Simulador para aplicación de corte al vuelo ( Flying cut )

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Cateogría del artículo Motion Control
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Pere Garriga nos explica lo más básico del funcionamiento de, la típica, aplicación de corte al vuelo, también llamada sierra volante o Flying cut off y nos ofrece un simulador para poder saber los requerimientos de velocidad y aceleración del servo-accionamiento. Incluso se puede llegar a obtener la curva de corte.

Simulador para aplicación de corte al vuelo ( Flying cut )

El propósito de este Tip es solucionar el típico caso de que el UF (Usuario Final) nos pide dimensionar el motor para una longitud de corte (Corte al vuelo - sierra volante o Flying cut off) a una cierta velocidad, pero también quiere saber que velocidades podrá conseguir con otras longitudes y ahí el trabajo se puede complicar.

Con este simulador, basándonos en las características del servo-accionamiento y los parámetros de velocidad de línea y tiempo de corte sabremos la longitud mínima de corte, podremos “jugar” con todos los parámetros y ver los resultados de forma inmediata. Es una herramienta tanto técnica como comercial puesto que el UF ve que tenemos el know How de la aplicación.

Breve descripción de la aplicación

En muchos procesos productivos el material sale de la línea de forma continua y no se puede detener el proceso / máquina para cortarlo a la longitud deseada, como en el caso de una extrusora que fabrica perfiles de aluminio, o una perfiladora que fabrica tubo o planchas de chapa ondulada para construcción de naves industriales.

En estos casos la solución es la de cortar el material al vuelo con una sierra volante. En el siguiente croquis se muestra una perfiladora que fabrica tubo partiendo de una bobina de chapa, a la salida encontramos una rueda medidora que mueve un encoder que proporcionará toda la información del movimiento del tubo que tenemos que trocear. Seguidamente encontramos un carro, que se mueve paralelo al tubo cortar, accionado por el servomotor que se sincronizará con el encoder maestro de la rueda medidora. Sobre el carro se halla la sierra que realizará el corte mientras el carro está sincronizado con el tubo.

Funcionamiento de la aplicación

Podemos explicarlo en varios pasos:

1) El carro está en la posición de inicio (lo más cerca de la perfiladora)

2) En el instante en que hay que iniciar el movimiento, según sea la longitud de corte, el carro acelera hasta ponerse en sincronismo con el tubo.

3) Cuando se alcanza el punto de sincronismo, la sierra inicia el corte. Puesto que la sierra se mueve en sincronismo con el tubo, es como si el tubo estuviese parado.

4) El carro se mantiene en sincronismo durante todo el tiempo necesario para el corte (bajada de la sierra). Cuando el corte finaliza y la sierra está en posición superior el carro decelera.

5) Cuando el carro se ha detenido, inicia el movimiento de retorno a su posición inicial a máxima velocidad y así volveríamos al primer paso para realizar el siguiente corte.

Funcionamiento del simulador.

Previo paso al dimensionado del servo-accionamiento, necesitamos suponer cuál será la aceleración y la velocidad máximas que tendrá que poder dar. Ello estará en función de los parámetros de la línea. En el recuadro [Parámetros del Accionamiento] introduciremos dichos valores, que iremos modificando hasta conseguir los requerimientos de la aplicación.

En el recuadro [Parámetros de la máquina] fijaremos los valores referidos a la velocidad lineal del material, el tiempo necesario para el corte y la longitud de corte deseada. La situación más crítica es la de longitud mínima y la velocidad de línea máxima.

En el recuadro [Resultados Cálculos] obtenemos los valores del tiempo de ciclo para realizar un corte con los parámetros dados, el tiempo total de un ciclo de corte considerando los datos del servo-accionamiento, el tiempo sobrante entre corte y corte y la producción en cortes / min.

En caso de que no sea posible el corte, veremos que el tiempo sobrante es negativo y aparece en rojo, el perfil de velocidad desaparece y en el recuadro de mensajes (fondo amarillo) aparece el correspondiente mensaje.

Tal como se muestra en la imagen, en este caso para provocar el error se ha aumentado el tiempo de corte, de 0,6 a 4 Seg. Por lo que no es posible cortar a 581 mm con una velocidad de línea de 400 mm/Seg.

En el recuadro [Resultados Cálculos] también se muestra una información muy relevante, que es la longitud mínima a la que se podrá cortar con los parámetros dados, así como la velocidad máxima que se podrá alcanzar con esa longitud.

Algunos ejemplos:

Primer ejemplo:

AcelDecelMax = 3200 mm/Seg²; VelMax = 1400 mm/Seg

Vel_Material = 210 mm/Seg; LongCorte = 251 mm; TpoCorte = 600 mSeg.

Los resultados obtenidos son:

TpoCiclo = 1,2 Seg. Tiempo entre corte y corte. TpoTotCarro = 1,15 Seg. Tiempo total necesario para el corte. TpoSobrante = 0,05 Seg. Tiempo de espera hasta el siguiente ciclo. VelProducción = 50,2 Cortes/Min. El número de ciclos por minuto.

Información importante es LongitudMínima =242 mm indica la mínima longitud de corte (aquella en que el tiempo sobrante es 0). Por otro lado, VelMaxLongMin = 242,4 C/Min. indica la producción que se conseguirá a mínima longitud.

A partir de este punto, podemos “jugar” con los parámetros, si aumentamos la aceleración veremos que podemos cortar a menor longitud y a mayor velocidad. Si solo aumentamos la velocidad veremos que no varía nada, puesto que durante la fase de sincronismo vamos a 210 mm/Seg y en el retorno alcanzamos solo lo 668 mm/Seg. Con lo que incluso si bajamos la máxima velocidad a 670, nada cambia excepto que, quizás, podemos reducir el tamaño del motor.

Segundo ejemplo:

AcelDecelMax = 5000 mm/Seg²; VelMax = 1800 mm/Seg

Vel_Material = 300 mm/Seg; LongCorte = 1400 mm; TpoCorte = 3,2 Seg.



Los resultados obtenidos son:

TpoCiclo = 4,67 Seg. Tiempo entre corte y corte. TpoTotCarro = 4,22 Seg. Tiempo total necesario para el corte. TpoSobrante = 0,44 Seg. Tiempo de espera hasta el siguiente ciclo. VelProducción = 12,86 Cortes/Min. El número de ciclos por minuto.

Información importante es LongitudMínima =1268,0 mm indica que la mínima longitud de corte (aquella en que el tiempo sobrante es 0). Por otro lado, VelMaxLongMin = 14,21 C/Min. indica la producción que se conseguirá a mínima longitud.

A partir de este punto, podemos “jugar” con los parámetros, si aumentamos la aceleración veremos que podemos cortar a menor longitud y a mayor velocidad, pero un valor de 5000 ya es relativamente elevado y el resultado no sería significativo. Si aumentamos la velocidad, el cambio será mínimo. En este caso lo que más impacta es el tiempo de corte, que es algo elevado, normalmente es difícil reducir este tiempo, por lo que en este caso poco se podría hacer para aumentar la producción.

Curva de corte:

La curva de corte muestra la velocidad máxima de línea en función de la longitud, es una gráfica muy interesante que podemos obtener de forma manual con un poco de paciencia. Claro está que también se podría hacer que se generara automáticamente, pero, de momento, no está implementada esta funcionalidad.



Como obtener la curva de corte:

Hacer clic en la pestaña [CurvaCorte] del Excel y en la columna [Vel_Linea] fijar el rango de velocidad de línea deseado, valor mínimo y máximo en color azul, el resto de los valores (en verde) se calculan automáticamente. A partir de este punto empieza la labor manual.

Fijar el valor de velocidad del primer punto en [Vel_Material] y una longitud de 1 mm en [LongCorte] , cosa imposible.

En [LongMínima] obtenemos el valor mínimo a cortar a esa velocidad, que pondremos en la columna Longitud para el primer punto. Y así hasta completar la tabla iremos fijando el siguiente valor de velocidad para el siguiente punto y copiando el valor obtenido de LongMinima en la columna [Longitud].

No es la forma óptima, pero es una manera fácil de saber la mínima longitud de corte en función de la velocidad.

Ya hemos conseguido las especificaciones:

Cuando ya hemos obtenido unos valores de velocidad y aceleración del servo-accionamiento que nos van a permitir obtener las velocidades y longitudes de corte especificadas, solo nos resta utilizar estos valores para dimensionar el accionamiento con el software de cálculo habitual de cada uno, empleando el perfil de máxima velocidad y mínima longitud.

Resumen / Conclusiones:

Este simulador soluciona, de forma fácil, el típico problema de dimensionado del servo-accionamiento en las aplicaciones de corte al vuelo y permite obtener la curva de corte, cosa que valora mucho el UF.

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