t3- mecánica y resistencia de materiales

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTELAUREATE INTERNATIONAL UNIVERSITIES

CARRERA: INGENIERIA INDUSTRIAL CURSO: MECÁNICA DE MATERIALESTÍTULO:ANÁLISIS DE FUERZAS Y MOMENTOS DE UNA EXCAVADORA HIDRÁULICAPROFESOR:MARIO FÉLIX OLIVERA ALDANA INTEGRANTES:ÁVALOS ROSAS, Julio CésarBACA SILVA, María Claudia CALAMPA RAMÍREZ, Danny CARRIL RUEDA, PaolaPASTOR DÍAZ, DanielPILCO CORIMAYA, ÁngelicaCICLO:IV

TRUJILLO – PERU2012

MECÁNICA DE MATERIALES 2012

DEDICATORIA

Dedicamos este trabajo a Dios, a nuestros padres y maestros. A Dios

por habernos dado la inteligencia y por habernos permitido alcanzar

nuestros propósitos.

A nuestros padres que con sus oraciones constantes pidió a Dios día a

día por alcanzar esta meta y hacer posible la culminación de este

trabajo de investigación.

A nuestros maestros, ya sean de los distintos cursos, especialmente

al curso de Mecánica de Materiales que con sus conocimientos

transmitidos nos permiten reflejar lo aprendido en este trabajo.

A todos a aquellos quienes de alguna manera aportaron a esta nueva

tarea emprendida y han estado a nuestro lado como siempre,

impulsándonos en todo momento a salir adelante y en especial a

concretar esta obra.

AGRADECIMIENTO

INGENIERÍA INDUSTRIAL Página 1


Agradecemos a Dios, por amarnos tanto y regalarnos este cuarto ciclo

por lograr los objetivos deseados, que son producto de nuestra

constancia y perseverancia.

A nuestros padres y hermanos, que nos han regalado el derecho de

crecer, y que en este proceso han estado con nosotros, aunque para

la mayoría distantes, deben saber, que son el motor de nuestra

motivación… los amamos.

A nuestros profesores, que hoy pueden ver un reflejo de lo que han

formado y que sin duda han calado hondo en nuestras vidas,

permitiéndonos escoger está profesión, por el amor que hemos visto

reflejados en su desarrollo profesional.

A nuestro profesor de Mecánica de Materiales, Mario Olivera Aldana

que ha sido una gran ayuda y que sobre todo, nos ha sabido

comprender y apoyar frente a muchos obstáculos.

A todas las personas que nos han ayudado alcanzar el objetivo de

elaborar este trabajo de investigación.

RESUMEN

El curso de Mecánica de Materiales es de carácter teórico - aplicativo,

en este curso se busca reconocer los criterios básicos de Equilibrio de

una Partícula, Momentos de Flexión, Resistencia, Rigidez y Estabilidad



de una Fuerza respecto a un Punto aplicados al diseño de la

ingeniería.

En el presente proyecto de investigación, se eligió trabajar con una

excavadora, y de está tan solo con el brazo mecánico que utiliza para

trabajar.

Haciendo uso de los temas discutidos en clase como son: Equilibrio de

una Partícula y Fuerza respecto a un Punto producidos por las fuerzas

aplicadas a los cuerpos rígidos, los cuales sirven para dimensionar las

diferentes partes de las estructuras, ejes, vigas y elementos de

máquinas, las soldaduras y otros tipos de juntas en elementos

mecánicos; trabajando con los puntos mencionados anteriormente, se

reforzaron los conocimientos aprendidos en clase, y se logró

aplicarlos a un problema real como es “las distintas fuerzas internas y

momentos de flexión que puede tener una excavadora”.

INDICE

1. Informacion del Proyecto............................................................................5

1.1. Introducción.................................................................................5

1.2. Problema.....................................................................................5

1.3. Título del Problema......................................................................5

1.4. Objetivos......................................................................................6

1.4.1. Objetivo General...............................................................6

1.4.2. Objetivo Especifico............................................................6

2. Marco Teorico.............................................................................................7

2.1. Excavadoras Hidráulicas.............................................................7



2.2. Conceptos Básicos......................................................................11

3. Desarrollo del Problema.............................................................................26

3.1. Diagrama de Cuerpo Libre Parte I...............................................26

3.2. Diagrama de Cuerpo Libre Parte II..............................................31

3.3. Cargas Internas...........................................................................35

3.4. Esfuerzo Normal..........................................................................35

3.5. Esfuerzo Cortante Promedio........................................................37

3.6. Esfuerzo de Falla.........................................................................39

3.7. Esfuerzo Cortante Máximo..........................................................40

4. Resultados............................................................................................... ..42

5. Conclusiones..............................................................................................43

6. Recomendaciones......................................................................................44

7. Referencias Electrónicas............................................................................45

8. Anexos..................................................................................................... ..46

1. INFORMACIÓN DE PROYECTO

1.1. INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se realizó el análisis a una excavadora hidráulica

a fin de determinar en ella las diferentes fuerzas que se producen y los

momentos ejercidos en está.



Además relacionamos las piezas de la excavadora con las técnicas de

normas universales: DIN, ASTM, SAE, AWS e ISO.

Este trabajo se realizó gracias a la ayuda de los conocimientos

aprendidos durante el presente ciclo en el curso de Mecánica, sin los

cuales no se hubieran podido realizar los diferentes cálculos.

1.2. PROBLEMA

¿Analizar las distintas fuerzas Externas e Internas y momentos de

flexión producidos en una Excavadora Hidráulica de la empresa

UNIMAQ?

1.3. TÍTULO DEL PROBLEMA

Análisis de Fuerzas Externas e Internas y Momentos de Flexión de la

Excavadora Hidráulica de la empresa UNIMAQ.

1.4. OBJETIVOS

1.4.1. OBJETIVO GENERAL

Analizar y determinar las fuerzas externas e internas y

momentos de flexión que influyen en el manejo de una

excavadora hidráulica.



1.4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Analizar el diagrama de cuerpo libre, determinando las

fuerzas que intervienen en la máquina.

Determinar las fuerzas externas presentes en el brazo de

una excavadora.

Encontrar las Fuerzas cortantes y normales que actúan

dentro del brazo de la excavadora.

Determinar los esfuerzos internos y externos presentes en el

brazo de una excavadora.

Calcular el esfuerzo cortante máximo mediante la fórmula de

torsión en la excavadora hidráulica

2. MARCO TEÓRICO

2.1. EXCAVADORAS HIDRÁULICAS

A. DEFINICIÓN



La excavadora hidráulica es frecuentemente usada para la

excavación de rocas y tierra, sin embargo, gracias a sus numerosos

accesorios también puede ser usada para el corte de acero, el

rompimiento de concreto, el taladro de hoyos en la tierra, el cimiento

de gravilla antes del pavimento, el destrozo de rocas, acero, y

concreto, y hasta para acribillar lugares.

B. HISTORIA

ANTIGUAS PALAS HIDRÁULICAS

La pala hidráulica documentada más antigua apareció en el

año 1882 y fue producida por Sir W.G. Armstrong & Co. una

compañía Británica que previamente construyó Hull Docks.

Unrelated Armstrong también construyó palas hidráulicas para

agua. Otra compañía que también intentó producirlas fue

Kilgore Machina Co. de Minneapolis, Minnesota, quienes

patentaron la pala en 1897.

En 1948, un prototipo con ruedas de la excavadora fue

desarrollado por Carlo y Mario Bruneri. Ellos cedieron las

patentes y derechos de autor a una compañía Francesa

llamada SICAM en 1954, el mismo año que SICAM construyó

el Yumbo. El Yumbo, una excavadora S25, poseía una cadena

montada. Los rodadores y las orugas abrieron su camino en la

industria por lo que los clientes se interesaron en estos

productos.

C. CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONAMIENTO

EL AGUILÓN



La excavadora hidráulica opera en diferentes niveles. El

primero es el aguilón del vehículo. Éste está compuesto de dos

cilindros hidráulicos, un cucharón (el componente en forma

de cuchara) y una pluma, la cual está en la parte superior del

aguilón. El aguilón se mueve en dos partes justo como un

brazo humano se movería: en la muñeca y en el codo.

Dentro del cilindro hidráulico hay un rod (barra), el cual

conforma la parte interior del cilindro, y un pistón, el cual se

encuentra al extremo final del cilindro y permite que el brazo se

mueva con la ayuda de aceite. Si es que no hay aceite en el

cilindro, el pistón se caería al fondo, pero por la característica

natural del aceite, su volumen siempre permanece igual.

Aceite es bombeado a través del extremo final del pistón y en

éste empuja el rod a través del cilindro, creando un movimiento

en una o las dos partes del brazo. Con control de la cantidad

de aceite que es bombeado a través de la válvula, la precisión

del brazo puede ser fácilmente manipulada. Este movimiento

es activado mediante el uso del control de válvulas que son

posicionadas dentro del la cabina, donde se sienta el

conductor.

EL MOTOR



La energía de un automóvil es recibida normalmente directo

desde motor; sin embargo, esto funciona distinto en una

excavadora hidráulica. Por lo que la máquina utiliza bastante

fuerza, es capaz de moverse por medio de un cambio de la

energía que recibe del motor en energía hidráulica.

EL GIRO

Una de las funciones de esta máquina es su habilidad de girar.

El giro de una excavadora le permite voltear. El giro en círculo

comprende varios componentes: un outerrace (anillo exterior),

un innerrace (anillo interior), rodamientos de bolas y un piñón.

Mientras que el anillo exterior se voltea, el piñón opera junto al

inmóvil anillo interior. El rodamiento de bolas trabaja

asegurando de que esta operación de realice suavemente.

LA CABINA

La tercera parte de una excavadora hidráulica es la estructura

superior en donde el asiento del conductor se encuentra y los

controles son posicionados. Con la ayuda de dos palancas a

ambos lados y dos al frente.

LOS PIES

Existen dos tipos de bases en excavadoras. Una de estos está

compuesta por ruedas como cualquier automóvil, conocido

también como el tipo rueda. Debido a la naturaleza de la base,

es primariamente usada en superficies sólidas, como el

concreto y la gravilla.



El segundo tipo es conocido como la oruga por su habilidad de

transitar en superficies menos estables, como el barro y la

arena. A diferencia del tipo rueda, la oruga cubre un área

mayor de la superficie y por consiguiente se hunde en la tierra.

Funciona tal como el nombre lo sugiere, arrastrándose, con un

tipo de mecanismo de banda transportadora. Ésta máquina

solo puede ser usada en emplazamientos y tiene que ser

transportada de un lugar a otro por medio de otros vehículos.

D. CLASES DE EXCAVADORAS

Algunos de los diferentes modelos de excavadoras son

la retroexcavadora, excavadora giratoria, la midiexcavadora, y

la excavadora compacta (también conocida como lamini

excavadora).

La retroexcavadora es un tractor con un shovelbucket frontal y

una pequeña retroexcavadora posicionada en la parte trasera

de la máquina.

Las excavadoras también son comúnmente referidas

como cavadoras (diggers) o 360s, por su habilidad de girar

sobre un eje con un movimiento de 360 grados.



2.2. CONCEPTOS BÁSICOS

A. CONDICIÓN DE EQUILIBRIO PARA UNA PARTÍCULA

DEFINICIÓN

Una partícula está en equilibrio cuando se encuentra en reposo o

en movimiento rectilíneo a velocidad constante. Para mantener el

equilibrio de una partícula, se requiere que la fuerza resultante

que actúa sobre una partícula sea igual a cero. Esta condición

puede ser establecida matemáticamente como:

Σ F = 0

Donde:

Σ F = 0 (es la suma de todas las fuerzas que actúan

sobre la partícula).

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE

Para aplicar la ecuación de equilibrio a una partícula se deben

tomar en cuenta todas las fuerzas conocidas y desconocidas que

actúan sobre la partícula. La mejor manera de hacerlo es trazando

el diagrama de cuerpo libre.



Este es un bosquejo donde la partícula se aísla de su entorno,

indicando luego todas las fuerzas que actúan sobre ella. Una vez

realizado este diagrama de cuerpo libre será fácil aplicar la

ecuación de equilibrio.

B. MOMENTO DE UNA FUERZA

DEFINICIÓN

Cuando un cuerpo se encuentra sometido a una fuerza, ésta

produce una tendencia a que el cuerpo gire alrededor de un

punto que está fuera de la línea de acción de la fuerza.

A esta tendencia de giro se le conoce como Momento de una

Fuerza, o simplemente momento.



FORMULACIÓN ESCALAR - MAGNITUD

Mo = F d

Mo = Magnitud del momento de la fuerza respecto al

punto O.

F = Magnitud de la fuerza.

D = Distancia perpendicular desde el eje en el punto O hasta la

línea de acción de la fuerza.

DIRECCIÓN Y SENTIDO

La dirección del momento se define por el eje de momento que es

perpendicular al plano que forma la fuerza con el brazo de

momento. El sentido del momento se define por la regla de la

mano derecha.



C. CONDICIONES PARA EL EQUILIBRIO DE UN CUERPO RÍGIDO

Un cuerpo rígido que está sometido a un sistema de fuerzas y de

momentos pares, se encuentra en equilibrio cuando la fuerza

resultante y el momento resultante con respecto a un punto

cualquiera del sistema son iguales a cero. Matemáticamente, el

equilibrio en un cuerpo se expresa:

FR = ΣF = 0

Donde:

Esta ecuación establece que la suma de las fuerzas

que actúan sobre el cuerpo es igual a cero.

(MR) o = ΣMo = 0

Donde:

Esta ecuación establece que la suma de los momentos

de todas las fuerza con respecto al punto o, más la

suma de todos los momentos pares son iguales a cero.



D. EQUILIBRIO EN DOS DIMENSIONES

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE

Para aplicar las ecuaciones de equilibrio se requiere primero

realizar el diagrama de cuerpo libre donde se indique las fuerzas

conocidas y desconocidas que actúan sobre el cuerpo.

E. TIPOS DE SOPORTE

SOPORTE TIPO RODILLO

SOPORTE TIPO PASADOR



SOPORTE TIPO FIJO

F. MÁQUINAS Y BASTIDORES

DEFINICIÓN

Son estructuras que están compuestas por elementos (mecánicos

y/o estructurales) conectados mediante pasadores. Las fuerzas

que actúan en las uniones y soportes de los bastidores y

máquinas pueden determinarse si se aplican las ecuaciones de

equilibrio a cada uno de sus elementos.

BASTIDORES

Se usan para soportar cargas Máquinas.



MÁQUINAS

Se usan para trasmitir y modificar el efecto de las fuerzas.

G.FLEXIÓN

DEFINICIÓN

En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que

presenta un elemento estructural alargado en una dirección

perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica

cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso

típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar,

principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se

extiende a elementos estructurales superficiales como placas o

láminas.

El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión

presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la

distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía



con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que

provoca la flexión se denomina momento flector.

DIAGRAMA DE FUERZA CORTANTE Y MOMENTO

FLEXIONANTE

Las vigas son objetos rectos largos que toman cargas

perpendiculares a su longitudinal. Ellas se clasifican de acuerdo a

como están soportadas, por ejemplo, vigas simplemente

apoyadas, vigas en voladizo o vigas con voladizo.

Para diseñas apropiadamente una viga, es importante conocer la

variación de la fuerza cortante y del momento flexionante a lo

largo de su eje para hallar los puntos en que esos valores son

máximos.

Al establecer una convención de signos para la fuerza cortante y

el momento flexionante positivos, la fuerza y el momento en la

viga pueden ser determinados como función de su posición x y

esos valores pueden ser graficados para establecer los diagramas

de la fuerza cortante y momento flexionante.



H. ESFUERZO

DEFINICIÓN

Es el resultado de la división entre una fuerza y el área en la que

se aplica. Se distinguen dos direcciones para las fuerzas, las que

son normales al área en la que se aplican y las que son paralelas

al área en que se aplican. Si la fuerza aplicada no es normal ni

paralela a la superficie, siempre puede descomponerse en la

suma vectorial de otras dos que siempre resultan ser una normal

y la otra paralela.

UNIDADES

Las unidades de los esfuerzos son las mismas que para la

presión, fuerza dividida por área, se utilizan con frecuencia: MPa,

psi, Kpsi, Kg/mm2, Kg/cm2.

TIPOS

Esfuerzo Normal

La densidad de la fuerza o fuerza por área unitaria, actuando

normalmente a ΔA se define como Esfuerzo Normal o es el



esfuerzo interno o resultante de las tensiones perpendiculares

(normales) a la sección transversal

σ= PA

Esfuerzo Cortante

La intensidad de la fuerza o fuerza por área unitaria, actuando

tangentemente a ΔA se llama esfuerzo cortante o es el

esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la

sección transversal.

=VA

Esfuerzo permisibleτ perm y σperm

Es el esfuerzo que nos da la seguridad para que no exista

daños en el trabajo a realizar, es coger el esfuerzo permisible

que limite la carga aplicad a un valor que sea menor al que el

miembro pueda soportar plenamente. Hay varias razones para

esto. Por ejemplo, la carga para la cual el miembro se diseña

puede ser diferente de la carga real aplicada sobre él. Las

medidas prevista para una estructura o maquina pueden ser no

exactas debido a errores de fabricación o en montaje de las

partes componentes. Puede ocurrir vibraciones desconocidas,

impacto cargas accidentales, corrosión atmosférica haciendo

que los materiales se deterioren.

Fórmula:

τ perm=τ falla

FS



σ perm=σfallaFS

Donde:

Esfuerzo de falla se determina por medio de

ensayos experimentales del material

Factor Seguridad se selecciona con base en la

experiencia.

I. DEFORMACIÓN

DEFINICIÓN

Es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a

esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas

sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica.

TIPOS

Deformación unitaria normal

Definición

Es una medida del alargamiento o contracción de un

pequeño segmento de línea del cuerpo

Deformación unitaria cortante

Definición:

Es una medida del cambio angular que ocurre entre dos

segmentos de línea originalmente perpendiculares entre sí.

Formula:



ε=L−ll

Donde:

L = Longitud final

l = Longitud inicial

J. DIAGRAMA DE ESFUERZO – DEFORMACIÓN

IMPORTANCIA

Es importante en la ingeniería ya que proporciona un medio

para obtener datos sobre la resistencia a tensión o compresión

del material sin importar el tamaño o forma física del material.

Zona elástica: este comportamiento elástico ocurre cuando a

parecen pequeñas deformaciones.

Zona de fluencia: un ligero aumento en el esfuerzo más allá del

límite estático provocara un colapso del material y cauda que

se deforme permanente.



Endurecimiento por deformación: cuando la fluencia ha

terminado puede aplicarse más carga a la probeta, resultando

una curva que se eleva pero se va aplanando hasta que llegue

al esfuerzo máximo.

Estricción: el área de la sección transversal comienza a

disminuir en una zona localizada de la probeta, en el lugar de

hacerlos en toda longitud. Este fenómeno es causado por

planos de deslizamiento que se forman dentro del material y las

deformaciones producidas son causadas por esfuerzos

cortantes.

K. CARGA AXIAL

PRINCIPIO SAINT – VENANT

Corresponde a Saint-Venant (1797-1886) el enunciado del

principio que lleva su nombre acerca de la actuación de un

sistema de fuerzas sobre una sección.

"A cierta distancia de la sección donde actúa un sistema de

fuerzas, la distribución de tensiones es prácticamente

independiente de la distribución del sistema de fuerzas, siempre

que su resultante y momento resultante sean iguales”.

Este principio permite el que podamos calcular las tensiones en

fibras y estudiar las secciones en barras, en base a los diagramas

de solicitaciones (axiles, cortantes, flectores y torsores).

El procedimiento para obtener tales diagramas se basa en el

concepto de reducción de un sistema de vectores en un punto



desarrollado en la teoría de vectores y que puede verse en

cualquier texto de Mecánica general.

DEFORMACIÓN ELÁSTICA CARGADO AXIALMENTE

Se aplica esta fórmula cuando una barra está sometida a cargas

concentradas en sus extremos y a una carga externa variable

distribuida a lo largo de su longitud. Esta carga distribuida podría,

por ejemplo representa el peso vertical de una carga vertical o

fuerzas de fricción actuando sobre la superficie de la barra y es

así que se quiere determinar el desplazamiento relatico de un

extremo de la barra respecto al otro causado por esta carga.

L. TORSIÓN

En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se

aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento

constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en

general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras

dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva

paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano

formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva


δ = Desplazamiento de un punto de la barra respecto a otro Punto.

L = Distancia entre los puntos.

P = Fuerza axial interna en la sección,

A = Área de la sección transversal de la barra,

E = Módulo de elasticidad del material.


paralela al eje se retuerce alrededor de él. El estudio general de la

torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección

transversal de una pieza en general se caracteriza por dos

fenómenos: Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección

transversal. Si estas se representan por un campo vectorial sus

líneas de flujo "circulan" alrededor de la sección.

Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas

adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección

tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen

que las secciones transversales deformadas no sean planas.

El alabeo de la sección complica el cálculo de tensiones y

deformaciones, y hace que el momento torsor pueda

descomponerse en una parte asociada a torsión alabeada y una

parte asociada a la llamada torsión de Saint-Venant. En función de la

forma de la sección y la forma del alabeo, pueden usarse diversas

aproximaciones más simples que el caso general.

FÓRMULA DE TORSIÓN

Se desarrollará una ecuación que relacione la distribución del

esfuerzo cortante con el par de torsión interno resultante en la

sección de un eje o de un tubo circular. Si un eje está sometido a

un par de torsión externo, por equilibrio, debe desarrollarse un par

de torsión interno en el eje. Si el material es elástico lineal, se

tiene por la ley de Hooke

τmáx= TCJ

- τ= torsión máxima

- T= momento torsor



- C= radios exterior del eje

- J= momento polar de inercia

Esta ecuación indica que el esfuerzo cortante varía linealmente a

lo largo de cualquier línea radial en la sección transversal. Es

decir, variará desde un valor cero en la línea central del eje hasta

un valor máximo en su periferia.

ÁNGULO DE TORSIÓN

Se desarrollara una fórmula para determinar el Angulo de torsión,

dele extremo de una fechacon respecto a su otro extremo.

∅= TLJG

∅ = Ángulo de torsión de un extremo de la flecha con respecto al

otro, medido en radianes.

T = Par de torsión

J = Momento polar de inercia

G = Módulo de rigidez del material



3. DESARROLLO DEL PROBLEMA

3.1. DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE PARTE I

La cuchara de una máquina excavadora se controla por los tres

cilindros hidráulicos mostrados en la figura. Determinar la fuerza

ejercida por cada cilindro para soportar la carga en la cuchara

equivalente a una masa de 1400Kg. Nota: Las medidas están en

centímetros.



A. PRESENTACIÓN

B. SOLUCIÓN

REALIZAMOS EL DCL EN TODO EL BRAZO Y CUCHARA JUNTOS



Encontramos el ángulo alfa:

∝=tan−1( 50270

)=10.5°



Ecuaciones de equilibrio:

∑Mo=0

F AB∗(cos10.5 ° ) (150 )−F AB∗( sin10.5 ° ) (200 )

−1400 (9.81 ) (505 )=0

F AB=62.46kN

∑ Fx=0

62.460∗sin 10.5 °−Ox=0

Ox=11.38kN←

∑ Fy=0

62.460 (cos10.5 ° )−1.4 (9.81 )−Oy=0

Oy=47.68kN ↓

DCL DEL BRAZO OBH



Encontramos el ángulo θ:

θ=tan−1( 25200

)=7.13 °


∑M H=0

F ABsin 10.5 ° (25 )−F ABcos 10.5° (325 )−Ox (225 )+Oy (475 )−FCDsin 7.13 ° (225 )−FCD cos7.13 ° (25 )=0

FCD=−186.62kN

∑ Fx=0

Hx+F AB sen (10.5 ° )+FCD cos7.13 °−Ox=0

Hx=189.94kN→

∑ Fy=0

Hy+FCDsin 7.13 °+F ABcos10.5 °−Oy=0

Hy=217.19kN ↑

DCL DEL BRAZO DHJ

E

ncontramos el ángulo β:



β=tan−1 100200

=26.57 °


∑M J=0

FEF cos26.57 ° (45 )−F EF sin26.57 ° (200 )+Hy (120 )+Hx (300 )+FDCcos 7.13° (350 )+FDC sin 7.13 ° (145 )=0

FEF=101.48kN

∑ Fx=0

FEF sin 26.57 °−Jx−Hx−FDC cos7.13 °=0

Jx=34.25kN←

∑ Fy=0

Jy−FEF cos26.57 °−Hy−F DCsin 7.13 °=0

Jy=90.89kN ↑

RESUMEN DE RESPUESTAS

3.2. DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE PARTE II


CILINDRO HIDRÁULICO VALOR DE LA FUERZA (KN)

AB 62.46

CD -186.62

EF 101.48


El cucharon de la excavadora tiene una carga de masa 1400kg y centro

de gravedad en G. Determine las fuerzas aplicadas al cilindro hidráulico

AB y en los eslabones AC Y AD para mantener la carga en la posición

mostrada. Nota: Las medidas están dadas en metros.

A. PRESENTACIÓN

B. SOLUCIÓN



REALIZAMOS EL DCL Y LAS ECUACIONES DE EQUILIBRIO



∑M E=0

F ACcos60 ° (0.305 )+F ACsin 60 °(0.076)−1400(9.81) (0.457 )=0

F AC=−20 .01kN



REALIZAMOS EL DCL Y UTILIZAMOS LAS ECUACIONES DE EQUILIBRIO EN EL PUNTO DONDE CONCURREN LAS 3 FUERZAS.

∑ F y=0

FCAsin 60 °−FBA cos 45 °=0

FBA=−11.61kN

∑ Fx=0

F AD−FBA sin 45 °−FCA cos60 °=0

F AD=28.94 kN



3.3. CARGAS INTERNAS

Determine las cargas internas resultantes que actúan sobre la sección

transversal por el punto C. La madera tiene un peso total de 180 Klb y

su centro de gravedad se encuentra en G. El punto C Y G se encuentra

en la misma línea vertical y caen en el centro geométrico de cada

material.

3.4. ESFUERZO NORMAL

El brazo de la excavadora R2.65CB2 se considera que

tiene una sección transversal rectangular constante de

0.3m x 0.2m; una longitud de 3.5m con un peso de

1300Kg, cuyo centro de gravedad concuerda con su

centro geométrico. En la parte inferior está anclado un

cucharón de 790Kg. Determinar el esfuerzo normal

promedio máximo en el brazo.



A. DISEÑO

B. ANÁLISIS DE FUERZAS INTERNAS EN AB Y EN BC



C. DIAGRAMA

La carga máxima se encuentra

en la región BC, donde PBC

= 20.9kN

D. ESFUERZO NORMAL PROMEDIO MÁXIMO:

σ=PBC

A=

20.9(103)N(0.30 m)(0.20m)

=348333.33Nm2 =0.384 MPa

3.5. ESFUERZO CORTANTE PROMEDIO

Con los datos del problema anterior determinar el esfuerzo cortante

promedio en el PIN de acero AISI 316LVM (Según normas ASTM G99)

mostrado en la figura. El PIN tiene 45mm de diámetro.



A. SOLUCIÓN

DETERMINAMOS EL VALOR DE V

ESFUERZO CORTANTE PROMEDIO

τ prom=VA

=3.95(103)N

π (45 x 10−3)2m2

4

=2483603.063Nm2=2.48MPa



3.6. ESFUERZO DE FALLA

Con los datos obtenidos en el esfuerzo normal máximo es posible

hallar el esfuerzo de falla si se le asigna un factor de seguridad de 1.

σ=PBC

A=

20.9(103)N(0.30 m)(0.20m)

=348333.33Nm2 =0.384 MPa

σMaxima = σpermisisble

σPermisisble = 0.384 MPa

Factor de Seguridad = 1

σPermisisble = σ fallaFS

σFalla= F .S

σpermisible

σFalla = 0.384 MPa



3.7. ESFUERZO CORTANTE MÁXIMO

Determinar el esfuerzo cortante máximo absoluto en la excavadora

hidráulica si se sabe que el par de torsor es de 204.5 kN.m (la potencia

es de 330 HP y tiene una revolución de 1850 rpm) y tiene un diámetro

1.15 metros con una longitud 0.15 m.



τ max=T CJ

τ max=204.5∗0.575

π∗0.5754

2

τ max=684.8 kN /m2


204.5 kN.m


4. RESULTADOS

Las fuerzas ejercidas en cada uno de los cilindros es de 62,46 kN en AB,

de -186,62 kN en CD y 101. 48 kN en EF.

La fuerza aplicada en los eslabones es de -20,01 kN en AC, de -11,61 kN

en BA y 28,94 kN en AD.

La carga máxima se encuentra en la región BC, donde Pbc = 20.9 kN

El esfuerzo normal promedio máximo es de 0.384 MPa

El esfuerzo cortante promedio máximo es de 2.48 MPa

El esfuerzo de falla al aplicarle un factor de seguridad de uno es de 0.384

MPa

El esfuerzo cortante máximo que determino fue de 684.8 kPa.



5. CONCLUSIONES

Fue factible encontrar las fuerzas ejercidas por la maquina gracias al

previo análisis de la excavadora dividiéndola esta en partes para realizar

un mejor análisis.

Debido a la teoría previa que se nos brindó en el curso se pudieron hallar

las fuerzas de manera rápida y precisa.

En la máquina excavadora se tuvo que analizar la parte de la carrocería

ya que esta es la única área que presenta momento torsor y aplicando su

fórmula se pudo realizar un cálculo eficaz.

El curso de Mecánica de Materiales nos sirvió para analizar una

excavadora hidráulica internamente y externamente de esta manera se

hizo posible realizar el proyecto.



6. RECOMENDACIONES

Los trabajadores deben conocer las fuerzas que existen en la maquinaria

para que no ocurran riesgos en los trabajos que estos puedan realizar.

Se debería trabajar con mayor frecuencia en casos reales para poder

obtener más experiencia en futuros proyectos que tengamos que afrontar

más adelante.

Para que los ingenieros pueden realizar una toma de decisión correcta en

cuanto a la compra de una excavadora hidráulica se debe utilizar la teoría

vista en el curso de mecánica de materiales.



7. REFERENCIAS ELECTRÓNICAS

Excavadora Hidráulica, vista el 17 de Abril del 2012:

www.es.ritchiewiki.com/wikies/.../ Excavadora _ hidráulica

Excavadoras Hidráulicas, visto el 18 de Abril del 2012:

http://www.ferreyros.com.pe/portal/catalogo/

excavadorashidraulicas/324DL_SPANISH.pdf

Normas Técnicas, visto el 19 de Abril del 2012:

http://biblioteca.unizar.es/buscar/normas.php

ISOS, visto el 25 de Abril del 2012:

http://www.gestiopolis.com/recursos/experto/catsexp/pagans/ger/49/

iso.htm

Normas Técnicas, visto el 26 de Abril del 2012:

http://translate.google.com/translate?hl=es&sl=en&tl=es&u=http%3A

%2F%2Fwww.aws.org%2F

ASTM, visto el 02 de Mayo del 2012:

http://www.astm.org/GLOBAL/images/What_is_ASTM_Spanish.pdf

ASTM, visto el 03 de Mayo del 2012:

http://es.wikipedia.org/wiki/ASTM

Mecánica, visto el 05 de Mayo del 2012:

http://es.wikipedia.org/wiki/Mecánica

Semáforo, visto el 12 de Mayo del 2012:

http://es.wikipedia.org/wiki/Sem%C3%A1foro

Acero, visto el 14 de Mayo del 2012:


http://es.wikipedia.org/wiki/Sem%C3%A1foro

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/ASTM

http://www.astm.org/GLOBAL/images/What_is_ASTM_Spanish.pdf

http://translate.google.com/translate?hl=es&sl=en&tl=es&u=http%3A%2F%2Fwww.aws.org%2F

http://translate.google.com/translate?hl=es&sl=en&tl=es&u=http%3A%2F%2Fwww.aws.org%2F

http://www.gestiopolis.com/recursos/experto/catsexp/pagans/ger/49/iso.htm

http://www.gestiopolis.com/recursos/experto/catsexp/pagans/ger/49/iso.htm

http://biblioteca.unizar.es/buscar/normas.php

http://www.ferreyros.com.pe/portal/catalogo/excavadorashidraulicas/324DL_SPANISH.pdf

http://www.ferreyros.com.pe/portal/catalogo/excavadorashidraulicas/324DL_SPANISH.pdf

http://www.es.ritchiewiki.com/wikies/.../Excavadora_hidr%C3%A1ulica


http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

Galvanizado, visto el 20 de Junio del 2012:

http://es.wikipedia.org/wiki/Galvanizado

Led, visto el 24 de Junio del 2012:

http://es.wikipedia.org/wiki/Led

ANEXO

Nº01

NORMAS

TÉCNICAS


http://es.wikipedia.org/wiki/Led

http://es.wikipedia.org/wiki/Galvanizado

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero


APLICACIÓN DE LAS NORMAS TÉCNICAS EN LA EXCAVADORA

HIDRÁULICA

ITEM CANTIDAD TIPO DE NORMA TECNICA

1 6 Planchas de aceros aleado ASTM a 450

2 2 Cables de acero Acero SAE 1095

3 500 KGPara la garra de la excavadora de un diámetro de 1.6 mm,

posición filete AWS E-11018-M

4 200 KGPara la pluma principal de la excavadora de un diámetro

de 1.2 mm, posición , biseladas AWS E-11018-M

5 1400KG Cucharon (acero aleado) ASTM A 450

NORMAS TECNICAS

SIGLAS SEDE CREACION FUNCION

La Organización Internacional para la

ISO Suiza 23/02/1947Después de la II Guerra

Es la de buscar la estandarización de normas de productos y seguridad para las empresas u organizaciones a nivel



Estandarización Mundial internacional

American WeldingSociety

AWS ESTADOS

UNIDOS 1919

Es una organización sin fines de lucro dedicada a promover la ciencia , la tecnología y la aplicación de la soldadura y sus aliados unión y corte de los procesos, incluidos los de soldadura , soldadura y proyección térmica

Instituto alemán de normalización

DIN Berlín,

Alemania

22/12/1917

Es el organismo nacional de normalización de Alemania. Elabora, en cooperación con el comercio, la industria, la ciencia, los consumidores e instituciones públicas, estándares técnicos (normas) para la racionalización y el aseguramiento de la calidad.

Instituto americano de hierro y acero

SAE Pennsylvania 1970

Es una organización de desarrollo de estándares para la ingeniería de potencia de vehículos de todo tipo, incluidos los automóviles, camiones, barcos, aviones, y otros. Estas normas juegan un papel clave en la mejora de la seguridad, reducir costes, aumentar la productividad, mejorar la posición en el mercado, proporcionando acceso a los mercados, y la promoción de nuevas tecnologías.

American Society for Testing Materials

ASTM Pennsylvania 1898

Es una organización sin ánimo de lucro, que brinda un foro para el desarrollo y publicación de normas voluntarias por consenso, aplicables a los materiales, productos, sistemas y servicios. Los miembros de ASTM, que representan a productores, usuarios, consumidores, el gobierno y el mundo académico de más de 100 países, desarrollan documentos técnicos que son la base para la fabricación, gestión y adquisición, y para la elaboración de códigos y regulaciones.

ANEXO Nº02 - EMPRESAS

UNIMAQ

Quiénes Somos



Unimaq es una empresa de la Organización Ferreyros especializada en

brindar un servicio integral en la venta y alquiler de equipos ligeros

nuevos y usados, con un completo soporte postventa a nivel nacional.

Con 12 años en el mercado, nuestro objetivo es ofrecer una solución

integral a las necesidades de equipos ligeros de nuestros clientes en

todos los sectores productivos del país: construcción, minería,

hidrocarburos, agricultura e industria en general. Contamos con

sucursales en Lima, Arequipa, Cajamarca, Huancayo, Ilo, Trujillo y Piura,

y con respaldo técnico a nivel nacional con el apoyo de la red

descentralizada de la Organización Ferreyros. Nuestras alternativas de

financiamiento le permiten acceder a equipos ligeros de las mejores

marcas, siempre con la garantía Unimaq.

Misión

Ser los especialistas en equipos ligeros y aportar soluciones integrales a

nuestros clientes a través de un amplio portafolio de marcas y productos;

así como un servicio eficiente, ágil y de calidad.

Visión

Ser reconocidos por el mercado como la primera empresa especializada

en dar soluciones integrales en equipos ligeros en un solo lugar.

FERREYROS



Historia

Enrique Ferreyros Ayulo y un pequeño grupo de socios fundaron en 1922

la empresa Enrique Ferreyros y Cía Sociedad en Comandita, la cual se

dedicó en sus primeros años de operación a la comercialización de

productos de consumo masivo, atendiendo al mercado de abarrotes.

Veinte años más tarde la empresa experimenta un giro trascendental,

cuando toma la decisión de asumir la representación de Caterpillar

Tractor Co. en el Perú. A partir de este momento la compañía empieza a

incursionar en nuevos negocios y a redefinir su cartera de clientes,

marcando así el futuro desarrollo de toda la organización. Dos décadas

después, otras líneas de máquinas y equipos como Massey Ferguson le

encomiendan su representación, sumándose a esta más adelante marcas

como Atlas Copco, Kenworth y otras.

Misión

Comercializar bienes de capital y servicios con seriedad y excelencia en

los mercados de minería, construcción, agricultura, transporte, energía,

industria y pesca, obteniendo la más alta participación de mercado

mediante el uso de diversas modalidades de venta y contando con un

equipo humano altamente motivado y guiado por la satisfacción de los

clientes.

Visión

Ferreyros será reconocida como una empresa líder en el negocio de los

bienes de capital, que satisface las necesidades diferenciadas de sus

clientes vendiendo productividad a través de productos de calidad, de

servicio y de soluciones integrales en una organización con cultura de

éxito.



ANEXO Nº03 – EVIDENCIAS FOTOGRÁFICAS


t3- mecánica y resistencia de materiales

Documents

materiales que

fuerzas y momentos

nuestros padres que

nuestros padres y maestros

vigas y elementos

nuestros padres y hermanos

rigidez y estabilidad

salir adelante y en