- Tutorial nº 69 -
El Bastidor de los Vehículos Automóviles
Índice de contenidos:
1- Introducción
1.1- Generalidades
2- Tipos de bastidores
2.1- Bastidor independiente
2.2- Bastidor de plataforma
2.3- Carrocería autoportante o monocasco
2.4- Bastidor tubular
3- Diseño de bastidores para vehículos industriales
3.1- Generalidades
3.2- Bastidor de largueros longitudinales
3.3- Bastidor autoportante
4- Montaje del bastidor auxiliar en vehículos industriales
4.1- Generalidades
4.2- Materiales para fabricación del bastidor
4.3- Configuración de los largueros
4.4- Travesaños
4.5- Uniones atornilladas
DESARROLLO DEL CONTENIDO
1- Introducción
1.1- Generalidades
Se llama bastidor en los vehículos a aquella estructura rígida donde se fijan de una u otra forma, tanto la carrocería como los distintos elementos y grupos mecánicos que componen un vehículo (motor, elementos del sistemas de transmisión, suspensión, etc.).
El bastidor de los vehículos, además de soportar el peso de todos estos elementos y partes que componen a un vehículo automóvil, también deberá soportar las sobrecargas de uso que incluyen, además del peso propio de la carga que transporte y de los ocupantes del vehículo, las cargas dinámicas e inerciales originadas por el funcionamiento de los distintos elementos y por el propio movimiento del vehículo.
En su forma más elemental, tal como se muestra en la figura adjunta, el bastidor de un vehículo lo puede constituir un conjunto formado por dos elementos longitudinales situados simétricamente a ambos lados del eje longitudinal del vehículo, llamados largueros, que están unidos transversalmente por medio de otras estructuras más cortas, en número variable, denominadas travesaños.
El travesaño de mayor inercia y resistencia (llamado a veces puente) suele montarse en la parte delantera del bastidor, con objeto de poder soportar tanto el motor como la suspensión delantera del vehículo.
Aunque ya se verán más adelante los distintos tipos de bastidores existentes para vehículos, la geometría de los bastidores convencionales suelen ser tal que se presentan más estrechos en la parte delantera, a fin de permitir que las ruedas direccionales puedan girar y poder mantener la misma rodada (distancia entre ruedas) que en las ruedas traseras.
Por otro lado, la mayor anchura del bastidor se suele situar en la parte trasera, y sirve para distribuir el peso de la carrocería y la carga más cerca de las ruedas traseras, con objeto de dar mayor estabilidad al vehículo. Además, esta mayor anchura permite ofrecer también una mayor protección al vehículo en caso de impacto lateral.
2- Tipos de bastidores
2.1- Bastidor independiente
Los primeros diseños de bastidores se basaban en el conjunto formado por dos largueros longitudinales laterales, fabricados de chapa laminada con perfil cajeado o en "C", enlazados entre sí mediante travesaños, constituyendo una base sobre la que se montan los órganos mecánicos y la carrocería del vehículo. Este tipo de bastidor presenta una gran rigidez, por lo que hoy en día todavía son ampliamente utilizados en camiones de carga, furgones ligeros y en vehículos todo terreno.
Habitualmente, cuando sobre el bastidor se han montado todos los elementos mecánicos del vehículo (motor, elementos del sistemas de transmisión, suspensión, etc.), entonces a este conjunto se le denomina "chasis".
Por otro lado, se llama "carrocería" o latonería a aquella otra parte del vehículo sobre la que reposan los pasajeros o la carga, constituyendo la parte exterior vista del vehículo. Es decir, la carrocería constituye la envoltura externa del vehículo, careciendo normalmente de funciones estructurales y de resistencia.
El tipo de bastidor independiente está constituido por una estructura o armazón de acero compuesta por dos largueros longitudinales unidos mediante travesaños soldados, atornillados o remachados, dispuestos transversal o diagonalmente.
Este conjunto así formado posee una elevada resistencia y rigidez, constituyendo la base sobre el que se montan los órganos mecánicos y también la carrocería del vehículo. De esta manera, el bastidor es la estructura encargada de recibir y absorber todos los esfuerzos de flexión y torsión derivados del normal funcionamiento del motor y de la marcha o movimiento del vehículo.
Los bastidores suelen diseñarse con diferentes formas y geometría, con objeto de poder adaptarse a las diversos requerimientos (resistencia, distribución especial de carga, flexiones y torsiones elevadas...) en función de la tipología y uso del vehículo donde van a ser montados.
En este sentido y para mayor información, caben destacar los siguientes modelos de bastidores de tipo independiente:
• Bastidor en columna (o en "X"):
Bastidor en columna o en "X" que recibe su nombre por la geometría que presenta en forma de X, como se puede ver en la figura adjunta.
Este tipo de bastidor se estrecha por el centro, proporcionando al vehículo una estructura más rígida, que está diseñada para contrarrestar los puntos de torsión elevada.
El travesaño delantero en este tipo de bastidor suele ser muy robusto, con objeto de poder servir para la fijación a los anclajes de las suspensiones delanteras y elementos del motor.
• Bastidor perimétrico o bastidor perimetral:
El bastidor perimétrico o de tipo perimetral se utiliza en ciertos modelos de automóviles y en algunas camionetas.
En este tipo de bastidor, los largueros soportan la carrocería del vehículo en su parte más ancha, ofreciendo así una mayor protección en caso de impacto lateral.
Presentan una configuración escalonada detrás y delante de las ruedas delanteras y traseras, respectivamente.
Con esta configuración, el bastidor permite formar una estructura de caja de torsión, que en caso de impacto frontal permite absorber gran parte de la energía generada durante la colisión.
Además, con este tipo de bastidor, que es un poco más ancho, se consigue dotar al vehículo de una mayor estabilidad.
La sección central de este tipo de bastidor cuando se usa en automóviles y camionetas ligeras está deprimida, a fin de conseguir un centro de gravedad más bajo y una menor altura total del vehículo, con lo que se consigue también una mayor estabilidad.
Por otro lado, los largueros suelen presentar una curvatura hacia arriba a fin de ofrecer mayor espacio para las suspensiones.
El uso de los sistemas de bastidor independiente de la carrocería presenta una serie de ventajas, entre las que destacan las siguientes:
›› Ofrecer una gran resistencia, permitiendo transportar cargas elevadas
›› Elevada rigidez para poder soportar grandes cargas estáticas y dinámicas sin sufrir grandes deformaciones
Como se ha dicho, actualmente sólo se emplea el tipo de bastidor independiente en vehículos industriales (camiones, autocares, furgones ligeros, etc.), y en vehículos todo-terreno.
Sin embargo, en vehículos ligeros y turismos, donde actualmente se utilizan sobretodo las carrocerías autoportantes, este sistema de chasis independiente no se emplea debido principalmente a los siguientes factores:
›› Elevado peso en el diseño del vehículo (mayor consumo y menor versatilidad del vehículo)
›› Presenta un centro de gravedad más alto, lo que disminuye la estabilidad y aumenta el coeficiente aerodinámico (mayor consumo)
›› Mayor coste de fabricación.
2.2- Bastidor de plataforma
El tipo de bastidor de plataforma realiza la función, como su propio nombre indica, de una plataforma portante y resistente.
Está constituido por un chasis aligerado formado por la unión de varias chapas soldadas, generalmente mediante soldadura por puntos, formando el conjunto una base de rigidez suficiente como para poder soportar los órganos mecánicos y posteriormente también la carrocería del vehículo.
En este caso, la carrocería del vehículo podrá unirse al bastidor o plataforma mediante el empleo de dos técnicas posibles:
• uniones atornillada a la plataforma, o bien,
• soldadura por puntos o uniones por remaches.
Debido a la elevada rigidez que proporciona la plataforma en este tipo de bastidor, la carrocería puede ser más ligera, además de poder ser compuesta de numerosos elementos desmontables que facilitan las labores de recambios y sustituciones en caso de desperfectos en alguna parte de la carrocería.
2.3- Carrocería autoportante o monocasco
El sistema de carrocería autoportante, o también llamada carrocería monocasco, es la opción más empleada actualmente en la fabricación de automóviles, sobre todo en vehículos ligeros y turismos, debido a que supone una reducción importante en el peso del vehículo, le dota de mayor flexibilidad y es mucho más barato su producción en serie.
Como su propio nombre indica, es un tipo de carrocería con función resistente por sí misma, es decir, no necesita de estructuras auxiliares para dotar de más resistencia al vehículo. Con ello se consigue reducir el peso del conjunto, lo que supone un ahorro en combustible en la marcha del vehículo.
En el caso de las carrocerías autoportantes, toda la estructura que conforma la carrocería constituye en sí misma parte del bastidor del vehículo.
Las carrocerías autoportantes o monocasco parten del concepto de conformar una estructura metálica envolvente constituida por la unión de elementos de chapa de diferentes formas y espesores, de manera que se consigue formar una caja resistente que se soporta a sí misma y a los elementos mecánicos que se fijen sobre ella.
En este caso, casi todas las piezas que conforman las carrocerías monocasco van a estar unidas por medio de puntos de soldadura principalmente, aunque puedan existir diseños donde gran parte de componentes se unen por medio de uniones atornilladas para hacer más fácil las labores de sustitución o de reparación de desperfectos.
El diseño inicial de las carrocerías monocasco implica la realización de multitud de pruebas y ensayos previos antes de su comercialización del diseño definitivo, con objeto de comprobar su comportamiento ante las diferentes solicitaciones a que va a estar sometida la carrocería cuando el vehículo se encuentre en movimiento.
Este sistema constructivo tiene una serie de ventajas frente a lo demás tipos de carrocerías, entre las que destacan las siguientes:
• proporciona al vehículo de una gran ligereza, estabilidad y rigidez
• una vez definido el diseño de la carrocería, facilita su fabricación en serie, por lo que resultan más económicas
• presentan una posición del centro de gravedad más bajo, por lo que mejora la estabilidad del vehículo durante la marcha
• contribuyen a disminuir la generación de vibraciones y ruidos durante la marcha del vehículo, proporcionando una mayor sensación de confort a los ocupantes.
Como se ha dicho anteriormente, esta es la opción más utilizada en la fabricación de vehículos automóviles de los modelos más ligeros y turismos.
2.4- Bastidor tubular
El bastidor tubular forma una estructura en forma de celosía o perimetral a partir de elementos o barras tubulares que pueden tener secciones circulares, ovaladas o cuadradas.
Este tipo de bastidor nace de la necesidad de obtener estructuras más ligeras y esbeltas. Son estructuras de tipo celosía principalmente, dando lugar a un conjunto muy rígido y ligero.
Como se aprecia en la figura adjunta, el bastidor tubular se constituye por un armazón de tubos soldados entre sí que adopta la forma de una especie de jaula.
A este entramado se anclan, directamente o a través de un sub-bastidor, el resto de elementos del automóvil.
El elevado costo para la fabricación de este tipo de bastidor hace que su uso se limite a pequeños vehículos de competición o algunos prototipos de automóviles que por alguna circunstancia requieran una gran reducción de peso.
3- Diseño de bastidores para vehículos industriales
3.1- Generalidades
El principal objetivo de los vehículos industriales y camiones es el transporte de mercancías de grandes masas y dimensiones. Este hecho condiciona buena parte de las características técnicas y constructivas que deben tener este tipo de vehículos.
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Así, es de vital importancia que estos vehículos dispongan de un elemento estructural, el bastidor, que presente suficiente rigidez como para poder soportar con garantías las elevadas solicitaciones de carga sin sufrir deformaciones permanentes ni roturas de material.
El proceso de fabricación del bastidor de un vehículo industrial es un compromiso entre diversos factores como la resistencia, la rigidez, el peso y el coste final de fabricación. Además, debe considerarse la estabilidad de los miembros estructurales, la capacidad de carga de las uniones, la fabricación y el montaje final en el vehículo. No obstante, a priori, parece que el factor más determinante en el diseño del bastidor en un vehículo industrial es probablemente la rigidez y resistencia del mismo.
Existen multitud de tipos de bastidores, tanto como fabricantes y modelos de vehículos hay en el mercado. El empleo de uno u otro tipo de bastidor en los vehículos industriales va a estar condicionado por múltiple factores, como pueden ser las dimensiones del vehículo y de la carga a transportar, la rigidez que se desee del vehículo en orden de marcha, masa a transportar, proceso de fabricación o el uso para el que se emplee el vehículo, entre otros.
De los diferentes tipos de bastidores, los sistemas de bastidor autoportantes y los de largueros longitudinales son los que más se utilizan en las aplicaciones industriales, siendo sobre todo éste último, el bastidor de largueros longitudinales, el tipo de bastidor más utilizado en camiones y demás vehículos industriales para el transporte de carga, debido a su alta rigidez estructural y sencillez de fabricación.
3.2- Bastidor de largueros longitudinales
El bastidor de largueros longitudinales se compone de dos perfiles longitudinales, denominados largueros, fabricados normalmente de chapa laminada con perfil cajeado o en "C", y unidos entre sí por varios travesaños que se disponen perpendicularmente a los largueros. Este tipo de bastidor, que es independiente de la carrocería, es sumamente rígido, lo cual lo hace ideal para el transporte de grandes cargas.
Realmente existen multitud de tipos de bastidores de largueros longitudinales, cado uno con una geometría y dimensiones diferentes que se adaptan a cada necesidad dependiendo del modelo de vehículo y el uso a que vaya destinado.
De hecho, cada fabricante de vehículos industriales, de acuerdo a las características propias de sus vehículos, saca al mercado sus propios tipos de bastidores.
Además, el uso de materiales y procesos de fabricación diferentes por cada fabricante también dan como resultado bastidores con distintos tipos de perfiles, cada uno con unas dimensiones específicas distintas.
No obstante, a continuación se presentan de forma genérica los tipos de bastidores más utilizados en los vehículos industriales y camiones:
- Bastidores de Perfil en "U":
Los bastidores cuyos largueros se forman a partir de perfiles en U son los más utilizados en el conjunto de los vehículos industriales, encontrándose principalmente en camiones rígidos, tractocamiones, autobuses y remolques.
Sus características mecánicas y formas con paredes exteriores planas los hacen ideales para situar sobre ellos superestructuras y bastidores auxiliares que añaden mayor resistencia a la estructura portante en el proceso de carrozado de camiones.
En el ejemplo de la figura adjunta se muestra el refuerzo realizado del bastidor original de un vehículo, también llamado autobastidor (perfil en U 203x65x4mm) por medio de un bastidor auxiliar (perfil en U 120x65x7mm) colocado sobre el ala superior del autobastidor del vehículo. Con ello se consigue mejorar el módulo resistente a flexión de la sección completa del bastidor reforzado (autobastidor + bastidor auxiliar).
Como se sabe, el perfil en "U" abierto permite la flexión en los largueros sin que se exponga el material a tensiones innecesarias, concentrando la masa del perfil en las zonas donde se alcanzan los mayores niveles de tensiones (que son las alas superior e inferior del perfil), y proporcionado a los travesaños una resistencia suficiente como para absorber las fuerzas laterales.
Las dimensiones de los perfiles en U cambian según el fabricante, adaptándolas a las dimensiones y modelo del camión, tipo de trabajo a realizar y a la Masa Máxima Autorizada del vehículo.
En este sentido, las dimensiones de estos perfiles varían desde largueros con poco más de 4 metros de longitud y secciones en U de 150mm de altura y 5mm de espesor en pequeños camiones, hasta largueros de más de 12 metros de longitud, con secciones en U de 330mm de altura y 10mm de espesor para camiones rígidos de grandes dimensiones.
El acero es el material más utilizado para la construcción de este tipo de perfil, usándose acero aleado de alto límite elástico (desde los 380 N/mm2 hasta los 600 N/mm2).
- Bastidores de Perfil Reforzado:
Los bastidores con perfil reforzado son utilizados en camiones que vayan a transportar grandes pesos o vayan a estar sometidos a esfuerzos puntuales importantes debido a sus particulares condiciones de uso (por ejemplo, camiones volquetes, porta-contenedores, camiones-grúas, etc.).
Existen diversas formas de llevar a cabo el refuerzo de los bastidores de los vehículos. Así por ejemplo, si el vehículo dispone originalmente de un bastidor consistente en largueros longitudinales de perfil en U, entonces éste se puede reforzar mediante un refuerzo interior formado por otro perfil en forma de U que se ajusta al perfil exterior del bastidor del vehículo.
En otras ocasiones, el bastidor en U del vehículo se puede reforzar mediante el empleo de platabandas colocadas a todo lo largo sobre las alas superior e inferior del perfil del autobastidor, consiguiéndose una estructura más rígida y consistente que cumple con la misión de reforzar el bastidor original del vehículo.
Generalmente, el refuerzo en los perfiles en U no se emplea en todo el larguero del bastidor del vehículo, sino que sólo se refuerzan aquellas zonas del bastidor que más solicitaciones y esfuerzos van a soportar debido a la carga del camión.
La zona más crítica del bastidor del vehículo se sitúa en la franja comprendida entre el eje delantero y el primer eje motriz del vehículo. Reforzando sólo esta parte del bastidor se optimiza la sección resistente, que se adapta en función de las leyes de distribución de los esfuerzos sobre el bastidor del vehículo.
No obstante, esta forma de reforzar el bastidor mediante el empleo de platabandas, o mediante perfiles en U interiores está siendo sustituido cada vez más por el empleo de bastidores auxiliares.
Los bastidores auxiliares se colocan sobre el autobastidor del vehículo para conseguir mayor sección resistente. Esta forma de reforzar el bastidor, debido a su facilidad de fabricación y porque permite dotar de más rigidez y resistencia a la estructura portante del vehículo sin incurrir en un incremento excesivo del peso añadido, es el método más empleado por carroceros en reformas y carrozado de camiones.
En efecto, en caso de necesitar aún de mayor resistencia y rigidez, al bastidor original del vehículo se le puede instalar encima, apoyado sobre su ala superior y a todo lo largo, de un bastidor auxiliar, donde generalmente se usan perfiles en "U" o en "Z", aunque también se pueden emplear bastidores auxiliares con sección de caja cerrada. El perfil cajeado se consigue mediante dos perfiles en "U" enfrentados que se unen por sus alas mediante cordón de soldadura.
- Bastidores de Perfil en doble T:
Los bastidores construidos a partir de perfiles de doble T se utilizan actualmente únicamente para la fabricación de semirremolques y de algunos modelos de remolques.
La característica principal de este tipo de bastidor es la facilidad constructiva que presenta para la fabricación de bastidores con perfil de sección variable, al permitir la variación en altura del alma del perfil.
Este hecho permite una mejor adaptación de la sección del bastidor a la distribución de esfuerzos que transmite la carga, así como la construcción de semirremolques y plataformas de carga de dimensiones y formas complejas, como son los semirremolques tipo góndola que son muy utilizados para el transporte de cargas especiales.
Los materiales empleados en este tipo de bastidores son el acero y el aluminio de alta resistencia, teniendo cado uno sus propias ventajas e inconvenientes de uso.
- Bastidor auxiliar:
Como ya se comentó en apartados anteriores, el empleo de bastidores auxiliares es ampliamente utilizado por carroceros para llevar a cabo el carrozado de vehículos industriales, y sobre todo de camiones de tipo rígido.
En este caso, el bastidor auxiliar se superpone sobre el bastidor del camión, de forma que se consigue un conjunto con una sección total mucho más rígida y resistente.
Así, los largueros del falso bastidor auxiliar se ajustarán perfectamente apoyados encima sobre los del bastidor original del vehículo en toda su longitud.
Para ello, los largueros del bastidor auxiliar se extenderán de forma continua y deberán apoyarse a lo largo de toda su superficie sobre el ala superior del larguero del bastidor del vehículo.
El objetivo básico del falso bastidor o bastidor auxiliar es la de garantizar una distribución uniforme de las cargas sobre el bastidor original del vehículo y garantizar una unión perfecta entre el bastidor del vehículo y la carrocería prevista.
Otra de las ventajas del uso del bastidor auxiliar sobre el bastidor del vehículo es que se consigue también una transmisión más uniforme de la carga a la estructura portante del vehículo.
El bastidor auxiliar puede estar compuesto por perfiles con formas de secciones diversas, aunque destacan mucho el uso de perfiles en forma de U o en Z, o también los bastidores auxiliares con sección cerrada.
Otro de los motivos del gran uso de los bastidores auxiliares es debido a su facilidad de fabricación y ahorro de material, permitiendo dotar de mucha más rigidez y resistencia a la estructura portante del vehículo sin que suponga incurrir en un incremento excesivo del peso añadido al vehículo.
- Bastidor de cabina:
Con el propósito de mejorar las condiciones de seguridad y confort de los ocupantes de los vehículos industriales de gran tonelaje, las cabinas se mantienen independientes del chasis de los camiones, tanto en camiones rígidos como en cabezas tractoras.
Este tipo de bastidores se localiza en la zona inferior de las cabinas del vehículo, formados por dos largueros que unen el piso de la cabina al autobastidor del camión, constituyendo el soporte que el vehículo necesita para resistir el peso propio de la cabina y de sus ocupantes.
En este caso, los perfiles del bastidor de cabina son de formas y dimensiones irregulares para adaptarse mejor a las necesidades del espacio disponible, y para evitar interferencias con los elementos del motor y de la suspensión.
Las dimensiones y espesores de los bastidores de cabina son menores que los vistos anteriormente destinados a soportar la carga, y generalmente están compuestos por perfiles que apenas superan los 3 mm de espesor de pared y los 2 m de longitud.
3.3- Bastidor autoportante
El uso de bastidores autoportantes en camiones y demás vehículos industriales no es muy común, como sí lo es el uso de los bastidores de largueros independientes de la carrocería, vistos en el apartado anterior.
Aparte de los vehículos ligeros y turismos, los bastidores autoportantes se pueden encontrar también en algunos modelos de vehículos comerciales, como furgonetas y vehículos mixtos.
En ciertos modelos de autocares, la denominación autoportante adquiere otra connotación. Así, en autobuses y autocares se suelen emplear los llamados bastidores semi-monocascos, o semi-autoportantes, que forman una estructura independiente del carrozado.
En este caso, se denominan bastidores semi-autoportantes porque el carrozado, además del bastidor, también interviene para poder soportar los elementos mecánicos, así como las cargas y esfuerzos a las que se somete el vehículo.
4- Montaje del bastidor auxiliar en vehículos industriales
4.1- Generalidades
El objetivo básico del bastidor auxiliar (también llamado falso bastidor) es la de garantizar una distribución uniforme de las cargas sobre el bastidor original del vehículo, así como la de realizar una unión perfecta entre el bastidor del vehículo y la carrocería prevista a montar sobre el propio vehículo.
En el montaje, los largueros del bastidor auxiliar se ajustarán perfectamente sobre los del bastidor original del vehículo en toda su longitud.
Para ello, los largueros del falso bastidor o bastidor auxiliar se extenderán de forma continua y deberán apoyarse a lo largo de toda su superficie sobre el ala superior del larguero del bastidor original del vehículo.
No es aconsejable montar listones de madera entre ambos bastidores. Para su ejecución es importante tener en cuenta:
• El material del bastidor auxiliar
• La configuración de los largueros
• Los travesaños
• La fijación
4.2- Materiales para fabricación del bastidor
Como norma general, para el bastidor auxiliar se deberán utilizar siempre materiales con características mecánicas que sean iguales o superiores a los materiales empleados en la fabricación del bastidor del vehículo.
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De hecho, en aquellos casos donde se tengan esfuerzos muy elevados, o cuando se desee evitar secciones de gran altura para el perfil del bastidor auxiliar, entonces se deberán utilizar obligatoriamente materiales de características mecánicas superiores a los empleados en el bastidor del vehículo.
Teniendo en cuenta todo lo expuesto anteriormente, el material que se emplee para la fabricación de los largueros y travesaños que conformen al bastidor auxiliar deberá cumplir, al menos, los siguientes requisitos:
• Buena ductilidad
• Módulo de elasticidad alto
• Buena soldabilidad
• Bajo coste
• Facilidad de suministro
Está claro que hoy por hoy, el material candidato que mejor cumple con todos estos requisitos es, sin duda, el acero.
En el mercado existen muchos y variados tipos de aceros. De entre ellos, son los aceros estructurales los que mejor se adaptan para aplicaciones para la fabricación de carrocerías y superestructuras en vehículos industriales.
La siguiente tabla muestra los tipos de aceros estructurales usados habitualmente con los valores mínimos nominales del límite elástico (fy), los valores de resistencias últimas a la tracción (fu) y los alargamientos a la rotura.
Los tipos de aceros corresponden a los perfiles estructurales laminados en caliente así como para los conformados en frío. Las designaciones de los tipos de acero que se muestran en la tabla se ajustan a la EN 10025.
Generalmente, para los trabajos de carrozado de camiones se suele emplear un tipo de acero que presente un equilibrio razonable entre las propiedades mecánicas que ofrezca el acero y su coste de compra. Dicho equilibrio lo encontramos en el acero S 275 JR.
En la siguiente tabla se puede ver las propiedades físicas recomendadas, válidas para todos los aceros estructurales.
En cuanto a la soldabilidad del acero, es su composición química la que va a determinar principalmente su buena o mala disposición para la soldadura.
Para un acero no aleado, lo más determinante para que presente buena soldabilidad es su contenido en carbono (C ≤ 0,22%) y en impurezas, como son el azufre (S ≤ 0,035%), el fosforo (P ≤ 0,035%) y el nitrógeno (N ≤ 0,012%).
Un parámetro útil para evaluar la soldabilidad de los aceros es el concepto de CARBONO EQUIVALENTE (CEV), que equipara la soldabilidad relativa de diferentes aleaciones de acero y las compara con las propiedades de un acero al carbono simple.
El Código API 1104- A B presenta la ecuación desarrollada por el Instituto Internacional de Soldadura para el cálculo del valor del carbono equivalente CEV, y cuya expresión es la siguiente:
| CEV = C + | Mn | + | Cr + Mo + V | + | Ni + Cu |
| 6 | 5 | 15 |
(*) donde los contenidos de los elementos químicos se expresan en tanto por ciento (%).
A medida que se eleva el contenido equivalente de carbono, la soldabilidad de la aleación de acero que se trate decrece. Como regla general, un acero se considera soldable si el carbono equivalente (CEV), obtenido según la fórmula anterior, es menor a 0,4%.
El CEV, en cierto modo, mide la susceptibilidad para que se produzca una rotura en frío en la zona de la pieza de acero afectada térmicamente (ZAT) por la soldadura.
Para barras de acero con espesores de pared inferiores a 16 mm, generalmente se acepta que si CEV ≤ 0,4% no aparecen grietas con la soldadura. Para 0,4 ≤ CEV ≤ 0,45 hay que tomar algunas precauciones dependiendo del proceso de soldadura. Para un CEV mayor que 0,45%, normalmente se necesita un precalentamiento previo de la pieza antes de soldar.
Para el caso concreto que se utilice un acero S 275 JR para la fabricación del bastidor auxiliar, al presentar este tipo de acero un CEV = 0,47 se requerirá un calentamiento previo de las barras a soldar, con objeto de evitar que aparezcan grietas y otros defectos no deseados en las zonas afectadas por las soldaduras.
4.3- Configuración de los largueros
Como ya se ha dicho, para mejorar la resistencia de los largueros que constituyen el bastidor original del vehículo y conseguir también una mejor distribución de las cargas, se suele montar sobre éstos otra estructura auxiliar, llamada bastidor auxiliar o falso bastidor.
De esta manera, sobre los largueros del falso bastidor será sobre los que descansará finalmente el carrozado que se desee instalar sobre el camión.
Para la fijación del bastidor auxiliar al bastidor o chasis del vehículo, se deberá emplear únicamente los soportes previstos y que los vehículos traen de fábrica distribuidos a lo largo de su chasis, y que están específicamente destinado para usarlos en la fijación del bastidor auxiliar que se incorpore en la reforma.
A la hora de la instalación, los largueros del bastidor auxiliar se ajustarán perfectamente sobre los largueros del bastidor original del vehículo en toda su longitud, apoyándose sobre el ala superior.
Para ello, los largueros del falso bastidor se extenderán de forma continua sin interrupción ni cortes, y deberán apoyarse a lo largo de toda su superficie sobre el ala superior del larguero que conforma el chasis del vehículo, como ya se ha dicho.
La parte delantera del larguero deberá prolongarse lo máximo posible, como mínimo hasta que coincida con la posición del soporte trasero de los muelles de la suspensión de las ruedas delanteras, o bien entre 200-250 mm. por delante del primer soporte de la carrocería, en el caso de suspensión independiente.
Es muy importante acatar esta recomendación, especialmente en el caso de carrocerías o equipamientos con cargas concentradas en la parte posterior de la cabina (por ejemplo, la instalación de grúas tras la cabina para la elevación de carga) a fin de evitar, de esta manera, los problemas derivados de las vibraciones y poder garantizar así una mejor estabilidad.
Por otro lado, y a fin de conseguir una transición suave y gradual de la carga al chasis, se debe achaflanar el extremo delantero de los largueros del bastidor auxiliar con un ángulo no superior a 30º, o con otra forma que cumpla esta misma función.
Asimismo, se tendrá especial cuidado en redondear el extremo delantero en contacto con el bastidor del vehículo con un radio de 5 mm como mínimo.
Se podrán emplear perfiles de sección cuadrada cuando sea necesario conseguir una mayor rigidez sin aumentar en exceso la altura del perfil empleado como falso bastidor.
Cuando algún componente del vehículo impida el paso de los largueros del falso bastidor en toda su sección, estos podrán rebajarse como se indica en la figura siguiente.
No obstante, se tendrá especial cuidado en comprobar la sección mínima que se obtenga de bastidor cuando se prevean momentos de flexión elevados en la parte delantera del vehículo.
En todo caso, y para mayor seguridad se recomienda realizar un estudio previo para obtener los diagramas de esfuerzos en la zona y comprobar que con la sección disponible no se rebaja el límite de seguridad mínimo exigible.
Cuando se precise que el falso bastidor se adapte elásticamente al bastidor del vehículo, se utilizarán preferentemente perfiles en "U" plegados o perfiles en "U" comerciales específicos para la construcción de vehículos (no utilizar perfiles laminados usados para construcción y obra civil).
A fin de evitar tensiones puntuales, el paso de sección cerrada a abierta será progresivo, según se muestra también en los ejemplos de la figura.
Se recomienda consultar las dimensiones de los largueros para el falso bastidor que los fabricantes de los vehículos recomiendan en sus hojas técnicas, en función del tipo de servicio previsto. Estos datos se suelen corresponder a valores mínimos aconsejados y válidos para vehículos de distancias entre ejes y voladizos estándar de producción para cada fabricante.
De todos modos es importante asegurarse del espacio libre disponible sobre el larguero antes de determinar la altura (H) del falso bastidor. Se recomienda que en los perfiles en "U" las dimensiones del ala y su espesor coincidan con el de los largueros del bastidor del vehículo, para que su acople resulte mejor.
El empleo de largueros para el falso bastidor cuyas alturas sean iguales o superiores al paso de rueda trasero permitirá la realización de cajas de carrocería con el piso plano.
Siempre se podrán emplear perfiles parecidos a los recomendados por el fabricante, con momentos de inercia y de resistencia que no sean inferiores a los empleados en la producción del vehículo. Estos valores constan en la documentación técnica de los fabricantes de perfiles y se debe consultar.
4.4- Travesaños
Ambos largueros longitudinales que conforman el falso bastidor o bastidor auxiliar deberán unirse entre sí mediante travesaños, con objeto de dotar de mayor rigidez al conjunto.
El número de travesaños necesarios a instalar entre los largueros se determinará en función del tipo de carrozado o del equipamiento previsto que se vaya a montar en el vehículo.
En todo caso, los travesaños que se monten serán dispuestos, a ser posible, coincidiendo con los del bastidor del vehículo que viene de fábrica.
En general, los travesaños que se monten se unirán a los largueros del bastidor auxiliar mediante escuadras que garanticen la resistencia y rigidez necesaria para su fijación.
En casos de mayores requerimientos de rigidez en la fijación del travesaño al larguero, podrán emplearse fijaciones con elementos auxiliares del tipo indicado en la figura anterior.
4.5- Uniones atornilladas
Como práctica general no se deberá soldar elemento alguno al bastidor del vehículo. Cualquier elemento que necesite ser unido al bastidor se realizará a base de uniones atornilladas, nunca mediante soldadura. Ello es así, porque los bastidores de los vehículos suelen estar sometidos a continuas vibraciones debida al movimiento del vehículo y las irregularidades del terreno, que terminarían agotando por fatiga cualquier unión soldada.
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Asimismo, cuando se necesiten realizar nuevos taladros en el bastidor del vehículo para alojar tornillos de anclaje, estos taladros NO se realizarán en las alas de los largueros del bastidor, sino que siempre se realizarán en el alma del perfil del bastidor del vehículo. En todo caso, a ser posible siempre se tratará de utilizar los taladros que ya vienen hechos de fábrica a lo largo del chasis del vehículo.
IMPORTANTE, RECUERDE: en caso de ser necesario realizar nuevos taladros en el bastidor del vehículo para el anclaje de tornillos, se deberá tener en cuenta no hacer ningún tipo de taladro en:
• las alas de los largueros del bastidor;
• en posiciones del bastidor cerca de los soportes de la suspensión del vehículo.
Se ha de tener presente que realizar un taladro en el bastidor resta resistencia a éste, y por lo tanto se ha de extremar la precaución a este respecto. Por tanto, si se han de hacer nuevos taladros, que siempre sean en el alma de los largueros, y además se deberá asegurar que se realizan en zonas del larguero donde no se alcancen los esfuerzos más elevados.
Para ello, se recomienda consultar el Tutorial Nº 14 que muestra cómo calcular los diagramas de esfuerzos cortantes y flectores, y muestran la distribución de los esfuerzos a lo largo del bastidor del vehículo para distintos tipos de carrozados. La observación de estos diagramas permite detectar las zonas críticas del bastidor, y evitar así realizar taladros en ellas.
Como norma general, no se deben realizar más de dos perforaciones en la misma vertical del perfil que forma el bastidor, siguiéndose las recomendaciones que se muestran en las figuras siguientes:
Si se han de sustituir los tornillos de serie por otros (más largos, por ejemplo), se utilizarán únicamente tornillos del mismo tipo y clase. Las tuercas autoblocantes, una vez desmontadas, no deben volver a utilizarse y deberán sustituirse por otras de idénticas características a las de la serie.
En todas las fijaciones del bastidor y en la fijación de la carrocería y/o equipos adicionales al mismo se emplearán tuercas autoblocantes con arandelas planas endurecidas según norma DIN 125.
El siguiente cuadro orienta para la selección de los pares de apriete necesarios de aplicar en las uniones atornilladas (valores expresados en m·kg):
NOTA: Si por cualquier razón es necesario sustituir un remache existente del bastidor por un tornillo, se re-taladrará en primer lugar el agujero a un diámetro menor que el de la cuerda del tornillo para conseguir interferencia.
Por otro lado, el tipo y número de fijaciones entre el bastidor del vehículo y el bastidor auxiliar acoplado encima dependerá del modelo del vehículo y el tipo de carrocería prevista.
Generalmente, los vehículos van equipados de serie con el primer soporte para la carrocería, tipo escuadra (indicado con letra A en la figura anterior), y opcionalmente también el resto de soportes repartidos a lo largo del chasis del bastidor (indicado con letra B en la figura anterior).
Es sumamente importante determinar el tipo de fijación, según el modelo de vehículo y la carrocería prevista, así como la utilización a la que estará destinado el vehículo, para conseguir una buena contribución por parte del falso bastidor en cuanto a resistencia y rigidez se refiere.
En función del tipo de carrocería prevista, se determinará también el tipo de fijación a emplear, que puede ser elástica o rígida resistente a los esfuerzos de corte. La cantidad y el reparto de los soportes de la carrocería a lo largo del falso bastidor se determinarán a partir del correspondiente plano de carrocero y el tipo de carrocería.
Una buena realización de los elementos de fijación garantizará una buena unión entre el bastidor del vehículo y el falso bastidor.
Preferentemente se utilizarán los soportes de carrocería existentes que están repartidos por el chasis del bastidor del vehículo. Cuando las carrocerías previstas puedan ejercer cargas concentradas sobre el bastidor del vehículo, el carrocero deberá prever los elementos de fijación adecuados. En este caso, se deberán añadir placas planas resistentes al corte en la zona posterior del chasis.
Todos los tornillos que se empleen en la unión de los soportes deberán ser de alta resistencia, calidad 8.8, y serán montados sin holguras, con tuercas autoblocantes de seguridad calidad 10 y arandelas planas en ambos lados con dureza mínima 200 HB, usadas debajo de las cabezas de los tornillos y de las tuercas.
ATENCIÓN: NO se debe realizar soldaduras en el bastidor del vehículo para fijar la carrocería y, en ningún caso perforar las alas de los largueros del chasis del vehículo.
- Tipos de Fijaciones:
Como ya se ha indicado, para realizar la unión del falso bastidor o bastidor auxiliar al chasis del bastidor del vehículo, se pueden emplear uniones tanto rígidas como elásticas.
Las fijaciones de tipo rígidas permiten considerar a la unión entre bastidores como si se tratase de una sección única resistente a la que forman los perfiles del bastidor del vehículo y del falso bastidor, a condición de que la cantidad y distribución de los soportes de carrocería sean capaces de soportar los consiguientes esfuerzos de corte.
En cambio, las uniones de tipo elástico permiten movimientos, aunque limitados, entre ambos perfiles y se considera a las dos secciones resistentes que trabajan paralelamente.
El tipo de soportes de serie con que vienen equipados los vehículos en el chasis permiten aplicar soluciones de tipo rígido o elástico, en función de su montaje.
A) Fijación rígida:
Este tipo de fijación es el recomendado para carrocerías de rigidez torsional no muy elevada y de utilización en carretera.
Para que esta fijación pueda considerarse rígida es imprescindible conseguir el par de apriete en todas las uniones que se indica en el cuadro anterior de Uniones Atornilladas.
Siempre que no pueda garantizarse aplicar el par de apriete indicado, deberá combinarse con fijaciones mediante placas planas usando los agujeros existentes en la parte posterior del bastidor vehículo.
Mediante el empleo de fijaciones con placas planas se garantiza un buen comportamiento al empuje longitudinal y transversal, asegurando una mayor rigidez del conjunto. Está especialmente indicado para carrocerías particularmente pesadas.
Tener en cuenta que el empleo de placas planas para la fijación del falso bastidor al chasis del vehículo requiere que:
• Su utilización debe estar limitada a la zona central y posterior del bastidor usando los agujeros existentes que suele traer de fábrica el vehículo en su chasis.
• Verificar que el falso bastidor asienta perfectamente sobre el bastidor del vehículo antes de efectuar la fijación en el alma de los largueros del vehículo.
• El número de placas, sus características y cantidad de tornillos para su fijación deberán ser los adecuados para transmitir los momentos de flexión y de esfuerzos cortantes.
B) Fijación elástica y semi-elástica:
Cuando se requieran uniones entre bastidores con una mayor elasticidad (por ejemplo: cuando se montan carrocerías de gran rigidez como furgones, cisternas, para dar servicios fuera de carretera como puedan ser volquetes de obras, etc.) deberán adoptarse soluciones como las que a continuación se indican en la figura siguiente, aplicables en las fijaciones de la zona de la cabina y la inmediatamente siguiente.
NOTA: Las escuadras que se monten en el falso bastidor nunca deberán ser de características inferiores a las que se montan originalmente en el bastidor el vehículo.
C) Fijación con placas planas:
Mediante el empleo de fijaciones con placas planas se garantiza un buen comportamiento al empuje longitudinal y transversal, asegurando una mayor rigidez del conjunto. Está especialmente indicado para carrocerías particularmente pesadas.
Se debe tener en cuenta, a su vez, que el empleo de placas planas como modo de fijación del falso bastidor al chasis del bastidor del vehículo, requiere tener presente que:
• Su utilización debe estar limitada a la zona central y posterior del bastidor usando los agujeros existentes que suele traer de fábrica el vehículo en su chasis.
• Verificar que el falso bastidor asienta perfectamente sobre el bastidor del vehículo antes de efectuar la fijación en el alma de los largueros del vehículo.
• El número de placas, sus características y cantidad de tornillos para su fijación deberán ser los adecuados para transmitir los momentos de flexión y de esfuerzos cortantes.
D) Fijaciones Mixtas:
En general, para la fijación del bastidor auxiliar al chasis del bastidor del vehículo se empleará una combinación de fijaciones de tipo rígido y elástico.
Es recomendable utilizar las uniones elásticas en la parte delantera del falso bastidor (dos en cada lado). En cambio las fijaciones por placas son recomendables para la parte posterior del vehículo, cuando la carrocería prevista exija del falso bastidor una mayor aportación a la rigidez del conjunto (por ejemplo, hormigoneras, grúas en voladizo, volquetes, etc.).
>> FIN DEL TUTORIAL
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Información y consulta:
Hermenegildo Rodríguez Galbarro
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