INTRODUCCION

El presente trabajo est dedicado al anlisis de la estructura y de los movimientos que realizan las mquinas excavadoras, centrndose en el diseo de un Brazo Excavador de tamao compacto as como la seleccin del Sistema Hidrulico y sus componentes.

Estas mquinas son encontradas en el mercado pero la variacin que se presenta es que el Brazo Excavador diseado puede ubicarse y fijarse sobre cualquier estructura que pueda soportarlo ya que est habilitado para ello, adems que puede desplazrsele con mucha facilidad por su bajo peso.

El mtodo utilizado para el presente diseo es analizar la estructura de forma esttica y de esta manera dimensionar y seleccionar los materiales ptimos tomando siempre en consideracin,aplicando de esta manera los temas aprendidos en clase.

BRAZO EXCAVADOR COMPACTODescripcin y usoDentro de las mquinas excavadoras se encuentran las mini excavadoras o excavadoras compactas las cuales son muy necesarias en la actualidad para realizar trabajos en los cuales el uso de maquinaria pesada sera muy dificultoso y tambin costoso, siendo de mucha utilidad en trabajos dentro de la ciudad.

Entre las ventajas comparativas se puede mencionar que ofrecen un ciclo de tiempo de excavacin ms rpido comparado con las excavadoras grandes y el tamao compacto ofrece una excelente excavacin y poca alteracin del suelo, adems puede ingresar a lugares donde una excavadora grande o mediana no entrara como dentro de instalaciones o edificios; de esta manera ahorran tiempo y dinero, tambin se destacaque al minimizar sus proporciones as como tambin el peso la hace una mquina de fcil transporte.

El tamao de estas mquinas depender de la capacidad de su cucharn, entre ms grande es el cucharn la maquina tendr ms capacidad para cargar material y ms tamao. Las labores que realiza son las mismas que realizaran las excavadoras grandes, pueden excavar hoyos, zanjas, demoler aceras y muros; tambin pueden realizar trabajos tales como cargar camiones, limpiar diques entre otras labores de pequea magnitud con respecto al volumen de carga, adems son de mucha utilidad en trabajos dentro de edificios y en jardines donde una excavadora de gran tamao incluso mediana causara mucho dao a la propiedad.

En el mbito nacional se puede encontrar diferentes concesionarios que importan excavadoras de todos los tamaos incluyendo los tamaos compactos, pero no son muy utilizadas, esto se debe a que no son muy conocidas en nuestro pas por lo que se suele utilizar mano de obra humana para realizar trabajos de excavacin o movimiento de tierras u otros materiales, trabajo que lleva mucho tiempo y que genera gastos mayores ya que la productividad es mucho menor que si utilizara una excavadora compacta para realizar la misma funcin, adems al usar esta maquinaria el trabajo se terminara en solo una porcin del tiempo en que lo hara la mano de obra humana.

Principio de Funcionamiento El movimiento que se imprime sobre el material a recoger o levantar es generado a travs de la cuchara que es la terminacin del brazo excavador; la presin es generada cuando el aceite en la bomba hidrulica se transmite hacia los cilindros, permitiendo la salida o entrada del vstago, lo que produce el movimiento del brazo para realizar su funcin.

Partes Principales Las excavadoras cuentan con tres partes principales, las cuales sern descritas brevemente:

Estructura Inferior Es la parte de la excavadora que permite su desplazamiento hacia la zona de trabajo, sirve de base para la estructura superior.

Estructura Superior La estructura superior incluye, la cabina rotatoria y la casa de mquinas, conteniendo esta ltima, toda la maquinaria necesaria para las funciones de levante, giro y empuje, as mismo los controles para comandar las operaciones mecnicas.

Brazo Excavador Ubicado en la parte delantera de la mquina, comprende: la pluma, el brazo, la pala o cuchara, la base, los cilindros hidrulicos y todo el equipo que origina su movimiento como las mangueras, vlvulas y conectores parte del circuito hidrulico.

Fig. Partes del BRAZO EXCAVADOR

Anlisis MecnicoParmetros y Dimensiones

Las distancias que puede alcanzar el brazo en las posiciones que se aprecian en la Fig.Son: A. Altura mxima de Excavacin = 2050mmB. Altura mxima de Vaciado = 1350mm C. Profundidad de Excavacin Vertical=1580mm D. Profundidad mxima de Excavacin = 1650mm E. Alcance mximo de Excavacin = 2240mm La fuerza de excavacin que podr aplicar el Brazo Excavador en las uas de la cuchara ser de 8.3kN.Anlisis del BrazoClculo Fuerzas Se probaron varias posiciones de trabajo del Brazo Excavador al momento de levantar la carga y se obtuvo la posicin en la que realiza su mayor esfuerzo en el momento de recoger la carga. Se considerar el punto A que es el punto de unin del cilindro hidrulico de la Pluma con el Brazo y un apoyo fijo que ser el punto B que es el punto de unin del Brazo con la Pluma, en esta posicin se realizaron los siguientes clculos:

Tambin por diseo tenemos que el ngulo que forma la reaccin Ra con la horizontal es de 10 grados en la direccin del cilindro hidrulico de la Pluma. Mediante un anlisis grfico con las direcciones de las fuerzas Ra y F podemos obtener el ngulo que forma la fuerza Rb con la horizontal:

Convergencia de fuerzas en un punto

Clculo de Esfuerzos sobre el BrazoLas fuerzas actantes sobre el brazo provocarn que est sometido a esfuerzo, para lo cual este clculo se realiza para poder comprobar la resistencia de la estructura a estos esfuerzos. Se tiene como incgnita el valor de la fuerza Fe y el ngulo que forma con la horizontal.

Disposicin y ubicacin de fuerzas y distancias en el Brazo

De la figura tomamos los siguientes datos: Distancia entre fuerza en brazo

Se tomar la condicin de equilibrio:

Entonces obtenemos: 37.2kN y forma con la horizontal. = 34.7A partir de los datos de la tabla anterior y de las fuerzas ya halladas se obtuvo losdiagramas de fuerzas y momentos que actan sobre la estructura:

Diagrama de Fuerza Normal, Cortante y de Momento Flector

En estos diagramas se puede apreciar los lugares donde se producir los mximosesfuerzos sobre la estructura en su posicin de mximo esfuerzo.

El Brazo estar conformado por planchas y bloques del material: Acero St 52.

A continuacin se analizan las zonas en las cuales se produce el mayor esfuerzo:En Zona G:

Seccin Trasversal de Zona GEsfuerzos Normales

Esfuerzos Cortantes:Punto Y:

En Zona B

Propiedades de la seccin:

Esfuerzos Normales:Reemplazando en la ecuacion:

Analisis BRAZO - PLUMALas reacciones en la unin del brazo con la pluma son:

Clculo de Reacciones FJ y FK

El signo positivo indica que el sentido de la reaccin es la correcta lo cual como seesperaba quiere decir que el pistn se encuentra a traccin y est jalando la pluma paraque el conjunto pueda realizar su funcin.

Por equilibrio y despejando obtenemos:

Tenemos la Fuerzangulo que forma con la horizontalEsta reaccin es el resultado de la fuerza que ejerce la pluma sobre el apoyo de la Base.Al igual que en el anlisis del brazo, tampoco se ha considerado el peso de la plumapues no influye de manera considerable en la reacciones.

ANALISIS DEL BRAZO

Para hallar las fuerzas sobre cada uno de los pernos se utilizar la siguiente representacin de la placa de la base donde irn los 6 tornillos:

Fuerzas equivalentes en la placa de la BaseDonde:

La suma de los pesos:

Fuerzas de Reaccin en cada tornillo debido al Momento M se hallarn a continuacin:

Sumatoria de momentos en el punto de pivote p:

Ademas por relacion de triangulos:

Las fuerza halladas son las que actuarn cada una en cada par de tornillos segn lasiguiente distribucin:

Distribucin de los Tornillos en Placa Base

Segn esta distribucin cada una de las fuerzas halladas actuarn cada una sobre dostornillos respectivamente, hay que notar que los tornillos sometidos a mayor esfuerzosern aquellos sobre los cuales acta la fuerza T3 que son los que estn masalejados del punto de pivote p , entonces sobre cada uno de estos dos tornillos estarn sometidos a una fuerza de traccin total de: