Tutorial Excavadora

3.9. Tutorial Excavadora

3.9.1. Introducción

En este tutorial se va a simular el funcionamiento de una retroexcavadora. Como se

sabe, el movimiento de una excavadora está gobernado por unos cilindros

hidráulicos, los cuales forman parte de un circuito hidráulico integrado en la máquina

y que es controlado con un mando por el usuario de la propia retroexcavadora.

Figura 125. Tutorial excavadora

La simulación de la excavadora podría hacerse siguiendo varios métodos, por

ejemplo, utilizando las articulaciones para controlar su giro, utilizar los cilindros

hidráulicos y aplicarles una determinada fuerza, si ésta fuese conocida, o bien como

se va a hacer en este tutorial,

hidráulicos, es decir, atendiendo

estos movimientos, se deducirán

que es controlando la carrera de los cilindros

al movimiento longitudinal de éstos. A partir de

las fuerzas que soportan dichos cilindros, y con

éste dato se podrán dimensionar los mismos.

El control de las carreras de los cilindros se llevará a cabo mediante la opción “Motor

Lineal” y dentro d esta opción “Desplazamiento”. Se utilizará la herramienta

“Expresión” que permite realizar muchos movimientos diferentes en función del

tiempo.

Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón

3.9.2. SolidWorks Motion

En “Estudio de movimiento 1” seleccionamos la pestaña “Análisis de movimiento”.

En primer lugar, hay que asegurarse de que la parte trasera de la excavadora está

fija, mientras que el resto de componentes de la excavadora están libres.

También es importante activar la opción “Gravedad” ya que el fin del tutorial es

dimensionar los cilindros en base a la fuerza que éstos tienen que realizar, y los

resultados no serían correctos si no se tuviese en cuenta la fuerza de la gravedad.

Se activa sin más que acudir al menú de “SolidWorks Motion” y escoger dicha

opción. Es importante elegir la dirección Y.

Figura 126. Excavadora 1

A continuación ya se pasará a definir los actuadores. Como se ve en la imagen,

habrá tres actuadores lineales, más un cuarto motor en la unión de la parte fija y la

móvil, que será rotatorio, para dotar al conjunto de un grado más de libertad.


Para definir los cilindros hidráulicos, en el menú de “SolidWorks Motion” escogemos

la opción “Motor Lineal”, y en la casilla “Movimiento”, se escoge “Distancia”, ya que


lo que se quiere controlar es la carrera. El “Componente/Dirección” a seleccionar es

el vástago de un cilindro concreto,

botella de ese mismo cilindro.

y la pieza para “Mover con respecto a:” es la


A continuación, se mostrará mediante una serie de imágenes la selección realizada

para cada uno de los tres actuadores lineales, siguiendo los criterios descritos:

Cilindro 1-


Figura 129. Cilindro 1

Cilindro 2-



- Cilindro 3


En cuanto al mecanismo encargado de hacer girar la excavadora, se modelizará con

un motor rotatorio, seleccionándolo en el menú de “SolidWorks Motion”.

Se escoge la cara perteneciente a la parte móvil que se ve en la imagen, y se

ordena que se mueva con respecto al eje seleccionado.

Con el fin de facilitar el control de esta variable, en la pestaña “Movimiento”, se

escoge “Distancia”, con lo que se introducirán cantidades en grados, y no en rpm

como en la opción “Velocidad”.


Figura 132. Motor rotatorio

Llegados a este punto, ya están los tres actuadores lineales instalados además del

mecanismo de giro, con lo que el modelo ya puede ser simulado.

Se ha dejado para el final la elección de los parámetros “Distancia” en todos los

motores, con el fin de que el alumno haga sus propias pruebas y sea capaz de

relacionar los parámetros seleccionados con el resultado que se obtiene en la

simulación.

No obstante, en este tutorial se va a dar una solución adoptada que consta de cuatro

fases, y para la que se ha utilizado la herramienta “Expresión”. Como ya se ha visto

en otros tutoriales esta utilidad es muy útil ya que se puede usar en multitud de

casos y siempre con gran versatilidad. Para acceder a ella, no hay más que escoger

en la pestaña “Movimiento” de cada motor, la opción “Expresión”, y una vez aquí, y

para el caso que se está tratando en este tutorial la opción “Desplazamiento”.

La expresión f(x) a introducir sigue la estructura: STEP(TIME,x1,y1,x2,y2), donde x

representa el tiempo en segundos, e y representa el desplazamiento en mm.

Siguiendo esta metodología, a continuación se detallan las expresiones a introducir

en cada uno de los motores, con el fin de conseguir una simulación en la excavadora

en la que el proceso a realizar sea:


o 1 – Extensión de la excavadora

o 2 – Carga del material

o 3 – Descarga del material

o 4 – Vuelta a la posición de inicio

- Cilindro 1


- Cilindro 2



- Cilindro 3



- Motor rotatorio

Figura 136. Motor rotatorio


Una vez introducidos todos los datos, puede procederse al “Cálculo” del modelo y a

la fase de análisis de resultados.

Figura 137. Excavadora

El primer resultado que se va a analizar es el objetivo que teníamos al principio de la

práctica, es decir, la fuerza que se ejerce en cada cilindro, y que el diseñador

utilizará a posteriori para dimensionar los cilindros.

Para ello, en el menú de “Resultados”, se escoge la opción “Fuerzas”, “Fuerza

Aplicada” y “Magnitud”. Se selecciona directamente en el menú de operaciones el

actuador, en el primer caso sería “LinearMotor1”. Se acepta y ya está el resultado

creado.


Figura 138. Resultados

Se repite el mismo proceso con los tres cilindros, y se obtiene el siguiente resultado:

Figura 139. Resultados 1


Como se puede observar, las fuerzas que se obtienen son relativamente bajas, lo

cual se debe a que la simulación de la excavadora se está realizando sin someter a

ésta a ninguna carga a parte de la fuerza de la gravedad.

Estos resultados serían válidos para dimensionar la máquina sin carga, pero para

realizar una simulación más real, se someterá a la excavadora a una fuerza durante

los periodos de carga y descarga, esto es entre los segundos 8 y 14 de 500

Newtons, haciendo la suposición de que en cada carga el cazo transporta 50 Kg.

aproximadamente.

Para ello, en el menú de “SolidWorks Motion” se escoge “Fuerza” de “Solo Acción” y

se selecciona la cara del cazo y la arista para que la fuerza sea perpendicular a ella,

tal y como se ve en la imagen. Se scoge la función “Step” con los parámetros antes

descritos y que se ven en la imagen. Aceptamos.

Figura 140. Carga excavadora

Tras una nueva simulación el resultado obtenido es el siguiente:


Figura 141. Resultados 2

Se observa que los resultados han aumentando ostensiblemente, ajustándose éstos

mucho más a la realidad. En caso de que los 500 Newtons de fuerza fuera la carga

máxima que puede transportar la excavadora de cada vez, estos valores de fuerza

máxima obtenida, serían los utilizados para dimensionar los cilindros.


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