“Año de la Consolidación Económica y Social del Perú”

CÁTEDRA : DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA

CATEDRÁTICO : ING. BRECIO DANIEL LAZO BALTAZAR

ALUMNO : VARGAS CHAVEZ CRISTIAN DAVID

HUAHUANCAYO 2010 - II

INTRODUCCION

En el diseño de una máquina debemos tomar en consideración muchos aspectos que

nos conlleva, a la investigación de que es lo que queremos fabricar; para lo cual es

importante tener los conocimientos necesarios de la elaboración de un Proyecto, un

conocimiento teórico del proceso con la ayuda de la computadora para configurar nuestro

sistema, para fundamentarnos el problema, luego hacer la aplicación directa. Para esto es

importante también conocer el campo de las Maquinas herramientas y los cálculos

matemáticos del diseño. Con estos aspectos ya estamos en la capacidad de diseñar y

fabricar nuestra máquina.

RESUMEN

En el transcurso del diseño de la máquina de corte de alfalfa, será efectuada en

etapas, las cuales nos ayudan a la elaboración del presente diseño.

Primero nos englobamos en todo lo que es el problema, que es lo que nuestra

máquina quiere solucionar o mejorar, una vez definido todo el problema hacemos una lista

de exigencias.

En el siguiente proceso analizamos todas las posibles soluciones a nuestro problema

pero enmarcándonos en la lista de exigencias establecida, a estas soluciones le hacemos una

evaluación para llegar una solución adecuada.

La fase posterior nos encamina ya en el proyecto preliminar en donde hacemos los

bosquejos de la forma para luego hacer nuestros cálculos matemáticos con nuestros datos

previamente establecidos.

La fase final nos conlleva ya a un idea clara de que es lo que queremos diseñar y

fabricar, para luego plasmar nuestro diseño en partes y su posterior ensamble. Obteniendo

finalmente el diseño en el papel con todas sus características lista para ser modelada en un

software y para su posterior construcción.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

Para la realización de nuestro diseño es necesario conocer cuál es el

problema principal y para ello visitamos el Distrito de Huachac, en donde los

agricultores producen alfalfa, es en dicho lugar y en esta actividad en la cual

decidimos iniciar nuestro trabajo.

Huachac está ubicado en la provincia de Chupaca, departamento de Junín,

lugar dedicado a la agricultura y ganadería, en el lugar conocido como Marcatuna se

encuentra la materia prima de la cual obtendremos nuestros datos.

Nos entrevistamos con el señor Pedro Gaspar y su esposa Julia Cóndor,

quienes se dedican a esta actividad quien nos explicó el procedimiento de la cosecha

y corte de la alfalfa, para tratar de identificar el problema en el proceso de corte.

1.1 SOBRE LAS TIERRAS DE CULTIVO

Nuestro producto a investigar se encuentra en un área rectangular de 2.5 Ha

aproximadamente con 90m de ancho y 260m de largo con una desnivelación de

tierras en un promedio de 7° con separación de canales de 90 cm además está en un

lugar con abundante humedad es por eso que facilita su crecimiento.

1.2 SOBRE LA MATERIA PRIMA

Actualmente el Productor siembra alfalfa tipo Moapa cuya altura máxima es

de 50 – 55 cm con las siguientes características:

Clasificación científicaReino: PlantaeDivisión: MagnoliophytaClase: MagnoliopsidaSubclase: RosidaeOrden: FabalesFamilia: FabaceaeSubfamilia: FaboideaeTribu: TrifolieaeGénero: MedicagoEspecie: Mendicago sativa

1.3 SOBRE LAS HERRAMIENTAS UTILIZADAS

El proceso de corte es realizado con una hoz dentada rudimentaria de

aspecto ovalado, además también en ocasiones realizaron el corte con una guadaña

larga.

Hoz utilizada

en la cosecha

1.4 SOBRE EL PROCESO DE CORTE

Para la comercialización de alfalfa, lo primero es la siembra de la alfalfa, que

es el paso más importante en el proceso, para el primer corte de alfalfa se debe tener

en cuenta que el cultivo debe tener 10% de su floración (cuando el 10% de sus

flores están abiertas), además se debe cortar dejando un tallo de 3-5 cm para el

rebrote.

La segunda etapa es el proceso de corte, realizado con una hoz dentada

rudimentaria, se toma de la parte baja de la alfalfa logrando un puñado consistente

sin dañar los tallos y hojas y se pasa la hoz por debajo de la mano con una fuerza

moderada para poder cortar la alfalfa este proceso se realiza continuamente hasta

obtener la cantidad suficiente para retirar de los cultivos., este proceso es el que más

trabajo da para el agricultor y es en este proceso que pretendemos facilitar con el

diseño de una máquina que realice este proceso.

Luego del proceso de corte se recolecta los tallos que quedaron en el suelo

para el proceso de secado ya que el producto se extrae con mucha humedad se deja

al sol por 2 horas y luego se amarra en unos fardos de aproximadamente 20 - 25 Kg

y el producto esta listo para la comercializacion.

Actualmente se produce en cada corte unos 2000 Kg por hectárea y se

realizan unos 5-6 cortes al año lo que resulta un trabajo arduo y cansado y con la

ayuda se pretende aumentar su producción en 6-7 cortes al año además de disminuir

el esfuerzo humano.

2. DETALLE DEL PROBLEMA

El problema que se encuentra en esta situación es la necesidad de contar con

una máquina que realice el proceso de corte de alfalfa aumentando la producción y

reduciendo el esfuerzo humano.

3. ESTADO DE LA TECNOLOGIA

3.1 LA COMPETENCIA

En la actualidad en nuestro valle del Mantaro no tenemos referencias de

anteriores diseños realizados sobre maquinas cortadoras siendo este el primer

diseño.

3.2 CATALOGOS

En general las maquinas que se ocupan para la realización de este proceso

son accesorios para tractores muy grandes y muy costosas, ya que de los más

pequeños como la cortadora de alfalfa John Deere 1209 ocupa un área aproximada de

2.5 x 2m. Y cuesta alrededor de $7500 Dólares además de que requieren de mucho

mantenimiento para su óptimo funcionamiento ya que está expuesto al medio

ambiente. Otro inconveniente de estas máquinas es que trozan la alfalfa en partes

pequeñas para ensilado y así no se puede comercializar en el valle del Mantaro.

Invento chino de una acomodadora de alfalfa

CORTADORA DEL ALFALFA, Reversible, corte de 1.27 metros Motor

gasolina de 8 HP de potencia marca KOHLER arranque eléctrico, 4 velocidades

frente, 2 de reversa, traccion independiente en llantas para giros en 0º (grado

cero)

3.3 RECOMENDACIONES Y NORMAS

En nuestra investigación es recomendable utilizar máquinas de corte de alfalfa

en tamaños pequeños que existen pocos ya que se fabrican para productores con

más de 30 Ha

4. ANALISIS DE LA SITUACION DEL PROBLEMA

Para nuestro diseño tuvimos que solicitar algunos datos al agricultor que nos

solicitó:

- Se debe contar con una máquina que sea fácil de operar.

- Su diseño no sea muy espacioso para poder guardarlo cuando no se use.

- La máquina debería dejarnos alfalfa lista para su embalaje.

- El diseño debería permitir movilizar la maquina con facilidad.

- La máquina debería contar con sistemas de protección y seguridad.

5. POSIBILIDADES DE REALIZACION

Según lo exigido por el agricultor llegamos a la conclusión de que el diseño solicitado

está en condiciones para su fabricación ya que en nuestro Valle contamos con los

talleres y accesorios en gran cantidad para poder acoplarlo a el diseño a fabricar y

además en comparaciones con las máquinas que existen hoy en día en el mercado

tendría que ser económico ya que se pretenderá fabricar con materiales y partes

existentes.

6. COMPLEMENTAR LAS EXIGENCIAS ORDENARLAS Y

CUANTIFICARLAS, COLOCAR PRIORIDADES.

¿Qué finalidad tiene que satisfacer la solución?

El diseño de la cortadora de alfalfa; tiene por finalidad, ayudar en el proceso de corte

de alfalfa y recolectado para su posterior empacado y comercializado, disminuyendo el

trabajo y esfuerzo humano en la realización del corte y aumentar la producción en un

18-20%.

¿Qué propiedades debe tener la solución?

La alfalfa debe ser cortada en el momento preciso y con el desarrollo previsto.

Evitar que la operación de corte con las manos sea tediosa, acortar el tiempo en este

proceso de cortado de alfalfa, pudiendo realizarlo de una manera descansada.

Disminuir esfuerzo físico, sobre todo en la forma rudimentaria en la que es laborioso y

cansado.

¿Qué propiedades no debe tener esta solución?

No debe subir los costos de producción.

No debe poner en riesgo la fragilidad de la alfalfa.

La máquina a diseñar no debe tener grandes dimensiones ni muchos

componentes.

7. LISTA DE EXIGENCIAS DEL DISEÑO

LISTA DE EXIGENCIAS EDICION Pag. _____ de _____

PROYECTO

CLIENTE

Nº de Identificación

DISEÑO DE UNA MAQUINA PARA CORTAR ALFALFA

Redactado por:

Fecha:

Cambios (Fecha)

Deseado o exigido

Exigencias Responsable

GEOMETRIA

DE LA MATERIA PRIMA

29/09/2010 E Altura: 50 - 55 cm C.Vargas

29/09/2010 E Diámetro con hojas: 5 - 6 cm C.Vargas

CINEMATICA

29/09/2010 D Grados de Libertad: 2 C.Vargas

29/09/2010 E Velocidad mínima de avance: 0.3 m/seg C.Vargas

29/09/2010 E Longitud de corte total: 1m. C.Vargas

29/09/2010 D Movimientos: Radial y lineal C.Vargas

FUERZA

29/09/2010 E Fuerza mínima de corte x puñado: 2.6 - 4.1 kg C.Vargas

29/09/2010 E Peso máximo de un tallo de alfalfa: 60-70 gr. C.Vargas

29/09/2010 E Factor de carga: 1 C.Vargas

29/09/2010 E Estabilidad del equipo C.Vargas

29/09/2010 D Vibraciones medias C.Vargas

29/09/2010 E Resonancia nula C.Vargas

ENERGIA

29/09/2010 E Mecánica C.Vargas

29/09/2010 D Energía potencial (Rigidez de la alfalfa) C.Vargas

MATERIA

SOBRE MATERIA A PROCESAR: ALFALFA

29/09/2010 E Alfalfa en proceso de floración C.Vargas

29/09/2010 E Alfalfa con tallos y hojas C.Vargas

29/09/2010 D Debe tener el menor daño posible C.Vargas

29/09/2010 E Flujo mínimo: 200 gr/seg. C.Vargas

SEÑALES Y CONTROL

29/09/2010 E ON / OFF C.Vargas

29/09/2010 E Palanca de avance C.Vargas

SEGURIDAD

29/09/2010 E Protección Mecánica Maquina - Hombre C.Vargas

29/09/2010 E Protección del Operario C.Vargas

29/09/2010 D Sistema de parada de emergencia C.Vargas

ERGONOMIA

29/09/2010 E Edad promedio del operario: 18 - 60 años C.Vargas

29/09/2010 E Facilidad de manipulación C.Vargas

29/09/2010 D Ergonomía total C.Vargas

FABRICACION

29/09/2010 E Disponibilidad de equipos más apropiados para la fabricación C.Vargas

SOBRE MATERIAL DE FABRICACIÓN

29/09/2010 E Material de Fabricación en contacto directo con la alfalfa C.Vargas

29/09/2010 EMaterial de Fabricación del aparato que está en contacto con la humedad de material inoxidable.

C.Vargas

29/09/2010 EMaterial de la estructura sólo en contacto indirecto con la humedad con protección antioxidante.

C.Vargas

29/09/2010 E Elementos de fabricación C.Vargas

DE DISPONIBILIDAD DE ESPACIO

29/09/2010 E Área máx. de máquina: 1.00 x 2.00 m2 C.Vargas

29/09/2010 D Altura máxima: 1.60 m C.Vargas

29/09/2010 D Debe tener el menor tamaño posible C.Vargas

MONTAJE

29/09/2010 E Montaje sencillo C.Vargas

29/09/2010 E No debe requerirse llaves de ensamblaje especializados C.Vargas

MANTENIMIENTO

29/09/2010 E Plan de mantenimiento preventivo C.Vargas

29/09/2010 E Fácil inspección y limpieza en la línea de corte y transmisión C.Vargas

29/09/2010 EAcondicionamiento con insumos accesibles en el mercado local

C.Vargas

29/09/2010 E Mano de obra no especializada C.Vargas

COSTO

29/09/2010 E No más de US$ 10 000.00 C.Vargas

29/09/2010 D Elementos de fabricación no caros ni baratos C.Vargas

29/09/2010 EPago del 50% al presentar el proyecto terminado y del 100% a la presentación de la máquina terminada.

C.Vargas

CONTROLES Y PRUEBA DE FUNCINAMIENTO ÓPTIMO

29/09/2010 E De acuerdo a Normas Iso para alimentación. C.Vargas

8. ELABORACION DEL CONCEPTO

9. DETERMINACION DE LOS PRINCIPIOS TECNOLOGICOS

Ingreso de alfalfa a la maquina

Alfalfa cortada y lista para empacar

Corte y recolección de la alfalfa

Entrega de energía mecánica

necesaria para accionar el

sistema

Utilización de energía mecánica necesaria

para el accionamiento del sistema de corte y recolección de alfalfa

Ruido, calor y vibraciones

Señal de encendido y avance de la

maquina

Señal de que se trabo el proceso Sonora o visual

La determinación de los principios tecnológicos se basa en la lista de exigencias y la caja negra.

A continuación se describe las funciones y secuencias necesarias para lograr la transformación deseada:

1. Posicionamiento

2. Avanzar

3. Sujetar

4. Cortar

5. Recolectar

6. Frenar

7. Retirar el material cortado

10. ESTRUCTURA DE FUNCIONES

11. MATRIZ MORFOLOGICA

Accionamiento y Posicionamiento

Desplazar Sujetar Cortar

Recolectar

FrenarRetirar el material cortado

Funciones Parciales(Elementales)

Alternativas de efectos, de portadores, de principio de solución, de formas, de grupos funcionales, de bloques funcionales.

1 2 3 4

1Accionamiento y Posicionamiento manos Motor de combustión

Motor eléctrico Pedales

2 DesplazarRuedas

cadenas

3 Sujetar

manos rodillos

4Transmisión de la fuerza de corte

Sistema de poleas Engranajes

5 Corte

Cuchillas giratorias

Polea dentada

6 Recolectar

manos

PESO Y VIBRACION

7 Frenar

Freno manual zapata Freno neumatico

8 Retirar Material

manual

Faja transportadora

1° OPCION 2° OPCION

12. CONCEPTOS DE SOLUCIONNuestra máquina debe llegar a cortar el material sin trozarlo ni dañarlo por tal llegamos a 2 conceptos los que son:12.1 Concepto de Solucion 1

Este concepto tiene los siguientes elementos:Un sistema motrizUn sistema de corteUn sistema de transmisionUn depósito de almacenamiento

12.2 Concepto se solución 2Este concepto tiene los siguientes elementos:Un sistema motrizUn sistema de corteUn sistema de transmisionUn depósito de almacenamiento

DESARROLLO DEL PROYECTO

CÁLCULOS (sistema de transmisión de potencia)Abreviaturas de las fórmulas

símbolo

Descripción Unidad

a Distancia entre ejes mmanom Distancia entre ejes con un desarrollo de correa calculado estándar mmbd Ancho de referencia mmb1 Ancho superior mmc1 Factor de ángulo de contactoc2 Factor de cargac3 Factor de desarrolloc4 Numero de rodillosddg Diámetro de referencia de la polea mayor mmddk Diámetro de referencia de la polea menor mmdd 1 Diámetro de referencia de la polea motriz mmdd 2 Diámetro de referencia de la polea arrastrada mmE Flecha por cada 100 mm de longitud de ramal mmEa Flecha del ramal mmf Carga de prueba por correa Nf B Frecuencia de flexión s−1

i Relación de transmisiónk Constante para el cálculo de fuerza centrifugaL Longitud de ramal mm

List Desarrollo interior estándar de la correa mmLith Desarrollo interior de la correa calculada mmLdst Desarrollo de referencia estándar de la correa mmLdth Desarrollo de referencia calculado de la correa mmnk Velocidad de giro de la polea pequeña min−1

n1 Velocidad de giro de la polea motriz min−1

n2 Velocidad de giro de la polea arrastrada min−1

P Potencia transmitida por la correa kWPB Potencia de calculo kWPN Potencia nominal por correa kWSa Fuerza estática mínima sobre el eje NT Tensión estática mínima por ramal NX Recorrido mínimo entre ejes anom para tensar y retensar la correa mmy Recorrido mínimo entre ejes anom para montaje de la correa mm

αAngulo de inclinación de ramal =90−β

2grados

β Angulo de abrazo de la correa en la polea pequeña Grados

DatosMotor de Combustión Interna P=0.75 Hp ≈ 0.5593 kW

n1=1000rpm

Servicio diario Aproximado de 8 horasNumero de arranques al día Uno al díaCondiciones de servicio Condiciones ambientales favorablesDistancia entre ejes Variable entre 200 mm a 900 mmVelocidad de giro de la polea arrastrada n2=600 rpmDiámetro de la polea dd 1≤ 80 mmDiámetro de la polea dd 2≤ 160 mm

FACTOR DE CARGA c2

Como las horas de trabajo son de 8 horas y según EL MANUAL TÉCNICO PARA TRANSMISIONES POR CORREAS TRAPEZOIDALES OPTIBELT (tabla 17).Para transmisiones ligeras c2=1.1

POTENCIA TEORICAPB=P . c2 PB=1 (1.1 )=0.825 Hp≅ 0.6152 kW

SELECCIÓN DEL PERFIL DE LA CORREADel diagrama 4 del manual con 0.825 Hp y 1000 rpmSe selecciona perfil tipo Z (denominación ISO) o SPZ (denominación DIN 7753)

DIÁMETRO DE REFERENCIA DE LAS POLEAS ACANALADAS TRAPECIALESdd 1 seleccionado ver tabla 9 dd 1=80 mm

dd 2=dd1 .i dd 2=8 0.( 1 000600 )=1 33 mm

dd 2=dd1 .i dd 2=100 mm± 0.2mmde planitud

DISTANCIA ENTRE EJES (selección provisional)Recomendación a>0.7(ddg+ddk) a=500 mmDESARROLLO DE REFERENCIA DE LA CORREA

Ldth=2a+1.57 (ddg+d dk )+(ddg+ddk)

2

4 a

Ldth=2× 500+1.57 (100+8 0 )+ (100+8 0)2

4 ×500Ldth=1264 mm

Dentro del perfil SPZ se selecciona Ldst=1262 mm

DISTANCIA ENTRE EJES

anom=a−Ldth−Ldst

2

anom=500−1264−12622

anom=499 mm

AJUSTE MININO X/Y DE LA DISTANCIA ENTRE EJES anom

Ver tabla 20 del manual OPTIBLETx≥ 10 mm paratensado yretensadoy ≥10 mm paramontaje de correa

VELOCIDAD Y FRECUENCIA DE FLEXIÓN DE LA CORREA

v=ddk × nk

19100(vmax=42

ms)

v=60× 160019100

=5.026ms

f b=2000 × v

Ldst

( f bmax=100 s−1)

f b=2000 ×5.026

1262=7.965 s−1

ARCO DE ABRAZO Y FACTOR DE CORRECCIÓN ddg−ddk

anom

ddg−ddk

anom

=100−60499

=0.08

De tabla 16 del manual técnico de OPTIBELTInterpolando linealmente

β=176 °C1=1.0

FACTOR DE DESARROLLO C3

De tabla 18 del manual técnico de OPTIBELTC3=0.95

NUMERO DE CORREAS (z)De la tabla polea acanalada de perfil SPZ como se tiene un diámetro de referencia de 60 mm elegimos el que tiene 2 canales y por lo tanto el número de correas a utilizar serán de 2.

z=2

TENSIÓN ESTÁTICA MÍNIMA POR CORREA

T ≅500. (2.02−C1 ) . PB

C1 . z . v+k . v2

El valor de k se obtiene del diagrama 8 k=0.07

T ≅500. (2.02−1 ) .0 .809

1. (2 ) .5,026+0.07 .5,0262

T ≅ 42.814 N

Para primer montaje se considera un factor de 1.3T=1.3 × 42.814 N

T=55.658 N

FUERZA SOBRE EL EJE

Sa≅ 2 T . senβ2

. z

Sa≅ 2 T . senβ2

. z≅ 2 ( 42.814 ) .0 .999.2

Sa≅ 171.085 NPara primer montaje se considera un factor de 1.3

Sa=1.3 (171.085 )Sa=222.41 N

FLECHA DEL RAMAL

Ea≈E . L100

E=2.7 recomendado

L=anom . senβ2=499 × 0.999=498.501 mm

Ea≈E . L100

≈2.7 (498,501 )

100Ea≈ 13.46 mm