Diseño de una grúa pórtico. Análisis por elementos finitos (página 2)

Ventajas:

1. Son capases de soportar hasta 10 toneladas de peso
según su configuración.

2. No dependen de tensores ni contrapesos para mantener su
estabilidad.

3. Se pueden desplazar largas distancias en el plano
horizontal con mucha facilidad.

4. Pueden ser accionadas manualmente por medio de
manivelas.

5. Son de fácil construcción y mantenimiento.

Desventajas:

• 1. No presentan desplazamientos de forma radial.

• 2. No pueden tener mucha altura por que pierden
  estabilidad.

• 3. Puede producirse el efecto de pandeo en las
  columnas.

• 4. Están fijas a un carril.

En el caso de los diferentes tipos de diseños de estas
grúas se encuentran: las de dos pilares y las de cuatro
pilares, este último diseño
los pilares se distribuyen de a pares en cada extremo o apoyo de
la viga de cargas, formando un ángulo con la vertical de
hasta 60º entre las dos. En este caso no se utiliza por que
son grúas de mayor capacidad de carga y además
incurre a un mayor gasto de materiales.

DEFINICIONES
IMPORTANTES APLICABLES A EQUIPOS DE IZAJE

Carga Límite de Trabajo (WLL)
– Carga Segura de Trabajo (SWL): Es la carga máxima
permitida que soporta el producto en
usos generales, cuando la carga es aplicada en forma recta con
respecto a la línea central del producto.

Carga Probada: Es la fuerza
promedio al que se somete el producto antes de que se observe
alguna deformación.

Carga de Ruptura: Es la carga aplicada al producto, a la cual
falla o no sostiene dicha carga.

Carga Dinámica: Es la fuerza resultante de la
aplicación repentina de una fuerza (impactos o tirones).
Esta carga produce un aumento considerable de la carga estática.

Factor de Seguridad: Se
refiere a una reserva teórica del producto. Dicho factor
resulta de dividir la carga de ruptura por la carga límite
de trabajo.

ESPECIFICACIONES
TÉCNICAS DE LA GRÚA

Para poder realizar
el análisis de la estructura
debemos partir de conocer las condiciones de explotación a
que va estar sometida la máquina, además de las
medidas necesarias para su correcto funcionamiento, partiendo de
este análisis previo tuvimos que: la grúa va a
estar sometida hasta cinco toneladas de carga que le va a
concentrar en la parte central de la viga superior o de carga, ya
que, en ese lugar se producen las desviaciones máximas del
material, además según las medidas tomadas en el
área de trabajo tendrá una largo de viga o luz de 3 metros y
una altura de 2.75 m lo que la hace factible para el desarme de
cualquier vehículo. Con todos estos datos partimos a
realizar el estudio y dimencionamiento de las partes componentes
del la armadura para la grúa de pórtico para
así dar una propuesta final del diseño.

SELECCIÓN
DE MATERIALES.

Aceros de construcción: estos se subdividen en: aceros
para cementar y aceros mejorables, los de bajo % de C se
subdividen en para estructuras y
para cementar de 0.03-0.08 %C, de 0.5 á 0.75 %C. [5]

En este caso se utilizarán aceros de bajo % de carbono y
más específico los aceros para estructura
más conocidos por la marca CT, que
pueden ir de la CT1 hasta la CT8 que dependen de la resistencia que
tiene cada uno es decir de sus propiedades mecánicas. Se
seleccionó un acero CT 4 para
la construcción de los pilares y las chapas para el
ensamble de la grúa, el mismo presenta
características de resistencia que propicia seguridad del
diseño, como son: la resistencia máxima a rotura
que es de 175 MPa y soportas grandes cargas a tracción-
compresión. [4]

Para la construcción de la viga de carga se
seleccionó un acero aleado de bajo contenido de
aleación para mejorar sus propiedades
mecánicas.

PARTES
COMPONENTES DEL DISEÑO.

El diseño consta de siete partes componentes para
realizar el ensamble del mismo partiendo de:

• 1. Cuatro chapas perforadas de acero para estructura,
  para la fijación de la base con la testera la cual se
  une con la viga carrilera y la cabecera de los postes del
  soporte que se une con la viga superior o viga de carga.

• 2. Dos postes de sección anular para soportar
  el efecto de pandeo.

• 3. Viga superior o de carga por la que se desplaza el
  carro de izaje con el gancho perfil I 16.

• 4. Tornillos (16) M14 x45 para la fijación de
  la estructura. [7]

• 5. Tuercas (16) M14.

• 6. Arandelas de seguridad (16)

• 7. Chapa de forma triangular para nervios soldados de
  acero para estructura.

Para tener una mejor óptica,
así como, las medidas del diseño por cada pieza
realizaremos de forma breve una muestra de cada
pieza y de ser necesarias mayores especificaciones, remitirse al
dibujo en el
software.

La representación de la viga superior de la estructura
no es necesaria representarla ahora porque está
representada en el análisis estático de la
grúa, si es necesario puede remitirse al mismo para mayor
información. Además que al ser un
elemento normalizado podemos acotar que la misma es un perfil
I 16.

ESTUDIO DEL
COMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA.

Por condiciones de resistencia el análisis se
realizó solo en la viga superior o de carga porque para
los postes y la base las posibles deformaciones son
despreciables, a no ser, el pandeo en el caso de los postes por
lo que se tomaron postes de sección anular para disminuir
este efecto en los mismos y por lo tanto hacer más
confiable el diseño del punto de vista de resistencia de
materiales.

Fig. 8 Análisis de las tensiones en
la viga superior

Fig. 9 Análisis de los
desplazamientos

Fig. 10. Análisis de las deformaciones
unitarias

Fig. 11. Deformaciones. (Escala de
deformación 50)

Fig. 12 Verificación del diseño.
(Factor de seguridad 1,2)

IMPACTO
MEDIO-AMBIENTAL

El desarrollo e
implementación de este trabajo tiene un fuerte impacto
medio ambiental, partiendo de quienes taller de la universidad de
Holguín "Oscar Lucero Moya" no cuenta con una grúa
de este tipo, por lo que es el desarme de los motores se
realizaba en el área donde parqueaban los
automóviles y esto propicia el derramamiento de aceites y
lubricantes sobre el suelo de esas
áreas, lo que trae consigo la
contaminación del medio, por lo tanto con la
implementación de la grúa en el taller automotriz
se garantiza que el desarme de los motores y cajas de velocidad se
realice en áreas que garanticen la evacuación de
los medios
contaminantes (aceites y lubricantes principalmente). Pro lo que
es de mucha importancia para el taller y para el personal que
trabaja en el mismo.

CONCLUSIONES

• 1. Este análisis arrojó como resultado
  que el modelo computacional presenta un factor de seguridad
  de 1.2, por lo que, se comprueba que resiste las
  cargas a que se someterá la estructura en su
  explotación.

• 2. Con este trabajo se facilita la labor que se
  realizaría para obtener los cálculos del
  diseño de forma manual, disminuyendo considerablemente
  el tiempo empleado para este análisis y un mayor nivel
  de confiabilidad a la hora de obtener los resultados del
  diseño en general.

BIBLIOGRAFÍA

• 1. Colectivo de autores. 1985. Elementos de
  Máquinas, Manual complementario. Editorial Pueblo y
  Educación. Dpto de Ediciones del ISPJAE. La Habana.
  Cuba.

• 2. Dobrovolski, 1985. Elementos de Máquina.
  Editorial Pueblo y Educación 1985. Dpto de Ediciones
  del ISPJAE. La Habana. Cuba.

• 3. Feodosiev, V. 1987. Resistencia de los Materiales,
  volumen II. Editorial Pueblo y Educación. La Habana.
  Cuba.

• 4. Fernández Levy, G. 1986. Resistencia de los
  Materiales/ Gilda Fernández Levy. Ciudad de La Habana.
  Editorial Pueblo y Educación. La Habana. Cuba.

• 5. Guliaev. A. P. 1989. Metalografía Tomo I Y
  II. Editorial MIR. Moscú. URSS.

• 6. Hernández Sardiñas, F. 1986.
  Metrología Dimensional. Editorial ISPJAE. La Habana.
  Cuba.

• 7. Reshetov. 1985. Elementos de Máquinas,
  Editorial Pueblo y Educación. Dpto de Ediciones del
  ISPJAE. La Habana. Cuba.

• 8. Smith, W. 2004. Ciencia e Ingeniería de los
  materiales. Editorial Mc Graw – Hill Interamericana de
  España.

Autor:

M. Sc. José A. Martínez Grave de
Peralta

Ing. Yosvani Morales Hernández

Dr. C. Julo C. Pino Tarragó

Departamento de Mecánica Aplicada, Facultad de
Ingeniería

Universidad de Holguín

Cuba