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• Mauricio Herbas

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE INGENERIA INDUSTRIAL

PICADORA Y EMBUTIDORA DE FORRAJE Materia: Diseño asistido por computadora Grupo: 5 Integrantes: CABRERA ESPINOZA DANIELA GUTIERREZ CAMACHO GUERY GUZMAN AGUAYO CRISTHIAN MORALES NINA EVELYN SIRPA GOMEZ CRISTIAN Docente: ING. Maldonado López Pascual

INDICE 1

GENERALIDADES.......................................................................................................................... 1 1.1

Introducción ........................................................................................................................ 1

1.2

Antecedentes ...................................................................................................................... 1

1.2.1

Importancia del forraje ............................................................................................... 2

1.2.2

Conservación del forraje ............................................................................................. 3

1.2.3

Situación en Cochabamba ........................................................................................... 3

1.2.4

Normativa respecto al forraje ..................................................................................... 4

1.2.5

Ensilados ...................................................................................................................... 4

1.2.6

Maquinas relativas al picado ....................................................................................... 5

1.3

2

OBJETIVOS ........................................................................................................................... 6

1.3.1

Objetivo general .......................................................................................................... 6

1.3.2

Objetivos específicos ................................................................................................... 6

MARCO TEORICO ......................................................................................................................... 7 2.1

Definición del problema ...................................................................................................... 7

2.2

Justificación ......................................................................................................................... 8

2.3

ÁRBOL DE OBJETIVOS .......................................................................................................... 9

2.4

ÁRBOL DE FUNCIONES....................................................................................................... 10

2.4.1

F. Picar y comprimir todo tipo de planta forrajera – 000.......................................... 10

2.4.2

F. Sostener la estructura de la maquina _100........................................................... 11

2.4.3

F. Compactar el forraje picado _ 200 ........................................................................ 12

2.4.4

F. Picar el forraje _300 .............................................................................................. 13

2.4.5

F. Sostener la bandeja de salida _400 ....................................................................... 14

2.4.6

F. Sostener la bolsa en la bandeja de salida_500 ...................................................... 15

2.4.7

F. Acoplar la máquina para transporte_600 ............................................................. 16

2.4.8

F. Transmitir potencia al sistema _ 700 .................................................................... 17

2.4.9

F. Transmitir potencia al sistema_800 ...................................................................... 18

2.5

Selección de alternativas para el picador.......................................................................... 19

2.5.1

Alternativa uno: Picador – soplador de volante........................................................ 19

2.5.2

Alternativa Dos: Picador de volante .......................................................................... 19

2.5.3

Alternativa Tres: Picador de cilindro ......................................................................... 20

2.6

3

Transporte y seguridad ..................................................................................................... 20

2.6.1

Transporte ................................................................................................................. 20

2.6.2

Seguridad................................................................................................................... 21

CALCULOS DE LA PICADORA Y EMBOLSADORA DE FORRAJE .................................................... 22 3.1

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DE LA PICADORA Y EMBOLSADORA DE FORRAJE ............. 22

3.2

CÁLCULOS PARA EL SISTEMA DE PICADO.......................................................................... 23

3.2.1

D.C.L DEL SISTEMA DE PICADO.................................................................................. 23

3.2.2

Calculo Del corte y la velocidad tangencial del cilindro picador ............................... 23

3.2.3

Calculo de la velocidad tangencial del picador ......................................................... 24

3.2.4

Calculo de la velocidad tangencial del rodillo ........................................................... 25

3.2.5

Calculo de la longitud de corte.................................................................................. 25

3.3

Garganta de alimentación y área ocupada por los tallos .................................................. 26

3.3.1 3.4

Calculo cantidad de tallos en el alimentador ............................................................ 26

Determinación de la potencia requerida para el picado................................................... 28

3.4.1

Calculo de la fuerza de corte de forraje .................................................................... 28

3.4.2

Calculo del momento torsor ..................................................................................... 28

3.4.3

Calculo de la potencia de picado ............................................................................... 29

3.5

RESORTE DE SUSPENSIÓN ................................................................................................. 30

3.5.1

Calculo del Diámetro medio del alambre.................................................................. 31

3.5.2

Cálculo del Índice de resorte ..................................................................................... 31

3.5.3

Calculo del Factor de whal ¨kw¨................................................................................ 31

3.5.4

Calculo del Esfuerzo en el resorte ............................................................................. 32

3.5.5

Calculo de la Deflexión con la fuerza de operación de la espira activa .................... 32

3.5.6

Calculo del Paso alambre del resorte ........................................................................ 32

3.5.7

Calculo del Angulo de inclinación de la espiral ......................................................... 33

3.6

CÁLCULOS PARA EL TORNILLO SIN FIN DE HÉLICE HELICOIDAL ........................................ 33

3.6.1

D.C.L. DEL SISTEMA DE EMBUTIDO ........................................................................... 33

3.6.2

Calculo de la rotación del tornillo sin fin ................................................................... 34

3.6.3

Calculo del Flujo volumétrico .................................................................................... 35

3.6.4

Calculo del área del tornillo sin fin ............................................................................ 35

3.6.5

Calculo de la velocidad de avance del tornillo sin fin................................................ 35

3.6.6

Calculo del Paso del tornillo sin fin ........................................................................... 35

3.6.7

Calculo del tiempo en una revolución....................................................................... 36

3.7

SISTEMA DE TRANSMISION ............................................................................................... 36

3.8

TRANSMISIÓN POR BANDAS ............................................................................................. 37

3.8.1

Calculo para la selección de banda y polea ............................................................... 37

3.8.2

Calculo de la potencia de diseño ............................................................................... 37

3.8.3

Selección del tipo de perfil de la correa .................................................................... 38

3.8.4

Calculo de la relacion de velocidad ........................................................................... 39

3.8.5

Selección de la polea conductora o polea motriz y la potencia que transmite ........ 39

3.8.6

Calculo del número de canales ................................................................................. 39

3.8.7

Selección del buje para la polea motriz .................................................................... 40

3.8.8

Selección del buje de la polea conducida ................................................................. 40

3.8.9

Calculo de la distancia entre centro teórico ............................................................. 41

3.8.10

Calculo de la Velocidad Periférica ............................................................................. 41

3.9

TRANSMISIÓN POR CADENA ............................................................................................. 42

3.9.1

TRANSMISION DE CADENA PARA EL RODILLO .......................................................... 42

3.9.2

Calculo de la relación de velocidad rotación............................................................. 43

3.9.3

Selección del tipo de cadena ..................................................................................... 43

3.9.4

Selección de la Catarina conductora ......................................................................... 43

3.9.5

Calculo para determinar el número de dientes de la Catarina conducida ............... 44

3.9.6

Calculo de la longitud de cadena .............................................................................. 45

3.9.7

Calculo de la distancia de centro a centro ................................................................ 45

3.9.8

TRANSMISION DE CADENA PARA EL PICADOR Y TORNILLO SINFÍN .......................... 47

3.9.9

Relación de transmisión de la velocidad rotacional de la catalina motriz al picador 47

3.9.10

Selección del número de dientes de las catarinas .................................................... 48

3.9.11

Calculo de la velocidad de rotación de la Catarina conducida .................................. 48

3.9.12

Calculo de la longitud de cadena .............................................................................. 49

3.9.13

Calculo de la distancia de centro a centro ................................................................ 49

3.9.14

TRANSMISION DE CADENA PARA EL TORNILLO SIN FIN............................................ 50

3.9.15

Relación de velocidad rotación ................................................................................. 51

3.9.16

Relación de transmisión Catarina conductora a Catarina conducida ....................... 51

3.9.17

Calculo de la velocidad de rotación de la Catarina conducida .................................. 52

3.9.18

Calculo de la velocidad tangencial ............................................................................ 52

3.9.19

Calculo de la longitud de cadena .............................................................................. 52

3.9.20

Calculo de la distancia de centro a centro ................................................................ 53

3.9.21

Conclusión ................................................................................................................. 54

Bibliografía ........................................................................................................................................ 55 ANEXOS ............................................................................................................................................. 56 ANEXO 1 ........................................................................................................................................ 56 ANEXO 2 ........................................................................................................................................ 56 ANEXO 3 ........................................................................................................................................ 57 ANEXO 4 ........................................................................................................................................ 58 ANEXO 5 ........................................................................................................................................ 58 ANEXO 6 ........................................................................................................................................ 59 ANEXO 7 ........................................................................................................................................ 59 ANEXO 8 ........................................................................................................................................ 60 ANEXO 9 ........................................................................................................................................ 61

PICADORA Y EMBUTIDORA DE FORRAJE

1 1.1

GENERALIDADES Introducción

Los sectores agrícola y ganadero constituyen una fuente importante de desarrollo económico en el país, a pesar de ello, es poco el interés que se da para mejorar los procesos de producción de estos, más aún para las pequeñas producciones, donde por lo general no se cuenta con maquinaria agrícola adecuada para facilitar los procesos de picado de forraje. Dentro del estudio de estos sectores, la maquinaria agrícola, adquiere una función trascendental, ya que, esta se utiliza para picar el forraje, optimizando así el tiempo y disminuyendo la intervención del hombre en esta actividad. La mecanización agrícola es la característica más destacada de la agricultura de finales del siglo XIX y del siglo XX, pues esta ha sido de gran importancia para disminuir el arduo y agotador trabajo del agricultor. Aún más significativo: la mecanización ha multiplicado la eficiencia y productividad de las explotaciones agrícolas. Sin embargo en nuestro medio, el sector agrícola no está a la altura de los países desarrollados, quienes han mecanizado este sector, teniendo así una mayor producción, esto, con la introducción de grandes y automatizadas máquinas, capaces de realizar labores, antes desarrolladas solo por el hombre. La máquina principal de la agricultura moderna es el tractor, este proporciona fuerza motriz a otras muchas herramientas que se pueden conectar a él, como: máquinas segadoras, picadoras, sopladoras de forraje y otras herramientas de labranza que ayudan en gran parte para la alimentación del ganado. 1.2

Antecedentes

Habitualmente el ganado vacuno pastorea el forraje, recorriendo el campo y consumiendo el pasto verde o seco. Sin embargo, en su acción, es más lo que perjudica al cultivo que lo que en realidad aprovecha, causando pérdidas. Los forrajes son el alimento natural más económico para el ganado bovino, los mismos que, bien cultivados y manejados pueden satisfacer perfectamente las necesidades de mantenimiento, crecimiento y producción del animal. Un manejo racional de los pastos, permite aumentar fácilmente la producción de carne o leche por unidad de superficie. 1

La necesidad de producir más a menor costo, y una programación adecuada para el establecimiento

y

posterior

manejo

de

los

pastos

de

corte,

en

forma

escalonada, contribuirán a producciones forrajeras estables, capaces de cubrir las necesidades de la explotación en cualquier circunstancia.

Figura1: Forraje fresco y seco

Fuente: Elaboración propia

Según el estado en que se encuentren los forrajes al momento de ser comidos por los animales, los podemos clasificar así: 

Forrajes verdes: son forrajes de consumo inmediato al punto de cosecha y directamente de la pradera, se denominan pastos. Los pastos pueden ser de pastoreo y de corte.



Forrajes secos: son forrajes que se cortan y se secan, toman el nombre de heno y son de gran utilidad en tiempos de sequía. También entran en este grupo algunos residuos de cosecha como el tamo de leguminosas o cereales.



Otros forrajes: los constituyen el ensilaje básicamente.

1.2.1

Importancia del forraje

El ganado no está adaptado físicamente para comer plantas grandes y menos cuando estas son de tallo grueso como sorgo, maíz, caña y otras similares ya que requiere mayor energía para su digestión. Por tal motivo se requiere que estas plantas sean previamente repicadas antes de ser suministradas como alimento fresco. El forraje constituye la fuente de alimentación más económica de la que dispone un productor para mantener a sus animales ya que se puede guardar y conservar. 2

Todos los forrajes que se cosechan y se guardan tienen perdidas en calidad luego de su corte. Es por ello que debe picarse y almacenarse ya sea húmedo o seco. Figura 2: Alimentación de vacas con forraje picado

Fuente: Elaboración propia

1.2.2

Conservación del forraje

Los forrajes se pueden guardar y conservar para ser utilizados en periodos de sequía y por consiguiente en escasez de comida. Se puede guardar los forrajes en alguna de estas formas: 

Ensilado: consiste en almacenar el forraje con alto contenido de humedad (60-70 %) en un silo, mediante la compactación, expulsión del aire y producción de un medio anaeróbico (sin aire), que permite el desarrollo de bacterias que acidifican el forraje.



Henificando: se hace dejando secar el forraje hasta obtener un producto llamado heno. Su humedad es muy baja, de 10 a 15%.



Deshidratando: secando los forrajes artificialmente muy bien, por medio de aire caliente, hasta obtener por ejemplo la harina de alfa alfa.

1.2.3

Situación en Cochabamba

En los municipios del Valle Alto del departamento de Cochabamba; Cliza, Toco, Tolata, San Benito, Punata, Villa Rivero, Arbieto, Arani, Villa 2 de Agosto, Mayca y Vinto el cultivo principal es el maíz choclero, del cual posterior a la cosecha de choclo, el productor destina la chala y la caña de maíz como forraje, principalmente para la venta a productores de leche de la zona del Valle Central de Cochabamba. 3

En las zonas altas, valles secos y en terrenos marginales de la región, se produce importantes superficies de trigo, por lo cual existe la disponibilidad de rastrojo que también es utilizado como forraje. La venta se realiza como chala picada con el propósito de abaratar los costos ya que se obtiene un mayor peso por unidad de volumen. 1.2.4

Normativa respecto al forraje

El Programa de Aseguramiento de la Inocuidad Alimentaria en lácteos del SENASAG, enfatiza que la alimentación del hato lechero, debe ser adecuada, requiriendo la conjunción de conocimientos sobre buenas prácticas de producción y buenas prácticas de higiene, asegurando que todos los alimentos y el agua que ingieren los animales estén libres de contaminación microbiológica, química o física y de esta manera garantizar su aptitud alimentaria y por consiguiente minimizar la posibilidad de factores que pongan en riesgo de contaminación a la leche. 1.2.5

Ensilados

Las variedades más utilizadas para este fin son las plantas de maíz, sorgo, cebada, avena y otros de acuerdo a la región de producción. Para mantener la buena calidad del ensilaje: -

Se debe verificar si el ensilado fue correctamente procesado y almacenado, si tiene un pH de 3.5 a 4.8, una humedad del 65- 70%.

-

Que presenta un olor agradable y no muestra crecimiento de hongos. Un ensilaje bien elaborado, puede mantener sus propiedades por periodos largos. (Manual de Administración y Suministro de Agua del Ganado Bovino Lechero - SENASAG)

-

Efectuar un tamaño de picado fino, el ideal de 10 a 50 mm. (Técnicas de ensilaje y construcción de silos – SAGARPA pág. 3) para una buena compactación.

-

Buen sellado con polietileno oscuro y grueso. (hule de 80 a 100 micrones de grosor). Después se sella con cinta de embalaje para evitar la entrada de agua o tierra. (Conservación de forraje para la época seca - INIAF)

-

Apropiada cobertura para proteger el sellado (tierra, neumáticos en desuso, fardos llovidos u otro material adecuado).

-

La temperatura para que se produzca la fermentación debe ser menor a 30ºC.

-

Este ensilaje no debe exceder el 50 % de la dieta del animal.

4

1.2.6

Maquinas relativas al picado

Existe una variedad de máquinas que realizan el triturado o picado del forraje Tabla 1: Tipos de máquinas que pican y embuten forraje Picadora manual

Picadora de forraje con extractora,

acoplada a tractor Picadora de forraje con extractora y Picadora de forraje motor

Embutidora de forraje

Embutidora de forraje

Fuente: Fotos google-tipos de picadora de forraje

5

1.3 1.3.1

OBJETIVOS Objetivo general 

1.3.2

Diseñar una maquina picadora y embutidora de forraje.

Objetivos específicos 

Realizar el cálculo para el picado de cualquier tipo de planta forrajera.



Asegurar el funcionamiento de la maquina mediante un sistema de transmisión de potencia adecuado.



Diseñar un sistema para facilitar el traslado de la máquina.



Asegurar que la maquina sea ergonómico y no exponga riesgos para el operario.



Determinar los costos de fabricación de la máquina.

1.3.2.1 Restricciones 

La bolsa donde se almacena el forraje picado debe ser máximo de 60 kg



No puede picar materiales inorgánicos



Está diseñada para el procesamiento de 2 a 3 tn/hr máximo de forraje picado.



La tolva de alimentación debe tener una inclinación de 40º

1.3.2.2 Funciones 

Puede picar forraje seco y fresco o húmedo



Debe realizar un picado de precisión



Debe lograr una buena compactación al momento del embutido mediante una bandeja de apoyo que sostiene la bolsa y esta es frenada



Una vez terminada la bolsa la bandeja se inclina automáticamente para así poder ser retirada manualmente



El mantenimiento es de bajo costo y sencillo

1.3.2.3 Medios 

La máquina debe ser de acero inoxidable

6

2

MARCO TEORICO

2.1

Definición del problema

Existe una variedad de máquinas picadoras de forraje las cuales durante el proceso de picado, el forraje es expulsado en ambiente abierto dispersado por todo el área lo que genera un desperdicio adicional y un tiempo extra en el acopio de forraje picado, además que para pequeñas extensiones de terreno es inadecuada y difícil la adquisición de una máquina cosechadora de forraje. Figura 3: Maquina convencional de picado de forraje (pica y expulsa el forraje picado al ambiente abierto)

Fuente: Elaboración propia ¿Para quién? 

Para el sector de la ganadería vacuna, avícola, porcina entre otras que deseen realizar de forma eficiente y segura la reserva de alimentos para su ganado.



Para personas que se dediquen a la comercialización de forraje picado.

¿Por qué? 

Porque el uso de maquinaria agrícola reduce sustancialmente la mano de obra y el tiempo en las labores del campo



Porque en nuestro medio para realizar el corte y recolección del forraje, aún se usan métodos e instrumentos manuales tradicionales(repique con machete), en muchas ocasiones produciéndose un daño en el rebrote de los pastos, debido al mal uso de dichos instrumentos.



Porque se desea picar y almacenar el forraje de forma directa evitando desperdicios durante el picado y ser transportado de manera sencilla.

7



Se requiere de poco espacio para la conservación de importantes cantidades de alimento.

¿Dónde? En el sector agrícola donde se realiza la recolección del forraje (maíz, sorgo, y otras plantas forrajeras). ¿Cuándo? Cuando el productor lo requiera ¿Qué? Máquina picadora embutidora de forraje puede picar y almacenar maíz, sorgo, caña de azúcar, todo tipo de planta forrajera ¿Cómo funciona la maquina? La picadora de forraje es accionada por la toma de fuerza de un tractor, consta de una estructura metálica en cuyo centro se encuentra un rotor cilíndrico dotado de cuchillas que van cortando el material. 2.2

Justificación

La máquina ayudaría al ganadero ya que puede alimentar a su ganado sin la necesidad del pastoreo y poder llevar el forraje de lugares alejados a su corral en tiempo de escasez de alimento. Además que el picado del forraje mejorara la digestibilidad del alimento, ya que el animal gasta mayor energía en desmenuzar el material, siendo necesario que este se halle picado en trozos relativamente pequeños.

8

2.3

ÁRBOL DE OBJETIVOS A continuación se muestra el árbol de objetivos del diseño de la procesadora de forrajes.

Tabla2: Árbol de objetivos Material resistente Calidad

facil de transportar (todo tipo de terreno)

Capacidad Picado de todo tipo de planta forrajera

Seguro al operar Ergonomico

Resguardo en areas peligrosas

Diseño Maquina picadora y embutidora de forraje.

Seguridad

Facil de operar

Repuestos accesibles en el mercado Aislar riesgos Facil de reparar Mantenimiento mminimizar el tiempo de trabajo Costos Produccion

minimizar el uso de insumos

Fuente: Elaboración propia 9

2.4 2.4.1

ÁRBOL DE FUNCIONES F. Picar y comprimir todo tipo de planta forrajera – 000

Tabla 3: Árbol de funciones-000

PICAR Y COMPACTAR TODO TIPO DE PLANTA FORRAJERA 3Tn/h

000

SOSTENER LA ESTRUCTURA DE LA MAQUINA

COMPACTAR Y TRANSPORTAR EL FORRAJE PICADO

PICAR EL FORRAJE (10 mm)

SOSTENER LA BANDEJA DE SALIDA

SOSTENER LA BOLSA DE SILO LLENA

REALIZAR EL TRASLADO DE LA MAQUINA

(60 kg)

ACOPLAR LA MAQUINA PARA TRANSPORTE

500

600

700

TRANSMITIR POTENCIA AL SISTEMA 25 HP

(0,32 m/s) 100

200

300

400

800

Fuente: Elaboración propia 10

2.4.2

F. Sostener la estructura de la maquina _100

Tabla4: Árbol de funciones_100

SOSTENER LA ESTRUCTURA DE LA MAQUINA (180 kg) 100 PLANCHA LATERAL

PLANCHA FRONTAL

101

102

PLANCHA FRONTAL INFERIOR

SOPORTE LATERAL

PLACA DE UNION

PLACA LATERAL

104

105

106

103

CUBRIR Y SOPORTAR PESO DE LA MAQUINA

UNIR LA ESTRUCTURA DE LA BANDEJA CON LA MAQUINA

UNIR EL ANCLAJE A LA MAQUINA

BASE ESTRUCTURAL INFERIOR

BASE ESTRUCTURAL SUPERIOR

110

120

PROPORCIONAR ESTABILIDAD Y SOPORTAR PESO

SOPORTAR PESO Y DAR ESTABILIDAD

LATERAL 121 LATERAL

TRAVESAÑO

SOPORTE

SOPORTE

SOPORTE

111

112

113

114

115

TRAVESAÑO 122 TRAVESAÑO TRANSMISION 123

SOPORTE DE TRANSMISION 130

SOSTENER PESO DE TRANSMISION PLANCHA LATERAL 131 PLANCHA SUPERIOR 132 PLANCHA TRANSMISION 133 PLANCHA REDUCTOR 134

PLANCHA CAJA 135

Fuente: Elaboración propia 11

2.4.3 F. Compactar el forraje picado _ 200 Tabla5: Árbol de funciones-200 COMPACTAR EL FORRAJE PICADO (0,8 kg/s)

200 CAJA DE EMBUTIDO

TUNEL DE EMBUTIDO

TORNILLO HELICOIDAL

210

220

230

RECEPCIONAR EL FORRAJE PICADO

LIMITAR Y CONTENER LA SALIDA DEL FORRAJE PICADO

TRANSPORTAR Y COMPACTAR EL FORRAJE PICADO A UNA BOLSA SILO

(D=380 mm)

(0,32 m/s)

PLANCHA POSTERIOR 211 PLANCHA LATERAL 212 PLANCHA ANTERIOR 213 TAPA CAJA 214

LADO INFERIOR 221

EJE 231

HELICE 232

LADO SUPERIOR 222

ANILLO DEL EMBUDO 223 EMBUDO 224

SOPORTE CARCASA PICADOR 215 Fuente: Elaboración propia

12

2.4.4

F. Picar el forraje _300

Tabla6: Árbol de funciones_300

PICAR EL FORRAJE (10 mm) 300 ARMAZON DEL PICADOR 310 SOSTENER EL PICADOR Y RESTRINGIR LA SALIDA DEL FORRAJE PICADO

CARA LATERAL 311 CARA SUPERIOR 312 CARA INFERIOR 313

ROTOR PICADOR 320 CORTAR EL FORRAJE A 10 mm

DISCO 321

EJE 322 SOPORTE DE CUCHILLA 323 CUCHILLA 324

CHUMACERA 314

PLANCHA DIRECCIONAL 315

SOPORTE DE CUCHILLA 325

RODILLO DEL PICADOR 330 ARRASTRAR EL FORRAJE AL PICADOR DIENTES DE RODILLO 331 RODILLO 332

CONTRACUCHILLA 340

EJERCER PRESION CONTRA LAS CUCHILLAS MOVILES Y REALIZAR EL CORTE

RIELES SUSPENCION 350 GARANTIZAR LA ENTRADA DE CUALQUIER TAMAÑO DE FORRAJE

TOLVA 360

RECEPCIONAR EL FORRAJE

BASE CUCHILLA 341

BASE CUCHILLA 341 CUCHILLA 342

TORNILLO 343

CHAVETA 326 CIL. SEPARADOR 328 CIL. SEGURIDAD 329

Fuente: Elaboración propia

13

2.4.5

F. Sostener la bandeja de salida _400

Tabla7: Árbol de funciones_400 SOSTENER LA BANDEJA DE SALIDA 400 VISAGRA

TUBO DE SOPORTE

401

402

INCLINAR CUANDO LA BOLSA DE SILO ESTE LLENA 45º

BASE DE SOPORTE 410

FRENO DE BANDEJA 420

SOSTENER EL PESO DE LA BANDEJA DE SALIDA Y LA BOLSA SILO LLENA

LIMITAR EL AVANCE DE LA BOLSA SILO LLENA

PERFIL IZQUIERDO 411 PERFIL FRONTAL 412

FRENO PARA BANDEJA 421 PLACA DE FRENO

BARRA DE UNION 430 UNIR BASE DE BANDEJA A LA ESTRUCTURA DE LA MAQUINA BARRA 431 SUJECION 432

422

PERFIL DERECHO 413 TRAVESAÑO 414 APOYO PARA BANDEJA 415 PLACA DE UNION 416 Fuente: Elaboración propia

TUBO DE SOPORTE 417

14

2.4.6 F. Sostener la bolsa en la bandeja de salida_500 Tabla8: Árbol de funciones_500 SOSTENER LA BOLSA DE SILO LLENA (60 kg) 500

PERFIL 501

UNIR LA BASE INFERIOR CON LA BASE SUPERIOR DE LA BANDEJA

BANDEJA 502

SUJETADOR 503

BASE INFERIOR DE BANDEJA 510

BASE SUPERIOR DE BANDEJA 520

ESTRUCTURA DE TOPE 530

CONTENER LA BOLSA SILO LLENA

UNIR EL TOPE CON LA ESTRUCTURA DE LA BANDEJA

SOPORTAR EL PESO DE LA BOLSA SILO LLENA

SOSTENER LA BANDEJA, SUJETADOR Y TOPE

EJERCER PRESION A LA BOLSA PARA LA COMPACTACION DEL FORRAJE

PERFIL LATERAL 511

PERFIL LATERAL 521

PERFIL SUPERIOR 531

TRAVESAÑO 512

PERFIL FRONTAL 522

PERFIL LATERAL 532

PERFIL BASE 533

TOPE 534

Fuente: Elaboración propia 15

2.4.7 F. Acoplar la máquina para transporte_600 Tabla9: Árbol de funciones_600

ACOPLAR LA MAQUINA PARA TRANSPORTE 600

ENGANCHE 601

PASADOR 602

ESTRUCTURA DEL ANCLAJE 610

SUJETADOR 620

SOPORTE 630

UNIR EL ANCLAJE A UN VEHICULO

SUJETAR EL TUBO SOPORTE DEL ANCLAJE

CONECTAR LA MAQUINA A UN VEHICULO

FACILITAR EL MANEJO DEL ANCLAJE

SOPORTAR EL PESO DEL ANCLAJE CUANDO SE REALIZA EN ENGANCHE

. Fuente: Elaboración propia

PERFIL LATERAL 611

TUBO SUJETADOR 621

ESTRUCTURA DE SOPORTE 631

PERFIL BASE 612

TUBO SUJETADOR 622

UNION PARA ANCLAJE 632

PLACA SUPERIOR 613

TUBO SUJETADOR 633

BASE DEL SOPORTE 633

UNION PARA SOPORTE 614

16

2.4.8

F. Transmitir potencia al sistema _ 700

Tabla11: Árbol de funciones_700

REALIZAR EL TRASLADO DE LA MAQUINA 700

EJE DE RUEDA

RUEDA

710

720

UNIR AMBAS LLANTAS Y ACOPLARSE A LA MAQUINA

PERMITIR EL MOVIMIENTO DE LA MAQUINA A SER JALADA

EJE

TUBO DE UNION

BRAZO DE EJE

TUBO PARA RUEDA

711

712

713

714

Fuente: Elaboración propia 17

2.4.9

F. Transmitir potencia al sistema_800

Tabla12: Árbol de funciones_800

TRANSMITIR POTENCIA AL SISTEMA

25 HP 800

EJE 1

EJE 2

RECIBIR LA POTENCIA Y ROTACION DEL TRACTOR PARA EL RODILLO

RECIBIR LA POTENCIA y ROTACION PARA EL PICADOR (rpm)

(540 rpm)

CHUMACER A

SOSTENER Y PERMITIR ROTACION DE EJES

CADENA

TRANSMITIR LA POTENCIA 25 HP

RUEDAS DENTADA REDUCIR LA ROTACION PARA RODILLO Y PICADOR (rpm)

POLEA

CORREA

REDUCIR LA ROTACION PARA EL PICADOR ()

CAJA REDUCTORA REDUCIR LA ROTACION A PARA EL TORNILLO HELICOIDAL (72 RPM)

RESGUARDOS

RESGUARDAR LA TRANSMISION DE POTENCIA DE LA MAQUINA (POLEAS, CATALINAS)

Fuente: Elaboración propia

18

2.5

Selección de alternativas para el picador

2.5.1

Alternativa uno: Picador – soplador de volante

El sistema de alimentación del elemento picador es un tornillo sinfín. El tornillo sinfín es de doble sentido, por lo cual el material será atraído hacia el centro, donde se halla el picador. El sistema de transmisión del sinfín es mediante cadenas. Una vez ingresado el forraje, será el volante picador el encargado de realizar la función de picar el forraje mediante las cuchillas que posee y de expulsar o soplar el material por un conducto de descarga, la segunda función es posible, ya que el volante picador será dotado con paletas. Para el movimiento del picador se utiliza la transmisión por bandas. Ventajas:  La longitud de corte puede modificarse, con el mecanismo de alimentación, modificando la velocidad del picador, o variando el número de cuchillas.  Posee paletas para soplar el forraje picado aprovechando la velocidad tangencial.  Se ubicada perpendicular a la dirección de avance para facilitar el montaje de otras herramientas frente a la entrada de la picadora.  Permite un picado regular. Desventajas:  El borde cortante de las cuchillas debe afilarse una vez que se haya desgastado.  En comparación con el picador de cilindro, el picador de discos es menos eficiente y tiene un menor potencial lanzador.

2.5.2

Alternativa Dos: Picador de volante

El sistema de alimentación del picador es mediante cilindros verticales, estos reciben la potencia del tdf del tractor mediante un sistema de transmisión por bandas. Después de que el forraje es cortado por las cuchillas alternativas este pasa entre los cilindros hasta llegar al picador de volante provisto de cierto número de cuchillas; a este se adjunta un soplador que expulse el forraje hacia el exterior. La transmisión para el volante es mediante bandas y el sistema de recolección del forraje después de ser picador es mediante un conducto metálico.

19

Ventajas:  Fácil construcción del elemento picador.  Se puede modificar la longitud del picado del forraje. Desventajas:  Difícil montaje de los cilindros verticales.  Se pueden producir desplazamientos en los cilindros.  Las cuchillas requieren un afilado continuo.  Utiliza dos mecanismos individuales para picar y soplar el forraje. 2.5.3

Alternativa Tres: Picador de cilindro

Para este caso el sistema de alimentación es mediante cilindros horizontales, esto se debe a que el picador de cilindro se ubica también de forma horizontal. Los cilindros están dispuestos de tal forma que el forraje pase entre estos a una determinada velocidad hacia el elemento picador; su transmisión es mediante bandas. El elemento picador de cilindro tiene mayor eficiencia y un elevado potencial lanzador; por su gran velocidad de rotación y configuración, corta el forraje en pequeños trozos de acuerdo al número de cuchillas que posee y lo expulsa hacia el exterior mediante un conducto metálico, su transmisión es mediante bandas. Ventajas:  Posee un elevado potencial lanzador  Se puede modificar la longitud del corte.  Las mismas cuchillas son las encargadas de lanzar el forraje.  Fácil mantenimiento y operación Desventajas:  Las cuchillas necesitan un afilado continuo.  Tienen mayor peso.

2.6 2.6.1

Transporte y seguridad Transporte

La máquina para poder trasladarse al lugar de trabajo cuenta con ruedas unidas a la estructura de la máquina.

20

Figura 4: 000_Maquina con dos llantas y un anclaje

Además la maquina cuenta con un anclaje que le permite engancharse a un automóvil y poder ser transportado fácilmente. 2.6.2 Seguridad Figura 5:000_ Carcasa de resguardo en lugares de peligro

El sistema de transmisión se encuentra aislado ya que cuenta con resguardos en ambos lados. El picado de forraje se realiza dentro de una carcasa y por lo tanto no existe la posibilidad que el forraje que se está picando pueda saltar al operario.

21

3 3.1

CALCULOS DE LA PICADORA Y EMBOLSADORA DE FORRAJE DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DE LA PICADORA Y EMBOLSADORA DE FORRAJE

Figura6: 000_PICADORA Y EMBUTIDORA DE FORRAJE

Cantidad a procesar

Picador

Q=3tn/h

n=750 RPM

Tornillo transportador

D=0,242m

d=0,26m

Z= 4

L=0,76m

Vt=9,50 m/s

P=0,26[m]

Vt n Propiedades del forraje

D= 0,03 m Peso = 0,3 Kg Densidad = 0,05Tn/m3

n=72RPM

Vt Rodillo

n=126 RPM D=0,097m Vt= 0,64 m/s

n

P= 0,26 [m]

R n7=72 rpm

D= 0,33 [m]

L= 0,76 [m]

Fuente: Elaboración propia

22

3.2 3.2.1

CÁLCULOS PARA EL SISTEMA DE PICADO D.C.L DEL SISTEMA DE PICADO

Figura 7: 300_RECEPCION Y PICADO DE FORRAJE

V= 9,5 m/s

n=126 rpm

V= 0,64 m/s

n=750 rpm

n

L=10mm

Fuente: Elaboración propia Para el picado de forraje se calculara la rotación del picador y de los rodillos a partir de las dimensiones (diámetro) obtenidas del diseño en Solidworks y datos experimentales, así también la potencia necesaria del tractor para el funcionamiento de la máquina, dichos resultados nos servirán posteriormente para los cálculos de la transmisión de potencia.

3.2.2

Calculo Del corte y la velocidad tangencial del cilindro picador

Datos: D = 0,242 (m) n = 750 (rpm)

23

Z= 4 Donde: Figura8: 320_Rotor picador D: diámetro del cilindro picador n: velocidad de rotación picador n=750 rpm

Z= número de cuchillas picador n=750 rpm

D=0.242 m

Z=4

Fuente: elaboración propia #𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠 = 𝑛 ∗ 𝑧 #𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠 =

750 ∗4 60

#𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠 = 50 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠/𝑠

3.2.3

Calculo de la velocidad tangencial del picador

𝑉=

𝑛∗𝜋∗𝐷 60

𝑚 𝑉 = 9,50 [ ] 𝑠 V: velocidad tangencial picador 24

3.2.4

Calculo de la velocidad tangencial del rodillo

Para que se obtenga una longitud de corte del forraje de 1 cm, el picador debe estar sincronizado con los rodillos alimentadores, es decir el tiempo que el picador realice un corte debe ser igual al tiempo que pasa por el rodillo. Con esto calculamos la velocidad tangencial del rodillo. Datos:

Figura 9: 330_Rodillo del picador

n= 126 (rpm) D= 9,7*10-2 (m) D=97mm

Donde: n: velocidad rotación del rodillo D: Diámetro del rodillo V: velocidad tangencial

Fuente: Elaboración propia

𝑉=

𝑛∗𝜋∗𝐷 60

𝑚 𝑉 = 0,64 [ ] 𝑠 3.2.5 Calculo de la longitud de corte Lc: longitud de corte V: velocidad tangencial rodillo 𝐿𝑐 =

𝑉 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 𝑚 0,64 [ 𝑠 ] 𝐿𝑐 = 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠 50 [ ] 𝑠 𝐿𝑐 = 0,01 [

𝑚 ] 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒

La máquina cortara 1 cm de longitud

25

Tabla13: RESULTADO DEL CALCULO PARA LA VELOCIDAD DEL RODILLO

RESULTADOS Descripción Diámetro rodillo Velocidad rotación Velocidad tangencial

Variable D n v

Resultado 9,7*10-2 126 0,64

unidad m rpm m/s

Fuente: Elaboración propia

Tabla 14: RESULTADO DEL CÁLCULO PARA EL CILINDRO PICADOR

RESULTADOS Descripción Diámetro picador velocidad rotación picador numero de cuchillas Cortes por segundo Velocidad tangencial Longitud de picado Longitud de picado

Variable D1 n z n*z v L L

resultado 0,24 750 4 50 9,50 0,01 1

unidad m rpm dientes cortes/s m/s m cm

Fuente: Elaboración propia

3.3 3.3.1

Garganta de alimentación y área ocupada por los tallos Calculo cantidad de tallos en el alimentador

Figura 10: Tallos de la planta forrajera en la garganta de alimentación

Fuente: Elaboración propia 26

Para calcular el área de la planta de maíz se tomó un promedio de 20 mm de diámetro de 30 mediciones realizadas Donde: Dt2= promedio del diámetro tallo (mm) At= Área de un tallo (m2) Ag= Área de la garganta de alimentación b= longitud de la garganta h= altura garganta 3.3.1.1 Área del tallo 𝜋𝑑2 𝐴𝑡 = 4 𝐴𝑡 = 314 𝑚𝑚2 3.3.1.2 Área de la garganta de alimentación 𝐴𝑔 = 𝑏 ∗ ℎ 𝐴𝑔 = 4800 𝑚𝑚2 3.3.1.3 Cantidad de tallos en la garganta de alimentación 𝑁𝑡 =

𝐴𝑡 𝐴𝑔

𝑁𝑡 = 15 𝑡𝑎𝑙𝑙𝑜𝑠 Entrará aproximadamente 15 tallos por la garganta de alimentación guiada por los rodillos hacia el cilindro picador Tabla 15: RESULTADOS PARA EL CÁLCULO EN LA TOLVA DE ALIMENTACION

RESULTADOS Descripción Diámetro de una tallo área de un tallo Ancho de la garganta alimentación Altura de la garganta alimentación Área de la garganta Numero de tallos Fuente: Elaboración propia

Variable resultado d 0,02 At 0,0003 b 0,16 h 0,03 Ag 0,0048 Np 15

unidad m m2 m m m2 tallos 27

3.4

Determinación de la potencia requerida para el picado

3.4.1

Calculo de la fuerza de corte de forraje

La obtención de la fuerza para cortar un tallo de forraje se realizó mediante una prueba experimental con una romana. Figura 11: Obtención de la fuerza de corte de un tallo de forraje

Fuerza de corte

Donde:

Fuente: Elaboración propia

m = Peso (Kg) g = Gravedad (m/s) F = Fuerza (N) 𝐹 =𝑚∗𝑔 𝐹 = 25 ∗ 9,81 = 245,3 (𝑁) Esa es la fuerza necesaria para cortar un tallo de forraje. Asumiendo que por la garganta de alimentación entran 9 tallos, sacamos la fuerza total 𝐹 = 245,3 ∗ 15 = 3678,8 (𝑁) (Sarkis, 2012)

3.4.2

Calculo del momento torsor

Donde: Fuerza de corte (F) Radio de cilindro picador (m) Momento torsor (N*m)

28

𝑀𝑡 = 𝐹 ∗ 𝑟 𝑀𝑡 = 2207,3 ∗ 0,121 = 445 (𝑁𝑚) (Sarkis, 2012)

3.4.3

Calculo de la potencia de picado

Ahora se calcula la potencia necesaria para el corte

𝑃 = 𝑀𝑡 ∗ 𝑛 = 445 ∗

2 ∗ 𝜋 ∗ 750 = 17704,3 (𝑊) 60

Dado que 1 HP es igual a 746 W, obtenemos la potencia en esas unidades: 𝑃 = 23,7 (𝐻𝑃) A esta potencia se deberá sumar la potencia del transportador y de los rodillos para así obtener la potencia total que requiere la máquina y determinar los HP del tractor a usarse. (Sarkis, 2012)

Tabla 16: RESULTADOS DEL CÁLCULO DE LA POTENCIA Y FUERZA DE PICADO

RESULTADOS Descripción Peso Gravedad Fuerza N de plantas Fuerza corte Radio de cilindro picador Momento torsor Potencia Potencia

Variable m g F Np Ft r Mt P P

Resultado 25 9,81 245,3 15 3678,8 0,121 445,1 17704,3 23,7

Unidad Kg m/s2 N N m N*m Hp Hp

Fuente: Elaboración propia

29

3.5

RESORTE DE SUSPENSIÓN

Para garantizar que la maquina pueda picar cualquier diámetro de forraje y cantidades mayores de alimentación sin atascarse, se utilizara un método de suspensión con resorte, el cual estará situado en los rodillos para abastecer el picador. Figura 12: Estados del resorte

Fuente: (Mott, 2006) La longitud libre Lf es la longitud que tiene el resorte cuando no ejerce fuerza, como si estuviera solo descansando, la longitud comprimida Li es la que tiene el resorte cuando se comprime hasta el punto en que todas sus espiras se tocan, la longitud más corta del resorte durante su funcionamiento normal es la longitud de operación L0, cuando el resorte ejerce presión por el eje del rodillo vuelve a un estado de asentamiento denominada longitud instalada Li, entonces la longitud del resorte cambia de L0 a Li durante su funcionamiento normal. Tabla17: Descripción del resorte Descripción

Variable

Cantidad

unidad

Longitud libre

Lf

41

mm

Fuerza inicial

F0

0

N

Longitud comprimida

Li

30

mm

Fuerza ejercida del rodillo en el resorte

Fi

98

N

Numero de espiras

N

11

espiras

diámetro exterior

de

20

mm

diámetro interior

di

17

mm

diámetro del alambre

dw

3

mm

Numero de espiras activas

na

10

Fuente: Elaboración propia

30

Donde: F0= Fuerza inicial Fi= Fuerza ejercida del rodillo en el resorte (peso del rodillo en N) Lf= Longitud del resorte cuando no ejerce fuerza Li= Longitud comprimida N= Número de espiras 3.5.1

Calculo del Diámetro medio del alambre

dm: diámetro medio de: diámetro exterior dw: diámetro resorte 𝑑𝑚 = 𝑑𝑒 − 𝑑𝑤 𝑑𝑚 = 17 [𝑚𝑚] (Mott, 2006) 3.5.2

Cálculo del Índice de resorte

La relación del diámetro medio del resorte, entre el diámetro del alambre, se llama índice de resorte ¨C¨., se recomienda que ¨C ¨sea mayor que 5, si no sería difícil dar forma al resorte y podría causar grietas en el alambre, los esfuerzos y las deflexiones de los resortes dependen de ¨C¨ y una C mayor ayudara a eliminar la tendencia a deformarse 𝐶=

𝑑𝑚 𝑑𝑤

𝐶 = 6,7 > 5 Recomendado para no causar grietas (Mott, 2006) 3.5.3

Calculo del Factor de whal ¨kw¨

C: índice de resorte 𝑘𝑤 =

(4𝐶 − 1) 0,615 + (4𝐶 − 4) 𝐶 𝑘𝑤 = 1,3

(Mott, 2006) 31

3.5.4

Calculo del Esfuerzo en el resorte

Al comprimir un resorte de compresión mediante una carga axial el alambre tiende a torcerse, por consiguiente el esfuerzo desarrollado en el alambre es un esfuerzo cortante por torsión 𝜏=

8 ∗ 𝐹𝑖 ∗ 𝐶 ∗ 𝑘𝑤 𝜋 ∗ 𝑑𝑤 2 𝑁

𝜏 = 235 [ 𝑚𝑚2 ] Donde: Kw: factor whal Fi: fuerza de operación 𝑁

𝜏𝑚 = 600 [ 𝑚𝑚2 ] Curva de servicio recomendado de tablas ver ANEXO 1 con Dw=3 [mm]; SAE 1065 𝜏 < 𝜏𝑚

Como:

Por tanto el alambre del resorte no llegara a deformarse (Mott, 2006) 3.5.5

Calculo de la Deflexión con la fuerza de operación de la espira activa

La deflexión es la deformación que sufre el resorte por efecto de las flexiones internas Donde: G: módulo de elasticidad cortante ver tablas ANEXO 2 Formula 𝛿 8 ∗ 𝐹𝑖 ∗ 𝐶 3 = 𝑛𝑎 𝑑𝑤 ∗ 𝐺 𝛿 = 1,25[𝑚𝑚]/𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑛𝑎 (Mott, 2006) 3.5.6

Calculo del Paso alambre del resorte

El paso p, indica la distancia axial de un punto en una espira al punto correspondiente en la siguiente espira. 32

Donde: 𝛿 𝑛𝑎

= deflexión de la espira activa 𝑝 = 𝑑𝑤 +

𝛿 𝛿 + 0,15 𝑛𝑎 𝑛𝑎

𝑝 = 4,1 [𝑚𝑚] (Mott, 2006) 3.5.7

Calculo del Angulo de inclinación de la espiral

En la siguiente figura se muestra la definición de ángulo de paso ¨𝛼¨ mientras más sea el ángulo de paso, las espiras estarán más inclinadas, por eso el ángulo de paso debe ser menor a 12 ° , si el ángulo es mayor a 12 ° se desarrollan en el alambre esfuerzos de compresión indeseables. Donde: Dm: diámetro medio del resorte 𝛼 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔

𝑝 𝜋 ∗ 𝑑𝑚

𝛼 = 0,08 °

De inclinación

(Mott, 2006) 3.6

CÁLCULOS PARA EL TORNILLO SIN FIN DE HÉLICE HELICOIDAL

3.6.1

D.C.L. DEL SISTEMA DE EMBUTIDO

Figura 13: 200_Embutido del forraje picado

Q = 60 m3/ h Figura 14: 200_Embutido del forraje picado P = 0,26 (m)

V = 0,32 (m/s)

n = 72 (rpm)

Fuente: Elaboración propia

D = 0,33 m d = 0,26 m

L= 0,76 m

33

En el sistema de embutido de forraje picado se utilizara un tornillo sin fin de hélice helicoidal, para este se calculara la rotación necesaria para llenar una bolsa de silo de 50 kg, se partirá con la capacidad de producción (2tn/h) y dimensiones del diseño de solidworks (diámetro y longitud); el resultado obtenido ayudara a elegir la caja reductora adecuada para este sistema. 3.6.2

Calculo de la rotación del tornillo sin fin

Planta forrajera: MAIZ Densidad (ρ) = 0,05 Ton/m3

50 Kg/m3

Peso específico (p) =0,34 Ton/m3

340Kg/m3

Figura 14: Planta forrajera

Figura 15: planta forrajera

Fuente: Elaboración propia Tornillo sin fin helicoidal de paso igual para transporte de solidos Longitud de (L) =760mm

0,76m

Diámetro del tornillo (d)= 260mm

0,26m

Figura 15: 230_Tornillo Transportador

Figura 16: 230_Tornillo Transportador D=0.26m

L= 0.76m D=0.26m

Fuente: Elaboración propia

L= 0.76m

34

3.6.3

Calculo del Flujo volumétrico

Donde: Q = Flujo volumétrico m = Flujo másico de la maquina = 3Tn/hr 𝜌 = Densidad de la planta de forraje 𝑄= 3.6.4

𝑚 3 = = 60𝑚3 /ℎ 𝜌 0.05

Calculo del área del tornillo sin fin

Donde: A = Área del tornillo sin fin d = Diámetro del tornillo sin fin 𝐴= 3.6.5

𝜋 ∗ 𝑑2 = 0,05𝑚2 4

Calculo de la velocidad de avance del tornillo sin fin

Donde: V= Velocidad de avance del tornillo sin fin

𝑉=

𝑄 60 = = 1130,10𝑚3 /ℎ 𝐴 0.05

𝑉 = 0,32m/s 3.6.6

Calculo del Paso del tornillo sin fin

Donde: P = Paso del tornillo sin fin tang α = 0.32 α = 60 𝑃

tangα = 𝜋∗𝑑 𝑃 = 𝜋 ∗ 𝑑 ∗ tangα = 0,26𝑚

35

3.6.7

Calculo del tiempo en una revolución

Donde: t= Tiempo en una revolución V= t=

P t

P 0.26 = = 2,3 ∗ 10−4 h V 1130.10 t = 0.83seg

n= 3.7

rev 1 1 = = = 72,05rpm min t 0.014

SISTEMA DE TRANSMISION

Nuestra maquina consta de dos tipos de transmisión, transmisión por banda y transmisión por cadena, como se muestra en la siguiente figura. Figura 16: 800_sistema de transmisión

Z2=28 dientes D2=320 mm

Z6=19 dientes

D1=200 mm

Z5=16 dientes

Z4=18 dientes

Z3= 38 dientes

Z1=11 dientes

36 Fuente: Elaboración propia

3.8

TRANSMISIÓN POR BANDAS

Nuestra maquina consta de una sola transmisión por banda para el picador, como se muestra en la siguiente figura. Figura 17: 800_Transmisión por bandas

n= 750 rpm d1=320mm

Vb= 12,6 m/s

d2=200mm Fuente: Elaboración propia 3.8.1

Calculo para la selección de banda y polea

Datos n1= #Rev. Del picador = 750 rpm P= Potencia cardan = 25 HP n0= #Rev. Del eje motriz = 1200 rpm 3.8.2

Calculo de la potencia de diseño

Para hallar la potencia de diseño utilizamos un factor de servicio que nos proporciona el catalogo INTERMEC como se muestra en la tabla del ANEXO 3 fs= 1,2 37

𝑃𝑑 = ℎ𝑝 𝑐𝑎𝑟𝑑𝑎𝑛 ∗ 𝑓𝑠 𝑃𝑑 = 30 ℎ𝑝 Donde: fs es el factor de servicio para trabajo intermitente (menos de 12 horas por dia) 3.8.3

Selección del tipo de perfil de la correa

Cruzando valores en tabla Potencia cardan vs Potencia diseño elegimos el perfil adecuado para nuestro diseño. 3.8.3.1 Alternativa 1 Una opcion para la seleccion del perfil de la correa para nuestro diseño es el perfil 5V que se muestra en la tabla ANEXO 4 3.8.3.2 Alternativa 2 Otra opcion para la seleccion del perfil de la correa para nuestro diseño es la clasica perfil C. que se muestra en la tabla ANEXO 5 3.8.3.3 alternativa del tipo de perfil Para nuestro caso utilizamos correa de perfil C, estas correas se utilizan tanto en aplicaciones pesadas como tambien ligeras 3.8.3.4 Dimension de la correa de perfil C Diametros normalizados para la correa ¨C¨ en pulgadas Figura 18: Perfil de la correa

Figura 19: Longitud de la correa

Fuente: (Mott, 2006)

La correa tendra 7/8 pulgadas de ancho, 17/32 pulgadas de grosor

38

3.8.4

Calculo de la relacion de velocidad

Este calculo nos sirve para encontrar posteriormente el diametro de la polea conducida. 𝑖=

𝑅𝑃𝑀 𝑐𝑎𝑟𝑑𝑎𝑛 𝑅𝑃𝑀 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑖 =1,60

Donde: i= relacion de velocidad RPM cardan= # de rev. del eje motriz RPM equipo= # de rev. Del picador Como la relacion es de 1,60 indica que debemos reducir la velocidad, para ello nuestra polea conductora sera de menor diametro y la polea conducida de mayor diametro 3.8.5

Selección de la polea conductora o polea motriz y la potencia que transmite

Con los datos del eje motriz n0= 1200 rpm encontramos en la tabla del catálogo INTERMITEC ver ANEXO 6 el diámetro para nuestra polea conductora y al mismo tiempo encontramos la potencia que transmite. Entonces: D1= 200 mm Pp= 10,2 HP Donde: D1= Diámetro exterior polea conductora Pp= Potencia que transmite la polea 3.8.6

Calculo del número de canales

Para transmitir la potencia de diseño entre las correas, hallamos los canales necesarios para transmitir esa potencia, por lo que dividimos la potencia de diseño con la potencia que transmite la polea # 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 =

𝑃𝑑 𝑃𝑝

# 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 = 2 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠

39

La transmisión por banda contara de dos canales 3.8.7

Selección del buje para la polea motriz

Para selección el buje adecuado buscamos en el catálogo INTERMITEC con el diámetro de la polea motriz ver tabla ANEXO 7 Datos polea motriz: D1= 200 mm Buje:

Figura 19: Perfil de un buje

Nomenclatura= PQ 2C200 Modelo T1 F= 60,3 mm

Figura 19: Longitud de la correa

Db1 = 57,1 mm L= 52 mm M= 120 mm Donde: Db1 = Diámetro del hueco buje L= longitud del buje M= diámetro del buje

Fuente: (INTERMEC)

F= ancho polea 3.8.7.1 Selección de la polea conducida Calculamos el diámetro teórico con la fórmula de relación de transmisión 𝐷2 = 𝑖 ∗ 𝐷1 𝐷2 = 320 𝑚𝑚 3.8.8

Selección del buje de la polea conducida

Para selección el buje adecuado buscamos en el catálogo INTERMITEC con el diámetro de la polea conducida ver ANEXO 7

40

Nomenclatura= PQ 2C320

Figura 20: Perfil de un buje

Modelo: T3 Db2 = 57,1 mm Figura 19: Longitud de la correa

L= 52 mm M= 120 mm Donde: Db2 = diámetro del hueco buje L= longitud del buje M= diámetro del buje

Fuente: (INTERMEC) 3.8.9

Calculo de la distancia entre centro teórico

Es la distancia entre ejes de la polea conductora o motriz al eje de la polea conducida

𝐶 = 1,5(𝐷1 + 𝐷2 ) C=780 mm Donde: D1= diámetro de la polea conductora D2= diámetro de la polea conducida 3.8.9.1 Calculo de la longitud de la correa Es la longitud de la correa que envuelve ambas poleas con referencia a la distancia de centro. 𝐿 = 2 ∗ 𝐶 + 1,57 ∗ (𝐷 + 𝑑) +

(𝐷 + 𝑑)2 4𝐶

𝐿 = 1641 𝑚𝑚 3.8.10 Calculo de la Velocidad Periférica Donde Vp =Velocidad banda 41

𝑉𝑏 = Tabla18:

𝜋 ∗ 𝑛3 ∗ 𝑟1 = 12,6 (𝑚/𝑠) 30

RESULTADOS DE LA TRANSMISIÓN DE BANDAS PARA EL PICADOR RESULTADOS Variables fs P Tipo de banda Relación D1 D2 Pd C L Nbandas Vb

Db1 Db2 Fuente: Elaboración propia 3.9

Unidad

Resultados

Hp mm mm Hp mm mm m/s mm

1,2 25 C 1,60 200 320 30 780 1641 2 12,6 57,10

mm

57,10

TRANSMISIÓN POR CADENA

La transmisión por cadena en nuestra maquina consta de 3 transmisiones por cadena fijados por ejes y su función es transmitir potencia y velocidad de rotación a los ejes, utilizamos esta transmisión ya que es de menor costo y tiene un largo tiempo de vida útil. 3.9.1

TRANSMISION DE CADENA PARA EL RODILLO

Figura21: 800_D.C.L. transmisión por cadena del árbol 1 al rodillo

n2=126rpm z2=40 dientes

V=1,29 m/s

n2=325rpm

n1= 540 rpm Z1=9 dientes Fuente: Elaboración propia

42

Datos: n1= 540 rpm n2= 126 rpm 3.9.2

Calculo de la relación de velocidad rotación

Para determinar si el sistema reducirá velocidad o multiplicara, si es mayor a 1 el sistema de transmisión tiene que reducir velocidad, si es menor a 1 el sistema multiplicara la velocidad para ello determinaremos los diámetros y dientes adecuados para cumplir esa relación para lograr una transmisión estable. 𝑖=

𝑛1 𝑛2

i = 4,29 Donde: n1= velocidad de rotación de la Catarina conductora del eje motriz n2= velocidad de rotación de la Catarina conducida del eje del rodillo i = relación de velocidad Entonces la relación nos indica que debemos realizar una reducción de 4,29 3.9.3

Selección del tipo de cadena

Para la selección de la cadena cotizamos en el mercado local la cadena más gruesa para Catarina, que es de 5/8 cadena y 3/8 Catarina, posteriormente elegimos un catálogo (megachain) ver ANEXO 7 para que con el grosor de la cadena encontremos los diámetros de la catarina 3.9.4

Selección de la Catarina conductora

La catarina conductora o motriz será un diámetro pequeño por que para esta transmisión necesitamos reducir velocidades de rotación, sabemos que mientras el diámetro de la catarina del conductor es pequeño en relación al diámetro del conducido entonces la velocidad reduce y si el diámetro de la catarina conductora es grande y el conducido pequeño entonces la velocidad ira en aumento, si ambas catarinas son del mismo diámetro su relación de 1:1, entonces la velocidad de rotación transferida será la misma.

43

Entonces el diámetro y número de dientes para esta transmisión lo encontraremos en el catálogo megachain ver ANEXO 7 Catarina conductora (motriz) Z1= 9 dientes Dp1= 48,42 mm Donde: Dp1= Diámetro primitivo Catarina Z1= número de dientes 3.9.5

Calculo para determinar el número de dientes de la Catarina conducida

Partimos de la siguiente ecuación 𝑛1 ∗ 𝑧1 = 𝑛2 ∗ 𝑧2 Como sabemos que: n1 es la velocidad de rotación de la catarina motriz n2 es la velocidad de rotación de la Catarina conducida del eje del rodillo Z1 número de dientes catarina motriz Entonces despejamos z2 𝑧2 =

𝑛1 ∗ 𝑧1 𝑛2

𝑧2 = 40 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 Como tenemos el número de dientes podemos hallar el diámetro de la Catarina del catálogo megachain ver ANEXO 7 Entonces: Dp2= 202 mm Dp2: diámetro primitivo de la Catarina conducida 3.9.5.1 Calculo de la velocidad tangencial Donde: p: Paso de la cadena 44

𝑣𝑡 =

𝑛1 ∗ 𝑧1 ∗ 𝑝 6000

𝑚 𝑣𝑡 = 1,29 [ ] 𝑠 Resultado Es la velocidad con la cual el paso de la cadena realiza el recorrido 3.9.6

Calculo de la longitud de cadena

Es la longitud medida en número de pasos de la cadena al dar vuelta ambas catarinas a una distancia estimada en el diseño de solidworks Datos C= 500 mm distancia estimada de solidworks p= 15,875 mm Donde: p= paso de la cadena N= longitud de la cadena 𝑁=

2 ∗ 𝐶 𝑧1 + 𝑧2 𝑝 ∗ (𝑧1 + 𝑧2 )2 + + 𝑝 2 40 ∗ 𝐶

Resultado: 𝑁 = 88 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠 La cadena tendrá aproximadamente 78 pasos para alcanzar la longitud de centro a centro 3.9.7

Calculo de la distancia de centro a centro

Es la distancia de centro de la catarina conductora hacia el centro de la catarina conducida Donde: 1 𝑧1 + 𝑧2 𝑧1 + 𝑧2 2 𝑧1 + 𝑧2 2 𝐶=[ 𝑁− + √(𝑁 − ) − 8( ) ] 4 2 2 2𝜋 Resultado: 𝐶 = 367 𝑚𝑚 45

La distancia teórica mínima entre centro a centro de la catarina conductora a la catarina conducida es de 367 milímetros Resumen: 

Cadena: de 5/8 * 3/8 [pulg], número Asa 50, paso 5/8¨[pulg], 1 hilera, 88 pasos, distancia mínima de la longitud de cadena 367 [mm]



Catarinas: Catarina Pequeña: Z1=9 dientes, con un diámetro Dp1=48,42 mm y un diámetro de eje de 24 mm Catarina grande: Z2=40 dientes, con un diámetro Dp2=202 mm y un diámetro de eje de 24 mm

Tabla19:

RESULTADOS DEL DISEÑO DE LA TRANSMISIÓN DE CADENA PARA EL RODILLO

CÁLCULOS Variables n1 n2 fs P Pd Z1 Z2 i velocidad icatarina Número de cadena p p D1 D2 Vt N Cteórica Cteórica

Unidad Rpm Rpm HP Hp dientes dientes plg mm mm mm m/s pasos mm pasos

Resultados 540 126 1,4 25 35 9 40 4,66 4,44 aceptable 50 5/8 15,875 48,42 202 1,29 88 367 23

Fuente: Elaboración propia

46

3.9.8

TRANSMISION DE CADENA PARA EL PICADOR Y TORNILLO SINFÍN Figura22: 800_D.C.L. transmisión por cadena del eje1 al eje2

Eje 2

n4= 1200 rpm

V=5,72 m/s

Eje 1 n3= 540 rpm Z3=40 Fuente: Elaboración propia 3.9.9

Relación de transmisión de la velocidad rotacional de la catalina motriz al picador

Datos: n3 = 540 rpm npicador= 750 rpm Donde: n3= velocidad de rotación de la catalina motriz n7= velocidad de rotación del tornillo sin fin 𝑖=

𝑛3 𝑛𝑝𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟

i = 0,72 Esta relación nos indica que debemos multiplicar la velocidad, desde el eje motriz hasta el picador. 47

3.9.10 Selección del número de dientes de las catarinas Datos: Z3= 40 dientes Z4= 18 dientes Donde: z3= número de dientes de la catalina conductora z4= número de dientes de la catalina conducida 𝑖 = 𝑧4 /𝑧3 𝑖 = 0,45 Con esta selección de dientes incrementamos la velocidad de rotación, para ello la Catarina conductora será de diámetro mayor a comparación de la Catarina conducida que será de diámetro menor. 3.9.11 Calculo de la velocidad de rotación de la Catarina conducida Donde: n3= velocidad de rotación de la Catarina conductora n4= velocidad de salida de la Catarina conducida 𝑛4 =

𝑛3 ∗ 𝑧3 𝑧4

𝑛4 = 1200 𝑟𝑝𝑚 3.9.11.1 Calculo de la velocidad tangencial Donde: p: Paso de la cadena 𝑣𝑡 =

𝑛3 ∗ 𝑧3 ∗ 𝑝 6000

𝑚 𝑣𝑡 = 5,72 [ ] 𝑠 Es la velocidad con la cual el paso de la cadena realiza el recorrido

48

3.9.12 Calculo de la longitud de cadena Donde: C= 200 mm distancia estimativa entre centros extraída del diseño en solidworks P= paso de la cadena N= longitud de la cadena 𝑁=

2 ∗ 𝐶 𝑧3 + 𝑧4 𝑝 ∗ (𝑧3 + 𝑧4 )2 + + 𝑝 2 40 ∗ 𝐶

Resultado: 𝑁 = 57𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠 La cadena tendrá aproximadamente 56 pasos para alcanzar la longitud de centro a centro 3.9.13 Calculo de la distancia de centro a centro Donde: 1 𝑧3 + 𝑧4 𝑧3 + 𝑧4 2 𝑧3 + 𝑧4 2 √ 𝐶 = 𝑁 [− + (𝑁 − ) − 8( ) ] 4 2 2 2𝜋 Resultado: 𝐶 = 158 𝑚𝑚 La distancia teórica mínima entre centro a centro de la catarina conductora a la catarina conducida es de 157 mm Resumen: 

Cadena: de 5/8 * 3/8 [pulg], número Asa 50, paso 5/8¨[pulg], 1 hilera, 57 pasos, distancia mínima de la longitud de cadena 158 [mm]



Catarinas: Catarina Pequeña: Z3=40 dientes, con un diámetro Dp3=192,24 mm, con un diámetro de eje de 24 mm Catarina Grande: Z4=18 dientes, con un diámetro Dp4=91,42 mm, con un diámetro de eje de 24 mm

49

Tabla 20:

RESULTADOS DEL DISEÑO DE LA TRANSMISIÓN DE CADENA DEL EJE1 AL EJE 2

CÁLCULOS Variables

Unidad

Resultados

n3 n4 fs P Pd Z3 Z4 i velocidad icatarina Número de cadena Paso cadena Paso cadena

Rpm Rpm Hp Hp dientes dientes plg mm

540 1200 1,4 25 35 40 18 0,45 0,45 aceptable 50 5/8 15,875

D1 D2 Vt N Cteórica Cteórica

mm mm m/s pasos mm pasos

192,24 91,42 5,72 57 158 10

Fuente: Elaboración propia 3.9.14 TRANSMISION DE CADENA PARA EL TORNILLO SIN FIN Figura23: 800_D.C.L. transmisión por cadena de la Catarina motriz a la caja reductora n6=1011 rpm Z6=19 dientes

V=4,28 m/s

n5=1200 rpm Z5=16 dientes

Fuente: Elaboración propia

50

3.9.15 Relación de velocidad rotación Datos: n5 = 1200 rpm nsinfin= 72 rpm Donde: n5 = velocidad de rotación del eje motriz nsinfin= velocidad de rotación del tornillo sin fin 𝑖=

𝑛5 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑓𝑖𝑛

𝑖 = 16,20 Esta relación indica que para alcanzar la velocidad del sin fin debemos reducir la velocidad de rotación en 16,2 por lo que con la transmisión por cadenas máximo se llega a reducir 4 a 5 de velocidad rotacional, entonces para este caso utilizaremos una caja reductora del catálogo VARVEL que mostraremos en la tabla del ANEXO 8 Como tenemos que reducir 16,2 y la caja reductora reducirá 1/15 entonces en nuestra relación de transmisión de la Catarina conductora a la caja reductora será: 𝑖𝑡 = 𝑖𝑐𝑎𝑗𝑎 − 𝑖 𝑖𝑡 = 1,20 Entonces habrá una reducción de velocidad de las catarinas hasta antes de llegar a la caja reductora de 1,7 3.9.16 Relación de transmisión Catarina conductora a Catarina conducida Para incrementar la velocidad la Catarina conductora será pequeña y la Catarina conducida grande, entonces determinamos una relación adecuada del número de dientes de las catarinas que será: Datos : Z5= 16 dientes Z6= 19 dientes 𝑖=

𝑧6 𝑧5 51

𝑖 = 1,20 Esta selección del número de dientes es la adecuada para nuestra transmisión 3.9.17 Calculo de la velocidad de rotación de la Catarina conducida Donde: n6= velocidad de rotación de la Catarina conducida n5= velocidad de salida de la Catarina conductora

𝑛6 =

𝑛5 ∗ 𝑧5 𝑧6

𝑛6 = 1011 𝑟𝑝𝑚 3.9.18 Calculo de la velocidad tangencial Donde: p: Paso de la cadena 𝑣𝑡 =

𝑛6 ∗ 𝑧6 ∗ 𝑝 6000

𝑚 𝑣𝑡 = 4,28 [ ] 𝑠 Es la velocidad con la cual el paso de la cadena realiza el recorrido 3.9.19 Calculo de la longitud de cadena Donde: C= 176 mm distancia estimativa entre centros extraídas del solidworks P= paso de la cadena N= longitud de la cadena 𝑁=

2 ∗ 𝐶 𝑧6 + 𝑧5 𝑝 ∗ (𝑧6 + 𝑧5 )2 + + 𝑝 2 40 ∗ 𝐶 𝑁 = 42 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠

La cadena tendrá aproximadamente 43 pasos para alcanzar la longitud de centro a centro

52

3.9.20 Calculo de la distancia de centro a centro Donde: C: distancia entre centros 1 𝑧6 + 𝑧5 𝑧6 + 𝑧5 2 𝑧6 + 𝑧5 2 𝐶 = [𝑁 − + √(𝑁 − ) − 8( ) 4 2 2 2𝜋 𝐶 = 142 𝑚𝑚 La distancia teórica mínima entre centro a centro de la Catarina conductora a la Catarina conducida es de 142 milímetros

Resumen: 

Cadena: de 5/8 * 3/8 [pulg], número Asa 50, paso 5/8¨[pulg], 1 hilera, 42 pasos, distancia mínima de la longitud de cadena 142 [mm]



Catarinas: Catarina Pequeña: Z5=16 dientes, con un diámetro Dp5=81,37 mm, con un diámetro de eje de 24 mm Catarina Grande: Z6=19 dientes, con un diámetro Dp6=96,45 mm, con un diámetro de eje de 24 mm

Tabla 21:

RESULTADOS DEL DISEÑO DE LA TRANSMISIÓN DE CADENA PARA EL PICADOR Y EL TORNILLO SIN FIN

CÁLCULOS Variables n5 n6 n7 fs P Pd Z5 Z6

Unidad Rpm Rpm Rpm Hp Hp dientes dientes

Resultados 1200 1011 72 1,4 25 35 16 19 53

Variables

Unidad

Resultados

i velocidad_sinfin icaja_reductora i velocidad i catarina Número de cadena p p

plg mm

16,2 1/15 1,20 1,20 aceptable 50 5/8 15,875

D1 D2 Vt N Cteórica Cteórica

mm mm m/s pasos mm pasos

81,37 96,45 4,28 42 142 9

Fuente: Elaboración propia 3.9.21 Conclusión

Los objetivos planteados en el diseño de la picadora y embutidora de forraje se cumplieron a cabalidad logrando así una maquina capaz de picar 1cm y embolsar el forraje a través de un tornillo helicoidal en bolsas de silo de 50 kg. Para el correcto funcionamiento de la maquina será necesario un tractor de una potencia de 25 hp y caja de velocidad en primera de 540 rpm, asegurando así que la maquina sea segura en su correcto funcionamiento. La máquina es fácil de transportar ya que cuenta con un anclaje que es acoplada a un vehículo para su facilidad de traslado al lugar de picado El valor económico no es muy alto a comparación de otras máquinas similares importadas o construidas en el mercado local.

54

Bibliografía Diseño de un transportador Helicoidal. (s.f.). INTERMEC. (s.f.). transmision de potencia. Poleas en V. Larburu, N. (s.f.). Maquinas Prontuario. Paraninfo. Madrid, U. C. (s.f.). Tornillo Sin Fin. Mott, R. L. (2006). Diseño de elementos de Maquinas (4 ed.). mexico: Peaeson. Sarkis, M. (2012). Elementos de Maquinas (9 ed.). Erica. Scharkuz, E. (1969). Tablas de material, número y forma para la industria metalúrgica. Barcelona: Reverte. VARVEL. (s.f.). Reductores de tornillo sin fin. VARVEL.

55

ANEXOS ANEXO 1 Tabla1: Tensiones admisibles

Fuente: (Sarkis, 2012) ANEXO 2 Fuente: (Sarkis, 2012) Tabla2: módulo de elasticidad en cortante G

Fuente: (Sarkis, 2012)

56

ANEXO 3 Tabla 3: factores de servicio típicos

Fuente: (INTERMEC)

57

ANEXO 4 Tabla 4: selección del perfil correa en V

ANEXO 5 Tabla 5: selección del tipo de perfil correa en V clásicas

Tabla 5: selección del tipo de perfil correa en V clásicas

Fuente: (INTERMEC)

Fuente: (INTERMEC)

58

ANEXO 6 Tabla 6: Potencia de transmisión de banda por canal

Tabla 6: Potencia de transmisión de banda por canal

ANEXO 7 Tabla 7: selección del buje

Tabla 6: Potencia de transmisión de banda por canal

Fuente: (INTERMEC) 59 Fuente: (INTERMEC)

ANEXO 8 Tabla 8: Longitudes de la cadena y catarinas

Tabla 7: Longitudes de la cadena y catarinas

Fuente: (INTERMEC) 60 Fuente: (INTERMEC)

ANEXO 9 Tabla 9: Selección de la caja reductora

Tabla 8: Selección de la caja reductora

Fuente: (VARVEL)

Fuente: (VARVEL)

61