Vehículos y Material Móvil

"Proceso de diseño de un innovador concepto de semirremolque tipo bañera para el transporte de materiales áridos"

A día de hoy, los principales objetivos en el diseño de vehículos bañera son el lograr un aligeramiento de la estructura y alcanzar una elevada resistencia a abrasión de los principales componentes. Para cumplir estos objetivos, se ha estudiado la incorporación de materiales ligeros y configuraciones de última generación, como aleaciones de aluminio, aceros de alta resistencia específica y estructuras tipo sándwich. A lo largo de las últimas décadas se ha producido un incremento de notable importancia en la incorporación de innovadores materiales y configuraciones estructurales a todos los medios de transporte en general. No obstante, se debe tener presente en todo momento que los nuevos diseños habrán de cumplir con los requerimientos de rigidez y resistencia impuestos a la estructura.

Se mostrarán diferentes configuraciones de vehículos bañera, describiendo las diferencias existentes entre los modelos estándar y la nuevo chasis, denominado “Caja Redonda”, la cual supone un concepto innovador de geometría y estructura. Para conocer el comportamiento de la estructura sujeta cargas tanto a cargas estáticas como dinámicas, correspondientes a las condiciones más críticas de funcionamiento desde un punto de vista mecánico, se realizaron diversas simulaciones basadas en el M.E.F. Uno de los casos de carga más desfavorables para la estructura se da durante el proceso de carga de material, debido a los fuertes impactos del material contra el piso de la caja. Así mismo, los diferentes casos de carga se simularon mediante el M.E.F. para diversas configuraciones con diferentes materiales y espesores.

Una de las principales innovaciones en el diseño lo constituye la estructura del suelo, compuesta por una chapa de acero XAR 450 y estructuras tipo sándwich. También se muestran los resultados obtenidos en términos de deformaciones, tensiones y deformación plástica, así como tablas donde se resumen la influencia en el comportamiento de la estructura de los distintos parámetros de diseño. Se han llevado a cabo ensayos sobre el vehículo real, utilizando para tal propósito galgas extensométricas, acelerómetros y relojes comparadores. Se obtuvieron correlaciones experimentales comparando los resultados obtenidos de los cálculos numéricos con los obtenidos experimentalmente. Finalmente, se utilizaron los resultados obtenidos de estas simulaciones para optimizar el diseño de los vehículos, desarrollando un nuevo prototipo aligerado, que proporciona una solución alternativa frente al concepto estándar de este tipo de vehículos.

"Estructura tipo sandwich: Una configuración óptima para el diseño de chasis aligerados de semirremolques"

En este artículo se desarrolla el proceso de obtención de un nuevo concepto de semirremolque aligerado respecto a los vehículos de este tipo existentes en la actualidad. Para ello, se han introducido configuraciones de materiales novedosas en este tipo de vehículos como son las estructuras tipo sándwich constituidas por pieles metálicas (acero y aluminio) y núcleos de diferentes tipos de espumas (PVC, PUR, poliestireno, etc).

Las distintas estructuras han sido analizadas mediante simulaciones numéricas basadas en el MEF (Método de los Elementos Finitos). Sobre las mismas se han impuesto una serie de restricciones y se han aplicado un conjunto de solicitaciones correspondientes a las condiciones reales de funcionamiento del semirremolque. Inicialmente, se ha sustituido la configuración de materiales metálicos existentes en la denominada “zona king pin” por una de las estructuras mencionadas anteriormente. Una de las solicitaciones mas importantes actuantes sobre esta zona se debe a la acción de las cargas cuando el semirremolque se encuentra en reposo y cargado sobre los “pies de apoyo” sin cabina tractora. En este caso, dicha zona está sometida a fuertes cargas de flexión para las cuales una configuración tipo sándwich presenta una excelente respuesta proporcionado, además, un aligeramiento importante de la estructura actual.

Esta modificación ha sido analizada numéricamente mediante el MEF para distintos tipos de materiales y espesores obteniendo una serie de resultados que han permitido el desarrollo de dos prototipos iniciales (uno con la incorporación de pieles de acero en el sándwich y otro de aluminio). Posteriormente, los prototipos han sido ensayados mediante extensometría bajo el caso de carga comentado anteriormente obteniendo una serie de resultados que permiten validar los modelos numéricos utilizados. En posteriores fases, se ha extendido este tipo de configuración al resto de las zonas y componentes en donde sea posible cumpliendo siempre con los criterios tanto de rigidez como de resistencia exigidas según los diferentes tipos de maniobra realizados por el vehículo. Principalmente, se ha tenido en cuenta la realización de la denominada “maniobra de giro de radio mínimo” especialmente desfavorable para este tipo de vehículos. Actualmente, se están desarrollando nuevos prototipos que incorporan las novedades mencionadas anteriormente obteniendo unas estructuras novedosas en las que, además de cumplir con los requerimientos estructurales de las mismas, se produce un ahorro en peso considerable con el consiguiente conjunto de ventajas que esto supone.

"Cálculo, diseño, optimización y ensayo de un concepto innovador de chasis de semirremolque aligerado"

En este artículo se desarrolla el proceso de obtención de un nuevo concepto de semirremolque aligerado respecto a los vehículos de este tipo existentes en la actualidad. Para ello, se han estudiado diversos tipos de materiales ligeros como, por ejemplo, materiales metálicos (aceros y aluminios) de alta resistencia específica y configuraciones de materiales tipo sandwich que proporcionan incluso un mejor comportamiento desde el punto de vista de rigidez que la configuración original.

Las distintas estructuras han sido analizadas mediante su simulación numérica basada en el M.E.F. (Método de los Elementos Finitos). Sobre las mismas se han impuesto una serie de restricciones y se han aplicado un conjunto de solicitaciones correspondientes a las condiciones reales de funcionamiento del semirremolque. Principalmente, se ha tenido en cuenta la realización de la denominada “maniobra de giro de radio mínimo” especialmente desfavorable para este tipo de vehículos.

Los distintos modelos numéricos utilizados han sido validados mediante la realización de ensayos experimentales de tipo extensométrico obteniendo valores de deformación en puntos críticos de la estructura. El conjunto de correlaciones numérico-experimentales obtenido en cada uno de los puntos de medida será tenido en cuenta en posteriores fases del estudio. Por último, se ha procedido al rediseño y optimización de algunos de los componentes del semirremolque obteniendo un concepto innovador de vehículo del cual ha sido fabricado y ensayado un prototipo aligerado presentando una excelente respuesta bajo las distintas condiciones de funcionamiento real presentadas por el mismo. Como principal novedad cabe destacar la fabricación de varios prototipos aligerados que incorporan configuraciones de material tipo sandwich. Dichos prototipos han sido ensayados presentando excelentes propiedades tanto de rigidez como de resistencia y cumplen con los criterios de diseño exigidos con un menor peso total.

"Desarrollo de una bancada de ensayos de fatiga para semirremolques"

En este artículo se desarrolla el proceso de obtención de un concepto innovador en el mundo de los vehículos pesados como es el del diseño de una bancada de ensayos de fatiga destinada al análisis de estructuras de semirremolque de grandes dimensiones.

Este tipo de vehículos se ve sometido a importantes solicitaciones mecánicas cuando realizan determinados tipos de maniobras y en distintas condiciones de funcionamiento. Para conocer en detalle el comportamiento estructural de las mismas existen una serie de herramientas ingenieriles como son las simulaciones numéricas de los modelos considerados complementadas, principalmente, con la realización de distintos tipos de ensayos sobre las mismas. Esto permite obtener distintas correlaciones numérico-experimentales que permiten validar los modelos analíticos optimizando el proceso de diseño de las diferentes estructuras. Una de las problemáticas actuales bajo este punto de vista radica en las limitaciones existentes, sobre todo en cuanto a tamaño y versatilidad, de las bancadas y máquinas de ensayos existentes para este tipo de tipo de aplicaciones y vehículos. En este sentido, las configuraciones comunes consisten, sobre todo, en el ensayo de componentes y no de estructuras completas. En concreto, la posibilidad de ensayar una estructura de semirremolque completa supone, además de una gran innovación tecnológica, una mejora el proceso de diseño de este tipo de vehículos.

Respecto a las solicitaciones actuantes sobre estos vehículos cabe destacar las creadas como consecuencia de la denominada “giro de radio mínimo” en la cual el semirremolque se encuentra cargado y realizando un giro a 90º respecto de la cabina tractora. La repetición de este tipo de maniobra tan desfavorable estructuralmente supone el fallo por fatiga de algunos de los componentes del semirremolque. Otro tipo de maniobras a tener en cuenta son las de aceleración, frenada, giro en curva, bacheado, etc. Según lo anteriormente expuesto, el sistema propuesto consiste en una bancada de ensayos de dimensiones considerables capaz de “alojar” la estructura resistente de un semirremolque completo, simulando las cargas de fatiga creadas en los distintos tipos de maniobras realizados. Para ello se estudiarán en detalle sistemas de aplicación de cargas, adquisición y tratamiento de datos, monitorización y sensorización, así como de todo lo necesario para llevar a buen fin el proyecto.

"Diseño de vehículo eléctrico propulsado con pila de combustible para su aplicación en la distribución de mercancías y su comparación con vehículos de propulsión térmica"

El estudio aborda el diseño y análisis comparativo de un diseño de vehiculo eléctrico de pila de combustible, para su utilización en labores de distribución de mercancías. La energía que necesita un vehículo será suministrada por una pila de combustible del tipo de membrana polimérica (PEMFC) en forma de energía eléctrica que alimentará el sistema tractor formado por motores eléctricos de inducción, síncronos, de imanes permanentes y acoplados directamente a las ruedas traseras, por lo que no será necesaria caja de cambios ni diferencial mecánico alguno. De esta manera, se consigue un habitáculo más amplio para la carga, consiguiendo diseños de plataforma muy baja.

Un sistema de diferencial electrónico controlará el correcto funcionamiento de los motores. Para cubrir las necesidades de picos de potencia (aceleraciones, subidas, etc.) se instalará un sistema auxiliar de energía. El combustible, que alimentará la pila, será gas hidrógeno comprimido en depósitos situados en el techo del vehículo. Constará de dirección asistida que facilite su maniobrabilidad, suspensión activa que evitará que el vehículo se balancee y frenos ABS. La velocidad máxima que alcanzará será similar a las de los vehículos actuales. Los depósitos de hidrógeno estarán situados en el techo por motivos de seguridad, junto al sistema de climatización y la electrónica de potencia. En la parte posterior baja del vehículo tendremos situado el sistema de pila de combustible, formado por la propia pila, el sistema de refrigeración/humidificador y el compresor de aire. El sistema de discos de inercia también estará situado en esta zona, debajo de la pila de combustible. Los motores eléctricos estarán alojados en las llantas de las ruedas traseras y una batería auxiliar, de 24 V, estará situada debajo del asiento del conductor para casos de emergencia. Posteriormente se realiza un análisis comparativo entre vehículo térmico y eléctrico de pila de combustible, comparando la tecnologías de combustión y la de pila de combustible con motores eléctricos, ambas aplicadas a la tracción de vehículos destinados al transporte de mercancías con el objeto de llegar a la conclusión de si es o no equiparable y por tanto viable desde el punto de vista técnico la tecnología de la pila de combustible frente a la térmica.

Las prestaciones de un vehículo no contaminante para el transporte de mercancías en el entorno urbano, son comparables a las de uno convencional de motorización térmica, con un mayor aprovechamiento energético. Se obtiene un vehículo silencioso, espacioso, con una aceleración progresiva y sin vibraciones notables, lo que supone una mejora en el servicio a los ciudadanos. Se evitan también todos los problemas surgidos por desgastes mecánicos, reduciendo con ello el mantenimiento necesario. Con este nuevo diseño se reducirá notablemente los niveles de emisiones contaminantes y como consecuencia una mejora medioambiental de la ciudad, posibilitando su entrada en zonas altamente contaminadas. Con una implantación a gran escala conseguimos además un menor consumo de petróleo y con ello una menor dependencia de los países productores.

"Desarrollo de herramienta de simulación de un sistema de transporte no contaminante para la distribución de mercancías en entorno urbano"

El estudio muestra el desarrollo de una herramienta que permite, analizar y diseñar un sistema de transporte para la distribución capilar de mercancías basado en tecnologías de vehículos híbridos multimodales. Esta herramienta, en primer lugar elabora diseños de vehículos adaptados a la demanda de transporte de mercancías para la distribución capilar en grandes núcleos urbanos.

La herramienta de análisis y simulación permitirá el diseño de nuevos vehículos y mejora de los existentes mediante diseños mecánicos y termodinámicos (estructuras, carrocerías, componentes y sistemas) que mejoren el control y el comportamiento en términos de seguridad, de confort y de emisiones que disminuyan el impacto medio ambiental a partir del desarrollo de estrategias, metodologías y procedimientos aplicables, lo que conlleva un incremento de la calidad e integración de los nuevos sistemas de propulsión basados en tecnologías energéticas más eficientes. Con ello se pretende realizar la investigación y desarrollo de una herramienta de análisis y simulación de las prestaciones y características de nuevos vehículos de transporte basados en nuevos sistemas de propulsión de vehículos no contaminantes, la integración de sus componentes y de las tecnologías de comunicación y localización, análisis de prestaciones y consumos, y desarrollo de sistemas adaptados a las necesidades de carga y descarga.

La aplicación informática, será del tipo recursiva haciendo uso de los datos y resultados de otras fuentes. La clasificación de las diferentes capacidades de la herramienta se enumera a continuación: - Diseño del sistema de tracción eléctrica; motorizaciónes, control de motorización. - Dimensionamiento energético del vehículo, dimensionamiento de la fuente de energía principal y auxiliar. Dimensionamiento de la pilas de combustible necesaria. - Dimensionamiento de la autonomía y capacidad de trabajo. Dimensionamiento de los depósitos de combustible, estudio del hidrógeno - Análisis de prestaciones

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