ANALISIS DE INGENIERIACALCULOS MECANICO-ESTRUCTURALINF MEM 001

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MEMORIA DE CLCULO Diseo de sistema de empuje hidrulico, de material el cmara chancador Primario

CALAMA 10 DE NOVIEMBRE 2014Tercer avance

1. DESCRIPCION DE ANALISIS.

En el presente informe desarrollara el diseo de un sistema de empuje de material hacia cmara de trituracin del chancador primario. El material es descargado por camiones de extraccin que alimentan el chancador, esto conlleva que en el sector de ingreso para el mantenimiento del eje principal (poste del chancador), Este material se deposita quedando contenido en este sector formando una cama por deposicin natural. Nuestro objetivo es poder liberar esta zona diseando un sistema Hidrulico, que nos permita empujar este material hacia la zona del cono del chancador.Para lo cual adosaremos a la estructura existente un actuador doble efecto oleo hidrulico, que a su vez aplicara una fuerza de empuje sobre una plancha estructural que actuara sobre el material desplazndolo hacia la zona de trituracin del chancador. Para lo cual realizaremos un diseo estructural el cual comprende los siguientes aspectos:1. Determinacin de volumen y peso de carga a desplazar2. Presentacin de hiptesis de diseo, presentado en plano general de sistema.3. Seleccin de pernos de fijacin de actuador hidrulico para sistema de trabajo.4. Verificacin por resistencia, bisagras del sistema.5. Diseo de sistema OLE hidrulico. a. Dimensionamiento de vstago.b. Verificacin de vstago por pandeo y flexin.c. Seleccin de tipo de bomba y accesorios de sistema.6. Plano de diseo del sistema estructural7. Plano de diseo hidrulico

1. Determinacin de volumen y peso de carga a desplazar

Datos:Densidad de Volumen Seco:1600 Kg/m3 Dimensiones:Volumen de material:Masa acumulada:

Peso de la carga: Newton2. HIPTESIS DEL PROBLEMALa solucin planteada, es disear una compuerta mvil paralela al portn de ingreso del rea en cuestin, para lo cual se utilizara una plancha de espesor 10 . De dimensiones similares del portn principal vale decir 5600x2400 (en dos hojas de 2800x2400 ). Pero con la caracterstica de una curvatura que le permitir una mayor rigidez en la zona de mayor esfuerzo por encontrarse en ese sector el centro de gravedad de carga a remover. (Ver Figura N2)

Figura N2, Plancha curva para desplazamiento de cargaEl sistema utilizara cilindros hidrulicos, los cuales se fijaran al portn principal por medio de una consola estructural y el otro extremo del actuador hacia la compuerta mvil (proyectada), estos cilindros realizaran trabajo mecnico empujando la compuerta que a su vez realizara trabajo sobre la carga de material, desplazndola hasta la boca de alimentacin del chancador.

Imagen N1, Representacin de situacin base, portn principal

Figura N2, vista de corte de portn y carga muerta.

Figura N3, Planteamiento de solucin

3. FUERZA DE EMPUJE PARA EL DESPLAZAMIENTO DE LA CARGA.DISEO DE COMPUERTA MVIL.En el planteamiento de la hiptesis de determino, para el diseo de la compuerta mvil, una plancha de espesor 10 mm y de las mismas dimensiones del portn principal, por cuanto se someti a modelamiento de elementos finitos dicha plancha, considerando que deba desplazar una carga de 12,9 Ton. Totales, vale decir 6,45 Ton por cada una de las compuertas. El resultado indica lo siguiente: La compuerta resiste la tensin muy ajustadamente, vale decir el sistema trabajara al lmite de la deformacin plstica de la compuerta, el sistema trabaja con un factor de seguridad de 1,01. Ver Figura.

Figura N4, el sistema trabajara al lmite de la deformacin plstica Sin embargo el sistema falla claramente desde el punto de vista de su desplazamiento esttico.

Figura N5, el desplazamiento es significativo llegando a un valor de 150 mm aprox. Fuera de toda norma por lo que el sistema es inaceptable.

4. NUEVO DISEO DE COMPUERTA MVIL.

Como el sistema antes descrito no cumpli con el objetivo, la solucin inmediata podra ser aumentar el espesor de la plancha, o buscar reforzarla de manera de darle ms rigidez a su estructura, sin embargo esto a su vez significara un mayor peso para el portn principal, y para los cilindros hidrulicos.

Por tanto nuestro nuevo diseo considera modificar la compuerta mvil por una con una plancha curvada, dando una mayor Angulo de resbalamiento e instalando atizadores en la parte posterior de la compuerta, logrando varios objetivos, primero reducir la carga muerta (restndole rea), y una mayor rigidez al sistema.

Figura N7, Esquema de nueva compuerta mvil

Figura N8, Centro de Gravedad

A continuacin se presenta diseo de sistema.

Figura N9, presentacin de diseo de compuertas lado exterior.

Figura N10, presentacin de diseo de compuertas lado interior

Figura N11, presentacin de diseo de compuertas mvil y sus atizadores

5. ANLISIS ESTTICO

El sistema se evaluara desde el punto de vista esttico, vale decir se idealizara el sistema de manera de poder encontrar las fuerzas resultantes que interactan internamente en los elementos estructurales. Como por ejemplo, esfuerzos a lo que esta sometidas las bisagras del portn, el pasador de las bisagras del portn, la resistencia de las uniones soldadas de la consola que soportara al cilindro hidrulico, la deflexin o deformacin de la plancha de empuje, entre otras.

Figura N12, Diagrama de fuerzas que actan sobre el portn.

Para realizar el clculo de esfuerzos de las bisagras es necesario obtener las fuerzas resultantes de reaccin que denominaremos Ra y Rb.

Sumatoria de fuerzas en y

Sumatoria de momento en Ra.

Si

Luego el resultado es el siguiente.

Dado que en los extremos de la configuracin se tiene como fuerza resultante 6000 kgf, esta fuerza se distribuye uniformemente en las 4 orejas por lado (hojas del portn), dejando como fuerza resultante que interacta con este elemento estructural una fuerza de magnitud 1500 kgf.

Ahora que ya contamos con este valor procederemos a verificar por resistencia el pasador del portn.

Verificacin de pasador por esfuerzo de corte.

Figura N13, diagrama de fuerzas que actan en el pasador.

5.1Corte de pasador.

Formulas.

Acero A36Esfuerzo normal mximoDimetro del pasadorrea de seccin en corteA= Esfuerzo de corte mximoEsfuerzo de corte trabajoFuerza de corteFactor de Seguridad

Solucin:

A= =3166,92=0,47=20Finalmente

Si verificamos la fuerza mxima que soporta el pasador con un factor de seguridad de 2, obtenemos lo siguiente.

= 10

= 10x3166,92=31669,2 kgf

5.2Esfuerzos de aplastamiento y desgarramiento de placas de bisagra.

Para el anlisis de esfuerzos a los que estn sometidas las placas que conforman la bisagra del portn, consideraremos la estructura del portn y el pasador como elementos indeformables y macizos, el cual trasmite completamente las fuerzas a los extremos en las reacciones Ra y Rb.

Para este anlisis consideraremos material A36 de las placas.

Figura N14, esquema de fuerza sobre placa.5.2.1Solucin anlisis de aplastamiento:

Formulas.

Acero A36Esfuerzo normal mximoEsfuerzo fluencia aceroDimetro del agujeroEspesor de placae=15 rea de seccin en aplastamiento= Esfuerzo de aplastamientoFactor de seguridad

Resolviendo.

=

Por tanto la placa NO fallara por aplastamiento.

Si verificamos la fuerza mxima de aplastamiento que soporta la placa con un factor de seguridad de 2, obtenemos 20428,2 kgf.

5.2.2.Solucin anlisis de desgarro:

Para el anlisis de desgarro de la placa, consideramos que el gramil de la placa es de 25 mm, por cuanto las reas sometidas a desgarro son 2 del mismo valor.

Formulas.

Acero A36Esfuerzo normal mximoEsfuerzo fluencia aceroDimetro del agujeroEspesor de placae=15 Gramil de placarea de seccin en desgarro= Esfuerzo de corte mximoEsfuerzo de corte trabajoFactor de Seguridad

Resolviendo.

=

Por tanto la placa NO fallara por desgarro.

Si verificamos la fuerza mxima que soporta la placa al desgarramiento con un factor de seguridad de 2, obtenemos 7500 kgf.

5.3Calculo de peso de carga muerta por compuerta deslizante.

5.3.1Compuerta

Figura N15, planchas constituyentes de compuerta mvil.

Considerando densidad del acero 7800

5.3.2.Consolas

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