Apunte de Problema de Ing FRENOMETRO

8/10/2019 Apunte de Problema de Ing FRENOMETRO

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Universidad Tecnolgica Nacional Facultad Regional Baha BlancaDepartamento de Ingeniera Mecnica - Ingeniera Mecnica I

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Frenometro: un problema de Ingeniera Mecnica

Los centros de revisin tcnica de vehculos de transporte de carcter

interjurisdiccional (es decir que atraviesan las distintas fronteras provincialestransportando personas o cargas) son auditados (controlados en su funcionamiento

tcnico administrativo) por la Consultora Ejecutiva Nacional del Transporte que

depende de la Secretara de Transporte de la Nacin, de la Comisin Nacional

Reguladora de Transporte y de la Universidad Tecnolgica Nacional. Entre las tareas

de control que se efectan, se realiza el control de calibracin de las mquinas

utilizadas por dichos centros para constatar el buen funcionamiento de los distintos

sistemas que componen el vehculo que se encuentra en el proceso de revisin.

Una de esas mquinas, la destinada al control del sistema de frenado de las unidades,

se denomina frenmetro y una vista del mismo se aprecia en la figura 1 siguiente:

Figura 1

Consta de 2 partes fundamentales, una ubicada en un foso construido en el piso cuya

parte superior queda a nivel del mismo, compuesta bsicamente por 2 motores

elctricos que mueven cuatro rodillos sobre los que se apoyan los neumticos de los

vehculos y otra que constituye una consola donde se ubican los dispositivos

electrnicos que permiten la lectura de los valores producto de la medicin.

Vamos a describir el componente ubicado en el piso, nos valemos para ello de la

figura 2 siguiente:


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la que constituye una vista perpendicular al sentido de paso de los vehculos. Se

pueden apreciar los rodillos tractores (los de mayor dimetro), el rodillo de dimetro

pequeo destinado a detectar la velocidad de la rueda, el motor de accionamiento, la

celda de carga y una estructura metlica (trazos gruesos) encargada de soportar los

elementos mencionados. El motor mueve los rodillos tractores mediante un sistema de

transmisin a cadena generando en los mismos una velocidad tangencial de

aproximadamente 3 kilmetros/hora, es decir que la rueda de un vehculo apoyada enlos mismos girar a la misma velocidad que si la unidad se desplazar por si misma

(por su motor) a 3 kilmetros/hora lo cual significa resumidamente que ensayaremos el

sistema de frenos a esa velocidad. Se aclara que estamos analizando un solo lado y

que a continuacin del mismo (segn la vista de la Figura 2) est el restante con los

mismos elementos moviendo la otra rueda que compone el eje del vehculo (trasero o

delantero). Una vista con la rueda apoyada sera la de la figura 3 donde se observa

que el rodillo pequeo que gira libre para poder seguir la velocidad del neumtico por

transmisin directa, ha descendido de su posicin inicial por el peso de la rueda.


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Que medimos? , Cmo medimos?. La respuesta a la primer pregunta es, medimos

la fuerza de frenado que se produce en el punto de contacto entre rueda y rodillo

tractor segn lo indicado en la figura 3. Para interpretar como medimos vamos a

representar mediante un croquis los movimientos y esfuerzos segn figura 4.

Apreciamos que la fuerza de frenado en el rodillo se trasmite a travs de la cadena de

transmisin y por lo tanto produce un momento (fuerza en la cadena por la distancia al

centro del eje del motor) en el rotor del motor, dicho momento trata de ser

compensado (por medio de los campos magnticos) por el estator del motor (carcaza)

que tiene permitido el giro por los apoyos con rodamientos ubicados en sus extremos.

Finalmente dicho giro se representa por la fuerza ejercida en la celda de carga por la

distancia al centro de rotacin del motor. Esa fuerza sobre la celda de carga produce

su deformacin y a travs del cabezal electrnico se puede visualizar su lectura.


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Aclaremos que la fuerza de frenado en el rodillo depender del estado de los frenos

del vehculo y del grado de esfuerzo con que se pise el pedal del mismo, por lo tanto

es variable como as tambin la fuerza sobre la celda de carga.

Nuestro problema es verificar la calibracin de la lectura de la fuerza sobre la

celda de carga, esto significa que los valores de fuerza aplicados deben

coincidir con los valores ledos en el visor o display +/- un error permitido del 2%

para obtener resultado aprobado, siendo resultado rechazado si los valores

estn fuera del rango permitido.

Analicemos el problema segn lo estudiado

estado inicial (A): frenmetro sin control de calibracin

estado final(B): frenmetro con control de calibracin

Obsrvese que los estados inicial y final pueden reformularse como

Estado inicial (A): Frenmetro que no sabemos si mide bien o mide mal (dentro o

afuera de tolerancia).

Estado final (B): Frenmetro que sabemos mide bien o Frenmetro que sabemos

mide mal.


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Esto nos refleja que nuestro estado final tiene dos posibilidades de resultado en su

planteo previo, quedando uno de las dos luego de la transformacin (control de

calibracin).

Debemos diferenciar este problema de otro, aparentemente muy similar

Deseo que el frenmetro mida bien.

En este caso

Estado inicial (A): Frenmetro que mide bien o Frenmetro que mide mal (no lo

sabemos).

Estado final (B): Frenmetro que mide bien.

La transformacin no es ms control de calibracin sino Calibracin, es decir que ya

no verificamos solamente sino que verificamos y si esta mal modificamos los

parmetros necesarios para que quede bien.

Debemos prestar mucha atencin, y observar que en el primer caso el ncleo o centro

del problema es saber o tomar conocimiento si mide bien o mal mientras en el

segundo desear que mida bien. Continuando con el control de calibracin del frenmetro veremos ahora una de las

formas de solucionarlo, apoyndonos en la figura 5 siguiente:

Nuestro objetivo es generar varias fuerzas sobre la celda de carga (en el mismo lugar

AB

Calibracin

Transformacin


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donde la genera el motor) que podamos garantiza sus valores. Sera muy sencillo

pensar en colocar directamente una o ms pesas calibradas en ese punto, sin

embargo existen 2 dificultades, una es que las magnitudes de dichas fuerzas son

elevadas van de 150 a 600 kg. aproximadamente, lo que implica un volumen muy

importante, la segunda se desprende de la anterior y es que el gran volumen se debe

apoyar en un nico punto generndose un problema de equilibrio.

Aparece la solucin, tal como lo adelantamos al comienzo, mediante la utilizacin de

momentos, lo que permite por un lado amplificar (aumentar) la fuerza haciendo uso

de un brazo de palanca y adems la sencilla aplicacin de la misma mediante una

barra en la que uno de sus extremos tracciona en el punto indicado.

Analizando mediante la figura vemos que la pesa calibrada por cada una de las

distancias, tambin calibradas al centro de rotacin nos produce un momento, quesegn la ecuacin Mo=0, tiene que ser equilibrado por la fuerza en la barra de

aplicacin multiplicada por la distancia menor y fija tambin calibrada, ejemplificando

con cifras, supongamos:

Pesa calibrada= 20 kg.

Distancias calibradas= 0,226 metros, 0,452 m, 0,678 m y 0,904m

Distancia menor fija = 0,076 m

Fuerza en l a bar ra = ?

Aplicando Mo=0 por ejemplo en la distancia 0,904 m

20 kg x 0,904m X kg x 0,076 m = 0 X = 20 x 0,904 / 0,076

X = 237,89 Kg

Observemos que se ha amplificado el valor de la pesa en 11,89 veces su valor y el

punto de aplicacin es un punto. De la misma forma es posible aplicar en la barra las

otras fuerzas que surgen de acuerdo a la medida donde se coloque la pesa y con ello

le estamos aplicando valores calibrados y conocidos que deberan coincidir con los

que se lean en el visor del frenmetro + / - el 2% para salir aprobado, caso contrario

resulta rechazado.

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