Dimensionamiento de actuador inercial para mejora de comportamiento dinámico de máquina de deposición de fibras
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Resumen
La fabricación de piezas de compuestos de fibra conlleva hoy en día múltiples etapas de trabajo manual. En concreto, el proceso de laminación, consistente en apilar varias capas de telas preformadas de fibra para su posterior moldeado, requiere de una alta precisión y por tanto mano de obra altamente especializada. La automatización de este proceso necesita una máquina extremadamente precisa y adaptable. Por lo tanto, las vibraciones que puedan perjudicar la precisión en la colocación de las láminas han de ser controladas para maximizar la productividad.
Los actuadores inerciales conforman una familia de transductores que aplican fuerza al sistema como reacción al movimiento controlado de una masa, siendo los más comunes los basados en el electromagnetismo. Estos actuadores presentan una alta densidad de fuerza con respecto a tu tamaño y una alta capacidad de control sobre la fuerza ejercida, haciéndolos ideales para el control de vibraciones.
En el presente trabajo se realiza la caracterización de un actuador inercial cuyo objetivo es ser implementado en una máquina de laminación de fibra para mejorar su productividad. La estructura de la máquina consiste en un carro lineal que porta un travesaño alto sobre el que se desplaza un carnero vertical que porta el cabezal encargado de transportar y procesar las telas preformadas. Como consecuencia de esta geometría la velocidad máxima de operación está limitada por vibraciones residuales de baja frecuencia.
Para seleccionar el actuador inercial adecuado, se identifican las vibraciones críticas de la máquina en las distintas zonas de trabajo. Para ello se han medido las vibraciones residuales derivadas de movimientos rápidos en las tres direcciones cartesianas y distintas posiciones con los diferentes cabezales con los que cuenta la máquina, determinando la amplitud y tiempo de establecimiento de las vibraciones. Además, se han obtenido las funciones de respuesta en frecuencia (FRF) para relacionar las vibraciones con los modos propios de la máquina. A continuación, se realiza un análisis modal de la máquina.
De esta forma se identifican las formas y masas modales correspondientes a las vibraciones a suprimir, lo cual permite determinar la fuerza nominal objetivo, las dimensiones y el rango de frecuencias del actuador inercial. Para finalizar el estudio, se simula la reducción de vibraciones proporcionada por el actuador usando un modelo mecatrónico simplificado de la máquina.
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