1. Disseny d’un mecanisme amb èmbol per a l’extracció de mostres cilíndriques de fustes arqueològiques
- Author
-
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Química, Jiménez García, Nuria, González Rojas, Hernán Alberto, jimenez garcia, Polo García-Patos, Raquel, Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Química, Jiménez García, Nuria, González Rojas, Hernán Alberto, jimenez garcia, and Polo García-Patos, Raquel
- Abstract
Aquest treball sorgeix d’un projecte anterior on es va dissenyar una màquina per a extreure petits cilindres de fusta de l’interior de llistons arqueològics, procedents de diferents embarcacions que estan exposades en el Museu Marítim de Barcelona (MMB). En aquell projecte, es va fabricar una agulla per a extreure aquestes mostres; en el procés de prova, es va observar que es quedaven encallades a dins i, per tant, s’havien d’extreure mitjançant cops de martell sobre l’èmbol, amb el perill de trencar l’agulla. L’objectiu principal d’aquest projecte consisteix a dissenyar un mecanisme per a facilitar l’extracció de les mostres cilíndriques de dins de l’agulla intentant minimitzar els danys estructurals amb l’ajuda d’una barra que actua com a èmbol. Per al desenvolupament del treball s’ha començat amb la identificació del problema: les altes forces de fricció generades per les superfícies. Per a contextualitzar i definir el projecte, s’han estudiat les diverses embarcacions d’on s’obtindran les mostres així com les seves parts, fustes que les conformen i els seus estats de conservació. També s’exposen les parts i la estructura de la fusta, així com els tipus i les propietats físiques i mecàniques que la defineixen. Contextualitzat el projecte, s’introdueixen i es busquen alternatives a les dues vessants de la solució: la força que s’ha d’exercir sobre l’èmbol i les forces de fricció. Per tal d’empènyer l’èmbol, es van investigar els diversos tipus d’actuadors, seleccionant els mecànics lineals, i es van explicar els principis del seu funcionament coneguts com a mecanismes bàsics. Es realitza una taula comparativa per a la seva posterior selecció. A continuació es fa una breu introducció a les forces de fregament i la seva influència en el problema, i dins de les diferents alternatives trobades, es va escollir, en base a un estudi, la solució consistent en la reducció de les forces de la fricció entre superfícies per les vibracions. Es realitza una investigació de dive, Este trabajo surge de un proyecto anterior donde se diseñó una máquina para extraer pequeños cilindros de madera del interior de listones arqueológicos, procedentes de diferentes embarcaciones que están expuestas en el Museo Marítimo de Barcelona (MMB). En aquel proyecto, se fabricó una aguja para extraer estas muestras; en el proceso de prueba, se observó que se quedaban encalladas adentro, y por tanto, se tenían que extraer mediante golpes de martillo sobre el émbolo, con el peligro de romper la aguja. Contextualizado el proyecto, se introducen y se buscan alternativas a las dos vertientes de la solución: la fuerza que se tiene que ejercer sobre el émbolo y las fuerzas de fricción. Para empujar el émbolo, se investigan los diversos tipos de actuadores, seleccionando los mecánicos lineales, y se explican los principios de su funcionamiento conocidos como mecanismos básicos. Se realiza una mesa comparativa para su posterior selección. A continuación, se hace una breve introducción a las fuerzas de rozamiento y su influencia en el problema, y dentro de las diferentes alternativas encontradas, se escoge , en base a un estudio, la solución que consiste en la reducción de las fuerzas de la fricción entre superficies por las vibraciones. Se realiza una investigación de varios dispositivos que generan vibraciones y se hace una comparativa de las ventajas y de los inconvenientes. Esta parte inicial finaliza con una justificación de la selección de los dispositivos que se incorporan al diseño de la máquina: un mecanismo caracol-hembra para el desplazamiento lineal y un motor de masa giratoria excéntrica para generar las vibraciones. Después se realiza el diseño global del dispositivo mediante modelado 3D, incorporando estos dos elementos y teniendo en cuenta las dimensiones de la aguja. También se realizan unos cálculos aproximados del par de torsión que se tiene que ejercer sobre el émbolo para romperlo a causa del pandeo. A continuación, se fabrica, se compra y se monta l, This work stems from a previous project in which a machine was designed to extract small wooden cylinders from the inside of archaeological slats from different vessels on display at the Maritime Museum of Barcelona (MMB). In that project, a needle was manufactured to extract these samples; in the testing process, it was observed that they remained stuck inside, and therefore, they had to be extracted by means of hammer blows on the plunger, with the danger of breaking the needle. Once the project has been contextualised, alternatives to the two aspects of the solution are introduced and sought: the force to be exerted on the plunger and the friction forces. To push the plunger, the various types of actuators are investigated, selecting the linear mechanical ones, and the principles of their operation, known as basic mechanisms, are explained. A comparative table is made for further selection. Next, a brief introduction is made to friction forces and their influence on the problem, and among the different alternatives found, the following is chosen The solution consisting of reducing the frictional forces between surfaces by vibrations is chosen on the basis of a study. An investigation of various devices that generate vibrations is carried out and a comparison of the advantages and disadvantages is made. This initial part ends with a justification of the selection of the devices to be incorporated into the design of the machine: a snail-female mechanism for the linear displacement and an eccentric rotating mass motor to generate the vibrations. The overall design of the device is then carried out by means of 3D modelling, incorporating these two elements and taking into account the dimensions of the needle. Approximate calculations are also made of the torque that has to be exerted on the plunger to break it due to buckling. The designed machine is then manufactured, purchased and assembled. Subsequently, tests are carried out to verify its operation in soft woods
- Published
- 2024