Facultad de Ingeniería Industrial y
Mecánica
Carrera profesional de Ingeniería Mecánica
Plan de tesis
“Diseño de Sistema Mecánico
Automatizado para Disminuir Caídas y
Derrapes en Motocicletas”
Bachiller:
Cano Espinoza Ricardo Gabino
Celular: 941-718-107
e-mail: [email protected]
Lima – Perú
2016
1. Tema y título
Tema: Diseño de Ingeniería
Título: “Diseño de Sistema Mecánico Automatizado para Disminuir Caídas y Derrapes en Motocicletas”.
2. Introducción
Los vehículos de transporte a lo largo de la historia han cambiado constantemente, tales cambios se dieron tanto en los modelos aerodinámicos, tecnología de materiales, eficiencia energética, confiabilidad, rendimiento, etc. Las cuales convierten al vehículo más eficiente en el transporte, recorriendo una trayectoria mayor con una inversión de tiempo mínima, ya que cada vez las nuevas versiones de los vehículos alcanzan una velocidad mayor a comparación de la versión anterior.
Cuando se habla de velocidad en la sociedad, muchos la asemejan con peligro, puesto que las consecuencias de los accidentes dependen directamente de ésta magnitud física, que a la vez se relaciona con la cantidad de movimiento e impacto, por lo que determina la gravedad de los accidentes. Es por eso que, paralelo al avance tecnológico de los vehículos, los sistemas de protección de los vehículos, íntegramente de la persona, también han estado mejorando e innovando.
Cuando hablamos de sistemas de protección, consideramos que está dentro del campo de sistemas de seguridad en general del vehículo. La eficiencia y confiabilidad de los sistemas de seguridad serán efectivas según sea el resultado de defensa y protección de éstos con la persona ante un accidente; la gravedad de ésta eventualidad son también dependientes del tipo de vehículo; en la actualidad se sabe que el vehículo más expuesto y vulnerable a accidentes de consecuencias graves es la motocicleta.
La motocicleta es un vehículo de transporte ligero que con el paso del tiempo la demanda de éste ha aumentado como consecuencia del congestionamiento vehicular, bajo consumo de combustible y bajo costo; sobre todo en nuestro país. Las motocicletas son las más usadas en este contexto por lo que son fácil de maniobrar entre autos, camiones y autobuses, pero así como son fáciles de maniobrar son fáciles de caer, ya sea por obstrucción vehicular, desgaste excesivo de neumáticos o porque el peso de la motocicleta vence en carga al motociclista al iniciar la marcha, ya sea en lugares estrechos como amplios, ya que tiende a perder la dirección, estabilidad y equilibrio rápidamente ante la presencia de cualquier obstáculo, por pequeño que sea éste.
Las caídas en motocicletas, en cuanto a perdida de estabilidad y equilibrio al iniciar la marcha, aparentan ser simples y de consecuencia leve, pero la mayoría de éstas
según comentarios y estadísticas hechas en diferentes lugares del mundo son graves, ya que terminan con cortes profundos, abrasiones y fracturas, puesto que el motociclista, con la intención de evitar la caída, usa la pierna como soporte, pero muchas veces el peso de la motocicleta lo vence provocándole daños físicos. El motociclista tiene la intención de evitar la caída por dos razones, la primera es por no lastimarse y la segunda por el daño que se hace el motor de la motocicleta. En la actualidad ante ésta última razón las industrias de las motocicletas han fabricado diversos accesorios, el cual protege el motor, pero a la vez el mismo accesorio tiene también como función secundaria proteger las extremidades inferiores del motociclista ante ésta eventualidad, este accesorio también podría proteger al motociclista ante un derrape de la motocicleta, pero no está diseñado para ésta situación.
Las industrias de motocicletas, con el conocimiento de que los accidentes en éste vehículo pueden tener consecuencias muy graves en la persona, han lanzado equipos de protección personal, tales como guantes, coderas, rodilleras, botas, casco y chalecos inflables, que dicho sea de paso el 100% de las personas no los usa, pero no un sistema en la motocicleta el cual pueda disminuir el accidente simple como la caída al iniciar la marcha o al desacelerar la motocicleta, y también quizás apoyar en un derrape inesperado de la motocicleta que se provoca cuando los neumáticos se desinflan por algún objeto en la carretera.
La intención del presente trabajo, es diseñar un sistema mecánico, que tenga como primer objetivo evitar la caída provocada por la inestabilidad del terreno y por el peso de la motocicleta, como se sabe la estabilidad será mejor a altas velocidades, pero al iniciar la marcha, el equilibrio se pierde fácilmente, con esto evitamos caídas simples con daños graves. Como segundo objetivo es que el mecanismo sirva como soporte ante un eventual derrape, provocando un deslizamiento forzado, pero ya no evidenciar una motocicleta deslizándose completamente apoyada en la autopista y a un motociclista arrastrándose, con el soporte móvil, no se podrá disminuir al 100% las consecuencias, pero se busca disminuir la gravedad del accidente. A la vez este sistema también cumpliría la función de proteger al motor y el tanque de combustible de la motocicleta.
En el sistema mecánico que se pretende diseñar, también está la intención de la automatización del mismo, éste estaría en función del ángulo de inclinación de la motocicleta, para esto se instalaría el sensor de giroscopio y acelerómetro, los cuales controlarían el servomotor y éste al sistema mecánico. Con todo esto diseñado, el sistema podría ser un kit extra dentro de los accesorios de seguridad de las motocicletas, los cuales buscan que las consecuencias de los accidentes sean de menor gravedad.
3. Planteamiento del problema
En la actualidad hay gran cantidad de accidentes de caídas de motocicleta inesperada, al emprender la marcha, al desacelerar intempestivamente ante la obstrucción vehicular y derrapes al desinflarse un neumático; accidentes aparentemente leves, pero con consecuencias graves, debido a que la motocicleta no cuenta con un mecanismo de soporte que se active y reaccione ante éstos.
4. Objetivos
4.1. Objetivo principal
Diseñar un Sistema Mecánico Automatizado que funcione como soporte de una caída inesperada o un derrape eventual de una motocicleta, para disminuir los accidentes de consecuencias no fatales.
4.2. Objetivos específicos
- Determinar los contextos en donde se evaluará al sistema.
- Calcular las fuerzas que actuarán en el sistema mecánico.
- Determinar los materiales y seleccionar los elementos de máquina para el sistema mecánico.
5. Justificación e importancia
Teniendo en cuenta las estadísticas de los accidentes de tránsito de consecuencias no fatales en motocicletas, genera interés en diseñar un sistema de seguridad para reducirlos. La realización de éste diseño es importante porque contribuirá con los sistemas de seguridad del motociclista y de la motocicleta, disminuyendo las caídas inesperadas y derrapes eventuales.
6. Marco teórico
Definición de Motocicleta:
Es un vehículo de dos ruedas impulsado por un motor. El cuadro y las ruedas constituyen la estructura fundamental del vehículo. La rueda directriz es la delantera y la rueda motriz es la trasera.
Tienen la consideración de motocicleta los automóviles que se definen en los dos epígrafes siguientes:
1- Motocicleta de dos ruedas: vehículo de dos ruedas sin sidecar, provisto de un motor de cilindrada superior a 50 cc, si es de combustión interna, y/o con una velocidad máxima por construcción superior a 45 Km/h.
2- Motocicleta con sidecar: vehículo de tres ruedas asimétricas respecto a su eje medio longitudinal, provisto de un motor de cilindrada superior a 50 cc, si es de combustión interna, y/o con una velocidad máxima por construcción superior a 45 Km/h.
(Definición según la revista “La Motocicleta” de la Dirección General de Tráfico-Ministerio del Interior de Madrid-España)
Definición de Accidente de Tránsito:
Cualidad o situación que aparece en el fluir del tránsito, sin ser parte de su esencia o naturaleza y que altera el orden regular del tránsito generando lesión o muerte a personas o daño a propiedades públicas o privadas y/o al ambiente.
Según la OMS todos los años casi 1,3 millones de personas pierden la vida a consecuencia de los traumatismos causados por el tránsito. De continuar la tendencia actual, en 2030 las colisiones en las vías de tránsito se habrán convertido en la quinta causa más importante de muerte.
Hasta hace poco, no se conocía con exactitud cuál era la situación de la seguridad vial en el mundo. En 2009 la OMS publicó el Informe sobre la situación mundial de la seguridad vial, que evalúa por primera vez la situación de la seguridad vial a nivel mundial.
Los resultados de la encuesta ofrecen a los países una referencia para evaluar su situación en comparación con los demás. Los datos también pueden sirven también como punto de partida para la medición de los avances que se vayan logrando con el tiempo.
Accidentes de Motocicletas:
Los accidentes de motocicletas tienen impacto social, económico, además de convertirse en un enorme problema para el sector salud. En Nicaragua la posibilidad de sufrir un accidente mortal en una moto es 15 veces mayor que la de ir en automóvil.
Solamente en el 2,5% de accidentes de tránsito ocurridos en el año 2011 tuvieron por lo menos una persona fallecida en el momento del accidente, en el 60,6% no hubo consecuencias fatales y el 36,9% únicamente causaron daños materiales.
Tipos de Accidentes de Tránsito de Motocicletas:
Simples: Son aquellos en los que participa un solo vehículo en movimiento, sobre una vía
de circulación y pueden ser: choque despiste volcadura incendio.
Múltiples: Son aquellos en los que intervienen por lo menos dos vehículos en movimiento. Mixtos: Accidentes simples y múltiples ocurren simultáneamente.
Detalle de Lesiones no Fatales en Accidentes de Tránsito simple Factores de las Causas de Accidentes de Tránsito
El primer factor es el vial, que incluye aspectos como la densidad vial en una determinada localidad, la condición en la que se encuentra la vía.
El segundo factor es el mecánico, en los que se toma en cuenta las condiciones del vehículo, la antigüedad del mismo, si ha sufrido cambios estructurales.
El tercer factor y más importante es el humano, pues somos las personas quienes estamos al mando de los vehículos.
El cuarto factor es el ambiental. Se incluye a este factor, pues se considera que debe existir una adecuada relación entre caminos, vehículos, y ciudades.
Finalmente, tenemos al factor normativo e institucional.
Equipos de Protección y Seguridad Motocicleta – Defensa del Motor
Nacido con la finalidad de sumar protección lateral a los motores de las motos. la defensa de motor es hoy un accesorio considerado muy útil. En el caso de caída del vehículo, la presencia de la defensa de motor puede verdaderamente minimizar los daños.
Los equipos de protección para los motociclistas en el Perú esta regulados por el Ministerio de Transporte y Comunicaciones, el cual, en el Reglamento Nacional de Tránsito, artículo 105, obliga al conductor y acompañante a usar un casco protector, y en el caso del conductor lentes protectores en el caso que el casco no tenga protector cortaviento, el uso de otros equipos de protección lanzados al mercado es voluntario.
Equipos de Protección en otros países:
En los Estados Unidos, el casco es obligatorio según disponga el estado, en el siguiente mapa se detallan por estado.
Universal Law: El uso del casco es obligatorio.
Partial Law: El uso del casco depende de varios factores, como potencia, la edad, cobertura sanitaria y las limitaciones del seguro.
No law: El uso del casco no es obligatorio.
En Latinoamérica el uso del casco es obligatorio, en la mayoría de países de Europa como España, Portugal y Alemania el uso del casco también es obligatorio en todas sus ciudades. Casos contrarios son los de Malasia, Tailandia o la India en donde el uso del casco no es obligatorio.
6.1. Sistema Mecánico Automatizado
Los Sistemas Mecánicos son aquellos sistemas constituidos fundamentalmente por componentes, dispositivos o elementos que tiene como función específica, transformar o transmitir el movimiento desde las fuentes que lo generan al transforman distintos tipos de energía. Los sistemas mecánicos automatizados Se caracterizan por presentar elementos sólidos, que se asocian con sistemas eléctricos y producir movimiento controlado, de acuerdo a parámetros establecidos a partir de un motor accionado por la energía eléctrica. El Sistema Mecánico Automatizado que se pretende diseñar tiene dos funciones:
Accionarse ante el desequilibrio imprevisto consecuencia del inicio de la marcha o desaceleración tempestiva.
Servir como soporte de un derrape simple, como consecuencia de un neumático por falta de presión de aire u obstrucción vial.
En ambos casos el accionamiento es automático. Ya que el sistema mecánico está compuesto por mecanismos con funciones dependientes, el diseño de éste sistema exige escoger elementos de máquinas y materiales que cumplan con las exigencias del problema.
Imágenes Instantáneas del Problema – Accidente de Tránsito Simple con Lesiones no Fatales.
6.2. Prototipo de Eslabones del Sistema Mecánico Automatizado
6.3. Cinemática del Vehículo
Centro de Gravedad
El centro de gravedad de la motocicleta varía según sea el tipo de neumático.
Fuerza de Impacto y Velocidad
Para el cálculo de las fuerzas y velocidades, para las dos funciones del sistema mecánico, aplicaremos el principio del impulso, impacto y momento lineal.
= −
Dónde: F: Fuerza; t: tiempo; m: masa; Vf: vel. después del impacto; Vo: Vel. Antes del impacto.
6.4. Cinemática del Sistema Mecánico Automatizado
Para el cálculo de las Velocidades y Aceleraciones, aplicaremos los fundamentos de teoría de máquinas
Posición Angular de Eslabones
Para el análisis de posición del mecanismo usaremos el método de Raven.
Pasando a la forma trigonométrica y separando la parte real e imaginaria, resolviendo el sistema se obtiene los valores de los ángulos en función de los eslabones.
Velocidad Angular de Eslabones
Derivando la ecuación de posición de Raven obtenemos:
Pasando a la forma trigonométrica y separando la parte real e imaginaria
Aceleración Angular de Eslabones
Aplicando la segunda derivada de la ecuación de posición de Raven, obtenemos:
6.5. Diseño de Transmisión de Potencia
El Mecanismo que se encarga de transmitir la potencia del servomotor, será el engranaje cónico.
El engranaje cónico se diseñará según sea el requerimiento (relación de velocidades, ángulo entre ejes y diámetros)
6.6. Diseño de Elementos de Máquina Tornillo Sin fin
Este elemento servirá para variar la altura de los eslabones, transmitirá la velocidad del engranaje cónico.
6.7. Análisis de Resistencia de Materiales
Se someterá al mecanismo a un análisis estático y dinámico aplicando el método de los elementos finitos. Con los resultados podremos mejorar los materiales.
6.8. Automatización del Sistema Mecánico
Para automatizar el Sistema Mecánico, se colocará un sensor giroscopio, el cual comunicará a la tarjeta de control la inclinación de la motocicleta, y enviará señales de giro al servomotor, el cual transmitirá el movimiento a los eslabones a través del engranaje cónico y tornillo sinfín.
Esquema del Sistema de Control
7. Índice tentativo de la tesis
1. Tema y título 2. Presentación 3. Introducción 4. Índice
5. Planteamiento del problema 6. Objetivos
6.1 Objetivo principal 6.2 Objetivo específicos 7. Marco teórico
Definiciones generales Estadísticas del problema 7.1 Sistema Mecánico
7.2 Prototipo de sistema mecánico 7.3 Cinemática del vehículo
7.4 Cinemática del Sistema Mecánico 7.5 Diseño de transmisión de Potencia 7.6 Diseño de elementos de máquina 7.7 Análisis de resistencia de materiales 7.8 Automatización del sistema mecánico 8. Conclusiones
9. Referencias bibliográficas
TONY FOALE (2002). MOTOCICLETAS, Comportamiento dinámico y diseño de chasis, el arte y la ciencia.
https://books.google.com.pe/books?id=ST5hfaUMx0YC&dq=%22Comportamiento +din%C3%A1mico+y+dise%C3%B1o+de+chasis%22&printsec=frontcover&source =bl&ots=SAoX6ZyW2z&sig=IKOty_rGwCkh2Iqjk9Mdd284Ado&hl=es&ei=v5zBSr2 HM8K64QbwyLGLCA&sa=X&oi=book_result&ct=result&redir_esc=y#v=onepage& q&f=false
ANTONIO SIMON MATA (2014), Fundamentos de Teoría de Maquinas, Cuarta edición.
PAUL E. TIPPENS (1991), Física Básica, Segunda edición 1991
R.C. HIBBELER (2004), Mecánica Vectorial para ingenieros, Dinámica, Décima Edición.
SEGURIDAD VIAL Y ACCIDENTES DE TRANSITO, Trabajo de Investigación de la Universidad Politécnica Territorial del Estado Trujillo, Venezuela
http://www.academia.edu/8956824/SEGURIDAD_VIAL_Y_ACCIDENTES_DE_TR ANSITO
Accidentes de Tránsito OMS
http://www.who.int/violence_injury_prevention/road_safety_status/es/
Informe de Accidentes de Tránsito
http://www.who.int/violence_injury_prevention/road_safety_status/2009/es/
http://www.who.int/violence_injury_prevention/road_safety_status/2009/gsrrs_pah o.pdf?ua=1
Estadísticas Accidentes de Tránsito INEI Estadísticas Accidentes de Tránsito MTC
http://emssolutionsint.blogspot.pe/2012/04/prevencion-de-accidentes-en-motos.html
