Transporte vibratorio - Parte 1
Un sencillo ejercicio de diseño, a partir de un concepto dado, y validación de su Efecto Útil Deseado, a través de simulaciones de movimiento. Parte 1: observar el concepto de partida, crear un modelo esquemático y ponerlo a funcionar intuitivamente.
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Step 1: Observar el concepto
Para este ejemplo tomaremos un video del usuario de Youtube @thang010146 en el que muestra un sencillo concepto de mesa vibratoria para transporte:
De la observación de este concepto intentaremos capturar sus principales características a fin de modelar en CADD una opción, inicialmente muy esquemática, que nos permita comprender su funcionamiento cada vez con mayor profundidad.
A tal efecto, no intentaremos copiar los detalles de dibujo, sino construir un modelo simplificado y adaptado a nuestras necesidades y herramientas de estudio.
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Step 2: Crear un modelo esquemático
Exprofeso para este ejercicio, nos basamos sobre un video, sin acceso al modelo original ni a sus dimensiones. La idea es construir algo, dimensionado por cada uno para su estudio, que reproduzca las características funcionales imprescindibles, sin intentar ser una copia fiel del modelo original.
Básicamente, se trata de una mesa que transportará objetos gracias a su movimiento vibratorio. La misma tiene una masa que manipularemos (por sobreescritura de sus propiedades de masa y centro de gravedad) a los efectos de estudiar su influencia en el comportamiento general del sistema, sin preocuparnos por su forma real y los cambios que ésta pudiera generar en dichas propiedades de masa.
Solidaria a la mesa existe una masa rotante Mm cuyo modelo también manipularemos para establecer el valor de dicha masa y hacer coincidir su centro de gravedad con un punto a distancia "R" del centro de rotación. En esta etapa no tiene sentido dibujar un auténtico árbol cigueñal de cuya forma y material emerja automáticamente la masa y su centro de gravedad. Necesitamos un instrumento de estudio más ágil y manipulable (el dibujo detallado puede esperar).
La masa "Mm", a distancia "R" del eje, girando a "n" rpm es el componente que "fuerza las vibraciones" (excitación). No obstante, la respuesta vibratoria del sistema también depende de su propia masa móvil "Mf" y de la rigidez horizontal y vertical de los resortes con los cuales se vincula elásticamente al bastidor (que permanece fijo, sin aportar sus características al sistema).
La mesa desliza verticalmente en un bastidor intermedio "flotante", que también posee guías horizontales que deslizan sobre el bastidor fijo. A pesar de su forma y dimensiones, será conveniente también forzarle una masa muy pequeña en comparación con Mf y Mm, a fin de "filtrar su aporte a las vibraciones" para verlas en su estado más puro y dependiendo de la menor cantidad de parámetros posible:
También existe un bastidor fijo al entorno, cuya forma, masa y centro de gravedad no son relevantes para el comportamiento del sistema, al menos en esta primera aproximación teórica muy simplificada. En la realidad, el bastidor de una máquina tiene una masa y rigidez que, unidas a las de la fundación de hormigón y a las propiedades del suelo, son de suma importancia para el control realista de las vibraciones de cualquier máquina.
Nuestra primera aproximación teórica puede ignorarlas al asumir que este bastidor es infinitamente rígido y perfectamente fijo en el espacio.
Finalmente, la mesa se vincula al bastidor flotante a través de dos resortes verticales de rigidez k1 y k2 que inclusive podríamos haber convertido en un solo resorte a los efectos de su análisis en Motion. El bastidor fijo se vincula al bastidor flotante a través de otros dos resortes, horizontales, de rigidez k3 y k4. Con estas vinculaciones elásticas queda definido el sistema vibratorio fundamental.
No tiene mayor sentido en esta etapa dibujar los resortes en el entorno CADD, con sus características detalladas (que todavía no hemos calculado). Lo más conveniente es introducirlos como "resortes virtuales" en el entorno CAE Motion hasta tanto definamos realmente todas sus características en función de la vibración que requerimos para el transporte de nuestros objetos.
La siguiente vista muestra la representación simplificada de resortes en el entorno CAE Motion, durante la edición de sus parámetros (ya que luego se ocultan durante la simulación propiamente dicha.
Adicionalmente, y a los efectos de observar las primeras simulaciones intuitivas, se ha representado un objeto a transportar, con forma de moneda de cierto diámetro y espesor, cuyas propiedades de masa también pueden ser manipuladas. Sin embargo, serán las características superficiales entre la moneda y la mesa (rozamiento dinámico, rozamiento estático, rigidez superficial) los que más influencia tendrán en su comportamiento sobre la mesa vibratoria. Por ejemplo, si tal moneda no tuviese fricción alguna y tampoco rebotase (por la rigidez superficial) se quedaría saltando en el mismo lugar, sin avanzar.
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Step 3: Hacer una prueba intuitiva
El primer impulso luego de crear el modelo es tratar de hacerlo funcionar en SolidWORKS Motion de manera intuitiva.
Esto es posible, aunque puede llegar a ser algo frustrante ya que no se tiene un punto de partida certero para los parámetros del sistema ni un modo sistemático de modificarlos para manipular su respuesta vibratoria.
No obstante, si se agrega en Motion la gravedad, un motor para la masa rotativa, unos resortes virtuales y materiales para los sólidos en contacto, será posible, ajustes mediante, obtener al menos un funcionamiento básico que mejoraremos a partir del siguiente tutorial, cuando analicemos algunas predicciones teóricas sobre vibraciones y logremos modificar de forma más lógica sus parámetros.
Por ahora, si logramos algo como lo mostrado en el siguiente video, podemos considerarlo un excelente punto de partida. Pero también podría suceder que tengamos comportamientos poco intuitivos y confusos, tales como que la mesa vibre solo unos instantes y luego deje de hacerlo (o lo haga de forma casi imperceptible). Si ello ocurre, y no encontramos una forma intuitiva de hacer funcionar el sistema, entonces será aún más importante avanzar en algo de teoría en el próximo tutorial.
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Step 4: Próximos pasos
