Diseño de una fatigadora de cables de acero a flexión sobre poleas

Abstract

Prodinsa es la única empresa en Chile dedicada a la fabricación de cables de acero. Generalmente, los cables utilizados en palas mineras y grúas de altas prestaciones, están sometidos a altas cargas de trabajo cíclico durante su vida útil. La reiteración de los esfuerzos de flexión, extensión y contacto que se originan en cables que operan en condiciones dinámicas genera fatiga, siendo éste su principal mecanismo de falla. La carga de trabajo y el tamaño de las poleas, son las condiciones operacionales más influyentes en la vida del cable. Así mismo, los parámetros de diseño del cable, como su diámetro y construcción, lo caracterizan y determinan su comportamiento. Para poder realizar buenas estimaciones sobre la vida útil de distintos tipos de cables que presten servicios dinámicos, se realizan ensayos de fatiga. Mediante este tipo de ensayos, es posible obtener valiosas conclusiones sobre cómo distintos factores influyen en el comportamiento de los cables, permitiendo así determinar qué construcciones son más aptas para cada aplicación y bajo qué condiciones de operación presentan un rendimiento óptimo. El objetivo del presente trabajo es diseñar una fatigadora de cables de acero que cumpla con estándares internacionales y que satisfaga las necesidades de Prodinsa. Para lograr el objetivo propuesto se trabaja bajo la siguiente metodología de diseño: primero, se determinan los parámetros de diseño de la máquina; luego, se estudia el estado del arte de las fatigadoras en el mundo. Finalmente, se diseña iterativamente los distintos subsistemas de la máquina. El resultado final de este trabajo incluye planos y memorias de cálculo del diseño, la definición de lógica de control de la máquina y un manual de utilización de la misma. El principal desafío en cuanto al diseño de la fatigadora es su versatilidad, ya que se requiere que sea capaz de ensayar cables desde 10 hasta 50 milímetros de diámetro. Dado lo anterior, el diseño de la máquina incluye dos poleas intercambiables que son utilizadas para tensionar el cable y originar su movimiento. El diseño final de la fatigadora es de disposición vertical. El movimiento del cable es inducido mediante la implementación de un motor servo de 75 kW acoplado al eje de una de las poleas. La carga del ensayo es suministrada por un cilindro hidráulico capaz de ejercer hasta 150 kN que cuenta con una carrera máxima de 812 mm. La combinación de los equipos mencionados permite realizar ensayos en el rango de diámetros de cable requerido sobre poleas de entre 200 y 1000 mm de diámetro. La adición de un sistema óptico de inspección permite automatizar la recopilación de datos generados durante la operación de la máquina y establecer la finalización de los ensayos según criterios de descarte existentes para cables de acero que operan en condiciones dinámicas.