Luis Alexander Ávila CalderónJonathan David Salamanca MoraJorge Andrés Sarmiento Becerra
Bogotá D.C., junio de 2010
Departamento de Ingeniería Mecánica y MecatrónicaLínea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico
XXVI MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS
DESARROLLO DE CHASIS PARA UN VEHICULO ELECTRICO
MULTIFUNCIONAL DE TRANSPORTE LIGERO
ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
El proyecto surge a partir de la necesidad del grupo KartUN que requiere disponer de la estructura para un vehículo multifuncional tipo kart, según la propuesta presentada por el grupo, titulada “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN VEHÍCULO ELÉCTRICO MULTIFUNCIONAL DE TRANSPORTE LIGERO” que fue realizada dentro de la convocatoria de proyectos SINERGIA y remitida a la facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia, la cual aprobó y dio apoyo para su desarrollo.
El costo total del proyecto es de 12 Millones de pesos. Para el chasis se destinaron 5’500.000 (Sin incluir costos de diseño).
La duración del proyecto global es de un año, la componente estructural se proyectó para un semestre.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE DISEÑO
El problema es que el grupo no dispone de un chasis que tenga los detalles constitutivos para la adecuación de:
Sistema de potencia eléctrico
(Motor y Baterías)
Sistema regenerativo de frenado
REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
Ofrece apoyos para los sistemas de potencia
Soporta cargas dinámicas y estáticas
Correcta distribución del peso
De fácil mantenimiento
Estética agradable
Liviano
Ofrece multifuncionalidad
Respuesta correcta a la dirección
Ofrece comodidad
Brinda seguridad
ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA (BENCHMARKING)
ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
FUNCIONES:DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Ser elemento estructural principal del vehiculo tipo Kart
Soportar cargas
Soportar cargas dinámicas
Soportar cargas estáticas
Proteger al piloto
Aislar elementos eléctricos
Proteger contra impactos
Proporcionar ergonomía
Contar con dimensiones
proporcionadas y adecuadas
Cumplir funciones adicionales
Transportar carga adicional
Transportar herramental
Transportar un pasajero adicional
Permitir control independiente en la
tracción trasera
Servir de soporte al sistema de dirección
Distribuir adecuadamente el
peso
Permitir maniobrabilidad en
curvas y en rectas a alta y baja velocidad
Permitir montaje de elementos de
potencia
Poseer elementos de soporte para
baterias
Poseer soporte para el motor
GENERACIÓN DE CONCEPTOS:VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE
SOLUCIÓN GENERADAS
12 Conceptos generados Evaluación a partir de los
requerimientos del cliente Selección de conceptos tomando en
cuenta los requerimientos del cliente
ALTERNATIVA DE DISEÑO GLOBAL DOMINANTE
GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO
ER 70S-6 WA86 ASTM A-500
GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO
0 5 10 15 20 250.85
0.9
0.95
1
1.05
t
Aceleración
0 5 10 15 20 250
5
10
15
20
25
t
Velocidad
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
20
40
60
80
t
Velocidad
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.5
0
0.5
1
1.5
t
Aceleración
2:1Limite 2:13:1Limite 3:14:1Limite 4:1
2:13:14:1
DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑOSe proporciona una estructura de chasis tipo kart adecuada para el montaje de:
Sistema de potencia eléctrico (Motor y Baterías)
Sistema regenerativo de frenado
El valor social consiste en establecer bases para la generación de desarrollos académicos posteriores frente alternativas de diseño de vehículos eléctricos.
ANÁLISIS ECONÓMICOConcepto Costo Descripción
Costos de Diseño $3,000,000.00 Según horas de diseño, modelamiento y trabajo de ingeniería
Costos de Materiales $3,900,000.00 Tubería matriz, Piezas generalmente primarias y auxiliares del kart.
Costos de fabricación, ensamble y puesta a punto
$1,300,000.00 Servicios por fabricación y ensamble
Costos de Transporte $500,000.00 Desplazamientos para cotizaciones y transportes del kart
TOTAL $8,700,000.00
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESCONCLUSIONES
El análisis dinámico vehicular constituye la herramienta fundamental de validación en el proceso de diseño estructural, por las cambios que puede generar.
La evaluación por elementos finitos respalda los resultados teóricos del desarrollo del chasis.
A pesar de la simplicidad aparente de una estructura chasis tipo kart , el proceso de diseño que esta implica es profundo debido a los conceptos ingenieriles que este requiere.
RECOMENDACIONES
Tener en cuenta el tiempo en los procesos de fabricación. Establecer limites adecuados al alcance del proyecto. Asistir a las conferencias ofrecidas por el grupo KartUN.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA
[1] Commission internationale de karting, “Technical regulations”, disponible: http://www.cikfia.com/web/karting/webkarting.nsf/home?readform[2] Easy kart, “Reglamento deportivo nacional”.[3] Documentación Grupo kartUN.[4] Imágenes tomadas de: www.kartelec.com[5] Imagen tomada de: http://www.e-innovationen.de.vu/[6] Wilson A. Jorge E, González G. Liliana, Salas. Jorge. “Diseño y construcción de Kart dual categoría universitaria”. Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, 2009.[7] Giraldo R. Ludwing Darío. “Análisis y modelado dinámico de un vehículo sin suspensión (kart)”. Universidad de los Andes, Bogotá, 2003.[8] Ávila Niño, Santiago. “efecto de la variación del centro de gravedad en el comportamiento dinámico de un vehículo sin suspensión (kart)”. Universidad de los Andes, Bogotá, 2008.[9] Biancolini, marco Evangelos. “Integrated Multi-Body/FEM analysis of vehicle dynamic behaviour”. Universidad “Tor Vergata”, Roma, Italia.[10] Alireza arghavan, mohammadjavad kheirkhahan, mehran hemmati. “Kart steering system optimizing and simulation”. [11] Biancolini, marco Evangelos. “Integrated Multi-Body/FEM analysis of vehicle dynamic behaviour”. Universidad “Tor Vergata”, Roma, Italia.[12] Alireza arghavan, mohammadjavad kheirkhahan, mehran hemmati. “Kart steering system optimizing and simulation”. [13] Estatura promedio masculina por país. disponible: http://www.skyscraperlife.com/latin-bar/19798-estatura-promedio-masculina-por-pais.html[14] OPTIMA Batteries, OPTIMA yellowTop R 3,7.[15] INTERMEC, Transmisión por correas dentadas de tiempo y sincrónicas, Manual de selección.[16] Norton, Robert L. Diseño de maquinas[17] Shigley, Joseph E. Diseño en ingeniería Mecánica, Sexta edición, Méjico 2005.[18] CORTÉS SALAMANCA, G. E. (2002). Estudio de la rigidez torsional de un chasis kart. Universidad de los Andes, Ingeniería Mecánica, Bogotá. HERRAMIENTAS DE INGENIERIA
Matlab. v.2008. ® Ansys .v.12. ® Solid Edge V.20. ®Statgraphics. Excel. Solver Workbench. V12. ®
MUCHAS GRACIAS
Luis Alexander Ávila Calderón
Jonathan David salamanca Mora
Jorge Andrés Sarmiento Becerra