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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA

PROYECTO

DOCENTE: DR. JUAN J. SANCHEZ BUSTAMANTE

CURSO: DISEO MECANICO

CICLO: X

TRUJILLO- PERU

2013

GENERALIDADES

TITULO:DISEO PLATAFORMA SALVAESCALERA

I.1. AUTORES: I.1.1. Nombres: Adael Antonio guila HuamnEdwin Javier Carlos JimnezChristian Miguel Reyes MoleroOscar Eduardo Rojas FloresFrank Jhonatan Vsquez Silva

I.1.2 Grado Acadmicos:Bachiller Ing. Mecnica I.1.3 Seccin:Ingeniera.

I.2. ASESOR:I.2.1 Nombre:Juan Snchez Bustamante.I.2.2 Grado Acadmico:Doctor I.2.3 Ttulo Profesional:Ingeniero Mecnico.I.2.4 Direccin Laboral:Universidad Nacional de Trujillo.

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II. PLAN DE INVESTIGACIN:II.1. REALIDAD PROBLEMTICAPara la OMS (Organizacin Mundial de la Salud), discapacidad es cualquier restriccin o carencia (resultado de una deficiencia) de la capacidad de realizar una actividad en la misma forma o grado que se considera normal para una persona. Se refiere a actividades complejas e integradas que se esperan de las personas o del cuerpo en su conjunto, como pueden ser las representadas por tareas, aptitudes y conductas.Existen diferentes tipos de discapacidades: visual, mental, auditiva y motriz, y dentro de cada una de ellas existen diferentes grados y tipos, en funcin de las cuales hay que adaptar los ambientes de diversos modos. Se debe analizar detenidamente a la persona para responder de la mejor manera a sus necesidades y su relacin con el espacio a ambientar.Lamentablemente ser discapacitado hoy en da significa tener dificultades a la hora de conseguir un trabajo, una vivienda, en pocas palabras se los cataloga como anormal, inferior, diferente; es una lucha constante por ser incluidos en la sociedad como cualquier persona, con sus derechos. Este grupo de individuos nace o se comienza a ver con mayor frecuencia en las ltimas dcadas del siglo XX, pero no se conoca con el trmino discapacitado, sino como un sector de la poblacin que conviva con secuelas de alguna intervencin quirrgica o enfermedad ya superada como ser hemiplejia, cuadriplejia, entre otras. Hoy en da tienen una identidad: los derechos de las personas con discapacidad, quienes la van construyendo como un prototipo, de acuerdo a sus posibilidades. Es por esto que todos los espacios tanto pblicos como privados deberan ser accesibles para cualquier persona, y se necesita una constante lucha y compromiso para incluir al discapacitado en todos los mbitos, escuelas, bibliotecas, bares, teatros y el derecho a tener una vida como cualquiera; poder formar una familia, tener un hogar, un trabajo. [1]La rehabilitacin en nuestro pas a travs de los aos viene afrontando una serie de incgnitas y problemas que han sido difciles de resolver, salvo por algunas orientaciones dadas por los estudios de prevalencia realizados, tanto en el ao 1993 como en el 2005. Para conocer la magnitud de la poblacin con deficiencias, discapacidades y minusvlidos en el Per, solo se han contado con la informacin proveniente de la demanda activa realizada a los Servicios de Rehabilitacin. El Instituto Nacional de Estadsticas e Informtica INEI, determino que el 31.28% de la poblacin tienen algn tipo de discapacidad, el 45.4% tiene algn tipo de deficiencia y en relacin a la Minusvala la prevalencia encontrada fue de 13.08%. En relacin al sexo, se observ que existe un ligero predominio de Deficiencia y Discapacidad en la poblacin femenina, siendo la minusvala algo ms prevalente en el varn. En relacin a la edad, se observ que las personas mayores de 45 aos son las ms afectadas de deficiencia, discapacidad o minusvala. [2]Este proyecto se enfatizar en la discapacidad motriz la que se puede definir como una desventaja, resultante de una imposibilidad que limita o impide el movimiento de la persona afectada. Esto significa que las partes afectadas son las piernas. Hoy en da existen numerosos elevadores instalados adyacentes a las escaleras, los cuales permiten que las personas que presenten dificultad de movimiento lo empleen para subir y bajar dichas escaleras de una manera autnoma. Han sido realizados numerosos avances en el campo estos elevadores, siendo de especial importancia aquellos orientados a permitir ascender escaleras rectas. [3]Uno de estos elevadores son las llamadas Plataformas Salvaescaleras que son sistemas de elevacin para la eliminacin de barreras arquitectnicas de forma inclinada o vertical. Estn diseadas especialmente para personas con problemas de movilidad graves como las personas con discapacidad que utilizan silla de ruedas para sus desplazamientos. [4]

II.2. ANTECEDENTESEn los ltimos aos se han desarrollado mejoras en salvaescaleras orientadas a dotar a estos de un sistema de traccin que permita que el elevador ascienda por uno o ms railes a travs de un tramo recto o curvo con diferentes pendientes en l. Entre ellos los que emplean como sistema de traccin el pin cremallera son mayoritarios, siendo destacados el nmero de ellos que cuentan con una cremallera adosada a un rail o incluso dos cremalleras si el rail es doble. Tal es el caso de la patente EP0043592 en la que en dos railes paralelos instalados a lo largo de un tramo curvo y/o con pendiente variable, son instaladas sendas cremalleras para que sirvan de punto de engranaje a sendos piones accionados por un mismo motor.A su vez, a la hora de idear sistemas que propulsen el elevador por el guiado con curvatura y pendientes diferentes, han surgido sistemas que emplean el tornillo sinfn como mecanismos de traccin. Tal es el caso del sistema recogido en DE3504854, donde un tornillo sinfn engrana en una serie de piezas a modo de corona plana, distribuidas equidistantemente por la pared lateral de la escalera. Para la circulacin por descansillos son dispuestas otras coronas planas diferentes que permiten tal movimiento.Con nimo de mejorar la seguridad han surgido sistemas que emplean el tornillo sinfn como mecanismo de traccin. Tal es el caso de US2005224293, el que un tornillo sinfn engrana en una cremallera recta para permitir el movimiento y mejorar la seguridad mediante un mecanismo irreversible, pero sin posibilidades de recorrer curvas.Los sistemas que emplean como mecanismo de traccin los rodillos adherentes tratan de suplir la necesidad de adaptar una cremallera al trazado. Dichos sistemas no garantizan la seguridad del ocupante debido a que son susceptibles de deslizamiento en condiciones desfavorables. Por otro lado, entre los sistemas de traccin desarrollados no se encuentra ninguno capaz de evitar por s mismo y directamente la cada del elevador en caso de fallo de algn elemento de transmisin, problema al que estn expuestos los sistemas de pin cremallera tradicionales.

DISEO DE LA ESTRUCTURA DE UNA PLATAFORMA SALVAESCALERAS

1) INTRODUCCION Para el presente informe presentaremos la necesidad del producto final, como una solucin a los problemas de acceso para personas discapacitadas, teniendo en cuenta las limitaciones fsicas, motrices, econmicas y sociales de un usuario con discapacidad en las piernas, teniendo en cuenta los 5 pasos del diseo para llegar a resultados concretos.Los 5 pasos del diseo son:

2) FORMULACION DEL PROBLEMA

Problema de Diseo: Ascensor para discapacitados para una entidad financiera.

Lo primero que debemos hacer es preguntarnos sobre la funcionalidad, la calidad y el beneficio que traera la realizacin de la plataforma salvaescaleras.

A qu velocidad debe moverse la rampa o ascensor?Qu trayectoria y altura debe trasladar?Cunta es la carga mxima que debe soportar?Qu material debera de usar?Qu potencia necesita el motor?Qu sistema transmisin de potencia ser ms factible usar?Cmo podra ser fabricado?Qu procesos seran ms factibles usar para la fabricacin?Cmo podra ser fabricado?Debera funcionar de manera autnoma?Cunto espacio requerira para su montaje?Cul ser su mantenimiento y cada que tiempo?Importa la esttica del producto?Necesita el producto una proteccin anticorrosiva?Necesitara poder hacer paradas de emergencia?Cul es la disponibilidad o facilidad del terreno para su montaje?Podra ser plegable?Sera ms importante el costo que la seguridad de su funcionamiento?Cul es la produccin del sistema?

3) ESPECIFICACIONES DE DISEO DE INGENIERIAPropsito o uso: Trasladar personas con discapacidad por las escaleras.Efectos no deseados: Trasladar objetos.Caractersticas especiales: Tener Switch de control de fcil uso y tener luces que indiquen el inicio y la parada del ascensor.Necesidades del cliente Rendimiento Funcional El ascensor debe soportar mximo un peso de 250 kgf. Fcil uso Debe ser seguro para que no afecte la vida y la integridad de la persona.

Entorno Operativo

Debe ser silencioso. Despliegue hidrulico.Econmico Limitados a una inversin mxima de 10000 soles. Su vida til ser de 10 aos.Limitaciones Geomtricas Espacio ocupado por el ascensor de 1.5 x 1.4 m. Espacio ocupado por el usuario 1.2 x 1m. El pasamano estar a una altura de 0.8m. El botones de control estar en las caras laterales del ascensor y estar ubicado sobre una altura de 0.9m. Tiene que ser plegable a la pared.Mantenimiento, reparacin y retiro Mantenimiento anual (Preventivo).La fiabilidad, robustez No deben ocurrir fallas en la vida econmica. Diseo compacto Seguridad Contar con sistemas de seguridad que garantizan la seguridad del usuario. Debe ser capaz de afrontar fallas de energa.Contaminacin El ascensor no producir contaminacin acstica.Fcil Uso Para su uso se tendr indicaciones en los lados laterales y adems estar en idioma Braille. El discapacitado ser capaz de operar el elevador sin ayuda externa.Factores Humanos Uso simple del tablero de control para una persona discapacitada. El uso del ascensor no debe daar la vida ni la integridad del usuario.Aspecto Buenos acabados superficiales, no debe presentar asperezas ni rebabas. Diseo esttico y compacto. Podr ser plegable sobre la pared.

4) CONCEPTO DE DISEOPrimero.- Tenemos una plataforma salvaescaleras que su funcin ser transportar a una persona, que use silla de ruedas, de forma paralela a las escaleras, ya que dichas personas no tienen la capacidad de poder subir las escaleras sin una ayuda externa.Para ello usaremos una plataforma controlada de forma automtica de tal manera que el discapacitado puede hacer uso de ella con mucha facilidad, de forma segura y de forma independiente. El movimiento de la plataforma salvaescaleras seguir la misma trayectoria que la escalera y adems usara los pasamanos de un lado de la escalera como soporteEn la siguiente tabla presentamos algunos ejemplos:PRINCIPIO FISICOREALIZACION ABSTRACTA

Leyes de movimiento de NewtonLa transmisin de potencia ser mecnica (uso de cadenas, cables, fajas, husillo de potencia, etc.)

Principio de induccin electromagnticaSe aplicaran cargas magnticas para mantener la estructura y una corriente inducida que guiar el sentido de la trayectoria.

Ley de BernoulliMediante pistones hidrulicos.

Segundo.- describiremos la forma de usar los siguientes principios fsicos. Leyes de movimiento de newton: Usaremos un motor sobre la plataforma y dicho motor podr transmitir su movimiento mediante una transmisin mecnica, como por ejemplo cadenas o el uso de cables. Principio de induccin electromagntica: mediante el principio que funcionan los trenes bala, usaremos una batera para cargar elctricamente los rieles sobre los que estar colocada la plataforma, esto direccionara la corriente y lograra moverse en la direccin deseada, adems la sujecin de la plataforma y los rieles ser de forma magntica, esto permitir un movimiento ms estable. Leyes de Bernoulli: mediante el uso de un pistn hidrulico colocado en la base se regulara el ngulo de elevacin de la plataforma para estar siempre en forma horizontal.

5) CONFIGURACION DE DISEO5.1. PLATAFORMAEntendemos como estructura el conjunto de barras al que van unidos todos los elementos del elevador. Constar de una serie de barras de acero comercial unidas entre s de seccin rectangular 40x80 mm.Para seleccionar el grado del acero comercial para esta aplicacin se ha tenido en cuenta los siguientes criterios: Requerimientos del Servicio. Requerimientos de Fabricacin. Requerimientos de Seguridad, cdigos y reglamentos. Costo total.Se puede observar la forma final de la estructura en el siguiente esquema:

5. 2. ESTRUCTURALa Estructura soporta todos los componentes del elevador. Est compuesta por la placa de fijacin del motor principal, las ruedas de anclaje del elevador a la barandilla, los soportes que fijan estas ruedas a la estructura y lis soportes de fijacin del eje del pin a la estructura.

5. 2.1. BISAGRASLas bisagras elegidas son bisagras de acero de 15 x 40 cm sujetas a la plataforma por tornillos de dimetro 9.5 mm.Se ha optado por estas bisagras ya que segn las tablas del fabricante cumplirn todos los esfuerzos que puedan producirse por un uso normal de la plataforma.

5.2.2 BARANDALa Baranda es uno de los dispositivos de seguridad del elevador. Consta de la baranda propiamente dicha, donde su accionamiento ser de forma manual y pasadores de fijacin del conjunto baranda a la estructura.

5. 4. MECANISMOS PERNO-TUERCA Y MOTOR PRINCIPALSe trata del sistema mediante el cual se dotara de movimiento al elevador. Est formado por el mecanismo Perno-Tuerca, los rodamientos y el motor principal.

5. 5. CONJUNTO MONTADO Y DISPOSICINEste es el conjunto montado sobre la escalera a salvar. En el apartado de anexos se vern por separado cada uno de los elementos acotados de la estructura completa.

6) DISEO PARAMETRICO6.1. CALCULOS DE FUERZAS EN EL MECANISMO PERNO-TUERCA6.1.1. ROZAMIENTO DE RODADURA (resistencia a la rodadura) La rodadura de una rueda sobre un plano fijo o sobre carriles, solo es posible por el rozamiento de adherencia entre las ruedas y los carriles.Sea una rueda cargada con una presion P colocada sobre un carril de material mas blando que el de la rueda, por cuyo motivo esta penetra ligeramente en aquel produciendo una pequea deformacion. La reaccion que se produce N=P, actua en el centro de la superficie deformada y esta situada ala distacia f del eje que pasa por el centro de la rueda. Las dos fuerzas P a la distacia f forman un par de fuerzas que se oponen al movimeinto de las ruedas

Valores medios del brazo de palanca del rozamiento de rodadura:1. Fundicion, acero fundido o acero sobre acero : f= 0.05 cm2. Bolas o rodillo de acero templado, sobre anillos de acero del mismo material (cojinetes de rodillos) f= 0.0005 a 0.001 cm

El valor del momento del rozamiento de rodadura depende, ademas de la clase material de la rueda y del carril, principalmente de la presion P de la rueda.Si se toma el par de fuerzas P*f igual al momento de la resistencia de rozamiento entre la rueda y el carril Wr*R, se tendra

A consecuencia del rozamiento de partida se consigue la rodadura solo en el caso que o Para que prosiga el movieminto de la rueda es necesario una fuerza horizontal

Para nuesto caso tendremos el sigueinte diagrama:

Y para que prosiga el movieminto de la rueda es necesario una fuerza horizontal

Tenemos: DATOS

ngulo()30

carga (G)2452,5N

fuerza (P)2123,9273N

fuerza (Px)1226,25N

fuerza de rozamiento (W)41,8095926N

brazo de palanca0,05cm

radio2,54cm

fuerza requerida (K)1268,05959N

coeficiente de rozamiento ()0,15-

P*318,589095N

Para el calculo de la perdida de potencia por las fuerzas resistivas:

clculo de potencia

potencia necesaria 0,25972506HP

fuerza a vencer1289,96782N

velocidad0,15m/s

6.1.2. TRANSMISION La trasmision se hara a traves de un tornillo de potencia de roscas ACME. De 1 pulg de diamtro y un paso de 1/5 pulg (d=25mm y P=5mm)

En el caso de roscas Acme o de otor tipo, la carga normal en la rosca esta inclinada hacia el eje debido al angulo de la rosca 2 y al angulo de avance . Como los angulos de avance son pequeos, esta inclinacion se puede despreciar y solo se considera el efecto del angulo de la rosca.

El efecto del angulo se necesita para incrementar la fuerza de friccion debida a la accion de cuas de las roscas. Por lo tanto el par de torsion para elevar la carga o para apretar un tornillo o perno da :

Para tornillos de potencia la rosca Acme no resulta tan eficiente como la rosca cuadrada, debido a la friccion adicinal que provoca ala accion de cua, pero a menudo se prefiere por que es mas facil de maquinar y permite el empleo de una tuerca dividida, la cual se ajusta para compensar el desgaste.Por lo general se debe de usar un tercer componente del par de torsion enlas aplicacionde de tornillos de potencia. Cuando el tornillo se carge axialmente, debe usarse un cojinete de empuje o collarin de empuje entre los elementos rotatorios y estacionarios, con objeto de soportar el efecto del componente axial. En la figura siguiete se ilustra un collarin de empuje comun.

Para el que se supone la carga esta concentrada en el diametro medio de collarin dc . Si fc es el coeficiente de friccion del collarin, el par de torcion que se requiere es

Para calcular la eficiencia, e, de un tornillo comparamos el par, T, que hay que realizar con el par, To, que habra que realizar si el rozamiento fuera nulo. To puede calcularse a partir del caso a) haciendo f= 0:

El esfuerzo cortante nominal en torsin del cuerpo del tornillo puede expresarse como

El esfuerzo axial en el cuerpo del tornillo debido a la carga F es:

6.1.3. Esfuerzos en la roscaEn los clculos que siguen se realiza la hiptesis de que todos los hilos de rosca en contacto con la tuerca comparten la carga; esta hiptesis es slo parcialmente vlida y por ello hay que utilizar en los clculos coeficientes de seguridad amplios.Con las limitaciones de la hiptesis realizada, se pueden deducir las siguientes expresiones:

Presin contacto o esfuerzo de apoyo

Tensin debida a la flexin o esfuerzo flexionante en la raz de la rosca

Se supone la carga F uniformemente distribuida en la rosca a lo largo de todo el dimetro

Momento mximo

Tensin mxima o esfuerzo flexionante en la raz de la rosca

Tensin cortantePara deducir estas expresiones recurdese que en el caso de una seccin rectangular A, la tensin cortante mxima es:

Sabiendo que ;

;

;

El esfuerzo de Von Mises

En nuestros clculos se considerara que la primera rosca en contacto soporta 0.38 de la carga, la segunda 0.25, la tercera 0.18 y la sptima est libre de carga. Sustituyendo 0.38 F por F y haciendo se obtendr el nivel mximo de esfuerzos en la combinacin tornillo- tuerca.Trabajando en el Excel tenemos los siguientes resultados Calculo de las partes del tornillo Acme

Coeficientes de friccion para pares roscadosCoeficiiente de friccion de collarin de empuje

Datos y clculos

Dimetro d25mm

Dimetro medio dm22,5mm

Paso P5mm

Angulo 14,5

Friccin f0,15

Friccin del collarn fc0,15

Dimetro de raz dr20mm

Avance L5mm

Rosca simple1-

Profundidad 2,5mm

Ancho2,5mm

Dc=1,25d31,25mm

Par de torsin para elevar la carga TR3.25275557N.m

Par de torsin en el collarn Tc2.97201467N*m

Par de torsin para hacer girar el tornillo contra la carga6.22477024N*m

Par de torsin para bajar la carga1.18894923N*m

Par de torsin para hacer girar el tornillo y bajar la carga4.1609639N*m

Eficiencia global para elevar la carga0.16210876-

Esfuerzo cortante en el cuerpo en el cuerpo del tornillo3.96281181MPa

Esfuerzo axial normal nominal (compresin) en el cuerpo del tornillo4.03635905MPa

Esfuerzo de apoyo B, con una rosca que soporta 0,38 F (compresin)2.81649685Mpa

Esfuerzo flexionante en la raz de la rosca b con una rosca que soporta 0,38F10.626592Mpa

Esfuerzo de Von Mises en la raz '14.0676404MPa

7) DETALLES DEL DISEO

DISEO MECANICOPgina 24