Revista Polo del Conocimiento


Polo del Conocimiento

 

 

Uso e importancia de las suspensiones hidroneumticas en vehculos de carga

 

Use and importance of hydropneumatic suspensions in cargo vehicles

 

Utilizao e importncia das suspenses hidropneumticas em veculos de carga

 

 

Marcelo Guevara II
mguevara@ist17dejulio.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-1205-9099
Tobias Elceo Cueva Cevallos I
tobias.cueva190@ist17dejulio.edu.ec
 https://orcid.org/0000-0001-5984-1283
Javier Rosalino Tello Guzmn III
jtello@ist17dejulio.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-9200-8477
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Correspondencia: [email protected]

 

 

Ciencias Tcnicas y Aplicadas

Artculo de Investigacin

* Recibido: 23 de julio de 2022 *Aceptado: 12 de agosto de 2022 * Publicado: 15 de septiembre de 2022

 

  1. Instituto Superior Tecnolgico 17 de julio, Urcuqui, Ecuador.
  2. Instituto Superior Tecnolgico 17 de julio, Urcuqui, Ecuador.
  3. Instituto Superior Tecnolgico 17 de julio, Urcuqui, Ecuador.

Resumen

En busca de mejorar el confort en la conduccin, as como la seguridad en el manejo en las cambiantes condiciones del terreno, el sistema de suspensin juega un papel destacado, en funcin del tipo de sistema de suspensin que este instalado en el vehculo, el peso de la carga puede incluir en el comportamiento de este, y por lo tanto en rendimiento y respuesta a las condiciones del entorno, es por ello que en este trabajo de investigacin se plantea como propsito evaluar la importancia y el uso de los sistemas de suspensin hidroneumticos en los vehculos de carga, puesto que estos sistemas como se demostrara de manera conceptual en este trabajo, permite mejorar significativamente el comportamiento del vehculo en diferentes condiciones, la metodologa empleada se enmarca en desarrollar una investigacin terica bsica de tipo documental y descriptiva, basando en la revisin de literatura cientfica.

Palabras Clave: suspensin hidroneumtica; vehculos de carga; aplicaciones.

 

Abstract

In search of improving driving comfort, as well as driving safety in changing terrain conditions, the suspension system plays an important role, depending on the type of suspension system that is installed in the vehicle, the weight of the load can include in its behavior, and therefore in performance and response to environmental conditions, that is why in this research work the purpose is to evaluate the importance and use of hydropneumatic suspension systems in cargo vehicles, since these systems, as demonstrated conceptually in this work, allow to significantly improve the behavior of the vehicle in different conditions, the methodology used is framed in developing a basic theoretical research of documentary and descriptive type, based on the review of scientific literature.

Keywords: hydropneumatic suspension; cargo vehicles; Applications.

 

Resumo

Em busca de melhorar o conforto de conduo, bem como a segurana de conduo em condies de terreno variveis, o sistema de suspenso desempenha um papel importante, dependendo do tipo de sistema de suspenso que est instalado no veculo, o peso da carga pode incluir no seu comportamento, e, portanto, no desempenho e resposta s condies ambientais, por isso neste trabalho de pesquisa o objetivo avaliar a importncia e uso de sistemas de suspenso hidropneumtica em veculos de carga, uma vez que esses sistemas, conforme demonstrado conceitualmente neste trabalho, permitem melhorar significativamente a comportamento do veculo em diferentes condies, a metodologia utilizada est enquadrada no desenvolvimento de uma pesquisa terica bsica do tipo documental e descritiva, baseada na reviso da literatura cientfica.

Palavras-chave: suspenso hidropneumtica; veculos de carga; Formulrios.

Introduccin

Los vehculos de carga terrestre cumplen el propsito de trasladar mercancas, materias primas, productos y dems, de un lugar a otro, el tipo de vehculo requerido depender de la cantidad, tipo, peso de la carga, y la distancia a recorrer, sin embargo, en cualquier caso, la conduccin y maniobrabilidad del vehculo debe ser segura, y confortable.

En consecuencia, los vehculos deben operar de manera consistente y con las mismas prestaciones en los distintos ambientes y terrenos por lo que estos, deben de contar con un sistema provea seguridad activa y a su vez aportar confort, permitiendo absorber las irregularidades del camino. Es aqu donde el sistema de suspensin cumple con esto requerimientos, y del mismo modo garantiza el contacto de los neumticos con el pavimento (Cceres, 2021).

En el mismo orden de idea, los vehculos al estar sujeto a las condiciones topogrficas, los cambios de velocidad tanto al avanzar como en el momento del frenado, as como, los cambios de direccin que realiza el conductor al maniobrar, las condiciones orogrficas y climticas en el lugar donde este conduciendo, son factores que influye en su comportamiento, lo que, a su vez somete al sistema de suspensin a grandes exigencia que afecta el comportamiento dinmico del vehculo (Arzola y Castro-Torres, 2019).

Es por ello, que el sistema de suspensin es uno de los sietes sistemas principales de un vehculo, puesto que est diseado para garantizar el contacto de los neumticos con la calzada y mitigando las oscilaciones presentes en el vehculo tales como: empuje, cabeceo, bamboleo, las cuales son provocadas principalmente por: irregularidades de la carretera, accin de masas giratorias (motor y transmisin) y acciones aerodinmicas (Cceres, 2021).

En el mismo orden de idea, la suspensin tiene como propsito absorber la mayor cantidad de energa en forma de vibraciones, provocada por las irregularidades del terreno. Por lo que el sistema cuenta con un medio elstico entre los neumticos y el bastidor, que se deformar debido al propio peso del vehculo y a su vez, absorber energa debido a la inercia producida al elevarse o descender por las irregularidades de la calzada, y se liberar al momento que regrese a la posicin inicial.

Igualmente, el sistema de suspensin est compuesto principalmente por 3 componentes o elementos, ver figura 1, los cuales son: el componente flexible o elstico que lo constituye las ballestas, muelles helicoidales, las barras de torsin, y el cojn neumtico, siendo su funcin es absorber la energa producida por las irregularidades del terreno. El componente disipativo que lo constituye los amortiguadores, y se encargan de controlar los rebotes que generan los elementos elsticos. Por ltimo, el componente estructural o de gua, los cual lo constituyen elementos tales como las barras estabilizadoras, tirantes de reaccin o barras transversales (Limiana, 2021).

 

Figura 1

Componentes del sistema de suspensin

Autor: propia a partir de (Limiana, 2021)

Asimismo, el sistema de suspensin adems de su funcin principal, tambin cumple con otras funciones tales como: transmitir la aceleracin, resistir el frenado, soportar el peso del vehculo, presentar estabilidad en curvas (Bancayan, 2020).

En consecuencia. Se puede resumir que la funcin del sistema de suspensin es soportar el peso de bastidor, todos los elementos y componentes del vehculo, as como el peso de los ocupantes y la carga, adems de facilitar la conduccin, del mismo modo, proporcionar confort y seguridad a sus ocupantes y la carga. De igual modo, el sistema de suspensin mantiene unidas las masa suspendida y masa no suspendida, ver figura 2. El correcto funcionamiento del sistema de suspensin realiza las siguientes tareas (Alvarado-Soshina et al., 2022):

  • Mantener el contacto de los neumticos y la calzada, as como la altura de marcha.
  • Disminuir los saltos del vehculo por las irregularidades del camino y mantener el control.
  • Conservar las ruedas alineadas
  •  

Figura 2

Funcin del sistema de suspensin, para sujetar la masa suspendida de la no suspendida

Fuente: (Puyol y Velsquez, 2019)

 

En este sentido, las suspensiones hidroneumticas, gracias a su diseo compacto y flexibilidad, se a implementado en vehculos comerciales de carretera y todoterreno, su rigidez neumtica no lineal y amortiguacin hidrulica pueden proporcionar una mayor atenuacin de las vibraciones producto de las irregularidad del terreno, bajo grandes variaciones de carga til, y a la vez permite un mejor rendimiento en el manejo a travs de interconexiones de ejes cruzados o intervenciones de control electrnicos (Yin et al., 2018)

Por consiguiente, el propsito de este trabajo de investigacin es evaluar el uso y la importancia que tiene los sistemas de suspensin hidroneumtica en vehculos de carga, centrado los objetivo en describir de manera terica y documental los beneficios que presenta este tipo de suspensin en el transporte de carga. Por lo que se produjo una minuciosa revisin en la literatura cientfica consiguiendo plasmar los basamentos generales de la importancia y empleo de las suspensiones hidroneumticas.

 

Metodologa

Con el objetivo de evaluar el uso y la importancia del sistema de suspensin hidroneumtica en los vehculos de carga, se plantea una metodologa que permita exponer de manera clara y con rigor acadmico las caractersticas ms resaltantes de las suspensiones hidroneumticas, por lo que esta investigacin se considera como una investigacin descriptiva, y a su vez, no experimental ya que no se pretende en ningn caso manipular variables (Hernndez et al., 2014).

De igual modo, se espera conseguir como resultado un marco conceptual y general sobre el uso de este tipo de suspensiones por lo que esta investigacin al mismo tiempo se considera como una investigacin terica bsica (Mejas, 2005)

En el mismo orden de idea, considerando que la informacin mostrada en esta investigacin, las bases tericas expuesta en este trabajo son obtenidas mediante un anlisis sistemtico de trabajos con inters acadmico, relacionados con los sistemas de suspensin hidroneumtica, los cuales se consideraron los que provenan de revistas indexadas, as como, trabajo de grados a nivel de pregrado, maestras y doctorados de instituciones universitarias. Por lo cual este trabajo adems de ser de tipo descriptivo, terico bsico tambin es considerado documental (Bernal, 2010).

Se usaron como herramienta para la bsqueda de la informacin, buscadores webs enfocados en artculos cientficos y repositorios acadmicos, tales como Google acadmico, MDPI, Springer, Resarchgate, usando las palabras claves, vehculos de carga, suspensin hidroneumtica, suspensiones, diseo de suspensiones.

 

Resultados y discusin

El sistema de suspensin es uno de los componentes ms importante de los vehculos, puesto que este es el garante de mantener la estabilidad del vehculo en los diferentes terrenos, y a su vez mantener el confort de los ocupantes y la carga, existe diferentes tipos o clases de suspensin, entre los cuales se tienen la suspensin pasiva, la suspensin semiactiva y la activa (Yang et al., 2021)

Asimismo, se puede entender que la suspensin pasiva se caracteriza por mantener constantes los valores de amortiguacin, es decir de ninguna manera se puede modificar sus prestaciones en funcin de las condiciones de la carretera y carga del vehculo (Limiana, 2021)

En el mismo orden de idea, la suspensin pasiva tambin se puede considerar como suspensin mecnica, cuyo comportamiento esta asociado con sus componentes y esto se ven afectado o influenciado por el aumento de la carga del vehculo, puesto que esta produce la deflexin esttica del elemento elstico (muelles helicoidales, por ejemplo), reduciendo significativamente el rango de carrera del resorte, provocando eventualmente golpes del neumtico con la masa suspendida del vehculo. El rango completo de deflexin del resorte es la suma de la deflexin esttica y la deflexin dinmica (Paredes y Silva, 2019)

Asimismo, las suspensiones pasivas no son capaces de hacer frente a todas las exigencias a las que se somete los vehculos. Por lo que, Actualmente, las tendencias en el desarrollo de los sistemas de suspensin de los vehculos se encuentra los sistemas de suspensin semiactiva, activa y adaptativa que permiten ajustar los parmetros de suspensin a las condiciones especficas de la carretera y al estilo de conduccin (Kwon et al., 2020)

Igualmente, los parmetros estructurales de la suspensin pasiva, de ningn modo se pueden modificar o ajusta, por lo que no considera el desempeo dinmico. Por otro lado, la suspensin controlable es decir la suspensin semiactiva y la suspensin activa, se logra adecuar la amortiguacin o la rigidez del sistema de acuerdo con las condiciones de la carretera, obtener un ptimo desempeo en la conduccin (Bancayan, 2020)

En efecto, existe sistemas de suspensin donde los componentes del sistema difieren con respecto a los sistemas de suspensin convencionales, dado que, no utilizan componente elstico (muelles o ballestas) y as como una variacin de los componentes disipativos (amortiguador), ver figura 3. Estos componentes son sustituidos por sistemas hidrulicos y/o neumticos que cumplen la funcin de los amortiguadores y los muelles, al mismo tiempo, a travs de dispositivos electrnicos permiten modificar su comportamiento por lo que se consideran sistemas de suspensin activa.

En este sentido, en caso de suspensin hidroneumtica o neumtica, la deflexin esttica no depende de la carga, por lo que el rango completo de la carga del resorte es igual a la deflexin dinmica. De ningn modo se presenta la disminucin de la distancia entre la masa suspendida y el neumtico con el aumento de la carga esttica, como ocurre con los sistemas de suspensin pasiva ya expuestos anteriormente (Paredes y Silva, 2019) y (Yang et al., 2021)

 

Figura 3.

Esquema bsico de un sistema de suspensin hidroneumtica

Fuente: (Limiana, 2021)

 

Por consiguiente, los sistemas de suspensin hidroneumtica y neumtica son ampliamente empleados en vehculos de alto rendimiento, as como en camiones, tanto rgidos como articulados conocidos tambin como tractocamin y remolques o semirremolques, autobuses, puesto que permite un comportamiento al conducir seguro, confortable y uniforme sin considerar si se encuentra cargado o no el vehculo, disminuyendo por lo tanto los daos al asfalto de la calzada (Arce, 2019)

En el mismo orden de idea, los sistemas de suspensin hidroneumticos, ver figura 4, al contar con varios sensores electrnicos y sistema de control, se logra dar seguimiento a travs de la computadora, factores como el peso del vehculo, la velocidad, ngulo de direccin, fuerza de frenado, y la aceleracin. De este modo al procesar los datos obtenidos de los sensores, la computadora enva, seales a las vlvulas de control de flujo del sistema logrando que el sistema de suspensin tenga un comportamiento ms rgido o ms suave (Rodrguez, 2018).

Adems, el sistema de suspensin hidroneumtica no solamente se emplea para el transporte de carga, ni vehculos de altas prestaciones, sino tambin se pueden emplear en vehculos mdicos, tales como las ambulancias, donde las vibraciones y la inestabilidad del vehculo en movimiento fcilmente puede producir nuseas en el paciente, y por tanto deterioro de la salud de estes, puestos que son particularmente sensible incluso a la mnima intensidad de vibracin. Por lo que el rendimiento general para el paciente acostado se puede mejorar significativamente mediante la optimizacin de parmetros del sistema de suspensin hidroneumtico (Tan et al., 2019)

De igual modo, las suspensiones hidroneumticas son ampliamente utilizadas en los vehculos especiales equipados con orugas, puesto que deben adaptarse a terrenos difciles, as como a cargas irregulares y manteniendo la maniobrabilidad y sin disminuir el rendimiento de conduccin. Gracias a un excelente comportamiento, los vehculos con orugas pueden manejar mejor la divergencia entre la comodidad en la conduccin y la estabilidad (Qin et al., 2021)

Dentro de este marco, se puede decir que el rendimiento del sistema de suspensin tiene un efecto directo en la comodidad, la estabilidad y la seguridad de conduccin de un vehculo durante la conduccin, lo cual es una parte importante del desarrollo de los vehculos, de igual modo, permite brindar seguridad a los ocupantes, al propio vehculo, y a la carga que traslada el camin o transporte de carga. Visto de otra forma, tanto la cabina del camin como el remolque, de ningn modo estar sometido a cualquier clase de vibraciones causadas por la carretera y/o terreno (Rodrguez, 2018)

Siguiendo el caso de los vehculos especiales como los vehculos con orugas, se han realizado un conjunto de diseo de sistema de suspensin hidroneumtica para el chasis de orugas de un vehculo de carretera-ferrocarril, puesto que en imprescindible que este pueda adaptarse a la superficie accidentada y desigual de la carretera junto al ferrocarril. Por lo que gracias a un sistema de modelado y una verificacin experimental se ha logrado demostrar que el rendimiento de conduccin del vehculo mejora notablemente, teniendo en cuenta los factores como el dimetro de la tubera de amortiguacin, la longitud de la tubera de amortiguacin, el volumen de gas contenido en el sistema. Concluyendo que, para este caso, es importante encontrar el dimetro ptimo de la tubera de amortiguacin y el volumen de gas adecuado del cilindro hidroneumtico (Qin et al., 2021).

En relacin con la idea anterior, la aplicacin y/o evaluacin de la suspensin hidroneumticas en vehculos de carga del tipo articulados con direccin en el bastidor, los cuales se emplean ampliamente en los sectores de la agricultura, la construccin, la silvicultura y la minera por sus mejores prestaciones de traccin y movilidad/maniobrabilidad en todoterreno. Es por ello que estos vehculos estn presenta vibraciones en marcha de gran magnitud y lmites de estabilidad direccional, lo que a su vez provocan una exposicin considerable de los operadores a vibraciones (Rakheja et al., 2019)

Siguiendo lo antes planteado, se han propuesto muchos diseos de suspensiones para mejorar el rendimiento de conduccin del vehculo, mientras que sus implementaciones en vehculos todoterreno se han visto limitadas, por lo que se han empleado el uso de la suspensin hidroneumtica obteniendo resultados importante, como que se puede preservar los lmites de la estabilidad direccional, al mismo tiempo se reduce la vibracin a la que est expuesto los operadores en casi un 30%, en comparacin con otros vehculos que no cuentan con este sistema (Rakheja et al., 2019)

Igualmente, con el desarrollo vehculos autnomos, y los requerimientos para los vehculos inteligentes han aumentado, por lo que un sistema de suspensin controlable muy favorable, por los que los sistemas de suspensin activa son ampliamente utilizados, por lo que Wang et al. (2018) desarrollaron una pala cargadora o payloader con suspensin hidroneumtica interconectada para lograr un mejor rendimiento de conduccin. Los resultados muestran que el control de los parmetros de suspensin hidroneumtica sobre la base del reconocimiento del nivel de la carretera puede mejorar efectivamente las prestaciones de la pala cargadora.

 

 

 

 

Figura 4

Esquema general de un sistema de suspensin hidroneumticas

Fuente: (Campbell, 1981)

 

Es conveniente explicar que, para los vehculos de transporte pesado es muy importante un diseo de suspensin adecuado en comparacin a los vehculos turismo debido a que el comportamiento dinmico es bastante diferente. Debido a la alta frecuencia del manejo en condiciones de todo terreno. Igualmente, los comportamientos de cabeceo y balanceo de los vehculos pueden influir significativamente en el rendimiento (Kwon et al., 2020).

Por otro lado, la suspensin hidroneumtica presenta ciertas ventajas si se compara con otros sistemas de suspensiones tales como ahorro de espacio, peso ligero y un diseo flexible debido a las caractersticas de amortiguacin y resorte no lineal. No obstante, tambin presenta desventajas, especialmente en trminos de costo y mantenimiento. Por lo que, y como se ha comentado anteriormente este sistema de suspensin es montado principalmente en vehculos especiales, como vehculos comerciales pesados o militares (Kwon et al., 2020).

Es importante comentar que el sistema de suspensin el ncleo principal es la bomba hidrulica, ver figura 4, adems cuenta con un circuito hidrulico que consta de tuberas que suministra el aceite a presin y un sistema de tubera de retorno, adems cuentan con varios sensores, dispositivos de control, que permite controlar y monitorear el comportamiento de la suspensin (Campbell, 1981).

 

Conclusin

En el marco de los expresado acerca de los sistemas de suspensin hidroneumticas, se puede resolver que este tipo de sistema representa un avance significativo en el confort en el manejo en el transporte de carga, puesto presenta muy interesantes y significativas ventajas desde el punto de vista de la seguridad en la conduccin, confort de los ocupantes y la carga, as como la adaptacin del vehculo tanto a las condiciones del terreno, del mismo modo a las caractersticas de la carga. De igual manera, este tipo de sistema de suspensin es aplicable a una gran cantidad de vehculos tanto de carga, de aplicaciones especiales, y a vehculos del tipo turismo y de altas prestaciones. Adems, gracias a los anlisis de la hidrulica, la fsica y las matemticas adecuadas juntos con sistemas de computacin, se pueden obtener datos que permiten disear y optimizar los sistemas de suspensin hidrulicas.

 

Referencias

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