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Biela manivela - Monografía



 
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Maquinaria. Cinemática. Movimiento circular. Aplicaciones: Máquina envasadora



INTRODUCCION



En este informe se dará conocer el conjunto de la biela manivela como introducción se denotara que este tipo de mecanismo trata de transformar movimientos y así por medio de este método poder llegara transformar en trabajo, además se tomara en consideración los problemas sinematicos de este método y algunas aplicaciones que tiene el mecanismo biela manivela en diferente rubros a nivel industrial

SISTEMA BIELA MANIVELA


Se trata de un mecanismo capaz de transformar el movimiento circular en movimiento alternativo Dicho sistema está formado por un elemento giratorio denominado manivela que va conectado con una barra rígida llamada biela, de tal forma que al girar la manivela la biela se ve obligada a retroceder y avanzar, produciendo un movimiento alternativo.
Es un sistema reversible mediante el cual girando la manivela se puede hacer desplazar la biela, y viceversa. Si la biela produce el movimiento de entrada (como en el caso de un “pistón” en el motor de un automóvil), la manivela se ve obligada a girar

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El recorrido de desplazamiento de la biela (carrera) depende de la longitud de la manivela, de tal forma que cada vez que ésta da una vuelta completa la biela se desplaza una distancia igual al doble de la longitud de la manivela; es decir:
l (carrera) = 2 * r
donde “l” es la longitud de desplazamiento de la biela y “r” es la longitud de la manivela.
Entre sus numerosas aplicaciones detallan sobre todo las utilizadas en el mundo del automóvil.

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MECANISMO BIELA MANIVELA



En este mecanismo, el movimiento de rotación de una manivela o cigüeñal provoca el movimiento rectilíneo, alternativo, de un pistón o émbolo. Una biela sirve para unir las dos piezas. Con la ayuda de un empujón inicial o un volante de inercia, el movimiento alternativo del pistón se convierte en movimiento circular de la manivela. El movimiento rectilíneo es posible gracias a una guía o un cilindro, en el cual se mueve. Este mecanismo se usa en los motores de muchos vehículos.
El recorrido máximo que efectúa el pistón se llama carrera del pistón. Los puntos extremos del recorrido corresponden a dos posiciones diametralmente opuestas de la manivela. Por lo tanto, el brazo de la manivela (distancia del eje al punto de unión con la biela) equivale a la mitad de la carrera del pistón.
El pistón completa dos carreras por cada vuelta de la manivela, de manera que la relación entre velocidades es
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donde

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El cálculo de la velocidad máxima que adquiere el pistón es más complicado, y depende básicamente de la longitud de la biela. Cuando la biela es bastante mayor que el brazo de la manivela, la máxima velocidad se produce aproximadamente a medio recorrido, y toma por valor

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donde
VM : velocidad máxima del pistón

PROBLEMA CINÉMATICO.



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El problema cinématico consiste en conocer las posiciones, velocidades y aceleraciones de todas las barras, esto lo voy a hacer mediante tres pasos, primero resolveré el problema de posición para pasar después al problema de velocidad y por ultimo resolveré el problema de aceleración. Representaré gráficamente la evolución frente al tiempo de posición, velocidad y aceleración de la barra de salida en mi caso la corredera del mecanismo biela manivela.

a)    Problema de posición:



El problema de posición lo resuelvo empleando las ecuaciones de lazos, así el lazo que uso es:
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Tomando las cotas en centímetros, las pasamos a metros.

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Con lo que tengo un sistemas de dos ecuaciones con dos incógnitas, resolviéndolo obtengo,100313.gif

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Del que obtengo:

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En los datos de la practica se dicen que la barra de entrada evoluciona con velocidad constante durante el recorrido considerado, por tanto

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Dando valores numéricos, de lo que sacamos que:

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Representando gráficamente la posición del barra de salida; s frente t.

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Problema de velocidad



Derivando las ecuaciones de lazo del problema de posición obtenemos la solución del problema de velocidad, aunque también  podríamos obtener las velocidades derivando las expresiones (1) y (2)  directamente, pero he usado la primera opción:
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Valores numéricos:
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Resolviendo llegamos:

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Representando gráficamente ·s  frente a t

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-6sin(2x)+6cos(2x)*tan(asen(-0.6sin(2x)))

Problema de aceleración.



Derivando las ecuaciones del problema de velocidad obtenemos la solución del problema de aceleración, aunque también  podríamos obtener las aceleraciones derivando las expresiones (3) y (4)  directamente, pero otra vez he usado la primera opción:
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APLICACIONES DE UN CONJUNTO BIELA MANIVELA



Las aplicaciones del conjunto biela manivela es variado a continuación daremos a conocer algunas aplicaciones

Staker 



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El accionamiento eléctrico del mecanismo puede ser mediante motovariador o controlado con inversor. El movimiento de empuje es completamente mecánico y está generado por un mecanismo biela-manivela que actúa sobre la rotación del cuadrilátero articulado que soporta la varilla de empuje, produciendo un avance de tipo sinusoidal con arranque y detención lentos y sin choques, ideal para no perjudicar la estabilidad de los recipientes.
Un cilindro neumático, accionado por un muelle neumático, que cumple la función de amortiguador durante la bajada del vástago, levanta la cabeza de la carrera de retorno. El stacker tiene un sistema de regulación en altura para un mejor uso de acuerdo con el artículo que se ha de cargar. La modificación de la carrera se realiza cambiando la longitud de la biela de empuje.

VERIFICACION DE AMORTIGUADORES



Dos tipos de máquinas diferente, según el sistema de arrastre del vástago del amortiguador. El movimiento se realiza mediante un mecanismo biela-manivela movido por un motor eléctrico o el movimiento lo transmite un servocilindro hidráulico con una válvula proporcional, trabajando en lazo cerrado un PID
En ambos casos, el cuerpo del amortiguador descansa en un soporte donde se transmite la fuerza a una célula de carga extensométrica.  La señal de desplazamiento proporcional a la carrera del vástago del amortiguador, la emite un captador de desplazamiento asociado al cilindro hidráulico o un encoger asociado al giro del mecanismo biela-manivela.
Ambas máquinas pueden utilizarse para verificación en línea de producción, comparando los valores leídos de fuerza-desplazamiento con valores previamente prefijados. Además es posible llevar una estadística de la producción con los valores de aceptados, rechazados, medias, recorridas, etc

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EMPUJADOR DE BOTELLAS



Funcionamiento mecánico, asistido por un sistema electrónico, permitiendo cadencias hasta 18 ciclos/minuto.
Movimientos de avance y de deslizamiento lateral suaves, efectuados por sistema biela-manivela combinad con un sistema de variación de velocidad electrónico, permitiendo la alteración de la velocidad de los diferentes segmentos durante el ciclo.
Deslizamiento de los movimientos sobre guías y rodamientos lineales.
Altura de elevación: hasta 500mm.
Anchura del rodillo de empujar: hasta 5500mm.
Potencia instalada: 9.5 kW, 380 V … 500 VAC, 50-60 Hz.
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MAQUINA ENVASADORA



La maquina envasadora MH3, es una maquina horizontal tubular, confeccionadora de bolsas de tres costuras tipo almohada y fondo fuelle, tanto en polietileno como en materiales laminados este tipo de maquinas horizontales son recomendadas para productos frágiles o que deban ir acomodados en la bolsa, también permite trabajar con gran variedad de productos. Consta de los siguientes elementos.
- Tracción del material de envoltura por medio de las mordazas de sellado, dicho movimiento se recibe a través de una biela manivela y las mordazas se encuentran montadas sobre rodamientos lineales.
- Sistema de fotocentrado por medio de fibra óptica.
- En caso de materiales laminados, mordazas construidas en acero indeformable, con temperatura constante controladas electrónicamente.
- En caso de polietileno, mordazas de sellado por pulso controladas electrónicamente y refrigeradas por agua.
- Todos los elementos que se encuentran en contacto con el producto realizados en acero inoxidable.
- Comando de la envasadora por intermedio de un PLC, marca Allen Bradley.
- Movimiento principal de la envasadora realizado por un motorreductor libre de mantenimiento.
- Corte neumático por cuchilla dentada.
- Cubierta de acrílico de seguridad.

La maquina admite la incorporación de todo tipo de dosificadores para diferentes clases de productos.
Velocidad máxima de envasadora: 30 golpes/min.
Medidas máx. de la bolsa almohada: 220 mm x 350 mm
Medidas máx. en fondo cuadrado/fuelle: Fondo 140mm x 70mm de altura
Potencia eléctrica instalada: 3,5 kw
Consumo de aire: 50 litros/min.

CONCLUSION


Como a quedado demostrado el movimiento de rotación de una manivela provoca el movimiento rectilíneo, alternativo, de un pistón o émbolo. Una biela sirve para unir las dos piezas. Con la ayuda de un empujón inicial o un volante de inercia, el movimiento alternativo del pistón se convierte en movimiento circular de la manivela. El movimiento rectilíneo es posible gracias a una guía o un cilindro, en el cual se mueve. Además se a dado a conocer las aplicaciones que utilizan este método el cual es tan importante como lo es el mecanismo biela manivela

Autor:

Alex24





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