Diseño de Maquinas


RESUMEN: En este artículo se muestra el analisis estatico y el calculo de cargas internas de un elevador de autos usando ANSYS, un software de simulación de elementos finitos, se muestran modelos de elevador y algunas conclusiones de lo analizado hasta el momento.


INTRODUCCIÓN

Un elevador de autos es un dispositivo usado en talleres o en la industria para levantar autos y así poder hacer procedimientos en el de manera mas sencilla, a continuación se hablara de los modelos que existen, y se mostraran las cargas internas y un analisis estatico bajo una carga determinada.

FORMATO

Modelos de elevador

Para el diseño de un elevador de doble columna con las características establecidas por el problema, se considera un elevador simple con soportes en forma de tijera con sistema hidraulico de elevación como el representado en la imagen.

Fig. 1 – EC 2.5 S PP1, Emaster elevadores.

Este modelo ofrece posibilidades de sujeción faciles a los vehículos y la posibilidad de la ubicación de una plataforma en los ganchos para una mayor estabilidad del vehículo.

Fig. 2 – R.T.O. BC, BoxCar.

Dimensionamiento de los brazos del elevador

Para el analisis dimensional y estructural de laplataforma-ganchos-brazos del elevador es necesario un estudio de las dimensiones y pesos de la población de vehículos a la cual se ofrecera el servicio.

A continuación se describiran las dimensiones de interés (ancho total - longitud total - distancia entre ejes) y el peso para la categoría de automóviles, camionetas, buses y camiones que no excedan el peso maximo de 15.000 lb (6.804 kg).

1) Automóvil
En esta categoría se analizan los vehículos pequeños o automóviles de peso entre 2.800 lb (1.270 kg) y 5.100 lb (2.313 kg). Se analiza un Mini Cooper S Countryman.

Fig. 3 – Mini Cooper S Countryman.
Ancho total= 70 in (1,789 m), Longitud total= 161,8 in (4,11 m), Distancia entre ejes= 102,2 in (2,595 m) y Peso= 3.053 lb (1.385 kg).

2) Camioneta
En esta categoría se analizan los vehículos medianos de peso entre 5.100 lb (2.313 kg) y 6.614 lb (3.000 kg). Se analiza una Toyota Land Cruiser.

Fig. 4 – Toyota Land Cruiser.
Ancho total= 77 in (1,97 m), Longitud total= 194,88 in (4,95 m), Distancia entre ejes= 112,204 in (2.85 m) y Peso= 5.765 lb (2.615 kg).

3) Bus
En esta categoría se analizan los vehículos de transporte medianos de peso entre 6.614 lb (3.000 kg) y 15.000 lb (6.804 kg) con capacidad maxima de 30pasajeros. Se analiza un Hyundai County.

Fig. 5 – Hyundai County
Ancho total= 100,984 in (2,565 m), Longitud total= 278 in (7,080 m), Distancia entre ejes= 158,465 in (4,085 m) y Peso= 14.705 lb (6.670 kg).

4) Camiones
En esta categoría se analizan los vehículos de carga medianos de peso entre 6.614 lb (3.000 kg) y 15.000 lb (6.804 kg) con capacidad de carga menor a 8.818 lb (4.000 kg). Se analiza un Hyundai HD 65 doble cabina.

Fig. 4 – Hyundai HD 65 doble cabina .
Ancho total= 78 in (2 m), Longitud total= 235,04 in (5,97 m), Distancia
entre ejes= 132,874 in (3,375 m) y Peso= 14.330 lb (6.500 kg).
Modelo | A. T. in (m) | L. T. in (m) | D. E. E. in (m) | W lb (kg) |
Mini Cooper S Countryman | 70,4 (1,789) | 161,8 (4,11 ) | 102,2 (2,595 ) | 3.053 (1.385 ) |
Toyota Land Cruiser | 77,56 (1,97) | 194,88 (4,95) | 112,204(2.85) | 5.765 (2.615) |
Hyundai County | 100,984 (2,565) | 278,74 (7,080) | 158,465 (4,085) | 14.705 (6.670) |
Hyundai HD 65 doble cabina | 78,74 (2) | 235,04 (5,97) | 132,874 (3,375) | 14.330 (6.500) |
| Medidas y peso critico max. |
| Medidas y peso Critico min. |
Tabla 1 – Comparación entre las medidas y peso criticas de los autos analizados. A.T.: anchura total, L.T.: longitud total, D.E.E.:distancia entre ejes. W: Peso.

Al tener en cuenta que los lugares apropiados para apoyar los soportes debajo de un carro son entre la unión de la caja-motor, y el brazo de la suspensión trasera , hay que tener en consideración la distancia entre ejes de cada carro, para este analisis basta con examinar la medida maxima y mínima de la distancia entre ejes para determinar el tamaño adecuado ubicando las zonas seguras de apoyo en los modelos críticos.

EJE
ZONA SEGURA DE APOYO
Frente del vehículo

Fig. 5 – Esquema de las zonas seguras de apoyo sobre el vehículo de medidas criticas maximas.

Frente del vehículo
EJE
ZONA SEGURA DE APOYO

Fig. 6 – Esquema de las zonas seguras de apoyo sobre el vehículo de medidas criticas mínimas.

Al ubicar los brazos del elevador de acuerdo a la zona segura de cada modelo resulta una longitud maxima del brazo de 68 in y una longitud mínima de 49,5 in.

Fig. 7 – Esquema de la ubicación y trayectoria de los brazos del elevador.

ANALISIS ESTATICO SIMULADO EN ANSYS


DIMENSIONES
Longitud de los brazos: 1.75m
Carga: 16680.82 N aplicado al extremo de cada uno de los brazos
Sección transversal:
Columnas: 25x25 cm
Brazos: 13x6.5 cm
*Los esfuerzos estan expresados en Pa y los momentosen N.m el material supuesto para el analisis fue Acero con las siguientes propiedades.

E= 200GPa
ν = 0.33

REACCIONES EN LOS SOPORTES

DEFORMACION

GRAFICA DE ESFUERZOS MAXIMOS

GRAFICA DE ESFUERZOS CORTANTES

GRAFICA DE MOMENTOS FLECTORES

ANALISIS DE RESULTADOS

En deformación vemos que para una carga de aproximadamente 17 KN la deformación esta cerca a los 5.2 cm e las barras que soportan y levantan el peso del auto, lo que es una deformación admisible considerando el tamaño de las barras.

Ahora bien vamos a considerar los esfuerzos que se generarían en estos elementos que seran los elementos de analisis mas importantes hasta el momento ya que son los que determinan si falla o no el elevador.
Para los ganchos elevadores el esfuerzo maximo esta oscilando entre 318 y 55.8 MPa, el esfuerzo cortante esta en 17 KPa.

Basado en estos esfuerzos, se ve que la falla principal se debe a los esfuerzos a flexión que sufre el material mas que los esfuerzos producidos por los cortantes, así pues y teniendo un factor de seguridad amplio se puede escoger un Acero templado ASTM-A709 grado 690 que tiene un punto de fluencia de 690 MPa y que sería muy apropiado para lo que llevamos de analisis.

CONCLUSIONES

* Según elanalisis planteado, es posible utilizar acero en esta estructura para el elevador, sin embargo hace falta muchos mas analisis en juntas y otro tipo de elementos como soldaduras que seran analizados posteriormente

REFERENCIAS


* Mecanica de Materiales, P. Beer Ferdinand, Cuarta Edicion.


[ 1 ]. Emaster elevadores. Emaster EC 2.5 S PP1. https://www.emasterelevadores.com.br/produtos/EC2.5S_PP1.htm
[ 2 ]. BoxCar Brasil. R.T.O. BC. https://www.boxcarbrasil.com.br/default.php?pg=produto_bot_1&id=
[ 3 ]. Mini Cooper. Mini Cooper S Countryman. https://www.mini.com.mx/mini_countryman/cooper_s/information/index.html
[ 4 ]. Toyota. Toyota Land Cruiser 200. https://www.toyota.es/cars/new_cars/land_cruiser-v8/specs.aspx
[ 5 ]. Hyundai camiones. Camiones medianos, HD 65 Doble Cabina. https://www.hyundaicamiones.cl/hd_65_ficha_doble_cabina.aspx
[ 6 ]. Hyundai camiones. Buses, County. https://www.hyundaicamiones.cl/files/fichas_camiones/ficha%20COUNTY%202011.pdf
[ 7 ]. Vocholand. Levantar un vocho. https://sites.google.com/site/vocholand/levantar-vocho-parte-trasera
[ 8 ]. Esquema del elevador tomado de Emaster elevadores. Emaster EC 2.5 S PP1. https://www.emasterelevadores.com.br/produtos/EC2.5S_PP1.htm