El bastidor de la cosechadora KTP-2M

Indice1. Introducción 2. Determinación experimental de las tensiones 3. Discusión De Resultados 4. Conclusiones 5. Referencias Bibliográficas

1. Introducción

La estructura metálica de la cosechadora de caña ocupa aproximadamente un 30 porciento del volumen de metal de esta, la disminución de este parámetro garantizando su resistencia y la rigidez durante el tiempo de vida asignado es un problema actual, al cual se dedican innumerables científicos en el planeta [5]. Siendo el bastidor principal de la cosechadora un sistema con un alto grado de hiperestaticidad, para garantizar las condiciones antes mencionadas, es necesario el empleo de métodos modernos de análisis y medición. Para la determinación de las fuerzas actuantes en los elementos del bastidor, es necesario la colocación correcta de los extensómetros eléctricos en función del tipo de sección transversal, esto permitirá la obtención gráfica de la distribución de tensiones en ésta, así como a lo largo de todo el elemento [1,2].

2. Determinación experimental de las tensiones

Secciones rectangulares y circulares de paredes delgadas. En aquellos perfiles que no suponen del alabeo durante la deformación, actúan tres factores de cargas. Es por ello que para la determinación del estado tensional completo de la sección, es necesario la colocación de tres extensométros dirigidos a lo largo del eje axial [7] (Figura 1a y b ). Las expresiones que contemplan las tensiones normales sumarias en los puntos 1, 2 y 3 de la sección se escriben en la siguiente forma:

Resolviendo estas ecuaciones respecto a los factores de carga obtenemos:

Fuerza axial

El momento flector respecto al eje x

El momento flector respecto al eje y

En estas expresiones además de los factores ya descritos:

– tensiones sumarias registradas en los puntos 1, 2 y 3 respectivamente.

– momento de inercia respecto a los ejes centroidales x e y respectivamente.

A – área de la sección transversal.

– coordenadas de los centros de colocación de los extensométros 1, 2 y 3 respectivamente respecto a los ejes centroidales de inercia de la sección transversal.

En el caso general de un perfil abierto (Figura 1c), como es el caso del perfil canal, es suficiente la colocación de cuatro sensores por los cuales se determinan las tensiones en los puntos 1, 2, 3 y 4. La tensión sumaria en estos puntos producto a los factores de carga se determinan mediante la siguiente expresión:

Este sistema de ecuaciones se puede resolver respecto a los factores de carga, aunque en el caso general se obtiene una expresión de una gran complejidad. Teniendo esto en cuenta se resuelven las mismas sabiendo que, en un perfil canal tienen lugar las siguientes condiciones:

Luego de la introducción de estas condiciones en el sistema de ecuaciones (3) y su solución a través de los factores de cargas determinamos:

donde:

B – bimomento.

– áreas sectoriales de inercia respecto a los puntos 1 al 4 respectivamente, se calculan según [6]

Para la medición de las tensiones tangenciales t en dichas secciones, se colocaron dos sensores inclinados a 45° respecto al eje axial en el plano de simetría de la sección y conectados entre sí a un circuito de ½ puente. La deformación unitaria medida en una dirección de 45° con el eje x se determina de la siguiente ecuación de la elasticidad

(5)

donde:

– tensión normal en la dirección de la deformación unitaria 45° y 135°

respectivamente.

m – coeficiente de Poisson.

Las tensiones se determinan de la ecuación

(6)

en la cual se sustituye y entonces para

Después de sustituir en al ecuación (6) se obtiene:

Según las ecuaciones de la Teoría de Elasticidad

la deformación unitaria será igual a

y de aquí la tensión tangencial será igual

pero

Después de sustituir esta relación en la ecuación (7), se obtiene

Obteniéndose de esta forma

MZ = t z.Wt (8)

donde:

MZ – momento torsor en la sección transversal.

Wt – módulo de la sección a torsión, se determina según lo relacionado en [6].

Cada extensómetro será conectado a un circuito de ¼ de puente. Es necesario la colocación de los sensores en dos secciones transversales contiguas por cada tramo del bastidor, de manera que se pueda obtener la distribución de las tensiones por todo lo ancho y largo de las barras que conforman el bastidor principal. Las secciones donde se colocaron los sensores.

3. Discusión De Resultados

Para la medición de las tensiones en el bastidor principal de la cosechadora KTP-2M, formada en lo fundamental por perfiles rectangulares huecos fueron seleccionados un total de 16 secciones transversales con tres sensores en cada sección para la medición de las tensiones normales según figura 1 a), y dos sensores por sección colocados a 450 para la determinación de las tensiones tangenciales para un total de 80 extensómetros o puntos de medición (Fig. 2). Las secciones de la I a la IV, corresponden a las secciones de medición, colocadas en el larguero izquierdo del bastidor principal, las secciones de la V a la VIII, corresponden al lateral izquierdo de la parte trasera del bastidor, de la IX a la XII corresponden al lateral derecho de dicha zona, mientras que las secciones XIII y XIV corresponden a la viga transversal que sirve de tranque a las dos vigas laterales. Todas estas secciones rectangulares huecas. La sección XV y XVI, corresponden a una sección tubular. En la Tabla 1 aparecen los valores de los momentos actuantes en los elementos rectangulares de paredes delgadas que conforman el bastidor principal de la cosechadora KTP, obtenidos a partir de la medición de las cargas estáticas y procesadas con las expresiones 1, 2, 7 y 8.

Tabla 1. Valores de los momentos máximos actuantes en los perfiles rectangulares de paredes delgadas del bastidor principal de la cosechadora KTP-2M.

4. Conclusiones

1. Se han obtenido las expresiones para la determinación de los esfuerzos internos en las secciones transversales de los perfiles de paredes delgadas rectangular, circular y canal.
2. Se obtuvieron a partir de la medición extensométrica, los valores de las fuerzas internas en los perfiles rectangulares de paredes delgadas que componen el bastidor principal de la cosechadora, magnitudes que pueden ser utilizadas para evaluar la resistencia de los mismos y realizar el análisis de la relación óptima entre la altura y la base de este tipo de perfil en función de las mismas [4].

5. Referencias Bibliográficas

1- Androsov, A.A, "Cálculo de la vida útil de los cuerpos de los puentes de los tractores" Revista Tractores y Máquinas Agrícolas. Nro 5, 1989. 2- Androsov, A.A y otros, "Investigación de las cargas de explotación, resistencia y durabilidad del sistema portante de un remolque de heno". Informe técnico. Rostov del Don, RICMA, 1984, 68 pág. 3- Estrada Cingualbres, Roberto y otros, Informe Técnico de la evaluación extensométrica del prototipo KTP-2M. Holguín, 1996. 4- Estrada Cingualbres, Roberto y otros, "Optimización de la sección transversal de los perfiles rectangulares de paredes delgadas". Resumen del evento COMPUMAT’98. Universidad de Holguín, Mayo, 1998. 5- Estrada Cingualbres, Roberto y otros, "Perfeccionamiento del bastidor principal de la cosechadora de caña de azúcar KTP-2M". Ponencia presentada en III Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica. Ciudad de la Habana. Septiembre, 1997. 6- Feodosiev, V.I, Resistencia de Materiales. Editorial Pueblo y Educación. 1974, Tomo I, 305 pág. Tomo II, 375 pág. 7- Zelcerman, I.M, Métodos de electroextensometría en la investigación de la resistencia de las máquinas agrícolas (en Ruso). Editorial Sociedad Científico Técnica de construcción de Maquinaria, Moscú, 1990, 46 pág.

Resumen: Los perfiles de paredes delgadas tienen una amplia utilización en los bastidores de los equipos móviles, entre ellos, los perfiles rectangulares de paredes delgadas tienen cada vez mayor aceptación por su capacidad de soportar satisfactoriamente tanto los momentos flectores en planos perpendiculares entre sí, como los momentos torsores. En el presente trabajo se presenta la forma de colocación de los extensómetros eléctricos en estos tipos de perfiles, así como, las expresiones para la determinación de las fuerzas actuantes en los mismos. Se presentan los resultados de la determinación de las fuerzas internas en el bastidor principal de la cosechadora KTP-2M. Palabras clave: extensómetros, tensión, deformación, bastidor. Abstrac: The thin walk profiles has a wide diffusion as elements of the mobile equipment in the frames, among them, the rectangular profiles of thin walls hone higher approval due its capacity to bear the flector moments in perpendicular plane and torsional moments. This work presents the way to place the electric extensometers in these types of profiles os well as the expressions to the determine the forces acting in then. The results of the determination in the inner forces in the principal frame of the KTP-2M harvester are presented. Key words: strain gage, strees, strain, frame. 1 Dr. Prof. Auxiliar, Centro de Estudios CAD/CAM, Universidad de Holguín, Cuba, E-Mail: roberto[arroba]uho.edu.cu. 2 Dr. Profesor Titular del Departamento de Mecánica. ETS Ingenieros Industriales. Universidad Nacional de Educación a Distancia. Madrid, España. E-Mail: egomez[arroba]ind.uned.es 3 Lic. Prof. Auxiliar, Dpto. de Mecánica, Universidad de Granma, Cuba E-Mail: restradac[arroba]udg.co.cu

Autor:

Roberto Estrada Cingualbres1, Eduardo Gómez García2, Reynaldo Estrada Cingualbres.3