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Desarrollo y aplicación de un innovado banco de ensayo frente a ...

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1ª Jornada sobre investigación y <strong>de</strong>sarrollo aplicado al<br />

vehículo industrial<br />

<strong>Desarrollo</strong> y aplicación <strong>de</strong> <strong>un</strong> <strong>innovado</strong><br />

<strong>banco</strong> <strong>de</strong> <strong>ensayo</strong> <strong>frente</strong> a fatiga <strong>de</strong><br />

semirremolques<br />

Zaragoza, Abril <strong>de</strong> 2012


Introducción<br />

‣ El transporte <strong>de</strong> mercancías por carretera constituye <strong>un</strong>o <strong>de</strong> los medios que mayor<br />

repercusión tiene en el mercado logístico actual<br />

‣ Los profesionales <strong>de</strong>dicados a este sector <strong>de</strong>mandan vehículos más ligeros, resisten<br />

versátiles y fiables.<br />

‣ Hasta fecha recientes los procesos <strong>de</strong> diseño <strong>de</strong> semirremolques y vehículos pesados<br />

<strong>de</strong>stinados al transporte <strong>de</strong> mercancías consistía en la combinación <strong>de</strong> herramientas d<br />

cálculo no muy precisas y sobre todo la experiencia aportada por los constructor<br />

‣ La aplicación <strong>de</strong>l Método <strong>de</strong> los Elementos Finitos (MEF) permite <strong>de</strong> reproducir <strong>de</strong> forma<br />

el comportamiento mecánico <strong>de</strong> las estructuras analizadas proporcionando resultados e<br />

términos <strong>de</strong> rigi<strong>de</strong>z y resistencia.<br />

‣ Esta técnica ha permitido revolucionar la industria <strong>de</strong> los semirremolques<br />

consiguiendo gran<strong>de</strong>s reducciones <strong>de</strong> masa mientras se cumplen los criterios <strong>de</strong><br />

resistencia y rigi<strong>de</strong>z impuestos.


Introducción<br />

‣ El uso <strong>de</strong> aceros <strong>de</strong> alto limite elástico ha permitido reducir<br />

la sección resistente <strong>de</strong> los componentes estructurales,<br />

obteniendo importantes mejoras en la tara <strong>de</strong>l vehiculos. Esto y<br />

el uso intensivo <strong>de</strong> los vehiculos ha propiciado la aparición <strong>de</strong> <strong>un</strong><br />

fenómeno inexistente en este tipo <strong>de</strong> vehículos hasta la fecha,<br />

el fallo por fatiga.<br />

‣ El fallo por fatiga se localiza f<strong>un</strong>damentalmente en las<br />

<strong>un</strong>iones <strong>de</strong> los distintos elementos estructurales. En<br />

f<strong>un</strong>cion <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> <strong>un</strong>ion, soldadura, atornillado o<br />

remachado aparecen distintas tipologias <strong>de</strong> fallos.<br />

‣ La tecnica mas utilizada historicamenta en la <strong>un</strong>ion <strong>de</strong> piezas ha<br />

sido la soldadura y esta <strong>un</strong>ion es especialmente sensible a la<br />

aparacion <strong>de</strong> fisuras por fatiga. F<strong>un</strong>damentalmente por la<br />

modificacion <strong>de</strong> propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l material original durante el<br />

proceso <strong>de</strong> soldadura. Zona afectada termicamente (ZAT).<br />

‣ A<strong>un</strong>que teoricamente se pue<strong>de</strong> calcular o estimar la vida <strong>de</strong> las<br />

<strong>un</strong>iones, numericamente es muy complicado e impreciso y hace<br />

necesario la comprobacion mediante pruebas reales.


Introducción<br />

‣ Otro aspecto f<strong>un</strong>damental en el proceso <strong>de</strong> diseño se este tipo<br />

<strong>de</strong> vehículos consiste en el <strong>de</strong>sarrollo y <strong>ensayo</strong> <strong>de</strong><br />

prototipos que aseguren el buen comportamiento <strong>de</strong>l vehículo<br />

antes <strong>de</strong> su lanzamiento <strong>de</strong>finitivo al mercado.<br />

‣ En la actualidad las técnicas <strong>de</strong> <strong>ensayo</strong> se limitan a <strong>ensayo</strong>s<br />

mediante técnicas extensométricas que permitan validar el<br />

proceso <strong>de</strong> optimización realizado mediante el Método <strong>de</strong> los<br />

Elementos Finitos y comprobar la correlacion existente entre los<br />

valores teoricos y los reales en pruebas <strong>de</strong> campo.<br />

‣ Ocasionalmente se realizan <strong>ensayo</strong>s <strong>de</strong> fatiga en pista, los<br />

cuales resultan muy costosos <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el p<strong>un</strong>to <strong>de</strong> vista<br />

económico y temporal, lo que supone <strong>un</strong> retraso en el<br />

lanzamiento <strong>de</strong>l vehículo al mercado.


<strong>Desarrollo</strong> <strong>de</strong> <strong>banco</strong> <strong>de</strong> <strong>ensayo</strong>s<br />

Soporte king pin (Horizon<br />

Mesa king-pin<br />

Componentes<br />

estructurales<br />

Soporte <strong>de</strong> rueda (Vert


,84 MPa<br />

,01 MPa<br />

,17 MPa<br />

,34 MPa<br />

,50 MPa<br />

,67 MPa<br />

,83 MPa<br />

,00 MPa<br />

<strong>Desarrollo</strong> <strong>de</strong> <strong>banco</strong> <strong>de</strong> <strong>ensayo</strong>s<br />

Análisis numérico <strong>de</strong><br />

componentes<br />

estructurales<br />

0,77 mm<br />

0,66 mm<br />

0,54 mm<br />

0,43 mm<br />

0,31 mm<br />

0,20 mm<br />

0,08 mm<br />

‐0,03 mm<br />

76,00 MPa<br />

65,14 MPa<br />

54,29 MPa<br />

43,43 MPa<br />

32,57 MPa<br />

21,71 MPa<br />

10,86 MPa


Construcción <strong>de</strong> <strong>banco</strong> <strong>de</strong> <strong>ensayo</strong>s


Construcción <strong>de</strong> <strong>banco</strong> <strong>de</strong> <strong>ensayo</strong>s


Perfil <strong>de</strong> <strong>ensayo</strong>s <strong>de</strong> fatiga para semirremolqu<br />

Resultado <strong>de</strong> la colaboración entre la<br />

empresa LECITRAILER S.A. y el grupo d<br />

investigación VEHIVIAL<br />

250<br />

200<br />

150<br />

inación <strong>de</strong> la maniobra <strong>de</strong> giro<br />

radio mínimo y marcha por<br />

carretera<br />

Desplazamiento (mm)<br />

100<br />

50<br />

0<br />

-50<br />

-100<br />

-150<br />

0 10 20 30 40 50 60<br />

-200<br />

-250<br />

Tiempo (s)<br />

Cilindro 1 - Eje <strong>de</strong><br />

Cilindro 2 - Eje <strong>de</strong><br />

Cilindro 3 - Eje cen<br />

Cilindro 4 - Eje cen<br />

Cilindro 5 - Eje tra<br />

Cilindro 6 - Eje tra


Ensayos <strong>de</strong> fatiga <strong>de</strong> semirremolques<br />

10 20 30 40 50 60 70<br />

Tiempo (s)<br />

dro 1 - Eje <strong>de</strong>lantero pared<br />

dro 2 - Eje <strong>de</strong>lantero centro<br />

dro 3 - Eje central pared<br />

dro 4 - Eje central centro<br />

dro 5 - Eje trasero pared<br />

dro 6 - Eje trasero centro<br />

dro 7 – Cilindro King-pin


Ensayos <strong>de</strong> fatiga <strong>de</strong> semirremolques


Ensayos <strong>de</strong> fatiga <strong>de</strong> semirremolques


Resultados: Análisis <strong>de</strong> fatiga <strong>de</strong> prototipos<br />

Cambio <strong>de</strong> sección <strong>de</strong>l larguero<br />

Ciclo 50<br />

Ciclo 5900<br />

Ciclo 6750<br />

000600<br />

Ciclo 7200<br />

Ciclo 7950<br />

000500<br />

Ciclo 8100<br />

Ciclo 8550<br />

000400<br />

000300<br />

000200<br />

000100<br />

000000<br />

000100<br />

000200<br />

000300<br />

000400<br />

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70<br />

Tiempo(s)<br />

Ciclo 9000<br />

Ciclo 9450<br />

Ciclo 9900<br />

Ciclo 10350<br />

Ciclo 10800<br />

Ciclo 11250<br />

Ciclo 11700<br />

Ciclo 12150<br />

Ciclo 13050<br />

Ciclo 13500<br />

Ciclo 14650<br />

Ciclo 15200<br />

Ciclo 15650<br />

Ciclo 16100<br />

Ciclo 16550<br />

Ciclo 17000<br />

Ciclo 17450<br />

Ciclo 19050<br />

Ciclo 19500<br />

Ciclo 20400


Resultados: Análisis <strong>de</strong> fatiga <strong>de</strong> prototipos<br />

Roseta alma larguero en la zona <strong>de</strong>l cambio <strong>de</strong> sección<br />

Ciclo 50<br />

Ciclo 5900<br />

Ciclo 6750<br />

Ciclo 7200<br />

Ciclo 7950<br />

Ciclo 8100<br />

Ciclo 8550<br />

Ciclo 9000<br />

Ciclo 9450<br />

Ciclo 9900<br />

Ciclo 10350<br />

Ciclo 10800<br />

Ciclo 11250<br />

Ciclo 11700<br />

Ciclo 12150<br />

Ciclo 13050<br />

Ciclo 13500<br />

Ciclo 14650<br />

Ciclo 15200<br />

Ciclo 15650<br />

Ciclo 16100<br />

Ciclo 16550<br />

Ciclo 17000<br />

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65<br />

Tiempo(s)<br />

Ciclo 17450<br />

Ciclo 19050<br />

Ciclo 19500<br />

Ciclo 20400


Resultados: Validación <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>los numéricos<br />

M.E.F. Ensayo Erro<br />

Rosetas (MPa)<br />

Cartabón 26,37 27,91 5<br />

Soporte 124,23 123,75 0<br />

Alma<br />

larguero<br />

25,39 25,09 1<br />

Galga <strong>un</strong>idireccional ( µε )<br />

Llanta<br />

larguero<br />

Puente<br />

transversal<br />

Puente<br />

longitudinal<br />

Travesaño<br />

eje<br />

Llanta<br />

larguero<br />

Alma<br />

larguero<br />

235,57 224,0 4<br />

437,4 431,0 0<br />

153,1 161,0 5<br />

29,0 22,1 2<br />

-393,3 -391.0 0<br />

-227,6 -242 5


1ª Jornada sobre investigación y <strong>de</strong>sarrollo aplicado al<br />

vehículo industrial<br />

<strong>Desarrollo</strong> y aplicación <strong>de</strong> <strong>un</strong> <strong>innovado</strong><br />

<strong>banco</strong> <strong>de</strong> <strong>ensayo</strong> <strong>frente</strong> a fatiga <strong>de</strong><br />

semirremolques<br />

Zaragoza, Abril <strong>de</strong> 2012

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