T3- Mecánica y Resistencia de Materiales

2012 UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE LAUREATE INTERNATIONAL UNIVERSITIES

CARRERA: INGENIERIA INDUSTRIAL CURSO: MECÁNICA DE MATERIALES TÍTULO: ANÁLISIS DE FUERZAS Y MOMENTOS DE UNA EXCAVADORA HIDRÁULICA PROFESOR: MARIO FÉLIX OLIVERA ALDANA INTEGRANTES: ÁVALOS ROSAS, Julio César BACA SILVA, María Claudia CALAMPA RAMÍREZ, Danny CARRIL RUEDA, Paola PASTOR DÍAZ, Daniel PILCO CORIMAYA, Ángelica CICLO: IV

TRUJILLO – PERU 2012

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DEDICATORIA Dedicamos este trabajo a Dios, a nuestros padres y maestros. A Dios por habernos dado la inteligencia y por habernos permitido alcanzar nuestros propósitos.

A nuestros padres que con sus oraciones constantes pidió a Dios día a día por alcanzar esta meta y hacer posible la culminación de este trabajo de investigación.

A

nuestros

maestros,

ya

sean

de

los

distintos

cursos,

especialmente al curso de Mecánica de Materiales que con sus conocimientos

transmitidos

nos

permiten

reflejar

lo

aprendido en este trabajo.

A todos a aquellos quienes de alguna manera aportaron a esta nueva tarea emprendida y han estado a nuestro

lado

como siempre, impulsándonos en todo momento a salir adelante y en especial a concretar esta obra.

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AGRADECIMIENTO Agradecemos a Dios, por amarnos tanto y regalarnos este cuarto ciclo por lograr los objetivos deseados, que son producto de nuestra constancia y perseverancia.

A nuestros padres y hermanos, que nos han regalado el derecho de crecer, y que en este proceso han estado con nosotros, aunque para la mayoría distantes, deben saber, que son el motor de nuestra motivación… los amamos.

A nuestros profesores, que hoy pueden ver un reflejo de lo que han formado y que sin duda han calado hondo en nuestras vidas, permitiéndonos escoger está profesión, por el amor que hemos visto reflejados en su desarrollo profesional.

A nuestro profesor de Mecánica de Materiales, Mario Olivera Aldana que ha sido una gran ayuda y que sobre todo, nos ha sabido comprender y apoyar frente a muchos obstáculos.

A todas las personas que nos han ayudado alcanzar el objetivo de elaborar este trabajo de investigación.

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RESUMEN El curso de Mecánica de Materiales es de carácter teórico aplicativo, en este curso se busca reconocer los criterios básicos de Equilibrio de una Partícula, Momentos de Flexión, Resistencia, Rigidez y Estabilidad de una Fuerza respecto a un Punto aplicados al diseño de la ingeniería.

En el presente proyecto de investigación, se eligió trabajar con una excavadora, y de está tan solo con el brazo mecánico que utiliza para trabajar.

Haciendo uso de los temas discutidos en clase como son: Equilibrio de una Partícula y Fuerza respecto a un Punto producidos por las fuerzas aplicadas a los cuerpos rígidos, los cuales sirven para dimensionar las diferentes partes de las estructuras,

ejes,

vigas

y

elementos

de

máquinas,

las

soldaduras y otros tipos de juntas en elementos mecánicos; trabajando con los puntos mencionados anteriormente, se reforzaron los conocimientos aprendidos en clase, y se logró aplicarlos a un problema real como es “las distintas fuerzas internas

y

momentos

de

flexión

que

puede

tener

una

excavadora”.

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INDICE

1.

Informacion del Proyecto ........................................................................... 5 1.1.

Introducción ................................................................................ 5

1.2.

Problema .................................................................................... 5

1.3.

Título del Problema ..................................................................... 5

1.4.

Objetivos ..................................................................................... 6 1.4.1. Objetivo General .............................................................. 6 1.4.2. Objetivo Especifico ........................................................... 6

2.

3.

Marco Teorico ............................................................................................ 7 2.1.

Excavadoras Hidráulicas ............................................................ 7

2.2.

Conceptos Básicos ..................................................................... 11

Desarrollo del Problema .......................................................................... ..26 3.1.

Diagrama de Cuerpo Libre Parte I .............................................. 26

3.2.

Diagrama de Cuerpo Libre Parte II ............................................. 31

3.3.

Cargas Internas .......................................................................... 35

3.4.

Esfuerzo Normal ......................................................................... 35

3.5.

Esfuerzo Cortante Promedio ....................................................... 37

3.6.

Esfuerzo de Falla ........................................................................ 39

3.7.

Esfuerzo Cortante Máximo ......................................................... 40

4.

Resultados............................................................................................... ..42

5.

Conclusiones ........................................................................................... ..43

6.

Recomendaciones ................................................................................... ..44

7.

Referencias Electrónicas ......................................................................... ..45

8.

Anexos..................................................................................................... ..46

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1. INFORMACIÓN DE PROYECTO

1.1. INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se realizó el análisis a una excavadora hidráulica a fin de determinar en ella las diferentes fuerzas que se producen y los momentos ejercidos en está.

Además relacionamos las piezas de la excavadora con las técnicas de normas universales: DIN, ASTM, SAE, AWS e ISO.

Este trabajo se realizó gracias a la ayuda de los conocimientos aprendidos durante el presente ciclo en el curso de Mecánica, sin los cuales no se hubieran podido realizar los diferentes cálculos.

1.2. PROBLEMA

¿Analizar las distintas fuerzas Externas e Internas y momentos de flexión producidos en una Excavadora Hidráulica de la empresa UNIMAQ?

1.3. TÍTULO DEL PROBLEMA

Análisis de Fuerzas Externas e Internas y Momentos de Flexión de la Excavadora Hidráulica de la empresa UNIMAQ.

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1.4. OBJETIVOS

1.4.1.

OBJETIVO GENERAL  Analizar y determinar las fuerzas externas e internas y momentos de flexión que influyen en el manejo de una excavadora hidráulica.

1.4.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS  Analizar el diagrama de cuerpo libre, determinando las fuerzas que intervienen en la máquina.  Determinar las fuerzas externas presentes en el brazo de una excavadora.  Encontrar las Fuerzas cortantes y normales que actúan dentro del brazo de la excavadora.  Determinar los esfuerzos internos y externos presentes en el brazo de una excavadora.  Calcular el esfuerzo cortante máximo mediante la fórmula de torsión en la excavadora hidráulica

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2. MARCO TEÓRICO

2.1. EXCAVADORAS HIDRÁULICAS

A. DEFINICIÓN

La excavadora

hidráulica es

frecuentemente

usada

para

la

excavación de rocas y tierra, sin embargo, gracias a sus numerosos accesorios también puede ser usada para el corte de acero, el rompimiento de concreto, el taladro de hoyos en la tierra, el cimiento de gravilla antes del pavimento, el destrozo de rocas, acero, y concreto, y hasta para acribillar lugares.

B. HISTORIA  ANTIGUAS PALAS HIDRÁULICAS  La pala hidráulica documentada más antigua apareció en el año 1882 y fue producida por Sir W.G. Armstrong & Co. una compañía Británica que previamente construyó Hull Docks. Unrelated Armstrong también construyó palas hidráulicas para agua. Otra compañía que también intentó producirlas fue Kilgore Machina Co. de Minneapolis, Minnesota, quienes patentaron la pala en 1897.  En 1948, un prototipo con ruedas de la excavadora fue desarrollado por Carlo y Mario Bruneri. Ellos cedieron las patentes y derechos de autor a una compañía Francesa llamada SICAM en 1954, el mismo año que SICAM construyó el Yumbo. El Yumbo, una excavadora S25, poseía una cadena montada. Los rodadores y las orugas abrieron su camino en la industria por lo que los clientes se interesaron en estos productos.

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C. CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONAMIENTO  EL AGUILÓN  La excavadora hidráulica opera en diferentes niveles. El primero es el aguilón del vehículo. Éste está compuesto de dos cilindros hidráulicos, un cucharón (el componente en forma de cuchara) y una pluma, la cual está en la parte superior del aguilón. El aguilón se mueve en dos partes justo como un brazo humano se movería: en la muñeca y en el codo.  Dentro del cilindro hidráulico hay un rod (barra), el cual conforma la parte interior del cilindro, y un pistón, el cual se encuentra al extremo final del cilindro y permite que el brazo se mueva con la ayuda de aceite. Si es que no hay aceite en el cilindro, el pistón se caería al fondo, pero por la característica natural del aceite, su volumen siempre permanece igual.  Aceite es bombeado a través del extremo final del pistón y en éste empuja el rod a través del cilindro, creando un movimiento en una o las dos partes del brazo. Con control de la cantidad de aceite que es bombeado a través de la válvula, la precisión del brazo puede ser fácilmente manipulada. Este movimiento es activado mediante el uso del control de válvulas que son posicionadas dentro del la cabina, donde se sienta el conductor.

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 EL MOTOR  La energía de un automóvil es recibida normalmente directo desde motor; sin embargo, esto funciona distinto en una excavadora hidráulica. Por lo que la máquina utiliza bastante fuerza, es capaz de moverse por medio de un cambio de la energía que recibe del motor en energía hidráulica.  EL GIRO  Una de las funciones de esta máquina es su habilidad de girar. El giro de una excavadora le permite voltear. El giro en círculo comprende varios componentes: un outerrace (anillo exterior), un innerrace (anillo interior), rodamientos de bolas y un piñón. Mientras que el anillo exterior se voltea, el piñón opera junto al inmóvil

anillo

interior.

El

rodamiento

de

bolas

trabaja

asegurando de que esta operación de realice suavemente.  LA CABINA  La tercera parte de una excavadora hidráulica es la estructura superior en donde el asiento del conductor se encuentra y los controles son posicionados. Con la ayuda de dos palancas a ambos lados y dos al frente.  LOS PIES  Existen dos tipos de bases en excavadoras. Una de estos está compuesta por ruedas como cualquier automóvil, conocido también como el tipo rueda. Debido a la naturaleza de la base, es primariamente usada en superficies sólidas, como el concreto y la gravilla.

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 El segundo tipo es conocido como la oruga por su habilidad de transitar en superficies menos estables, como el barro y la arena. A diferencia del tipo rueda, la oruga cubre un área mayor de la superficie y por consiguiente se hunde en la tierra. Funciona tal como el nombre lo sugiere, arrastrándose, con un tipo de mecanismo de banda transportadora. Ésta máquina solo puede ser usada en emplazamientos y tiene que ser transportada de un lugar a otro por medio de otros vehículos.

D. CLASES DE EXCAVADORAS  Algunos de los diferentes modelos de excavadoras son la retroexcavadora, excavadora giratoria, la midiexcavadora, y la excavadora

compacta (también

conocida

como

lamini

excavadora).  La retroexcavadora es un tractor con un shovelbucket frontal y una pequeña retroexcavadora posicionada en la parte trasera de la máquina.  Las

excavadoras

también

son

comúnmente

referidas

como cavadoras (diggers) o 360s, por su habilidad de girar sobre un eje con un movimiento de 360 grados.

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2.2. CONCEPTOS BÁSICOS

A. CONDICIÓN DE EQUILIBRIO PARA UNA PARTÍCULA  DEFINICIÓN

Una partícula está en equilibrio cuando se encuentra en reposo o en movimiento rectilíneo a velocidad constante. Para mantener el equilibrio de una partícula, se requiere que la fuerza resultante que actúa sobre una partícula sea igual a cero. Esta condición puede ser establecida matemáticamente como:

ΣF=0  Donde: Σ F = 0 (es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre la partícula).  DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE

Para aplicar la ecuación de equilibrio a una partícula se deben tomar en cuenta todas las fuerzas conocidas y desconocidas que actúan sobre la partícula. La mejor manera de hacerlo es trazando el diagrama de cuerpo libre.

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Este es un bosquejo donde la partícula se aísla de su entorno, indicando luego todas las fuerzas que actúan sobre ella. Una vez realizado este diagrama de cuerpo libre será fácil aplicar la ecuación de equilibrio.

B. MOMENTO DE UNA FUERZA  DEFINICIÓN  Cuando un cuerpo se encuentra sometido a una fuerza, ésta produce una tendencia a que el cuerpo gire alrededor de un punto que está fuera de la línea de acción de la fuerza.  A esta tendencia de giro se le conoce como Momento de una Fuerza, o simplemente momento.

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 FORMULACIÓN ESCALAR - MAGNITUD

Mo = F d  Mo = Magnitud

del

momento

de la fuerza respecto al

punto O.  F = Magnitud de la fuerza.  D = Distancia perpendicular desde el eje en el punto O hasta la línea de

acción de la fuerza.

 DIRECCIÓN Y SENTIDO

La dirección del momento se define por el eje de momento que es perpendicular al plano que forma la fuerza con el brazo de momento. El sentido del momento se define por la regla de la mano derecha.

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C. CONDICIONES PARA EL EQUILIBRIO DE UN CUERPO RÍGIDO

Un cuerpo rígido que está sometido a un sistema de fuerzas y de momentos pares, se encuentra en equilibrio cuando la fuerza resultante y el momento resultante con respecto a un punto cualquiera del sistema son iguales a cero. Matemáticamente, el equilibrio en un cuerpo se expresa:

FR = ΣF = 0  Donde: Esta ecuación establece que la suma de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo es igual a cero.

(MR) o = ΣMo = 0  Donde: Esta ecuación establece que la suma de los momentos de todas las fuerza con respecto al punto o, más la suma de todos los momentos pares son iguales a cero.

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D. EQUILIBRIO EN DOS DIMENSIONES  DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE

Para aplicar las ecuaciones de equilibrio se requiere primero realizar el diagrama de cuerpo libre donde se indique las fuerzas conocidas y desconocidas que actúan sobre el cuerpo.

E. TIPOS DE SOPORTE  SOPORTE TIPO RODILLO

  SOPORTE TIPO PASADOR

 SOPORTE TIPO FIJO

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F. MÁQUINAS Y BASTIDORES  DEFINICIÓN

Son estructuras que están compuestas por elementos (mecánicos y/o estructurales) conectados mediante pasadores. Las fuerzas que actúan en las uniones y soportes de los bastidores y máquinas pueden determinarse si se aplican las ecuaciones de equilibrio a cada uno de sus elementos.  BASTIDORES

Se usan para soportar cargas Máquinas.

 MÁQUINAS

Se usan para trasmitir y modificar el efecto de las fuerzas.

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G. FLEXIÓN  DEFINICIÓN

En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas.

El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector.  DIAGRAMA

DE

FUERZA

CORTANTE

Y

MOMENTO

FLEXIONANTE

Las vigas son objetos rectos largos que toman cargas perpendiculares a su longitudinal. Ellas se clasifican de acuerdo a como

están

soportadas,

por

ejemplo,

vigas

simplemente

apoyadas, vigas en voladizo o vigas con voladizo.

Para diseñas apropiadamente una viga, es importante conocer la variación de la fuerza cortante y del momento flexionante a lo largo de su eje para hallar los puntos en que esos valores son máximos.

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Al establecer una convención de signos para la fuerza cortante y el momento flexionante positivos, la fuerza y el momento en la viga pueden ser determinados como función de su posición x y esos valores pueden ser graficados para establecer los diagramas de la fuerza cortante y momento flexionante.

H. ESFUERZO  DEFINICIÓN

Es el resultado de la división entre una fuerza y el área en la que se aplica. Se distinguen dos direcciones para las fuerzas, las que son normales al área en la que se aplican y las que son paralelas al área en que se aplican. Si la fuerza aplicada no es normal ni paralela a la superficie, siempre puede descomponerse en la suma vectorial de otras dos que siempre resultan ser una normal y la otra paralela.  UNIDADES

Las unidades de los esfuerzos son las mismas que para la presión, fuerza dividida por área, se utilizan con frecuencia: MPa, psi, Kpsi, Kg/mm2, Kg/cm2.

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 TIPOS  Esfuerzo Normal

La densidad de la fuerza o fuerza por área unitaria, actuando normalmente a ΔA se define como Esfuerzo Normal o es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones perpendiculares (normales) a la sección transversal

 Esfuerzo Cortante

La intensidad de la fuerza o fuerza por área unitaria, actuando tangentemente a ΔA se llama esfuerzo cortante o es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección transversal.

 Esfuerzo permisible

perm y

perm

Es el esfuerzo que nos da la seguridad para que no exista daños en el trabajo a realizar, es coger el esfuerzo permisible que limite la carga aplicad a un valor que sea menor al que el miembro pueda soportar plenamente. Hay varias razones para esto. Por ejemplo, la carga para la cual el miembro se diseña puede ser diferente de la carga real aplicada sobre él. Las medidas prevista para una estructura o maquina pueden ser no exactas debido a errores de fabricación o en montaje de las partes componentes. Puede ocurrir vibraciones desconocidas, impacto cargas accidentales, corrosión atmosférica haciendo que los materiales se deterioren.

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Fórmula:

Donde:  Esfuerzo de falla se determina por medio de ensayos experimentales del material  Factor Seguridad se selecciona con base en la experiencia.

I. DEFORMACIÓN  DEFINICIÓN

Es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica.  TIPOS  Deformación unitaria normal  Definición Es una medida del alargamiento o contracción de un pequeño segmento de línea del cuerpo  Deformación unitaria cortante  Definición: Es una medida del cambio angular que ocurre entre dos segmentos de línea originalmente perpendiculares entre sí. INGENIERÍA INDUSTRIAL

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Formula:

Donde:  L = Longitud final  l = Longitud inicial J. DIAGRAMA DE ESFUERZO – DEFORMACIÓN  IMPORTANCIA  Es importante en la ingeniería ya que proporciona un medio para obtener datos sobre la resistencia a tensión o compresión del material sin importar el tamaño o forma física del material.

 Zona elástica: este comportamiento elástico ocurre cuando a parecen pequeñas deformaciones.  Zona de fluencia: un ligero aumento en el esfuerzo más allá del límite estático provocara un colapso del material y cauda que se deforme permanente.

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 Endurecimiento por deformación: cuando la fluencia ha terminado puede aplicarse más carga a la probeta, resultando una curva que se eleva pero se va aplanando hasta que llegue al esfuerzo máximo.  Estricción: el área de la sección transversal comienza a disminuir en una zona localizada de la probeta, en el lugar de hacerlos en toda longitud. Este fenómeno es causado por planos de deslizamiento que se forman dentro del material y las deformaciones

producidas

son

causadas

por

esfuerzos

cortantes.

K. CARGA AXIAL  PRINCIPIO SAINT – VENANT

Corresponde a Saint-Venant (1797-1886) el enunciado del principio que lleva su nombre acerca de la actuación de un sistema de fuerzas sobre una sección.

"A cierta distancia de la sección donde actúa un sistema de fuerzas,

la

distribución

de

tensiones

es

prácticamente

independiente de la distribución del sistema de fuerzas, siempre que su resultante y momento resultante sean iguales”.

Este principio permite el que podamos calcular las tensiones en fibras y estudiar las secciones en barras, en base a los diagramas de solicitaciones (axiles, cortantes, flectores y torsores).

El procedimiento para obtener tales diagramas se basa en el concepto de reducción de un sistema de vectores en un punto desarrollado en la teoría de vectores y que puede verse en cualquier texto de Mecánica general.

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 DEFORMACIÓN ELÁSTICA CARGADO AXIALMENTE

Se aplica esta fórmula cuando una barra está sometida a cargas concentradas en sus extremos y a una carga externa variable distribuida a lo largo de su longitud. Esta carga distribuida podría, por ejemplo representa el peso vertical de una carga vertical o fuerzas de fricción actuando sobre la superficie de la barra y es así que se quiere determinar el desplazamiento relatico de un extremo de la barra respecto al otro causado por esta carga.

δ = Desplazamiento de un punto de la barra respecto a otro Punto. L = Distancia entre los puntos. P = Fuerza axial interna en la sección, A = Área de la sección transversal de la barra, E = Módulo de elasticidad del material.

L. TORSIÓN

En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él. El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos

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fenómenos: Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. Si estas se representan por un campo vectorial sus líneas de flujo "circulan" alrededor de la sección.

Cuando

las

tensiones

anteriores

no

están

distribuidas

adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.

El alabeo de la sección complica el cálculo de tensiones y deformaciones,

y

hace

que

el

momento

torsor

pueda

descomponerse en una parte asociada a torsión alabeada y una parte asociada a la llamada torsión de Saint-Venant. En función de la forma de la sección y la forma del alabeo, pueden usarse diversas aproximaciones más simples que el caso general.  FÓRMULA DE TORSIÓN

Se desarrollará una ecuación que relacione la distribución del esfuerzo cortante con el par de torsión interno resultante en la sección de un eje o de un tubo circular. Si un eje está sometido a un par de torsión externo, por equilibrio, debe desarrollarse un par de torsión interno en el eje. Si el material es elástico lineal, se tiene por la ley de Hooke máx=

-

= torsión máxima

- T= momento torsor - C= radios exterior del eje - J= momento polar de inercia

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Esta ecuación indica que el esfuerzo cortante varía linealmente a lo largo de cualquier línea radial en la sección transversal. Es decir, variará desde un valor cero en la línea central del eje hasta un valor máximo en su periferia.  ÁNGULO DE TORSIÓN

Se desarrollara una fórmula para determinar el Angulo de torsión, dele extremo de una fechacon respecto a su otro extremo.

= Ángulo de torsión de un extremo de la flecha con respecto al otro, medido en radianes. T = Par de torsión = Momento polar de inercia G = Módulo de rigidez del material

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3. DESARROLLO DEL PROBLEMA

3.1. DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE PARTE I

La cuchara de una máquina excavadora se controla por los tres cilindros hidráulicos mostrados en la figura. Determinar la fuerza ejercida por cada cilindro para soportar la carga en la cuchara equivalente a una masa de 1400Kg. Nota: Las medidas están en centímetros.

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A. PRESENTACIÓN 100

200

25

75

100

70

200

200

100

50

50

25

150

50 90

55

B. SOLUCIÓN  REALIZAMOS EL DCL EN TODO EL BRAZO Y CUCHARA JUNTOS

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 Encontramos el ángulo alfa:

 Ecuaciones de equilibrio:

∑

∑

∑

 DCL DEL BRAZO OBH

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 Encontramos el ángulo :

 Ecuaciones de equilibrio:

∑

∑

∑

 DCL DEL BRAZO DHJ

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 Encontramos el ángulo β:

 Ecuaciones de equilibrio:

∑

∑

∑

 RESUMEN DE RESPUESTAS

CILINDRO HIDRÁULICO

VALOR DE LA FUERZA (KN)

AB

62.46

CD

-186.62

EF

101.48

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3.2. DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE PARTE II

El cucharon de la excavadora tiene una carga de masa 1400kg y centro de gravedad en G. Determine las fuerzas aplicadas al cilindro hidráulico AB y en los eslabones AC Y AD para mantener la carga en la posición mostrada. Nota: Las medidas están dadas en metros.

A. PRESENTACIÓN

0.305

120

45 D

A E C

0.076

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G

0.457

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B. SOLUCIÓN  REALIZAMOS EL DCL Y LAS ECUACIONES DE EQUILIBRIO

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∑

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 REALIZAMOS EL DCL Y UTILIZAMOS LAS ECUACIONES DE EQUILIBRIO EN EL PUNTO DONDE CONCURREN LAS 3 FUERZAS.

∑

∑

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3.3. CARGAS INTERNAS

Determine las cargas internas resultantes que actúan sobre la sección transversal por el punto C. La madera tiene un peso total de 180 Klb y su centro de gravedad se encuentra en G. El punto C Y G se encuentra en la misma línea vertical y caen en el centro geométrico de cada material.

3.4. ESFUERZO NORMAL

El brazo de la excavadora R2.65CB2 se considera que tiene una sección transversal rectangular constante de 0.3m x 0.2m; una longitud de 3.5m con un peso de 1300Kg, cuyo centro de gravedad concuerda con su centro geométrico. En la parte inferior está anclado un cucharón de 790Kg. Determinar el esfuerzo normal promedio máximo en el brazo.

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A. DISEÑO

B. ANÁLISIS DE FUERZAS INTERNAS EN AB Y EN BC

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C. DIAGRAMA

La carga máxima se encuentra en

la

región

BC,

donde

PBC = 20.9kN

D. ESFUERZO NORMAL PROMEDIO MÁXIMO:

3.5. ESFUERZO CORTANTE PROMEDIO

Con los datos del problema anterior determinar el esfuerzo cortante promedio en el PIN de acero AISI 316LVM (Según normas ASTM G99) mostrado en la figura. El PIN tiene 45mm de diámetro.

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A. SOLUCIÓN

 DETERMINAMOS EL VALOR DE V

 ESFUERZO CORTANTE PROMEDIO

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3.6. ESFUERZO DE FALLA

Con los datos obtenidos en el esfuerzo normal máximo es posible hallar el esfuerzo de falla si se le asigna un factor de seguridad de 1.

Maxima =

permisisble

Permisisble =

Factor de Seguridad = 1

Permisisble =

Falla=

Falla

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=

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3.7. ESFUERZO CORTANTE MÁXIMO

Determinar el esfuerzo cortante máximo absoluto en la excavadora hidráulica si se sabe que el par de torsor es de 204.5 kN.m (la potencia es de 330 HP y tiene una revolución de 1850 rpm) y tiene un diámetro 1.15 metros con una longitud 0.15 m.

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204.5 kN.m

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4. RESULTADOS  Las fuerzas ejercidas en cada uno de los cilindros es de 62,46 kN en AB, de -186,62 kN en CD y 101. 48 kN en EF.  La fuerza aplicada en los eslabones es de -20,01 kN en AC, de -11,61 kN en BA y 28,94 kN en AD.  La carga máxima se encuentra en la región BC, donde Pbc = 20.9 kN  El esfuerzo normal promedio máximo es de 0.384 MPa  El esfuerzo cortante promedio máximo es de 2.48 MPa  El esfuerzo de falla al aplicarle un factor de seguridad de uno es de 0.384 MPa  El esfuerzo cortante máximo que determino fue de 684.8 kPa.

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5. CONCLUSIONES  Fue factible encontrar las fuerzas ejercidas por la maquina gracias al previo análisis de la excavadora dividiéndola esta en partes para realizar un mejor análisis.  Debido a la teoría previa que se nos brindó en el curso se pudieron hallar las fuerzas de manera rápida y precisa.  En la máquina excavadora se tuvo que analizar la parte de la carrocería ya que esta es la única área que presenta momento torsor y aplicando su fórmula se pudo realizar un cálculo eficaz.  El curso de Mecánica de Materiales nos sirvió para analizar una excavadora hidráulica internamente y externamente de esta manera se hizo posible realizar el proyecto.

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6. RECOMENDACIONES  Los trabajadores deben conocer las fuerzas que existen en la maquinaria para que no ocurran riesgos en los trabajos que estos puedan realizar.  Se debería trabajar con mayor frecuencia en casos reales para poder obtener más experiencia en futuros proyectos que tengamos que afrontar más adelante.  Para que los ingenieros pueden realizar una toma de decisión correcta en cuanto a la compra de una excavadora hidráulica se debe utilizar la teoría vista en el curso de mecánica de materiales.

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7. REFERENCIAS ELECTRÓNICAS  Excavadora Hidráulica, vista el 17 de Abril del 2012: www.es.ritchiewiki.com/wikies/.../Excavadora_hidráulica  Excavadoras Hidráulicas, visto el 18 de Abril del 2012: http://www.ferreyros.com.pe/portal/catalogo/excavadorashidraulicas/ 324DL_SPANISH.pdf  Normas Técnicas, visto el 19 de Abril del 2012: http://biblioteca.unizar.es/buscar/normas.php  ISOS, visto el 25 de Abril del 2012: http://www.gestiopolis.com/recursos/experto/catsexp/pagans/ger/49/i so.htm  Normas Técnicas, visto el 26 de Abril del 2012: http://translate.google.com/translate?hl=es&sl=en&tl=es&u=http%3A %2F%2Fwww.aws.org%2F  ASTM, visto el 02 de Mayo del 2012: http://www.astm.org/GLOBAL/images/What_is_ASTM_Spanish.pdf  ASTM, visto el 03 de Mayo del 2012: http://es.wikipedia.org/wiki/ASTM  Mecánica, visto el 05 de Mayo del 2012: http://es.wikipedia.org/wiki/Mecánica  Semáforo, visto el 12 de Mayo del 2012: http://es.wikipedia.org/wiki/Sem%C3%A1foro  Acero, visto el 14 de Mayo del 2012: http://es.wikipedia.org/wiki/Acero  Galvanizado, visto el 20 de Junio del 2012: http://es.wikipedia.org/wiki/Galvanizado  Led, visto el 24 de Junio del 2012: http://es.wikipedia.org/wiki/Led

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ANEXO Nº01 NORMAS TÉCNICAS APLICACIÓN DE LAS NORMAS TÉCNICAS EN LA EXCAVADORA HIDRÁULICA

ITEM

CANTIDAD

TIPO DE NORMA TECNICA

1

6

Planchas de aceros aleado ASTM a 450

2

2

Cables de acero Acero SAE 1095

3

500 KG

Para la garra de la excavadora de un diámetro de 1.6 mm, posición filete AWS E-11018-M

4

200 KG

Para la pluma principal de la excavadora de un diámetro de 1.2 mm, posición , biseladas AWS E-11018-M

5

1400KG

Cucharon (acero aleado) ASTM A 450

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NORMAS TECNICAS

SIGLAS

SEDE

CREACION

FUNCION

23/02/1947 Después de la II Guerra Mundial

Es la de buscar la estandarización de normas de productos y seguridad para las empresas u organizaciones a nivel internacional Es una organización sin fines de lucro dedicada a promover la ciencia , la tecnología y la aplicación de la soldadura y sus aliados unión y corte de los procesos, incluidos los de soldadura , soldadura y proyección térmica Es el organismo nacional de normalización de Alemania. Elabora, en cooperación con el comercio, la industria, la ciencia, los consumidores e instituciones públicas, estándares técnicos (normas) para la racionalización y el aseguramiento de la calidad. Es una organización de desarrollo de estándares para la ingeniería de potencia de vehículos de todo tipo, incluidos los automóviles, camiones, barcos, aviones, y otros. Estas normas juegan un papel clave en la mejora de la seguridad, reducir costes, aumentar la productividad, mejorar la posición en el mercado, proporcionando acceso a los mercados, y la promoción de nuevas tecnologías. Es una organización sin ánimo de lucro, que brinda un foro para el desarrollo y publicación de normas voluntarias por consenso, aplicables a los materiales, productos, sistemas y servicios. Los miembros de ASTM, que representan a productores, usuarios, consumidores, el gobierno y el mundo académico de más de 100 países, desarrollan documentos técnicos que son la base para la fabricación, gestión y adquisición, y para la elaboración de códigos y regulaciones.

La Organización Internacional para la Estandarización

ISO

American WeldingSociety

AWS

ESTADOS UNIDOS

Instituto alemán de normalización

DIN

Berlín, Alemania

Instituto americano de hierro y acero

SAE

Pennsylvania

1970

ASTM

Pennsylvania

1898

American Society for Testing Materials

Suiza

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1919

22/12/1917

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ANEXO Nº02 - EMPRESAS

UNIMAQ  Quiénes Somos Unimaq es una empresa de la Organización Ferreyros especializada en brindar un servicio integral en la venta y alquiler de equipos ligeros nuevos y usados, con un completo soporte postventa a nivel nacional. Con 12 años en el mercado, nuestro objetivo es ofrecer una solución integral a las necesidades de equipos ligeros de nuestros clientes en todos

los

sectores

productivos

del

país:

construcción,

minería,

hidrocarburos, agricultura e industria en general. Contamos con sucursales en Lima, Arequipa, Cajamarca, Huancayo, Ilo, Trujillo y Piura, y con respaldo técnico a nivel nacional con el apoyo de la red descentralizada de la Organización Ferreyros. Nuestras alternativas de financiamiento le permiten acceder a equipos ligeros de las mejores marcas, siempre con la garantía Unimaq.  Misión Ser los especialistas en equipos ligeros y aportar soluciones integrales a nuestros clientes a través de un amplio portafolio de marcas y productos; así como un servicio eficiente, ágil y de calidad.  Visión Ser reconocidos por el mercado como la primera empresa especializada en dar soluciones integrales en equipos ligeros en un solo lugar.

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FERREYROS  Historia Enrique Ferreyros Ayulo y un pequeño grupo de socios fundaron en 1922 la empresa Enrique Ferreyros y Cía Sociedad en Comandita, la cual se dedicó en sus primeros años de operación a la comercialización de productos de consumo masivo, atendiendo al mercado de abarrotes. Veinte años más tarde la empresa experimenta un giro trascendental, cuando toma la decisión de asumir la representación de Caterpillar Tractor Co. en el Perú. A partir de este momento la compañía empieza a incursionar en nuevos negocios y a redefinir su cartera de clientes, marcando así el futuro desarrollo de toda la organización. Dos décadas después, otras líneas de máquinas y equipos como Massey Ferguson le encomiendan su representación, sumándose a esta más adelante marcas como Atlas Copco, Kenworth y otras.  Misión Comercializar bienes de capital y servicios con seriedad y excelencia en los mercados de minería, construcción, agricultura, transporte, energía, industria y pesca, obteniendo la más alta participación de mercado mediante el uso de diversas modalidades de venta y contando con un equipo humano altamente motivado y guiado por la satisfacción de los clientes.  Visión Ferreyros será reconocida como una empresa líder en el negocio de los bienes de capital, que satisface las necesidades diferenciadas de sus clientes vendiendo productividad a través de productos de calidad, de servicio y de soluciones integrales en una organización con cultura de éxito.

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ANEXO Nº03 – EVIDENCIAS FOTOGRÁFICAS

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