CD-3492

ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

DISEO DE UN ELEVADOR DE DOBLE TIJERAS ACCIONADO

HIDRULICAMENTE PARA VEHCULOS CON UNA CAPACIDAD

DE HASTA 4,0 TONELADAS

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERO

MECNICO

DIANA CAROLINA HIDALGO AYALA [email protected]

VINICIO JAVIER VILLARRUEL ERAZO

[email protected]

DIRECTOR: ING., MDI. CARLOS O. BALDEN V.

[email protected]

QUITO, MARZO 2011

ii

DECLARACIN

Nosotros, HIDALGO AYALA DIANA CAROLINA y VILLARRUEL ERAZO VINICIO

JAVIER, declaramos bajo juramento que el trabajo aqu realizado es de nuestra

autora; y que no ha sido previamente presentado para ningn grado o calificacin

profesional; y que hemos consultado las referencias bibliogrficas que se incluyen

en este documento.

A travs de la presente declaracin cedemos los derechos de intelectualidad

correspondiente a este trabajo a la ESCUELA POLITCNICA NACIONAL, segn

lo establecido en la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y la

normativa institucional vigente.

________________________ ____________________________

HIDALGO AYALA DIANA C. VILLARRUEL ERAZO VINICIO J.

iii

CERTIFICACIN

Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por: la Srta. HIDALGO

AYALA DIANA CAROLINA y el Sr. VILLARRUEL ERAZO VINICIO JAVIER, bajo

nuestra supervisin.

____________________________

ING. CARLOS O. BALDEN V.

DIRECTOR

________________________ _________________________

ING. JAIME R. VARGAS T. ING. JORGE H. ESCOBAR L.

COLABORADOR COLABORADOR

iv

AGRADECIMIENTOS

La presente tesis si bien ha requerido nuestro esfuerzo y mucha dedicacin; se la

ha ejecutado gracias al aporte y participacin de personas invaluables, por las

que es un verdadero placer utilizar este espacio para ser justos y consecuentes,

expresndoles nuestros agradecimientos.

Quedamos eternamente agradecidos con nuestro seor director el Ing. Carlos

Oswaldo Balden Valencia por aceptarnos para la realizacin de esta tesis bajo

su direccin. Adems de su apoyo, confianza, comprensin, paciencia y

disposicin en la ejecucin de este trabajo; orientando y guiando nuestras ideas y

sobre todo por brindarnos su amistad que nos permiti vivir una experiencia tan

importante en nuestras vidas.

Queremos expresarles tambin nuestros ms sinceros agradecimientos a los

ingenieros Jaime Vargas y Jorge Escobar por su colaboracin y participacin

activa en el desarrollo de esta tesis. Muchas gracias por contribuir con nuestra

formacin personal.

A todos nuestros amigos quienes nos permitieron entrar en sus vidas en estos

aos compartiendo momentos inolvidables dentro y fuera del saln de clases,

adems de momentos difciles en los cuales nos dieron su apoyo para poder

superar cualquier adversidad.

Finalmente el agradecimiento a nuestra Institucin; y a sus distinguidos maestros,

que con su sabia experiencia nos ayudaron a ser profesionales, capaces de

enfrentar en cualquier situacin que la Patria en el mbito profesional requiera de

nuestro contingente.

Gracias.

Vinicio y Diana

v

DEDICATORIA

Debo dar gracias a Dios por estar conmigo en cada minuto de m caminar,

fortaleciendo mi corazn e iluminando mi mente.

A mis papis: Hugo y Gloria por su amor y dedicacin que me han brindado, por

creer, confiar y apoyarme en todas las decisiones que he tomado.

A mis hermanos Hugo y Luis Felipe por brindarme su amor y amistad; a mi to

Rvdo. Padre Eduardo Ayala quien con sus sanas bendiciones ha sabido

encaminarme observando los valores del ser humano; a mi ta Margarita Ayala

que con su cario supo darme las respuestas oportunas en cualquier inquietud.

Al Amor de mi vida y mi mejor amigo Vinicio Villarruel quien comparte mis

alegras, tristezas y con su cario me ha enseado a conocer un mundo lleno de

oportunidades y felicidad. A mis amigos y en especial a Gabriela Villarruel,

quienes me han brindado su apoyo, siempre permanecen en mi corazn.

Diana Hidalgo

Dedico esta tesis y mi carrera universitaria a Dios quien est en todo momento

dndome las fuerzas necesarias para poder seguir luchando da tras da.

A mis padres Fabin y Herminia, con su gran ejemplo y sabios consejos

impartidos me impulsaron a superar todas las dificultades.

A mis hermanos David y Edwin por el apoyo desinteresado a lo largo de mi vida; a

Diana Hidalgo quien a ms de ser mi mejor amiga es mi gran amor, con quien he

vivido momentos maravillosos.

A mis grandes amigos y compaeros universitarios quienes me dieron su

confianza compartiendo tiempos inolvidables, pero sobre todo hemos adquirido

una amistad que perdurar por el resto de nuestras vidas.

Vinicio Villarruel

vi

RESUMEN

El presente Proyecto de Titulacin, DISEO DE UN ELEVADOR DE DOBLE

TIJERAS ACCIONADO HIDRULICAMENTE PARA VEHCULOS CON UNA

CAPACIDAD DE HASTA 4,0 TONELADAS., desarrollado en cinco captulos, los

cuales se los puede resumir de la siguiente manera:

El Captulo 1, muestra una Introduccin y Generalidades, dando a conocer las

definiciones preliminares, que ayudan al mejor entendimiento, as como tambin

a deducir los parmetros de diseo los cuales marcan las pautas para una mejor

eleccin en las alternativas.

El Captulo 2, realiza el planteamiento de las alternativas, para posteriormente

escoger la mejor seleccin y el razonamiento de la alternativa ms ptima.

El Captulo 3, engloba la metodologa y las diferentes oportunidades

seleccionadas en el diseo de cada uno de los elementos que forman parte del

elevador, adems del esquema del circuito hidrulico.

El Captulo 4, visualiza los procesos de fabricacin y montaje del elevador,

desarrolladas en detalle en los planos de taller correspondientes a cada uno de

los elementos que conforman el elevador.

El Captulo 5, realiza el anlisis de costos, ejecutando un estudio Econmico-

Presupuestario; con los que se efecta la evaluacin financiera y las Fuentes de

Financiamiento para el desarrollo del mismo.

vii

PRESENTACIN

El presente proyecto se enfoca en aplicar los conocimientos adquiridos en

distintas reas de la ingeniera, introducindolos a la industria para el

mejoramiento y optimizacin de los recursos existentes, as lograr una buena

afinidad entre costo y beneficio. Tomando siempre en consideracin que la

empresa actual debe contar con un buen ambiente de trabajo sin afectar a las

generaciones futuras.

Debido a la continua actualizacin y desarrollo de los procesos tecnolgicos en el

campo automotriz, en los cuales la Ingeniera Mecnica tiene gran influencia, se

ha visto la necesidad de optimizar el proceso de mantenimiento para la obtencin

de recursos.

Actualmente en los talleres de mantenimiento automotriz del Pas, una de las

herramientas fundamentales para prestar el servicio y que se encuentre acorde

con la creciente demanda de estos, es el elevador de vehculos ya que esto da

mayor competitividad en el mercado.

Se disea un ELEVADOR DE DOBLE TIJERAS ACCIONADO

HIDRULICAMENTE PARA VEHCULOS CON UNA CAPACIDAD DE HASTA 4,0

TONELADAS, el mismo debe ser funcional, seguro y eficiente para el buen

desenvolvimiento de las actividades. Se obtiene una buena manipulacin y fcil

acceso, ahorrando gran cantidad de tiempo.

Adems uno de los ms grandes problemas que en la actualidad presentan los

talleres de mantenimiento automotriz es el impacto ambiental que estos producen,

por el mal uso de los recursos y la mala capacitacin en el tratamiento de los

desechos, por esto se debe tomar en consideracin todas las normas

ambientales, para que en el momento de utilizar el mecanismo de elevacin no

produzcan ningn tipo de contaminacin.

viii

Sin embargo es importante que el Ingeniero Mecnico tome inters en disear las

herramientas necesarias para facilitar el trabajo en los talleres, mejorando

adems todos los procesos, basandose en la seguridad y ergonomia de este.

Si se logra una buena implementacin se consigue un buen desarrollo en este

sector, haciendolo ms competitivo, dando como resultado la evolucin de los

talleres y al mismo tiempo el desarrollo del Ecuador que es un pas que necesita

avances tecnolgicos.

La implementacin de elevadores en los talleres de mantenimiento automotriz

hace que obtenga mayor grado de seguridad en las operaciones, as como

tambin mayor rentabilidad; que reducen los costos, produciendo con esto una

mayor confiabilidad en los servicios a prestarse.

ix

NDICE

CAPTULO I ............................................................................................................ 1

MARCO TERICO ............................................................................................. 1

1. GENERALIDADES: .................................................................................. 1

1.1. DEFINICIONES PRELIMINARES: .................................................... 1

1.1.1. Elevador de autos: ........................................................................ 1

1.1.2. Elevador de doble tijeras para autos: ............................................ 1

1.1.3. Actuador hidrulico: ....................................................................... 1

1.1.4. Cilindro hidrulico: ......................................................................... 2

1.1.4.1.Cilindro de simple efecto: .......................................................... 2

1.1.4.2.Cilindro de doble efecto: ............................................................ 2

1.1.5. Tuerca de fijacin y chapa de seguridad ....................................... 3

1.1.6. Chumaceras y sus accesorios ....................................................... 3

1.1.6.1.Chumaceras unidad de bloque .................................................. 4

1.1.6.2.Chumaceras bipartidas .............................................................. 4

1.2. PARMETROS PARA EL DISEO: ..................................................... 5

1.3. DEFINICIN DEL PROBLEMA: ....................................................... 6

1.3.1. Entorno .......................................................................................... 6

1.3.2. Restricciones ................................................................................. 7

1.3.3. Facilidades .................................................................................... 7

1.4. CASA DE LA CALIDAD: ................................................................... 8

1.4.1. Voz del usuario: ............................................................................. 8

1.4.2. Anlisis de competitividad: ............................................................ 8

1.4.3. Voz del ingeniero: .......................................................................... 9

1.4.4. Correlaciones: ............................................................................. 10

1.4.5. Comparacin tcnica ................................................................... 10

1.4.6. Compromisos tcnicos ................................................................ 10

1.5. ESPECIFICACIONES TCNICAS: ................................................. 11

1.6. ANLISIS FUNCIONAL: ................................................................. 12

1.6.1. Modos de operaciones principales: ............................................. 12

1.6.2. Modos de operaciones accidentales: .......................................... 13

1.7. DEFINICIN DE MDULOS: ......................................................... 13

CAPTULO II ......................................................................................................... 16

x

2. PLANTEAMIENTO Y SELECCIN DE ALTERNATIVAS ............................. 16

2.1. PRESENTACIN DE LAS ALTERNATIVAS: ....................................... 16

2.1.1. SISTEMA DE ACCIONAMIENTO DE ELEVACIN MEDIANTE UN

SISTEMA HIDRULICO: ........................................................................... 17

2.1.1.1. Funcionamiento y caractersticas: ........................................... 17

2.1.1.2. Ventajas ................................................................................... 17

2.1.1.3. Desventajas ............................................................................. 18


SISTEMA NEUMTICO: ........................................................................... 18


2.1.2.2. Ventajas ................................................................................... 19

2.1.2.3. Desventajas ............................................................................. 19

2.1.3. SISTEMA ESTRUCTURAL DE DOBLE TIJERAS: ......................... 20


2.1.3.2. Ventajas ................................................................................... 20

2.1.3.3. Desventajas ............................................................................. 21

2.1.4. SISTEMA ESTRUCTURAL EN FORMA DE PARALELEPPEDO: . 21


2.1.4.2. Ventajas ................................................................................... 22

2.1.4.3. Desventajas ............................................................................. 22

2.1.5. SISTEMA DE SEGURIDAD CON SISTEMA HIDRULICO: .......... 22


2.1.5.2. Ventajas ................................................................................... 23

2.1.5.3. Desventajas ............................................................................. 23

2.1.6. SISTEMA DE SEGURIDAD MANUAL CON TRABAS: ................... 23


2.1.6.2. Ventajas ................................................................................... 24

2.1.6.3. Desventajas ............................................................................. 24

2.2. EVALUACIN DE LAS SOLUCIONES POR EL MTODO ORDINAL

CORREGIDO DE CRITERIOS PONDERADOS. .......................................... 24

2.2.1. SISTEMA DE POTENCIA DEL ELEVADOR:.................................. 25

2.2.1.1. Evaluacin del peso especfico del criterio de fiabilidad .......... 25

2.2.1.2. Evaluacin del peso especfico del criterio de seguridad ........ 26

xi

2.2.1.3. Evaluacin del peso especfico del criterio de versatilidad ...... 26

2.2.1.4. Evaluacin del peso especfico del criterio de ergonoma ....... 27

2.2.1.5. Evaluacin del peso especfico del criterio de costo ................ 27

2.2.2. SISTEMA ESTRUCTURAL DEL ELEVADOR: ............................... 28






2.2.1. SISTEMA DE SEGURIDAD DEL ELEVADOR:............................... 31






2.3. PLANTEAMIENTO DE LA ALTERNATIVA ESCOGIDA ..................... 34

2.3.1. DEL PRIMER MDULO: ................................................................ 34

2.3.2. DEL SEGUNDO MDULO: ............................................................ 35

2.3.3. DEL TERCER MDULO: ............................................................... 35

2.4. CUANTIFICACIN DE LOS PARMETROS DE DISEO ................ 35

2.4.1. CAPACIDAD MXIMA DE ELEVACIN: ....................................... 35

2.4.2. CARRERA: ..................................................................................... 35

2.4.3. DISTANCIA ENTRE EJES DEL VEHCULO: ................................. 36

2.4.4. ANCHO MXIMO DEL VEHCULO: ............................................... 36

2.4.5. DISTANCIA MNIMA ENTRE RUEDAS: ......................................... 36

2.2.1. TIPO DE SERVICIO A PRESTAR: ................................................. 36

CAPTULO III ........................................................................................................ 37

DISEO DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA ........................................... 37

3.1. METODOLOGA ................................................................................. 37

3.2. DISEO DE CADA UNO DE LOS ELEMENTOS ............................... 37

3.2.1. BRAZO DEL ELEVADOR: .............................................................. 38

3.2.2. APOYOS DEL BRAZO DEL ELEVADOR ....................................... 40

3.2.2.1. Posiciones del elevador ........................................................... 40

xii

3.2.2.1.1.Posicin mxima de elevacin ............................................. 40

3.2.2.1.2. Separacin de los brazos en al base del elevador en la

posicin mxima...40

3.2.2.2. Posicin media de elevacin ................................................... 42

3.2.2.3. Posicin baja de elevacin ...................................................... 43

3.2.3. EVALUACIN DE CARGAS ........................................................... 44

3.2.3.1. Funcin de la rigidez en las uniones ........................................ 44

3.2.3.2. Funcin de la resistencia en las uniones: ................................ 45

3.2.3.3. Anlisis de fuerzas en la posicin mxima .............................. 46

3.2.3.4. Anlisis de fuerzas en la posicin media ................................. 51

3.2.3.5. Anlisis de fuerzas en la posicin baja .................................... 56

3.2.4. Clculo de la esbeltez de los brazos del elevador .......................... 60

3.2.5. Clculo de la placa (atiezador superior) .......................................... 61

3.2.6. Clculo de la placa (atiezador inferior) ............................................ 64

3.2.7. Clculo del pasador para los nodos ................................................ 67

3.2.8. Diseo a fatiga del pasador de las articulaciones. .......................... 68

3.2.9. Clculo del bocn para articulaciones ............................................. 69

3.2.10. Clculo de las chumaceras para el Pasador Fijo ........................ 71

3.2.11. Seleccin de seguros de los pasadores de los nodos C, D, E y F.

.76

3.2.12. Seleccin del anillo de seguridad ................................................ 78

3.2.13. Clculo de la placa base ............................................................. 79

3.2.14. Clculo de los pernos de anclaje ................................................. 84

3.3. DISEO Y SELECCIN DEL CIRCUITO HIDRULICO ................... 87

3.3.1. SELECCIN DE LA BOMBA HIDRULICA ................................... 89

CAPTULO IV ........................................................................................................ 93

PROCESOS DE FABRICACIN Y MONTAJE DE LA ALTERNATIVA ............. 93

4.1. GENERALIDADES ............................................................................. 93

4.2. HOJAS DE PROCESOS .................................................................... 96

CAPTULO V ....................................................................................................... 124

ANLISIS FINANCIERO ................................................................................. 124

5.1. ANLISIS ECONMICO - PRESUPUESTARIO .............................. 124

5.2. EVALUACIN FINANCIERA ............................................................ 154

xiii

5.3. FUENTES DE FINANCIAMIENTO ................................................... 155

CONCLUSIONES ............................................................................................... 156

RECOMENDACIONES ....................................................................................... 158

BIBLIOGRAFA: ................................................................................................. 159

ANEXO I.............................................................................................................. 161

CASA DE LA CALIDAD ................................................................................... 161

ANEXO II............................................................................................................. 163

ESPECIFICACIONES CAMIONETA FORD F-150 XLT .................................. 163

ANEXO III............................................................................................................ 165

ESPECIFICACIONES CHEVROLET SPARK ................................................. 165

ANEXO IV ........................................................................................................... 167

CATLOGOS MATERIALES EMPLEADOS .................................................. 167

xiv

NDICE DE FIGURAS

Figura 1. Cilindro de simple efecto ......................................................................... 2

Figura 2. Cilindro de doble efecto ........................................................................... 3

Figura 3. Tuerca de Fijacin y Chapa de Seguridad .............................................. 3

Figura 4. Chumacera unidad de bloque ................................................................. 4

Figura 5. Montaje y desmontaje de chumacera bipartida ....................................... 5

Figura 6. Funcin global ....................................................................................... 13

Figura 7. Sistema de potencia del elevador ......................................................... 14

Figura 8. Sistema estructural ................................................................................ 14

Figura 9. Sistema de seguridad del elevador ....................................................... 15

Figura 10. Cilindro Hidrulico ............................................................................... 17

Figura 11. Cilindro Neumtico .............................................................................. 18

Figura 12. Sistema Estructural de doble tijera ...................................................... 20

Figura 13. Sistema Estructural en forma de paraleleppedo ................................ 21

Figura 14. Sistema de seguridad hidrulico ......................................................... 23

Figura 15. Sistema de Seguridad Manual ............................................................ 23

Figura 16. Esquema del Elevador ........................................................................ 38

Figura 17. Esquema del Brazo del Elevador ....................................................... 39

Figura 18. Posicin Mxima de Elevacin ........................................................... 40

Figura 19. Posicin Media de Elevacin .............................................................. 42

Figura 20. Posicin Baja de Elevacin ................................................................. 43

Figura 21. Ductilidad, Rigidez y Resistencia de las uniones ................................ 45

Figura 22. Anlisis segn el peso del vehculo..................................................... 46

Figura 23. Esquema elevador posicin mxima ................................................... 47

Figura 24. Diagrama de cuerpo libre en la posicin mxima ................................ 47

Figura 25. Esquema elevador posicin media...................................................... 51

Figura 26. Diagrama de cuerpo libre en la posicin media .................................. 52

Figura 27. Esquema elevador posicin baja......................................................... 56

Figura 28. Diagrama de cuerpo libre en la posicin baja ..................................... 56

Figura 29. Brazo elevador .................................................................................... 60

Figura 30. Longitud transversal del atiezador superior ......................................... 62

Figura 31. Fuerzas aplicadas al atiezador superior .............................................. 62

xv

Figura 32. Diagrama de fuerza cortante y momento flector ................................. 63

Figura 33. Longitud transversal del atiezador inferior ........................................... 64

Figura 34. Fuerzas aplicadas al atiezador inferior ................................................ 65

Figura 35. Diagrama de fuerza cortante y momento flector ................................. 66

Figura 36. Pasador articulaciones elevador ......................................................... 67

Figura 37. Bocn articulaciones ............................................................................ 70

Figura 38. Esquema pasador fijo .......................................................................... 71

Figura 39. Diagrama de cuerpo libre pasador fijo ................................................. 72

Figura 40. Parmetros de la chumacera .............................................................. 75

Figura 41. Parmetros de la chapa de seguridad ................................................. 76

Figura 42. Parmetros de la tuerza y extraccin de seguridad ............................ 77

Figura 43. Parmetros de los anillos de seguridad .............................................. 78

Figura 44. Diagrama de fuerzas ........................................................................... 79

Figura 45. Diagrama de fuerzas placa piso .......................................................... 80

Figura 46. Placa base de lados iguales ................................................................ 81

Figura 47. Dimensiones de la placa base ............................................................ 81

Figura 48. Seccin de contacto de la placa hacia el piso ..................................... 82

Figura 49. Diagrama de fuerzas piso placa .......................................................... 82

Figura 50. Vista lateral de la placa ....................................................................... 83

Figura 51. Diagrama de fuerzas ........................................................................... 84

Figura 52. Perno de anclaje ................................................................................. 85

Figura 53. Diagrama del perno de anclaje ........................................................... 86

Figura 54. Grupo motriz ....................................................................................... 89

Figura 55. Manmetro .......................................................................................... 90

Figura 56. Vlvula unidireccional .......................................................................... 90

Figura 57. Vlvula de cuatro pasos y tres posiciones .......................................... 90

Figura 58. Acumulador con bloque de cierre ........................................................ 91

Figura 59. Cilindro doble efecto ............................................................................ 91

Figura 60. Diagrama del circuito hidrulico .......................................................... 92

Figura 61. Tolerancias generales ......................................................................... 95

Figura 62. Tipos de tolerancias ............................................................................ 96

xvi

NDICE DE TABLAS

Tabla 1. Especificaciones Tcnicas ..................................................................... 11

Tabla 2. Evaluacin del peso especfico de cada criterio ..................................... 25

Tabla 3. Evaluacin del peso especfico del criterio fiabilidad .............................. 25

Tabla 4. Evaluacin del peso especfico del criterio seguridad ............................ 26

Tabla 5. Evaluacin del peso especfico del criterio versatilidad .......................... 26

Tabla 6. Evaluacin del peso especfico del criterio ergonoma ........................... 27

Tabla 7. Evaluacin del peso especfico del criterio costo ................................... 27

Tabla 8. Tabla de conclusiones sistema de potencia del elevador ....................... 28

Tabla 9.Evaluacin del peso especfico del criterio fiabilidad ............................... 28

Tabla 10. Evaluacin del peso especfico del criterio seguridad .......................... 29

Tabla 11. Evaluacin del peso especfico del criterio versatilidad ........................ 29

Tabla 12. Evaluacin del peso especfico del criterio ergonoma ......................... 30

Tabla 13. Evaluacin del peso especfico del criterio costo ................................. 30

Tabla 14. Tabla de conclusiones sistema estructural ........................................... 31

Tabla 15. Evaluacin del peso especfico del criterio fiabilidad ............................ 31

Tabla 16. Evaluacin del peso especfico del criterio seguridad .......................... 32

Tabla 17. Evaluacin del peso especfico del criterio versatilidad ........................ 32

Tabla 18. Evaluacin del peso especfico del criterio ergonoma ......................... 33

Tabla 19. Evaluacin del peso especfico del criterio costo ................................. 33

Tabla 20. Tabla de conclusiones sistema de seguridad ....................................... 34

Tabla 21. Hoja de procesos atiezador superior seccin fija ................................. 97

Tabla 22.Hoja de procesos alza superior seccin fija .......................................... 98

Tabla 23. Hoja de procesos atiezador superior seccin mvil.............................. 99

Tabla 24.Hoja de procesos alza superior seccin mvil ..................................... 100

Tabla 25. Hoja de procesos perfil gua ............................................................... 101

Tabla 26. Hoja de procesos bocn ...................................................................... 102

Tabla 27. Hoja de procesos cubre pasador 1 ..................................................... 103

Tabla 28. Hoja de procesos pasador articulacin superior seccin fija .............. 104

Tabla 29. Hoja de procesos pasador articulacin superior seccin mvil .......... 105

Tabla 30. Hojas de procesos cubre pasador 2 ................................................... 106

Tabla 31. Hoja de procesos separador brazos ................................................... 107

xvii

Tabla 32. Hoja de procesos pasador uniones .................................................... 108


Tabla 34. Hoja de procesos pasador articulaciones medias .............................. 110

Tabla 35. Hoja de procesos rampa .................................................................... 111

Tabla 36. Hoja de procesos brazo especial de elevacin .................................. 112

Tabla 37. Hoja de procesos brazo elevador ....................................................... 113


Tabla 39. Pasador articulacin superior cilindro ................................................. 115

Tabla 40. Hoja procesos atiezador inferior seccin fija ...................................... 116

Tabla 41. Hoja de procesos atiezador inferior seccin mvil ............................. 117

Tabla 42. Hoja de procesos perfil base 1 y perfil base 2 .................................... 118

Tabla 43. Hoja de procesos perfil base 3 ........................................................... 119

Tabla 44. Hoja de procesos placa base ............................................................. 120

Tabla 45. Pasador articulacin inferior seccin fija ............................................ 121

Tabla 46. Hoja de procesos pasador articulacin inferior cilindro ...................... 122

Tabla 47. Hoja de procesos pasador articulacin inferior seccin mvil ............ 123

Tabla 48. Costo unitario atiezador superior seccin fija ..................................... 125

Tabla 49. Costo unitario bocn ............................................................................ 126

Tabla 50.Costo unitario alza superior seccin fija .............................................. 127

Tabla 51.Costo unitario cubre pasador 1 ........................................................... 128

Tabla 52. Costo unitario pasador articulacin superior fija ................................. 129

Tabla 53.Costo unitario atiezador superior seccin mvil .................................. 130

Tabla 54. Costo unitario pasador articulacin superior seccin mvil ................ 131

Tabla 55. Costo unitario alza superior seccin mvil ......................................... 132

Tabla 56. Costo unitario perfil gua ..................................................................... 133

Tabla 57. Costo unitario cubre pasador 2 .......................................................... 134

Tabla 58. Costo unitario separador brazos ........................................................ 135

Tabla 59. Costo unitario pasador uniones .......................................................... 136

Tabla 60.Costo unitario cubre pasador 3 ........................................................... 137

Tabla 61. Costo unitario pasador articulaciones medias .................................... 138

Tabla 62. Costo unitario placa base ................................................................... 139

Tabla 63. Costo unitario pernos de anclaje ........................................................ 140

Tabla 64. Costo unitario rampa .......................................................................... 141

xviii

Tabla 65. Costo unitario brazo especial de elevacin ........................................ 142

Tabla 66. Costo unitario brazo elevador ............................................................. 143

Tabla 67. Costo unitario plataforma ................................................................... 144

Tabla 68. Costo unitario cubre pasador 4 .......................................................... 145

Tabla 69. Costo unitario pasador articulacin superior cilindro hidrulico ......... 146

Tabla 70. Costo unitario perfil base 1 ................................................................. 147

Tabla 71. Costo unitario atiezador inferior seccin fija ....................................... 148

Tabla 72. Costo unitario pasador articulacin inferior seccin fija ...................... 149

Tabla 73. Costo unitario pasador articulacin inferior cilindro hidrulico ............ 150

Tabla 74.Costo unitario pasador articulacin inferior seccin mvil ................... 151

Tabla 75. Costo unitario perfil base 3 ................................................................. 152

Tabla 76. Costo unitario atiezador inferior seccin mvil ................................... 153

Tabla 77. Anlisis del costo total ........................................................................ 154

1

CAPTULO I

MARCO TERICO

1. GENERALIDADES:

1.1. DEFINICIONES PRELIMINARES:

1.1.1. Elevador de autos:

El elevador de autos es una estructura mvil que realiza un desplazamiento;

ascendente y descendente, el mismo que tiene como finalidad levantar un

automvil para realizar un determinado mantenimiento.

1.1.2. Elevador de doble tijeras para autos:

Consta de dos plataformas, las mismas que no poseen ninguna conexin

mecnica dando como resultado una perfecta ergonoma del lugar de trabajo y la

mxima libertad de movimientos bajo el vehculo.

Para conseguir mayor flexibilidad en la recepcin de vehculos; grandes y

pequeos, estos cuentan con prolongaciones de la plataforma (tipo rampas) que

se encuentran fijas al piso, adems que su reducida altura del elevador facilita la

recepcin de los vehculos de perfil bajo.

1.1.3. Actuador hidrulico:

Los actuadores hidrulicos son los que convierten la energa de un fluido (aceite)

en trabajo mecnico, estos son similares a los actuadores neumticos, debido a

que los actuadores hidrulicos, son los de mayor antigedad, pueden ser

clasificados de acuerdo a la forma de operacin, y funcionan en base a fluidos a

presin. Ya que su empleo se encuentra ms difundido hace que se convierta en

un elemento vital en el funcionamiento de varias mquinas, porque este posee

2

mayor rendimiento, larga vida til y bajo costo en el momento de realizar su

mantenimiento.

1.1.4. Cilindro hidrulico:

Los cilindros hidrulicos se pueden clasificar en 2 tipos: de simple efecto y de

accin doble.

1.1.4.1. Cilindro de simple efecto:

Los cilindros de simple efecto pueden realizar un trabajo en la carrera producida

por la accin del fluido comprimido, la carrera de retorno se realiza de forma

externa al propio cilindro, ya sea aplicndole una fuerza o un resorte. (Ver figura

1).

Figura 1. Cilindro de simple efecto

1.1.4.2. Cilindro de doble efecto:

En el cilindro de doble efecto los dos movimientos son producidos por el lquido

presurizado. Hay dos puertos de fluido, cerca de cada extremo del cilindro; el

lquido bajo presin se dirige al extremo cerrado del cilindro para extender el

mbolo y para aplicar la fuerza. Para contraer el mbolo y reducir la fuerza, el

lquido se dirige al extremo opuesto del cilindro. (Ver figura 2)

3

Figura 2. Cilindro de doble efecto

1.1.5. Tuerca de fijacin y chapa de seguridad

Es uno de los procedimientos ms utilizados para la fijacin axial de rodamientos.

Se utiliza una tuerca, ranurada segn DIN 1.804, y una chapa de retencin

con lengeta interior. En determinados casos es conveniente utilizar

contratuerca como elemento de seguridad. (Ver figura 3).

Figura 3. Tuerca de Fijacin y Chapa de Seguridad

1.1.6. Chumaceras y sus accesorios1

Las chumaceras se dividen en dos clases: las chumaceras unidad de bloque y las

chumaceras bipartidas.

1 http://www.rodamientos.com.co/pgs/productos9.html

4

1.1.6.1. Chumaceras unidad de bloque

Se utilizan en aplicaciones sencillas, por ejemplo en maquinaria agrcola,

instalaciones de extraccin, maquinaria para la construccin y aplicaciones

similares. Bsicamente son un rodamiento rgido de bolas con superficie exterior

esfrica, sellado a ambos lados y un soporte en fundicin gris, algunas veces los

soportes son en chapa de acero. Estas chumaceras vienen listas y lubricadas

para montar directo al eje previa verificacin de redondez, cilindricidad y

tolerancias.

Los rodamientos para estas chumaceras vienen en diferentes versiones para

ajuste al eje: Con prisionero, con anillo excntrico con y sin pista interna saliente

atrs.

Estas chumaceras se utilizan normalmente para aplicaciones como rodamientos

fijos, gracias al juego axial son capaces de absorber pequesimas dilataciones

de eje, gracias al diseo rgido del rodamiento estas chumaceras soportan cargas

axiales de hasta un 20% de la capacidad de carga dinmica del rodamiento. Estas

chumaceras vienen con juego radial C3 de fbrica como la versin estndar y no

trae sufijo. (Ver figura 4).

Figura 4. Chumacera unidad de bloque

1.1.6.2. Chumaceras bipartidas

Se conocen como soportes SN, SNL, SNH o su equivalente en FAG: SNV; son

fabricados en fundicin gris y permiten alojar rodamientos de rodillos esfricos o

5

rodamientos oscilantes de bolas. Con un manguito de montaje que adapta el

rodamiento cuando es cnico, se puede montar en ejes milimtricos o en

pulgadas (Ver figura 5):

Figura 5. Montaje y desmontaje de chumacera bipartida

El manguito, normalmente se suministra con la tuerca y la arandela de fijacin y

dependiendo del tipo de apoyo (si es fijo o es libre) lleva uno o dos anillos a lado y

lado del rodamiento o no lleva anillos. De la misma manera lleva las obturaciones

o sellos que dependiendo del fabricante pueden ser de felpa o de caucho nitrilo.

Una recomendacin muy importante es el torque de apriete para los tornillos que

sujetan la tapa de la base de estas chumaceras. En la gran mayora de estas

aplicaciones la lubricacin se hace con grasa y dependiendo de la velocidad se

llena desde la tercera parte hasta un llenado total al interior del soporte.

1.2. PARMETROS PARA EL DISEO:

Para realizar el anlisis de los parmetros de diseo se considera previamente

factores en los que se encuentran basados:

El peso que debe soportar, es decir el peso del vehculo.

El tamao del vehculo ms grande que va a soportar.

Tipos de mantenimientos que se le va a realizar al vehculo.

Por lo tanto se debe tomar en consideracin los siguientes parmetros:

6

Capacidad mxima de elevacin: Esto depende del peso al cual se lo

disea, adems est en base a los esfuerzos que se produzcan en los

elementos.

Carrera: Est determinada por la altura necesaria para realizar el

mantenimiento, produciendo que esta sea lo suficientemente ergonmica.

Distancia entre ejes del vehculo: Permite determinar la longitud necesaria

para el apoyo del bastidor, esta es la estructura principal del chass del

vehculo, al cual se sujeta los dems elementos del mismo.

Ancho mximo del vehculo: Toma en consideracin los apoyos del

bastidor ya que en este se asienta el vehculo.

Distancia mnima entre las ruedas: Est dado para que el vehculo entre

libremente en la plataforma, y no exista problemas en el momento de

realizar el mantenimiento.

1.3. DEFINICIN DEL PROBLEMA:

1.3.1. Entorno

La estructura mvil funciona en los talleres de mantenimiento automotriz, con el

fin de levantar automviles de hasta 4.0 toneladas y poder realizar trabajos

correctivos y preventivos de mantenimiento.

El sistema se considera primordial para el desempeo de las actividades de los

talleres de mantenimiento, por lo que debe constar con una buena instalacin, es

decir, un espacio fsico ptimo para su uso, protegido de las condiciones

ambientales, la seguridad del operario y el automotor.

7

El enfoque en el que se va a realizar las actividades de mantenimiento, se

considera que el taller tiene la capacidad de realizar el mantenimiento del mismo,

el que debe ser peridico para aumentar su vida til.

1.3.2. Restricciones

El elevador se disea para un fcil manejo y aumentar la competitividad de

los talleres de mantenimiento.

La falta de aceptacin de los ecuatorianos por el producto nacional interno

hace difcil la introduccin del elevador en el mercado.

Las restricciones deben ser tomadas en consideracin, porque son factores

primordiales en el proceso de diseo.

1.3.3. Facilidades

Los espacios fsicos de los talleres ayudan para un buen montaje y seguridad de

la mquina, lo que facilita el mantenimiento.

El elevador posee dos brazos articulados sin ninguna conexin mecnica, lo que

permite elevar al automotor una distancia de 1900mm, al mismo tiempo facilita el

mantenimiento y al operario que realice su trabajo sin ningn problema, evitando

la prdida de tiempo en los talleres.

El internet es una herramienta primordial ya que proporciona la informacin

necesaria, de los diferentes tipos de elevadores; lo que ayuda para obtener un

diseo acorde a las necesidades del cliente.

8

1.4. CASA DE LA CALIDAD:

En la casa de la calidad se toma en cuenta seis aspectos que permite determinar

todas las especificaciones tcnicas:

1.4.1. Voz del usuario:

En el criterio del usuario, el sistema de elevacin debe tener las siguientes

caractersticas:

La estructura del elevador sea rgida

Soporte gran capacidad.

Obtener un sistema de potencia ptimo con el fin de evitar accidentes.

Poder realizar el mantenimiento del automotor en el menor tiempo posible.

El mantenimiento que se le d al elevador sea fcil.

Que no produzca ruido al momento de su operacin.

No produzca daos a terceros.

Que el sistema dure por mucho tiempo.

Evitar que el elevador vibre de forma muy violenta.

El costo de fabricacin no sea muy alto.

Un fcil montaje y desmontaje del sistema si fuese necesario.

No sufra daos por el medio ambiente.

1.4.2. Anlisis de competitividad:

En el anlisis de competitividad es necesario plantear ciertas preguntas al cliente,

las mismas que ayudan a determinar el grado de importancia y la satisfaccin

respecto al sector que ofrece dichos elevadores.

Para explicar se realiza un ejemplo con una de las actividades ms importantes,

la cual es elevar al automotor a diferentes posiciones, esta es vital para la

realizacin de los diferentes servicios de mantenimiento, determinando si esta es

o no rentable, tomando en consideracin la produccin.

9

Los elevadores de diferentes talleres no cumplen con las necesidades que en el

tiempo actual se presenta, esto produce una prdida en mayor grado cuando se

realiza el mantenimiento correctivo, por la incomodidad y la falta de ergonoma.

Talleres especializados, franquicias extranjeras, poseen sistemas de elevacin

que facilitan cualquier tipo de mantenimiento por lo que los hace ms competitivos

en relacin a los talleres del Ecuador.

La informacin proporcionada por el cliente ayuda a un anlisis en los diferentes

aspectos de la voz del usuario, los que son complementados en la casa de la

calidad (Ver Anexo 1).

1.4.3. Voz del ingeniero:

La recopilacin de los criterios del cliente y con las necesidades primordiales,

resultan las siguientes necesidades desde el punto de vista tcnico:

Resistencia de la estructura.

Capacidad de adaptarse a diferentes pesos.

Potencia de elevacin.

Ergonoma.

Mantenimiento del elevador.

Nivel de ruido.

Seguridad laboral.

Tiempo de vida til.

Estabilidad.

El costo de fabricacin.

Montaje y desmontaje.

Resistencia a la corrosin.

10

1.4.4. Correlaciones:

Ver Anexo 1(Casa de la Calidad).

1.4.5. Comparacin tcnica


1.4.6. Compromisos tcnicos


11

1.5. ESPECIFICACIONES TCNICAS:

Tabla 1. Especificaciones Tcnicas

Empresa cliente:

Escuela Politcnica Nacional

Producto:

Elevador de doble tijeras

accionado hidrulicamente

para vehculos con una

capacidad de hasta 4,0

toneladas

Fecha inicial:

2011-03-14

Pgina 1

ESPECIFICACINES

Concepto Fecha Propone R/D Descripcin

Funcin

20

11-0

3-1

4 C R Elevar un vehculo para realizar

su mantenimiento

I R Incorporar un dispositivo que

controle la altura de elevacin

Dimensiones

20

11-0

3-1

4

C+I R Altura mxima de elevacin

1900mm2

I R Distancia mxima entre ejes

3670mm2

C+I R Ancho mximo del vehculo

2464mm2

C+I R Distancia mnima entre ejes

2345mm3

C+I R Ancho mnimo del vehculo

1310mm3

Potencia

20

11-0

3-1

4

I R Capacidad mxima de 4,0

toneladas

2 ANEXO 2 3 ANEXO 3

12

Energa

20

11-0

3-1

4

I R Energa elctrica, 120 V/220 V

Control 2

011

-03

-14 I D Panel de control

I D Instalaciones hidrulicas y

elctricas

Seguridad

20

11-0

3-1

4

I R El factor de seguridad debe ser

igual o mayor a 2,24

Costos

20

11-0

3-1

4

C+I D

Debe ser moderado ya que se

encuentra enfocado a talleres

pequeos y medianos

1.6. ANLISIS FUNCIONAL:

El anlisis funcional es una parte vital para el diseo, describe los modos de

operacin que se obtiene en el sistema, para esto se clasifica los mdulos segn

las operaciones, tanto principales, ocasionales y accidentales.

1.6.1. Modos de operaciones principales:

La funcin principal del elevador de vehculos con una capacidad mxima de 4,0

toneladas, es suspender al automotor a una altura en la cual pueda realizar el

mantenimiento, las operaciones principales para la realizacin del objetivo son:

Recibir el vehculo en el taller y colocarlo sobre el elevador.

Elevar al automotor hasta la altura necesaria segn el tipo de servicio o

mantenimiento.

4 AISC; Manual of Steel Construction

13

La funcin global del sistema se encuentra representada en la figura 6:

Figura 6. Funcin global

Modos de operaciones ocasionales:

Se realiza para la correcta ejecucin de las actividades principales, y para su

correcto funcionamiento:

Puesta en marcha.

Mantenimiento preventivo del elevador.

1.6.2. Modos de operaciones accidentales:

Se dan de manera fortuita y producen daos o accidentes laborales, estos son:

Bloqueo del sistema principal de potencia.

1.7. DEFINICIN DE MDULOS:

Para la definicin de los mdulos se toma en cuenta las funciones principales que

realiza el elevador de vehculos, adems se considera las actividades que estos

conllevan.

Las actividades que se realiza se presentan en los siguientes mdulos:

Sistema de potencia del elevador.

Sistema estructural del elevador.

14

Sistema de seguridad del elevador.

Para una mejor visualizacin estos se presentan los sistemas en las figuras 7,8 y

9.

Figura 7. Sistema de potencia del elevador

Figura 8. Sistema estructural

15

Figura 9. Sistema de seguridad del elevador

16

CAPTULO II

2. PLANTEAMIENTO Y SELECCIN DE ALTERNATIVAS

El planteamiento de las alternativas de los mdulos en el Captulo I, se presentan:

2.1. PRESENTACIN DE LAS ALTERNATIVAS:

En la seleccin de alternativas de diseo, se considera los sistemas o mdulos

que influyen en el funcionamiento eficiente del elevador de doble tijeras.

Con base en los mdulos presentados, las alternativas de diseo, para cada uno

de los sistemas de funcionamiento son:

Sistema de Potencia del elevador

Sistema hidrulico

Sistema neumtico

Sistema de seguridad del elevador

Sistema manual con trabas

Sistema estructural del elevador Sistema en forma de

paraleleppedo

Sistema de doble tijera

Sistema hidrulico

17


SISTEMA HIDRULICO:

2.1.1.1. Funcionamiento y caractersticas:

Sistema de elevacin mediante pistones hidrulicos, el funcionamiento de los

sistemas hidrulicos la energa transmitida es a travs de tuberas, esta energa

se encuentra en funcin del caudal y la presin del aceite que este circule por el

sistema. Este se acciona cuando se realiza el ingreso del aceite en la cmara de

admisin, posteriormente realiza el descenso del elevador; el aceite es enviado a

un depsito (Ver figura 10).

Figura 10. Cilindro Hidrulico

2.1.1.2. Ventajas

Las fuerzas en el sistema hidrulico son reguladas de manera continua.

El sistema hidrulico puede llegar hasta su total parada, evitando que sufra

sobrecargas o tendencia a calentamiento.

Los elementos hidrulicos son reversibles, esto quiere decir que se los

puede frenar mientras se encuentran en marcha.

Este tipo de sistema debido a que su fluido interno (aceite) produce una

flexibilidad ya que se adapta a las tuberas y su fuerza es transmitida como

una barra de acero.

INGRESO DEL ACEITE SALIDA DEL ACEITE HACIA EL DEPSITO

18

2.1.1.3. Desventajas

En los sistemas hidrulicos la velocidad con que estos funcionan es baja.

En el momento de realizar cualquier tipo de mantenimiento, es un poco

tediosa ya que al momento de manipular el aceite, los aparatos y tuberas

se tiene mucha dificultad.

El mantenimiento debe ser extremadamente riguroso.

En este tipo de sistemas el costo de los materiales es elevado por lo que

requiere mayor inversin.


SISTEMA NEUMTICO:


Tiene un sistema de elevacin mediante pistones neumticos, es la utilizacin de

energa limpia, como es, el aire; el cual facilita el ascenso del elevador ya que

trasforma la energa del aire en energa mecnica, adems que este sistema se

encuentra en funcin del caudal y de la presin, al realizar el descenso del

elevador el aire es vuelto a depositar en la atmsfera. (Ver figura 11).

Figura 11. Cilindro Neumtico

19

2.1.2.2. Ventajas

El sistema es abundante refirindose especficamente al fluido que es el

aire ya que este es ilimitado, adems que se encuentra disponible

gratuitamente en cualquier lugar. No se precisa de un conducto de retorno

por lo que es depositado nuevamente en la atmsfera.

El uso de este tipo de fluido hace que sea anti-deflagrante, es decir est

libre de cualquier tipo de explosin. Puede utilizarse en lugares hmedos

sin riesgo con la electricidad esttica.

Se puede obtener mayor velocidad en la elevacin. Pueden ser reguladas y

escalonadas, como tambin su fuerza o potencia.

Su conexin y el diseo que forman parte del mismo es ms simple de

realizar.

El mantenimiento de este tipo de sistema es muy sencillo ya que es una

energa limpia.

No produce problema con la temperatura ya que este mismo se va

refrigerando, e incluso puede soportar altas temperaturas.

Puede trabajar hasta su punto mximo estando exento de sobrecargas.


La preparacin del aire comprimido necesita realizar una limpieza y

depuracin de posibles impurezas en el aire.

Pueden producir ruidos bastante molestosos, para la obtencin del aire

comprimido.

La presin, que otorgan no es muy elevada por lo que dificulta la elevacin

del vehculo.

20

2.1.3. SISTEMA ESTRUCTURAL DE DOBLE TIJERAS:


El sistema estructural de doble tijeras funciona mediante pistones los mismos que

ayudan a suspender al vehculo, hasta la altura necesaria para realizar el

mantenimiento, consta de dos brazos que se encuentran separados para mayor

ergonoma durante el servicio, cuenta de una estructura metlica que soporta el

peso del vehculo, el cual est apoyado en los bastidores, por mayor seguridad,

debe contar con varias uniones para que pueda alcanzar la altura requerida. (Ver

figura 12)

Figura 12. Sistema Estructural de doble tijera

2.1.3.2. Ventajas

Las ventajas que presenta este tipo de elevador son muy variadas e importantes,

en el momento de realizar cualquier tipo de mantenimiento a vehculos de hasta

4,0 toneladas:

La instalacin del elevador no es compleja ya que se sujeta al piso por

medio de pernos de anclaje.

21

Consta de un sistema de doble efecto y de un circuito hidrulico, para

garantizar en todo momento la seguridad.

La altura de elevacin que proporciona este tipo de elevador es de

1900mm, optimo para labores de mantenimiento de automviles.

Su diseo es flexible para poder levantar todo tipo de automotor sin que

sufra daos en su carrocera.

El espacio fsico que utiliza; es el adecuado para lograr obtener una buena

distribucin.

Bajo costo de operacin.

No genera ruidos.


Una de las desventajas ms claras en este tipo de elevador es la falta de

rigidez por lo que le hace un sistema inestable.

2.1.4. SISTEMA ESTRUCTURAL EN FORMA DE PARALELEPPEDO:


El sistema estructural en forma de paraleleppedo est formado por un sistema de

accionamiento tipo neumtico o hidrulico, puede levantar 1 metro

aproximadamente. Su estructura debe ser diseada para soportar a todo el

vehculo (Ver figura 13).

Figura 13. Sistema Estructural en forma de paraleleppedo

22

2.1.4.2. Ventajas

Este tipo de elevador presenta algunas ventajas importantes:

Su estructura rgida de gran confiabilidad y seguridad cuando el elevador

este funcionando o soportando carga.

Su sistema neumtico tambin es imprescindible en la seguridad del

operario y del vehculo que se encuentre levantado.

Este posee mayor rigidez por lo tanto mayor estabilidad.


En estos elevadores las desventajas son las siguientes:

La carrera mxima de elevacin es de 1000 mm (1m).

No es ergonmico, ya que la altura no es suficiente para que el obrero

pueda realizar un trabajo, desplazndose cmodamente.

La estructura no se adapta a los talleres de mantenimiento automotriz,

posee una estructura en la parte inferior del vehculo; lo que impide la

manipulacin del auto.

2.1.5. SISTEMA DE SEGURIDAD CON SISTEMA HIDRULICO:


El sistema de seguridad que se propone es colocar un pistn hidrulico que logre

soportar el peso del vehculo mas el propio peso de la estructura del elevador,

para esto se coloca un soporte en la articulacin del sistema de elevacin tipo

tijeras a lo ancho para poder colocar el pistn y logre soportar el peso si

desciende por algn motivo sin ser accionado desde el mando central. (Ver figura

14).

23

Figura 14. Sistema de seguridad hidrulico

2.1.5.2. Ventajas

Las ventajas de este sistema son las siguientes:

Logra soportar el peso total en una emergencia.

El sistema es ergonmico, ya que no es problema al momento de subir el

elevador y realizar algn tipo de mantenimiento.


El costo en este tipo de elementos es elevado por lo que encarece su

fabricacin.

2.1.6. SISTEMA DE SEGURIDAD MANUAL CON TRABAS:


El sistema de seguridad es colocar trabas en la estructura para que en una

emergencia logre soportar el peso del vehculo, adems del peso de la

estructura. (Ver figura 15).

Figura 15. Sistema de Seguridad Manual

24

2.1.6.2. Ventajas

Las ventajas de este tipo de sistema son mencionadas:

Logra soportar el peso del vehculo y de su estructura en caso de

emergencia.

El costo de fabricacin de este sistema no es muy alto.

Es fcil de retirar en el momento de realizar cualquier tipo de trabajo.


En este tipo de sistemas se observan una de las principales desventajas ya

que no es muy ergonmico, por lo que debe ser colocado inmediatamente

que el elevador llegue al punto mximo de elevacin.

Posteriormente no se puede considerar otro tipo de desventaja ya que si se lo

realiza no es un sistema que pueda ser colocado para la seguridad de las

personas que se encuentran trabajando en el servicio de mantenimiento.

2.2. EVALUACIN DE LAS SOLUCIONES POR EL MTODO

ORDINAL CORREGIDO DE CRITERIOS PONDERADOS.

Los criterios para realizar la valorizacin de los sistemas y los ms determinantes

en el diseo son (Ver Tabla 2):

a) Fiabilidad (F).- su funcionamiento se enmarca en la elevacin de los

vehculos, donde cualquier fallo en su funcionamiento provoca accidentes

catastrficos,

b) Versatilidad (V).- El sistema se debe ajustar a varios pesos de los

vehculos, sin provocar defectos en el momento de la elevacin.

c) Ergonmico (E).- Debe ser lo ms ergonmico posible para que el

trabajador pueda realizar las actividades sin ningn tipo de inconveniente.

25

d) Seguridad (S).- El sistema debe ser seguro para el operario y el

automotor.

e) Costo (C).- El sistema debe estar acorde con las expectativas del usuario.

.

Tabla 2. Evaluacin del peso especfico de cada criterio

fiabilidad=seguridad > versatilidad > ergonoma = costo

CRITERIO F S V E C +1 Ponderado

F

0,5 1 1 1 2,5 0,313

S 0,5

1 1 1 2,5 0,313

V 0 0

1 1 1 0,125

E 0 0 0

0,5 1 0,125

C 0 0 0 0,5

1 0,125

suma 8 1

2.2.1. SISTEMA DE POTENCIA DEL ELEVADOR:

2.2.1.1. Evaluacin del peso especfico del criterio de fiabilidad

La evaluacin del peso especfico del criterio de fiabilidad en el sistema de

potencia del elevador muestra en la tabla 3.

Tabla 3. Evaluacin del peso especfico del criterio fiabilidad

solucin A = solucin B

FIABILIDAD

SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 0,5 1,5 0,5

SOLUCION B 0,5 1,5 0,5

suma 3 1

26

2.2.1.2. Evaluacin del peso especfico del criterio de seguridad

La evaluacin del peso especfico del criterio de seguridad en el sistema de


Tabla 4. Evaluacin del peso especfico del criterio seguridad


SEGURIDAD

SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 0,5 1,5 0,50

SOLUCION B 0,5 1,5 0,50

suma 3 1

2.2.1.3. Evaluacin del peso especfico del criterio de versatilidad

La evaluacin del peso especfico del criterio de versatilidad en el sistema de


Tabla 5. Evaluacin del peso especfico del criterio versatilidad

solucin A > solucin B

VERSATILIDAD

SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 1 2 0,67

SOLUCION B 0 1 0,33

suma 3 1

27

2.2.1.4. Evaluacin del peso especfico del criterio de ergonoma

La evaluacin del peso especfico del criterio de ergonoma en el sistema de


Tabla 6. Evaluacin del peso especfico del criterio ergonoma

solucin A =solucin B

ERGONOMA

SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 0,5 1,5 0,50

SOLUCION B 0,5 1,5 0,50

suma 3 1

2.2.1.5. Evaluacin del peso especfico del criterio de costo

La evaluacin del peso especfico del criterio de costo en el sistema de potencia

del elevador muestra en la tabla 7.

Tabla 7. Evaluacin del peso especfico del criterio costo

solucin B > solucin A

COSTO

SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 0 1 0,33

SOLUCION B 1 2 0,67

suma 3 1

28

La recopilacin de los criterios se encuentra en la tabla 8.

Tabla 8. Tabla de conclusiones sistema de potencia del elevador

TABLA DE CONCLUSIONES

CONCLUSIN SOLUCIN A SOLUCIN B

FIABILIDAD 0,15 0,15

SEGURIDAD 0,15 0,15

VERSATILIDAD 0,13 0,07

ERGONOMIA 0,05 0,05

COSTO 0,03 0,07

0,52 0,48

PRIORIDAD 1 2

2.2.2. SISTEMA ESTRUCTURAL DEL ELEVADOR:


La evaluacin del peso especfico del criterio de fiabilidad en el sistema

estructural del elevador muestra en la tabla 9.

Tabla 9.Evaluacin del peso especfico del criterio fiabilidad


FIABILIDAD

SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 1 2 0,67

SOLUCION B 0 1 0,33

suma 3 1

29


La evaluacin del peso especfico del criterio de seguridad en el sistema




SEGURIDAD SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 0 1 0,33

SOLUCION B 1 2 0,67

suma 3 1


La evaluacin del peso especfico del criterio de versatilidad en el sistema




VERSATILIDAD SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 0,5 1,5 0,50

SOLUCION B 0,5 1,5 0,50

suma 3 1

30


La evaluacin del peso especfico del criterio de ergonoma en el sistema




ERGONOMA SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 1 2 0,67

SOLUCION B 0 1 0,33

suma 3 1


La evaluacin del peso especfico del criterio de costo en el sistema estructural




COSTO SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 0,5 1,5 0,50

SOLUCION B 0,5 1,5 0,50

suma 3 1

31


Tabla 14. Tabla de conclusiones sistema estructural



FIABILIDAD 0,2 0,1

SEGURIDAD 0,1 0,2


ERGONOMIA 0,07 0,03

COSTO 0,05 0,05

0,52 0,48

PRIORIDAD 1 2

2.2.1. SISTEMA DE SEGURIDAD DEL ELEVADOR:


La evaluacin del peso especfico del criterio de fiabilidad en el sistema de

seguridad del elevador muestra en la tabla 15.

Tabla 15. Evaluacin del peso especfico del criterio fiabilidad


FIABILIDAD

SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 1 2 0,67

SOLUCION B 0 1 0,33

suma 3 1

32


La evaluacin del peso especfico del criterio de seguridad en el sistema de




SEGURIDAD

SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 1 2 0,67

SOLUCION B 0 1 0,33

suma 3 1


La evaluacin del peso especfico del criterio de versatilidad en el sistema de



solucin B = solucin A

VERSATILIDAD

SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 0,5 1,5 0,50

SOLUCION B 0,5 1,5 0,50

suma 3 1

33


La evaluacin del peso especfico del criterio de ergonoma en el sistema de




ERGONOMA SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 1 2 0,67

SOLUCION B 0 1 0,33

suma 3 1


La evaluacin del peso especfico del criterio de costo en el sistema de seguridad




COSTO

SOLUCION

A

SOLUCION

B +1 Ponderado

SOLUCION A 0 1 0,33

SOLUCION B 1 2 0,67

suma 3 1

34


Tabla 20. Tabla de conclusiones sistema de seguridad



FIABILIDAD 0,2 0,1

SEGURIDAD 0,2 0,1


ERGONOMIA 0,07 0,03

COSTO 0,03 0,07

0,60 0,40

PRIORIDAD 1 2

2.3. PLANTEAMIENTO DE LA ALTERNATIVA ESCOGIDA

El resultado del anlisis mediante el mtodo ordinal corregido de criterios

ponderados de cada uno de los mdulos, en los cuales se basa el diseo final es:

2.3.1. DEL PRIMER MDULO:

Este sistema de potencia para la suspensin del vehculo a una determinada

altura, mejor opcin es la Solucin A, la cual consta de un pistn accionado

hidrulicamente; que soporta la carga ejercida por el automotor, como tambin el

peso propio de la estructura del elevador, adems que su accionamiento esta

proporcionado por un sistema hidrulico.

Esta seleccin es en base a la capacidad que tiene el pistn para soportar

grandes presiones y levantar varios pesos, es adaptable para variaciones.

35

2.3.2. DEL SEGUNDO MDULO:

Sistema estructural del elevador, la mejor opcin es la solucin A, esta parte

consta de una estructura de doble tijeras, con dos columnas, no poseen conexin

mecnica, en estas se distribuye el peso del automotor.

Siendo esta la opcin ms eficiente ya que cumple con los requerimientos de los

talleres para poder realizar cualquier tipo de mantenimiento.

2.3.3. DEL TERCER MDULO:

Sistema de seguridad del elevador, la mejor opcin es la solucin A, el sistema de

potencia es hidrulico, facilita una conexin auxiliar, para proporcionar seguridad

en caso de emergencia, esta opcin es la ms indicada debido a su respuesta

inmediata, si no se posee una buena reaccin, esto produce daos a terceros, es

decir, a los operarios que se encuentren realizando el servicio de mantenimiento.

2.4. CUANTIFICACIN DE LOS PARMETROS DE DISEO

La cuantificacin de los parmetros de diseo considera los mdulos del estudio

presente en el captulo I, captulo II. Los parmetros cuantificados se mencionan:

2.4.1. CAPACIDAD MXIMA DE ELEVACIN:

La capacidad mxima que puede soportar el elevador es de 4,0 toneladas por los

requerimientos del mercado.

2.4.2. CARRERA:

La carrera que tiene el elevador, se considera para que el encargado de realizar

el mantenimiento, pueda desarrollar sus actividades sin ningn inconveniente, por

lo que la mxima altura que el elevador poseer ser de 1900mm de extremo a

extremo tomando como referencia los brazos del elevador.

36

2.4.3. DISTANCIA ENTRE EJES DEL VEHCULO:

La distancia entre ejes del vehculo es de 3670mm, esta es una de las

necesidades primordiales en los talleres de mantenimiento, debido a la demanda

existente en el mercado.

2.4.4. ANCHO MXIMO DEL VEHCULO:

El ancho mximo del vehculo es establecido por uno de los automotores ms

grandes que se encuentran en el mercado, el cual es de 2464mm.

2.4.5. DISTANCIA MNIMA ENTRE RUEDAS:

Considera al vehculo de menos capacidad; este depende las dimensiones de la

plataforma, esta distancia mnima entre ruedas es 1500mm.

2.2.1. TIPO DE SERVICIO A PRESTAR:

Los tipos de servicios son:

Mantenimiento de freno.

Mantenimiento de carroceras.

Mantenimiento de cajas de cambios.

Estos parmetros ayudan para el buen diseo del elevador; facilita los tipos de

servicios que se pueden prestar.

37

CAPTULO III

DISEO DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA

3.1. METODOLOGA

El elevador hidrulico est conformado por brazos articulados en forma de tijeras,

el diseo de dichos elementos estn basados bajo las especificaciones

establecidas en el manual de la American Institute of Steel Construction (A.I.S.C.),

adems se utiliza conocimientos impartidos en la materia de Mecnica de

Materiales.

El riesgo que se puede suscitar al momento de elevar el automvil, para

precautelar las vidas humanas y la del mvil, se establece un factor de seguridad

(FS) para los miembros principales de la estructura del elevador igual o mayor a

2,2, y para los miembros secundarios se establece los factores de seguridad que

proporcione el manual A.I.S.C.

El sistema adecuado de potencia toma la teora de circuitos hidrulicos, as como

tambin catlogos de los elementos presentes y logra obtener los parmetros de

diseo.

Los materiales seleccionados para el diseo se toma de los existentes en el

mercado local, con el fin de abaratar costos de construccin.

3.2. DISEO DE CADA UNO DE LOS ELEMENTOS

Al analizar el diseo de los elementos de esta estructura se considera el propsito

fundamental de los diseadores de estructuras, el cual es crear una estructura

econmica, funcional y segura en el momento de realizar la manipulacin.

38

La estructura bsica, cada uno de los elementos que conforman dicha estructura

y las diferentes posiciones que pueden adoptar, es la base para el diseo y se

presenta un esquema del ELEVADOR DE DOBLE TIJERAS ACCIONADO

HIDRULICAMENTE PARA VEHCULOS CON UNA CAPACIDAD DE HASTA 4,0

toneladas (Ver figura 16).

Figura 16. Esquema del Elevador

3.2.1. BRAZO DEL ELEVADOR:

Los clculos de la distancia de los brazos de la estructura, toma en consideracin

la carrera mxima que debe recorrer, la misma que es de 1900mm. A

continuacin se presenta el anlisis de los clculos:

39

Carrera mxima (y): 1900mm

Carrera media (y): 950mm

ngulo en la posicin mxima de elevacin (): 45 (Ver figura 17).

Figura 17. Esquema del Brazo del Elevador

Tomando el tramo A, B se obtiene longitud del brazo del elevador ():

40

3.2.2. APOYOS DEL BRAZO DEL ELEVADOR

3.2.2.1. Posiciones del elevador

En el anlisis de cargas, se considera tres posiciones diferentes las que ayuda a

seleccionar el punto crtico, en base al cual se realiza los clculos de diseo.

3.2.2.1.1. Posicin mxima de elevacin

En la posicin mxima de elevacin se considera los parmetros que se

encuentran en la seccin 3.1.1 en la cual se obtuvo la longitud del brazo, para los

posteriores clculos estructurales (Ver figura 18).

3.2.2.1.2. Separacin de los bazos en la base del elevador en la posicin mxima

Figura 18. Posicin Mxima de Elevacin

41

Tomando los siguientes datos se obtiene; la medida de la separacin de la base

del elevador, se toma el tringulo A, B, C.

Carrera mxima (y): 1900mm

Carrera media (y): 950mm

ngulo en la posicin mxima de elevacin (): 45

La distancia a ser encontrada se denomina (a):

Este resultado es razonable, se puede observar que guarda relacin entre los

elementos, debido a que en este caso el ngulo mximo de elevacin de de 45

42

3.2.2.2. Posicin media de elevacin

Figura 19. Posicin Media de Elevacin

Los parmetros en la posicin media de elevacin (Ver figura 19)

Carrera Mxima de Elevacin (y): 950mm

Carrera Media de Elevacin (y): 475mm

Longitud del brazo (): 1344mm En el tringulo A, B, C.

ngulo de elevacin

Para el ngulo de elevacin se toma los parmetros generales expuestos:

43

Separacin de los bazos en la base del elevador en la posicin media

3.2.2.3. Posicin baja de elevacin

Figura 20. Posicin Baja de Elevacin

Para la obtencin de los datos en esta posicin se toman los siguientes

parmetros (Ver figura 20):

Carrera Mxima de Elevacin (y): 475mm

Carrera Media de Elevacin (y): 237,5mm

44

Longitud del brazo (): 1344mm Tomando el tringulo A, B, C.

ngulo de elevacin en la posicin baja

Separacin de los bazos en la base del elevador en la posicin baja

3.2.3. EVALUACIN DE CARGAS

Para determinar las cargas, se realiza un anlisis de rigidez de los elementos, y

un anlisis de la resistencia.

3.2.3.1. Funcin de la rigidez en las uniones

Las uniones rgidas son aquellas en las cuales la deformacin no tiene una

influencia apreciable en la distribucin de las fuerzas y momentos internos en la

estructura, ni en la deformacin total. Deben ser capaces de transmitir las fuerzas

y momentos que se encuentran determinadas.

45

Las uniones articuladas no producen momentos y se disea para cargas cortantes

y soportar los giros resultantes de las mismas.

3.2.3.2. Funcin de la resistencia en las uniones:

Las articulaciones no producen momentos apreciables los mismos que pueden

afectar de forma adversa a los elementos de la estructura.

Estas deben ser capaces de trasmitir las fuerzas y adems de tener una

capacidad de giro que abastezca la formacin de todas las rtulas plsticas

necesarias que hayan de desarrollar por la accin de las cargas de clculo.

La resistencia de clculo de una unin de resistencia total es al menos igual a la

del elemento unido.

En las uniones de resistencia parcial, el clculo de una unin no ser menor que

la necesaria para transmitir las fuerzas y los momentos de proyecto calculadas,

puede ser menor que la del elemento unido.

En la figura 21 puede observar la relacin que se tiene entre la Rigidez,

Tenacidad y Resistencia de las diferentes uniones.

Figura 21. Ductilidad, Rigidez y Resistencia de las uniones

Adems de lo antes mencionado para la evaluacin de las cargas se considera

por parmetros de diseo del vehculo, que se encuentra en relacin directa con

46

los soportes colocados, se representan las cargas puntuales que el vehculo

ejerce.

Por lo tanto debido a que el peso de los vehculos tiene una relacin de 6 a 4,

tomando como la unidad mxima 10. Por lo que el peso est distribuido en un

60% (parte delantera/motor) y un 40% (parte posterior)5.

En la figura 22 se da un esquema de las cargas puntuales en la plataforma del

elevador. Por lo que en la parte delantera se tiene 0,3P y en la posterior 0,2P.

Figura 22. Anlisis segn el peso del vehculo

Para la evaluacin de las cargas se realiza un anlisis en las tres posiciones.

3.2.3.3. Anlisis de fuerzas en la posicin mxima

El esquema del elevador en la posicin mxima se muestra en la figura 23 y el

diagrama de cuerpo libre en la figura 24.

5books.google.com/books?id=gF7TV6c0Y6QC&pg=PA704&lpg=PA704&dq=cuanto+soportan+los+ejes+de+los+automoviles&source=bl&ots=PbRqe8qiHd&sig=Q7sd0oE8dDAadzSfJ11bnaMFS_M&hl=es&ei=BYcsTf_oCcWqlAfR4InGCg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=6&ved=0CDoQ6AEwBQ#v=onepage&q&f=false DISTRIBUCION DE CARGAS EN LOS EJES

47

Figura 23. Esquema elevador posicin mxima

Figura 24. Diagrama de cuerpo libre en la posicin mxima

48

NODO A

NODO B

NODO C

49

NODO D

50

NODO E

NODO F

51

3.2.3.4. Anlisis de fuerzas en la posicin media

El esquema del elevador en la posicin media se muestra en la figura 25 y el


Figura 25. Esquema elevador posicin media

52

Figura 26. Diagrama de cuerpo libre en la posicin media

NODO A

53

NODO B

NODO C

54

NODO D

NODO E

55

NODO F

56

3.2.3.5. Anlisis de fuerzas en la posicin baja

El esquema del elevador en la posicin baja se muestra en la figura 27 y el


Figura 27. Esquema elevador posicin baja

Figura 28. Diagrama de cuerpo libre en la posicin baja

57

NODO A

NODO B

58

NODO C

59

NODO D

NODO E

NODO F

60

3.2.4. Clculo de la esbeltez de los brazos del elevador

Se asume los siguientes parmetros (Ver figura 29).

Figura 29. Brazo elevador

61

3.2.5. Clculo de la placa (atiezador superior)

Los parmetros son:

62

Gracias al programa MD SOLID se obtiene el momento mximo (Ver figuras

30, 31 y 32)

Figura 30. Longitud transversal del atiezador superior

Figura 31. Fuerzas aplicadas al atiezador superior

63

Figura 32. Diagrama de fuerza cortante y momento flector

64

3.2.6. Clculo de la placa (atiezador inferior)

Los parmetros para la obtencin del momento mximo y su desarrollo son (Ver

figuras 33, 34 y 35):

Figura 33. Longitud transversal del atiezador inferior

65

Figura 34. Fuerzas aplicadas al atiezador inferior

66

Figura 35. Diagrama de fuerza cortante y momento flector

67

3.2.7. Clculo del pasador para los nodos

Consideraciones para el pasador de las articulaciones (Ver figura 36):

Acero de transmisin SAE - 7040

Lmite de fluencia Factor de diseo

Figura 36. Pasador articulaciones elevador

6 F. SOKOLOV, P. USOV; Mecnica Industrial; 1era reimpresin; Editorial MIR-MOSCU; 1976;

pgs. 357-358.

68

3.2.8. Diseo a fatiga del pasador de las articulaciones.

El diseo a fatiga considera:

La vida til de la mquina: 10 aos

Uso diario: 10 mantenimientos vehculos/da

El ciclo completo del elevador es ascender hasta su carrera mxima y descender

hasta su carrera mnima.

Ciclos al da:

69

Ciclos a la semana:

Ciclos al mes: Ciclos al ao:

Ciclos en la vida til (10 aos):

Los ciclos durante la vida til del elevador no sobrepasa el milln de ciclos no es

necesario realizar un anlisis por fatiga de los pasadores.

3.2.9. Clculo del bocn para articulaciones Consideraciones:

Material Bronce Fosfrico Lmite de Fluencia Factor de diseo Lubricacin al lmite

70

El rea de contacto igual a la mitad de la circunferencia y los parmetros:

Para el clculo del espesor del bocn se asume en toda su pared, por lo que se tiene un cilindro de pared delgada (Ver figura 37).

Figura 37. Bocn articulaciones

71

3.2.10. Clculo de las chumaceras para el Pasador Fijo

En la figura 38 se muestra un esquema del pasador fijo para el clculo de las

chumaceras.

Figura 38. Esquema pasador fijo

72

Figura 39. Diagrama de cuerpo libre pasador fijo

En el clculo de las chumaceras se toma las mximas fuerzas que soporta el

pasador (Ver figura 39):

73

Velocidad angular

74

Para la obtencin de la chumacera se toman los siguientes datos:

Con la carga dinmica obtenida se procede a la seleccin de la chumacera en el

catlogo 41500/2 SA de la FAG.

7 Shigley; Manual de Diseo Mecnico;McGRAW-HILL; Mxico 1989;pg. 522

8 Ibid; pg. 523

75

Unidades FAG con rodamiento S (Unidad SG con soporte de fundicin gris) para se obtiene los siguientes valores (Ver figura 40). Figura 40

Documents

CD-3492