diseÑo y cÁlculo de un elevador de vehÍculos de tipo tijera en

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a UNIVERSIDAD DE JAÉN Escuela Politécnica Superior de Linares

Trabajo Fin de Grado

______

DISEÑO Y CÁLCULO DE UN

ELEVADOR DE VEHÍCULOS DE

TIPO TIJERA

Alumno: Pedro Jiménez Santos

Tutor: Prof. D. Luis Antonio Felipe Sesé

Depto.: Ingeniería Mecánica y Minera

Noviembre, 2020

1

INDICE

1. Introducción.

1.1.Motivación.

1.2.Objetivos.

2. Antecedentes.

2.1.Introducción.

2.2.Tipos de elevadores.

2.2.1. Elevadores de dos columnas.

2.2.2. Elevadores de cuatro columnas.

2.2.3. Elevador de dos cilindros.

2.2.4. Elevador de tijera.

2.3.Componentes y funcionamiento del elevador.

2.3.1. Sistemas de Seguridad.

2.3.1.1.Normativas de Seguridad e Higiene

2.4.Normativa aplicable.

3. Metodología

3.1.Requisitos básicos de diseño del Elevador

3.2.Materiales y coeficiente de seguridad

3.3.Programas cálculo

3.4.Análisis de soluciones

3.4.1. Posición más crítica

3.5.Documentación de partida

3.6.Cálculos

3.6.1. Análisis del elevador en diferentes posiciones de interés

3.6.2. Cálculos de esfuerzos en cada nodo.

3.6.3. Dimensionado de los componentes

3.6.3.1.Dimensionado del perfil tubular y comprobación a pandeo.

3.6.3.2. Dimensionado de los pasadores

3.6.3.3.Dimensionado de las uniones con los pasadores

3.6.3.4.Dimensionado espesor plataforma superior.

3.6.3.5.Dimensionado eje de unión nodo H-B

3.6.3.6.Dimensionado de los rodamientos

3.6.3.7.Dimensionado Ruedas y perfil C

3.6.3.8.Dimensionado Cilindro

3.6.3.9. Dimensionado Casquillos y anillos de seguridad

3.6.3.10. Dimensionado de la sujeción del cilindro

3.7.Análisis por elementos finitos

3.7.1. Metodología

3.7.2. Estudio de la plataforma superior

3.7.3. Estudio de la barra más solicitada

3.7.4. Estudio del eje

3.7.5. Estudio de la sujeción del cilindro

3.7.6. Estudio de los pasadores

2

4. Resultados

4.1.Componentes finales de nuestro elevador

4.1.1. Plataforma inferior y superior

4.1.2. Barras

4.1.3. Cilindro hidráulico

4.1.4. Otros componentes

4.2. Diseño final

5. Discusión y conclusiones

5.1. Posibles mejoras

6. Bibliografía y Referencias

7. Anexos

7.1.Presupuesto

7.2.Planos

3

INDICE FIGURAS

Figura 1. Elevador de dos columnas 14

Figura 2. Elevador de cuatro columnas 15

Figura 3. Elevador de dos cilindro 15

Figura 4. Elevador Tijera 17

Figura 5. Elevador XT-35ª 17

Figura 6. Componentes del elevador 18

Figuras 7-8. Sistema Seguridad 20

Figura 9. Medidas Elevador 27

Figura 10. Altura elevador 27

Figura 11. Esquema elevador Casos 1-3-4 31

Figura 12. Esquema elevador Caso 2 31

Figura 13. Ángulos y medidas caso 1 39



Figura 16. Estructura Casos 1-2-3-4 43

Figura 17. Esfuerzos Barra AB, Casos 1-3-4 44

Figura 18. Esfuerzos Barra AB, Caso 2 45

Figura 19. Esfuerzos Barra BCD 45

Figura 20. Esfuerzos Barra ACE 46

Figura 21. Esfuerzos Barra EFG 47

Figura 22. Esfuerzos Barra DFH 48

Figura 23. Ejes de referencia 51

Figura 24. Script Barra AB 52

Figura 25.Barra AB en MEFI 52

Figura 26. Diagrama Cortantes Barra AB 53

Figura 27. Diagrama de Momentos Flectores Barra AB 53

Figura 28. Script Barra ACE 54

Figura 29. Barra ACE en MEFI 54

Figura 30. Diagrama Axiles Barra ACE 54

Figura 31. Diagrama Cortantes Barra ACE 55

Figura 32. Diagrama Momentos Flectores Barra ACE 55

Figura 33. Script Barra BCD 56

Figura 34. Barra BCD en MEFI 56

Figura 35. Diagrama Axiles Barra BCD 56

Figura 36. Diagrama Cortantes Barra BCD 57

Figura 37. Diagrama Momentos Flectores Barra BCD 57

Figura 38. Script Barra EFG 58

Figura 39. Barra EFG en MEFI 58

Figura 40. Diagrama Axiles Barra EFG 58

Figura 41. Diagrama Cortantes Barra EFG 59

Figura 42. Diagrama Momentos Flectores Barra EFG 59

Figura 43. Script Barra DFH 60

Figura 44. Barra DFH en MEFI 60

Figura 45. Diagrama Axiles Barra DFH 60

Figura 46. Diagrama Cortantes Barra DFH 61

Figura 47. Diagrama Momentos Flectores Barra DFH 61

Figura 48. Ejes de referencia perfil 65

Figura 49. Dimensiones y propiedades perfil 65

4

Figura 50. Factor de longitud efectiva 66

Figura 51. Ecuación coeficiente de pandeo 67

Figura 52. Unión de los pasadores 73

Figura 53. Script Barra AB caso 2 74

Figura 54. Barra AB caso 2 en MEFI 74

Figura 55. Diagrama Axiles Barra AB caso 2 75

Figura 56. Diagrama Cortantes Barra AB caso 2 75

Figura 57. Diagrama Momentos Flectores Barra AB caso 2 75

Figura 58. Eje unión nodos 77

Figura 59. Diagrama Momentos Flectores en eje 78

Figura 60. Díametros y Radios del eje 79

Figura 61. Eje con Reacciones 79

Figura 62. Desplazamiento punto H 80

Figura 63. Rodamiendo Vista 3d 82

Figura 64. Rueda 83

Figura 65. Acoplamiento Rueda-Rodamiento 83

Figura 66. Perfil C y acoplamiento en plataforma 85

Figura 67. Acoplamiento final perfil en C 85

Figura 68. Geometría cilindro elevado 86

Figura 69. Geometría cilindo posición mas baja 86

Figura 70. Factor de la carrera Fc 88

Figura 71. Medidas geométricas cilindro 90

Figura 72. Comprobación díametro vástago necesario 91

Figura 73. Distribución de esfuerzos 93

Figura 74. Anillos de seguridad en 3D 96

Figura 75. Sujeción cilindro 97

Figura 76. Conjunto cilindro y sujeciones 97

Figura 77. Detalle sujeción cilindro 98

Figura 78. Menú Análisis estático 99

Figura 79. Tipo de sujeciones 100

Figura 80 Esfuerzos y sujeciones plataforma superior 101

Figura 81. Malla plataforma superior y parámetros del mallado 102

Figura 82. Tensión Von Misses plataforma superior 103

Figura 83. Desplazamiento plataforma superior 103

Figura 84. Esquema fuerzas barra ACE caso 2 104

Figura 85. Esquema esfuerzos recalculados barra ACE caso 2 104

Figura 86. Malla ACE y parámetros del mallado 105

Figura 87. Esfuerzos estudio 1º barra ACE 105

Figura 88. Tensiones Von Misses estudio 1º barra ACE 106

Figura 89. tensión Von Misses Máxima estudio 1º barra ACE 106

Figura 90. Desplazamientos estudio 1º barra ACE 107



Figura 93. Tensión Von Misses Máxima estudio 2º barra ACE 108




Figura 97. Tensión Von Misses Máxima estudio 3º barra ACE 110


Figura 99. Esfuerzos del estudio del eje 112

5

Figura 100. Malla eje y parámetros del mallado 112

Figura 101. Tensiones Von Misses estudio del eje 113

Figura 102. Tensión Von Misses Máxima estudio del eje 113

Figuras 103. Terminaciones orejetas y perfil 114

Figura 104. Esfuerzos y apoyos sujección cilindro 114

Figura 105. Malla sujeción cilindro y parámetros del mallado 115

Figura 106. Tensiones Von Misses estudio de la sujeción del cilindro 115

Figura 107. Tensión Von Misses Máxima estudio de la sujeción del cilindro 116

Figura 108. Desplazamientos estudio sujeción del cilindro 116

Figura 109. Análisis pasadores D-E 118

Figura 110. Análisis pasadores C-F 118

Figura 111. Análisis pasadores cilindro 118

Figura 112.Diseño plataforma 120

Figura 113. Barras eje 121

Figura 114. Barras inferiores 121

Figura 115. Vástago 122

Figura 116. Cilindro 122

Figura 117. Sujeción vástago 123

Figura 118. Sujeción cilindro 123

Figura 119. Diseño final elevador 124

Figura 120. Conjunto elevador 1 125

Figura 121. Conjunto elevador 2 125

Figura 122. Conjunto elevador 3-4 126

Figura 123. Detalle de unión entre barras 126

Figura 124. Detalle ensamblaje de unión barras y cilindro con las

plataformas

127

Figura 125. Detalle ensamblajes barras-ejes-perfiles en C-ruedas-

plataformas

127

6

INDICE TABLAS

Tabla 1. Espesor máximo acero 29

Tabla 2. Distribución de cargas 33

Tabla 3. Características de los materiales 34

Tabla 4. Esfuerzos admisibles 35

Tabla 5. Esfuerzos admisibles en pernos y pasadores 35

Tabla 6. Distribución de cargas para 3500kg 37

Tabla 7. Variables Caso 1 39




Tabla 11. Comparación de las variables de cada caso 43

Tabla 12. Esfuerzos Nodos A-B-G-H Caso 1 49




Tabla 16. Comparación de esfuerzos en cada nodo 49

Tabla 17. módulo de resultados por nodo 50

Tabla 18. Parámetros a usar en MEFI 51

Tabla 19. Solicitaciones máximas Barra ACE 61

Tabla 20. Esfuerzos Admisibles 1 62

Tabla 21. Esfuerzos admisibles 2 62 Tabla 22. Dimensiones perfil 1 63 Tabla 23. Tensiones perfil 1 63

Tabla 24. Dimensiones perfil 2 64

Tabla 25. Tensiones perfil 2 64

Tabla 26. Dimensiones perfil 3 64

Tabla 27. Tensiones perfil 3 64

Tabla 28. Datos cálculo pandeo 66

Tabla 29. Esfuerzos admisibles pasadores 69

Tabla 30. Esfuerzos admisibles 2 69

Tabla 31. Comparación diámetros obtenidos 72

Tabla 32. Esfuerzos unión pasadores 73

Tabla 33. Esfuerzos máximos Barra AB caso 2 76

Tabla 34. Vida util esperada 81

Tabla 35. Medidas rodamiendo seleccionado 82

Tabla 36. Medidas y propiedades perfil C 84

Tabla 37. Medidas y propiedades perfil C 2 84

Tabla 38. Carrera cilindo y esfuerzo máximo 87

Tabla 39. Propiedades finales 88

Tabla 40. Catálogo cilindro seleccionado 89

Tabla 41. Propiedades catálogo cilindro 90

Tabla 42. Catálogo casquillos 95

Tabla 43. Dimensiones anillos de seguridad 96

Tabla 44. Recordatorio esfuerzos 101

Tabla 45. Resultados plataforma superior 103

Tabla 46. Resultados estudio 1º barra ACE 107



7

Tabla 49. Resultados estudio del eje 113

Tabla 50. Resultados estudio sujeción del cilindro 116

Tabla 51. Resultados pasadores 118

Tabla 52. Presupuesto Componentes 132

Tabla 53. Presupuesto mano de obra 133

Tabla 54. Presupuesto elaboración proyecto 133

Tabla 55. Presupuesto final por plataforma 134

Tabla 56. Precio total por plataforma 134

8

RESUMEN

El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado es el obtener un diseño funcional de un

elevador de vehículos de tipo tijera. Primeramente, se pueden definir a los elevadores de

vehículos como un conjunto de elementos o piezas que nos permiten desplazar verticalmente

esta maquinaria con la finalidad de realizar tareas de mantenimiento, reparaciones o mejora.

A lo largo de este trabajo de fin de grado, se elaborará el diseño, cálculo y análisis por

elementos finitos de un elevador de vehículos de tipo tijera para elevar vehículos de un peso

máximo de 3500kg a una altura de 2m.

Se comenzará realizando un estudio de la normativa aplicable e este tipo de

maquinaria. Tras este punto se diseñará y analizarán desde cero todos los componentes de

este elevador. Se concluirá con el presupuesto para llevar a la realidad todo lo desarrollado

en el presente TFG.

Con lo mostrado en el siguiente TFG, vemos que se han cumplido los objetivos

marcados al comienzo del mismo, obteniendo un diseño funcional de un elevador de

vehículos de tipo tijera con unas características específicas de altura y peso máximo,

finalmente se puede concluir este resumen citando que se ha obtenido el proceso completo

de diseño, calculo y análisis de un elevador de vehículos de tipo tijera.

9

1. Introducción

Se puede definir a los elevadores de vehículos según como; un aparato de elevación

equipado de dispositivos soporte de carga guiados, destinado a la elevación de medios de

transporte terrestres, tales como automóviles, motocicletas, camiones, autobuses, tranvías,

vehículos sobre carriles, carretillas industriales y similares [18]

Debido a la gran cantidad de vehículos que se encuentran comercializados hoy en día,

existirán diversos tipos de elevadores, estos serán los adecuados para un tipo o grupo de

vehículos especifico. Con esto se puede decir que la selección del tipo de elevador óptimo

para la tarea que se desea es un proceso de gran importancia.

De manera introductoria se cita cual es la principal normativa que se seguirá en todo este

TFG siendo esta; Norma UNE-EN 1493-2011. Esta normativa nos marcará todos los

cálculos a comprobar para que el diseño de nuestro elevador sea correcto y adecuado a esta

normativa vigente.

Se comenzará realizando un estudio de las dimensiones y cargas que nuestro elevador

tendrá, con estas características de nuestro elevador completamente definidas, se procederá

a un análisis analítico de nuestro elevador en diferentes posiciones para encontrar la situación

más crítica, tras esto se llevará a cabo el dimensionado de cada uno de los componentes que

se incluyen en nuestro elevador siendo estos:

Plataformas inferiores y superiores.

Barras.

Ejes.

Cilindros.

Rodamientos.

Ruedas.

Casquillos.

Anillos de seguridad.

Estos dimensionados se harán con la situación de esfuerzos más crítica de nuestra

estructura asegurándonos así que cumplen en todos los demás puntos de nuestro elevador.

10

Con todos los elementos de nuestro elevador ya diseñados y calculados analíticamente,

se analizarán estos elementos mediante el Método de los Elementos Finitos, se comprobará

que estos objetos operan adecuadamente bajo las situaciones de esfuerzos a los que están

sometidos y que el diseño analítico es correcto.

Finalmente se acabará este TFG realizando el presupuesto para llevar a cabo la

construcción de nuestro elevador, obteniendo así el proceso completo de diseño, calculo y

fabricación de un elevador de tipo tijera para nuestras especificaciones.

1.1. Motivación

La selección de este TFG se debe principalmente a que actualmente nos encontramos

que el afán de la población por todo tipo de vehículos y competiciones automovilísticas está

en aumento, con esto se pensó en diseñar un elevador de vehículos para que se pudieran

realizar sobre él, las distintas tareas de mantenimiento, reparaciones o mejora de alguno de

los diferentes vehículos de competición o comerciales que se dispongan.

Dentro del plan de estudios del grado en ingeniería mecánica de la Universidad de

Jaén, más concretamente en la Escuela Politécnica Superior de Linares, el último paso para

la obtención del título de grado es la realización de un TFG y con la realización de este TFG

tan específico en el cual se llevará a cabo el completo diseño un elevador de vehículos y con

miras a una futura incorporación laboral. Se deseaba obtener cierta experiencia en el mundo

de revisión documentación y normativa, diseño CAD, y calculo por elementos finitos. Tareas

que realizará un futuro ingeniero.

Además, se puede decir que los elevadores son un tipo de mecanismo muy interesante

ya que en la actualidad encontramos una infinidad de elevadores dependiendo tanto del

material con el que están fabricados, de la capacidad de carga que tienen o del tipo de

vehículo u objeto para el que son diseñados. En el caso de este presente TFG se optó por la

selección de realizar un elevador doble de tipo tijera para la elevación de vehículos.

11

1.2. Objetivos

El objetivo principal de este TFG es la completa realización del diseño, cálculo,

dimensionado y fabricación de una plataforma elevadora de tipo tijera que cumpla tanto la

normativa vigente como las necesidades para las que va a ser usada.

Estos objetivos se cumplirán tras realizar la tarea de búsqueda de la normativa

aplicable a este tipo de elevadores, Norma UNE-EN 1493-2011. Esta normativa nos marcará,

por ejemplo, cual deberá ser la distribución y colocación de las cargas que deberá soportar

nuestro elevador, dependiendo estas del tipo de vehículo. También nos marcará el

coeficiente de seguridad a cumplir y la velocidad máxima de elevación entre otros

parámetros.

Cumpliendo todos estos requerimientos que nos dice la normativa nos aseguramos

tanto que nuestro diseño es óptimo como que los objetivos que se fijaron desde un comienzo

se cumplen.

2. Fundamentos

2.1. Introducción

Se puede definir a los elevadores de vehículos según nuestra normativa como:

“Aparato de elevación equipado de dispositivos de soporte de carga guiados, destinado

a la elevación de medios de transporte terrestres, tales como automóviles, camiones, tranvías,

vehículos sobre carriles, carretillas industriales y similares”. [18]

Estos elevadores de vehículos son una evolución de los elementos que se conocen

como fosos. Estos fosos eran un elemento concurrente en gran cantidad de talleres en la

antigüedad. Hoy en día es difícil que nos encontremos con estos ya sea o por razones de

normativa, económicas o de seguridad e higiene.

Se llevó a cabo esta evolución de fosos a elevadores debido a que los fosos tenían unos

grandes riesgos asociados como caída de piezas, inhalaciones de gases procedentes del

vehículo, etc.

12

Finalmente podemos decir que en la época en la que se llevó a cabo esta evolución de

fosos a elevadores en los talleres, se obtuvieron mejoras económicas, ahorro de espacio,

mejor funcionalidad y adaptabilidad a la tarea a realizar, etc. Tras estas mejoras obtenidas es

razonable que en la actualidad solo encontremos elevadores de vehículos y los fosos sean

usados solo para ciertas excepciones.

Por otro lado, los elevadores se pueden diferenciar fácilmente dependiendo de cómo

sea su accionamiento, en la actualidad se encuentran elevadores de accionamiento manuales,

en los cuales esta plataforma es movida por la acción de la fuerza humana por medio de por

ejemplo un cabrestante y por otro lado y los más comunes son los elevadores motorizados,

pudiendo tener de accionamiento neumático, hidráulico y eléctrico. [3]

Si ahora nos fijamos en la clase de elevador que nosotros vamos a estudiar (de

vehículos), encontramos también diferentes tipos, dependiendo del tipo de uso para el que

son pensados hay: Elevadores desplazables, son elevadores que no están fijados al suelo,

Elevadores móviles que disponen de ruedas o rodillos, estos están diseñados para que puedan

desplazarse de un lugar a otro con o sin la carga en él, y por último y el que se va a analizar

los elevadores fijos, estos se encuentran fijados en una localización permanentemente.[4]

También, por último, un pequeño dato que podemos decir es que los requerimientos a

cumplir y el método de cálculo variarán si nuestro elevador está pensado para ser usado en

exteriores afectado por acción del viento, sin embargo, como nuestro elevador está pensado

para que sea de tipo fijo en interior no nos tenemos que preocupar por estas cargas

ocasionales como el viento.

Para la normativa de este tipo de máquinas además de la normativa principal sobre la

cual se basará este TFG (Normativa UNE-EN 1493:2011, Elevadores de vehículos) [18],

debemos explicar también que se deben cumplir diversas normativas para la seguridad e

higiene de nuestro elemento de estudio en este TFG.

Estas diversas normativas serán explicadas en el apartado 2.3.1. Sistemas de seguridad,

finalmente se hará un apartado en el cual se mostrarán el código de todas las normativas

usadas en el presente documento en el apartado 2.4. Normativa aplicable.

13

2.2. Tipos de elevadores.

Según nuestra normativa (UNE-EN 1493-2011) encontramos cuatro grandes grupos

de elevadores de vehículos que nos cumplan los requisitos mostrados en esta normativa. Se

pueden diferenciar principalmente; según la geometría de los mismos y el accionamiento de

estos. [18]

También cabe destacar que cada uno de estos elevadores serán los óptimos para un

tipo de situación de uso y carga en concreto, con lo que el estudio de cuál es el tipo de

elevador más adecuado a nuestras necesidades es muy importante.

Aunque nuestra normativa nos marca unos ejemplos de cómo serían los diseños más

comunes para cada uno de los tipos de elevadores, en la actualidad se pueden encontrar una

gran cantidad de elevadores con diferentes diseños.

Estos grupos de los que estamos hablando son; elevadores de dos columnas, elevadores

de cuatro columnas, elevadores de dos cilindros y elevadores de tijera. [18]

Se comentará resumidamente las diferencias entre estos y se explicará por qué se ha

elegido el de tijera para diseñarlo y analizarlo.

2.2.1. Elevadores de dos columnas.

Estos elevadores disponen de dos columnas como su propio nombre indica, por cada

una de ella tenemos dos brazos que sostienen el vehículo y permiten elevar el vehículo

fácilmente, en la actualidad existen dos grandes tipos; simétricos y asimétricos. [3]

Los simétricos tienen los cuatro brazos de igual longitud y las columnas que sostienen

estos brazos están enfrentadas, con esto se consigue que el centro de gravedad esté alineado

y que las dos columnas de este elevador están igualmente cargadas, debido a esto

normalmente esta configuración se usa para vehículos de gran tonelaje.

Por otro lado, los asimétricos están diseñados de tal forma que tienen dos brazos largos

y los otros dos son más cortos, las columnas pueden estar enfrentadas o formando un ángulo,

la ventaja de este tipo de elevadores de dos columnas asimétricas es que nos permiten

trabajar con una mayor variedad de vehículos que tengan por ejemplo un reparto de pesos

14

único, o que tengan una distancia entre ejes corta, sin embargo la limitación de esta clase de

elevador asimétrico es que normalmente usado para vehículos de poco tonelaje.

Debido a la gran cantidad opciones disponibles de elevadores de dos columnas, este

tipo es el más usado en la mayoría de talleres mecánicos.

Figura 1. Elevador de dos columnas [18]

2.2.2. Elevadores de cuatro columnas

Este tipo de elevadores debido a su diseño de cuatro columnas tienen unos grandes

puntos de apoyo, con esto se consigue una mayor capacidad de carga que la que se tenía en

los de dos columnas, lo que conlleva a que son usados para vehículos con mayor tonelaje

tales como; furgonetas y camiones, por ejemplo. [3]

El uso principal de este tipo de elevadores y por el que está diseñado es para la

alineación de las ruedas, pueden ser usados para trabajos rápidos como en los otros tipos de

elevadores, pero en este caso se necesitaría otro método de elevación que este destinado a

liberar las ruedas si se quieren trabajar sobre ellas.

Por último, cabe destacar que debido a sus grandes plataformas que componen este

elevador, se ahorra bastante tiempo en la tarea de colocar el vehículo de manera adecuada

para su elevación.

15

Figura 2. Elevador de cuatro columnas [18]

2.2.3. Elevadores de dos cilindros

Este tipo de elevadores consta de un pistón que está encastrado en el suelo, gracias a

esto se logra su mayor ventaja y es que se tiene un área clara de trabajo quedando solo por

encima del suelo el cilindro y las plataformas en las que se sostiene el vehículo.

Estos elevadores pueden disponer de una gran variedad de configuraciones y se pueden

incluir varios de estos para elevar vehículos de gran tonelaje o de grandes dimensiones, por

lo que obtenemos una gran versatilidad.

Figura 3. Elevador de dos cilindros [18]

16

2.2.4. Elevadores de tijera

Los elevadores de tipo tijera están constituidos por una estructura con barras metálicas

de diferentes diseños y un circuito hidráulico que está impulsado por un motor eléctrico. Con

esto conseguimos que los cilindros que tenemos en nuestra estructuran ejerzan la fuerza que

impulsa estas barras consiguiendo así elevar el vehículo.

Estos elevadores son característicos por ocupar muy poco espacio, facilitando así las

tareas que se pretenden hacer sobre el vehículo sostenido. Estos elevadores están empotrados

o anclados en el suelo. En el mercado actual los podemos encontrar anclados en el suelo

consiguiendo así que cuando estén en su posición más baja queden a ras de suelo dejando un

área libre para que no entorpezca cuando no sea usado y se ahorre espacio o que estén

rodeados por una superficie que nos facilita la tarea de la colocación correcta del vehículo

del vehículo para su elevación.

Se pueden diferenciar fácilmente los diferentes tipos de elevadores de tijera

dependiendo de la capacidad de carga que pueden soportar y a la altura que se desea elevar,

teniendo así elevadores con plataformas de pequeñas o grandes dimensiones. La principal

diferencia entre estas dos clases es que para la primera de ellas el vehículo estaría apoyado

sobre una estructura como por ejemplo tacos de goma, consiguiendo así evitar daños en la

carrocería del vehículo. Por otro lado, los que tienen una plataforma de gran dimensión irían

apoyados sobre sus ruedas.

Como nuestro estudio se realizará sobre los elevadores de tijera con pequeñas

dimensiones de plataformas, nos centraremos más en estas. Los usos para que los que

normalmente son diseñados este tipo de elevadores son para realizar tareas en los sistemas

de frenos, de escape o en las diferentes partes de los bajos del vehículo.

Por otro lado, como curiosidad si se quisiera realizar tareas de alineación de las ruedas

en nuestro vehículo, el diseño de nuestro elevador cambiaría teniendo que incluir en él otra

pequeña estructura sobre la plataforma superior con la finalidad de separar el vehículo de

esta plataforma superior y dejando así espacio para el alineamiento de las ruedas, aunque

nuestro diseño no dispondrá de esta característica se creyó que era una información

interesante.

17

Figura 4. Elevador Tijera [18]

Actualmente podemos encontrar una gran cantidad de empresas que se dedican tanto

a la fabricación de elevadores como a su venta y distribución. Se seleccionó la siguiente

empresa como referencia para el diseño de nuestro elevador, ya que esta tiene un catálogo

muy amplio de elevadores y dispone de una gran información para la correcta selección del

tipo de elevador que se adecua a nuestras necesidades, se trata de la empresa:

RSF Maquinaria

Como ya se ha mencionado esta empresa dispone de una gran cantidad de elevadores,

tanto de dos columnas como de cuatro y finalmente de tijera, dentro de estos encontramos

gran variedad de elevadores dependiendo de la capacidad de carga para los que están

diseñados y su elevación o dependiendo del uso que se les pretende dar.

Con esto se puede decir que se tomó como referencia su modelo RSF XT-35A, ya que

consigue unas capacidades que son similares a las que se pretende conseguir con nuestro

diseño, esto nos valió para tener una idea de cómo son los diseños de elevadores actualmente

y cuáles son sus componentes.

Figura 5. Elevador XT-35A [1]

18

Con un modelo de referencia de un elevador comercial disponible en la actualidad, nos

pasamos ya a citar las características técnicas que tendrá nuestro elevador, serán semejantes

a las que nos ofrece este Elevador XT-35A de la empresa RSF, estas son poder levantar un

vehículo de 3500kg a una altura de 2m.

Podemos citar algunas de las razones por las que se optó por analizar este tipo de

elevador de tijera en este TFG y no otro de los ya nombrados.

En primer lugar, de cara a obtener un TFG completo se optó por este tipo de elevador

ya que está compuesto por una gran cantidad de elementos que deberán de ser calculados y

dimensionados individualmente, obteniendo así un documento completo.

Otra de las razones por la que se optó este tipo de elevador es debido a su diseño.

Inicialmente el elevador estaba pensado para que una persona o un taller realizara tareas a

un vehículo, pues gracias al diseño que tienen estos elevadores de tipo tijera estas tareas

podrán realizarse cómodamente además este elevador ocupará poco espacio en el taller o

nave en el que se encuentre ubicado.

2.3. Componentes y funcionamiento del elevador

Cada elevador de doble tijera puede tener un diseño diferente en función de las

características que se desean conseguir, pero a grandes rasgos los componentes de todos

ellos tienen que ser parecidas, ya que el principio de funcionamiento es el mismo. Se

nombrará los principales componentes de conforman nuestro elevador sin entrar en su

dimensionado ya que se dedicará un apartado solo para este punto.

Si señalamos cada uno de estos en el diseño de nuestro elevador se tiene:

Figura 6. Componentes del elevador

19

[1]. Plataformas inferiores y superiores.

La plataforma inferior puede estar encastrada o apoyada sobre el suelo como ya se

mencionó anteriormente y la plataforma superior es en la que se apoyará el vehículo.

[2]. Barras

Son 8 perfiles tubulares conectados entre sí por medio de ejes, casquillos. Permiten

dar movimiento a la estructura y aguantan el peso del vehículo. Transmiten y reparten esta

carga por todas las barras.

[3]. Cilindro hidráulico

Es el encargado de realizar la función de elevar el vehículo hasta la altura deseada

por medio de la fuerza suministrada sobre él. Tenemos dos cilindros uno para cada lado de

la estructura.

[4]. Pasadores, casquillos, ejes, arandelas.

Son elementos de unión que nos sirven como puntos de fijación entre las barras.

Con los componentes principales ya descritos podemos explicar el funcionamiento del

elevador. A medida que el vástago de nuestro cilindro se va desplazando nuestra estructura

también se desplaza verticalmente puesto que el cilindro está contenido en esta estructura.

Las barras se desplazan de igual manera llegando a posición más elevada en la altura máxima

del elevador y en la altura mínima estas barras se encuentran plegadas y ocultas por el diseño

de nuestras plataformas superiores e inferiores.

Tanto el cilindro como las barras tendrán su mayor ángulo con respecto a la horizontal

en su posición más elevada, por otro lado, estos ángulos serán mínimo cuando la estructura

esta retraída.

20

2.3.1. Sistemas de Seguridad y especificaciones legales.

Aunque no se hayan identificado en nuestra figura de los componentes del elevador,

debemos tener elementos de seguridad que funcionarán solo en el caso en el que nuestro

cilindro falle. Este punto es de gran importancia de cara a la seguridad tanto del operario que

trabaja bajo el vehículo como de este vehículo.

Este punto no viene aclarado en nuestra norma y no nos muestra de una manera firme

que tipo de sistema de seguridad hay que tener o en su defecto cuales son los adecuados para

cada tipo de elevador, sin embargo, aunque nuestra normativa no nos diga específicamente

que tipo de sistema de seguridad debemos tener si nos marca cuales tienen que ser las

normativas que estos deben cumplir.

Tras revisar la normativa aplicable para este tipo de máquinas se observó que la

solución a este problema es incluir un medio mecánico de enclavamiento.

Este tipo de mecanismo es el más común debido a su sencillez y a su gran eficacia,

usualmente pueden estar ubicados, entre los dos cilindros o en sobre la misma plataforma

inferior.

Con el logramos que a medida que el elevador ascienda este sistema lo hará de igual

manera y que cuando el elevador se encuentre en su situación de descenso, gracias a un

actuador se consigue el desbloqueo automático de este sistema y el elevador consigue bajar

fácilmente, este mecanismo será parecido al de las siguientes imágenes:

Figuras 7-8. Sistema Seguridad.

21

2.3.1.1. Normativas de Seguridad e Higiene

Con el sistema de seguridad que llevará nuestro elevador de tipo tijera definido, se

comentará ahora las normativas de seguridad e higiene que hay que cumplir para este tipo

de maquinaria.

Hablamos primeramente de la NTP del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene, en

su guía técnica 1082 (NTP 1082) [19]. Este documento nos marca una nota técnica de

prevención para la seguridad en el uso de los elevadores de vehículos.

Con la finalidad de ampliar y dar más información se usará también otro documento,

usaremos una Ficha Divulgativa FD-128 [20]. Estas Fichas Divulgativas se encuentran dentro

del Instituto de Seguridad y Salud Laboral (FD-128) referenciadas a los elevadores de

vehículos. [20]

Se mostrarán ahora los riesgos y los factores de riesgo que están presentes en este tipo

de maquinaria. Tras identificar estos riesgos se comentarán las medidas preventivas, las

identificaciones y las revisiones necesarias para así solucionar o mitigar estos riesgos.

Riesgos y Factores de Riesgo

Como posibles riesgos para el taller y para los operarios se encuentran; aplastamiento

o atropellos ocasionados por el vehículo, caída del vehículo a distinto nivel, contaminación

acústica, etc.

También este documento nos habla de los riesgos y los factores de riesgo asociados a

las estructuras. Estos son; caída de objetos y choque de la estructura con otros elementos en

el taller.

Finalmente podemos identificar los riesgos eléctricos y riesgos de incendio. Estos

factores de riesgo están principalmente debidos a fallos en la instalación eléctrica y fallos

originados de la falta de la limpieza o mantenimiento en nuestro elevador.

Como solución a todos estos riesgos y factores de riesgo de los que hemos hablado

podemos identificar ahora cuales son las medidas preventivas y las revisiones necesarias

para mitigar estos problemas.

22

Medidas preventivas

Con respecto a la velocidad máxima de elevación tanto nuestra normativa UNE-EN

1493:2011 [18] como este documento NTP 1082 [19], nos marca que esta velocidad no debe

ser superior a 0.15m/s.

Debemos disponer de un dispositivo de seguridad de retención que retendrá nuestro

elevador en caso de fallo en el elemento de elevación impidiendo que nuestro elevador caiga,

este dispositivo ya ha sido explicado anteriormente en este apartado. Tenemos que disponer

de una superficie de trabajo libre de objetos, facilitando las tareas del operario sobre el

vehículo y mitigando así los riesgos asociados a caídas y golpes.

También se dispondrá de un dispositivo de prevención que actuará ante una subida

inesperada de una o las dos tijeras que componen este elemento de estudio. Este dispositivo

impide que se continúe con la elevación del vehículo si uno o todos los objetos de elevación

fallan.

Normas de uso

Se identificarán ahora ciertas normas de utilización a cumplir para el correcto uso de

nuestro elevador de tijeras.

Se comenzará situando nuestro vehículo sobre el elevador asegurándonos que la carga

queda correctamente distribuida, se comenzará con la elevación del vehículo con una

velocidad no superior a 0.15m/s, se verificará que el vehículo estando elevado a una altura

media se encuentra en la posición correcta sobre las plataformas superiores, por último, tras

verificar la estabilidad del vehículo a esta altura media se procederá a la elevación final del

vehículo a la posición deseada para trabajar.

Elementos de identificación, documentación y marcado.

Se explicarán ahora todos los elementos de identificación, documentación y marcado

necesarios que deberá disponer este tipo de maquina cuando se introduzca al mercado y se

entregue a un comprador.

En primer lugar, cuando se realice la compra de un elevador de vehículos de tipo tijera

se deberá entregar al comprador el marcado CE y declaración CE de conformidad.

23

Manual de instrucciones. El manual de instrucciones deberá incluirse, teniendo en el

al menos en él información acerca del tipo de utilización, normas de instalación y puesta en

servicio, manejo en funcionamiento, control de los dispositivos de seguridad y normas de

mantenimiento e inspección.

Placa de identificación. Deberá estar fija sobre el elevador de vehículos y tendrá que

ser claramente legibles todas las informaciones que se incluyan en esta placa, estas

informaciones mínimas son; razón social y dirección del fabricante o de su representante

autorizado, país de fabricación, designación de la máquina, designación de la serie o tipo,

número de serie y año de construcción.

Marcado del elevador. Deberá incluirse en una localización fija y visible y en esta

hoja se incluirán datos y referencias de:

Carga nominal en Kg o Tn, distribución de cargas.

Señal de aviso que diga “Está prohibido permanecer sobre los dispositivos soporte de

carga en movimiento”.

Información acerca de la alimentación hidráulica, alimentación neumática e

información acerca de la alimentación eléctrica si alguna de estas usa una fuente de

alimentación externa al elevador.

Inspecciones y mantenimiento

Las inspecciones y mantenimiento que se deberán de llevar a cabo en estas

maquinarias vendrán incluidas en el manual del elevador. Estas tareas se diferencian

dependiendo de la frecuencia con la que se deberán realizar. Teniendo tanto tareas de

inspección y mantenimiento diarias como anuales.

Las inspecciones diarias estarán comprobadas por el propio usuario del elevador,

siendo estas inspecciones sencillas como por ejemplo la comprobación de los tacos de apoyo

o comprobación del estado de las cadenas.

Las tareas de inspección y mantenimiento anuales deberán de ser realizadas por el

fabricante del elevador o por el servicio técnico del mismo, se podrían incluir en estas tareas

inspecciones como la revisión completa de todos los elementos que componen esta máquina.

24

Todas estas revisiones de mantenimiento deberán anotarse en un registro indicando la

fecha, pruebas realizadas, etc.

Funciones y formación del operador

Para finalizar esta apartado de sistema de seguridad y especificaciones legales, se hará

una lista de las funciones a desempeñar y la formación necesaria que deberá tener el operario

que usará el elevador de vehículos.

El usuario que utilice el elevador de vehículos debe deberá conocer el manual de uso

y deberá seguir las instrucciones de uso del elevador.

Para un trabajo en el cual el operario esté trabajando bajo el vehículo se recomienda

usar un casco de protección para evitar así golpes en la cabeza.

Como ya se ha mencionado en el punto de inspecciones y mantenimiento este

trabajador será el encargado de la inspección y mantenimiento diario del elevador, pero

delegará esta función a los operarios capacitados y adecuados cuando se trate de

inspecciones y mantenimientos anuales.

2.4. Normativa aplicable

Las normativas seguidas para la correcta realización de este TFG han sido:

UNE-157001-2014 “Criterios generales para la elaboración formal de los documentos

que constituyen un proyecto técnico”

UNE-EN-1493:2011 “Elevadores de Vehículos”

UNE-EN-ISO-14731-2019 “Coordinación del soldeo. Tareas y responsabilidades”

UNE-EN-ISO 6520-1:2009 “Soldeo y técnicas afines. Clasificación de las

imperfecciones geométricas en los materiales metálicos. Parte 1: Soldeo por fusión

UNE-EN-ISO 12100:2012 “Seguridad de las máquinas. Principios generales para el

diseño. Evaluación del riesgo y reducción del riesgo.

25

FD-128 “Elevadores de Vehículos”. Instituto de Seguridad y Salud Laboral de la

Región de Murcia, (basada en Real Decreto 1644/2008 y Real Decreto 1215/1997)

NTP-108 “Elevadores de Vehículos: seguridad”. Instituto Nacional De seguridad e

Higiene en el Trabajo, (basada en Real Decreto 1215/1997, Real Decreto 614/2001, Real

decreto 1644/2008)

Documento Básico SE-A “Seguridad estructural Acero”

26

3. Metodología

3.1. Requisitos básicos de diseño del elevador.

Los requisitos básicos con los que se ha diseñado nuestro elevador son:

Carga Máxima: nuestro elevador podrá soportar una carga con un valor máximo de

3500kg, que según nuestra normativa este peso es adecuado para coches particulares y

camionetas comerciales ligeras.

Altura de elevación: si diseñara para que se pueda elevar hasta una altura de 2m,

una altura adecuada para que el operario pueda realizar tareas sin ninguna dificultad.

Distancia entre ejes: según nuestra normativa para un peso de 3500kg la distancia

entre ejes será de 3000mm

Velocidad máxima de elevación: la velocidad máxima no debe ser superior a

0,15m/s

Tras estas medidas básicas que deberá tener nuestro elevador se pueden citar ya cuales

son las medidas que se han seleccionado y con las que han diseñado este elevador. Cabe

descartar que estas medidas de las que estamos hablando, se han elegido tras revisar distintos

catálogos de elevadores y fijándonos en cuáles son las distancias más normales entre ejes de

vehículos y distancias entre ruedas, con ello llegamos a las siguientes:

Distancia máxima entre vías: la vía de un coche es la distancia transversal entre

ruedas del mismo eje, para nuestro caso la distancia máxima entre vías será de 1900mm.

Distancia mínima entre vías: La distancia mínima entre vías para poder usar el

elevador será de 1200mm

Dimensiones plataforma elevador. Con estos datos ya identificados se tendrá que

definir tanto la anchura de cada plataforma como la longitud de las mismas, para la anchura

se tiene que tener en cuenta las distancias máximas y mínimas entre vías con esto se optó

por tener 2 plataformas de 600mm de anchura cada una dejando un espacio entre ellas de

700mm. finalmente como longitud se seleccionaron plataformas de 1600mm de largo cada

una.

27

Ya están definidas todas las medidas de nuestro elevador y la carga que deberá

soportar, si lo graficamos queda:

Figura 9. Medidas Elevador

Figura 10. Altura elevador

28

Si explicamos ahora que nos encontrábamos en las figuras anteriores; en la figura 9 se

dispone un esquema de la separación que tendrán nuestras tijeras con los requisitos de diseño

que se impusieron.

En la figura 10 se muestra un esquema de cómo sería nuestra estructura analítica en su

posición elevada, esta figura nos muestra los apoyos que tenemos y de color azul está

mostrado la situación geométrica del cilindro ubicada a una distancia de un cuarto de la

longitud de la barra superior. Es de gran importancia aclarar esto ya que se usará en el análisis

analítico de nuestra estructura.

3.2. Materiales y coeficiente de seguridad.

Nuestra normativa nos deja a nuestra propia elección la selección del material, entre

tres tipos de materiales de la misma clase, son los aceros de construcción S235, S275, S355.

Se eligió como material el acero S275 por tener propiedades medias entre estos tres.

Podemos decir también, que, dependiendo del tipo de acero seleccionado, algunos de

los cálculos que se realizarán en posteriores apartados variaran, esto es debido a que las

fórmulas o datos que se han de usar depende del tipo de acero seleccionado.

El acero es una aleación de hierro y carbono, encontrándose este en pequeñas

cantidades. Dependiendo de las cantidades de carbono o de la adición de otros elementos se

pueden conseguir diferentes propiedades dependiendo del uso que se pretenda usar.

Para los elevadores se busca que el material seleccionado tenga buena soldabilidad ya

que habrá que unir sobre estas piezas diversos elementos de sujeción que conforman nuestra

estructura, también se desea que nuestro permita trabajar con una gran cantidad de diferentes

perfiles o diseños incluso con espesores pequeños. Por lo que estos aceros que nos marca la

normativa son totalmente válidos para las propiedades que se buscaban.

Si se pasa ahora a identificar las propiedades mecánicas básicas de este acero S275:

Límite elástico, fy=275MPa

Carga de rotura, fu=410Mpa

Módulo de elasticidad, E=210GPa

Módulo de rigidez, G=81GPa

29

Coeficiente de Poisson, v=0.3

Coeficiente de dilatación térmica, α=1.2*10^-5

Densidad. ρ=7850kg/m^3

Si se explica ahora que es el código que viene conjuntamente con el tipo de acero

siendo estos JR, J0 y J2. Estas anotaciones son unos grados que nos marca la soldabilidad y

la sensibilidad a la rotura frágil. Más concretamente estas anotaciones nos marcan el grado

de resiliencia que es la energía mínima que se absorbe en el ensayo Charpy, Estos grados

están asociados a diferentes temperaturas. El grado más restrictivo sería el JR y el menor el

J2.

Por ultimo con respecto a las propiedades de nuestro material, el documento de

seguridad estructural del acero (SE-A) [22] nos marca el espesor máximo que podemos tener

con este acero S275. Asegurándonos así que su comportamiento sea dúctil según este grado

seleccionado. Como ya se mencionó anteriormente el grado más restrictivo es el JR por lo

que se usará este y si se supone que el elevador al estar diseñado para estar en el interior de

un taller o nave nunca se encontraría a una temperatura inferior a 0ºC tenemos, por lo tanto,

un espesor máximo de 45mm:

Tabla 1. Espesor máximo acero [18]

Para el coeficiente de seguridad y con el que se realizarán los cálculos la normativa

nos marca 3 diferentes dependiendo de la combinación de cargas que se tenga (A, B, C), ya

sea sin viento caso A, con efecto del viento caso B y por último si tenemos dispositivos de

retención se estaría en el caso C.

Como este elevador está diseñado para estar en el interior de una nave nuestro caso de

carga sería el A con un coeficiente de seguridad a cumplir de S=1.5

30

3.3. Programas de cálculo

Para la realización de este TFG se emplearán diversos programas de cálculo como

Excel, MEFI, AutoCAD, SolidWorks. Si explicamos ahora de manera resumida cual será el

uso que se le dará a cada uno de estos softwares, Excel se usará para calcular los esfuerzos

analíticos en cada barra por medio de una resolución matricial, obteniendo así los esfuerzos

en cada nodo del elevador.

Se usará MEFI, señalando el punto de la estructura en el que se encuentran los

esfuerzos cortantes, Axiles y momentos más críticos. Consiguiendo con esto poder

dimensionar cada uno de los componentes necesarios en nuestro elevador. AutoCAD nos

valdrá para representar de una manera gráfica el elevador antes de que sea modelado en 3d.

SolidWorks por ultimo será con el que se realizará el modelado y análisis de nuestro elevador

por medio de los elementos finitos y se comprobará por medio de los coeficientes de

seguridad obtenidos que nuestra estructura está bien diseñada y que los cálculos realizados

analíticamente son correctos.

3.4. Análisis de soluciones

3.4.1. Posición más crítica

El primer paso para el diseño del elevador es el identificar cual es la situación en la

que se encuentran los esfuerzos más críticos. Para ello se estudiará el elevador en 4

posiciones, 3 de ellas son marcadas por nosotros y otra de ellas es un caso marcado por la

normativa seguida(UNE-EN-1493:2011) en su apartado de fuerzas manuales deberá

incluirse una fuerza horizontal con un valor de 1000N simulando el esfuerzo que tendríamos

si hubiera un operario trabajando. Estos casos son:

Caso 1: Estructura elevada a una altura de H=2000mm con una longitud de barras

de L=1400mm y una longitud de la plataforma superior de 1600mm.

Caso 2: Igual que el caso 1 pero en este caso se incluye la fuerza horizontal de 1000

N que nos indica la normativa.

Caso 3: En este caso se analizará la estructura en un punto en el que a priori se piensa

que se encuentran los máximos esfuerzos, cuando el elevador está empezando a subir

teniendo; una altura de H=300mm

Caso 4: Se analizará la estructura en una posición de altura media siendo esta

H=1000mm

31

Nuestro elevador está pensado para que pueda levantar una carga de 3500kg, esta se

tendrá que repartir en un cuadrado de 1000mm de anchura y 1400mm de largo según la

normativa en su apartado cargas manuales. [18]

Se tendrá por lo tanto dos cargas P1 y P2, estas cargas P1 y P2 serán calculadas

fácilmente teniendo en cuenta el valor de la gravedad (g=9.81m/s^2), el coeficiente de

seguridad que nos dice la norma (s=1.151). Si nombramos P a la carga total el reparto tendrá

que ser el 60% para P1 y el 40% restante para P2 teniendo;

𝑃1 = 0.6𝑃𝑇

𝑃2 = 0.4𝑃𝑇

Mostrando ahora estas cargas con un esquema básico de nuestra estructura se tiene:

Figura 11. Esquema elevador Casos 1-3-4 Figura 12. Esquema elevador Caso 2

Tras el estudio de estos casos, se comprobará que el caso más crítico de nuestra

estructura será el caso 3 como se proveyó en el cual nuestro elevador comienza a elevarse a

una altura mínima de H=300mm y con los datos de los esfuerzos en este caso se

dimensionarán los componentes de nuestro elevador.

La plataforma superior e inferior no se dimensionó con este caso 3, ya que nuestras

plataformas se encontrarán más solicitadas en el caso 2 (elevado con la fuerza manual de

1000N)

32

3.5. Documentación de partida

Como ya se ha comentado en múltiples ocasiones hay que seguir los criterios que nos

marca nuestra normativa aplicable a estos elevadores de vehículos; UNE-EN 1493:2011.

Esta normativa es aplicable a los elevadores de vehículos tanto fijos, móviles y desplazables

que no estén previstos para la elevación de personas, sino para elevar el vehículo para realizar

en las tareas de mantenimiento, reparación o mejora y sea tanto por encima del vehículo

como por debajo de él encontrándose este en una posición elevada.

Se supone que el piso o el suelo que soporta al elevador de vehículos en

funcionamiento es horizontal. [18]

Nuestra normativa es aplicable a elevadores que estén fabricados medio año después

de la fecha de su publicación como norma EN.

También tenemos que hablar del ruido. Nuestra normativa no considera el ruido como

un peligro significativo para estos elevadores, por lo que no muestra ningún método de

cálculo ni ningún ensayo para identificar o calcular este ruido.

Si el objeto de este proyecto supera los 70 dB(A) medido este valor a una distancia de

un metro desde la mayor fuente de ruido, este valor deberá identificarse en el manual de

nuestro elevador, si por el contrario no lo supera también deberá identificarse en el manual

que no se excede este límite. [18]

3.5.1. Cargas y fuerzas:

Fuerzas dinámicas:

Son esfuerzos que provienen de los movimientos de ascenso y descenso de nuestro

elevador, por lo tanto, las cargas dinámicas de nuestro elevador deberán de ser mayoradas

por 1,151 como indica nuestra normativa (apartado 5.7.2 Cargas y fuerzas, Aparcado C.

normativa UNE-EN 1493:2011) [18]

Fuerzas manuales:

Debidas a las acciones de nuestro operario sobre nuestro vehículo, se considerará una

fuerza de 1000N en dirección horizontal, esta será aplicada en nuestro elevador en su

posición más elevada.

33

Fuerzas ocasionales:

En este apartado se incluyen fuerzas ocasionales como las del viento, para el caso en

el que nuestro elevador está diseñado para estar al aire libre. Como nuestro elevador está

pensado para estar en el interior de un taller o nave no se tienen estas cargas

3.5.2. Distribución de cargas

La carga deberá de distribuirse siguiendo una de las tablas que nos marca nuestra

normativa salvo que este reparto de pesos sea especificado por el cliente para un tipo de

vehículo muy único.

Esta tabla nos marca el reparto de pesos dependiendo del tipo de vehículo que se tiene,

llegando a marcarnos el reparto de pesos para vehículos desde un coche comercial hasta

camiones con remolque, con esto podemos comprobar el gran rango de aplicación que tiene

esta normativa.

Tabla 2. Distribución de cargas [18]

34

Como nuestro elevador está diseñado para soportar un esfuerzo máximo de 3500kg

según nuestra normativa en su apartado cargas manuales, si se tiene una carga nominal

inferior a 3500kg, esta distribución se repartirá en las cuatro esquinas de un cuadrado de

1000-1700mm de anchura y 1400mm de largo.

3.5.3. Cálculos estructurales

Debemos ahora identificar cuáles son las características de todos los tipos de acero que

estarán presentes en nuestra estructura. Dependiendo del espesor de cada elemento y del tipo

de acero se obtendrán diferentes valores de estas propiedades.

Tabla 3. Características de los materiales [18]

Donde fy es el límite elástico de nuestro material, si se carga nuestra probeta más allá

de este punto, nuestra pieza tendrá deformación plástica y no podrá recuperar forma original

y se encuentra expresada en MPa.

fu es el límite o carga de rotura también en MPa, nos marca que a partir de este punto

nuestro elemento tendrá una fractura fatal. también se le puede nombrar como resistencia a

la rotura.

Se explicará ahora los esfuerzos admisibles, según nuestra normativa podemos tener 3

combinaciones de carga como ya se ha explicó anteriormente siendo estas; caso A, caso B y

caso C.

Nuestra combinación de carga sería el caso A ya que nuestro elevador este diseñado

para estar en el interior de un taller o nave sin influencia del viento y sin incluir en él estos

elementos que se disponen en el caso C.

35

Tabla 4. Esfuerzos admisibles [18]

Estos esfuerzos admisibles son válidos hasta un espesor de 40mm.

Fijándose en la tabla podemos calcular estos esfuerzos admisibles de tensión normal y

tangencial como:

𝜎𝑎 = 𝜎𝑜 =𝑓𝑦

𝑠 Ec.1

𝜏𝑎 =𝜎𝑜

√3 Ec.2

Donde fy es el límite elástico que se tenga en MPa y s es el coeficiente de seguridad

dependiendo de la combinación de carga que se tenga.

Para los pernos y los pasadores estos esfuerzos admisibles nos varían de las formulas

anteriores vistas teniendo:

Tabla 5. Esfuerzos admisibles en pernos y pasadores [18]

Dependiendo de la clase de perno o pasador que se tenga el límite elástico del

elemento o pieza variará. Estos esfuerzos se calculan como:

𝜎𝑎 =𝑋

𝑠 Ec.3

𝜏𝑎 =𝜎𝑎

√2 Ec.4

36

El único valor de estas fórmulas que no se ha identificado es X y esta X es el menor

de los valores de fy y 0.7*fu de cada material.

Si se identifican ahora las ecuaciones que se usarán para la comprobación a pandeo

tenemos que, depende del coeficiente de pandeo 𝜔 y este depende a su vez de sucesivas

ecuaciones.

El coeficiente de pandeo 𝜔 depende de:

λ′ =λ ∗ √𝑓𝑦

𝐸

𝜋

Ec.5

Con esto se calculará la esbeltez específica λ′ a través de la esbeltez de nuestro

elemento(λ), su límite elástico (fy) y su módulo de Young (E) en MPa.

Esta esbeltez de nuestro elemento o pieza viene definida como:

λ =𝐿𝑝𝑎𝑛𝑑𝑒𝑜

𝑖𝑚𝑖𝑛→ λ =

𝐿𝑟𝑒𝑎𝑙 ∗ 𝛽

𝑖𝑚𝑖𝑛 Ec.6

Tras el cálculo de estos valores la normativa nos marca dos rangos dependiendo del

valor de la esbeltez específica (λ′) para identificar que formula usar para el cálculo de este

coeficiente de pandeo w.

Sí 0<λ′ ≤ 1,195 → 𝜔 = 1/(1 − 0,195 ∗ λ′ − 0,185 ∗ λ′2.5)

Ec.7

Sí 1,195<λ′ ≤ 3 → 𝜔 = 1,465 ∗ λ′2

Ec.8

La mayor esbeltez admitida nos la marca nuestra normativa siendo esta de λ = 250,

se tendrá que tener en cuenta para que estos cálculos sean correctos, ya que el resultado de

esta esbeltez depende de nuestros datos.

37

3.6. Cálculos

3.6.1. Análisis del elevador en diferentes posiciones de interés

Lo que hacemos es fijarnos en los requisitos que nos marca la normativa para este tipo

de elevadores tales como el factor de seguridad que debemos aplicar, la distancia entre ejes,

que fuerzas debemos aplicar y la correcta disposición de las mismas.

Primeramente, se realizará el cálculo de los esfuerzos denominados como P1 y P2;

para ello se tiene el valor de la carga que deberá soportar el elevador 3500 Kg, el valor de la

gravedad 9.81 m/s^2, el factor de seguridad que nos indica la normativa n=1.151 y un

término independiente, este término es 4 porque se tienen 4 tijeras y como se va a calcular

el esfuerzo analítico por tijera habrá que dividir por este valor quedando así:

𝑃 =3500 𝑘𝑔 ∗ 9.81

𝑚𝑠2 ∗ 1.151

4 Ec 9.

𝑃 = 9879.89 𝑁

Esta P calculada es el esfuerzo que deberá soportar cada tijera. Como ya se ha

mencionado. Se aplicará ahora la relación de cargas por cada eje que nos marca la normativa

siendo esta:

Tabla 6. Distribución de cargas para 3500kg [18]

Que como se puede ver nos dice que son un 40% y 60% por lo tanto:

𝑃 = 9879.89 𝑁 → {𝑃1 = 0.6 ∗ 9879.89 𝑁𝑃2 = 0.4 ∗ 9879.89 𝑁

Ec.10

𝑃1 = 5927.94𝑁

𝑃2 = 3951.96𝑁

Ya se tiene la distribución de las cargas que hay que incluir en la estructura.

38

Para uno de los distintos casos que se va a estudiar, se deberá de incluir una carga

horizontal de 1000N (fuerzas manuales, normativa EN- 1493:2011). Tras esto y tras analizar

las diferentes posiciones en las que queremos estudiar nuestra estructura se tienen los

distintos casos:

Caso 1; estructura elevada a una altura de H=2000mm con una longitud de barras de

L=1400mm y una longitud de la plataforma superior de 1600mm.

Caso 2; igual que el caso 1 pero en este caso se incluye la fuerza horizontal de 1000

N que nos indica la normativa.

Caso 3; en este caso se analizará la estructura en un punto en el que a priori se puede

pensar que se encuentra los máximos esfuerzos, cuando el elevador está empezando a subir

teniendo; una altura de H=300mm

Caso 4; se analizará la estructura en una posición de altura media siendo esta

H=1000mm

Para todos los casos hay que calcular distintas distancias y ángulos siendo estos:

Alfa(α): es el ángulo que se tiene entre la horizontal y la posición de cada barra.

Beta(β): es el ángulo que se tiene entre la horizontal y el cilindro.

Distancia X= es la distancia que tenemos entre cada uno de 2 diferentes nudos bajo

la misma horizontal a lo largo de la estructura.

Longitud de las barras=1400mm.

Altura H; variando a lo largo de las distintas posiciones.

Con estos parámetros predefinidos se pasa ahora a calcular cada uno de los mismos

para las diferentes posiciones de nuestra estructura.

39

Caso 1; estructura elevada con H=2000mm, Lbarras=1400mm, hay ahora que calcular

cuales son las medidas de estos parámetros mencionados antes teniendo;

altura = 1000mm

Para la obtención de Alfa(α) → longitud de la barra de 1400mm

distancia horizontal = X

altura = 1000mm +1

4∗ 1000 = 1250𝑚𝑚

Para la obtención de Beta(β): → longitud del cilindro desconocido

distancia horizontal =3

4∗ X

Figura 13. Ángulos y medidas caso 1

Y tras realizarle las distintas operaciones matemáticas sencillas necesarias para la

obtención de nuestros datos se nos queda:

Caso 1 Elevado

P1(N) 5927,94

P2(N) 3951,96

H(m) 2

X(m) 0,98

D1(m) 1,4

alfa(α) 45,6

beta( β) 59,6

Lbarra(m) 1,4

Tabla 7. Variables Caso 1.

40

Caso 2. Este caso es igual que el caso 1 pero incluyendo la fuerza horizontal de

1000N que ya se mencionó antes además los valores de interés que se citaron anteriormente

son los mismos que los del caso 1 debido a que la estructura sigue estando en la posición

más elevada, por lo tanto, tenemos:

Caso 2 Elevado con fuerza

P1(N) 5927,94

P2(N) 3951,96

H(m) 2

X(m) 0,98

D1(m) 1,4

alfa(α) 45,6

beta( β) 59,6

Lbarras(m) 1,4

Tabla 8. Variables Caso 2

Caso 3; Para este caso como ya se comentó se analizará la altura en la que se cree

que la estructura se encuentra en la posición más crítica, es decir cuando se comienza a elevar

teniendo; H=300mm, Lbarras=1400mm. La forma de obtener los parámetros buscados se hace

de igual manera que en el caso 1, pero como es de esperar al cambiar la altura H nos cambia

también la distancia X.

altura = 150mm


distancia horizontal X

altura = 150mm +1

4∗ 150 = 187.5𝑚𝑚



4∗ X

Que haciendo un gráfico resumen y obteniendo los resultados buscados se tiene:

41


Caso 3 Posición más baja

P1(N) 5927,94

P2(N) 3951,96

H(m) 0,3

X(m) 1,392

D1(m) 1,4

alfa(α) 6,15

beta( β) 10,18

Lbarras(m) 1,4


Caso 4; Por último, se estudiará la estructura en una posición intermedia teniendo

como datos H=1000mm Lbarras=1400mm. la forma de resolución es la misma que en los casos

anteriores teniendo:

altura = 500mm


distancia horizontal X

altura = 500mm +1

4∗ 500 = 625𝑚𝑚



4∗ X

42


Caso 4 Altura media

P1(N) 5927,94

P2(N) 3951,96

H(m) 1

X(m) 1,31

D1(m) 1,4

alfa(α) 20,93

beta( β) 32,5

Lbarras(m) 1,4


Por ultimo podemos decir que este procedimiento se ha realizado para facilitarnos el

posterior cálculo analítico de la estructura, resolviendo así los esfuerzos que se encuentran

en cada nudo de la estructura de una forma más sencilla. Si se muestra ahora una tabla con

la comparación de los resultados de cada caso para poder diferenciarlos se tiene:

43

Caso 1; Elevado

Caso 2; Elevado más

fuerza

Caso 3;Posición más

baja Caso 4; Altura media

P1(N) 5927,94 P1(N) 5927,94 P1(N) 5927,94 P1(N) 5927,94

P2(N) 3951,96 P2(N) 3951,96 P2(N) 3951,96 P2(N) 3951,96

H(m) 2 H(m) 2 H(m) 0,3 H(m) 1

X(m) 0,98 X(m) 0,98 X(m) 1,392 X(m) 1,31

D1(m) 1,4 D1(m) 1,4 D1(m) 1,4 D1(m) 1,4

alfa(α) 45,6 alfa(α) 45,6 alfa(α) 6,15 alfa(α) 20,93

beta( β) 59,6 beta( β) 59,6 beta( β) 10,18 beta( β) 32,5

L barras(m) 1,4 L barras(m) 1,4 L barras(m) 1,4 L barras(m) 1,4

Tabla 11. Comparación de las variables de cada caso

Se muestra ahora cual sería la estructura en función de la distancia X y la altura H para

poder identificar los diferentes nudos de la misma de manera sencilla y resolver fácilmente

la misma.

Figura 16. Estructura Casos 1-3-4 Figura 16. Estructura Caso 2

44

3.6.2. Cálculo de esfuerzos en cada nodo

Para este apartado lo que se hará será aislar cada una de las barras de la estructura

viendo las reacciones que tenemos en cada uno de los nodos de la misma, para así montar

un sistema de ecuaciones por medio de sumatoria de fuerzas y momentos con la finalidad de

resolver todos los nodos.

En este estudio analítico se va a despreciar el peso de cada elemento de nuestra

estructura, así como tampoco se tiene en cuenta el material.

Barra AB

Figura 17. Esfuerzos Barra AB, Casos 1-3-4

Sumatoria Fuerzas en eje X:

∑ 𝐹𝑥 = 0 → 𝐻𝑎 = 0 Ec.11

Sumatoria Fuerzas en eje Y:

∑ 𝐹𝑦 = 0 → 𝑉𝑎 + 𝑉𝑏 − 𝑃1 − 𝑃2 = 0 Ec.12

Sumatorio momento en el punto A:

∑ 𝑀𝑎 = 0 → 𝑉𝑏 ∗ 𝑋 − 𝑃2 ∗ 𝑑1 = 0 Ec.13

45

Para el Caso 2 con la fuerza horizontal que nos dice la norma por lo tanto lo único que

nos cambia en esta barra AB es en la parte de la sumatoria de fuerzas en el eje x siendo:

Figura 18. Esfuerzos Barra AB, Caso 2


∑ 𝐹𝑥 = 0 → 𝐻𝑎 = 1000𝑁 Ec.14

Barra BCD

Figura 19. Esfuerzos Barra BCD


∑ 𝐹𝑥 = 0 → 𝐻𝑐 + 𝐻𝑑 = 0 Ec.15

46


∑ 𝐹𝑦 = 0 → −𝑉𝑏 + 𝑉𝑐 + 𝑉𝑑 = 0 Ec.16

Sumatorio momento en el punto D:

∑ 𝑀𝐷 = 0 → −𝑉𝑏 ∗ 𝑋 − 𝐻𝑐 ∗𝐻

4+ 𝑉𝑐 ∗

𝑋

2= 0

Ec.17

Barra ACE

Figura 20. Esfuerzos Barra ACE


∑ 𝐹𝑥 = 0 → −𝐻𝑎 − 𝐻𝑐 + 𝐻𝑒 + 𝐹𝑐𝑖𝑙𝑥 = 0 Ec.18


∑ 𝐹𝑦 = 0 → −𝑉𝑎 − 𝑉𝑐 + 𝑉𝑒 + 𝐹𝑐𝑖𝑙𝑦 = 0 Ec.19

47

Sumatorio momento en el punto e:

∑ 𝑀𝐸 = 0 → 𝐻𝑎 ∗𝐻

2+ 𝑉𝑎 ∗ 𝑥 + 𝐻𝑐 ∗

𝐻

4+ 𝑉𝑐 ∗

𝑋

2− 𝐹𝑐𝑖𝑙𝑥 ∗

𝐻

8− 𝐹𝑐𝑖𝑙𝑦 ∗

𝑋

4= 0 Ec.20

Sumatorio momento en el punto e:

∑ 𝑀𝐴 = 0 → −𝐻𝑐 ∗𝐻

4− 𝑉𝐶 ∗

𝑋

2+ 𝐻𝑒 ∗

𝐻

2+ 𝑉𝑒 ∗ 𝑋 + 𝐹𝑐𝑖𝑙𝑥 ∗

3𝐻

8+ 𝐹𝑐𝑖𝑙𝑦 ∗

3𝑋

4= 0 Ec.21

Barra EFG

Figura 21. Esfuerzos Barra EF


∑ 𝐹𝑥 = 0 → −𝐻𝑒 − 𝐻𝑓 + 𝐻𝑔 = 0 Ec.22

Sumatoria Fuerzas en eje y:

∑ 𝐹𝑦 = 0 → −𝑉𝑒 − 𝑉𝑓 + 𝑉𝑔 = 0 Ec.23

Sumatorio momento en el punto G:

∑ 𝑀𝐺 = 0 → −𝑉𝑒 ∗ 𝑥 + 𝐻𝑒 ∗𝐻

2− 𝑉𝑓 ∗

𝑋

2+ 𝐻𝑓 ∗

𝐻

4= 0 Ec.24

48

Barra DFH

Figura 22. Esfuerzos Barra DFH


∑ 𝐹𝑥 = 0 → −𝐻𝑑 + 𝐻𝑓 = 0 Ec.25

Sumatoria Fuerzas en eje y:

∑ 𝐹𝑦 = 0 → −𝑉𝑑 + 𝑉𝑓 + 𝑉ℎ = 0 Ec.26

Sumatorio momento en el punto H:

∑ 𝑀𝐻 = 0 → 𝐻𝑑 ∗𝐻

2+ 𝑉𝑐 ∗ 𝑋 − 𝐻𝑓 ∗

𝐻

4− 𝑉𝑓 ∗

𝑋

2= 0 Ec.27

Se observa que a priori se trata de un sistema de ecuaciones de 16 ecuaciones con 16

incógnitas siendo estas todas las mostradas en las cinco páginas anteriores, sin embargo, si

se analiza solamente la Barra AB con sus ecuaciones 11-12-13-14 se puede calcular

fácilmente todos los esfuerzos de los nudos que la componen.

De igual manera si se analiza la estructura global mostrada en la figura 27 y haciendo

sumatoria de fuerzas y momentos podemos obtener los esfuerzos en los nodos G y H.

Con esto lo que se consigue es reducir nuestro sistema de ecuaciones de 16x16 a uno

de 10x10, consiguiendo así simplificar la obtención de los resultados. Si se muestra ahora el

resultado de estos datos preliminares para cada caso se tiene:

49

Tabla 12. Esfuerzos Nodos A-B-G-H Caso 1 Tabla 13. Esfuerzos Nodos A-B-G-H Caso 2

Datos preliminares Caso 3

Fuerza norma(N) 0

Ha(N) 0

Va(N) 5905

Vb(N) 3975

Hg(N) 0

Vg(N) 5905

Vh(N) 3975


Fuerza norma(N) 0

Ha(N) 0

Va(N) 5649

Vb(N) 4231

Hg(N) 0

Vg(N) 5649

Vh(N) 4231

Tabla 14. Esfuerzos Nodos A-B-G-H Caso 3 Tabla 15. Esfuerzos Nodos A-B-G-H Caso 4

El método de resolución para el sistema de ecuaciones restante de 10x10 para cada

caso se hará con Excel con la herramienta Solver y se obtienen los siguientes resultados:

Caso 1(N) Caso 2(N) Caso 3(N) Caso 4(N)

Hc -9680,3 -11065 -73770 -22131

Vc 1414 0 0 0

Hd 9680 11065 73770 22131

Vd 4233 5647 3975 4231

He 0 385 -17912 -3708

Ve -4233 -4861 -7835 -7067

Fcilx -9680 -10451 -55858 -18423

Fcily 9880 9094 13740 12716

Hf 0 615 17912 3708

Vf 8466 11135 13740 12716

Tabla 16. Comparación de esfuerzos en cada nodo


Fuerza norma(N) 0

Ha(N) 0

Va(N) 4233

Vb(N) 5647

Hg(N) 0

Vg(N) 4233

Vh(N) 5647


Fuerza norma(N) 1000

Ha(N) 1000

Va(N) 4233

Vb(N) 5647

Hg(N) 1000

Vg(N) 6274

Vh(N) 3606

50

Si ahora se incluyen estas reacciones con las ya calculadas anteriormente y le hacemos

el módulo a cada uno de los nodos se obtienen los esfuerzos por nodo para cada caso

quedando:

Nodo Caso 1(N) Caso 2(N) Caso 3(N) Caso 4(N)

A 4233 4345 5905 5649

B 5647 5647 3975 4231

C 9783 11066 73770 22131

D 10565 12423 73877 22532

E 4233 4876 19550 7981

Fcil 13832 13853 57523 22385

F 8466 11152 22575 13245

G 4233 6354 5905 5649

H 5647 3606 3975 4231

Tabla 17. módulo de resultados por nodo

Como se puede observar el caso más crítico es el Caso 3 como ya se preveía de antes

los máximos esfuerzos se están produciendo cuando nuestra estructura comienza a elevarse

a la altura mínima de H=300mm.

Calcular cual es el caso más crítico nos vale para realizar un buen dimensionado de

nuestro elevador para poder así realizar una correcta selección del perfil que hay que usar,

tras esto lo que se hará será realizar el dimensionado de pasadores, unión pasadores, cilindro

y dimensionado del espesor mínimo de la plataforma superior entre otros, estos

procedimientos se realizarán a continuación.

51

3.6.3. Dimensionado de los componentes

3.6.3.1. Dimensionado del perfil tubular y comprobación a pandeo

Para realizar este apartado lo que se hará es analizar en qué punto de nuestra estructura

se encuentra el mayor esfuerzo para ello haremos uso del programa de cálculo de Estructuras

MEFI, MEFI es un programa que usa el método de cálculo matricial para la resolución de

problemas tales como problemas de elasticidad y problemas de campos en régimen

estacionario entre otros.

Este programa está desarrollado por el Departamento de Estructuras y Construcción

de la Universidad Politécnica de Cartagena y el principal objetivo cuando se creó fue el

obtener un programa de uso sencillo que nos permitiera a nosotros como estudiantes el

obtener resultados de manera sencilla o la comprobación de los mismos.

Tras esta breve introducción se mostrará cuáles son los ejes que se usarán y que vienen

marcados por este programa y un esquema básico de que datos tenemos en nuestro caso 3

siendo:

Figura 23. Ejes de referencia

Tabla 18. Parámetros a usar en MEFI

P1(N) 5927,94

P2(N) 3951,96

H(m) 0,3

X(m) 1,39194

D1(m) 1,4

alfa(α) 6,15

beta( β) 10,182

L barras(m) 1,4

Caso 3 Posición mas baja

52

Con los ejes de referencia ya definidos nos introducimos ahora al cálculo de los

diagramas de Cortantes, Axiles y Momentos Flectores de cada barra para sacar el punto más

solicitado el procedimiento será el siguiente; primero se mostrará el script que se ha usado

en cada barra para la introducción de las distancias de las barras y los esfuerzos que se

encuentran en la misma así como la representación de la misma con estos datos, después de

esto se mostrará los diagramas de Axiles, Cortantes y Momentos Flectores.

Barra AB

o Script y presentación de la estructura.

En la figura 24 se mostrará el script usado para la barra AB con sus medidas, apoyos

y esfuerzos y en la figura 25 se mostrará un esquema de cómo quedaría esta barra sin

analizar. Tras esto se mostrarán los diagramas de Axiles, Cortantes y Momentos Flectores

en sucesivas imágenes.

Figura 25.Barra AB en MEFI

Figura 24. Script Barra AB

Diagrama de Axiles

En esta Barra no encontramos esfuerzos axiles.

53

Diagrama de Cortantes

Figura 26. Diagrama Cortantes Barra AB

Diagrama de Momentos.

Figura 27. Diagrama de Momentos Flectores Barra AB

54

Barra ACE


En la figura 28 se mostrará el script usado para la barra ACE con sus medidas, apoyos




Figura 29. Barra ACE en MEFI

Figura 28. Script Barra ACE

Diagrama de Axiles

Figura 30. Diagrama Axiles Barra ACE

55


Figura 31. Diagrama Cortantes Barra ACE

Diagrama de Momentos Flectores.

Figura 32. Diagrama Momentos Flectores Barra ACE

56

Barra BCD


En la figura 33 se mostrará el script usado para la barra BCD con sus medidas, apoyos




Figura 34. Barra BCD en MEFI

Figura 33. Script Barra BCD

Diagrama de Axiles

Figura 35. Diagrama Axiles Barra BCD

57


Figura 36. Diagrama Cortantes Barra BCD


Figura 37. Diagrama Momentos Flectores Barra BCD

58

Barra EFG


En la figura 38 se mostrará el script usado para la barra EFG con sus medidas, apoyos




Figura 39. Barra EFG en MEFI

Figura 38. Script Barra EF

Diagrama de Axiles

Figura 40. Diagrama Axiles Barra EFG

59


Figura 41. Diagrama Cortantes Barra EFG


Figura 42. Diagrama Momentos Flectores Barra EFG

60

Barra DFH


En la figura 43 se mostrará el script usado para la barra DFH con sus medidas, apoyos




Figura 44. Barra DFH en MEFI

Figura 43. Script Barra DFH

Diagrama de Axiles

Figura 45. Diagrama Axiles Barra DFH

61


Figura 46. Diagrama Cortantes Barra DFH


Figura 47. Diagrama Momentos Flectores Barra DFH

Tras Finalizar el análisis de cada una de las Barras de nuestra estructura se comprueba

que el punto más solicitado se encuentra dentro de la Barra ACE, este resultado era de

esperar ya que en esta barra está actuando el cilindro.

El valor máximo de las solicitaciones dentro de esta barra y siendo estos los datos que

se usarán para el cálculo del perfil adecuado son:

Solicitaciones Máximas en Nodo

AXIL N (N) 50900

Cortante V(N) 9710

Momento M(N·mm) 4110000

Tabla 19. Solicitaciones máximas Barra ACE

62

El siguiente paso es irnos a la normativa de este tipo de elevadores y seleccionar el

tipo de acero que se usará en nuestro caso un Acero S275, cabe destacar que la Sigla A se

refiere a la combinación de carga que se tiene que es una situación normal sin la influencia

del viento o fuerzas especiales en nuestro elevador. Para nuestro tipo de Acero y nuestro

caso de carga, según la normativa nos dice que tiene que cumplir los siguientes requisitos:

Tabla 20. Esfuerzos Admisibles 1 [18]

Como se observa para un acero S275 y un coeficiente de seguridad de 1.5 nos marca

una Tensión Admisible de 183MPa y una tensión cortante de 106MPa. Si ahora nosotros

traspasamos estas tensiones en Excel usando los valores anteriores se tiene:

Norma

fy(MPa) 275

S 1,5

σadm(MPa) 183

tadm(MPa) 106


Nos basamos ahora en la teoría de Bernoulli-Navier a través de la hipótesis de flexión

compuesta para comprobar que se cumplen estos requisitos mencionados anteriormente, las

fórmulas a usar serán:

σ = ±𝑁

𝐴±

𝑀𝑥

𝐼𝑥∗ 𝑌 ±

𝑀𝑦

𝐼𝑦∗ 𝑋 Ec.28

𝜏 =𝑉

𝐴 Ec.29

63

Podemos decir que se tiene una sección rectangular, que solo se tienen momentos en

el eje X y si además nos fijamos en que 𝑌

𝐼𝑥 es el módulo Resistente del perfil se tiene la

versión simplificada de estas fórmulas. Relacionamos estas fórmulas con la ecuación de Von

Misses, nos queda:

σz =𝑁

𝐴±

𝑀𝑥

𝑊 ; 𝜏 =

𝑉

𝐴

Ec.30

Ec.31

𝛔𝐕𝐨𝐧 𝐌𝐢𝐬𝐬𝐞𝐬 = √𝛔𝐳𝟐 + 𝟑 ∗ 𝝉𝟐 Ec.32

Con todas la formulas necesarias se explicará ahora a la manera de seleccionar el perfil

adecuado, para ello se buscará en un catálogo de tubos estructurales perfiles (en nuestro un

catálogo del Grupo Condesa) por lo tanto, se seleccionará un perfil y se ve si nos cumple

que la 𝛔𝐕𝐨𝐧 𝐌𝐢𝐬𝐬𝐞𝐬 que nos da ese perfil esté por debajo de la tensión admisible que nos dice

la normativa siendo esta; σadm(MPa)=183.

Se trata entonces de un proceso iterativo, cabe destacar que no solo nos vale con que

cumpla esta condición, sino que hay que tener un valor relativamente cercano a esta ; σadm

ya que si se tiene un valor que cumple, pero el valor de la 𝛔𝐕𝐨𝐧 𝐌𝐢𝐬𝐬𝐞𝐬 es muy pequeño

estaríamos en un caso en el que se estaría desaprovechando material. Por este motivo la

selección de un perfil correcto es muy importante.

Se fijará una de las distancias de nuestro perfil siendo esta la altura con un valor de

H=100mm y se comienza este proceso de iteración:

Perfil 1

Perfil 1 H(mm) B(mm) T(mm) A(mm2) W(mm2)

100 30 3 721 15600

Tabla 22. Dimensiones perfil 1

σ(MPa) 334,06 σ VM (MPa) 334,87

t(MPa) 13,5

Tabla 23. Tensiones perfil 1

Este perfil no nos cumple ya que σadm(MPa) =183<334.871=σVM(MPa) se sigue buscando:

64

Perfil 2


100 50 6 1560 35800


σ(MPa) 147,43 σVM (MPa) 147,83

t(MPa) 6,22


Nos cumple que σadm(MPa)=183 > σVM(Mpa)= 147,8263218, aun así, como ya se

explicó anteriormente se buscará un perfil con el que se obtenga un valor más aproximado a

esta tensión de Von Misses.

Perfil 3


100 40 6 1440 30400


σ(MPa) 170,54 σVM(MPa) 170,9

t(MPa) 6,74


Este perfil 3 será el perfil que se usará con las medidas y las tensiones mostradas

anteriormente.

Se han mostrado solo tres perfiles para que se pueda entender cuál ha sido el proceso

de selección del mismo, aunque en la realidad se estudiaron hasta trece perfiles en Excel

hasta encontrar el más adecuado.

Si mostramos ahora nuestro perfil con todas las medidas que nos muestra el catalogo

se tiene:

65

Figura 48. Ejes de referencia perfil

Figura 49. Dimensiones y propiedades perfil

Comprobación a pandeo

Por último, en este apartado de nuestra selección del perfil se comprobará que no

pandea el mismo bajo las situaciones de carga máximas al que estará sometido, para ello nos

basamos en el apartado “A.1.6 estabilidad estática” normativa UNE-EN 1493:2011 [18]

Hay que cumplir que:

σadm

𝑆≥ σ𝑢𝑠𝑜 →

σadm

𝑆≥

𝑁

𝐴∗ 𝑤 Ec.33

Donde N es el Axil(N), A el área(mm2) del perfil y w es el coeficiente de pandeo, que

se puede calcular con las fórmulas que nos marca la normativa:

λ′ =λ ∗ √𝑓𝑦

𝐸

𝜋

Ec.34

66

Siendo λ′ la esbeltez específica, λ la esbeltez, fy la tensión admisible y E el módulo de

Young. Para calcular la esbeltez específica hay que calcular primeramente la esbeltez con:

λ =𝐿𝑝𝑎𝑛𝑑𝑒𝑜

𝑖𝑚𝑖𝑛→ λ =

𝐿𝑟𝑒𝑎𝑙 ∗ 𝛽

𝑖𝑚𝑖𝑛 Ec.35

Donde, Lp es la longitud de pandeo (mm) que se puede trascribir como la longitud real

de la barra Lreal(mm) por 𝛽 que es el factor de longitud efectiva y 𝑖𝑚𝑖𝑛(mm) que es el radio

mínimo.

Este factor de longitud efectiva se obtuvo de la siguiente tabla.

Figura 50. Factor de longitud efectiva [4]

Y como se tiene el primer caso que es un caso de columna articulada-articulada,

𝛽 obtiene un valor de 1. Con todos los datos ya conocidos los mostramos en una tabla en

Excel quedando:

Datos

Lbarras (mm) 1400

imin (mm) 15,3

β 1

fy(MPa) 275

E 2000000

Axil(N) 50900

Área (mm2) 1440

Tabla 28. Datos cálculo pandeo

67

Que si se sustituyen estos datos en las fórmulas ya mencionadas se tiene:

λ =𝐿𝑟𝑒𝑎𝑙 ∗ 𝛽

𝑖𝑚𝑖𝑛=

1400 ∗ 1

15.3→ λ = 91,503 Ec.36

Y con este valor de esbeltez sustituyendo en la ecuación para calcular la esbeltez

especifica nos queda:

λ′ =λ ∗ √𝑓𝑦

𝐸

𝜋=

91,503 ∗ √ 2752000000

𝜋→ λ′ = 0,3415

Ec.37

Como el valor que se obtiene λ′ = 0,3415 está entre el primer rango que marca la

normativa 0 < λ′ ≤ 1,195 entonces para sacar el coeficiente de pandeo se usará la primera

ecuación de nuestra normativa.

Figura 51. Ecuación coeficiente de pandeo [18]

Sustituyendo:

𝜔 =1

(1 − 0,195 ∗ 0,3415 − 0,185 ∗ 0,34152,5) → 𝜔 = 1,086 Ec.38

Que para acabar y si volvemos a la ecuación principal se obtiene:

275

1.5≥

50900

1440∗ 1,086 Ec.39

[183 MPa ≥ 38,39 MPa]

Por lo que no pandearía el perfil seleccionado bajo las situaciones de carga a las que está

sometido.

68

3.6.3.2. Dimensionado de los pasadores

Para este apartado del dimensionado de los pasadores no se va a incluir el peso propio

de la estructura. Esto se debe a que los esfuerzos que se analizarán son de una magnitud muy

elevada; si a estos esfuerzos se le incluyen el peso de los elementos de la estructura los

resultados no variarían. Se puede apreciar esto si nos fijamos en el peso de las barras siendo

estas 2.2kg que serían 21.58N, despreciable en comparación de los esfuerzos que se usarán.

Como nos pondremos del lado de la seguridad a la hora de la selección del diámetro

final de los pasadores, nos estamos asegurando que aun incluyendo estos esfuerzos nuestros

pasadores siguen cumpliendo.

Para el dimensionado de los pasadores de nuestra estructura se diferenciarán en 4

subgrupos, esto es debido entre otras razones a que hay que pensar en facilitar la tarea de

montaje y selección de los mismos y sería contraproducente el tener un pasador distinto para

cada punto en el que sea necesario incluir uno.

La manera de organizar estos subgrupos mencionados se puede hacer de dos formas;

la primera es en analizar los nodos viendo cuáles de ellos tienen fuerzas similares haciendo

así 4 grupos y analizando solo el nodo con el valor de esfuerzos máximo dentro de cada

grupo.

La segunda forma y la que se estudiará será diferenciar los pasadores según la función

que realizan, en nuestro caso los cuatros grupos son; Pasadores de Unión, Pasadores Medios,

Pasadores de las Sujeciones y por último los Pasadores del Cilindro, y los nodos

correspondientes a cada uno de estos grupos son:

Pasadores de Unión: Nodos D-E

Pasadores Medios: Nodos C-F

Pasadores de las Sujeciones: Nodos G-FCil

Pasadores del Cilindro: Nodos G-A

Estudiando ahora a la normativa UNE 1493:2011 al apartado del cálculo de pernos de

tipo pasador, en el apartado “A.1.3. Pernos” nos encontramos la siguiente tabla que nos

marca los esfuerzos admisibles dependiendo de la clase del perno, de la combinación de

carga que se tiene y nuestro factor de seguridad de 1.5, si son clase 8.8 o 10.9 se trataría de

pernos de acero de alta resistencia, teniendo, por tanto:

69

Tabla 29. Esfuerzos admisibles pasadores. [18]

Clase 8.8

fy(MPa) 640

X 560

σa(MPa) 373

ta(MPa) 264


El proceso de cálculo se explicará a continuación, tras esto ya solo se sustituirá en

nuestras fórmulas los datos que se tienen para cada caso. Para el cálculo hay que diferenciar

los esfuerzos producidos por cortadura y los esfuerzos producidos por aplastamiento, para

cada caso hay cumplir lo siguiente:

Fallo por Cortadura

𝜏𝑎 ≥ 𝜏𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝜏𝑎 =σa

√2 , 𝜏𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 =

𝐹𝑚á𝑥

𝐴 Ec.40

Fallo por aplastamiento

σa ≥ σtrabajo σa =𝑋

𝑆 σtrabajo =

𝐹𝑚á𝑥

𝐴 Ec.41

Con las fórmulas a usar ya mencionadas y viendo la condición que hay que cumplir en

cada caso el proceso será el siguiente; se usará la Fuerza máxima dentro de cada grupo para

el dimensionado, y se encontrará el valor del área que se necesita, con esta área se podrá

sacar fácilmente el valor del diámetro y del radio mínimo necesario.

70

Pasadores de Unión D-E

Se tienen los esfuerzos en nodos dentro de nuestro caso 3 (el más desfavorable de los

4 que se tenían):

FD(N) FE(N)

73876,93 19550,37

→ Fmax

73876,93

Fallo por Cortadura:

𝜏𝑎 ≥ 𝐹𝑚á𝑥

𝐴→ 264

𝑁

𝑚𝑚2=

73876,93 N

𝐴 (𝑚𝑚2)→ 𝐴 = 279,84𝑚𝑚2 Ec.42

𝐴 =𝜋

4∗ 𝑑2 = 279,84𝑚𝑚2 → [𝑑 = 18,86𝑚𝑚 → 𝑟 = 9,43𝑚𝑚] Ec.43

Fallo por Aplastamiento:

σa ≥ 𝐹𝑚á𝑥

𝐴→ 373

𝑁

𝑚𝑚2=

73876,93 N

𝐴 (𝑚𝑚2)→ 𝐴 = 198,06𝑚𝑚2 Ec.44

𝐴 =𝜋

4∗ 𝑑2 = 198,016𝑚𝑚2 → [𝑑 = 15,88𝑚𝑚 → 𝑟 = 7,94𝑚𝑚] Ec.45

Pasadores Medios C-F

De igual manera que en el apartado anterior y sustituyendo se obtiene:

FC(N) FF(N)

73769,92 22574,81

→ Fmax

73769,92



𝐴→ 𝐴 = 279,432𝑚𝑚2

[𝑑 = 18,86𝑚𝑚 → 𝑟 = 9,43𝑚𝑚]

Ec.46

71



𝐴→ 𝐴 = 197,775𝑚𝑚2

[𝑑 = 15,57𝑚𝑚 → 𝑟 = 7,934𝑚𝑚]

Ec.47

Pasadores Sujeciones G-A

FG(N) FA(N)

5905,05 5905,05

→ Fmax

5905,05



𝐴→ 𝐴 = 22,367𝑚𝑚2

[𝑑 = 5,34𝑚𝑚 → 𝑟 = 2,67𝑚𝑚]

Ec.48



𝐴→ 𝐴 = 15,831𝑚𝑚2

[𝑑 = 4,49𝑚𝑚 → 𝑟 = 2,25𝑚𝑚]

Ec.49

72

Pasadores Cilindro G-Fcil

FG(N) FFCil(N)

5905,05 57523,46

→ Fmax

57523,46



𝐴→ 𝐴 = 217,892𝑚𝑚2

[𝑑 = 16,66𝑚𝑚 → 𝑟 = 8,33𝑚𝑚]

Ec.50



𝐴→ 𝐴 = 154,22𝑚𝑚2

[𝑑 = 14,01𝑚𝑚 → 𝑟 = 7𝑚𝑚]

Ec.51

Que si se hace una tabla resumen con los resultados:

Tipo

Pasador Carga(N)

Diámetro mínimo(mm) Diámetro

seleccionado(mm) Cortante Aplastamiento

Unión 73877 18,86 15,88 35

Medios 73767 18,86 15,57 35

Sujeciones 5905 5,34 4,49 35

Cilindro 57523 16,66 14,01 35

Tabla 31. Comparación diámetros obtenidos

73

3.6.3.3. Dimensionado de las uniones con los pasadores

Se estudiará ahora al dimensionado de la pieza de unión con el pasador para ello nos

basamos en el “Documento básico de Seguridad estructural de acero SE-A” más

concretamente a su apartado “8.5.4 Pasadores” [22]

Estas piezas de las uniones de los pasadores se encuentran ubicadas en la plataforma

superior e inferior y en la sujeción del cilindro. Sus funciones son de unión y sujeción de las

barras y los cilindros a sus lugares geométricos correspondientes.

Esta chapa se puede calcular de dos maneras diferentes; una de ellas si se fija el espesor

de la misma con sus fórmulas dadas y la otra si se tiene la geometría prefijada por lo que las

fórmulas serían diferentes. En este caso, se realizará con el espesor prefijado teniendo:

Figura 52. Unión de los pasadores [22]

𝑎 ≥𝐹𝐸𝑑

2𝑡𝑓𝑦𝑑+

2𝑑0

3; 𝑐 ≥

𝐹𝐸𝑑

2𝑡𝑓𝑦𝑑+

𝑑0

3 Ec.52

Donde t(mm) es el espesor que se ha prefijado, Fed(N) es el valor de nuestro esfuerzo

máximo, fy(MPa) es el límite elástico del material y γmo es el coeficiente de seguridad para

nuestro material, comúnmente toma un valor de 1.05. Si ahora mostramos ahora el valor de

cada uno de estos se tiene:

Fed=Fmax(N) 73876,93

d0(mm) 35

t(mm) 6

Sy(MPa) 275

γmo 1,05

fyd=Sy/γmo 261,91

Tabla 32. Esfuerzos unión pasadores

74

𝑎 ≥73876,93

2 ∗ 6 ∗ 261,905+

2 ∗ 35

3→ 𝑎 ≥ 46,84𝑚𝑚 Ec.53

𝑐 ≥73876,93

2 ∗ 6 ∗ 261,905+

35

3→ 𝑐 ≥ 35,17𝑚𝑚 Ec.54

3.6.3.4. Dimensionado espesor plataforma superior

Para el dimensionado del espesor mínimo que debe tener nuestra superficie superior,

primeramente, debemos conocer cuál es el caso en el que se encuentra el mayor esfuerzo, se

trata del caso 2, es decir, el caso en el que se encontraba elevado a una altura de H=2000mm

y con la fuerza horizontal que nos marca la normativa de F=1000N.

Tras conocer esto se realizará el mismo procedimiento que ya se mencionó

anteriormente y fue usado para la obtención de los diagramas de Momentos Flectores, Axiles

y Cortantes teniendo entonces:

Barra AB


En la figura 64 se mostrará el script usado para la barra DFH con sus medidas,

apoyos y esfuerzos y en la figura 65 se mostrará un esquema de cómo quedaría esta barra

sin analizar. Tras esto se mostrarán los diagramas de Axiles, Cortantes y Momentos

Flectores en sucesivas imágenes.

Figura 54. Barra AB caso 2 en MEFI

Figura 53. Script Barra AB caso 2

75

Diagrama de Axiles

Figura 55. Diagrama Axiles Barra AB caso 2


Figura 56. Diagrama Cortantes Barra AB caso 2


Figura 57. Diagrama Momentos Flectores Barra AB caso 2

76

Solicitaciones Max Barra AB Caso 2

AXIL N (N) 1000

Cortante V(N) 3950

Momento M(N*mm) 1660000

Tabla 33. Esfuerzos máximos Barra AB caso 2

El cálculo del espesor necesario se realiza usando la ecuación de Navier ya explicada

y usada en apartados anteriores, pero hay que tener en cuenta una diferencia importante y es

que en este caso el momento de inercia se trataría del momento de inercia de una sección

rectangular, tras citar esta diferencia, el resto del cálculo será igual, por lo tanto, hay que

comprobar que nuestra tensión admisible es mayor que nuestra tensión de trabajo nos queda

entonces:

σadms ≥ σtrabajo →𝐹𝑦

𝑆= ±

𝑀𝑥

𝐼𝑥∗ 𝑌 Ec.55

Que sustituyendo ahora con nuestros datos e incluimos las sencillas fórmulas que se

tienen en función del espesor se tiene:

275𝑁

𝑚𝑚2

1,5=

1,66 ∗ 103𝑚 ∗1000𝑚

1𝑚1

12 ∗ 1600 ∗ 𝑒3 ∗

𝑒

2 Ec.56

[𝑒 ≥ 5,738𝑚𝑚]

Teniendo un espesor de nuestra plataforma mínimo de e=5,738mm nuestra plataforma

aguantaría la carga a la que se encuentra sometida.

77

3.6.3.5. Dimensionado eje unión nodos H-B

Para el dimensionado de esta parte, tras un estudio nos damos cuenta de que la

situación de esfuerzo máximo en estos nodos no se encuentra en el caso que se lleva

analizando en todo el TFG, sino que sería en el Caso 1 teniendo un Carga de F=5646.833N,

por lo tanto, el dimensionado se realizara con este caso de carga.

La manera de realizar este proceso sería la siguiente; se plantea un primer diseño de

un eje de una dimensión de 580mm, que nos une las dos tijeras dentro de cada plataforma.

Se planteará entonces un primer diseño de un eje en el que se tendrá esta fuerza en 2 puntos

del mismo eje simulando el esfuerzo que deberá soportar ya que los casos de carga en la otra

tijera son los mismos que los que tenemos en la tijera estudiada.

Tras esta sencilla introducción comenzara el proceso de selección del dimensionado

del eje. Primeramente, calcularemos los diagramas de momentos con los esfuerzos que se

tienen y se aplicará la Ley de Navier como en otros apartados, teniendo que cumplir la misma

condición, que nuestra tensión admisible sea mayor que la tensión de trabajo y tras cumplir

esto se despejaría el diámetro del eje necesario y por lo tanto se tendría el eje totalmente

dimensionado, por último, para el análisis del eje este se supondrá apoyado fijo en sus

extremos teniendo:

Figura 58. Eje unión nodos

78

Figura 59. Diagrama Momentos Flectores en eje

Como se puede observar se obtiene un momento flector máximo de

M=564683.3N*mm en la zona en la que esta aplicada nuestras cargas. Si aplicamos Navier

despreciando las tensiones tangenciales originadas e igualamos la condición que debemos

cumplir tenemos:

σadms ≥ σtrabajo

σtrabajo =𝑀𝑥

𝐼𝑥∗ 𝑦

Ec.57

Hay que comprobar ahora en que rango nuestra σtrabajo es más restrictiva:

X=50mm

σtrabajo =𝑀𝑥

𝜋64

∗ 𝑑4∗

𝑑

2=

282341.65𝜋

64 ∗ 𝑑4∗

𝑑

2

Ec.58

[ σtrabajo(x=50mm) =2875908,431

𝑑3 ]

X=100mm

σtrabajo =𝑀𝑥

𝜋64 ∗ (2 ∗ 𝑑)4

∗2 ∗ 𝑑

2=

718977.11

𝑑3 Ec.59

[ σtrabajo(X=100mm) =718977.11

𝑑3]

79

Se observa que, aunque el valor del momento es máximo a partir de los 100mm el

valor de la tensión máxima se produce cuando X=50mm, aplicando ahora finalmente Navier:

σadms ≥ σtrabajo

275

1,5≥

2875908,431

𝑑3 → 𝑑 = 25.033𝑚𝑚 Ec.60

Que si nos ponemos del lado de la seguridad:

[𝑑 = 35𝑚𝑚 → 2𝑑 = 70𝑚𝑚]

Figura 60. Díametros y Radios del eje

3.6.3.6. Dimensionado de los rodamientos

Para el dimensionado de los rodamientos nos basamos de nuevo en nuestro eje

calculado anteriormente. Se necesitarán cuatro rodamientos para cada plataforma, dos de

ellos estarán ubicados en el eje inferior y los otros dos en el eje superior. Si se muestra este

eje con los rodamientos necesarios se tiene:

Figura 61. Eje con Reacciones.

80

Como se observa al tener el mismo esfuerzo axial el valor de estas reacciones en los

apoyos Ra, Rb son de igual valor siendo; Ra=Rb=5646.83N. Se puede decir por lo tanto que

nos valdrá el mismo tipo de rodamiento para los dos apoyos.

Se seleccionará un rodamiento de bolas de la empresa SKF, a través de la información

que nos proporciona este catálogo, se procederá a la correcta selección del rodamiento

teniendo que cumplir por un lado que nos soporte la fuerza a la que estará sometido en su

situación más crítica (Ra=Rb=5646.83N) y también tenemos que encontrar un rodamiento

con un diámetro interior de Di=35mm para que nos entre en el eje que estudiado.

Si a estas características se le añade una más para poder facilitarnos el proceso de

selección de un rodamiento adecuado. Esta característica se obtiene al fijarnos en la ficha

técnica de nuestro elevador y nos dice que tarda 60s en elevarse, con este dato se podrá

calcular la velocidad a la que se desplaza el punto del elevador que se está estudiando y se

podrá obtener finalmente el número de revoluciones a las que se encontrará girando nuestro

rodamiento, dato que será la última característica para dimensionar correctamente el

rodamiento.

El procedimiento, por lo tanto, es el siguiente; primeramente, se realizará un esquema

de lo que se desplaza nuestro punto a estudiar (punto h) cuando estamos en la posición más

baja del elevador (h=0.3m) y cuando nos encontramos en la posición más elevado (h=2m),

con el desplazamiento de este punto y el tiempo en el que tarda en recorrer este espacio (60s)

se puede calcular la velocidad a la que se desplaza este punto H. Tras esto y con el diámetro

de nuestro eje sacaremos el número de revoluciones al que se está moviendo el rodamiento.

Finalmente, con este dato calculado ya se puede proceder a la selección del rodamiento.

Figura 62. Desplazamiento punto H

81

Calculando fácilmente de obtiene un desplazamiento de d=0.412m, si se desplaza esta

cantidad en 60s, calculando la velocidad:

𝑣 =𝑒

𝑡→ =

0.412𝑚

60𝑠= 0.006867

𝑚

𝑠 Ec.61

[𝑣 = 6,867𝑚𝑚

𝑠]

También se tiene que:

𝑣 = 𝑛 ∗ 𝑟 Ec.62

Donde; n es el número de revoluciones, r es el radio de nuestro eje (r=17,5mm) y v la

velocidad calculada anteriormente (v=6.867mm/s), sustituyendo:

𝑛 =𝑣

𝑟=

6,867𝑚𝑚

𝑠17.5 𝑚𝑚

→ Ec.63

[𝑛 = 0.392𝑟𝑎𝑑

𝑠= 23.54 𝑟𝑝𝑚]

Se puede comprobar fácilmente que nuestro rodamiento como se dijo anteriormente

no se encontrará a un número alto de revoluciones. Tras este cálculo previo nos pasamos

ahora a nuestro catálogo SKF, que para nuestro el uso que se dará a nuestro rodamiento

tendrá una vida útil especifica de:

Tabla 34. Vida util esperada [8]

Se marca un valor intermedio para este rango de 6000 h. Con estos datos se podrá

calcular la capacidad de carga a través de la vida esperada en millones de revoluciones. La

formulas a usar han sido extraídas de este catálogo de rodamientos, entonces:

𝐶 = 𝐿10

1𝑁 ∗ 𝑃 Ec.64

82

Donde; C es la capacidad de carga esperada (N), 𝐿10 es la vida esperada (Millones de

rev), N es un factor que depende de si se tiene rodamiento de bolas o de rodillos, en nuestro

caso como es de bolas N=3 y P es la carga aplicada (N), sustituyendo:

𝐿10 = 6000ℎ ∗3600𝑠

1ℎ∗ 0.392

𝑟𝑎𝑑

𝑠∗

1 𝑟𝑒𝑣

2 𝜋 𝑟𝑎𝑑∗

1 𝑚𝑖𝑙𝑙ó𝑛 𝑟𝑒𝑣

106𝑟𝑒𝑣→ Ec.65

𝐿10 = 1.349 𝑚𝑖𝑙𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑟𝑒𝑣

Que sustituyendo en la Ec.64 obtenemos:

[𝐶𝐴 = 𝐶𝐵 = 1.34913 ∗ 5646.83𝑁 = 6.24 𝑘𝑁]

Con este resultado se busca un rodamiento con una capacidad de carga dinámica

superior y con el diámetro de nuestro eje (d=35mm) finalmente se seleccionó:

Tabla 35. Medidas rodamiendo seleccionado [8]

Esta empresa nos proporciona para cada rodamiento un enlace en el cual se puede ver

en vista CAD el rodamiento, así como una ficha técnica para cada rodamiento.

Figura 63. Rodamiendo Vista 3d

83

3.6.3.7. Dimesionado ruedas y perfil C

Tras la selección del rodamiento lo que se pensó es en incluir ruedas a cada rodamiento

para que fuera esta rueda la que se desplazara sobre nuestra estructura.

Con esto se puede decir que se incluirán cuatro ruedas para cada tijera, dos para cada

uno de los dos ejes que tenemos incluido en una tijera.

Para la obtención de cual tiene que ser las medidas de nuestra rueda nos fijamos en

cual es diámetro exterior de nuestro rodamiento (D=62mm), por lo tanto, nuestra rueda tiene

que tener este valor como diámetro interior para que se puedan acoplar.

Para el diámetro exterior de nuestra rueda se seleccionó (D=94mm), este valor está

relacionado a que la rueda tiene que estar introducida en un perfil C que también se

dimensiono, el valor de la altura del mismo (h=d=94mm), finalmente a nuestra rueda se le

incluyo un redondeo de r=7mm a ambos lados de la misma quedando:

Figura 64. Rueda

Figura 65. Acoplamiento Rueda-Rodamiento.

84

Como ya se mencionó antes para que nuestra rueda ahora se pueda desplazar por

nuestra plataforma superior e inferior, se incluirán 4 perfiles en C por cada tijera y que

nuestras ruedas se muevan sobre estos perfiles. el procedimiento de la selección del perfil

adecuado fue el siguiente; primeramente, nos fijamos en cuál era la altura de cada plataforma

superior e inferior en nuestro caso se trata de una altura interior de 110mm, con lo cual

nuestro perfil tiene que tener una altura menor que esta medida.

También tenemos que comprobar que nuestro eje y ruedas queden bien acoplados en

este perfil, comprobaciones tales como que nuestro eje tiene que poder pasar por la distancia

abierta disponible, así como que la rueda se situara en la posición correcta en el perfil. Tras

un proceso de iteración en el cual se fueron probando si ciertos perfiles cumplían estas

características se llegó al elegido siendo este:

Tabla 36. Medidas y propiedades perfil C [7]

Tabla 37. Medidas y propiedades perfil C 2 [7]

85

Figura 66. Perfil C y acoplamiento en plataforma

Figura 67. Acoplamiento final perfil en C

Finalmente, para este apartado del dimensionado podemos decir que tanto nuestra

rueda como nuestro perfil C están fabricados con un Acero S275, este perfil en C irá soldado

a las plataformas inferiores y superiores siguiendo el procedimiento mostrado en el apartado

3.6.3.10. dimensionado de la sujeción del cilindro

86

3.6.3.8. Dimensionado Cilindro

Para finalizar este apartado del dimensionado de componentes necesarios se

dimensionará el cilindro, se mostrará la Fcil máxima que te tiene, a partir de esta se

obtendrán las dimensiones necesarias del cilindro. Si ahora se analiza la posición geométrica

en la que se encuentra el cilindro y se calcula la carrera del mismo se tiene:

Posición más elevada.

Nos encontramos en el Caso 1 cuando la estructura está elevada a una altura de

H=2000mm y si nos fijamos ahora en la figura 21 en la cual se calculaba el ángulo que forma

el cilindro con la horizontal y sus componentes x e y se tiene:

Figura 68. Geometría cilindro elevado

[𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 = 1450𝑚𝑚

Posición mas baja

Figura 69. Geometría cilindo posición mas baja.

Calculando el módulo de igual manera que el apartado anterior se tiene:

[𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 = 1060,66𝑚𝑚]

87

Con esto se sacará fácilmente la carrera del cilindro, solamente tendríamos que restar

el módulo obtenido en la posición más alta y baja del cilindro. Mostrando ahora este cálculo

en una Tabla además de incluir en la misma el valor de nuestra fuerza máxima Ffcil(Max)

tenemos:

Coordenada X(mm) Coordenada Y(mm) Módulo(mm)

Fcil(alta) 734,85 1250 1450

Fcil(baja) 1043,96 187,5 1060,66

Carrera Cilindro(mm) 389,34

Ffcil_Max(N) 57523,46

Tabla 38. Carrera cilindo y esfuerzo máximo

Estos son los datos necesarios para poder seleccionar correctamente nuestro cilindro,

las fórmulas que se usarán para el cálculo de este apartado serán extraídas del libro “Diseño

en Ingeniería Mecánica de Shigley”, en este caso se trata de la edición novena [16].

Por lo tanto, el primer cálculo será el de obtener el diámetro del vástago mínimo

necesario para evitar el pandeo en el cilindro, se hace a través de la Formula de Euler,

teniendo:

[𝐹 =𝜋2 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼

𝑆 ∗ 𝐿𝑘2 ] Ec.66

E=módulo de Young del Acero=2.1 ∗ 105 𝑁

𝑚𝑚2

S= Coeficiente de seguridad= 3

I=𝜋

64∗ 𝑑4 (Momento de Inercia en 𝑚𝑚4)

𝐿𝑘 = 𝐹𝑐 ∗ 𝐿 → Longitud de pandeo

88

La longitud de pandeo 𝐿𝑘 depende de dos factores; uno de ellos Fc que es factor de la

carrera, que depende de las condiciones en las que se encuentre el perfil apoyado, y L que

es la carrera ya calculada anteriormente.

Figura 70. Factor de la carrera Fc [13]

Como se observa para el tipo de apoyo que llevará nuestro cilindro, el valor del factor de

carrera es Fc=2. Sustituyendo con todos los datos conocidos en la ecuación de Euler anterior

podemos encontrar el valor del Diámetro del vástago necesario.

𝐹 =𝜋2∗𝐸∗𝐼

𝑆∗𝐿𝑘2 → 57523.46 =

𝜋2∗210000𝑁

𝑚𝑚2 ∗𝜋

64∗𝑑4

3∗(2∗389.34𝑚𝑚)→

[𝑑 ≥ 31.85𝑚𝑚]

Ec.67

Poniéndonos del lado de la seguridad, se selecciona un diámetro del vástago de 36mm, por

lo que si se hace una tabla con nuestras necesidades se tiene:

Fuerza Cilindro(N) 57523,46

Carrera Cilindro(mm) 389,34

Ø Vástago(mm) 36

Tabla 39. Propiedades finales

89

Se buscará ahora un catálogo que tenga disponible un cilindro con estas características de

diámetro del vástago y carrera necesarios. Se encontró un catálogo de la empresa Cicromur,

más concretamente un catálogo que lleva por nombre “Cilindros de Doble Efecto Charnela

Trasera”. En este catálogo, si se tiene el diámetro conocido del vástago se podrá sacar

fácilmente el diámetro del pistón necesario, así como todas las medidas del cilindro.

Posteriormente se harán diversos cálculos, que corroborarán que la selección de estas

medidas y por lo tanto de nuestro cilindro son correctas. Pasándonos a este catálogo se tiene:

Tabla 40. Catálogo cilindro seleccionado. [10]

90

Figura 71. Medidas geométricas cilindro [11]

Tabla 41. Propiedades catálogo cilindro [11]

La siguiente tarea será el comprobar que la elección de nuestro cilindro es correcta.

Para ello lo primero que se hará será el comprobar el diámetro del vástago necesario para

nuestra fuerza, esto se hará a través de una gráfica que nos marca la longitud de pandeo

frente a la fuerza necesaria, pudiendo obtener así de una manera aproximada el diámetro del

vástago necesario.

91

Tras esto, se comprobará que el diámetro del pistón es correcto y que la presión a la

que estamos para nuestra fuerza máxima no supera la presión máxima de operación de este

cilindro seleccionado.

Figura 72. Comprobación díametro vástago necesario [13]

Como se observa que para una longitud de pandeo de 𝐿𝑘 = 778.68𝑚𝑚 y una fuerza

máxima del cilindro de 𝐹 = 5752.346 𝑑𝑎𝑁, nos sale un diámetro aproximado del vástago

de 36mm, por lo que nuestra selección del diámetro del vástago es correcto.

Para la comprobación del diámetro del pistón y de la presión de uso se tiene:

𝑃 =𝐹

𝐴→ 20𝑀𝑃𝑎 =

57523.46𝑁𝜋4 ∗ 𝑑2

→ Ec.68

[𝑑𝑝𝑖𝑠𝑡ó𝑛 ≥ 60.52𝑚𝑚]

Tras este resultado podemos decir que; si se aplica la presión máxima de uso de nuestro

cilindro siendo esta de 20MPa, el diámetro necesario del pistón es menor que el que se

seleccionó (Ø Pistón= 80(mm)).

92

Por ultimo para estas comprobaciones se calculará la presión de uso de nuestro cilindro

y se corroborará que es menos que la presión máxima.

𝑃𝑢𝑠𝑜 =𝐹

𝐴→ 𝑃(𝑀𝑃𝑎) =

57523.46𝑁𝜋4 ∗ (80𝑚𝑚)2

→

𝑃𝑢𝑠𝑜 = 11.45𝑁

𝑚𝑚2= 114.5 𝑏𝑎𝑟

[𝑃𝑢𝑠𝑜 = 114.5 𝑏𝑎𝑟 < 200𝑏𝑎𝑟 = 𝑃𝑀𝑎𝑥]

Ec.69

Con todos estos cálculos se comprueba que a priori el modelado y la selección de

nuestro cilindro es correcto. El último paso del modelado del cilindro será el calcular el

espesor necesario del cilindro a través de la hipótesis de pared delgada o gruesa, dependiendo

de si se cumplen ciertos requisitos se podrá usar una u otra hipótesis.

Como se mencionó anteriormente, nos basaremos en las fórmulas mostradas en el libro

“Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley” edición novena, más concretamente en su

apartado “Esfuerzos en Cilindros Presurizados”. [16]

Cilindro de Pared Delgada sí e<d/40

Cilindro de Pared Gruesa sí e>d/40

Como no se conoce este espesor el proceso sería, el realizar el cálculo completo

suponiendo que nos cumple la hipótesis de pared delgada, si tras estos cálculos nos damos

cuenta que no cumple y por lo tanto nuestra suposición es incorrecta se comprobará si

cumple con la otra hipótesis.

93

Esfuerzos en cilindros presurizados

Lo primero que se hará es citar cuales son los esfuerzos producidos en cilindros

hidráulicos y presurizados, nos dice que estos desarrollan esfuerzos radiales y tangenciales,

la intensidad de estos esfuerzos depende del radio considerado. La distribución de estos

esfuerzos según Shigley es [16]:

Figura 73. Distribución de esfuerzos [16]

Y para un caso especial en el que 𝑝0 = 0 las ecuaciones de estos esfuerzos son:

σt =𝑟𝑖

2𝑝𝑖

𝑟02 − 𝑟𝑖

2(1 +

𝑟02

𝑟2) Ec.70

σr =𝑟𝑖 𝑝𝑖

𝑟02 − 𝑟𝑖

2(1 +

𝑟02

𝑟2) Ec.71

Se tiene también un esfuerzo longitudinal este esfuerzo es producido cuando nuestro

cilindro absorbe las reacciones en los extremos debidas a la presión interna del mismo,

teniendo:

σl =𝑝𝑖 𝑟𝑖

2

𝑟02 − 𝑟𝑖

2 Ec.72

94

Esfuerzos en Recipientes de pared delgada

Según la bibliografía seleccionada para el calculado de este apartado, podemos decir

que nuestro recipiente es de pared delgada si se cumple que el espesor de la pared es menor

que el diámetro del pisto dividido entre cuarenta (e<d/40). En este caso, el esfuerzo radial

resulta muy pequeño comparado con el esfuerzo con el esfuerzo tangencial. El esfuerzo

tangencial es llamado en este caso como “esfuerzo circunferencial”, esto se debe a que actúa

de manera uniforme sobre el área esforzada. Tras el cálculo de estas tres tensiones citadas se

relacionarán con las de Von Misses, para el cálculo de este esfuerzo.

σθ = σtmax = 𝑝 ∗𝑑

2 𝑒= 11,45

𝑁

𝑚𝑚2∗

80 𝑚𝑚

2 𝑒→ Ec.73

σθ = σtmax = σ1 → [σ1 = 458𝑁

𝑚𝑚∗

1

𝑒(𝑚𝑚) ] Ec.74

σL = σZ = 𝑝 ∗𝑑

4 𝑒= 11,45

𝑁

𝑚𝑚2∗

80 𝑚𝑚

4 𝑒→ Ec.75

σL = σZ = σ2 → [σ2 = 229𝑁

𝑚𝑚∗

1

𝑒(𝑚𝑚)] Ec.76

σR = σ3 = 0 =→ [σ3 = 0] Ec.77

Con esto se aplica Von Misses para obtener su tensión.

σVon Misses = √(σ1 − σ2)2 + (σ2 − σ3)2 + (σ3 − σ1)2

2

σVon Misses = 560.94𝑁

𝑚𝑚∗

1

𝑒 (𝑚𝑚) √2

Ec.78

σAdms ≥ σVon Misses →355

𝑁𝑚𝑚2

1.5= 560.94

𝑁

𝑚𝑚∗

1

𝑒(𝑚𝑚) √2 Ec.79

emin ≥ 1.68𝑚𝑚 Ec.80

Se comprobará ahora la hipótesis de pared delgada:

e ≤𝑑

40 Ec.81

1.68 ≤80

40= 2 → [1.68mm ≤ 2𝑚𝑚] Ec.82

95

Podemos decir tras este resultado, que la suposición de usar la hipótesis de pared

delgada es correcta, por lo tanto, no es necesario plantear la hipótesis de pared gruesa.

Finalmente se concluye este apartado diciendo que poniendo un espesor al cilindro

mayor de 1.68mm, este nos aguantará las fuerzas a las que está sometido en su situación más

crítica.

3.6.3.9. Dimensionado de casquillos y anillos de seguridad

Se necesitarán casquillos de un diámetro externo de 40mm un diámetro interno de

35mm y longitudes de 35mm y 40mm, para acoplarlos a todos los puntos en los que son

necesarios.

Se han seleccionado del catálogo disponible en internet de la empresa SANMETAL,

más concretamente se trata de “casquillos cilíndricos tipo A.” [5]

Estos casquillos son casquillos de bronce autolubricados fabricados a partir de polvo

de bronce, a una composición de 90% cobre – 10%, se seleccionó este tipo de casquillos

entre otras razones debido a que no necesitan mantenimiento y tienen una vida útil de unas

10.000 horas [5]

Tabla 42. Catálogo casquillos [5]

Para el anillo de seguridad tienen que ser de diámetro de 35mm para que se puedan

acoplar a nuestros pasadores y a nuestro eje que son todos de un diámetro de 35mm.

cumpliendo esto nuestros, anillos de seguridad serán anillos DIN 471, que son un tipo de

anillos externos para ejes y uno de sus usos principales es para la sujeción de una rueda o

rodamiento a un eje, siendo este nuestro uso. Por otro lado, estos anillos se seguridad son de

un Acero al carbono y más concretamente, generalmente son de un Acero 1.4122

Por último, las dimensiones de estos anillos de seguridad que irán incluidos en las

muecas de ejes y pasadores son: DIN 471 35x1.5 y DIN 471 32x1.5 siendo los más pequeños

los que se usarán en los ejes del cilindro.

96

Tabla 43. Dimensiones anillos de seguridad [6]

Figura 74. Anillos de seguridad en 3D

97

3.6.3.10. Dimensionado de la sujeción del cilindro

Para finalizar estos apartados de dimensionados en 3d de cada elemento de nuestro

elevador, se acabará dimensionando en 3d tanto el cilindro a usar (ya calculado

anteriormente) como la sujeción del mismo, para el dimensionado del cilindro solo nos

bastará con tomar como datos las medidas de nuestro cilindro y traspasarlas a nuestro

ensamblaje de SolidWorks.

También se incluirán tanto pasadores como ejes y casquillos en los puntos necesarios

como se realizó en apartados anteriores.

Para el dimensionado de nuestra estructura de sujeción del cilindro con las barras se

incluirá una estructura del mismo perfil con el que están fabricadas las barras (100x4x6) y

añadiendo a esta estructura posteriormente los elementos de sujeción mencionados

anteriormente en su posición adecuada.

Cabe destacar que la posición de nuestra estructura de sujeción del cilindro con

respecto a las barras, se encuentra a una distancia de 350mm desde el comienzo de la barra,

situándose así en el centro de una de las mitades de nuestra barra, esto es importante de cada

a realizar un ensamblaje realista ya que para el caso del análisis analítico la distancia que se

tenía era esta. También, por último, se cita que la longitud de nuestra sujeción será de 210mm

coincidiendo esta distancia con la separación que tenemos entre las 2 barras en las que irá

incluida nuestra sujeción.

Figura 75. Sujeción cilindro

Para el cilindro, como ya se describió antes basta solo con seguir las dimensiones que

seguir el catálogo elegido quedando:

Figura 76. Conjunto cilindro y sujeciones.

98

Figura 77. Detalle sujeción cilindro.

Se ha tenido que añadir diferentes terminaciones a las sujeciones de nuestro cilindro

con las barras para que no interfiriera con otros elementos en sus movimientos de ascenso y

descenso. Se verán estas terminaciones en los planos.

Tipo de soldadura a usar en todos los componentes

Con todos los componentes del elevador ya mencionadas y explicadas se pasará ahora

a identificar el tipo de soldadura que se tendrán en nuestro elevador, estas soldaduras serán

realizadas por un taller capacitado. Este taller o persona debe atenerse a las normativas ya

mencionadas (UNE-EN-ISO-14731-2019 y UNE-EN-ISO 6520-1:2009), se usará una

soldadura tipo Mig-Mag, este tipo de soldadura se puede diferenciar dependiendo del gas

que esté usando. El arco de soldadura estará producido por un electrodo consumible formado

por un hilo continuo. Se ha seleccionado este tipo de soldadura ya que es la más eficaz y

permite trabajar con espesores de soldadura bajos (nuestra situación).

Podemos identificar los principales puntos en los que se encontrarán cordones de

soldadura siendo estos; las propias barras llevarán soldadas unos casquillos y en estos estarán

ubicados los ejes y pasadores, también las piezas de unión entre pasadores irán soldadas a

las plataformas superiores e inferiores, también se encontrarán cordones de soldadura en la

unión de los perfiles en C con las plataformas superiores e inferiores.

99

3.7. Análisis por elementos finitos

3.7.1. Metodología

Se usará SolidWorks para el análisis del elemento estudiado en este TFG. Se

comprobará por medio de los coeficientes de seguridad obtenidos en cada elemento, que

bajo los esfuerzos que se calcularon analíticamente, los elementos diseñados operan

adecuadamente y que, por lo tanto, el diseño analítico sería correcto.

Con respecto a este análisis realizado por SolidWorks los pasos a seguir serán los

mismos para cada pieza analizada siendo estos:

1) Si se entra dentro del módulo de SolidWorks Simulation y en este módulo creamos

un análisis estático

2) Con el análisis estático ya predefinido nos encontramos un submenú en el cual hay

que ir marcando las características de cada una de nuestras piezas.

Figura 78. Menú Análisis estático

Habrá que ir rellenando todas estas opciones para poder tener bien definida nuestra

pieza y que el análisis sea correcto.

3) El tercer paso será el definir las propiedades de nuestra pieza, SolidWorks dispone

de una gran biblioteca de materiales, los que se usarán en este elevador ya están

completamente definidos.

100

Tras la selección de cada tipo de material hay que seleccionar el tipo de sujeción que

se tiene, SolidWorks nos ofrece tres tipos de sujeciones:

Figura 79. Tipo de sujeciones

Geometría fija, en la cual no se permite ni el giro ni el desplazamiento.

Rodillo/control deslizante, se permite desplazarse, pero no permite el giro

Bisagra fija, permite el giro, pero no permite su desplazamiento.

4) Se añaden los tipos de esfuerzos que se tengan para cada caso

5) Se malla nuestra pieza, este proceso es de gran importancia debido a que una malla

de mala calidad nos mostrará unos resultados incorrectos por lo que se buscará una malla lo

más precisa posible para cada pieza que se tenga.

6) Resultados. Tras todos estos pasos ya solo quedaría analizar nuestras piezas y

disponemos de una inmensa cantidad de resultados que nos puede mostrar SolidWorks como

tensión de Von Misses, Tensión normales en cada eje, tensiones tangenciales en cada eje,

desplazamientos y deformaciones entre otros.

101

3.7.2. Estudio de la plataforma superior

Primeramente, se va a analizar nuestra plataforma superior en su caso más crítico, el

caso 2 en el cual se tenía nuestra estructura elevada a su altura máxima y se le añadiría un

esfuerzo de 1000N horizontalmente simulando las operaciones de nuestro elevador.

Si hacemos un recordatorio de cuáles son las fuerzas que se tenían en este caso son:

Esfuerzo P1(N) 5927.94

Esfuerzo P2(N) 3951.96

Esfuerzo Norma(N) 1000

Tabla 44. Recordatorio esfuerzos

A la hora de colocar estos esfuerzos en nuestra plataforma superior se tuvo que realizar

una línea de partición en nuestro croquis para tener la separación necesaria que nos marca

nuestra normativa entre P1 y P2.

Se colocaron restricciones de geometría a este conjunto de nuestra plataforma superior

incluyendo apoyos de tipo bisagra fija a las uniones de los pasadores y de rodillo/control

deslizante a nuestro perfil en C, quedando:

Figura 80 Esfuerzos y sujeciones plataforma superior

102

Tras mostrar la plataforma superior y los esfuerzos aplicado en ella, se pasará al

mallado. El mallado de este elemento y todos los siguientes han sido realizados de manera

semejante.

SolidWorks dispone de una gran cantidad de posibilidades a la hora del mallado

pudiendo llegar a modificar casi cualquier parámetro de este, obteniendo así el mallado más

adecuado para cada necesidad.

El mallado se realizará usando mallas basadas en la curvatura, este es el tipo de

mallado que nos conviene ya que refuerza y añade más elementos en las zonas más

interesantes de estudio, quitándonos así tener que hacer mallados por zonas o tener que

refinar la malla.

Se intentará tener una malla lo más fina posible para cada uno de los elementos que

componen nuestro elevador, consiguiendo así resultados lo más exactos posibles.

Figura 81. Malla plataforma superior y parámetros del mallado.

En los parámetros de mallado mostrados en la figura 81 se puede seleccionar el tamaño

mínimo del elemento y el tamaño máximo del elemento, entre otras características. Para la

plataforma superior obtenemos un tamaño máximo de elemento de 34.08mm y un tamaño

mínimo de 6.82mm. Con esta configuración se obtiene un número total de elementos de

21057. Este tipo de elementos son elementos sólidos tetraedros tridimensionales.

Después del mallado correcto en las figuras 92-93 se muestran los resultados obtenidos

tras analizar este elemento, se mostrará la tensión de Von Misses y desplazamiento, se

obtuvieron los siguientes resultados:

103

Figura 82. Tensión Von Misses plataforma superior

Figura 83. Desplazamiento plataforma superior

Como se observa se obtiene una σVon Misses (Máxima)=13.87MPa y un

desplazamiento máximo de 0.076mm. Claramente podemos decir que no se supera el límite

elástico del material (275MPa) por lo que se puede decir que el dimensionado de la

plataforma superior es correcto, también se obtienen unos valores de desplazamientos

relativamente pequeños. si se hace una tabla resumen con estos resultados se obtiene:

σVon Misses (𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎) 13.87MPa

Desplazamiento

máximo

0.076mm

Tabla 45. Resultados plataforma superior

104

Para finalizar podemos decir que al obtener una tensión de Von Misses máxima

relativamente pequeña en comparación con el límite elástico de nuestro acero S275 esta

plataforma superior estaría sobredimensionada, sin embargo, aun bajando el tipo de acero a

un S235 los resultados obtenidos eran similares. Por lo que se decidió seguir usando el S275

ya que nuestra normativa nos marca como el menor de los aceros disponibles el S235.

3.7.3. Estudio de la barra más solicitada

Nuestra barra más solicitada como ya se calculó anteriormente es la barra ACE en el

caso 2 en el cual nuestro elevador comienza su ascenso a una altura de H=300mm.

Los esfuerzos que se obtuvieron del cálculo analítico de esta barra aislada, estaban

girados un ángulo con respecto a la horizontal de 6. 15º, siendo este el ángulo en el que se

encontraba esta barra en la posición del caso 2.

Hay que recalcular estos esfuerzos para hacerlos totalmente horizontales y verticales

para poder entonces introducir estos esfuerzos en nuestra barra que se diseñada con

SolidWorks. Si se esquematizan estos cálculos se tiene:

Figura 84. Esquema fuerzas barra ACE caso 2

Figura 85. Esquema esfuerzos recalculados barra ACE caso 2

105

A la hora de realizar este análisis de realizaron 3 casos ya que nos encontramos con la

problemática de que el punto en el que estarán aplicadas estas fueras estarán también las

restricciones de movimiento que les impondremos a nuestras barras, con estos tres análisis

conseguirán que tengamos un estudio lo más cercano a la realidad.

Con respecto a la malla de igual manera que se comentó en la plataforma superior en

el apartado anterior se usará una malla basada en la curvatura lo más fina posible.

Como el tipo de malla va a ser la misma en todos los estudios de la barra se

identificarán los parámetros en este punto.

El mallado que se usará y los parámetros del mismo para la barra ACE son:

Figura 86. Malla barra ACE y parámetros del mallado

Como se observa se obtiene un tamaño máximo de elemento de 16.93mm y un tamaño


82220. Los elementos son sólidos tetraedros tridimensionales.

Estudio 1º barra ACE

Para el primer estudio se restringieron los nodos C y E mediante “bisagra fija” y las

cargas que quedarán serán las cargas en los nodos Fcil y A.

De igual manera que para el estudio de la plataforma superior se tuvo que hacer una

partición del croquis para incluir estos esfuerzos del cilindro.

Figura 87. Esfuerzos estudio 1º barra ACE

106

Al estar trabajando ahora con mayores esfuerzos que los que tenían en la plataforma

superior se incluirá también otro resultado más, siendo este el coeficiente de seguridad

mínimo, si se muestran estos resultados:

Figura 88. Tensiones Von Misses estudio 1º barra ACE

Si mostramos el punto exacto donde se encuentra esta tensión máxima:

Figura 89. Tensión Von Misses Máxima estudio 1º barra ACE

107

Figura 90. Desplazamientos estudio 1º barra ACE

Como se observa en la figura 88 se muestra la tensión de Von Misses máxima

resultante σVon Misses (Máxima)=136.2MPa, por otro lado, en la figura 90 se obtiene el

desplazamiento máximo de 4.92mm, finalmente se obtiene un coeficiente de seguridad

mínimo de 1.781 a través de la tensión máxima en el elemento y el límite elástico del

material. Haciendo una tabla resumen con todos estos datos se tiene:

σVon Misses (Máxima) 154.4 MPa

Desplazamiento máximo 4.92 mm

Coeficiente de seguridad mínimo 1.781

Tabla 46. Resultados estudio 1º barra ACE


Para este estudio restringiremos los nodos A y E con “bisagra fija” y se estudiaran las

cargas aplicadas en C y Fcil.


108

Si se muestran las tensiones de Von Misses se vuelve a comprobar que no se supera el

límite elástico.



Si, por último, se identifica el desplazamiento máximo que tendrá nuestra barra ACE

en este 2º estudio y si mostramos el coeficiente de seguridad mínimo en una tabla resumen

se obtiene:


109

De igual manera que para el estudio 1º de la barra ACE se comentarán los resultados

obtenidos antes de incluirlos en su tabla correspondiente. Se tiene una tensión de Von Misses

máxima resultante σVon Misses (Máxima)=180.3 MPa en la figura 92, tampoco superaríamos

el límite elástico del material de las barras (acero S275), en la figura 94 se obtiene el punto

de desplazamiento máximo con un valor de 2.397 mm y finalmente se obtiene un coeficiente

de seguridad mínimo de 1.64. Al hacer una tabla con todos estos datos nos queda:

σVon Misses (Máxima) 168.3 MPa





Para este último estudio las restricciones de movimiento estarán en los nodos A-C

mediante “bisagras fijas” de igual manera que en los otros dos estudios y se tendrán las

cargas aplicadas en los nodos Fcil-E


110




Finalmente, para este tercer estudio de la barra ACE se han obtenido resultados de una

tensión de Von Misses máxima resultante σVon Misses (Máxima)=187.9 MPa en la figura 96,

un desplazamiento máximo de 5.940mm mostrado en la figura 98 y un coeficiente de

111

seguridad mínimo de 1.463. Si mostramos ahora una tabla resumen de estos resultados de

nuestro estudio 3.





Si se hace ahora un resumen de todos los resultados que se obtuvieron. El

desplazamiento máximo con un valor de 5.940mm se obtuvo en el estudio 3º de nuestra barra

ACE ya que en este estudio se encontraban todos los esfuerzos en puntos cercanos de nuestra

barra.

La tensión máxima de Von Misses se tendría en el estudio 3º con un valor de 187.9MPa

y teniendo por lo tanto un coeficiente de seguridad mínimo de 1.463, este no difiere mucho

del que se planteó cuando se estaba analizando analíticamente nuestra estructura de 1.5, sin

embargo, si quisiéramos ponernos del lado de la seguridad y aumentar este coeficiente se

tendría que añadir refuerzos como pletinas al nodo C que es la zona en la que se encontraría

estas tensiones máximas.

Por ultimo podemos decir que en ninguno de estos estudios se ha superado nuestro

límite elástico del material con el que estarían fabricadas nuestras barras S275, por lo que

podemos decir que el dimensionado es correcto.

3.7.4. Estudio del Eje

Para el estudio del eje se comienza recordando que se tienen dos ejes por tijera, con

diámetros de 35mm en su zona pequeña y 70mm en su zona más grande. En la zona del

diámetro menor irán las restricciones de posición siendo estas de “geometría fija”. Como ya

se explicó en la metodología de este análisis por elementos finitos con SolidWorks, esta

“geometría fija” nos restringe tanto el giro como el desplazamiento.

En la zona de mayor diámetro será donde se incluirán las fuerzas que deberá soportar

estos ejes.

Terminando con esta introducción al estudio de nuestro eje se cita que de igual manera

que ocurría con nuestras barras estos ejes estarán fabricados con acero S275

Si nos fijamos de nuevo en el apartado donde se dimensionó nuestro eje (apartado

3.6.3.5. Dimensionado eje unión nodos H-B) se tenían unos esfuerzos de 5646N a cada lado.

112

Se volverá a crear una partición de nuestro croquis de este eje para simular la acción

de los esfuerzos que tendrá las barras que estarán unidas a este eje, con esto la longitud de

esta partición colindará con la anchura de nuestros perfiles(40mm)

Figura 99. Esfuerzos del estudio del eje

De igual manera que en los diferentes estudios se definen estas cargas mencionadas,

se aplica una malla basada en la curvatura lo más fina posible obteniendo unos parámetros

de mallado de:

Figura 100. Malla barra eje y parámetros del mallado

Se tiene un tamaño máximo de elemento de 5.14mm y un tamaño mínimo de 1.71mm.

Con esta configuración se obtiene un número total de elementos de 125456. Los elementos

son sólidos tetraedros tridimensionales.

Se obtuvieron los resultados de:

113

Figura 101. Tensiones Von Misses estudio del eje

Más concretamente este punto de tensión máxima estará en la unión entre estos dos

diámetros teniendo:

Figura 102. Tensión Von Misses Máxima estudio del eje

De igual manera que en apartados anteriores se hace un resumen de los resultados

obtenidos. La tensión de Von Misses máxima se muestra en la figura 109 con un valor de

σVon Misses (Máxima)=58.66MPa, la zona en la que se encuentra esta tensión es en la unión

entre los dos diámetros del eje mostrándose en la figura 110, en este punto se tendría un

concentrador de tensiones.

Con la tensión de VM máxima ya identifica es fácil calcular el coeficiente de seguridad

mínimo. Haciendo una tabla resumen con estos datos se tiene:



Tabla 49. Resultados estudio del eje

Cuando se diseñó nuestro eje analíticamente, se calculó con un coeficiente de

seguridad de 1.5, con este coeficiente de seguridad se obtuvieron unos diámetros mínimos a

usar. Como nos pusimos del lado de la seguridad y se aumentaron estos diámetros a nuestros

valores de diámetro es razonable que nuestro coeficiente de seguridad aumente de este 1.5.

114

3.7.5. Estudio de la sujeción del cilindro

La fuerza que debe soportar nuestra sujeción del cilindro para cada uno de los lados

de esta ya fueron calculadas en el apartado de cálculos analíticos, siendo estas:

Fcilx=-55858N y Fcily=13740N.

Las uniones entre las orejetas y nuestro perfil irán soldadas por un técnico competente

siguiendo el método y las normativas que se describieron en el apartado 3.6.3.10.

Dimensionado de la sujeción del cilindro.

Si se muestra de nuevo esta unión entre el perfil y las orejetas se obtiene:

Figuras 103. Terminaciones orejetas y perfil

Con etas uniones ya explicadas se comentará el tipo de apoyo que se tendrá en esta

pieza. Se situarán restricciones fijas en ambos lados ya que esta estructura irá soldada en sus

extremos a nuestras barras y se incluirán los esfuerzos ya mencionados en el hueco de cada

orejeta quedando:

Figura 104. Esfuerzos y apoyos sujección cilindro

115

Si se muestra nuevamente la malla que se usó y los parametros del mallado tenemos:

Figura 105. Malla sujeción cilindro y parámetros del mallado

Como se observa se tiene un tamaño máximo de elemento de 3.59mm y un tamaño


158543. Los elementos son sólidos tetraedros tridimensionales.

Los resultados que se obtuvieron son una tensión de Von Misses máxima de

σVon Misses (Máxima)= 217.9 Mpa mostrada en la figura 113, la ubicación de esta tensión se

ejemplifica en la figura 114. Por ultimo en la figura 115. Se muestra el desplazmiento

máximo que se obtiene en esta pieza de 0.1078mm:

Figura 106. Tensiones Von Misses estudio de la sujeción del cilindro

116

Figura 107. Tensión Von Misses Máxima estudio de la sujeción del cilindro

Figura 108. Desplazamientos estudio sujeción del cilindro

Haciendo una tabla con todos los resultados anteriormente identificados se tiene:


Desplazamiento máximo 0.1078mm


Tabla 50. Resultados estudio sujeción del cilindro

117

3.7.6. Estudio de los pasadores

Comenzamos recordando que se tenía 4 tipos de pasadores en nuestra estructura, si se

nombran e identifican a que nodo corresponde cada uno de ellos queda:

Pasadores de Unión: Nodos D-E

Pasadores Medios: Nodos C-F

Pasadores de las Sujeciones: Nodos G-A

Pasadores del Cilindro: Nodos G-Fcil

También se recuerda que estos pasadores son de acero clase 8.8 con un límite elástico

de fy=640MPa y un coeficiente de seguridad de s=1.5.

Para no hacer este apartado de estudio de los pasadores muy largo dentro de cada grupo

se estudiará solo aquellos pasadores que tenga el esfuerzo máximo dentro de cada grupo

asegurándonos así que los demás cumplen, además solo se mostraran los distintos apoyos

que tendrá cada tipo de pasador y el lugar en el que irían las fuerzas, concluyendo con una

tabla resumen de los resultados obtenidos para cada uno de estos grupos, así como una

discusión final.

Esto es debido a que, al tener 8 pasadores diferentes dentro de 4 grupos, cada uno con

longitudes y esfuerzos distintos, si se pusieran todos se extendería demasiado este apartado

y como el método de cálculo será siempre el mismo se decidió optar por mostrar solo lo ya

mencionado.

Si identificamos ahora los esfuerzos máximos para cada uno de estos grupos de

pasadores se tiene:

Pasadores de Unión: esfuerzo máximo en Nodo D, Hd=73769.92N Vd=3974.84N

Pasadores Medios: esfuerzo máximo en Nodo C, Hc=73769.92N Vc=0

Pasadores del cilindro: esfuerzo máximo en Nodo Fcil, Fcilx=55858.32N

Fcily=13740.33N,

Pasadores sujeciones: esfuerzo máximo en Nodo G, Hg=0, Vg=5905.06N

Con esta introducción de los datos que se tienen y los resultados que se deben cumplir

se muestran estos esfuerzos y las restricciones de movimiento en SolidWorks.

118

Figura 109. Análisis pasadores D-E Figura 110. Análisis pasadores C-F

Figura 111. Análisis pasadores cilindro

Los resultados que se obtuvieron fueron:

Tipo de pasadores σVon Misses

(𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎)

Coeficiente de

seguridad mínimo

Unión: Nodos D-E

294.9MPa

1.271

Medios: Nodos

C-F

249.2MPa

1.498

Cilindro: Nodos

G-Fcil

279.8MPa

1.335

Tabla 51. Resultados pasadores

Como se observa se obtienen resultados similares al coeficiente que se le impuso

cuando se estaba realizando el cálculo analítico s=1.5 por lo que se podría decir que estos

dimensionados son correctos.

119

Podemos decir también que en este caso al tener un acero de clase 8.8 siendo este un

acero de alta resistencia, su límite elástico es mayor que el de un acero común.

El límite elástico de este acero es fy=640MPa, aunque para la comprobación del

coeficiente de seguridad mínimo no se usará este límite elástico sino una fracción del mismo

siguiendo nuestra normativa UNE-EN 1493:2011 de elevadores de vehículos. [18]

σAdms =𝑋

𝑆 Ec.83

Donde X es el menor valor entre fy y 0.7*fu en nuestro caso X=560 y s es el coeficiente

de seguridad para nuestro caso de cargas s=1.5 quedando por lo tanto una tensión admisible

de:

σAdms = 373.3𝑀𝑃𝑎

Valor con el que se compararán nuestras tensiones máximas de Von Misses para

obtener este coeficiente de seguridad mínimo.

Para finalizar con este anexo del estudio de cada elemento de nuestra estructura con

SolidWorks, se cita que por medio de las tensiones máximas que se han obtenido en cada

elemento y su coeficiente de seguridad, nuestra estructura se encuentra correctamente

diseñada.

120

4. Resultados

4.1. Componentes finales de nuestro elevador.

Tras describir en qué situación se encuentran nuestros esfuerzos críticos y habiendo

realizado el dimensionado y diseño de todos los componentes del elevador, así como su

análisis en SolidWorks, se citarán ahora todos los componentes de nuestra estructura final

ya diseñada. No se entrará mucho la descripción de todas las medidas exactas ya que estas

se mostrarán en los planos.

4.1.1. Plataforma inferior y superior.

Las plataformas son de iguales dimensiones, siendo estas 1600mm de largo 600mm

de ancho con una altura de 120mm y con un espesor de 10mm y fabricadas son acero S275.

En estas plataformas se incluirán diversas piezas; las orejetas correspondientes a las

barras inferiores y superiores y los perfiles C que irán a los lados soldadas a los lados de

estas plataformas, estos perfiles en C servirán de plataforma deslizante para que se desplace

nuestro eje y ascienda o descienda el elevador.

Figura 112. Diseño plataforma

121

4.1.2. Barras.

Se tienen 8 barras de acero S275 por cada tijera y todas las barras coinciden entre una

tijera y la otra puesto que las dos estructuras son iguales, sin embargo, dentro de cada tijera

encontramos 2 tipos de barras. Se diferencian en la terminación que tienen ya unas están

destinadas a estar unidas a las plataformas superiores e inferiores, y otras están pensadas

para estar conjuntamente con un eje que se desplazará por las plataformas por medio del

perfil C.

Para el diseño de estas barras se tuvo que tener en cuenta que no podían ser de una

longitud superior a la longitud de nuestra plataforma (1600mm) si ocurriera esto cuando

nuestro elevador se encontrará en su posición más baja las bajas sobresaldrían de nuestras

plataformas inferiores y superiores. También nos fijamos en el ángulo que formarían estas

barras con respecto a la horizontal cuando nos encontráramos en la posición más elevada

(2000mm), intentando evitar así los ángulos rectos y que las barras no trabajaran

verticalmente, por último, estas barras tienen otras terminaciones y redondeos para que estas

no nos chocarán con las plataformas superiores e inferiores en sus movimientos de

elevación-descenso, por último, se tenía que cumplir que el espesor no fuera mayor de 45mm

como se vio en el apartado 3.2 Materiales y coeficiente de seguridad.

Teniendo en cuenta esto se optó por barras de 1500mm de longitud siendo su sección

100x40 y 6mm de espesor. Incluyendo en estas las diferentes terminaciones ya explicadas y

con orificios de 40mm que nos servirán de unión entre barras.

Figura 113. Barras eje

Figura 114. Barras inferiores

122

4.1.3. Cilindro hidráulico

Se necesitarán 2 cilindros por cada tijera, el diseño de nuestro cilindro viene de su

cálculo y dimensionado para que nos cumpliera tanto nuestras necesidades de fuerza como

la carrera que se tiene. Este cilindro está dimensionado para estar colocado a una distancia

de un cuarto de la longitud de la barra, las propiedades de este cilindro no se han seleccionado

ya que es un cilindro comercial y vienen marcadas en el catálogo seleccionado.

Por último, las medidas tanto del cilindro como del vástago vienen dadas del cilindro

del catálogo que se seleccionó teniendo:

Figura 115. Vástago

Figura 116. Cilindro

De igual manera que nos pasaba con las barras habrá que hacerle a nuestro conjunto

vástago-cilindro unas terminaciones para que no nos interfieran estas piezas con las demás

partes de nuestra estructura. El cilindro está diseñado para estar fijo en la plataforma inferior

por medio de un eje que lo atraviesa, una estructura de unión de estos ejes y anillos de

retención.

El vástago por otro lado, estaría unido de igual manera, pero también tendríamos que

diseñar una nueva pieza que iría soldada a nuestras barras permitiendo que a medida que

nuestro cilindro avance las barras se desplacen y el elevador suba.

123

Figura 117. Sujeción vástago Figura 118. Sujeción cilindro

4.1.4. Otros componentes

Se tendrán también otros componentes como anillos de seguridad, eje, pasadores,

unión de los pasadores, ruedas, rodamientos.

Habrá dos ejes por cada tijera que nos servirán para que se desplace nuestro elevador

por las plataformas superiores e inferiores, tendrá un cambio de sección con dos diámetros

siendo el menor de estos de d=35mm y el mayor D=77mm. En el diámetro de menor medida

será el que se introducirá en nuestro perfil C por medio de una rueda. Este eje estará fabricado

con un acero S275

Nos encontramos con diferentes pasadores, en total habrá 13 pasadores por cada tijera

con diferentes longitudes y entallas dependiendo de la necesidad que se tenga. La calidad de

los pasadores será acero Clase 8.8 con un límite elástico de fy=640MPa.

Se usarán casquillos de bronce auto lubricados, soldados con las barras para evitar la

fricción entre las barras y los pasadores, con un diámetro exterior de 40mm y un diámetro

interior de 35mm, coincidiendo estos con los diámetros de nuestros agujeros en las barras y

con los diámetros de los pasadores logrando así reducir la fricción.

Para evitar que nuestros pasadores se desplacen axialmente, se incluirán en estos unas

entallas en las que se tendrán ubicadas anillos de seguridad DIN 471.

Por último, se incluirán elementos de seguridad como barras anti torsión de acero S275

y se incluirá el sistema de seguridad del cilindro ya mencionado en el apartado (2.3.1.

Sistemas de seguridad) para evitar que si falle este nuestra estructura caiga y su

dimensionado se realizará en el anexo adecuado.

124

4.2. Diseño final.

Con los componentes finales que conforman nuestro elevador, habiendo nombrado de

manera resumida sus dimensiones y sus materiales ya que se podrán ver completamente en

los planos correspondientes, podemos mostrar ya el diseño final de nuestro elevador

teniendo:

Figura 119. Diseño final Elevador

Se mostrará ahora nuestras dos tijeras y no solo una de ellas para que se pueda ver la

separación que se tenía entre ambas (d=700mm). También se incluirán en estas estas un

vehículo diseñado en 3d. [21]

Con esto podemos mostrar fácilmente las dimensiones de nuestras tijeras al incluirle

el diseño real en 3d de un vehículo (Ford Mustang GT2017)

125

Figura 120. Conjunto elevador 1

Figura 121. Conjunto elevador 2

126

Figura 122. Conjunto elevador 3 Figura 122. Conjunto elevador 4

4.2.1. Detalles de unión entre elementos

Para finalizar este apartado del diseño final se mostrarán figuras que ilustran las

uniones entre las distintas piezas o componentes que conforman nuestro elevador.

También mostraremos algunas vistas explosionadas de estas uniones para que se pueda

ver claramente como están formadas.

Ensamblajes de unión entre barras

En los ensamblajes de unión entre barras se encuentran; unión entre dos barras,

casquillos que irán soldados a cada barra y un eje pasador que une las dos barras con una

entalla en la cual se incluirá un anillo de retención a cada lado.

Figura 123. Detalle ensamblajes de unión entre barras

En la figura 123 se muestra el detalle de la unión entre barras de nuestro diseño, como

ya se ha mencionado esta unión la componen dos casquillos un eje pasador y dos anillos de

retención.

127

Ensamblajes de unión de las barras o cilindro con plataformas las inferiores y

superiores

En estos ensamblajes tenemos las dos orejetas que irán soldadas a la plataforma

correspondiente (superior o inferior), las barras o el cilindro y casquillos soldados a estas

barras o cilindro. Para asegurar la unión entre todos estos elementos se añadirá un eje con

entallas en las que se incluirán dos anillos de retención.

Figura 124. Detalle Ensamblajes de unión de las barras o cilindro con plataformas las

inferiores y superiores

Ensamblaje barras-ejes-perfiles en C-ruedas-rodamiento-plataformas

Para finalizar se mostrará cómo sería el ensamblaje de todos estos elementos descritos.

Los perfiles en C irán solados a su plataforma correspondiente, las ruedas se desplazarán por

estos perfiles como ya se explicó en su dimensionado (3.6.3.7 Dimensionado Ruedas y perfil

en C). Estas ruedas estarán unidas al eje por medio de rodamientos. Al eje se le incluirán

cuatro anillos de seguridad para impedir el desplazamiento transversal del rodamiento. Por

último, las barras correspondientes irán soldadas al eje.

Figura 125. Detalle Ensamblajes barras-ejes-perfiles en C-ruedas-rodamiento-plataforma

superior o inferior

128

5. Discusión y conclusiones

El objetivo de nuestro TFG era el diseñar desde cero un elevador de vehículos de tipo

tijera que pudiera ser usado para vehículos de hasta 3500kg y con lo expuesto en esta

memoria podemos decir que se ha cumplido nuestro objetivo y se tiene un diseño de un

elevador funcional ya que se comprobó que ninguno de nuestros componentes opera por

encima de su límite elástico y sus coeficientes de seguridad están cercanos al valor con el

que fueron diseñados analíticamente.

A lo largo de la elaboración de nuestro trabajo de fin de grado nos hemos dado cuenta

de la complejidad que tiene la tarea de diseñar un nuevo elemento desde cero y que cumpla

todos sus requerimientos en lo referente a su normativa aplicable y que además sea optimo

y funcional. Sin embargo, como ya se explicó anteriormente, el realizar un TFG tan

específico se asemeja a lo que podría ser el trabajo en un futuro cercano de un ingeniero

graduado.

También nos dimos cuenta de lo completas que son las normativas que se aplican a

diferentes ámbitos de la ingeniería. Esto es de gran importancia ya que al cumplir estos

requisitos nos estamos asegurando una funcionalidad de nuestro diseño además de

protegernos ante posibles fallos o catástrofes que estén debidas a un mal diseño de nuestra

estructura.

5.1. Posibles mejoras del diseño.

Si se deseara realizar una optimización de nuestro diseño para hacerlo lo más

semejante a los elevadores que están disponibles en el mercado actual, se podría rediseñar

las terminaciones de las barras para que terminarán en una especie de “gancho” siendo esta

una nueva pieza que irá soldada a nuestro perfil estructural tubular.

Como otras mejoras posibles se podría modificar nuestra plataforma inferior ya que

esta no tendría esfuerzos en una gran cantidad de sus puntos.

Con esto se conseguiría una pequeña reducción del precio de la construcción de este

elevador.

Si se introdujeran esta última mejora habría que comprobar que las partes que se

eliminarían no interfirieran con las zonas de apoyo de nuestra estructura con el suelo ni zonas

en las cuales se tuvieran esfuerzos.

129

Aun sin incluir este nuevo rediseño de nuestras de las barras del que se está hablando

ni el de reducir el material usado en la plataforma inferior, nuestro elevador es

completamente adecuado y las condiciones con las que se diseñó se cumplen, por lo tanto,

en el supuesto caso de querer hacer este cambio de diseño se haría pensando en la estética

de nuestro elevador y no en la funcionalidad ni validez del mismo.

130

6. Bibliografía y Referencias

[1] RSF Maquinaria Elevador Tijera XT-350, ficha técnica elevador, [Consulta: julio 2020]

[2] RSG Maquinaría, teoría de elevadores. Disponible en:

https://www.rsf-maquinaria.com/es/elevadores [Consulta: julio 2020]

[3] CESVIMAP, Centro de experimentación y seguridad Vial, MAPFRE. Disponible en:

https://www.revistacesvimap.com/elevadores-de-vehiculos/ [Consulta: agosto 2020]

[4] ZIGURAT, GLOBAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY, Algunos comentarios sobre

el pandeo, Disponible en: https://www.e-zigurat.com/blog/es/algunos-comentarios-sobre-el-

pandeo/ [Consulta: agosto 2020]

[5] GRUPO SANMETAL, s.a. Casquillos autolubricados, catálogo 2011, [Consulta: agosto 2020]

[6] Interempresas, Damesa(Grupo Mikalor), otros elementos de unión. Disponible en:

https://www.interempresas.net/ObrasPublicas/FeriaVirtual/Producto-Anillos-de-fijacion-

Mikalor-Anillo-DIN-471-E-DIN-472-I-106408.html [Consulta: agosto 2020]

[7] INGEMECÁNICA, prontuario perfiles conformados en C, [Consulta: agosto 2020]

[8] GRUPO SKF, catálogo de rodamientos, catálogo 2020, [Consulta: agosto 2020]

[9] GRUPO DIPRAX, catálogo equipos hidráulicos estándar, catálogo 2006, [Consulta:

agosto 2020]

[10] CICROMUR, HIDRAÚLICA Y NEÚMATICA, medidas cilindro, catálogo 2009,

[Consulta: agosto 2020]

[11] CICROMUR, HIDRAÚLICA Y NEÚMATICA, Características cilindro, Disponible:

http://cicromur.com/productos/cilindros-doble-efecto-charnela-trasera.html [Consulta:

septiembre 2020]

[12] CICROSA, catálogo general cilindros, catálogo 2018, [Consulta: septiembre 2020]

[13] CICROSA, Tablas cilindro, Disponible en: https://www.cicrosa.com/wp-

content/uploads/cilindro-iso6020-2.pdf [Consulta: septiembre 2020]

https://www.rsf-maquinaria.com/es/elevadores

https://www.revistacesvimap.com/elevadores-de-vehiculos/

https://www.e-zigurat.com/blog/es/algunos-comentarios-sobre-el-pandeo/

https://www.e-zigurat.com/blog/es/algunos-comentarios-sobre-el-pandeo/

http://www.sanmetal.es/docs/SANMETAL-CATALOGO%202011%20Casquillos%20autolubricados.pdf

https://www.interempresas.net/ObrasPublicas/FeriaVirtual/Producto-Anillos-de-fijacion-Mikalor-Anillo-DIN-471-E-DIN-472-I-106408.html

https://www.interempresas.net/ObrasPublicas/FeriaVirtual/Producto-Anillos-de-fijacion-Mikalor-Anillo-DIN-471-E-DIN-472-I-106408.html

http://cicromur.com/productos/cilindros-doble-efecto-charnela-trasera.html

https://www.cicrosa.com/wp-content/uploads/cilindro-iso6020-2.pdf

https://www.cicrosa.com/wp-content/uploads/cilindro-iso6020-2.pdf

131

[14] GRUPO CONDESA, Catalogo de perfiles estructurales, catálogo 2012, [Consulta:

septiembre 2020]

[15] TRACEPARTS, Biblioteca de Archivos en 3d, Disponible en:

https://www.traceparts.com/es [Consulta: septiembre 2020]

[16] Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett. Diseño en ingeniería mecánica de Shigley 9ª

Ed.MC Graaw Hill

[17] Apuntes de la asignatura de elasticidad y resistencia de materiales II de la Universidad

de Jaén

[18] Normativa UNE-EN-1493:2011, revisión febrero 2011

[19] NTP-108 “Elevadores de Vehículos: seguridad”. Instituto Nacional De seguridad e

Higiene en el Trabajo, 2017

[20] FD-128 “Elevadores de Vehículos”. Instituto de Seguridad y Salud Laboral de la

Región de Murcia, 2016

[21] https://grabcad.com/ Diseño Ford Mustang 3d (apartado 4.2. Diseño Final) [Consulta:

octubre 2020]

[22] Documento Básico Seguridad estructural Acero, SE-A, 2008

https://www.traceparts.com/es

https://grabcad.com/

132

7. Anexos

7.1. Presupuesto

En este apartado final se realizará el presupuesto de llevar a cabo nuestro elevador

diferenciando el precio de cada uno de los componentes, el precio del montaje y el precio

del diseño de nuestro elevador tipo tijera. El precio de cada uno de los componentes, así

como el coste de fabricación y montaje que conforma nuestro elevador de vehículos de tipo

tijera han sido proporcionados por empresas locales.

Cabe destacar que el precio final que se mostrará, será el coste de llevar a la realidad

solo el estudio mostrado en el presente TFG, para así tener una idea de cuánto sería el precio

total de nuestro elevador de vehículos de tipo tijera.

Primeramente, se mostrará una tabla con el precio total de los materiales de una de las

tijeras de nuestro elevador, teniendo el mismo precio para la otra tijera.

Componente Dimensiones Cantidad Long(m) Sup(m2) Material Peso Precio Total €

Barras tijera 100x40x6 - 12 - S275 11,3kg/m 157.92

Guía corredera 100x40x15x3 - 2,8 - S275 4,62kg/m 12,936

Plataforma superior 600x1600x10 - - 1,488 S275 116,808 322,88

Plataforma inferior 600x1600x11 - - 1,488 S275 116,808 323,88

Sujeción Cilindro - 1 - 0,1567 S275 5,89Kg 53,42

Eje 70-35mm 2 0,569 0,122 S275 15,058 15,63

Casquillos 40-35mm 20 - -

Acero

sinterizado - 36,6

Anillos de Seguridad DIN471 35-32mm 24 - -

Acero al Carbono - 29,64

Anillos de Seguridad

DIN471 32-30mm 4 - -

Acero al

Carbono - 4,1112

Rodamiento SKF *16007 - 4 - - - - 59,6

Cilindro hidráulico - 2 - - - - 735,88

Barras Antitorsión 40-35mm - 1,03 - S275 1,516 10,9901

Orejetas - 8 - - S275 9,94 107,69

Orejetas Cilindro - 4 - - S275 2,83 30,66022

Pasadores Unión,

nodos D-e 35-33mm 4 0,34 -

Acero Clase

8.8 2,37 9,476

Pasadores Unión, nodos C-F 35-33mm 4 0,34

Acero Clase 8,8 2,37 9,476

Pasadores cilindro 32-30mm 2 0,358 -

Acero Clase

8.8 4,641 18,564

Sistema de Seguridad - - - - - - 85,2067

Precio Total materiales por plataforma 1866,64

Tabla 52. Presupuesto Componentes

133

Tras obtener el precio de los componentes nos pasamos ahora a identificar el precio de

mano de obra. En la tarea de preparación de material se incluyen las horas de corte,

mecanizado y soldadura de las piezas que necesiten estas tareas, tras preparar todos los

componentes que conforman nuestro elevador se tendrán todas las piezas listas para su

montaje y soldadura. Finalmente se acabaría con la pintura del elevador.

Mano de obra

Tareas Horas Precio unitario €/h Total

Preparación material 8 17 136

Montaje 30 17 510

Soldadura 5 17 85

Pintura 2 18 36

Total mano de obra 767 €

Tabla 53. Presupuesto mano de obra

Hasta ahora no se ha mostrado el coste que tendría la elaboración de este estudio

incluyendo en él las horas de búsqueda de normativa aplicable a este tipo de maquinaria y

horas de análisis y diseño hasta la obtención del diseño final del elevador de vehículos de

tipo tijera presente en este TFG.

Estas horas no se mostrarán en el presupuesto final, pero han de identificarse. No se

mostrarán en el presupuesto final ya que el precio no sería el precio real del elevador.

Esto es así debido a que cuando se realiza un diseño desde cero en cualquier ámbito

de la ingeniería, no se hace pensando solo en la fabricación de uno, sino que se piensa para

la fabricación en masa de este elemento.

Por otro lado, las horas que se han dedicado en la elaboración de este proyecto no es

un reflejo de realidad, ya que un ingeniero cualificado y con experiencia en este tema tardaría

mucho menos del que se tuvo que dedicar en este TFG.

Las horas que se han tardado en realizar el diseño final del elevador de vehículos

mostrado en este TFG son:

MANO de OBRA

Tareas Horas Precio unitario €/h Total

Elaboración del proyecto 270 30 8100

Precio total elaboración proyecto 8.100 €

Tabla 54. Presupuesto elaboración proyecto

134

Para finalizar el presupuesto se añadirá ahora el IVA al precio de los componentes y a

la mano de obra y se añadirá un apartado de beneficios industriales y gastos generales

llegando así a la obtención del precio final de llevar a la realidad el estudio desarrollado en

este TFG.

Presupuesto total materiales 1866,64

Presupuesto Mano de Obra 767

IVA(21%) 0,21

Precio por plataforma 3186,705 €

Tabla 55. Presupuesto final por plataforma

Añadiendo ahora los gastos generales y el beneficio industrial mencionados

anteriormente se tiene:

Precio total por plataforma € 3186,705

Gastos generales 13% 414,2716

Beneficios industriales 5% 159,3352

Precio total por plataforma 3760,312 €

Tabla 56. Precio total por plataforma

El precio final de la elaboración de esta plataforma elevadora asciende a la cantidad

de tres mil setecientos sesenta euros con treinta y uno dos céntimos (3760,312 €) que si se

añadiera la otra plataforma elevadora el precio sería el precio el doble.

1

2

3

3

4

5

6

7

8

910

11

13

14

15

16

12

1:10 oct 2020 1/11

UNIVERSIDAD DE JAÉNESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE LINARES

DISEÑO Y CÁLCULO DE UN ELEVADOR DE VEHÍCULOS DE TIPO TIJERA

TÍTULO DEL PLANOEscala Fecha

Pedro Jiménez Santos

Nº Plano

Nº PIEZA DESCRIPCIÓN MATERIAL PLANO CANTIDAD1 Plataforma

superior S275 2/11 1

2 Plataforma inferior S275 3/11 1

3 Barras eje S275 4/11 44 Barras fijas S275 5/11 45 Cilindro S355 26 Sujeción

cilindro S275 6/11 1

7 Pasador cilindro Clase 8.8 11/11 2

8 Barras antitorsión S275 10/11 3

9 Eje S275 8/11 210 Rueda S275 9/11 411 Circlips Din

471 35mm 9/11 24

12 Circlips Din 471 32mm 4

13 Pasadores barras 85mm Clase 8.8 11/11 4

14 Pasadores barras 80mm Clase 8.8 11/11 8

15 Casquillo 40mm

Bronce Sinterizado 11/11 20

16 Perfil C S275 4

A A

B B

C C

D D

E E

F F

8

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

700,00 1900,00

600,00 600,00

160

0,00

10,00

580

,00

oct 2020 2/11

120

,00

1600,00

1:20



Plataforma SuperiorEscala Fecha


Nº PlanoA A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

125,00 40,00

170,00

700

,00

500,00

20,00

35

,00

(1)

10,00

R50,00

100

,00

35,00 50,00

10,00

40,00

100

,00

70,

00

R3,00 1:10

Detalle (1) Escala 1:5 3/16



Plataforma SuperiorEscala Fecha


Nº PlanoA A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

11

105,00 215,00

20,00

40,00 30,00

40,00

40,00 40,00

85,

00

100

,00

410,00 290,00

1:10 4/16



Plataforma InferiorEscala Fecha


Nº PlanoA A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

11

40,00

40,00

70,00

R50,00

88,00 28,00 16,00

(2)

40,00

100

,00

R6,00 16,00

Vista isometrica escala 1:20

1:10 5/16oct 2020

Detalle (2) escala 1:5



Barras EjeEscala Fecha


Nº PlanoA A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

11

40,00

40,00

40,00

R50,00

R50,00

140

0,00

40,00

28,00

Vista isométricaescala 1:20

1:10 oct2020 6/11



Barra fijaEscala Fecha


Nº PlanoA A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

210,00

100

,00

88,

00

20,00 50,00 20,00 170,00

R10,00 40,

00

40,

00

28,

00

R35

,00

32

,00

70,00

R6,00

100,00 80,00

Vista isométrica sujeción cilindroescala 1:2

1:2 oct2020

7/11



Sujeción cilindroEscala Fecha


Nº PlanoA A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

569,00 475,00

R15

,00

35

,00

1,50

33

,00

70

,00

70,00

35,00

Vista isométricaescala 1:5

1:5 8/11



EjeEscala Fecha


Nº PlanoA A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

94,00

80,00

62,00

23,00

9,00 R7,0

0

R31,00 R17,50 9,00

R17,50

R20,00

1,50

1:2

Vista isométrica escala 1:2


oct2020

9/11




RuedaEscala Fecha


Nº PlanoA A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

370,00 40,00

35,00

290,00 40,00 35,00

vista isométricabarra antitorsión 1 escala 1:5

vista isométricabarra antitorsión 2 escala 1:5

vista isométricacasquillo 40-35mmescala 1:5

40,00 35,00

1:5 10/11



Barras antitorsión y casquillosEscala Fecha


Nº PlanoA A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

179,00

30

,00

32

,00

33

,00

85,00

35

,00

vista isométrica pasador 85mm

vista isométrica pasador 179mm

1:2 oct2020 11/11



PasadoresEscala Fecha


Nº PlanoA A

B B

C C

D D

E E

F F

4

4

3

3

2

2

1

1

diseÑo y cÁlculo de un elevador de vehÍculos de tipo tijera en

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