ADAPTACIÓN DE UN TRACTOR AGRÍCOLA PARA PERSONAS …

TRABAJO DE FINAL DE GRADO

Grado en Ingeniería Mecánica

ADAPTACIÓN DE UN TRACTOR AGRÍCOLA PARA PERSONAS

MINUSVÁLIDAS

Memoria y Anexos

Autor/a: Josep Raüll Caparó Director/a: Jesús María Petreñas Ranedo Convocatoria: Octubre 2020

Adaptación de un tractor agrícola para personas minusválidas

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Resumen

Este proyecto trata sobre las modificaciones y mecanismos necesarios que se deben implementar en

un tractor agrícola convencional de cabina abierta, en este caso del tractor Deutz-Fahr Agrolux F80,

de manera que sea apto para que los use una persona minusválida.

El sistema de adaptación consta de un conjunto de barras y elevador, que harán posible la elevación

de la persona desde el nivel de una silla de ruedas a ras de suelo hasta el asiento del conductor del

tractor. Así como también de la modificación de los pedales de embrague, frenos y acelerador para

que sean totalmente accesibles y fáciles de utilizar por parte de la persona con discapacidad. Se

realizará un modelo en 3D del sistema mediante el software Solidworks y posteriores validaciones del

conjunto, así como un análisis económico, ambiental y planos del conjunto.

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Resum

Aquest projecte tracta sobre les modificacions i mecanismes necessaris que s’han d’implementar en

un tractor agrícola convencional de cabina oberta, en aquest cas del tractor Deutz-Fahr Agrolux F80,

de manera que sigui apte per a que en faci ús una persona minusvàlida.

El sistema d’adaptació constarà d’un conjunt de barres i elevador, que faran possible l’elevació de la

persona des del nivell d’una cadira arran de terra fins al seient del conductor del tractor. Així com

també de la modificació dels pedals d’embragatge, frens i accelerador per tal que siguin totalment

accessibles i fàcils d’utilitzar per part de la persona amb discapacitat. Es realitzarà un modelat en 3D

del sistema mitjançant el software Solidworks i posteriors validacions del conjunt, així com un anàlisis

econòmic, ambiental i plànols del conjunt.


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Abstract

This project deals with the necessary modifications and mechanisms to be implemented in a

conventional open cab agricultural tractor, in this case the Deutz-Fahr Agrolux F80 tractor, that it is

suitable for being used by a disabled person.

The adaptation system will consist of a set of bars and elevator, which will make possible to lift a

person from the level of a chair at ground level to the seat of the tractor driver. As well as the

modification of the clutch pedal, brakes and accelerator so they are fully accessible and easy to use

by the disabled person. A 3D modeling of the system will be carried out using the solidworks software

and subsequent validation of the set, as well as an economic, environmental and plan analysis of the

set.

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Agradecimientos

Este proyecto ha sido posible gracias a la posibilidad que se me ha planteado de poder adaptar un

tractor agrícola real, para una situación real que se podría presentar en una consultaría de ingeniería.

Por este motivo quiero agradecer la disponibilidad y paciencia de mi tío Jaume para poder trabajar en

su tractor Deutz y todos sus buenos consejos, por lo que al manejo del tractor se refieren, que me

han guiado para el desarrollo del proyecto.

Agradecer también la ayuda y consejos de mi tutor de TFG, el profesor Jesús María Petreñas, el cual

me ha guiado y animado para desarrollar día a día el proyecto.

Finalmente agradecer los buenos consejos e indicaciones de mis compañeros de trabajo en la

cementera, los cuales me han proporcionado muy buenas indicaciones de buena praxis en el diseño

de máquinas, las cuales se han visto reflejadas en las decisiones tomadas a lo largo del proyecto.

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Índice

RESUMEN ___________________________________________________________ I

RESUM _____________________________________________________________ II

ABSTRACT __________________________________________________________ III

AGRADECIMIENTOS __________________________________________________ V

1. PREFACIO ______________________________________________________ 1

1.1. Origen del trabajo .................................................................................................... 1

1.2. Motivación ............................................................................................................... 1

1.3. Requerimientos previos ........................................................................................... 1

2. INTRODUCCIÓN _________________________________________________ 3

2.1. Objetivos del trabajo ................................................................................................ 3

2.2. Alcance del trabajo .................................................................................................. 3

2.3. Términos y definiciones ........................................................................................... 3

3. ESTUDIO DE MERCADO ___________________________________________ 7

3.1. Descripción y DAFO .................................................................................................. 7

3.2. Adaptaciones existentes .......................................................................................... 9

3.2.1. Life Essentials .......................................................................................................... 9

3.2.2. Retroexcavadora adaptada CASE ......................................................................... 14

3.2.3. Traktor Rollstuhl Hebelift Transfer ....................................................................... 16

3.3. Otros proyectos de adaptaciones .......................................................................... 19

3.3.1. MASSEY FERGURSON BEHINDERTENGERECHTER ............................................... 19

3.3.2. GAUGL LANDMASCHINEN .................................................................................... 20

4. NORMATIVA DE APLICACIÓN _____________________________________ 23

5. ESTUDIO DE ALTERNATIVAS ______________________________________ 25

5.1. Planteamiento inicial alternativas ......................................................................... 25

5.2. Opción A ................................................................................................................. 27

5.3. Opción B ................................................................................................................. 28

5.4. Opción C ................................................................................................................. 29

5.5. Discusión alternativa seleccionada ........................................................................ 30

5.5.1. Accidente opción B ............................................................................................... 31

5.5.2. Accidente opción C ............................................................................................... 32

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5.5.3. Alternativa seleccionada ....................................................................................... 32

6. DISEÑO ELEVACIÓN _____________________________________________ 35

6.1. Introducción ........................................................................................................... 35

6.2. Componentes......................................................................................................... 35

6.2.1. Asiento HIAB ......................................................................................................... 35

6.2.2. Base asiento .......................................................................................................... 36

6.2.3. Pletina barra asiento ............................................................................................. 36

6.2.4. Rodillos de apoyo .................................................................................................. 37

6.2.5. Barra L ................................................................................................................... 39

6.2.6. Actuador lineal telescópico ................................................................................... 40

6.2.7. Elevador de husillo ................................................................................................ 40

6.2.8. Motor eléctrico elevación ..................................................................................... 41

6.2.9. Actuador lineal giro unidad soporte corporal ...................................................... 42

6.2.10. Unión soporte ROPS-módulo Thomson ............................................................... 43

6.2.11. Conjunto baterías .................................................................................................. 44

6.3. Consideraciones seguridad .................................................................................... 44

6.3.1. Freno de mano ...................................................................................................... 44

6.3.2. Antivuelco ............................................................................................................. 45

6.3.3. Recorrido elevación .............................................................................................. 45

6.3.4. Interruptor piernas ............................................................................................... 45

6.3.5. Llamada de emergencia ........................................................................................ 45

7. ADAPTACIÓN MANDOS __________________________________________ 47

7.1. Introducción ........................................................................................................... 47

7.2. Adaptación pedal embrague ................................................................................. 47

7.3. Adaptación pedal freno derecho e izquierdo y acelerador .................................. 48

ANÁLISIS DEL IMPACTO AMBIENTAL ____________________________________ 51

CONCLUSIONES _____________________________________________________ 53

PRESUPUESTO Y/O ANÁLISIS ECONÓMICO _______________________________ 55

Costes de ingeniería ........................................................................................................ 55

Costes de materiales y piezas .......................................................................................... 56

Costes del elevador ......................................................................................................... 56

Costes de los mandos ...................................................................................................... 58

Costes de taller ................................................................................................................ 58

Costes de licencias software ........................................................................................... 59


ix

Valoración final ................................................................................................................ 60

BIBLIOGRAFÍA ______________________________________________________ 61

ANEXO A INFORMACIÓN RELEVANTE NORMAS ___________________________ 64

A1. Medidas antropomórficas ........................................................................................ 64

ANEXO B CÁLCULOS _________________________________________________ 67

A1. Base asiento ............................................................................................................... 67

A1. Pletina barra silla .................................................................................................... 69

A2. Rodillos de apoyo ................................................................................................... 72

A3.1. Rodamientos SKF ...................................................................................................... 72

A3.2. Eje rodillo de apoyo .................................................................................................. 72

A3.3. Estructura rodillo de apoyo ...................................................................................... 74

A3. Barra L .................................................................................................................... 76

A4.1. Tornillo barra L .......................................................................................................... 78

A4. Unión barra L tornillo de potencia ......................................................................... 82

A5. Actuador lineal telescópico .................................................................................... 83

A6. Actuador lineal giro ................................................................................................ 84

A7. Elevador Thomson ................................................................................................. 87

A8. Motor eléctrico elevador ....................................................................................... 89

ANEXO C ESQUEMA ELÉCTRICO ________________________________________ 92

ANEXO D PLANOS ___________________________________________________ 94

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1

1. Prefacio

1.1. Origen del trabajo

El origen del trabajo se remonta a una situación familiar, en la cual mi abuelo por parte materna

quería subir al tractor para realizar sus labores de trabajo en el campo, pero debido a una operación

reciente de rodillas le era imposible subirse al tractor. Debido a esta situación tan desafortunada, se

nos planteó un reto, el de hacer posible que una persona minusválida o con algún tipo de reducción

de movilidad pudiera hacer un uso normal del tractor.

1.2. Motivación

La motivación del trabajo viene dada por el reto que supone adaptar un tractor real para una

situación real, adaptación que sin duda mejorará la calidad de vida del usuario, tanto a nivel físico,

como a nivel psicológico.

1.3. Requerimientos previos

Antes de la realización del proyecto, es altamente recomendable que el proyectista tenga algunos

conocimientos básicos sobre el tipo de vehículos que son los tractores agrícolas, además que conozca

o haya tenido alguna experiencia previa en trabajos relacionados con la agricultura y/o ganadería,

para así tener un cierto criterio a la hora de tomar decisiones que pueden afectar a la ergonomía.

Pág. 2 Memoria

2


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2. Introducción

Como se ha mencionado en los apartados anteriores, se trata de la adaptación agrícola para una

persona minusválida. Se procederá mediante el diseño de un elevador des del nivel del asiento de la

silla de ruedas hasta el nivel del asiento del conductor del tractor, una vez a la misma altura, el

usuario podrá posicionar el asiento del elevador junto al asiento del tractor para facilitarse la

transferencia.

La adaptación de los mandos también se efectuará de tal manera que sean controlables con las

manos del conductor. Se adaptarán el pedal del embrague, el acelerador y los 2 pedales del freno

(pedal freno izquierdo y pedal freno derecho).

2.1. Objetivos del trabajo

El objetivo de este trabajo es la adaptación de un tractor agrícola de cabina abierta convencional,

para hacerlo accesible para su uso y manejo por una persona minusválida o con algún tipo de

movilidad reducida, más concretamente para una persona con una discapacidad física que le impida

usar el tronco inferior de su cuerpo. De esta manera usuario podrá hacer uso del tractor únicamente

con la acción del tronco superior y de manera totalmente autónoma sin la ayuda de ningún asistente.

2.2. Alcance del trabajo

El alcance del proyecto es el diseño, cálculo y dimensionamiento del elevador y todos los

mecanismos que vayan asociados a este, así como el diseño la adaptación de los pedales de

embrague, frenos y acelerador.

Queda fuera de alcance del proyecto, el estudio de la resistencia aerodinámica del conjunto, la

validación del proyecto por parte de los servicios de Applus, el manual de mantenimiento del

sistema, así como el estudio de su fabricación y montaje real en el tractor.

2.3. Términos y definiciones

1. Plataforma elevadora:

Dispositivo de elevación adecuado para su instalación en un vehículo sobre ruedas, usado

para embarcar o desembarcar pasajeros de dicho vehículo. Dichos pasajeros pueden tener

movilidad reducida, incluyendo usuarios en silla de ruedas.

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2. Operador:

Persona que manipula el producto de apoyo.

Persona o persona encargas de instalar, poner en marcha, regular, mantener, limpiar,

reparar o transportar una máquina.

3. Asistente:

Persona que ayuda a una persona con discapacidad en el uso de un producto de apoyo.

4. Discapacidad:

Término genérico que incluye deficiencias, limitaciones en actividad y restricciones en la

participación, e indica los aspectos negativos de la interacción entre un individuo (con una

condición de salud) y sus factores contextuales (factores ambientales y personales).

5. Persona con discapacidad:

Persona con una o más deficiencias, una o más limitaciones de actividad y una o más

restricciones en la participación o la combinación de ellas.

6. Usuario:

Persona con discapacidad para la que está destinado el producto de apoyo.

7. Uso previsto:

Uso de un producto, proceso o servicio de acuerdo a las especificaciones, instrucciones e

información indicadas por el fabricante.

8. Persona cualificada:

Persona que ha recibido la formación adecuada para realizar un trabajo en concreto.

9. Unidad de soporte corporal:

Parte de la grúa que soporta a la persona elevada, movida o trasladada junto con lo

estructura de sujeción.

10. Carga máxima autorizada:

Carga máxima permitida, sin incluir la unidad de soporte corporal, que puede aplicarse a la

máquina.

11. Uso normal:

Funcionamiento, que incluye la inspección de rutina y los ajustes realizados por un operador,

y stand-by (estado de espera) de acuerdo con las instrucciones de uso.

Nota: Uso normal no debe confundirse con usa previsto. Aunque ambos incluyen el concepto de uso previsto

por el fabricante, uso previsto se centra en el uso médico, mientras que uso normal incorpora no sólo

aspectos médicos, sino también de mantenimiento, servicio, transporte, etc.

12. Condición desfavorable:

Condición en la que el fallo es más probable que ocurra.

13. Final de carrera:

Dispositivo que detiene cualquier movimiento en una posición final predeterminada.


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14. Estructura de protección frente al vuelco, ROPS:

Estructura que minimiza la probabilidad de que el conductor resulte lesionado en un vuelco

lateral accidental.

Nota: Los ROPS se caracterizan por la provisión de espacio para el volumen límite de deformación, ya sea

dentro de la envolvente de la estructura, o dentro del espacio delimitado por una serie de líneas rectas

desde los extremos exteriores de la estructura a cualquier parte de la máquina que pudiera entrar en

contacto con el terreno llano y que sea capaz de sostener la máquina en esa posición si la máquina

vuelca.

15. Vuelo lateral:

Pérdida de estabilidad de la máquina consistente en la rotación en el sentido horario u anti-

horario, de más de 90 grados en torno a cualquiera de los dos ejes longitudinales de los

laterales de la máquina.

16. Vuelo frontal:

Pérdida de estabilidad de la máquina consistente en la rotación en el sentido horario u anti-

horario, de no más de 90 grados en torno a cualquiera de los dos ejes longitudinales de los

laterales de la máquina.

17. Zona de peligro:

Cualquier zona sobre, bajo, o en el camino de la plataforma o de cualquier parte de su

mecanismo, en la que una persona corra riesgo de sufrir un accidente.

18. CIR:

Centro instantáneo de rotación.

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3. ESTUDIO DE MERCADO

3.1. Descripción y DAFO

Como se ha mencionado en los apartados anteriores, se trata de la adaptación agrícola para una

persona minusválida. Se procederá mediante el diseño de un elevador des del nivel del asiento de la

silla de ruedas hasta el nivel del asiento del conductor del tractor, una vez a la misma altura, el

usuario podrá posicionar el asiento del elevador junto al asiento del tractor para facilitarse la

transferencia.

La adaptación de los mandos también se efectuará de tal manera que sean controlables con las

manos del conductor. Se adaptarán el pedal del embrague, el acelerador y los 2 pedales del freno

(pedal freno izquierdo y pedal freno derecho).

El proyecto está destinado a adaptar un modelo de tractor en particular para un cliente en concreto,

el Agrolux F80 de la empresa Deutz-Fahr, así que todas las medidas de las piezas serán exclusivas

para este modelo. Si se quisiera adaptar otro modelo de tractor con características similares al tractor

de estudio, sólo haría falta acondicionar las medidas de las piezas al nuevo modelo y recalcular las

nuevas dimensiones para evitar la falla.

Cabe destacar que la adaptación del tractor se podría llevar a cabo para otros usuarios que sufriesen

algún tipo de pérdida de movilidad en el tronco inferior, sin necesidad de ser una discapacidad física

que implique que el usuario deba utilizar una silla de ruedas. Se podría aplicar, por ejemplo, a una

persona que haya pasado por una operación y no pueda acceder al tractor con facilidad; también se

podría aplicar para una persona mayor que tuviese dificultades para acceder al tractor, de esta

manera podría seguir trabajando en el campo sin ninguna restricción en las labores profesionales.

El análisis DAFO es una herramienta de estudio de la situación de una empresa o proyecto. Analiza

sus características internas (debilidades y fortalezas) y su situación externa (amenazas y

oportunidades) en un gráfico o matriz cuadrada.

El análisis interno consiste en detectar las fortalezas y debilidades de la empresa que originen

ventajas e inconvenientes. Para llevarlo a cabo se estudian factores como la producción, el

marketing, organización, personal, etc.

El análisis exterior trata de identificar y analizar las amenazas y oportunidades del mercado. Donde se

tienen en cuenta factores como el mercado, sector, competencia, entorno, etc.

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A continuación se muestra el análisis DAFO del proyecto:

DEBILIDADES AMENAZAS

- Poca experiencia profesional del proyectista.

- Sin antecedentes de proyectos similares.

- Empresas extranjeras con más experiencia.

- Sector primario español debilitado.

- Nicho de mercado específico.

FORTALEZAS OPORTUNIDADES

- Diseñador con experiencia en el manejo de

maquinaria agrícola.

- Diseño compacto frente a la competencia.

- Empresa nacional.

- Cambio en la vida profesional del cliente.

Tabla 1: Análisis DAFO

Fuente: Propia

Debilidades:

- Poca experiencia profesional del proyectista: a raíz de la poca experiencia profesional del

técnico a cargo del proyecto, algunas personas desconfiarían de la solución final y podrían

incluso rechazar el proyecto.

- Sin antecedentes de proyectos similares: debido a que se trata de la adaptación de un

modelo en concreto y al tratarse de una solución relativamente innovadora, la empresa a

cargo no tiene antecedentes.

Fortalezas:

- Diseñador con experiencia en el manejo de maquinaria agrícola: el proyectista puede

percatarse y anticiparse a detalles importantes en la adaptación del elevador y de los

mandos para facilitar el uso de la máquina al usuario.

- Diseño compacto frente a la competencia: al tener experiencia en trabajos agrícolas, se tiene

en especial consideración equipar una máquina compacta con el fin de interferir al mínimo

en el campo de visión del conductor y facilitarle las labores profesionales.

Amenazas:

- Empresas extranjeras con más experiencia: al ser el primer proyecto de adaptación de un

tractor, algunos clientes podrían recurrir a otras empresas extranjeras para la realización del

proyecto.


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- Sector primario español debilitado: debido a la pérdida de peso del sector primario en

España, nos encontramos con unos profesionales envejecidos o con otras actividades

profesionales, por este motivo existen muy pocas personas que requieran de una adaptación

en el tractor.

- Nicho de mercado específico: tal como se ha comentado anteriormente, el sector primario

español tiende a la baja, por lo tanto, el número de personas que necesiten una adaptación

en el tractor y estén dispuestas a asumir el coste del proyecto son cada vez menos.

Oportunidades:

- Empresa nacional: aquellas personas que sí estén dispuestas en realizar una adaptación en el

tractor, no deberán acudir a empresas extranjeras, sino a una nacional. Haciendo posible un

trato más cercano con el cliente.

- Cambio en la vida profesional del cliente: al hacer una adaptación de este tipo, supone la

diferencia entre poder realizar la actividad profesional con total normalidad o no, por lo que

puede influir muy positivamente des de un punto de vista psicológico.

3.2. Adaptaciones existentes

Existen diversas empresas dedicadas a la adaptación de vehículos para personas con discapacidad en

el territorio español, pero ninguna de ellas ha llevado a cabo la adaptación de un tractor agrícola.

Para ello si se desea llevar a cabo este proyecto en alguna empresa con experiencia en este tipo de

adaptaciones, se debe acudir a empresas ubicadas en Alemania (p.e. GRAF Fahrzeugtechnik GmbH) o

en Estados Unidos (p.e. Life Essentials) entre otras.

Destacar que al ser adaptaciones extremadamente particulares y hechas básicamente a medida,

aquellas empresas que las han realizado muestran sus resultados con la intención de publicitarse.

Con un alto grado de confidencialidad en los detalles y especificaciones de los productos,

complicando las tareas de investigación y documentación de los proyectos ya existentes.

En los siguientes apartados se muestran empresas que han adaptado tanto maquinaria agrícola,

como de construcción para ser utilizada para una persona con discapacidad.

3.2.1. Life Essentials

La empresa Life Essentials se dedica a la adaptación de vehículo, especialmente vehículos agrícolas, y

a diseñar sistemas de accesibilidad doméstica para personas con discapacidad.

Life Essential fue fundada por Hubert Von Holten en 1986; en Indian, Estados Unidos; quién tras sufrir

un grave accidente se quedó en silla de ruedas. Queriendo encontrar formas de contribuir en la

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granja familiar, comenzó a experimentar con la idea de adaptar en equipo agrícola a sus limitaciones

físicas. Comenzó equipando un elevador en su coche personal y después empezó a modificar el

equipamiento agrícola de su granja, hasta fundar Life Essentials en 1986. Una compañía que

desarrolla y fabrica diseños personalizados para agricultores discapacitados que buscan volver a

manejar sus tractores y equipamiento agrícola.

Uno de sus primeros clientes, un agricultor con discapacidad en Vermont, fue la inspiración para sus

primeras creaciones, el Pilot Lift. Von Holten, junto con un profesor del departamento de Ingeniería

Agrícola y Biológica de la Universidad de Purdue (Purdue University, Agricultural and Biological

Engineering Department) diseñaron el Pilot Lift para ayudar al agricultor a acceder a su tractor. Von

Holten utilizó esa experiencia para continuar trabajando en sus diseños para dar independencia en su

día a día a todos los granjeros y agricultores con movilidad reducida.

Siguiendo con la idea de dar la máxima independencia posible a los agricultores, Von Holten

desarrolló una línea de elevadores y sillas de ruedas motorizadas con el fin de ser duraderas y

resistentes. Así que desde sus inicios en 1986. A día de hoy ha diseñado y manufacturado desde

plataformas elevadoras para camiones y tractores, hasta vehículos recreativos totalmente adaptados.

A continuación se muestran algunos de los ejemplos más interesantes del catálogo de Life Essentials:

3.2.1.1. Action Track Chair

Figura 1: Action Track Chair

Fuente: www.lifeessentialslift.com

La silla Action Track se trata de una silla de ruedas equipada con una transmisión de oruga en vez de

ruedas de cámara de aire convenciones. De esta manera se trata de una silla todo terreno capaz de

http://www.lifeessentialslift.com/


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llevar al usuario por caminos irregulares sin dificultad, lo que es muy conveniente en granjas y

campos convencionales. Su precio de mercado empieza en $11.300.

3.2.1.2. Flatbed Pilot Lift

Figura 2: Life Essentials Flated Pilot Lift

Fuente: www.lifeessentialslifts.com

Se trata de un elevador de considerables dimensiones que se equipa en la parte trasera de una

camioneta pick-up o camión. Está destinada a elevar a la persona desde el nivel del suelo hasta su

puesto de trabajo en equipamientos industriales de grandes dimensiones, normalmente en grandes

tractores como la Serie 8R/RT/RX (altura desde el terreno hasta el asiento de 3 metros o más) o

cosechadoras. Las cosechadoras son aún más inaccesibles que nos tractores en cuanto a acceso se

refieren, ya que aparte de ser máquinas muy altas y anchas, la cabina del conductor se encuentra en

voladizo respecto a los ejes motrices. Por ese motivo el Flatbed Pilot Lift es una buena solución, ya

que traslada a la persona directamente a la cabina con total maniobrabilidad sea cuales sean las

características de la máquina que se vaya a utilizar. Algunos inconvenientes de esta solución son que

se requiere de un vehículo con ciertas características técnicas para ser instalado, ocupa un volumen

considerable mientras se maneja, homologaciones para poder circular en vías públicas, etc.

Su precio según el fabricante empieza a partir de $36.750.

http://www.lifeessentialslifts.com/

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Figura 3: Flatbed Pilot Lift en funcionamiento

Fuente: www.agrability.org

3.2.1.3. AG Pilot

El elevador AG Pilot se trata de la solución de adaptación más popular de Life Essentials, siendo

utilizado por asociaciones agrícola formadas por personas discapacitadas como Agrability al equipar

sus tractores o maquinaria en general.

Figura 4: AG Pilot en funcionamiento

Fuente: www.lifeessentialslifts.com

El elevador está montado en el lateral izquierdo del vehículo, equipa dos brazos giratorios y en uno

de ellos está montada una silla para el usuario. Todo el movimiento que es capaz de hacer el

http://www.agrability.org/

http://www.lifeessentialslifts.com/


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elevador; tanto vertical, como horizontal; se produce gracias a la acción de tres motores eléctricos de

corriente continua conectados a la batería del vehículo. Los tres motores entran en funcionamiento

gracias a un mando wireless (control remoto sin cables) que tiene el usuario. Con esta tecnología

wireless el usuario puede controlar todos los movimientos de la grúa y posicionarse el asiento en la

mejor posición para facilitarse el trabajo, tanto si el usuario se encuentra en la silla de ruedas, tractor

o vehículo particular.

El movimiento vertical del elevador se produce gracias al sistema piñón-cadena que mueve ambos

brazos giratorios. El movimiento del motor eléctrico al piñón giratorio se transmite gracias a una

transmisión angular tornillo sin fin, de esa manera se consigue un sistema autoblocante y no es

necesario incluir ningún freno extra. Además, el asiento del usuario puede rotar sobre el brazo del

cual está montado, así que el usuario dispone de gran maniobrabilidad para acomodarse al puesto de

trabajo en el tractor.

El fabricante informa también de que el sistema de elevación cuenta con un sistema de frenado de

paracaídas, por lo que si la cadena fallase o hubiera cualquier rotura inesperada el usuario no

resultaría herido.

De acuerdo con el fabricante Life Essentials, el precio para equipar esta máquina en el tractor es de

mínimo de $12.250.

Figura 5: Vista completa del AG Pilot

Fuente: www.michiganagrability.org

http://www.michiganagrability.org/

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A continuación se muestran las ventajas y desventajas de utilizar este sistema para la adaptación de

un tractor agrícola:

Ventajas Inconvenientes

- Facilidad para montarse en una gran cantidad - Máquina voluminosa.

de máquinas. - Precio elevado.

- Buen rango de movimientos (adaptarse a cada - Manejo complejo debido a la rotación

máquina agrícola). independiente de los brazos.

- Simplicidad mecánica.

- Sistema autoblocante.

Según el fabricante, el elevador se puede adaptar a diferentes máquinas de diferentes tamaños, ya

sean alargando la longitud de los brazos o recortando el recorrido vertical. Así que el AG Pilot puede

instalarse en máquinas cortacésped de jardín o pequeñas excavadoras para trabajos más modestos

en el campo.

3.2.2. Retroexcavadora adaptada CASE

El siguiente proyecto de adaptación viene de la mano de CASE Construction; una empresa

norteamerica fundada en 1842 en Wisconsin, USA; dedicada al diseño y fabricación de maquinaria

destinada a la construcción.

La empresa CASE Construction presentó en Bauma 2019 una de sus retroexcavadoras totalmente

adaptada a una persona con movilidad reducida. Bauma 2019 es una gran feria internacional de

maquinaria de construcción, obra pública y minería, donde los principales proveedores de equipos y

servicios presentan sus últimas innovaciones.

Se trata de un proyecto en fase de prototipo con la misión de adaptar las máquinas CASE a todo de

usuarios, incluso a aquellas personas con movilidad reducida.

El usuario debe posicionarse al lado de la puerta de la cabina, la cual cuenta con un par de palancas

joystick de fácil manejo que controlan el asiento externo. Dichos joysticks controlan tanto la

elevación como el giro del asiento, para así asegurar que el usuario se coloca al lado del asiento del

operador de la retroexcavadora en la posición más cómoda. Seguidamente el usuario sólo tiene que

acomodarse a su posición de trabajo. Una vez dentro de la cabina del conductor, el asiento que sirve

para acceder a la cabina regresa a su posición inicial y el operador puede empezar a trabajar.


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Más detalladamente se trata de un elevador telescópico conectado en 2 puntos a la retroexcavadora,

uno en el lateral izquierdo de la cabina y el otro en la parte superior de la misma. El sistema funciona

mediante dos actuadores lineales eléctricos, que proporcionan el rango de movimientos giratorios al

asiento externo para adecuarse en una buena posición para facilitarle la transferencia al usuario. El

ascenso o descenso del asiento se produce también por accionamiento eléctrico, sin necesidad de

usar ningún componente hidráulico.

Figura 6: Elevador CASE

Fuente: www.ivtinternational.com

El fabricante asegura que adaptando la cabina con la incorporación de controles manuales en los

pedales se podría mejorar aún más la máquina. De este modo, los operadores que no pudiesen

utilizar el tronco superior también pudiesen controlar completamente la máquina.

Figura 7: Elevador CASE en funcionamiento

Fuente: www.casece.com

http://www.ivtinternational.com/

http://www.casece.com/

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Aunque está máquina esté restringida a equiparse en maquinaria CASE, aparentemente es una

buena solución de adaptación a tractores agrícolas de cabina cerrada. No se podría incorporar dicha

solución en tractores de cabina abierta debido a la falta de puntos de apoyo en el techo. En el Anexo

CCC se especifica la diferencia en los tipos de cabina en tractores.




- Diseño compacto del sistema. - Diseño exclusivo de CASE

- Facilidad de manejo en los controles. - Modificación de las dimensiones las

- Controles sin tecnología wireless. partes para poder incorporarlo en

- Utilización de un sistema 100% eléctrico, sin otras máquinas.

partes hidráulicas.

- Posibilidad de incorporarse en otras máquinas,

tales como otras excavadoras o tractores

agrícolas.

3.2.3. Traktor Rollstuhl Hebelift Transfer

El siguiente proyecto viene de la mano de GRAF Fahrzeugtechnik GmbH, una empresa alemana

fundada en 1994 por Heinrich Graf y Frank Lipp.

A día de hoy, GRAF Fahrzeugtechnik GmbH se dedica a la adaptación de vehículos para personas con

discapacidad, que abarcan des de elevadores especiales hasta la conversión total de los mandos.

El proyecto de GRAF Fahrzeugtechnik consiste en un elevador eléctrico conectado al tractor en 2

puntos, uno en el lateral izquierdo de la cabina y el otro en la parte superior. En este elevador está

montado una pequeña plataforma que tiene la función de asiento, además del dispositivo de control

de la elevación del asiento.


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Figura 8: Traktor Rollstuhl Hebelift Transfer

Fuente: www.graf-fahrzeugtechnik.de

El sistema de funcionamiento es muy similar al del elevador de la retroexcavadora CASE, el usuario

debe posicionarse al lado de la puerta de la cabina, subirse al asiento y accionar el elevador para

ascender. Sin embargo en este caso, el movimiento horizontal no se produce por la acción de

actuadores eléctricos lineales, sino por la acción muscular del usuario. Entonces para desplazarse

horizontalmente, el usuario debe agarrarse de cualquier parte del tractor a su alcance y tirar con

fuerza para conseguir el movimiento. Destacar que el asiento sólo dispone de un CIR (situado en el

acople con la estructura de elevación), a diferencia del elevador de CASE dónde el asiento disponía de

2 CIRs, proporcionando una mayor capacidad de adaptación y comodidad al usuario durante la

transferencia.

Una vez acomodado en la posición deseada ya puede transferirse al asiento del conductor del tractor.

http://www.graf-fahrzeugtechnik.de/

Memoria

18

Figura 9: Exposición del funcionamiento del Traktor Rollstuhl Hebelift Transfer

Fuente: www.biermann-medizin.de

Cabe destacar que en este tipo de elevador proporcionado por GRAF Fahrzeugtechnik GmbH, el

asiento del elevador puede plegarse de manera que quede recogido junto al enganche del elevador

ocupando menos espacio.

Figura 10: Asiento del Traktor Rollstuhl Hebelift Transfer

Fuente: Captura video https://www.youtube.com/watch?v=8Mfm4BdPkWw

Dada esta característica de diseño, el rango de movimiento del asiento del elevador se encuentra

muy limitado, ya que el usuario no puede posicionarse para realizar la transferencia con comodidad.

Por este motivo esta solución se aplica a tractores de cabina cerrada con gran espacio en el interior,

donde se dispone de 2 asientos, uno para el conductor y otro para el pasajero. De esta manera el

usuario se eleva des del suelo hasta el asiento del pasajero y luego se transfiere al asiento del

conductor. Lamentablemente sólo algunos tractores agrícola de grandes dimensiones cuentan con

tales características en la cabina, así que este proyecto se convierte en una solución particular para

unos pocos modelos en concreto.



http://www.biermann-medizin.de/

https://www.youtube.com/watch?v=8Mfm4BdPkWw


19


- Diseño compacto. - Escaso rango de movimientos.

- Funcionamiento eléctrico. - Solución particular.

- Asiento plegable. - Se debe equipar en tractores de 2 plazas.

- Sistema autoblocante. - Asiento de baja comodidad y poca seguridad por

lo que a la estabilidad de la persona con

discapacidad se refiere, ya que carece de

reposabrazos o asideros.

3.3. Otros proyectos de adaptaciones

Existen además de los ejemplos mostrados anteriormente muchas otras soluciones para adaptar un

tractor agrícola para una persona con discapacidad. Lamentablemente estas otras soluciones se

aplican a tractores de grandes dimensiones, los cuales disponen de cabinas amplias dónde el usuario

no tiene ninguna dificultad para posicionarse cómodamente y transferirse al asiento del conductor.

A continuación se mencionarán algunas de estas soluciones de adaptación, pero tal como se ha

mencionado anteriormente sólo son aplicables a tractores agrícolas de grandes dimensiones,

situación que no corresponde al tractor objetivo del proyecto, el Agrolux F80 de Deutz-Fahr modelo

2007.

3.3.1. MASSEY FERGURSON BEHINDERTENGERECHTER

Se trata de un proyecto de adaptación de la empresa ASP Mobility Solutions, empresa alemana

dedicada a la adaptación de vehículos para personas con discapacidad.

En este caso se trata de la incorporación de un elevador situado en la zona de los escalones laterales

para acceder al tractor, en esencia se trata de un salvaescaleras. Una máquina que eleva al usuario

des de la altura de la silla de ruedas hasta la altura del asiento del conductor del tractor.

Para facilitar el uso de los mandos al usuario, se instalan unas palancas en los pedales de freno y

embrague para que se puedan accionar con las manos.

Memoria

20

Figura 11: Adaptación del Massey Ferguson por parte de ASP Mobility

Fuente: www.a-s-p.de/sonderfahrzeuge

3.3.2. GAUGL LANDMASCHINEN

El siguiente proyecto es de la casa GAUL LANDMASCHINEN, una empresa familiar alemana dedicada

a la venta y reparación de maquinaria agrícola, ya sean grandes tractores, como pequeñas máquinas

para jardín.

Se trata de un elevador eléctrico de cable ubicado en el techo de la cabina del tractor, dicho elevador

equipa una bobina de cable tensor, un motor eléctrico conectado a una batería y una barra en forma

de L que tiene la función de pluma de la grúa. Para elevar al usuario, este debe colocarse un arnés en

el tronco superior e inferior y conectarlo al extremo del cable. Una vez el usuario se encuentra a la

altura de la cabina, la pluma de la grúa puede rotar para que el usuario se acomode al asiento del

pasajero del tractor y posteriormente al asiento del conductor del tractor.

http://www.a-s-p.de/sonderfahrzeuge


21

Figura 12: Elevador Gaugl Landmaschinen

Fuente: www.thewikihow.com

http://www.thewikihow.com/

Memoria

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23

4. NORMATIVA DE APLICACIÓN

En el presente capítulo se citan las normas a tener en cuenta para el diseño del producto, de manera

que sea totalmente seguro y adecuado para su uso según la normativa UNE vigente.

Grúa de elevación:

Norma Europea UNE-EN ISO 10535:2006 Grúas para el traslado de personas con

discapacidad. Requisitos y métodos de ensayo.

Norma UNE-EN 614-1:2006+A1:2009 Seguridad de las máquinas. Principios de diseño

ergonómico. Parte 1: Terminología y principios generales.

Norma UNE-EN ISO 15536-1:2008 Ergonomía. Maniquíes informatizados y plantillas

del cuerpo humano. Parte 1: Requisitos generales.

Norma UNE-EN ISO 9999:2017 Productos de apoyo para personas con discapacidad.

Clasificación y terminología.

Norma UNE-EN ISO 14971:2012 Productos sanitarios. Aplicación de la gestión de

riesgos a los productos sanitarios.

Norma UNE-EN 12182:2012 Productos de apoyo para personas con discapacidad.

Norma UNE-EN 1756-2:2005+A1 Compuertas elevadoras. Plataformas elevadoras para

montaje sobre vehículos rodantes. Requisitos seguridad. Parte 2: Plataformas elevadoras

para pasajeros.

Directiva europea 2006/42/CE relativa las máquinas y por la que se modifica la Directiva

95/16/CE

Tractores agrícolas:

Norma UNE-EN ISO 4254-1:2016 Maquinaria agrícola. Seguridad. Parte 1: Requisitos

generales.

Cabe mencionar que los tractores agrícolas no son del campo de aplicación de esta

norma en concreto, pero se tiene en cuenta en el proyecto ya que se considera de buena

praxis, como per ejemplo consejos para el manejo de la estructura ROPS, consejos

antivuelco, etc.

Norma UNE-EN ISO 16231-1:2014 Máquinas agrícolas autopropulsadas. Evaluación de

la estabilidad. Parte 1: Principios.

Norma UNE-EN ISO 16231-2:2016 Máquinas agrícolas autopropulsadas. Evaluación de

la estabilidad. Parte 2: Determinación de la estabilidad estática y procedimientos de

ensayo.

Memoria

24


25

5. Estudio de alternativas

En este apartado del proyecto se pretende presentar las diversas alternativas de diseño del elevador

del usuario y especificaciones básicas, así como plantear el debate sobre cual rinde mejor en

ergonomía, fiabilidad, seguridad para el usuario, etc. Para así seleccionar y desarrollar el diseño más

conveniente y adecuado al uso previsto.

A continuación se presentan algunos de los requerimientos básicos del elevador según norma UNE:

- Debe ser capaz de elevar a una persona de 120 kg más la unidad de soporte corporal de

acuerdo con la norma UNE-EN ISO 10535:2006.

- Todos los elementos metálicos de la máquina deben cumplir un factor de seguridad mínimo

de 4.

- La velocidad tanto ascendente como descendente del usuario será de máximo 0,15 m/s.

- La velocidad lineal será de como máximo 0,3 m/s.

- La máquina debe contar con un grado de protección mínimo de IPX4.

- La deflexión máxima de los carriles horizontales no debe ser superior a 1mm por cada

200mm de longitud del carril.

- Si el sistema es manejado únicamente por una persona con discapacidad sin la ayuda de

nadie, debe contar con un sistema de alarma o llamada automática a los servicios de

emergencia que el usuario puede accionar con facilidad de casos de que se produzca un

accidente o una situación de emergencia.

- Según la norma UNE-EN 614-1:2006+A1:2009 el elevador debe poder ser utilizado por una

persona de medidas correspondientes entre los percentiles P5 y P95 de la medidas

antropométricas de la población europea de entre 18 y 60 años de edad. Consultar ANEXO A

A1 para más información.

5.1. Planteamiento inicial alternativas

Previamente al desarrollo y discusión de las alternativas de diseño, se deben presentar las

especificaciones deseadas del producto y definir a grandes rasgos el sistema principal de elevación

elegido.

Memoria

26

A continuación se muestran algunas de las especificaciones de diseño más relevantes a la hora de

diseñar el elevador:

- Diseño compacto.

- Facilidad de manejo por parte del usuario.

- Priorización de la seguridad para el usuario.

- Fácil mantenimiento.

- Resistencia a entornos húmedos.

Para realizar el movimiento ascendente y descendente del usuario, se planteó inicialmente usar un

sistema hidráulico que fuera conectado al mismo sistema hidráulico del tractor, ya que el sistema

hidráulico permite elevar grandes cargas con elementos de tamaño reducido, es un sistema

autoblocante, etc. De esta manera se facilitaría tanto el diseño del conjunto como el manejo del

mismo por parte del usuario.

Por desgracia, según la norma UNE-EN ISO 10535:2006, si se desea utilizar un sistema hidráulico,

este debe ser totalmente independiente de otros posibles sistemas hidráulicos del vehículo, de tal

forma que se debe instalar un tanque propio y todos los sistemas de control de forma independiente.

Por este motivo se decide utilizar un sistema de tornillo de potencia de rosca ACME accionado por un

motor eléctrico CC, de manera que todo el movimiento del elevador, tanto vertical como horizontal,

se realizará mediante motores y actuadores lineales eléctrico, todos ellos conectados a un sistema de

baterías independientes del tractor.

Dicho elevador irá conectado al lado izquierdo del tractor, ya que se dispone de un espacio de

maniobra mayor debido a que la mayoría de las palancas de control se encuentran en el lado derecho

del tractor. El elevador irá montado en el soporte de la estructura ROPS, aprovechando los agujeros

de la tornillería para accesorios ya existentes en el vehículo.

Figuras 13 y 14: Ubicación del elevador en el tractor.

Fuente: Propia


27

Cabe remarcar que el motor eléctrico de dicho elevador se ubica justo al lado del tornillo de potencia,

facilitando su acceso y sustitución en caso de ser necesario, también se intenta que el conjunto no

sobresalga en exceso por debajo de la línea horizontal de los ejes de las ruedas del tractor. Ya que en

caso de circular por terrenos fangosos o sumamente irregulares, el motor no sufra ningún golpe. El

acoplamiento mediante elevador y motor se realizará mediante una correa dentada, aplicando una

cierta reducción en la relación de transmisión.

Otro punto que comparten todas las alternativas de diseño es el hecho de disponer de un interruptor

de seguridad en los pies. De manera que si la situación del usuario es inadecuada para ascender y

existiese un peligro de atrapamiento de las piernas/pies del usuario en la parte inferior del tractor, los

pies accionarían el interruptor y se cortaría la alimentación al motor.

Figura 15: Interruptor seguridad.

Fuente: Propia

Tras haber expuesto las principales características del elevador, se procede a la exposición de las 3

alternativas de diseño posibles y su posterior discusión y debate.

5.2. Opción A

La primera opción planteada consta del elevador eléctrico al que se le conectan dos brazos giratorios

accionados por un sistema tornillo sin vis-corona. Al final de uno de estos brazos se encuentra el

asiento para el usuario, el cual gira libremente para facilitar el acomodamiento al usuario.

Memoria

28

Figura 16: Representación CAD opción A.

Fuente: Propia

Ventajas:

- Amplio rango de movimientos.

- El acceso se puede hacer des de cualquier posición de la silla de ruedas.

- Se puede utilizar en gran cantidad de máquinas agrícolas.

- Sistema autoblocante en movimientos horizontales.

Inconvenientes:

- Dificultad de manejo debido a que no se actua en movimientos lineales, sino en rotaciones.

- Máquina voluminosa.

- Posible deformación sistema sin fin-corona, el cual puede deribar en ruidos y funcionamiento

incorrecto, lo que origina una desconfianza por parte del cliente.

5.3. Opción B

La segunda opción se trata de acoplar al elevador una barra en forma de L, la cual irá accionada por

un actuador eléctrico que permitirá el giro de la barra. El asiento irá ubicado en el otro extremo de la

barra, apoyado por una parte a la barra y por otra a unas escuadras, las cuales estarán, a su vez,

unidas a la barra en forma de L.


29

Figura 17: Representación CAD opción B.

Fuente: Propia

Ventajas:

- Facilidad de uso por parte del usuario, sólo dos movimientos, vertical y rotación.

- Fácil mantenimiento.

- Posición estable a la hora de realizar el ascenso/descenso.

Inconvenientes:

- Máquina voluminosa, depende de en qué posición se encuentre puede sobresalir en exceso

del tractor y engancharse en árboles, ramas, etc. Causando daños o incluso rotura, además

de una situación de peligro para el usuario.

- Poca maniobrabilidad para el usuario. Si el usuario calcula mal a simple ojo el recorrido que

debe hacer, tanto vertical como horizontal, puede chocar con el protector de la rueda y tener

que repetir la maniobra.

Además según el estudio realizado en el programa Solidworks, el usuario debe sobrepasar

ligeramente la altura del asiento para poder acceder con facilidad al asiento del tractor, lo

que exige más tiempo de maniobra, mayor altura de trabajo (lo que podría ocasionar

malestar al usuario), etc.

5.4. Opción C

La tercera alternativa es sumamente parecida a la alternativa anterior, con la diferencia de acortar la

longitud de la barra en forma de L e instalar una barra telescópica extensible accionada mediante un

Memoria

30

actuador eléctrico lineal. De manera que el usuario puede regularse él mismo tanto la rotación a

aplicar, como la distancia horizontal, acomodándose con facilidad para realizar mejor la

transferencia.

Figura 18: Representación CAD opción C.

Fuente: Propia

Ventajas:

- Diseño más compacto que la opción B, ya que permite acortar la longitud de la barra en

forma de L, de esta manera se reduce la probabilidad de quedar enganchada en una rama.

- Mayor rango de movimientos, lo que permite que el usuario se puede acomodar para

facilitar la transferencia a la silla del tractor.

Inconvenientes:

- Más elementos que la máquina anterior, por lo tanto coste más elevado.

- Mayor complejidad de control, lo que podría ocasionar cierta desconformidad por parte del

usuario al inicio.

5.5. Discusión alternativa seleccionada

Una vez expuestas las tres alternativas de diseño, es la hora de elegir la mejor en términos de

ergonomías, seguridad para el usuario, facilidad de manejo, etc.

La primera alternativa, la opción A, queda fuera de estudio, ya que es una máquina bastante

compleja de diseñar (por el sistema sin fin-corona), y además, tiene una gran similitud con una


31

máquina ya existente por parte de la casa norteamericana Life essentials, por lo que queda

descartada.

Las opciones B y C son muy parecidas en términos de funcionamiento, pero si se analiza des de un

punto de vista de seguridad, la opción C es mucho más atractiva.

El punto de seguridad decisivo en este análisis es el de una tipología de accidente muy común en el

mundo agrícola, y es el vuelo lateral del tractor. Según un estudio realizado por las Universidades de

Navarra y Zaragoza y presentado por la Fundación Mapfre, el 49% de los siniestros al volante de un

tractor son debidos al vuelco lateral del vehículo. Por lo que si se produjese un vuelco del tractor y

siempre y cuando no se llevase abatida la estructura ROPS, el riesgo de sufrir heridas producidas por

el elevador debe ser mínimo.

Paro conseguir simular el efecto de vuelco lateral, se diseña un plano en la representación CAD de

ambas alternativas. Este plano constará de 3 puntos clave:

1. Ruedas delantera izquierda.

2. Protección lateral de la rueda trasera izquierda.

3. Estructura ROPS.

De esta manera se puede simular como quedaría el tractor en caso de vuelco.

5.5.1. Accidente opción B

Figura 19: Representación CAD de vuelco en opción B.

Fuente: Propia

Memoria

32

Tal como se puede apreciar en la Figura 19, si se produjese un vuelco lateral hacia la izquierda, las

uniones de barra en forma de L con el tornillo de elevación podrían romper y el asiento podría

impactar contra el usuario, pudiendo causar heridas graves y dificultando las tareas de rescate. Para

evitar esta situación se podría, una vez el usuario se ha acomodado al asiento del tractor, extender

totalmente la barra hacia afuera. Lamentablemente esta acción sería contraproducente en términos

de practicidad de funcionamiento, ya que llevar la barra extendida aumenta el riesgo de impactar

contra una rama o cualquier obstáculo que puede provocar una rotura.

5.5.2. Accidente opción C

Figura 20: Representación CAD del vuelco en opción C.

Fuente: Propia

Tal como se observa en la Figura 20, si se produce un vuelco lateral del tractor hacia la izquierda y

solamente en la situación de que la barra extensible se encuentre plegada, no se produciría un

impacto de la silla con el usuario, reduciendo al mínimo la probabilidad de sufrir heridas graves en

una situación de vuelco.

5.5.3. Alternativa seleccionada

Tras plantear las posibles alternativas y discutir sobre cuál de ellas es la mejor opción, se decide

proseguir con la OPCIÓN C, ya que en temas de seguridad en caso de accidente es la mejor

alternativa de entre las tres. Cabe destacar que en las tres opciones a discutir existe un desafío

espacio para la silla y el usuario en el reducido tamaño que existe entre la protección de la rueda

trasera y el salpicadero del tractor. Por este motivo se debe diseñar con sumo rigor, ajustándose a las

medidas de la población estándar según norma y procurando en todo momento la máxima


33

satisfacción y comodidad del usuario, así como su seguridad. Por este motivo, el sistema se diseñará

de manera que por ejemplo, no se pueda accionar el elevador sin haber puesto previamente el freno

de mano del tractor, o que el tractor no se ponga en marcha sin haber desplazado la barra de la silla

para que no quede extendida y no pueda causar lesiones graves al usuario en caso de accidente con

el tractor.

Además, se contempla la posibilidad de impartir un pequeño curso sobre seguridad al usuario, para

así concienciarle de los peligros de manejar este tipo de máquinas y para que se manipule con las

mejores garantías de seguridad.

Memoria

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35

6. Diseño elevación

6.1. Introducción

Tal como se ha planteado en los apartados anteriores, el diseño del elevador será mediante un

dispositivo de elevación de tornillo de potencia accionado por un motor eléctrico de corriente

continua, un conjunto de dos barras y el sistema de retención del ocupante. Todo ello enfocado a la

máxima seguridad y ergonomía posible para el usuario, ya que se debe tener en cuenta que se trata

de un tractor agrícola, el cual no está diseñado previamente para este tipo de adaptaciones.

6.2. Componentes

Los componentes de la máquina serán en su mayoría directamente adquiridos del fabricante, los

componentes que se deban fabricar a medida serán de materiales resistentes a la corrosión y en la

medida de lo posible al desgaste, teniendo en cuenta su proceso de fabricación y el coste asociado.

Por este motivo, los componentes que se deban fabricar se realizarán de acero inoxidable AISI 316 y

acero estructural S355 JR para los perfiles de las barras, ya que ambos materiales están muy

extendidos en el mercado y presentan propiedades adecuadas a la máquina a construir.

6.2.1. Asiento HIAB

El asiento del usuario viene de la casa HIAB, una empresa ampliamente conocida en el mundo de las

máquinas de construcción dedicada al abastecimiento de recambios destinados al uso del usuario, ya

sean asientos, volantes, palancas, luces, etc.

A continuación se muestra una imagen del asiento, se trata del modelo US SEAT 5010FH:

Figura 21: Asiento HIAB US SEAT 5010FH

Fuente: https://webshop.hiab.com

https://webshop.hiab.com/

Memoria

36

Tal como se puede observar en la Figura 21 el asiento cuenta con cinturón de seguridad homologado

y dos reposa codos, partes que ayudarán al usuario a acomodarse durante la transferencia. Además

dichos reposa codos son fácilmente extraíbles, para si se diera el caso de que no son de utilidad

durante la transferencia.

6.2.2. Base asiento

Se trata de una pieza de chapa de acero inoxidable AISI 316 de 3mm de espesor la cual se ha

conformado posteriormente en frío para darle su forma característica. Esta pieza tiene esta forma

debido a que es necesario elevar el asiento para evitar que colisione con los demás componentes y

altere el buen funcionamiento de la máquina.

Esta pieza tiene la función de unir el asiento a la pletina y evitar el choque con otras piezas de

importancia.

A continuación se muestra una imagen de la pieza:

Figura 22: Base asiento

Fuente: Propia

6.2.3. Pletina barra asiento

Esta pieza se trata de una pletina de 25X50 de 520mm de longitud hecha de acero estructura S355JR

de gran resistencia con un acabado galvanizado que la protegerá de los elementos y humedad.

Esta pieza se introduce en el interior de otro barra para que así en caso de vuelco del tractor,

disminuya la probabilidad de que el usuario resulte herido de gravedad. Además, cuenta con


37

numerosos taladros para la instalación de todos los accesorios, tales como soportes de actuadores

lineales, finales de carrera, rodillos de apoyo, el asiento, etc.


Figura 23: Pletina barra asiento

Fuente: Propia

6.2.4. Rodillos de apoyo

Se trata de una pareja de rodillos que tienen la función de facilitar el deslizamiento de la pletina de

25x50 por varios motivos:

1. Reducir el rozamiento de las dos barras y de esta manera alargar la vida útil de las dos piezas.

2. Al reducir el rozamiento se puede equipar un actuador lineal de potencia inferior, lo que

colaborará en reducir la energía consumida y alargar la batería.

3. Se produce menos ruido durante el funcionamiento, lo que mejora la experiencia del usuario

al hacer uso de ella.

Estos rodillos de apoyo de componen de 2 rodamientos de agujas SKF NK 14/16, montados a presión

en un eje de acero AISI 316 de diámetro 14 mm y una base también de acero AISI 316 con unos topes

laterales a modo de cierre.

A continuación se muestran dos imágenes de los rodillos de apoyo y sobre cómo quedan montados

en la pletina:

Memoria

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Figura 24: Conjunto rodillos de apoyo

Fuente: Propia

Figura 25: Montaje rodillo de apoyo

Fuente: Propia

Tal como se muestra en la Figura 25, los rodillos están montados a modo de palanca. Se

planteó dimensionar dos tipos de rodillos de apoyo, que ya los dos están sujetos a diferentes

solicitaciones, pero se descarta la idea para facilitarle el montaje y la rapidez de ejecución al

operario de taller, además también se evita el posible error de intercambiar los dos rodillos de

posición, lo que podría desencadenar en un fallo de la máquina que resultaría en un posible

accidente.


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6.2.5. Barra L

Se trata de un perfil rectangular hueco de altura 80 mm y 60 mm de ancho, el cual está curvado 90º

con un radio de 90mm hecho de acero estructural S355 JR con un acabado galvanizado. Esta barra

tiene la función de aguantar tanto el peso del usuario como toda la unidad soporte corporal, como

los asiento, pletina, actuador lineal, etc. El curvado de la pieza viene de la mano de la empresa

Tecnocurve®, una empresa especializada en la conformación en fría de todo tipo de arcos a medida.

Tiene esta forma tan característica de L por varias razones:

1. Al tener esta forma el usuario se puede poner fácilmente de forma paralela al asiento del

tractor.

2. Esta barra se ha diseñado para que acupe el menor espacio posible, reduciendo así la

probabilidad de quedar enganchada en alguna rada/elemento del campo y provocar o una

ruta de la máquina, lo cual sería un fallo catastrófico, o al romper ramas de los árboles, se

pierde producción de forma indirecta, así que es altamente recomendado que conducir el

tractor con extrema precaución y de forma cuidadosa.

3. Sirve de barra telescópica. Como ha se ha comentado anteriormente, la pletina se introduce

parcialmente dentro de la barra L con el fin de alargar sus dimensiones y proteger al usuario.


Figura 26: Barra L

Fuente: Propia

Memoria

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6.2.6. Actuador lineal telescópico

Se trata de un actuador eléctrico de 24V en corriente continua modelo MMAC024 de la casa EE que

tiene la misión de desplazar la pletina a través de la barra L, este actuador está unido a las dos barras

mediante dos soportes atornillados a las dos respectivas barras. El actuador cuenta con una carrera

máxima de 50mm, más que suficiente para recoger y extender la pletina, una fuerza de empuje

máxima de 1000N, también más que suficiente, y tiene una velocidad de 20 ± 2 mm/s.

A continuación se muestran dos imágenes del componente y de su ubicación final:

Figuras 27 y 28: Actuador MMAC024 y su ubicación.

Fuente: https://www.electronicaembajadores.com y Propia

Para asegurarse de que la pletina se encuentra replegada parcialmente dentro de la barra L, se ha

instalado un final de carrera, más concretamente un pulsador modelo NO MP500 24V, a la pletina.

De manera que sólo se podrá activar el tractor si la el pulsador está presionado cerrando el circuito

de alimentación del tractor. El detector está simbolizado como un recuadro amarillo en la Figura 28,

junto a uno de los soportes del actuador lineal.

6.2.7. Elevador de husillo

Para hacer ascender y descender la carga, se decide utilizar un módulo lineal a modo de elevador de

la casa THOMSON. Se trata de un módulo lineal que se conectará a una de las dos estructuras que

soportan la barra de seguridad ROPS del tractor e irá accionado por un motor eléctrico de 24 Vcc.

Se ha elegido el módulo lineal modelo MLSM06D05LX999-00600-01355CZ0320, en la tabla siguiente

se reflejan algunas de sus características técnicas:

https://www.electronicaembajadores.com/


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Dimensiones del perfil (W x H) [mm] 160 x 65

Tipo de tornillo Husillo de bolas con doble rosca

Paso del tornillo 10 mm

Avance del tornillo 10 mm

Velocidad máxima de desplazamiento 2,5 m/s

Aceleración máxima de desplazamiento 20 m/s2

Tabla 2: Características principales Thomson MLSM06D

Fuente: Catálogo fabricante

El módulo lineal cuenta con dos soportes laterales deslizantes, los cuales serán de gran utilidad para

acoplar el conjunto al tractor.

A continuación se muestra una representación CAD del módulo:

Figura 29: Representación CAD MLSM06D

Fuente: https://www.thomsonlinear.com

6.2.8. Motor eléctrico elevación

Para proporcionar la rotación que requiere el elevador, se decide utilizar un motor eléctrico de 24 Vcc

de una potencia de 1500 W, el cual cuenta con una salida de 300 rpm. Este motor irá conectado a la

https://www.thomsonlinear.com/

Memoria

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parte inferior del módulo lineal, representada en la Figura 29. La unión de ambos ejes, tanto el eje de

salida del motor, como el eje de entrada del módulo, se realizará mediante un sistema de Thomson

linear ®, llamado RediMount®. Este sistema consta básicamente de una brida que agarra ambos ejes

alineados, según el fabricante se puede utilizar una chaveta a modo de apoyo, pero debido a los

bajos pares del sistema no será necesario, además como el diámetro del eje de salida del motor

eléctrico seleccionado es de 24 mm, esta diferencia de diámetros de 1 sólo milímetro la puede

absorber el RediMount®.

El motor elegido se trata del modelo BLDC M123-50 de la casa Electric Motor Power Pty. LTD, el cual

cumple con todas las especificaciones requeridas:

Potencia de salida 1500 W

Voltaje de alimentación 24 Vdc

Velocidad de giro 300 rpm

Grado de protección IP54

Tabla 3: Especificaciones principales motor eléctrico

Fuente: https://www.emppl.com

En el Anexo B A8 se desarrolla la justificación del cálculo y la elección del modelo.

6.2.9. Actuador lineal giro unidad soporte corporal

En el siguiente apartado, se pretende describir el actuador lineal elegido para hacer girar la unidad

soporte corporal. Se trata del mismo un actuador lineal utilizado previamente en la barra silla. En el

anexo B A7 se especifica en detalle el porqué de esta decisión.

A continuación se muestra una imagen del conjunto montado.

https://www.emppl.com/


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Figura 30: Representación CAD del conjunto

Fuente: Propia

6.2.10. Unión soporte ROPS-módulo Thomson

La pieza encargada de unir el módulo lineal al tractor, es una simple pieza cuadrada taladra hecha de

acero inox AIXI 316 la cual por una parte se atornilla a la estructura y gracias a la disposición de los

taladros, las cabezas de los tronillos quedan escondidas para que no se produzcan interferencias con

el módulo lineal. Con esta pieza además, también es salva la distancia que sobresale de los tornillos

de la estructura ROPS.

A continuación se muestra la representación CAD de la pieza:

Figura 31: Representación CAD de la pieza unión ROPS-Thomson

Fuente: Propia

Para la instalación de esta pieza, se recomienda utilizar tornillería de gran calidad, mínimo 10.9 o superior.

Memoria

44

6.2.11. Conjunto baterías

La alimentación del sistema según norma UNE debe ser totalmente independiente, así que no se

puede usar ninguna instalación o componente electrónico del tractor. Por este motivo, se decide que

la alimentación para la máquina sea mediante 2 baterías de 12 Vdc respectivamente conectadas en

serie.

Las baterías instaladas serán dos baterías de la empresa BatterySpace modelo LA-12V6.5, las cuales

tienen una capacidad de 6,5Ah cada una.

Según datos de los fabricantes, el consumo total de todos los motores eléctricos es de 7,5 A, lo que

resulta un agotamiento de la batería en 52 minutos si todos los motores se accionaran al mismo

tiempo, situación que escapa de la realidad. Por este motivo se considera una buena autonomía, ya

que en una situación real, el tiempo de trabajo de los motores es muy reducido y por supuesto, sólo

actúa uno a la vez.

Además según norma UNE, si se usan baterías eléctricas en las grúas para personas con discapacidad,

se debe instalar un indicador de nivel de batería a la instalación, de manera que si el nivel es

demasiado bajo, se pueda substituir la batería en el momento. Esto evitará situaciones sumamente

desagradables en caso de quedarse sin batería en pleno funcionamiento.

Se decide utilizar una caja especial para baterías para proteger el ambiente y al usuario en caso de si

hubiera una fuga en las baterías. El conjunto irá ubicado en el soporte derecho de la estructura ROPS,

ya que se considera una ubicación de fácil acceso y maniobrabilidad en caso de cambio de batería.

6.3. Consideraciones seguridad

A la largo del proyecto se ha hecho especial hincapié en garantizar en todo momento la máxima

seguridad para el usuario de la máquina, para ello se exponen en este apartado las decisiones

tomadas que afectan al diseño y al funcionamiento de la máquina para perseguir este objetivo.

6.3.1. Freno de mano

Se decide instalar un interruptor de final de carrera en el freno de mano del tractor, de tal modo que

si desea hacer uso del elevador y de las partes que lo conforman, se deberá tener el freno de mano

del tractor activado. De este modo se garantiza la estabilidad del tractor a la hora de hacer uso del

elevador y evitar así posibles accidentes relacionados con el desplazamiento indeseado del tractor.

Con esta medida, también se consigue que no se haga uso del elevador mientras se está trabajando

con el tractor, ya que se presentaría una situación extremadamente peligrosa.


45

6.3.2. Antivuelco

Tal y como se ha expresado anteriormente, la misión del sistema de barras telescópico es reducir la

probabilidad de sufrir heridas graves en caso de que el tractor sufra un vuelco lateral. Por este motivo

se posiciona un interruptor de final de carrera en la pieza “Barra silla” acorde a los planos. Con el

propósito de que sólo se podrá utilizar el tractor cuando la pieza “Barra silla” se encuentre replegada

en la “Barra L”.

6.3.3. Recorrido elevación

Con respecto a la distancia de elevación que se debe recorrer desde la altura de la silla de ruedas

hasta la altura máxima del asiento del tractor, es de 500 mm.

Para ello, el módulo lineal elegido dispone de una longitud de husillo superior a estos 500mm, pero

no es recomendable que el usuario viaje toda la distancia permitida por motivos de seguridad para él.

Por este motivo se han instalado dos finales de carrera en el módulo lineal separados entre ellos una

distancia de 500 mm. Esta medida tiene el fin de proteger en primer lugar al usuario, pero en

segundo lugar también protege el motor del elevador, ya que en caso de que no estuvieran los dos

interruptores, el usuario podría forzar el motor a girar cuando ya se hubiese llegado a los topes del

recorrido del módulo pudiendo provocar una falla eléctrica/sobretensión en el sistema y dañarlo de

forma permanente.

6.3.4. Interruptor piernas

Una de las situaciones potencialmente peligrosas que pueden tener lugar cuando se manejan este

tipo de grúas, es la posibilidad de quedar enganchado en un punto y que la máquina siga avanzando,

resultado que desencadenaría en graves lesiones para el usuario. Para remediar esta situación, se

debe instalar un interruptor en la parte inferior izquierda del tractor, este interruptor será

simplemente un interruptor de pedal, con la superficie de contacto extendida. La misión del

interruptor es evitar que el los pies del usuario puedan quedar en la parte inferior del tractor y que la

máquina siguiera avanzando. Con esta medida, si se produjese una situación así, los pies del usuario

activarían el interruptor y el movimiento ascendente se detendría.

6.3.5. Llamada de emergencia

Como el objetivo del proyecto es brindar la mayor autonomía posible a una persona con discapacidad

que desee manejar un tractor agrícola, el sistema está diseñado para que no sea necesaria la

participación de ningún asistente. Por este motivo y según norma UNE, se requiere de un sistema de

seguridad de que en caso de sufrir un accidente, el usuario pueda contactar con los servicio de

emergencia. El aparato se ubica en la zona del salpicadero, al alcance de todas las posiciones.

Memoria

46


47

7. Adaptación mandos

7.1. Introducción

En este apartado del proyecto se abordan las soluciones que se han implementado para hacer

posible que una persona con discapacidad pueda hacer uso del tractor utilizando únicamente las

manos.

Para poder manejar un tractor con las manos, se deben adaptar los siguientes controles:

1. Pedal embrague, situado a la izquierda del conductor.

2. Pedal freno izquierdo, situado a la derecha del conductor.

3. Pedal frena derecho, situado a la derecha del conductor.

4. Pedal acelerador, situado a la derecha del conductor.

El objetivo es adaptar estos 4 pedales de tal forma que puedan ser accionados por las manos sin

perder en ningún momento el control sobre el tractor y su trayectoria.

Los demás controles tales como manetas del sistema hidráulico, la palanca de cambio de marchas de

cortas-largas, la palanca de 5 velocidades, la toma de fuerza, el mando manual del acelerador, etc; se

manejan con las manos de serie.

7.2. Adaptación pedal embrague

Para adaptar este mando del tractor, se decide instalar un actuador eléctrico lineal que empuje el

pedal hasta su posición final y que posteriormente cuando se desee vuelva a la su posición original.

Se decide instalar este sistema en el embrague, ya que para accionar este componente se deben

hacer aproximadamente 20 kg de presión sobre el pedal y además se tiene que tener la capacidad de

mantenerlo accionado un cierto rango de tiempo, el cual se emplea para cambiar las marchas.

Justamente por este motivo se descarta la adaptación del embrague mediante un sencillo sistema de

palancas manuales, ya que al actuar sobre el embrague, retenerlo y cambiar de marcha, se deben

apartar las dos manos de volante.

El actuador lineal elegido viene de la empresa HIWIN y se trata del modelo LAS4-1-1-150-24-B, el cual

tiene las siguientes características técnicas:

Memoria

48

Tensión de alimentación 24 Vdc

Fuerza máxima de empuje 800 N

Fuerza máxima de retención 500 N

Carrera 150 mm

Tabla 4: Características principales actuador lineal

Fuente: Catálogo fabricante

A continuación se muestra la representación CAD del modelo instalado en el tractor.

Figura 32: Representación CAD del modelo LAS4-1-1-150-24-B

Fuente: Propia

7.3. Adaptación pedal freno derecho e izquierdo y acelerador

La solución a la adaptación de los dos frenos y el acelerador del tractor es más sencilla que la

adaptación del pedal de embrague, ya que en este caso se procede a la instalación de dos barras

unidas que funcionan a modo de palanca.

Se presenta a continuación un croquis a modo de esquema:


49

Figura 33: Croquis adaptación frenos

Fuente: Propia

En conjunto se trata de dos barras cuadradas de 20 mm de anchura de acero estructura S275 JR,

unidas entre ellas en un punto mediante un pasador.

A continuación se muestra la representación CAD del sistema descrito anteriormente.

Figura 34: Representación CAD adaptación frenos derecho e izquierdo

Fuente: Propia

Memoria

50


51

Análisis del impacto ambiental

En este apartado, se pretende realizar un análisis del impacto ambiental consecuencia tanto de la

fabricación de la máquina como de hacer un uso normal de la máquina y de las posibles

averías/derrames que se puedan producir.

Durante el montaje de la máquina, uno de los costes ambientales a tener en cuenta es la

contaminación que se genera durante el transporte de los materiales des del almacén del fabricante

hasta el taller mecánico. Por este motivo, se debe procurar en la medida de lo posible realizar un solo

viaje con tal de reducir la huella de carbono generada. Otro de los aspectos contaminantes durante el

montaje, son los gases tóxicos generados en la soldadura, los cuales contienen partículas de cromo y

níquel de entre otros materiales, para ello se debe disponer de una buena ventilación del ambiente

de trabajo y utilizar los EPIs correctamente.

Otro factor de potencial contaminación sería el derrame de sulfato de plomo al ambiente, lo que

comúnmente se conoce como baterías sulfatadas. La aparición de esta sustancia al ambiente supone

un gran peligro no sólo para el ambiente sino también para las personas. Para evitar esta situación se

deben realizar inspecciones periódicas de la batería y la caja de las baterías, ya que si se produjera

esta situación la sustancia tóxica permanecería contenida en la caja.

De cara a lo que la lubricación se refiere, se debe utilizar un lubricante de características

biodegradables y que no sea agresivo con el ambiente. Un ejemplo de ello, es la grasa LGGB2 de SKF,

la cual según fabricante es biodegradable y se usa principalmente en ambientes agrícolas.

Una medida que se puede implementar a gusto del cliente es la utilización de un cargador solar para

cuando sea necesario recargar la batería. Además se podría instalar el panel solar fotovoltaico en

cualquier lugar de la finca del campo/granja, proporcionando así una total disponibilidad y total

operatividad para cualquier persona. Para ello, un sistema de panel solar, controlador, cables y

pocos accesorios de una potencia de 300-400 W bastarían para cargar ambas baterías durante un día

completo. Evidentemente esta decisión queda a gusto del cliente, ya que sería un incremento del

coste total.


53

Conclusiones

A modo de conclusión principal, se ha podido verificar que es posible la adaptación de este tractor

para una persona con minusvalía física. Las soluciones planteadas para afrontar el problema cumplen

satisfactoriamente con los criterios de seguridad y ergonomía decretados por las normas UNE,

además siempre se ha priorizado la seguridad e integridad del usuario, tanto durante el diseño del

elevador como la adaptación de los mandos.

Entrando un poco en detalle en el coste total obtenido, cabe destacar que se trata de una inversión

considerable a realizar por parte del cliente, y entendiéndose que para el ojo inexperto no se valore

el esfuerzo que hay detrás de cada proyecto de ingeniería, el cliente no esté dispuesto a realizar tal

inversión en su equipamiento de trabajo. Pero no se debe olvidar que se trata de unas soluciones

totalmente personalizadas a los requerimientos y punto de partida planteadas por parte del cliente y

sus necesidades, así que se debería ver el gasto como una inversión y no como un gasto. Ya que

gracias a las soluciones aportadas se cambia drásticamente la calidad de vida hacia mejor,

permitiendo al granjero/campesino a seguir con el trabajo que él ama y disfruta, en vez de cesar por

completo en esta actividad.

Recomendaciones:

Entendiendo que se trata de una solución personalizada para un cliente y máquina en específico,

hubiese sido un punto interesante que la representación de la persona como modelo CAD, hubiera

tenido las mismas medidas antropomórficas que el usuario final. De este modo se podría alcanzar

una situación aún más personalizada y totalmente adaptada a una persona en concreto. Pero no se

debe olvidar que se trata de un proyecto de ingeniería formal y que el diseño de los elementos se

debe hacer respetando siempre la obligatoriedad de las normas UNE establecidas.

Mencionar además que debido a la situación tan extraordinaria de la emergencia sanitaria, el

software empleado por parte del proyectista ha sido la versión estudiante. Este factor tiene especial

énfasis en Ansys, ya que la cantidad máxima de nodos es de 3200 hecho que induce a la creación de

mallas de poca calidad en general.


55

Presupuesto y/o Análisis Económico

En el siguiente apartado se pretende realizar el estudio económico de la adaptación, teniendo en

cuenta los costes de ingeniería asociados, el coste de los materiales y la fabricación de las piezas, así

como del coste asociado al montaje del conjunto.

Costes de ingeniería

En este apartado se hace mención a los honorarios recibidos por parte del proyectista por el

desarrollo del proyecto. Para ello se divide el trabajo en diferentes secciones, cada una de ellas

contabilizadas en un cierto número de horas, posteriormente se establece un precio por hora

trabajada y se cuenta el balance asociado a los costes de ingeniería.

Se ha establecido un precio a la hora de 12,00 €, ya que se refiere al salario estándar de un ingeniero

recién graduado, como es el caso de este proyecto.

El desglose de los costes de ingeniería se muestra a continuación:

TAREA PRECIO HORA HORAS TOTAL

Familiarización con el proyecto 12,00 € 15 180,00 €

Toma medidas 12,00 € 40 480,00 €

Estudio de mercado 12,00 € 60 720,00 €

Estudio de alternativas 12,00 € 15 180,00 €

Desarrollo proyecto 12,00 € 250 3.000,00 €

Verificación dimensiones 12,00 € 110 1.320,00 €

Documentación trabajo 12,00 € 110 1.320,00€

TOTAL 7.200,00 €

Tabla 5: Costes de ingeniería

Fuente: Propia

Annexos

56

Costes de materiales y piezas

A continuación se desarrolla el coste económico de todas las piezas que integran la adaptación, ya

sea el conjunto del elevador o la adaptación de los mandos de tractor.

Para hacerlo más intuitivo, primero se analizarán las piezas relativas al elevador y posteriormente se

analizarán las piezas relativas a la adaptación de los mandos.

Cabe destacar que al requerirse piezas hechas a medida, primero se debe comprar el material y

después considerar los costes de fabricación. Para ello se ha recurrido a la empresa INSMAN®, una

empresa especializada en el mantenimiento industrial que además también se dedica a la

construcción de pequeñas piezas mecanizadas o conformadas en frío. Para piezas de conformación

en frío de mayor envergadura, se ha recurrido a la empresa Tecnocurve®, una empresa especializada

en la fabricación de marcos curvados y a conformaciones de tubos y perfiles en frío en general.

Costes del elevador

Para desarrollar este apartado se procede a la realización de una tabla donde se irán nombrando

todas las piezas, así como información relacionada con el fabricante, las unidades y, por supuesto, el

precio.

UNIDADES DESCRIPCIÓN COMPONENTE DISTRIBUIDOR PRECIO

UNITARIO [€]

PRECIO

TOTAL [€]

1 Asiento HIAB 5010 FH HIAB 115 115

1 Base asiento INSMAN 65 65

1 Pletina galvanizada 25X50X520 S355JR ArcelorMittal 26,42 26,42

2 Eje rodillo apoyo INSMAN 30 60

4 Rodamientos NK 14/16 SKF 35 140

2 Estructura rodillo apoyo INSMAN 55 110

4 Topes laterales rodillo apoyo INSMAN 15 60

1 Barra L Tecnocurve 185,5 185,5

2 Escuadras unión INSMAN 24 48


57

1 TORNILLO M16X120-10.9 Rationalstock 15 15

2 Actuador lineal MMAC024 EE 84,45 168,9

1 Soporte 1 INSMAN 7,2 7,2

2 Soporte 2 INSMAN 6,5 13


1 Tapa telescópica INSMAN 148 148

4 FC MP500 24V NO/NC Microprecision

Electronics

15,95 63,8

1 Interruptor de pedal ZL290 NC Schaltbau GmbH 18 18

1 Elevador MLSM06D Thomson 6863 6863

1 Unión ROPS-Thomson INSMAN 35 35

1 Motor BLDC M123-50 EMPPL 753 753

1 Brida de unión INSMAN 25 25

2 Batería 12 Vdc Batteryspace 11 22

1 Caja batería Batterywise 38 38

1 Soporte caja batería INSMAN 23 23

1 Indicador nivel batería Konesky 9,85 9,85

1 Conectores e interruptores Tecnopower 12 12

- Tornillería en general Rationalstock 100 100

1 Dispositivo llamada emergencia AMOHITEC S.A.S 29 29

TOTAL 9.119,67

Tabla 6: Coste del elevador

Annexos

58

Fuente: Catálogos fabricantes

Costes de los mandos

A continuación se presenta un listado con los equipos destinados a adaptar los mandos del tractor.

UNIDADES DESCRIPCIÓN COMPONENTE DISTRIBUIDOR PRECIO UNITARIO

[€]

PRECIO TOTAL

[€]

1 Actuador lineal LAS4-1-1-150-24-B HIWIN 260 260


1 Interruptor HIWIN 9 9


3 Barra palanca 1 y 2 INSMAN 38 114

TOTAL 451,00

Tabla 7: Costes adaptación

Fuente: Catálogos fabricantes

Costes de taller

En el siguiente apartado, se plantea el coste estimado que tendría el montaje de la adaptación al

tractor, recordar siempre, que este tipo de operaciones se deben realizar en talleres debidamente

homologados y con personal cualificado, y siempre tiendo en cuenta las medidas de seguridad

requeridas ligadas a la actividad que se esté llevando a cabo.

Suponiendo un coste a la hora estándar de taller mecánico de 25 €/hora por operario y un precio de

35 €/hora por jefe de taller, el cual verificará el montaje total:


59

OPERACIÓN DESCRIPCIÓN PRECIO HORA HORAS TOTAL

MONTAJE Ensamblaje de componentes 25,00 € 7 175,00 €

VERIFICACIÓN Comprobación final 35,00€ 1 35,00 €

TOTAL 210 €

Tabla 8: Estimación costes taller

Fuente: Propia

Costes de licencias software

Para la realización de este proyecto, se han usado diversos programas, ya sea paquete Office,

Soldworks, Ansys, etc. Algunos de ellos con costes de licencia sumamente elevados, por tal de ajustar

el coste a una situación más real, se decide dividir el coste de estas licencias anuales por el número

de meses trabajos en el proyecto, que si no se hubiese dado la situación de la crisis sanitaria,

hubiesen sido un total de 4 meses.

SOFTWARE COSTE ANUAL [€] TIEMPO REAL [MESES] PRECIO [€]

OFFICE 110 4 36,66

SOLIDWORKS 5600 4 1866,66

ANSYS 6700 4 2233,33

TOTAL 4.136,65

Tabla 9: Coste aproximado del software empleado

Fuente: Ofertas empresa software

Annexos

60

Valoración final

A continuación se presenta la valoración económica final más el beneficio industrial e impuestos.

TIPO COSTE PRECIO [€]

COSTES DE INGENIERÍA 7.200,00

COSTES DEL ELEVADOR 9.119,67

COSTES DE LOS MANDOS 451,00

COSTES DE TALLER 210,00

COSTES DE LICENCIAS SOFTWARE 4.136,65

TOTAL GASTOS 21.081,82

BENEFICIO INDUSTRIAL (5%) 1054,09

IVA (21%) 4648,54

TOTAL A PAGAR CLIENTE 26.819,95

Tabla 10: Valoración total del producto

Fuente: Propia


61

Bibliografía

Catálogo de normas Aenor.

Mediciones del cuerpo humano. Arbeitswissenschaftliche Erkenntnisse, Forschungsergebnisse für

die Praxis. International Anthropometric Data. Jürgens, H. W.; Matzdorff, I.; Windberg, J. 1998. ISSN-

0720-1699.

Life essential. Catálogo de productos. https://www.lifeessentialslifts.com/power-wheelchair-

custom-mobility-products/ ; https://www.eastersealstech.com/2012/02/09/life-essentials-lifts-a-

new-way-to-get-around/ ; http://www.agrability.org/faqs/equip-mod/

CASE. Información del elevador grúa. https://www.ivtinternational.com/news/construction/case-

presents-wheelchair-friendly-backhoe-loader.html;https://www.casece.com/emea/en-

il/resources/news/2019/case-unveils-accessible-backhoe-loader-prototype;

https://www.interempresas.net/Elevacion/Articulos/239353-Bauma-2019-mas-grande-que-

nunca.html; https://www.interempresas.net/Alquiler-OP/Articulos/244144-La-minicargadora-Case-

Construction-Equipment-celebra-su-50-aniversario-en-Bauma-2019.html

Traktor Rollstuhl Hebelift Transfer. https://www.graf-fahrzeugtechnik.de/produkte-und-leistungen/

https://biermann-medizin.de/trotz-rollstuhl-auf-den-traktor-zurueck/

Otras adaptaciones que no son válidas para nuestro tractor. https://www.a-s-

p.de/sonderfahrzeuge;https://www.landwirt.com/gebrauchte/haendler,3228,Gaugl-Landmaschinen-

GmbH--Co-KG.html; https://thewikihow.com/video_6Ke8YQYh9dw

Accidentes tractor. https://www.heraldo.es/noticias/aragon/2020/02/26/cada-semana-un-

agricultor-fallece-por-el-vuelco-de-un-tractor-y-podria-evitarse-1360955.html

Rodamientos agujas SKF. https://skfbearingselect.com/#/type-arrangement/single-bearing

Actuador lineal telescópico.

https://www.electronicaembajadores.com/es/Productos/Detalle/MMAC024/motores-

servomotores/actuadores-lineales/actuador-lineal-24-v-50-mm

Final de carrera. https://www.directindustry.es/prod/microprecision-electronics/product-16888-

128097.html

https://www.lifeessentialslifts.com/power-wheelchair-custom-mobility-products/

https://www.lifeessentialslifts.com/power-wheelchair-custom-mobility-products/

https://www.eastersealstech.com/2012/02/09/life-essentials-lifts-a-new-way-to-get-around/

https://www.eastersealstech.com/2012/02/09/life-essentials-lifts-a-new-way-to-get-around/

http://www.agrability.org/faqs/equip-mod/

https://www.ivtinternational.com/news/construction/case-presents-wheelchair-friendly-backhoe-loader.html

https://www.ivtinternational.com/news/construction/case-presents-wheelchair-friendly-backhoe-loader.html

https://www.casece.com/emea/en-il/resources/news/2019/case-unveils-accessible-backhoe-loader-prototype

https://www.casece.com/emea/en-il/resources/news/2019/case-unveils-accessible-backhoe-loader-prototype

https://www.interempresas.net/Elevacion/Articulos/239353-Bauma-2019-mas-grande-que-nunca.html

https://www.interempresas.net/Elevacion/Articulos/239353-Bauma-2019-mas-grande-que-nunca.html

https://www.interempresas.net/Alquiler-OP/Articulos/244144-La-minicargadora-Case-Construction-Equipment-celebra-su-50-aniversario-en-Bauma-2019.html

https://www.interempresas.net/Alquiler-OP/Articulos/244144-La-minicargadora-Case-Construction-Equipment-celebra-su-50-aniversario-en-Bauma-2019.html

https://www.graf-fahrzeugtechnik.de/produkte-und-leistungen/

https://biermann-medizin.de/trotz-rollstuhl-auf-den-traktor-zurueck/

https://www.a-s-p.de/sonderfahrzeuge

https://www.a-s-p.de/sonderfahrzeuge

https://www.landwirt.com/gebrauchte/haendler,3228,Gaugl-Landmaschinen-GmbH--Co-KG.html

https://www.landwirt.com/gebrauchte/haendler,3228,Gaugl-Landmaschinen-GmbH--Co-KG.html

https://thewikihow.com/video_6Ke8YQYh9dw

https://www.heraldo.es/noticias/aragon/2020/02/26/cada-semana-un-agricultor-fallece-por-el-vuelco-de-un-tractor-y-podria-evitarse-1360955.html

https://www.heraldo.es/noticias/aragon/2020/02/26/cada-semana-un-agricultor-fallece-por-el-vuelco-de-un-tractor-y-podria-evitarse-1360955.html

https://skfbearingselect.com/#/type-arrangement/single-bearing

https://www.electronicaembajadores.com/es/Productos/Detalle/MMAC024/motores-servomotores/actuadores-lineales/actuador-lineal-24-v-50-mm

https://www.electronicaembajadores.com/es/Productos/Detalle/MMAC024/motores-servomotores/actuadores-lineales/actuador-lineal-24-v-50-mm

https://www.directindustry.es/prod/microprecision-electronics/product-16888-128097.html

https://www.directindustry.es/prod/microprecision-electronics/product-16888-128097.html

Annexos

62

Elevador modulo lineal.

https://www.thomsonlinear.com/en/cad?ppi=Slides%20%26%20Positioning%20Tables&category=th

omsonlinear%2Flinear_motion_systems%2Fmlsm%2Fmlsm_series_sd_asmtab.prj

Motor eléctrico elevador. https://www.emppl.com.au/collections/brushless-dc-

motors/products/bldc-24v-1500w-3000rpm-m123-50?variant=31974665879634

Baterías. https://www.batteryspace.com/SLA-Battery-Sealed-Lead-Acid-Battery-12V-6.5AH.aspx

Caja batería. https://www.batterywise.com.au/products/lightning-automotive-power-battery-box

https://www.emppl.com.au/collections/brushless-dc-motors/products/bldc-24v-1500w-3000rpm-m123-50?variant=31974665879634

https://www.emppl.com.au/collections/brushless-dc-motors/products/bldc-24v-1500w-3000rpm-m123-50?variant=31974665879634

https://www.batteryspace.com/SLA-Battery-Sealed-Lead-Acid-Battery-12V-6.5AH.aspx

https://www.batterywise.com.au/products/lightning-automotive-power-battery-box


63

Annexos

64

Anexo A INFORMACIÓN RELEVANTE NORMAS

A1. Medidas antropomórficas

La antropometría es una sub-rama de la antropología biológica o física que estudia las medidas del

cuerpo humano. Refiriéndose al estudio de las dimensiones y medidas humanas con el propósito de

valorar los cambios físicos del ser humano y las diferencias entre sus razas.

Los cambios producidos en los estilos de vida, en la nutrición, en la composición étnica de la

población, etc., derivan en cambios en la distribución de las dimensiones corporales que se deben

actualizar constantemente para asegurar un diseño ergonómico de los productos.

Para conocer las medidas antropomórficas de la población se recurre a las normas UNE-EN ISO

7250-1:2017 (RATIFICADA) y UNE-EN ISO 15537:2005, además del libro

ARBEITSWISSENSCHAFTLICHE ERKENNTNISSE, International Anthropometric Data, citado en la

normativa anterior.

Las medidas antropométricas reflejadas en la siguiente tabla hacen referencia a la población europea

(tanto masculina como femenina) de entre 18 y 60 años de edad.

Nº REF. DESCRIPCIÓN

POBLACIÓN

P5 [mm] P50 [mm] P95 [mm]

A Antebrazo 334 386 437

B Altura sentado 790 905 985

C Altura hombro 510 623 695

D Altura codo 190 243 280

E Altura rodilla 460 530 602

F Pierna inferior 380 444 495

G Profundidad abdominal 195 237 350

H Profundidad asiento 430 499 560

I Long nalga-rodilla 543 604 664


65

J Anchura hombros 395 474 485

K Long hombro-codo 288 346 410

L Anchura cadera 333 368 440

Tabla 1: Datos antropométricos persona sentada.

Fuente: Propia a partir del libro ARBEITSWISSENSCHAFTLICHE ERKENNTNISSE, International Anthropometric

Data

Para el diseño del elevador, se ha realizado la figura de forma esquemática de una persona sentada

con las medidas más representativas de la persona. De esta forma se pueden ubicar los mandos del

sistema para que estén completamente al alcance del usuario.

Figura 1: Numeración medidas antropométricas.

Fuente: Propia, dibujo Solidworks.

Annexos

66


67

Anexo B Cálculos

En el siguiente anexo se presentan los cálculos de comprobación y dimensionamiento de los

elementos que conforman el dispositivo de elevación.

Recalcar que debido a la normativa UNE referida a sistemas de elevación para personas con

discapacidad, se debe diseñar el sistema con un factor de seguridad igual o superior a 4 y teniendo en

cuento que el peso del usuario debe ser de 120 kg. Además, no se puede superar una velocidad de

elevación con carga de 0,15 m/s ni una velocidad en el plano horizontal de 0,3 m/s.

Los materiales usados para la fabricación serán los siguientes:

- Acero estructural S355 JR, el cual tiene un límite elástico Rp0,2=355 MPa y tiene una gran

capacidad de soldadura, y al tener un acabado galvanizado, presenta una buena resistencia

al ambiente y a la oxidación.

- Acero inoxidable AISI 316, el cual tiene un límite elástico Rp0,2=225 MPa. Se trata de uno de

los aceros inoxidables más comunes en el mercado, juntamente con el acero AISI 304, por lo

que se dispone de una gran variedad tanto de espesores de chapa, como de diversas

dimensiones de barras y tubos normalizados.

A1. Base asiento

Se trata de una pieza de chapa de acero inoxidable AISI 316 de 3 mm de espesor la cual va atornillada

a la pletina de 25X50 mm galvanizada. Esta pieza tiene la función de unir el asiento HIAB a la pletina,

por lo que debe aguantar los 120 kg del usuario más 15 kg del asiento HIAB.

Para calcular los esfuerzos en esta pieza se decide recurrir al programa de elementos finitos ANSYS,

debido a su geometría relativamente compleja y al tipo de solicitación a la que se encuentra.

Annexos

68

A continuación se muestran los parámetros de mallado y cálculo:

Número de nodos 28050

Número de elementos 13349

Calidad de la malla 0.61

F aplicada en cada soporte 1324.35 N

Partes fijas Anclaje pletina

Tabla 1: Parámetros de cálculo base asiento

Fuente: Propia

A continuación se muestran los resultados obtenidos:

Figura 1: Resultado tensión del cálculo base asiento

Fuente: Propia


69

Figura 2: Resultado deformación del cálculo base asiento

Fuente: Propia

Cabe mencionar que si se hubiese tenido disponible la versión oficial del programa y no la versión

estudiante, la cual limita el número de nodos a un máximo de 3200 se hubiese podido trabajar con

una malla más fina y se hubiese obtenido un resultado más ajustado a la realidad.

Pese a eso, el resultado obtenido es satisfactorio y cumple con el factor de seguridad igual o superior

a 4.

A1. Pletina barra silla

Se presenta una pletina de acero estructura S355 JR de 25X50 de 520 mm de longitud total. Las

solicitaciones a la que se somete esta pieza son el peso del usuario de 120 kg y los 15 kg del asiento

HIAB. Los rodillos de apoyo funcionan a modo de apoyo deslizante, por lo que sólo parecen fuerzas a

modo de reacción, sin ningún momento.

A continuación se desarrolla el análisis de la pletina:

𝐹𝐶 = 135 · 9,81 = 1324,35 𝑁

Annexos

70

Figura 3: Representación de las solicitaciones de la pletina.

𝐴𝐵 = 85 𝑚𝑚

𝐴𝐶 = 400 𝑚𝑚

𝐵𝐶 = 315 𝑚𝑚

𝐸𝑥𝑡𝑟𝑒𝑚𝑜 − 𝐴 = 25 𝑚𝑚

𝐶 − 𝐸𝑥𝑡𝑟𝑒𝑚𝑜 = 95 𝑚𝑚

𝐿𝑜𝑛𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 520 𝑚𝑚

∑ 𝐹𝑦 = 0

−𝐹𝐴 + 𝐹𝐵 − 1324,35 = 0 [Ec. 1]

∑ 𝑀𝐵 = 0

𝐹𝐴 · 85 = 1324,35 · 315 [Ec. 2]

𝐹𝐴 = 4907,89 𝑁

𝐹𝐵 = 6232,24 𝑁

𝑀𝐵 = 1324,35 · 0,315 = 417, 17 𝑁𝑚

Tal como se muestra en este análisis, la sección más solicitada es la sección B, con un esfuerzo

cortante de 6232,24 N y un momento flector de 417,7 Nm. Así que se procede al análisis de esta

sección en concreto.


71

Análisis momento flector:

𝜎 = 𝑀

𝐼· 𝑦 [Ec. 3]

𝜎 = 417,17

112 · 253 · 50

· 12,5 = 80,1 𝑀𝑃𝑎

Análisis esfuerzo cortante:

𝜏 = 1

𝐿·

𝑉𝑦

𝐼𝑥· 𝑚𝑧 [Ec. 4]

𝜏 = 1

50·

6232,24

112 · 253 · 50

· 50 ·25

2·

25

4

𝜏 = 7,48 𝑀𝑃𝑎

Teniendo el valor de la flexión máxima y el valor del esfuerzo tangencial máximo, simplemente se

debe aplicar Von-Missses para poder comparar el valor resultado con el valor de resistencia de

355MPa.

𝜎 𝑣𝑚 = √𝜎2 + 3 · 𝜏2 [Ec. 5]

𝜎𝑣𝑚 = √80,12 + 3 · 7,482

𝜎𝑣𝑚 = 81,14 𝑀𝑃𝑎

Tal como se aprecia, el valor final de la tensión resulta muy satisfactoria y se muestra claramente por

debajo de la resistencia límite de 355 MPa.

Comprobación del factor de seguridad:

𝑭𝑺 = 355

81,14= 4,38

Annexos

72

A2. Rodillos de apoyo

A3.1. Rodamientos SKF

Se decide equipar dos rodamientos de agujas en cada rodillo, de manera que se cumpla el factor de

seguridad igual o superior a 4, además los rodamientos de ajugas presentan una buena capacidad

para soportar esfuerzos radiales. En este caso, se equipan dos rodamientos de SKF modelo NK 14/16

SKF, con un diámetro interior de 14 mm para el eje, un diámetro exterior de 22 mm y una anchura

total de 16 mm.

Figura 4: Selección rodamiento NK 14/16

Fuente: https://skfbearingselect.com/#/type-arrangement/single-bearing

Para lubricar el rodamiento se decide aplicar una grasa SKF de tipo LGGB2, ya que según el fabricante

se utiliza en ambientes relativamente sucios, como es el caso, y además es biodegradable y presenta

poca toxicidad, cualidades muy favorecedoras en el caso de que hubiese un derrame.

A3.2. Eje rodillo de apoyo

Tal y como ya se ha mencionado anteriormente, los dos rodamientos de agujas se acoplan por ajuste

a presión en el eje de 14 mm de diámetro de forma equidistante, además el eje tiene una longitud de

50 mm.

Para calcular el eje se tomarán las solicitaciones más exigentes de los dos apoyos, por lo que debe

resistir una fuerza de 6232,24 N.

A continuación se presenta el cálculo y verificación del eje:

https://skfbearingselect.com/#/type-arrangement/single-bearing


73

Figura 5: Representación solicitaciones eje rodillo

Fuente: Propia

𝐴𝐵 = 13 𝑚𝑚

𝐵𝐶 = 24 𝑚𝑚

𝐶𝐷 = 13 𝑚𝑚

𝐴𝐷 = 50 𝑚𝑚

𝐹𝐴 = 𝐹𝐷 = 3116,12 𝑁𝑚

Para calcular el eje se decide prescindir del esfuerzo a flexión, debido a que se trata de distancias

especialmente pequeñas que no influirán de manera considerable en el resultado final. Así que se

decide calcular el eje considerando únicamente el esfuerzo cortante.

𝜏 = 1

𝐿·

𝑉𝑦


𝜏 = 1

14·

3116,12

14 · 𝜋 · 74

·𝜋

2· 72 ·

4

3·

7

𝜋

𝜏 = 26,99 𝑀𝑃𝑎


debe aplicar Von-Missses para poder comparar el valor resultado con el valor de resistencia de 225

MPa.

𝜎 𝑣𝑚 = √ 3 · 𝜏2 [Ec. 6]

Annexos

74

𝜎𝑣𝑚 = √ 3 · 26,992


Tal como se aprecia, el valor final de la tensión resulta muy satisfactorio y se muestra claramente por



𝑭𝑺 = 225

47,75= 4,71

A3.3. Estructura rodillo de apoyo

Esta pieza debe resistir las fuerzas de apoyo del eje del rodillo, por lo tanto se decide que sea una

chapa de acero inox AISI 316 de 3mm de espesor conformado en frío. Además se debe tener en

cuenta que el eje del rodillo se colocará a la estructura mediante un ajuste a presión, para así evitar la

rodadura metal-metal y acelerar el desgaste de los componentes.

Para calcular los esfuerzos en esta pieza se decide recurrir al programa de elementos finitos ANSYS,

debido a su geometría relativamente compleja.




Calidad de la malla 0,67

F aplicada en cada soporte 3116,12 N

Partes fijas Base de la estructura

Tabla 2: Parámetros de cálculo estructura rodillos

Fuente: Propia

Se debe tener en cuenta que la situación sanitaria tan excepcional, se ha utilizado la versión

estudiante del programa, la cual tiene limitaciones de cálculo, por ejemplo, el número de elementos


75

se limita a 32.000. En este caso que la pieza es de relativas pequeñas dimensiones la malla se ajusta

bastante bien a la pieza, pero en piezas de mayores dimensiones la calidad de la malla no es tan

buena y el resultado puede diferir de la situación real.

A continuación se muestran imágenes de los resultados obtenidos:

Figura 6: Resultado tensión del cálculo estructura apoyo

Fuente: Propia

Figura 7: Resultado deformación del cálculo estructura apoyo

Fuente: Propia

Annexos

76

Tal y como se ha mencionado anteriormente, en este caso se presentan tensiones que no cumplen

con un factor de seguridad 4, pese a eso se da por bueno el resultado, ya que no se cuenta con una

buena versión del programa para realizar cálculos más aproximados a la realidad.

A3. Barra L

Se trata de un perfil rectangular hueco hecho de acero estructural S355 JR y conformado en frío con

un ángulo de 90º y un radio de 90 mm, de las siguientes dimensiones:

𝐴 = 80 𝑚𝑚

𝐵 = 60 𝑚𝑚

𝑒 = 3 𝑚𝑚

𝑅 = 8 𝑚𝑚

Figura 8: Dimensiones perfil barra L

Fuente: https://www.tecnocurve.com/

Se decide aplicar un radio de 90 mm, ya que según el fabricante Tecnocurve, la empresa que se

encarga de la conformación en frío, el radio mínimo de curvatura viene dado por multiplicar por 1,5

el diámetro del tubo. Como en este caso es un perfil rectangular, se ha decidido tomar como

diámetro la dimensión más pequeña del perfil, los 60mm, ya que es en esa parte donde se producirá

el doblado.

Para calcular el esfuerzo sobre esta pieza se recurre nuevamente al programa ANSYS, ya que permite

analizar en detalle cómo afecta la curvatura al perfil y, además, permite conocer en detalles los

esfuerzos ubicados en la zona del tornillo de sujeción.



77




F aplicada 1393,02 N

Partes fijas Tornillo CIR

Tabla 3: Parámetros de cálculo Barra L

Fuente: Propia

En esta pieza sí que se pueden observar las limitaciones con la versión estudiante del software, ya

que la calidad de la malla es mala y ya no se puede obtener una malla más refinada. Si se pudiese

realizar el cálculo con una malla más refinada, el resultado obtenido sería más cercano a la realidad.

Para ello se presentan los resultados obtenidos, pero se afirma que no se ajustan a la realidad con

una calidad de malla tan pobre.


Figura 9: Resultado tensión del cálculo barra L

Fuente: Propia

Annexos

78

Figura 10: Resultado deformación del cálculo barra L

Fuente: Propia

A4.1. Tornillo barra L

Esta pieza se trata de un tornillo de M16 de una espiga lisa de longitud 85 mm, se decide adquirir el

tornillo de una calidad 10.9.

A continuación se muestra el análisis de los esfuerzos sobre el tornillo y la comprobación de la M16.

Para comprobar la resistencia del tornillo, se analizan los esfuerzos que resultan del momento

producido por el peso del usuario y del soporte corporal.

El momento a considerar resulta de la multiplicación del peso del usuario de 120 kg juntamente con

el peso de la unidad de soporte corporal, la cual suma un total de 30 kg, por la distancia máxima que

se puede alcanzar. Esta distancia se produce cuando el asiento está extendido de la barra L, según

medición en el dibujo CAD, dicha distancia es de 759,12 mm.

𝑀 = 150 · 9,81 · 0,75912 = 1117,05 𝑁𝑚


79

Por lo tanto si se aplica este momento al tornillo, se puede hacer la equivalencia aplicando dos

fuerzas de misma dirección pero sentido contrario. La distancia entre estas dos fuerzas será de 79

mm, ya que se considera la altura del perfil rectangular de la barra en donde se aplican estas fuerzas.

Figura 11: Representación momento peso usuario

Fuente: Propia

𝐹 · 0,079 = 1117,05

𝐹 = 14,14 𝑘𝑁

Una vez presentada la situación de las fuerzas que equivalen al momento, aparecerán dos fuerzas a

modo de reacción situadas en las dos piezas que unen la barra L al tornillo de potencia de elevación.

A continuación se muestra el análisis de los esfuerzos a los que está sometido el tornillo y su

verificación de M16.

Annexos

80

Figura 12: Representación fuerzas en tornillo.

Fuente: Propia.

𝐴𝐷 = 84 𝑚𝑚

𝐵𝐶 = 79 𝑚𝑚

𝐴𝐵 = 2,5 𝑚𝑚

𝐶𝐷 = 2,5 𝑚𝑚

∑ 𝐹𝑥 = 0

14140 + 𝐹𝑑 − 14140 − 𝐹𝑐 = 0 [Ec. 7]

𝐹𝑑 = 𝐹𝑐 [Ec. 8]

∑ 𝑀𝑎 = 0

𝐹𝑎 · 𝐴𝐵 − 𝐹𝑐 · 𝐴𝐶 + 𝐹𝑑 · 𝐴𝐷 = 0 [Ec. 9]

14,14 · 2,5 − 14,14 · 81,5 + 𝐹𝑑 · 84 = 0

𝐹𝑑 = 13,3 𝑘𝑁

𝐹𝑐 = 13,3 𝑘𝑁


81

𝑀𝑎 = 0 𝑁𝑚

𝑀𝑏 = 13,3 · 2,5 = 33,25 𝑁𝑚

𝑀𝑐 = 13.3 · 81,5 − 14,14 · 79 = 33,25 𝑁𝑚

𝑀𝑑 = 0 𝑁𝑚

Análisis momento flector:

𝜎 = 𝑀

𝐼· 𝑦 [Ec. 3]

𝜎 = 33,25

14 · 𝜋 · (

16 · 10−3

2 )4 · (

16 · 10−3

2) = 82,69 𝑀𝑃𝑎

Análisis cortante:

𝜏 = 1

𝐿·

𝑉𝑦


𝜏 = 1

16·

14,14

14 · 𝜋 · (

162 )

4 ·𝜋

2· 82 ·

4

3·

8

𝜋

𝜏 = 93,8 𝑀𝑃𝑎


debe aplicar Von-Missses para poder comparar el valor resultado con el valor de resistencia de 900

MPa, resistencia equivalente a un tornillo de calidad 10.9.

𝜎 𝑣𝑚 = √𝜎2 + 3 · 𝜏2 [Ec. 5]

𝜎𝑣𝑚 = √82,692 + 3 · 93,82


Tal como se aprecia, el valor final de la tensión resulta muy satisfactorio y se muestra claramente por


Annexos

82


𝑭𝑺 = 900

182,3= 4,94

Así que queda comprobado que se debe utilizar un tornillo de M16 de calidad 10.9.

A4. Unión barra L tornillo de potencia

Para unir los dos componentes de la máquina se usan dos escuadras perforadas hechas de acero inox

AISI 316. Estas escuadras tienen un espesor de 6 mm y se calcularán mediante el software de ANSYS.




F aplicada 13300 N

Partes fijas Unión elevador

Tabla 4: Parámetros de cálculo escuadras unión.

Fuente: Propia



83

Figura 13: Resultado tensión del cálculo escuadras unión

Fuente: Propia

Figura 14: Resultado deformación del cálculo escuadras unión

Fuente: Propia

Tal y como se muestra en la Figura 13, el material no llega a superar su límite elástico, pero el valor re tensión

obtenido no se encuentra en un factor de seguridad igual o superior a 4. Para disponer de un resultado más

aproximado a la realidad, se debería hacer uso de la versión oficial del programa.

A5. Actuador lineal telescópico

Para determinar qué actuador lineal se debe instalar en este caso, se recurre a determinar las fuerzas

que debe vencer para iniciar el movimiento de la unidad de soporte corporal y del usuario.

Como ya se ha determinado anteriormente en las secciones A y B aparece una fuerza normal de

4907,89 N y 6232,24 N respectivamente, teniendo en cuenta un coeficiente de rozamiento de

rodadura metal-metal sin engrasar de 0,05; la fuerza a vencer es la siguiente:

𝐹 = µ · 𝑁 [Ec. 10]

𝐹 = 0,05 · (4907,89 + 6232,24)

𝐹 = 556,86 𝑁

Annexos

84

Por lo tanto, se decide adquirir un actuador lineal modelo MMAC024, a continuación se presentan las

características técnicas del modelo:

Tensión de alimentación 24 V

Fuerza de empuje 800 N

Velocidad de translación 20 ± 2 mm/s

Grado de protección IP44

Carrera 50mm

Rango de temperatura -25ºC a 60ºC

Tabla 5: Características técnicas actuador lineal MMAC024

Fuente: https://www.electronicaembajadores.com/

A6. Actuador lineal giro

El siguiente actuador lineal de estudio es el encargado de provocar el movimiento de rotación tanto

del usuario como de la unidad de soporte corporal, actuador lineal y la barra L.

Para calcular dicho componente, se debe determinar en primer lugar la inercia del conjunto. Para ello

se recurre a los cálculos del programa Solidworks, ya que se trata de una geometría de considerable

complejidad y hacer el cálculo a mano conllevaría demasiado tiempo y una probabilidad de error

elevada.

Tras posicionar el conjunto (barra telescópica silla recogida) en el programa, se sabe que la inercia del

conjunto es:

𝐼𝑦𝑦 = 64979041679,59 𝑔 · 𝑚𝑚2

𝐼𝑦𝑦 = 64979041679,59

10−9= 64,98 𝑘𝑔 · 𝑚2

https://www.electronicaembajadores.com/


85

Teniendo en cuenta que la velocidad lineal máxima permitida según norma debe ser de 0,3 m/s y la

distancia desde el tornillo CIR al usuario es de 728,44 mm según medición en el programa Solidworks,

la velocidad angular es la siguiente:

𝑤 = 𝑟 · 𝑣 [Ec. 11]

𝑤 = 0,72844 · 0,3 = 0,2184 𝑟𝑎𝑑/𝑠

Se calcula este valor de velocidad angular, debido a que un criterio importante de selección

del actuador lineal, será su velocidad de desplazamiento, ya que influirá en gran medida en

el funcionamiento del sistema, la comodidad del usuario y el cumplimiento de la normativa

europea a la que se debe ajustar la máquina.

Una vez establecido el valor de la inercia del conjunto y a la velocidad angular máxima a la

que puede girar, se debe establecer el momento necesario para activar el movimiento del

conjunto.

Para determinar dicho momento, se debe seguir la siguiente expresión:

𝑀 = 𝐼 · 𝐸 [Ec. 12]

Donde:

- 𝐼: Valor de la inercia del conjunto respecto al punto de rotación. En este caso ya es

conocida, 64,98 𝑘𝑔 · 𝑚2.

- 𝐸 : Aceleración angular del conjunto, en rad/s^2.

Para conocer este valor de aceleración angular, se establece que el tiempo de aceleración

desde el reposo hasta adquirir la velocidad angular de 0,2184 𝑟𝑎𝑑/𝑠 de ser de 1 segundo, por

lo que según la siguiente ecuación:

𝐸 =𝑤

𝑡 [Ec. 13]

𝐸 =0,2184 𝑟𝑎𝑑/𝑠

1 𝑠

𝐸 = 0,2184 𝑟𝑎𝑑/𝑠2

Una vez se dispone del valor de la aceleración angular y según la Ec 12, el momento a aplicar

es el siguiente:

Annexos

86

𝑀 = 64,98 · 0,2184 = 14,19 𝑁𝑚

Una vez hallado el valor del momento necesario para iniciar el giro, se debe probar con diferentes

modalidades de montaje y con diferentes modelos de actuadores lineales hasta halla uno que cumpla

con el momento requerido.

Como es el caso de que la distancia del CIR de la barra L al soporte del actuador lineal es de 205 mm

según plano, se requiere una fuerza F normal para inducir al movimiento de valor:

𝐹 = 𝑀

𝑑 [Ec. 14]

𝐹 = 14,19

0,205

𝐹 = 69,22 𝑁

Así que según medidas preestablecidas, la distancia entre el CIR de la barra L y el otro apoyo del

actuador están situados a 83 mm. Se trata de resolver un problema de trigonometría.

Figura 15: Representación esquemática F actuador

Fuente: Propia

Por lo que si se aplica la siguiente expresión:

𝐹𝑎𝑐𝑡 = 69,22

𝑠𝑒𝑛(22,05)

𝐹 𝑎𝑐𝑡 = 184,38 𝑁


87

Por lo tanto, se debe encontrar un actuador lineal de F mínima 185 N y según esquema Solidworks,

de una carrera de 50 mm.

Teniendo tal información se decide utilizar por duplicado el actuador lineal MMAC024 ya equipado

previamente.

A7. Elevador Thomson

Para determinar las solicitaciones ala que se encuentra sometido el módulo y poder hallar el modelo

de más adecuado para el sistema, se recurre al software de cálculo de la marca Thomson, en dónde

se debe especificar la situación de estudio y el mismo programa ya presenta las soluciones más

oportunas.

A continuación se muestra la utilización de dicho software y como se ha llegado a la implantación del

modelo en particular.

En primer lugar, se selecciona la opción del ambiente de trabajo del módulo. En este caso, al tratarse

de ambiente sucios, como son las granjas, se selecciona la opción “Extreme Dust”.

Figura 16: Primer paso en la selección del módulo.

Fuente: https://www.linearmotioneering.com/Sizing/SizingRequirement

El segundo paso es detallar el modo de movimiento, tal como el recorrido total, la velocidad, etc.

https://www.linearmotioneering.com/Sizing/SizingRequirement

Annexos

88

Figura 17: Segundo paso en la selección del módulo.


El tercer paso es especificar la carga total y su ubicación. Debido a que siempre se tiene que

considerar la situación más desfavorable, se ha calculado teniendo en cuenta la elongación de la

barra silla. Las medidas introducidas se obtienen de la representación CAD.

Figura 18: Tercer paso en la selección del módulo.





89

Una vez introducidos todos los parámetros, el propio software los evalúa y explora el catálogo para

encontrar la mejor solución, una vez ha finalizado muestra todo un abanico de modelos disponibles.

Figura 19: Abanico de resultados del análisis.

Fuente: https://www.linearmotioneering.com/Sizing/SizingSolution

Además, según catálogo del fabricante, el módulo lineal es autoblocante debido al sistema de doble

rosca, por lo tanto se decide equipar en el sistema el modelo MLSM06D05LX999-00600-

01355CZ0320.

A8. Motor eléctrico elevador

Para otorgar movimiento al tornillo del elevador, se decide instalar un motor eléctrico de 24 Vdc.

Para determinar la potencia y revoluciones de funcionamiento, se ha recurrido al siguiente análisis.

Según el fabricante el tornillo del módulo lineal tiene un paso de 10mm, el cual también coincide con

el avance, que es de 10mm.

Se sabe que según norma la velocidad máxima tanto ascendente como descendente debe ser de 0,15

m/s. Lo que si se aplicara tal velocidad, sólo se tardarían 3,3 s en recorrer los 500 mm de recorrido

des de la altura de la silla de ruedas hasta la altura del asiento. Des del punto de vista de diseño, se

considera una velocidad de ascensión desmesurada, por lo que se ha decidido que en vez de que se

tarden 3,33 s, se tarden 10 s, lo que conlleva que la nueva velocidad ascendente sea de 0,05 m/s.

Para calcular la velocidad de rotación se recurre al siguiente cálculo:

𝑣 = 𝑙 · 𝑤 [Ec. 15]

Annexos

90

Dónde:

- 𝑣: velocidad de elevación.

- 𝑙: avance del tornillo.

- 𝑤: velocidad de giro tornillo.

0,05 = 10𝑚𝑚

𝑟𝑒𝑣· 𝑥

𝑟𝑒𝑣

𝑚𝑖𝑛·

1𝑚𝑖𝑛

60𝑠·

1𝑚

1000𝑚𝑚

𝑥 = 300 𝑟𝑝𝑚

Por lo tanto, se decide instalar un motor de potencia 1500 W, el cual entregará un par de 47,75 Nm a

300 rpm. El par de salida del motor no excede el par máximo de entrada del husillo del módulo lineal,

el cual es de 65 Nm, por lo que se da el visto bueno a las características técnicas del motor.

Tras consultar diversos catálogos, se decide instalar el modelo BLDC M123-50 de la empresa EMPPL.


91

Annexos

92

Anexo C Esquema eléctrico


93

Annexos

94

Anexo D Planos

A

DETALLE A

ESCALA 1 : 5

1

2

4

3

ADAPTACIÓN EMBRAGUE

1:20

1.01

N.º DE ELEMENTO DESCRIPCIÓN CANTIDAD Nº PLANO1 Pedal embrague 1 -2 Soporte 5 1 5.054 Soporte 4 1 5.045 Actuador eléctrico LAS4-1-1-150-24-B 1 -

Plano Nº

ESCALA A3

Material:

Observaciones:

Fecha:01/10/2020

Fecha:01/10/2020

Dibujado por: Josep Raüll Caparó

Revisado por:Jesús Maria Petreñas

ADAPTACIÓN DE UN TRACTOR AGRÍCOLA PARA PERSONAS MINUSVÁLIDAS

Producto SOLIDWORKS Educational. Solo para uso en la enseñanza.

A

3 41 2

ADAPTACIÓN FRENOS Y ACELERADOR

DETALLE A

ESCALA 2 : 15

1

5

6 23

1.02

1:15

NOTA:

La ubicación exacta de los soportes 4 queda a decisión del jefe de taller, la represención en este plano se trata de una idea aproximada de la ubicación final

Nº ELEMENTO DESCRIPCIÓN UNIDADES Nº PLANO1 Barra palanca 2 3 10.022 Soporte 4 3 5.043 Barra palanca 1 3 10.014 Soporte 5 3 5.055 Pedal freno 2 -6 Pedal acelerador 1 -

Plano Nº

ESCALA A3

Material:

Observaciones:

Fecha:01/10/2020

Fecha:01/10/2020





1

2

3

4 6

5

5

7 8

9

10 11

12

13

14

CONJUNTO ELEVADOR 1.03

1:10

Plano Nº

ESCALA A3

Material:

Observaciones:

Fecha:01/10/2020

Fecha:01/10/2020





NOTA:

LA TABLA ANTERIOR SÓLO MUESTRA LOS MATERIALES VISIBLES EN ESTA VISTA, PARA VISUALIZAR LAS OTRAS PIEZAS CONSULTAR OTROS PLANOS

TABLA MATERIALES ELEVADOR 1.04

Nº DE ELEMENTO DESCRIPCIÓN CANTIDAD Nº PLANO1 Soporte caja batería 1 10.002 Unión ROPS-Thomson 1 9.003 Motor M123S D90B14 1 -4 Brida motor-módulo 2 8.005 Interruptor MP500 24V 4 -6 Módulo lineal MLM06D 1 -7 Escuadra unión 2 5.048 Barra L 1 7.009 Soporte 3 2 5.0310 Actuador MMAC024 2 -11 Tapa telescópica 1 6.0012 Pletina 25x50 1 3.0013 Asiento HIAB 1 -14 Interruptor pedal ZL290 NC 1 -

ESCALADibujado por:Josep Raüll Caparó

Fecha:01/10/2020

Revisado por: Fecha:01/10/2020

A4

Observaciones:

Material:


Jesús Maria Petreñas

Plano Nº


4

87

2

93

6 101

3

2

4 5

Elevador 2 1.05

1:10

Nº ELEMENTO DESCRIPCIÓN CANTIDAD Nº PLANO1 Asiento HIAB 1 -2 Base asiento 1 2.003 Actuador MMAC024 2 -4 Soporte 2 2 5.025 Barra L 1 7.006 Rodillo apoyo 2 4.007 Tapa telescópico 1 6.008 Soporte 1 1 5.019 Pletina 25x50 1 3.0010 Interruptor MP500 24V 4 -

Plano Nº

ESCALA A3

Material:

Observaciones:

Fecha:01/10/2020

Fecha:01/10/2020





13,

00

3,0

0 4xR

10,0

0

200,00 24,72

17,64

250

,00

4x9,0

0 4xR10,00

R15,00

35,

00

33,

00

2x8,00 30,00

+-0,10,1

105

,00

175,00

223

,00


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano NºBASE ASIENTO 2.00

1:2

AISI 316


520,00

14,

00

16,

00

30,00 ±0,10

105,00

4X8,00

36,00

99,00

10,

00

20,00

8X5,50

33,00

25,

00

52,00

M2

8,50

50,00

25,

00

Plano Nº

ESCALA A3

Material:

Observaciones:

Fecha:01/10/2020

Fecha:01/10/2020




PLETINA BARRA ASIENTO 3.00

S355 JR

Acabado galvanizado

1:2


14

32

RODILLO DE APOYO 4.00

1:1

AISI 316

Se deben fabricar 2 unidades

N.º DE ELEMENTO N.º DE PIEZA DESCRIPCIÓN CANTIDAD

1 Estructura apoyo Ajuste a presión con eje 1

2 Eje rodillo apoyo Ajuste a presión con estructura y rodamiento 1

3 NK 14-16 SKF Rodamiento de agujas 2

4 Tope lateral Cierra de seguridad 2


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


R2,00

23,

00

50,00 5

0,00

4X5,00 25,00

33,

00

8,5

0 12,50

14,00 H7

R24,00

13,

50

ESTRUCTURA APOYO 4.01

1:1

AISI 316


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


50,00

10,00 12,00

M5

N7

14,

00 m

7

EJE RODILLO APOYO 4.02

2:1

AISI 316


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


R8,00

6,20

R10,00

12,

55

49,

50

42,

03°

3,00 3,00

R2,00

26,

00

56,00

R4,00

10,00

8,0

0

10,00

SOPORTE 5.01

1:1

AISI 316


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


R8,00 6,20

R2,00

22,

00

13,

54

17,

79°

3,00 3,00

R2,00 2

6,00

56,00

R4,00

10,00

8,0

0

SOPORTE 2 5.02

1:1

AISI 316


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


4xR10,00

40,

00

A

A 1

0,00

30,00

8,00

R2,00

30,00

8,0

0

3,00

10,

00

SECCIÓN A-A

SOPORTE 3 5.03

1:1

AISI 316


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


4XR10,00

45,

00

A

A

14,

00

30,00

17,00

6,00

6,6

0

10,

00

SECCIÓN A-A

Escuadras unión 5.04

1:1

AISI 316


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


50,00

25,

00

R6,00 6,50

2,00 2,00

25,00

R2,00

2X10,00

30,00

12,

50

10,00

SOPORTE 4 5.05

1:1

AISI 316

N7


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


50,00

16,

00

R6,00 6,50

25,00

2,00 2,00

R2,00

2x10,00

30,00

10,00 1

2,50

SOPORTE 5 5.06

1:1

AISI 316


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


60,00 8

0,00

4XR8,00

50,50

25,

50

50,32

14,

00

4XR

9,00

3,0

0

2,00

10,00

R1,00

20,00 ±0,15

M5

7,0

0

TAPA TELESCÓPICO 6.00

1:1

AISI 316

En toda la pieza

N7


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


16,00 + 0,150,00

R40,00

3

75,0

0

210,00

R90,00 A

C

NOTA:SE TRATA DE UN PERFIL RECTANGULAR HUECO.

A= 80mmB = 60mmR = 8mme = 3mm

20,

00 ±

0,15

5,00

5,50

DETALLE A

ESCALA 2 : 3

40,00

182

,00

B

D 1

5,00

15,

00

DETALLE B

ESCALA 2 : 3

8,0

0 8

,00

36,

00

DETALLE C

ESCALA 2 : 3

20,

00

20,

00

DETALLE D

ESCALA 2 : 3

BARRA L 7.00

1:3

S355 JR

Acabado galvanicado

Plano Nº

ESCALA A3

Material:

Observaciones:

Fecha:01/10/2020

Fecha:01/10/2020





R30,00

50,00

100

,00

10,00

45°

37,50

75,

00

12,

50

80,00

5,0

0

6,0

0

20,00

8,0

0

A

40,

00

6,00 30,00

20,

00

8,00

20,

00

30,00 6

0,00

2

0,00

VISTA A

BRIDA MOTOR-MÓDULO 8.00

1:2

AISI 316

Se deben fabricar 2 unidades

N9


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


90,

00

200,00

100,00 ±0,05

60,

00 ±

0,05

15,

00

50,00

4x18,00

4x12

,00

174,00

10,00

45°

50,

00

20,

00

20,

00 1

0,00

13,00

4x8,00

UNIÓN ROPS-THOMSON 9.00

1:2

AISI 316

N9


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


100,00 ±0,05

60,

00 ±

0,05

120,00

6xR

30,0

0

30,00

90,

00

450,00

4x15,00

400,00

150

,00

25,00

40,

00

251,00

151

,00

R51,00

espesor = 2 mm

SOPORTE CAJA BATERÍA 10.00

1:5

AISI 316


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


770

,00

2x6,50

250

,00

20,00

20,

00

BARRA PALANCA 1 10.01

1:5

S275 JR


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


180

,00

2x6,50

160

,00

10,

00

20,

00

20,00

BARRA PALANCA 2 10.02

1:2

S275 JR


Fecha:01/10/2020


A4

Observaciones:

Material:



Plano Nº


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