Grupo1 (1463-1963)."Dispositivo extractor de gases de soldadura"

Miembros del grupo

Ana Torres Rescalvo

Diego Sanz Contreras

Jorge Torres Miranda

Contenido

• 1 Explicación del funcionamiento de la célula de fabricación • 2 Predimensionamiento y preselección de componentes comerciales • 3 Predimensionamiento de los componentes estructurales no normalizados • 4 Planteamiento del modelo de simulación para FluidSim • 5 Elementos comerciales seleccionados para la célula • 6 Panel de control de la célula • 7 Diseño control eléctrico mediante FluidSim • 8 Funcionamiento del dispositivo extractor de gases de soldadura • 9 Circuito de control electrónico • 10 Situaciones de interés y problemas durante el desarrollo del trabajo

Explicación del funcionamiento de la célula de fabricación

El problema a resolver consiste en una campana de succión de aire asociada a un sistema automático de soldadura. El objetivo consiste en unir una pieza cilíndrica hueca a la pieza base. Para ello, disponemos de ambos componentes posicionados previamente y que llegan a nuestro sistema mediante alimentación continua por cinta transportadora.

Una vez la pieza llega al punto de soldadura (se equipará un sensor a tal efecto), la cinta transportadora se para, a la vez que el cilindro de giro asciende por medio del brazo que está unido al actuador lineal. En el mismo momento, la campana de extracción de gases baja y se acerca a la pieza la punta de soldadura. Posteriormente, el cilindro de giro rota la pieza 360º mientras el soldador va uniendo ambas piezas.

Terminado este proceso, el cilindro de giro se para, el soldador se aleja, la campana de extracción vuelve a subir, y el actuador lineal hace bajar al cilindro de giro hasta que este vuelve a depositar la pieza en la cinta transportadora. Así se reanuda el ciclo, vuelve a moverse la cinta y la siguiente pieza llegará al punto de trabajo.

La secuencia funcional adjunta al enunciado dicta para cada pieza:

·Deslizamiento en cinta.

·Posicionamiento.

·Parada/sujección.

·Giro y soldadura.

·Desagarre.

·Deslizamiento en cinta.

Predimensionamiento y preselección de componentes comerciales

En este apartado vamos a ver qué componentes de la biblioteca de productos comerciales de Festo vamos a poder aplicar a priori a nuestro problema.

Según el número con que están designados en el enunciado, una primera elección podría ser la siguiente:

1. Tubo de plástico serie PUN, con diámetros comprendidos entre 3 y 16 mm.

2. Válvula 5/3 de la serie MFH, con posibilidad de accionamiento eléctrico y neumático y un rango de alimentación de 1200 a 6000 l/min.

3. Cilindro neumático de doble efecto serie DNC, con rango de fuerza de 480 a 7300 N, y una carrera comprendida entre 10 y 2000 mm.

4. Junta de conexión.

5. Campana de extracción de material flexible.

6. Cadena de suministro (cinta transportadora).

7. Piezas a soldar (objeto de este montaje).

8. Cilindro actuador giratorio de la serie DRQD, con posibilidad de accionamiento de 0 a 360º. Tubo de alimentación de 6 a 50 mm y par de giro comprendido entre 0,16 y 50 N•m.

9. Igual que el 3; cilindro neumático de doble efecto serie DNC, con rango de fuerza de 480 a 7300 N, y una carrera comprendida entre 10 y 2000 mm.

10. Marco/bancada del actuador lineal.

11. Unidad de actuación lineal de carro, serie SPZ, con diámetros comprendidos entre 10 y 32 mm, fuerza de 60 a 724 N y una carrera de 10 a 100 mm.

12. Pieza ya soldada.

Vemos que el actuador lineal marcado con el número 10 tiene que soportar el peso del brazo, del actuador giratorio y de la pieza cuando esta esté en el punto de soldadura. Traducida la fuerza del rango de esta serie, podría levantar pesos de 6 a 70 kg, lo cual es bastante razonable.

Además, hemos de introducir en la célula al menos un sensor de proximidad para detectar la presencia de una nueva pieza que permita iniciar cada ciclo. Para ello puede ser adecuada un detector de trabajo SME, como el modelo CRSMEO, con conexión por cable trifilar y rango de alimentación de 12-30 V. En general, si las piezas son metálicas, cualquier detector magnético u óptico puede ser de utilidad.

Predimensionamiento de los componentes estructurales no normalizados

Junta de conexión para campana (Marca 4)

Campana (Marca 5)

Pieza base de soldadura (Marca 7)

Soporte para el soldador (Marca 9)

Marco soporte del actuador lineal (Marca 10)

Alzado

Planta

Planteamiento del modelo de simulación para FluidSim

En esta primera aproximación no se han tenido en cuenta ni sensores de detección de pieza ni secuencias lógicas de actuación ni de memoria. En lso sigueintes puntos del trabajo se tendrán en cuenta sensores, motores, secuencia,etc. Viendo el esquema del enunciado, esta podría ser una primera aproximación de los elementos a implantar.

Una primera explicación sobre el funcionamiento de la célula y del proceso productivo podría ser el siguiente:

Primero debe estar activada la cinta transportadora y depositada una pieza en la posición de trabajo (la simulación en FluidSim de la detección de la pieza será realizada mediante un sensor de proximidad y un temporizador). A continuación, elevamos la pieza mediante un actuador lineal la altura necesaria para que pueda actuar de manera eficiente el soldador. Tras la activación del actuador lineal utilizamos dos cilindros neumáticos para la aproximación del punto de soldadura y el descenso de la campana extractora hacia la posición de funcionamiento. En ese momento accionaremos el actuador de giro para que haga girar la pieza sobre su eje y poder soldar en los 360º. Cuando esto haya ocurrido se producirá el retroceso del soldador, el ascenso de la campana y el descenso de la pieza a través del actuador lineal. Se activará de nuevo la cinta transportadora y comenzará de nuevo el ciclo con la aproximación de una nueva pieza.

Elementos comerciales seleccionados para la célula

Componentes comerciales

Denominación Marca Usado en: Símbolo en FluidSim

Características Foto

Conductos flexibles para el aire comprimido

Ref. 553610

Sin marca

Todas las conexiones de los elementos neumáticos

Sin símbolo Diámetro del tubo flexible: 12 mm

Electroválvula MFH-5/3G-1/8-B

Ref.30484

Marcas 3 y 9

el control de los respectivos cilindros

Accionamiento manual auxiliar con enclavamiento mediante pulsador cubierto

Cabeza de rótula SGS-M12x1,25

Ref. 9261

Marca 3

Unión de la campana al cilindro DNC de esta

Sin simbolo

Peso del producto: 70 g

Tamaño M12x1,25 Montada en el vástago de los cilindros DNC para unir la campana con el cilindro DNC

Cilindro de doble émbolo DPZJ-16-100-P-A-S2

Ref. 159950

Marca 11

Actuador lineal para elevar la pieza junto con el motor eléctrico para el proceso de soldadura

Diámetro del émbolo :16mm Carrera :100mm Tipo de accionamiento del actuador Yunque Fuerza teórica con 6 bar: 180 N

Detector de proximidad CRSMEO-4-K-LED-24

Ref. 161775

Sin marca

Detectar la llegada de las piezas a tratar

Pulsador P-SE

Conexión eléctrica: cable trifilar Indicación del estado: LED amarillo

Cilindros normalizados DNC-32-200-PPV-A

Ref. 163312

Marcas 3 y 9

Cilindros de control de la campana y del soldador

Carrera: 200 mm Diámetro del émbolo: 32 mm Rosca del vástago: M10x1,25

Fuerza teórica con 6 bar de retroceso: 415 N Fuerza teórica con 6 bar de avance: 483 N

Actuador giratorio DRQD-40

Ref. 197373

Marca 8

Nos permite el giro de los 360º para poder soldar la pieza

Carrera: 100 mm Posición final ajustable / Largo 10 mm Diámetro del émbolo: 16 mm Fuerza teórica con 6bar: 180 N

Pié de fijación HNC-32

Ref. 174369

Marca 3

Como sujeción del actuador lineal de la campana

Sin símbolo

Peso:135 g Tamaño: 32 mm Fabricado en acero cincado

Electroválvula 5/2 MFH-5-1/4-B

Ref. 15901

Sin marca

Controla del cilindro de acercamiento del soldador

Accionamiento manual auxiliar con enclavamiento Tipo de accionamiento: eléctrico

Cinta transportadora

Sin marca

Transporte de las piezas para soldarlas

Sin símbolo --- ---

Unidad de mantenimiento FRC-1/8-D-7-MINI-A

Sin marca

Utilizado a la entrada de la toma de aire comprimido de la instalación

Serie:D Tamaño:MINI Patrón uniforme de 40mm Conexión neumática:Rosca interio G1/8 Presión:5 bar Grado de filtración :40micrómetros Indicación de presión:con manómetro Purga de condensado:Automático

Racor QSK 1-2-12

Ref. 153428

sin marca

Conexión del tubo flexible con las distintas conexiones de las válvulas neumáticas

Sin símbolo

Conexión neumática: Rosca interior R1/2 para diámetro del tubo flexible de 12 mm

Válvula estranguladora GRQS-3

Ref.193965

Sin marca

Regulación del caudal de aire comprimido de la válvula 5/3 de la campana extractora

Caudal nominal normal en el sentido de la estrangulación: 25 l/min Caudal nominal normal en el sentido del antirretorno: 65-70 l/min

Motor eléctrico

Ref. 533736

Sin marca

Para mover la cinta transportadora

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Tipo de engranaje reductor: engranaje planetario Cantidad máxima de giros en función del tiempo:3300 l/min

Motor extractor

Marca 1

Succión de los gases

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Ref. 533736 contaminantes

Temporizador

Ref. 533736

Sin marca

Utilizado para la desconexión de la cinta transportadora al no haber pieza durante un tiempo estimado de 20 sg

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Panel de control de la célula

En la siguiente fotografía hemos representado el panel de control del operario que tendría la célula en la realidad.

Diseño control eléctrico mediante FluidSim

Partes de nuestro diseño en FluidSim

- Componentes neumáticos:

Lo forman tres cilindros con sus correspondientes válvulas que controlan el movimiento del actuador lineal (movimiento de subida y bajada de la pieza), del soldador y de la campana extractora, la campana extractora y una válvula de emergencia.

- Control de potencia:

- Control eléctrico:

Funcionamiento del dispositivo extractor de gases de soldadura

Encendemos nuestro proceso automático mediante un interruptor ON. Una luz verde nos indica que nuestro sistema está en funcionamiento. Al principio, la cinta transportadora está en funcionamiento hasta que se para cuando nuestro sensor de posición (simulado con un pulsador P_SE) detecta una pieza o cuando transcurre un tiempo t (10 segundos) suficiente sin detectar pieza alguna, en este último caso se desconecta el proceso entero mediante un temporizador a la conexión que corta la alimentación de las ramas 24 (cinta transportadora) y 28.

La mayoría de las veces nuestra cinta transportadora se para por la detección de una pieza. En este caso,una vez parada la cinta, se alza la pieza mediante el actuador lineal la altura necesaria para que pueda actuar el soldador y la campana cómodamente. Es decir, el actuador lineal va desde AL+ hasta a AL- en la simulación. A su vez, la campana de extracción va descendiendo de C- a C+.

Al llegar a su posición de trabajo (C+), se activa el motor de la campana y empieza a subccionar (como la biblioteca de Fluidsim no contiene motores eléctricos, los sustituimos por unas lámparas que al igual que los motores consumen potencia). En cuanto la campana llega a C+, el soldador se va acercando a la pieza (de S- a S+).

Tras alcanzar el soldador la posición adecuada para su funcionamiento (S+), se inicia la soldadura. El inyector de soldadura está simulado en Fluidsim mediante una lámpara (podría sustituirse por cualquier consumidor de potencia).

El inicio de soldadura activa el giro sobre el eje vertical de la pieza de tal manera, que conseguimos soldar 360º. El motor eléctrico que consigue que gire la pieza es sustituido por otra lámpara por el motivo explicado anteriormente. El giro lo simulamos mediante un temporizador.

A los 2 segundos, la pieza ha girado totalmente hasta situarse en la posición inicial activando un relé auxiliar que se desconectará tras un tiempo minúsculo transcurrido para evitar errores de secuencialización. Este relé auxiliar desactiva el soldador, el giro, deja de alimentar el relé S1 y activa el descenso de la pieza mediante el actuador lineal de AL- a Al+.

El relé que produce el descenso de la pieza desactiva la succión de la campana y acciona su ascenso alejándola de su posición de funcionamiento. Como el relé auxiliar había dejado de alimentar el relé S1, el soldador retrocede alejándose de la pieza, ya que, la válvula que controla su movimiento posee un accionamiento de retroceso por muelle.

Cuando la pieza desciende del todo y la soldadura y la campana están en su posición inicial se activa la cinta transportadora y vuelve a comenzar el ciclo.

Para detener el ciclo y parar el proceso basta con activar el interruptor OFF. Hemos dados prioridad al apagado antes que el encendido.

Parada de emergencia y rearme:

Si en algun momento se produce una situación de emergencia basta con pulsar la SETA llamada P_EMERGENCIA. Se parará el proceso tal cúal como estaba en el momento de activarla y aunque un operario vuelva a pulsarla no funcionará el sistema hasta que venga alguien con suficiente responsabilidad para activar el REARME (señalado como interruptor), ya que , normalmente se suele activar con una llave. Una vez accionado el REARME el proceso continuará dónde se haya quedado.

Circuito de control electrónico

La implementación del circuito de control electrónico en sustitución del eléctrico se ha hecho traduciendo directamente la disposición de los interruptores y pulsadores por puertas lógicas de tipo AND, OR, NOT y MEMORIA. En cada módulo digital, las entradas marcadas con I están asociadas con interruptores y pulsadores, en tanto que las salidas, marcadas con Q, lo están con relés y luces de indicación.

A continuación se detallan los esquemas internos de los módulos digitales de que consta el circuito:

Módulo 1

Módulo 2

Módulo 3

Módulo 4

Módulo 5

Módulo 6

Situaciones de interés y problemas durante el desarrollo del trabajo

• El actuador lineal elevador de la pieza debe soportar su peso y absorber los balanceos y desequilibrios del motor.

• La rotación de la pieza se decidió que se realizase mediante un motor eléctrico en vez de neumático ya que por construcción no es viable hacer un giro controlado de 360º neumáticamente.

• Debido a las dimensiones de la pieza y a que la soldadura no genera esfuerzos de tamaño considerable no necesitamos sujetarla mediante unas pinzas sino que se realizará mediante un simple ajuste con el actuador de giro.

• Dado que la pieza es de tamaño y peso reducido no será necesario disponer de un segundo cilindro de doble efecto o actuador lineal para la sujeción de la unidad rotativa en la posición de trabajo.

• La secuencia de activación de los distintos cilindros y actuadores es diferente que la de desconexión.

• Por problemas de seguridad debido a impactos en la frenada de final de carrera o inicio de accionamiento hemos colocado en el actuador lineal y en el giratorio unas válvulas con estranguladores de caudal a la salida.

• Para controlar los actuadores verticales (descenso de la campana extractora y ascenso de la unidad rotativa) hemos incluido unas válvulas 5/3 con posición central estable con todas las vías cerradas.

• La llama del soldador la hemos simulado mediante un relé con una bombilla que nos simularía cuando nos encontramos soldando. También hemos incorporado un motor asociado a la extracción de gases de la campana que debido a las limitaciones de FluidSim es un relé acompañado con una bombilla que indica el estado(ON /OFF)

• La simulación del contacto de la pieza debido a la limitación de Fluidsim se resuelve mediante la inclusión de un temporizador, de manera que si pasado un determinado tiempo no llega pieza a la máquina esta se desconecta. Si por el contrario llega una pieza (pulsando el sensor) se produce la parada de la cinta transportadora y el comienzo del ciclo.