Diseño de un sistema oleohidráulico

Industria. Tecnología. Máquinas industriales. Circuitos. Taladros. Proceso de escariado. Planchas delgadas. Parada de emergencia. Costos. Automatización del trabajo

  • Enviado por: Mauro
  • Idioma: castellano
  • País: Chile Chile
  • 65 páginas
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Introducción

En la industria nos encontraremos con varios procesos en los cuales se deben considerar a todo momento los operadores de las distintas máquinas. Esta es una forma arriesgada hacia los trabajadores ya que en caso de cualquier emergencia con la maquina son estos los que se encuentran mas próximos a ellas. Los productos obtenidos pueden ser de muy buena calidad pero para eso se exige un tiempo para el recambio de piezas y del reordenamiento de las maquinas, sin embargo también existen procesos que son menos pausados y son mas rápidos que otros.

En estos tiempos la industria cada vez se exige mas con respecto a la calidad de piezas, tiempo de entrega, seguridad en los procesos hacia los operadores y/o funcionarios de maquinaria, un buen resguardo ante la contaminación.

Para esto llegamos al uso de la tecnología disponible en el mercado por todas las empresas en donde se exigen estos tipos de medidas, la cual es la automatización de los distintos procesos industriales. Existen varios tipos de automatización que cumplen con las medidas de seguridad, medidas ambientales, entrega rápida y eficaz de piezas a fabricar, etc.

Gracias a esta automatización se genera un lugar mas seguro de trabajo hacia los operadores ya que no se necesita estar en frente de la máquina para poder comandarla. Al tener en nuestros procesos una automatización podemos comandar desde un lugar seguro en base a computadores en donde se revisa paso a paso las secuencias de las máquinas. De esta forma la falla de una máquina o simplemente la reorganización de secuencias se hacen de una forma más fácil y segura.

En este trabajo se nos ha pedido automatizar un proceso para efectuar operaciones de taladro y escariado en planchas delgadas. Por lo cual comenzaremos con lo más básico que seria la secuencia de trabajo a automatizar para luego entregar una automatización correcta para este tipo de proceso.

Cabe destacar que al tener un proceso automatizado en nuestra industria trae con ella muchas ventajas, como por ejemplo, el mejoramiento de la productividad y de la competitividad con las demás empresas dedicadas a este rubro, una mayor seguridad hacia los operarios y/o funcionarios de maquinas, mejor calidad y menor tiempo en la elaboración de piezas, mejor utilización de materiales, etc.

Objetivos

  • Diseñar un sistema oleohidráulico para efectuar operaciones de taladros y escariados en planchas delgadas.

  • Diseñar un sistema en el cual se incorporara una parada de emergencia.

  • Tomar consideraciones de tipo de trabajo y hacer cálculos para este sistema.

  • Seleccionar los distintos elementos a utilizar en nuestro sistema oleohidráulico.

  • Generar una automatización al proceso utilizando PLC, a partir de la secuencia de trabajo.

  • Entregar una detallada información de costos para la implementación de la automatización lograda.

Presentación del Problema

Se debe diseñar un circuito para efectuar operaciones de taladrado y escariado en planchas delgadas.

Figura 1. Proceso a Automatizar

Las planchas se colocan manualmente en su soporte y al accionar la partida son sujetas por el cilindro A. La unidad de avance (cilindro B) realiza la perforación de la plancha, para ello tiene un acercamiento rápido a la pieza en tanto el taladrado lo realiza a velocidad de avance regulada. En cuanto se activa el avance del cilindro B debe comenzar a girar el motor que permite el giro de la broca. Cuando el cilindro B ha alcanzado la posición trasera, deja de girar el motor de la broca y el cilindro C lleva el carro a la estación de pulir. Una segunda unidad de avance (cilindro D) efectúa la terminación de la perforación mediante proceso de escariado. El cilindro D se desplaza a velocidad de avance regulada y simultáneamente debe comenzar a girar el motor que permite el giro de la herramienta de escariado. Posteriormente el cilindro D (herramienta de pulir) vuelve a la posición inicial y en ese momento deja de girar el motor. El carro vuelve a la estación de taladrar y el cilindro A suelta la pieza.

La presión de trabajo es de 80 [bar] en tanto la fuerza máxima de corte que se produce es de 3500 [N].

Componentes de Trabajo

La Figura 1 representa un sistema de taladrado y escariado, el cual esta compuesto por cuatro cilindros que funcionan con un sistema oleohidráulico. El cilindro A sujeta la pieza para realizar el proceso de taladrado, el cilindro B es la unidad de avance del taladro. Luego tenemos el cilindro C el cual mueve la mesa de trabajo para llevar a la pieza al proceso de escariado. Y por ultimo el cilindro D que es la unidad de avance del escariador.

Además tenemos que contar con el motor del taladro y del motor del escariador que son parte del proceso de taladrado y escariado.

Diseño del Proceso

Se requiere generar una automatización para un proceso de taladrado y escariado de planchas delgadas. Para esto tenemos que tener en consideración que la fuerza requerida es de 3500 [N] y se debe tener una presión de trabajo igual a 80 [bar].

Para esto haremos que el proceso sea dirigido por un proceso oleohidráulico semiautomático ya que las piezas deben ser ubicadas por algún operario, y además este proceso debe ser comandado por un programa PLC.

Se requiere además que el proceso conste con una parada de emergencia la cual al ser accionada independiente de la fase en que se encuentre el sistema deben todos los elementos volver a su posición inicial.

En la Figura 2 se muestra el diseño oleohidráulico.


Circuito Oleohidráulico

'Diseo de un sistema oleohidrulico'


Descripción de elementos y principio de funcionamiento del circuito

  • Válvula direccional 4/3, con centro cerrado, accionamiento por solenoide y centrada por resorte de Cilindro A.

  • Válvula direccional 4/3, con centro cerrado, accionamiento por solenoide y centrada por resorte de Cilindro B.

  • Válvula direccional 4/3, con centro cerrado, accionamiento por solenoide y centrada por resorte de Cilindro C.

  • Válvula direccional 4/3, con centro cerrado, accionamiento por solenoide y centrada por resorte de Cilindro D.

  • Válvula 4/2, accionada por solenoide y retroceso por resorte.

  • Válvula 4/2, accionada por solenoide y retroceso por resorte.

  • Válvula 2/2, accionada por solenoide y retroceso por resorte.

  • Válvula reguladora de caudal con antiretorno.

  • Depósito o tanque.

  • Filtro de aspiración.

  • Válvula limitadora de presión en función de seguridad.

  • Bomba.

  • Motor.

  • Cilindro de doble efecto “A”.

  • Cilindro de doble efecto “B”.

  • Cilindro de doble efecto “C”.

  • Cilindro de doble efecto “D”.

  • Motor Unidireccional “A”.

  • Motor Unidireccional “B”.

  • Válvula de antiretorno.

  • Filtro de retorno.

  • Válvula 3/2 de seguridad de Manómetro.

  • Válvula de reductora de presión.

  • Estranguladora de Caudal.

  • Al presionar el botón de puesta en marcha hace llegar una señal al solenoide (S1) lo cual hace cambiar de posición a la válvula direccional (1), con lo que se le entrega fluido al cilindro A haciendo que este salga para poder afirmar la pieza.

    El cilindro A al llegar a su final de carrera a1, manda una señal la cual es captada por el solenoide (S3) lo que hace que la válvula direccional (2) cambie de posición mandando fluido al cilindro B para que este pueda salir y también manda una señal al solenoide (S9) el cual hace que la válvula (5) cambie de posición haciendo que el motor unidireccional A comience a girar, de esta forma el taladro tendrá una aproximación a la pieza y el motor del taladro comenzara a girar.

    En el momento en que el cilindro B acciona al sensor b2, se genera una señal al solenoide (S11) el cual hace que el cilindro B siga saliendo pero con una velocidad controlada, en este caso la velocidad debe ser menor ya que se comenzara a taladrar la pieza.

    Al llegar el cilindro B a su final de carrera b1 se corta la señal hacia el solenoide (S3) y hacia el solenoide (S11) y se manda una señal hacia el solenoide (S4) el cual genera un nuevo cambio en la válvula direccional (2) haciendo de esta forma que retroceda el cilindro B. De esta manera el taladro vuelve a su posición original.

    Cuando se activa b0 se bloquea la señal hacia los solenoides (S4) y (S9) para que la válvula (2) vuelva a su posición original y para que el motor del taladro se apague y además se genera una señal al solenoide (S5) para así hacer salir al cilindro C gracias a la llegada de fluido a la cámara posterior de este. De esta forma la mesa comienza a moverse hasta llegar a la posición de nuestro escariador.

    Cuando el cilindro C llega a su final de carrera c1 manda una señal eléctrica hacia el solenoide (S7) de manera que la válvula direccional (4) cambie de posición para que el cilindro D pueda salir y también se genera una señal en el solenoide (S10) para que el motor unidireccional B comience a girar. Así hacemos que gracias al cilindro D el escariador comience a aproximarse a la pieza y además comience a girar su motor.

    En el momento en que el cilindro D llega a su final de carrera d1 se corta la señal hacia el solenoide (S7) y a la vez se genera una señal eléctrica al solenoide (S8) el cual hace que la válvula direccional (4) cambie nuevamente de posición pero esta vez para que el cilindro D se retraiga.

    Cuando el cilindro D llega a su inicio de carrera d0 hace que la señal que se estaba enviando hacia el solenoide (S10), (S8) y (S5) se detengan por lo cual gracias al resorte de la válvula (6) cambia de posición generando así el apagado del motor unidireccional B y la válvula direccional (4) y (3) vuelvan a su posición original. Además se manda una señal eléctrica al solenoide (S6) generando de esta forma un cambio de posición en la válvula (3) lo que produce que el fluido comience a llenar la cámara que hace que el cilindro C se retraiga. De esta manera el escariador deja de funcionar estando en su posición original y la mesa también comienza a volver a su estado inicial.

    En el momento en que el cilindro C llega a su posición inicial actuando al inicio de carrera c0 se detiene la señal hacia el solenoide (S6) y (S1) de manera que la válvula direccional (3) y (1) nuevamente vuelvan a su posición original. Además se genera una señal eléctrica hacia el solenoide (S2) el cual produce un nuevo cambio de posición en la válvula direccional (1) lo cual hace que el cilindro A se retraiga. De esta manera el cilindro A suelta la pieza para poder ser removida y ser reemplazada por otra para que siga el mismo proceso.

    Al llegar el cilindro A a su posición inicial se desactiva el solenoide (S2) para que de esta manera el proceso pueda ser accionado nuevamente siempre y cuando el operario este listo.

    Secuencia Lógica

    La secuencia lógica para la ejecución del proceso es la siguiente:

    • El ciclo se inicia al presionar el botón de partida o puesta en marcha.

    • Cilindro A recibe señal que le permite el avanzar hasta la posición a1 y así fijar el elemento a mecanizar.

    • Al momento que el cilindro A activa el sensor a1 debe comenzar a girar el motor del taladro y se debe producir el avance del cilindro B para aproximar el taladro a la pieza, con velocidad rápida.

    • Al activar el sensor B2, la salida del cilindro B debe disminuir la velocidad de avance.

    • Cuando el cilindro B llega a su final de carrera y se activa b1, este debe retroceder hasta retornar a su posición original activando b0.

    • Al ser activado b0, sale el cilindro C y se apaga el motor del taladro.

    • Cuando el cilindro C llega a su final de carrera y activa al sensor c1 el motor del escariado comienza a girar y el cilindro D comienza a salir para acerca el escariador a la pieza.

    • Cuando el cilindro D llega a su final de carrera y se activa d1 este comienza a retirarse a su posición original.

    • Al activarse d0 se apaga el motor del escariador y el cilindro C comienza a retraerse.

    • Por último al activarse el sensor c0 el cilindro A se retrae hasta su posición original. Para que de esta forma el proceso este listo para una nueva ejecución.

    Descripción de la Parada de Emergencia

    La parada de emergencia nos entrega una manera segura de poder interrumpir nuestro proceso en caso de problemas o del cualquier evento que se pudiese producir. Por lo tanto en caso de ocurrir cualquier evento inesperado en nuestro proceso de taladrado y escariado se debe oprimir el botón de emergencia.

    El botón de emergencia tiene que tener la capacidad de poder ser accionado en cualquier momento del proceso.

    Hemos decidido una secuencia lógica procurando la seguridad del operador de la máquina. Por lo cual nos decidimos que al ser oprimido el botón de emergencia lo primero que se hará será detener el motor del taladro o del escariador según en que momento se encuentre el proceso, seguido del apagado de los motores, los cilindros D y B deben retroceder a su posición original así nos aseguramos que estos no estarán ejerciendo alguna fuerza indebida en contra de la mesa o de la pieza, luego se da el pase a que el cilindro C vuelva a su posición original y por últimos el cilindro A debe soltar la pieza.

    Elementos a implementar en el Proceso

    • 4 Válvulas direccionales 4/3, con centro cerrado, accionamiento por solenoide y centrado por resorte.

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    En su estado de reposo, la presión P, las conexiones de trabajo A, B y T (tanque) están cerradas. Al accionarse el solenoide S1 la válvula cambia de posición de manera que la conexión de presión P queda conectada a la salida de trabajo A y la conexión B queda conectada a T, cuando el solenoide S1 se desactiva la válvula vuelve a su estado de reposo gracias a los resortes. Si esta vez se acciona el solenoide S2, la presión queda conectada con la salida de trabajo B y la conexión de trabajo se conecta directamente a tanque T. Si la señal del solenoide S2 se descontinúa, la válvula vuelve a su posición de reposo.

    • 2 Válvula 4/2 accionada por solenoide y retroceso por resorte. De tipo P/ABT

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    En el estado de reposo la presión P se encuentra cerrada, en cambio, las conexiones de trabajo A y B están conectadas a tanque T, esta posición se da gracias al resorte. En caso de ser accionado el solenoide S1 la válvula cambia de posición de manera que la presión P quede conectada a la salida de trabajo A y que B quede en conexión directa a tanque T. Al momento de ser desactivada la señal hacia el solenoide S1 la válvula vuelve a su posición de reposo.

    • 1 Válvula 2/2 accionada por solenoide y retroceso por resorte.

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    Esta válvula en su estado de reposo se encuentra con la presión P conectada a la salida de trabajo A. Si el solenoide S1 se activa, se cambia de posición de tal manera que la presión P y la salida de trabajo A queden cerradas. Cuando la señal al solenoide S1 deja de actuar, la válvula mediante el resorte vuelve a su estado de reposo.

    • 1 Depósito

    Los depósitos son utilizados para alojar el aceite del sistema y además sirve como elemento de refrigeración.

    • 1 Filtro de aspiración

    Este elemento se instala entre la bomba y el depósito. De esta manera el fluido es aspirado a través de este filtro. El fluido es aspirado a través de este filtro, asegurando que el fluido llegue filtrado hacia el sistema.

    • 1 Filtro de Retorno

    El filtro de retorno es instalado antes del tanque de manera que el fluido pueda ser filtrado antes de llegar al estanque.

    • 1 Válvula limitadora de presión en función de seguridad.

    Cuando la fuerza de la presión que corre por las tuberías es mayor que la fuerza que otorga el resorte, el elemento de cierre de esta válvula hace que se levante de su asiento de manera que se crea una conexión directa a tanque.

    • 1 Bomba con su motor

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    La bomba es la encargada de entregar el fluido al sistema. La bomba transforma la energía mecánica del motor en energía hidráulica. Esta transformación se lleva a cabo en dos tiempos. Aspiración y Compresión.

    • 4 Cilindros de doble efecto

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    Los cilindros son los encargados de transmitir fuerzas. Cuando comienza a llegar fluido por la conexión A se comienza a llenar el deposito trasero del cilindro haciendo que el cilindro pueda salir, en este caso la presión que ejerce la conexión A debe ser mayor que la existente en la conexión B o simplemente que B este conectada a tanque. Para hacerlo retroceder se hace lo contrario, llenamos el compartimiento de entrada del cilindro llevando fluido por la conexión B y por la conexión A se debe evacuar el fluido que se encuentre en la parte posterior.

    • 2 Motores unidireccionales.

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    Los motores unidireccionales son encargados de generar energía mecánica, en este caso es para poder hacer girar al taladro y al escariador. Al se unidireccional este motor solo puede girar en un sentido.

    • 1 Reguladora de caudal variable

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    Gracias al antiretorno cuando el fluido se dirige de A hacia B este fluye fácilmente sin ningún problema ya que tendrá una vía libre. En cambio cuando el fluido va desde B hacia A, debido a que se encuentra un antiretorno el fluido solo podrá pasar por la controladora de caudal el cual puede ser variado. De esta manera se regula el flujo hidráulico y la velocidad del trabajo de un mando.

    • 2 Estranguladoras de caudal

    Utilizamos este tipo de válvula el cual es encargado de estrangular el paso de fluido. En este caso producen que los motores se puedan apagar de una manera más rápida.

    • 1 Válvula 3/2 de seguridad de Manómetro

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    Gracias al resorte la válvula se encuentra con la presión cerrada y la salida de trabajo A conectada directa a tanque T. En el momento en que se acciona la botonera la válvula cambia de posición haciendo que la presión fluya hacia la salida de trabajo A y el tanque T queda cerrado. Para medir la presión debo ubicar un manómetro luego de la conexión A.

    • 2 válvulas de antiretorno

    Esta válvula se encarga de obstruir el paso del fluido en una dirección, en cambio, en la otra dirección el fluido puede viajar sin ningún problema.

    • 1 Válvula reductora de presión

    Este tipo de válvula se preocupa de reducir la presión en la línea, esto se hace gracias a la fuerza del resorte. Cuando la presión comienza a aumentar en la línea y sobrepasa la fuerza del resorte la válvula comienza a cerrarse hasta nuevamente generar la presión que se requiere. En cambio, cuando la presión disminuye la válvula comienza a abrirse hasta que llegue nuevamente a tener una presión requerida. Esta válvula me asegura una presión de salida igual a la fuerza generada por el resorte.

    Diagrama Eléctrico

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    Secuencia

    A+B+B-C+D+D-C-A-

    Donde:

    • A+ Salida Cilindro A

    • B+ Salida Cilindro B

    • C+ Salida Cilindro C

    • D+ Salida Cilindro D

    • A- Entrada Cilindro A

    • B- Entrada Cilindro B

    • C- Entrada Cilindro C

    • D- Entrada Cilindro D

    Diagrama Espacio-Fase

    Montaje de un circuito electro-oleohidráulico. La secuencia consta con 4 cilindros de doble efecto, además de dos motores controladores de un taladro y de un escariador.

    Además se experimentan dos velocidades distintas en el Cilindro B dentro de la misma carrera de salida de este.

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    Figura 3. Diagrama Espacio-Fase

    Diagrama de Estado

    Entradas

    Salidas

    a0

    A+

    b0

    B+

    c0

    C+

    d0

    D+

    a1

    A-

    b1

    B-

    c1

    C-

    d1

    D-

    PM

    E.M.T

    EM

    E.M.E.

    A.M.T.

    A.M.E.

    Descripción de los parámetros utilizados en el diagrama de Estado

    Simbología

    Descripción

    E.A

    Espera accionamiento

    P.M.

    Botón de puesta en marcha

    A+, A-

    Salida y entrada del cilindro A

    B+ , B-

    Salida y entrada del cilindro B

    C+ , C-

    Salida y entrada del cilindro C

    D+ , D-

    Salida y entrada del cilindro D

    E.M.T

    Encendido del motor del taladro

    A.M.T

    Apagado del motor del taladro

    E.M.E

    Encendido del motor del escariador

    A.M.E

    Apagado del motor del escariador

    a0 , b0, c0 ,d0

    Identifica las posiciones retraídas de cada uno de los cilindros

    a1 , b1 , c1 , d1

    Identifica las posiciones con vástago extendido de cada uno de los cilindros

    EM

    Parada de Emergencia

    Explicación de Diagrama de Estado

    Se comienza en el estado E0 el cual es la espera del accionamiento, en el momento de accionar la PM (puesta en marcha) pasamos al siguiente estado E1 el cual se encarga de la salida del cilindro A. Para seguir avanzando al estado E2 debe estar accionado el final de carrera a1, cuando esto ocurre se pasa al estado E2 el cual se encarga de la salida rápida del cilindro B, del encendido del motor y de mantener la posición del cilindro A.

    Cuando se acciona b2 pasamos al estado E3 el cual se encarga de la continuidad de salida del cilindro B pero de ahora en adelante se hará a una menor velocidad, también se encarga de mantener al cilindro A afuera y de tener el motor del taladro encendido.

    Al ser accionado b1 pasamos al siguiente estado E4, el cual se encarga de hacer retroceder al cilindro B, mantener la posición del cilindro A y de tener encendido el motor del taladro.

    Luego con el accionar de b0 pasamos al quinto estado E5 el cual tiene el deber de hacer salir al cilindro C, mantener el cilindro A afuera y de apagar el motor del taladro.

    Seguimos y en el momento que se activa el final de carrera del cilindro C, c1, pasamos al estado E6 el cual se encarga de la salida del cilindro D, de mantener al cilindro C y A en su posición y del encendido del motor del escariador.

    Cuando se activa el final de carrera d1 pasamos al estado E7 el que tiene la tarea de retroceder al cilindro D, mantener al cilindro C y A en su posición y de mantener el motor del escariador encendido.

    En el momento que se activa d0 pasamos al estado E8 el cual tiene como misión, retroceder al cilindro C, mantener al cilindro A en su posición y apagar el motor del escariador.

    Cuando el cilindro C llega a su final de carrera c0 se activa el estado E9, el cual esta encargado de retroceder al cilindro A.

    Y por último al ser accionado a0 pasamos al estado E0 el cual es la espera de accionamiento. Aquí es donde el operario saca la pieza mecanizada y la reemplaza por otra a mecanizar.

    Si bien acá se da una explicación de cómo es el trabajo del diagrama de estado podemos fijarnos que además existen tres estados mas que serian el estado E10, E11 y E12, estos estados son utilizados siempre y cuando el operario utilice la parada de emergencia ya que son los estados que me otorgan la seguridad del operario y de que todos los elementos volverán a sus posiciones iniciales.

    Durante el proceso puede ocurrir cualquier problema por lo cual podemos oprimir el botón de la parada de emergencia FM, como vemos este botón puede ser oprimido en cualquier estado o etapa de nuestro proceso. Al ser oprimido FM nuestro programa salta inmediatamente hacia el estado E10 dejando a todos los solenoides sin señales eléctricas por lo cual los motores gracias a sus válvulas se apagan de inmediato, luego el estado E10 se encarga de retroceder al Cilindro B y D.

    Cuando se activan los sensores b0 y d0 se pasa al siguiente estado E11 el cual se encarga de regresar el cilindro C.

    Y por último al ser activado el sensor c0 se pasa al estado E12 el cual tiene la responsabilidad de devolver al cilindro A a su estado inicial. Cuando se activa el sensor a0, se llega nuevamente al estado E0 el cual es nuestra espera de accionamiento.

    Al pasar por la parada de emergencia se sigue con una lógica de apagado para asegurar la seguridad del operador. Primero se deben apagar los motores, luego se retroceden los cilindros B y D, luego el cilindro C y por último el cilindro A.

    Diagrama Ladder

    A continuación tenemos el lenguaje Ladder, donde se encuentra claramente definidas las entradas y las salidas a controlar.

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    Variables del lenguaje Ladder

    E0

    Estado 0

    E1

    Estado 1

    E2

    Estado 2

    E3

    Estado 3

    E4

    Estado 4

    E5

    Estado 5

    E6

    Estado 6

    E7

    Estado 7

    E8

    Estado 8

    E9

    Estado 9

    E10

    Estado 10

    E11

    Estado 11

    E12

    Estado 12

    Emerg

    Botón de emergencia

    S1

    Solenoide 1 salida cilindro A

    S2

    Solenoide 2 retroceso cilindro B

    S3

    Solenoide 3 salida cilindro A

    S4

    Solenoide 4 retroceso cilindro B

    S5

    Solenoide 5 salida cilindro C

    S6

    Solenoide 6 retroceso cilindro C

    S7

    Solenoide 7 salida cilindro D

    S8

    Solenoide 8 retroceso cilindro D

    S9

    Solenoide 9 motor del taladro

    S10

    Solenoide 10 motor del escariador

    S11

    Solenoide 11 válvula reguladora caudal

    Descripción de Estados

    E0

    Espera de accionamiento

    E1

    Salida del cilindro A

    E2

    Salida rápida del cilindro B, cilindro A mantiene posición, encendido del motor del taladro.

    E3

    Salida lenta del cilindro B( efectúa la mecanización de la pieza), cilindro A mantiene posición, encendido del motor del taladro.

    E4

    Retroceso del cilindro B, cilindro A mantiene la posición, se apaga el motor del taladro.

    E5

    Salida del cilindro C, cilindro A mantiene la posición,

    E6

    Salida del cilindro D, cilindro C mantiene posición, cilindro A mantiene posición, encendido del motor del escariador.

    E7

    Retroceso del cilindro D, cilindro C mantiene posición, cilindro A mantiene posición, encendido del motor del escariador.

    E8

    Retroceso del cilindro C, cilindro A mantiene posición, apagado del motor del escariador.

    E9

    Retroceso del cilindro A

    E10

    Si se aplica la parada de emergencia, retroceso cilindro B, retroceso cilindro D.

    E11

    Si se aplica la parada de emergencia, retroceso del cilindro C

    E12

    Si se aplica la parada de emergencia, retroceso del cilindro A

    Cálculos para selección de elementos

    Se requiere saber las dimensiones de cada elemento que participara de nuestro proceso para llevar a cabo una selección de estos por catálogos.

    Dimensiones de la Pieza Mecanizada

    Dimensiones de la pieza

    • Largo 90 [mm]

    • Alto 100 [mm]

    • Ancho 50 [mm]

    Diámetro perforación

    • 10 [mm]

    Procesos de Mecanizado Taladrado

    Se llama taladrar a la operación de mecanizado que tiene por objeto producir agujeros cilíndricos en una pieza cualquiera, utilizando como herramienta una broca.

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    • Movimiento fundamental de avance:

      • Rectilíneo

      • En general herramienta

    • Movimiento fundamental de corte:

      • Rotativo

      • En general herramienta

    • Ventajas:

      • Corte continuo: Estabilidad. Favorable para las herramientas

    • Problemática fundamental:

      • Extracción de la viruta del agujero (el material se arranca en el fondo)

    • Broca helicoidal

      • Ranuras helicoidales: permiten que deslice por ellas la viruta generada en el fondo

      • Filos de corte: en el extremo de la herramienta

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    Proceso de Escariado

    Se llama escariado a una operación de mecanizado que se realiza para conseguir un acabado fino y de precisión en agujeros que han sido previamente taladrados con broca a un diámetro ligeramente inferior.

    • La mayoría de escariadores son cilíndricos, pero también existen escariadores cónicos y para dimensiones especiales existen escariadores extensibles, que permiten escariar agujeros a otras dimensiones fuera de las normales.

    • Antes de pasar un escariador por un agujero, tiene que haber sido taladrado previamente, dejando un espesor pequeño para remover con el escariador. Este espesor depende del diámetro que tenga el agujero y del material que tenga la pieza donde está situado el agujero.

    • El escariado puede realizarse a mano, en un torno, en una fresadora o en una taladradora.

    Cálculos de Cilindros

    Para el cálculo de cilindros se necesita saber la fuerza real que ejercerán y se necesita verificar si los cilindros pueden efectuar pandeo cuando son utilizados. Por lo que tendremos:

    La mayor fuerza que deben soportar los cilindros es de 3500[N] y considerando una carrera de 200[mm]. Podemos obtener del catálogo Roemheld un cilindro hidráulico modelo 1283-025.

    Las fórmulas utilizadas para realizar la selección adecuada de los cilindros serán:

    a) 'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    b) 'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    c)

    d)

    Siendo:

    Fts: Fuerza teórica de avance [N].

    D: Diámetro del émbolo [mm].

    F: Fuerza real [N].

    µ: Factor de rozamiento (µ = 0.85 cuando D=< que 40 [mm] y µ = 0.95 cuando D > a 40 [mm]).

    Fk: Fuerza de pandeo [N].

    E: Módulo de elasticidad 2,1*105 [N/mm2].

    J: Momento de inercia [mm4].

    L: Largo de la carrera del cilindro [mm] = 2*l.

    d: Diámetro del vástago [mm].

    Por lo tanto, con la carga de 10,41 [kN] se produciría el pandeo en el cilindro. Como en este caso la fuerza real de 3,3 [kN], no se produce pandeo, por lo tanto el cilindro no debería presentar problemas para la operación de taladrado y escariado en planchas delgadas.

    Fuerza teorica de avance

    3,9 [kN]

    Fuerza real

    3,3 [kN]

    Fuerza de pandeo

    10,4[kN]

    Selección de Caudal

    Q= caudal [lt/min]

    A= área 'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    V= velocidad del cilindro

    Q = 0,88 [lt/min]

    Suponiendo una velocidad de avance del cilindro de 3 [cm/s]

    NOTA: la velocidad de 3 [cm/s] esta relacionada con la viscosidad del aceite.

    En el punto donde se elige el aceite, se adjunta la tabla de viscosidades y velocidades.

    Selección de Aceite

    Se utilizara el aceite hidráulico multigrado Tellus Oil T 46, Shell, donde su especificación es según la norma alemana DIN 51524.

    Sus características son las siguientes:

    Tellus T

    15

    22

    32

    37

    46

    68

    100

    Metodo ASTM

    Grado ISO

    15

    22

    32

    37

    46

    68

    100

     

    Tipo Aceite ISO

    HV

    HV

    HV

    HV

    HV

    HV

    HV

    D-445

    a 40ºC, cSt

    15

    22

    32

    37

    46

    68

    100

     

    a 100ºC, cSt

    3,8

    4,9

    6,3

    6,9

    8,1

    11

    15

     

    Índice de Viscosidad

    150

    150

    150

    150

    150

    150

    150

    D-2270

    Densidad a 15ºC, kg/lt

    0,87

    0,87

    0,88

    0,88

    0,88

    0,88

    0,89

    D-1298

    Punto inflamación ºC

    160

    170

    170

    220

    210

    230

    220

    D-93

    Punto de escurrimiento ºC

    -42

    -40

    -40

    -39

    -39

    -36

    -30

    D-97

    Selección de Bomba

    : Rendimiento global [-].

    : Rendimiento volumétrico [-].

    : Rendimiento mecánico [-].

    : Rendimiento hidráulico [-].

    : Caudal de la bomba [lt/min].

    : Potencia de la bomba [W].

    El caudal en el sistema es de 0,35 [lt/min]

    Para compensar fugas en las válvulas y compresibilidad del aceite se incrementa el caudal de la bomba en un 5%.

    =0,924 [lt/min]

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    Con el caudal calculado anteriormente, y con las revoluciones del motor (1500 rpm) se obtiene la cilindrada de la bomba.

    Se calcula la potencia teórica P de consumo de la bomba, para esto es necesario calcular primero la potencia hidráulica:

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'

    'Diseo de un sistema oleohidrulico'
    =0,22 HP

    Con los datos calculados anteriormente se selecciona la bomba de pistones radiales de cilindrada constante.

    Selección de Depósitos

    La mayoria de los depositos se proyectan para capacidades de aceite que oscilan entre las 2,5 y las 4 veces el caudal de la bomba. Ademas, la temperatura del aceite no debe superar los 65ºC aproximadamente.

    Volumen de aceite = 4 * Caudal

    Volumen del Tanque = Volumen del aceite * 1,3

    Por lo tanto el depósito tendrá un volumen igual a 5[lt]

    Selección de Motores y Tuberías

    Tuberías

    Tenemos un caudal de 6,6 [cm3/s] por lo cual las tuberías que se necesitaran serán las siguientes:

    Tuberías de alimentación v = 0,5[m/s]

    Tuberías de presión (v = 3,5 [m/s])

    Tuberías de retorno (v = 1,5 [m/s])

    Motores Hidráulicos

    Usando un material 1020 con resistencia igual a 50 [Kg/mm^2]

    Taladro

    Velocidad de Corte 30-40 [m/min]

    Escariado

    Velocidad de Corte 8-12 [m/min]

    Para seleccionar los motores hidráulicos del taladro y del escariador escogeremos un motor de 4 hp ya es que este es el de menor potencia que existe en el mercado. Además podemos obtener la potencia requerida para el sistema sin sobrepasar nuestra potencia entregada por el motor de la bomba.

    Elementos seleccionados

    • Válvula direccional 4/3, centro cerrado, centrada por resorte, activada por solenoide, 24 Volt corriente continua. (Anexo A)

    Marca

    Vickers

    Código

    12C 20

    Nº Catalogo

    DG4S-4-012C-U-H-60

    • Válvula limitadora de presión (Anexo B)

    Marca

    Atos

    Código

    03224100-9

    Nº Catalogo

    ARE-15-150

    Presión Max

    3600 psi

    Caudal

    12 [gal/min]

    • Válvula reguladora de presión (Anexo C)

    Marca

    Atos

    Código

    0324130-0

    Nº Catalogo

    AGIR-10/350

    Presión Max

    3500 [bar]

    Caudal

    160 [lt/min]

    Regulación

    120-5145 psi

    • Válvula antiretorno (Anexo D)

    Marca

    Vickers

    Código

    0325467-4

    Nº Catalogo

    DT8P1

    Presión Max

    210 [bar]

    Caudal

    75 [lt/min]

    • Bomba (Anexo E)

    Marca

    Vickers

    Código

    0301180-1

    Nº Catalogo

    V10-1P1P-1A20

    Potencia

    2 [hp]

    RPM

    1500

    • Motores hidráulicos (Anexo F)

    Marca

    EATON

    Código

    0310504-0

    Nº Catalogo

    101-1002-009

    Presión Max

    123 [bar]

    Cilindrada

    4,5 [pulg^3/rev]

    • Motor Eléctrico (Anexo G)

    Marca

    LEESON

    Código

    39631

    Potencia

    0.25 [HP]

    RPM

    1500

    • Válvula de seguridad para Manómetro (Anexo H)

    Marca

    Parker

    Código

    0326001-1

    Catalogo

    UC-6I1486

    Presión máx.

    500 [psi]

    • Manómetro (Anexo I)

    Marca

    Parker

    Código

    0326031-3

    Catalogo

    ULPGC0831160

    Presión máx.

    0-2000 [psi]

    • Cilindros Oleohidráulico (Anexo J)

    Marca

    Roemeheld

    Modelo

    1283-025

    D pistón

    25 [mm]

    d vástago

    16 [mm]

    Carrera

    200 [mm]

    • Aceite (Anexo K)

    Tellus T

    15

    22

    32

    37

    46

    68

    100

    Método ASTM

    Grado ISO

    15

    22

    32

    37

    46

    68

    100

     

    Tipo Aceite ISO

    HV

    HV

    HV

    HV

    HV

    HV

    HV

    D-445

    a 40ºC, cSt

    15

    22

    32

    37

    46

    68

    100

     

    a 100ºC, cSt

    3,8

    4,9

    6,3

    6,9

    8,1

    11

    15

     

    Índice de Viscosidad

    150

    150

    150

    150

    150

    150

    150

    D-2270

    Densidad a 15ºC, kg/lt

    0,87

    0,87

    0,88

    0,88

    0,88

    0,88

    0,89

    D-1298

    Punto inflamación ºC

    160

    170

    170

    220

    210

    230

    220

    D-93

    Punto de escurrimiento ºC

    -42

    -40

    -40

    -39

    -39

    -36

    -30

    D-97

    • Filtros (Anexo L)

    Marca

    Vickers

    Código

    361420-4

    Catalogo

    OFPO65-2BAG3A1011

    Conclusiones

    Los objetivos definidos desde un inicio del trabajo se han cumplido ampliamente. En general se dispone con la presentación del problema, la solución a este dando a conocer un circuito oleohidráulico con un detalle de cada uno de sus elementos, constando además de una parada de emergencia, diagrama eléctrico, automatización del sistema controlada por PLC y una pequeña reseña de catálogos que existen en el mercado.

    Se genero un sistema oleohidráulico lo mas sencillo posible para generar un proyecto de bajo costo económico. Todos los elementos del sistema que fueron escogidos están por sobre los cálculos hechos, dejando la posibilidad de actualizar o agrandar este proceso de taladrado y escariado.

    Hemos hecho nuestro trabajo en base al Software Automation Studio 5.0 generando un programa para la automatización de nuestro proyecto. Se utilizo el lenguaje Ladder ya que es muy sencillo de utilizar y no se requiere de cursos muy avanzados para aprender, haciendo esto también muy favorable la economía del proyecto.

    Por ultimo se desea comentar que durante la realización de este trabajo se tenido que investigar de manera intensa. Gracias a esta forma de investigar hemos podido lograr llevar a cabo este proyecto. Las investigaciones se basaron en la utilización del programa Automation Studio 5.0, generación de sistemas oleohidráulicos, cálculos necesarios para la implementación de un sistema oleohidráulico, taller de mecanizado, entre otros.

    Por ultimo, acá entregamos un trabajo en el cual se puede llevar a cabo un proyecto de forma sencilla y económica en base al taladrado y escariado de placas delgadas.

    Anexos

    • Anexo A

    • Anexo B

    • Anexo C

    • Anexo D

    • Anexo E

    • Anexo F

    • Anexo G

    • Anexo H

    • Anexo I

    • Anexo J

    • Anexo K

    • Anexo L

    • Anexo M

    Mandos y Control

    65

    (11)

    (13)

    (17)

    PM

    P.M.

    E.A.

    E0

    E1

    A+

    a1

    A+, B+ (rápido), E.M.T

    A+, B+ (lento), E.M.T

    E2

    b2

    E3

    b1

    E4

    b0

    E5

    C+, A+, A.M.T

    B-, A+, E.M.T

    E6

    D+, C+, A+, E.M.E

    C1

    E7

    d1

    D-, C+, A+, E.M.E

    E8

    C-, A+, A.M.E

    d0

    E9

    A-

    c0

    a0

    E0

    a0

    EM

    A-

    EM

    EM

    EM

    EM

    EM

    EM

    EM

    EM

    b0

    d0

    E10

    E11

    E12

    c0

    C-

    B-

    D-

    (1)

    (2)

    (3)

    (4)

    (5)

    (6)

    (7)

    (8)

    (11)

    (22)

    (23)

    (14)

    (15)

    (16)

    (17)

    (18)

    (19)

    (24)

    (24)