WO2001000520A1 - Maquina simple para multiplicar fuerzas - Google Patents

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Gustavo De La Cruz Montelongo
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Cruz Montelongo Gustavo De
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D3/00—Portable or mobile lifting or hauling appliances
    • B66D3/04—Pulley blocks or like devices in which force is applied to a rope, cable, or chain which passes over one or more pulleys, e.g. to obtain mechanical advantage

Definitions

  • ⁇ hoist consists of a Ldjj ⁇ ciaclo & pulleys of different diameters that rotate in the same direction.
  • the pulleys have throats with protruding teeth, where the chain links penetrate so that they do not slip.
  • the chains are used to communicate the force and lift the load. This machine also multiplies forces.
  • Winch or winch It generally consists of a cylinder attached to a shaft that rests on bearings, the shaft has a handle that serves to rotate the cylinder and lift the load. It also multiplies forces.
  • My invention is a simple machine, which serves to multiply forces and consists of a "Double Pulley" (FIG. 1 and 2) mounted on a common armor (6; FIG. 1), the armor is held in the structure where it is Want to upload the load.
  • the two pulleys are joined together and rotate in the same direction (S; FIG. 1) on their center on the shaft (5; FIG. 1) of the frame.
  • Each channel of both pulleys is fixed with a separate rope from each other (1; FIG. 3) and (2; FIG. 2).
  • the rope that is loose from the rope of the small pulley (4; FIG. 2) is connected directly to the load (C; FIG. 2), as it will be the one that will do the job of lifting it.
  • the rope of the large pulley will be wound "N" times on the large pulley itself (3; FIG. 2), extending the loose end to the place where the force will be exerted (F; FIG: 2).
  • To start the process of lifting the load simply pull the rope from the large pulley (3; FIG. 2) and unroll it, for each turn that the large pulley is unwound, the small pulley will wind its rope at once in the opposite direction, and the load will rise with minimal effort.
  • the load of the small pulley tends by its weight to unroll it, so the work to lower the load will consist of giving up the rope to the large pulley so that it is rolled up little by little, until the rope of the small pulley is fully unwound with the load on the floor
  • the number of turns necessary for the small pulley to wind its rope and raise the load to the desired level corresponds to the number of turns that the rope must be wound on the large pulley to later perform the work.
  • the diameter of the large pulley It is divided between the diameter of the small pulley and the result (equal to the mechanical advantages) is multiplied by the length of the small pulley rope, thus obtaining the length of the rope to be wound in the large pulley to make the job
  • a mechanical tooth is mounted on the shaft that only allows the small pulley to rotate in the direction of winding its cable and raising the load and that when the rotation is in the opposite direction it locks it.
  • Retractable mechanical teeth are fixed to the large pulley which, when fitting into the cavities, expressly made in the small pulley, communicate the movement in the direction of winding and raising the load, and that if the movement of the large pulley is in In the opposite direction, the teeth retract and allow you to turn freely backwards.
  • the next step is to pull the cable that is in the large left pulley until it returns and coils on the right side, and at this point we return to work by pulling the cable from the right side, raising the load over and over again.
  • a system very similar to the previous one, providing the "Double Pulley” (FIG: 6) with the "SIMPLE MECHANISM” and dividing the large pulley into two, one right and one left, is that the right pulley will be fixed cable (3; FIG 6) that will do the normal work of winding and unwinding by means of the loose rope to exert the force (F; FIG: 6), while a large cable will be fixed in its channel to its left pulley independent (10; FIG: 6) with a counterweight (11; FIG: 6) that will be rolled up and up just like the load. So when we use up the cable on the right side, we will give up the cable so that the counterweight, without finding contrary force, by its own weight (the minimum enough) rewinds the cable on the large right pulley, and the process starts again .

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Pulleys (AREA)

Abstract

Esta invención es una mãquina simple para multiplicar fuerzas y consiste en una 'Doble Polea' formada por dos poleas de diferentes diámetros, unidas entre si y que giran en un mismo sentido. En cada una de las canales de ambas poleas se fija por separado una cuerda. La cuerda de la polea chica se conecta directamente a la carga. La cuerda de la polea grande se enrolla en ella y se extiende hasta el sitio en donde se hará la fuerza. Al jalar y desenrollar la cuerda de la polea grande, se le comunica movimineto a la polea chica, lo que origina que ésta enrolle su cuerda y suba la carga, con un mínimo esfuerzo. El objetivo de esta invencíon es contar con una máquina simple para realizar trabajos pesados como, subir, bajar y arrastrar grandes cargas o vencer grandes fuerzas y que además mejore a las ya existentes; proporcionándonos ventajas tales como número ilimitado de ventajas mecánicas, altura o distancia de trabajos ilimitados, fabricación más simple y sencilla y por tanto mucho más económica y ecológica, adaptabilidad para usarse en lugares y actividades no accesibles hasta ahora, y peso y volumen muy inferiores a las actuales.

Description

MAQUINA SIMPLE PARA MULTIPLICAR FUERZAS
Cuando el ser humano tiene necesidad de hacer un trábalo pesado como, mover una caja fuerte, cargar y descargar productos procesados, colocar válvulas en un campo petrolero, etc., se auxilia de las. máquinas simples conocidas^ mismas que son estudiadas por la "Física" en su capítulo de energía y generalmente se clasifican en:
A. Palancas. (Se sub-clasifican en palancas,, poleas y la rueda y el eje).
B. Plano inclinado.
C. Hidráulicas
De las cuales las poleas y la rueda y el eje corresponden a máquinas ya conocidas, semejantes por el trabajo que realizan a mi invención
Describámoslas:
a) Polea fija. Sólo sirve para cambiar la dirección de la fuerza necesaria para levantar la carga, logrando comodidad. No multiplica fuerzas.
b) Polea móvil. Esta polea sí multiplica fuerzas y usando una combinación de poleas fijas y móviles se forma un sistema de poleas cuya ventaja mecánica es igual al número de cuerdas que sostienen la carga.
c) Apareja diferenciaL α polipasto. Consta de un cuadenιaLfjjαciaclo& poleas de diámetros diferentes que giran en un mismo sentido. Las poleas tienen gargantas con dientes salientes, en donde penetran los eslabones de las cadenas para que no resbalen. Las cadenas se usan para comunicar la fuerza y levantar la carg Esta máquina también multiplica fuerzas. d) Torno o malacate. Consta generalmente de un cilindro unido a un eje que descansa sobre chumaceras, el eje lleva un manubrio que sirve para hacer girar el cilindro y elevar la carga. También multiplica fuerzas.
e) La rueda y el eje. Sus principios físicos se usan en herramientas como el desarmador, el picaporte, el volante de automóviles y para la transmisión de fuerzas mecánicas o hidráulicas por medio de bandas, engranes y arboles mecánicos.
Se citan las siguientes referencias:
• CURSO ELEMENTEL DE FÍSICA
Ing. R. Domínguez Editorial Porrúa.
• MECÁNICA PARA INGENIEROS Rosell C, Hibelar
Dinámica.
• FÍSICA CONCEPTUAL Paul G. Hewitt Addison Wesley I.
• FÍSICA - LA ENERGÍA Robert Stollberg Publicaciones Culturales, A.C.
• FÍSICA - CONCEPTO Y APLICACIONES Tippens.
• THE ENCYCLOPEDIA OF PHYSICS Robert M. Besancon PHYSICS
Gewirtz
Barron's
DICTIONARY OF SCIENTIFIC AND TECHNICAL TERMS Me Graw-Hiil
MACHINES Robert O'Brien Time Life
« Y todos los libros, técnicas y prácticas conocidos en México y el Mundo sobre física e ingeniería.
Por lo que se concluye que, hasta la fecha estas son las principales máquinas simples conocidas que multiplican fuerzas y que sirven para elevar, arrastrar y mover cargas pesadas, según el estado de la técnica mundial actual.
Mi invención es una máquina simple, que sirve para multiplicar fuerzas y consiste en una "Doble Polea" (FIG. 1 Y 2) montada en una armadura común (6; FIG. 1), la armadura se sostiene en la estructura a donde se quiera subir la carga. Las 2 poleas que forman la "Doble Polea" san de diferente diámetro cada una, considerando que entre mayor sea la diferencia de diámetros entre ambas, la multiplicación de fuerzas será mayor. Llamémosles polea grande (1; FIG. 1) y polea chica (2; FIG. 1).
Las dos poleas están unidas entre sí y giran en un mismo sentido (S; FIG. 1) sobre su centro en el eje (5; FIG. 1) de la armadura. A cada una de las canales de ambas poleas se les fija una cuerda independiente una de la otra (1 ; FIG. 3) y (2; FIG. 2). El cabo que queda suelto de la cuerda de la polea chica (4; FIG. 2) se conecta directamente a la carga (C; FIG. 2), pues será la que hará el trabajo de elevarla. Previamente la cuerda de la polea grande se enrollará "N" veces en la propia polea grande (3; FIG. 2), extendiendo el cabo suelto hasta el sitio donde se ejercerá la fuerza (F; FIG: 2). Para iniciar el proceso de levantar la carga, basta con jalar la cuerda de la polea grande (3; FIG. 2) e irla desenrollando, por cada vuelta que se desenrolle la polea grande, la polea chica enrollará su cuerda a la vez una vuelta en sentido opuesto, e irá subiendo la carga con un mínimo esfuerzo.
Considerando que los principios físicos aplicables a la palanca, son aplicables a la
"Doble Polea", donde el punto de apoyo es el eje de la "Doble Polea". La carga se encuentra en el radio de la polea chica (r; FIG. 1) (cerca del punto de apoyo). Y el otro brazo de palanca es el radio de la polea grande (R; FIG. 1) (lejos del punto de apoyo).
Por lo que al jalar y desenrollar la cuerda que se encuentra enrollada en la polea grande, estamos efectuando el "Trabajo de Entrada" y como resultado obtenemos un "Trabajo de Salida" que consiste en enrollar la cuerda de la polea chica y elevar su carga. Así que ejerciendo una pequeña fuerza de entrada a través de una distancia mayor, obtendremos una gran fuerza de salida sobre una distancia menor.
TRABAJO DE ENTRADA = TRABAJO DE SALIDA
Si; TRABAJO = FUERZA X DISTANCIA
Sustitui os.
F = FUERZA DE ENTRADA
D = DISTANCIA DE ENTRADA f = fuerza de salida d = distancia de salida
Resultando:
F x D = f x d
Suponiendo un trabajo a realizar que consiste en levantar una carga de 500 KG. a una altura de 3 mts , el planteamiento nos queda
500 Kg X 3 mts = 500 Kg X 3 mts
St usamos una "Doble Polea" cuya polea grande sea 10 veces mayor en su diámetro (o radio) que el de la polea chica, tendremos una "Doble Polea" QUE MULTIPLICA LAS FUERZAS 10 VECES, si no consideramos la pérdida de energía por la fricción, que en el caso de la "Doble Polea" es mínimo, tendremos
( 500 - 10 ) x ( 3 x 10 ) = 500 x 3
50 x 30 = 500 x 3
50 Kg X 30 mts ( DE ENTRADA ) = 500 Kg. X 3 mts ( DE SALIDA )
Al numero de veces que una máquina simple multiplica las fuerzas, se le conoce técnicamente como ventajas mecánicas, y en el caso específico de la "Doble Polea" no tiene límites, puesto que una polea se puede hacer muchas veces mas grande que la otra y aún si pensamos que en ciertas actividades no se pueden usar poleas muy grandes, existe la posibilidad de poner dos o mas "Dobles Poleas" en sene, en cuyo caso las ventajas mecánicas de cada una, se multiplican por la otra, dando por resultado que no tiene auténticamente limites ( aun mas, si se usa una polea móvil en el cable de la carga duplicaremos las ventajas que la "Doble Polea" tenga) Hoy día no existe una máquina simple capaz de hacerlo
Pensemos en la situación que guarda la "Doble Polea" cuando se termina de elevar una carga El cable de la polea chica ahora se encuentra totalmente enrollado (2, FIG 3) con la carga amba (C, FIG. 3 ), y el cable de la polea grande esta totalmente desenrollado (3, FIG 3) Y es exactamente esta posición la que se requiere para bajar una carga a un lugar infenor La carga de la polea chica tiende por su peso a desenrollarla, así que el trabajo para hacer bajar la carga, consistirá en ir cediendo cuerda a la polea grande para que se enrolle poco a poco, hasta que la cuerda de la polea chica este totalmente desenrollada con la carga en el piso El número de vueltas necesario para que la polea chica enrolle su cuerda y suba la carga al nivel deseado, corresponde at número de vueltas que hay que enrollar la cuerda en la polea grande para posteriormente efectuar el trabajo En otra forma el diámetro de la polea grande se divide entre el diámetro de la polea chica y el resultado (igual a las ventajas mecánicas) se multiplica por la longitud de la cuerda de la polea chica, obteniendo asi la longitud de la cuerda que hay que enrollar en la polea grande para efectuar el trabajo
Es conveniente indicar que para un óptimo rendimiento de la "Doble Polea", se deben poner dos poleas chicas (7; FIG. 3) en lugar de una; una a cada lado de la polea grande, obteniendo con ello una menor fricción, y serán dos tas cuerdas que soporten la carga (2; FIG. 3), requiriendo en esta forma la mitad de resistencia que si fuera una sola
Suponiendo EL uso de una sola polea chica, su cuerda o cable debe ser lo suficientemente fuerte para soportar sobradamente el peso de la carga y tener una longitud que vaya del nivel donde se encuentre la carga a la altura deseada para subirla En tanto el cable de la polea grande será tantas veces menos resistente que el cable de la carga, como ventajas mecánicas tenga la "Doble Polea", y tantas veces más largo que el cable de la carga como ventajas mecánicas tenga la "Doble Polea", Tal como quedo de manifiesto en el ejemplo atado, en el que para subir una carga a 3 mts. de altura, se deben jalar 30 mts. de cuerda
Para evitar tanta longitud de cable en la polea grande, cuando así convenga, dividiremos la polea grande en dos mitades a lo largo de su circunferencia, quedándonos propiamente dos poleas grandes, llamémoslas derecha (8, F1G. 4) e izquierda (9; FIG:4). Utilizando un solo cable (C, FIG 4), un cabo del mismo se fijará a la polea grande derecha y el otro a la polea grande izquierda Previamente el cable se enrollara tantas veces como sea necesaπo en la polea grande derecha (8; FIG.4), considerando cable suficiente para llegar al punto donde se ejercerá la fuerza (F; FIG. 4)
Al jalar y desenrollar el cable de la polea grande derecha (para subir la carga) el otro cabo del mismo cable fijado en la polea grande izquierda hará que el cable se enrolle en sentido opuesto. De tal manera que al terminar de jalar todo el cable, tendremos una situación contraria a la inicial, donde ahora todo el cable está enrollado en la polea grande izquierda (9; FIG. 5) y en sentido opuesto.
Previamente a este punto del proceso dotaremos a la "Doble Polea" con un "SENCILLO MECANISMO" que consiste en:
a) Se separa la polea grande de la polea chica.
b) Se monta un diente mecánico en el eje que sólo permita a la polea chica la rotación en sentido de enrollar su cable y subir la carga y que cuando la rotación sea en sentido contrario la trabe.
c) A la polea grande se le fijan dientes mecánicos retráctiles que al encajar en las cavidades exprofesa mente hechas en la polea chica, le comuniquen el movimiento en sentido de enrollarse y subir la carga, y que si el movimiento de la polea grande es en sentido opuesto, los dientes se retraigan y le permitan girar libremente hacia atrás.
El siguiente paso es jalar el cable que se encuentra en la polea grande izquierda hasta que se regrese y enrolle en el lado derecho, y en este punto volvemos a trabajar jalando el cable del lado derecho, subiendo la carga una y otra vez.
Un sistema muy similar al anterior, dotando a la "Doble Polea" (FIG: 6) con el "SENCILLO MECANISMO" y dividiendo la polea grande en dos, una derecha y otra izquierda, consiste en que a la polea derecha se le fijará un cable (3; FIG 6) que hará el trabajo normal de enrollarse y desenrollarse mediante el cabo que queda suelto para ejercer la fuerza (F; FIG: 6), en tanto que a la polea grande izquierda se le fijará en su canal un cable independiente (10; FIG: 6) con un contrapeso (11 ; FIG: 6) que se irá enrollando y subiendo igual que la carga. Así que cuando agotemos el cable del lado derecho, cederemos el cable para que el contrapeso, sin encontrar fuerza contraria, por su propio peso (el mínimo suficiente) enrolle de nuevo el cable en la polea grande derecha, y se iniciara de nuevo el proceso.
Otro sistema similar a los enunciados, dotando a la "Doble Polea" del "SENCILLO MECANISMO", pero ahora sin dividir la polea grande en dosr consiste en incorporar un resorte en forma de espiral (12, FIG 7) a la polea grande, anclado en el eje, de tal manera que obligue a regresar siempre a su posición oπginal a la ya atada polea grande Así pues, cuando se jale el cable (C, FIG 7) y desenrolle una o más vueltas, se volverá a ceder para que el resorte en espiral regrese a la polea grande a su posición oπginal con el cable enrollado una ó más vueltas Y se repite una y otra vez hasta concluir el trabajo
A continuación se hace una comparaαón de las pπnαpales máquinas simples ya descπtas que sirven para subir o mover cargas pesadas en relación a la "Doble
Polea"
• Tomo o malacate. Sólo se puede usar para subir cargas al nivel donde se realiza el trabajo, como pozos y barrancas, siendo ésta su pπncipal limitación
• Sistema de poleas, fijas y móviles Para que este sistema dé mas de una ventaja mecánica se requieren vanas poleas fijas y móviles Su armado es complicado e impráctico Debido ai roce de tanta polea y al peso en si de las poleas móviles, desperdician generalmente mas de un 40% de energía Sus ventajas mecánicas son limitadas y es costosa por el uso de tantas poleas
• Aparejo o polipasto Por su fabricación con gargantas, coronas, dientes y cadenas son muy pesados, voluminosos y costosos Más del 40% de la energía aplicada se pierde en las constantes fricciones metálicas Normalmente se fabπcan para subir cargas hasta 3 mts., pues a mayores alturas son impracticos
Por su constante segregación de grasa sucia no son muy populares en trabajos domésticos Sus ventajas mecánicas son limitadas
Ventajas de la "Doble Polea" en relación a la técnica actual
> Ventajas mecánicas ilimitadas
Altura o distancia de trabajo sin limites > Fabricación más simple y sencilla y por tanto mucho más económica y ecológica.
> Fácil comprensión de su técnica y de uso.
> Adaptabilidad para usarse en cualquier punto del trabajo como fijándose en el piso, en cuyo caso el cable de la carga se extienda hasta un punto de apoyo, o a una polea simple que sirva para elevar la carga.
> Uso indistinto en trabajo vertical y horizontal.
> Peso y volumen muy inferior a las alternativas actuales.
> Mantenimiento más simple y económico.
Las citadas ventajas de la "Doble Polea" no sólo le dan una sobrada competitividad en todas las aplicaciones actuales, sino que también abren un mundo de alternativas nuevas como, rescate de personas en edificios altos, rescate alpino más eficaz, arrastre de pangas, construcción de gatos (para levantar carros) automáticos de pilas, uso doméstico, etc.

Claims

REIVINDICACIONESHabiendo descrito mi invención y considerándola como una novedad, reclamo como de mi exclusiva propiedad lo contenido en las siguientes cláusulas:
1. Mi invención es una máquina simpler que sirve para multiplicar fuerzas y consiste en una "Doble Polea" montada en una armadura común, la armadura se sostiene en la estructura a donde se quiera subir la carga. Las 2 poleas que forman la "Doble Polea" son de diferente diámetro cada una, considerando que entre mayor sea la diferencia de diámetros entre ambas, la multiplicación de fuerzas será mayor. Llamémosles polea grande y polea chica.
Las dos poleas están unidas entre sí y giran en un mismo sentido sobre su centro en el eje de la armadura. A cada una de las canales de ambas poleas se les fija una cuerda independiente una de la otra. El cabo que queda suelto de la cuerda de la polea chica se conecta directamente a la carga, pues será la que hará el trabajo de elevarla. Previamente la cuerda de la polea grande se enrollará "N" veces en la propia polea grande, extendiendo el cabo suelto hasta el sitio donde se ejercerá la fuerza.
Para iniciar el proceso de levantar la carga, basta con jalar la cuerda de la polea grande e irla desenrollando, por cada vuelta que se desenrolle la polea grande, la polea chica enrollará su cuerda a la vez una vuelta en sentido opuesto, e irá subiendo la carga con un mínimo esfuerzo.
Considerando que ios principios físicos aplicables a la palanca, son aplicables a la "Doble Polea", donde el punto de apoyo es el eje de la "Doble Polea". La carga se encuentra en el radio de la polea chica (cerca del punto de apoyo). Y el otro brazo de palanca es el radio de la polea grande (lejos del punto de apoyo).
Por lo que al jalar y desenrollar la cuerda que se encuentra enrollada en la polea grande, estamos efectuando el "Trabajo de Entrada" y como resultado obtenemos un "Trabajo de Salida" que consiste en enrollar la cuerda de la polea chica y elevar su carga. Así que ejerciendo una pequeña fuerza de entrada a través de una distancia mayor, obtendremos una gran fuerza de salida sobre una distancia menor.
2. Máquina simple para multiplicar fuerzas tal y como se reivindicó en la cláusula anterior, cualquiera que sea la forma que se dé a la polea chica y/o a la polea grande. Y cualquiera que sea el número de poleas chicas y/o poleas grandes usadas y/o combinadas.
3. Máquina simple para multiplicar fuerzas tal y como se reivindicó en la cláusula No. 1 , cualquiera que sea la forma en que la polea grande regrese a su posición original con la cuerda enrollada, a saber:
ΓJ Enrollada manualmente cada vez que se concluya de levantar una carga.
α Enrollada mecánicamente con un resorte en espiral sujeto a la polea grande.
α Enrollada con la misma cuerda, cuando ésta se encuentre enrollada en sentido opuesto en el hemisferio contrario de la misma polea.
α Enrollada con un contrapeso sujeto a la polea grande.
α Enrollada con cualquier proceso manual o mecánico.
4. Máquina simple para multiplicar fuerzas tal y como se reivindicó en la cláusula No. 1 , cualquiera que sea la forma en que se jale la cuerda de la polea grande para efectuar el trabajo de entrada, ya sea manualmente, usando herramientas, usando otras máquinas simples, o mecánicamente con fuerzas hidráulicas, eléctricas, etc. etc.
5. Máquina simple para multiplicar fuerzas tal y como se reivindicó en la cláusula No. 1, y que se destine exclusivamente a bajar cargas y/o subirlas.
6. Máquina simple para multiplicar fuerzas tal y como se reivindicó en la cláusula No. 1 , cualquiera que sea la forma y el material con que se fabriquen las poleas y. los cables o cuerdas. descritos ampliamente.
7. Máquina simple para multiplicar fuerzas tal y como se reivindicó en la cláusula No. 1, ya sea que se use para ganar velocidad y/α distancia.
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