ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN
TIPO DE CHASIS
4.7 ANÁLISIS DE LAS MODIFICACIONES REALIZADAS EN UN CHASIS CABINADO
Un aspecto crítico y de mucho riesgo para los ocupantes son las modificaciones realizadas al chasis en el sistema de dirección, como es el caso del bus marca HINO Modelo GD que en ambos casos analizados en la visita de campo se encontró trabajos de suelda para la alargar la barra de la dirección y así poder acoplar todos los mecanismos del sistema de la dirección hacia la parte frontal del chasis que también es alargada, con lo que se pone en riesgo a los pasajeros.
77 La barra de la dirección al estar expuesta a varios tipos de esfuerzos es un elemento mecánico con un diseño hecho específicamente para cada modelo de vehículo es por esto que debe existir una fuerza critica máxima para cada uno de ellos que será la que deba soportar de acuerdo a la fuerza que la caja de la dirección realice para poder cumplir su misión que es la de girar los neumáticos. Tomando las medidas originales del modelo GD el largo de la barra de la dirección es de 1400 mm y un diámetro de 483 mm en acero tubular cedula 80 con un espesor de pared de 5.08 mm, el análisis de una posible ruptura o pandeo de la barra será calcular la fuerza crítica para el modelo de este caso como muestra la figura 40, es decir la fuerza máxima que puede soportar el material antes de que se pandee para esto la fórmula es la siguiente:
Figura 41. Esquema de columna articulada en ambos extremos
Cuando se trata de una barra con los extremos sujetos en apoyos articulados, como se observa en la figura 37, se aplica la ecuación 4.2.
𝐹𝑐𝑟 =
𝜋2𝐸 𝐽𝑚𝑖𝑛 𝑙2= 𝜋
2 𝐸 𝐴 𝛾2.
[4.2] En donde: Fcr= Fuerza criticaE= Modulo de young
A= Área de la sección transversal del tubo útil
𝛾 = Esbeltez mecánica Jmin= Momento de inercia L2= Longitud de la barra
Para el caso de la esbeltez mecánica (ecuación 4.3), en el primer caso que tenemos el modelo original de fábrica la ecuación es la siguiente:
𝛾 = 𝛼 𝐿 √
𝐸 𝐽𝐸 𝐴𝑚𝑖𝑛 [4.3]
En donde:
α= Coeficiente que depende del tipo de sujeción de la barra, este caso es 1 para una barra biarticulada.
𝛾 = 1 ∗ 140𝑐𝑚 √
18.32 𝑐𝑚
216.978 𝑐𝑚
4𝛾 = 1 ∗ 140𝑐𝑚 √1.079 𝑐𝑚
2𝛾 = 145.43 𝑐𝑚
Para el momento de inercia, se utiliza la ecuación 4.4.
𝐽
𝑚𝑖𝑛= 0.049𝑑
4(1 −
𝑑𝑖𝑛4𝑑𝑒𝑥4
)
[4.4]Dónde: d= diámetro
79 din= diámetro interno dex= diámetro externo 𝐽𝑚𝑖𝑛= 0.049(4.83 𝑐𝑚4)(1 −3.75 𝑐𝑚 4 4.83 𝑐𝑚4) 𝐽𝑚𝑖𝑛 = (26.668 𝑐𝑚4)(1 − 0.36336𝑐𝑚4) 𝐽𝑚𝑖𝑛 = 16.978 𝑐𝑚4
Reemplazando el resultado del momento de inercia, obtenemos:
𝐹𝑐𝑟 = 𝜋2 2000000 𝑐𝑚2𝐾𝑔∗18.32 𝑐𝑚2
(145.43𝑐𝑚2)2
𝐹𝑐𝑟 = 17098.07 𝐾𝑔
El valor de 17098.07 Kg es el valor critico en su modelo original con 140 cm de longitud, puede soportar la barra de la dirección en el momento en el que la caja de la dirección acciona el movimiento para que las ruedan giren, si la longitud de la barra de la dirección aumenta como lo hacen los fabricantes de carrocerías para poder adaptar la carrocería sobre un chasis cabinado esta fuerza va a disminuir, para el caso que estamos analizando se aumenta en 1620 mm la barra entonces el resultado sería el siguiente:
Primero debemos obtener el valor de la esbeltez mecánica, para lo cual se necesita aplicar lo siguiente:
𝛾 = 1 ∗ 162𝑐𝑚 √16.978 𝑐𝑚18.32 𝑐𝑚24
𝛾 = 168.281 𝑐𝑚
𝐹𝑐𝑟 = 𝜋2 2000000 𝐾𝑔 𝑐𝑚2∗ 18.32 𝑐𝑚2 (168.281 𝑐𝑚2)2𝐹𝑐𝑟 = 12769.83 𝐾𝑔
El resultado de la fuerza disminuye en una cantidad significativa como se puede observar en la ecuación 4.6, el valor es 4328.24 Kg menos en el valor de la fuerza critica, con esta diferencia y sin disminuir la fuerza de la caja de la dirección, las probabilidades de que esta se pandee o se rompa son muy altas y más aún cuando existen un alargamiento anti técnico con suelda Algo que no podemos demostrar documentadamente pero por fuente del conductor de la unidad que manifestó que la barra de la dirección en la parte soldada ya se había roto en años anteriores por dos ocasiones.
Algo que es muy grave para los ocupantes de este medio de transporte, si solo haciendo una muestra en dos modelo GD podemos encontrar estas anomalías ya nos podemos dar cuenta lo que seria los modelos FF y GD que circulan libremente por las calles de la ciudad, que si bien es cierto ya no son un gran numero pero aun los hay y ponen en riesgo la vida de los pasajeros.
Para demostrar que esta barra se puede pandear o en su efecto quebrar vamos a encontrar el valor de la fuerza la caja de la dirección le aplica a los extremos de la barra, para esto tomaremos como base los mismos datos del HINO GD, en el manual del taller se tomó los datos de la caja de la dirección y ya que de esta página no se pudo sacar copias por lo confidencial de los datos se anotó los datos con los que vamos a realizar los cálculos. Dentro de la caja de la dirección tenemos un cilindro que es el que recibe la presión de la bomba de la dirección, el diámetro del este cilindro 101 milímetros, para calcular la fuerza ocuparemos la ecuación 4,5.
𝑃 =
𝐹𝐴 [4.5]Despejando la fuerza de la fórmula:
81 El área la vamos a calcular a partir del diámetro del cilindro, utilizando la ecuación 4.6.
𝐴 = 𝜋𝑟
2[4.6]
𝐴 = 𝜋 ∗ ( 5.05 𝑐𝑚)
2𝐴 = 𝜋 ∗ 25.5025 𝑐𝑚
2𝐴 = 80.12 𝑐𝑚
2 Si la presión de alivio de la bomba es de 125 – 133 kgf/cm2 tomaremos un valor intermedio para realizar el cálculo:𝐹 = 128 𝑘𝑔
𝑐𝑚2∗ 80.12 𝑐𝑚2 𝐹 = 10255.36 𝑘𝑔
Este valor obtenido que soporta la barra de dirección con una diferencia de 6842.71 Kg para su modelo original y 2514.53 kg para el modelo modificado si bien es cierto hay una diferencia de 4328.18 Kg fuerza menos con lo que aún no se podría decir que se va a pandear pero la forma en la que está hecha la modificación, aumenta mucho más el riesgo. Además hay que tomar en cuenta que el material soldado aumentó su temperatura por lo que ya no son las mismas características del material.
A parte de esto si tomamos en cuenta el factor de seguridad nos dimos cuenta que la probabilidad es muy alta ya que si dividimos la Fuerza critica de la barra en su modelo original a la fuerza que realiza la caja de la dirección tenemos un factor de seguridad de 166% más reciente a la fuerza, al mirar el valor de la barra modificada y el momento de inercia que para efecto de cálculos tomamos en cuenta del mismo pese a que no lo es ya que no se puede saber si el material adaptado es de las mismas características que el material original, algo que influye mucho en el cálculo pero que por lo
complejo del tema y la ubicación de esta en un bus que está trabajando en la ciudad no lo podemos saber.
Dentro de esta misma unidad que se analizó, se encontró de igual manera un chasis alargado con diferente geometría, utilizando suelda que no es la apropiada por la cantidad de calor que aporta al material que pierde su propiedades como muestra la figura 16, el método más utilizado por costos y por la existencia en el mercado es el proceso SMAW con electrodo revestido.
En otros casos la diferencia de los tamaños con los que se alarga el chasis es más marcada, como muestra la figura 26 y 27, este es otro bus de marca HINO modelo GD alargado el chasis en 2 tramos el uno de 665 y el otro de 735 mm respectivamente. Esto de igual manera mal hecho y no permitido es lo que se encuentra en la mayoría de buses que circulan por la ciudad, unos en cantidades pequeñas y otros en cantidades más largas de la ciudad, con excepción del modelo AK marca HINO.