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PROYECTO CINTA TRANSPORTADORA

PROFESOR: D AVID G ONZÁLEZ. HTTPS:// WWW. YOUTUBE.COM/ USER/ PLANCHIBUS C URSO: 1º B ACH C ALUMNOS: -

ALEJANDRO MATEO JIMÉNEZ

-

JOSÉ SERANO DÍAZ

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JUAN FRANCISCO ÁLVAREZ OLMOS

PROMOCIÓN: 2012/2013

ÍNDICE 1. I NTRODUCCIÓN 2. FUNCIONAMIENTO 3. ELEMENTOS EMPLEADOS 3.1 SENSORES DE DISTANCIA SHARP 3.2 SENSORES DE REFLECTANCIASHARP 3.3 MOTOR REDUCTOR 3.4 SERVOMOTOR 3.5 CILINDRO NEUMÁTICO 3.6 VÁLVULA 5/2 3.7 REGULADORA DE CAUDAL 3.8 RODAMIENTOS 4. ESQUEMA NEUMÁTICO 5. CÁLCULOS REALIZADOS 6. APLICACIONES REALES 6.1 RODILLOS SUPERIORES E INFERIORES 6.2 TAMBOR MOTOR Y CONDUCIDO 6.3 MOTOR Y TIPO DE TRANSMISIÓN HABITUAL 6.4 FORMA DE TENSAR LA BANDA 7. PROBLEMAS SOLVENTADOS 8. FOTOGALERÍA

1. Introducción

Las cintas transportadoras son utilizadas en multitud de aplicaciones. En nuestro proyecto en concreto, hemos utilizado la cinta transportadora para poder transportar las cajas desde el dispensador hasta el elevador. Durante el trayecto las cajas son seleccionadas y repartidas según su color y tamaño. Breve historia sobre las cintas transportadoras

Las primeras cintas transportadoras que se conocieron fueron empleadas para el transporte de carbón y materiales de la industria minera. El transporte de material mediante cintas transportadoras, data de aproximadamente el año 1795. La mayoría de estas tempranas instalaciones se realizaban sobre terrenos relativamente plano, así como en cortas distancias. El primer sistema de cinta transportadora era muy primitivo y consistía en una cinta de cuero, lona, o cinta de goma que se deslizaba por una tabla de madera plana o cóncava. Este tipo de sistema no fue calificado como exitoso, pero proporciono un incentivo a los ingenieros para considerar los transportadores como un rápido, económico y seguro método para mover grandes volúmenes de material de un lugar a otro. Durante la Segunda Guerra Mundial, los componentes naturales de los transportadores se volvieron muy escasos, permitiendo que la industria de goma se volcara en crear materiales sintéticos que reemplazaran a los naturales. Desde entonces se han desarrollado muchos materiales para aplicaciones muy concretas dentro de la industria, como las bandas con aditivos antimicrobianos para la industria de la alimentación o las bandas con características resistentes para altas temperaturas.

Las ventajas que tiene la cinta transportadora son: Permiten el transporte de materiales a gran distancia Se adaptan al terreno Tienen una gran capacidad de transporte Permiten transportar un variedad grande de materiales Es posible la carga y la descarga en cualquier punto del trazado Se puede desplazar No altera el producto transportado

2. Funcionamiento

Las cajas, provenientes del dispensador, entrarán al extremo izquierdo de la cinta gracias a que un cilindro neumático de doble efecto las ha empujado. Las cajas serán de tamaños y colores aleatorios. Las cajas tienen una misma base, pero diferente altura y caen de lado en la cinta. Al comienzo de la cinta nos encontramos con 3 sensores. El primero de ellos es un sensor de distancia analógico Sharp ‘’0A41SK F97’’, el segundo de ellos es un sensor de reflectancia QTR1A y el último de ellos otro sensor de distancia, pero en este caso es digital Sharp ‘’GP2Y0D810Z0F’’. Más adelante, se encuentra otro sensor analógico Sharp ‘’0A41SK F97’’. Los dos sensores de distancia que se encuentran al comienzo de la cinta están separados una distancia un poco menor que la de la caja de mayor tamaño, pero de tamaño superior al de las cajas pequeñas. De esta manera somos capaces de detectar si la caja es grande o pequeña.

Entre los dos sensores de distancia, y a menor altura, se sitúa el sensor de reflectancia. El funcionamiento de los sensores es sencillo: cuando la caja avanza por la cinta, pasa el primer sensor sin que éste capte nada, sin embargo, una vez detectada la caja por el segundo sensor de distancia, éste envía la señal al primer sensor: Si no detecta caja, se tratará de una caja de pequeño tamaño (por lo que el sensor no mandarán ninguna señal al último sensor, haciendo que éste permita el paso de la caja sin detener la cinta y haciendo que pase al elevador); si detecta caja, se tratará de una caja de gran tamaño (y el sensor mandará la señal al último sensor de detener la cinta cuando detecte una caja). Una vez detenida la cinta, el cilindro de doble efecto será el encargado de expulsar la caja fuera de la cinta, y hacerla caer en la plataforma en la que el servo toma el papel de clasificarlas según su color. Esto es gracias al sensor de reflectancia situado al comienzo que, al detectar si la caja es negra o blanca, manda la señal al servo para que éste gi re haci a derechas o haci a i zquierdas según el color de la caja (clasificándolas de este modo según su co lor por separado ). 3. Elementos empleados 3.1. Sensores de distancia Sharp 3.1.1 Sensores de distancia analógicos Sharp ‘’0A41SK F97 ’’

i f j , i, f iodo. Los sensores Sharp tienen Se trata ídei un receptor : de rayos n rarro os es dec r un otod caracter st cas como i Rango de detecc ón Una interfaz adaptable Salida analógica que so lo puede conectarse a un conve rtidor de analógico a digital Salida que puede ser conectada a un comparador de umbral de detección 3.1.2 Sensores de distancia digitales Sharp ‘’GP2Y0D810Z0F’’

Son comúnmente utilizados en robótica para detectar objetos u obstáculos y para medición de distancias. Aquí tenemos un caso de un pequeño robot que utiliza un sensor digital Sharp.

Los sensores de distancia Sharp son una opción popular para muchos proyectos que requieren de mediciones precisas de distancia y son muy económicos. En nuestra vida cotidiana los sensores de distancia tienen muchas aplicaciones, como por ejemplo en los coches que aparcan automáticamente o en parkings para señalizar si una plaza está libre u ocupada (Thader). 3.2. Sensor de reflectancia Sharp QTR-1A

Este pequeño módulo puede ser montado casi en cualquier sitio y es perfecto para la detección de bordes y seguimiento de líneas. La salida está diseñada para ser medida poruna línea digital I / O.

El sensor de reflectancia QTR-1RC lleva un LED infrarrojos y un par de fototransistores. El fototransistor utiliza un circuito de descarga del condensador que permite a una línea digital I/O en un microcontrolador tener una lectura analógica del IR reflejado, midiendo el tiempo de descarga del condensador. Un menor tiempo de descarga del condensador es un indicio de una mayor reflexión. Gracias a su pequeño tamaño, las unidades múltiples se pueden disponer fácilmente para adaptarse a diversas aplicaciones, tales como la de detección de líneas y detección de bordes/proximidad.

Aquí podemos observar la posición de los tres primeros sensores del proyecto. De izquierda a derecha: sensor de distancia analógico, sensor de reflectancia y sensor de distancia digital.

Vista inferior de los tres sensores. Podemos apreciar que han sido colocados mediante bridas y soportes fabricados con madera. Los soportes azules corresponden con los dos sensores de distancia (separados entre sí una distancia menor a la de la caja mayor) y el soporte rojo corresponde al sensor de reflectancia.

Vista aérea de los tres sensores al comienzo de la cinta.

El último de nuestros sensores corresponde a un sensor analógico y es el encargado de detener la cinta cuando detecte una caja grande y así poder expulsarla. Ha sido colocado con un soporte de madera azul y anclado mediante bridas. Ejemplo industrial del uso de estos sensores para medir tamaños

3.3. Motor reductor de engranajes 462 rpm a 4.5v

Los motores de corriente continua más comunes son actuadores muy potentes que giran a demasiada velocidad como para poder utilizarlos en muchas aplicaciones robóticas. Por esa razón se emplean los reductores habitualmente basados en engranajes. Los reductores de engranajes son aquellos en que toda la transmisión mecánica se realiza por pares de engranajes de cualquier tipo excepto los basados en tornillo sin fin. Sus ventajas son el mayor rendimiento energético, menor mantenimiento . y menor tamaño

En las fotografías se aprecia el motor reductor usado en nuestro proyecto, que transmite su movimiento circular ya reducido de velocidada través de dos poleas unidas mediante una correa (elástico). De esta forma conseguimostransformar el movimiento circular uniforme inicial en un movimiento rectilíneo continuo (e l de la cinta).

Los motorreductores son muy utilizados en las industrias. Son apropiados para el accionamiento de toda clase de máquinas y aparatos de uso industrial, que necesitan reducir su velocidad de una forma segura y eficiente. Los motorreductores se suministran normalmente acoplando a la unidad reductora un motor eléctrico normalizado asincrónico tipo jaula de ardilla, totalmente cerrado y refrigerado por un ventilador. Los engranajes, casquillos y rodamientos de los reductores y motorreductores están lubricados, habitualmente por inmersión o impregnados en la grasa lubricante alojada en la carcasa principal. Por lo tanto, el mantenimiento pasa por revisar el nivel de aceite antes de la puesta en marcha. La carcasa posee visibles tapones de llenado, nivel y drenaje del lubricante, que deben estar bien sellados. Debe mantenerse especialmente limpio el orificio de ventilación. 3.4. Servo Motor digital MODELCRAFT

Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Un servomotor es un motor eléctrico que consta con la capacidad de ser controlado, tanto en velocidad como en posición.

En nuestro proyecto, el servo es utilizado para separar las cajas blancas de las negras (una vez que el cilindro las ha expulsado de la cinta) y distribuirlas a derechas o a izquierdas. Al servo (flecha roja) está unida una pieza de madera fabricada especialmente para realizar la función de distribuidora (flecha azul). Un servomotor es un motor especial al que se ha añadido un sistema de control (tarjeta electrónica), un potenciómetro y un conjunto de engranajes. Con anterioridad los servomotores no permitían que el motor girara 360 grados, solo aproximadamente 180; sin embargo, hoy en día existen servomotores en los que puede ser controlada su posición y velocidad en los 360 grados. Los servomotores son comúnmente usados en modelismo como aviones, barcos, helicópteros y trenes para controlar de manera eficaz los sistemas motores y los de dirección.

Como podemos observar en las imágenes, los servos son muy utilizados en aeromodelismo ya que permiten en óptimo control de alerones y el timón.

3.5. Cilindro neumático de doble efecto

La fuerza ejercida por el aire comprimido expulsa al émbolo, en cilindros de doble efecto, a realizar movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza útil tanto en la ida como en el retorno. Los cilindros de doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene que realizar una misión también al retornar a su posición inicial. En principio, la carrera de los cilindros no está limitada, pero hay que tener en cuenta el pandeo y doblado que puede sufrir el vástago salido.

El cilindro de doble efecto utilizado en nuestro proyecto es accionado por aire a pr esión a 6 bares (6atm) y expulsa las cajas grandes de la cinta.

SÍMBOLO

Cuando el aire entra al cilindro por la izquierda, el vástago sale y el aire es expulsado por la derecha (Flechas Rojas). Cuando el aire entra por la derecha, el vástago se recoge y el aire es expulsado por la izquierda (Flechas Azules). Los cilindros neumáticos tienen multitud de aplicaciones (tanto en industrias como en nuestra vida cotidiana) P.EPuertas neumáticas de los autobuses. De entre la gran cantidad de aplicaciones que tienen en las industrias, cabe mencionar su uso para transportar, para alimentación de objetos, para sujetar, para girar y voltear, para estampar y doblar, para alimentación de flejes, etc.

Volteado mediante cilindros Puerta de un autobús 3.6. Válvula 5/2 accionamiento eléctrico/muelle

La válvulas distribuidoras se encargan de distribuir el aire en una dirección u otra, según estén activadas o en reposo. Las válvulas son utilizadas en cualquier circuito neumático para el envío de aire a diferentes elementos según su estado. La utilizada en nuestro proyecto es una válvula 5/2 activada a través de corriente eléctrica y con un retorno automático mediante un muelle. Gracias a sus dos salidas (A y B) podemos conseguir que el aire (P) pueda entrar al cilindro por una u otra de sus vías (haciéndolo salir o recogerse).

A

B

+

S

R P

A

B

R

S P

3.7. Reguladora de caudal

Hay dos tipos: -Válvula reguladora bidireccional: Regula la cantidad de aire en ambos sentidos. La regulación se realiza a través de un tornillo exterior. -Válvula reguladora unid irecc iona l: Sirve para regul ar el caudal del aire, en una sola dirección, mediante un tornillo exterior. Si el aire ci rcul a en sentido contrario, la presión levanta la junta, dejando el paso libre. El aire entra por la flecha ro ja y sa le a menorve loc idad por la flecha roja SÍMBOLO

En esta parte del proyecto no ha si do necesari o el uso de reguladora de caudal debido a que la ve locidad con l a que salí a y entraba el vástago eral a adecuada y nos servía para realizar el traba jo que deseábamos. En otras partes como el di spensador, sí que fue necesario su uso para controlar tanto la salida como la entrada de l vástago . 3.8. Rodamientos

Es un tipo de cojinete, un elemento mecánico que reduce la fricción entre un eje y las piezas conectadas a éste por medio de rodadura, que le sirve de apoyo y facilita su desplazamiento. En el proyecto hemos utilizado los rodamientos en los ejes de los tambores, para permitir que los ejes no estén fijos, sino que sean móviles.

Gif Explicativo sobre el funcionamiento de rodamientos:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/30/BallBearing.gif

4. Esquema neumático-eléctrico que se ha empleado

Foto 1

Foto 2 +24V 1

+24V 1

v=0

v=0

4

4 Y1

2

Y1

Y1

2

Y1 5

5

3

3 1

1 0V

0V

Explicación: Foto 3

+24V 1 v=0

Y1

4

2

5

3

Y1 1

0V

En la foto 1, la válvula está en reposo, por lo que la presión va directamente desde 1 (toma de presión) hasta la salida 2 (que es la encargada del retorno del vástago). En la foto 2, cuando cerramos el circuito eléctrico, se pilota la válvula por la izquierda. De este modo se cambia su estado y permite al aire salir por la vía 4 (permitiendo la salida del vástago y que el aire se expulse al exterior por 3, el escape). Al dejar de suministrar electricidad, la válvula deja de pilotarse y vuelve a su estado inicial de reposo (con el respectivo vástago del cilindro recogido).

En la foto 3, tenemos una alternativa para situaciones en las que no dispongamos de una toma de corriente eléctrica. Gracias a que la válvula posee un interruptor, podemos activarla manualmente ya que hace la función de pulsador (al estar pilotada, ocurriría lo explicado en el punto anterior).

5. Cálculos

1)Fuerza de avance y retroceso del Cilindro

Datos 2

P= 6 atm = 6 kp/cm D= 27 mm = 2.7 cm d= 12 mm = 1.2 cm

2) Velocidad del motor (en rad/s)

Datos Velocidad motor = 462 rpm Velocidad en Rad/s = ?

1 revolución2 rad 462 revoluciones X X = 462 * 2

= 2902.8 rad / min2902.8 rad / 60 = 48.38 rad/s

3) Velocidad del eje del tambor

Datos Diámetro Polea Tambor = 58 mm = 5.8 cmRadio polea motor = 2.9 cm Diámetro Polea Motor = 35 mm = 3.5 cmRadio polea tambor = 1.75 cm N1 (Motor) = 48.38 rad/s

4) Velocidad tangencial (velocidad lineal de la cinta)

Datos Diámetro Tambor = 34 mm = .0.034 mRadio Tambor = 0.017 m

N = 29.19 Rad/s 

6. Aplicaciones Reales 6.1. Rodillos superiores e inferiores

Los rodillos son utilizados para mejorar el deslizamiento de la cinta a través de todo su recorrido. Podemos encontrar tanto rodillos en la parte superior como en la inferior, ya que es necesario que cuando la cinta vuelva por debajo también disponga de rodillos que la tensen y donde apoyarse.

RODILLOS En nuestro caso, los rodillos son móviles y no son accionados por ningún elemento motriz (es decir, solo sirven de apoyo), pero existen otro tipo de rodillos que giran individualmente y no necesitan de una cinta. Son los llamados ‘’transportadores de rodillos’’ (consiste en un dispositivo que, como su nombre indica, utiliza rodillos metálicos para facilitar el manejo y traslado de una gran diversidad de objetos).

1.1 Tipos de rodillos -Rodillos guía

-Rodillos amortiguadores

-Rodillos helicoidales -Rodillos de plástico

Los rodillos pueden colocarse de forma estratégica (ver imagen) para permitir que la correa tenga forma cóncava. Esto es muy útil cuando el objeto a transportar podría caerse de la cinta si esta fuese recta y de esta forma evitamos el uso de barreras. 6.2. Tambor motor y conducido

Podemos observar el tambor motor de nuestro proyecto ( 1ª f oto) y dif erentes ej emplos de tambores motores usados en la industria. Están conecta dos a un motor que les transmite la energía, al deslizarse la correa sobre ellos se transforma la energía circular en rectilínea.

TAMBOR MOTOR

TAMBOR CONDUCIDO

6.3. Motor y tipo de transmisión habitual en estos casos

El tipo de transmisión usada en nuestro proyecto es a través de un conjunto de engranajes (que reducen la velocidad) y un par de poleas (que llevan el giro del motor desde el eje del motor hasta el eje del tambor motriz).

Los elementos de transmisión más usados suelen ser correas industriales, poleas, bujes, cadenas – piñones, cadenas de charnelas y cadenas dentadas.

Cadenas de charnelas

Cadenas y correas dentadas

6.4. Forma de tensar la banda Aunque, en la práctica, el tensado de las cintastransportadoras se suele determinar (a menudo) tocándolas,resulta importante asegurarse de que el tambor motrizpueda accionar la cinta sin que se produzca deslizamiento,incluso trabajando con la máxima carga.Debido a que las cintas transportadoras sintéticas se relajantras el primer alargamiento, la fuerza tensora efectivadisminuye durante un periodo de rodaje de varias horas,hasta que la fuerza permanezca constante.Es importante que, ya en la misma instalación, la cintase haya tensado suficientemente para garantizar unfuncionamiento sin deslizamiento tras la fase de relajación.Por lo tanto, resulta importante realizar un procedimiento destensado correcto y observar un mínimo alargamiento inicial.

En las fotos podemos apreciar los distintos mecanismos que son utilizados para tensar la correa o cinta. Asimismo la cinta ha de estar correctamente alineada para un óptimo funcionamiento.

Ejemplos de aplicaciones de las cintas transportadoras -En diferentes sectores de la industria:

-En la minería para transportar la mena:

-En la industria alimentaria:

-En la fabricación de botellas o envases de todo tipo:

-En supermercados:

-En supermercados:

-En aeropuertos:

-En restaurantes japoneses:

7.

Problemas solventados

Problema 1: ¿Por qué está el motor en esa solución y no en el lado contrario? -Primeramente el motor se encontraba en la posición contraria la actual pero descubrimos (mediante la práctica) que la cinta se sobreponía en la barrera lateral que habíamos colocado para guiar correctamente la cinta. Este problema se debía a que si la cinta iba en ese sentido, el tambor motriz no ‘’tiraba de ella’’, por lo que la fricción era menor entre el tambor y la cinta (y ésta última se ondulaba al pasar el tambor). La solución fue cambiar el sentido de giro del tambor motriz (lo que supuso que tuviéramos que modificar las barreras para poder cambiar de posición el cilindro neumático). Una vez intercambiado el sentido, la cinta tenía un recorrido recto y sin problemas. Problema 2: Material Banda Transportadora Tras probar con varios materiales (entre los que se encuentran tela, cinta elástica y una recámara de bicicleta abierta en canal) descubrimos que ninguno se adaptaba a nuestras necesidades. Con la tela teníamos el problema de que no conseguía obtener el rozamiento adecuado para que la cinta circulase sin problemas, por lo que decidimos no usar este material. Al usar la cinta elástica tenías el problema opuesto, debido a que estaba demasiado tensa no giraba de manera óptima. Pensábamos que la recámara de bicicleta podía ser una buena opción, debido a que la goma es un material capaz de mantener una cierta tensión. Al principio usamos una cortada en canal, pero no fue útil, debido a que para unirla teníamos que usar grapas y éstas entrecortaban el movimiento de la cinta al chocar con los rodillos. Finalmente al usar otra recámara (en este caso sin abrir) conseguimos el objetivo deseado al pegar ambos extremos con pegamento (que no entorpecía el paso por los tambores). Problema 3: ¿Por qué solo hay rodamientos en uno de los tambores? Realmente en nuestro proyecto hay rodamientos en ambos tambores (motriz y conducido) aunque, en realidad, en el conducido no hubiera sido necesario. Esto se debe a que el único tambor en el que es necesario que el eje sea móvil es en el motor motriz (aunque en este caso, el tambor ha de estar pegado a su eje). En el extremo opuesto, el tambor conducido no necesita rodamientos ya que su eje no tiene por qué girar (sin embargo, el tambor no está fijo al eje, sino que puede girar libremente). Problema 4: ¿Por qué llevan los tambores valonas? Las valonas son las piezas circulares de madera (de diámetro superior al del tambor) que están pegadas a sus dos opuestos. Su función es la de impedir que la cinta o correa se salga de su trayectoria. Si no estuvieran las valonas, es muy probable que, al

accionar la cinta, ésta se iría desviando poco a poco hasta terminar por chocar con las paredes laterales (con el posterior efecto de formar pliegues). Problema 5: ¿Por qué hay tantos rodillos? Decidimos colocar tantos rodillos (superiores e inferiores) debido a que además de ayudarnos como soporte de la cinta (en la que ésta se sustenta), son los encargados de hacer que la cinta avance de una manera recta y sin ‘’trompicones’’ ya que, al estar todos colocados correctamente alineados y a una distancia equidistante unos de otros, consiguen que el movimiento de la cinta sea el adecuado. Además nos sirven para poder tensar la cinta y hacer que tenga un mejor rozamiento. *Problema 6: ¿Por qué colocamos una guía interior en la cinta? Al descubrir que las cajas debían caer de una forma determinada al siguiente nivel del proyecto (elevador) nos vimos en el problema de que no todas las cajas caían del mismo modo y en la misma posición. Por lo que necesitábamos solventar urgentemente este problema para un buen funcionamiento del elevador. La respuesta a nuestros problemas la encontramos en la colocación de una guía interior que nos permitía conseguir que todas las cajas consiguieran llegar al final de la cinta en la misma posición.

8. FOTOGALERÍA DEL PROYECTO