Vehículos y Material Móvil

"Proceso de diseo de un innovador concepto de semirremolque tipo baera para el transporte de materiales ridos"

A da de hoy, los principales objetivos en el diseo de vehculos baera son el lograr un aligeramiento de la estructura y alcanzar una elevada resistencia a abrasin de los principales componentes. Para cumplir estos objetivos, se ha estudiado la incorporacin de materiales ligeros y configuraciones de ltima generacin, como aleaciones de aluminio, aceros de alta resistencia especfica y estructuras tipo sndwich. A lo largo de las ltimas dcadas se ha producido un incremento de notable importancia en la incorporacin 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 diseos habrn de cumplir con los requerimientos de rigidez y resistencia impuestos a la estructura.

Se mostrarn diferentes configuraciones de vehculos baera, describiendo las diferencias existentes entre los modelos estndar y la nuevo chasis, denominado Caja Redonda, la cual supone un concepto innovador de geometra y estructura. Para conocer el comportamiento de la estructura sujeta cargas tanto a cargas estticas como dinmicas, correspondientes a las condiciones ms crticas de funcionamiento desde un punto de vista mecnico, se realizaron diversas simulaciones basadas en el M.E.F. Uno de los casos de carga ms 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. As 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 diseo lo constituye la estructura del suelo, compuesta por una chapa de acero XAR 450 y estructuras tipo sndwich. Tambin se muestran los resultados obtenidos en trminos de deformaciones, tensiones y deformacin plstica, as como tablas donde se resumen la influencia en el comportamiento de la estructura de los distintos parmetros de diseo. Se han llevado a cabo ensayos sobre el vehculo real, utilizando para tal propsito galgas extensomtricas, acelermetros y relojes comparadores. Se obtuvieron correlaciones experimentales comparando los resultados obtenidos de los clculos numricos con los obtenidos experimentalmente. Finalmente, se utilizaron los resultados obtenidos de estas simulaciones para optimizar el diseo de los vehculos, desarrollando un nuevo prototipo aligerado, que proporciona una solucin alternativa frente al concepto estndar de este tipo de vehculos.

"Estructura tipo sandwich: Una configuracin ptima para el diseo de chasis aligerados de semirremolques"

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

Las distintas estructuras han sido analizadas mediante simulaciones numricas basadas en el MEF (Mtodo 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 configuracin de materiales metlicos 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 accin 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 est sometida a fuertes cargas de flexin para las cuales una configuracin tipo sndwich presenta una excelente respuesta proporcionado, adems, un aligeramiento importante de la estructura actual.

Esta modificacin ha sido analizada numricamente 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 incorporacin de pieles de acero en el sndwich y otro de aluminio). Posteriormente, los prototipos han sido ensayados mediante extensometra bajo el caso de carga comentado anteriormente obteniendo una serie de resultados que permiten validar los modelos numricos utilizados. En posteriores fases, se ha extendido este tipo de configuracin al resto de las zonas y componentes en donde sea posible cumpliendo siempre con los criterios tanto de rigidez como de resistencia exigidas segn los diferentes tipos de maniobra realizados por el vehculo. Principalmente, se ha tenido en cuenta la realizacin de la denominada maniobra de giro de radio mnimo especialmente desfavorable para este tipo de vehculos. Actualmente, se estn desarrollando nuevos prototipos que incorporan las novedades mencionadas anteriormente obteniendo unas estructuras novedosas en las que, adems 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.

"Clculo, diseo, optimizacin y ensayo de un concepto innovador de chasis de semirremolque aligerado"

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

Las distintas estructuras han sido analizadas mediante su simulacin numrica basada en el M.E.F. (Mtodo 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 realizacin de la denominada maniobra de giro de radio mnimo especialmente desfavorable para este tipo de vehculos.

Los distintos modelos numricos utilizados han sido validados mediante la realizacin de ensayos experimentales de tipo extensomtrico obteniendo valores de deformacin en puntos crticos de la estructura. El conjunto de correlaciones numrico-experimentales obtenido en cada uno de los puntos de medida ser tenido en cuenta en posteriores fases del estudio. Por ltimo, se ha procedido al rediseo y optimizacin de algunos de los componentes del semirremolque obteniendo un concepto innovador de vehculo 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 fabricacin 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 diseo exigidos con un menor peso total.

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

En este artculo se desarrolla el proceso de obtencin de un concepto innovador en el mundo de los vehculos pesados como es el del diseo de una bancada de ensayos de fatiga destinada al anlisis de estructuras de semirremolque de grandes dimensiones.

Este tipo de vehculos se ve sometido a importantes solicitaciones mecnicas 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 numricas de los modelos considerados complementadas, principalmente, con la realizacin de distintos tipos de ensayos sobre las mismas. Esto permite obtener distintas correlaciones numrico-experimentales que permiten validar los modelos analticos optimizando el proceso de diseo de las diferentes estructuras. Una de las problemticas actuales bajo este punto de vista radica en las limitaciones existentes, sobre todo en cuanto a tamao y versatilidad, de las bancadas y mquinas de ensayos existentes para este tipo de tipo de aplicaciones y vehculos. 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, adems de una gran innovacin tecnolgica, una mejora el proceso de diseo de este tipo de vehculos.

Respecto a las solicitaciones actuantes sobre estos vehculos cabe destacar las creadas como consecuencia de la denominada giro de radio mnimo en la cual el semirremolque se encuentra cargado y realizando un giro a 90 respecto de la cabina tractora. La repeticin 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 aceleracin, frenada, giro en curva, bacheado, etc. Segn 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 estudiarn en detalle sistemas de aplicacin de cargas, adquisicin y tratamiento de datos, monitorizacin y sensorizacin, as como de todo lo necesario para llevar a buen fin el proyecto.

"Diseo de vehculo elctrico propulsado con pila de combustible para su aplicacin en la distribucin de mercancas y su comparacin con vehculos de propulsin trmica"

El estudio aborda el diseo y anlisis comparativo de un diseo de vehiculo elctrico de pila de combustible, para su utilizacin en labores de distribucin de mercancas. La energa que necesita un vehculo ser suministrada por una pila de combustible del tipo de membrana polimrica (PEMFC) en forma de energa elctrica que alimentar el sistema tractor formado por motores elctricos de induccin, sncronos, de imanes permanentes y acoplados directamente a las ruedas traseras, por lo que no ser necesaria caja de cambios ni diferencial mecnico alguno. De esta manera, se consigue un habitculo ms amplio para la carga, consiguiendo diseos de plataforma muy baja.

Un sistema de diferencial electrnico controlar el correcto funcionamiento de los motores. Para cubrir las necesidades de picos de potencia (aceleraciones, subidas, etc.) se instalar un sistema auxiliar de energa. El combustible, que alimentar la pila, ser gas hidrgeno comprimido en depsitos situados en el techo del vehculo. Constar de direccin asistida que facilite su maniobrabilidad, suspensin activa que evitar que el vehculo se balancee y frenos ABS. La velocidad mxima que alcanzar ser similar a las de los vehculos actuales. Los depsitos de hidrgeno estarn situados en el techo por motivos de seguridad, junto al sistema de climatizacin y la electrnica de potencia. En la parte posterior baja del vehculo tendremos situado el sistema de pila de combustible, formado por la propia pila, el sistema de refrigeracin/humidificador y el compresor de aire. El sistema de discos de inercia tambin estar situado en esta zona, debajo de la pila de combustible. Los motores elctricos estarn alojados en las llantas de las ruedas traseras y una batera auxiliar, de 24 V, estar situada debajo del asiento del conductor para casos de emergencia. Posteriormente se realiza un anlisis comparativo entre vehculo trmico y elctrico de pila de combustible, comparando la tecnologas de combustin y la de pila de combustible con motores elctricos, ambas aplicadas a la traccin de vehculos destinados al transporte de mercancas con el objeto de llegar a la conclusin de si es o no equiparable y por tanto viable desde el punto de vista tcnico la tecnologa de la pila de combustible frente a la trmica.

Las prestaciones de un vehculo no contaminante para el transporte de mercancas en el entorno urbano, son comparables a las de uno convencional de motorizacin trmica, con un mayor aprovechamiento energtico. Se obtiene un vehculo silencioso, espacioso, con una aceleracin progresiva y sin vibraciones notables, lo que supone una mejora en el servicio a los ciudadanos. Se evitan tambin todos los problemas surgidos por desgastes mecnicos, reduciendo con ello el mantenimiento necesario. Con este nuevo diseo se reducir notablemente los niveles de emisiones contaminantes y como consecuencia una mejora medioambiental de la ciudad, posibilitando su entrada en zonas altamente contaminadas. Con una implantacin a gran escala conseguimos adems un menor consumo de petrleo y con ello una menor dependencia de los pases productores.

"Desarrollo de herramienta de simulacin de un sistema de transporte no contaminante para la distribucin de mercancas en entorno urbano"

El estudio muestra el desarrollo de una herramienta que permite, analizar y disear un sistema de transporte para la distribucin capilar de mercancas basado en tecnologas de vehculos hbridos multimodales. Esta herramienta, en primer lugar elabora diseos de vehculos adaptados a la demanda de transporte de mercancas para la distribucin capilar en grandes ncleos urbanos.

La herramienta de anlisis y simulacin permitir el diseo de nuevos vehculos y mejora de los existentes mediante diseos mecnicos y termodinmicos (estructuras, carroceras, componentes y sistemas) que mejoren el control y el comportamiento en trminos de seguridad, de confort y de emisiones que disminuyan el impacto medio ambiental a partir del desarrollo de estrategias, metodologas y procedimientos aplicables, lo que conlleva un incremento de la calidad e integracin de los nuevos sistemas de propulsin basados en tecnologas energticas ms eficientes. Con ello se pretende realizar la investigacin y desarrollo de una herramienta de anlisis y simulacin de las prestaciones y caractersticas de nuevos vehculos de transporte basados en nuevos sistemas de propulsin de vehculos no contaminantes, la integracin de sus componentes y de las tecnologas de comunicacin y localizacin, anlisis de prestaciones y consumos, y desarrollo de sistemas adaptados a las necesidades de carga y descarga.

La aplicacin informtica, ser del tipo recursiva haciendo uso de los datos y resultados de otras fuentes. La clasificacin de las diferentes capacidades de la herramienta se enumera a continuacin: - Diseo del sistema de traccin elctrica; motorizacines, control de motorizacin. - Dimensionamiento energtico del vehculo, dimensionamiento de la fuente de energa principal y auxiliar. Dimensionamiento de la pilas de combustible necesaria. - Dimensionamiento de la autonoma y capacidad de trabajo. Dimensionamiento de los depsitos de combustible, estudio del hidrgeno - Anlisis de prestaciones

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