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CONTENIDO
Síntesis 5
CAPITULO I PLANTEAMINTO DE LA INVESTIGACION
1.1 Introducción. 6
1.2 Planteamiento del problema. 8
1.3 Objetivo General. 9
1.4 Hipótesis. 9
1.5 Límites de estudio. 10
1.6 Justificación del Trabajo. 10
1.7 Metodología 11
1.8 Revisión Bibliográfica 11
CAPITULO II MARCO TEORICO Y REFERENCIAL
2.1 Tipos de tren de aterrizaje en los helicópteros 12 2.2 Hidráulica 13
2.3 ¿Qué es un Sistema hidráulico? 17 2.4 Componentes básicos de los circuitos hidráulicos. 17
2.5 Sistema de transmisión de energía Hidráulica. 18 2.6 Fluido Hidráulico 19 2.6.1 El Aceite 20
2.6.2 Viscosidad del Aceite 21
2.7 Mantenimiento de los Sistemas Hidráulicos. 22
2.7.1 Ventajas de los Sistemas Hidráulicos 23
2.7.2 Aplicación para labores de Mantenimiento en la Aeronáutica 25
2.8 El Acero 26
2.8.1 Nomenclatura de los Aceros 26
2.8.2 Características Generales del Material Seleccionado 28
2.9 Ensayos Mecánicos del Acero 30
2.9.1 Ensayo de Dureza Rockwell 31
3
2.9.2 Ensayo de Tensión 33
2.9.3 Líquidos Penetrantes 36
2.10 Coeficiente de Seguridad 38
2.11 Procesos de Manufactura del Sistema Hidromecánico de Carreteo del 40
Helicóptero AS – 350B.
2.11.1 Proceso de Corte de Metales por Arco Plasma 40
2.11.2 Proceso de Corte de Metales con Cizalla Hidráulica 43
2.11.3 Fresadora 44
2.11.4 Torno Paralelo 46
2.11.5 Soldadura en Arco 47
2.11.6 Electrodo Seleccionado E‐6013. 53
CAPÍTULO III PRUEBAS DE ENSAYO
3.1 Dureza Rockwell “B” 56
3.2 Ensayo de Tensión Probeta 59
CAPITULO IV DESCRIPCION, FUNCIONAMIENTO Y MANUFACTURA
4.1 Elementos que conforman el Sistema de Carreteo 64
4.2 Descripción, Funcionamiento y Manufactura de los Componentes 65
4.2.1 Elemento de sujeción al ski 65
4.2.2 Caja de enlace de elementos 68
4.2.3 Riel 74
4.2.4 Placa deslizante 76
4.2.5 Placa de Enlace y Sujeción al gato 78
4.2.6 Eje soporte de los neumáticos 80
4
CAPÍTULO V PRUEBAS POSTERIORES A LA MANUFACTURA DEL SISTEMA
5.1 Prueba de Líquidos Penetrantes en la Caja de Enlace de Elementos (Zyglo
y/o Magnaglo) 83
5.2 Pruebas de Funcionamiento del Sistema Hidromecánico de Carreteo sobre el
Helicóptero AS‐350B 91
CONCLUSIÓN 94
BIBLIOGRAFÍA 95
Índice de Imágenes 96
Índice de tablas 99
5
Síntesis
El contenido principal de la presente tesina es la Fabricación del Sistema
Hidromecánico para Carreteo del Helicóptero AS – 350B.
Se retomó el análisis del diseño realizado sobre el sistema de carreteo de la aeronave
AS‐350B que lleva el nombre de “Modificación al Sistema Hidromecánico para
Carreteo en Tierra de Helicópteros Eurocopter AS350 y AS355” para la manufactura
del dispositivo con el fin de detectar fallas y realizar modificaciones en cuanto al
funcionamiento y eficiencia del sistema procurando una optimización de recursos.
Para realizar la manufactura del Sistema Hidromecánico de Carreteo se siguieron los
siguientes pasos:
Retomamos el diseño previo logrando obtener información valiosa de las medidas,
cálculos y sugerencias, para determinar el proceso de la manufactura.
Se realizó la investigación de materiales y realización de pruebas de ensayo para la
selección del más adecuado considerando el peso máximo de despegue de la aeronave
que es de 1950 kg.
Posteriormente siguió el proceso de la manufactura del dispositivo y la realización de
las pruebas de funcionamiento para garantizar la seguridad del nuevo Sistema
hidromecánico de Carreteo.
Por último anexamos las instrucciones adecuadas del sistema para su funcionamiento,
operación de carreteo, recomendaciones de mantenimiento y medidas de seguridad.
6
CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN
1.1 INTRODUCCION.
Gracias a la existencia de un convenio entre la Secretaria de Seguridad Pública del
Distrito Federal y el Instituto Politécnico Nacional fue posible la donación de la
aeronave AS‐350B de la compañía Eurocopter.
Fig.1
Donación de la aeronave AS350B cofaa
El helicóptero proveniente del grupo Cóndores de la Secretaria de Seguridad Pública,
actualmente apoya a la formación académica y el fortalecimiento en la preparación de
los alumnos de Ingeniería Aeronáutica de la Unidad Profesional ESIME Ticomán.
La aeronave Ecureuil AS‐350B fue trasladada el 16 de noviembre de 2006 desde el
agrupamiento de Cóndores ubicado en la zona de hangares del Aeropuerto
Internacional de la ciudad de México a la ESIME Ticomán.
7
Generalidades del Helicóptero AS350B Fabricante: Aérospatiale / Eurocopter *Peso Vacío: 1300 kg. Primer Vuelo: 26 de junio de 1974 Peso Estándar : 1500 kg. Año de Introducción en Servicio: 1975 *Peso Máx. Despegue: 1950 kg.
DIMENSIONES PRINCIPALES
Fig.2 Vista Lateral del Helicóptero AS350B obtenida del Manual de Vuelo
Fig.3 Vista Superior del Helicóptero AS350B obtenida del Manual de Vuelo
Fig.4 Vista Frontal del Helicóptero AS350B
obtenida del Manual de Vuelo
* Peso Vacío: Se considera el avión completo, sin combustible, pasajeros, tripulación, y carga. * Peso Máx. Despegue: Peso Vacío Más 100% de Carga y 100% de Combustible.
8
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
Debido a la necesidad de realizar prácticas académicas de mantenimiento a la
aeronave entre otras, así como la movilización de ésta dentro y fuera del hangar por
seguridad, la operación de carreteo del helicóptero es un proceso constante y
necesario.
Es por ello que surge el problema de modificar el sistema actual que cuenta la
aeronave AS‐350B de la ESIME Ticomán.
Se requiere un nuevo mecanismo que permita la movilización del helicóptero de una
manera fácil, rápida, eficiente y sobre todo segura, permitiendo cumplir con las
necesidades de operación dentro y fuera del hangar sin que el helicóptero sufra
ningún daño en su estructura ó tren de aterrizaje, así también garantizar la seguridad
del personal técnico, docente y estudiantil que requiera movilizar la aeronave.
9
1.3 OBJETIVO GENERAL.
Fabricar un Sistema Hidromecánico de Carreteo al Helicóptero AS‐350B de las
instalaciones de la ESIME Unidad Ticomán, retomando medidas, cálculos y
sugerencias de un diseño previamente establecido.
El sistema de carreteo del Helicóptero AS‐350B podrá ser utilizado en cualquier
momento por docentes, estudiantes y técnicos.
1.4 HIPÓTESIS
H1: Si el material cumple satisfactoriamente con las pruebas de ensayo podremos
asegurar que la manufactura del dispositivo logrará soportar el peso de la aeronave.
H2: Si se logra la manufactura del dispositivo podremos reducir el tiempo de
operación de carreteo de la aeronave.
10
1.5 LÍMITES DEL ESTUDIO
El presente estudio se limita a realizar cambios en el diseño que se retomó para la
fabricación del Sistema Hidromecánico de Carreteo del Helicóptero AS‐350B de la
ESIME Unidad Ticomán.
El alcance de la manufactura del nuevo dispositivo hidromecánico brindará:
* Mejorar el actual Sistema de Carreteo del Helicóptero AS‐350B
* Seguridad al personal docente estudiantil y técnico
* Seguridad a la estructura de la aeronave
* Facilidad de uso
* Movilidad de la aeronave
* Tiempo mínimo de movilización
* Calidad del Sistema y sus materiales
1.6 JUSTIFICACIÓN DEL TRABAJO
Lamentablemente el sistema de carreteo en tierra con el que cuenta las instalaciones
de la ESIME Ticomán es difícil de manipular debido a que solo cuenta con un
neumático por dispositivo, es muy simple, es inseguro ya que necesita de polines de
seguridad que garanticen el funcionamiento y la seguridad del sistema, es difícil de
instalar y remover, el tiempo total que requiere para realizar la operación de carreteo
desde la instalación, operación de carreteo y desmontaje del dispositivo es de
aproximadamente 60 minutos.
11
1.7 METODOLOGÍA
1. Se realizará un Marco Teórico para conocer los conceptos básicos, llevar a cabo
la manufactura y entender el funcionamiento del nuevo Sistema Hidromecánico
2. Se realizará la investigación del metal apropiado para fabricar el dispositivo
tomando en cuenta las características mecánicas del metal para soportar el
peso de la aeronave.
3. Se realizará la investigación sobre los procesos de manufactura que se utilizarán
para la fabricación del Sistema Hidromecánico
4. Se realizarán pruebas de tensión y dureza al material seleccionado.
5. Se fabricará el Sistema Hidromecánico y anexarán los planos correspondientes
a las piezas que lo conforman.
6. Se realizará una prueba de Líquidos Penetrantes para diagnosticar la calidad de
la soldadura .
7. Se realizarán pruebas de funcionamiento al Sistema sobre la aeronave una vez
manufacturado.
8. Se establecerá la Guía de Funcionamiento y Mantenimiento del Sistema
Hidromecánico del Helicóptero AS‐350B, para que el sistema pueda ser
utilizado por profesores y alumnos.
1.8 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
Como apoyo a la realización de este proyecto se consulto la tesina que se encuentra en
la biblioteca de la ESIME Unidad Ticomán que lleva por nombre “Modificación al
Sistema Hidromecánico para Carreteo en Tierra de Helicópteros Eurocopter AS350 y
AS355” relacionada con el diseño del Sistema Hidromecánico.
12
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO Y REFERENCIAL
2.1 Tipos de tren de aterrizaje en los helicópteros.
El tren de aterrizaje más común es el de patín, por ser el ideal para las diferentes
superficies de aterrizaje. Algunos trenes de aterrizaje de este tipo están equipados con
amortiguadores, gracias a los cuales golpes o choques no son transmitidos al sistema
del cuerpo del helicóptero.
Los helicópteros pueden constar de flotadores para operaciones sobre agua, o skies
para aterrizar sobre nieve o superficies blandas. Los trenes de aterrizaje de ruedas
son otra configuración existente, en arreglos de triciclo o de cuatro puntos.
Normalmente, la rueda de nariz o de cola, tiene un movimiento de giro, lo cual permite
el taxeo del helicóptero en tierra.
Desde el punto de vista de la maniobrabilidad, el helicóptero es una de las aeronaves
con mayor versatilidad para efectuar maniobras de aterrizaje y despegue. Esto
permite al helicóptero disponer de un amplio espectro de posibilidades para solventar
dificultades en el aterrizaje y el despegue ante fallo de motor o falta de potencia
disponible.
Las principales limitaciones para realizar correctamente estas maniobras se deben a:
• Peso de la aeronave
• Potencia disponible
• Rodadura en tierra
• Tipos de despegue
Tipos de Tren de aterrizaje más común :
Tren de aterrizaje con ruedas: Debido a la configuración del helicóptero, el centro
de gravedad suele ser más alto que el de una aeronave de ala fija por lo que la
rodadura en tierra puede ser más crítica por peligro de volcadura.
Tren de aterrizaje con patines. El despegue no puede incluir rodadura en tierra y se
realizará en modo vertical.
13
2.2 Hidráulica
"Hidráulica" proviene del griego "hydro" que significa "agua", y “aulos” que significa
cañería o entubamiento, es el estudio del comportamiento físico del agua en reposo y
en movimiento.
Hoy el término hidráulica se emplea para referirse a la transmisión y control de
fuerzas y movimientos por medio de líquidos, es decir, se utilizan los líquidos para la
transmisión de energía, en la mayoría de los casos se trata de aceites minerales pero
también pueden emplearse otros fluidos, como líquidos sintéticos, agua o una
emulsión agua‐aceite.
La potencia fluida es un término creado para incluir la generación, control, y uso de la
energía en forma continua y eficaz de fluidos bombeados o comprimidos (líquidos o
gases) cuando se utiliza esta energía para proporcionar la fuerza y el movimiento a los
mecanismos.
Esta fuerza y movimiento puede estar en forma de empuje, tracción, rotación,
regulación, o conducción. La potencia fluida incluye la hidráulica, que se relaciona con
los líquidos, y la neumática, que se relaciona con los gases.
Blaise Pascal (1623‐1662), científico francés, descubrió la ley fundamental de la
ciencia de la hidráulica la cual se resume de la siguiente manera:
Fig.5 Tren de aterrizaje tipo Triciclo obtenida del Manual de Vuelo
Fig.6 Tren de aterrizaje tipo Patín obtenida del Manual de Vuelo
14
“El incremento de presión aplicado a una superficie de un fluido incompresible
(líquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a
cada una de las partes del mismo”
El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia de la ecuación
fundamental de la hidrostática y del carácter altamente incompresible de los líquidos.
En esta clase de fluidos la densidad es prácticamente constante, de modo que de
acuerdo con la ecuación:
p = p0 + ρ � h
Donde:
p: Presión total
p0: Presión sobre la superficie libre del fluido.
ρ: Densidad del fluido.
�: Aceleración de la gravedad
h: Profundidad
Si se aumenta la presión sobre la superficie libre del fluido, la presión total en el fondo
ha de aumentar en la misma medida, ya que el término ρgh no variará al no variar la
presión total (obviamente si el fluido fuera compresible, la densidad del fluido
respondería a los cambios de presión y el principio de Pascal no podría cumplirse).
La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal, es
un dispositivo que permite entender mejor su significado.
Consiste de dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, cuyo interior está
completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de
secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de
modo que estén en contacto con el líquido.
15
Fig.7 Diagrama de fuerzas y áreas de un gato hidráulico.
Cuando sobre el émbolo de menor sección S1 se ejerce una fuerza F1 la presión p1 que
se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma casi
instantánea a todo el resto del líquido. Por el principio de Pascal esta presión p1 será
igual a la presión p2 que ejerce el fluido en la sección S2, es decir:
p1 = p2
Con lo que, las fuerzas sobre los émbolos fueron S1 < S2 :
F1 = p1 S1 < p1 S2 = p2 S2 = F2
Por lo tanto la relación entre la fuerza resultante en el émbolo mayor cuando se aplica
una fuerza menor en el émbolo pequeño será tanto mayor cuanto mayor sea la
relación entre las secciones:
16
Cálculo de la Relación de Fuerzas
Cuando se aplica una fuerza F1 sobre el embolo de menor área A1 se genera una
presión.
p1 = 1
1
Del mismo modo en el segundo embolo:
p2 = 2
2
Se observa que el líquido está comunicado, luego por el principio de Pascal, la presión
en los dos pistones es la misma, por tanto se cumple que:
p1 = p2
Esto es: 1
1 =
2
2 Y la relación de fuerzas:
1
2 =
1
2
En donde:
F1= Fuerza del embolo menor en N, KgF o gF
F2= Fuerza del embolo mayor en N, KgF, o gF
A1 = Área del embolo menor en m2, cm2, o in2
A2= Área del embolo mayor en m2, cm2, o in2
17
2.3 ¿Qué es un Sistema hidráulico?
Es un conjunto de componentes hidráulicos que están diseñados para trabajar juntos,
constituyendo un sistema que proporcione la máxima eficiencia que, finalmente,
conducirá a que la productividad de la máquina sea mayor y los costes de operación lo
más bajos posibles. Sin embargo, hay muchos factores que están trabajando todos los
días para erosionar esta eficiencia.
2.4 Componentes Básicos de los Circuitos Hidráulicos
Los sistemas hidráulicos se componen básicamente de:
Bombas hidráulicas: En maquinaria suelen ser de tres tipos, bombas de engranajes,
bombas de paletas y bombas de pistones.
Tuberías de conducción: En los circuitos hidráulicos pueden ser metálicas con tubos
rígidos a la medida dependiendo de la presión para la cual estén diseñados.
Válvulas: Son fundamentales en los circuitos hidráulicos, y son las que controlan los
flujos de aceite para dirigirlos hacia el lugar conveniente en cada momento.
Depósitos o recipientes hidráulicos: Pueden ser presurizados los cuales mantienen
durante el funcionamiento de la máquina una presión en su interior que favorece la
descarga de aceite hacia las bombas, así también encontramos los depósitos con
respiradero que no mantienen presión en su interior.
Cilindros o botellas: Pueden tener diversas formas o tener los soportes colocados de
distinta manera, pero generalmente se pueden clasificar por el sistema de cierre de la
tapa que varía en función de la presión que tengan que soportar. Las tapas que usan
tornillos aguantan generalmente más presión que las tapas que van atornilladas
directamente en la camisa. Estas últimas pueden ser atornilladas exteriormente o bien
en la parte interior de la camisa.
Motores hidráulicos: Son generalmente de pistones y caudal fijo, se utilizan
generalmente para la traslación de las máquinas.
Filtros hidráulicos: Van generalmente en derivación con el circuito principal y suele
pasar por ellos una parte de la presión de retorno, circunstancia por la cual, su eficacia
18
en el circuito es limitada. No suelen colocarse en las líneas de presión porque
necesitarían ser muy reforzados para aguantar tan altas presiones y serian
antieconómicos. En las líneas de aspiración de las bombas podrían dar lugar a
restricciones que producirían cavitación acortando así drásticamente la vida útil de
las mismas.
2.5 Sistema de Transmisión de Energía Hidráulica.
Es un sistema en el cual se genera, transmite y controla la aplicación de potencia a
través del aire comprimido y la circulación de aceite en un circuito.
Fig.9 División del Sistema de Transmisión de Energía Hidráulica en 3 Secciones
Fig. 8
Diagrama Básico de un Circuito Hidráulico
Primera Sección Segunda Sección Tercera Sección
19
Primera Sección de la Fig.9
Comenzando desde la izquierda del diagrama, la primera sección corresponde a la
conversión de Energía Eléctrica y/o Mecánica en un sistema de energía Hidráulica.
Un motor eléctrico, de explosión o de otra naturaleza está vinculado a una bomba o
compresor, a cuya salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presión.
Segunda Sección de la Fig.9
En la parte central del diagrama, el fluido es conducido a través de una tubería al
lugar de utilización.
Tercera sección de la Fig.9
A la derecha en el diagrama, el aire comprimido o el aceite en movimiento produce
una reconversión en Energía mecánica mediante su acción sobre un cilindro o un
motor neumático o hidráulico. Con las válvulas se controla la dirección del
movimiento, la velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o cilindro.
2.6 Fluido Hidráulico
Es un líquido transmisor de potencia que se utiliza para transformar, controlar y
transmitir los esfuerzos mecánicos a través de una variación de presión o flujo.
Fluidos empleados
• Aceites minerales procedentes de la destilación del petróleo
• Agua – glicol
• Fluidos sintéticos
• Emulsiones: agua – aceite
20
2.6 El Aceite
En sistemas hidráulicos desempeña la doble función de lubricar y transmitir potencia.
Constituye un factor vital en un sistema hidráulico, y debe hacerse una selección
cuidadosa del aceite con la asistencia de un proveedor técnicamente bien capacitado.
Una selección adecuada del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de
los componentes del sistema, principalmente de las bombas y motores hidráulicos y
en general de los actuadores.
Algunos de los factores importantes en la selección del aceite para el uso en un
sistema hidráulico son los siguientes:
1. El aceite debe contener aditivos que permitan una característica anti desgaste.
2. El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las características de
lubricante y limitante de fugas a la temperatura esperada de trabajo del sistema
hidráulico.
3. El aceite debe ser inhibidor de oxidación y corrosión.
4. El aceite debe presentar características antiespumantes.
Para obtener una óptima vida de funcionamiento, tanto del aceite como del sistema
hidráulico; se recomienda una temperatura máxima de trabajo de 65°C.
No importa que tan sofisticado se vuelva el sistema, el fluido hidráulico lleva a
cabo en el sistema las siguientes funciones principales:
• Transmitir potencia
• Lubricar la bomba, válvulas y sellos
• Proteger el sistema removiendo contaminantes
• Humedad
• Suciedad
• Calor
• Aire
21
2.6.2 Viscosidad del Aceite
Es la resistencia que tiene un aceite o un líquido a desplazarse o fluir, la viscosidad
del fluido está directamente relacionada con la habilidad del fluido para lubricar.
Un fluido de alta viscosidad genera una película de mayor espesor entre las
superficies lubricadas debido a que tiene una mayor resistencia a ser desplazado de
las superficies lubricadas, la viscosidad del fluido cambiará con la temperatura del
fluido.
Incrementar la temperatura del fluido reducirá su viscosidad. Al contrario, al
disminuir la temperatura del fluido se incrementa su viscosidad.
En muchos casos, el fluido es el único sello contra la presión interna en un
componente hidráulico en donde no existe un anillo de sello entre el vástago y el
cuerpo de la válvula para minimizar la fuga entre las áreas de alta presión y las de baja
presión.
Para mantener la fricción y el desgaste del sistema al mínimo, debe especificarse la
filtración adecuada y debe usar el fluido de la viscosidad correcta y operar el sistema
dentro de los parámetros de diseño apropiados.
22
2.7 Mantenimiento de los Sistemas Hidráulicos.
Generalidades
Los sistemas hidráulicos desempeñan un papel muy importante en el funcionamiento
eficiente de una máquina, los sistemas hidráulicos actuales son más sofisticados, para
que proporcionen la máxima productividad, al menor coste posible, es necesario
aplicar técnicas de gestión y mantenimiento de sistemas.
Hay muchas cosas que se pueden hacer para que un sistema hidráulico siga
funcionando eficientemente.
Hay tres elementos a considerar en el mantenimiento de los sistemas hidráulicos:
PREVENCIÓN.
Muchos problemas, el primero la contaminación, pueden ser evitados. Algunos
componentes están expuestos al polvo, arena y agua que, por consiguiente, pueden
entrar en el sistema hidráulico y causar un desgaste prematuro. Si puede controlar
esta contaminación podrá mantener la eficiencia del sistema y corregir los problemas
antes de que se conviertan en costosas averías.
DETECCIÓN.
Los sistemas hidráulicos son sistemas cerrados, lo que quiere decir que la mayor parte
del desgaste de los componentes se produce internamente. Para detectar el desgaste y
otros problemas dentro del sistema no hay más herramienta disponible que el
analizar el aceite periódicamente.
INSPECCIÓN.
La observación diaria de la máquina, la búsqueda de fugas y el control de las
prestaciones de la máquina, pueden detectar muchos problemas antes de que
obliguen a una parada no programada de la máquina.
23
2.7.1 Ventajas de los Sistemas Hidráulicos
Los sistemas hidráulicos tienen muchas características deseables:
Eficiencia: Descontando las pérdidas que puedan ocurrir en sus vínculos mecánicos,
prácticamente toda la energía transmitida a través de un sistema hidráulico es
recibida a la salida, donde el trabajo es llevado a cabo.
Confiabilidad: El sistema hidráulico es consistentemente confiable, no está sujeto a
cambios en el desempeño o a fallas súbitas inesperadas.
Sensibilidad de control: El líquido confinado de un sistema hidráulico opera como
una barra de acero al transmitir la fuerza. Sin embargo, las partes móviles son livianas
y pueden ser puestas en movimiento o paradas casi instantáneamente. Las válvulas
dentro del sistema pueden iniciar o parar la circulación de fluidos presurizados casi
en forma instantánea y requerir muy poco esfuerzo para ser manipuladas. El sistema
completo es muy manejable por el control del operario.
Flexibilidad de instalación: Las líneas hidráulicas pueden ser colocadas casi en
cualquier lugar. A diferencia de los sistemas mecánicos que deben seguir recorridos
rectos, las líneas de un sistema hidráulico pueden ser dirigidas alrededor de
obstáculos. Los principales componentes de los sistemas hidráulicos, con la excepción
de las bombas impulsadas localizadas cerca de la fuente de suministro de potencia,
pueden ser instaladas en una variedad de lugares. Las ventajas de estas características
son fácilmente reconocibles al estudiar las muchas localizaciones de los componentes
hidráulicos en varios tipos de aviones.
Requerimientos de poco espacio. Las partes funcionales de un sistema hidráulico
son pequeñas en comparación con aquellas de otros sistemas, por lo tanto, el
requerimiento de espacio es comparativamente bajo. Estos componentes pueden ser
fácilmente conectados mediante líneas de cualquier longitud o contorno. . Las mismas
pueden ser separadas e instaladas en espacios pequeños, sin uso o fuera del camino.
24
Bajo peso.
El sistema hidráulico pesa relativamente poco en comparación con la cantidad de
trabajo que hace. Dado que el peso de la carga no útil es un factor importante sobre
una aeronave, el sistema hidráulico es ideal para el uso en aviación.
Auto lubricación.
La mayoría de las partes de un sistema hidráulico operan en un baño de aceite. Los
pocos componentes que no requieren lubricación periódica son los vínculos
mecánicos del sistema.
Bajos requerimientos de mantenimiento.
Los registros de mantenimiento consistentemente muestran que los ajustes y las
reparaciones de emergencia a las partes de un sistema hidráulico son necesarios con
poca frecuencia.
25
2.7.2 Aplicación para labores de Mantenimiento en la Aeronáutica
La aplicación de los gatos hidráulicos en el mantenimiento de aviones y helicópteros
es sumamente importante ya que el montaje y desmontaje de los diferentes elementos
que lo conforman es sin duda importante pues requiere de cuidados al realizar las
maniobras. Un elemento que permita mover grandes pesos con la mayor facilidad y la
menor fuerza posible requerida para su operación al menor costo son sin duda los
elementos hidráulicos. Tienen su aplicación en la industria aeronáutica al permitir
mover motores, estructuras y otros elementos con gran facilidad.
Fig.10 Dispositivo hidráulico para mover Motor Trent 900
del A380
26
2.8 EL ACERO
El acero es una aleación de hierro y carbono, actualmente se considera una aleación
cuyo contenido porcentual de hierro, en peso, es superior al de cualquier otro
componente de la aleación y con un contenido de carbono que no supere el 2%,
porcentajes mayores al 2,0% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al
ser quebradizas y no poderse forjar (a diferencia de los aceros), se moldean.
El acero es el más popular de las aleaciones, es la combinación entre un metal (el
hierro) y un metaloide (el carbono), que conserva las características metálicas del
primero, pero con propiedades notablemente mejoradas gracias a la adición del
segundo y de otros elementos metálicos y no metálicos.
Sus dos elementos primordiales abundan en la naturaleza facilitando su producción
en cantidades industriales (los aceros son las aleaciones más utilizadas en la
construcción de maquinaria, herramientas, edificios y obras públicas), habiendo
contribuido al alto nivel de desarrollo tecnológico de las sociedades industrializadas.
Sin embargo, en ciertos sectores, como la construcción aeronáutica, el acero apenas se
utiliza debido a que es un material muy denso, casi tres veces más denso que el
aluminio (7,850 kg/m³ de densidad frente a los 2,700 kg/m³ del aluminio).
2.8.1 Nomenclatura de los Aceros
Existen diversas formas para designar un mismo acero como países e instituciones
relacionadas a su fabricación y uso.
Restringiéndonos solo al sistema americano, son relevantes la influencia de
instituciones como :
ASTM (American Society for Testing and Materials)
AlSl (American lron and Steel Institute)
ASME (American Society of Mechanical Engineers)
SAE (Society of Automotive Engineers)
AWS (American Welding Society)
En las
"Clase
Según
1‐
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Tabla No.1 carbono y Acero
carbono se
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esde SAE 10
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os Aleados AISI /
clasifica en
AE 1005 a 1
016 a 1030)
1035 a 105
55 a 1095)
puede habla
/SAE
n :
1015)
3)
ar de "Grado
27
o",
28
2.8.2 Características Generales del Material Seleccionado
El material a seleccionar para la manufactura del Sistema Hidromecánico de Carreteo
es un acero AISI 1020 cuyas características se obtuvieron del libro Ciencia e Ingeniería
de los Materiales Donald R. Askeland así como del handbook 1ASM 10ª edición.
Acero 1020
El acero se encuentra en el número 2 correspondiente a los aceros de bajo % de
carbono.
• Este grupo tiene mayor resistencia y dureza, disminuyendo su deformación.
• Se utilizan para forjas.
• Son aptos para cualquier tipo de soldadura
• Su composición química le permite entregar un mejor desempeño en sus
propiedades mecánicas, soldabilidad y maquinabilidad que otros aceros del
mismo grupo.
Composición Química del Acero 1020:
Tabla No.2 Composición Química de los Aceros AISI – SAE
Libro Ciencia e Ingeniería de los Materiales Askeland
1 ASM: American Society for Metals
29
Características Mecánicas y Tecnológicas del Acero
Éstas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos,
químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de
características adecuadas, se pueden citar algunas propiedades genéricas:
• Densidad media es de 7,850 kg/m³.
• En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.
• El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de
elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de
1,510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta
frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1,375 °C, y en general
la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el
porcentaje de carbono y de otros aleantes.
• El acero se funde a 1,650°C.
• Su punto de ebullición es de alrededor de 3,000 °C.
• Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas
para fabricar herramientas.
• Relativamente dúctil: Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.
• Es maleable: Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La
hojalata es una lamina de acero, de entre 0.5 y 0.12 mm de espesor, recubierta,
generalmente de forma electrolítica, por estaño.
• Se puede soldar con facilidad.
• La corrosión es la desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma
facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que
posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por
completo.
• Molibdeno: es un elemento habitual del acero y aumenta mucho la profundidad
de endurecimiento de acero, así como su tenacidad.
• La maquinabilidad de estos aceros mejora con el forjado o normalizado, y
disminuye con el recocido.
30
2.9 Ensayos Mecánicos del Acero
Introducción
Hay diferentes tipos de aceros y pueden variar sus prestaciones con tratamientos
térmicos, se establecen ensayos mecánicos para verificar la dureza superficial, la
resistencia a los diferentes esfuerzos que pueda estar sometido, el grado de acabado
del mecanizado o la presencia de grietas internas en el material, lo cual afecta
directamente al material pues se pueden producir fracturas o hasta roturas.
Hay dos tipos de ensayos, unos que pueden ser destructivos y otros no destructivos.
Los ensayos no destructivos que realizamos sobre el Acero 1020 seleccionado para la
manufactura del dispositivo son los siguientes:
• Ensayo de dureza (Rockwell).
• Ensayos por Líquidos Penetrantes.
El ensayo destructivo que realizamos sobre el Acero 1020 seleccionado para la
manufactura del dispositivo es el siguiente:
• Ensayo de Tensión con probeta normalizada.
A continuación se presenta una breve introducción sobre los ensayos destructivos y
no destructivos que se realizaron al Acero 1020 que utilizamos para la manufactura
del Sistema Hidromecánico de Carreteo.
31
2.9.1 Ensayo de Dureza Rockwell
El ensayo de dureza mide la resistencia de la superficie de un material a la
penetración de un objeto duro. Dependiendo del contexto representa resistencia al
rayado o penetración y una medida cualitativa de la resistencia del material.
Fig.11
Durómetro Rockwell
Cortesía de Newage Testing Instruments, Inc.
El ensayo de dureza Rockwell usa una bola de acero de pequeño diámetro, para
materiales blandos, y un cono o identador de diamante, para los materiales más duros.
La máquina de ensayo mide en forma automática la profundidad de penetración del
identador, la cual se convierte en un número de dureza Rockwell (HR, por sus siglas
en inglés). Como no necesita una medición óptica de las dimensiones de la
penetración, el ensayo de Rockwell tiende a ser más frecuente que el ensayo de
Brinell.
Fig.12 Penetradores para ensayos de dureza Brinell y Rockwell Libro Ciencia e Ingeniería de los Materiales Askeland
32
Se usan algunas variaciones del ensayo de Rockwell incluidas en la siguiente tabla:
Tabla No.3 Comparación de pruebas de Comparación de pruebas normales de dureza
Libro Ciencia e Ingeniería de los Materiales Askeland
Los números de dureza se usan como base cualitativa de comparación entre
materiales, especificaciones para tratamiento térmico en la manufactura o control de
calidad , el ensayo es rápido, se hace con facilidad y es frecuente en la industria.
Forma de la Probeta
• Las piezas a probar tienen que presentar una superficie lisa y estar finamente
rectificada, para descartar mediciones erróneas por estrías de rectificado.
• En vista de la poca profundidad de la huella, deben evitarse variaciones en las
características del material en la superficie, por ejemplo: por calentamiento o
deformación en frío, aunque éstas afecten sólo a penetraciones muy pequeñas.
• La superficie tiene que estar libre de cascarilla, las piezas tienen que quedar
bien asentadas y no doblarse por acción de la carga.
• En superficies curvas, el radio de curvatura no tiene que ser menor de 0.5 mm.
• El espesor de la pieza debe ser por lo menos diez veces mayor que la
profundidad de penetración del cuerpo penetrante.
33
• La distancia de los centros de dos impresiones así como del centro de una
impresión al borde de la pieza, tiene que ascender por lo menos a 3 mm.
• Con el fin de obtener valores exactos, hay que tomar la media de los ensayos de
dos impresiones contiguas.
Fig.13
Identadores para pruebas de dureza Rockwell
2.9.2 Ensayo de Tensión
Este ensayo puede ser utilizado para determinar varias propiedades de los materiales,
como también pueden ser aplicadas en el diseño de distintos componentes por medio
de este ensayo podemos obtener la resistencia de un material a una fuerza estática o
aplicada lentamente. las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen
ser muy pequeñas ε = 10 ‐ 4 a 10‐2 1 .
Normalmente se deforma una probeta hasta rotura, con una carga de que aumenta
gradualmente y que es aplicada a lo largo del eje de la probeta. Los ensayos se
realizan en materiales metálicos (aluminio y probeta de acero).
• Existen diferentes normas para realizar el ensayo de tracción, *DIN, *ISO/DP,
*ASTM.
* DIN: Abreviatura en alemán Instituto Alemán de Normalización * ISO: Abrevia tura en inglés para Organización Internacional de Normalización * DP: Dirección provincial * ASTM: Abreviatura en inglés para Sociedad Norteamericana para la Prueba de Materiales.
34
• El ensayo de tensión determina la resistencia de un material a una fuerza
estática gradualmente aplicada; con los datos obtenidos se puede obtener la
grafica de Fuerza (KN) contra Alargamiento (mm).
• Para caracterizar adecuadamente a los materiales, se requiere obtener un
diagrama de Esfuerzo (σ) contra Deformación (ε).
• El Esfuerzo (σ) se obtiene al dividir todos los valores de carga entre el área en
mm2 y la Deformación unitaria (ε), se obtiene aplicando la siguiente fórmula:
En donde:
ε = Deformación unitaria ingenieril
L = Distancia (mm), entre marcas calibradas, después de haberse aplicado la
fuerza F
L0 = Distancia original (mm) entre marcas calibradas
Al graficar Esfuerzo contra Deformación unitaria, se obtiene la grafica, con la
cual se puede caracterizar cualquier material.
A partir de un ensayo de tensión, se puede obtener información relacionada
con la resistencia, rigidez y ductilidad de un material.
Esfuerzo de Cedencia
Es el esfuerzo que divide el comportamiento elástico y plástico del material. En
algunos materiales, el esfuerzo al cual el material cambia su comportamiento de
elástico a plástico no se detecta fácilmente. En este caso, se determina un esfuerzo de
cedencia convencional.
Se traza una línea paralela a la porción inicial de la curva Esfuerzo – Deformación,
pero desplaza 0.002 mm / mm (0.2% del origen) y que cruce la curva del diagrama; el
punto de intersección corresponderá al punto de cedencia; este procedimiento es el
método OFFSET indicado en el inciso 7.7.1 de la norma ASTM E8‐01.
35
Modulo de Elasticidad o Modulo de Young “E”
Es la pendiente de la curva Esfuerzo – Deformación en su región elástica. Esta
relación es conocida como la Ley de Hooke. El modulo es una medida de la rigidez del
material.
Fig. 14
Se aplica una fuerza unidireccional a un espécimen en el ensayo de tensión mediante el cabezal móvil . El movimiento del puente puede
generarse con tornillos sinfín o mecanismo hidráulico. Libro Ciencia e Ingeniería de los Materiales Askeland
36
2.9.3 Líquidos Penetrantes
Zyglo y/o Magnaglo
Uno de los aliados más importantes que se tiene para verificar la condición de los
componentes son las inspecciones ya que se puede saber cómo se encuentra el
componente y me ayudara a detectar fallas que se evidencien o que se sospeche que
se encuentren en esa área, estas son las inspecciones especiales o Pruebas No
Destructivas (P.N.D.).
Entre estas P.N.D. podemos encontrar a la de Líquidos Penetrantes la cual se introdujo
a la industria poco después de la segunda guerra mundial, originándose gracias a la
necesidad que había de tener una prueba alternativa a la de las Partículas Magnéticas
ya que con esta solo se pueden trabajar materiales con características magnéticas y
esto no era muy bueno.
Consideraciones Teóricas
La prueba de L.P. nos sirve para poder evidenciar discontinuidades o defectos abiertos
que se encuentran sobre la superficie y debido a que nosotros usamos esta prueba no
destructiva con el objetivo de poder inspeccionar la condición en la que se encuentra
la soldadura de nuestro sistema podemos encontrar ciertos defectos como son:
• Fisuras
• Porosidades
• Micro porosidades
• Rechupes
• Fatiga
• Agrietamientos
• Astilladuras
• Fragilización
• Falta de material de aporte
• Además este tipo de inspecciones indicará falta de adhesión entre la unión de
los metales.
37
El principio de esta prueba es el fenómeno de “CAPILARIDAD” el cual consiste en que
el Liquido Penetrante que se vierta, se introduzca o baje a través del defecto.
Existen dos técnicas principales para la prueba de L.P. los cuales se caracterizan por el
tipo de penetrante que se utilice los cuales pueden ser Coloreados (Dy check) ó
Fluorescentes, sin embargo, decidimos utilizar la prueba de LP fluorescentes ya que se
considero la más adecuada.
La diferencia entre estos dos métodos es que el Dy check utiliza un liquido revelador
para contrastar el defecto y el fluorescente en vez de revelador para contrastar, se
ayuda de luz ultravioleta hasta de 400 nm.
Fig.15
Prueba de Líquidos Penetrantes a un cigüeñal automotriz Cortesía: Sincotec
www.aireyespacio.com
38
2.10 Coeficiente de Seguridad
Es la relación entre la carga máxima a la que puede estar sometido un elemento
estructural y el peso máximo al que estará sometido.
Como elegir un valor de Factor de Diseño
Los factores de diseño apropiados se basan en varias consideraciones como la
predicción con exactitud de las cargas, fuerzas, estimación del desgaste, y efectos
ambientales a los que estará sometido el producto en servicio así como las
consecuencias por falla de ingeniería entre otros.
En la Ingeniería Aeronáutica, como en la Ingeniería Aeroespacial se utilizan valores de
factor de diseño bajos de 1.4 a 3.0 debido a los costos asociados con el alto peso
estructural, la aplicación (despegue – aterrizaje) y los materiales, están sometidos a
un control de calidad muy riguroso y horario de mantenimiento preventivo
determinante a ayudar a asegurar la confiabilidad.
Selección del Coeficiente de Seguridad para la Manufactura del Sistema
Hidromecánico de Carreteo
Tomando en cuenta la definición de Coeficiente de Seguridad tenemos un valor de
*(1950 kg.) valor indicado a lo que puede estar sometido el sistema entre *1300 kg.
valor que indica el peso máximo al que estará sometido.
Por lo que:
21,950 kg.31,300 kg.
1.5
2 1,950 kg. : Peso Máximo de Despegue de la aeronave
3 1,300 kg. : Peso Vacío de la aeronave
39
El factor de seguridad del dispositivo hidromecánico será de 1.5 asegurando así que
cumple los requisitos para soportar el peso de la aeronave y proceder con la
manufactura del dispositivo hidromecánico de carreteo.
Al aplicar el coeficiente de seguridad dividiendo 1950kg. entre 1,5, obtenemos los
1300 kg. que son la carga de uso o diseño.
40
2.11 Procesos de Manufactura del Sistema Hidromecánico de Carreteo del
Helicóptero AS – 350B.
Fig.16
Ensamble Final de las piezas en Acero 1020
Diseño realizado en NX
Se tomó en cuenta el siguiente marco teórico sobre los Procesos de Manufactura
aplicados al Acero 1020 seleccionado para la fabricación del dispositivo.
2.11.1 Proceso de Corte de Metales por Arco Plasma
Tiene como objetivo eliminar en forma de viruta, porciones de metal de la pieza a
trabajar, con el fin de obtener piezas con medidas, forma y acabado deseado.
En estos procesos se requiere de mucha potencia para separar la viruta de la pieza de
trabajo, por eso se nos presenta la opción de utilizar el corte por arco plasma, este es
el sistema recomendable para cortar a gran velocidad los aceros al carbono y permite
obtener cortes con la misma calidad que la llama, a velocidad 10 veces mayor.
Fig.17
Corte de placa de acero 1020con Arco Plasma, Cortesía www.balvinder.es.html
El pla
libres
elevad
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cantid
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cuttin
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un
nte
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na
de
el
42
electrodo. Cuando el gas de plasma atraviesa el arco, se calienta rápidamente hasta
una temperatura elevada, se expande y se acelera al pasar por el orificio de
constricción hacia la pieza de trabajo.
El proceso trabaja con corriente continua, de polaridad recta.
El orificio dirige el chorro de plasma sobrecalentado desde el electrodo hasta la pieza
de trabajo. Cuando el arco funde la pieza de trabajo, el chorro de alta velocidad
expulsa el metal derretido para formar el corte. El arco de corte se conecta o
"transfiere" a la pieza de trabajo, por lo que se conoce como arco transferido.
Fig.19
Sistema de Plasma de 400 A, Cortesía de Hypertherm
www.logismarket.es
Ventajas del Proceso
• Opera en un nivel energético muy superior, lo que permite mayores
velocidades de corte.
• El PAC tiene la ventaja de iniciarse inmediatamente, sin necesidad de
precalentamiento. El inicio instantáneo resulta especialmente ventajoso en
aplicaciones que implican interrupción del corte, como en el corte de mallas.
43
2.11.2 Proceso de Corte de Metales con Cizalla Hidráulica
Se utilizan en la fabricación de metal de alto volumen, en operaciones que requieren la
capacidad de precisión y rapidez de corte .
Pueden cortar hasta una pulgada de metal y se utilizan también en la demolición de
metal para triturar en partes más manejables para su reciclado.
El metal a cortar se inserta en la cizalla hidráulica y se sujetan con abrazaderas de
manera que no pueda cambiar de posición durante el proceso de corte.
Si un recorte del 90 ° es necesario, un brazo de cuadratura o de tope serán empleados
para asegurar un corte liso.
Como todos los equipos pesados, la cizalla hidráulica puede ser peligrosa cuando se
opera de forma incorrecta o un mantenimiento inadecuado, aunque el sistema de
corte se encuentra dentro de la unidad y fuera del alcance accidental de las
extremidades del usuario.
Todas las partes móviles se deben mantener bien lubricadas y limpias, además de
revisar el sistema eléctrico con frecuencia, los usuarios deben asegurarse de mantener
los niveles de fluido hidráulico a las especificaciones del fabricante para evitar
lesiones o daños a la máquina.
Fig.20 Cizalla Hidraulica MG 3100x6mm con control numérico
Cortesía www.solostocks.com
44
2.11.3 Fresadora
Es una máquina‐herramienta utilizada para realizar diferentes mecanizados por
arranque de viruta en piezas de forma prismática.
Este tipo de máquinas se caracteriza por trabajar en el espacio mediante el
movimiento adecuado de la mesa donde se fijan las piezas que deben ser mecanizadas.
Esta mesa puede desplazarse a lo largo de tres movimientos diferentes: Longitudinal,
transversal y vertical.
• Movimiento longitudinal: Denominado X, que corresponde generalmente al
movimiento de trabajo. Para facilitar la sujeción de las piezas la mesa está
dotada de unas ranuras en forma de T para permitir la fijación de mordazas u
otros elementos de sujeción de las piezas y además puede inclinarse para el
tallado de ángulos. Esta mesa avanza de forma automática de acuerdo con las
condiciones de corte que permita el mecanizado.
• Movimiento transversal: Denominado Y, que corresponde al desplazamiento
transversal de la mesa de trabajo. Se utiliza básicamente para posicionar la
herramienta de fresar en la posición correcta.
• Movimiento vertical: Denominado eje Z que corresponde al desplazamiento
vertical de la mesa de trabajo. Con el desplazamiento de este eje se establece la
profundidad de corte del fresado.
Para realizar los diferentes mecanizados que pueden hacerse es necesario acoplar al
cabezal de la máquina los accesorios y herramientas adecuadas, las herramientas de
fresar se denominan generalmente fresas.
45
Fig.21 Crea superficies planas o contornos empujando la pieza
contra una herramienta de corte giratoria Cortesía www.google.com.mx/”herramientas de corte”
Las fresas tienen un movimiento rotatorio impulsado por el motor principal de la máquina y que se regula mediante una caja de velocidades para adecuar la velocidad de giro de la fresa a la velocidad de corte adecuada a la que debe realizarse el mecanizado.
Fig.22 Partes Principales de la Fresadora Marca UNERMB Cortesía : http://procesofabricacion.blogspot.com
46
2.11.4 Torno Paralelo
El torno paralelo o mecánico es el tipo de torno que evolucionó partiendo de los
tornos antiguos cuando se le fueron incorporando nuevos equipamientos que
lograron convertirlo en una de las máquinas herramientas más importante que han
existido.
En esta máquina, el arranque de viruta se produce al acercar la herramienta a la pieza
en rotación, mediante el movimiento de ajuste. Al terminar una revolución completa,
si no hubiera otros movimientos, debería interrumpirse la formación de viruta; pero
como el mecanizado se ha de realizar, además de en profundidad (según la dirección
de ajuste), en longitud (según el eje de rotación de la pieza), lia herramienta deberá
llevar un movimiento de avance. Según sea éste paralelo o no al eje de giro se
obtendrán superficies cilíndricas o cónicas respectivamente. Se deduce de aquí que las
partes esenciales del torno serán, aparte de la bancada, las que proporcionen los tres
movimientos, de ajuste, avance y corte.
El torno más corriente es el llamado torno paralelo; los otros se consideran como
especiales.
Fig.23
Torno Paralelo
Cortesía : http://procesofabricacion.blogspot.com
47
2.11.5 Soldadura en Arco
La soldadura en arco o soldadura eléctrica es el proceso de más amplia aceptación
para unir metales. En el proceso de soldadura manual por arco, el soldador obtiene un
electrodo adecuado, sujeta el cable de la tierra a la pieza de trabajo, y ajusta la
corriente eléctrica para "hacer saltar el arco", es decir para crear una corriente intensa
que salte entre el electrodo y el metal. En seguida mueve el electrodo a lo largo de las
líneas de unión del metal que ha de soldar, dando suficiente tiempo para que el calor
del arco funda el metal. El metal fundido procedente del electrodo, o metal de aporte,
se deposita en la junta, y, junto con el metal fundido de los bordes, se solidifica para
formar una junta solida.
Fig.24
Diagrama Esquemático del Proceso de Soldadura por Arco
Libro Soldadura Aplicaciones y Práctica Horwitz.
48
Procedimiento para soldar Acero al Carbono
Los mejores resultados se obtienen manteniendo un arco mediano, con lo que se logra
una fusión adecuada, permitiendo el escape de gases además de controlar la forma y
apariencia del cordón.
Para filetes planos y horizontales, conviene mantener el electrodo en un ángulo de 45°
respecto a las placas, efectuar un pequeño avance y retroceso del electrodo en el
sentido de avance. Con ello se logra una buena fusión al avanzar, se controla la
socavación y la forma del cordón al retroceder al cráter.
Para filetes verticales ascendentes, se mantiene el electrodo perpendicular a la placa
moviéndolo en el sentido de avance. El movimiento debe ser lo suficientemente rápido
y la corriente adecuada para permitir alargar el arco y no depositar cuando se va hacia
arriba, para luego bajar al cráter y depositar el metal fundido, controlando la
socavación y ancho del cordón.
La soldadura sobrecabeza se ejecuta en forma similar a la horizontal, pero la
oscilación en el sentido de avance debe ser mayor para permitir que el metal
depositado en el cráter se solidifique.
Cuando se suelda vertical descendente, el cordón de raíz se hace con un avance
continuo, sin oscilar, y la fuerza del arco se dirige de tal manera que sujete el baño de
fusión. Para los pases sucesivos se puede usar una oscilación lateral
En la especificación para aceros al carbono de electro dos revestidos, el sistema de
clasificación está basado en la resistencia a la tracción del depósito.
49
Fig. 25 Posiciones en Soldadura
Designación acuerdo a la ANSI/AWS A3.0 85
Fig.26 Esquemas Básicos de Soldadura
Designación acuerdo a la ANSI/AWS A3.0 85
50
Fig.27 Esquemas Básicos de Soldadura
Designación acuerdo a la ANSI/AWS A3.0 85
Fig.28 Clasificación de los Cordones de soldadura según su posición durante la posición de soldar
51
Fig.29 Clasificación de los cordones de soldadura respecto al esfuerzo
Selección del Electrodo Adecuado
Para escoger el electrodo adecuado es necesario analizar las condiciones de trabajo en
particular y luego de terminar el tipo y diámetro de electrodo que más se adapte a
estas condiciones. Este análisis es relativamente simple, si el operador se habitúa a
considerar los siguientes factores:
1. Naturaleza del metal base
2. Dimensiones de la sección a soldar.
3. Tipo de corriente que entrega su máquina soldadora
4. En qué posición o posiciones se soldará.
5. Tipo de unión y facilidad de fijación de la pieza.
6. Si el depósito debe poseer alguna característica especial, como son:
resistencia a la corrosión, resistencia a la tracción, ductilidad, etc.
7. Si la soldadura debe cumplir condiciones de alguna norma o
especificaciones especiales.
52
En la Tabla No.4 se muestra la nomenclatura de los electrodos la cual se conforma de
4 a 5 dígitos según el electrodo elegido.
Antes de soldar cualquier material primero se debe saber qué tipo de electrodo
necesitará, ya que los materiales con un alto número de carbono necesitan poco
amperaje para que el material se funda y los materiales con poco porcentaje de
carbono por consecuencia necesitan un amperaje mayor.
Tabla No.4
Nomenclatura de los electrodos Libro Soldadura Aplicaciones y Práctica Horwitz.
Tabla No.5
Interpretación del último dígito del en la clasificación de electrodos AWS
53
2.11.6 Electrodo Seleccionado E6013.
NORMA: ASME SFA 5.1 E 6010, AWS A 5.1 E 6010.
Descripción
Electrodo celulósico de alta penetración para la soldadura de aceros al mediano y
bajo carbón especialmente recomendado para soldar en todas posiciones, incluyendo
la vertical descendente en pasos múltiples o sencillos.
Es el electrodo más recomendable para soldaduras temporales en montajes por su
rápida solidificación y altas propiedades mecánicas.
Aplicaciones:
Sector naval
Construcción
Sector petrolero
Sector metalmecánico
Tabla 6: Clasificación de electrodos según la AWS.
54
VENTAJAS
• Electrodo de fácil operación en todas posiciones
• Utiliza corriente directa con polaridad invertida (electrodo al positivo +)
• Alta eficiencia de aporte por calidad de sus componentes, incluye polvo de Fe
• Arco estable y penetrante con una fácil remoción de escoria.
• Propiedades mecánicas adecuadas aún a temperaturas bajo cero.
• fácil de limpiar y el arco se mantiene más fácilmente, sobre todo con los
diámetros pequeños.
• Menor poder de penetración y cordones mas planos y lisos.
Tabla 7: Intensidad recomendable para electrodos E -6013.
Diámetro del Electrodo (mm)
Ampers
1.5 20 ‐ 40
2 25 ‐ 50
2.5 30 ‐ 80
3.25 80 ‐ 120
4 120 ‐ 190
5 140 ‐ 240
6 250 ‐ 350
55
Tabla: 8
Propiedades Mecánicas del electrodo E6013 según AWS. Análisis Químico del Metal Depositado % Medida de la
Placa Amperaje
C Mn P S Si 2.25 mm ‐ 3/32" 65‐90 0.10 0.60 0.03 0.03 0.30 3.25 mm ‐ 1/8" 100‐140 4.0 mm ‐ 5/32" 140‐180 5.0 mm ‐ 3/16" 200‐250
Tabla: 9
Composición Química del electrodo E6013 según AWS.
4 APROBACIONES: AMERICAN BUREAU OF SHIPPING 3,LLOYD’S REGISTER OF SHIPPING 3
Resistencia a la Tensión 4.61 E+10 a 49 E+7 Pa (67,000 a 71,000 PSI) Limite Elástico 4.11 E+8 ‐ 4.51 E+8 Pa (59, 725 – 65,410 PSI) Elongación 22‐29% Dureza Brinell 160 BHN4
56
CAPÍTULO III PRUEBAS DE ENSAYO
3.1 Dureza Rockwell “B”
( Acero 1020)
EQUIPO UTILIZADO
• Durómetro Rockwell
• Marca: Mitutoyo
• Modelo: AR‐20
• No. de serie 220527
CONDICIONES DEL ENSAYO
La prueba deberá llevarse a cabo a temperatura ambiente dentro de los limites de
10°C a 35 oC o (50° a 95 oF)
MATERIALES Y ACCESORIOS
• Penetrador con punta de balín de acero de 1/16"
• Bloques estándar con valor especificado de dureza Rockwell “B”
DESARROLLO
Pasos para realizar la prueba:
1. Insertar el penetrador de balín de acero
2. Poner la perilla selectora en la carga de 100 kgf. para dureza Rockwell B
3. Nivelarlo con el nivel de burbuja
4. Hacer una prueba con el bloque patrón
5. Ahora se hace la prueba con el material a ensayar que en este caso fue el Acero
1020 tomando todas las medidas necesarias como limpieza, colocación, el
57
acercamiento girando con cuidado el volante del aparato y de esa forma poder
obtener nuestros resultados
RESULTADOS
ACERO 1020
106
105
106
105.8
106.5
105.86HRB
De esta manera se puede observar la resistencia que tiene el Acero 1020 de una
manera más fácil que es comparándola con la siguiente tabla.
Promedio Estándar
58
Tabla: 10
Tabla de Conversión de Durezas
ACERO 1020
59
3.2 Ensayo de Tensión Probeta
(Acero 1020 )
EQUIPO UTILIZADO
• Maquina Universal de Pruebas Mecánicas marca Shimadzu
• Modelo AG‐I
• No. de Serie 130103801248
• Capacidad de 100 KN (10 toneladas).
CONDICIONES DEL ENSAYO
• Velocidad de prueba: 1,0mm/ min
• Frecuencia de muestreo: 6 puntos / min
• Dirección del ensayo: hacia arriba
MATERIAL
• Acero 1020
Las probetas de ensayo para materiales metálicos se obtienen, generalmente por
maquinado de una muestra del producto objeto de ensayo, o de una muestra
moldeada. Las probetas se hacen de acuerdo a las dimensiones que se muestran en la
norma ASTM E8‐01.
Dimensiones de la Probeta
(En mm.) conforme a la ASTM E8‐01 “Standard Test Methods For Tension of Metallic
Materials”)
Fig.30 Dimensiones de la probeta utilizada para ensayo de Tensión
60
RESULTADOS OBTENIDOS
ACERO 1020
ALARGAMIENTO (mm)
ALARGAMIENTO (m)
CARGA (KN)
CARGA (N)
l (m) l0 (m)
A0 (m2)
DEFORMACION UNITARIA ()
ESFUERZO (N / m2)
0.07 0.00007 86 86000 0.07007 0.07 0.0000785 0.001 1095541401.27
0.2 0.0002 194 194000 0.0702 0.07 0.0000785 0.002857143 2471337579.62
0.33 0.00033 294 294000 0.07033 0.07 0.0000785 0.004714286 3745222929.94
0.46 0.00046 386 386000 0.07046 0.07 0.0000785 0.006571429 4917197452.23
0.58 0.00058 496 496000 0.07058 0.07 0.0000785 0.008285714 6318471337.58
0.72 0.00072 618 618000 0.07072 0.07 0.0000785 0.010285714 7872611464.97
0.86 0.00086 754 754000 0.07086 0.07 0.0000785 0.012285714 9605095541.40
1 0.001 882 882000 0.071 0.07 0.0000785 0.014285714 11235668789.81
1.12 0.00112 1008 1008000 0.07112 0.07 0.0000785 0.016 12840764331.21
1.26 0.00126 1148 1148000 0.07126 0.07 0.0000785 0.018 14624203821.66
1.39 0.00139 1290 1290000 0.07139 0.07 0.0000785 0.019857143 16433121019.11
1.53 0.00153 1440 1440000 0.07153 0.07 0.0000785 0.021857143 18343949044.59
1.65 0.00165 1576 1576000 0.07165 0.07 0.0000785 0.023571429 20076433121.02
1.79 0.00179 1734 1734000 0.07179 0.07 0.0000785 0.025571429 22089171974.52
1.93 0.00193 1878 1878000 0.07193 0.07 0.0000785 0.027571429 23923566878.98
2.06 0.00206 2036 2036000 0.07206 0.07 0.0000785 0.029428571 25936305732.48
2.21 0.00221 2200 2200000 0.07221 0.07 0.0000785 0.031571429 28025477707.01
2.34 0.00234 2368 2368000 0.07234 0.07 0.0000785 0.033428571 30165605095.54
2.46 0.00246 2508 2508000 0.07246 0.07 0.0000785 0.035142857 31949044585.99
2.59 0.00259 2668 2668000 0.07259 0.07 0.0000785 0.037 33987261146.50
2.73 0.00273 2832 2832000 0.07273 0.07 0.0000785 0.039 36076433121.02
2.86 0.00286 2996 2996000 0.07286 0.07 0.0000785 0.040857143 38165605095.54
2.99 0.00299 3150 3150000 0.07299 0.07 0.0000785 0.042714286 40127388535.03
3.12 0.00312 3306 3306000 0.07312 0.07 0.0000785 0.044571429 42114649681.53
3.25 0.00325 3462 3462000 0.07325 0.07 0.0000785 0.046428571 44101910828.03
3.39 0.00339 3626 3626000 0.07339 0.07 0.0000785 0.048428571 46191082802.55
3.53 0.00353 3778 3778000 0.07353 0.07 0.0000785 0.050428571 48127388535.03
3.66 0.00366 3918 3918000 0.07366 0.07 0.0000785 0.052285714 49910828025.48
3.78 0.00378 4054 4054000 0.07378 0.07 0.0000785 0.054 51643312101.91
3.92 0.00392 4192 4192000 0.07392 0.07 0.0000785 0.056 53401273885.35
4.07 0.00407 4354 4354000 0.07407 0.07 0.0000785 0.058142857 55464968152.87
4.19 0.00419 4448 4448000 0.07419 0.07 0.0000785 0.059857143 56662420382.17
4.33 0.00433 4578 4578000 0.07433 0.07 0.0000785 0.061857143 58318471337.58
4.46 0.00446 4684 4684000 0.07446 0.07 0.0000785 0.063714286 59668789808.92
4.59 0.00459 4788 4788000 0.07459 0.07 0.0000785 0.065571429 60993630573.25
4.72 0.00472 4878 4878000 0.07472 0.07 0.0000785 0.067428571 62140127388.54
4.86 0.00486 4974 4974000 0.07486 0.07 0.0000785 0.069428571 63363057324.84
5 0.005 5056 5056000 0.075 0.07 0.0000785 0.071428571 64407643312.10
5.12 0.00512 5130 5130000 0.07512 0.07 0.0000785 0.073142857 65350318471.34
5.25 0.00525 5206 5206000 0.07525 0.07 0.0000785 0.075 66318471337.58
5.38 0.00538 5276 5276000 0.07538 0.07 0.0000785 0.076857143 67210191082.80
5.52 0.00552 5346 5346000 0.07552 0.07 0.0000785 0.078857143 68101910828.03
5.66 0.00566 5406 5406000 0.07566 0.07 0.0000785 0.080857143 68866242038.22
5.79 0.00579 5466 5466000 0.07579 0.07 0.0000785 0.082714286 69630573248.41
61
5.92 0.00592 5520 5520000 0.07592 0.07 0.0000785 0.084571429 70318471337.58
6.06 0.00606 5574 5574000 0.07606 0.07 0.0000785 0.086571429 71006369426.75
6.18 0.00618 5620 5620000 0.07618 0.07 0.0000785 0.088285714 71592356687.90
6.32 0.00632 5668 5668000 0.07632 0.07 0.0000785 0.090285714 72203821656.05
6.46 0.00646 5716 5716000 0.07646 0.07 0.0000785 0.092285714 72815286624.20
6.59 0.00659 5750 5750000 0.07659 0.07 0.0000785 0.094142857 73248407643.31
6.86 0.00686 5828 5828000 0.07686 0.07 0.0000785 0.098 74242038216.56
7 0.007 5862 5862000 0.077 0.07 0.0000785 0.1 74675159235.67
7.13 0.00713 5892 5892000 0.07713 0.07 0.0000785 0.101857143 75057324840.76
7.27 0.00727 5920 5920000 0.07727 0.07 0.0000785 0.103857143 75414012738.85
7.39 0.00739 5944 5944000 0.07739 0.07 0.0000785 0.105571429 75719745222.93
7.51 0.00751 5966 5966000 0.07751 0.07 0.0000785 0.107285714 76000000000.00
7.66 0.00766 5970 5970000 0.07766 0.07 0.0000785 0.109428571 76050955414.01
7.79 0.00779 6004 6004000 0.07779 0.07 0.0000785 0.111285714 76484076433.12
7.92 0.00792 6020 6020000 0.07792 0.07 0.0000785 0.113142857 76687898089.17
8.06 0.00806 6032 6032000 0.07806 0.07 0.0000785 0.115142857 76840764331.21
8.18 0.00818 6040 6040000 0.07818 0.07 0.0000785 0.116857143 76942675159.24
8.32 0.00832 6044 6044000 0.07832 0.07 0.0000785 0.118857143 76993630573.25
8.46 0.00846 6042 6042000 0.07846 0.07 0.0000785 0.120857143 76968152866.24
8.58 0.00858 6032 6032000 0.07858 0.07 0.0000785 0.122571429 76840764331.21
8.73 0.00873 6016 6016000 0.07873 0.07 0.0000785 0.124714286 76636942675.16
8.86 0.00886 5954 5954000 0.07886 0.07 0.0000785 0.126571429 75847133757.96
8.99 0.00899 5914 5914000 0.07899 0.07 0.0000785 0.128428571 75337579617.83
9.11 0.00911 5862 5862000 0.07911 0.07 0.0000785 0.130142857 74675159235.67
9.26 0.00926 5816 5816000 0.07926 0.07 0.0000785 0.132285714 74089171974.52
9.39 0.00939 5760 5760000 0.07939 0.07 0.0000785 0.134142857 73375796178.34
9.52 0.00952 5700 5700000 0.07952 0.07 0.0000785 0.136 72611464968.15
9.66 0.00966 5630 5630000 0.07966 0.07 0.0000785 0.138 71719745222.93
9.79 0.00979 5582 5582000 0.07979 0.07 0.0000785 0.139857143 71108280254.78
9.91 0.00991 5500 5500000 0.07991 0.07 0.0000785 0.141571429 70063694267.52
10.07 0.01007 5436 5436000 0.08007 0.07 0.0000785 0.143857143 69248407643.31
10.19 0.01019 5352 5352000 0.08019 0.07 0.0000785 0.145571429 68178343949.04
10.33 0.01033 5260 5260000 0.08033 0.07 0.0000785 0.147571429 67006369426.75
10.45 0.01045 5200 5200000 0.08045 0.07 0.0000785 0.149285714 66242038216.56
Tabla:11
Datos Obtenidos de la Maquina Universal de Pruebas Mecánicas
Probeta Acero 1020
d
σced
76,000,
(m) = 0.01
d. (Pa) σm
,000,000 76,99
Dat
máx. (Pa)
93,630,573.25
D
tos y Resul
l0 (
σrup.(PA
66,242,038,21
Datos y Resultado
EsfuerA
GráficEsfuer
ltados de la
(m) = 0.07
PA) E (P
16.56 2.12314
Tabla: 12 os de la Probeta
Gráfica:1 rzo DeformacióAcero 1020
ca No.1Polinomialzo vs DeformacióAcero 1020
a Probeta
Pa) % Elo
4E+11 14.9
a Acero 1020
ón
l n
A0 (m2) =
ongacion
92857143
0.0000785 %
Reducción de Area
39
62
63
CAPITULO IV
DESCRIPCION, FUNCIONAMIENTO Y MANUFACTURA
Debemos de tener en cuenta que el ski es muy importante ya que de estas
dimensiones con sus respectivas características se iniciaron los diseños y modelados
de los mecanismos desarrollados para el sistema hidromecánico de carreteo en tierra
del helicóptero AS350B. Es por eso que fue importante considerar ciertos aspectos y
elementos como la forma, dimensiones y algunos puntos de anclaje como lo son los
birlos.
En la fig. 31 se pueden ver los puntos de sujeción mencionados, los cuales fueron
modelados en NX de una sección de 1m del tren de aterrizaje y sobre el área que
incluya perfectamente las partes a donde se encuentran los puntos de anclaje y poder
desarrollar libremente el sistema de carreteo.
Fig.31
Modelado de la sección de ski en NX
64
4.1 Elementos que conforman el Sistema de Carreteo
El sistema de carreteo consta de dos dispositivos para cada ski que son el izquierdo y
el derecho los cuales son idénticos y funcionan de la misma manera. Cada dispositivo
consta de seis componentes básicos los cuales se muestran en la fig. 32 que son:
‐ Elemento de sujeción al ski
‐ Caja de enlace de elementos
‐ Riel
‐ Placa deslizante
‐ Placa de enlace y sujeción al gato
‐ Eje soporte de los neumáticos
Fig.32
Componentes del dispositivo hidromecánico
65
4.2 Descripción, Funcionamiento y Manufactura de los Componentes
4.2.1 Elemento de sujeción al ski
DESCRIPCION
Nombre del componente Elemento de sujeción al ski (fig. 33)
No. de componentes por
dispositivo 1
Ubicación Parte inferior del dispositivo o debajo de la caja de
elementos de enlace
Funcionamiento Sujetarse al ski y enlazarlo con la caja de elementos de
enlace
MANUFACTURA
Material utilizado
Placa de acero 1020 de (1/4”) de espesor
Tubo de acero 1020 de (1/4”)de espesor y ø= 4”
Angulo de acero 1020 de (1/4) de espesor y medidas de
1 1/2" X 1 1/2"
Procesos de fabricación
‐ Corte con plasma (utilizando plantillas fig. 34 )
‐ Barrenar
‐ Fresar (utilizando su plano fig. 35)
‐ Soldar
Tipo de soldadura SMAW5 con E‐6013
Tabla: 13
Elemento de sujeción al ski
5 Siglas en ingles del proceso de soldadura por arco manual con electrodo recubierto (Shielded Metal Arc Welding)
66
Fig. 33
Elemento de sujeción al ski
4 Placa 3/8
Fig. 34
Plantilla de las salientes superiores del elemento de sujeción al ski
67
Fig. 35 Plano del elemento de enlace de sujeción al ski
68
4.2.2 Caja de enlace de elementos
DESCRIPCION
Nombre del componente Caja de enlace de elementos (fig. 36)
No. de componentes por
dispositivo 1
Ubicación Es el cuerpo principal sobre el elemento de sujeción al ski
Funcionamiento Como su nombre lo indica, este componente enlaza con
casi todos y es el soporte principal
MANUFACTURA
Material utilizado Placa de acero 1020 de (1/4”) de espesor
Procesos de fabricación
‐ Corte con plasma (utilizando plantillas fig. 37 )
‐ Barrenar
‐ Doblez (utilizando su plano fig. 38)
‐ Soldar
Tipo de soldadura SMAW con E‐6013
Tabla: 14 Caja de enlace de elementos
Fig. 36 Caja matriz
69
Fig.37 Plantilla de la pared posterior de la caja de enlace de elementos
120 mm
2
D=12.7 mm
220 mm
70
Fig. 37 Plantilla de las paredes laterales de la caja de enlace de elementos
220 mm
131 mm
45 mm
160 mm
4
71
Fig. 37 Plantilla de las paredes laterales superiores de la caja de enlace de elementos
Fig. 37 Plantilla de la pared posterior superior de la caja de enlace de elementos
131 mm
105 mm
80 mm4
120 mm
104 mm
71 mm2
72
Fig. 37 Plantilla de la tapa de la caja de elementos de enlace
Fig. 37 Plantilla de la base de la caja de enlace de elementos
71mm
80 m
m
2
131mm
132.7 mm
2
73
Fig.38 Plano de la caja de elementos de enlace
74
4.2.3 Riel
DESCRIPCION
Nombre del componente Riel (fig. 39)
No. de componentes por
dispositivo 4
Ubicación Están colocadas en las partes laterales de la caja de
elementos de enlace
Funcionamiento Es un componente estático que sirve como riel para la
placa deslizante
MANUFACTURA
Material utilizado Placa de acero 1020 de (1/2”) de espesor
Procesos de fabricación ‐ Fresar (con ayuda del plano fig. 40)
‐ Soldar
Tipo de soldadura SMAW con E‐6013
Tabla: 15 Riel
Fig.39
Riel
75
Fig. 40 Plano de la caja de elementos de enlace
76
4.2.4 Placa deslizante
DESCRIPCION
Nombre del componente Placa deslizante (fig. 41)
No. de componentes por
dispositivo 2
Ubicación Esta colocado entre los rieles
Funcionamiento Se desliza a través de los rieles dando la conexión a la placa
de enlace y sujeción al gato y los ejes de los neumáticos
MANUFACTURA
Material utilizado Placa de acero 1020 de (5/ 8”) de espesor
Procesos de fabricación ‐ Fresar (utilizando su plano fig. 42)
Tipo de soldadura SMAW con E‐6013
Tabla: 16 Placa deslizante
Fig.41Placa deslizante
77
Fig.42 Plano de la placa deslizante
78
4.2.5 Placa de Enlace y Sujeción al gato
DESCRIPCION
Nombre del
componente Placa de enlace y sujeción al gato (fig. 43)
No. de componentes
por dispositivo 1
Ubicación Esta colocado dentro de la caja de elemento de enlace y sujeto
en las ranuras de las placas deslizantes
Funcionamiento
Transmitir el desplazamiento del vástago del gato hidráulico
hacia las placas deslizante haciendo que las llantas toquen el
suelo y se eleve el helicóptero
MANUFACTURA
Material utilizado Placa de acero 1020 de (1/ 4”) de espesor
Procesos de
fabricación ‐ Corte con plasma (utilizando plantillas fig. 44)
Tipo de soldadura SMAW con E‐6013
Tabla: 17 Placa de enlace y sujeción del gato
Fig.43: Placa de enlace y sujeción al gato
79
Fig.44 Plano de la placa de enlace y sujeción al gato
80
4.2.6 Eje soporte de los neumáticos
DESCRIPCION
Nombre del componente Eje soporte de los neumáticos (fig. 45)
No. de componentes por
dispositivo 2
Ubicación Están soldadas a las placas deslizantes que se encuentran
en los costados de la caja de elementos de enlace
Funcionamiento Enlazar la placa deslizante al neumático para que de esa
manera se transmita el movimiento
MANUFACTURA
Material utilizado Barra de cold roll de 1 1/4"
Procesos de fabricación ‐ Corte con sierra mecánica
‐ Tornear (utilizando su plano fig. 46)
Tipo de soldadura SMAW con E‐6013
Tabla: 18 Eje soporte de los neumáticos
Fig.45
Eje soporte de los neumaticos
81
Fig.46 Plano de la placa de enlace y sujeción al gato
82
ENSAMBLE FINAL
Fig. 47
Ensamble Final de los Componentes del Sistema
83
CAPÍTULO V PRUEBAS POSTERIORES A LA MANUFACTURA DEL SISTEMA
5.1 Prueba de Líquidos Penetrantes en la Caja de Enlace de Elementos (Zyglo y/o Magnaglo)
Objetivo
Aplicar la Prueba de Líquidos Penetrantes (L.P.) sobre la caja de elementos para diagnosticar la unión por soldadura utilizando el penetrante fluorescente.
Descripción General del Método
LP “Fluorescente”
Fig.48 Descripción del Proceso de la prueba de Líquidos Penetrantes
1. LIMPIEZA INICIAL Y SECADO: Consiste en limpiar perfectamente la zona de
interés a ser ensayada con tal de dejar las posibles discontinuidades libres de
suciedad o materiales extraños y su posterior secado.
2. APLICACION DE LIQUIDO PENETRANTE Y TIEMPO DE PENETRACION: Cubrir la
superficie de interés con el LP y dejar transcurrir el tiempo necesario para permitir
que el LP se introduzca por capilaridad en las discontinuidades.
84
3. LIMPIEZA Y SECADO: Se removerá el exceso de LP de la superficie, evitando
extraer aquel que se encuentra dentro de las fallas. Nosotros lo hicimos con pedazos
de trapo y después con removedor.
4. INSPECCION Y EVALUACION: La pieza se llevara a un cuarto obscuro adonde se
inspeccionara con ayuda de luz negra de hasta 400 nm el cual mostrara los defectos y
podrán registrarse.
5. LIMPIEZA FINAL: Aunque los agentes químicos utilizados no deberían ser
corrosivos de los materiales ensayados, se eliminaran sus restos para prevenir
posteriores ataques.
Tabla No.19
Ventajas y limitaciones de la Prueba de Líquidos Penetrantes
Material y Equipo Utilizado
• Agua
• Cuarto Obscuro
Fig. No.49 Trapos limpios, Brocha, Cepillo de cardas, Lupa.
85
Fig. 50
Removedor para Uso Industrial (TUDESA)
Fig. 51
Liquido penetrante (NM607 magnaglo)
Fig.52
Lámpara de luz ultravioleta (400 nm)
86
DESARROLLO
Con estas imágenes se aprecian los pasos a seguir para la prueba de L.P. fluorescentes.
Fig.53 Limpieza Inicial
Fig.54
Aplicación de Removedor para remover Impurezas y Secado
Fig. 55 Aplicación de Líquido Penetrante dentro y fuera de la estructura
87
Fig. 56 Removiendo exceso de L.P. con removedor .
Fig.57 Secado
INSPECCION Y EVALUACION
Con esta prueba no destructiva nos dimos cuenta de que las cajas soporte de enlace
de elementos presentan las siguientes características en los cordones de unión por
soldadura en general:
• Micro porosidades
• Porosidades
• Rechupes
• Discontinuidades
88
Fig. 58 Micro porosidades y Porosidades
Fig.59 Discontinuidades y Rechupes
89
CONCLUSION
Con esta prueba nos dimos cuenta del estado en la que se encuentra la soldadura de la estructura que se le aplico a los elementos del sistema hidromecánico de carreteo del helicóptero, los cuales inspeccionamos minuciosamente y determinamos que éstas imperfecciones no ponen en riesgo la operación del sistema que estará sujeto a tensión, debido a que éstas son muy superficiales, pequeñas y finas, por lo que no alteran la unión de la soldadura.
90
5.2 Pruebas de Funcionamiento del Sistema Hidromecánico de Carreteo sobre el Helicóptero AS350B
Una vez que se terminó la fabricación del sistema, se procedió a realizar la operación de carreteo de la aeronave para determinar si el material y el proceso de manufactura eran los óptimos para soportar el peso de la aeronave.
Fig.60 Vista frontal del Sistema Hidromecánico de Carreteo
La prueba consistió en :
1. Colocar ambos dispositivos sobre los skiis de la aeronave.
Fig.61 Montaje del dispositivo sobre el ski
91
2. Levantar la aeronave 12 cm. del suelo con el Sistema Hidromecánico con ayuda de gatos hidráulicos tipo botella.
Fig.62 Levantamiento de la aeronave con el gato hidráulico instalado
3. Realizar la Operación de Carreteo de la aeronave tomando en cuenta las medidas de seguridad necesarias para el personal y estructura de la aeronave.
Fig.63 Operación de Carreteo con Sistema Hidromecánico
92
4. Se realizo un viraje de 180°
Fig.64
Viraje de la aeronave
5. Se regreso la aeronave a su posición de inicio realizando otro viraje de 180°
Fig.65 Carreteo de la aeronave a la posición inicial
6. Se bajo la aeronave del sistema Hidromecánico a la posición inicial del suelo.
Fig.66 Aeronave de vuelta a su posición inicial
93
Resultados de la Prueba de Funcionamiento
La prueba de funcionamiento del sistema hidromecánico tomó 8 minutos desde la
instalación de los dispositivos, operación de carreteo, viraje de 180°, carreteo de la
aeronave de vuelta a su posición inicial , hasta bajar la aeronave a nivel de suelo.
Al finalizar la prueba de funcionamiento se confirmó lo deducido; el nuevo Sistema
Hidromecánico de Carreteo redujo tiempos y movimientos, aumento la seguridad de
la aeronave y del personal que realizó la operación, no requirió utilizar polines u otros
objetos ajenos al sistema para garantizar la seguridad de los dispositivos.
Obteniendo diversas ventajas:
• Fácil Instalación
• Fácil Remoción
• Mayor Seguridad con 4 neumáticos
• Material resistente que soporta el peso de la aeronave
94
CONCLUSIÓN
De acuerdo a las estipulaciones del diseño previo se logro la manufactura, bajo la
normativa vigente, del sistema hidromecánico de carreteo para el helicóptero AS‐
350B, sistema que fue sometido a diversas pruebas para verificar que las propiedades
mecánicas del acero 1020 fueran las adecuadas para la manufactura de dicho sistema
lo cual se verifico con los resultados arrojados en cada una de dichas pruebas.
También se verifica que al implementar este nuevo sistema se reducen drásticamente
los tiempos de traslado de una hora a ocho minutos, así mismo la cantidad de
movimientos realizados en todo el proceso de carreteo, lo cual beneficia al personal
técnico estudiantil y docentes de de la ESIME Ticomán, sin dejar de lado claro está, la
seguridad para el personal y para el equipo en el cual se es implementado.
Al instalar el sistema se comprobó que el peso máxima que son de 1950Kg (peso
máximo de despegue) se satisface ampliamente llevándolo a las pruebas de
funcionamiento en el helicóptero AS 350B de la ESIME Ticomán.
95
Bibliografía:
• Tesina: "Modificación al sistema de Hidromecánico para carreteo en tierra de Helicópteros Eurocopter AS ‐ 350 y AS ‐ 355"
• Manual Técnico Eurocopter, Hydraulic Twin Wheel Assemblies.
• Libro ‐ Ciencia e Ingeniería de los Materiales ‐ Askeland
• Handbook ASM 10ª edición.
• H. Horwitz. “Soldadura, Aplicaciones y Práctica” ‐ Editorial Alfaomega.
• Rocksan : Neumáticos de Aviación
Cibergrafía:
• http://www.matweb.com/ • www.indura.net
96
Índice de Imágenes Página
Fig.1 Donación de la aeronave AS350B – cofaa 6
Fig.2 Vista Lateral del Helicóptero AS350B 7
Fig.3 Vista Superior del Helicóptero AS350B 7
Fig.4 Vista Frontal del Helicóptero AS350B 7
Fig.5 Tren de aterrizaje tipo Triciclo 13
Fig.6 Tren de aterrizaje tipo Patín 13
Fig.7 Diagrama de fuerzas y áreas de un gato hidráulico. 15 Fig. 8 Diagrama Básico de un Circuito Hidráulico 18
Fig.9 División del Sistema de Transmisión de Energía Hidráulica 18
Fig.10 Dispositivo hidráulico para mover Motor Trent 900 del A380 25
Fig.11 Durómetro Rockwell 31
Fig.12 Penetradores para ensayos de dureza Brinell y Rockwell 31
Fig.13 Identadores para pruebas de dureza Rockwell 33
Fig.14 Se aplica una fuerza unidireccional … 35
Fig.15 Prueba de Líquidos Penetrantes a un cigüeñal automotriz 37
Fig.16 Ensamble Final de las piezas en Acero 1020 40
Fig.17 Corte de placa de acero 1020con Arco Plasma 40
Fig.18 Esquema de partes del Arco Plasma Cortesía 41
Fig.19 Sistema de Plasma de 400 A, Cortesía de Hypertherm 42
Fig.20 Cizalla Hidráulica MG 3100x6mm con control numérico 43
Fig.21 Crea superficies planas … 45
Fig.22 Partes Principales de la Fresadora Marca UNERMB 45
Fig.23 Torno Paralelo 46
Fig.24 Diagrama Esquemático del Proceso de Soldadura por Arco 47
97
Fig. 25 Posiciones en Soldadura Designación ANSI/AWS A3.0 – 85 49
Fig.26 Esquemas Básicos de Soldadura Designación ANSI/AWS A3.0 – 85 49
Fig.27 Esquemas Básicos de Soldadura Designación acuerdo a la ANSI/AWS 50
Fig.28 Clasificación de los Cordones de soldadura. 50
Fig.29 Clasificación de los cordones de soldadura respecto al esfuerzo 51
Fig.30 Dimensiones de la probeta utilizada para ensayo de Tensión 59
Fig.31 Modelado de la sección de ski en NX 63
Fig.32 Componentes del dispositivo hidromecánico 64
Fig. 33 Elemento de sujeción al ski 66
Fig. 34 Plantilla de las salientes superiores del elemento de sujeción al ski 66
Fig. 35 Plano del elemento de enlace de sujeción al ski 67
Fig. 36 Caja matriz 68
Fig.37 Plantilla de la pared posterior de la caja de enlace de elementos 69
Fig.38 Plano de la caja de elementos de enlaceFig.39 Riel 73
Fig. 40 Plano de la caja de elementos de enlace 75
Fig.41 Placa deslizante 76
Fig.42 Plano de la placa deslizante 77
Fig.43 : Placa de enlace y sujeción al gato 78
Fig.44 Plano de la placa de enlace y sujeción al gato 79
Fig.45 Eje soporte de los neumáticos 80
Fig.46 Plano de la placa de enlace y sujeción al gato 81
Fig. 47 Ensamble Final de los Componentes del Sistema 82
98
Fig.48 Descripción del Proceso de la prueba de Líquidos Penetrantes 83
Fig.49 Trapos limpios ,Brocha, Cepillo de cardas, Lupa. 84
Fig. 50 Removedor para Uso Industrial (TUDESA) 85
Fig. 51 Liquido penetrante (NM607 magnaglo) 85
Fig.52 Lámpara de luz ultravioleta (400 nm) 85
Fig.53 Limpieza Inicial 86
Fig.54 Aplicación de Removedor para remover Impurezas y Secado 86
Fig. 55 Aplicación de Líquido Penetrante dentro y fuera de la estructura 86
Fig. 56 Removiendo exceso de L.P. con removedor 87
Fig.57 Secado 87
Fig. 58 Micro porosidades y Porosidades 88
Fig.59 Discontinuidades y Rechupes 88
Fig.60 Vista frontal del Sistema Hidromecánico de Carreteo 90
Fig.61 Montaje del dispositivo sobre el ski 90
Fig.62 Levantamiento de la aeronave con el gato hidráulico instalado 91
Fig.63 Operación de Carreteo con Sistema Hidromecánico 91
Fig.64 Viraje de la aeronave 92
Fig.65 Carreteo de la aeronave a la posición inicial 92
Fig.66 Aeronave de vuelta a su posición inicial 92
99
Índice de tablas Página
Tabla No.1 Nomenclatura Aceros al carbono y Aceros Aleados AISI /SAE 27
Tabla No.2 Composición Química de los Aceros AISI – SAE 28
Tabla No.3 Comparación de pruebas de Comparación de pruebas normales de dureza 32
Tabla No.4 Nomenclatura de los electrodos 52
Tabla No.5 Interpretación del último dígito del en la clasificación de electrodos AWS 52
Tabla No. 6 Clasificación de electrodos según la AWS. 53
Tabla No. 7 Intensidad recomendable para electrodos E 6013 54
Tabla No. 8 Propiedades Mecánicas del electrodo E6013 según AWS. 55
Tabla. No.9 Composición Química del electrodo E6013 según AWS. 55
Tabla No. 10 Tabla de Conversión de Durezas 58
Tabla No.11 Datos Obtenidos Maquina Universal Pruebas Mecánicas Acero 1020 60
Tabla No. 12 Datos y Resultados de la Probeta Acero 1020 62
Tabla No. 13 Elemento de sujeción al ski 65
Tabla No. 14 Caja de enlace de elementos 68
Tabla No. 15 Riel 74
Tabla No. 16 Placa deslizante 76
Tabla No.17 Placa de enlace y sujeción del gato 78
Tabla No. 18 Eje soporte de los neumáticos 89
Tabla No.19 Ventajas y limitaciones de la Prueba de Líquidos Penetrantes 84