Diseño y cálculo del bastidor de un vehículo cosechador de fresas

Transcripción

1 2. El bastidor de un vehículo Llamamos bastidor a una estructura rígida en la que se fijan de una forma u otra los distintos elementos y grupos mecánicos que componen el automóvil: motor, grupos de transmisión, carrocerías, etc. El bastidor de un vehículo además de soportar el peso de todos los elementos debe soportar las sobrecargas de uso, lo que incluye no solo el peso de la carga y de los ocupantes del vehículo, sino también las cargas dinámicas originadas por el funcionamiento de distintos elementos y por el propio movimiento del vehículo. Un bastidor en su forma fundamental está constituido por dos piezas largas, situadas a cada lado del eje longitudinal del vehículo, llamadas largueros, unidas por medio de otras más cortas, en número variable denominadas travesaños. Fig. 2.1 Bastidor de una pala retroexcavadora 2.1. Clases de bastidores Bastidor independiente Como toda la estructura del vehículo, al comienzo de su historia, el diseño del bastidor se copió de los que se empleaban en los carruajes de la época, basado en dos largueros longitudinales, enlazados entre sí mediante travesaños. 11

2 El bastidor es por tanto una estructura constituida por un armazón de vigas o largueros usualmente de acero a lo largo del vehículo, unidas mediante travesaños soldados, atornillados o remachados, dispuestos transversal o diagonalmente. El elemento así formado posee una elevada resistencia y rigidez, constituyendo la base o bastidor sobre el que se montan los órganos mecánicos y la carrocería, por lo que recibe y absorbe todos los esfuerzos de flexión y torsión derivados del normal funcionamiento del motor y la marcha del vehículo. Habitualmente, cuando sobre el bastidor se han montado todos los elementos mecánicos hablamos entonces de chasis. Fig. 2.2 Conjunto de carrocería y chasis independientes La carrocería constituye la envoltura externa del vehículo y carece de funciones de resistencia. La carrocería se atornilla al bastidor a través de unas juntas de caucho quedando perfectamente fijada. El sistema de carrocería y chasis independientes presenta una serie de ventajas: Gran resistencia, permitiendo transportar cargas elevadas. Elevada rigidez para poder soportar grandes cargas estáticas y dinámicas. Sin embargo, en el automóvil este sistema ya no se utiliza debido a: Gran aumento del peso del vehículo Centro de gravedad más alto, lo que disminuye la estabilidad y aumenta el coeficiente aerodinámico. Mayor coste de fabricación. 12

3 Esta técnica de construcción era la única utilizada hasta 1923, año en el que se lanzó el primer automóvil con estructura monocasco. Las carrocerías autoportantes, a lo largo del siglo XX, fueron sustituyendo al chasis independiente. Actualmente sólo se construyen con bastidor independiente vehículos industriales (camiones, autocares, etc.), y en vehículos todoterreno Bastidor plataforma La plataforma portante está constituida por un chasis aligerado formado por la unión, mediante soldadura por puntos, de varias chapas que forman una base fuerte y sirve a la vez de soporte de las partes mecánicas y posteriormente de la carrocería. La carrocería puede unirse a la plataforma mediante dos técnicas: Atornillada a la plataforma. Mediante soldadura por puntos o remaches. Debido a la elevada rigidez que proporciona la plataforma, la estructura de la carrocería puede ser más ligera y además llevar numerosos elementos desmontables. Fig. 2.3 Moderno ejemplo de un bastidor de plataforma 13

4 Carrocería autoportante Esta configuración es la más utilizada por los fabricantes de automóviles. Toda la estructura del vehículo forma parte esencial del bastidor. Se parte del concepto de hacer una estructura metálica envolvente constituida por la unión de elementos de chapa de diferentes formas y espesores, es decir, se construye una caja resistente que se soporta a si misma y a los elementos mecánicos que se fijen sobre ella. Fig. 2.4 Carrocería autoportante Este sistema constructivo tiene una serie de ventajas frente a lo demás: Dota al vehículo de una gran ligereza, estabilidad y rigidez. Facilita la fabricación en serie, por lo que son más económicas. Tienen un centro de gravedad más bajo por lo que mejora la estabilidad de marcha del vehículo. Disminución de vibraciones y ruidos, proporcionando confort a los ocupantes del vehículo. 14

5 2.2. Diseño de los bastidores Existen casi tantos tipos de bastidores de largueros longitudinales como fabricantes y modelos de vehículos hay en el mercado, ya que cada vehículo está destinado a un uso concreto y cuenta con unas características técnicas y dimensiones propias. Además, el uso de materiales y procesos de fabricación diferentes también resultan en unas dimensiones específicas de los perfiles de cada bastidor. A continuación se presentan los bastidores más utilizados en los vehículos industriales: Perfil en U Los bastidores cuyos largueros se forman a partir de perfiles en U se encuentran principalmente en camiones rígidos, autobuses y remolques, y es por eso que son los más utilizados en el conjunto de los vehículos industriales. Sus características mecánicas y formas con paredes exteriores planas los hacen ideales para situar sobre ellos superestructuras y bastidores auxiliares que añaden mayor resistencia a la estructura portante en el proceso de carrozado de camiones. Este tipo de perfil abierto permite la flexión en los largueros, sin que se exponga el material a tensiones innecesarias y proporciona a los travesaños una resistencia suficiente para absorber las fuerzas laterales Perfil cajeado La construcción de caja se emplea en muchos bastidores convencionales, en especial cuando se necesita resistencia y rigidez adicional; la sección de caja se construye con dos perfiles en forma de U Perfil en doble T Los bastidores construidos a partir de perfiles de doble T se encuentran únicamente en semirremolques y algunos modelos de remolques. La característica principal de este tipo de bastidor se muestra en la facilidad constructiva para el cambio de sección del mismo, en concreto del alma del perfil. Este hecho permite la construcción de semirremolques y plataformas de carga de dimensiones y formas complejas, como los semirremolques tipo góndola, utilizados para el transporte de cargas especiales. 15

6 2.3. Tipos de bastidores Los bastidores suelen diseñarse con diferentes formas y geometría, en función de diversas solicitaciones como resistencia, distribución especial de carga, flexiones y torsiones elevadas, etc En escalera (o en H) Consiste en dos largueros laterales de chapa laminada con perfil cajeado o en C, paralelos o no, unidos mediante una serie de travesaños. En su día fue uno de los más utilizados, aunque en la actualidad solo se usa en camiones y furgones ligeros, debido a su gran solidez. Fig. 2.5 Bastidor en escalera En columna (o en X) Este bastidor se estrecha por el centro, proporcionando al vehículo una estructura rígida, diseñada para contrarrestar los puntos de torsión elevada. El travesaño delantero es muy robusto para servir de fijación a los anclajes de las suspensiones delanteras. 16

7 Perimétrico En este tipo de bastidor, los largueros soportan la carrocería en la parte más ancha, ofreciendo mayor protección en caso de impacto lateral. Presentan una configuración escalonada detrás y delante de las ruedas delanteras y traseras, respectivamente, para formar una estructura de caja de torsión, que en caso de impacto frontal, absorbe gran parte de la energía generada Tubular Este tipo de bastidor nace de la necesidad de obtener estructuras más ligeras y esbeltas. Son estructuras tipo celosía, dando lugar a un conjunto muy rígido y ligero. Este diseño se emplea sobre todo en vehículos de competición, en los que la carrocería exterior tiene una misión estética y aerodinámica. Tienen un elevado coste de fabricación. Fig. 2.6 Bastidor tubular 17