Fuerza de retención teórica de una ventosa

A continuación se describen los métodos de cálculo de la fuerza de retención teórica para los tres procesos de manipulación más importantes y corrientes.

Importante:

En las siguientes representaciones gráficas simplificadas de los casos de carga, se debe tomar como base para el cálculo el caso de carga más desfavorable con la máxima fuerza de retención teórica. Sólo así se puede garantizar que la ventosa sujetará de forma segura la pieza durante todo el proceso de manipulación.

Factor de seguridad S:

Dependiendo de las propiedades de la superficie de la pieza, se debe ajustar el factor de seguridad S. Como factor de seguridad se toma un valor mínimo de 1,5 para piezas lisas y no porosas. Para piezas críticas, no homogéneas, porosas, rugosas o aceitadas se debe tomar un factor de seguridad de 2,0 o superior.

Coeficiente de fricción μ:

El coeficiente de ficción µ expresa la relación entre la fuerza de fricción y la fuerza normal. No se pueden indicar datos de validez general respecto a los coeficientes de fricción entre ventosa y pieza, por ello, el coeficiente de fricción μ se debe determinar de forma empírica para cada caso.

Se pueden tomar los siguientes valores orientativos.

= 0,2 . . . 0,3       para superficies húmedas

= 0,5                   para madera, metal, vidrio, piedra, …

= 0,6                   para superficies rugosas

Cálculo para superficies aceitadas:

Para las ventosas estándar en cuyos datos técnicos no se indica la fuerza lateral, se recomienda μ = 0,1…0,3 como valor orientativo. Para obtener un valor más exacto, se deben realizar ensayos con la pieza original.

Para las ventosas en las que se indica explícitamente una fuerza lateral sobre superficies secas o aceitadas, el coeficiente de fricción μ se puede calcular con la siguiente fórmula:

μ = FR / FN

Fuerza lateral sobre superficie seca o aceitada/Fuerza de aspiración

El coeficiente μ calculado se utilizará entonces en la fórmula del caso de carga en cuestión (I a III).

Caso de carga I – Ventosa horizontal, fuerza vertical

La pieza (en este caso, la placa de acero de dimensiones 2,5 x 1,25 m) se eleva de un palet. La pieza se mueve con una aceleración de 5 m/s2 (ningún movimiento transversal).

Illustración del caso de carga I
Las ventosas se colocan horizontalmente sobre una pieza que
deba ser elevada

FTH   = m × (g + a) × S

FTH   = Fuerza de retención teórica [N]

m   = Masa [kg]

g   = Aceleración terrestre [9,81 m/s2]

a  = Aceleración [m/s2] de la instalación

S   = Factor de seguridad

Nuestro ejemplo:

FTH  = 61,33 kg × (9,81 m/s²+ 5 m/s²) × 1,5

FTH  = 1.363 N

Caso de carga II - Ventosa horizontal, fuerza horizontal

La pieza (en este caso, la placa de acero de dimensiones 2,5 x 1,25 m) se toma y se transporta horizontalmente. La aceleración es de 5 m/s².

Illustración del caso de cargo II
Las ventosas se colocan horizontalmente sobre una pieza que
debe ser desplazada lateralmente

FTH   = m × (g + a ⁄ μ) × S

FTH   = Fuerza de retención teórica [N]

Fa   = Fuerza de aceleración = m x a

  = Masa [kg]

  = Aceleración terrestre [9,81 m/s2]

  = Aceleración [m/s2] de la instalación (¡téngase en cuenta la situación de parada de emergencia!) 

μ   = Coef. de fricción 

= Factor de seguridad

Nuestro ejemplo:
FTH  = 61,33 kg × (9,81 m/s2 + 5 m/s⁄ 0,5) x 1,5 

FTH  = 1.822 N

Caso de carga III – Ventosa vertical, fuerza vertical

Descripción del caso de carga: La pieza (en este caso, la placa de acero de dimensiones 2,5 x 1,25 m) se eleva de un palet y se transporta mediante un movimiento de giro con una aceleración de 5 m/s2.

Illustración del caso de carga III

FTH  = (m ⁄ μ) × (g + a) × S 

FTH  = Fuerza de retención teórica [N]

= Masa [kg]

= Aceleración terrestre [9,81 m/s2]

= Aceleración [m/s2] de la instalación (¡téngase en cuenta la situación de parada de emergencia!)

μ  = Coef. de fricción 

Factor de seguridad

Nuestro ejemplo:
FTH  = (61,33 kg ⁄ 0,5) x (9,81 m/s2 + 5 m/s2) x 2

FTH  = 3.633 N

Comparación

Según las tareas a realizar, la pieza se eleva de un palet, se desplaza lateralmente y se deposita en un centro de mecanizado. El movimiento de giro del caso de carga III no está previsto en la aplicación. Para este ejemplo, se debe tener en cuenta sólo el resultado del caso de carga II. 

Así, para el caso presente resulta una fuerza de retención teórica máxima (FTH) de 1.822 N. La fuerza de retención teórica actúa sobre la ventosa durante el transporte horizontal de la pieza. Para poder resolver de forma segura las tareas a realizar, los cálculos siguientes se basan en este valor.