ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

MAESTRÍA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES

MATERIA: DINÁMICA VEHICULAR

TEMA: DISEÑO DE UN BUS PARA TRANSPORTE DE PASAJEROS

INTEGRANTES:

WAGNER DÁVILA KATIA DÍAZ ALEJANDRO SALAZAR

17- DIC - 2010

DISEÑO DE UN BUS PARA TRANSPORTE DE PASAJEROS.

El diseñar un bus lleva consigo tomar en cuenta muchas consideraciones tanto técnicas como humanas, ya que se encargará de transportar seres humanos. Uno de los factores más importantes a tomarse en cuenta es la seguridad de los ocupantes, ya que la misión de un bus es llevar sanos y salvos a los ocupantes del mismo hacia su destino.

Los factores más importantes a tomarse en cuenta en el diseño del bus serán los siguientes:

Seguridad de los ocupantes. Comodidad, que el viaje sea placentero. Buena estabilidad, debido a la sinuosidad de nuestras carreteras. Liviano, esto ayudará a disminuir el consumo de combustible. Aerodinámico, menor Drag, disminuye el consumo de combustible. Neumáticos apropiados. Suspensión apropiada para nuestras carreteras. El chasis debe tener una buena rigidez tanto a la flexión como a la

torsión. Bajo centro de gravedad, ayuda a la estabilidad del bus.

Uno de los factores técnicos más importantes a tomarse en cuenta es el diseño del chasis del vehículo, este deberá ser lo suficientemente rígido como para evitar la deformación a flexión provocada por los componentes del bus (motor, tanque de combustible, pasajeros, peso de la carrocería) y la deformación a torsión que se producirá en el momento que el bus sea conducido.

El chasis debe cumplir algunas consideraciones técnicas:

Ser rígido y liviano. Se debe tener en consideración el costo. Debe ofrecer buenos puntos de anclaje para la suspensión, motor,

carrocería. Se debe diseñar para que soporte muy bien la deformación a flexión y

torsión. Debe tener la rigidez necesaria para soportar las cargas de impacto en

caso de un choque. El factor de seguridad a ser ocupado debe ser el de artefactos para

transportar seres humanos.

La rigidez es proporcional a: K α E.I, y, K α E.A

Donde:

K: rigidez

E: modulo de elasticidad

I: inercia

A: área o sección transversal.

De estas relaciones se puede notar que la rigidez del chasis dependerá mucho del tipo de material a ser utilizado, asi como también del área de la sección transversal del chasis.

Todos los elementos del bus serán diseñados para soportar el peso total siguiente:

Peso de la carrocería incluido motor, suspensión, transmisión…………12000Kg

Pasajeros 46x75Kg…………………………………………………………….3450Kg

Combustible 33.33 gal x 3Kg/gal………………………………………...……100Kg

Total……………………………..…………………………………………….15550Kg

El motor impulsara 16 toneladas.

Parámetros de diseño.

Chasis.

Para el diseño del presente bus se va a utilizar los siguientes conceptos fundamentales en lo referente al chasis:

Utilizaremos un chasis de cama baja, el mismo que nos proporcionará mejor estabilidad debido a que con este tipo de chasis vamos a poder obtener un centro de gravedad muy bajo, esto hace que el bus en su conjunto sea más bajo con lo que puede tomar las curvas con más seguridad ya que las distancia entre el roll center y el centro de gravedad es mucho más pequeña que si se seleccionaría uno de cama alta. Esto da al pasajero mayor confort y seguridad y al conductor mayor control sobre el vehículo.

Fig. 1. Vista lateral del chasis cama baja diseñado

Fig. 2. Vista superior del chasis cama baja.

En cuanto a la rigidez, esta debe ser alta tanto a la flexión como a la torsión, por lo que se elije la rigidez de chasis más alta 9000 lbs/pulg/deg.

Se escoge esta rigidez debido a que el chasis debe evitar las fallas estructurales que se podrían producir debido a la pésima calidad de nuestras carreteras. Si se llegan a producir fallas en la estructura del chasis, podría causar inestabilidad en la carrocería por lo tanto se correría el riesgo de graves accidentes.

Fig. 3. Vista del chasis del bus.

ICR ∞ICI ∞

En cuanto al centro de gravedad es uno de los parámetros que más han influenciado en la selección del tipo de chasis, es muy importante ya que un centro de gravedad muy alto podría ser el causante de vuelcos en las curvas.

Fig. 4. Centro de gravedad de chasis.

El tanque de combustible se ha diseñado para ubicarlo en la mitad del bus, esto se hizo con la finalidad de distribuir las masas de la mejor manera posible, tratando de que la distribución sea 40% en la parte delantera y 60% en la parte trasera. En el momento del frenado, debido a la transferencia de masa el peso se transfiere hacia adelante quedando una distribución aproximada del 50% en la parte delantera y el otro 50% en la parte trasera. En la Fig. 3. Se puede apreciar la ubicación del tanque de combustible.

Motor.

Para el presente bus se ha seleccionado el motor de las siguientes características:

Motor tipo Peso potencia largo ancho altura consumo cilindrada

6 en línea 240kg Media 120cm 50cm 80cm 15km/Gal 12000cc

Se escoge este motor debido a que para el transporte de pasajeros no se necesita un motor de alta potencia y a que el consumo final de combustible va ha ser bajo en comparación con el otro motor.

El motor estará ubicado en la parte posterior ya que el chasis es de cama baja.

CG

RC

Fig. 5. Ubicación del motor del bus

Se utilizará un solo tren motriz que constará de:

Corona, tricetas, cardán, ejes transmisores de movimiento.

Suspensión.Para el sistema de suspensión hemos seleccionado un sistema suspensión independiente para cada neumático, para ello se ha escogido el sistema Multilink por ser el mejor y más avanzado sistema de suspensión en el mercado. Este sistema Se torsiona cuando entra en juego la dirección variando casi infinitamente su geometría, colocando los neumáticos en una mejor posición de trabajo todo el tiempo, además se le ha hecho una adecuación adicional que consiste en poner sistemas hidroneumáticos en lugar de los resortes que ocupa habitualmente este sistema, con ello se elimina la utilización de amortiguadores y se proporciona un gran confort y comodidad al pasajero en su viaje.

Fig. 6. Suspensión Multilink con sistema hidroneumático.

Fig. 7. Suspensión Multilink para ruedas motrices.

El uso de este tipo de suspensión será de mucha utilidad en nuestras carreteras que poseen tantos desniveles y baches evitando o disminuyendo el Heave, Pitch y Roll.

Los ángulos escogidos para alinear la suspensión delantera son los siguientes:

Ángulo Medida (grados) Razón

Cáster 4 Para poder tener un mejor control en el manejo del bus.

Cámber 0 IC infinito,

Kinping 0,5 Incrementa el sentimiento de seguridad del conductor

Toe 0 Evitar desgaste de neumáticos.

En nuestro diseño se utilizan 6 neumáticos distribuidos como se muestra en la figura 2, estarán provistos de frenos de disco en los 6 neumáticos con esto logramos mayor eficiencia de frenado ya que los discos poseen mayor facilidad para disipar el calor logrando con ello evitar el problema de sobrecalentamiento de los frenos. Este bus poseerá sistema de frenos ABS con sensores tipo hall que sensan de mejor manera a bajas velocidades.

Fig. 8. Bus con la configuración de los neumáticos.

El propósito del tercer sistema de neumáticos es evitar que la parte posterior del bus golpee el piso cada vez que tenga que pasar por los muchos desniveles que tienen nuestras carreteras. La distribución de cuatro neumáticos en la parte posterior es debido a que la mayor parte del peso se encuentra en la parte posterior del bus. Este bus utilizará el mismo número de neumáticos que cualquier bus de características similares.

Se ha seleccionado neumáticos radiales, debido a que se pueden reciclar ya que son más fáciles de reencauchar, y en su uso se deforman de manera tal que el contact patch siempre es alto, lo cual es muy bueno en las curvas. Se ha escogido a través de catálogos de neumáticos el Bridgestone M726 de la siguiente especificación: 255/70R22.5 este neumático presenta hombros buenos para buena estabilidad, un labrado apropiado para sacar agua en caso de piso mojado y una buena distribución de peso.

Fig. 9. Neumático seleccionado

Fig. 10. Abajo vistas del bus diseñado

La estructura de la carrocería va a estar construida en acero ASTM A514 Gr-B, este acero tiene una resistencia a la fluencia de 100 Kpsi. En pruebas realizada en programas computacionales se pudo observar que con el acero A36, que es típicamente usado en nuestras carrocerías, en caso de impacto frontal se afecta hasta la séptima fila de asientos, mientras que con el ASTM A514 Gr-B prácticamente no se deforma.

Fig. 11. Estructura de la carrocería.