UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

PROGRAMA DE WORKING ADULT

CARRERA DE INGENIERIA INDUSTRIAL

TRABAJO FINAL

CURSO: RESISTENCIA DE MATERIALES

TEMA: CALCULO DE LAS CARGAS INTERNAS, EXTERNA Y SU RESISTENCIA MECANICA EN LAS CONDICIONES CRITICAS DE LOS ESLABONES DE LA GRUA CAMION TADANO DURANTE EL IZAJE DE LA CARGA MAXIMA POSIBLE.

PROFESOR: MAXIMO HUAMBACHANO MARTEL

CICLO: QUINTO

INTEGRANTES: EDWIN CALDERON CHAVARRIA. JUNIOR HUARI FLORES LUIS VENEGAS FLORES

LIMA 2014

TEMA: CALCULO DE LAS CARGAS INTERNAS, EXTERNAS Y SU RESISTENCIA MECANICA EN LAS CONDICIONES CRITICAS DE LOS ESLABONES DE LA GRUA CAMION TADANO DURANTE EL IZAJE DE LA CARGA MAXIMA POSIBLE

Lima Per

2014

RESUMEN DEL TRABAJO: CALCULO DE LAS CARGAS INTERNAS, EXTERNAS Y SU RESISTENCIA MECANICA EN LAS CONDICIONES CRITICAS DE LOS ESLABONES DE LA GRUA CAMION TADANO DURANTE EL IZAJE DE LA CARGA MAXIMA POSIBLE

I. Definicin de la carga a izar mediante la gra camin TADANO de 12380 kg de capacidad bruta.II. Verificar las caractersticas del piso donde van a colocarse los dos apoyos de la gra que ayudaran a las llantas del camin.III. Verificar que las conexiones de las mangueras hidrulicas del circuito oleo hidrulico sean hermticas tanto bajo carga y en vacio.IV. Arranque del motor oleo hidrulico bajo el accionamiento del motor de combustin interna del camin y cebado con fluido hidrulico al circuito oleo hidrulico.V. Definicin de cargas en el momento de mxima exigencia de la Gra camin TADANO de 12380 kg de capacidad bruta. Las cargas que se van a calcular en los

VI. Eslabones y apoyos del mecanismo ser bajo la accin de cargas externas definidas para situaciones crticas en las que pueda fallar.VII. Realizamos el diagrama de cuerpo libre del camin apoyado en las llantas y estabilizadores.VIII. Realizamos el diagrama de cuerpo libre del mecanismo gra camin con todos sus eslabones juntos.IX. Realizamos el diagrama de cuerpo libre de cada uno de los eslabones del mecanismo gra camin.X. Realizar los diagramas de carga axial, fuerza cortante y momento torzor.XI. Realizar un anlisis de eslabones sometidos a comprensin para definir su pandeo crtico en funcin de su esbeltez.XII. Calculamos los esfuerzos de tensin y cortante mximas con las cargas combinadas en todos los eslabones del mecanismo Gra Camin.XIII. Verificamos la resistencia de los materiales del que estn formados los diferentes eslabones de la Gra camin. Para as prevenir posibles fallas por cargas excesivas

DESARROLLO DEL TRABAJOINTRODUCCIONEl presente trabajo tiene por finalidad estimar las cargas estticas y dinmicas que se presentan en la operacin de izado de una carga por medio de la gra camin TADANO de 12,580 de capacidad bruta.Luego estimar estas cargas para una situacin, lo mas critica posible, calculamos las cargas internas que se presentan en los eslabones que conforman el mecanismo de la gra camin TADANO. Esto se realiza mediante los diagramas de fuerza axial, diagrama de fuerza cortante y diagrama de momento flector del eslabn mas critico del mecanismo gra. Luego de acuerdo a las cargas estticas o dinmicas que se presentan estimamos o recomendamos un factor de seguridad para el material de acero estructural A-36 que se utiliza en el presente trabajo.Con la tabla de las normas resistencia de materiales escogemos los esfuerzos de diseo que se van a utilizar en este trabajo.Las secciones de las eslabones lo definimos de antemano para as poder calcular el mximo valor posible de carga que se va a elevar.

1. ANTECEDENTES DE GRUAS EN GENERALEs un aparato de elevacin de funcionamiento discontinuo, destinado a elevar y distribuir las cargas mediante un gancho suspendido de un cable, desplazndose por un carro a lo largo de una pluma. La gra es orientable y su soporte giratorio se monta sobre la parte superior de una torre vertical, cuya parte inferior se une a la base de la gra. La gra torre suele ser de instalacin temporal, y est concebida para soportar frecuentes montajes y desmontajes, as como traslados entre distintos emplazamientos. Se utiliza sobretodo en las obras de construccin. Est constituida esencialmente por una torre metlica, con un brazo horizontal giratorio, y los motores de orientacin, elevacin y distribucin o traslacin de la carga.La torre de la gra puede empotrarse en el suelo, inmovilizada sin ruedas o bien desplazarse sobre vas rectas o curvas. Las operaciones de montaje deben ser realizadas por personal especializado. Asimismo las operaciones de mantenimiento y conservacin se realizarn de acuerdo con las normas dadas por el fabricante.La gra se compone de tres partes cabeza con brazos, torre desmontable y base. La primera, cabeza con brazos, esta dimensionada de acuerdo a la influencia de las caractersticas de cargas y alcances. La segunda, torre desmontable, esta dimensionada principalmente por la influencia de la caracterstica de altura. La tercera est afectada por la influencia de las dos anteriores y tiene como misin principal la estabilidad tanto durante la carga como cuando no est funcionando la gra. Para este punto tambin habr que tener en cuenta la posibilidad de movilidad de la gra.2.- PARTES DE LA GRUAMSTIL: Consiste en una estructura de celosa metlica de seccin normalmente cuadrada, cuya principal misin es dotar a la gra de altura suficiente. Normalmente est formada por mdulos de celosa que facilitan el transporte de la gra. Para el montaje se unirn estos mdulos, mediante tornillos, llegando todos unidos a la altura proyectada. Su forma y dimensin vara segn las caractersticas necesarias de peso y altura.

En la parte superior del mstil se sita la zona giratoria que aporta a la gra un movimiento de 360 horizontales. Tambin segn el modelo puede disponer de una cabina para su manejo por parte de un operario.

Para el acceso de operarios dispondr de una escala metlica fijada a la estructura.FLECHA: Es una estructura de celosa metlica de seccin normalmente triangular, cuya principal misin es dotar a la gra del radio o alcance necesario. Su forma y dimensin vara segn las caractersticas necesarias de peso y longitud. Tambin se le suele llamar pluma.Al igual que el mstil suele tener una estructura modular para facilitar su transporte.Para desplazarse el personal especializado durante los trabajos de montaje, revisin y mantenimiento a lo largo de la flecha dispondr de un elemento longitudinal, cable fiador, al que se pueda sujetar el mosquetn del cinturn de seguridad.

CONTRAFLECHA: La longitud de la contra flecha oscila entre el 30 y el 35 % de la longitud de la pluma. Al final de la contra flecha se colocan los contrapesos. Esta unido al mstil en la zona opuesta a la unin con la flecha. Est formada una base robusta formada por varios perfiles metlicos, formando encima de ellos una especie de pasarela para facilitar el paso del personal desde el mstil hasta los contrapesos. Las secciones de los perfiles dependern de los contrapesos que se van a colocar.

CONTRAPESO: Son estructuras de hormign prefabricado que se colocar para estabilizar el peso y la inercia que se produce en la flecha gra. Deben estabilizar la gra tanto en reposo como en funcionamiento.Tanto estos bloques como los que forman el lastre deben de llevar identificado su peso de forma legible e indeleble.LASTRE: Puede estar formada por una zapata enterrada o bien por varias piezas de hormign prefabricado en la base de la gra. Su misin es estabilizar la gra frente al peso propio, al peso que pueda trasladar y a las condiciones ambientales adversas (viento).

CARRO: Consiste en un carro que se mueve a lo largo de la flecha a travs de unos carriles. Este movimiento da la maniobrabilidad necesaria en la gra. Es metlico de forma que soporte el peso a levantar.

CABLES Y GANCHO: El cable de elevacin es una de las partes ms delicadas de la gra y, para que d un rendimiento adecuado, es preciso que sea usado y mantenido correctamente. Debe estar perfectamente tensado y se har un seguimiento peridico para que, durante su enrollamiento en el tambor no se entrecruce, ya que dara lugar a aplastamientos.El gancho ir provisto de un dispositivo que permite la fcil entrada de cables de las eslingas y estrobos, y de forma automtica los retenga impidiendo su salida si no se acta manualmente.

3.- ACCIONAMIENTO DE LA GRUA CON MOTORES:La gra ms genrica est formada por cuatro motores elctricos: Motor de elevacin: permite el movimiento vertical de la carga. Motor de distribucin: da el movimiento del carro a lo largo de la pluma. Motor de orientacin: permite el giro de 360, en el plano horizontal, de la estructura superior de la gra. Motor de translacin: desplazamiento de la gra, en su conjunto, sobre carriles. Para realizar este movimiento es necesario que la gra este en reposo.

4.- CLASIFICACIN DE LAS GRUASGRA TORRE FIJA O ESTACIONARIA: Gra torre cuya base no posee medios de translacin o que poseyndolos no son utilizables en el emplazamiento, o aquellas en que la base es una fundacin o cualquier otro conjunto fijo.GRA TORRE DESPLAZABLE EN SERVICIO: Es aquella cuya base est dotada de medios propios de traslacin sobre carriles u otros medios y cuya altura mxima de montaje es tal que sin ningn medio de anclaje adicional sea estable tanto en servicio, como fuera de servicio, para las solicitaciones a las que vaya a estar sometida.GRA TORRE DESMONTABLE: Gra torre, concebida para su utilizacin en las obras de construccin u otras aplicaciones, diseada para soportar frecuentes montajes y desmontajes, as como traslados entre distintos emplazamientos. GRA TORRE AUTO DESPLEGABLE: Gra pluma orientable en la que la pluma se monta sobre la parte superior de una torre vertical orientable, donde su parte inferior se une a la base de la gra a travs de un soporte giratorio y que est provista de los accesorios necesarios para permitir un rpido plegado y desplegado de la torre y pluma.

GRA TORRE AUTOS DESPLEGABLES MONOBLOC: Gra torre auto desplegable cuya torre est constituida por un solo bloque y que no requiere elementos estructurales adicionales para su instalacin, que puede ir provista de ruedas para facilitar su desplazamiento.GRA TORRE TREPADORA: Gra torre instalada sobre la estructura de una obra en curso de construccin y que se desplaza de abajo hacia arriba por sus propios medios al ritmo y medida que la construccin progresa

I. DEFINICIN DE LA CARGA A IZAR MEDIANTE LA GRA CAMIN TADANO DE 12380 KG DE CAPACIDAD BRUTA.

La carga que se va a izar con la gra TADANO que tenemos tiene un peso W en general que queremos maximizar, considerando la resistencia de los eslabones del mecanismo.

II. VERIFICAR LAS CARACTERSTICAS DEL PISO DONDE VAN A COLOCARSE LOS DOS APOYOS DE LA GRA QUE AYUDARAN A LAS LLANTAS DEL CAMIN.Antes de la operacin de la gra camin se tiene que posicionar con los elementos que se muestran.

Esta disposicin aunque es para un camin gra en general contiene todos los elementos necesarios para la disposicin inicial para el izaje de carga con el equipo TADANO.

Sobre el rea mnima en que se va a apoyar tenemos la relacin:

La base tiene que ser uniforme para evitar accidentes:

De la tabla el suelo limeo es Grava compactada: CP = 25 N/cm2.

III. VERIFICAR QUE LAS CONEXIONES DE LAS MANGUERAS HIDRULICAS DEL CIRCUITO OLEO HIDRULICO SEAN HERMTICAS TANTO BAJO CARGA Y EN VACIO.

Por seguridad se tiene que verificar las disposiciones que se enumeran a continuacin, que prevendr accidentes inesperados en el trabajo.Para el operario tenemos las recomendaciones que siguen a continuacin:

IV. ARRANQUE DEL MOTOR OLEO HIDRULICO BAJO EL ACCIONAMIENTO DEL MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA DEL CAMIN Y CEBADO CON FLUIDO HIDRULICO AL CIRCUITO OLEO HIDRULICO.

PRINCIPIO DE SISTEMA ARRANQUE HIDRULICOGras fcilmente pueden levantar objetos debido a su sistema hidrulico. En el mbito de la fsica, tales operaciones son compatibles por de Pascal principio de transmisin de fluidos presin. Segn esta ley, Presin ejercida en cualquier lugar en un fluido incompresible confinado se transmite igualmente en todas las direcciones en todo el lquido que la proporcin de presin sigue siendo el mismo. En estos sistemas, la fuerza que se aplica directamente en un cilindro se transmite a otro utilizando fluido incompresible de en forma de aceite.

PROCESO DEL SISTEMA HIDRULICOSistemas hidrulicos trabajan obligando a lquido no comprimible de un cilindro a otro para que sean funcionales. Esto puede explicarse mejor utilizando un ejemplo simple de este mtodo. Dos pistones se colocan en dos cilindros conectadas con un tubo lleno de lquido no comprimible. Cuando se aplica energa fsica hacia abajo a un pistn (una entrada) el segundo pistn (salida uno) se inserta en un movimiento contrario (ascendente) debido a la fuerza que se transmite por el aceite en la tubera.

Sistema de motor y mando hidrulico de la gra camin TADANA.

V. DEFINICIN DE ELEMENTOS Y CARGAS EN EL MOMENTO DE MXIMA EXIGENCIA DE LA GRA CAMIN TADANO DE 12380 KG DE CAPACIDAD BRUTA.

Las cargas que se van a calcular en los eslabones y apoyos del mecanismo ser bajo la accin de cargas externas definidas para situaciones crticas en las que pueda fallar.En el diagrama de cuerpo libre del camin con la gra y la carga en un piso de grava compactada.

EL CAMION GRUA CON TODOS SUS ELEMENTOS DEFINIDOSLos elementos del mecanismo gra son:Eslabn 1: Parante de la gra con seccin tubular rectangularMaterial: De acero A 36; de seccin recta 30x15 cm, espesor 3 cm y longitud 1.5 metros

Eslabn 2: Eje de pistn hidrulico con seccin circularMaterial: De acero Bohler de alta resistencia y dureza; de seccin recta 8cm de dimetro y longitud 1.0 metros.

Eslabn 3: Eslabn superior de la gra con seccin tubular rectangularMaterial: De acero A 36; de seccin recta 30x15 cm, espesor 3 cm y longitud 3.0 metros Eslabn 4: Pasadores del elevador de la gra con seccin circular macizo de 5cm de diametroMaterial: De acero A 36

Eslabn 5: Eslabn de soporte del elevador de la gra con seccin tubular 10 cm de dimetro externo de 2.5 cm de espesor.Material: De acero A 36

VI. REALIZAMOS EL DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DEL CAMIN APOYADO EN LAS LLANTAS Y ESTABILIZADORES.

Las cargas estimadas en Kilogramos son:WG = 3000 kg; peso de la gra.WC = 2330 kg, peso del camin.Wo = Carga mxima posible a ser estimado.RA y RC, reacciones sobre las llantas del pisoRB, reaccin sobre el estabilizador desde el piso

DISEO DEL AREA DEL ESTABILISADORSabemos por la relacin:

Por la propiedad del terreno que:

Suelo limeo es Grava Compactada: CP = 2.5 Kg/cm2Para el caso crtico tenemos que soporta todo el peso bruto del camin gra:rea de estabilizacin: 2500 cm con Coeficiente de seguridadLo que genera un rea en cada zapata del estabilizador de 50x50 cm de rea apoyado en la base del piso.

VII. REALIZAMOS EL DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DEL MECANISMO GRA CAMIN CON TODOS SUS ESLABONES JUNTOS.

En el mecanismo de la gra sola tenemos:

Por momentos en A tenemos: ; por tanto;Luego: = 6000+6WoPor: ; tenemos; RAX = 0Por: ; tenemos; RAY = 3000 + WoEstos valores nos servirn para maximizar el valor de Wo conociendo la resistencia del pasador A que soporta las cargas combinadas.

VIII. REALIZAMOS EL DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DE CADA UNO DE LOS ESLABONES DEL MECANISMO GRA CAMIN.En el eslabn 1 tenemos las cargas:

Como: RAY = 3000 + Wo y = 6000+6WoPor momentos en C tenemos: ; RB cos45x1 (6000 + 6 Wo) = 0Por tanto; RB = 8485.28 +8.485WoRCY = RB sen45 - RAYRCY = ( 8485.28 +8.485Wo) sen45 - (3000 + Wo)RCY = 6000 + 6 Wo 3000 - WoCon lo cual: RCY = 5Wo +3000Anlogo en el eje X: RCX = 6Wo +6000

En el eslabn 2 tenemos las cargas: COMPRESION

Por equilibrio tenemos: RB = 8485.28 +8.485WoEn el eslabn 3 tenemos las cargas:

En el eslabn 5 tenemos las cargas: TRACCION

En el eslabn 4 tenemos:Eslabn 4: Pasadores del elevador de la gra con seccin circular macizo de 5cm de diametroMaterial: De acero A 36Como: RAY = 3000 + Wo y = 6000+6Wo

El momento torzor es: OBS:10 kg/mm2, resistencia del acero A36J: momento polar de inercia: ;

Operando tenemos: 6000 + 6Wo