El bastidor de la cosechadora KTP-2M

Indice
1.
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