una comparació de cadascuna de les alternatives amb la resta des del
punt de vista de cada criteri.
Les taules següents contenen les comparatives de les solucions proposades
per a cada criteri. La valoració de cada casella segueix el mateix sistema que
per a la taula anterior, assignant 0, 0,5 i 1.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
18
Criteri del cost.
Sol
ució
1
Sol
ució
2
Sol
ució
3
Sol
ució
4
Sol
ució
5
Sum
aria
Sum
aria
+ 1
Pon
dera
t
Solució 1 - 1 1 1 1 4 5 0.33 Solució 2 0 - 0.5 1 1 2.5 3.5 0.23 Solució 3 0 0.5 - 1 1 2.5 3.5 0.23 Solució 4 0 0 0 - 0.5 0.5 1.5 0.10 Solució 5 0 0 0 0.5 - 0.5 1.5 0.10 Total 15 1
Criteri de mantenibilitat.
Solu
ció
1
Solu
ció
2
Solu
ció
3
Solu
ció
4
Solu
ció
5
Sum
aria
Sum
aria
+ 1
Pon
dera
t Solució 1 - 1 0.5 1 1 3.5 4.5 0.30 Solució 2 0 - 0 0.5 0.5 1 2 0.13 Solució 3 0.5 1 - 1 1 3.5 4.5 0.30 Solució 4 0 0.5 0 - 0.5 1 2 0.13 Solució 5 0 0.5 0 0.5 - 1 2 0.13 Total 15 1
Criteri de fiabilitat.
Solu
ció
1
Solu
ció
2
Solu
ció
3
Solu
ció
4
Solu
ció
5
Sum
aria
Sum
aria
+ 1
Pon
dera
t
Solució 1 - 0.5 0.5 1 1 3 4 0.26 Solució 2 0.5 - 0.5 1 0.5 2.5 3.5 0.23 Solució 3 0.5 0.5 - 1 0.5 2.5 3.5 0.23 Solució 4 0 0 0 - 0.5 0.5 1.5 0.10 Solució 5 0 0.5 0.5 0.5 - 1.5 2.5 0.16 Total 15 1
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
19
Criteri de control.
Sol
ució
1
Sol
ució
2
Sol
ució
3
Sol
ució
4
Sol
ució
5
Sum
aria
Sum
aria
+ 1
Pon
dera
t
Solució 1 - 1 1 1 1 4 5 0.33 Solució 2 0 - 0.5 1 0.5 2 3 0.20 Solució 3 0 0.5 - 1 0.5 2 3 0.20 Solució 4 0 0 0 - 0.5 0.5 1.5 0.10 Solució 5 0 0.5 0.5 0.5 - 1.5 2.5 0.16 Total 15 1
Criteri de seguretat.
Solu
ció
1
Solu
ció
2
Solu
ció
3
Solu
ció
4
Solu
ció
5
Sum
aria
Sum
aria
+ 1
Pon
dera
t
Solució 1 - 0.5 0.5 0.5 0.5 2 3 0.2 Solució 2 0.5 - 0.5 0.5 0.5 2 3 0.2 Solució 3 0.5 0.5 - 0.5 0.5 2 3 0.2 Solució 4 0.5 0.5 0.5 - 0.5 2 3 0.2 Solució 5 0.5 0.5 0.5 0.5 - 2 3 0.2 Total 15 1
5.1 AVALUACIÓ DE RESULTATS
El següent diagrama mostra d'una forma gràfica el resultat de l'aplicació del
mètode ordinal per criteris ponderats:
Cost Mantenibilitat Fiabilitat Control Seguretat Total Solució 1 0.33*0.26 0.30*0.23 0.26*0.13 0.33*0.10 0.20*0.26 0,2734
Solució 2 0.23*0.26 0.13*0.23 0.23*0.13 0.20*0.10 0.20*0.26 0,1916
Solució 3 0.23*0.26 0.30*0.23 0.23*0.13 0.20*0.10 0.20*0.26 0,2307
Solució 4 0.10*0.26 0.13*0.23 0.10*0.13 0.10*0.10 0.20*0.26 0,1309
Solució 5 0.10*0.26 0.13*0.23 0.16*0.13 0.16*0.10 0.20*0.26 0.1177
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
20
Fig. 6. Avaluació dels resultats.
De l'anàlisi realitzada aplicant el mètode ordinal corregit de criteris ponderats,
es conclou que la solució 1 s'adapta a les especificacions demanades.
Com a aspectes positius d'aquesta opció tenim:
En comparació amb les altres realitzacions determinem que la solució 1 és la
més econòmica, té menor nombre de components i grau d'automatització.
El seu disseny permetrà un fàcil manteniment i no té components especialitzats
que influeixin en el temps de logística.
El control d'aquesta màquina és centralitzat i compleix amb les especificacions
per al funcionament (OFF i ON), té interruptors de seguretat a totes les
proteccions del sistema de transmissió i un polsador d'aturada d'emergència.
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
SOLUCION 1 SOLUCION 2 SOLUCION 3 SOLUCION 4 SOLUCION 5
SEGURIDAD
CONTROL
FIABILIDAD
MANTENIBILIDAD
COSTO
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
21
6 DISSENY DE MATERIALITZACIÓ.
En aquesta etapa del procés de disseny partirem del concepte, i aplicarem
criteris tècnics i econòmics, per determinar les formes i dimensions de les
diferents peces i components de la màquina.
Fig. 7. Esquema emmotlladora rotativa.
La màquina és alimentada per la tremuja (1), el corró forçador (2) és d'acer i
està dentat per poder retenir una capa de massa, quan aquest rodet gira, la
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
22
massa de la tremuja és conduïda des de la càmera de compressió cap al corró
modelador (3).
El corró modelador (3), generalment de bronze, té una superfície llisa en la qual
estan gravats els motlles per formar la peça de massa. Aquest rodet gira de
manera que la massa és obligada a penetrar als motlles.
La fulla rascadora (4), es recolza sobre el corró emmotllador i serveix per tallar
la massa que entra en els motlles i l'excés de massa passa per l'altre costat de
la fulla i s'adhereix al rodet forçador. L'alçada de la fulla (que es troba en una
posició en la que pot ser ajustada i en variar la seva posició, canvia també el
pes de les peces formades.
El corró d'extracció (5) té una coberta de goma gruixuda sobre un nucli, i al seu
torn, és el comandament de la banda d'extracció (6).
El bastidor (7), és una estructura d'acer robusta sobre la qual s'integren tots els
sistemes.
La caixa de control (8), se situa en la part inferior del bastidor i conté els
elements de control.
El sistema de transmissió (9), està compost per un moto reductor, una
transmissió per cadena i un tren de engranatges.
De la descripció anterior podem determinar els següents sistemes:
• Sistema d'alimentació .- Aquesta compost per la tremuja.
• Sistema de emmotllat i extracció .- Aquesta compost pels corrons, la
fulla rascadora, la banda d'extracció.
• Sistema de transmissió .- Aquesta compost pel moto-reductor, pinyons,
cadenes.
• Sistema de control .- Aquesta compost per l'arrencada i el sistema de
seguretat.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
23
6.1 SISTEMA D'ALIMENTACIÓ
6.1.1 TOLVA
La tremuja és un dispositiu destinat per a la canalització de la massa. Es munta
sobre les planxes laterals i permet el transport de la massa cap a les cavitats
del rodet modelador.
La tremuja ha d'estar construïda amb materials anti adherents, fàcil de
desmuntar i intercanviable en funció de la capacitat. Possibilitat de calefacció
per mantenir les propietats dels productes i evitar que quedi freda la massa
dins la tremuja.
Per al dimensionament de la mateixa es determina la capacitat de càrrega i les
forces que actuen sobre les seves parets.
Fig. 8. Tremuja d'alimentació.
El volum aproximat de la tremuja és de 0,0473 m3, aquest resultat es comprova
en funció de la capacitat de producció de la màquina.
Centre de gravetat de la massa:
X: 152.0888
Y: 241.7441
Z: 250.0000
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
24
Fig. 9. Centre de gravetat de la massa.
La densitat aproximada de la massa és de 1300Kg/m3, llavors el pes que
suportarà la tremuja és de 62Kg.
Càlcul de la força exercida per la massa sobre una paret lateral de la tremuja,
l'ample és una funció lineal de la profunditat, amb w (0) = 490 iw (328) = 158.
Fig. 10. Esquema tremuja d'alimentació.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
25
Ec. (A1)
El pendent és:
0,166 0,2450,328 0 0,24
Per tant l'equació és: 0,245 0,24
2 0,245 0,24
2 0,245 0,24 20,245
20,24
3
0,245 1300 1,03 10 .
Càlcul de la força exercida per la massa sobre una paret frontal de la tremuja és:
0,5
,
0,5 2
,
0,5 · 13000,328
2 .
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
26
6.1.2 Càlcul del gruix de la xapa per a la tremuja.
Seleccionem la paret frontal de la tremuja de 0,5 m d'ample i 0,5 m de llarg, la
analitzarem com una biga recolzada en els extrems, la pressió es distribueix
linealment al llarg de la biga contínua, tal com s'observa en la figura:
Fig 11. Esquema biga contínua.
L'objecte del càlcul és determinar el gruix de la secció de xapa considerada.
Aquesta secció consisteix en un rectangle de 50 cm d'ample i un valor d'alt a
determinar (e).
El material seleccionat és un AISI 304, és un dels més usats dels acers
inoxidables. Té excel·lents propietats per al conformat i el soldat. Es pot usar
per a aplicacions d'embotició profunda, de rolat i de tall. Té bones
característiques per a la soldadura, no requereix recuit després de la soldadura
perquè es desenvolupi bé en una àmplia gamma de condicions corrosives. La
tensió admissible del material és de 250MPa ≈ 2500Kg/cm2 (1 MPa = 10,197
kgf/cm2).
La tensió màxima s'obté en restar-li a la tensió admissible la tensió per variació
de temperatura, resultant una tensió màxima de:
! 2500 210 2290 Kg/cm .
El moment flector màxim a la biga contínua es calcula utilitzant les taules que
apareixen en el llibre de R. Nonnast "El projectista d'estructures metàl·liques",
obtenint el següent valor:
, , 1,0925 Kg. m Ec. (A2)
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
27
El seu valor pres el coeficient de seguretat 1.5 tenim un valor de
163,87Kg cm.
El gruix mínim que pot suportar aquesta càrrega presentant una tensió màxima
de 2290 Kg/cm2 expressat en mm és:
··
Ec. (A3)
6 · 1,632,290 10 · 0,5 0,0009 ,
6.2 SISTEMA D'EMMOTLLAMENT I EXTRACCIÓ
6.2.1 CAPACITAT DE PRODUCCIÓ
Per establir la velocitat angular del rodet modelador, prèviament s'ha de
realitzar una estimació de la velocitat lineal que requereix la cinta. Segons
dades aportades per fabricants del sector, aquesta velocitat normalment oscil.la
entre v = 0,01 a 1m / s.
La capacitat de producció requerida té un rang de 120 a 240 kg / hr, es proposa
un rodet modelador amb un diàmetre de 250mm i una longitud de 500mm.
Aquest tindrà gravades 98 cavitats, 7 ubicades longitudinalment i 14
circularment.
Fig. 12. Corró modelador.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
28
Els rodets són d'alta precisió i llurs mides són variables segons necessitats.
Com més diàmetre, a la mateixa velocitat de línia, menys rpm i per tant més
temps de contacte amb el producte aplicant menys pressió sobre la massa.
El volum modelat en una revolució ( ) el calculem fent el producte del volum
de cada cavitat (Vcav = 6cm3), pel nombre de cavitats ( 98).
Ec. (A4)
98 6 588 ,
Al volum modelat per revolució el multipliquem per la densitat (ρ = 1300Kg /m3)
de la massa, obtenint així la capacitat modelada per revolució en kg/rev,
determinem el nombre de revolucions per minut del corró i la velocitat lineal de
la banda d'extracció.
Ec. (A5)
240 0,76
315,9 5,26
On:
RPM = revolucions per minut.
CPN = Capacitat de producció necessària.
CR = Capacitat per revolució.
El valor obtingut es troba dins del rang teòric previst i es realitzarà el càlcul
perquè el corró emmotllador giri a 6 rev/min.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
29
6.2.2 VELOCITAT LINEAL DE LA BANDA D'EXTRACCIÓ.
Prenent com a referència el valor obtingut apliquem la següent equació per
determinar la velocitat lineal de la banda.
1 111
freqüència període
0,5 Ec. (A6)
, , ⁄ Ec. (A7)
Fig. 13. Velocitat lineal de sortida de producte.
6.2.3 CORRÓ DE EMPENTA.
Els corrons han de tenir un diàmetre mínim requerit per arrossegar i comprimir
les partícules.
En el cas límit que les partícules siguin arrossegades per fricció, el coeficient de
fricció μ entre l'acer i la massa és 0,082.
Càlcul de la força sobre la paret del cilindre d'empenta.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
30
∑
Fig. 14. Mesurament d'altures.
216 216 235 413 3275 ,
L'arc de contacte entre el corró i la massa s'obté amb la següent equació,
prèviament determinar l'angle que cobreix l'arc.
√ Ec. (A8)
0,5
0,5 |
0,5 · 0.125 ·109 0.218
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
31
Fig. 15. Àrea de contacte en el cilindre d'empenta.
Reemplaçant els resultats en l'equació obtenim la força produïda pel pes de la
massa sobre el corró és:
Ec. (A9)
1300 · 0,281 · 0,218 ,
El coeficient de fricció dinàmic entre la massa i els rodets és de 0,082-0,2 en
funció de la pressió i la temperatura, així la força de fricció màxima que es pot
generar és de:
Ec. (A10)
0,2 62,9 ,
Aquesta acció que exerceix la massa sobre el corró és directament
proporcional al seu longitud, per tant els esforços unitaris són de: 0,24 N / mm.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
32
6.2.4 RASCADORS DE CORRONS.
Els rascadors de rodets compleixen dues funcions una de regulació i una altra
de neteja. El material utilitzat per a la seva construcció és el niló o metàl·lics
teflonat.
El rascador de regulació està ubicat a la tremuja d'alimentació, la seva funció
és regular la massa adherida al corró forçador, el rascador de pressió està
recolzat en el corró formador neteja l'excés de massa i controla la pressió de
compressió a la zona de modelatge.
La correcta posició del rascador és molt important per aconseguir una bona
regulació en funcionament i el control de la pressió.
Fig. 16. Rascadors de corrons.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
33
6.2.5 CÀRREGUES ALS CORRONS.
Les càrregues que es produeixen en els rodets depenen directament de la
resistència a la compressió de la massa.
Estudis realitzats indiquen que la compressió de model que necessita la massa
per conformar és d’ aproximadament 1,01 N/mm2 (10,29 Kg/cm2).
Fig 17. Arc a la zona de compressió.
Es calcula la longitud d'arc de contacte a la zona de compressió π/36 = 5 ° per
després determinar els esforços unitaris.
· 0,12536
0,0109 10,9
L'acció que exerceix la massa sobre els rodets és directament proporcional a la
seva longitud, per tant s'ha de calcular els esforços unitaris de compressió :
1,01 10,9 11
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
34
6.2.6 DISSENY ESTÀTIC DEL CORRÓ FORÇADOR
Realitzem un diagrama de cos lliure i apliquem les condicions d'equilibri per a
l'eix x-z obtenim.
ç ó
Fig. 18. Reaccions en el pla x-z.
0
·2
11 · 5002
Càlcul de tallant i moment flector en pla x-z
Fig. 19. Càlcul de tallant i moment flector en el pla x-z.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
35
Càrregues Vx(z)
0 500
·
0 2750 11 · 0
0 2750
500 2750
Moment flector
0 500
2
0 0 ·
500 0 ·
250 2750 25011 250
2 ·
250 343750 ·
Fig. 20. Diagrama de tallant i moment flector en el pla x-z.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
36
Apliquem les condicions d'equilibri per a l'eix x-y obtenim:
0.2 11 500
1100 0.125
, ·
Càlcul dels esforços del corró forçador:
Fig. 21. Diagrama de moment torsor.
On:
250 343750 ·
2250
2 125
64
64 250 248 ,
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
37
Llavors:
3,4 10 1256,06 10 ,
Per tenim:
, ·
125
32 32 250 248 1,21 10
137500 1252,39 10 ,
Es calcula els esforços principals:
, Ec. (A11)
7,012
7,012 1,41
7,28
7,012
7,012 1,41
0,27
Aplicant la teoria de l'Energia de Distorsió:
Com 0 llavors:
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
38
Fig. 22. Diagrama de la Teoria de Distorsió.
Es selecciono una planxa d'acer inoxidable 304 que té una resistència a la
fluència de:
175,69
Llavors el factor de seguretat és de:
,,
, Ec. (A12)
6.2.7 DISSENY DINÀMIC DEL CORRÓ FORÇADOR
El material seleccionat per al disseny del rodet és acer inoxidable 304, té una
resistència a la tracció de 500 .
Factors que modifiquen el límit de resistència a la fatiga:
factor de modificació de la condició superficial.
factor de la modificació de mida.
factor de la modificació de la modificació.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
39
factor de la modificació de la temperatura.
factor de la modificació d'efectes diversos.
Límit de resistència a la fatiga de la proveta de biga rotatòria. Límit de resistència a la fatiga en la ubicació crítica d'una part de màquina
en la geometria i condició d'ús.
0,5 · 0,5 500 250
Calculem les constants K, (veure annex 1-8).
56,1 0,719
1
0,743
0,5
1
1
Utilitzant la equacions obtenim :
· · · · ·
250 · 1 · 0,743 · 0,5 · 1 · 1
111,56
Fig. 23. Esforç mitjà.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
40
2
2
0
Diagrama de Goodman Modificat.
Fig. 24. Diagrama de Goodman Modificat.
111,567,28 ,
El valor del coeficient admissible de seguretat a la resistència per fatiga de
material [n] és més gran que el coeficient de seguretat calculat n, així es
garanteix un nivell de seguretat admissible en el disseny, n ≥ [n].
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
41
6.2.8 DISSENY ESTÀTIC DEL CORRÓ DE EMMOTLLAMENT
Realitzem un diagrama de cos lliure i apliquem les condicions d'equilibri per a
l'eix x-z obtenim.
Fig. 25. Reaccions en el pla x-z rodet modelador.
ç ó ç
Calculem la longitud d'arc de contacte a la zona de compressió 10°.
· 0,150 18 0,0261 26,1
L'acció que exerceix el corró d'extracció sobre la massa és directament
proporcional a la seva longitud, per tant s'ha de calcular els esforços unitaris de
la força per crear el buit d'extracció :
0,5 26,1 13,05
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
42
Fig. 26. Zona de força de buit.
0
·2
11 13,05 · 5002 ,
Càlcul de tallant i moment flector en pla x-z.
Fig. 27. Tallant i moment flector en el pla x-z, corró modelador
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
43
Càrregues Vx(z)
0 500
·
0 6012,5 11 13,05 · 0
0 6012,5
500 6012,5
Moment flector
0 500
2
0 0 ·
500 0 ·
250 6012,5 25011 13,05 250
2 ·
250 751562,5 ·
Fig. 28. Diagrama de tallant i moment flector en el pla x-z, corró modelador.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
44
Apliquem les condicions d'equilibri per a l'eix x-y obtenim:
0,2 11 0,3 13,05 500
,
3057,5 0.150
, ·
Càlcul dels esforços del corró forçador:
Fig. 29. Diagrama de moment torsor.
D'on:
250 751562,5 ·
2300
2 150
64
64 300 298 ,
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
45
Llavors:
0,75 10 1501,04 10 ,
Per tenim:
458,6 ·
150
32 32 300 298 2,09 10
458600 1502,09 10 ,
Es calcula els esforços principals:
, 2 2
10,82
10,82 3,29
11,7
10,82
10,82 3,29
0,92
Aplicant la teoria de l'Energia de Distorsió:
Com 0 llavors:
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
46
La resistència a la fluència del material seleccionat és:
175
Llavors el factor de seguretat és de:
17510,8 ,
6.2.9 DISSENY DINÀMIC DEL CORRÓ EMMOTLLAMENT
El material seleccionat té una resistència a la tracció de 500 .
0,5 · 0,5 245,25 250
Calculem les constants K, (veure annex 1-8).
56,1 0,719
1
0,743
0,5
1
1
Utilitzant la equacions obtenim :
· · · · ·
250 · 1 · 0,743 · 0,5 · 1 · 1
102,1
Fig. 30. Esforç mitjà.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
47
0
Diagrama de Goodman Modificat:
Fig. 31. Diagrama de Goodman Modificat.
,,
,
6.2.10 DISSENY ESTÀTIC DEL CORRÓ EXTRACCIÓ
Realitzem un diagrama de cos lliure i apliquem les condicions d'equilibri per a
l'eix xz obtenim.
Fig. 32. Reaccions en el pla x-z rodet extracció.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
48
0
·2
13,05 · 5002 ,
0,3 13,05 500
,
1957,5 0.10
, ·
Apliquem la mateixa metodologia que els rodets anteriors i determinem un gruix
de 1,5 mm.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
49
6.3 SISTEMA DE TRANSMISSIÓ
El sistema de transmissió està compost per un moto-reductor muntat
directament a l'eix 1 del rodet forçador, de l'eix del rodet forçador es realitza la
transmissió per cadena fins a l'eix 2 del rodet d'extracció.
Fig. 33 Esquema del sistema de transmissió 1-2
Des de l'eix 2 del corró d'extracció fins a l'eix 3a de la caixa d'engranatges es
realitza la transmissió per cadena. La caixa d'engranatges transmet el
moviment al corró modelador, està composta per dos engranatges de dent
recte i inverteix el gir del rodet modelador.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
50
Fig. 34 Esquema del sistema de transmissió 2-3
6.3.1 CÀLCUL DE LA POTÈNCIA I SELECCIÓ DEL MOTOR
Per realitzar el càlcul de la potència determinarem la inèrcia dels elements que
conformen el sistema de emmotllament i transmissió.
6.3.1.1 INERCIA DEL CORRÓ FORÇADOR
El corró forçador està compost per: eix, tapes laterals, cilindre buit, catalina.
Fig. 35. Corró forçador.
Es considera l'eix massís de diàmetre d = 45mm i longitud l = 800mm, la
densitat de l'acer ρ = 76,9 N/m3 i g = 9,81 m/s2; llavors:
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
51
Inèrcia de l'eix.
Ec. (A13)
0,045 76,9 0,832 9,81
2,5 · 10
Inèrcia de la tapa del rodet.
Ec. (A14)
On:
gruix de la tapa.
diàmetre exterior de la tapa.
diàmetre interior de la tapa.
76,9 0,006 0,242 0,04532
1,58 · 10
Inèrcia del cilindre buit.
. . Ec. (A15)
. .76 0,8
32 9.81 0,250 0,242
. . 9,42 · 10
Es calcula la inèrcia de la Catarina de massa m = 1 kg i diàmetre 90mm
Ec. (A16)
1 0,098
1,01 · 10
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
52
6.3.1.2 CÀLCUL DE LA POTÈNCIA PER AL CORRÓ FORÇADOR
6 0,628 /
0,628 /
La inèrcia del corró 1 és:
2 . .
2,5 · 10 2 1,58 · 10 9,42 · 10 1,01 · 10
1,0535 · 10
·
1,0535 · 10 · 0,628
6,6 · 10
6,6 · 10 0,628
4,154 · 10 5,5 · 10
6.3.1.3 CÀLCUL DE LA POTÈNCIA PER AL CORRÓ EMMOTLLADOR.
El corró modelador està compost per l'eix, tapes laterals, cilindre buit i
engranatge.
6 0,628 /
0,628 /
Fig. 36. Corró emmotllador.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
53
El engrani té un diàmetre de 134mm i un gruix de 22mm.
32
0,134 76 0,02232 9.81
0,00539 10
La inèrcia del rodet 2 és:
2 2 . . .
2,5 · 10 2 1,58 · 10 2 9,42 · 10 5,3 · 10
5,824 · 10
·
5,824 · 10 · 0,628
3,65 · 10
3,65 · 10 0,628
2,243 · 10 3,07 · 10
6.3.1.4 CÀLCUL DE LA POTÈNCIA PER AL CORRÓ D'EXTRACCIÓ.
El corró modelador està compost per l'eix, tapes laterals, cilindre buit i 2 rodes
dentades.
6 0,628 / , 0,628 /
Fig. 37. Corró extracció.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
54
La inèrcia del corró 3 és:
2 2 . . 2 .
2,5 · 10 2 1,58 · 10 2 9,42 · 10 2 1,01 · 10
2,072 · 10
·
2,072 · 10 · 0,628
1.301 · 10
1,301 · 10 0,628
8,17 · 10 1,09 · 10
Sumant les potències dels tres corrons:
5,5 · 10 3,07 · 10 1,09 · 10
1,67 · 10
El torque total que actua sobre els corrons és:
1 2 3
, , ,
726,6
La potència deguda a la força de fregament és:
726,6 0,628
456,3
Sumant les potències resultants s'obté la potència necessària per vèncer la
inèrcia.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
55
456,3 1,67 · 10 6
456,304
Així doncs, la potència necessària en l'eix d'entrada de la màquina és de:
_
_456,03
0,95 480,3
S'obté el parell resistent amb la velocitat angular de funcionament:
_
480,3 0,62
774,1
Amb aquests resultats es procedeix a la selecció de moto-reductor, tenint en
compte que es disposa de 110 volts a la xarxa elèctrica.
6.3.2 SELECCIÓ DEL MOTO-REDUCTOR
Per determinar la potència del moto-reductor s'ha hagut d'analitzar tots els
mecanismes que intervenen quan la màquina està en funcionament, tenint en
compte la potència que consumeix cada mecanisme i el parell resistent.
El càlcul de la potència total absorbida per la màquina és la suma de totes
potències dels mecanismes. Es pot realitzar directament la suma aritmètica
dels diferents valors ja que els càlculs s'han reduït a l'eix d'entrada de la
màquina.
Si fem el càlcul esmentat trobem un valor numèric de la potència total dels
mecanismes de 480,3 .
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
56
Coneixent la potència a l'entrada de la màquina i la velocitat angular a la qual
funciona la màquina, podem calcular el moment resistent reduït a l'eix
d'entrada, la velocitat angular en aquest eix és de ω = 0,628 rad / s.
La utilització d'una transmissió mecànica tant per cadena com per corretja per
reduir la velocitat a la sortida del motor és en el nostre cas molt voluminosa. La
utilització d'una transmissió per corretja, seria potser la solució més econòmica,
però no la més compacta.
L'opció més adequada és una transmissió per engranatges, el calcular i la
fabricació d'un reductor d'engranatges per a la nostra màquina, seria la solució
més precisa, però també la menys econòmica.
Un cop discutit les possibles solucions de transmissions, s'opta per la utilització
d'un reductor d'engranatges comercial. La utilització d'aquest tipus de reductors
ens dóna valors aproximats als desitjats, que vàlids són per fer funcionar la
màquina.
Els reductors de cargol sense-fi ofereixen factors de reducció elevats de
reduïdes dimensions respecte els reductors d'engranatges cònics helicoïdals o
reductors d'engranatges cilíndrics helicoïdals els quals són més grans amb
factors de reducció inferiors. Els inconvenients que presenta el reductor de
cargol sense-fi són el soroll de funcionament i el seu baix rendiment. No
obstant això s'ha seleccionat un reductor de cargol sens fi pel seu preu i millor
emplaçament.
Fig. 38 Reducto sense-fi
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
57
Ara queda decidir el conjunt moto-reductor definitiu depenent de la forma
geomètrica a seleccionar i de les possibilitats que ofereix el mercat.
Del càlcul anterior tenim que el moment resistent és de 774,7 Nm procedim a la
selecció de moto-reductor, annex 32:
MOTO-RECUCTOR S42A DM80G4 i n2
(n1=1400 rpm) T2max (Nm)
P1max (KW)
Jg (Kgcm2)
Tipo de reductor Motor
247,58 5,7 800 0,75 1,8 S42A DM80G4
Les següents condicions s'han de complir quan es selecciona un moto-
reductor:
T2 ≥ TA 800≥ 774,7 cG ≥ fB 1,7 ≥ 0,8
T2 = Parell motor engranatge [Nm]
TA = parell requerit per l'aplicació [Nm]
CG = Factor de servei
fB = factor d'utilització de la màquina.
El parell resistent és en tot moment inferior al nominal permès pel moto-
reductor, així doncs podem concloure que la selecció del moto-reductor S42A
DM80G4, és correcta.
L'elecció del moto-reductor pot ser encara més influenciat pels següents
factors:
• El servei i temps de funcionament en el motor.
• Punt d'aplicació de la força en l'eix.
• Temperatura ambient i altitud d’instal·lació.
• Influències ambientals.
L'índex d'utilització de la màquina fB es determina pel grau de xoc, el temps
mitjà d'execució per dia i el nombre mitjà de arrencades per hora. El grau de
factor d'impacte és una funció de l'acceleració de la càrrega de la màquina.
6.3.3
Un c
l'elec
Se s
3 SELECC
cop determ
cció de les
selecciona
, cade
Fig. 3
CIÓ DE RO
minada la p
s rodes den
el nombre
na ANSI N
9 Mesures p
ODES DEN
potència i le
ntades.
e de dents
N º 40 (ann
Fig. 4
per a emplaç
NTADES I C
es revoluci
mínim i el
ex 24).
40 Roda den
Disseny
ament del re
CADENA
ions de so
tipus de ca
ntada.
y d'una emm
eductor
rtida es pro
adena: Ro
CDEmotlladora de
ocedeix a
oda 50B19
EI‐UPCe dolç
58
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
59
6.3.3.1 Anàlisi de força en la roda dentada (catalina).
Del moment de rotació aplicat a la roda dentada podem calcular la força
tangencial Wt:
El pes de la roda dentada del catàleg és
0,01KN
W cos 18 11,03KN
w W 11,04KN
W sin 18 3,58KN
6.3.4 SECCIÓ MÍNIMA DELS EIXOS
6.3.4.1 EIX DEL CORRÓ FORÇADOR
L'eix és de secció circular, transmet un moviment circular, en el estan muntats
diferents elements de transmissió de potència (motor-reductor, Catarina). El
material seleccionat per a la construcció de l'eix és AISI 304 acer inoxidable de
la sèrie 300, (annex 25).
2πrn
437,3
2π 0,06m 6 revmin
160
mins
F W
11599,7N 11,6KN
Aplicant sumatòria de forces
sumem el pes de la Caterina i
tenim:
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
60
Els moments de flexió i de torsió respectivament que actuen a la secció a
calcular, es determinen amb ajuda del diagrama de cos lliure.
∑ =0
35 0,125 0,125 0
2 0,1250,06
2 0,55 0,125 0,80,06
11,04
tan 18 ·
tan 18 · 11,04 3,58
sin 183,58
sin 18 11,6
sin 64 ·
sin 64 · 2,75 2,47
cos 64 ·
cos 64 · 2,75 1,20
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
61
0
35 75 575 650 0
35 75 575650
11,04 35 2,47 75 2,47 575650
3,06
0
35 75 575 650 0
35 75 575650
3,58 35 1,2 75 1,2 575650
1,39
3,06 1,39 3,36
0
0
2
3,58 2 1,2 1,39
4,59
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
63
Pla X-Z
527,4 201,05
564,4
··
Ec. (A17)
32 · 2· 0,276 564,4
34 800
73,8 893,6
40,4
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
64
• Disseny dinàmic de l'eix del corró forçador.
L'acer seleccionat (Inoxidable AISI 304) té una resistència a la tracció de
568
0,5 · 0,5 568 284
Calculem les constants K, (veure annex I).
0,68 (annex 4, factor superficial).
0,78 (annex 5, factor de mida).
1 (annex 6, factor de fiabilitat).
1 (annex 7, factor de temperatura).
Per al punt D
1,6 (annex 8, factor de concentració d'esforços teòric)
Amb Stu i r = 1
0,8 (annex 8, sensibilitat)
1 1 1,5
0,6 (annex 8, factor de modificació de concentració d'esforços teòric)
Utilitzant la equacions obtenim :
· · · · · Ec. (A18)
284 · 0,88 · 0,87 · 1 · 1 · 0,6
130,45
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
65
Aplicant de la teoria de Soderberg, tenim:
27,7 ·
27,7 · 2 8000,276
564,40.130
17,63 5220,2
45,14
Se selecciona un eix un diàmetre normalitzat de 2 "polzades.
6.3.4.1.1 Disseny de xaveta
Per al'estudi de la xaveta s'ha de considerar dos tipus d'esforços a què està
sotmesa: d'aixafament i tallant, es determina la longitud necessària perquè la
xaveta compleixi la condició de resistència. La secció escollida dependrà del
diàmetre de l'eix.
S'emprarà una xaveta paral·lela de secció rectangular. Les dimensions de la
secció segons la norma UNIMA 84 per a un diàmetre d'eix de 75 mm:
• Disseny per Cisallament.
Aplicant la teoria de falla de l'energia de la distorsió:
0,577 Ec. (A19)
Ssy = Resistència de fluència al tallant, [N/m2].
Sy = Límit de fluència,
577
3,45HB 1990,65MPa
0,5 S 995,35MPa
574,303
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
66
Es desenvolupa una equació que determini la longitud de la xaveta, es
reemplaça amb un factor de seguretat de 2 es té:
Ec. (A20)
L = Longitud de la xaveta, [m].
N = Factor de seguretat, 2
T = Torque sobre la xaveta, [3600N.m].
Ssy = Resistència de fluència, [574,303 MPa]
d = Diàmetre de l'eix per a transmissió, [0075 m].
W = Ample de la xaveta, [0,01 m].
0,083m
• Per aixafament.
Per la resistència a la xafada es dissenya considerant l'àrea igual a la meitat de
la cara de la xaveta.
Ec. (A21)
L = Longitud de la xaveta, [m].
N = Factor de seguretat, 2
T = Torque sobre la xaveta, [3600N.m].
Ssy = Resistència de fluència, [574,303 MPa].
d = Diàmetre de l'eix per a transmissió, [0075 m].
h = Alçada de la xaveta, [0008 m].
0,0928
6.3.4.1.2 SELECCIÓ DE RODAMENTS L'EIX FORÇADOR.
La selecció de rodaments consisteix a determinar bàsicament el tipus, mida i
hores de funcionament, per a una determinada aplicació. Es procedeix a
utilitzar per a la selecció de rodaments el CATÀLEG GENERAL SKF.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
67
Es consideren els següents factors per a la selecció del tipus de rodament a
emprar:
• Espai disponible • Disposició i magnitud de les càrregues • Desalineació angular • Velocitat • Funcionament silenciós • Rigidesa • Desplaçament
La determinació de la grandària necessària del rodament (unitat) es basa en les
càrregues esperades i en la vida nominal desitjada. El mètode normal és aquell
utilitzat per la indústria, és a dir, la vida nominal es calcula segons la normativa
ISO 281:1990, i l'equació per als rodaments de boles
Ec. (A22)
On: L10 = vida nominal, milions de revolucions C = capacitat de càrrega dinàmica, kN P = càrrega dinàmica equivalent del rodament, kN p = exponent de l'equació de la vida (3 per a rodaments de boles)
Si la velocitat és constant, es pot obtenir la vida nominal expressada en hores
de funcionament utilitzant la fórmula:
Ec. (A23)
On:
L10h = vida nominal, hores de funcionament
n = velocitat de gir, r / min
La mida del rodament es selecciona d'acord amb la capacitat de càrrega
respecte a les càrregues que ha de suportar i als requisits de fiabilitat i durada.
Partint de les càrregues que actuen en els suports A i B, tenim:
• Determinación del apoyo en el punto B
3,36
0
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
68
On:
Fr = Càrrega radial aplicada, [N]
Fa = Càrrega axial aplicada, [N]
• Capacitat estàtica de càrrega (B).
Ec. (A24)
Co = Capacitat estàtica de càrrega, [N].
So = Coeficient de seguretat relativa a la càrrega estàtica, So = 2
Po = Càrrega estàtica equilibrada, [N].
La següent equació s'utilitza per a determinar la càrrega estàtica equivalent:
3,36
Reemplaçant aquests valors en l'equació , s'obté:
,
Capacitat dinàmica de càrrega (B).
C = Capacitat dinàmica de càrrega, [N].
P = Càrrega dinàmica equivalent, [N].
L10 = Vida del coixinet en milions de revolucions.
p = 3, per als rodaments de boles.
La càrrega dinàmica equivalent és:
, quan , on Fa és zero.
P = 3,36 KN
La emmotlladora rotativa tindrà un règim de treball de 8 hores diàries durant 5
dies de la setmana, serà projectada per a una vida útil de 10 anys, la mitjana de
valors en hores de funcionament (L10h) per "màquines treballant a 8 hores
diàries però no sempre utilitzades "del catàleg de rodaments SKF ens dóna un
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
69
rang de L10h = 10000-25000. Per al nostre càlcul prenem 25.000 hores en
funcionament.
Amb aquesta dada procedim a calcular la vida del coixinet en milions de
revolucions (L10):
100000060
100000060
· 601000000
20000 60 61000000 7,2
Reemplaçant els valors en l'equació , s'obté:
3,36 7,2 ,
• Determinació del suport en el punt A
Partint de la càrrega que actuen sobre el suport A, tenim:
10,24 ;
0
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
70
On:
Fr = Càrrega radial aplicada, [N]
Fa = Càrrega axial aplicada, [N]
• Capacitat estàtica de càrrega.
;
Reemplaçant aquests valors en l'equació, s'obté:
20,48
• Capacitat dinàmica de càrrega.
, quan , sent i el valor de límit.
10,24
· 601000000
20000 60 61000000 7,2
Reemplaçant els valors en l'equació , se obté:
10,24 7,2 ,
.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
71
6.3.4.2 EIX DEL CORRÓ D'EXTRACCIÓ
Amb el diagrama de cos lliure es procedeix a determinar els moments de flexió
i de torsió que actuen a la secció a calcular.
∑ =0
0,06 0,1 0,1 0,06 0
0,06 2 0,10,06
11,6 0,06 2 0,978 0,10,06
8,34
0
35 75 575 650 0
sin 61 ·
sin 61 · 3,26 1,58
cos 61 ·
cos 61 · 3,26 2,85
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
72
35 75 575650
11,04 35 1,58 75 1,58 575650
2,17
0
35 75 575 650 0
35 75 575 685650
3,58 35 2,85 75 2,85 575 8,34 685650
11,83
2,17 11,83 12,02
0
0
2
3,58 2 2,85 11,83 8,34
1,37
0
2 0
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
73
2
11,03 2 1,58 2,17
10,04
1,37 10,04 10,13
Moment en el punt D
460,3 293,3
544,59
Pla Y-Z
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
74
Pla Y-Z
··
·· ,
544,59 800
40,21
Disseny dinàmic de l'eix d'extracció:
, ·
, ·,
,.
43,42
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
75
6.3.4.2.1 SELECCIÓ DE RODAMENTS L'EIX D'EXTRACCIÓ.
La selecció de rodaments consisteix a determinar bàsicament el tipus, mida i
hores de funcionament, per a una determinada aplicació. Es procedeix a
utilitzar per a la selecció de rodaments el CATÀLEG GENERAL SKF.
• Capacitat estàtica de càrrega per al punt B.
La següent equació s'utilitza per a determinar la càrrega estàtica equivalent:
12,02
Reemplaçant aquests valors en l'equació , s'obté
,
Es calcula la vida del coixinet en milions de revolucions (L10):
100000060
100000060
· 601000000
20000 60 61000000 7,2
Reemplaçant els valors en l'equació , s'obté:
12,02 7,2 ,
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
76
• Capacitat estàtica de càrrega per al punt A.
La següent equació s'utilitza per a determinar la càrrega estàtica equivalent:
10,03
Reemplaçant aquests valors en l'equació , s'obté:
,
Es calcula la vida del coixinet en milions de revolucions (L10):
100000060
100000060
· 601000000
20000 60 61000000 7,2
Reemplaçant els valors en l'equació , s'obté:
12,02 7,2 ,
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
77
6.3.4.3 EIX DEL CORRÓ MODELADOR
Amb el diagrama de cos lliure es procedeix a determinar els moments de flexió
i de torsió que actuen a la secció a calcular.
0
75 75 575 575 650 685 0
650 650 685650
2,47 650 1,58 650 3,033 685650
2,306
0
75 75 575 575 650 685 0
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
78
650 650 685650
1,2 650 2,85 650 8,34 685650
12,83
2,306 12,83 13,03
0
2 2 0
2 2
2 1,2 2 2,85 12,85 8,34
3,61
0
2 2 0
2 2
2 2,47 2 1,58 2,306 3,033
1,053
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
79
3,64 1,053 3,76
Moment en el punt D
105,95 286
304,99
Pla Y-Z
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
80
Pla X-Z
··
·· ,
304,99 800
38,2
Dinàmic
, ·
, ·,
,.
39,66
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
81
6.3.4.3.1 SELECCIÓ DE RODAMENTS L'EIX MODELADOR.
La selecció de rodaments consisteix a determinar bàsicament el tipus, mida i
hores de funcionament, per a una determinada aplicació. Es procedeix a
utilitzar per a la selecció de rodaments el CATÀLEG GENERAL SKF.
• Capacitat estàtica de càrrega per al punt B.
La següent equació s'utilitza per a determinar la càrrega estàtica equivalent:
13,03
Reemplaçant aquests valors en l'equació , s'obté
,
Es calcula la vida del coixinet en milions de revolucions (L10):
100000060
100000060
· 601000000
20000 60 61000000 7,2
Reemplaçant els valors en l'equació , s'obté:
13,03 7,2 ,
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
82
• Capacitat estàtica de càrrega per al punt A.
La següent equació s'utilitza per a determinar la càrrega estàtica equivalent:
3,76
Reemplaçant aquests valors en l'equació , s'obté:
,
Es calcula la vida del coixinet en milions de revolucions (L10):
100000060
100000060
· 601000000
20000 60 61000000 7,2
Reemplaçant els valors en l'equació , s'obté:
3,76 7,2 ,
TABLA DE RODAMIENTOS EJE PUNTO C[KN] Co[KN] P[KN] L10h L10 Designación
Eje rodillo forzador
Rod. A 19,7 20,48 10,24 31100 11 6010-2RS1 Rod. B 6,48 6,72 3,36 22600 8 61810-2RS1
Eje rodillo extracción
Rod. A 19,36 20,06 10,03 33060 11,9 6010-2RS1 Rod. B 23,21 24,04 12,02 19200 7 6010-2RS1
Eje rodillo moldeador
Rod. A 7,26 7,52 3,76 16100 6 61810-2RS1 Rod. B 25,16 26,06 13,03 15100 5 6010-2RS1
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
83
6.3.5 ENGRANATGETS
El sistema de transmissió des de l'eix flotant a l'eix del corró modelador consta
de dues engranatges. La distància entre eixos aproximada és de 150mm i la
seva relació de transmissió és de 1.
El propòsit dels engranatges és de canviar el sentit de gir del rodet modelador i
facilitar el desmuntatge del mateix.
Fig 41 engrani.
La geometria dels engranatges depèn principalment del pas, en base al tipus
d'aplicació es selecciona un pas 10 i es procedeix a calcular el diàmetre del
pinyó i la corona.
Ec. (A25)
On: Pd = pas diametral (dents / polzada). Dp = diàmetre primitiu o de pas Z = quantitat total de dents de l'engrani
El pas diametral es va determinar per la distància entre eixos, així s'obtindrà
una geometria adequada a les dimensions dels suports.
· 10 5,9 59
Com que la relació de transmissió 1 el nombre de dents del pinyó i la corona és
el mateix, l'angle de pressió és de 20 º.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
84
Per comprovar la distància entre centres tenim:
/2 Ec. (A26)
59 592 10 5,9" 150
Dades del engrani: DP = 150 mm DG = 150 mm P = 6 dents/polsada ZP = 59 dents ZG = 59 dents C = 150 mm Angle de pressió 20º Sy = 637MPa, catàleg IVAN BOHMAN CA. F = 25mm
6.3.5.1 RESISTÈNCIA A LA FLEXIÓ DE LES DENTS DE ENGRANATGES.
Fig. 42 Forces sobre el engrani
A la figura es mostra la distribució de forces actuants en un engranatge. Noti's
que la força actuant sobre la línia de pressió es discrimina en dues
components, una radial i una altra tangencial, les quals vénen donades per la
següent expressió:
; Ec. (A27)
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
85
La força tangencial es pot relacionar amb la capacitat de transmissió de
potència i torque segons la següent expressió:
·314,4
0,15 · 6 · 303,34 749.42
Per poder calcular la resistència d'una dent cal conèixer algunes propietats dels
materials per als engranatges. A la Figura 9.38 es reprodueixen gràfiques
pertanyents a les normes AGMA on s'indica la variació dels valors permissibles
de tensions flexionantes i tensions de contacte per a dos graus diferents d'acer
endurit. Els graus de material difereixen en la qualitat i control de la
microestructura cristalina, el tipus i qualitat d'assaigs de laboratori de verificació
i validació de l'acer, etc. El grau 2 és de major qualitat que el grau 1.
Fig.43 Grafica de tensions flexionantes i tensions de contacte permissibles.
Per al càlcul es considera una dent de engrani carregat com si fos una biga en
voladís, amb la força resultant W_T aplicada a la punta, s'obté l'equació de
Lewis:
··
Ec. (A28)
On: F = Amplada de la dent. Y= Factor de forma (Lewis). Pd = Pas diametral.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
86
Aplicant la teoria de l'Energia de Distorsió:
Amb 0 llavors:
Es pren en consideració els efectes dinàmics per la vibració generada per
l'impacte intermitent de les dents induïts per acoblaments no conjugats.
Segons la AGMA s'aplica la següent equació per dents amb perfil fresat o
conformat.
Ec. (A29)
12001200 4,63 0,99
Considerant els factors geomètric i dinàmic l'equació per determinar l'esforç
flexionante és:
·· ·
Ec. (A30)
749,42 · 60,99 · 0,984 · 0,409 11,28 77.81
En funció del nombre de dents obtenim el valor del factor de forma Y = 0,409
(annex 15, Manual de l'Enginyer Mecànic de Shingley).
Es determina el factor de seguretat
Ec. (A31)
63777,81 ,
De l'anàlisi es conclou que el engrani suportarà els esforços a flexió.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
87
• Càlcul de la resistència a fatiga
Per aquesta aplicació seleccionem el material AISI 5115, amb les
especificacions (1MPa = 0.1450377Kpsi):
637 / 906,3 (Catàleg de IVAN BOHMAN CA).
100 / 143,1 (Catàleg de IVAN BOHMAN CA).
Es determinen els factors que modifiquen el límit de resistència a la fatiga:
0,68 (factor de superfície, annex 9).
0,9 (factor de mida, annex 10).
0,8 (factor de fiabilitat del 99%, annex 11).
1 (factor d'temperature = 1cuando es menor a 450ºC, annex 12).
1,5 (factor de modificació per concentració d'esforços, annex 13).
1,33 (factor d'efectes diversos, annex 14).
Límit de resistència a la fatiga de la proveta de biga rotatòria.
0,5 · 0,5 143,62 71,581 493,53
Es calcula el límit de resistència a la fatiga de la dent del engrani
· · · · · ·
0,68 · 0,9 · 0,8 · 1 · 1,5 · 1,33 · 493,53
482,05
Segons AGMA s'introdueix el factor geomètric J, el qual fa servir el factor de
forma I, de la taula de l'annex 16 s'obté el valor J = 0,44 i es calcula esforç
normal corresponent a la càrrega total, que actua en el punt més alt de
contacte en un sol dent i inclou els efectes de concentració de l'esforç:
·· ·
Ec. (A32)
749,42 · 60,99 · 0,984 · 0,44
10,49 72,32
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
88
• Factor de seguretat
A diferència del factor de seguretat utilitzat convencionalment, per engranatges
rectes s'usen dos factors addicionals que es mostren a la següent equació:
· · Ec. (A33)
Ko = és el factor de sobrecàrrega que es troba tabulat a la taula de l'annex 17
(Manual de Disseny Mecànic d'Shingley). Ko = 1, perquè l'impuls de la màquina
és uniforme amb xocs moderats.
Km = és el factor de distribució de càrrega qual es determina d'acord a les
característiques del muntatge dels engranatges Km = 1,2 segons taula de
l'annex 18 (Manual de Disseny Mecànic d'Shingley).
Amb la següent equació es determina el factor de seguretat:
Ec. (A34)
482,0572,32 ,
Per determinar el rendiment ordinari s'aïlla de la següent equació:
· ·
·
6,661 · 1,2 ,
El factor de seguretat és de 1,7 el que garanteix la resistència a la fatiga.
• Càlcul de la resistència a la fatiga de la superfície.
La resistència a la fatiga en la superfície que correspon als acers està donada
per la següent equació:
0,4 10
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
89
Segons catàleg de IVAN BOHM CA tenim una duresa Brinell superficial de:
HB = 300, per tant:
0,4 10 110 758,4
El valor donat per l'equació anterior correspon a una durada de 108 cicles
1. annex 19.
Determinem el valor de la fiabilitat del cicles 99% 0,8, annex 19.
La AGMA recomana que es modifiqui l'equació per:
··
Ec. (A36)
On: límit de fatiga superficial corregit.
límit de fatiga superficial corregit.
Factor de temperatura. (1 per a temperatures menors a 250 º F)
Factor de relació de duresa. (1 per engranatges rectes)
Factor de fiabilitat
1 (temperatura de treball menor a 250 º F).
··
1 · 11 · 0,8 758,4 948 137,49
Determinem la relació de transmissió:
1 Ec. (A37)
El factor de configuració geomètric I per engranatges exteriors es determina
per:
· 0,08 Ec. (A38)
D'acord a estudis realitzats per Hertz, qui va fer una anàlisi d'esforços de
contacte entre cilindres i considerant que el contacte entre dents ocorre en el
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
90
cercle de pas, es pot determinar el límit de fatiga de la superfície amb la
següent equació:
· · · Ec. (A39)
on: límit de fatiga superficial corregit.
Coeficient elàstic, annex 20. Factor de velocitat, annex 21.
Càrrega transmesa permissible.
I factor de configuració geomètric. F = Amplada de la dent. Dp = Diàmetre primitiu.
2300 taula annex 14.
0,9228 taula annex 15.
De l'equació anterior aïllem la càrrega tangencial permissible , tenim:
· · · ·
0,9228 · 0,984 · 5,9 · 0,08 · 1531,7 6,8
Es determina el factor de seguretat
,,
2,04
Els factors de seguretat contra falles en la superfície se'ls de seleccionar de la
mateixa manera que els factors Ko i Km per la qual cosa s'utilitzen els mateixos
valors:
· ·
·2,04
1 · 1,2 ,
El factor de seguretat és de 1,7 el que garanteix la resistència a la fatiga de la
superfície.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
91
6.3.6 BASTIDOR
És el membre guia de la màquina, format per una sèrie de peces rígidament
unides entre elles que ha estat dissenyat tenint en compte que resisteixi
adequadament els esforços (constants o variables, interns o superficials) a què
està sotmès, sense que la seva rigidesa sigui un factor crític. En el disseny
aquest membre es va establir, de forma general, un compromís entre la
resistència / cost.
El material seleccionat per a la construcció és el ASTM A500 grau B, el qual té
un punt de confluència de 250MPa.
En comparar aquests valors de tensions màximes 10 MPa amb el límit elàstic
del material (ASTM 500) 250MPa, amb el resultat obtingut es comprova que el
bastidor compleix la condició de resistència.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
92
6.4 SEQÜÈNCIA DE MUNTATGE DE LA MODELADOR ROTATIVA
Fig. 45 Base de corrons.
A la fig. 45 podem veure el bastidor que suporta tot el mecanisme de rodets i
moto-reductor, per al seu muntatge es realitzen diversos cordons de soldadura.
Fig. 46 Muntatge corró d'extracció.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
93
Fig. 47 Muntatge del corró modelador.
Fig. 48 Muntatge del corró modelador, vista posterior.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
94
Fig. 49 Muntatge del corró forçador i corró tensor.
Fig. 50 Muntatge del reductor
.En aquesta vista es veu el muntatge del rodet forçador, modelador i el moto-
reductor, a més es pot observar els engranatges d'inversió que accionen el
corró moldejador.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
95
Fig. 51 Muntatge rasqueta de pressió.
En aquesta imatge es pot veure la cadena de transmissió entre la sortida de
rodet forçador i l'entrada del corró d'extracció, també es veu la disposició de la
rasqueta de pressió.
Fig. 52 Muntatge de tremuja i proteccions.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
96
Fig. 53 emmotlladora rotativa vista frontal.
Fig. 54 emmotlladora rotativa vista posterior
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
97
6.5 SELECCIÓ DE MATERIALS.
La selecció del material per a cadascuna de les peces o components és una de
les decisions centrals del procés de disseny d'una màquina. Aquesta selecció
es va realitzar tenint en compte el mètode de conformació i el procés de
fabricació de la peça en qüestió, sempre amb la finalitat que la peça compleixi
amb les especificacions requerides amb el mínim cost possible.
De conformitat amb la Directiva 89/109/CEE, "Tots els materials en contacte
amb els aliments han de ser no tòxics, mecànicament estables, no absorbents,
inerts i resistents als productes alimentaris ia tots els agents de neteja i
desinfecció, a les diferents concentracions ia les diferents pressions i
temperatures d'utilització ". A continuació es descriuen els més utilitzats.
6.5.1 ACERS INOXIDABLES.
S'empren per la seva excel·lent resistència a la corrosió. Contenen, almenys,
un 12% de Cr, el que permet la formació d'una prima capa protectora d'òxid de
crom quan l'acer s'exposa a l'oxigen. A més, es poden netejar i desinfectar
fàcilment. Per tot això resulta el material més utilitzat en la indústria alimentària.
El AISI 304 és resistent a la corrosió originada per la majoria d'aliments i agents
de neteja, no dóna coloracions, és fàcil de netejar i relativament barat.
6.5.2 ALUMINI I ALIATGES.
S'utilitza bé sigui sol o en aliatges amb un alt contingut d'alumini (superior al
99%).
Aliatge 443-F, aliatge per a emmotllament, amb 5,2% de Si, utilitzable per a la
fabricació d'equips destinats al maneig d'aliments.
Per contra, l'alumini té un baix mòdul d'elasticitat i un baix límit de fatiga, a més
que la seva utilització a alta temperatura és molt limitada, atès el seu baix punt
de fusió. Així mateix els aliatges d'alumini tenen petita resistència al desgast,
conseqüència de la seva baixa duresa.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
98
6.5.3 COURE I ALIATGES.
En línies generals, és un pèssim material de construcció d'equips per a la
indústria alimentària, donada la seva toxicitat. Per això, el seu ús està prohibit
excepte en xocolateria, confiteria sense àcids i destil, on s'empra l'anomenat
coure alimentari que és un aliatge que pertany a la classe de coures desoxidar.
En qualsevol cas, si s'empressin en l'equip de processament d'aliments
recipients de coure o de llautó, haurien protegir-se, per exemple, cobrint amb
una capa d'estany.
6.5.4 MATERIALS POLIMÈRICS.
Els materials emprats en la indústria alimentària han de ser innocus i no han de
transmetre als aliments propietats nocives ni canviar les seves característiques
organolèptiques.
Els polímers termoplàstics utilitzats en alimentació són, en general, resistents
als àcids, àlcalis i agents de neteja, poden suportar grans variacions de
temperatura, encara que això sí, incorporant els termo - estabilitzants precisos i
poden resistir l'absorció aquosa. Els més emprats són les poliolefines (polietilè,
polipropilè, ...), els polímers d'flourocarbono (tefló), acrílics, vinílics i fins i tot el
policarbonat i el niló. Entre les seves possibles aplicacions poden citar-se la
construcció de tancs, canonades, accessoris, cintes transportadores i planxes
de picat.
Els termostables utilitzats en la construcció d'equips alimentaris, solen
pertànyer a les famílies dels polièsters, els poliuretans i les resines
epoxídiques. L'interval de temperatures d'ús és més ampli que en el cas dels
termoplàstics, però són més sensibles a àcids i àlcalis.
Finalment, els elastòmers o cautxús solen emprar-se per tancaments, juntes,
canonades i cintes transportadores. El més utilitzat és el cautxú natural, també
s'empren sintètics com neoprè o butadiè-estirè.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
99
6.5.5 ACERS AL CARBONI.
Per a la construcció del bastidor i peces que no estan el contacte directe amb
els aliments i no impliquen riscos s'utilitza: tubs estructurals fabricats amb acer
al carboni laminat en calent (LAC), utilitzant el sistema de soldadura per
resistència elèctrica per inducció d'alta freqüència longitudinal (ERO), en
dimensions i pesos segons norma ASTM A500.
El AISI 1018 acer de baix - mig carboni té bona soldabilitat i lleugerament millor
maquinabilitat que els acers amb graus menors de carboni. Es presenta en
condició de calibratge (acabat en fred). A causa de la seva alta tenacitat i baixa
resistència mecànica és adequat per a components de maquinària.
El AISI 1045 acer al carboni d'ús general, per a peces amb una resistència
mitjana (650-800 N/mm2) en estat bonificat, apte per a tremp superficial.
6.5.6 ACERS DE CEMENTACIÓ.
El AISI 5115 Acer al CrMn l'hi utilitza per a la construcció d'engranatges,
pinyons i peces cimentades de seccions petites que requereixin una resistència
en el nucli de 700-1200 N/mm2. Tenen un bon comportament quan són
mecanitzats
6.5.7 RESUM DELS MATERIALS UTILITZATS EN EL DISSENY
ELEMENTO MATERIAL Tolva AISI 304 Bastidor ASTM A500 grau B Corró forçador AISI 304 Corró modelador PE-HD (PEAD) Eixos de rodets AISI 304
Banda extracció PET (en el nucli) Poliuretano HP (PUR)
Planxes laterals AISI 1018 (ASTM A108)
Engranatges AISI 5115 Rascadors Nylamid® tipo M (PA) Rodes per cadena AISI 1045
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
100
6.6 SISTEMA DE CONTROL
Un cop definit el concepte que s'aplicarà com a solució de disseny, es fa una
definició dels elements de seguretat. En el disseny del sistema de control i
seguretat de la emmotlladora rotativa s'aplicarà la Directiva 2006/42/CE,
aquesta indica que el fabricant haurà de realitzar la "Avaluació de riscos de la
màquina" i arxivarà en l'Expedient Tècnic. L'avaluació ha d'indicar els mitjans
utilitzats per evitar els riscos identificats.
6.6.1 SEGURETAT D'OPERACIÓ DE LA MÀQUINA
La emmotlladora Rotativa ha d'estar dotada de tots els elements per complir
amb les normes actuals de seguretat laboral. La funció d'aquests elements ha
de ser la de protegir la integritat de l'operari davant els perills causats en el
funcionament. Totes les màquines industrials contenen components que poden
provocar un accident en determinades situacions, per tant és necessari avaluar
el risc.
Bàsicament la emmotlladora rotativa consta de cilindres que en girar donen
forma a la massa per compressió, es seleccionarà els dispositius de protecció:
• Dispositiu de comandament.
• Atur d'emergència.
• Interruptors de seguretat en comportes d'accés als rodets.
• Proteccions per evitar regs per contacte mecànic amb els rodets.
• Proteccions per evitar regs per contacte amb cadenes de transmissió.
• Senyal lluminosa d'emergència.
• Proteccions en zones amb material calent.
L'adopció de mesures de seguretat seran proporcionals a la valoració del risc,
això vol dir que, si un risc és valorat com alt, s'ha de protegir amb un sistema
de protecció d'alta fiabilitat.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
101
Esquema elèctric de potència i de control
Fig. 45 Esquema de força i de control.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
102
La instal·lació aplicada a la emmotlladora rotativa tindrà una combinació de
dispositius per a dur a terme una funció de seguretat adequada, assegurant
l'estalvi en cost i temps a l'hora d'obtenir el certificat de la màquina segons la
Directiva Europea de Màquines.
Fig. 46 Caixa de Control.
ELEMENT REFERÈNCIA Disjuntor motor GV2 L07
Contactor LC1 D09
Relé de sobrecàrrega LRD 09
Font d'alimentació ABL 7RM
Seccionador VBD0 Polsador Z XALK174 Interruptor de seguretat XCSA501 Polsador ON/OFF XB4BL845 Polsador d'emergència XB4BS14
Llum pilot groga XB4BV35 Llum pilot vermella XB4BV34 Llum pilot verd XB4BV33 Llum vermella gran XVBL0B4 Armari HIMEL CRSX 32150-M Guies CRSX 32150-M LOGO PLC Siemens DM8 24
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
103
6.6.2 DISSENY PER A LA SEGURETAT HIGIÈNICA.
Des d'aquesta perspectiva de la norma UNE-EN 12041:2002, la concepció
higiènica dels equips presenta una triple finalitat: limitar la contaminació
microbiana, millorar la neteja, la desinfecció i el esbandit i, finalment afavorir la
conservació i el manteniment. La concepció higiènica ha d'estar basada, per
tant, en la combinació d'exigències mecàniques, de tecnologia d'aliments i de
microbiologia.
6.6.2.1 ABSÈNCIA DE DIPÒSITS.
Es refereix a la no acumulació d'aliments en dipòsits o altres zones mortes en
els quals pugui generar un creixement bacterià. Per això, les superfícies en
contacte amb l'aliment han de ser no poroses, llises i polides. En principi, la
rugositat de les superfícies en contacte amb els aliments ha de ser m.μRa =
0,8 Poden acceptar rugositats majors sempre que estiguin clarament
especificades, donant per suposat que els temps de neteja han d'augmentar.
Així mateix, cal indicar que en la indústria de begudes s'admeten rugositats de
fins m.μRa = 1,6.
D'altra banda, cal evitar els ángulos, esquerdes i talls mitjançant la curvatura
adequada que eviti l'acumulació de l'aliment i faciliti la neteja.
A més, les soldadures que es realitzen seran contínues i llises i s'evitaran els
finals morts i els tubs en T. Finalment, no s'ha de permetre la utilització de
cargols a les zones en contacte amb els aliments ja que propicien la seva
acumulació. Si per alguna raó extraordinària es requerís algun tipus de cargol,
el seu cap serà semiesfèrica i se situarà en el costat que contacta amb
l'aliment.
6.6.2.2 FACILITAT DE DESMUNTATGE I MUNTATGE.
Es pretén que el disseny permeti un fàcil desmantellament de les parts
principals, per a una neteja, en temps relativament curts, seguida del nou
muntatge de l'equip. Per això, el nombre de peces de treball de l'equip de
processament ha de ser el menor possible. Així mateix, per facilitar la neteja,
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
104
s'utilitzaran sistemes fàcils de deixar anar, com ara palometes i cargols de pas
de rosca ample o també abraçadores i molls d'unió.
6.6.2.3 ACCESSIBILITAT.
Les superfícies i components de la maquinària d'elaboració d'aliments han de
ser fàcilment accessibles per a la inspecció, de manera que en ser sotmesos
als procediments establerts de neteja i desinfecció s'aconsegueixi un resultat
adequat. En aquest sentit, si el sistema de neteja és automàtic, la seva eficàcia
ha de ser similar al sistema manual.
Fig. 47 Accés per neteja.
Les separacions entre màquines, o d'aquestes amb les parets hauran de ser
com a mínim de 45 cm. A més, l'equip se situarà a una distància del sòl de,
almenys, 20 cm. Tot això amb vista a facilitar la neteja, inspecció i
manteniment.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
105
6.6.2.4 DRENATGE.
El disseny de l'equip en contacte amb els aliments ha de ser de tal manera que
faciliti l'drenat total, no només dels aliments, sinó també dels productes o
agents de neteja, per tal d'evitar zones d'acumulació que generarien el
corresponent perill sanitari .
Per això, els sistemes de drenatge es dissenyaran de manera que evitin
esquitxades, es puguin netejar fàcilment i disposen de la inclinació adequada
per a possibilitar la sortida d'efluents.
6.6.2.5 SUPERFÍCIES EXTERIORS.
Aquestes superfícies tenen la funció primordial de protecció pel que, com
sempre, el seu disseny evitarà l'acumulació de brutícia i facilitarà la neteja.
En línies generals, en dissenyar l'equip cal separar els mecanismes com ara
grup motor, reductor, transmissor, sempre més difícils de netejar en tots els
sentits, de les zones en què s'exigeix una neteja estricta.
No obstant això i, malgrat això, els motors estaran protegits per una carcassa
estanca, amb l'adequat acabat superficial, deixant l'espai suficient entre la
bancada i el motor per facilitar la neteja. A més, les transmissions de potència
s'han de solucionar de manera que s'eviti la contaminació de l'aliment.
7 RECERCA DE PATENTS
La recerca de patents es va realitzar a la base de dades
http://lp.espacenet.com. Les paraules utilitzades són: Apparatus * shaping *
Dough * rotary * Molding *
En la recerca s'ha trobat la patent "Apparatus for shaping" soft "Baking Dough
and the like by rotary Molding apparatus", aquesta patent és una de les que
més s'acosten al disseny proposat i que possiblement les licitin en cas de
tramitació de patent .
En castellà es titula "Aparells per donar forma a masses suaus per coure i
similars per l'aparell de modelat rotatori".
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
106
Aquesta patent té un número de publicació US4586888 (A) i els documents
esmentats són:
• US859999 (A)
• US1964969 (A)
• US1971087 (A)
• US3302592 (A)
• US3318264 (A)
Després de l'anàlisi de les patents trobades es conclou que no es tindrà
problemes amb el disseny proposat perquè aquestes ja han complert 20 anys
des de la seva publicació.
El nou disseny no canvia el principi de funcionament de les màquines rotatòries
el que pretén és millorar els materials utilitzats en la seva construcció, eliminar
geometries que produeixen dipòsits de massa, utilitzar elements normalitzats,
optimitzar el muntatge i desmuntatge dels rodets, implementar sistemes de
seguretat automàtics amb controladors lògics senzills.
8 PRESSUPOST.
Es presenta un pressupost general dels següents costos: material, maquinat de
peces, disseny d'enginyeria, mà d'obra, i s'afegeix percentatges de transport i
benefici, determinant el preu de venda de la emmotlladora.
8.1COST DELS MATERIALS.
Els materials emprats per a la construcció de la emmotlladora se'ls ha dividit en
els següents grups: elèctric, per a fabricació de peces i components de
comercials.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
107
8.1.1 Cost del material elèctric.
DESCRIPCIÓ ESPECIFICACIÓ QUANTITAT PREU UNITARI
SUBTOTAL(USD)
Disjuntor motor GV2 L07 1 75,47 75,47 Contactor LC1 D09 1 97,00 97,00 Relé de sobrecàrrega LRD 09 1 33,37 33,37 Font d'alimentació ABL 7RM 1 125,22 125,22 Seccionador VBD0 1 99,00 99,00 Polsador Z XALK174 1 117,0 117,0 Interruptor de seguretat XCSA501 1 65,75 65,75
Polsador ON/OFF XB4BL845 1 25,72 25,72 Polsador d'emergència XB4BS14 1 34,92 34,92 Llum pilot groga XB4BV35 3 35,00 105,0 Llum pilot vermella XVBL0B4 1 90,46 90,46 Llum pilot verd CRSX 32150-M 1 68,13 68,13 Llum vermella gran CRSX 32150-M 1 60,50 60,50 Armari HIMEL DM8 24 1 80,00 80,00 1077,54
8.1.2 Cost de material per peces fabricades.
DESCRIPCIÓ ESPECIFICACIÓ QUANTITAT PREU UNITARI
SUBTOTAL (USD)
Acer inoxidable AISI 304: 1200x2400x2 1 365 365 Planxa ASTM A36: 1200x2400x7 0,5 244 122 Perfil ASTM A36: 50x50x3x6000 2 45 90 Eixos AISI 304: Ø75x800 3 120 360 Cargols i femelles AISI 304: Ø22,2x100 - 75 75 Engranatges AISI 5115: Ø 105x21 2 45 90 1102
8.1.3 Cost de components comercials.
DESCRIPCIÓ ESPECIFICACIÓ QUANTITAT PREU UNITARI
SUBTOTAL (USD)
Rodament Acero especial 6215 6 15 90 Chumacera Acero especial SYJ75TF 2 33 66 Roda dentada 50B19 4 18 72 Cadena de corrons P=5/8; 1 60 60 Moto-reductor S42A DM80G4 1 1100 1100 Cargols - - 10 10 Elèctrode 6011 5 5 Elèctrode E312-16 (E308-15) 25 25 1428
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
108
8.2 COST D'HORA MÀQUINA.
MÁQUINA TEMPS APROXIMAT (h)
COST (USD/h)
SUBTOTAL (USD)
Torn 21 8 168 Fresadora 14 8 112 Trepant 10 5 50 Mortajadora 2 5 10 Rectificadora de disc 3 10 30 Llimadora 6 5 30 Dobladora 1 2,5 2,5 Roladora 1 2,5 2,5 Cisalla 1 2 2 Tall plasma 2 6,5 13 Soldadora 8 4 32 452
8.3 COST DE MÀ D'OBRA.
MÁQUINA TEMPS APROXIMAT (h)
COST (USD/h)
SUBTOTAL (USD)
Torn 21 2,5 52,5 Fresadora 14 3,5 49 Trepant 10 2,0 20 Mortajadora 2 3,0 6 Rectificadora de disc 3 4,0 12 Llimadora 6 2,5 15 Dobladora 1 2,0 2 Roladora 1 5,0 5 Cisalla 1 2,0 2 Tall plasma 2 5,0 10 Soldadora 8 6,0 48 221,5
8.4 COST DE DISEENY.
Es van emprar 70h per a realitzar els càlculs i plànols de cadascuna de les
parts constitutives de l'equip. El cost establert per a la qual dissenyadors de
màquines és de 30USD / h. El cost del disseny és de 2100 €.
8.5 COST TOTAL DE FABRICACIÓ.
CONCEPTE COST Cost de materiales 3607,5 Costo de materiales normalizados 1428,0 Costo de maquinado 452,00 Costo de mano de obra 221,50 Costo de diseño 2100,0 TOTAL 7809,0
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
109
8.6 PREU DE VENDA DE L'EMMOTLLADORA.
CONCEPTE COST Cost total de fabricació 7809,00 € 15% de despeses comercials i de transport 799,65 € 2% dels costos d'enginyeria 106,00 € COST TOTAL 8714,65 € 20% BENEFICI S/COST TOTAL 1.742,73 €
PREU DE VENDA 10457,58 €
El preu de venda de la màquina no inclou els costos de la instal·lació. Finament
podem concloure que la fabricació d'una sèrie de 30 màquines justificaria la
construcció dels motlles, per això s'ha de fer un estudi de mercat.
Segons aquesta apreciació inicial el preu de venda compliria amb les
especificacions inicials.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
110
9. CONCLUSIONS.
• S'han plantejat diversos mètodes d'emmotllament de masses i aplicat
mètode ordinal de criteris ponderats s'ha determinat que l'emmotllament
rotatiu és el més adequat per l'aplicació. Per tant es va aplicar el principi
de funcionament de les màquines d'emmotllament rotatòries.
• Es realitza la selecció dels materials en funció de l'aplicació i es compleix
amb la normativa de processament higiènic d'aliments.
• Es realitza el càlcul dels elements que estan sotmesos a càrregues
importants (eixos, engranatges) i es garanteix fiabilitat en funcionament.
• Es disseny geometries eliminant possibles dipòsits de massa que puguin
produir problemes higiènics.
• Es optimitza el muntatge i desmuntatge dels rodets, i els accessos per a
realitzar neteja.
• Es implement un sistema de seguretat automàtic amb un controlador
lògic programable.
• Es utilitzo elements normalitzats per garantir la disponibilitat de recanvis i
minimitzar el cost de la màquina.
CDEI‐UPCDisseny d'una emmotlladora de dolç
111
10. BIBLIOGRAFIA
• RIBA ROMEVA, C (2002). Diseño concurrente, Ediciones UPC,
Barcelona.
• SHIGLEY, J. E.; MISCHKE, C. R. (1990). Diseño en Ingeniería
Mecánica, Editora McGraw Hill, Mexico.
• RIBA ROMEVA, C (1998). Disseny de máquines IV Selecció de
materials 1, Ediciones UPC, Barcelona.
• (2000). Catálogo de accionamientos, Editorial Festo.
• SKF, Catálogo de Rodamientos.
• BOHLER, Catálogo de aceros especiales para maquinar.
• BRINGAS JOHN, Handbook of Comparative World Steel Standarads,
USA, Tercera Edición.
• SHIGLEY,MISCHKE, Diseño de Ingeniería Mecánica, Editorial
McGraw-Hill.
• DIPAC, Catálogo de perfiles estructurales.
• LARBURU, Máquinas Prontuario, Editorial Paraninfo, S.A Madrid.
PÀGINES WEB
• http://www.bohlerandina.com/spanish/b_2982.php ACEROS DEL
EQUADOR. • (http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=stainless_steel_aisi_430)
• http://products.esabna.com/EN/home/filler_metals_catalog/filler_metals_
product_detail/q/display_id.id4367f2a94fc355.06729410/category_id.365
/path.filler_metals_covered_electrodes_stainless_steel_e308_arcaloy_3
08l15
• http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%20304.pdf
• http://www.asiasourcing.com/gear.html
• http://medias.ina.de/medias/es!hp.tg.cat/tg_hr*ST4_102027403#ST4_10
2140427