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Dise�o y construcci�n de un banco did�ctico funcional del sistema de frenos mixto en camiones, para el taller de mec�nica 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

 

�Projeto e constru��o de uma bancada did�tica funcional do sistema misto de freios em caminh�es, para a oficina mec�nica de autom�veis do ISTL

 

 

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Correspondencia: jalvarado33@hotmail.es

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de investigaci�n

 

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

                               I.            Ingeniero Electromecanico, Prevenci�n en Riesgos Laborales, Docente del Instituto Superior Tecnol�gico Loja, Loja, Ecuador.

                            II.            Estudiante del Instituto Superior Tecnol�gico Loja, Loja, Ecuador.

                         III.            Estudiante del Instituto Superior Tecnol�gico Loja, Loja, Ecuador.

                         IV.            Estudiante del Instituto Superior Tecnol�gico Loja, Loja, Ecuador.

                            V.            Magister en Gestion de Energias, Ingeniero Mecanico Automotriz, Formaci�n de Formadores, Docente del Instituto Superior Tecnol�gico Loja, Loja, Ecuador. �

 

Resumen

Para la implementaci�n del actual banco se investig� la informaci�n t�cnica 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 fabricaci�n de la estructura se utilizaron procesos de corte, soldadura, y pintura que fueron procesos adquiridos durante la carrera tecnol�gica en diferentes asignaturas, los cuales nos sirvieron para la realizaci�n del presente proyecto, con el fin de que el banco est� completamente funcional.

Enfatizando en la informaci�n destacada del sistema de frenos, en diferentes sistemas de frenos existentes: hidr�ulico, neum�ticos e hidroneum�tica. el freno hidr�ulico tiene las siguientes piezas: l�quido de frenos, cilindro maestro principal, cilindro maestro auxiliar, amplificador de freno, ca�er�as. La composici�n del freno neum�tico consta de las siguientes partes: compresor de aire, almacenamiento de aire, v�lvula de liberaci�n de aire, v�lvula de retenci�n, man�metro, el sistema de freno neum�tico hidr�ulico es la fusi�n entre el sistema de frenos hidr�ulico y el sistema de freno neum�tico para veh�culos pesados con cargas medias. estas son las diferentes partes mec�nicas que componen el sistema de frenos: zapatas de freno, tambor de freno, plato, cilindro auxiliar, ca�er�as, rulimanes y pedal de freno.

Palabras clave: Compresor; frenos; hidr�ulica; neum�tica; 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 implanta��o do banco atual, foram investigadas as informa��es t�cnicas dos elementos atuais para evitar poss�veis falhas durante a opera��o, vale ressaltar que s�o elementos que est�o atualmente em nosso ambiente local.

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

Enfatizando a excelente informa��o do sistema de freio, nos diferentes sistemas de freio existentes: hidr�ulico, pneum�tico e hidropneum�tico. O freio hidr�ulico tem as seguintes pe�as: fluido de freio, cilindro mestre mestre, cilindro mestre auxiliar, auxiliar de freio, tubos. A composi��o do freio pneum�tico consiste nas seguintes partes: compressor de ar, armazenamento de ar, v�lvula de libera��o de ar, v�lvula de reten��o, man�metro, o sistema de freio pneum�tico hidr�ulico � a fus�o entre o sistema de freio hidr�ulico e o sistema de freio. Freio pneum�tico para pesados ve�culos com cargas m�dias. Estas s�o as diferentes partes mec�nicas que comp�em o sistema de freio: sapatas de freio, tambor de freio, placa, cilindro auxiliar, tubos, r�guas e pedal de freio.

Palavras-chave: Compressor; freios; hidr�ulica; pneum�tica; tambor.

 

Introducci�n

Dicho proyecto consiste en la implementaci�n de un banco did�ctico funcional del sistema de frenos mixto por medio de conocimientos adquiridos, dise�o y construcci�n con diferentes elementos adecuados para demostrar un correcto funcionamiento y de esta manera poder mejorar el aprendizaje de los alumnos.

El desarrollo del banco did�ctico se llevar� a cabo por partes para obtener un sistema eficaz, en primera instancia se desarrolla una exhaustiva investigaci�n de los elementos que son m�s 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 dise�ada y pueda ser transportable al momento de usarla, el sistema de frenado mixto ser� redise�ado para poder ser acoplado en la estructura y al momento de sus comprobaciones no presente fallas en su correcto funcionamiento.

 

Materiales y M�todos

Selecci�n de materiales

Antes de empezar con el desarrollo de la estructura del banco did�ctico se realiz� la selecci�n y compra de todos los elementos imprescindibles para su desarrollo y as� lograr evaluar posibles alternativas en cuanto a la calidad, precio y caracter�sticas necesarias para el desarrollo del banco did�ctico, a su vez tambi�n se procedi� a la selecci�n de los equipos necesarios.�����

 

Materiales y elementos

Para el desarrollo del banco did�ctico se requiri� de los materiales necesarios, cada material fue debidamente seleccionado tomando en consideraci�n el dise�o de la estructura, sus dimensiones y la funci�n que debe emplear el banco did�ctico.��

 

Tabla 1: Listado de materiales y elementos

 

Equipos

Los equipos utilizados para el desarrollo del banco did�ctico son:

 

Tabla 2: Listado de los equipos

 

Desarrollo de los m�todos

Para el perfeccionamiento del tema de titulaci�n es necesario el manejo de m�todos de investigaci�n cient�fica para empezar de una forma ordenada y sistem�tica en la obtenci�n del intelecto y conseguir aplicarlo. Los m�todos a utilizar son:

Con el m�todo bibliogr�fico se recolect� toda la informaci�n pertinente para el desarrollo del banco did�ctico y as� lograr tener noci�n de las partes a utilizar y a su vez conocer el funcionamiento del sistema de freno mixto o hidroneum�tico y como adecuarlo en el banco did�ctico

Las fuentes de donde se obtienen estos datos son en libros virtuales, manuales de mec�nica, revistas y la utilizaci�n de v�deos.

La indagaci�n de campo se la realiz� en talleres capacitados de acuerdo a nuestro tema de titulaci�n donde podamos ver veh�culos en estado operativo y cuenten con sistemas funcionales. Todo con el prop�sito de tomar en consideraci�n los elementos, sus dimensiones y conexiones, con el fin de determinar cu�l ser�a el dise�o m�s �ptimo para el desarrollo del banco y obtener un funcionamiento m�s cercano al real.���

Utilizando el m�todo pr�ctico y la compilaci�n de toda la informaci�n, mediante el uso de los m�todos aplicados se realiza la planificaci�n para la construcci�n del banco did�ctico dividido por etapas.

 

Etapa 1: dise�o de la estructura

El dise�o de la estructura est� pensado en todos los elementos que se van a incorporar en el banco did�ctico teniendo en cuenta que su localizaci�n debe ser en una zona estable, amplia donde permita la visualizaci�n de cada uno de los elementos y como a su vez su posicionamiento favorezca a las pr�cticas de los estudiantes.�

La estructura tiene que ser lo m�s resistente posible debido a que los elementos a emplearse tienen un peso considerable y sin dejar de lado que al momento de su funcionamiento existir�n vibraciones producidas por el compresor y este puede llegar a ser un factor de desgaste, da�os y logrando debilitar la estructura. El dise�o 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 realizaci�n de la estructura se tom� en cuenta el peso de todos los elementos que conformar�n el sistema de frenado mixto con el fin de distribuir correctamente su peso

 

Tabla 3: Peso de los elementos

 

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 caracter�sticas de dureza especificadas en su ficha t�cnica

 

Figura 2: Caracter�sticas Mec�nicas, (Aceros Otero, s.f.)

 

Etapa 2: divisi�n y ensamblaje de los tubos para el montaje de las planchas met�licas en la estructura

Para realizar la estructura del presente proyecto se procedi� a la disecci�n de los tubos met�licos de acuerdo a las medidas establecidas en el dise�o de la estructura.

 

 

Figura 3: Disecci�n de los tubos met�licos

 

Despu�s se procedi� soldar los tubos met�licos formando la estructura, todo esto lo podemos observar.

 

Figura 4: Soldado de una secci�n de la estructura

 

A continuaci�n, se procedi� a marcar las dimensiones necesarias en las planchas met�licas para su posterior corte e instalaci�n de las planchas met�licas en la estructura, obteniendo como resultado una superficie que nos servir� para el montaje de los elementos.

 

Figura 5: Instalaci�n de las planchas met�licas en la estructura del banco did�ctico

 

El uso de las planchas met�licas galvanizadas aparte de servir como una superficie para el montaje de los elementos tambi�n est� pensado tambi�n para la parte est�tica del banco did�ctico 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 hidroneum�tico

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 ser�n funcionales esto con la finalidad de que con el cuarto tambor los alumnos del ITSL puedan realizar pr�cticas con el desarme del mismo y puedan identificar cada uno de sus elementos internos.�

 

Figura 6: Platos y tambores

 

Cilindro principal con reservorio

Tambi�n llamado cilindro maestro tiene la funci�n de almacenar y a su vez enviar liquido por las ca�er�as que conforman el sistema de freno, aqu� es recomendable siempre tener una buena presi�n 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

 

Electrov�lvula

 

Figura 8: Electrov�lvula

 

Una vez colocado las piezas principales del sistema de freno, procedemos a instalar la v�lvula electromec�nica lo cual nos ayudar� a controlar el paso del fluido por el conducto, esto nos permitir� accionar el freno neum�tico que generalmente se lo conoce como hidroneum�tico, aqu� su visualizaci�n 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 presi�n, adem�s 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 hidroneum�tico 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 ser�a un obst�culo 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

 

Man�metro neum�tico

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

 

Figura 10: Man�metro neum�tico

 

Cilindro neum�tico

El cilindro neum�tico lo utilizamos con el objetivo de obtener energ�a cin�tica mediante la presi�n 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 hidroneum�tico, la ubicaci�n 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 mec�nica la cual generalmente debe ser accionada mediante el pie, pero por la ubicaci�n en el banco ser� accionada por medio de la mano, su funci�n principal es transmitir el esfuerzo a un mecanismo en este caso al sistema hidroneum�tico que a trav�s de la v�lvula del pedal modula el flujo del aire hacia las c�maras de frenos, para lo cual se lo ubico en la parte superior

junto a los tambores con el fin de que sea m�s pr�ctico a la hora de ejecutar la acci�n del mismo

 

Figura 11: Cilindro neum�tico

 

Funcionamiento general del banco did�ctico

El funcionamiento de este banco did�ctico inicia desde el momento en el que se presiona el pedal el cual al momento de ser presionado act�a sobre el l�quido de freno envi�ndolo por medio de las ca�er�as hacia los cilindros de cada rueda eso ser�a para las ruedas delanteras en cambio para las traseras al momento de presionar lo al pedal este env�a la presi�n hacia un trompo el cual activa una electrov�lvula que a su vez permite el paso de aire hacia las v�lvulas de las ruedas traseras las cuales accionan las heces y hacen que fren� el veh�culo. La presi�n 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 veh�culos de carga los cuales las ruedas delanteras con l�quido y las traseras con aire por el peso del veh�culo que se necesitaba m�s eficacia al momento de realizar el frenado por lo cual se agreg� este sistema que es m�s eficaz que el sistema que traen los autom�viles que s�lo hidr�ulico.

�En este banco did�ctico 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 hidroneum�tico se logra altas presiones de frenado con componentes muy peque�os los cuales hacen que el frenado sea eficaz con tiempos m�nimos de reacci�n todo esto gracias a la mezcla de estos dos componentes tanto el hidr�ulico como el neum�tico

 

Figura 12: diagrama del banco didactico

 

Resultados y Discusi�n

Comprobaci�n de la presi�n en el sistema hidroneum�tico

Una vez culminado el banco did�ctico se procedi� hacer la prueba de fugas del aire comprimido todo esto lo podr�amos comparar sabiendo la presi�n que hab�a 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 ca�er�as fueron exitosas.

 

Comprobaci�n del sistema de frenado hidroneum�tico

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

�Se comprob� el correcto funcionamiento de la electrov�lvula al momento de accionar el pedal y as� esta tendr�a 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 activaci�n y asegur�ndonos que el l�quido de freno llegue con la adecuada presi�n.

 

Conclusiones

Con la ayuda del programa computarizado se puedo optimizar el trabajo, ya que con el plano de la estructura del banco did�ctico se pudo determinar donde ser�n colocados los elementos neum�ticos eh hidr�ulicos con el fin de que no existan deformaciones de la estructura y obtener una buena visualizaci�n 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 did�ctico.

Una vez construido el banco did�ctico se realizaron sus debidas comprobaciones para asesorarnos que todos los elementos trabajen adecuadamente y rectificar cualquier anomal�a en su funcionamiento.

 

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� 2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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