El projecte consisteix en millorar el procés d’una màquina tèxtil i així
optimitzar-lo. L’objectiu es obtenir un sistema integrat dins de la carda, que
reculli tot el material sobrant per re aprofitar-lo.
El projecte planteja possibles solucions i escollir la més rentable. Dissenyar
el sistema integrat, realitzar els plànols corresponents, els càlculs
necessàris, i obtenir totes les mides per al correcte muntatge i
funcionament del sistema integrat

Canadell Puntí, Enric

Sellas Llagostera, Aniol

UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC

Re disseny i optimització d’una màquina tèxtil - 1 -  ÍNDEX ANNEX Índex memòria ........................................................................................... 1 Capítol 1: Estudi de simulació ............................................................... 2                   Aniol Sellas Llagostera i Enric Canadell Puntí   -2 -   Figura 1. Propietats del SolidWorks de l’acer AISI 1020        CAPÍTOL 1: ESTUDI DE SIMULACIÓ    Per a la realització de l’estudi de simulació s’ha considerat que l’esquadra està feta d’acer AISI 1020, un acer al carboni amb unes propietats estàndards en aquests tipus d’acers.  En Re disseny i optimització d’una màquina tèxtil - 3 -  Figura 2. Punts de subjecció de l’esquadra quan a la simulació física s’ha considerat que totes les peces estan unides entre elles rígidament per simular la soldadura entre elles i s’ha aplicat un contacte rígid. Seguidament s’ha aplicat una subjecció fixe en els diferents taladres de la part superior de l’esquadra, on aquesta s’uneix al sostre de la carda.    Per representar el pes de la caixa junt amb el bloc disgregador i tots els seus components, junt amb les politges, s’ha aplicat una força de 100 Newtons equivalent a uns 10 quilograms que representen el pes total. Aquesta força s’aplica a la base de l’esquadra on va collada la caixa. Aniol Sellas Llagostera i Enric Canadell Puntí   -4 -   Figura 3. Força aplicada a la base de l’esquadra   A continuació, és defineix el mallat per poder aplicar el mètode dels elements finits per a l’estudi de les tensions i deformacions de la peça. Ja que la peça no té gaire complexitat, s’ha aplicat la malla més fina per defecte ja que es considera que els valors obtinguts no difereixen molt dels reals, tot això degut a que no és un peça que estigui molt sol·licitada mecànicament.  Re disseny i optimització d’una màquina tèxtil - 5 -  Figura 4. Mallat de l’esquadra    Un cop definits tots els paràmetres de l’estudi s’ha executat un estudi estàtic per trobar les tensions de Von-Misses de la peça per trobar la part més sol·licitada, i també per trobar els desplaçaments de la peça per determinar si es acceptable o no la deformació produïda. Aniol Sellas Llagostera i Enric Canadell Puntí   -6 -   Figura 5. Tensions de Von-Misses   Figura 6. Tensió màxima de Von-Misses       Re disseny i optimització d’una màquina tèxtil - 7 -  Figura 7. Desplaçaments    El traçat de les tensions de Von-Misses segons les condicions definides, ens mostra que la part més sol·licitada està en l’ unió entre la base i els nervis. Tot i així, aquest punt està sotmès a una tensió de 7,976 MPa lo qual comparat amb el límit elàstic del material de 351,571 MPa ès molt poc. Això ens indica que l’esquadra sotmesa a aquest pes, no patirà deformacions plàstiques ni ruptura degut als esforços als quals està sotmesa.    Aniol Sellas Llagostera i Enric Canadell Puntí   -8 -   Figura 8. Màxim desplaçament      Aquest altre traçat, ens mostra els desplaçaments produïts per la càrrega. El punt amb un desplaçament major és la part de la base més allunyada dels nervis d’unió de l’esquadra. Aquest desplaçament no equival a una deformació permanent, ja que a partir del traçat de les tensions de Von-Misses sabem que la peça ni trenca ni pateix deformacions permanents. Per tant, aquesta deformació elàstica que es produeix no és permanent. Aquesta deformació és de 0,06609 mm, i a partir d’aquest valor, es pot dir que aquesta variació és acceptable, ja que aquesta petita desviació respecte l’angle recte de la base no repercutirà en el mal funcionament dels elements de transmissió, ja que al ser politges en contes d’engranatges, una petita desviació angular no produirà un desgast prematur, ni per exemple un excés de vibracions com el que es produiria entre una transmissió per engranatges. A part de la realització d’un estudi estàtic de la peça, també es realitza un estudi de freqüències per determinar les freqüències a les quals l’esquadra entraria en ressonància, per poder evitar les revolucions per minut que ho produirien. Per executar aquest anàlisi s’utilitzen el mateix material, les Re disseny i optimització d’una màquina tèxtil - 9 -  Figura 9. Desplaçaments primera forma modal mateixes connexions i el mateix mallat, el que no s’utilitza en l’estudi de freqüència és la força aplicada del pes ja que no és necessari. Amb l’estudi es buscaran cinc modes diferents de vibració, a partir dels quals obtindrem la freqüència que produeix cada un dels diferents modes i un traçat dels desplaçaments produïts.    Aniol Sellas Llagostera i Enric Canadell Puntí   -10 -   Figura 10. Desplaçaments segona forma modal Figura 11. Desplaçaments tercera forma modal     Re disseny i optimització d’una màquina tèxtil - 11 -  Figura 12. Desplaçaments quarta forma modal Figura 13. Desplaçaments cinquè forma modal     Aniol Sellas Llagostera i Enric Canadell Puntí   -12 -   Taula 1. Freqüències de ressonància Taula 2. Conversió unitats de les freqüències de ressonància Els diferents modes de vibració estan produïts per diferents freqüències les quals són més grans a mesura que augmenta el mode de vibració. També a mesura que augmenta el grau de dificultat i complexitat de la vibració. En quan a les deformacions produïdes per cada un d’ells no hi ha molta diferència, sent la del primer mode de 0.00103 mm i la del cinquè de 0.001563 mm. Aquesta deformació produïda no és permanent i igual que en el cas de les deformacions en l’estudi estàtic, aquestes al ser menors afecten menys a tot el conjunt, per tant es poden acceptar aquestes deformacions sense comprometre la peça.     En la taula següent, es mostren les freqüències que produeixen els diferents modes de vibració en diferents unitats, però per tenir una idea de les revolucions per minut necessàries per produir aquestes freqüències, la taula mostra l’equivalència entre Hz i rpm.  Nº de mode Freqüència (Hertz) Freqüència (rpm) 1 72,57 4354,2 2 137,27 8236,2 3 288,47 17308,2 4 474,32 28459,2 5 681,66 40899,6  Re disseny i optimització d’una màquina tèxtil - 13 -  Figura 14. Disseny millorat  A partir dels estudis realitzats, podem veure que en el cas de l’estudi estàtic, la peça està sobredimensionada, però en el cas de l’estudi de freqüències veiem que la peça té carències de disseny ja que el primer mode de ressonància es produeix a una freqüència bastant baixa. Per tenir una orientació, dir que el disgregador ha de girar entre unes 6000 i 8000 rpm, per lo qual aquestes revolucions es trobarien entre la primera i la segona freqüència de ressonància. Per aquest motiu s’hauria de millorar el disseny per poder augmentar la freqüència a la que es produeix el primer mode o bé perquè el pas per les freqüències crítiques (entre 6000-9000 rpm) fos extremadament ràpid i el conjunt es situés allunyat d’elles amb una altra freqüència, però sense acostar-se al tercer o quart mode. Per millorar l’esquadra, l’opció adoptada consisteix en col·locar unes plaquetes soldades als laterals de la pròpia esquadra, tal i com es mostra a la següent imatge. El material d’aquestes plaquetes és l’AISI 1020 igual que les altres peces que la formen. Un cop realitzada aquesta millora, en el conjunt de l’esquadra s’ha tornat a realitzar un estudi estàtic i un de freqüències per comprovar que el disseny compleix. El paràmetres definits en l’estudi, tals com el material, les subjeccions, les connexions, les càrregues i el mallat, són els mateixos que s’han utilitzat en els estudis anteriors.  Aniol Sellas Llagostera i Enric Canadell Puntí   -14 -   Figura 15. Tensions de Von-Misses      Aquest és l’estudi estàtic de l’esquadra amb les millores incorporades. En aquest cas, es pot veure com les plaquetes adherides a l’esquadra contribueixen a reduir la tensió de Von-Misses de 7,976 a 7,576 lo qual no és una millora significativa del conjunt, el qual continua estan sobredimensionat en el cas estàtic. Re disseny i optimització d’una màquina tèxtil - 15 -  Figura 16. Desplaçaments      En el cas de les deformacions provocades en el cas estàtic, es pot veure com la deformació màxima es produeix en el lloc indicat en la foto. Aquesta és de 0.0107mm i ha millorat respecte els 0,06609mm que es produïen abans d’adherir les plaquetes laterals. A continuació s’ha realitzat l’estudi de freqüències. En les següents taules es troben els valors de les diferents freqüències de ressonància i seguidament una taula amb l’equivalència entre les freqüències en Hertz i en rpm.     Aniol Sellas Llagostera i Enric Canadell Puntí   -16 -   Taula 4. Freqüències de ressonància Taula 5. Conversió unitats de les freqüències de ressonància      Nº de mode Freqüència (Hertz) Freqüència (rpm) 1 101,47 6088,2 2 127,94 7676,4 3 147,81 8868,6 4 165,33 9919,8 5 282,66 16959,6  Observant la freqüència a la que es produeix la primera forma de vibració, es pot veure com ha augmentat significativament, respecte el disseny de l’esquadra inicial, degut a les plaques laterals. Un cop vist el comportament d’aquest disseny d’esquadra, s’accepta com a bona i es procedeix a l’estudi d’optimització. L’objectiu de l’estudi d’optimització consisteix en minimitzar la massa de l’esquadra tot mantenint les seves propietats mecàniques. Les variables de l’estudi, són el gruix de les plaquetes i la llargada de les barres verticals. En quan a restriccions se n’han definit dues, la primera és la tensió màxima a la que pot estar sotmesa qualsevol part de l’esquadra, és el límit elàstic del material, el de l’acer AISI 1020. La segona és la de fixar les freqüències de ressonància, per això s’ha determinat que el primer mode de vibració tingui com a mínim una freqüència de 150 Hz, això equival a unes 9000 rpm, valor suficient donat que el disgregador tindrà una velocitat de gir comprés  Re disseny i optimització d’una màquina tèxtil - 17 -  Figura 17. Paràmetres de disseny    Figura 18. Paràmetres òptims   entre 6000-8000 rpm. Com que aquest problema, si es produís, seria devastador per l’esquadra i conseqüentment pel disgregador i la carda en conjunt s’ha guardat aquest marge de seguretat de 8000 a 9000. A continuació es mostra el quadre de les definicions de l’estudi.  A partir de la definició de les diferents parts de la anàlisi, s’ha executat el programa per a obtenir els valors òptims, si és que existeix, dels diferents paràmetres variables, els quals tot i esser modificats, continuaran garantitzant el correcte funcionament de l’esquadra. Els valors obtinguts com a òptims, contrastats amb els valors inicials, són els següents:    Aniol Sellas Llagostera i Enric Canadell Puntí   -18 -   Figura 19a. Disseny inicial  Figura 19b. Disseny final   Com es pot observar, s’ha obtingut una disminució d’uns 100 grams del conjunt, lo qual, a partir d’un cert nombre d’unitats necessàries, aquesta disminució, pot repercutir en l’estalvi de certa quantitat de diners. Seguidament es mostra la diferència visual entre el model inicial i l’òptim adoptat:    A partir de l’esquadra amb les corresponents correccions de les cotes, es procedeix a comprovar que es continuïn mantenint les restriccions, gràcies a l’estudi estàtic i de freqüències. Realitzant l’estudi estàtic de la nova esquadra, s’han obtingut els següents resultats: Re disseny i optimització d’una màquina tèxtil - 19 -  Figura 20. Tensions de Von-Misses   Figura 21. Desplaçaments        Aniol Sellas Llagostera i Enric Canadell Puntí   -20 -   Figura 22. Factor de seguretat   En el nou estudi estàtic, apreciem clarament que l’esquadra aguanta sobradament la força provocada pel bloc disgregador. La tensió màxima de Von-Misses és d’uns 6 MPa, en contra del límit elàstic del material que és de 351 MPa.    En aquesta imatge es mostra el factor de seguretat de la peça, que es tracta de FS=51. Això vol dir que l’esquadra és capaç d’aguantar un pes, 51 vegades superior, sense que es provoqui ruptura o deformació plàstica de l’esquadra. Aquest factor de seguretat excessiu semblaria exagerat per les prestacions de l’esquadra, però aquest factor correspon a la part de forces estàtic, el veritable problema són les freqüències de ressonància.    Re disseny i optimització d’una màquina tèxtil - 21 -  Taula 7. Conversió unitats de les freqüències de ressonància Taula 6. Freqüències de ressonància    En les gràfiques es pot observar les diferents freqüències de ressonància i a continuació es mostra la conversió de les freqüències de Hz a rpm, cosa que ajuda a entendre més bé el significat físic.  Nº de mode Freqüència (Hertz) Freqüència (rpm) 1 168,88 10132,8 2 203,48 12208,8 3 212,08 12724,8 4 244,37 14662,2 5 433,31 25998,6  L’objectiu de l’estudi era buscar reduir la massa de l’esquadra. Un dels requisits sol·licitats, era que el primer mode de vibració es produís unes 9000rpm equivalent a uns 150Hz. A partir de l’estudi podem veure com realment es compleix i fins i tot s’ha augmentat fins a 168,8 cosa que no és cap inconvenient, ja que com més allunyat de les freqüències de ressonància millor.    

Redisseny i optimització d'una màquina tèxtil

El projecte consisteix en millorar el procés d’una màquina tèxtil i així

optimitzar-lo. L’objectiu es obtenir un sistema integrat dins de la carda, que

reculli tot el material sobrant per re aprofitar-lo.

El projecte planteja possibles solucions i escollir la més rentable. Dissenyar

el sistema integrat, realitzar els plànols corresponents, els càlculs

necessàris, i obtenir totes les mides per al correcte muntatge i

funcionament del sistema integrat

Redisseny i optimització d'una màquina tèxtil

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC

UPCommons