Proyecto Técnico para la Instalación de un Eje Adicional y Aumento de la Capacidad de Carga en un semirremolque

Índice de contenidos:

1- MEMORIA DESCRIPTIVA

1.1- Objeto

1.2- Antecedentes

1.3- Características técnicas del semirremolque antes de la reforma

1.4- Características técnicas del semirremolque después de la reforma

1.5- Descripción de la reforma

1.5.1- Desmontajes realizados

1.5.2- Variaciones y sustituciones

1.5.3- Materiales empleados

1.5.4- Montajes realizados

1.6- Peticionario de la reforma

2- MEMORIA DE CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS

2.1- Cálculo del reparto de cargas por eje

2.2- Distribución de los esfuerzos cortantes y flectores

2.3- Coeficiente de seguridad de la estructura del bastidor

2.4- Cálculo de anclajes

2.5- Cálculo y comprobación de la estructura del eje

2.6- Conclusiones

3- PLIEGO DE CONDICIONES

3.1- Calidad de los materiales empleados

3.2- Normas de ejecución

3.3- Certificados y autorizaciones

3.4- Taller ejecutor

4- PRESUPUESTO

5- PLANOS

1- MEMORIA DESCRIPTIVA

1.1- Objeto

El presente proyecto técnico tiene como objetivo principal el dar cumplimiento a la normativa vigente a fin de demostrar la viabilidad que tiene la reforma realizada sobre el semirremolque marca FRUEHAUF modelo FA3 con número de bastidor HA******, consistente en la instalación de un nuevo eje supletorio y el alargamiento de la caja de carga que portaba, a fin de obtener la necesaria aprobación por parte de la Autoridad competente para la autorización del funcionamiento por vías públicas del mencionado vehículo.

1.2- Antecedentes

Para la realización del presente proyecto técnico que describe la reforma a legalizar se ha tenido en cuenta la siguiente reglamentación:

- Real Decreto 866/2010, de 2 de julio, por el que se regula la tramitación de las reformas de vehículos;

- Manual de Reformas de Vehículos, revisión del 14 de enero de 2011, publicado por el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio;

- Real Decreto 750/2010, de 4 de junio, por el que se regulan los procedimientos de homologación de vehículos a motor y sus remolques, máquinas autopropulsadas o remolcadas, vehículos agrícolas, así como de sistemas, partes y piezas de dichos vehículos;

- Real Decreto 2028/1986, de 6 de junio, por el que se dictan normas para la aplicación de determinadas Directivas de la CEE, relativas a la homologación de tipos de vehículos automóviles, remolques y semirremolques, así como de partes y piezas de dichos vehículos;

- Orden ITC/1900/2006, de 13 de junio de 2006, por la que se actualizan los anexos I y II del RD 2028/1986;

- Real Decreto 2822/1998, de 23 de diciembre, por el que se aprueba el Reglamento General de Vehículos;

- Orden de 15 de septiembre de 2000, por la que se modifica el anexo XVIII "Placas de matrícula", del Reglamento General de Vehículos;

- Orden PRE/3298/2004, de 13 de octubre, por la que se modifica el anexo IX "Masas y Dimensiones", del Reglamento General de Vehículos;

- Real Decreto 1435/1992, de 27 de noviembre, por el que se dictan las disposiciones de aplicación de la Directiva del Consejo 89/392/CEE, relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre máquinas;

- Real decreto 1215/1997, de 18 de julio, por el que se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud para la utilización por los trabajadores de los equipos de trabajo.

Asimismo, se ha tenido en cuenta, habida cuenta del tipo de reforma que se trata y de los sistemas y componentes del vehículo que se ven afectados, la siguiente reglamentación específica:

- Directiva 70/221/CEE sobre los depósitos de carburante líquido y los dispositivos de protección trasera de los vehículos a motor y de sus remolques;

- Directiva 70/311/CEE sobre los mecanismos de dirección de los vehículos a motor y sus remolques;

- Directiva 71/320/CEE sobre los dispositivos de frenado de determinadas categorías de vehículos a motor y de sus remolques;

- Directiva 76/756/CEE sobre la instalación de dispositivos de alumbrado y de señalización luminosa de los vehículos a motor y de sus remolques;

- Directiva 89/297/CEE sobre la protección lateral de determinados vehículos a motor y sus remolques;

- Directiva 91/226/CEE sobre los sistemas antiproyección de determinadas categorías de vehículos de motor y de sus remolques;

- Directiva 92/23/CEE sobre los neumáticos de los vehículos de motor y de sus remolques;

- Directiva 97/27/CEE relativa a las masas y dimensiones de determinadas categorías de vehículos de motor y de sus remolques;

- Directiva 2003/102/CE relativa a la protección de los peatones y otros usuarios vulnerables de la vía pública antes y en caso de colisión con un vehículo de motor.

1.3- Características técnicas del semirremolque antes de la reforma

Las características técnicas del vehículo, antes de efectuar la reforma objeto de este proyecto, son las que se relacionan a continuación, según el modelo de ficha reducida de características técnicas que figura en el apéndice 2, parte III, correspondiente al Anexo IV para vehículos de las categorías O1, O2, O3 y O4 del RD 750/2010:

Datos

Marca FRUEHAUF

Tipo / variante / versión EPB FA3

Denominación comercial S/S

Categoría del vehículo Semirremolque (O4)

Nombre y dirección del fabricante del vehículo de base S/S

Emplazamiento de la placa del fabricante S/S

Parte fija VIN HA******

Emplazamiento del número de identificación del vehículo S/S

Número de homologación S/S

Fecha S/S

Nº de ejes y ruedas 2 / 4 - 385/65R22,5

Distancia entre ejes consecutivos 1º, 2º, 3º, ... 1.360 mm

Vía del eje 1º/2º 2.050 mm

Longitud total del vehículo 10.000 mm

Distancia entre el centro dispositivo de enganche y el borde trasero 8.880 mm

Longitud de la zona de carga 10.000 mm

Anchura 2.500 mm

Altura 3.100 mm

Voladizo trasero 1.410 mm

Masa del vehículo con carrocería en orden de marcha S/S

Masa Máxima en carga técnicamente admisible (MMTA) -

Masa Máxima en carga admisible prevista para matriculación/circulación (MMA) 25.000 kg

Masa máxima en carga técnicamente admisible en cada eje (MMTA 1º,2º...) y punto de acoplamiento

1 eje: 7.500 kg

2 eje: 7.500 kg

Acoplamiento: 12.500 kg

1.4- Características técnicas del semirremolque después de la reforma

A continuación se indican las características técnicas del vehículo una vez realizada la reforma:

Datos

Marca FRUEHAUF

Tipo / variante / versión EPB FA3

Denominación comercial S/S

Categoría del vehículo Semirremolque (O4)

Nombre y dirección del fabricante del vehículo de base S/S

Emplazamiento de la placa del fabricante S/S

Parte fija VIN HA******

Emplazamiento del número de identificación del vehículo S/S

Número de homologación S/S

Fecha S/S

Nº de ejes y ruedas 3 / 6 - 385/65R22,5

Distancia entre ejes consecutivos 1º, 2º, 3º, ... 1.360 mm / 1.360 mm

Vía del eje 1º/2º 2.050 mm

Longitud total del vehículo 12.000 mm

Distancia entre el centro dispositivo de enganche y el borde trasero 10.880 mm

Longitud de la zona de carga 12.000 mm

Anchura 2.500 mm

Altura 3.100 mm

Voladizo trasero 2.050 mm

Masa del vehículo con carrocería en orden de marcha S/S

Masa Máxima en carga técnicamente admisible (MMTA) -

Masa Máxima en carga admisible prevista para matriculación/circulación (MMA) 32.000 kg

Masa máxima en carga técnicamente admisible en cada eje (MMTA 1º,2º...) y punto de acoplamiento

1 eje: 7.500 kg

2 eje: 7.500 kg

3 eje: 7.500 kg

Acoplamiento: 12.500 kg

1.5- Descripción de la reforma

1.5.1- Desmontajes realizados

Al vehículo de referencia se le somete al desmontaje de la carrocería inicial que portaba, consistente en una caja de carga abierta con portalones de cierre laterales.

El objetivo de desmontar la caja de carga es dejar libre de obstáculos el bastidor del vehículo, que es la estructura principal de soporte, a fin de poder llevar a cabo los trabajos para su alargamiento.

1.5.2- Variaciones y sustituciones

Al vehículo semirremolque se le someterá a las siguientes variaciones y sustituciones:

- Cambio de la caja de carga que portaba por una nueva caja de carga abierta por la parte superior de longitud 12.000 mm y anchura 2.500 mm;

- Instalación de un tercer eje de las mismas características (ancho de vía, neumáticos y capacidad de carga) que los anteriores;

- Alargamiento del bastidor original del vehículo para soportar la nueva caja de carga con la nueva dimensión.

1.5.3- Materiales empleados

A continuación se exponen las características de los materiales empleados en los trabajos que conforman la reforma, y en concreto, de aquellos elementos que van a determinar el grado de seguridad del vehículo carrozado, que en este caso, comprende los materiales empleados en el nuevo eje, en el bastidor para su alargamiento y en el tipo de anclaje utilizado.

a) Eje y Bastidores

El tipo de acero que se emplee en la fabricación del eje deberá ofrecer unas calidades mínimas requeridas a la función que deberá desempeñar y al tipo de solicitaciones a que va a estar sometido, fundamentalmente a cargas dinámicas. Los aceros que mejor se adecuan a este uso son los aceros de medio contenido de carbono (desde SAE 1035 a 1053, o también, los de la serie F12 según UNE-36009).

Por otro lado, el objetivo básico de la estructura que forma el bastidor es la de servir de soporte a la caja de carga, además de garantizar una unión perfecta con ella.

Los largueros del bastidor se ajustarán perfectamente a la dimensión de la carrocería que porte en toda su longitud. Para su ejecución es importante tener en cuenta:

• El material

• La configuración de los largueros

• Los travesaños

• La fijación

Como norma general se deberá utilizar materiales de características iguales ó superiores a los materiales del bastidor original del vehículo. En los casos en que se requieran esfuerzos más elevados, o cuando se desee evitar secciones de gran altura se podrán utilizar materiales de características superiores a los empleados en el bastidor del vehículo.

Los materiales empleados para elaboración del alargamiento del bastidor deberán tener buenas propiedades para la soldadura.

La calidad del material recomendado, para todos los casos, tanto para el nuevo eje como para la estructura de bastidores, será como mínimo la que se muestra en la siguiente tabla:

Material Resistencia a la tracción (Kg/mm

2)

Límite de elsticidad (Kg/mm

2)

Alargamiento a la rotura

ST-52-3 (DIN-17100) 52-62 36 ≥ 22 %

b) Fijación y Anclajes

El sistema de fijación de la carrocería, es decir, de la caja de carga al bastidor del vehículo será por medio de tornillos de alta resistencia, calidad 8.8, montados sin holguras, tuerca autoblocantes de seguridad calidad 10 y arandelas planas en ambos lados con dureza mínima 200 HB usadas debajo de las cabezas de los tornillos y de las tuercas.

Las características mecánicas de los tornillos empleados en la fijación entre los dos bastidores son las siguientes:

Calidad………………………………………….. M 8.8

Tensión de rotura……………………………….. σr ≥ 80 kg/mm2.

Tensión límite de elasticidad…………………… σe ≥ 65 kg/mm2.

Diámetro de la caña……………………………... d = 14 mm.

Área resistente………………………………….. Ar = 115 mm2.

Paso de rosca…..………………………………. p = 1,75 mm.

Número de tornillos usados…………………….. N = 28.

1.5.4- Montajes realizados

Sobre el vehículo de referencia se le someterá al montaje de los siguientes elementos:

- Nueva caja de carga abierta superiormente de longitud 12.000 mm y anchura 2.500 mm;

- Instalación de un tercer eje de las mismas características (ancho de vía, neumáticos y capacidad de carga) que los anteriores;

- Alargamiento del bastidor original del vehículo para soportar la nueva caja de carga con la nueva dimensión.

1.6- Peticionario de la reforma

Se ha procedido a la redacción del presente proyecto sobre reforma de importancia en semirremolque por encargo de NOMBRE DEL PETICIONARIO, con domicilio a efectos de notificación en la localidad de DOMICILIO DEL PETICIONARIO, y C.I.F. PETICIONARIO.

2- MEMORIA DE CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS

2.1- Cálculo del reparto de cargas por eje

Para el cálculo del reparto de cargas sobre los ejes del semirremolque y sobre el pivote de acoplamiento se va a considerar la carga máxima admitida a transportar o carga útil (Q) uniformemente distribuida a lo largo de la caja de carga:

Figura 1. Cálculo del reparto de cargas por eje

Para el caso del vehículo que nos ocupa, el cálculo de las reacciones sobre el eje central trasero del semirremolque o eje del tridem (RM) y sobre el pivote de acoplamiento o king-pin (RN) viene dado por las siguientes expresiones:

Donde las dimensiones, según planos que se adjuntan al final del presente proyecto, son las siguientes:

L : longitud de la caja de carga, 12.000 mm;

a : distancia eje del tridem al borde trasero de la caja, 3.410 mm;

d : distancia entre el pivote de acoplamiento y el eje del tridem, 7.470 mm;

Q : peso de la carga útil o mercancía máxima a transportar, 24.820 Kg.

Sustituyendo los valores anteriores, se obtienen las siguientes reacciones en los ejes:

RM = 16.215 Kg

RN = 8.605 Kg

Por otro lado, si la distancia entre ejes contiguos del tridem son menores a 1,4 m (d12 , d23 < 1,4 m), se puede suponer que la carga sobre el eje tridem se reparte por igual entre los tres ejes que lo conforman, es decir:

RM1 = RM2 = RM3 = RM / 3 = 5.405 Kg

En la siguiente tabla se resume el total de las reacciones sobre cada eje y sobre el pivote de acoplamiento, y en la que se comprueba que no se superan los límites legales establecidos para cada caso:

DEBIDO A: Pivote de acoplamirento

1er

EJE 2º EJE 3er

EJE TOTAL

CHASIS + CAJA 2512 kg 1556 kg 1556 kg 1556 kg 7180 kg

MERCANCÍA 8605 kg 5405 kg 5405 kg 5405 kg 24820 kg.

TOTAL 11117 kg 6961 kg 6961 kg 6961 kg 32000 kg

P.M.A. 12500 kg 7500 kg 7500 kg 7500 kg 32000 kg

2.2- Distribución de los esfuerzos cortantes y flectores

En este apartado se detallan las leyes de esfuerzos cortantes y momentos flectores, así como sus valores máximos originados en el bastidor del semirremolque carrozado para las nuevas dimensiones de la caja de carga y con el tercer eje instalado.

Figura 2. Distribución de esfuerzos

Tramo I:

Para 1,12 m ≥ x > 0:

V(x)= q · x = 2068 · x (Kg), siendo V(máx) = 2316 kg, para x= 1,12 m.

M(x) = -q/2 · (x)2 =-1034 · (x)

2 (m · kg), siendo M(máx) = -1297 m · kg, para x= 1,12 m.

Tramo II:

Para 6,11 m ≥ x > 0:

V(x)= q · s - RN + q · x = 2316 - 8605 + 2068 · x (Kg), siendo V(máx)= 6346 kg, para x= 6,11 m.

M(x)= -(q · s) · (s/2 + x) + RN · x - q/2 · (x)2 = -1297 + 6289 · x - 1034 · (x)

2 (m · kg), siendo M(máx)= -17812

m·kg, para x= 3,04 m.

Tramo III:

Para 1,36 m ≥ x > 0:

V(x)= q · (s+t) - RN - RM1 + q · x = 941 + 2068 · x (Kg), siendo V(máx)= 3753 kg, para x= 1,36 m.

M(x)= -(q·(s+t))·((s+t)/2+x) + RN·(t+x) + RM1·x - q/2·(x)2 = -1473 - 942 · x - 1034 · (x)

2 (m·kg), siendo M(máx)=

-4667 m·kg, para x= 1,36 m.

Tramo IV:

Para 1,36 m ≥ x > 0:

V(x)= -q · vp + RM3 - q · x = -4239 + 5405 - 2068 · x (Kg), siendo V(máx)= -1646 kg, para x= 1,36 m.

M(x)= -(q · vp) · (vp/2 + x) + RM3 · x - q/2 · (x)2 = -4239 · (2.05/2 + x) + 5405 · x - 1034 · (x)

2, siendo M(máx)= -

4667 m·kg, para x= 1,36 m.

Tramo V:

Para 2,05 m ≥ x > 0:

V(x)= -q · x = -2068 · x (Kg), siendo V(máx)= -4239 kg, para x= 2,05 m.

M(x)= -q/2 · (x)2= -1034 · (x)

2 (m · kg), siendo M(máx)= -4345 m·kg, para x= 2,05 m.

GRÁFICOS DE ESFUERZOS

Figura 3. Gráficos de esfuerzos

2.3- Coeficiente de seguridad de la estructura del bastidor

En primer lugar, se definen las características mecánicas de la sección del bastidor que dispone el semirremolque para soportar la caja de carga:

Figura 4. Sección del bastidor longitudinal

Según la figura anterior, el semirremolque dispone de un bastidor longitudinal compuesto por un perfil europeo tipo IPE-360.

Al tratarse de un tipo de perfil normalizado, sus propiedades mecánicas (módulo resistente, momentos de inercia, etc.) pueden ser consultadas en cualquier prontuario de perfiles.

Para un IPE-360 su módulo resistente vale:

Wx-x= 904 cm3 (a flexión).

Por otro lado, según los diagramas de tensiones del apartado anterior, el máximo flector obtenido de entre las distintas situaciones de trabajo vale:

- Máximo flector obtenido: Mf(máx)= 17.812 m · kg, alcanzado en el bastidor a una distancia x= 3,04 m. del pivote de acoplamiento.

La tensión de trabajo a flexión del bastidor del semirremolque viene dada por:

σf = Mf(máx) / ( 2 · Wx-x )

siendo:

σf, es la tensión de trabajo del bastidor a flexión;

Mf(máx), es el momento flector máximo que actúa sobre el bastidor;

Wx-x es el módulo resistente a flexión del perfil de un larguero del bastidor.

Por lo tanto, sustituyendo valores se tiene que la tensión de trabajo del conjunto, será:

σf = Mf(máx) / ( 2 · Wx-x ) = 1781200 / (2 · 904)= 985 kg/cm2

Para obtener el coeficiente de seguridad, se tomará como referencia la tensión límite de elasticidad del material (σe) dada por el fabricante. De esta forma, el coeficiente de seguridad para el trabajo conjunto del bastidor vendrá dado por:

λ= σe / σf = 3600 / 985 = 3,7 > 3

2.4- Cálculo de anclajes

Las características mecánicas de los tornillos empleados en la fijación entre la caja de carga y el bastidor son las siguientes:

Calidad………………………………………….. M 8.8

Tensión de rotura……………………………….. σr ≥ 80 kg/mm2.

Tensión límite de elasticidad…………………… σe ≥ 65 kg/mm2.

Diámetro de la caña……………………………... d = 14 mm.

Área resistente………………………………….. Ar = 115 mm2.

Paso de rosca…..………………………………. p = 1,75 mm.

Número de tornillos usados…………………….. N = 28.

En el anclaje de la caja de carga, el esfuerzo más desfavorable se produce durante la frenada del vehículo. En este caso, el valor de la fuerza de inercia (I) en función de la deceleración (ar) y de la carga (Q), es:

I = Q · ar / g;

siendo g la gravedad (9,8 m/s2); ar= 10 m/s

2; Q= 24.820 kg ;

Por lo que sustituyendo valores se tiene que la fuerza de inercia que se produce durante el frenado vale,

I = Q · ar / g = 25.327 kg

Por otro lado, la resistencia máxima a cortante debido al anclaje de los tornillos al chasis del vehículo se obtiene mediante la siguiente expresión, según la calidad de los tornillos empleados:

- Para tornillos de Grado 4.6, 5.6 y 8.8, Rm = (0,6 · σr · N · Ar ) / γMb

siendo:

N es el número de tornillos utilizado en la fijación de la caja de carga al bastidor del semirremolque, N = 28;

Ar representa la sección resistente de cada tornillo, Ar = 115 mm2.

σr es la resistencia a tracción última del tornillo empleado, 80 kg/mm2.

γMb es el coeficiente parcial de seguridad a la resistencia de los tornillos (1,25).

Por lo que el valor de la resistencia obtenida con el anclaje empleado vale,

Rm = (0,6 · σr · N · Ar ) / γMb = 123.648 kg

El coeficiente final de seguridad obtenido en el anclaje de la caja de carga será:

λ= Rm / I = 4,9

2.5- Cálculo y comprobación de la estructura del eje

A continuación, se comprobará que el diseño de la estructura del eje instalado cumple con los condicionantes de seguridad establecidos.

El tipo de perfil que conforma el nuevo eje supletorio instalado es el que se muestra en la figura siguiente:

Figura 5. Sección del eje instalado

Se trata de un perfil circula hueco de acero estructural, con un límite elástico mínimo de al menos 36 kg/mm

2 y con las siguientes dimensiones:

- diámetro exterior: 150 mm;

- diámetro interior: 120 mm.

• Carga de cálculo sobre el eje:

Para el diseño de la estructura del eje se tomará como carga de diseño igual a la máxima carga admisible, es decir:

RM3 = 7.500 kg.

La anterior carga máxima se corresponde en una situación de reposo del semirremolque. No obstante, la que realmente recae sobre el eje es mayor, fundamentalmente en los procesos de aceleración o de frenada.

En efecto, al tratarse de un eje trasero, durante el periodo de aceleración del vehículo, éste sufre una sobrecarga adicional debido al efecto de las fuerzas de inercia.

Este esfuerzo total que se origina sobre el eje en la fase de aceleración, se pude calcular su valor con la formulación siguiente:

donde:

p es la distancia entre el pivote de acoplamiento del semirremolque y el nuevo eje trasero instalado, de valor 8.830 mm.

h es la altura del centro de gravedad de la carga al pavimento, de valor 1.520 mm;

μa es el coeficiente de adherencia (se suele tomar, μa = 1)

RM3 toma el valor de la carga máxima admisible en el eje trasero, de valor 7.500 kg.

Sustituyendo en la expresión anterior, resulta una carga final de diseño actuante sobre el eje trasero supletorio de valor igual a:

R*M3 = 9.060 kg

• Esfuerzos originados en el eje:

A continuación se indica la distribución de esfuerzos cortantes y momentos flectores y torsores a lo largo del perfil del eje.

Figura 6. Fuerzas actuantes sobre el eje

De la anterior figura se tiene que:

- Ancho de vía (a+b+a): 2.050 mm;

- Distancia entre capuchinos (b): 1.550 mm.

La distribución de esfuerzos a lo largo del eje es la que a continuación se indica:

Para x1=0:

V(0)= R*M3/2 = 4530 kg;

Mf(0)= 0;

Para a= 250 mm ≥ x1 > 0:

V(x1)= R*M3/2 = 4530 kg;

Mf(x1)= R*M3/2 · x1 = 4530 · x1, siendo Mf(máx)= 1133 mkg, para x1 = 250 mm (0,25 m);

Para x1= a= 250 mm:

V(a)= R*M3/2 = 4530 kg;

Mf(a)= R*M3/2 · a = 1133 mkg;

Para a+b= 1800 mm > x2 > a= 250 mm:

V(x2)= R*M3/2 - R*BT/2 =0;

Mf(x2)= R*M3/2 · x2 - R*M3/2 · (x2 - a) = R*BT/2 · a = 1133 mkg;

Para x3=0:

V(0)= - R*M3/2 = - 4530 kg;

M(0)= 0;

Para a= 250 mm ≥ x3 > 0:

V(x3)= - R*M3/2 = - 4530 kg;

Mf(x3)= R*M3/2 · x3 = 4530 · x3, siendo Mf(máx)= 1133 mkg, para x3 = 250 mm (0,25 m);

Para x3= a= 250 mm:

V(a)= - R*M3/2 = - 4530 kg;

Mf(a)= R*M3/2 · a= 1133 mkg;

GRÁFICO DE ESFUERZOS

Figura 7. Diagrama de esfuerzos cortantes y momentos flectores

Por lo tanto, el momento flector máximo alcanzado en el eje resulta ser:

Mf(máx)= 1.133 mkg.

Para calcular el momento torsor más desfavorable sobre el eje supletorio trasero, que es el originado durante la frenada de la rueda, se emplea la siguiente expresión del momento:

MtM3= R*M3 / 2 · μa · R

Siendo R el radio de rodadura de la rueda cargada.

El caso más desfavorable se obtiene con un coeficiente de adherencia igual a 1 (μa = 1), con lo que el momento torsor actuante sobre el eje sería:

MtM3= R*M3 / 2 · R

Tipo de neumático montado en el eje: 385 / 65R22,5.

El cálculo del diámetro de rodadura de un neumático es inmediato empleando la siguiente expresión:

siendo:

Ra = Relación de forma (adimensional);

S = Anchura de la sección del neumático en mm;

d = Diámetro de la llanta en pulgadas;

D = Diámetro exterior en mm, a calcular.

Aplicando al eje del semirremolque, se tiene que:

Neumático tipo: 385 / 65 R 22,5:

Ra = 65%

S = 385 mm.

d = 22,5 pulgadas.

De este modo resulta que el diámetro exterior del neumático, aplicando la expresión anterior, resulta ser de:

D= 22,5 · 25,4 + 2 · (65/100) · 385 = 1072 mm.

Por lo que el requerido radio de rodadura R vale:

R= 0,5 · D= 536 mm.

Una vez conocido el radio de rodadura del neumático se puede conocer el valor del momento torsor actuante. En efecto:

MtM3= R*M3 / 2 · R

donde,

RM3 es la carga máxima admisible en el eje trasero, 7.500 kg.

R es el radio del neumático, 536 mm (0,536 m)

Por lo que sustituyendo los valores en la expresión anterior, el momento torsor resultante sobre el eje es de:

MtM3= 2.010 mkg

• Propiedades mecánicas del eje:

Para el diseño de un eje en un vehículo, lo más normal es partir de un tipo de perfil y comprobar si cumple o no, y en caso de cumplir cuál es el coeficiente de seguridad que se obtiene.

Generalmente se considerará que un tipo de perfil es válido cuando el grado o coeficiente de seguridad obtenido bajo las solicitaciones de diseño sean mayor a 3 (λ > 3).

Sección del perfil del eje:

Perfil tubular hueco(de: 150 mm, di: 120 mm);

- El módulo resistente a flexión (Wx-x) de la sección del perfil del eje respecto a su eje de giro se calcula por la siguiente expresión:

Wx-x = Ix-x / ymáx;

donde:

Ix-x es el momento de inercia del perfil del eje respecto al eje x-x neutro de la sección;

ymáx es la distancia del eje neutro de la sección a la fibra más alejada de la misma.

Para el caso de una sección circula hueca con diámetro exterior de y diámetro interior di, el momento de inercia Ix-x respecto al eje x-x es:

donde,

de = 150 mm;

di = 120 mm;

Por lo que sustituyendo estos valores se tiene que el momento de inercia vale:

Ix-x = 14.671.729 mm4

Por otro lado, la distancia del eje neutro a la fibra más alejada para la sección del perfil es:

ymáx = de / 2= 75 mm ;

Por lo tanto el módulo resistente a flexión (Wx-x) de la sección del perfil del eje respecto al eje de flexión se calcula por la siguiente expresión:

Wx-x = Ix-x / ymáx = 195.623 mm3

- Por otro lado, para calcular el módulo resistente a torsión (Wt) se emplea esta otra expresión:

Wt= Io / Rmáx

siendo:

Io el momento polar, de valor Io = Ixx + Iyy;

Rmáx es la distancia del c.d.g. de la sección del eje a su fibra más lejana.

El momento polar de una sección circular hueca viene dado por la siguiente expresión:

Que sustituyendo los valores de los diámetros exterior e interior de la sección se obtiene el siguiente valor del momento polar:

Io = 29.343.457 mm4

Por otro lado, la distancia del c.d.g. de la sección del eje a su fibra más alejada es:

Rmáx = de / 2= 75 mm

Por lo que sustituyendo valores se obtiene el módulo resistente a torsión de la sección:

Wt= Io / Rmáx = 391.246 mm3

• Cálculo de las tensiones de trabajo en el eje:

Una vez calculado las propiedades mecánicas de la sección del eje y conocidos los valores máximos que se alcanza para los esfuerzos en la situación más desfavorable, las tensiones de trabajo se calculan de manera inmediata a través de las siguientes expresiones:

- Tensión de trabajo a flexión:

La tensión de trabajo debido a la flexión del eje viene dada por la siguiente expresión:

σf = Mf(máx) / Wx-x

siendo:

σf es la tensión de trabajo del eje a flexión;

Mf(máx) es el momento flector máximo que actúa sobre el eje;

Wx-x es el módulo resistente a flexión del perfil del eje respecto al eje de flexión.

De los apartados anteriores se tienen los siguientes valores:

Mf(máx)= 1.133 mkg.

Wx-x = 195.623 mm3

Por lo que la tensión de trabajo a flexión alcanza el valor de:

σf = Mf(máx) / Wx-x = 5,79 kg/mm2

- Tensión de trabajo a torsion:

La tensión de trabajo a torsión (σt), a que estará sometido el eje viene dada por la siguiente expresión:

σt = Mt / Wt

siendo:

σt la tensión de trabajo a torsión del eje;

Mt es el momento torsor que actúa sobre el eje;

Wt es el módulo resistente a torsión del perfil del eje.

De los apartados anteriores se tienen los siguientes valores:

Mt(máx)= 2.010 mkg.

Wt = 391.246 mm3

Por lo que la tensión de trabajo a torsión alcanza el valor de:

σt = Mt / Wt = 5,14 kg/mm2

• Comprobación final:

Para la comprobación final se tomará como referencia la tensión límite de elasticidad para la calidad de acero del perfil del eje. En este caso se toma como límite elástico del acero del eje igual a 36 kg/mm

2

Por otro lado, el eje se encuentra sometido a un trabajo simultáneo de flexión y torsión, lo que origina las correspondientes tensiones de flexión (σf) y torsión (σt) en la sección del perfil del eje.

Como consecuencia de lo anterior, para la comparación con el límite elástico del material del eje se tomará una tensión final de trabajo de comparación que será una combinación de ambas, llamada tensión combinada (σco), que viene dada por la expresión:

Sustituyendo los valores obtenidos en el apartado anterior:

σf = 5,79 kg/mm2

σt = 5,14 kg/mm2

Resulta una tensión combinada de valor:

σco = 9,55 kg/mm2

Una vez calculado la tensión combinada de cálculo, la seguridad en el diseño tomado en el eje se obtiene comparando la tensión combinada de cálculo (σco) con el límite elástico del material del eje (σe).

En este caso, el coeficiente de seguridad resulta:

λ= σe / σco = 36/9,55 = 3,8 > 3

Que se considera un valor adecuado y por lo tanto se concluye que la sección tomada para el eje del vehículo es válida.

2.6- Conclusiones

A la vista de lo indicado anteriormente en la memoria descriptiva, así como en el correspondiente anexo de cálculos y planos que se detallan, se estima que el vehículo de referencia es apto para soportar las transformaciones indicadas en este proyecto, solicitándose por lo tanto de la Superioridad la aceptación de la reforma propuesta.

PRESUPUESTO

Asciende el presente presupuesto para ejecución de reforma en semirremolque para la instalación de un nuevo eje y el alargamiento de la caja de carga, a la cantidad de DIECIOCHO MIL NOVECIENTOS TRES EUROS Y SESENTA CÉNTIMOS (18.903,60 €), desglosado como sigue:

1.- Preparación del vehículo a carrozar …………….....................................................................………950,00 €

2.- Fabricación de caja de carga con carrocería de 12.000 mm de longitud……………………… 5.900,00 €

3.- Alargue del bastidor original………………......................................................………………....… 3.250,00 €

4.- Instalación de nuevo eje y acople al bastidor…………........................................................…...… 4.720,00 €

5.- Montaje de la nueva carrocería y Pintado y/o preparación de vehículo final……....................… 1.200,00 €

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Total Ejecución Material ………………………………….....................................................…..…… 16.020,00 €

IVA (18%) …………………………………………...…...………......................................................…. 2.883,60 €

TOTAL PRESUPUESTO: ....................................................................................................................... 18.903,60 €

5- PLANOS

PLANO. Medidas del vehículo carrozado