Proyecto de Almacén Vertical Automático; VAS Automatic

Vertical Automatic Storage Project; VAS Automatic

Autor:

Juan Diego Marroquin Gasca

Director:

Héctor Marroquin Roa

Trabajo de Grado Formación Empresarial

Ingeniería En Automatización Facultad De Ingenierías

Universidad Jorge Tadeo Lozano 26/05/2021

Resumen Ejecutivo El proyecto de un almacén vertical automático se creó a partir de una idea de negocio propuesta por la empresa para crear y comercializar este tipo de maquinaria en un futuro, siendo esta idea en un comienzo el objetivo principal del proyecto, el primer paso del proyecto es identificar los alcances que se podrían llegar a realizar con cierto presupuesto, teniendo así dos fases de dicho proyecto para cumplir el objetivo principal. en la primera fase del proyecto se planteó, diseño, y creo un prototipo con la finalidad de investigar y analizar la estructura mecánica y los movimientos de dicha máquina, incluyendo desde un principio la idea de que sea totalmente automática, en este proyecto se logra alcanzar un nivel donde la máquina se mueve con sus motores eléctricos, pero de una forma manual es decir mediante botones. en la segunda fase del proyecto se debe realizar la automatización final de la máquina con, PLC, hmi, sensores y comunicación con un programa de almacenaje. Esta segunda fase en el proyecto que se está presentando no se ve reflejada sólo se refleja la primera fase del proyecto como tal. En esta práctica se realizó el almacén vertical automático teniendo en cuenta diseños y simulaciones el software de ingeniería y diseño en 3D, luego de esto se realiza la selección de transmisiones y motores de acuerdo a catálogos, finalmente se procede a la fabricación la cual se hizo utilizando métodos de corte láser doble soldadura y ensamble de las piezas fabricadas, se realizaron pruebas para garantizar el libre movimiento de las piezas en sus ejes, y finalmente se realizan los planos eléctricos de la máquina para crear un tablero eléctrico el cual es capaz de accionar los motores de la máquina. Finalmente, como resultado se obtiene una máquina en la cual se puede realizar investigación para cambios de ciertas piezas si es necesario y comenzar con el proceso de automatización total de la máquina, anexando si se requiere accesorios para medir las alturas de las piezas a almacenar, o realizar conteo de piezas mediante peso, o también poder señalar qué piezas se seleccionó mediante un láser indicador. Almacenaje, Diseños, Fabricación, Pruebas, Automatizacion. The project of an automatic vertical warehouse was created from a business idea proposed by the company to create and commercialize this type of machinery in the future, this idea being initially the main objective of the project, the first step of the project is identify the scope that could be achieved with a certain budget, thus having two phases of the project to meet the main objective. In the first phase of the project, it was proposed, design, and created a prototype in order to investigate and analyze the mechanical structure and movements of said machine, including from the beginning the idea that it is fully automatic, in this project it is possible to achieve a level where the machine moves with its electric motors, but in a manual way, that is, by means of buttons. In the second phase of the project, the final automation of the machine must be carried out with, PLC, hmi, sensors and communication with a storage program. This second phase in the project that is being presented is not reflected, only the first phase of the project as such is reflected. In this practice, the automatic vertical warehouse was carried out taking into account designs and simulations of the engineering and design software in 3D, after this the selection of transmissions and engines is made according to catalogs, finally we proceed to the manufacture which was done Using double laser cutting methods, welding and assembly of the manufactured parts, tests were carried out to guarantee the free movement of the parts

on their axes, and finally the electrical drawings of the machine are made to create an electrical panel which is capable of operating the engines of the machine. Finally, as a result, a machine is obtained in which research can be carried out for changes of certain pieces if necessary and start with the total automation process of the machine, adding if accessories are required to measure the heights of the pieces to be stored, or perform piece counting by weight, or also be able to indicate which pieces were selected by means of an indicator laser. Storage, Designs, Manufacturing, Testing, Automation.

Objetivos General: Plantear, diseñar, simular y crear un prototipo de almacén vertical automático de investigación en estructura mecánica y desplazamiento de Ejes, capaz de cumplir con la optimización de espacios, seguridad industrial y reducción de riesgos, mediante almacenaje inteligente.

Específicos:

1. Realizar la Investigación y estudio de un almacén vertical automático en el mercado.

2. Plantear parámetros de diseño, Medidas y cargas. 3. Crear el diseño 3D estructural. 4. Realizar simulaciones de cargas estructurales en software de ingeniería. 5. Calcular y seleccionar transmisiones. 6. Realizar cotización y presupuesto de Equipos y materiales. 7. Fabricar estructura metálica y mecánica aplicando Corte, dobles, soldado y

ensamble. 8. Fabricar Tablero Eléctrico. 9. Realizar Pruebas y ajustes de estructura mecánica y la maquina en general.

Descripción Del Proceso Para realizar este proyecto el primer paso fue identificar la idea final de la empresa y así comenzar a investigar cuál es el propósito de un almacén vertical automático, quienes fabrican y comercializan este tipo de maquinaria, también se estudiaron diferentes tipos de máquinas de ciertos fabricantes para tener una idea mejor de cómo se podría fabricar un almacén, teniendo en cuenta que está patentado y que no. Se realizó una visita a los vendedores en Colombia de los almacenes verticales de marca modula, esto fue para conocer el tipo de maquinaria, su funcionamiento, el tipo de ingeniería que manejan, los estándares bajo los cuales se comercializan y cómo se comercializa en el mercado. luego de tener una idea clara y concisa de qué es un almacén vertical automático se realiza un diseño de acuerdo a los parámetros planteados por la empresa de tamaños y pesos que se querían almacenar, este diseño se realiza en software de diseño 3D para estudiar los movimientos y cuáles serían las piezas a fabricar cumpliendo así con una característica de los almacenes verticales que deben ser totalmente modulares, también mediante este software de indígena iría se realiza una simulación de cargas estáticas para dicho almacén teniendo así un factor de seguridad 2 lo cual quiere decir que la máquina es un 100% segura. con esto se garantiza de que la máquina soportará el peso máximo estipulado y un 15% más sin sufrir ningún daño en su estructura metálica. luego de tener aprobado el diseño se procedió a realizar el cálculo y selección de transmisiones, en este caso son dos tipos de transmisiones una transmisión por piñones y cadena, y otra transmisión por poleas y Correa dentada, este proceso se realizó de acuerdo con los catálogos de intermec. luego de seleccionar las transmisiones se eligen el tipo de motores y reductores de acuerdo con la fuerza qué se necesita para poder mover el peso máximo almacenado. finalmente se realizó un presupuesto y se presenta para comenzar a realizar la compra de los equipos y materiales. para comenzar la fabricación de las de las piezas se requiere de un desarrollo previo en dos dimensiones, este desarrollo el pasado en las piezas 3 dimensiones del diseño ya realizado, luego de tener el desarrollo de las piezas se procede a corte de las piezas en la mina mediante corte láser y sus dobleces en una dobladora hidráulica luego procedemos a la fabricación soldadura en ciertas piezas y luego pulir estas piezas, así realizando el ensamble de la máquina revisando siempre que todo esté a escuadra y a nivel, luego de tener la estructura ajustada se realizan pruebas para ver si es correcto el desplazamiento en los dos ejes que tiene la máquina. En este punto se procede a realizar el diseño y creación de un tablero eléctrico provisional para realizar el movimiento de los motores, esto con su debida seguridad de que mediante un error humano la máquina no se vaya a estrellar, y así finalmente se cumple el objetivo de la primera fase del proyecto.

Desarrollo De La Practica Estudio del Mercado Y maquinas existentes: Existen bastantes tipos y formas de almacenar mercancía, en el almacén vertical automático se realiza de una forma muy particular, dependiendo las características y pesos de la mercancía a almacenar, este método es de forma vertical en un chasis de dos columnas, las medidas de esta estructura varían dependiendo referencias o el espacio disponible, las columnas soportan cajones o bandejas de almacenamiento las cuales pueden tener un paso mínimo entre ellas de 25 mm, este paso varia dependiendo de las medidas de la mercancía almacenada, en la mitad de las dos columnas se desplaza un ascensor el cual se encarga de recoger los cajones y llevarlos a la bahía de interacción con el producto, en esta bahía se encontrara la interfaz de usuario y el operario, en algunos casos se pueden tener hasta tres cajones en la bahía para optimizar tiempos de trabajo. Para elegir un almacén vertical automático en alguna industria es necesario tener muy en cuenta el espacio disponible y requerido, en este caso las medidas más importantes son la medida del ancho, profundidad y altura del cajón, estas medidas entregan las medidas externas en ancho y profundidad de la maquina; también se debe conocer el peso que debe soportar cada cajón, la medida de altura depende del lugar en el cual se instalara el almacén, por lo general algunas marcas trabajan como medidas mínimas de 2500 mm y máximas de 16000mm; el sistema de la bahía depende la mercancía y el uso cotidiano de la maquina puesto que aquí es donde se interactúa directamente con la máquina, existen diferentes tipos de bahías dependiendo los fabricantes, por lo general para mercancías pequeñas que se puedan manipular y mover el operador se usan bahías internas o estándar, existe la posibilidad de elegir el nivel de carga doble para trabajar en dos cajones simultáneamente, mientras uno está en la bahía, el otro se está preparando para la próxima recolección, o también con bahía externa que facilita la actividad del operador cuando se utilizan ayudas mecánicas como elevadores, manipuladores, puesta a cero o puentes grúa. En algunas compañías creadoras de almacenes verticales automáticos trabajan con referencia ya estipuladas, con capacidades de cargas y dimensiones limitadas, o también se realizan de acuerdo con la petición del cliente. La estructura es importante en la elección, puesto que existen estructuras modulares las cuales se puede expandir en altura cualquier tipo de máquina, o estructuras uniformes las cuales tienen una sola medida en altura y es complicado cambiar la altura de la máquina, en el desplazamiento del ascensor existen dos tipos de guías, uno es con 3 ruedas de HDPE por cada esquina, y su trasmisión es con una correa en el centro de cada lado del cajón, el otro tipo es de 3 ruedas de HDPE centrado en los lados del cajón y se desplaza por un riel que se encuentra centrado en la máquina, y el movimiento se transmite por dos o cuatros correas en las esquinas del cajón. Estas correas pueden ser correas tipo v, correas dentadas, o correas tipo Eagle, algunos fabricantes las usan con refuerzos de acero. En cuanto a la parte electromecánica de la maquina algunos fabricantes trabaja con motores trifásicos, controlados por variadores, y adquisición de datos con enconder lineal o rotativo, en cuanto a otras modalidades trabajan servomotores controlados con sus drivers directamente. Y ya para la interfaz de manejo de la maquina la gran mayoría de fabricantes trabajan con pantallas táctiles programadas con softwares especializados. Teniendo en cuenta también los accesorios que puede permitir este tipo de máquina, para generar mejor seguridad en manejo de la maquina y seguridad para los operadores, y

también para los productos, por ejemplo si se almacenan productos electrónicos, la energía estática alojada en el operario puede dañar la mercancía, existe un accesorio para evitar este problema, anexando accesorios a la máquina, para ayudas en el manejo de herramienta, visualizadores de mercancía, brazos robóticos para el movimiento de mercancía en la bahía, separadores, sistemas de medición de peso, extensiones de bahía, códigos de barras y lectores para identificar productos, seguridad en acceso a manejo dela maquina con credenciales o chips, consolas remotas, entre otras. El software es un punto muy importante de la máquina, porque es donde directamente se debe generar el inventario y se debe modificar este inventario, si se anexa o se extrae cualquier producto, por tanto, este software debe ser capaz de manejar y controlar la máquina, realizar y tener conocimientos sobre inventarios, capaz de ofrecer datos a la empresa sobre su stock disponible, debe ser capaz de guardar y recordar posiciones de productos alojados en ella; el software debe ser capas de interactuar e integrar otros sistemas, lo cual ayuda a que este tipo de maquinaria se ubique en la industria 4.0 como una excelente solución al momento de almacenar mercancía. Las empresas que existen en el mercado y hemos estudiado para realizar este proyecto, aprovechando su gran experiencia son:

En el siguiente video se visualizan las maquinas que manejan distintos fabricantes, https://youtu.be/SGn3obLBx4g. Parámetros iniciales de la maquina Los parámetros bajo los cuales se basan los diseños y los cálculos de la maquinan inicialmente son las medidas de espacio, el peso que debe soportar por bandeja. Las medidas en espacio son: Ancho: 1000 mm Alto: 2000 mm Profundidad: 1000 mm Peso por bandeja: 50 Kg.

Diseños Mecánicos Los diseños mecánicos se hicieron en SolidWorks, a continuación, se mostrarán evidencias fotográficas del ensamble final de la maquina con mas de 200 piezas para un diseño total mente modular capaz de crecer hasta 6 metros de altura.

Selección de Transmisiones y motores La selección de transmisiones se realizó de acuerdo con las formulas y los procesos que se encuentran en los catálogos del fabricante intermec, para cadenas y piñones [8], y para correas y poleas [9], este cálculo se realiza de acuerdo a las variables de fuerza y torque que se debe realizar, estas fuerzas se encuentran por medio de un diagrama de cuerpo libre donde se tiene en cuenta la gravedad y el peso que se desea desplazar mas el peso de los componentes, estos cálculos están almacenados en una hoja de datos de Excel que se puede observar a continuación, así como también está la selección de los reductores. Cálculo de Piñones y Cadenas

Cálculo De Correa Y Poleas

Cálculo De Motores Motor 1

Motor 2

Análisis y simulación de carga Las simulaciones se realizan en el software SolidWorks mediante la herramienta de simulaciones mecánicas con cargas estáticas, en las siguientes imágenes se pueden observar las simulaciones y los resultados arrojados ante el factor de seguridad el cual nos garantiza que la maquina es segura, con un factor de seguridad mínimo de 2.

Estructura Del Almacén

Carro Móvil

Desarrollos de piezas La siguiente imagen es el desarrollo de las piezas que componen el almacén vertical automático organizadas en laminas A36 HR 2mm 4x8 dibujadas en el software AutoCAD.

Proceso de ensamble y fabricación La evidencia grafica de todo el proceso de fabricación donde el practicante hace uso de la maquinaria cnc, como es el corte laser, doblez en dobladora hidráulica, y procesos de soldadura y ensamble están en el video https://youtu.be/1wqaB4wHI6A, siendo el mismo quien programa, alista y manipula de manera responsable las maquinas. Diseños Eléctricos El diseño eléctrico de la maquina en un principio para realizar pruebas se realiza en el software Cade Simu y luego de estar correcto se realizan los planos eléctricos de la maquina en el Software SolidWorks Electrical, anexo planos eléctricos.

La experiencia de este proyecto es grande debido a que el aprendiz tiene la entera y total responsabilidad de llevar el proyecto acabo manejando presupuestos, fabricación, tiempos de elaboración de procesos, aplicando lo aprendido a lo largo de su carrera, puesto que es un proyecto perfecto para aplicar correctamente conocimiento mecánicos, eléctricos y electrónicos y así final mente realizar la automatización del proyecto, algo muy importante a destacar en la practica es que se aprende bastante sobre el proceso de fabricación y se conoce que lo que se realiza en planos o simulaciones 3D en la práctica cambia y esos factores se deben tener en cuenta cuando se diseña o se tiene a cargo un proyecto.

Referencias bibliográficas [1] Thomson linear. (2021, Ene 25). Módulo de elevación vertical [Online]. Available: https://www.thomsonlinear.com/es/aplicaciones/manipulacion-de-materiales/modulo-de-elevacion-vertical

[2] Modula. (2021, Ene 25). Vertical life [Online]. Available: https://info.modula.eu/latam?campaignid=1901299887&adgroupid=71889898018&gclid=CjwKCAiAxp-

[3] albamakina. (2021, Ene 25). almacén de elevación vertical [Online]. Available: http://www.albamakina.com/

[4] Kardex. (2021, Ene 25). Almacenamiento vertical [Online]. Available: https://info.kardex-

remstar.com/es/almacenamiento-automatico?utm_term=kardex%20remstar&utm_campaign=COL+-+Brand+-+Terms+-+Desktop&utm_source=adwords&utm_medium=ppc&hsa_acc=3096391333&hsa_cam=11492041406&hsa_grp=110362265261&hsa_ad=481465972285&hsa_src=g&hsa_tgt=kwd-352446166766&hsa_kw=kardex%20remstar&hsa_mt=e&hsa_net=adwords&hsa_ver=3&gclid=CjwKCAiAxp-ABhALEiwAXm6IyQshCe2m-Ta3X57BEJgZJO4AMWe94f0EN7TQweD3oYoE5USA5U-8UxoC1tUQAvD_BwE

[5] mecalux. (2021, Ene 25). clasimat [Online]. Available: https://www.mecalux.com.co/estanterias-metalicas/estanteria-cargas-pesadas/estanteria-drive-in?src=gg&param1=g&param2=racking_shelving_pallet_racking&param3=paletizacion_drive_in&param4=c&param5=estanter%C3%ADas%20compactas&gclid=CjwKCAiAxp-ABhALEiwAXm6IyZkrZsyylizyh3Zwvlr1WbehW3H25LxWTA2USF702habvp-deZe9DRoCpR8QAvD_BwE

[6] autocrib. (2021, Ene 25). Vlm autocrib [Online]. Available: https://www.autocrib.com/products/autocrib-vlm

[7] systemlogistics. (2021, Ene 25). Almacenes verticales modula [Online]. Available: https://www.systemlogistics.com/spa/

[8] Piñones y Cadena; selección diseño y calculo Pág. 39-42; Intermec; Bogotá D.C. Sur América, Colombia. [9] Transmisiones por correas dentadas de tiempo y sincrónicas Manual de selección; Transmisiones sincrónicas Pág. 39-84; Intermec; Bogotá D.C. Sur América, Colombia.

Anexo Planos Eléctricos