Memoria de Cálculo carro de arrastre

Memoria de Cálculo de un Carro de Arrastre de 2 ejes ESPECIFICACIONES DE CÁLCULO Introducción Se analizan los esfuerzos sobre un carro de arrastre de dos ejes, que trasportará un limpiador y una hidrolavadora con las siguientes características: De la estructura     

Largo estructura del carro sin punta de lanza Largo punta de lanza Ancho estructura del carro Alto estructura del carro Alto total del carro (con ruedas)

=2400 [mm] =1000 [mm] =1400 [mm] = 800 [mm] =1800 [mm]

Limpiador VIM con depósito Hidrolavadora

=1102 [kg] = 120 [kg]

De la carga  

Figura n°1. Carro de arrastre.

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Los materiales utilizados en la estructura son perfiles de acero estructural A37-24ES, placas diamantadas de acero A36 y soldadura AWS E-60XX. Las características de esfuerzos del acero estructural A37-24ES son

Para el análisis el carro se dividió en 4 partes:    

Estructura Base, con un peso de 183 [kg]. Estructura de Barandas, con un peso de 86 [kg]. Estructura Punta de lanza, con un peso de 33,5 [kg]. Estructura Sistema de ejes, con un peso de 165 [kg].

Normas rigentes 

Sobrecarga de uso (una persona) :

= 80,00 [kg]

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Determinación de cargas De acuerdo al diseño del carro se realizará una verificación de perfiles utilizados, determinando el peso de cada parte del carro: Peso estructura base La base del carro está diseñada con perfiles cuadrados y placa diamantada, con dimensiones de 2400x1400. Las especificaciones de los materiales utilizados son:  

Perfiles cuadrados 75x75x4 mm Planchas diamantadas 3 mm

peso lineal 8,59 [kg/m] peso lineal 25,20 [kg/m²]

De acuerdo a las dimensiones de longitud y a la cantidad de perfiles utilizados se obtiene Peso total estructura base de 183 [kg]

Figura n°2. Base carro (vista inferior)

Peso cargas transportadas El carro está diseñado para transportar carga. Las especificaciones de la carga son:  

Limpiador VIM con depósito Hidrolavadora

peso unitario 1102 [kg] peso unitario 120 [kg]

La carga total que transportará el carro sería de 1222 [kg] pero se diseñara para una carga máxima Peso total de carga de 1500 [kg] Este documento es propiedad intelectual de FERPAS S.A., no podrá ser copiado, emitido o utilizado con otro propósito que no sea el definido por FERPAS S.A.

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Peso barandas Las barandas del carro están diseñadas con perfiles rectangulares, sobre la base del carro. La especificación del material utilizado es: 

Perfiles rectangulares 60x40x3 mm

peso lineal 4,25 [kg/m]

De acuerdo a las dimensiones de longitud y la cantidad de perfiles utilizados se obtiene Peso total barandas de 86 [kg]

Figura n°3. Barandas carro

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Peso punta de lanza La punta de lanza del carro está diseñada con perfiles cuadrados y un coco de enganche. Las especificaciones de los materiales utilizados son:  

Perfil cuadrado 75x75x4 mm Coco de enganche

peso lineal 8,59 [kg/m] peso unitario 1,5 [kg]

De acuerdo a las dimensiones de longitud y la cantidad de perfiles y materiales utilizados se obtiene Peso total punta de lanza de 33,5 [kg]

Figura n°4. Punta de lanza.

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Peso sistema de ejes El sistema de ejes del carro está diseñado con perfil cuadrado, sistema de ruedas y amortiguadores. Las especificaciones de los materiales utilizados son:    

Perfil cuadrado 100x100x5 mm Paquete de resortes Masas ruedas Ruedas aro 14”

peso lineal 14,41 [kg/m] peso unitario 20 [kg] peso unitario 6 [kg] peso unitario 5 [kg]

De acuerdo a las dimensiones de longitud y la cantidad de perfiles y materiales utilizados se obtiene Peso total sistema de ejes de 165 [kg]

Figura n°5. Sistema de ejes con ballestas.

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ANÁLISIS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES Se analizará la base del carro que soporta las barandas y la carga que llevará el carro, también se analizarán las barras del sistema de ejes que llevarán toda la carga, desde el punto de vista de los esfuerzos y las deformaciones.

Esfuerzos y deformaciones en la base del carro Las cargas totales que actúan sobre la base del carro son: los pesos de la base (183 kg) los pesos de las barandas (86 kg) los pesos de las cargas transportadas (1500 kg) Estas cargas dan un total de 1769 [kg] y para efectos prácticos se aproximara a 1800 [kg].

Consideración de distribución de cargas Las cargas serán distribuidas entre las barras exteriores y las barras interiores.  50% de la carga, soportada por las barras exteriores de la base  50% de la carga, soportada por las barras interiores de la base

Barras exteriores

Barras Interiores

Análisis barras exteriores El 50% de la carga  P = 900 [kg], se apoyará sobre las barras exteriores, las cuales tienen un largo total de  = 7,6 [m]. La carga se considerará como una carga distribuida “q” sobre la viga (perfil). Se considera la sobrecarga de una persona sobre la estructura con una fuerza de 80 [kg] como carga puntual, ubicada en el centro de la viga. Esta carga sobre la base del carro se transmite a través de las ballestas a los neumáticos, por lo que la viga se considera simplemente apoyada, en apoyos intermedios.

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Con las fuerzas aplicadas se realiza el diagrama de fuerza cortante y el diagrama de momento flector, con los cuales se encontrarán el momento resistente necesario, donde

Con la deflexión máxima que se provoca en la viga se encuentra el momento de inercia necesario, donde después del cálculo obtenemos

Por norma, la deflexión máxima que debe alcanzar la viga es de

Al hacer la igualdad se obtiene el momento de inercia necesario, donde

Del catálogo de perfiles CINTAC para perfiles cuadrados de 75x75x4 se tiene Dimensión exterior [mm] 75

Entonces, como

Espesor [mm]

Peso teórico [kg/m] 8,59

4

y

Área [cm2]

I [cm4]

W [cm3]

10,95

89,98

24,00

el perfil cumple el requerimiento de sobremanera.

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Análisis barras interiores El análisis de las vigas interiores se hará para el caso más crítico, donde las soldaduras de unión de estas vigas se quiebra y el peso es soportado por la viga interior más larga. Además de hacer el análisis como viga simplemente apoyada y no empotrada como es el caso. Esto se hace para comprobar que as vigas interiores, que son las que más reciben el esfuerzo, soportan. El 50% de la carga  P = 900 [kg], se apoyará sobre las barras interiores, las cuales tienen un largo total de  = 3,8 [m]. La carga se considerará como una carga distribuida “q” sobre la viga (perfil). Se considera la sobrecarga de una persona sobre la estructura con una fuerza de 80 [kg] como carga puntual, ubicada en el centro de la viga. Con las fuerzas aplicadas se realiza el diagrama de fuerza cortante y el diagrama de momento flector, con los cuales se encontrarán el momento resistente necesario, donde

Con la deflexión máxima que se provoca en la viga se encuentra el momento de inercia necesario, donde después del cálculo obtenemos

Por norma, la deflexión máxima que debe alcanzar la viga es de

Al hacer la igualdad se obtiene el momento de inercia necesario, donde

Al comparar estos valores con los entregados por el catálogo de perfiles CINTAC se tienes que entonces y , el perfil cumple el requerimiento.

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Análisis vida infinita perfiles exteriores e interiores de la base El amplio margen que hay entre los valores de los momentos disponibles con los necesarios muestra que los materiales son los indicados. Estos valores indican que los materiales soportarán al menos un ciclo de vida, por lo que se hará un análisis para 1.000.000 de ciclos (vida infinita). Esto se realiza con un análisis de fatiga y sus factores de corrección, donde

El nuevo valor del momento resistente necesario aun cumple

Por lo tanto el material soportará una vida infinita.

Análisis barandas Las vigas de las barandas están expuestas a la fuerza que ejerce la carga en una frenada. Esta viga será analizada como simplemente apoyada con una fuerza puntual, que será la fuerza ejercida. No se considera el peso de la viga por estar perpendicular al análisis de la fuerza puntual. La fuerza ejercida se calcula de

Donde la aceleración es calculada según los datos que ofrece el Ministerio de Transporte y Telecomunicaciones. De un análisis análogo al efectuado para las vigas de la base, se calcula el momento resistente, donde obtenemos

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El momento de inercia obtenido es

Del catálogo de perfiles CINTAC para perfiles rectangulares de 60x40x3 se tiene Dimensiones nominales A [mm] B [mm] Espesor [mm] 60 40 3

Entonces, como

Peso teórico [kg/m] 4,25

Área [cm2]

Eje X-X I [cm4] W [cm3]

5,41

y

25,31

8,44

Eje Y-Y I [cm4] W [cm3] 13,38

6,69

el perfil cumple el requerimiento.

Análisis sistema de ejes En el sistema de ejes se analizará el comportamiento de la viga que soporta la estructura completa, en la que será acoplada la rueda. Se analizará como una viga simplemente apoyada. El 25% de la carga  P = 470 [kg], se apoyará sobre el punto en el que están las ballestas, el largo total de la viga se de  = 1,63 [m]. Se considerará una carga distribuida “q” sobre la viga correspondiente a su peso propio. Con las fuerzas aplicadas se realiza el diagrama de fuerza cortante y el diagrama de momento flector, con los cuales se encontrarán el momento resistente necesario, donde

Con la deflexión máxima que se provoca en la viga se encuentra el momento de inercia necesario, donde después del cálculo obtenemos

Por norma, la deflexión máxima que debe alcanzar la viga es de

Al hacer la igualdad se obtiene el momento de inercia necesario, donde

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Del catálogo de perfiles CINTAC para perfiles cuadrados de 100x100x4 se tiene Dimensión exterior [mm] 100

Espesor [mm]

Entonces, como

Peso teórico [kg/m] 14,41

4

y

Área [cm2]

I [cm4]

W [cm3]

18,36

270,57

54,11

el perfil cumple el requerimiento.

Análisis en la punta de lanza En la punta de lanza se hará un análisis de tracción para comprobar que resista el esfuerzo de mover toda la carga. Este análisis se hará del punto de vista del área que se necesita para soportar dicho esfuerzo, donde

La fuerza que se considerará será la fuerza total, de todos los componentes del carro, además de la carga a transportar. El área encontrada se comparará con el área que el catalogo nos entrega. El esfuerzo de fluencia también está especificado por el material. Entonces tenemos

Del catálogo de tiene

Entonces, como

el perfil cumple el requerimiento de sobremanera.

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CONCLUSION Al realizar los análisis del punto de vista de los esfuerzos y las deformaciones, se comprobó que los materiales a utilizar en la fabricación de este carro de arrastre resistirán las cargas a las cuales será sometido. El análisis de la vida infinita (1.000.000 de ciclos) nos confirma que el carro no solo soportará las cargas estáticamente, sino también en forma dinámica. Esto está referido, por ejemplo, a las veces en las que el carro, por vibraciones del camino, haga que la carga salte, lo que se considera como una nueva aplicación de las cargas.

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