Sector técnico de la invención

La presente invención se encuadra dentro del sector técnico de la fabricación de estructuras metálicas de elementos longitudinales tubulares, más concretamente, estructuras de celosía. Se refiere a un sistema de automatización de la fabricación, especialmente diseñado para disminuir los consumos de materiales y energía, así como el tiempo de fabricación. La automatización de todos los procesos de fabricación mejora la calidad, disminuye los costos en forma notable y mejora la eficiencia y sostenibilidad.

Antecedentes de la invención

Las estructuras de celosía construidas con elementos longitudinales tubulares son comunes y tienen un amplio campo de uso. Estas estructuras se forman con dos o más elementos tubulares longitudinales.

Las formadas por dos elementos, ya sean paralelos o convergentes y unidos entre si con otros de menor dimensión, se usan habitualmente como vigas para luces o cargas importantes. Los formados por tres elementos longitudinales paralelos se usan también como vigas, en grúas torre por ejemplo y en pilares. Las formadas por más de tres elementos situados en los vértices de un polígono de n lados son generalmente utilizados como pilares.

En todos los casos son fabricaciones de pocos elementos que no justifican su ejecución con sistemas automatizados, por lo que se realizan de forma manual, según el procedimiento siguiente: se colocan los elementos longitudinales en la forma que se precise y se fijan a una superficie; se trazan los puntos de unión donde deben instalarse los tubos de menor sección y se mide con exactitud la longitud que se requiere que tenga cada uno de ellos; se cortan los tubos de tal manera que sean perfectamente tangentes a los elementos longitudinales, es decir como para hacer injertos; se les realiza un bisel para la soldadura; se sujetan por puntos provisionales a los elementos longitudinales y se sueldan manualmente.

Para estructuras de menor entidad, por luces o cargas, se suelen curvar previamente los elementos que ha de constituir la celosía, colocarlos y sujetarlos provisionalmente con puntos a los longitudinales y soldarlos.

Todos estos procedimientos manuales y sucesivos son muy caros y limitan el uso de un tipo de estructuras que desde los puntos de vista estático y de economía de materiales son muy competitivos, optándose generalmente por estructuras de celosía construidas con angulares, que son mas sencillas, rápidas y económicas de hacer. Sin embargo las estructuras de angulares son muy sensibles a la corrosión en medios agresivos como pueden ser las instalaciones en el mar o en sus proximidades, que por los costos de protección y mantenimiento, las hacen desaconsejables.

Por todo ello, la presente invención tiene por objeto el describir una instalación de fabricación automatizada para la fabricación de estructuras de celosía, de cualquier forma y dimensión, construidas con elementos tubulares, que resuelva de manera económicamente viable y técnicamente segura los siguientes problemas técnicos:

• Evitar operaciones manuales de manipulación de los elementos, el replanteo de la estructura, la colocación de los elementos componentes, su fijación provisional y la soldadura definitiva.

• Evitar los movimientos de la estructura durante el proceso de fabricación, indispensables en los métodos tradicionales, para poder realizar las soldaduras en posición horizontal.

· Sustituir la operación del corte de injertos, por el curvado in situ automático de los elementos que forman la celosía. Reduciendo notablemente los costos y el desperdicio de material.

• Sustituir la soldadura TIG, manual por soldadura automatizada por inducción o alta frecuencia.

· Y en definitiva reducir costos y asegurar la calidad.

Descripción de la invención

El equipo de fabricación de celosías aquí reivindicado comprende una serie de elementos que se interrelacionan de forma que su funcionamiento en cadena de lugar a la automatización de la fabricación de estructuras de celosía.

En primer lugar conviene aclarar que, para evitar confusiones con la denominación empleada, una estructura de celosía, ya sea una viga o un pilar, está formada por unos tubos longitudinales paralelos o convergentes entre los cuales se colocan en diagonal o en forma de dientes de sierra, una serie de tubos que denominamos de celosía.

La planta de fabricación de estructuras de celosía cuenta con varias zonas.

Una primera zona es la zona de colocación de tubos. En esta zona hay unas vías paralelas a las vías del puente grúa, sobre las que se sitúan verticalmente una serie de pilares que tienen instalados una serie de dispositivos para soportar los tubos distribuidos a lo largo de su altura. Los pilares podrán avanzar por las vías para modificar la distancia entre ellos y los dispositivos de soporte de tubos podrán subir y bajar por los pilares con el mismo objetivo. En función de la geometría final que vaya a tener la estructura de celosía se sitúan los pilares y los soportes.

Un puente grúa totalmente automatizado y que sigue las instrucciones de un sistema de control, toma de los contenedores de tubos y de uno en uno, los tubos longitudinales que formarán la estructura de celosía. Estos tubos los va colocando paralelos al suelo y perpendiculares a las vías, en los dispositivos de soporte. Una vez que todos los tubos longitudinales están ya situados, el puente grúa comienza a colocar los tubos de celosía en los soportes correspondientes, de manera que quedan colocados entre los tubos longitudinales y paralelos o convergentes a ellos.

Una vez que ya están colocados, exactamente según la geometría proyectada, los diábolos motorizados sobre los que se apoyan los tubos, se accionan y desplazan la estructura a la zona de fabricación, manteniendo su geometría. Esta zona a su vez se divide en la zona de unión de tubos por cabeza y la zona de conformado y soldado de tubos de celosía.

La estructura colocada avanza hasta la zona de conformado y soldado de los tubos de celosía. Allí los tubos son soportados en unos pilares con unos soportes idénticos a los de la zona de colocación pero que cuentan además con unos cilindros hidráulicos que empujan y comprimen el tubo de celosía curvándolo contra el tubo longitudinal donde, con unos arcos dobles de inducción que se aproximan automáticamente, sueldan el tubo de celosía al longitudinal.

Esta operación se repite hasta que se precisan más tubos, para aumentar la longitud de la estructura, que va avanzando en la misma forma, es decir accionando los diábolos motorizados situados tanto en la zona de colocación como en la de fabricación, medida que progresa el trabajo de formación y soldado de las celosías. Una vez que el avance ha hecho que se haya utilizado toda la longitud de los tubos, primero los de celosía y después los longitudinales, en ese momento, de la zona de colocación se hace avanzar nuevos tubos hasta la zona de unión de los tubos por cabeza. En esa zona se toma un tubo nuevo y se suelda al tubo que ya estaba en la estructura por el extremo o la cabeza, de manera que se amplía su longitud. Se vuelve a trasladar a la zona de conformado y soldado y se repiten las operaciones hasta que la estructura esté completamente terminada.

La estructura finalizada se traslada a una zona de acopio. En esa zona hay unas vías motorizadas, pero ya no hay pilares. La estructura se traslada transversalmente hasta la zona de inspección y pintura. Se trata de una zona cerrada donde se revisan las soldaduras y se procede a su pintado y protección contra la erosión. A la salida de la zona de inspección y pintura la estructura ya está completamente terminada.

Sola quedaría trasladarla a la última zona de carga y expedición o a la zona de montaje.

Frente a los problemas señalados en el apartado anterior, la solución que se ha desarrollado y cuya protección se solicita presenta las siguientes ventajas respecto a lo existente en el estado de la técnica:

• Es una solución totalmente automatizada, desde el acopio de los tubos con los contenedores hasta el conformado de las celosías y la soldadura de estas a los tubos longitudinales.

• Al diferenciar la zona de colocación de la de fabricación permite que en la primera se posicionen los tubos en la forma exacta requerida, gracias a los sistemas motorizados y controlados de los diábolos que los sostienen.

• Se evitan movimientos manuales con grúas de estructuras que pueden tener un peso y dimensión considerables. Pues fabricado cada tramo longitudinal de la estructura esta se desplaza, permitiendo la ejecución del siguiente, simplemente por el impulso de los soportes motorizados en que se apoya y porque una vez terminada la estructura, esta se desplaza sobre la vía, gracias a que las plataformas que sostienen los soportes de los tubos están motorizadas con piñones y cremalleras los cuales, de forma automática, la conducen a la zona de inspección de soldaduras y pintura para la protección de la corrosión.

• El sistema permite hacer estructuras planas formadas por dos elementos longitudinales, paralelos o convergentes, para vigas de grandes luces y/o cargas, estructuras triangulares, formadas por tres longitudinales, o mas para pilares o vigas y estructuras de sección cuadrada formadas por cualquier número de elementos longitudinales en cada cara para pilares.

• Se hace innecesario cortar injertos y soldar manualmente y en posiciones difíciles estos a los longitudinales. Se reduce costos, tiempos y desperdicio de materiales al tiempo que se mejora y asegura la calidad.

• Las estructuras así fabricadas, se conducen por el mismo procedimiento, es decir traslación de las plataformas motorizadas en las que están apoyadas sobre vías, desde el área de inspección y pintura, hasta la de expedición o colocación. Descripción de las figuras

Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña un juego de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1 : Vista en planta del equipo completo de fabricación

Figura 2: Perfil del puente grúa

Figura 3: Alzado de una vía con cinco pilares

Figura 4: Detalle de un pilar

Figura 5: Detalle del proceso de curvado de los tubos de celosía

A continuación se proporciona un listado con las referencias utilizadas en las figuras:

(1) Vías del puente grúa

(2) Contenedor de tubos longitudinales

(2') Contenedor de tubos de celosía

(2") Contenedor de pilotes

(3) Vías paralelas fijadas al suelo sobre las que se sitúan los pilares

(4) Pilares

(5) Diábolos sobre las vías

(6) Diábolos grandes de sujeción de tubos longitudinales

(6') Diábolos pequeños de sujeción de tubos de celosía

(7) Ménsula doble

(8) Zona de unión de tubos por cabeza

(9) Zona de conformado y soldado de los tubos de celosía

(10) Zona de acopio

(11) Diábolos motorizados

(12) Zona de inspección y pintura

(13) Plataformas desplazables motorizadas

(14) Carro del puente grúa

(15) Imán del carro del puente grúa

(16) Tubo longitudinal

(17) Tubo de celosía

(18) Pistones hidráulicos telescópicos

(19) Diábolos de eje vertical

Descripción detallada de la invención W

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Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describir, en base a las figuras presentadas, el equipo de automatización de la fabricación de estructuras de celosía objeto de la presente invención.

Este equipo se compone de un conjunto de aparatos automatizables que se interrelacionan para conseguir el objeto propuesto de automatizar todo el proceso de fabricación, desde el acopio de los materiales hasta la salida del producto terminado de la línea de fabricación.

La figura 1 , representa una planta del equipo de fabricación automática de estructuras de celosía, de cualquier forma y tamaño.

A la nave de fabricación llegan, mediante un sistema de sustentación neumático o de rodadura omnidireccional, los contenedores (2) que contienen los tubos longitudinales (16) y los contenedores (2') que contienen los tubos para formar la celosía (17). Por el lado opuesto de la nave (B) se encuentran los contenedores (2") que contienen los tubos y piezas para la fabricación de pilotes, objeto de otra invención.

Todos los contenedores (2, 2', 2"), se colocan centrados respecto a las vías (1). Dichas vías (1) pertenecen a un primer puente grúa utilizado para la colocación de los tubos (16, 17) de las estructuras y a un segundo puente grúa, utilizado para la colocación de pilotes dentro de los pilares de celosía.

Ambos puentes grúa son iguales, de manera que se evita que la avería de uno de ellos paralice la producción. Ambos puentes grúa disponen de espacio para aparcamiento en el exterior (C), fuera de la zona de colocación (A).

En una realización preferente, los puentes grúa tienen un altura mínima de 12 m. bajo imanes y una capacidad de carga útil unitaria de 4.000 Kg. Dispondrán de tres carros (14) desplazables por el puente y cada uno de los carros de un imán (15) para coger los tubos, dos de ellos cogerán el tubo por los extremos y el tercero por el centro. Los imanes de los extremos, tendrán un sistema de seguridad, que se introducirá en el interior de los tubos para que, en el caso de que falle el sistema de sujeción magnética, los tubos en ningún caso se caigan. El puente grúa tendrá una luz mínima útil de 16 m.

Un sistema controlado por ordenador, recibe los cálculos estáticos que definen la geometría de la estructura de celosía a fabricar y acciona el puente grúa.

Tal y como se ve en la figura 2, el puente grúa toma un tubo longitudinal (16) que se encuentra horizontal en el contenedor (2) y lo traslada, manteniendo esa posición horizontal ("tumbado"), hasta el área de colocación, es decir, una composición formada por una serie de pilares (4) que, como se ve en la figura 3, estos pilares (4) se pueden mover a lo largo de unas vías de rodadura (3) siendo cinco el número de vías en la realización preferente.

En la figura 4 se observa que en cada uno de esos pilares (4) se encuentran unas plataformas motorizadas (13) que se pueden desplazar en altura por dichos pilares (4). Sobre las plataformas (13) se sitúan unos diabolos grandes (6) sobre los que se apoyan los tubos longitudinales.

Gracias a las plataformas desplazables (13) y a las vías de rodadura (3), tanto los pilares (4) como los diábolos (6) se colocan a la distancia precisa para colocar los tubos longitudinales.

Colocado el primer tubo, el puente grúa continúa la operación hasta colocar todos los tubos longitudinales.

Una vez colocados estos, el puente grúa toma los tubos de celosía (17) del contenedor (2 ^' ) y los coloca sobre los diábolos pequeños (6') situados sobre plataformas desplazables (13) sobre los pilares (4). Puesto que una estructura de este tipo es un polígono cuyas caras están formadas por una pluralidad de tubos longitudinales, unidos entre sí por una celosía de tubos de menor sección, sin tener tubos ni longitudinales ni de celosía en su interior por esta razón los pilares interiores que sirven de soporte a los tubos de la cara superior, solo tienen diábolos a nivel del suelo, para la cara inferior y en la cara superior opuesta, tal y como se observa en la figura 3. Una vez colocados todos los tubos de celosía en la base y los laterales de la estructura, unas ménsulas telescópicas (7) situadas en plataformas desplazables en vertical en los pilares se abaten 90° o expanden. Poniendo en la posición adecuada unos diábolos (6') para la colocación de los tubos de celosía de la cara superior.

El puente grúa coloca estos últimos tubos y finaliza la colocación de todos los elementos de la estructura, que estarán colocados con la geometría exacta.

El sistema así concebido, permite realizar estructuras con cualquier número de elementos longitudinales, simplemente poniendo el número de pilares (4) y diábolos (6, 6') necesarios y de cualquier dimensión, desplazando los pilares (4) por las vías del suelo (3) y los diábolos (6, 6') por las plataformas (13) de los pilares (4), unas y otras accionadas por motores y sistemas de piñón cremallera, automatizados por el sistema de control.

Los pilares (4) están colocados sobre las plataformas (13') de abajo con articulaciones accionadas por actuadores de giro que permiten un ángulo variable y por tanto posibilitan la creación de geometrías plana, triangular o cuadrada. Los pilares (4) están constituidos por elementos individuales unidos entre si, para adaptar su altura a la necesaria en cada caso.

Volviendo a la figura 1 se observa que una vez, que están colocados todos los tubos los diábolos motorizados, los desplazan todos desde la zona de colocación a la de fabricación (8, 9). En esta zona de fabricación se diferencia la zona de unión de tubos por cabeza (8) que se explicará más adelante y la zona de conformado y soldado de tubos de celosía (9).

La zona de conformado y soldado de tubos de celosía (9), está formada por un conjunto de dos vías (3) con pilares (4) iguales que los del área de colocación a excepción de que los pilares (4) de la zona de conformado y soldado de tubos de celosía (9) que, como se observa en la figura (5) disponen de pistones hidráulicos telescópicos (18) y diábolos de eje vertical (19), que empujan y comprimen el tubo de celosía (17) curvándolo contra el tubo longitudinal (16), donde con unos arcos dobles de inducción que se aproximan automáticamente, sueldan al tubo de celosía (17) al longitudinal (16).

El modo de operar sería el siguiente: a la zona de conformado y soldado de tubos de celosía (9) llegan los tubos de celosía (17) situados entre los tubos longitudinales (16) y paralelos a estos. Dos pistones hidráulicos (18) empujan el tubo de celosía (17) que se encuentra entre dos tubos longitudinales (16) curvándolo, hasta que el tubo de celosía (17) topa con el tubo longitudinal (16) correspondiente, de forma que el tubo de celosía (17) queda en diagonal y apoyado en el tubo longitudinal (16) con el ángulo proyectado. Entonces se aproximan unos arcos dobles de inducción y sueldan los puntos de contacto.

Cuando se ha soldado un tubo de celosía (17), el pistón hidráulico (18) mantiene la presión el tiempo de enfriamiento programado, a continuación se retrae y baja para permitir el avance de la estructura ya soldada.

La operación se repite hasta que los tubos de celosía (17) han agotado su longitud (al situarlos diagonalmente se agotará su longitud antes de que se complete la celosía entre tubos longitudinales (16)). En ese momento, el puente grúa coge nuevos tubos de celosía (17) y los coloca en la zona de colocación. Entonces los diábolos motorizados los empujan hasta la zona de unión de tubos por cabeza (8), que será donde se unan longitudinalmente los tubos. En esta zona (8) hay una vía con unos pilares (4) los cuales cuentan con una mordaza que sujeta el final del tubo de celosía (17) que se encuentra en la estructura instalado y otra mordaza sujeta el nuevo tubo, los comprimen uno contra otro, entonces el arco se aproxima y se produce la soldadura.

Igual operación se realiza al final de los tubos longitudinales (16) si se quieren hacer más largos.

La estructura alargada va avanzando hacia la zona de soldado (9) para conformar y soldar el nuevo tubo de celosía (17) y a medida que se va terminando, abandona la zona de fabricación (9) y pasa a la zona de acopio (10).

Como se ve en la figura 1 , la zona de acopio (10) consta de un conjunto de vías paralelas (sin pilares), dotadas de diábolos motorizados (11), para el avance de las estructuras en sentido longitudinal. También cuentan con elementos de transmisión tipo piñón-cremallera para el desplazamiento transversal de toda la estructura. La estructura que ya está completamente fabricada se desplaza por esta zona de acopio (10) hasta la zona de inspección y pintura (12).

La zona de inspección y pintura (12) es una zona cerrada y protegida donde se hace la inspección de la soldadura, así como la pintura y la protección contra corrosión. Una vez pintada y terminada, la estructura se saca fuera a la zona de carga y expedición o a la zona de montaje (no representadas).

Cuando una estructura está terminada se repite el procedimiento con la siguiente. Este sistema se diseña especialmente para la fabricación de estructuras de celosía, no obstante, no se descarta su extensión a otros campos de la industria que requieran características similares.