Ciencias técnicas y aplicadas
Artículo de investigación
Evaluación del sistema de frenado hidráulico y neumático en vehículos industriales pesados y semi pesados
Note of the hydraulic and pneumatic braking system in heavy and semi heavy industrial vehicles
Nota do sistema de frenagem hidráulica e pneumática em veículos industriais pesados e semi-pesados
José Vicente Alvarado-Rodríguez I
jvalvarado@tecnologicoloja.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-0714-0674
Jorge Diego Gómez-Masa II
https://orcid.org/0000-0002-0484-5356
*Recibido: 27 de febrero de 2020 *Aceptado: 29 de marzo de 2020 * Publicado: 16 de abril de 2020
I. Ingeniero Electromecánico, Docente en el Instituto Superior Tecnológico Loja, Loja, Ecuador.
II. Docente en el Instituto Superior Tecnológico Loja, Loja, Ecuador.
Resumen
En el presente artículo se destaca el funcionamiento de los circuitos neumáticos del sistema de frenado en vehículos industriales pesados y semipesado tomando como referencias fuentes bibliográficas de gran relevancia como (WABCO BVBA, 2011/2013) de igual forma se estudiara en funcionamiento de los circuitos hidráulicos en vehículos industriales semipesados empleando puntos de referencia como (ferrer, 2011) se comprendió el funcionamiento del sistema neumático el comportamiento de los fluidos y reacciones en la calzada de prueba.
Una vez comprendido el funcionamiento destacamos los problemas presentes en la ciudad de Loja-Ecuador con los vehículos industriales semipesados a la larga los cuales llevan equipado un sistema de frenos hidráulicos. Nos dimos cuenta de su ineficiencia en terrenos abruptos de la provincia a la hora de trabajar con cargas sobrepuestas; cabe recalcar la funcionalidad real del vehículo para realizar un trabajo sin embargo esta membrecía queda descartada para las localidades con pocos recursos económicos los cuales se ven en la necesidad de adquirir vehículos menos costosos, pero con un rendimiento elevado del motor. Para solventar el desgaste de los sistemas hidráulicos se diseña el sistema neumático suplente para el vehículo HINO FB 1986.
En los resultados de frenado al realizar esta sustitución resalto la eficiencia a la hora de frenar con el nuevo sistema en menos de la mitad que con los sistemas hidráulicos.
Palabras claves: Circuitos; eficiencia; frenado; hino; neumáticos; Wabco.
Abstract
This article highlights the operation of the pneumatic circuits of the braking system in heavy and light-duty industrial vehicles, taking as reference bibliographical sources of great relevance such as (WABCO BVBA, 2011/2013). In light-heavy industrial vehicles using reference points such as (Ferrer, 2011), the operation of the pneumatic system, the behavior of fluids and reactions on the test road were understood.
Once the operation is understood, we highlight the problems present in the city of Loja-Ecuador with semi-heavy industrial vehicles, which in the long run are equipped with a hydraulic brake system. We realized its inefficiency on rough terrain in the province when working with overlapping loads; It is necessary to emphasize the real functionality of the vehicle to carry out a job, however this membership is ruled out for the localities with few economic resources which are in need of acquiring less expensive vehicles, but with high engine performance. To replace the wear on the hydraulic systems, the pneumatic substitute system for the HINO FB 1986 vehicle is designed.
In the braking results when carrying out this replacement, I highlight the efficiency when braking with the new system in less than half that with the hydraulic systems.
Keywords: Circuits; efficiency; braking; hino; tires; Wabco.
Resumo
A gestão da Responsabilidade Social nas organizações é considerada algo estratégico para manter um relacionamento de longo prazo com as partes interessadas. As cooperativas de poupança e crédito da província de Azuay não são exceção; no entanto, eles executam seus programas e os resultados são sintetizados no Balanço Social; sem considerar as informações financeiras para analisar o retorno financeiro dos diferentes programas, limitando a tomada de decisão. O objetivo da pesquisa é projetar uma ferramenta de gestão para a análise do retorno financeiro da implementação de estratégias de Responsabilidade Social no COACS do segmento um da província de Azuay. A pesquisa foi não experimental, com abordagem mista, com escopo descritivo - explicativo, na coleta de dados foram utilizadas as técnicas da entrevista, da pesquisa e da revisão documental. Portanto, como resultado, é projetada uma ferramenta financeira que inclui planejamento, programas, objetivos, indicadores e a análise do retorno financeiro.
Palavras-chave: Responsabilidade social; grupos de interesse; retorno financeiro; equilíbrio social; cooperativas de crédito
Introducción
1 Compresor
2 Secador con regulador de
presión
3 Válvula cuádruple de protección de circuito
4 Depósito de aire
5 Cinta tensora
6 Conexión de prueba
7 Válvula de purga
8 Válvula de retención
9 Válvula de freno de la cabeza tractora con regulador integrado del eje delantero
10 Válvula del freno de mano con control de remolque
11 Válvula de relé
12 Actuador de pistón
13 Actuador de membrana
14 Actuador regulable ASR
15 Electroválvula de control
direccional 3/2 vías
16 Actuador Tristop®
17 Válvula de escape rápido
18 Válvula ALB
19 Cuerpo elástico
20 Válvula de control del remolque
21 Cabezal de acoplamiento,
alimentación
22 Cabezal de acoplamiento, freno
23 Válvula de dos vías
24 Testigos de control del ABS
25 Lámpara de información
26 Conector del remolque ABS
27 Cable de prolongación para sensor
28 Cable magnético
29 Casquillo
30 Soporte del sensor
31 Sensor con cable
32 Corona dentada
33 Electroválvula ABS
34 Sistema electrónico
35 Módulo de información
36 Interruptor de presión
37 Válvula proporcional
38 Válvula de control direccional
3/2 vías
figura 2 sistema hidráulico de frenado
Fase 1 Análisis del objetivo general de la investigación
¿Porque evaluar el sistema de frenos hidráulicos y neumáticos en camiones de carga?
Se evalúa los dos sistemas con el fin de conocer las desventajas y ventajas de cada uno de los sistemas.
Según (optimus@bicicletasmilan.com, 2020) los repuestos en el sistema hidráulico son demasiado costosos debido a su alta gama y son difíciles de encontrar y repararlos requiere de muchas herramientas. Sin embargo, no se descarta todas sus ventajas que a pesar de todo se destacan en:
Funcionar en cualquier clima, en especial, es la humedad.
Son más eficientes al frenar.
Prácticamente no requieren ningún esfuerzo para frenar.
Necesitan poco mantenimiento.
Por otro lado, la ventaja en los frenos neumáticos según (C.V, 2019) se debe a la existencia de recursos para generar la acción de frenado, ya que el fluido “aire” que interviene en el sistema proviene del medio ambiente, por lo que “no se agotara”, en cambio los sistemas a líquido de frenos si puede terminarse y necesitaran un cambio constante del fluido.
La ventaja de los sistemas hidráulicos los cuales accionan los frenos frente a los sistemas neumáticos es su simple funcionamiento ya que en este sistema el fluido retorna a su depósito y no necesita tiempo de carga, pero los sistemas neumáticos necesitan de un tiempo de carga con el fin de llenar sus depósitos de aire. Por estas acciones hemos descartado el uso de líquido de frenos en los camiones.
¿Con que fin se estudiara el funcionamiento el sistema de frenos neumáticos e hidráulicos en camiones semipesados?
Uno de los fines a estudiar estos tipos de sistemas es demostrar las ventajas que presentas bajo ciertas condiciones de manejo; tomando en cuenta el terreno y la accesibilidad a los repuestos.
En este caso se realizó el análisis en la ciudad de Loja- Ecuador, se tomó en cuenta el acceso a los repuestos y obviamente el terreno llegando a la conclusión de que, al no disponer de muchos recursos en ciertas localidades, los llevan a la adquisición de vehículos los cuales no están destinados a ciertos trabajos. Dando como consecuencias desfavorables resultados en el trabajo.
Fines con el que ¿Se retirarán los frenos hidráulicos del HINO FB 1998?
Al destacar ciertas desventajas trabajando con camiones semipesados los cuales sus sistemas de frenos no son los ideales bajo ciertas condiciones se tomará en cuenta el potencial máximo del motor por ejemplo el HINO FB 1998 que dispone de frenos mixtos.
Este camión fue adquirido por el municipio para labores comunitarias y trabajo pesado. La disposición de estos frenos no le permite trabajar en óptimas condiciones se consideró que no era factible adquirir un nuevo camión a causa de lo invertido y que un nuevo equipo optimizado será más costoso se buco nuevas alternativas de las ya existentes.
Se retirarán los frenos hidráulicos del sistema normal y se le adjuntaran sistemas neumáticos los cuales son más eficientes a la hora de trabajar con carga pesada.
¿Para qué se determinará las distancias de frenado en diferentes condiciones?
Según (marialara@autoescuelapitlane.com., 2013) se lo realiza a cada vehículo con el fin de garantizar su confiabilidad a la hora de visualizar un obstáculo y detener el vehículo. En nuestro caso con el único fin de garantizar y demostrar la eficiencia de estos sistemas neumáticos ya que lógicamente frenaran en menor distancia.
Fase 2: desarrollo del objetivo planteado
Metodología experimental |
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Selección de Materiales |
Diseño del circuito básico |
Acoplamiento de los materiales |
Comprobación del nuevo sistema neumático |
Resultados experimentados en la calzada |
Selección de los materiales para el diseño del sistema Neumático |
Esquematización del circuito Neumático de frenos. |
Implementación del sistema Neumático de frenado. |
Pruebas de frenado debidamente estandarizadas. Bajo la Normativa de la comisión Europea |
Diferencias de distancia de frenado con Carga Máxima y Peso Seco. |
Características del camión seleccionado
Descripción
3.8 L, 4 cyl, diésel, 150 hp, A/T, spring susp, 5500 lb frt, 11000 lb rears, 150 in. WB, 16 ft 6 in. Body
Z |
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Año |
1996 |
Motor |
Chasis |
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Fabricante |
HINO |
Caballo de fuerza |
111.85 kw |
Suspension |
De resortes |
Modelo |
FB |
Tipo de motor |
3.8 L, 4 cyl |
Cantidad de ejes traseros |
Simple |
Año |
1996 |
Tipo de combustible |
Diésel |
Neumáticos |
235/85R16 |
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Peso bruto del vehículo |
7,500.15 kg |
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Peso de Eje Delantero |
2,500.2 kg |
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Peso de Eje Trasero |
4,999.95 kg |
Materiales
Materiales equipo:
1 juego de llaves desde 8mm hasta la 32mm
1 juego de dados desde 8mm hasta 32mm
1 amoladora
1 soldadora
1 llave de cruz
1 combo
1 martillo
1 taladro
2 gatas hidráulicas6 bancadas
Material como remplazo para el camión HINO FB 1998 fuera de cabina.
1 compresor de aire manual
2 cámaras o actuador de doble accionamiento 30/30
2 cámaras sencillas tipo 30 para el freno de maquina
4 ratchets homologados para las cámaras de freno
1 válvula de freno de pie doble circuito
1 Kits de mantenimiento para secador y gobernador de aire
1 Kit de reparación válvula relay, pedal doble circuito.
2 acumuladores de presión
1 secador de aire
1 válvula de parqueo
1 juego de cañerías homologadas para el sistema de frenos del Ford 30
1 juego de extensiones de válvula (mangueras reforzadas) homologadas por las válvulas
1 válvula de desfogue 3/8 por 3/8
Equipos de remplazo para el camión HINO FB 1998 dentro de cabina.
1válvula principal del freno universal.
1 válvula de parqueo universal.
1 juego de cornetas del Mercedes Actros con su respectivo interruptor.
10m de manguera de hidráulica respectivamente la boquilla de las cornetas.
Diseño
Diseño esquemático del circuito
Basándonos en los circuitos propuestos en la investigación se puede tomar una orientación de ciertos circuitos con un parecido en su funcionamiento y reconstruir un nuevo sistema o en su defecto por temas de seguridad a licencias por derecho podemos optar por un circuito digitar de simulación como es el (Flash, 2020)
Para este caso se reconstruyo un circuito prexistente de uno libre a nivel mundial:
Simulación del circuito neumático
Activación de los frenos principales a las cuatro ruedas
En modo: Freno de estacionamiento
Acoplamiento
Procedimiento para el desmontaje de todo el sistema de frenos por líquido.
a. Se deberá retirar o sangra todo el líquido que forma parte del sistema de frenos por líquido.
b. Empleando la herramienta adecuada se debe empezar por retirar el cilindro del freno junto a la bomba que lo conforma.
c. Identificar las cañerías o ductos que contenían el líquido de freno y de igual forma se procede a retirarlas.
d. En el eje de corona se soldará las bases para colocar las cámaras de aire tanto para las ruedas delanteras como las traseras.
figura 6 Demostración de los actuadores de doble efecto
figura 7 Demostración de los actuadores neumáticos de doble efecto
figura 8 Actuador simple de doble efecto para los neumáticos delanteros
a. Todas estas soldaduras se tendrán que realizar con la minuciosa paciencia y respetando el margen de error.
b. En el chasis de igual forma se soladora las bases para sujetar las válvulas de desfogue.
figura 9 válvula de distribución para los actuadores
a. Empleando las cañerías se deberá conectar la válvula a las cámaras de aire.
b. De igual forma se conectará la válvula distribuidora tanto para las ruedas delanteras como las traseras.
figura 10 válvula de distribución
figura 11 ruedas delanteras
a. Para el freno de maquina se tendrá que retirar la botella convencional impulsada por liquido hidráulico y en su lugar se colocara una cama de aire.
figura 12 Actuador para el freno de maquina
a. Dentro de la cabina se acoplará la válvula de freno (válvula del pedal de freno).
b. En tal caso de no acoplarse con facilidad se deberá amoldar en la bandeja de pedales el diámetro correspondiente.
c. Cerca del volante se colocará la válvula de estacionamiento.
figura 13 válvula de accionamiento manual
a. A un costado del camión se instalará los acumuladores de aire.
figura 14 acumulador de aire “calderin”
a. Conjuntamente se instalará las respectivas válvulas la cual controla el freno de máquina.
figura 15 válvula de rebose
a. Finalmente se conectarán las mangueras. Para esto nos ayudaremos del circuito ya elaborado con anterioridad.
Comprobaciones y Resultados
PRUEBAS DINAMICA DE FRENADO DEL HINO FB 1998 |
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prueba en asfalto seco |
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velocidad |
distancia tecnica |
distancia real en trabajo |
Equipado con sistema hidraulico |
110 km/h |
90m |
90m ±10% |
60km/h |
49,1m |
50m ±10% |
|
50km/h |
40,9m |
41m ±10% |
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Equipado con sistema neumatico |
110km/h |
45m |
45,1m±10% |
60km/h |
24,5m |
24,6m±10% |
|
50km/h |
20,4m |
20,3±10% |
Conclusiones
l Se evalúo el sistema de frenos hidráulicos y neumáticos en camiones de carga de manera universal.
l Se estudió y comprendió el funcionamiento el sistema de frenos neumáticos e hidráulicos en camiones semipesados.
l Se logró retirar los frenos hidráulicos del HINO FB 1998 y se lo sustituyo por el juego de frenos neumáticos alternos.
l Se determinó las distancias de frenado en diferentes velocidades
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