Del 28 al 31 de marzo del 2006

Ing. Danilo Valenzuela OblitasMarzo de 2006Lima – Perú

Consideraciones técnicas y criterios para la repotenciación de vehículos pesados diesel

a gas ”

Centro de Desarrollo de la Energía y el Gas

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Constitución o estructura del automóvil• El vehículo automotriz esta constituido por dos partes fundamentales que

son: chasis y carrocería • I) chasis.- Esta formada por:

– Bastidor o armazón– Dirección – Frenos– Suspensión – Sistema Eléctrico – Tren motriz

• II). Tren motriz.- Esta formado por el grupo motopropulsor: • Motor• Transmisión

– Embrague– Caja de velocidades o cambios – Cardán y juntas universales – Puente trasero– Ruedas motrices

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III.- Carrocería : Pueden clasificarse en:

1. Según el campo de aplicación:

1.1. Para el transporte de pasajeros » Vehículo ligeros

» Ómnibus ó vehículos de pasajeros

» Vehículos de carga ó camiones

• 1.2. Para el transporte de mercadería » Plataformas

» Cisternas

» Volquetes, etc

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2. Según el diseño

2.1. Por el método que soporta las cargas » Portantes

» Semiportantes

» Con bastidores integrales

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Introducción

Ómnibus: es un vehículo autopropulsado destinado al transporte de personas

Clasificación de los buses por su tipo de carrocería- Ómnibus con carrocería portante (sobre

chasis de camión )- Ómnibus con carrocería autoportante (integral)

Definiciones básicas:

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Ventajas y desventajas

a) Con carrocería portante (sobre chasis de camión):- Pueden transitar sin sufrir daños estructurales por caminos asfaltados y no asfaltados- Menor costo de fabricación- Mayor robustez en sus estructuras- Se construyen de un piso o piso y medio

b) Con carrocería autoportante:- Pueden transitar sin sufrir daños estructurales sólo por

caminos asfaltados y en buen estado.- Alto costo de fabricación- Estructuras livianas que acortan la vida útil del vehículo- Pueden ser hasta de dos pisos y de piso bajo (para uso

urbano, turismo y para aeropuertos)

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Ejemplos de buses con carrocería portante

Chasis para carrocería portante

Carrocería portante

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Estados Unidos

Japón Rusia

Alemania

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BUSES TODO TERRENO

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Ejemplos de buses con carrocería autoportante (integral)

UcraniaAlemania

BrasilEstados Unidos

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Componentes de un chasis • BASTIDOR: (largueros

y travesaños)

• TREN MOTRIZ (Motor, transmisión)

• TREN DE RODAMIENTO (suspensión, ejes, frenos, dirección). Tecnología de construcción

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CARACTERÍSTICAS O ESPECIFICACIONES

TÉCNICAS DE UN VEHÍCULO Un vehículo es caracterizado por determinados parámetros que lo definen y determinan su uso específico y adecuado. Entre estos parámetros mencionamos los siguientes, que son los básicos: •Potencia específica definido como la relación de las potencias máximas del motor entre el peso bruto del vehículo. •Capacidad de carga, es la carga útil o número de pasajeros que puede transportar un vehículo.•Peso neto del vehículo (PNV); es el peso del vehículo sin carga incluyendo el peso de combustible, aceite, agua, refrigerante, herramientas, rueda de repuesto y equipo adicional.•El peso bruto vehicular, es igual a PNV + Peso carga útil +peso del chofer •Distribución del peso del vehículo entre ejes (con carga y sin carga), relacionado con el tipo de caminos o carreteras a utilizar (G1 y G2).•Dimensiones básicas (longitud, ancho, altura, distancia entre ejes, distancia entre ruedas (trocha o vía), luz entre camino y la parte inferior del vehículo, etc.

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• Radio mínimo de giro, se toma el radio de giro de la rueda direccional exterior (Rmin).

• Radio de giro mínimo de la parte extrema de la carrocería, define la traficabilidad del vehículo.

• Velocidad máxima (vmax)• Pendiente máxima superable con carga normal (en %, ó en

grados)• Consumo de combustible, en km/galon ó lt/100 km• Especificaciones principales del motor, de la transmisión,

carrocería, dirección, frenos.• Datos básicos para la regulación y control, así como del

combustible utilizado.

CARACTERÍSTICAS O ESPECIFICACIONES

TÉCNICAS DE UN VEHÍCULO

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Las cualidades de la tracción están caracterizadas por los parámetros de diseño (constructivos) que influyen en las propiedades explotacionales del vehículo.

•Entre las propiedades más importantes de un vehículo tenemos: el dinamismo, la economía del combustible, la direccionabilidad, la estabilidad, la capacidad de tránsito, la suavidad de marcha, capacidad de carga, solidez, durabilidad y facilidad para la reparación o manteniendo del vehículo, todas estas propiedades se pueden clasificar en dos grupos:

La tracción automotriz

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• En el primer grupo se encuentran el dinamismo, la economía del combustible, la direccionabilidad, la estabilidad, la capacidad de transito y la suavidad de marcha, una de las particularidades de estas propiedades consiste en que cada una de ellas esta ligada directamente con el movimiento del vehículo y en mayor o menor grado, determina la ley o la forma de este movimiento.

• Las propiedades de segundo grupo (las restantes) no influyen sobre el movimiento del vehículo y por lo general dependen de la forma como se explota el vehículo, estas propiedades se pueden considerar como propiedades explotacionales.

La tracción automotriz

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a). DINAMISMO: Se denomina así a la capacidad del vehículo de transportar una carga con la máxima velocidad media posible, la capacidad de carga del automóvil depende de sus propiedades de tracción y de frenado que posee el vehículo.

• La tracción del automóvil depende de la posibilidad de moverse a su máxima velocidad, con la máxima aceleración y la superación de pendientes máximas. La tracción depende de la potencia del motor, del tipo de la transmisión, de la masa vehicular y de otras particularidades de la construcción del automóvil.

• Las propiedades del frenado del vehículo se caracterizan por la distancia que recorre el vehículo en su máximo frenado. A su vez, esto depende del tipo y estado del sistema de frenado, así como del tipo y del estado de las llantas y de la carretera.

PROPIEDADES

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c). DIRECCIONABILIDAD.- Es la propiedad del automóvil de conservar la dirección recta o la dirección del movimiento dado por el mecanismo de dirección.

• Sobre esta propiedad influye la construcción del mecanismo de dirección, la ubicación del centro de gravedad del vehículo, la forma del chasis, la distancia entre ejes, el radio de giro y las llantas.

PROPIEDADES

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• d). ESTABILIDAD.- La estabilidad del automóvil se caracteriza por su propiedad a oponerse a las volcaduras, al derrape y a patinar.

• Debido al incremento constante de la velocidad media de los automóviles modernos, esta propiedad adquiere mayor importancia para garantizar la seguridad durante el movimiento del vehículo.

• La estabilidad del vehículo depende de sus parámetros constructivos como son: ubicación del centro de gravedad, del ancho del vehículo, de la distancia entre ejes de la elasticidad lateral de las llantas, de la distribución del peso entre ejes, etc.

PROPIEDADES

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• g). SEGURIDAD DEL VEHÍCULO.- La seguridad de un vehículo se suele clasificar en los grupos: La seguridad pasiva y seguridad activa.

• g1). Seguridad activa, es la propiedad del vehículo de prevenir accidentes durante su circulación por una carretera y en cualquier circunstancia de operación; es decir garantizar una marcha segura y confiable.

• Contribuyen a dar seguridad activa del vehículo los sistemas de: frenado, suspensión, dirección, distribución de cargas en los ejes, la ubicación del centro de gravedad, el diseño de la carrocería en el cual se debe de tener en cuenta la visibilidad que pueda tener el conductor, asimismo la ergonomía de la cabina del conductor contribuye con la seguridad activa, pues evita el cansancio del conductor.

PROPIEDADES

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• Seguridad pasiva, estos sistemas protegen a los pasajeros y al chofer contra lesiones graves en caso de accidentes, es decir disminuir los daños que puedan ocasionar a los pasajeros en caso ocurriera un accidente. Los ejemplos de estos sistemas de seguridad pasiva son: El cinturón de seguridad, el airbag frontal o lateral etc, también en la actualidad se dispone de árboles de dirección partidos para evitar el desplazamiento de la volante al conductor, los cristales de los parabrisas es de seguridad de modo que cuando se rompan se forman trozos muy pequeños y redondos que no cortan.

PROPIEDADES

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• Categoría L: Vehículos automotores con menos de cuatro ruedas.• L1 : Vehículos de dos ruedas, de hasta 50 cm3 y velocidad máxima de 50

km/h.• L2 : Vehículos de tres ruedas, de hasta 50 cm3 y velocidad máxima de 50

km/h.• L3 : Vehículos de dos ruedas, de mas de 50 cm3 ó velocidad mayor a 50

km/h.• L4 : Vehículos de tres ruedas asimétricas al eje longitudinal del vehículo, de• mas de 50 cm3 ó una velocidad mayor de 50 km/h.• L5 : Vehículos de tres ruedas simétricas al eje longitudinal del vehículo, de

mas• de 50 cm3 ó velocidad mayor a 50 km/h y cuyo peso bruto vehicular no• exceda de una tonelada.

CLASIFICACIÓN VEHICULAR

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• Vehículos automotores de cuatro ruedas o más diseñados y construidos para el transporte de pasajeros.

• M1 : Vehículos de ocho asientos o menos, sin contar el asiento del conductor.• M2 : Vehículos de mas de ocho asientos, sin contar el asiento del conductor y peso bruto vehicular de 5 toneladas o menos.• M3 : Vehículos de mas de ocho asientos, sin contar el asiento del conductor y

peso bruto vehicular de más de 5 toneladas.Los vehículos de las categorías M2 y M3, a su vez de acuerdo a la disposición delos pasajeros se clasifican en:

• Clase I : Vehículos construidos con áreas para pasajeros de pie permitiendo el desplazamiento frecuente de éstos

• Clase II : Vehículos construidos principalmente para el transporte de pasajeros sentados y, también diseñados para permitir el transporte de pasajeros de pie en el pasadizo y/o en un área que no excede el espacio provisto para dos asientos dobles.

• Clase III : Vehículos construidos exclusivamente para el transporte de pasajerossentados.

CLASIFICACIÓN VEHICULAR

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• Categoría N: Vehículos automotores de cuatro ruedas o más diseñados y construidos para el transporte de mercancía.

• N1 : Vehículos de peso bruto vehicular de 3,5 toneladas o menos.• N2 : Vehículos de peso bruto vehicular mayor a 3,5 toneladas hasta

12 toneladas.• N3 : Vehículos de peso bruto vehicular mayor a 12 toneladas.• Categoría O: Remolques (incluidos semiremolques).• O1 : Remolques de peso bruto vehicular de 0,75 toneladas o menos.• O2 : Remolques de peso bruto vehicular de más 0,75 toneladas

hasta 3,5 toneladas.• O3 : Remolques de peso bruto vehicular de más de 3,5 toneladas

hasta 10 toneladas.• O4 : Remolques de peso bruto vehicular de más de 10 toneladas.

CLASIFICACIÓN VEHICULAR

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COMBINACIONES ESPECIALESS : Adicionalmente, los vehículos de las categorías M, N u O para el

transporte depasajeros o mercancías que realizan una función especifica, para la cual

requierencarrocerías y/o equipos especiales, se clasifican en:SA : Casas rodantesSB : Vehículos blindados para el transporte de valoresSC : AmbulanciasSD : Vehículos funerariosLos símbolos SA, SB, SC y SD deben ser combinados con el símbolo de

la categoría a• la que pertenece, por ejemplo: Un vehículo de la categoría N1

convertido en ambulancia• será designado como N1SC.

CLASIFICACIÓN VEHICULAR

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26

27

28

FORMULA RODANTE

29

FORMULA RODANTE

30

31

32

33

34

35

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1) Por la suma de momentos determinamos L1 y L2

0BM ; 12 .. LGLG a

De donde: aGL

LG 1

2

Análogamente aGL

LG 2

1

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CASO PRACTICO DE CENTRO DE GRAVEDAD

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ESQUEMA DE DETERMINACIÓN DE LA COORDENADA LONGUITUDINAL DEL CENTRO DE GRAVEDAD

Vehículo inclinado en la balanza. tan

)( 22

aeg G

GZLrh

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ESQUEMA DE DETERMINACIÓN DE LA COORDENADA TRANSVERSAL DEL CENTRO DE GRAVEDAD

40

Determinación experimental del centro de gravedad

41

Colocación de sacos de arena para determinar el peso bruto del vehículo

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3.- Las pruebas de campo realizadas para determinar el radio de giro mostraron valores que exceden el límite máximo establecido para este tipo de vehículos.

L

Re 5,2...0,2

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• Para garantizar un giro sin resbalamiento, se debe girar las ruedas directrices de la posición neutral ángulos diferentes, de modo que : , es decir la rueda interna debe de girar mas que la rueda externa.

• En la figura se tiene que• L= batalla del vehículo (m)• R= radio mínimo de giro (m)• B= ancho de la vía (m)• 2a= distancia entre los ejes pivotes de dirección de las

manguetas de las ruedas dirigidas. • = Ángulos de giro de las ruedas exterior e interior

respectivamente.

•CINEMATICA DE GIRO

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De la figura 03, podemos obtener:

L

aRCot i

, y

L

aRCot e

De donde

L

aCot ie

2cot -----------------------------(2)

•CINEMATICA DE GIRO

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Condición de estabilidad • Una condición de estabilidad importante en un vehículo para

garantizar que mantenga su trayectoria es que este tenga una pequeña capacidad subirante es decir una pequeña insuficiencia de la facultad de giro.

• En general se debe cumplir: Los diseñadores de automóviles y vehículos en general recomiendan.

• =1.520• También se debe de considerar, la fuerza lateral aplicada a cada

rueda, la cual depende de la distribución de peso sobre los ejes. • En general para que no haya deslizamiento en el viraje, o para

garantizar una buena estabilidad en ruta se debe de cumplir.

CONDICION DE ESTABILIDAD

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• “La facultad de giro influye también en la estabilidad de un vehículo, ósea en su capacidad de oponerse a un giro espontáneo y restituir la dirección de la marcha preestablecida, si ella por alguna causa fuera perturbada, por tanto los vehículos subvirantes son más estables que los sobrevirantes”

CONDICION DE ESTABILIDAD

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Velocidad crítica de volcadura

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• Si en este caso el vehículo ingresa a una curva con peralte, se

demuestra que las velocidades críticas son:

• (v) = Velocidad crítica a la volcadura.

• Donde:

• Angulo de peralte de la curva = 8 a 12% según Chudakov

• - 2 a 10%, en general para carreteras normales.

2/1

)2( )

2.tan

2/tan(

gR

Bh

BhV

g

ga

Velocidad crítica de volcadura

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Velocidad crítica al desplazamiento para un vehículo que se desplaza

en una curva con Peralte.

Cuando 0 : ay GP = fuerza de adherencia

Cuando 0 : ay GP ( )cos ay GsenF

2/1

)3( tan1

tan

gRva

----------------(4)

va(3)= velocidad crítica al deslizamiento

Velocidad crítica de deslizamiento

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Condición de estabilidad en el viraje

Los diseñadores de autos y vehículos, dan como condición para que un vehículo sea estable en el giro que; la velocidad crítica del deslizamiento sea menor que la velocidad crítica a la volcadura.

)1()2( aa vv Condición de estabilidad

a). Para el caso de una curva sin peralte

gh

gRBgR

2

De donde:

gh

B

2 Condición de estabilidad en el viraje

51

Prueba de campo para determinar el radio de giro

52

a

ttv

a

rraaraa

tte

Gr

giI

Gr

gII

g

jGFfiG

r

iM22

221 .

))(

1()(..

g

rG

iIII

g

jGFFF

a

ttvrraararcimp )

.(1

2

2

21

FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE UN VEHÍCULO

53

Prueba de velocidad máxima

54

4.- Los cálculos y las pruebas de estabilidad, tanto con movimiento rectilíneo, como curvilíneo, mostraron que ambos vehículos poseen buena estabilidad.

)1()2( aa vv

gh

B

2

Condiciones de estabilidad

La velocidad de vuelco debe ser mayor que la velocidad de deslizamiento

El ancho de vía entre dos veces la altura del centro de gravedad debe ser mayor que el coeficiente de adherencia

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PRUEBAS DE ESTABILIDAD

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5.- Pruebas de frenado

58

MODELO DE ESTRUCTURAS

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MODELO DE FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE LA ESTRUCTURA DEL VEHÍCULO

“GRACIAS”