Alimentación automática de piezas sobre máquina con la ayuda de un electroimán

Aplicación práctica del electromagnetismo para la manipulación de bloques de motor mediante un electroimán gobernado por un autómata

Introducción

Desde hace años hemos intentado sustituir al hombre en trabajos penosos, como por ejemplo en la carga de bloques de motor con ayuda de un polipasto, por una célula robotizada. Sin embargo, los robots, cuando se encuentran con desplazamientos no precisos, como puede ser el caso que nos ocupa al tomar piezas de gran volumen y procedentes de fundición, dan muchos problemas de posicionamiento y toma correcta de piezas.

Vamos a ver cómo hemos resuelto este problema de carga de piezas (bloques de motor de fundición) desde contenedor procedente de la fundición a la entrada en la primera máquina de la línea de mecanizado de dicha pieza. Ni que decir tiene que las piezas han de venir clasificadas en los contenedores desde la fundición (figura 1), permitiéndonos de esta manera extraerlas en automático situando una cabeza basculante con electroimán en la posición de cada pieza a tomar al desplazarse la misma a través de un pórtico gobernado por un autómata.

Descripción de la instalación

La instalación se compone de cuatro partes:

1. Playa de contenedores (figura 2) sobre la que sitúa un carretillero los contenedores llenos de bloques de motor descargados directamente de un camión. El desplazamiento de estos contenedores sobre la playa se realiza en automático a través de enclavamientos movidos por cilindros neumáticos.
   
   Figura 2. Playa de contenedores y conjunto de la aplicación.

2. Pórtico (figura 1), que efectúa los desplazamientos de búsqueda de pieza para tomarla posteriormente por la acción de la fuerza de un electroimán colgado en la cabeza-brazo del pórtico (figura 3), cuyo cálculo veremos posteriormente.
   
   Figura 1. Presentación de piezas en contenedor y toma con electroimán.
   
   Figura 3. Electroimán suspendido del pórtico para toma de pieza.

3. Desmagnetizador (figura 4). Una vez que el electroimán suelta la pieza sobre un camino de rodillos y antes de entrar en máquina para mecanizar, es necesario asegurar que la pieza no quede imantada, por lo que se la hace pasar en automático a través de un desmagnetizador que calcularemos en su apartado correspondiente. Debemos disponer de un medidor manual de campo que nos permita controlar bajo una frecuencia determinada el valor del magnetismo remanente.
   
   Figura 4. Paso de pieza a través del desmagnetizador.

4. Paso o transferización de pieza a máquina. Tras pasar a través del desmagnetizador, el bloque de motor es empujado por la acción de un cilindro neumático a través de rodillos hasta la entrada a la primera máquina del proceso de mecanizado.

Principio de funcionamiento del electroimán

Los electroimanes (figura 3), en sus diferentes formas, son muy utilizados industrialmente. Las espiras deben estar convenientemente aisladas entre sí, así como las distintas capas de espiras que sea necesario colocar sobre el núcleo a fin de obtener el número suficiente de vueltas. La sección del hilo conductor, de cobre, debe ser tal que impida una excesiva elevación de la temperatura.

Su forma va a ser circular y su núcleo de fundición gris y está alimentado por corriente continua. Veamos sus cálculos.

Datos de partida

• Masa a transportar: bloque de motor de automóvil de 30 kg de peso aproximado de fundición gris.
  
• Superficie de cara de contacto con electroimán = 390 x 310 mm.
  
• Fuerza suspensiva (valor de la atracción que el imán debe ejercer sobre la armadura) = peso de pieza = 30.000 g (tomamos por seguridad 32.000 g).

Electroimán

• Forma circular(figura 3).
  
• Núcleo de fundición gris.
  
• Longitud del núcleo l = 30 cm.
  
• Sección del núcleo en cm² = S = 700 cm².
  
• Intensidad de corriente I = 5 A.

  Para calcular la inducción magnética vamos a tomar la fórmula de Maxwell:

  en la que:

  F = 32.000 g

  p= 3,14

  S= 700 cm²

  De aquí sacamos que la inducción magnética será:

Con este valor obtenemos los valores de la intensidad de campo H y la permeabilidad µ por la tabla 1 y para el material elegido (fundición gris):

H = 6,25 oersteds

µ = 184

De esta forma, si aplicamos la fórmula de la intensidad de campo de la Ley de Laplace:

en la que:

I = intensidad de corriente = 5 A

L = longitud del núcleo = 60 cm.

H = intensidad de campo = 6,25 oersteds

Vamos a obtener el valor del número de espiras n:

Hay que hacer notar, por su importancia, el refuerzo tan grande en el número de líneas magnéticas que se consigue colocando un núcleo magnético a una bobina, pues los valores de la permeabilidad µ son siempre grandes, del orden de centenas que es el factor por el que se multiplica el campo del solenoide. Con estos datos ya podemos construir el electroimán o elegir uno estándar del mercado. En nuestro caso nos inclinamos por hacerlo especial, basándonos en el modelo comercial ES-56 de la figura 5 que reunía unas características parecidas pero teniendo en cuenta los valores de los cálculos reseñados.

Figura 5. Tabla de electroimanes estándar.

Principio de funcionamiento del desmagnetizador

Magnetismo remanente: histéresis

El desmagnetizador (figura 4) es un electroimán alimentado por corriente alterna con una intensidad de campo equivalente a µ antes calculado. Su misión es destruir o anular todo resquicio de magnetismo remanente que pueda tener la pieza. A este campo se le denomina “campo coercitivo”.

El magnetismo remanente lo ha tomado la pieza en el procedimiento de toma y sujeción de la misma por imantación con el electroimán. Al soltar éste la pieza y decrecer el campo magnético, la inducción no se anula sino que por el fenómeno de histéresis (véase la curva de histéresis en la figura 6) queda la pieza con una inducción OA denominada “magnetismo remanente”, el cual hemos de lograr que desaparezca.

Figura 6. Curva de imantación de pieza: OA magnetismo remanente y OD: campo coercitivo.

Figura 7. Traslado de pieza con pórticoelectroimán a puesto de presentación.

Para ello, se hace pasar la pieza a través de un nuevo electroimán denominado, en nuestra aplicación, desmagnetizador (figura 4), el cual por su forma dirige las líneas de fuerza de la pieza hacia fuera, liberando el citado magnetismo remanente.

Si el ciclo de histéresis que se produce al desimantar el bloque de motor a su paso por el desmagnetizador coincide en su origen, la pieza queda totalmente desmagnetizada. De lo contrario, quedará una suave imantación remanente sin importancia pero que interesa controlar.

Cálculos del desmagnetizador

Datos

• Forma de doble herradura forma (paso de pieza por su interior) con núcleo cerrado
  
• Velocidad de paso: indiferente.
  
• Radio del núcleo = 22 cm. <
  
• Longitud = L = 2 p R = 6,28 x 22 cm = 138,2 cm.

Fórmulas

Si, como ya hemos mencionado, su función será la de anular la inducción remanente ß’ creada en la pieza por el electroimán, tomamos para este tipo de materiales:

ß’= 50% de ß = 1061 gauss/2 = 530,5 gauss, por lo que el valor de la intensidad de campo H será:

H = 3 oersteds.

Por tanto, el número de espiras será:

Con todos estos datos ya es posible construir el desmagnetizador que en este caso será especial por el tipo de pieza a recibir (bloque de motor de automóvil) y sus dimensiones.

Para controlar la remanencia posterior a la operación del desmagnetizador, tendríamos que extraer la pieza al final del ciclo de histéresis cuando el valor de campo estuviera en + o – del punto “0” de la ordenada de la curva de inducción. En sentido práctico podemos estar tranquilos que los valores serían despreciables como para tenerlos en cuenta. La figura 7 muestra el momento de trasladar el pórtico, con la sujeción del electroimán, una pieza al puesto de presentación y entrada en máquina.