Diseño y control de un apilador automático de cajas de cítricos para línea de paletizado

Abstract

[ES] Los almacenes de cítricos son un entorno donde la eficiencia y la velocidad son cruciales ya que, se trabaja con productos perecederos y los tiempos de entrega de producto son muy acotados. Por lo tanto, los tiempos de tratamiento del producto, envasado y la gestión del inventario son conceptos de una gran importancia en dichos entornos de trabajo. El paletizado de las cajas llenas de cítricos es una de las etapas más críticas en los distintos procesos de tratamiento de la fruta que se llevan a cabo en estos almacenes. Una interrupción o atasco en el paletizado provoca interrupciones en los procesos anteriores a este, ocasionando una disminución de la velocidad de producción y/o atascos y roturas en las maquinas aguas arriba de la sección de paletizado. En este contexto, examinando como contribuir a la mejora de los tiempos de producción y optimizar el proceso de paletizado, se presenta el diseño y desarrollo de una máquina apiladora de cajas de cítricos. Dicha máquina está concebida para ubicarse aguas arriba del paletizador convencional, permitiendo la disposición de las cajas en dos o tres alturas en lugar de una sola, lo que agiliza significativamente el proceso de paletizado. El proyecto abordará distintos aspectos fundamentales del diseño de la máquina. En lo que a la parte mecánica se refiere, se presentará el diseño detallado de las distintas unidades mecánicas independiente que formarán la máquina. Este diseño se realizará mediante el software de diseño 3D SolidWorks y se apoyará en los cálculos necesarios para la selección de los elementos mecánicos comerciales y el diseño de las piezas que componen cada unidad mecánica. En segundo lugar, se realizará el sistema electrónico y de control para gobernar la máquina diseñada. Se expondrán las secuencias de movimientos generales que la máquina ha de realizar para lograr el apilado de las cajas, plasmando dichas secuencias en un grafo para una mejor comprensión de los movimientos. Conocida la secuencia de movimientos, se realizará un estudio técnico que concluirá con la selección de los componentes comerciales necesarios para componer el sistema electrónico y de control. Definidos los componentes comerciales, se realizará la programación del software que definirá la lógica de control de la máquina en lenguaje Ladder, empleando el software Schneider Electric EcoStruxure Machine Expert. Finalmente, se programará la interfaz gráfica de control empleando el software Schneider Electric Vijeo Designer. En tercer lugar, se abordará la parte eléctrica de la máquina mediante el diseño del cuadro eléctrico del apilador. Dicho diseño se abordará con la selección justificada por la normativa y cálculos pertinentes de los componentes eléctricos comerciales necesarios para componer el cuadro eléctrico. Finalmente, se incluirá el presupuesto del apilador. Este presupuesto abordará los distintos elementos comerciales y piezas que formarán cada uno de los sistemas comentados anteriormente, así como el capital humano y tecnológico para fabricar la máquina. A su vez, se incluirá el pliego de condiciones donde se recogerán el conjunto de normativas consultadas para elaborar el proyecto y se finalizará anexando el esquema eléctrico de la máquina así como unas imágenes de la máquina diseñada.

[CA] Els magatzems de cítrics són un entorn on l'eficiència i la velocitat són crucials ja que es treballa amb productes peribles i els temps de lliurament del producte són molt limitats. Per tant, els temps de tractament del producte, envasat i la gestió de l'inventari són conceptes de gran importància en aquests entorns de treball. El paletitzat de les caixes plenes de cítrics és una de les etapes més crítiques en els diferents processos de tractament de la fruita que es duen a terme en aquests magatzems. Una interrupció o embús en el paletitzat provoca interrupcions en els processos anteriors a aquest, ocasionant una disminució de la velocitat de producció i/o embussos i trencaments en les màquines aigües amunt de la secció de paletitzat. En aquest context, examinant com contribuir a la millora dels temps de producció i optimitzar el procés de paletitzat, es presenta el disseny i desenvolupament d'una màquina apiladora de caixes de cítrics. Aquesta màquina està concebuda per ubicar-se aigües amunt del paletitzador convencional, permetent la disposició de les caixes en dues o tres altures en lloc d'una sola, cosa que agilitza significativament el procés de paletitzat. El projecte abordarà diferents aspectes fonamentals del disseny de la màquina. Pel que fa a la part mecànica, es presentarà el disseny detallat de les diferents unitats mecàniques independents que formaran la màquina. Aquest disseny es realitzarà mitjançant el programari de disseny 3D SolidWorks i es recolzarà en els càlculs necessaris per a la selecció dels elements mecànics comercials i el disseny de les peces que componen cada unitat mecànica. En segon lloc, es realitzarà el sistema electrònic i de control per governar la màquina dissenyada. S'exposaran les seqüències de moviments generals que la màquina ha de realitzar per aconseguir l'apilat de les caixes, plasmant aquestes seqüències en un graf per a una millor comprensió dels moviments. Coneguda la seqüència de moviments, es realitzarà un estudi tècnic que conclourà amb la selecció dels components comercials necessaris per compondre el sistema electrònic i de control. Definits els components comercials, es realitzarà la programació del programari que definirà la lògica de control de la màquina en llenguatge Ladder, emprant el programari Schneider Electric EcoStruxure Machine Expert. Finalment, es programarà la interfície gràfica de control emprant el programari Schneider Electric Vijeo Designer. En tercer lloc, s'abordarà la part elèctrica de la màquina mitjançant el disseny del quadre elèctric de l'apilador. Aquest disseny s'abordarà amb la selecció justificada per la normativa i càlculs pertinents dels components elèctrics comercials necessaris per compondre el quadre elèctric. Finalment, s'inclourà el pressupost de l'apilador. Aquest pressupost abordarà els diferents elements comercials i peces que formaran cadascun dels sistemes comentats anteriorment, així com el capital humà i tecnològic per fabricar la màquina. Alhora, s'inclourà el plec de condicions on es recolliran el conjunt de normatives consultades per elaborar el projecte i es finalitzarà annexant l'esquema elèctric de la màquina així com unes imatges de la màquina dissenyada.

[EN] Citrus warehouses are environments where efficiency and speed are crucial, as they deal with perishable products and have very tight delivery times. Therefore, product treatment times, packaging, and inventory management are of great importance in such working environments. Palletizing boxes filled with citrus is one of the most critical stages in the various fruit handling processes carried out in these warehouses. An interruption or blockage in the palletizing process causes disruptions in the preceding processes, leading to a decrease in production speed and/or blockages and breakages in the machines upstream of the palletizing section. In this context, examining how to contribute to improving production times and optimizing the palletizing process, the design and development of a citrus box stacking machine is presented. This machine is designed to be placed upstream of the conventional palletizer, allowing the boxes to be arranged in two or three heights instead of just one, significantly speeding up the palletizing process. The project will address various fundamental aspects of the machine's design. Regarding the mechanical part, the detailed design of the different independent mechanical units that will form the machine will be presented. This design will be carried out using the 3D design software SolidWorks and will be supported by the necessary calculations for the selection of commercial mechanical elements and the design of the parts that make up each mechanical unit. Secondly, the electronic and control system to govern the designed machine will be developed. The general movement sequences that the machine must perform to achieve the box stacking will be presented, illustrating these sequences in a graph for better understanding of the movements. Once the movement sequence is known, a technical study will be conducted, concluding with the selection of the commercial components necessary to compose the electronic and control system. Once the commercial components are defined, the software programming that will define the machine's control logic will be carried out in Ladder language, using the Schneider Electric EcoStruxure Machine Expert software. Finally, the graphical control interface will be programmed using the Schneider Electric Vijeo Designer software. Thirdly, the electrical part of the machine will be addressed by designing the stacker's electrical panel. This design will be approached with the justified selection by the relevant standards and calculations of the commercial electrical components necessary to compose the electrical panel. Finally, the budget for the stacker will be included. This budget will cover the various commercial elements and parts that will form each of the systems mentioned above, as well as the human and technological capital to manufacture the machine. Additionally, the project specifications will include the set of standards consulted to develop the project, and it will conclude by attaching the machine's electrical diagram and some images of the designed machine.