UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA...
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E INDUSTRIAS CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DIDÁCTICO DEL FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE FRENOS DE DISCOS HÚMEDOS TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ MOYA MARCALLA JONATHAN MANUEL DIRECTOR: ING. JUAN CARLOS LUCERO Quito, julio 2017
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DIDÁCTICO DEL
FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE FRENOS DE DISCOS
HÚMEDOS
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
MOYA MARCALLA JONATHAN MANUEL
DIRECTOR: ING. JUAN CARLOS LUCERO
Quito, julio 2017
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2017
Reservados todos los derechos de reproducción
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1721492732
APELLIDO Y NOMBRES: Moya Marcalla Jonathan Manuel
DIRECCIÓN: El Recreo
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 2642498
TELÉFONO MOVIL: 0992929653
DATOS DE LA OBRA
TITULO: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN
BANCO DIDÁCTICO DEL
FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE
FRENOS DE DISCOS HÚMEDOS
AUTOR O AUTORES: Moya Mracalla Jonathan Manuel
FECHA DE ENTREGA DEL
PROYECTO DE TITULACIÓN:
Julio 2017
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN:
Ing. Lucero Juan
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: INGENIERO AUTOMOTRIZ
RESUMEN: Mínimo 250 palabras El presente proyecto consistió en el diseño de un prototipo didáctico que permita ejemplificar el funcionamiento de un sistema de frenos húmedos, basado en los equipos cargadores para maquinaria pesada, que son de uso más comercial en el país. El estudio contempla en la parte de pre-diseño, el desarrollo de los cálculos, los cuales se han basado en el principio de diseño de embragues bajo el criterio de desgaste uniforme. Posterior a los cálculos, se realizó la fabricación de las piezas para el prototipo didáctico, donde se ha optado por trabajar con material en acero A36, el proceso de conformación de las piezas estuvo guiado por procedimientos de arranque de viruta, torneado y
x
fresado. En el caso de los discos de freno y los piñones de diente interno se ha optado por un proceso de corte a base de chorro de agua a alta presión. Para el sistema de control, que permite ejemplificar la parte hidráulica del funcionamiento del sistema de frenos húmedos, se ha utilizado tres micro cilindros neumáticos de la serie ISO 6432 que son comandados mediante una válvula 5/2 de mando manual, el sistema de potencia es suministrado mediante un motor eléctrico de 1/3 CV, el cual es controlado mediante un interruptor industrial. En la evaluación del prototipo didáctico del sistema de frenos húmedos, se considera atenuar un par motor de 1,4 N.m, acorde con la selección del motor y teniendo en cuenta una presión de trabajo de 9-10 bares que permite aplicar una fuerza axial direccionada por cilindros y ubicada en 124N.
PALABRAS CLAVES: Fricción, discos húmedo,
prototipo didáctico, freno
ABSTRACT:
The present project consisted in the design of a didactic prototype that allows to exemplify the operation of a system of wet brakes, based on the equipment loaders for heavy machinery, that are of more commercial use in the country. The study contemplates in the part of pre-design, the development of the calculations, which have been based on the principle of design of clutches under the criterion of uniform wear. After the calculations, the pieces were made for the didactic prototype, where it was chosen to work with A36 steel material, the process of shaping the pieces was guided by procedures of chip removal, turning and milling. In the case of brake discs and internal tooth pinions, a high pressure water jet cutting process has been chosen. For the control system, which allows to exemplify the hydraulic part of the
operation of the wet brake system, three neumatic cylinders of the ISO 6432 series have been used which are commanded by means of a 5/2 manual control valve, the power system is Supplied by a 1/3 HP electric motor, which is controlled by an industrial switch. In the evaluation of the didactic prototype of the wet brake system, it is considered to attenuate a torque of 1.4 Nm, according to the selection of the engine and taking into account a working pressure of 9-10 bar that allows to apply a directed axial force Per cylinder and located at 124N.
KEYWORDS
Friction, wet discs, didactic prototype,
brake.
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio
Digital de la Institución.
F: ______________________________
MOYA MARCALLA JONATHAN MANUEL
1721492732
DCARTA DE AUTORIZACIÓN
Yo, MOYA MARCALLA JONATHAN MANUEL, CI 1721492732 del
proyecto titulado: Diseño y construcción de un banco didáctico del
funcionamiento de un sistema de frenos de discos húmedos, previo a la
obtención del título de INGENIERO AUTOMOTRIZ en la Universidad
Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las
Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo
144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la
SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de
graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de
información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión
pública respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial
a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito
de generar un Repositorio que democratice la información,
respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
Quito, 30 Julio 2017:
JONATHAN MANUEL MARCALLA
1721492732
DECLARACIÓN
Yo JONATHAN MANUEL MOYA MARCALLA, declaro que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para
ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de
Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional
vigente.
JONATHAN MANUEL MOYA MARCALLA
C.I. 1721492732
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “diseño y construcción
de un banco didáctico del funcionamiento de un sistema de frenos de
discos húmedos”, que, para aspirar al título de INGENIERO
AUTOMOTRIZ fue desarrollado por JONATHAN MANUEL MOYA
MARCALLA, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias
de la Ingeniería e Industrias; y cumple con las condiciones requeridas por
el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 19, 27 y 28.
DEDICATORIA
Dedico esta tesis a mis padres Xavier y Guadalupe, que siempre han sido un
gran apoyo incondicional.
A mis hermanos Gaby, Renato y Majito por estar siempre apoyándome.
A mi esposa Erika por siempre estar a mi lado alentándome
A mis dos nuevos motores que están por nacer, Ariana y Juliana
A toda mi familia, que estuvo apoyándome desde el comienzo hasta el final
en mi carrera universitaria.
Jonathan.
AGRADECIMIENTO
A Mis padres por darme la vida y permitir cumplir mis metas y proyectos.
A la universidad tecnológica equinoccial por abrirme las puertas y haber
tenido la vivencia universitaria.
A mi director de tesis el Ing. Juan Lucero por ser una guía fundamental en la
culminación de este proyecto.
A todos mis maestros por compartir sus conocimientos y experiencias de la
vida.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN .......................................................................................................... 1
ABSTRACT ........................................................................................................ 2
1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 3
2. METODOLOGÍA .......................................................................................... 9
3. RESULTADOS Y DISCUSIONES ............................................................. 11
3.1 SELECCIÓN DEL MODELO DE FRENADO DE DISCOS HÚMEDOS . 11
3.2 CRITERIOS DE PRE-DISEÑO .............................................................. 12
3.2.1 CÁLCULO DEL TORQUE DE FRENADO ..................................... 12
3.2.2 CÁLCULO DE LA POTENCIA TRANSMITIDA ............................. 17
3.2.3 PAR DE FRENO RESULTANTE ................................................... 17
3.2.4 FUERZA AXIAL REQUERIDA PARA EL FRENO ......................... 17
3.2.5 SELECCIÓN DE LA ESCALA PARA El BANCO DE FRENOS
HÚMEDOS .................................................................................... 18
3.2.6 DIÁMETROS DE PASO PARA EL PIÑÓN DE LOS DISCOS
DE DIENTE INTERNO .................................................................. 18
3.2.7 DIÁMETROS DE PASO PARA LA CORONA QUE ALOJA
LOS DISCOS DE DIENTE EXTERNO .......................................... 19
3.2.8 PAR DE FRENO RESULTANTE ................................................... 20
3.2.9 FUERZA AXIAL REQUERIDA PARA EL FRENO ......................... 21
3.2.10 PARA EL CÁLCULO DE LA FUERZA EFECTIVA ACORDE
CON EL NÚMERO DE DISCOS DE FRICCIÓN ........................... 21
3.2.11 CARGA TRASMITIDA ................................................................... 21
3.2.12 CÁLCULO DE ESFUERZOS EN EL ENGRANE........................... 22
3.2.13 CÁLCULO DEL SISTEMA NEUMÁTICO ...................................... 22
3.3 DISEÑO DEL BANCO DIDÁCTICO DE FRENOS HÚMEDOS ............. 23
3.4 SELECCIÓN DE MATERIALES Y ELEMENTOS DE CATÁLOGO ....... 24
3.4.1 SELECCIÓN DE LAS CHUMACERAS ......................................... 24
3.4.2 SELECCIÓN DE LOS MICRO CILINDROS .................................. 25
3.5 CONSTRUCCIÓN DE BANCO DIDÁCTICO PARA
EJEMPLIFICAR EL FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE
FRENOS HÚMEDOS ............................................................................ 25
3.5.1 CONSTRUCCIÓN DE LOS ELEMENTOS .................................... 25
3.5.2 ELEMENTOS OBTENIDOS POR PROCESO DE
ARRANQUE DE VIRUTA .............................................................. 26
ii
3.5.3 ELEMENTOS OBTENIDOS POR CORTE POR CHORRO
DE AGUA A ALTA PRESIÓN ........................................................ 28
3.6 PROCESO DE ARMADO Y PINTURA .................................................. 29
3.6.1 PINTURA DE LA ESTRUCTURA Y ARMADAO ........................... 29
3.6.2 ARMADO DE LA ESTRUCTURA .................................................. 30
3.6.3 ARMADO DEL EJE Y ENGRANES ............................................... 33
3.6.4 ARMADO DEL SISTEMA ELÉCTRICO ........................................ 36
3.6.5 ARMADO DEL SISTEMA NEUMÁTICO ....................................... 37
3.6.6 ARMADO DEL SISTEMA DE FRENOS HÚMEDOS ..................... 38
3.7 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO ...................................................... 42
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................ 44
4.1 CONCLUSIONES .................................................................................. 44
4.2 RECOMENDACIONES ......................................................................... 45
5. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 47
6. ANEXOS ...................................................................................................... 50
iii
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Materiales utilizados en el banco didáctico .................................... 10
Tabla 2. Método para la selección del sistema de frenos húmedos
mediante matrices de ponderación ............................................... 11
Tabla 3. Condiciones de operación del sistema de frenos húmedos ........... 12
Tabla 4. Resumen de datos obtenidos en la estructura del banco
didáctico ........................................................................................ 33
Tabla 5. Resumen de datos obtenidos en el eje.......................................... 35
Tabla 6. Resumen datos obtenidos en el sistema de freno de disco
húmedo ......................................................................................... 36
Tabla 7. Tabla de datos obtenidos al variar la presión de alimentación en
el sistema ...................................................................................... 41
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Cargas de fuerza de frenado ...................................................... 13
Figura 2. Piñón de discos internos ............................................................. 19
Figura 3. Engrane para disco Externos ...................................................... 19
Figura 4. Discos para el sistema de frenos húmedos de dientes internos
y externos .................................................................................... 20
Figura 5. Sistema de funcionamiento del sistema neumático .................... 22
Figura 6. Diseño en del banco didáctico .................................................... 23
Figura 7. Chumacera de 1 pulgada de diámetro ........................................ 24
Figura 8. Micro cilindro de la serie 6432, ISO Estándar ............................. 25
Figura 9. La Imagen permite apreciar los equipos utilizados para el
proceso de conformación de los elementos por arranque
de viruta ....................................................................................... 26
Figura 10. Cortadora por chorro de agua ................................................... 26
Figura 11. Piñón para la trasmisión de la potencia en los discos ............... 27
Figura 12. El Piñón de planetario ............................................................... 27
Figura 13. Eje con chaveteros.................................................................... 27
Figura 14. Coronas con dientes rectos para los discos de freno y el
planetario respectivamente ........................................................ 28
Figura 15. Placas de respaldo para mesa .................................................. 28
Figura 16. Sistema de discos de freno ....................................................... 29
Figura 17. Placas para alojar sistema de engranes planetario................... 29
Figura 18. Pintura de la estructura y elementos del sistema de frenos
húmedos .................................................................................... 30
Figura 19. Estructura del banco didáctico de frenos húmedos .................. 31
Figura 20. Deformación de la estructura para el banco de frenos
húmedos .................................................................................... 31
Figura 21. Análisis de esfuerzo máximo (Von-Mises) ................................ 32
Figura 22. Factor de seguridad de la estructura del banco didáctico de
frenos ......................................................................................... 32
Figura 23. Montaje del chavetero y los engranes ....................................... 33
Figura 24. Análisis de esfuerzo máximo (Von-Mises) sobre el eje ............. 34
v
Figura 25. Deformación máxima en la zona media del eje ........................ 34
Figura 26. Armado de los discos de freno húmedos .................................. 35
Figura 27. Esfuerzo de Von-Mises para los dientes del piñón y
los discos de freno ..................................................................... 35
Figura 28. Deformación máxima en el sistema de frenos de discos
húmedos .................................................................................... 36
Figura 29. Sistema de conexión eléctrico del motor monofásico para el
banco didáctico .......................................................................... 37
Figura 30. Esquema de conexión para el sistema neumático .................... 37
Figura 31. Armado de micro-cilindros y el sistema neumático ................... 38
Figura 32. Ensamble del sistema de frenos húmedos ............................... 39
Figura 33. Armado del sistema de frenos húmedos ................................... 39
Figura 34. Banco de frenos húmedos y sistema de alimentación de aire .. 40
Figura 35. Funcionamiento de sistema de freno de discos húmedos ........ 40
Figura 36. Presión máxima de frenado vs fuerza en el cilindro .................. 41
Figura 37. Frenado con un solo disco ........................................................ 42
Figura 38. Torque máxima de frenado con un disco vs fuerza en el
cilindro ....................................................................................... 42
Figura 39. Frenado con todos los discos ................................................... 43
Figura 40. Torque máxima de frenado con todos los discos vs fuerza
en el cilindro ............................................................................. 43
vi
ÍNDICE DE ANEXOS PÁGINA
ANEXO 1 Manual de operación y mantenimiento del banco didáctico de
sistema de frenos de discos húmedo ......................................... 50
ANEXO 2 Hoja de prácticas sistema de freno de discos húmedo ............. 55
ANEXO 3 Frenos húmedos modelo PT Tech ............................................ 57
ANEXO 4 Frenos Húmedos múltiples B2 y B3 .......................................... 58
ANEXO 5 Frenos de disco húmedo Komatsu WA 380-6 ........................... 59
ANEXO 6 Frenos Húmedos John Deere ................................................... 60
ANEXO 7 Caterpillar serie 950 H, 980H, etc. ............................................ 61
ANEXO 8 Módulos métricos estándares ................................................... 62
ANEXO 9 Pasos diametrales estándares .................................................. 63
ANEXO 10 Planos de piezas y estructura del banco didáctico ................... 64
1
RESUMEN
Este proyecto se presenta con la finalidad de diseñar y construir un banco
didáctico en el que permita ejemplificar el funcionamiento de un sistema de
frenos húmedos, el propósito del proyecto es la demostración de las partes
principales y el accionamiento de freno que está basado en los equipos
cargadores para maquinaria pesada, que son de uso más comercial en el
país. El estudio contempla en la parte de pre-diseño, el desarrollo de los
cálculos, los cuales se han basado en el principio de diseño de embragues
bajo el criterio de desgaste uniforme. Para el diseño del banco didáctico del
sistema de frenos húmedo se ha procedido a utilizar el software para diseño
mecánico como es Solid Works e Inventor donde se realizó los componentes
y estructura para mostrarlos en planos 2D y 3D, donde además se realizó los
cálculos de fricción, carga y fuerza concluyendo con la fabricación de las
piezas para el banco didáctico con material de acero ASTM A36 haciendo
que el banco didáctico sea factible y la estructura soporte todos sus
componentes, el proceso de conformación de las piezas estuvo guiado por
procedimientos de arranque de viruta, torneado y fresado. En el caso de los
discos de freno y los piñones de diente interno se ha optado por un proceso
de corte a base de chorro de agua a alta presión. Para el sistema de control,
que permite ejemplificar la parte hidráulica del funcionamiento del sistema de
frenos húmedos, se ha utilizado tres micro cilindros neumáticos de la serie
ISO 6432 que son comandados mediante una válvula 5/2 de mando manual,
el sistema de potencia es suministrado mediante un motor eléctrico de 1/3
CV, el cual es controlado mediante un interruptor industrial. En la evaluación
del banco didáctico del sistema de frenos húmedos, se considera atenuar un
par motor de 1,4 N.m, acorde con la selección del motor y teniendo en
cuenta una presión de trabajo de 9-10 bares que permite aplicar una fuerza
axial direccionada por cilindros y ubicada en 124N.
Palabras clave: Fricción, Discos húmedo, prototipo didáctico, freno.
2
ABSTRACT
This project is presented for the purpose of designing and constructing a
didactic bench in which it allows to exemplify the operation of a system of wet
brakes, the purpose of the titration project is the demonstration of the main
parts and the brake drive that is based on The loaders equipment for heavy
machinery, which are of more commercial use in the country. The study
contemplates in the part of pre-design, the development of the calculations,
which are based on the principle of design of hugs under the criterion of
uniform wear. For the design of the didactic bank of the brakes system the
software for the mechanical design has been tested as it is Solid works and
inventor where the components and the structure were realized to show them
in the 2D and 3D planes, where also the calculations of Friction, load and
force that concluded with the manufacture of the parts for the didactic bank
with the material of steel ASTM A36 that made the didactic bank feasible sea
and the structure supports all its components, the process of conformation of
the pieces was guided by the Chip start procedures, turning and milling. In
the case of the brake discs and the inner tooth pinions a high pressure water
jet base has been made by a cutting process. For the control system, which
allows to exemplify the hydraulic part of the operation of the brake system, it
has been used three micro pneumatic cylinders of the series ISO 6432 that
the son commanded using a valve 5/2 manual of the hand, the power system
Is supplied by a 1/3 CV electric motor, which is controlled by an industrial
switch. In the assessment of the didactic bank of the wet braking system, it is
considered to attenuate the 1.4 Nm engine, according to the engine selection
and taking into account a working pressure of 9-10 bars that apply the axial
force directed by cylinders and located at 124N.
Keywords: Friction, wet discs, didactic prototype, brake.
1. INTRODUCCIÓN
3
1. INTRODUCCIÓN
En la actualidad en nuestro medio la información sobre el funcionamiento y
las partes de los frenos de discos húmedos es muy escaso, ya que estos
brindan un mayor porcentaje de eficiencia en el frenado y con una gran
prolongación vida útil de los discos al tener menor desgaste de fricción por la
ayuda de que se encuentran bañados aceite. Por lo cual se ha realizado un
estudio del sistema de frenos húmedos, basado en los modelos existentes
que más se comercializan en el mercado. De esta manera el documento
proporciona la información acerca del diseño de un sistema de frenos
húmedos, con la realización de un banco didáctico que permita ejemplificar
el funcionamiento, así como, la determinación de sus principales
componentes mecánicos.
El sistema de frenos húmedos es más utilizado en el diseño de cargadoras.
Siendo el más fiable, ya que prácticamente no tiene desgaste y,
consiguientemente, precisa mínimos ajustes. Por esta razón, el estudio esta
direccionado a este tipo de equipos en el área de maquinaria pesada. Ya
que su versatilidad permite que se posibilite tener circuitos de mando con
frenado independiente. El freno independiente tiene una válvula que permite
frenar una sola rueda, derecha o izquierda, con el fin de reducir el radio de
giro.
El sistema de frenos tiene como función principal, la de dar seguridad al
usuario del vehículo. El mecanismo de los frenos húmedos permite detener a
la maquinaria en funcionamiento y su operación implica mejor desempeño
del vehículo. Por lo cual genera un interés por el conocimiento del
funcionamiento de los frenos húmedos ya que no es posible observarlo en
marcha. Para lo cual se desarrollará un banco didáctico representativo del
sistema de frenos húmedos, del mismo que se podrá identificar los
elementos que conforman el sistema de frenos.
El objetivo general del proyecto es; Diseñar y construir un banco didáctico
del funcionamiento de un freno de discos húmedos de equipo pesado. Los
objetivos específicos del proyecto son:
Realizar una investigación de los principios de funcionamiento y
selección de componentes del sistema de frenos húmedos de equipo
pesado.
Evaluar y diseñar el sistema de frenos que se colocará en el banco de
pruebas.
Implementar los componentes seleccionados en el banco didáctico
El sistema de frenos se conoce como un mecanismo de absorción de
energía en el cual el movimiento que tiene el vehículo se convierte en calor
cuando se va deteniendo las ruedas. Es el mecanismo más importante del
4
vehículo ya que proporciona seguridad y protección a los usuarios. En el
trascurso de la absorción de la energía, la temperatura del tambor o del rotor
ayuda a disipar el calor con lo que se mantiene la elevación de la
temperatura bajo control.
El sistema de frenos se encuentra bajo el funcionamiento de dos principios
básicos de la física que son: la Ley de Pascal y la Fricción. Según Dobac
(2015) en el primer principio, “cuando se aplica presión a un líquido
confinado en un recipiente cerrado la fuerza se transmite igual y sin
disminución en todas direcciones”. El segundo principio acorde con la ley de
conservación de la energía establece que “la energía no se crea ni se
destruye, sólo se transforma” (Dobac, 2015). En el mecanismo del sistema
de frenos existen la energía cinética y la calorífica como dos tipos de
energía.
El proceso de transformación de las energías se lo puede lograr mediante la
fricción, la cual es conocida como la fuerza de oposición al movimiento entre
dos objetos los cuales están en contacto. La fricción que presenta un
material es determinada por el coeficiente de fricción, el cual es designado
por la letra griega µ (miu), donde µ = 0 quiere decir la no existencia de
fricción entre las superficies en contacto y µ = 1 es la fricción máxima entre
las superficies que se encuentran en contacto. Las codificaciones de los
coeficientes de fricción son establecidas por la SAE (Society of Automotive
Engineers).
La fricción es directamente proporcional al peso, es decir mientras el cuerpo
aumenta en peso entonces aumenta la fricción al ponerse en contacto con
otro cuerpo. La fricción depende del material de fricción, temperatura y
acabado de la superficie del tambor o rotor (Dobac, 2015). Existen dos tipos
básicos de frenos de fricción que son: fricción seca donde las superficies que
pueden ser aceros y los revestimientos, están en contacto directo. Mientras
que, para el caso de la fricción húmeda, entre las superficies existe una
película de aceite que se adhiere, en este caso, los frenos húmedos
funcionan en un baño de aceite. El aceite forma una película sobre los
revestimientos de fricción y el acero evitando el contacto directo.
Se dice que cuando más apretados estén los revestimientos entre sí, la
película de aceite será más delgada y mayor la torsión que la unidad
transmitirá. Cuando el aceite se desplaza los revestimientos hacen contacto
directo con el acero con lo que la unidad se trabará. Contrario al
funcionamiento de una unidad de fricción seca, un freno húmedo en
funcionamiento comenzará a deslizarse gradualmente y lo hará más a
medida que la torsión aumente. Su mayor ventaja es el menor desgaste, ya
que el deslizamiento ocurre en el aceite y no entre superficies de fricción.
Este sistema sigue generando calor, pero el aceite lleva al exterior mucho
mejor que en el caso del sistema refrigerado por aire.
El término frenos húmedos viene dado ya que el sistema está inmerso en
aceite. Es usado en su mayoría en tractores, y es el más fiable el cual no
5
tiene desgaste y precisa mínimos ajustes. El mecanismo de frenado contiene
uno o varios discos en los cuales el funcionamiento es similar. El disco de
freno se une al cubo de rueda a través de un eje, la presión de un pistón
mueve el pistón de freno contra un disco de acero que se encuentra solidario
con el eje (Sopena & Mogorrón, 2010).
Los conjuntos del freno de disco húmedo, enfriados por aceite, delanteros y
traseros son similares en diseño. Los frenos de las ruedas traseras difieren
de las delanteras sólo en su disposición de montaje. El conjunto del freno
trasero requiere un adaptador de cubo para el montaje en el motor de la
rueda. Cada conjunto de freno de disco consta de los siguientes
componentes básicos:
Diez discos de fricción
Nueve placas separadoras
Dos discos amortiguadores
Conjunto del pistón
Engranaje de corona estacionario
Engranaje interior rotatorio
Conjunto del sello de aceite del anillo flotante
Según Maquinarias Pesadas (2014) dice que “El conjunto de discos de freno
es enfriado a través de aceite hidráulico. El circuito de enfriado de baja
presión está completamente aislado del circuito de aplicación del pistón a
alta presión”. Se tiene que el aceite de enfriado fluye desde el estanque
hidráulico a la bomba de elevación, a través de los filtros de alta presión del
circuito de elevación, a través de la válvula de elevación y hacia las cajas de
los frenos.
Un circuito paralelo desde la salida de la válvula de elevación está
conectado a las válvulas de alivio del estanque hidráulico, el cual limita la
presión del circuito de enfriado de freno a 241 kpa (35 psi). El aceite dirigido
a los frenos delanteros pasa a través del enfriador de aceite antes de entrar
a las cajas del freno delantero. (Maquinariaspesadas.org, 2017)
Por lo que el aceite de enfriado del freno proporciona la lubricación a los
rodamientos de la rueda delantera. El aceite que sale de las cajas de los
frenos vuelve al estanque hidráulico.
En la actualidad los engranes se han estandarizado a través de su forma y el
tamaño del diente, de esta manera, la Asociación Estadounidense de
Fabricantes de Engranes (AGMA), a determinado los valores estándar para
el ángulo de presión, la cual sitúa sus valores más comunes en 20o y 25o.
Estos valores se muestran en el Anexo 8 y 9, de donde se puede tomar los
valores de módulos métricos estándares y pasos diametrales estándares
para el diseño de engranes (Norton, 2011).
De acuerdo con el sistema (AGMA), los dientes se forman según el sistema
de 20o de presión, y el módulo, los cuales pueden ser seleccionados de los
6
valores de las tablas del Anexo 9. De esta manera se calcula el diámetro de
paso para un engrane, ver ecuación [1].
𝑑𝑝 = 𝑁 ∗ 𝑚 [1]
Dónde:
𝑑𝑝: 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑜 [𝑚𝑚]
𝑚: 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜[𝑚𝑚]
𝑁: 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 [#]
Dentro de la ecuación [2] se tiene, la potencia transmitida (H) a través de un
engrane rotatorio se puede obtener de la relación estándar del producto del
par de torsión y la velocidad angular, esta relación, permite que se obtenga
la potencia trasmitida para la carga en el engrane.
𝐻 = 𝑇 ∗ 𝑊 ∗ (𝜋
30) [2]
Dónde:
𝐻: 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎[𝑘𝑊]
𝑇: 𝑝𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 [𝑁. 𝑚]
𝑊: 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 [𝑟𝑝𝑚]
En engranajes rectos, la carga transmitida en realidad, está dada por la
acción de la fuerza tangencial, ya que la fuerza radial, en el caso de
engranes rectos no transmite potencia, a diferencia de un engrane helicoidal,
como se puede revisar en la ecuación [3]. (Norton, 2011).
𝑊𝑡 =60000 ∗ 𝐻
𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑛
[3]
Dónde:
𝑊𝑡: 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎 [𝑘𝑁]
𝐻: 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎[𝑘𝑊]
𝑑: 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑔𝑟𝑎𝑛𝑒 [𝑚𝑚]
𝑛: 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 [𝑟𝑝𝑚]
En los engranes existen dos tipos de fallas que afectan el desempeño
mecánico de un engrane, las cuales son: fractura por fatiga, “La cual es
debida a la variación de los esfuerzos de flexión en la raíz del diente” y fatiga
superficial que se presenta como un picado en el diente. El Correcto diseño
del engrane, para prevenir la fatiga debida a la flexión, se previene mediante
un diseño adecuado, para lo cual se debe mantener el estado de esfuerzos
dentro de la línea del diagrama de Goodman para el material seleccionado,
como se muestra en la ecuación [4].
7
𝜎𝑏 =𝑊𝑡
𝐹 ∗ 𝑚 ∗ 𝐽∗
𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑚
𝐾𝑣𝐾𝑠 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑙
[4]
Dónde:
𝑊𝑡: 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎 [𝑘𝑁]
𝑚: 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 [𝑚𝑚]
𝐹: 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑎
𝐽: 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑔𝑒𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖𝑜𝑛
𝐾: 𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑡𝑜𝑚𝑎𝑟 𝑒𝑛𝑐𝑢𝑒𝑛𝑡𝑎 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠
El sistema de frenos húmedos, al igual que el de embragues, poseen la
misma configuración, y se pueden utilizar como freno o como embrague. De
ahí que, la diferencia es si un lado se fija a un bastidor estacionario o a un
eje giratorio, donde puede haber adicional la existencia de elementos para
controlar el giro de los discos. Entre la característica del sistema de frenos
húmedos de disco múltiples bañados en aceite, se puede mencionar que su
hermeticidad, aísla a los frenos del contacto con la suciedad, el agua. De
esta manera la circulación de aceite permite que exista una mejor disipación
del calor a comparación del sistema convencional en el que se produce el
enfriamiento por convección del aire. De ahí que, debido a estas ventajas el
sistema de frenos ha estado en equipos que requieren gran par de frenado y
pueden estar diseñados para operar en ambientes sucios (Orthwein, 2014).
“Desde el momento del contacto hasta que el disco se detiene, la velocidad
del disco con respecto a las pastillas de freno variará linealmente, con el
radio del disco. Y si el grosor del material de revestimiento eliminado se
denota por δ y si y depende de la velocidad relativa y de la presión, como se
supone comúnmente, entonces de acuerdo con el supuesto se puede asumir
un desgaste uniforme” (Orthwein, 2014) como se puede observar en la
ecuación [5].
Δ = kpr [5]
Dónde:
K: 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑
𝑝: 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛
𝑟: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜
Así a través de la ecuación [6] se puede calcular la fuerza axial requerida,
para un sistema de frenos húmedos, esta fuerza a trasmitir, es la que deberá
ser suministrada por el sistema hidráulico a través del pistón, o conjunto de
pistones, con el fin de producir el frenado de los discos húmedos (Orthwein,
2014).
𝐹 = 𝑝𝑚𝑎𝑥𝑟𝑖𝜃 (𝑟𝑜 − 𝑟𝑖) [6]
Donde:
𝐹: 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 [𝑁]
8
𝑃: 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 [𝑁/𝑚2]
𝑟𝑖: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 [𝑚]
𝑟𝑜: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 [𝑚]
𝜃: á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜 [𝑟𝑎𝑑]
El par de freno resultante es la relación que se obtiene de la multiplicación
de la presión máxima ejercida por el sistema hidráulico, y el producto del
cuadrado de la diferencia de sus radios externo e interno por el producto de
su radio interno, el ángulo medio de contacto en radianes y el coeficiente de
fricción dinámica (Orthwein, 2014) como se aprecia en la siguiente ecuación
[7].
𝑇 = 𝜇𝑝𝑚𝑎𝑥𝑟𝑖 𝜃
2 (𝑟𝑜
2 − 𝑟𝑖2)
[7]
Donde:
𝑇: 𝑝𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑒𝑛𝑜 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 [𝑁. 𝑚]
𝑟𝑖: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 [𝑚]
𝑟𝑜: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 [𝑚]
𝜃: á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜 [𝑟𝑎𝑑]
Para el cálculo del número de superficies de fricción mostrado en la
ecuación [8], que deberán considerar en el sistema de frenos húmedos, la
expresión:
𝑁 =2 ∗ 𝑇
𝜇𝐹 ∗ (𝑟𝑜 + 𝑟𝑖)
[8]
Donde:
𝐹: 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 [𝑁]
𝑟𝑖: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 [𝑚]
𝑟𝑜: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 [𝑚]
𝑁: 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛
𝑇: 𝑝𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑒𝑛𝑜 [𝑁/𝑚2]
La relación de torque máxima para conseguir el par de freno resultante, se
consigue al considerar la relación de radios, ver ecuación [9]:
𝑟𝑖 = √1/3𝑟𝑜 = 0,577𝑟𝑜 [9]
Donde:
𝑟𝑖: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟
𝑟𝑜: 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟
2. METODOLOGÍA
9
2. METODOLOGÍA
Este proyecto se realizó mediante una amplia investigación que se usará
para el diseño del sistema de frenos húmedos. En esta etapa del
procedimiento de diseño exige que existan conocimientos multidisciplinares,
que incluyen la teoría de máquinas y mecanismos, el cálculo y simulación, la
identificación de las soluciones constructivas, los accionamientos y su
control. Por otra parte, la ciencia de materiales se vincula permitiendo la
aplicación y selección del material más adecuado acorde con las
solicitaciones mecánicas que estén presentes en el diseño. Inherente al
proceso de diseño, se puede mencionar que no se puede dejar de lado la
tecnología de fabricación, para el desarrollo del prototipo, con fines
didácticos. En cada etapa del procedimiento adoptado para poder establecer
los objetivos del presente proyecto, los cuales se enmarcan en el diseño de
un sistema de frenos húmedos, con un banco didáctico que ejemplifique su
funcionalidad.
Dentro del pre diseño en el cual se parte del desarrollo de una investigación
básica y aplicada, la cual permite agrupar un conjunto de acervos
bibliográficos que contribuirán a entender el principio de funcionamiento de
cada elemento que conforman el sistema de frenos húmedos. Dando el
sustento teórico científico en el cual se basa la investigación. Subsiguiente
se ha procedido a seleccionar el sistema de frenos húmedos que se
diseñará, para lo cual se ha procedido a trabajar con una matriz de
ponderación para analizar entre los modelos más comerciales cual es la
mejor opción considerando criterios de validez, versatilidad, complejidad y
funcionalidad.
Donde el diseño está guiada a través de los cálculos que permiten
determinar la configuración de cada elemento que llevará el banco didáctico
del sistema de frenos húmedos, aquí también, es importante resaltar el uso
de softwares para diseño mecánico como son Solid Works e Inventor. En
este paso los elementos que no se han diseñado se los ha seleccionado de
catálogos esto se ha realizado en función de los parámetros de operación y
las especificaciones técnicas con las que trabaja cada elemento y han sido
dependientes de la disponibilidad del mercado en su oferta que posee cada
fabricante. Para el prototipo una vez establecido el diseño, se procede a
determinar la escala del modelo, la cual tendrá el banco didáctico de frenos
húmedos, para lo cual se ha considerado la limitación en cuanto a la
disponibilidad de equipos para su fabricación así como los costos debido a
material.
La siguiente etapa se procede a seleccionar el material, para el cual se ha
considerado las siguientes características en relación a: su comercialidad,
costo y propiedades físicas que permitan al material resistir las solicitaciones
mecánicas a las cuales estará sometido acorde con los cálculos. De esta
10
manera a continuación se presenta la tabla 1 con los elementos del sistema
de frenos húmedos y sus materiales. Tabla 1. Materiales utilizados en el banco didáctico
Materiales de los elementos del sistema de frenos húmedos
Elemento Material
Engrane de diente recto de piñón de discos A-36
Engrane de diente recto de piñón para los planetarios A-36
Engranes de diente interno (coronas) A-36
Conjunto de engranes planetarios A-36
Eje o flecha y chaveteros A-36
Discos de freno A-36
Estructura y soportes A-36
Nota: El Acero A-36 tiene un límite de fluencia de 250MPa que son (36Ksi) y un límite de
rotura mínimo de 410 MPa es decir (58Ksi). Su forma comercial permite que se lo podada
adquirir en barras, planchas y perfiles.
Para la fabricación se ha procedido a trabajar los engranes mediante un
proceso de conformación por arranque de viruta, es decir torneado y
fresado, mientras que los demás elementos se han obtenido, a través de
corte por chorro de agua el cual permite trabajar con una tolerancia de 5
centésimas de milímetro, y están dentro del margen de aceptación en el
diseño. Para el armado de los elementos y piezas del banco didáctico se ha
procedido a utilizar pernos, para fijar la estructura, esta ha sido soldada y
empernada con el objetivo de que la mesa permita regular su altura en
relación al motor eléctrico. La estructura y los elementos se han recubierto
con una capa de pintura esmalte con el fin de preservar los elementos ante
un posible ambiente corrosivo. . El sistema de mando esta guiado por micro
cilindros de la serie ISO 6432, que permiten proveer al sistema de la fuerza
requerida para frenar el par motor, el sistema neumático trabaja a 10 bares
de presión, y la fuerza es dirigida en dirección axial al eje. El mando eléctrico
posee un interruptor industrial de seguridad.
Luego se realizó la evaluación del banco didáctico de frenos húmedos,
contempla las pruebas realizadas al equipo, con el fin de verificar que cada
componente del banco de frenos húmedos funcione correctamente,
verificando que el sistema neumático produzca la atenuación del par motor
producido, para lo cual mediante un variador de presión, se ha procedido a
realizar las pruebas de frenado con una presión que baria de 6 bares a 10
bares en pasos de 0,5 bares de presión con el objetivo de identificar como
actúa la presión que es direccionada a través de los micro cilindros y
produce una fuerza de frenado.
3. RESULTADOS Y DISCUSIONES
11
3. RESULTADOS Y DISCUSIONES
3.1 SELECCIÓN DEL MODELO DE FRENADO DE DISCOS
HÚMEDOS
Mediante el procedimiento de ponderación detallado a través de una matriz
de selección, se han expuesto los principales sistemas de frenos húmedos
de mayor existencia comercial en el mercado, sus principales características
están detalladas en el Anexo 8 en relación a la información que los
fabricantes ofrecen y son de dominio público en los diferentes portales web
donde los comercializan. De esta manera, se puede elegir el diseño, puesto
que la selección del modelo que se considera para el sistema de frenos
húmedos esta seleccionado en función de los parámetros de servicio y sus
principios de funcionamiento, así como su operación.
En la matriz de selección se ha considerado los criterios de diseño
concurrente, con el fin de poder evaluar la mejor opción de diseño, para el
sistema de frenos húmedos, de esta manera se consideran criterios de:
validez, versatilidad, complejidad, funcionalidad, comerciabilidad, que
permiten seleccionar la opción más valedera para el sistema a diseñar como
se observa en los datos presentes de la tabla 2. Cabe recalcar que el
sistema a diseñar, es de uso común para las retroexcavadoras de las series
que a continuación se mencionan y que están en relación a sus fabricantes.
Tabla 2. Método para la selección del sistema de frenos húmedos mediante matrices de
ponderación
Modelos
Validez
Versatilidad
Complejidad
Funcionalidad
Comerciabilidad
∑ Ponderación
PT Tech PTT-381-0
0,5 0,3 0,9 0,75 0,4 2,85
4
Frenos B2 y B3
0,4 0,4 0,4 0,65 0,55 2,4 5
Komatsu Wa 380-6
0,6 0,4 0,6 0,75 0,7 3,05
2
John Deere 410K
0,6 0,4 0,6 0,75 0,7 3,05
3
Caterpillar 950H, 980H
0,7 0,4 0,6 0,75 0,9 3,35
1
(Alvarez & Cuenca, 2016).
12
3.2 CRITERIOS DE PRE-DISEÑO
El sistema de frenos húmedos a diseñar, está basado en la configuración
mecánica de uno de los sistemas más comerciales en el área de equipos
cargadores, de esta manera, como referencia para su análisis, la presente
investigación utiliza las condiciones de operación del sistema de frenos
húmedos de la cargadora Caterpillar 950 H como muestran los datos
presentes en la tabla 3, los cuales son datos de dominio público y se
encuentran en el enlace de la referencia (Caterpillar, 2017).
Tabla 3. Condiciones de operación del sistema de frenos húmedos
Parámetros de operación
Potencia neta ISO 9249 151,0 kW Potencia Bruta máxima 2000 rpm 171,0 kW Par bruto máximo a 1 400 rpm 1020.N.m Par neto máximo 1 300 rpm 931,0 N.m Presión Mínima 2000 p.s.i. Presión Máxima 3000 p.s.i. Valor nominal del torque de entrada 1000Nm
Nota: En operación, la cargadora caterpilar 950H Cumple con la norma ISO (2007) 14397-1, secciones 1 a 5. Los frenos cumplen con la norma Los frenos cumplen con la norma ISO 3450
(Caterpillar, 2017)
3.2.1 CÁLCULO DEL TORQUE DE FRENADO
El cargador de ruedas Caterpillar 950 GC se tiene una masa M= 7130 [kg]
en orden de trabajo y distancia entre ejes D=2600 [mm], frena con una
aceleración de 0.45 g, se conoce que su centro de masa se encuentra a un
tercio de camino entre los dos ejes y a 1510 [mm] de altura y las fuerzas de
rozamiento en cada rueda son proporcionales a las fuerzas normales que se
ejerce sobre cada una, de esta manera se calcula el valor de la fuerza
aproximada sobre cada eje.
Suposiciones:
Para facilitar el cálculo se considera que el camión se mueve en línea
recta y que el problema es bidimensional en el plano XY, con X el eje
horizontal, tangente al suelo e Y el vertical, dirección en la que actúa el
peso.
Por simplicidad, consideraremos la fuerza sobre el eje delantero como un
todo, pero en realidad las fuerzas de contacto se ejercen sobre las ruedas,
por lo que cuando se dice que sobre el eje delantero se aplica una fuerza F,
lo que se quiere decir es que sobre cada rueda delantera se aplica una
fuerza F/2. Si el camión estuviera describiendo una curva, las fuerzas sobre
13
las ruedas interiores y exteriores serían asimétricas. Nos limitaremos aquí al
caso más simple del movimiento rectilíneo. Sobre el camión actúan tres
fuerzas, observar la ecuación [10]:
El peso, que se aplica sobre el centro de masas. 𝑀�⃗� = −𝑀𝑔𝑗
La fuerza sobre el eje delantero, �⃗�𝐴
La fuerza sobre el eje trasero, �⃗�𝐵
A su vez, estas dos fuerzas se descomponen en dos
Una fuerza normal al plano horizontal
Una fuerza tangente a este plano
�⃗�𝐴 = −𝐹𝑟𝐴𝑖 + 𝐹𝑛𝐴𝑗 �⃗�𝐵 = −𝐹𝑟𝐵𝑖 + 𝐹𝑛𝐵𝑗 [10]
La componente tangencial aparece por la existencia del vínculo de que las
ruedas no deslizan, por lo que el punto de contacto con el suelo tiene
velocidad nula. Puesto que la posición de ese punto está fijada
instantáneamente, la fuerza de reacción impide que se mueva tanto en la
dirección normal como en la tangencial y por tanto tiene las dos
componentes. Físicamente, esta fuerza tangencial que es una fuerza de
rozamiento estático (y que por tanto, tiene un valor limitado, ya que si no el
camión empezaría a patinar), como se puede observar en la figura 1.
Figura 1. Cargas de fuerza de frenado
Si denominamos A al punto de contacto del eje delantero con el suelo, B al
trasero y C al centro de masas, el teorema de la cantidad de movimiento
queda, ver ecuación [11].
𝑚�⃗�𝐶 = 𝑚�⃗� + �⃗�𝐴 + �⃗�𝐵 [11]
14
Como está frenando, podemos suponer directamente que la aceleración va
en sentido contrario al de la marcha, por lo cual se escribe el vector
aceleración como se puede observar en la ecuación [12].
�⃗�𝐶 = −𝑎𝐶𝑖 [12]
Como se puede observar en la siguiente ecuación [13], separando en las
dos componentes cartesianas nos queda entonces.
−𝑚𝑎𝐶 = −𝐹𝑟𝐴 − 𝐹𝑟𝐵 0 = −𝑚𝑔 + 𝐹𝑛𝐴 + 𝐹𝑛𝐵 [13]
La primera nos dice que, puesto que el camión está frenando, las fuerzas de
rozamiento sobre los ejes van hacia atrás. La segunda, dado que el camión
no se mueve verticalmente, las fuerzas normales compensan al peso.
Con estas ecuaciones no tenemos información suficiente para determinar las
fuerzas, pues tenemos cuatro componentes y solo dos ecuaciones. De esta
manera introducimos una tercera ecuación, la obtenemos del teorema del
momento cinético. En este caso, el camión no está volcando hacia adelante
ni hacia atrás. El camión simplemente se traslada. Esto quiere decir que el
momento de las fuerzas respecto al centro de masas es nulo (ya que no hay
aceleración angular).
�⃗⃗⃗�𝐶 = 0
En el sistema de fuerzas, el peso tiene momento nulo, por estar aplicado en
el propio CM. Las fuerzas tangenciales y la fuerza normal en el eje trasero
producen un par en sentido horario, que tiende a volcar el camión hacia
adelante. La única fuerza con un momento en sentido anti-horario es la
fuerza normal sobre el eje delantero, FnA. Si este par es capaz de
compensar al de las otras tres, esto implica que la fuerza normal delantera
es más intensa que la trasera, es decir, que como consecuencia de la
aceleración horizontal se produce una diferencia en la fuerza vertical sobre
los dos ejes (lo que tiene importancia de cara al diseño del freno y la
suspensión del vehículo).
La ecuación [14] del momento cinético queda:
0 = 𝐶𝐴⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑥 �⃗�𝐴 + 𝐶𝐵⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑥 �⃗�𝐵 [14]
Separamos en la fuerza normal y la de rozamiento, como se observa:
0 = 𝐶𝐴⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑥 �⃗�𝑛𝐴 + 𝐶𝐴⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑥 �⃗�𝑟𝐴 + 𝐶𝐵⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑥 �⃗�𝑛𝐵 + 𝐶𝐵⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑥 �⃗�𝑟𝐵
15
En la ecuación [15] se puede ver todos estos momentos tienen solo
componente en la dirección de �⃗⃗� y el valor de cada uno es igual al producto
de la fuerza por el brazo del par (distancia del CM a la recta de aplicación de
cada una), con un signo que indica si el momento es en sentido horario o
anti-horario.
0 =𝐷
3 𝐹𝑛𝐴 − 𝐻𝐹𝑟𝐴 −
2𝐷
3𝐹𝑛𝐵 − 𝐻𝐹𝑟𝐵 [15]
Con H la altura del CM y D la distancia entre ejes. Podemos escribir de esta
forma:
𝐹𝑛𝐴 − 2𝐹𝑛𝐵 =3𝐻
𝐷(𝐹𝑟𝐴 + 𝐹𝑟𝐵)
Sabemos cuánto vale la suma de las fuerzas de rozamiento, por lo que se
representa:
𝐹𝑛𝐴 − 2𝐹𝑛𝐵 = −3𝐻
𝐷𝑚𝑎𝐶 =
3𝐻
𝐷𝑚𝑎𝐶
Junto con:
𝐹𝑛𝐴 + 𝐹𝑛𝐵 = 𝑚𝑔
Nos da la ecuación [16] de las dos fuerzas normales:
𝐹𝑛𝐴 = 𝑚𝑔
3(2 +
2𝐻 𝑎𝑐
𝐷𝑔) 𝐹𝑛𝐵 =
𝑚𝑔
3(1 −
3𝐻 𝑎𝑐
𝐷𝑔) [16]
Teniendo en cuenta el sentido supuesto de los vectores aC > 0, se llega a
determinar que la fuerza sobre el eje delantero supera a la del trasero. A la
inversa ocurre cuando el camión acelera, en ese caso es el eje trasero el
que recibe la sobrecarga.
Sustituyendo los valores numéricos obtenemos las dos fuerzas normales:
𝐻 𝑎𝑐
𝐷𝑔=
1510 𝑥 0.45
2600= 0.261
Queda en la ecuación [16]:
𝐹𝑛𝐴 = 𝑚𝑔
3(2 + 2 𝑥 0.261) = 2.522 𝑥
7130 𝑥 9.81
3= 58800.68 𝑁
𝐹𝑛𝐵 = 𝑚𝑔
3(0.217) = 5059.38 𝑁
16
De esta manera se determina que, para esta aceleración, la carga sobre el
eje delantero es mayor que para la del eje trasero.
Los valores de las fuerzas de rozamiento, aun no se han calculado. Las
ecuaciones anteriores no nos dan información suficiente para hacerlo. Para
determinar se necesita un parámetro adicional que es el que, en mecánica
del automóvil se denomina “reparto de frenada”, ¿cuánto vale la fuerza de
frenado en el eje trasero en comparación con el delantero?
En la ecuación [17] nos indica que en este caso las fuerzas de rozamiento
son proporcionales a las normales (a mayor carga, mayor fricción):
𝐹𝑟𝐴
𝐹𝑛𝐴=
𝐹𝑟𝐵
𝐹𝑛𝐵 [17]
Si denotamos como λ a este cociente (que no es el coeficiente de fricción, ya
que el frenado no se produce por deslizamiento o rodadura, sino porque se
está frenando desde dentro del vehículo, con discos húmedos o zapatas),
queda, ecuación [17]:
𝐹𝑟𝐴 = 𝜆𝐹𝑛𝐴 𝐹𝑟𝐵 = 𝜆𝐹𝑛𝐵
El valor de λ es fácil de hallar observando en la siguiente ecuación [13], que
𝑚𝑎𝑐 = −𝐹𝑟𝐴 − 𝐹𝑟𝐵 = −𝜆(𝐹𝑛𝐴 + 𝐹𝑛𝐵) = −𝜆𝑚𝑔
𝜆 = −𝑎𝑐
𝑔= 0.45
Y, por tanto:
𝐹𝑟𝐴 = 26460.31 𝑁 𝐹𝑟𝐵 = 2276.72 𝑁
La fuerza total sobre cada eje es entonces:
�⃗�𝐴 = (−26460 𝑖 + 58800 𝑗 ) 𝑁 �⃗�𝐵 = (−5059 𝑖 + 2276 𝑗 ) 𝑁
Y en módulo, observar la ecuación:
|�⃗�𝐴| = 58800.68 𝑁 |�⃗�𝐵| = 5059.38 𝑁
De esta manera este cálculo no es el único reparto de frenado posible. Otra
posibilidad es el reparto en neutro, que aplica la misma fuerza de rozamiento
a los dos ejes. En ese caso sería:
𝐹𝑟𝐴 = 𝐹𝑟𝐵 = 𝑚𝑎𝑐
2= 15737.7 𝑁
El problema que tiene un reparto como éste es que ejerce una fuerza
excesiva sobre el eje trasero. Dado que este eje tiene menos agarre,
17
disminuye la eficiencia del frenado (este eje podría frenarse con una fuerza
menor) y aumenta el riesgo del bloqueo de las ruedas (con la
correspondiente pérdida del control de la cargadora).
𝑇𝐴 = 𝑑 𝑥 |�⃗�𝐴| =0.6 𝑥 58800.68
2= 𝟏𝟕𝟔𝟒𝟎. 𝟐 𝑵𝒎
3.2.2 CÁLCULO DE LA POTENCIA TRANSMITIDA
De acuerdo con la ecuación [2], se procede a realizar el cálculo de la
potencia en función del par bruto máximo que posee los equipos Caterpillar
en relación con la tabla 3 dónde se detallan las especificaciones técnicas.
𝐻 = 𝑇 ∗ 𝑊 ∗ (𝜋
30)
Solución:
𝐻 = 𝑇 ∗ 𝑊 ∗ (𝜋
30)
𝐻 = (1020) ∗ (1400) ∗ (𝜋
30)
𝐻 = 150,0 𝑘𝑊
3.2.3 PAR DE FRENO RESULTANTE
El par resultante está asociado con el par bruto máximo de la cargadora, el
cual posee un valor de 17640N.m, valor que mediante la ecuación [7],
permite calcular el radio mínimo del disco de freno.
Solución:
𝑇 = 𝜇𝑝𝑚𝑎𝑥𝑟𝑖 𝜃
2 (𝑟𝑜
2 − 𝑟𝑖2)
17640 𝑁. 𝑚 = (0,06) ∗ 20684280 (𝑁
𝑚2) ∗ 0,577𝑟𝑜
2∗𝜋
2 (𝑟𝑜
2 − 1
3𝑟𝑜
2)
𝑟𝑜 = 0,227 𝑚 𝑟𝑖 = 0,577𝑟𝑜
𝑟𝑖 = 0,577 ∗ 0,2274 𝑟𝑖 = 0,131 𝑚
3.2.4 FUERZA AXIAL REQUERIDA PARA EL FRENO
Para el cálculo de la fuerza axial requerida por parte del sistema hidráulico,
con el fin de poder atenuar el par motor, se obtiene al calcular mediante el
empleo de la ecuación [6].
Solución:
𝐹 = 𝑝𝑚𝑎𝑥𝑟𝑖𝜃 (𝑟𝑜 − 𝑟𝑖)
18
𝐹 = 20684280 (𝑁
𝑚2) ∗ 0,131𝑚 ∗ 2𝜋 ∗ (0,227 − 0,131)
𝐹 = 1640,532 𝑘𝑁
Al análisis los resultados de los diámetros internos y externos de los radios
para los discos de frenos, así como la fuerza axial requerida para frenar el
sistema, obtenidos mediante el empleo de las ecuaciones (6) y (7) se tiene
que:
El diámetro externo del disco de frenos húmedos es de 454, 84 mm y el
diámetro interno es de 262,44mm.
La fuerza que requiere el sistema de frenos húmedos con el fin de
atenuar un par motor de 17640 N.m está en el orden de 1640,5kN.
3.2.5 SELECCIÓN DE LA ESCALA PARA El BANCO DE FRENOS
HÚMEDOS
Mediante los datos obtenidos en el pre diseño se evidencia en primera
instancia que: bajo los valores de una fuerza axial situada en 1640,5kN para
atenuar un par motor de 17640 N.m, los discos de frenos húmedos resultan
en diámetros muy grandes (457,8mm), los cuales dificultarían la
construcción debido a los costos que estos representarían en: equipos,
material y maquinado. Sin contar que solo el sistema hidráulico para
suministrar la fuerza axial debido a su complejidad y capacidad de trabajo
representa un coste alto. De ahí que, se ha decidido aplicar una escala de
reducción de 1:4, lo cual permite que el modelo conserve una dimensión que
ejemplifique la didáctica del funcionamiento de un sistema de frenos
húmedos, y sea constructivamente posible.
De esta manera los diámetros para los discos de frenos húmedos al aplicar
la escala de 1:4 nos da como resultado:
Diámetro Interno del disco de frenos húmedos: 66 mm
Diámetro Externo del disco de frenos húmedos: 113,34mm.
3.2.6 DIÁMETROS DE PASO PARA EL PIÑÓN DE LOS DISCOS DE
DIENTE INTERNO
Acorde con el diámetro interno del disco de freno húmedo el cual sitúa el
valor en 66mm, se procede a calcular el piñón del engrane sobre el cual
deberá ir alojado los discos que en su configuración poseen dientes internos.
Así mediante el empleo de tablas, las cuales están descritas en el Anexo 8,
se procede a selecciona un módulo m=3mm, y 20 dientes como se puede
apreciar en la figura 2 que dan un diámetro primitivo que está en el orden del
diámetro interno del disco de frenos.
19
Figura 2. Piñón de discos internos
Solución:
𝑑𝑝 = 𝑁 ∗ 𝑚
𝑑𝑝 = 20 ∗ 3
𝑑𝑝 = 60 𝑚𝑚
3.2.7 DIÁMETROS DE PASO PARA LA CORONA QUE ALOJA LOS
DISCOS DE DIENTE EXTERNO
Acorde con el diámetro externo del disco de freno húmedo el cual sitúa el
valor en 113,34mm, se procede a calcular el piñón del engrane para la
corona donde los discos de freno conectan a la corona de diente externo
permitiendo fijar el sistema. Así mediante el empleo de tablas, las cuales
están descritas en el Anexo 8, se procede a selecciona un módulo m=3mm,
y 38 dientes como se puede apreciar en la figura 3 que dan un diámetro
primitivo que está en el orden del diámetro externo del disco de frenos.
Figura 3. Engrane para disco Externos
20
Solución:
𝑑𝑝 = 𝑁 ∗ 𝑚
𝑑𝑝 = 38 ∗ 3
𝑑𝑝 = 114 𝑚𝑚
A través de estos datos del número de dientes, y los diámetros primitivos,
procedemos a calcular la forma que van a poseer los discos para el sistema
de frenos húmedos como se aprecia en la figura 4, en donde el radio interno
está determinado por el valor de 33 mm. y el externo será de 60mm.
Figura 4. Discos para el sistema de frenos húmedos de dientes internos y externos
3.2.8 PAR DE FRENO RESULTANTE
Para el banco didáctico se considerado la selección de un motor que posee
una potencia de 1/3 CV, que son 0,250 kW, este motor posee una velocidad
angular de 1725 RPM, los cuales se pueden verificar en los datos de placa,
así mediante el empleo de la ecuación [2], se procede a determinar el par
que tendrá el banco didáctico.
𝐻 = 𝑇 ∗ 𝑊 ∗ (𝜋
30)
Solución:
𝐻 = 𝑇 ∗ 𝑊 ∗ (𝜋
30)
0,25 𝑘𝑊 = T ∗ (1725) ∗ (𝜋
30)
𝑇 = 1,4 𝑁. 𝑚
El par resultante que está asociado con el par bruto máximo para el banco
didáctico es de 1,4 N.m, valor que mediante la ecuación [7], a través de este
valor se procede a calcular la presión de trabajo para el banco didáctico.
21
Solución:
𝑇 = 𝜇𝑝𝑚𝑎𝑥𝑟𝑖 𝜃
2 (𝑟𝑜
2 − 𝑟𝑖2)
1,4 𝑁. 𝑚 = (0,06) ∗ 𝑝𝑚𝑎𝑥 (𝑁
𝑚2) ∗ 0,577 ∗ ( 0,06)
2 ∗ 𝜋
2 ((0,06)2 − (0,034)2)
𝑝𝑚𝑎𝑥 = 87780,6 (𝑁
𝑚2) = 0,9 𝑏𝑎𝑟𝑒𝑠
3.2.9 FUERZA AXIAL REQUERIDA PARA EL FRENO
El cálculo de la fuerza axial requerida para poder atenuar el par del motor
eléctrico se obtiene al aplicar la ecuación [6].
Solución:
𝐹 = 𝑝𝑚𝑎𝑥𝑟𝑖𝜃 (𝑟𝑜 − 𝑟𝑖)
𝐹 = 87780,6 (𝑁
𝑚2) ∗ 0,034𝑚 ∗ 2𝜋 ∗ (0,06 − 0,034)
𝐹 = 487,56𝑁
3.2.10 PARA EL CÁLCULO DE LA FUERZA EFECTIVA ACORDE CON
EL NÚMERO DE DISCOS DE FRICCIÓN
El número de discos mínimos para poder atenuar el par bruto resultante,
permite dividir la fuerza requerida en el par del freno, así la fuerza acorde
con el número de superficies de fricción, la cual ha establecido en cuatro se
obtiene al aplicar la ecuación [8].
Solución:
𝐹 =2∗𝑇
𝜇𝑁∗(𝑟𝑜+𝑟𝑖)
𝐹 =2 ∗ 1,4 𝑁. 𝑚
0,06 ∗ 4 ∗ (0,06 + 0,034)
𝐹 = 124,11 𝑁
3.2.11 CARGA TRASMITIDA
La carga trasmitida en el engrane, está determinada por la ecuación [3], de
donde se obtiene:
Solución:
𝑊𝑡 =60000 ∗ 𝐻
𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑛
𝑊𝑡 =60000 ∗ 0,25
𝜋 ∗ 60 ∗ 1725
22
𝑊𝑡 = 0,04613𝑘𝑁
3.2.12 CÁLCULO DE ESFUERZOS EN EL ENGRANE
El cálculo del esfuerzo en el engrane está determinado por la ecuación [4],
que permite calcular la flexión del diente en el piñón, de la sustitución de los
términos se obtiene.
𝜎𝑏 =𝑊𝑡
𝐹 ∗ 𝑚 ∗ 𝐽∗
𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑚
𝐾𝑣𝐾𝑠 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑙
Solución:
𝜎𝑏 =0,04613
30 ∗ 0,03 ∗ 0,27∗
1 ∗ 1,3
0,271 ∗ 1 ∗ 1
𝜎𝑏 = 0,914𝑘𝑃𝑎
3.2.13 CÁLCULO DEL SISTEMA NEUMÁTICO
El sistema neumático, permite aplicar una fuerza distribuida por tres micro-
cilindros neumáticos, que aplican una fuerza de 124N acorde con el
diagrama que se observa en la figura. 5 y en función del principio de pascal
como lo determina el procedimiento descrito continuación.
Figura 5. Sistema de funcionamiento del sistema neumático
El sistema de la figura representa el esquema neumático, con la
configuración que debe tener para el funcionamiento del sistema de frenos,
de esta manera la figura de la izquierda evidencia el ingreso de aire, para el
desplazamiento de los micro cilindros, mientras que el esquema de la
23
derecha evidencia el ingreso de aire para que el vástago del micro cilindro se
retraiga, esto es posible mediante el uso de un mando neumático manual, es
decir una válvula 5/2.
Ya que la fuerza del sistema de frenos húmedos está acorde con los
cálculos en F=124N, y el sistema permite proveer de una presión de 8 bares,
que son 800000 N/m2 mediante el principio de pascal se puede calcular el
diámetro del embolo para los micro cilindros a seleccionar.
𝑃 =𝐹
𝐴
800000 =124
𝜋𝑟2
𝑟 = 0,007𝑚𝑚
De esta manera el diámetro que debe poseer el embolo del micro cilindro
debe estar alrededor de 0.014mm, para poder atenuar el par motor con la
fuerza establecida.
3.3 DISEÑO DEL BANCO DIDÁCTICO DE FRENOS HÚMEDOS
Para el diseño del banco didáctico del sistema de frenos húmedo se ha
procedido a utilizar un software para diseño mecánico como es Solid Works
e Inventor, su dimensionamiento en el programa se ha efectuado en relación
a los datos dimensionales obtenidos en los cálculos establecidos en el pre-
diseño, en la figura 6 se puede apreciar el diseño final que se va realizar
para la fabricación de las piezas y el armado del banco didáctico.
Figura 6. Diseño en del banco didáctico
24
3.4 SELECCIÓN DE MATERIALES Y ELEMENTOS DE
CATÁLOGO
El material seleccionado para el banco didáctico en el sistema de frenos
húmedos es el acero A-36, ya que las solicitaciones mecánicas en el
engrane del piñón que alberga los discos de freno, están sometidos a un
esfuerzo de 0,91kPa en relación al pre-diseño que se obtuvo de los cálculos.
Y así también, el acero A-36 permite trabajar con un esfuerzo de fluencia de
250MPa, se puede afirmar que en efecto este valor representa un factor
amplio de seguridad.
Para el Caso de los elementos que no se han diseñado, como es el caso de
las chumaceras y los micro-cilindros, estos han sido seleccionados bajo
criterios de trabajo acorde con los catálogos de los fabricantes.
3.4.1 SELECCIÓN DE LAS CHUMACERAS
Los cojinetes para elementos rodantes poseen amplia elaboración, y gracias
a un gran número de fabricantes estos ya están estandarizados, de tal
manera que se pueda garantizar su intercambiabilidad, entre los criterios
considerados para la selección, esta: el fácil montaje y desmontaje que
permiten las chumaceras como se observa en la figura 7, la velocidad de
trabajo ubicada en 1725rpm, soportar la carga en el sistema y la
disponibilidad del espacio que provee la mesa del banco didáctico.
Figura 7 . Chumacera de 1 pulgada de diámetro (NTN, 2016)
25
3.4.2 SELECCIÓN DE LOS MICRO CILINDROS
Los micro cilindros son actuadores neumáticos, estandarizados por la norma
ISO-6432, su estructura en la camisa del micro cilindro es de aluminio
anodizado, mientras que las juntas son de poliuretano + NBR (nitrile rubber
and polyurethane), viene en diámetros de 8-10-12-16-20y 25 mm, su carrera
no está estandarizada y por lo general depende de la longitud de trabajo que
en este caso es 10mm, como se muestra en la figura 8 estos cilindros
pueden trabajar con presiones de 1-10 bares.
Figura 8. Micro cilindro de la serie 6432, ISO Estándar (Normativa ISO 6432, 2008)
Los micro cilindros seleccionados son tres, y poseen un diámetro 12mm de
camisa, con carrera de trabajo de 10mm, su fabricante es Metal Work, y
acorde con sus especificaciones técnicas, estos pueden proveer de una
fuerza de compresión de 100-130 N con una presión de trabajo de 8-10
bares.
3.5 CONSTRUCCIÓN DE BANCO DIDÁCTICO PARA
EJEMPLIFICAR EL FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA
DE FRENOS HÚMEDOS
La construcción del banco didáctico está guiada por el diseño preliminar del
banco didáctico, el cual se lo realizo en el programa de diseño Inventor, con
el fin de poder definir el esquema general que este tendrá.
3.5.1 CONSTRUCCIÓN DE LOS ELEMENTOS
La construcción de los elementos que deben acoplarse al sistema de frenos
húmedos se ha realizado por un proceso de conformación por arranque de
viruta, como se muestra en la figura 9 se usó de máquinas herramientas
como torno y fresadora.
26
Figura 9. La Imagen permite apreciar los equipos utilizados para el proceso de conformación de los elementos por arranque de viruta
Para el proceso de la adquisición del resto de elementos, se ha utilizado una
cortadora por chorro de agua, que posee una tolerancia de 0,05, esta
permite obtener las piezas a través del corte por alta presión y partículas
abrasivas, que producen el corte en el material por el efecto erosivo del
fluido multi-fase como se muestra en la figura 10.
Figura 10. Cortadora por chorro de agua
3.5.2 ELEMENTOS OBTENIDOS POR PROCESO DE ARRANQUE DE
VIRUTA
El piñón que se va a utilizar para trasmitir el torque al sistema de frenos, el
cual posee 20 dientes rectos, se ha fabricado en acero A-36, con un módulo
27
de 3mm, este alberga un chavetero normalizado para eje de 1 pulgada de
diámetro como se muestra en la figura 11.
Figura 11. Piñón para la trasmisión de la potencia en los discos
El piñón que va a trasmitir el movimiento al sistema planetario, posee 25
dientes rectos como se indica en la figura 12, y un alojamiento para
chavetero normalizado para eje de una pulgada.
Figura 12. El Piñón de planetario
El eje o flecha donde estarán montados los engranes y los disco planetaria,
posee un diámetro de una pulgada, en este se ha procedido a realizar
mediante la fresado los alojamientos para los chaveteros como indica la
figura. 13.
Figura 13. Eje con chaveteros
28
3.5.3 ELEMENTOS OBTENIDOS POR CORTE POR CHORRO DE AGUA
A ALTA PRESIÓN
Para la obtención de las coronas como se muestra en la figura 14 que
albergan el sistema de engranaje del planetario así como, los discos de
embragues se han obtenido mediante corte por chorro de agua en alta
presión, debido a que la tolerancia que permite tener el proceso, y su
funcionalidad, permiten que el costo no se eleve, de lo contrario el
procedimiento se realizaría por arranque de viruta mediante una fresadora
con el cabezal mortajado lo cual alarga los tiempos de producción y el coste.
Figura 14. Coronas con dientes rectos para los discos de freno y el planetario respectivamente
Los dispositivos de sujeción que permiten acoplar los diferentes elementos,
se han sujetado mediante perfiles y bridas, como a continuación indica la
figura 15.
Figura 15. Placas de respaldo para mesa
A continuación, en la figura 16 se visualiza los discos de freno que estarán
alojados en la corona, con el fin de atenuar el par motos, estos están
construidos en acero A-36, y poseen un espesor de 2mm.
29
Figura 16. Sistema de discos de freno
El sistema, a que alberga los planetarios se visualiza en la figura 17, donde
las placas permiten sostener a los engranes planetarios,
Figura 17. Placas para alojar sistema de engranes planetario
3.6 PROCESO DE ARMADO Y PINTURA
3.6.1 PINTURA DE LA ESTRUCTURA Y ARMADAO
El proceso de pintura, se lo ha realizado con el objetivo de preservar cada
una de las piezas ante un posible ambiente corrosivo, el proceso se realiza
con pintura de tipo esmalte. Cada elemento posee un recubrimiento de dos
30
capas de pintura esmalte, en el procedimiento se aplicó un desengrasante,
posterior a esto mediante lijas y limas se retiró restos de material remanente
que podrían estar debido al proceso de conformación, a continuación, en la
figura 18 se puede visualizar.
Figura 18. Pintura de la estructura y elementos del sistema de frenos húmedos
3.6.2 ARMADO DE LA ESTRUCTURA
La estructura en su configuración lleva perfil de acero A-36, la sujeción de
cada uno de los perfiles es mediante pernos grado 8.8, de 10 milímetros de
diámetro, las dimensiones del perfil son de 25x25x3 mm, a continuación, en
la figura 19 se puede apreciar el diseño y la fotografía de su construcción.
31
Figura 19. Estructura del banco didáctico de frenos húmedos
a
La estructura se ha diseñado de acuerdo a esta configuración con el objetivo
de que, el sistema permita la movilidad de sus vigas travesañas para poder
ajustar la altura de la estructura a la distancia entre centros que debe existir
entre la polea del eje motor y la polea del eje transmisor en el sistema del
banco de frenos húmedos. Cabe resaltar que para poder corroborar la
resistencia que tendrá la estructura sujeta a las cargas de cada elemento se
ha procedido a realizar una simulación de los esfuerzos a los cuales estará
sometida mediante un empleo de un software por análisis de elementos
finitos, como a continuación se observa en las figuras siguientes de donde
se rescata la deformación máxima, el esfuerzo equivalente, y el factor de
seguridad que tendrá la estructura de la mesa.
En la figura 20 se puede observar como el peso del eje y los elementos que
están conjugados en este, ejercen una fuerza de 600N en dirección (y)
negativa al plano del suelo donde estará apoyada la mesa, así también, se
considera un momento torsión de 1,4 N.m trasmitido por el motor eléctrico y
producido en el frenado de los discos del sistema de frenos húmedos.
Figura 20. Deformación de la estructura para el banco de frenos húmedos
32
Se permite identificar que el sistema debido a los esfuerzos en la estructura,
posee una deformación máxima de 6,42x10-5m ubicada en las zonas de
color rojo y una deformación mínima de 7,13 x10-7m en las zonas de color
celeste claro. Se puede analizar que: para las cargas a las cuales está
expuesto la estructura del banco didáctico, es más que suficiente su
configuración mecánica.
El análisis del esfuerzo máximo equivalente (Von-Mises), permite determinar
que la carga máxima esta alrededor de 2,67 x106Pa, la deformación se
produce como indica la figura 21, donde la resistencia del material
seleccionado posee un límite de fluencia de 250MPa que son (36Ksi).
Figura 21. Análisis de esfuerzo máximo (Von-Mises)
En la figura 22, que a continuación se observa, se puede identificar que la
estructura del banco didáctico posee un factor de seguridad de 15, antes que
el material empiece a fluir por los esfuerzos a los cuáles está sometido.
Figura 22. Factor de seguridad de la estructura del banco didáctico de frenos
33
Realizado las pruebas de esfuerzos máximos y deformación mediante
simulación se da un breve resume de los datos obtenidos como se puede
apreciar en la tabla 4.
Tabla 4. Resumen de datos obtenidos en la estructura del banco didáctico
Descripción Valor
Deformación máxima 6,42x10-5m
Deformación mínima 7,13 x10-7m
Esfuerzo máximo e (Von-Mises) 2,67 x106Pa
3.6.3 ARMADO DEL EJE Y ENGRANES
En el armado del eje, se ha procedido a ubicar cada uno de los chaveteros
en las ranuras que el eje posee, para posteriormente ubicar los engranes
que tramitaran el movimiento del par motor como a continuación se observa
en la figura 23.
Figura 23. Montaje del chavetero y los engranes
La flecha o eje, que es el elemento mecánico donde están alojados los
engranes del piñón que trasmiten el torque a los discos de freno húmedos y
el engrane del sistema planetario, someten a la flecha a esfuerzos debido a
la torsión que se genera cuando el sistema está frenando, el valor es de
1,4N.m, mientras que la flexión es producida por el peso de cada elemento
alojado en el eje, así mediante la simulación por elementos finitos realizada
sobre el eje como a continuación muestra la figura 24, se puede identificar el
esfuerzo equivalente, y la deformación máxima.
34
Figura 24. Análisis de esfuerzo máximo (Von-Mises) sobre el eje
El esfuerzo máximo cortante se obtiene sobre el eje en la sección de los
chaveteros, el cual se ubica en un valor máximo de 1,36x107Pa, a
continuación, en la figura 25 se puede apreciar la deformación máxima que
se tiene lugar en la zona media del eje, donde se produce una flexión de
1,1998x10-5m es decir una centésima de milímetro, valor que no influye en el
sistema del banco didáctico de frenos húmedos.
Figura 25. Deformación máxima en la zona media del eje
En la tabla 5 se da un resumen de los datos obtenidos mediante las pruebas
de simulación de esfuerzos máximos y deformación que puede tener el eje.
35
Figura 26. Armado de los discos de freno húmedos
Tabla 5. Resumen de datos obtenidos en el eje
Descripción Valor
Esfuerzo máximo e (Von-Mises) 1,36x107Pa
Deformación mínima 1,33 x10-6m
Deformación máxima 1,1998x10-5m
El armado del sistema de frenos esta guiado por la colocación de cada disco
de diente interno y externo que va sobre el engrane piñón el cual va
montado en la corona de diente interno que fija a los discos de freno, como
se indica en la figura 26.
En el sistema del conjunto de discos de freno húmedos, y el engrane piñon,
se puede apreciar, que el esfuerzo máximo toma un valor de 2123Pa, lo cual
produce una deformación sobre los engranes del piñón que están alrededor
de 8,20x10-9m. Como se puede apreciar a continuación en las figuras 27.
Figura 27. Esfuerzo de Von-Mises para los dientes del piñón y los discos de freno
36
La figura 28 permite apreciar cómo se produciría la deformación de los
dientes del piñón, en cuyo caso las zonas en celeste marcan los puntos más
críticos, que acorde con la resistencia del material seleccionado para el
piñón acero A-36, no repercuten en el diseño.
La deformación máxima se produce en la corona la cual está sujeta a la
estructura del banco didáctico, debida al momento torsión del par motor
producido por el motor eléctrico, al momento de frenar, se produce una
deformación máxima ubicada en 8,20x10-9m.
Figura 28. Deformación máxima en el sistema de frenos de discos húmedos
Realizado las pruebas de esfuerzos máximos y deformaciones mediante
simulación se da un breve resumen de los datos obtenidos en la siguiente
tabla 6.
Tabla 6. Resumen datos obtenidos en el sistema de freno de disco húmedo
Descripción Valor
Esfuerzo máximo e (Von-Mises) 2123Pa
Deformación mínima 1,33 x10-6m
Deformación máxima 9,11x10-10m
3.6.4 ARMADO DEL SISTEMA ELÉCTRICO
El sistema eléctrico para la conexión del motor monofásico, que proporciona
el movimiento al sistema de discos y al conjunto planetario, este guiado por
el sistema de conexión que se muestra a continuación en la figura 29.
37
Figura 29. Sistema de conexión eléctrico del motor monofásico para el banco didáctico
3.6.5 ARMADO DEL SISTEMA NEUMÁTICO
El sistema neumático está conformado por tres mico-cilindros de la serie ISO
6432 doble efecto, son comandados por una válvula 5/2 de mando manual
que permite la salida y retracción de los micro cilindros como a continuación
se indica en la figura 30.
Figura 30. Esquema de conexión para el sistema neumático
38
Cabe resaltar que en la figura 5 se puede apreciar el diagrama unifilar de la
conexión neumática, permitiendo tener una apreciación más técnica de la
conexión, sin embargo, la figura 30 muestra de forma práctica su esquema
de conexión didáctica (FESTO, 2016). En la siguiente figura 31. Se puede
observar cómo se realiza el procedimiento de montaje de cada cilindró así
como también de las mangueras y el mando que permite la entrada y salida
de aire del sistema neumático.
Figura 31. Armado de micro-cilindros y el sistema neumático
3.6.6 ARMADO DEL SISTEMA DE FRENOS HÚMEDOS
En el armado del sistema de frenos del banco didáctico, se procede con el
ajuste de cada uno de los elementos del equipo como son: polea, planetario,
piñón, corona, sistema neumático, además de colocar en la estructura con
los pernos establecidos, mediante esto no haya problema al momento de
operar el equipo como indica la figura 32
39
Figura 32. Ensamble del sistema de frenos húmedos
Posterior mente se monta la flecha o eje sobre la estura del banco didáctico
donde ira sujetada con pernos de 10mm de diámetro y grado 8.8, como se
indica en la figura 33.
Figura 33. Armado del sistema de frenos húmedos
40
Final mente se realiza la conexión del abastecimiento de aire, para lo cual se
procede a la conexión de la alimentación de un compresor que permite
entregar una presión de trabajo de 6-10 bares como se muestra en la figura
34.
Figura 34. Banco de frenos húmedos y sistema de alimentación de aire
3.7 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
Con el equipo ya armando como se indica en la figura 35, y como se
menciona en el anexo 1 para la operación del equipo, se realiza el
funcionamiento del banco didáctico para la realización de pruebas.
Figura 35. Funcionamiento de sistema de freno de discos húmedos
41
La realización de las pruebas del banco didáctico de frenos húmedos, se
realizó mediante la aplicación de diferentes presiones sobre el sistema de
los micro cilindros, con el objetivo de atenuar un par motor constante de
1,4N.m, y poder observar cómo actúa el sistema de frenado en relación a
una presión variable en el sistema de 6 bares a 10 bares, como a
continuación se muestra en la tabla 7.
Tabla 7. Tabla de datos obtenidos al variar la presión de alimentación en el sistema
Dato Presión en la
línea (N/m^2) Fuerza (N)
Pmax del sistema (N/m^2)
Torque de frenado con un
disco (N.m)
Torque de frenado con
cuatro discos (N.m)
1 6 67,85 13689,23 0,183 0,73
2 6,5 73,51 14830 0,197 0,79
3 7 79,16 15970,77 0,213 0,85
4 7,5 84,82 17111,54 0,228 0,91
5 8 90,47 18252,31 0,243 0,97
6 8,5 96,13 19393,09 0,258 1,03
7 9 101,78 20533,85 0,278 1,1
8 9,5 107,44 21674,62 0,289 1,16
9 10 113,1 22815,4 0,304 1,22
En la figura 36 que a continuación se muestra se puede identificar la relación
que existe entre la presión máxima de frenado en el sistema de frenos
húmedos, y la fuerza que ejerce cada micro cilindro. De esta manera se
observa como varia la presión máxima en el sistema de frenos húmedos,
acorde con la aplicación de la fuerza proporcionada por los micro-cilindros al
variar la presión de la línea de trabajo de 6 bar a 10 bar.
Figura 36. Presión máxima de frenado vs fuerza en el cilindro
42
Se realiza la prueba con un solo un disco de freno y con la máxima carga de
aire, para saber si va a rendir lo suficiente para realizar el frenado por ende
ya que se realiza más para la demostración y la obtención de datos como se
muestra en la figura 37.
Figura 37. Frenado con un solo disco
De esta manera tras la realización de la prueba se pudo obtener el par de
frenado, utilizando un disco el cual no pudo atenuar por completo al motor
eléctrico, el resultado se observa en la figura 38, donde el valor máximo del
par de frenado esta en 0,31 N.m.
Figura 38. Torque máxima de frenado con un disco vs fuerza en el cilindro
43
En la realización de frenado ya con todos los discos como se indica en la
figura 39. Se busca logar el torque de frenado adecuado y suficiente como
para atenuar al motor eléctrico que permita la demostración del
funcionamiento del sistema además de la obtención de datos que se
mencionó anteriormente en la tabla 4.
Figura 39. Frenado con todos los discos
La aplicación de la fuerza, maximiza el torque de frenado de acuerdo con el
número de discos que el sistema pueda utilizar, de esta manera se puede
observar en la figura 40 como el torque de frenado alcanza los 1,22 N.m
valor suficiente como para atenuar al motor eléctrico y permitir ejemplificar el
funcionamiento de un sistema de frenos húmedos.
Figura 40. Torque máxima de frenado con todos los discos vs fuerza en el cilindro
4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
44
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 CONCLUSIONES
El sistema de frenos que se ha diseñado para el banco didáctico, está
contemplado en el principio de funcionamiento de los embragues, en
cuyo caso sus ecuaciones están basadas en el principio de desgaste
uniforme, permitiendo que, mediante un sistema de cuatro discos de
frenos, atenúen el par motor producido por un motor-eléctrico de 1/3
de CV. a 1700 rpm.
De acuerdo con la fuerza axial que se realiza para el frenado de
487,56N se utilizó del acero ASTM-36 para la elaboración de los
discos de freno con un espesor de 2mm, lo cual es suficiente para
soportar la fuerza que se genera sin que se produzca mucho
desgaste o deformación, lubricado siempre con líquido WD-40 para
que haya una lámina protectora de lubricante entre los discos.
Para lograr el frenado de la fuerza efectiva que se genera en el
sistema de frenos de discos húmedos de 124,11N se instaló de tres
cilindros que realizan una fuerza sobre los discos de freno de 120 a
130 N con una presión de aire de 10 bares con el cual es suficiente
para lograr el frenado por completo del sistema.
Se realiza las pruebas del banco didáctico para lograr el frenado con
una salida de aire constante de 10 bares, lo cual nos dio como
resultado que al tener un solo disco de freno va disminuyendo el
torque de frenado a 0,304N.m lo cual no podrá reducir la velocidad del
motor a su totalidad, a lo contrario de la utilización de los cuatro
discos de freno que genera un torque de frenado de 1,22 N,m
logrando así el frenado.
45
4.2 RECOMENDACIONES
Es recomendable que, en la etapa de la selección de los
componentes para el sistema de frenos húmedos, se considere los
principales elementos que constructivamente sean factibles de
diseñar y construir puesto que debido a las limitaciones productivas,
en cuanto a maquinaria y costos, resulta ser un impedimento a la hora
de realizar su construcción, para lo cual la universidades en apoyo
conjunto con las empresas podrían proveer de los recurso necesarios
para el desarrollo de máquinas y elementos de máquinas que
contribuyan a fortalecer la matriz productiva, y generen valor
agregado.
Tras el diseño del sistema de frenos húmedos realizado en el banco
didáctico, es recomendable, que se pueda llegar a un diseño total del
sistema, que abarque todos sus componentes, principalmente el
sistema hidráulico, el sistema de trasmisión, y el conjunto que alberga
todo este sistema puesto que la presión de trabajo en el conjunto
determina es su interior la condición de funcionamiento del sistema, a
tal punto que el fluido hidráulico posee un sistema de refrigeración por
nitrógeno líquido, en un sistema de intercambiador de energía
calórica.
Para la implementación de los componentes de banco didáctico, es
recomendable que se considere las tolerancias dimensionales que
estos tiene en el conjugado mecánico, puesto que el conjunto de
discos trabaja en holgura, mientras que el sistema de trasmisión
compuesto por los engranes en el eje están en apriete. Así, el juego
que existe entre los engranes admite una tolerancia de ± 0,5 de
milímetro para que el conjunto engrane correctamente.
5. BIBLIOGRAFÍA
47
5. BIBLIOGRAFÍA
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Frenos-Tractores
6 ANEXOS
50
6. ANEXOS
ANEXO 1
Manual de operación y mantenimiento del banco didáctico de
sistema de frenos de discos húmedo
AVISO IMPORTANTE
Este manual de operación y mantenimiento debe ser impreso y colocado
junto al mismo además de ser almacenado en un archivo digital, ya que
incluye el procedimiento de operación del banco didáctico el cual mantiene
datos de mantenimiento.
OPERACIÓN
En la parte de operación es muy importante para poder realizar con mucha
seguridad y en las mejores condiciones deseadas para el buen
funcionamiento y mantenimiento, en esta parte abarca una explicación de los
componentes del equipo como: mando de aire, encendido del motor y
lubricación, que determinan el funcionamiento de equipo para un correcto
uso. Las imágenes son procedimiento de uso técnico del estudiante o
profesor.
La operación del banco didáctico no es compleja y nos indica cada paso que
hay que realizar para el encendido del equipo y apagado del mismo,
tomando siempre en cuenta los modos de seguridad, ya que el equipo nos
ayuda en la demostración del accionamiento de los discos húmedos.
MANTENIMIENTO
En esta parte se incluirá una guía explicando cada uno de los
mantenimientos a realizar para un buen funcionamiento y cuidado del
equipo.
OPERACIÓN DEL BANCO DIDÁCTICO
VERIFICACIÓN DEL EQUIPO
Se realiza una inspección visual para determinar de que el equipo este bien
sujeto con los respectivos pernos y tuercas, se observa de que las
51
mangueras de aire no estén fisuradas o desgastadas, además de que la
banda este bien colocada a la polea.
LUBRICACIÓN
Es muy importante la colocación de líquido lubricante en el equipo,
principalmente en donde exista rozamiento entre piezas como son: el piñón,
engranes y discos, esto ayuda a reducir el ruido y desgate. Siempre se debe
de colocar antes de la activación del equipo.
ENCENDIDO DEL MOTOR
El motor trabaja con un voltaje de 110v el cual se deberá enchufar a un toma
corriente con cuidado, verificando siempre que el switch este en apagado.
Una vez conectado se procede a la activación del equipo presionado el
botón de encendido.
52
MANDO NEUMÁTICO
Se realiza la conexión del abastecimiento de aire, para lo cual se necesita de
la conexión de un compresor que permite entregar una presión de trabajo de
6-10 bares, una vez colocado y con la ayuda del mando neumático se
acciona para que permita el paso de aire y que los micro-cilindros puedan
empujar los discos.
OPERACIÓN PARA RESULTADOS DE FRENADO DE
DISCOS HÚMEDOS
Una vez activado los micro-cilindros como se observa el empuje que realiza
los pistones sobre los discos, el cual hará que vaya disminuyendo la
velocidad hasta conseguir el frenado.
53
PRECAUCIONES AL OPERAR
Al momento que se encuentre encendido el equipo tener mucho cuidado
con la manipulación del sistema, ya que genera una gran fuerza en sus
engranes y con una elevada velocidad el cual podría generar lesiones al
estudiante o profesor.
MANTENIMIENTO DEL BANCO DIDÁCTICO
MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y CORRECTIVO
Es muy importante realizar estos mantenimientos ya que estamos alargando
la vida útil del banco didáctico por lo cual realizamos por horas de trabajo los
mantenimientos preventivo y correctivo que se guía por la inspección y
cambio de partes del mismo.
En el plan de mantenimiento se debe de tomar en cuenta los siguientes
pasos.
Tener en la mano las herramientas necesarias
Llevar equipo de seguridad (overol, guantes, gafas protectoras,
zapatos con punta de acero)
Llevar un registro de cada mantenimiento por lo cual se realiza un
cuadro con las nomenclaturas para realizar el seguimiento.
NOMENCLATURA ACTIVIDAD
A Ajustar
C Cambiar
I Inspeccionar
Li Limpiar
Lu Lubricar
R Reparar
54
PROGRAMACIÓN DE MANTENIMIENTO INTERVALOS Y
HORAS
ACTIVIDAD PROGRAMADA REALIZAR HORAS
2 10 50 200
Revisar tuercas y pernos I A A C
Revisar banda de transmisión I I A C
Revisar sistema eléctrico I I / Li I / A R
Mangueras del sistema neumático I I / Li A C
Revisar piñón, engranes y discos Lu I /Lu Lu / A Lu / A
Revisar micro-cilindros I Li A A
Elaborado por Jonathan Moya
55
ANEXO 2 Hoja de prácticas sistema de freno de discos húmedo
GUÍA DE PRACTICA N.-
INTEGRANTES: PROFESOR:
SEMESTRE: FECHA:
Objetivos de la práctica
Verificar las partes del sistema de freno de discos húmedos
Analizar de cuáles son los componentes que realizan el frenado
Comprobar la presión generada para que se realice el frenado del
banco didáctico.
Herramientas:
Overol
Guantes
Gafas protectoras
Zapatos de seguridad
Juego de rachas
Juego de llaves
Liquido lubricante
Guapes
Compresor o salida de aire
Enchufe de 110v.
El objetivo es la comprobación de los discos de freno húmedos del equipo
realizando un pequeño desmontaje para poder localizarlo, además también
de realizar el funcionamiento a varias presiones de aire de entre 6 a 12
bares para poder obtener datos de en qué tiempo se va tardando el
accionamiento del frenado.
Banco de preguntas
1. Enumere las partes principales del sistema de freno húmedo
2. De cuantos discos de freno está conformado el banco didáctico
56
3. Este sistema de freno sería más factible que el sistema de freno
convencional de un vehículo liviano. ( si / no y porque)
4. Realice pruebas a varias presiones de aire
Presión / Bares Tiempo de frenado
6
8
10
12
57
ANEXO 3 Frenos húmedos modelo PT Tech
58
ANEXO 4 Frenos Húmedos múltiples B2 y B3
El freno B2 opera a través del embrague unidireccional N⁰ 1, esto para evitar
que los engranajes solares delantero y trasero giren hacia la izquierda. Los
discos están acoplados a la guía exterior del embrague unidireccional por
medio de un estriado y las placas se encuentran fijas a la caja de la
transmisión. La guía interior del embrague unidireccional (engranajes solares
delantero y trasero) está diseñado de tal manera que, al girar a la izquierda
se bloquea y giran libremente si giran a la derecha. Figura 2.32. El freno B3
en cambio, es el encargado de evitar la rotación de la porta planetario
trasero.
Los discos se engranan con el cubo del freno B3 del engranaje planetario
trasero. El cubo del freno B2 y el porta planetario trasero, forman una sola
unidad por lo que giran juntos, las placas están sujetas a la caja de la
transmisión.
59
ANEXO 5 Frenos de disco húmedo Komatsu WA 380-6
Frenos de discos múltiples bañados en aceite y sistema de frenos totalmente
hidráulico Komatsu WA 380-6
Resultan en menores costos de mantenimiento y mayor confiabilidad. Los
frenos de discos bañados en aceite son herméticos. Están protegidos contra
la contaminación, para reducir desgaste y el consecuente mantenimiento.
Los frenos no requieren ajuste por desgaste lo cual representa menor
mantenimiento. El nuevo freno de estacionamiento es libre de ajustes, posee
múltiples discos bañados en aceite para mayor confiabilidad y durabilidad.
Confiabilidad adicional ha sido integrada en el diseño del sistema de frenos
utilizando dos circuitos hidráulicos independientes, esto proporciona un
respaldo hidráulico si fallara uno de los circuitos.
El sistema de frenos totalmente hidráulicos implica la ausencia de sistemas
neumáticos que habría que purgar, o la condensación de agua en el sistema
que provocaría contaminación, corrosión y congelación.
60
ANEXO 6 Frenos Húmedos John Deere
61
ANEXO 7
Caterpillar serie 950 H, 980H, etc.
Retroexcavadora Caterpillar 950H, 980H
1. Engranaje central 2. Pistón 3. Conductor del freno de servicio 4. Disco 5. Placa 6. Eje 7. Portador 8. Pasador 9. Resortes (Tres) 10. Corona
62
ANEXO 8
Módulos métricos estándares
Módulo métrico
(mm)
Equivalente
Pd (in-1)
0.3 84.67
0.4 63.50
0.5 50.80
0.8 31.75
1 25.40
1.25 20.32
1.5 16.93
2 12.70
3 8.47
4 6.35
5 5.08
6 4.23
8 3.18
10 2.54
12 2.12
16 1.59
20 1.27
25 1.02
63
ANEXO 9
Pasos diametrales estándares
Grueso
(Pd<20)
Fino
(Pd ≥20)
1 20
1.25 24
1.5 32
1.75 48
2 64
2.5 72
3 80
4 96
5 120
6
8
10
12
14
16
18
64
ANEXO 10
Planos de piezas y estructura del banco didáctico
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
