Revista Polo del Conocimiento


Polo del Conocimiento

 

Diseo y construccin de un banco didctico funcional del sistema de frenos mixto en camiones, para el taller de mecnica automotriz del ISTL

 

Design and construction of a functional didactic bench of the mixed brake system in trucks, for the automotive mechanics workshop of the ISTL

 

Jos Vicente Alvarado-Rodrguez I
jalvarado33@hotmail.es 
https://orcid.org/0000-0003-0714-0674

Projeto e construo de uma bancada didtica funcional do sistema misto de freios em caminhes, para a oficina mecnica de automveis do ISTL

 

 

Oscar Daniel Hidalgo-lvarez II
ohidalgo34@gmail.com 
https://orcid.org/0000-0002-2473-3263

Marco Felipe Cabrera-Erazo V
marcofce06@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0001-9947-0536

,Marco Alejandro Sarango-Quezada III
marco110594@gmail.com 
https://orcid.org/0000-0003-1902-8831
Francisco Javier Japon-Ochoa IV
panchojapon0@gmail.com
https://orcid.org/0000-0002-3182-3398
 

 

 

 

 

 

 


Correspondencia: [email protected]

Ciencias tcnicas y aplicadas

Artculo de investigacin

 

*Recibido: 10 de abril de 2021 *Aceptado: 03 de mayo de 2021 * Publicado: 01 de junio de 2021

                               I.            Ingeniero Electromecanico, Prevencin en Riesgos Laborales, Docente del Instituto Superior Tecnolgico Loja, Loja, Ecuador.

                            II.            Estudiante del Instituto Superior Tecnolgico Loja, Loja, Ecuador.

                         III.            Estudiante del Instituto Superior Tecnolgico Loja, Loja, Ecuador.

                         IV.            Estudiante del Instituto Superior Tecnolgico Loja, Loja, Ecuador.

                            V.            Magister en Gestion de Energias, Ingeniero Mecanico Automotriz, Formacin de Formadores, Docente del Instituto Superior Tecnolgico Loja, Loja, Ecuador.

 


Resumen

Para la implementacin del actual banco se investig la informacin tcnica de elementos actuales para evitar posibles fallos durante el funcionamiento, cabe mencionar que son elementos que se encuentran actualmente en nuestro medio local.

En cuanto a la fabricacin de la estructura se utilizaron procesos de corte, soldadura, y pintura que fueron procesos adquiridos durante la carrera tecnolgica en diferentes asignaturas, los cuales nos sirvieron para la realizacin del presente proyecto, con el fin de que el banco est completamente funcional.

Enfatizando en la informacin destacada del sistema de frenos, en diferentes sistemas de frenos existentes: hidrulico, neumticos e hidroneumtica. el freno hidrulico tiene las siguientes piezas: lquido de frenos, cilindro maestro principal, cilindro maestro auxiliar, amplificador de freno, caeras. La composicin del freno neumtico consta de las siguientes partes: compresor de aire, almacenamiento de aire, vlvula de liberacin de aire, vlvula de retencin, manmetro, el sistema de freno neumtico hidrulico es la fusin entre el sistema de frenos hidrulico y el sistema de freno neumtico para vehculos pesados con cargas medias. estas son las diferentes partes mecnicas que componen el sistema de frenos: zapatas de freno, tambor de freno, plato, cilindro auxiliar, caeras, rulimanes y pedal de freno.

Palabras clave: Compresor; frenos; hidrulica; neumtica; tambor.

 

Abstract

For the implementation of the current bank, the technical information of current elements was investigated to avoid possible failures during operation, it is worth mentioning that they are elements that are currently in our local environment.

As for the manufacture of the structure, cutting, welding, and painting processes were used, which were processes acquired during the technological career in different subjects, which helped us to carry out this project, in order for the bank to be.

Emphasizing the outstanding information of the brake system, in different existing brake systems: hydraulic, pneumatic and hydropneumatic. The hydraulic brake has the following parts: brake fluid, master cylinder, auxiliary master cylinder, brake booster, pipes. The composition of the air brake consists of the following parts: air compressor, air storage, air release valve, check valve, pressure gauge, the hydraulic air brake system is the fusion between the hydraulic brake system and the brake system. pneumatic brake for heavy vehicles with medium loads. These are the different mechanical parts that make up the brake system: brake shoes, brake drum, plate, auxiliary cylinder, pipes, rollers and brake pedal

Keywords: Compressor; brakes hydraulics; pneumatics; drum.

 

Resumo

Para a implantao do banco atual, foram investigadas as informaes tcnicas dos elementos atuais para evitar possveis falhas durante a operao, vale ressaltar que so elementos que esto atualmente em nosso ambiente local.

Quanto ao fabrico da estrutura, foram utilizados processos de corte, soldadura e pintura, processos adquiridos ao longo da carreira tecnolgica em diferentes disciplinas, que nos ajudaram a concretizar este projecto, para que o banco fosse totalmente funcional.

Enfatizando a excelente informao do sistema de freio, nos diferentes sistemas de freio existentes: hidrulico, pneumtico e hidropneumtico. O freio hidrulico tem as seguintes peas: fluido de freio, cilindro mestre mestre, cilindro mestre auxiliar, auxiliar de freio, tubos. A composio do freio pneumtico consiste nas seguintes partes: compressor de ar, armazenamento de ar, vlvula de liberao de ar, vlvula de reteno, manmetro, o sistema de freio pneumtico hidrulico a fuso entre o sistema de freio hidrulico e o sistema de freio. Freio pneumtico para pesados veculos com cargas mdias. Estas so as diferentes partes mecnicas que compem o sistema de freio: sapatas de freio, tambor de freio, placa, cilindro auxiliar, tubos, rguas e pedal de freio.

Palavras-chave: Compressor; freios; hidrulica; pneumtica; tambor.

 

Introduccin

Dicho proyecto consiste en la implementacin de un banco didctico funcional del sistema de frenos mixto por medio de conocimientos adquiridos, diseo y construccin con diferentes elementos adecuados para demostrar un correcto funcionamiento y de esta manera poder mejorar el aprendizaje de los alumnos.

El desarrollo del banco didctico se llevar a cabo por partes para obtener un sistema eficaz, en primera instancia se desarrolla una exhaustiva investigacin de los elementos que son ms eficaces a usarse en el desarrollo del proyecto y tener en cuenta las dimensiones de cada uno de ellos por lo que no deben ser tan grandes ni pesados para poder incorporarlos en una estructura diseada y pueda ser transportable al momento de usarla, el sistema de frenado mixto ser rediseado para poder ser acoplado en la estructura y al momento de sus comprobaciones no presente fallas en su correcto funcionamiento.

 

Materiales y Mtodos

Seleccin de materiales

Antes de empezar con el desarrollo de la estructura del banco didctico se realiz la seleccin y compra de todos los elementos imprescindibles para su desarrollo y as lograr evaluar posibles alternativas en cuanto a la calidad, precio y caractersticas necesarias para el desarrollo del banco didctico, a su vez tambin se procedi a la seleccin de los equipos necesarios.

 

Materiales y elementos

Para el desarrollo del banco didctico se requiri de los materiales necesarios, cada material fue debidamente seleccionado tomando en consideracin el diseo de la estructura, sus dimensiones y la funcin que debe emplear el banco didctico.

 

Tabla 1: Listado de materiales y elementos

Cantidad

Material o elemento

26 metros

Tubo cuadrado estructural negro ASTM A 572 de 3.5 cm.

metro

Tubo rectangular estructural negro ASTM A 572 tal de 2.5 cm x 5cm

3 libras

Suelda ANSI/AWS D1.1 de Soldadura Estructural -Acero.

3 planchas

Galvanizadas de 1,22m x 2,44m y 0,9mm de espesor.

1 Funda sellada

Pernos auto perforantes

30

Remaches de

1

Broca de

4 juegos

Tambores y platos

4 juegos

Zapatas

4

Cilindros de freno

1

Pedal de freno

1

Cilindro principal con reservorio

1

Electrovlvula

1

Manmetro neumtico

1

Reservorio

1

Compresor

1

Vlvula de alivio

1

Tapn rosca gruesa

1 metro

Manguera

8

Acoples para la manguera

1

Acople tipo codo

1 litro

Lquido de freno

 

Equipos

Los equipos utilizados para el desarrollo del banco didctico son:

 

Tabla 2: Listado de los equipos

Cantidad

Equipo

1

Soldadora

1

Amoladora

1

Taladro

 

Desarrollo de los mtodos

Para el perfeccionamiento del tema de titulacin es necesario el manejo de mtodos de investigacin cientfica para empezar de una forma ordenada y sistemtica en la obtencin del intelecto y conseguir aplicarlo. Los mtodos a utilizar son:

Con el mtodo bibliogrfico se recolect toda la informacin pertinente para el desarrollo del banco didctico y as lograr tener nocin de las partes a utilizar y a su vez conocer el funcionamiento del sistema de freno mixto o hidroneumtico y como adecuarlo en el banco didctico

Las fuentes de donde se obtienen estos datos son en libros virtuales, manuales de mecnica, revistas y la utilizacin de vdeos.

La indagacin de campo se la realiz en talleres capacitados de acuerdo a nuestro tema de titulacin donde podamos ver vehculos en estado operativo y cuenten con sistemas funcionales. Todo con el propsito de tomar en consideracin los elementos, sus dimensiones y conexiones, con el fin de determinar cul sera el diseo ms ptimo para el desarrollo del banco y obtener un funcionamiento ms cercano al real.

Utilizando el mtodo prctico y la compilacin de toda la informacin, mediante el uso de los mtodos aplicados se realiza la planificacin para la construccin del banco didctico dividido por etapas.

 

Etapa 1: diseo de la estructura

El diseo de la estructura est pensado en todos los elementos que se van a incorporar en el banco didctico teniendo en cuenta que su localizacin debe ser en una zona estable, amplia donde permita la visualizacin de cada uno de los elementos y como a su vez su posicionamiento favorezca a las prcticas de los estudiantes.

La estructura tiene que ser lo ms resistente posible debido a que los elementos a emplearse tienen un peso considerable y sin dejar de lado que al momento de su funcionamiento existirn vibraciones producidas por el compresor y este puede llegar a ser un factor de desgaste, daos y logrando debilitar la estructura. El diseo base de la estructura se realiz por medio de un programa de computador y as obteniendo un plano desarrollado.

 


Figura 1: Plano de la estructura

 

Anticipando la realizacin de la estructura se tom en cuenta el peso de todos los elementos que conformarn el sistema de frenado mixto con el fin de distribuir correctamente su peso

 

Tabla 3: Peso de los elementos

ELEMENTOS

PESO DE LOS ELEMENTOS

4 tambores y platos de freno

8 kg .

Reservorio

2 kg

Compresor

18 kg

Vlvula de freno

2 kg

 

Sumando todos esto elementos nos da un total de 30 kg que deber soportar la estructura por lo cual el material utilizado es, el acero ASTM A 572 por sus caractersticas de dureza especificadas en su ficha tcnica

 


Figura 2: Caractersticas Mecnicas, (Aceros Otero, s.f.)

 

Etapa 2: divisin y ensamblaje de los tubos para el montaje de las planchas metlicas en la estructura

Para realizar la estructura del presente proyecto se procedi a la diseccin de los tubos metlicos de acuerdo a las medidas establecidas en el diseo de la estructura.

 

 


Figura 3: Diseccin de los tubos metlicos

 

Despus se procedi soldar los tubos metlicos formando la estructura, todo esto lo podemos observar.

 


Figura 4: Soldado de una seccin de la estructura

 

A continuacin, se procedi a marcar las dimensiones necesarias en las planchas metlicas para su posterior corte e instalacin de las planchas metlicas en la estructura, obteniendo como resultado una superficie que nos servir para el montaje de los elementos.

 


Figura 5: Instalacin de las planchas metlicas en la estructura del banco didctico

 

El uso de las planchas metlicas galvanizadas aparte de servir como una superficie para el montaje de los elementos tambin est pensado tambin para la parte esttica del banco didctico ya que al pasar en el taller de la carrera est propenso a ensuciarse y gracias a su superficie galvanizada se facilita su limpieza.

 

Etapa 3: montaje de los elementos del sistema hidroneumtico

Platos y tambores

El tambor y plato de freno se lo coloc en la parte superior central de la estructura, donde se encuentran los refuerzos de la estructura todo esto con el fin que sean visibles al momento de las demostraciones, a cada tambor se le sold un pedazo de tubo rectangular en la parte trasera y soldado a la estructura Anexo VIII.

Tres de los cuatro tambores sern funcionales esto con la finalidad de que con el cuarto tambor los alumnos del ITSL puedan realizar prcticas con el desarme del mismo y puedan identificar cada uno de sus elementos internos.

 


Figura 6: Platos y tambores

 

Cilindro principal con reservorio

Tambin llamado cilindro maestro tiene la funcin de almacenar y a su vez enviar liquido por las caeras que conforman el sistema de freno, aqu es recomendable siempre tener una buena presin del fluido para lo cual es se debe verificar el nivel ptimo en el reservorio, es por esto que decidimos ponerlo junto a los tambores en la esquina de la parte superior de la estructura por el motivo del reservorio debe estar en una superficie recta y visible

 


Figura 7: Cilindro principal con reservorio

 

Electrovlvula

 


Figura 8: Electrovlvula

 

Una vez colocado las piezas principales del sistema de freno, procedemos a instalar la vlvula electromecnica lo cual nos ayudar a controlar el paso del fluido por el conducto, esto nos permitir accionar el freno neumtico que generalmente se lo conoce como hidroneumtico, aqu su visualizacin se encuentra en la parte trasera del tambor deshabilitado para practicas

 

Compresor y reservorio

El compresor lo utilizamos para bombear aire del ambiente y comprimirlo dentro del tanque a una cierta presin, adems para obtener la suficiente cantidad de aire utilizamos un reservorio para as obtener aire comprimido tanto en el compresor como el reservorio, resaltando que un sistema de freno hidroneumtico utiliza una gran cantidad de aire para el correcto funcionamiento del mismo.

Al compresor se lo coloc en la parte inferior dentro de la estructura ya que al ser un elemento grande este sera un obstculo para obtener una buena visibilidad de los tambores, por otra parte, el tanque de reservorio se lo ubic en la parte superior en la parte central de los 4 tambores

 


Figura 9: Compresor y reservorio

 

Manmetro neumtico

Colocamos un manmetro con el fin de medir la presin con la que est almacenado el aire comprimido, en el caso que el indicador nos muestra una presin baja inmediatamente se lo recupera mediante el accionamiento del compresor, por esta razn se procedi a colocar el manmetro encima del tanque reservorio de aire con el objetivo de que se pueda observar el valor de la presin que se muestra en el sistema.

 


Figura 10: Manmetro neumtico

 

Cilindro neumtico

El cilindro neumtico lo utilizamos con el objetivo de obtener energa cintica mediante la presin que se ejerce del aire comprimido, de esta manera se logra mover o hacer funcionar mecanismos para lo cual en este caso son elementos que conforman el sistema de freno hidroneumtico, la ubicacin de dicha pieza se la coloco junto al cilindro principal que es accionado por el pedal gracias a este sistema logramos un frenado eficaz, optimo, y preciso en el accionamiento del freno.

Es una pieza mecnica la cual generalmente debe ser accionada mediante el pie, pero por la ubicacin en el banco ser accionada por medio de la mano, su funcin principal es transmitir el esfuerzo a un mecanismo en este caso al sistema hidroneumtico que a travs de la vlvula del pedal modula el flujo del aire hacia las cmaras de frenos, para lo cual se lo ubico en la parte superior

junto a los tambores con el fin de que sea ms prctico a la hora de ejecutar la accin del mismo

 


Figura 11: Cilindro neumtico

 

Funcionamiento general del banco didctico

El funcionamiento de este banco didctico inicia desde el momento en el que se presiona el pedal el cual al momento de ser presionado acta sobre el lquido de freno envindolo por medio de las caeras hacia los cilindros de cada rueda eso sera para las ruedas delanteras en cambio para las traseras al momento de presionar lo al pedal este enva la presin hacia un trompo el cual activa una electrovlvula que a su vez permite el paso de aire hacia las vlvulas de las ruedas traseras las cuales accionan las heces y hacen que fren el vehculo. La presin de aire que se necesita para que la ruedas traseras acciones o trabajen eficazmente es de 6 bares.

Este tipo de sistema de frenos vino acoplado en vehculos de carga los cuales las ruedas delanteras con lquido y las traseras con aire por el peso del vehculo que se necesitaba ms eficacia al momento de realizar el frenado por lo cual se agreg este sistema que es ms eficaz que el sistema que traen los automviles que slo hidrulico.

En este banco didctico se logr acoplar este sistema que viene en camiones y a su vez adaptando piezas para que el funcionamiento sea similar al que viene en los camiones pero su eficacia es la misma y si se obtiene un correcto frenado, con el sistema hidroneumtico se logra altas presiones de frenado con componentes muy pequeos los cuales hacen que el frenado sea eficaz con tiempos mnimos de reaccin todo esto gracias a la mezcla de estos dos componentes tanto el hidrulico como el neumtico

 


Figura 12: diagrama del banco didactico

 

Resultados y Discusin

Comprobacin de la presin en el sistema hidroneumtico

Una vez culminado el banco didctico se procedi hacer la prueba de fugas del aire comprimido todo esto lo podramos comparar sabiendo la presin que haba en el circuito de 6 bares, procedentes del compresor, una vez culminada la prueba y no encontrar fugas existentes, se determin que las instalaciones de las caeras fueron exitosas.

 

Comprobacin del sistema de frenado hidroneumtico

Se realizaron las debidas pruebas con el fin de determinar el funcionamiento correcto del sistema, pruebas como:

Se comprob el correcto funcionamiento de la electrovlvula al momento de accionar el pedal y as esta tendra que activarse al momento de que el pedal toca un pulsador colocado en la parte posterior del mismo (final de carrera del pedal); se procedi a comprobar el correcto funcionamiento del cilindro principal mediante su activacin y asegurndonos que el lquido de freno llegue con la adecuada presin.

 

Conclusiones

Con la ayuda del programa computarizado se puedo optimizar el trabajo, ya que con el plano de la estructura del banco didctico se pudo determinar donde sern colocados los elementos neumticos eh hidrulicos con el fin de que no existan deformaciones de la estructura y obtener una buena visualizacin de cada uno de los elementos.

Todos los elementos utilizados fueron debidamente indagados para as obtener una ptima funcionalidad y no se presenten inconvenientes, teniendo en cuenta que los elementos fueron adaptados a un banco didctico.

Una vez construido el banco didctico se realizaron sus debidas comprobaciones para asesorarnos que todos los elementos trabajen adecuadamente y rectificar cualquier anomala en su funcionamiento.

 

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2020 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/)

 

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