ANTEPROYECTO DISEÑO CAJA DE CAMBIOS

JHON JAIRO FOREROMANUEL DARIO VARGAS ARCOS

DANIEL ERNESTO RODRÍGUEZ TELLO

Profesor Gilberto ParraIngeniero Mecánico

Universidad Industrial de Santander

Facultad fisicomecanicaEscuela de ingeniería mecánica

Bucaramanga 2014

CONTENIDO

Pag

INTRODUCCION.....................................................61. ALTERNATIVAS..................................................7

1.1 Características del problema................................71.2 Alternativas de solución....................................8

Sistema de golpe................................................8Valor al consumidor............................................9

Sistema de extrucción..........................................10Impacto social.................................................11

Impacto ecológico..............................................11Sistema Hidráulico.............................................11

2. SELECCIÓN....................................................13Sistema de extrucción..........................................14

Sistema de golpe...............................................14Sistema hidráulico.............................................15

3. Propuesta Grafica............................................154. Conclusiones.................................................18

5. Bibliografía.................................................19

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Lista de tablas

pág.

Tabla 1 tablas de nivel de satisfacción……………………. .………………..........…13

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Lista de figuras

pág.

Figura 1, sistemas de golpe....……………………………………..……………………8

Figura 2, sistema de extrucción…….………………………..………………………….9

Figura 3, esquema de sistema hidráulico……………………………………………. 12

Figura 4, sistema hidráulico de la ensiladora.....……………………………………..13

Figura 5, Vista frontal mecanismo hidraulico de laensiladora….………………….14

Figura 6, Vista lateral mecanismo hidraulico de la ensiladora…..………………..15

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INTRODUCCION

Este trabajo tiene como finalidad principal mostrar lasdistintas características de la caja de cambios a diseñar,haciendo una reseña histórica de su evolución y mostrando suscomponentes principales, también se presentara el tipo decaja a diseñar, pues el parámetro escogido de diseño, esimplementar dicha caja a un automóvil convencional y así se

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lograra estandarizar en gran parte el proceso de diseño enlos parámetros de tamaño y tipo de carcasa a implementar

Se presentara un cronograma de trabajo, donde se nombran lasactividades a realizar y los tiempos de ejecución y deentrega

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1.OBJETIVOS

1.1 Objetivo principal

- Realizar el diseño de una caja de cambios

1.2 Objetivos específicos

- Realizar el diseño bajo un requerimiento de 80 kw de potencia - Implantar un sistema de reducción de 4 velocidades - Lograr velocidad estándar de 2500 rpm- Realizar la selección del vehículo para estandarizar el tamaño

del sistema - Realizar varias propuestas para hacer la elección adecuada- Realizar los cálculos correspondientes- Realizar la simulación en CAD

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1.1.2 Requerimientos

Aumentar la producción de pacas de ensilaje: produccióndiaria por proceso manual, se produce 400 kilos porobrero, y se requiere esta producción en dos horas.

Limitar el desperdicio del producto a niveles nulos:por medio del proceso manual la perdida de materiaprima es considerable (cerca del 20%), por lo tantose requiere disminuir los porcentajes.

Resistencia a la corrosión y cambios climáticos: lamaquina siempre va a estar expuesta a laintemperie.

Recuperar la inversión de la compra del mecanismo: por medio de la disminución de mano de obra y el aumento en la producción se requiere disminuir costos.

Fácil operatividad, transporte y mantenimiento: se requiere que el sistema mecánico sea de mínima complejidad para facilitar el mantenimiento y operatividad, a la par de esto presente características que faciliten su transporte.

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1.1.3 Restricciones

Peso total bajo Dimensiones generales (ancho, largo y alto), aceptables

para el lugar de trabajo Sistema eléctrico ( monofásico) Presión a ejercer mayor a 1500 psi

1.1.4 Especificaciones

Estructura en acero estructural con capas de pintura anticorrosiva

Sistema eléctrico monofásico Empaque del producto, bolsa plástica de alta resistencia Sistema de fácil liberación para evitar el rompimiento

de la bolsa Producción aproximada de 200 kilogramos por hora Presión de trabajo entre los 1200 a 1500 psi

1.2 Alternativas de solución

Analizando la problemática anterior, surgen diferentes ideasque de una u otra manera solucionan el problema, estas son:

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Sistema de golpe

El funcionamiento de este sistema se fundamenta en un motoreductor eléctrico en el cual su velocidad angular seráreducida por medio de una combinación de engranajes que hacenparte de la composición del mismo, el torque allí producidoserá transformado en forma lineal, aplicando un piñóncremallera unido a una barra que servirá para elapisonamiento del ensilaje causando una serie de golpes sobreel material a ensilar en este caso el pasto, se debe tener encuenta la aplicación de un sistema similar al de un troquel ohasta de un sistema que invierta la polaridad del motoreductor para que se pueda producir movimiento lineal en dosdirecciones . Este sistema se debe anclar al suelo en unabase de concreto para soportar las vibraciones producidas porel golpe, esta característica dificulta la movilidad de lamáquina.

Fig.1 Esquema sistema golpe ( aplicación de sistema paraaplicar doble dirección)

Fuente: los autores

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Valor al consumidor

El costo de este sistema está representado por treselementos principales que lo componen; el motor, el sistemade engranajes y la estructura soporte. Normalmente un motoreductor utilizado en máquinas ensiladoras tiene unapotencia entre 5 a 10 HP, con 1600 rpm y en el mercado tieneun costo promedio de $ 2,300.000 el sistema de engranajestiene la función de reducir la velocidad del motor, paraconvertirlo en fuerza, y este va dentro del motor. El sistemasoporte debe de estar fabricado en un acero ingenieril, dondesu precio baria con el tamaño de la máquina, aproximadamenteel costo de este acero estaría en entre $ 1, 2000,000 a $1,500.000 dependiendo de la cantidad requerida.(http://megaconstruc.aquinegocio.co/)

Aproximadamente el costo de la máquina para el consumidor estaría en$3, 750,000 aunque este valor varía dependiendo de la necesidad del cliente y la cantidad de animales a alimentar

Sistema de extrucción

El funcionamiento de este sistema se fundamenta en un motoreléctrico o a combustión interna que le genera movimiento aun tornillo sin fin (sistema máquina de moler, en ocasionesla velocidad de este sistema provoca gran desperdicio dematerial), el cual a medida que va rotando, da empuje almaterial de ensilaje, que es compactado en una bolsa plásticapor medio de un recipiente circular, también cuenta con unacople de ruedas traseras para mejorar su movilidad

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Este sistema no trabaja a presión simplemente cumple con elllenado de la bolsa en un corto tiempo aproximadamente entre20 a 26 segundos aumentado la producción a gran escala, perode igual manera aumenta la necesidad de mayor espacio paraalmacenamiento del ensilaje, en algunos casos la falta depresión en las bolsas permite la entrada de aire, lo quedeteriora la calidad de producto y disminuye el tiempo dealmacenamiento.

Figura 2: sistema de extruccion

Fuente: http://www.ideagro.com.co 

Valor al consumidor

Este sistema es comercializado por empresas privadas que loofrecen junto al mecanismo para el picado del pasto y surecolección, trabaja con un motor a combustión interna de 10hp, presenta facilidad para trasportarlo por su anclaje a dosruedas y su costo esta alrededor de los $10.000.000, esrecomendada para fincas muy grandes ya que su costo deoperación es alto y su producción supera las 2.9 toneladaspor hora(http://elpotrero.co/movil/clasificado/maquinaria/038549-12607410.html)

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Sistema Hidráulico

El funcionamiento de este sistema depende fundamentalmente deuna bomba hidráulica, controlada por un sistema eléctrico quea su vez maneja el movimiento de los gatos que impulsan elpisón hacía el recipiente de compactación, y para facilidaden el transporte se le adicionaran 2 ruedas desmontables enla parte trasera y delantera que permitirán el movimiento deun lugar a otro o el montaje en otro medio de transporte.

Fig.3 Sistema hidráulico de la ensiladora

Fuente: Autores

Valor consumidor

Este sistema está compuestoprincipalmente por la bombahidráulica, los gatos, motorde la bomba y soporte estructural. Labomba hidráulica debe tener unacapacidad mínima de presión

de 1500 psi, que normalmente es el valor requerido paragarantizar la calidad del ensilaje por medio delapasionamiento, el valor de este sistema hidráulico en

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mercado colombiano tiene un valor aproximado de $550,000 cada uno, el motor de control estaría entre $1,450.000 y 1,700.000. El soporte estructural su valordepende del tamaño de la maquina pero un valor aproximadocorrespondiente al tamaño que se requiere siendo fabricado enacero ingenieril estaría aproximándose a $ 1,200.000 a $ 1,500.000(http://elpotrero.co/movil/clasificado/maquinaria/038549-12607410.html)

El valor para el consumidor estaría aproximado a los $ 3,900.000 aunque varía dependiendo de la productividadrequerida por el finquero.

2.SELECCIÓN

Las tres alternativas nos ofrecen solucionar el problemaplanteado así que ninguna de las tres es ineficaz, perobasándonos en el análisis individual de cada propuestadebemos escoger la más viable para el consumidor .

A continuación se plantea un modelo de tabla por puntos dondela alternativa con más puntaje será la seleccionada.

Tabla 1: clasificación por puntaje de satisfacción Sistemade

transporte

costo

operatividad

ecológico

desperdicio

productividad

golpe 0 1 1 1 1 1Extrucción

1 0 1 0 0 1

Hidrául 1 1 1 1 1 1

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icoFuente: los autores

Total de puntajes de satisfacción de cada sistema

- Sistema de golpe…………. 5 putos- Sistema de extrucción……..3 putos- Sistema hidráulico………….6 puntos

Sistema de extrucción

Este sistema nos brinda la posibilidad de aumentar laproducción a un nivel inclusive superior al requerido (3000kg por hora, nivel requerido 2000 kg por hora) al igual quetiene la posibilidad de trabajar a base del motor de otramáquina (tractor, tracto mula, moto bomba, etc.), peropresenta múltiples falencias en su desempeño por ejemplo elcontinuo desperdicio de materia prima su alto peso, altoscostos en la fabricación y la necesidad de varias personaspara manejarla hacen que esta alternativa no sea muyatractiva

Puntaje de satisfacción 3 puntos

Sistema de golpe

Al analizar la tabla anterior se puede concluir que estaalternativa posee ventajas importantes como son su bajo pesoy el leve impacto ecológico. Por sistema piñón cremallera unafácil operatividad, pero si nos fijamos en sus falencias yvemos que uno de los principales requerimientos como es el

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fácil trasporte no es cumplido pues este sistema después deinstalado no se puede mover

Puntaje de satisfacción 5 puntos

Sistema hidráulico

Este sistema abarca en gran parte la solución buscada, pueselimina el nivel de desperdicio de materia prima, además queaumenta la producción al nivel buscado. Como sufuncionamiento general de pende de un sistema hidráulico, elcosto de operación es muy mínimo, este sistema tambiéndisminuye su peso en general facilitando su trasporte porlos difíciles terrenos de esta zona, ya que su estructura noes muy compleja los.

Puntaje de satisfacción 6 puntos

A partir del análisis hecho a todas las alternativas se haescogido el sistema hidráulico por cumplir con la mayoría derequerimientos del problema siendo la opción más viable. Acontinuación se presentara la propuesta GRAFICA de estesistema

3.Propuesta Grafica

En base al análisis de los requerimientos y restricciones delproblema surge una propuesta grafica (geométricamente) de lasmedidas dimensionales de la máquina.

Primero es importante resaltar algunos aspectos importantesa tomar en cuenta del sistema hidráulico

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Impacto ecológico

Como este sistema presenta su funcionamiento a base de unmotor eléctrico monofásico, es poco el impacto ambiental quepresentara, pues a diferencia de los motores a combustióninterna, este no emiten gases tóxicos para la atmosfera,pero se debe tener cuidado con el consumo racional paraevitar desperdicio de energía eléctrica

Impacto social

Uno de los principales problemas que traería directamente laimplementación de un sistema mecánico en la producción deensilaje, es la necesidad de reducir la mano de obra, pues yano será necesario el mismo número de obreros, estoocasionaría dificultades entre el jefe de la finca y susempleados quienes se verían afectados con la pérdida de suempleo.

Para mitigar esta dificultad se plantea como alternativa laasignación de nuevos oficios dentro de la finca para losobreros afectados ya que como el proceso de ensilar se haríade forma más rápida, se necesita la producción de pasto enmenor tiempo y es en esa área de cultivo donde se ubicaríanestos empleados.

Implementación Tecnológica

Este sistema cuenta con importantes avances tecnológicos queson de fácil identificación:

La implementación de la hidráulica en la producción bovina,es sin lugar a duda el mayor aporte tecnológico de estesistema, ya que permite utilizar grades cargas de fuerza entrabajos de difícil operación manual.

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El control electrónico del mismo sistema hidráulico, nosbrinda la posibilidad de aumentar o disminuir la presión autilizar al igual que el tiempo de aplicación

Fig.4 Sistema hidráulico de la ensiladora

Fuente: AutoresFig.5 vista frontal mecanismo hidráulico

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Fuente: Autores

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Fig.6 vista lateral mecanismo hidráulico

Fuente: Autores

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4.Conclusiones

1. Se encontró diferencia entre los sistemas mencionadosencontrando el más Viable.

2. Se ha llegado a una representación gráfica de lamaquina a trabajar, incluyendo las dimensionesgeométricas de la misma.

3. El análisis individual resalta la importancia deimpacto ecológico

4. El costo de implementación de cualquier de lossistemas requiere de una inversión considerable

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5.Bibliografía

- Dr. calderón-Maquinaria, 2012-venta http://elpotrero.co/movil/clasificado/maquinaria/038549-12607410.html)

- Mega centro de la construcción S.A.S, Bogotá Colombia http://megaconstruc.aquinegocio.co/)

- Equipos y bombas de vacío, http://www.bombasdevacio.com.mx

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