ES2208054B1 - Base vibrante circular. - Google Patents
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Abstract
Base vibrante circular de actuación electromagnética para situar bajo un recipiente de piezas y constituir un alimentador formado principalmente por dos bases (1, 2 ) discoidales unidas por conjuntos (6) resorte actuador orientables según su eje radial que permite definir dos componentes de la fuerza impulsional, una tangencial y otra vertical para el ajuste de la frecuencia de oscilación.
Description
Base vibrante circular.
La presente invención se refiere a una base
vibrante circular para cooperar con tolvas o recipientes
constituyendo dispositivos como son los alimentadores de piezas a
segundas máquinas, o los alimentadores con selección de la posición
previa a la salida.
Esta base vibrante está constituida por un
soporte de fijación sobre la que se asientan los actuadores,
típicamente cuatro, y una masa suspendida sobre la que los
actuadores imprimen un movimiento vibratorio con dos componentes
del desplazamiento, uno vertical y el otro horizontal; esto es, en
la dirección de giro en torno al eje vertical centrado.
En esta invención la relación entre una y otra
componente puede ser regulada mediante la orientación de los
actuadores que permiten un ángulo de variación de la orientación de
2\pi radianes para ajustar las oscilaciones a la frecuencia
natural de la masa suspendida.
El entrehierro de los actuadores también puede
ser regulado para ajustar el grado de intensidad que imprimen los
actuadores.
En la producción automatizada de piezas es
importante el uso de mecanismos de transporte que permitan conectar
el flujo entre las distintas máquinas que van operando a lo largo
de la cadena de producción.
En particular, el comienzo de la cadena de
producción requiere de la alimentación de materia prima o de piezas
preconformadas sobre las que por ejemplo se va a realizar una
cierta tarea de mecanizado.
Entre los medios de transporte se conocen las
cintas sinfín, tornillos, o rampas por las que descienden las
piezas o el producto por gravedad.
Existe un medio alternativo de transporte que
hace uso de vibradores en los que un actuador imprime un movimiento
periódico de pequeña amplitud sobre la base que a su vez impulsa a
los objetos que hay sobre esta base a desplazarse evitando el uso
de cadenas, cojinetes y ruedas.
El desplazamiento de los objetos sobre la base
vibrante se debe principalmente a que el movimiento vibratorio
tiene una cierta componente tangencial que es la que empuja al
objeto en una cierta dirección.
Es importante que la frecuencia de excitación
sobre la masa suspendida sea lo más próxima posible a la frecuencia
natural de la misma ya que el sistema entra en resonancia ya que la
energía requerida para conseguir el objetivo propuesto, el
transporte de los objetos, es mínima dado que el coeficiente de
amortiguación dinámico en dicha frecuencia alcanza su mínimo.
Los vibradores más conocidos son los que están
basados en el uso de una excéntrica movida por un motor
consiguiendo un movimiento principalmente sinusoidal.
Un segundo grupo de vibradores está basado en el
uso de electroimanes excitados mediante una corriente pulsante o
bien oscilatoria.
En este segundo caso, dado que se tiene control
sobre la corriente de excitación, es posible la aplicación de
impulsos distintos a los descritos mediante una sinusoide donde en
este caso es posible mejorar el rendimiento en el desplazamiento de
los objetos sobre la base vibrante; y, a un mismo tiempo se reduce
el ruido que puedan provocar las interferencias mecánicas en el
entrehierro.
Este es el caso descrito en la Patente US2197717
en la que se muestra un diseño particular donde tanto los resortes
de sujeción de la base como el electroimán de excitación están
dispuestos oblicuos.
Esta configuración es muy habitual para
conseguir la componente tangencial que favorece el transporte en
una dirección determinada.
La particularidad de la invención descrita en
esta Patente consiste en que se hace uso de resortes de
comportamiento no lineal con el propósito de controlar la
frecuencia natural del sistema para que se mantenga lo más próxima
a la resonancia salvo las variaciones debidas a la carga.
Es posible expresar la frecuencia del conjunto
mediante la fórmula: f= (1/2\pi) \cdot sgrt (C/M),
donde f es la frecuencia, M la masa suspendida,
C la constante elástica del resorte, y mediante "sqrt"
representamos la raíz cuadrada de su argumento C/M.
Se comprueba que la frecuencia puede mantenerse
constante mediante una selección adecuada de la constante del
resorte C para una masa M determinada.
Igualmente se describe en esta Patente un método
por el que se consigue modificar la amplitud del desplazamiento en
uno y otro sentido llevando la función que la define a una
configuración asimétrica.
De este modo se consigue que las amplitudes del
desplazamiento en el sentido que reduce la distancia del
entrehierro son menores que las amplitudes en sentido opuesto.
Estos cambios son posibles estableciendo un
comportamiento no lineal de los resortes.
La pérdida de linealidad en el resorte se puede
deber a la incorporación de elementos que produzcan una fricción en
el desplazamiento por flexión o porque la curva de la función que
define su comportamiento (dado que ahora ya no se caracteriza por
una constante) está definida a trozos.
Este último es el caso descrito en la Patente
ES500837 donde se hace uso de varios resortes de igual o distinta
longitud de tal modo que cuando las dos partes móviles se acercan,
los resortes son comprimidos únicamente cuando la distancia entre
partes móviles es menor o igual a la longitud del resorte.
Con esta estrategia de diseño se consigue que la
constante equivalente del resorte resultante se defina a trozos
según el número y tipología de los resortes que están actuando en
una posición dada.
La presente invención, simplifica en gran medida
el ajuste de la resonancia cuando los electroimanes son excitados
con una corriente de alimentación de red sin modificar y por lo
tanto de entre 50Hz y 60Hz y con resortes trabajando en rangos de
deformación con comportamiento lineal.
El ajuste de la frecuencia de resonancia en una
configuración tan sencilla se consigue sin más que variar la
orientación de los actuadores para cambiar la relación de
proyección de la fuerza impulsional vertical respecto de la
tangencial.
La presente invención se refiere a una base
vibrante circular de las empleadas por ejemplo en la alimentación
de piezas a segundas máquinas.
Esta base vibrante muestra una configuración en
planta principalmente circular dado que sobre ella se instalará la
tolva o recipiente de planta circular de piezas que han de ser
suministradas a un canal de alimentación.
La plataforma, mediante un movimiento
vibratorio, consigue que las piezas se distribuyan por la periferia
y se muevan en un sentido de giro de modo que al encontrarse con un
canal helicoidal exterior, son conducidas por éste hasta el punto
de alimentación.
Cuando este tipo de piezas requiere una posición
determinada, existen dispositivos que comprueban la posición de la
pieza en un lugar determinado del camino helicoidal.
Caso de que no sea el correcto la tiran
nuevamente al recipiente dejando únicamente las posicionadas tal y
como se ha especificado.
Sin embargo, estos elementos instalados sobre la
base vibrante circular no son objeto de la invención.
Para conseguir el movimiento tangencial de la
masa suspendida, el impulso aplicado por los actuadores debe tener
tal componente.
En esta invención, no solo es posible ajustar la
intensidad de la componente tangencial, sino que se puede invertir
el sentido de giro de las piezas situadas sobre la tolva o
recipiente de piezas.
La invención consta de dos bases discoidales,
una perteneciente al soporte y otra perteneciente a la masa
suspendida.
La base soporte incluye unos apoyos elásticos
que aíslan su cimentación de las vibraciones.
El medio de conexión entre la base soporte y la
base suspendida está constituido por unos conjuntos
resorte-actuador.
Estos conjuntos están formados por dos placas
gruesas rectangulares en disposición paralela unidas por sus
extremos por unos resortes en forma de placa elástica de menor
grosor.
Estos resortes permiten un movimiento relativo a
modo de cizalladura entre las placas gruesas paralelas debido a la
flexión de ambos resortes.
Una de las placas queda sujeta por unión
atornillada a la base soporte y la otra placa queda sujeta por
unión también atornillada a la base suspendida; y, ambas uniones
atornilladas son coaxiales cuando los resortes están libre y sin
tensión de tal modo que permiten la orientación de este conjunto en
torno a este eje geométrico común.
Este eje geométrico queda dispuesto radial
respecto de la base discoidal de modo que, instalando cerca de la
periferia distintos conjuntos como éste se consigue que la base
suspendida tenga un grado de libertad respecto de la base
soporte.
Cuando la flexión de los resortes implican un
desplazamiento de la placa móvil según un plano horizontal
(siempre tomando la base soporte como referencia fija), la base
suspendida describe un giro en torno al eje vertical.
Si todos los conjuntos formados por placas y
resortes se disponen con un ángulo \alpha respecto de la base no
nulo y común a todos ellos, el desplazamiento de la placa móvil
podrá descomponerse en un movimiento tangencial y otro
vertical.
El movimiento resultante de la base móvil es
helicoidal dado que existe una dependencia biunívoca entre ambas
componentes y por lo tanto sigue mostrando un único grado de
libertad respecto de la base soporte.
Planteada la estructura que define el
comportamiento cinemático de la base vibrante, queda por
especificar los actuadores que imprimen el movimiento sobre la masa
suspendida.
Los responsables del movimiento son unos
electroimanes alojados en el hueco dejado en el interior de cada
conjunto formado por las placas gruesas paralelas y los
resortes.
Los electroimanes quedan dispuestos con el eje
central del núcleo, y por tanto también el eje del bobinado,
paralelo a las placas gruesas y por lo tanto perpendicular a los
resortes.
La parte posterior del electroimán presenta un
soporte que lo une a la placa gruesa fija.
Frente al electroimán se encuentra el hierro
sobre el que interacciona, con fuerzas de atracción y repulsión,
dispuesto coaxial y solidarizado a la otra placa, la móvil, de modo
que se define un entrehierro ajustable desde un tornillo situado en
el soporte de dicho electroimán.
Las fuerzas de atracción o repulsión entre el
núcleo del electroimán y el hierro se traducen, tras vencer la
resistencia de los resortes, en desplazamientos paralelos entre las
placas gruesas según los movimientos determinados por el único
grado de libertad que se ha descrito.
Si bien la distancia del entrehierro es
ajustable en función de la amplitud del movimiento y de la
intensidad que se desea en el actuador, también existe una
distancia de separación entre los soportes de ambos elementos y los
resortes de modo que no se produce interferencias mecánicas en el
desplazamiento relativo entre partes móviles.
La posibilidad de orientar los conjuntos que
incluyen los actuadores permite por tanto, no solo definir la
dirección del movimiento, sino establecer la dirección en la que
aplican el impulso.
Dado que la frecuencia natural de resonancia
depende tanto del momento de inercia al giro de la masa suspendida
como de la masa a elevar, jugando con la relación entre la
componente tangencial y vertical de la fuerza impulsional es
posible ajustar la frecuencia de oscilación para acercarla lo más
posible a la frecuencia natural o de resonancia.
Es importante que sea el electroimán el que
queda unido a la parte fija ya que al ser el cuerpo de mayor masa,
se consigue reducir la masa suspendida incrementando su frecuencia
natural.
Un diseño cuyas pruebas han resultado muy
satisfactorias para un tipo y peso de pieza determinado hace uso de
cuatro conjuntos resorte-actuador dispuestos
equidistantes.
Sin embargo, cae dentro del ámbito de esta
invención el uso de un número mayor o igual que dos de conjuntos
resorte-actuador cuando las masas a mover lo
requieran.
Dado que variar el número de resortes supone
variar la resistencia global a la torsión de la masa suspendida, se
está actuando directamente sobre su frecuencia fundamental.
Es cierto que incrementar en una unidad el
número de conjuntos puede suponer un salto importante en el grado
de rigidez del conjunto de los resortes; sin embargo, durante el
diseño se tienen como parámetros disponibles la longitud de los
resortes, su grosor y anchura para establecer con un grado muy fino
la rigidez de cada conjunto según la aplicación de la base
vibrante.
Igualmente, cabe resaltar que en la práctica
conviene adecuar el diseño de cada actuador así como su número para
que en el ajuste del ángulo \alpha éste sea próximo a cero; esto
es, se pretende minimizar la componente vertical del
desplazamiento para de este modo conseguir un menor nivel de
ruido.
Se complementa la presente memoria descriptiva,
con un juego de planos, ilustrativos del ejemplo preferente y
nunca limitativo de la invención.
La Figura 1 es la planta de una realización
preferente de la invención donde en la mitad izquierda se ha
eliminado la base suspendida para poder ver uno de los
actuadores.
La Figura 2 es un alzado de la realización
preferente de la invención.
La Figura 3 muestra un detalle de un conjunto
resorte-actuador orientado según un ángulo \alpha
determinando la componente vertical y tangencial del impulso.
A la vista de lo anteriormente enunciado, la
presente invención se refiere a una base vibrante circular que
permite por ejemplo excitar un recipiente de alimentación de
piezas.
La base vibrante está constituida por dos bases
principalmente discoidales, una base soporte (1), en todo momento
considerada como referencia fija respecto del movimiento por
vibración, y una base suspendida (2).
Ambas bases (1, 2) están acopladas elásticamente
por unos conjuntos (6) formados dos pletinas (6.2) rectangulares
gruesas paralelas unidas en sus extremos por dos resortes (6.1) en
forma también de placa rectangular paralelos entre sí y
perpendiculares a las placas gruesas (6.2).
La pletina (6.2) fija es solidaria a la base
inferior soporte (1) mediante un soporte (4) en forma de "L";
y, la pletina (6.2) opuesta y móvil es solidaria a la base
suspendida (2) por medio de otro soporte (5).
Las uniones de las placas gruesas (6.2) a sus
respectivos resortes (4, 5) es mediante tornillos dispuestos
coaxiales (6.7); y a su vez, estos ejes están en disposición radial
respecto de la base soporte (1).
Estos tornillos permiten ajustar el ángulo
\alpha del conjunto formado por las placas gruesas (6.2) y los
resortes (6.1) respecto de la línea de base definida por la base
(1) soporte tal y como se muestra en la figura 3.
La deformación de los resortes (6.1) permite el
desplazamiento de la placa gruesa (6.2) en la dirección definida
por el ángulo \alpha de tal modo que, el desplazamiento de todos
los conjuntos (6) instalados con su eje geométrico en disposición
radial, la base (2) suspendida describe un movimiento
helicoidal.
Bajo la base soporte (1) hay unos apoyos
elásticos (3) preferentemente dispuestos en planta entre los
conjuntos (6) equidistribuidos que acoplan elásticamente las dos
bases (1, 2).
En el interior de cada conjunto (6) formado por
las placas (6.2) gruesas y los resortes (6.1) se muestran los
actuadores constituidos por un electroimán (6.3), cuyo núcleo
presenta su eje geométrico perpendicular a los resortes (6.1),
sujeto por un soporte (6.4) a la placa gruesa (6.2) fija; y, a su
vez está enfrentado a un hierro (6.6) que está sujeto a la placa
gruesa (6.2) móvil por otro soporte (6.5).
El entrehierro es ajustable por medio de un
tornillo (6.8) que se localiza en el soporte del electroimán (6.3)
y que permite su desplazamiento para poder definir la separación en
el entrehierro adecuada.
Entre los soportes (6.4, 6.5) del electroimán y
del hierro y los resortes (6.1) hay una separación que evita
durante la flexión de estos (6.1) últimos interferencias
mecánicas.
No altera la esencialidad de esta invención
variaciones en materiales, forma, tamaño y disposición de los
elementos componentes, descritos de manera no limitativa, bastando
ésta para proceder a su reproducción por un experto.
Claims (7)
1. Base vibrante circular, de entre los
dispositivos de accionamiento por electroimanes para el transporte
de piezas por movimiento vibratorio para la alimentación de
segundas máquinas y que disponen de medios de regulación para la
búsqueda de la resonancia de la masa suspendida
caracterizado por estar formado por dos bases discoidales,
una base soporte (1) y una base suspendida (2) dispuesta paralela,
coaxial y a cierta distancia sobre la primera (1), estando ambas
acopladas mediante cuatro conjuntos (6)
resorte-actuador equidistribuidos y dispuestos
radiales respecto del eje geométrico que definen los tornillos
(6.7) que los sujetan; donde cada conjunto (6)
resorte-actuador está formado por dos placas
rectangulares gruesas (6.2) paralelas unidas entre sí por sus
extremos mediante dos resortes (6.1) constituidos a su vez por
placas rectangulares que permiten por flexión el desplazamiento
paralelo de una placa (6.2) gruesa respecto de la otra (6.2); y en
el interior queda el actuador formado por un electroimán (6.3) de
eje paralelo a las placas gruesas (6.2) que quedan a uno y otro
lado y perpendicular a los resortes (6.1) en situación de reposo,
donde este electroimán (6.3) se encuentra fijado por un tornillo
(6.8) a un soporte (6.4) unido a la placa (6.2) fija, siendo este
tornillo (6.8) de regulación de la distancia del entrehierro; y
frente al núcleo del electroimán (6.3) se encuentra el hierro
(6.6) con el que interactúa el electroimán (6.3) fijado por medio
de un soporte (6.5) a la placa gruesa (6.2) solidaria con la masa
suspendida; estos conjuntos (6) resorte-actuador
están fijados por unión atornillada (6.7), por la placa gruesa
(6.2) fija mediante un soporte (4) a la base (1) inferior fija, y
por la placa gruesa (6.2) móvil mediante un soporte (5) a la base
(2) superior suspendida, de tal modo que éstos conjuntos (6)
resorte-actuador pueden variar su orientación en un
ángulo (\alpha) en torno al eje definido por los tornillos (6.7)
que lo sujetan para el ajuste de la resonancia de la masa
suspendida; y todo el conjunto se encuentra soportado por unos
apoyos elásticos (3) de aislamiento de vibraciones.
2. Base vibrante circular según la
reivindicación primera caracterizada porque el número de
conjuntos (6) resorte-actuador equidistribuidos de
que dispone es dos o más.
3. Base vibrante circular según las
reivindicaciones primera y segunda caracterizada porque la
disposición de los apoyos elásticos (3) consiste en situar cada uno
de ellos (3) entre cada conjunto (6)
resorte-actuador.
4. Base vibrante circular según las
reivindicaciones primera, segunda y/o tercera caracterizada
porque el ángulo (\alpha) entre la línea de base y la cara
inferior del conjunto (6) resorte-actuador toma
valores en el intervalo [0,2\pi) radianes con posibilidad de
avance de las piezas movidas en ambos sentidos.
5. Base vibrante circular según las
reivindicaciones primera hasta la cuarta caracterizada porque
la base (2) dispone de un rebaje perimetral superior para la
sujeción del recipiente contenedor de las piezas a alimentar.
6. Base vibrante circular según las
reivindicaciones primera hasta la quinta caracterizado porque
la excitación de los electroimanes (6.3) es por medio de corriente
alterna proveniente de la red.
7. Base vibrante circular según las
reivindicaciones primera hasta la quinta caracterizado porque
la excitación de los electroimanes (6.3) es por medio de corriente
pulsante con amplitudes de la intensidad positivas y negativas no
simétricas.
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