UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA Fecha: 20/11/2019
PROYECTO MECÁNICA DE MATERIALES
DISEÑO DE UN SISTEMA PARA REMOLCAR UN VEHÍCULO Práctica 2 Josselyn Moreira. e-mail:
[email protected] Félix Jarrín. e-mail:
[email protected] Saúl Mejía. e-mail:
[email protected] Dayan Siguencia e-mail:
[email protected]
RESUMEN: Este proyecto provee una guía realizada
2. ANTECEDENTES
para un remolque de una camioneta, obteniendo su diseño, cálculo y simulación del mismo. Basado en un sistema de remolque ya muy conocido como es la barra de tiro doble, que existe de diferentes tipos y hasta para cada tipo de carro existe una diferente. De acuerdo con lo leído sobre estas barras, se realizará una construcción de una un poco diferente de las barras de tito doble común y corrientes, ya que la que diseñaremos será capaz de poder remolcar una camioneta con bastante peso en ella, y en el mercado no existe todavía ya que solo hay para remolcar la camioneta, pero sin peso en ella. También se puede agregar que esta barra de tiro doble será mucha más eficiente, y mucho más alcanzable económicamente debido a que el acero SAE 1020 no es tan costoso como el acero con el que se hace las barras de tiro doble que existe en el mercado.
El transporte es un bien de la sociedad el cual ha fundamentado el progreso o relegamiento de muchos pueblos, entonces, el transporte es el medio por el cual se da el traslado de un lugar a otro de personas o de bienes. Todo esto se le conoce como transporte comercial, pero se distingue un transporte comercial de personas, que se clasifica como servicio de pasajeros y un transporte de bienes que se refería al transporte comercial de bienes materiales, en este documento nos enfocaremos al transporte de bienes, pero específicamente nos referiremos al transporte de automotores pesados. [2] Al referirnos a este tipo de transporte se incluye aspectos como servicios adicionales de remolque, rescate de este tipo de vehículos. Para garantizar el adecuado servicio el mercado establecido a los
PALABRAS CLAVE: Acero CLAVE: Acero SAE 1020, auto averiado, barra de tiro doble, remolque de una camioneta, sistema de remolque
vehículos de maquinara pesada como cabezales para garantizar el servicio.
1. OBJETIVOS
2.1 Planteamiento del problema
General:
Diseñar una barra de tiro doble con el tipo de acero que sea necesario para que pueda realizar el remolque de una camioneta con el peso que nos indicará el ejercicio.
Las averías más comunes en automóviles o camiones, representan la paralización total del vehículo y en nuestro medio las grúas rescate poseen un gancho el cual ocasiona daños en la parte frontal del vehículo, en algunos casos el fallo inmoviliza el vehículo el cual requiere de presencia de un Mecánico Automotriz en el sitio mismo del fallo, lo que representa transporte y tiempo, en el caso específico de que sea un camión de carga para ponerlo en marcha representa suprimir la carga del vehículo generando elevados costos como de trasporte como de reparación. En el medio existe un único vehículo remolcador y grúa
Específicos:
Determinar todas las fuerzas que existen en el diseño, al momento de estar en carretera seca, plana y bajada. Calcular, que el material escogido nos
como se muestra en la Fig.1, las limitaciones de este vehículo se basan en que es un único vehículo que cubre
proporcione el esfuerzo y que no tenga ningún tipo denecesario, deformación al momento de realizar el remolque. 1
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esta necesidad, además de ello el diseño que presenta es un solo cuerpo con el chasis del automotor. [1] automotor. [1]
Análisis típico en %
0.18 0.23
0.3 0.6
0.04
0.05
0.15 0.3
Aplicaciones: Se usa principalmente para partes de maquinaria mecánica como los ejes, eslabones para cadenas, bujes s=cementados, tornillería corriente, transmisión de cadena a bajo esfuerzo, grapas, etc. [3] etc. [3]
3.3 Fuerza de rozamiento Es una fuerza que se opone al movimiento y que surge por el contacto de los cuerpos. La fuerza de rozamiento entre dos cuerpos es proporcional proporc ional a la fuerza normal que ejerce un cuerpo sobre el otro. La fuerza de rozamiento no depende del área de contacto de ambos cuerpos, [4] aunque sí de la naturaleza de sus s us materiales. materiales. [4] La fuerza de rozamiento no depende de la velocidad a la que se deslicen los cuerpos. La fuerza de rozamiento tiene sentido opuesto al movimiento (a la velocidad) [1]. velocidad) [1].
Fig12. Remolcador único en Ecuador
Por esta razón, se da la necesita de crear sistemas distintos que ayuden, y faciliten la movilidad de un vehículo averiado, casi de la misma manera en la que lo hace un remolcador, a diferencia de que es con menos presupuesto, teniendo en cuenta que hay de varios tipos, y soportan diferentes pesos, por esta razón debe hacerse una selección adecuada del tipo de acero que se va a utilizar para poder cargar con las toneladas de peso que nos dará en el problema.
3.4 Fuerza de rozamiento estático Cuando se aplica una fuerza F a un cuerpo si este no se mueve,pero la fuerza de rozamiento aplicada, con sentido contrario.será [4] igual a la fuerza
2.2 Problema dado Vehículo por remolcar: camioneta de 2,5 toneladas de peso, la camioneta está cargada (20 quintales). Debe bajar una cuesta de 15° de inclinación y se conduce a una velocidad media de 25 km/h. Se cuenta con acero ASTM A-36 (Sy = 36 ksi) y acero AISI 1008 (Sy = 285 MPa), el coeficiente de rozamiento entre el pavimento y el caucho es 0,6 para pista seca y 0,45 para pista húmeda. 3.
= ∗
3.5 Fuerza de rozamiento dinámico Cuando empiece el movimiento la fuerza de rozamiento tendrá el valor de la fuerza de rozamiento cinética, su valor puede ser menor a la estática. [4] = ∗
MARCO TEÓRICO
3.6 Velocidad Media Se define la velocidad media de un cuerpo que se mueve entre dos puntos P1 y P2 como el cociente entre el vector desplazamiento y el intervalo de tiempo en que transcurre el desplazamiento. [5]
Acero escogido para realizar el sistema de remolque 3.1
Se cambió el acero de AISI 1008 por el acero SAE 1020, debido a que este acero cumple más específicamente con las características que necesitamos para poder remolcar la camioneta, debido a que tienen templabilidad, cementado y revenido, o simplemente en estado calibrado, por lo que soportaba con más precisión las características indicadas, y no nos arriesgamos a que exista una ruptura del mismo.
3.6.1 Aceleración En En física, física, la aceleración es una magnitud derivada vectorial que nos indica la variación derivada vectorial de velocidad de velocidad por unidad de tiempo. tiempo. Su unidad en el Sistema el Sistema Internacional es es m/s m/s2.
3.7 Tipos de barra de tiro par remolque
3.2 Características del acero SAE 1020
3.7.1 Barra de tiro de remolque para camioneta Chevrolet LUV DMAX/Mazda BT50
Acero al carbono que puede utilizarse en estado calibrado, por su contenido de carbono estos aceros se utilizan para la fabricación de piezas estructurales o de maquinaria de mediana resistencia con una gran tenacidad. Es fácilmente soldable con soplete o al arco.[3] arco.[3] Tabla 1. Composición química acero 1020 Composición C% Mn% P % S% Si %
Capacidad de carga: 2 Toneladas de arrastre
(máximo); 400 Kg de carga puntual.
Pulgadas Acople macho: 2 Pulgadas
química
2
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Bola de tiro: 2 Pulgadas
Acabado: Pintura color negro anticorrosivo
Fig 2. Barra de tiro doble remolque de camioneta
Ensamble mediante soldadura MIG. Fácil instalación, no requiere ninguna modificación a su vehículo.
Fig 5. Barra de tiro Frontier
3.7.5 Barra de tiro Dmax 3.7.2 Barra de tiro Pathfinder Capacidad de carga: 7 Toneladas de arrastre
(máximo); 400 Kg de carga puntual.
2 ranuras para soporte de luz 2 alquileres para Hi Lift Soporte integrado del cabrestante Soporte de 2 grilletes (entregado sin grillete)
Acople macho: 4 Pulgadas Pulgadas
Bola de tiro: 2 Pulgadas
Acabado: Pintura color negro anticorrosivo
Fig 3. Barra de tiro Pathfinder
Fig 6. Barra de tiro Dmax
3.7.3 Barra de tiro BT50
3.8 Leyes de Newton En esta sección se analizará las 3 leyes de newton, debido que para resolver el problema fue la que en gran parte se utilizó, para poder determinar cada uno de los movimientos en los que estará el vehículo al momento de remolcarlo.
3.8.1 Primera ley o ley de la inercia La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero). c ero).
Fig 4. Barra de tiro BT50
3.7.4 Barra de tiro Frontier
Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cual sea el observador que describa el movimiento. Así, para un pasajero de un tren, el
Recibidor universal de 2” importado.
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interventor viene caminando lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento. La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales,, que son aquellos sistemas de referencia inerciales
impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba. Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a nosotros. Hay que destacar que, aunque los pares de acción y
desde que sefuerza observa que se un cuerpo el que no actúa los ninguna neta mueve sobre con velocidad [6] constante. [6] constante.
reacción tenga si, el mismo no se anulan anulan entre puestovalor quey sentidos actúan contrarios, sobre cuerpos distintos.. [6] distintos
3.8.2 Segunda ley o principio fundamental de la dinámica
3.9 Esfuerzo y deformación 3.9.1 El esfuerzo es una fuerza que actúa sobre el
La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada
área unitaria en la que se aplica, existen esfuerzos de tensión, flexión, compresión y cortantes. cortantes.
sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar
3.9.2 La deformación unitaria se define como el cambio de dimensión por unidad de longitud. El esfuerzo suele se suele expresar en pascales (pa) o en psi (libras por pulgadas cuadradas, por sus siglas en ingles). La deformación unitaria no tiene dimensiones y con frecuencia se expresa en pulg/pulg o en cm/cm.
la relación de la siguiente manera: F=ma
Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. s entido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:
3.9.3 El esfuerzo es la causa y la deformación es el efecto. En muchas aplicaciones sujetas a cargas dinámicas intervienen esfuerzos tensión o de compresión, los esfuerzos cortantes encuentran en el procesamiento de materiales, técnicas como extrusión de polímeros, también encuentras en aplicaciones estructurales.[6] estructurales. [6]
F = m a La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogr ki logr amo de de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s 2, o sea, 1 N = 1 Kg · 1 m/s 2 La expresión de la Segunda ley de Newton que hemos dado es válida para cuerpos c uerpos cuya masa sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no es válida la relación F = m · a. Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que
de se en los
La pendiente de la grafica de deformación contra esfuerzo elásticos es lo que se conoce como módulo de Young o de elasticidad, elasticidad, existe también una deformación elástica.
4. MATERIALES Y EQUIPO Acero SAE 1020 Autocad
incluya[6]el caso de sistemas en los que pueda variar la masa. masa.[6] Para ello primero vamos a definir una magnitud física nueva. Esta magnitud física es la cantidad de movimiento que se representa por la letra p y que se movimiento define como el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad , es decir: p=m·v
Soldadora Soldadora
5. DESARROLLO Y PROCEDIMIENTO El diseño para el sistema de remolque se lo realizo en el programa autocad, como se mencionó anteriormente con el acero SAE 1020 debido a que es un acero que ya está con templabilidad y resiste mucho más al momento de ser utilizado en cualquier estructura, por lo que se puede asegurar que no sufrirá deformidades al momento de remolcar. Basándonos en los prototipos que ya existen de remolque de autos con barras de tiro doble en el mercado del Ecuador.
3.8.4 Ley de acción-reacción La tercera ley , también conocida como Principio de acción y reacción nos reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.
Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para
A continuación, en la Fig 7, se muestra el modelado modelado de la estructura diseñada para elindicadas sistema de de la camioneta con las toneladas en remolque el ejercicio. 4
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Se notó que cambiando en acero dado por el acero SAE 1020, pudo soportar todo el peso que debería cargar al momento de remolcar una camioneta, sin sufrir deformidades en el material debido a sus mentado y templado. Se diseñó un modelo que cumple todas las características para remolcar la camioneta, y que puede resistir a superficie y bajada, que son un poco másplana difíciles a comparación de una superficie Se pudo notar que los esfuerzos de la estructura conectados a la camioneta y el remolque; en cuesta y planicie son diferentes debido a la inclinación y rectitud de la pista respectivamente. En el arranque y el frenado en la estructura los esfuerzos son los mismos porque el remolque y la camioneta comienzan y terminan con una velocidad media constante.
8. REFERENCIAS Fig 7. Estructura diseñada para el remolque remolq ue
[1] AASHTO Transportation Glossary. AASHTO, 2009. [2] www.revistas.unal.edu.co and Unimedios, “Portal Revistas UN.” [Online]. Available:
http://www.revistas.unal.edu.co/index.php/bitacora/article /view/29076/pdf_164. [Accessed: 02-Nov-2014]. [3] J. F. Mezquita and J. F. D. Ruiz, Tratado sobre automóviles. Ed. Univ. Politéc. Valencia, 2004. [4] J. M. Andrade Vargas and H. P. Sánchez Acosta,
“Diseño de una plataforma de camaalta acoplable a un
cabezal de transporte pesado para el traslado de contendores.” Escuela Politécnica Nacional, Oct -2007. [5] Comunidad Andina, REGLAMENTO TÉCNICO ANDINO SOBRE SOBRE LÍMITES DE PESOS Y DIMENSIONES DIMENSIONES DE LOS VEHÍCULOS DESTINADOS AL TRANSPORTE INTERNACIONAL DE PASAJEROS Y MERCANCÍAS POR CARRETERA. 2012.
Fig 8. Modelado de la estructura en 3D
[6] Western Association of State Highway and Transportation Officials, Guide for Uniform Laws y Regulations Governing Trucks Size and Weight amoung the Whasto States. 2009.
6. ANALISIS Y RESULTADOS Trabajo en pista seca
9. ANEXOS
Se analizó de mejor manera los datos de la pista seca ya que es más seguro trabajar en dichas condiciones porque no habría muchos inconvenientes como en el caso de la pista mojada. Tales inconvenientes seria que el carro que le remolca a la camioneta no pueda soportar la compresión que le genera por la pista moja; se podría ir con todo ya que es una cuesta, la camioneta esta con un peso considerable y la remolcada es en bajada.
A continuación, se anexarán todos los cálculos realizados realizados para el funcionamiento de la estructura, tanto como para superficie seca, plana y en bajada. También se anexa el cálculo realizado para escoger el tipo de acero y que no sufra ninguna deformación con la cantidad de toneladas dadas por el ejercicio. ejerc icio.
7. CONCLUSIONES 5
