UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ELEVADOR DE SILLA DE
RUEDAS ACOPLABLE AL MINIBÚS HYUNDAI H1 PARA EL
USO DE PERSONAS CON CAPACIDADES ESPECIALES
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
JORGE ALEMAO CONGACHA CÓNDOR
DIRECTOR: ING. SIMÓN HIDALGO
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2016
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1717739724
APELLIDO Y NOMBRES: Congacha Cóndor Jorge Alemao
DIRECCIÓN: Juan de villa N6-45 y Ramírez de
Arellano
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 022955496
TELÉFONO MÓVIL: 0939420872
DATOS DE LA OBRA
TITULO: Diseño y construcción de un elevador de
silla de ruedas acoplable al minibús Hyundai H1 para el uso de personas con capacidades especiales
AUTOR O AUTORES: Congacha Cóndor Jorge Alemao
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN: 25 de octubre del 2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN: Ing. Simón Hidalgo
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
RESUMEN:
información necesaria con el fin de encontrar la mejor opción de diseño que brinde seguridad, confiabilidad y que sea económica.
En el marco teórico, se le dio una visión general de las personas con discapacidad, la incidencia en el Ecuador, la legislación, las ayudas técnicas y la aplicación de las nuevas tecnologías en los elevadores de sillas de ruedas. Así como también se expusieron las ventajas y desventajas que proporciona cada sistema elevador, también se mencionó cómo están dispuestos los componentes de la estructura, y finalmente cómo funcionan en conjunto.
Por lo tanto, fue seleccionado el sistema de accionamiento electromecánico y la estructura mecánica de poste simple, con lo cual se llevó acabo el detalle de las consideraciones técnicas. Una vez finalizado los parámetros del elevador se empezó con el diseño, durante esta etapa se trabajó con elementos y materiales fácilmente disponibles. Para proporcionar una ayuda técnica de fácil construcción.
La construcción de la estructura que soporta todos los elementos se llevó a cabo con procesos que garantizan confiabilidad, durabilidad y funcionalidad, consecutivamente se instaló en la estructura todos los componentes, se llevó a cabo las pruebas, análisis de funcionamiento, plan de mantenimiento y verificación de resultados.
conclusiones y recomendaciones propias del proyecto.
Cabe mencionar que el enfoque del presente proyecto es contribuir a la consecución del desarrollo técnico de las nuevas tecnologías de ayudas técnicas para personas con discapacidad por parte de los ingenieros automotrices del futuro.
PALABRAS CLAVES: Transporte, elevador, silla de ruedas
ABSTRACT:
The transport of persons with disabilities has always been a difficult job to carry out, especially accessibility to transportation. This research aimed to improve the transfer of a person sitting in his wheelchair into or out of the vehicle by an assistance mechanism. The project started with the literature search about disabilities, technical aids, elevator, components and all necessary information in order to find the best design that provides security, reliability and economical.
In the theoretical framework, an overview of the people with disabilities, incidence in Ecuador, legislation, technical assistance and implementation of the new technologies in the wheelchair elevators was given. As well as also the advantages and disadvantages provided by each elevator system were exposed, also was mentioned how the structure components are disposed, and finally how these work together.
Once complete the elevator parameters started with the design, calculation and construction, during this stage was worked with elements and materials readily available, to provide technical assistance of easy construction
The construction of the structure that supports all the elements was carried out with processes that guarantee reliability, durability and functionality, consecutively in the structure was placed all the elements, elevator tests was carried out, performance analysis, Maintenance plan and verification of results.
Finally, conclusions and recommendations own the project were presented. It is worth mentioning that the focus of this project is to contribute to the achievement of technical development of new technologies technical aids for people with disabilities by the Automotive Engineers of the future.
KEYWORDS Transport, elevator, wheelchair
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.
f:__________________________________________
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, CONGACHA CÓNDOR JORGE ALEMAO, CI 1717739724 autor del
proyecto titulado: Diseño y construcción de un elevador de silla de
ruedas acoplable al minibús Hyundai H1 para el uso de personas con
capacidades especiales 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,19 de octubre del 2016
f:__________________________________________
DECLARACIÓN
Yo Jorge Alemao Congacha Cóndor, 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.
_________________________
Jorge Alemao Congacha Cóndor
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño y Construcción de un elevador de silla de ruedas acoplable al Minibús Hyundai H1 para el uso de personas con capacidades especiales.”,
que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por
Jorge Alemao Congacha Cóndor, 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.
___________________
Simón Hidalgo
DIRECTOR DEL TRABAJO
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios por brindarme la vida, a la Universidad Tecnológica Equinoccial por permitirme ingresar a su universo de sabiduría, a todos los profesionales que han compartido su sapiencia.
A mi tutor Ing. Simón Hidalgo por ser una excepcional persona que con su apoyo, conocimientos pero más que nada con su calidad de ser humano ha colaborado para concretar el presente proyecto.
A mis padres que con mucha firmeza y amor han hecho de mí una persona de bien.
DEDICATORIA
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
RESUMEN ... X
ABSTRACT ... XII
INTRODUCCIÓN ... 1
1.1 OBJETIVOS ... 2
1.1.1 OBJETIVO GENERAL ... 2
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 2
2. MARCO TEÓRICO ... 3
2.1DISCAPACIDAD ... 3
2.1.1TIPOS DE DISCAPACIDAD ... 4
2.1.2 ESTADÍSTICAS DE PERSONAS CON DISCAPACIDAD ... 4
2.1.3 TECNOLOGÍA DE APOYO PARA PERSONAS CON DISCAPACIDAD ... 7
2.2 ELEVADORES DE SILLA DE RUEDAS ACOPLADOS A VEHÍCULOS .. 9
2.2.1 OPCIONES DEL SISTEMA DE ACCIONAMIENTO ... 10
2.2.2 OPCIONES PARA LA ESTRUCTURA MECÁNICA DEL ELEVADOR ... 16
2.3 SISTEMA DE CONTROL Y SUS COMPONENTES ... 20
2.3.1 MOTOR ELÉCTRICO ... 21
2.3.2 SENSORES DE FINAL DE CARRERA ... 23
2.3.3 RELEVADOR... 24
2.3.4 CONDUCTORES ELÉCTRICOS ... 25
2.3.5 TERMINALES ELÉCTRICOS ... 27
2.3.6 INTERRUPTOR ... 28
2.3.7 BATERÍA ... 28
2.4 MINIBÚS ... 29
ii
3.1 REALIZACIÓN DEL PROYECTO ... 31
3.2 CONSIDERACIONES DE DISEÑO ... 32
3.2.1 DIMENSIONES DEL MINIBÚS HYUNDAI H1 ... 32
3.2.2 DIMENSIONES DE LA SILLA DE RUEDAS Y SU OCUPANTE ... 32
3.2.3. CARGA ... 32
3.2.4 NORMAS TÉCNICAS ... 33
3.3 SELECCIÓN DE SISTEMAS PARA EL ELEVADOR ... 33
3.3.1 SELECCIÓN DE LA ESTRUCTURA MECÁNICA ... 33
3.3.2 SELECCIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA ... 35
3.4 DISEÑO ... 36
3.4.1 DISEÑO ELEMENTOS MECÁNICOS ... 36
3.4.2 DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL ... 40
3.5 CONSTRUCCIÓN ... 42
3.5.1 CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL ELEVADOR ... 42
3.5.2 MATERIALES ... 43
3.5.3 EQUIPOS, HERRAMIENTAS Y MAQUINARIA ... 43
3.5.4 ELEMENTOS DE PROTECCIÓN ... 44
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 45
4.1 ANÁLISIS DE LAS OPCIONES DE LOS SISTEMAS PARA EL ELEVADOR ... 45
4.1.1 ANÁLISIS DE OPCIONES DE LA ESTRUCTURA MECÁNICA PARA EL ELEVADOR ... 45
4.1.2 ANÁLISIS DE OPCIONES DEL SISTEMA DE ACCIONAMIENTO PARA EL ELEVADOR ... 46
4.2 DIMENSIONES ... 47
4.2.1 MINIBÚS HYUNDAI H-1 ... 47
4.2.2 SILLA DE RUEDAS ... 49
4.2.3 PESO A ELEVAR ... 50
4.3 ANÁLISIS DE LA ESTRUCTURA ... 51
4.3.1 ANÁLISIS DE LA PLATAFORMA ... 52
iii
4.3.3 ANÁLISIS DE LA COLUMNA DE ELEVACIÓN ... 66
4.3.4 ANÁLISIS DE LA ESTRUCTURA DE SOPORTE ... 76
4.3.5 ANÁLISIS DE COLUMNA PRINCIPAL DE FIJACIÓN ... 79
4.4 ANÁLISIS DE LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA DE ELEVACIÓN ... 87
4.4.1 CÁLCULO DEL CABLE DE ACERO ... 87
4.4.2 ANÁLISIS DEL TAMBOR DE ARROLLAMIENTO ... 88
4.4.3 CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL MOTOR ... 89
4.4.4 CÁLCULO DEL EJE DE LA POLEA ... 90
4.5 ARMADO DEL ELEVADOR ... 93
4.5.1 ARMADO DE LA ESTRUCTURA DEL ELEVADOR ... 93
4.5.2 ACOPLAMIENTO DEL SISTEMA DE ELEVACIÓN ... 98
4.5.3 PLANOS Y DIAGRAMAS ... 100
4.6 PRUEBAS ... 100
4.6.1 VERIFICACIÓN DE DIMENSIONES ... 101
4.6.2 INSPECCIÓN DE CONEXIONES ELÉCTRICAS ... 102
4.6.3 VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS ... 102
4.6.4 PRUEBA DE ACTIVACIÓN DEL SENSOR DE FINAL DE CARRERA ………... 103
4.6.5 PRUEBA DE DESEMPEÑO CON CARGA ... 104
4.7ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 105
4.7.1 ANÁLISIS DE DIMENSIONES DEL ELEVADOR DESPUÉS DE LA CONSTRUCCIÓN ... 105
4.7.2 ANÁLISIS CONEXIONES ELÉCTRICAS ... 106
4.7.3 ANÁLISIS FUNCIONAMIENTO POR ELEMENTO ... 106
4.7.4 ANÁLISIS DE FUNCIONAMIENTO DEL ELEVADOR A PLENA CARGA ... 107
4.7.5 ANÁLISIS DE FUENTE DE ENERGÍA ... 107
4.7.6 ANÁLISIS DE SENSOR DE CONTACTO ... 108
4.8 MANTENIMIENTO ... 109
4.9 COSTOS ... 111
4.9.1 COSTO DE MATERIA PRIMA ... 111
iv
4.9.3 COSTOS DE FABRICACIÓN ... 113
4.9.4 COSTO MATERIALES ... 114
4.9.5 GASTOS ADICIONALES ... 115
4.9.6 COSTO TOTAL ... 116
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 117
5.1 CONCLUSIONES ... 117
5.2 RECOMENDACIONES ... 118
GLOSARIO DE TÉRMINOS ... 119
BIBLIOGRAFÍA ... 120
v
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Personas con discapacidad ... 5
Tabla 2. Personas con discapacidad por provincia ... 6
Tabla 3. Clasificación de motores eléctricos... 22
Tabla 4. Tabla de secciones y corrientes admisibles en diferentes cables . 27 Tabla 5. Asignación de importancia de los parámetros ... 34
Tabla 6. Calificación de parámetros ... 35
Tabla 7. Asignación de importancia de los parámetros ... 36
Tabla 8. Calificación de parámetros ... 36
Tabla 9. Matriz de selección para la estructura del elevador ... 45
Tabla 10. Matriz de selección del sistema de accionamiento ... 46
Tabla 11. Dimensiones ingreso posterior minibús Hyundai H1 ... 48
Tabla 12. Dimensiones de una persona sentada en una silla de ruedas .... 49
Tabla 13. Formato para la verificación de dimensiones ... 101
Tabla 14. Formato para la revisión del sistema eléctrico ... 102
Tabla 15. Formato para la verificación de funcionamiento por elemento .. 103
Tabla 16. Pruebas de elevación con carga ... 105
Tabla 17. Plan de mantenimiento ... 110
Tabla 18. Costo de la materia prima ... 112
Tabla 19. Costo de elementos estándar ... 113
Tabla 20. Costo de fabricación ... 114
Tabla 21. Costo de materiales ... 115
Tabla 22. Costos adicionales ... 116
Tabla 23. Costo total ... 116
vi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Porcentaje de personas con discapacidad ... 5
Figura 2. Plataforma elevadora de silla de ruedas ... 9
Figura 3. Sistema hidráulico de transmisión de potencia ... 11
Figura 4. Sistema neumático... 13
Figura 5. Sistema electromecánico, motor de arranque ... 15
Figura 6. Elevador por brazos de levantamiento ... 17
Figura 7. Elevador de poste simple ... 18
Figura 8. Elevador de silla de ruedas tipo tijera ... 20
Figura 9. Efectos de fuerzas de atracción-repulsión ... 21
Figura 10. Partes de un motor de corriente continúa ... 23
Figura 11. Sensor final de carrera ... 24
Figura 12. Partes del relevador ... 25
Figura 13. Clasificación de los conductores ... 26
Figura 14. Terminales eléctricos ... 27
Figura 15. Interruptor basculante ... 28
Figura 16. Partes de la batería ... 29
Figura 17. Minibús Hyundai H1 ... 30
Figura 18. Dimensiones Hyundai H1 ... 47
Figura 19. Dimensiones Hyundai H1 ... 47
Figura 20. Disposición de asientos Hyundai H1 ... 48
Figura 21. Dimensiones silla de ruedas ... 50
Figura 22. Viga transversal ... 52
Figura 23. Esfuerzo cortante y momento flector en la viga transversal ... 53
Figura 24. Fuerzas y sujeciones en la viga transversal ... 55
Figura 25. Distribución de esfuerzos viga transversal ... 55
Figura 26. Deformación de la viga transversal ... 56
Figura 27. Factor de seguridad de la viga transversal ... 56
Figura 28. Viga longitudinal ... 57
Figura 29. Esfuerzo cortante y momento flector Viga longitudinal ... 58
vii
Figura 30. Fuerzas y sujeciones en la viga longitudinal ... 59
Figura 31. Distribución de esfuerzos viga longitudinal ... 59
Figura 32. Deformación de la viga longitudinal ... 60
Figura 33. Factor de seguridad de la viga longitudinal ... 60
Figura 34. Cordón de suelda plataforma-brazo ... 61
Figura 35. Brazo de sustentación ... 62
Figura 36. Esfuerzo cortante y momento flector del brazo de sustentación 63 Figura 37. Cargas y sujeciones en el brazo ... 64
Figura 38. Esfuerzos de von mises para el brazo de sustentación ... 64
Figura 39. Deformaciones del brazo de sustentación ... 65
Figura 40. Factor de seguridad del brazo de sustentación ... 65
Figura 41. Perno que sujeta el brazo ... 67
Figura 42. Cargas y torque aplicadas en viga horizontal de la estructura en T ... 68
Figura 43. Fuerzas aplicadas viga horizontal de la estructura en T ... 70
Figura 44. Esfuerzo cortante y momento flector de la viga horizontal ... 70
Figura 45. Soldadura en la conexión de la viga en T ... 72
Figura 46. Viga vertical de la estructura en T ... 73
Figura 47. Placa de sujeción de la estructura en T ... 74
Figura 48. Pernos de conexión estructura en T y estructura de soporte ... 75
Figura 49. Viga principal de la estructura de soporte ... 77
Figura 50. Esfuerzo cortante y momento flector de la viga principal de la estructura de soporte ... 77
Figura 51. Pernos sometidos a corte que van como eje sujetos al mástil ... 78
Figura 52. Columna principal ... 79
Figura 53. Esfuerzo cortante y momento flector de la columna principal .... 80
Figura 54. Placa soldada a la columna principal ... 82
Figura 55. Soportes base anclados al mástil ... 83
Figura 56. Pernos de sujeción de la estructura al vehículo ... 84
Figura 57. Deformación en la columna principal ... 85
Figura 58. Esfuerzo máxima en la columna principal ... 86
viii
Figura 60. Estructura del cable de acero ... 87
Figura 61. Tambor de arrollamiento ... 88
Figura 62. Perno sometido a cortante doble ... 90
Figura 63. Fuerzas que actúan en la polea ... 92
Figura 64. Descomposición de fuerzas aplicadas en la polea ... 92
Figura 65. Columna principal de fijación ... 94
Figura 66. Estructura de soporte de los componentes ... 94
Figura 67. Carrete de deslizamiento ... 95
Figura 68. Soporte para poleas ... 95
Figura 69. Columna de guía ... 96
Figura 70. Brazo de sustentación ... 96
Figura 71. Plataforma ... 97
Figura 72. Ensamble total de la estructura del elevador ... 97
Figura 73. Sistema de transmisión de potencia ... 98
Figura 74. Conexiones eléctricas ... 99
Figura 75. Sistema de transmisión de potencia y eléctrico acoplados a la estructura ... 100
ix
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO 1. CONADIS-Registro nacional de discapacidades ... 125
ANEXO 2. Especificaciones Hyundai H1 ... 130
ANEXO 3. Dimensiones de silla de ruedas ... 131
ANEXO 4. Vistas proyectadas del elevador ... 132
ANEXO 5. Propiedades acero A36 ... 137
ANEXO 6. Propiedades de los pernos grado SAE ... 138
ANEXO 7. Cable de acero ... 139
ANEXO 8. Medidas de pernos ... 140
ANEXO 9. Planos del elevador ... 142
ANEXO 10. Diagrama Del Circuito Eléctrico ... 151
ANEXO 11. Propiedades geométricas de los perfiles ... 152
ANEXO 12. Propiedades geométricas de los perfiles ... 153
ANEXO 13. Imágenes del elevador terminado ... 154
x
RESUMEN
El transporte de personas con discapacidad siempre ha sido un trabajo difícil de llevar acabo, especialmente la accesibilidad en medios de transporte. La presente investigación busca mejorar el proceso de transferencia de una persona sentada en su silla de ruedas hacia dentro o fuera del vehículo mediante un mecanismo de asistencia.
El proyecto empezó con la búsqueda bibliográfica acerca de las discapacidades, ayudas técnicas, elevadores, componentes y toda la información necesaria con el fin de encontrar la mejor opción de diseño que brinde seguridad, confiabilidad y que sea económica.
En el marco teórico, se le dio una visión general de las personas con discapacidad, la incidencia en el Ecuador, la legislación, las ayudas técnicas y la aplicación de las nuevas tecnologías en los elevadores de sillas de ruedas. Así como también se expusieron las ventajas y desventajas que proporciona cada sistema elevador, también se mencionó cómo están dispuestos los componentes de la estructura, y finalmente cómo funcionan en conjunto.
Por lo tanto, fue seleccionado el sistema de accionamiento electromecánico y la estructura mecánica de poste simple, con lo cual se llevó acabo el detalle de las consideraciones técnicas. Una vez finalizado los parámetros del elevador se empezó con el diseño, durante esta etapa se trabajó con elementos y materiales fácilmente disponibles. Para proporcionar una ayuda técnica de fácil construcción.
xi
Finalmente se presentaron las conclusiones y recomendaciones propias del proyecto.
xii
ABSTRACT
The transport of persons with disabilities has always been a difficult job to carry out, especially accessibility to transportation. This research aimed to improve the transfer of a person sitting in his wheelchair into or out of the vehicle by an assistance mechanism. The project started with the literature search about disabilities, technical aids, elevator, components and all necessary information in order to find the best design that provides security, reliability and economical.
In the theoretical framework, an overview of the people with disabilities, incidence in Ecuador, legislation, technical assistance and implementation of the new technologies in the wheelchair elevators was given. As well as also the advantages and disadvantages provided by each elevator system were exposed, also was mentioned how the structure components are disposed, and finally how these work together.
Therefore, the system was selected electromechanical and the mechanical structure simple post,were conducted the detail the technical considerations. Once complete the elevator parameters started with the design, calculation and construction, during this stage was worked with elements and materials readily available, to provide technical assistance of easy construction
The construction of the structure that supports all the elements was carried out with processes that guarantee reliability, durability and functionality, consecutively in the structure was placed all the elements, elevator tests was carried out, performance analysis, Maintenance plan and verification of results.
1
1. INTRODUCCIÓN
El Ecuador se halla inmerso en una lucha incesante en contra de la desigualdad para con las personas con discapacidad, trascendental proceso debido a que en épocas pasadas las personas con algún tipo de incapacidad solían ser denigrados, ignorados e incluso ocultados por sus familias, sin que la sociedad supiera de su existencia.
No fue sino hasta a mediados del siglo XX, que el Ecuador inició la atención a este grupo de personas, liderado principalmente por los familiares en búsqueda de soluciones de salud para sus afectados.
Evidentemente con el pasar del tiempo se ha venido dando numerosos avances en el tema de la inclusión social, salud, organismos públicos, sistema laboral e igualdad de oportunidades, a pesar de ello las personas con capacidades especiales en su gran mayoría se encuentran en el sector de la sociedad de escasos recursos económicos, carecen de acceso equitativo a recursos básicos y ayudas técnicas.
Hoy en día existen varias instituciones tanto públicas como privadas que trabajan día a día para mejorar la calidad de vida del discapacitado, importando elementos, mecanismos, prótesis, implementos y ayudas técnicas que mejoran la calidad de vida y autonomía de la persona con discapacidad.
2
vida cotidiana, garantizando su seguridad durante el traslado a sus diferentes destinos.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GENERAL
Diseñar y construir un elevador de silla de ruedas acoplable al minibús Hyundai H1, que facilite el ingreso y salida del minibús en el traslado de personas con capacidades especiales
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Seleccionar la alternativa apropiada de accionamiento y estructura mecánica del elevador que sea de bajo costo y se ajuste adecuadamente al vehículo Hyundai H1.
Diseñar y construir mecanismos necesarios para el correcto funcionamiento del elevador de silla de ruedas.
Desarrollar un plan de mantenimiento para el elevador de silla de ruedas.
El alcance que tiene este proyecto es el de construir un elevador de silla de ruedas identificando la alternativa de accionamiento del elevador apropiada, de bajo costo y que se ajuste a los requerimientos estimados del elevador, de la misma manera cada uno de los componentes mecánicos se irán diseñando y construyendo para que interactuando entre si cumplan con la función establecida, por último, habiendo desarrollado un plan de mantenimiento se está garantizando un buen funcionamiento y una larga durabilidad del elevador.
3
2. MARCO TEÓRICO
2.1 DISCAPACIDAD
La discapacidad es una condición que imposibilita la capacidad de una persona de realizar una actividad encasillada por la sociedad en los parámetros de lo normal, misma que puede afectar al individuo desde que nace o bien puede adquirirla, consecuencia de indistintos factores. Por lo general se piensa que la condición discapacitante es una situación permanente, no obstante cabe destacar que la condición de discapacidad también puede ser temporal como en el caso de fracturas que con un tratamiento adecuado y rehabilitación se puede superar. También es necesario resaltar que en el caso de la discapacidad se puede presentar en diferentes rangos como son: leve, moderada y severa. Misma que será determinada por un profesional. (Organización Mundial de la Salud, 2014)
La organización mundial de la salud en su página oficial indica que, “Discapacidad es un término general que abarca las deficiencias, las limitaciones de la actividad y las restricciones de la participación. Las deficiencias son problemas que afectan a una estructura o función corporal; las limitaciones de la actividad son dificultades para ejecutar acciones o tareas, y las restricciones de la participación son problemas para participar en situaciones vitales. Por consiguiente, la discapacidad es un fenómeno complejo que refleja una interacción entre las características del organismo humano y las características de la sociedad en la que vive”. (Organización Mundial de la Salud, 2014)
4
2.1.1 TIPOS DE DISCAPACIDAD
El Ministerio de Salud Pública para una mejor atención, detección, prevención y rehabilitación de las personas con discapacidad que residen en el territorio ecuatoriano, ha visto prudente clasificar a las personas con condición discapacitante según su tipo de discapacidad en:
Personas con discapacidad intelectual.
Personas con discapacidad física
Personas con discapacidad visual.
Personas con discapacidad de lenguaje.
Personas con discapacidad auditiva.
Personas con discapacidad psicológico
Personas con discapacidad psicosocial. (Ministerio de Salud Pública, 2015)
La problemática social de la discapacidad ocupa un notable espacio en la población del mundo y el Ecuador no es la excepción.
2.1.2 ESTADÍSTICAS DE PERSONAS CON DISCAPACIDAD
5
Tabla 1. Personas con discapacidad
TIPOS DE
DISCAPACIDAD PERSONAS
Auditiva 50580
Física 191384
Intelectual 90259
Lenguaje 5562
Psicológico 7913
Psicosocial 8706
Visual 47134
TOTAL 401538
(Ministerio de Salud Pública, 2015)
Para una mejor apreciación de la incidencia de cada uno de los tipos de discapacidades en la población con condición discapacitante, se puede observar los porcentajes que se muestra en la Figura 1.
6
Para ampliar la perspectiva de la discapacidad en el ecuador, el Ministerio De Salud Pública evidencian las cifras de personas en condición discapacitante existentes en cada provincia del país, datos que se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2. Personas con discapacidad por provincia
PROVINCIA PERSONAS
Azuay 27713
Bolívar 6051
Cañar 7418
Carchi 4966
Chimborazo 13683
Cotopaxi 10054
El Oro 18623
Esmeraldas 12949
Galápagos 394
Guayas 94043
Imbabura 11102
Loja 14211
Los Ríos 18988
Manabí 44083
Morona Santiago 4831
Napo 3654
Orellana 5066
Pastaza 2870
Pichincha 60137
Santa Elena 8906
Santo Domingo de los
Tsáchilas 11484
Sucumbíos 5021
Tungurahua 11863
Zamora Chinchipe 3247
(en blanco) 1
TOTAL 401538
7
2.1.3 TECNOLOGÍA DE APOYO PARA PERSONAS CON DISCAPACIDAD
Las tecnologías de apoyo o también conocidas como ayudas técnicas, se refiere a todo elemento, accesorio, articulo, implemento o instrumento fabricado para ayudar a mejorar la condición de vida y desempeño cotidiano de la persona con discapacidad. La calidad de vida de la persona con discapacidad al poseer una ayuda técnica adecuada y sobretodo previamente recetada por un profesional. Provee un sinnúmero de beneficios en su entorno físico, social, material, emocional, familiar, laboral. (Organización Mundial de la Salud, 2014)
Con el objeto de ampliar la perspectiva acerca de las ayudas técnicas la Organización Mundial de la Salud en sus publicaciones indica que, “Los dispositivos y las tecnologías de apoyo como sillas de ruedas, prótesis, ayudas para la movilidad, audífonos, dispositivos de ayuda visual y equipos y programas informáticos especializados aumentan la movilidad, la audición, la visión y las capacidades de comunicación. Con la ayuda de estas tecnologías, las personas con discapacidad pueden mejorar sus habilidades y, por tanto, están más capacitados para vivir de forma autónoma y participar en sus sociedades.” (Organización Mundial de la Salud, 2014)
2.1.3.1 Tecnología de apoyo para personas con discapacidad asociada a los medios de trasporte
8
vehículo con total seguridad. (ISO 9999,2011). A continuación se muestran algunos de ellos:
Accesorios y adaptaciones de vehículos para controlar la velocidad.
Accesorios y adaptaciones de vehículos para controlar el freno y activar o desactivar el freno de mano.
Accesorios y adaptaciones de vehículos para accionar el sistema de dirección.
Accesorios y adaptaciones para accionar funciones complementarias necesarias para conducir un vehículo. Se incluyen, por ejemplo, productos relacionados con el uso de los espejos retrovisores ajustables, los cierres centralizados, los limpiaparabrisas, los indicadores, los intermitentes y las luces.
Cinturones de seguridad y arneses.
Grúas para transferir a una persona que no va sentada en silla de ruedas, hacia el interior o el exterior de un vehículo.
Productos de apoyo para transferencia y giro.
Productos de apoyo para la elevación de personas.
Productos de apoyo para transferir a una persona sentada en una silla de ruedas hacia el interior o el exterior del vehículo.
Coches, furgonetas y camiones con chasis de altura regulable
Rampas portátiles. Productos de apoyo para cargar sillas de ruedas desocupadas sobre o dentro de un vehículo.
Productos de apoyo para sujetar las sillas de ruedas en los vehículos
Dispositivos para asegurar una silla de ruedas en un vehículo. Se incluyen, por ejemplo, sistemas de amarre/sujeción de sillas de ruedas.
Modificaciones del chasis, el bastidor o de otros sistemas del vehículo para mejorar su accesibilidad, usabilidad o comodidad, para un conductor o pasajero con discapacidad.
9
Plataformas elevadoras instaladas en un vehículo para facilitar la carga o descarga de una silla de ruedas ocupada.
Soportes o bastidores que se pueden montar sobre el techo o la parte posterior de un vehículo para transportar una silla de ruedas desocupada, o remolques que se pueden enganchar a la parte posterior de un vehículo en los que se pueden llevar una o varias sillas de ruedas. (Norma ISO 9999, 2011)
2.2 ELEVADORES DE SILLA DE RUEDAS ACOPLADOS A
VEHÍCULOS
El elevador de silla de ruedas es un dispositivo acoplado técnicamente a un medio de transporte, que aloja una silla de ruedas con su ocupante sentado en ella y mediante un conjunto de mecanismos tiene como objeto trasladarlos en sentido vertical. Este elemento permite facilitar la accesibilidad hacia el interior o el exterior del vehículo. (Norma ISO 9999, 2011), como se muestra en la Figura 2.
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El dispositivo elevador de silla de ruedas para su funcionamiento básicamente utiliza un sistema de potencia.
Los sistemas de potencia utilizados son:
Electromecánico
Hidráulico
Mecánico
2.2.1 OPCIONES DEL SISTEMA DE ACCIONAMIENTO DEL ELEVADOR
El sistema de accionamiento del elevador o más conocido como sistema de potencia es el encargado de abastecer de forma controlada el movimiento y energía necesaria para activar el elevador.
Con el paso de los años el elevador se ha modificado, rediseñado y multiplicado las aplicaciones, pero aún se conservan características comunes como son: sus sistemas de accionamiento y su estructura. (Miravete Antonio, 2007).
A continuación se presenta algunas de las opciones de accionamiento que se consideran viables durante la realización del presente proyecto.
Opción 1: Sistema de accionamiento electromecánico.
Opción 2: Sistema de accionamiento neumático.
Opción 3: Sistema de accionamiento hidráulico.
Para ampliar la perspectiva de cada una de las opciones presentadas, su funcionamiento se describe a continuación.
2.2.1.1 Sistema de accionamiento hidráulico
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hidráulica y dirigida hacia un circuito, dicha energía se transmite mediante fluido en forma de presión, caudal y potencia.(Mott R., 2006)
Los elementos que conforman el un circuito hidráulico básicos se pueden apreciar en la Figura 3.
Figura 3. Sistema hidráulico de transmisión de potencia (Mott R., 2006)
Este tipo de aplicación se utiliza cilindros hidráulicos que durante el proceso de llenado de su cámara principal, el desplazamiento del vástago empuja los mecanismos del elevador que permite el ascenso y durante el descenso la cámara principal del cilindro se vacía, el líquido es dirigido hacia el tanque de reserva, a la vez que la cámara secundaria del pistón se llena de fluido.
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Ventajas
Fuerza regulable
Excelente transmisión de potencia.
No existe riesgos de sobrecarga o sobrecalentamiento.
Exactitud en el trabajo es una característica, se puede frenar súbitamente en plena marcha.
Practicidad en la multiplicación de fuerzas.(Miravete Antonio, 2007)
Desventajas
Velocidad de trabajo limitada, relativamente baja El Mantenimiento debe ser continuo y minucioso
Costo de mantenimiento elevado
El mantenimiento solo debe ser realizado por técnicos calificados
costo de elementos elevados.
La manipulación de aceites propios de los sistemas hidráulicos y posibles derrames se debe aplicar una limpieza rigurosa, los líquidos sustituidos pueden generar riesgos a la salud.
La exposición a químicos hidráulicos pueden provocar daños severos a la piel.(Miravete Antonio, 2007)
2.2.1.2 Sistema de accionamiento neumático
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Los elementos que conforman un sistema neumático se muestran en la Figura 4.
Figura 4. Sistema neumático (Área tecnológica, s.f.)
Ventajas del sistema neumático
El elemento con el que trabaja estos sistemas, el aire, es abundante
El aire se puede almacenar y comprimir en recipientes transportables, para ser usados cuando y donde se precise.
Buen desempeño incluso en variaciones extremas de temperatura.
El aire usado en el sistema y luego devuelto a la atmosfera es confiable, no presenta mayor toxicidad.
Se puede obtener velocidades elevadas de trabajo en distinta aplicaciones, como herramientas de giro.
La velocidad y fuerza de los actuadores puede ser regulable.
No presenta sobrecalentamiento durante el uso.
Los elementos son de conexión simple.
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Desventajas del sistema neumático
Variabilidad en la velocidad de trabajo en los actuadores, debido a las características de alta compresibilidad del aire.
Fuerza limitada, debido a la presión común de trabajo.
El aire debe ser procesado previo al ingreso al tanque de almacenamiento, se elimina impurezas y humedad.
Costo elevado de maquinaria utilizada para comprimir el aire.
El aire utilizado que se devuelve al ambiente al salir con presión, suele generar sonidos molestos.
Costo, el proceso previo para el uso del aire es costoso. (Creus Antonio, 2011)
2.2.1.3 Sistema de accionamiento electromecánico
El accionamiento electromecánico ofrece simplicidad, practicidad y versatilidad debido a que el elevador trabaja aprovechando la energía mecánica que nos ofrece el motor eléctrico. Este elemento se encarga de transformar la energía eléctrica en energía mecánica utilitaria para accionar el elevador. El accionamiento del elevador se lleva a cabo mediante la transformación de movimiento radial del motor eléctrico en un movimiento lineal a través de enrollamiento de cable de acero, el mismo que se conecta a una estructura destinada a la sustentación del elemento a transportar. (Miravete Antonio, 2007)
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Figura 5. Sistema electromecánico, motor de arranque (Aficionados a la mecánica, 2014)
Ventajas del sistema electromecánico
En el diseño intervienen menor cantidad de elementos
Los costos son relativamente bajos
Por poseer en su construcción una menor cantidad de elementos el peso se ve considerablemente reducido.
Simplicidad de diseño
En lo que concierne al mantenimiento es periódico pero reducido. (Miravete Antonio, 2007)
Desventajas del sistema electromecánico
Elevado consumo de energía eléctrica por parte del motor.
Desgaste de elementos, por rozamiento.
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2.2.2 Opciones para la estructura mecánica del elevador
La estructura mecánica es un conjunto de elementos que tiene por objeto soportar condiciones de tracción, compresión, torsión. (Hibbeler R., 2006)
Cargas tales como:
Peso de cada uno de los elementos que forma parte del elevador.
Cargas adicionales que se presentan en el ambiente tales como: temperatura, vibraciones, viento, etc.
Cargas combinadas durante el funcionamiento
Para que la estructura brinde las condiciones apropiadas para un correcto funcionamiento: esta debe brindar estabilidad, resistencia y una deformación mínima.
En el mercado mundial existe un sinnúmero de configuraciones de estructuras mecánicas diseñadas para elevar una persona con discapacidad. A continuación se presenta las opciones más atractivas de estructuras mecánicas que podrían adaptarse a las necesidades del presente proyecto.
Opción 1: estructura por brazos de levantamiento o sustentación
Opción 2: estructura por poste simple
Opción 3: estructura tipo tijeras
2.2.2.1 Elevador por brazos de sustentación
El elevador por brazos de sustentación denominado así porque dos mecanismos alargados que asemejan la forma de brazos, se conectan con la plataforma proporcionando estabilidad, fijación y nivelación durante el desplazamiento de la plataforma.
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ubican conectados firmemente por debajo de los brazos de sustentación para proporcionar el movimiento necesario para elevar la plataforma. Dicho movimiento se obtiene mediante el desplazamiento del vástago del cilindro.
El elevador de silla de ruedas cuya estructura mecánica se encuentra dotada de dos brazos de levantamiento se puede apreciar en la Figura 6.
Figura 6. Elevador por brazos de levantamiento (Mobility Car Solutions, 2011)
Ventajas de la estructura por brazos de sustentación
Adaptabilidad a diversos tipos de accionamiento, hidráulico o neumático.
Estabilidad durante el funcionamiento.
Diseño de pliegue compacto, cuando no está en uso.
Uso de espacio reducido en la adaptación.
Desventajas de la estructura por brazos de sustentación
Gran cantidad de elementos en su construcción
Mantenimiento continúo.
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2.2.2.2 Elevador de poste simple
El elevador de poste simple es una estructura que se caracteriza por poseer un diseño sencillo, la plataforma conjuntamente con sus brazos de sustentación se encuentran acoplados, mediante un carrete, a una columna vertical que hace la función de guía o riel.
La columna guía además de brindar dirección y estabilidad durante el desplazamiento del carrete, se encarga de alojar y proteger el mecanismo actuador, que dependiendo del tipo de sistema de accionamiento seleccionado será: un cilindro neumático, cilindro hidráulico o un sistema de cable y poleas.(Miravete Antonio, 2007)
Un elevador cuya estructura metálica se establece como poste simple se muestra en la Figura 7.
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Ventajas de la estructura por poste simple
Diseño simple
Adaptabilidad a diversos tipos de accionamiento
Fácil operatividad
Uso de espacio reducido
Al usar menor cantidad de elementos su peso se reduce considerablemente.
Desventajas de la estructura por poste simple
Al tener un soporte único es prominente a desgaste, debido a las cargas elevadas que se aplica.
Inestabilidad en cargas elevadas.
Cargas elevadas sobre la columna guía
2.2.2.3 Elevador de doble tijera
El elevador tipo doble tijera es un mecanismo de transporte vertical plegable, que cuando se encuentra en su punto inicial ocupa una parte mínima comparada con su altura durante la etapa de extensión. En cuanto a su estructura esta se encuentra conformada por un par de vigas conectadas por una articulación central que permite asemejar el movimiento de un par de tijeras. (Mobility Car Solutions, 2011)
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Figura 8. Elevador de silla de ruedas tipo tijera (Mobility Car Solutions, 2011)
Ventajas de la estructura tipo doble tijera
Adaptabilidad a diferentes sistemas de accionamiento
Distribución uniforme de cargas
Uso mínimo de espacio durante el pliegue
Desventajas de la estructura tipo doble tijera
Riesgos al usuario por elementos móviles expuestos
Mantenimiento riguroso
Elevado desgaste de elementos
Elevadas vibraciones.
Inestabilidad
2.3 SISTEMA DE CONTROL Y SUS COMPONENTES
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Cuando se aplica a maquinaria, implica arranque, aceleración, inversión de rotación, desaceleración y paro de un motor y su carga. (Wildi, 2007)
2.3.1 MOTOR ELÉCTRICO
Es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica, este invento con infinitas aplicaciones y un sinnúmero de ventajas, ha posibilitado un gran avance en la sociedad moderna, debido a la disposición de la mayoría de máquinas actuales tanto industriales como domésticas. (Cerdá Luis, 2014).
“El funcionamiento del motor eléctrico se basa en utilizar las propiedades del campo magnético, bien empleando imanes permanentes o bien electroimanes. Estas propiedades crean unas fuerzas de atracción-repulsión con las cuales se puede crear un movimiento de rotación sobre un eje” (Cerdá Luis, 2014).Como se muestra en la Figura 9.
Figura 9. Efectos de fuerzas de atracción-repulsión (cerdá luis, 2014)
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Tabla 3. Clasificación de motores eléctricos
M oto res Motores de corriente continua
De excitación independiente
Autoexcitación
De excitación (shunt) o derivación.
De excitación compuesta
(compund)
De excitación serie
Motores de corriente alterna Motores síncronos. Motores asíncronos. Monofásico
De bobinado auxiliar
De espira en
cortocircuito
Universal
Trifásico
De rotor bobinado
De rotor en
cortocircuito (jaula de ardilla)
(Cerdá Luis, 2014)
Debido a la gran cantidad de información relacionada a los motores eléctricos la presente investigación se enfoca en motores de corriente continua.
2.3.1.1 Motores de corriente continua
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ciertas aplicaciones muy concretas donde se requiera un gran par de arranque como es la tracción mecánica, grúas, etc. (Cerdá Luis, 2014).
Un motor de corriente continua principalmente se compone de ciertas partes, mismas que se muestran en la Figura 10.
Figura 10. Partes de un motor de corriente continúa (Cerdá Luis, 2014)
Los motores de excitación en serie, cuyo uso es estandarizado en winchas por sus particularidades mecánicas, tienen como característica principal que los devanados del inductor y del inducido se encuentran conectados en serie. Este tipo de motores poseen una capacidad de generar un elevado par motor en el momento del arranque.(McGraw-Hill, s.f)
2.3.2 SENSORES DE FINAL DE CARRERA
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eléctrica. (Bello S. & Camargo S., 2010) Este elemento se muestra en la Figura 11.
Figura 11. Sensor final de carrera (Bello S. & Camargo S., 2010)
Se encuentra ubicado para indicar el final del recorrido en elementos mecánicos. Los sensores indicadores de final de carrera se pueden seleccionar de acuerdo a la necesidad del circuito, en sensores NC y NA, es decir sensores normalmente abiertos y sensores normalmente cerrados respectivamente. Cuando se pulsa uno sensor de tipo NC, abre el circuito eléctrico mientras se encuentre presionado, es decir no permite el paso de la corriente eléctrica y en un NA pasa todo lo contrario, cuando se presiona cierra el circuito. (Bello S. & Camargo S., 2010)
2.3.3 RELEVADOR
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secundario se activa mediante la inducción de corriente a una bobina que como núcleo posee una barra de hierro, esto genera electromagnetismo que hace que los contactos del circuito primario se peguen y permitan el paso de corriente.(Rueda Jesús, 2005). El relevador se muestra en la Figura 12.
Figura 12. Partes del relevador (Rueda Jesús, 2005)
2.3.4 CONDUCTORES ELÉCTRICOS
Los conductores eléctricos son elementos encargados de unir eléctricamente los diferentes dispositivos que componen un circuito eléctrico. A través de estos circula la corriente, por ello son buenos conductores de la electricidad, siendo de cobre o aluminio (Cerdá Luis, 2014).
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Figura 13. Clasificación de los conductores (Cerdá Luis, 2014)
La principal característica de un conductor eléctrico es la intensidad que es capaz de soportar sin calentarse. Es imprescindible en el diseño de un circuito eléctrico conocer la sección mínima que necesita el cable para aguantar los amperios que circulan por él. (Domínguez E. & Ferrer J., 2012).
En los cables que se encuentran compuestos por mazo de hilos, cable flexible, la selección de la sección del cable necesaria se lo realiza calculando la sección de cada hilo y multiplicando por el número de hilos que dispone el conductor. (Domínguez E. & Ferrer J., 2012).
Clasificación de los conductores
eléctricos
Aislante
Desnudo
Aislado
Forma
Rígidos
Flexibles
Número de conductores
Unipolar
Bipolar
Tetrapolares
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En la Tabla 4 se puede apreciar las secciones de diferentes cables y la corriente máxima admisible
Tabla 4. Tabla de secciones y corrientes admisibles en diferentes cables
(Domínguez E. & Ferrer J., 2012)
2.3.5 TERMINALES ELÉCTRICOS
Los terminales eléctricos se emplean para unir el cable al componente eléctrico del circuito, proporcionando una unión desmontable entre cable y componente. La unión o fijación del terminal al cable se lo realizar de dos formas en gatillándole mediante el terminal o mediante soldadura de estaño. (Domínguez E. & Ferrer J., 2012).
Los terminales de uso común en el medio automotriz son los comúnmente conocidos como macho y hembra, mismos que se muestran en la Figura 14:
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2.3.6 INTERRUPTOR
Los interruptores se utilizan para abrir y cerrar circuitos eléctricos, algunos son operados manualmente y otros de forma automática. Los interruptores operados manualmente pueden ser deslizables, basculantes o giratorios. Algunos conmutan manualmente pero se desconectan de manera automática, por otro lado, los interruptores automáticos se encuentran comandados por presión, calor, vacío, fuerza centrífuga, posicionamiento, etc. (Rueda Jesús, 2005).
En la Figura 15 se puede apreciar un interruptor que opera manualmente, este permite modificar el estado del circuito en forma basculante.
Figura 15. Interruptor basculante (Cetronic, s.f.)
2.3.7 BATERÍA
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manera forman celdas que generalmente son capaces de generar un aproximado de dos voltios cada una. El conjunto de celdas se encuentra sumergido en acido o también denominado electrolito, una mezcla compuesta por 36% de ácido sulfúrico y 64 % de agua (Rueda Jesús, 2005). Las partes de la batería de plomo- acido se muestran en la Figura 16.
Figura 16. Partes de la batería (Rueda Jesús, 2005)
2.4 MINIBÚS
La presente tesis se llevara a cabo basado en las características, prestaciones y dimensiones que nos ofrece el minibús Hyundai H1.
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pasajeros, siendo dos puertas corredizas y la última dependiendo de la construcción del fabricante de apertura vertical ascendente o en otros casos con dos hojas de apertura horizontal. (Hyundai Motor Company, 2014).
El minibús Hyundai H1 se muestra en la Figura 17.
Figura 17. Minibús Hyundai H1
(Hyundai Motor Company, 2014)
A continuación se muestra especificaciones y características del vehículo:
Modelo: H-1
Motor: 2,5 Diésel- Turbo cargador con Intercooler
Tracción: 4x2
Transmisión: manual, 5 velocidades y reversa
Dimensiones del vehículo:
Altura total (mm): 1925
Longitud total (mm): 5125
Ancho total (mm): 1920
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3. METODOLOGÍA
3.1 REALIZACIÓN DEL PROYECTO
El elevador de silla de ruedas se diseñó y construyó con el fin de contribuir al sector de la sociedad que posee capacidades especiales mediante, la elaboración de una plataforma elevadora de silla de ruedas que asista a una persona sentada en su silla durante la transferencia hacia dentro o hacia fuera del vehículo de transporte de pasajeros, en el presente caso se adaptó a las medidas del minibús Hyundai H1.
Esta ayuda técnica se enfoca en facilitar que las personas con discapacidad así como las personas que las asisten, utilicen el elevador de silla de ruedas para desenvolverse de una mejor manera en su vida cotidiana, garantizando seguridad durante la transferencia de la persona desde la calzada hacia el interior del vehículo o viceversa
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3.2 CONSIDERACIONES DE DISEÑO
La estructura de la plataforma elevadora de silla de ruedas fue diseñada tomando en cuenta las siguientes consideraciones:
3.2.1 DIMENSIONES DEL MINIBÚS HYUNDAI H1
En lo que concierne a las dimensiones del minibús Hyundai H1, se tomó en cuenta como principal condicionante, debido a que se trabajó en el diseño respetando las características de espaciamiento del minibús, en especial con las dimensiones del acceso posterior que es donde se dispuso la ubicación del elevador.
3.2.2 DIMENSIONES DE LA SILLA DE RUEDAS Y SU OCUPANTE
Para recopilar las dimensiones de la presente ayuda técnica se lo realizo con una silla de ruedas de uso estándar, de fácil adquisición en tiendas ortopédicas.
Las dimensiones de la silla de ruedas y su ocupante se las tomó con la asistencia de una persona con 1700 mm de estatura, de pie (Anexo 3).
3.2.3. CARGA
Para definir la carga que se va aplicar sobre la plataforma se tomó en cuenta los siguientes aspectos. A continuación.
Peso de la persona con discapacidad
Peso de la silla de ruedas estándar
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Los aspectos antes mencionados no sugieren exactitud, al no ser elementos estandarizados pueden variar su valor nominal. Más adelante se detallan valores referenciales que se asignó para fines de cálculos matemático.
3.2.4 NORMAS TÉCNICAS
En lo concerniente a normas técnicas se utilizó la Norma NTE INEN 2 205, que establece los requisitos que debe tener un bus urbano, así como sus accesorios en donde se incluye la plataforma elevadora de silla de ruedas , de tal manera que todo los elementos proporcionen seguridad y comodidad al usuario. (NTE INEN 2 205,2010).
Al ser una normativa para buses tipo, no se tomó en cuenta todos los aspectos que estable la presente norma, tan solo los que se adaptan adecuadamente al presente proyecto y estos se describen a continuación:
Dimensiones de la plataforma. La plataforma debe tener un ancho útil de 800 mm y una profundidad de útil de 1000 mm
Velocidad de desplazamiento. La plataforma debe desplazarse con una velocidad máxima de 0,22 m/s.
Autonomía del elevador. el elevador debe tener una autonomía suficiente para efectuar un mínimo de maniobras de emergencia igual al número de plazas para silla de ruedas que disponga el vehículo.
3.3 SELECCIÓN DE SISTEMAS PARA EL ELEVADOR
3.3.1 SELECCIÓN DE LA ESTRUCTURA MECÁNICA PARA EL ELEVADOR
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Luego de revisar las opciones de estructuras, se procedió al análisis y selección de la estructura que se ajuste a los requerimientos del proyecto. Estas son:
Opción 1: estructura por brazos de levantamiento
Opción 2: estructura por poste simple
Opción 3: estructura tipo tijeras
Para seleccionar la estructura para el elevador de silla de ruedas, que deberá acoplarse adecuadamente al presente proyecto y que además sea económica, fue necesario realizar un procedimiento de selección que elimine las interrogantes de diseño, dicho procedimiento se detalla a continuación.
En primera instancia se determinó los parámetros más importantes que influyen en la elección, como son:
Costo de producción
Mantenimiento
Durabilidad
Peso
Versatilidad
Montaje
Construcción
Luego de establecer los parámetros más importantes, se procedió a asignar valores en función de la importancia. Como se muestra en la Tabla 5.
Tabla 5. Asignación de importancia de los parámetros
PARÁMETROS DESCRIPCIÓN IMPORTANCIA
X1 Costo de producción 0.20
X2 Mantenimiento 0.20
X3 Durabilidad 0.15
X4 Peso 0.15
X5 Versatilidad 0.15
X6 Construcción 0.10
X7 Montaje 0.05
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Para calificar cada parámetro por alternativa se procedió con una puntuación sobre 10 de acuerdo con los criterios que se muestran en la Tabla 6.
Tabla 6. Calificación de parámetros
APRECIACIÓN CALIFICACIÓN /10
Ideal 10
Muy bueno 9
Bueno 7-8
Regular 5-6
Malo 1-4
3.3.2 SELECCIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA PARA EL ELEVADOR
Con la información detalla en capítulos anteriores acerca de las alternativas de accionamiento disponibles para elevador, se procedió a analizar y seleccionar la opción que se ajuste a los requerimientos del proyecto.
Opción 1: Elevador con sistema de accionamiento electromecánico.
Opción 2: Elevador con sistema de accionamiento neumático.
Opción 3: Elevadores con sistema de accionamiento hidráulico.
Para la selección fue necesario realizar el procedimiento que se detalla a continuación.
Como primer paso posterior al análisis de cada alternativa, se determinó los parámetros que influyen en la elección, como son:
Costo
Mantenimiento
Durabilidad
Peso
Versatilidad
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Luego de establecer los parámetros, se procedió a evaluar cada uno en función de la importancia.
Los valores que fueron asignados se muestran en la Tabla 7.
Tabla 7. Asignación de importancia de los parámetros
PARÁMETROS DESCRIPCIÓN IMPORTANCIA
X1 Costo 0,20
X2 Mantenimiento 0,20
X3 Durabilidad 0,20
X4 Peso 0,15
X5 Versatilidad 0,15
X6 Montaje 0,10
Total 1
Para calificar cada parámetro por alternativa se procedió con una puntuación sobre 10 de acuerdo con los criterios mostrados en la Tabla 8.
Tabla 8. Calificación de parámetros
APRECIACIÓN CALIFICACIÓN /10
Ideal 10
Muy bueno 9
Bueno 7-8
Regular 5-6
Malo 1-4
3.4 DISEÑO
3.4.1 DISEÑO ELEMENTOS MECÁNICOS
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MDSolid, así también el software SolidWorks, un programa de diseño asistido por computadora para modelado mecánico. “Dassault Systèmes SolidWorks Corp. brinda herramientas de software 3D completas para crear, simular, publicar y administrar los datos” (Dassault Systèmes SolidWorks Corporation, 2015) Es decir es un software que permite al usuario el desarrollo de diseños en tres dimensiones, mismo que admite experimentar el desempeño de elementos expuestos a fuerza, presión y torsión con la asignación de diferentes materiales, para así escoger la mejor opción.
Una vez ya en el software de diseño SolidWorks 2016, se modeló y analizó cada una de las partes que conforman la estructura mecánica.
Cave recalcar que en el presente diseño se tomó en cuenta que los materiales a ocuparse, deben proporcionar resistencia, seguridad, estabilidad y maniobrabilidad, tanto en el proceso de construcción como para el uso al que está destinado.
En el presente apartado se procederá a describir los principales detalles acerca del procedimiento que se llevó a cabo para el diseño del elevador de silla de ruedas en SOLIDWORKS, el cual se describe a continuación:
3.4.1.1 Croquizado de la pieza
De acuerdo a los componentes que se describen en el boceto se procedió al croquizado de las piezas que forman el elevador.
Para esto se recurre a la barra de tareas, se da doble clic en nuevo, donde aparecerá una ventana, se selecciona el botón pieza y se da clic en aceptar.
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3.4.1.2 Simulación
Con cada uno de los elementos que forman parte del elevador de silla de ruedas se procedió con la simulación. Para ello se dio clic en la pestaña “SIMULACIÓN”, se dio clic en el botón asesor de estudio y se seleccionó “NUEVO”. Una vez que se realizó el procedimiento anterior se desplegó un cuadro de dialogo en el cual contiene opciones en donde se asignó material, sujeciones, cargas externas. Por último se dio clic en crear mallar y ejecutar.
Cabe destacar que el software SolidWorks para sus análisis durante el proceso de simulación utiliza las relaciones matemáticas que se presentan a continuación:
Von Mises Stress:
Para el cálculo del esfuerzo de tensión de Von Mises Stress el software SolidWorks utiliza la ecuación 1.
𝜎𝑉𝑀 = √
(𝜎1 − 𝜎2)
2
+ (𝜎1 − 𝜎3)
2+ (𝜎3 − 𝜎1)
22
[1]
Donde:
σVM: Es la tensión Von Mises Stress en función de la energía de distorsión
σ : Son las tensiones principales de la estructura
Factor de seguridad
Para el cálculo del factor de seguridad el software SolidWorks utiliza la ecuación 2.
𝑛 =
𝑌
𝑟𝑌
𝑟𝑒𝑞 [2]39
n: es el factor de seguridad
Yr: es la resistencia real
Yreq: es la resistencia requerida
Tensión de la estructura
Para el cálculo de la tensión de una estructura SolidWorks se basa en la ecuación 3.
𝑇 =
𝐹
𝐴
[3]
Donde:
T: Tensión (Pa) (Presión)
F: Fuerza aplicada en un punto (N)
A: Área (m2)
El software de diseño SolidWorks en su estudio de simulación emite sus resultados a partir de un análisis basado en las ecuaciones antes presentadas. Mismas ecuaciones que fueron tomadas del libro Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley, Octava edición. Las gráficas resultantes se presentaron en escala de colores que van de azul a rojo siendo la parte azul los sitios que presentan menor esfuerzo, deformaciones, adecuado factor de seguridad, etc. Y la parte roja los lugares donde se presentó valores máximos y que dependiendo del caso podrían generar problemas de diseño.
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3.4.1.3 Ensamblaje del elevador
Las piezas creadas se insertaron en escritorio y se ensamblaron mediante relaciones de posición. Estas pueden ser de coincidencia, centricidad, paralelismo y perpendicularidad, que se asignan a cada una de las superficies de acuerdo a la predisposición del ensamble.
3.4.1.4 Renderizado
A partir del ensamblaje final del modelo se realizó un renderizado para darle mejoras en la presentación final.
3.4.1.5 Obtención de planos y vistas
Luego se procedió a la elaboración de planos para una futura construcción del elevador de silla de ruedas. Estos planos se proyectan en vistas para una mejor apreciación, estos se encuentran contenidos en el Anexo 4.
3.4.2 DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL
El diagrama que se muestra en la Figura 17 detalla de una manera sencilla el funcionamiento y disposición, que se dio a cada uno de los elementos del sistema de control del elevador.
El sistema eléctrico del elevador esencialmente comprende de:
Fuente de energía
cableado eléctrico
interruptor basculante 3 posiciones ON-OFF
Motor eléctrico
Relevadores
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Esencialmente el circuito eléctrico tiene como función principal, cambiar el sentido de giro del motor en función de la activación de su conjunto de solenoides o relés de alta potencia, mismos que se encuentran comandados por un interruptor basculante que permite parar en plena marcha y también por los finales de carrera que al terminar el recorrido para el que fue diseñado interrumpa el paso de energía hacia el motor y por ende este se detenga.
Una vez que se determinó las condiciones de funcionamiento del sistema que controla el motor del elevador y se plasmó mediante un diagrama, se procedió a la selección de cada uno de los componentes que formaran parte del presente sistema. El diagrama de control del motor del elevador se diseñó de tal forma que pueda ser construido por cualquier persona con nociones básicas de electricidad.
3.4.2.1 Ecuaciones sistema eléctrico de control
Es necesario conocer las ecuaciones para el dimensionamiento de los elementos del circuito de control, las relaciones matemáticas a ser usadas metodológicamente son: Potencia eléctrica
Para el cálculo de la potencia se aplica la siguiente expresión matemática que se muestra en la ecuación 4:
𝑊 = 𝑉 ∗ 𝐴 [4]
Donde:
W= Potencia (Vatios)
V= Voltaje (Voltios)
