UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE-L EXTENSION LATACUNGADEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGA Y MECNICA PROYECTO FINAL DE CURSO

ASIGNATURA: SISTEMAS HIDRULICOS Y NEUMTICOSINTEGRANTES: Jonathan Lozada Julio Ramrez Alex RamosTEMA: Sistema de suspensin neumtica de la cabina de un tracto-camin.OBJETIVOS: Explicar el funcionamiento de un sistema neumtico aplicado a la amortiguacin. Calcular el tipo, la capacidad y dimensin del compresor, vlvula, mangueras y boyas. Construir una maqueta que demuestre el buen funcionamiento del sistema neumtico.REVISIN TERICA:Consideraciones para la eleccin del compresorLas herramientas neumticas requieren un volumen de aire comprimido (expresado como pies cbicos por minuto, o cfm) a una presin especfica (expresado como libras-fuerza por pulgada cuadrada, o psig). La eficiencia de un compresor est determinada por las calificaciones pcm y psig, no necesariamente su potencia. Por lo tanto, puedes ignorar la potencia nominal para determinar el tamao y la seleccin de un compresor.Rene todas las herramientas neumticas. Anota la psig requerida para operar cada herramienta, tal como se especifica por el fabricante. Suma los requisitos de CFM de todas las herramientas neumticas que vas a usar al mismo tiempo. Incrementa este nmero en un 25% para permitir herramientas adicionales, el crecimiento futuro, y eventuales fugas del sistema de aire.Determina la presin mxima (psig) necesaria para usar las herramientas de aire. No es necesario sumar los valores psig, como lo hiciste con los requisitos cfm, slo tienes que utilizar el valor de la herramienta que requiere la mayor cantidad de presin.Consideraciones para la utilizacin del Air Spring ChoiceLa altura de diseo del muelle neumtico debe mantenerse dentro de los valores recomendados para obtener un rendimiento y una ptima durabilidad. Seleccionar un muelle que lleva la carga suspensin nominal en el rango de 80-90 psig. Esto le da un muelle de aire que tiene las caractersticas ptimas para su aplicacin (es decir, la frecuencia natural, tamao, costo, etc.) La altura comprimida del muelle de aire en la suspensin no debe ser inferior a la altura mnima de la cmara de aire elegido, como se muestra en la hoja de datos del producto. Por el contrario, la altura de extensin de la cmara de aire en la suspensin no debe ser mayor que la altura mxima extendida del muelle neumtico elegido (consulte la hoja de datos del producto). Las preocupaciones de instalacin (Convoluted Springs Air) Para alcanzar la fuerza mxima de elevacin, y producir un mnimo de fuerzas horizontales, muelles de aire complicadas se deben colocar a la altura de diseo normal con los centros de ambas placas de taln alineadas. Las placas de cuentas pueden estar en ngulo de modo que una buena relacin entre la compresin y la extensin de los viajes se puede lograr con el tope de contacto adecuado. La altura mxima extendida nunca debe ser excedida. En condiciones normales, el ngulo incluido entre las placas de taln no debe ser mayor que 20 , sin embargo, con la aprobacin de Firestone, ngulos de hasta 30 pueden ser aceptables en algunos modelos.

Las preocupaciones de instalacin (Reversible Sleeve Springs Air) Amortiguadores de aire manga reversibles incorporan topes internos deben tener la placa de taln y pistn paralelo dentro de 3 a 5 , como la altura del parachoques de contacto. Normalmente, el pistn est en ngulo en la posicin de diseo de modo que una buena relacin entre el recorrido comprimida y extendida se puede lograr. Amortiguadores de aire de la manga reversible que no tienen un tope interno pueden tener el pistn en ngulo para permitir que la carrera de compresin completa sin el elemento flexible quede pinzado entre el pistn y la placa de taln.

Figura 1 - Amortiguadores de aire de tipo manga reversible pueden ictus a travs de un arco, pero se debe tener cuidado para evitar que el elemento flexible del roce internamente contra s mismo, donde da la vuelta el pistn. Fuente Airide Disign Guide FirestonePistones de plstico deben normalmente ser totalmente compatibles en toda la superficie de la base. Las excepciones deben ser revisadas por Frestone. Pistones de metal usado con el tamao 1T15 o ensamblajes ms pequeos se pueden montar sobre una superficie plana haz de al menos tres pulgadas de ancho que se extiende todo el dimetro de la base del pistn. Placas de bolas deben estar respaldadas por una placa de respaldo del tamao de la placa de taln. Bajo ciertas circunstancias, la placa de taln puede ser apoyado por un haz ancho mnimo de tres pulgadas. Estas formas de fijacin tambin deben ser revisadas por Firestone. Si un perno de sujecin nica y larga se utiliza para sujetar el cierre de extremo de muelle neumtico y el pistn al brazo de remolque, que debe ser de grado 5 o superior, y se aprieta de acuerdo con el valor correspondiente que se muestra en el grfico en la pgina 35. Si el pistn est punta de ms de 5 grados, algunos se proveern medios para localizar el pistn.

Tabla 1 - Especificaciones de ajuste y cierre Fuente: Airide Disign Guide FirestoneESPECIFICACIONES DE AJUSTE Y CIERRE

DESCRIPCINTAMAOTORQUE (lb/ft)

Virolas de bolas en los pernos5/16 2417 22

Cncamos de bolas y tuercas3/8 2428 32

Tornillos de tuercas ciegas en placas de cuentas3/8 -1615 20

Fin de los pernos prisioneros del adaptador de la tuerca ciega3/8 -1615 20

Tuerca en el extremo del adaptador de clavos - 1325 30

Esprragos en las placas de los talones o las tuercas ciegas - 13 o - 2025 30

Perno para conectar la base del pistn para reducir la superficie de montaje - 1325 30

Tuerca en el montante de entrada de aire - 1640 45

Suministro de aire NPT & up17 22

Tuerca en el cierre del extremo inferior de montaje - 1045 50

PRECAUCIONES OPERATIVAS Fallo del muelle de aire puede ser causado por una variedad de situaciones, incluyendo frotamiento interno o externo, calor excesivo y sobre-extensin. Para ms detalles, consulte la Seccin 9, a la garanta. Placas de bolas normalmente totalmente compatibles, sin embargo, el montaje de la placa de taln directamente a la balsa marco, u otra superficie de montaje con menos de apoyo, puede ser posible.

RANGOS DE TEMPERATURAEl rango de temperatura ambiente de funcionamiento normal para amortiguadores de aire para vehculos estndar es-65F a +135 F.

Parachoques (Bumper)En general, los parachoques se utilizan para soportar el peso del vehculo para evitar daos en el elemento flexible en momentos en que no haya aire en el sistema. Tambin se utilizan como topes cuando el eje est levantado por una unidad de elevacin. En las aplicaciones que requieren frecuentes parachoques de contacto, consultar Firestone.

Tabla 2 - Volmenes de Bumpers Fuente: Airide Disign Guide FirestoneVOLMENES PARACHOQUES

Numero de parachoquesVolume de Cu. In.

30733073

31363136

31473147

31553155

31573157

31593159

31623162

32093209

32853285

32943294

33503350

33863386

34043404

36043604

36913691

37773777

44574457

45184518

45194519

49644964

77257725

Principios BsicosIntroduccin El concepto fundamental de un muelle de aire es una masa de aire bajo presin en un recipiente dispuesto de manera que la presin ejerce una fuerza. La cantidad de fuerza esttica desarrollada por el resorte de aire depende de la presin interna y el tamao y la configuracin del recipiente. El buque se define en este manual son los manantiales Airide por Firestone o cmara de aire. Fuerza dinmica es el resultado de los cambios de presin internos y las cmaras de aire cambia de rea efectiva como la altura disminuye (comprime) o aumenta (se extiende). La cantidad de cambio de presin para un derrame cerebral depende de cambio de volumen en comparacin con el volumen total en la posicin de equilibrio. Para el tipo complicado, cambio de rea efectiva de un derrame cerebral depende de en qu parte del rango de recorrido total del movimiento se lleva a cabo. Para el tipo de la manga reversible, la forma del pistn, el tamao del pistn en relacin con el dimetro miembro flexible, y el ngulo de cable integrado en el elemento flexible todos tienen una influencia en el rea efectiva. rea Efectiva:El rea efectiva se puede llegar a tomar por la fuerza esttica longitudinal desarrollado en una altura de montaje especificada y dividiendo esta fuerza por la presin interna (psig) existente en la cmara de aire a esa altura. Este mtodo se utiliza para desarrollar las reas efectivas estticas usadas en la tasa dinmica y los clculos de frecuencia.El rea efectiva es la carga de rea de la cmara de aire de transporte. Su dimetro se determina por la distancia entre los centros de la radio de curvatura del bucle de resorte de aire. El bucle siempre se aproxima a un crculo, porque la presin de aire interna est actuando de manera uniforme en todas las direcciones, de modo que slo la zona interior de los centros es verticalmente eficaz. Para un muelle neumtico enrevesada, el rea efectiva aumenta en la compresin y disminuye en extensin. Para un muelle neumtico de la manga reversible, el rea efectiva es constante mientras se opera en el lado derecho del pistn, aumenta cuando se trabaja en la llamarada del pistn en compresin, y disminuye cuando la parte de goma se levanta del pistn en extensin. Cuando un vehculo que tiene amortiguadores de aire en su suspensin est en reposo, y luego se agrega o quita la carga, la vlvula de control de altura funciona para agregar o quitar el aire suficiente en la cmara de aire para mantener la altura total conjunto de la cmara de aire. Esto entonces aumenta o disminuye la presin en la cmara de aire de la cantidad necesaria para proporcionar la fuerza de elevacin necesaria para que coincida con la fuerza descendente corriente creada por la nueva condicin de carga, y el equilibrio es alcanzado de nuevo.

Figura 2 - Esquema del funcionamiento de la boya Fuente: Airide Disign Guide FirestoneCambios especiales de estado para los gases perfectosNo - proceso de flujo, los calores especficos suponen constantes. Los subndices 1 y 2 se refieren a los estados inicial y final, respectivamente.P = Presin absolutaT = Temperatura absolutaV = Volumen total

1. Volumen constante (Isocrico)Este es un proceso inalcanzable debido a la naturaleza del miembro flexible, sin embargo, en condiciones estticas, se puede calcular el cambio en la presin para un cambio en la temperatura.

2. Presin constante (Isobrico)Dinmicamente, la nica manera de mantener la presin constante es en combinacin con volumen infinito y generalmente no es til.

3. Temperatura constante (Isotrmico)Esto requiere movimientos muy lentos normalmente no aplicable a la operacin del resorte de aire.

4. Adiabtico reversible (Isentrpico) Este se define como un proceso sin transferidos hacia o desde el fluido de trabajo de calor. Este es un proceso terico no alcanzable con resortes neumticos, sin embargo, para desviaciones rpidas, se acerc estrechamente, k=1,404 para el aire.

5. Poli trpico

Este proceso por lo general representa la expansin real y curva de compresin para presiones de hasta unos pocos cientos de libras. Al dar a "n" valores diferentes y suponiendo calores especficos constante, los cambios anteriores se pueden hacer casos especiales del cambio poli trpico.

Tarado de los muelles de aire dinmico (Dynamic Air Spring Rate) constante KLa constante es la pendiente de la tangente en la posicin de equilibrio. Para los pequeos incrementos de deformacin, la tasa es igual al cambio de carga por unidad de deflexin.

Figura 3 - Curva Carga Vs Deflexin1.

Donde:K = Constante (carga x unidad de deflexin)Lc= Carga en el recorrido de compresinLe= Carga en el recorrido de extensin Dhc= Variacin en la compresin Dhe= Variacin en la expansin ECUACIN CONSTANTE K

Principales Frmulas para clculos de los principios bsicos

MATERIALES: 2 bolsas de aire (boya) 1 vlvula de nivelacin de carga 5 m de manguera para sistemas de aire Una Y Estructura de madera PROCEDIMIENTO:Este sistema de resorte de aire en particular se controla mediante una vlvula de nivelacin de carga instalada entre la cabina del vehculo y el eje del bastidor. Una altura de control de disposicin de palanca y la varilla se instala con un lado conectado a la del eje de la cabina y el otro unido a la vlvula de nivelacin de carga. Como la cabina se reduce debido a la carga, el eje tender a moverse hacia arriba. Esto puede ser causado por las imperfecciones del camino o el peso de la misma. Como el eje plantea a travs de su rango de movimiento, el movimiento de la palanca de ajusta la vlvula de nivelacin, y la presin de aire a las cmaras de aire se aumenta o disminuye, la modificacin de la longitud del resorte y, por lo tanto, la altura del marco. La carga de la nivelacin de la vlvula de aire est unido al eje a travs de una varilla de conexin antes de la instalacin de la vlvula. Es muy importante establecer la altura de la cabina sea correcta.

Figura 4 - Esquema de circuito neumtico para la amortiguacin del asientoClculos: [endnoteRef:1] [1: Estos valores son Caractersticas Dinmicas del grfico en la hoja de datos del producto a 18 pulgadas y 7,000 libras.]

La constante (rate o tasa) dinmica de un muelle de aire a travs de carrera x pulgadas se calcula utilizando la frmula 8 en la pgina 42, sustituyendo los valores de la siguiente manera:Donde:K = Rate (lb/in)Pa1 = Presin absoluta (psia) diseo de posicinA1= rea efectiva (in2) en el diseo de la posicin, carga (lb) / presin (lb/in2)Ac= rea efectiva (in2) en pulgadas bajo los posicin de diseo, carga (lb) / presin (lb/in2).V1= Volumen interno en (in3)Vc= Volumen interno en debajo el diseo de posicin (in3)Ve= Volumen interno en sobre el diseo de posicin (in3)Encontrar la constante K de los muelles de aire de la 1T15M-11, W01-358-9320 a una altura de diseo de 18 pulgadas y una carga de 7000 libras.[footnoteRef:1] [1: Datos obtenidos del captulo N 4, en la Gua del usuario Airide DG, pgina 23 ]

El rea efectiva de la curva de 100 psig se calcula:

Tambin se calcula Ac y Ae

Despus se calcula la presin a 7000 libras

Despus calculamos la constante K (carga por unidad de deflexin:

Ahora calculamos la frecuencia

Seleccin de compresor.-Para la correcta seleccin del compresor se toma en cuenta la presin especfica (Pgt) calculada anteriormente aunque ms conveniente sera escogerlo en relacin a los pies cbicos por minuto o CFM ya que es una medida de flujo volumtrico muy sencilla. Pero como el CFM depende del psi del compresor, lo que significa que d0os herramientas con psi diferente no necesariamente tendrn el CFM que puedas simplemente sumar. Aqu es donde el (Pgt) es muy necesario.Como se tiene un Pgt = 97,96 psig, se buscara un compresor de un solo cilindro que usa nicamente un pistn para comprimir el aire y alcanza aproximadamente 150 psi.

Seleccin de las Boyas:Para la seleccin de la boya es necesario el dato de K = 0,677 lb, que en la figura 5 est pintado de color gris (dato aproximado).

Figura 5 - Boya seleccionada Fuente: catalogo boyas FirestoneSeleccin de manguerasSe necesita una manguera para circuitos neumticos que soporte la presin de 97,96 psig. Por lo cual se eligi una manguera Eaton Synflex Solstice

Figura 6 - Especificaciones tcnicas de la manguera Fuente: catalogo Eaton

Seleccin de la vlvula de nivelacin de cargaSe selecciona dependiendo de la facilidad y espacio que se disponga para montar en el chasis, para este caso se escogi la siguiente por disponibilidad y facilidad de manipulacin.

Figura 7 - Vlvula nivelacin de cargaREGLAS DE SEGURIDAD: Antes de conectar o desconectar los componentes, asegrese que la Unidad de Fuerza est en la posicin OFF y el manmetro indique 0 (bar o Kg/cm2). Cuidado al cargar el compresor.

SIMULACIN

Figura 8 - Simulacin del circuito neumticoCONSTRUCCIN

CONCLUSIONES. 1. En el presente documento se explica el funcionamiento de un sistema de suspensin neumtica de una cabina permitiendo as aplicar los conocimientos de sistemas neumticos aplicando al campo automotriz.2. Atreves de los clculos y datos obtenidos hemos podido determinar las boyas o actuador de aire correspondiente, adems de la presin necesaria para que el sistema funcione.3. Al tener un sistema neumtico en una cabina de camin obtenemos una mayor facilidad de instalacin gracias a los componentes pre cableado, adems de una mayor facilidad en el mantenimiento.4. Este sistema tiene un menor tiempo de montaje gracias a su reducido nmero de componentes.5. Este sistema permite que el operario o conductor del tracto camin obtenga un retorno automtico a la altura de marcha del vehculo.6. Tambin el sistema consta con una gran variabilidad de uso gracias a las diferentes alturas de la marcha.

RECOMENDACIONES. 1. Cuando se infla las boyas de aire con el compresor se debe hacerlo lentamente puesto que estos necesitan poco aire y se inflan rpidamente.2. No se debe inflar las boyas de aire cuando estas no estn sujetas en la suspensin o en una estructura adecuada. No se debe sobrepasar en ningn caso la presin de 7 bares (100psi).3. El exceso de presin o el exceso de carga causan el dao de las boyas de aire.BIBLIOGRAFA.

FIRESTONE, Airide Design Guide Supension aplications, Catlogo. FIRESTONE, Load Share, Catlogo. EATON Synflex, Solstice Air brake tubing, CatlogoPAI Industries, Valve leveling delay Type, Catlogo