Estoy pensando en construir otro trailer. He construido muchos remolques más pequeños en el pasado, pero esta vez me gustaría construirme un pequeño cuello de cisne de eje en tándem con capacidad para 7.500 libras.

Soy soldador certificado, tengo una licenciatura en Física y trabajo como desarrollador de software. Tengo el know how, pero me gustaría recibir información sobre la selección de materiales.

• Tubo redondo
• Hierro angular
• Yo emito
• Tubo Rectangular

Actualmente me estoy inclinando hacia el Tubo Rectangular como el mejor soporte, pero parece que no puedo encontrar nada en línea que lo confirme.

Después de decidir el mejor material para el tráiler, ¿dónde encontraría buenos gráficos para decirme qué tamaño y grosor debo usar? Obviamente, podría excederme, pero me gustaría construir este más inteligente en lugar de arrojarle tanto hierro como tengo.

¿Alguien tiene alguna entrada? ¿Hay un grupo mejor para publicar esto? Estaba buscando algo a lo largo de la línea si era Ingeniería Industrial, pero esto es todo lo que se detuvo.

EDITAR:
estaba tratando de mantener esto como una pregunta genérica en la que alguien podría decirme algo como "Aquí está la fórmula que usamos, y esta es la forma de usarla ..." Parece que no entenderé eso.

Mi carga más pesada sería un tractor con un cargador frontal y una desbrozadora en la parte posterior con un peso total de 5500 a 6500 libras. Un remolque de eje en tándem con dos (2) ejes de 3500 libras puede soportar esta carga bien. He seleccionado ejes del eje de torsión de Southwest Wheel con frenos (el eje delantero tendrá frenos, pero no el trasero).

La longitud del remolque será de 18 pies y tendrá una configuración de cuello de cisne (distribuye el peso mejor y tira más suavemente que un remolque de parachoques). Para los cálculos, voy a usar 7500 lb de capacidad.

Estoy mirando los datos estructurales de los tubos cuadrados usando una hoja de especificaciones AQUÍ (tratando de no anunciar otro sitio web, pero ahí es donde veo los datos). La página 21 muestra valores de datos para varios tamaños y espesores.

Hay una línea llamada Factor de flexión. Para un remolque de 18 pies (18 x 12 = 216 pulgadas), la tubería cuadrada de 4/8 de grosor de 3/8 de pulgada muestra un factor de flexión de (x = 1.03, y = 1.55).

Estaba usando la Calculadora de Rogue Fabrication ayer, donde ingresé los siguientes valores: Forma del tubo = Tubo cuadrado, Diámetro exterior = 4 pulgadas, Espesor de la pared = 0.1875 pulgadas, Material = "Tubo sellado barato", Carga = 3800 libras, Tubo Longitud = 216 pulgadas y Factor de peligro = 1, obtuve que mi material es 1.22 veces más fuerte que las condiciones de carga.

Luego, probé la calculadora de deflexión de haz de EasyCalculation , con valores de longitud = 216, ancho = 2, altura = 4, espesor de pared = 0.1875, fuerza = 3750. Muestra una desviación de aproximadamente 100 pulgadas para 2 tramos de tubería rectangular. Si uso 4 longitudes, eso reduce la fuerza a 7500/4 = 1875 por haz y la desviación a 50 pulgadas. Esos valores de desviación parecen realmente altos. Eso es más hierro que la mayoría de los trailers.

El viejo remolque de eje en tándem que uso ahora solo tiene dos (2) tramos de hierro angular de 4 pulgadas (1/4 de grosor). Se flexiona un par de pulgadas, pero no 50 pulgadas. Debo estar perdiendo algo.

¿Cómo calculo la cantidad de flexión que tendría una longitud de material de 20 pies?

Si la tubería cuadrada no es la mejor, está bien siempre y cuando me haga saber qué sería mejor y cómo seleccionó esa configuración cuando comente.

Aquí están las fórmulas que usamos

Beam Bending ( disponible en Wikipedia )

I=∫(y- ˉ y )2dA ˉ y =

$$EI\frac{d^4\,\delta y}{d\,x^4}=q(x)$$ $$I=\int (y-\bar y)^2 dA$$ $$\bar y= \frac1{A}\int y \;dA$$

$$\sigma_{max} = y_{max}E\frac{d^2\,\delta y}{d\,x^2}_{max}$$

$A$$y$$\delta y$$E$$q(x)$

Aquí se explica cómo usarlos

$H$$W$$t$

$$\bar y=0$$ $$I=W\int_{-\frac{H}2}^{\frac{H}2}y^2\;dy-(W-2t)\int_{-\frac{H}2+t}^{\frac{H}2-t}y^2\;dy=\frac{H^3W-(H-2t)^3(W-2t)}{12}$$

$H=4\,in\,,\quad W=2\,in\,,\quad t=.1875\,in$

$$I\approx4.2\,in^4$$

Ahora hay carga de haz, es probable que te encuentres con dificultades. Primero echemos un vistazo a una viga en voladizo:

$x=0$$F$$x=L$

$$q(x)= -\delta(x)F+\delta(x-L)F$$

$$EI\frac{d^4\,\delta y}{d\,x^4}=q(x)$$

$$EI\frac{d^3\,\delta y}{d\,x^3}=\int_{0^-}^xq(x) dx = F$$

Esto básicamente dice que hay una tensión de corte constante en la viga todo el camino.

$$EI\frac{d^2\,\delta y}{d\,x^2}=\int F dx +C=F(x-L)$$

Esta expresión es para el momento flector en la viga. Sabemos que el extremo libre debe tener un momento flector de cero, por lo que establecemos la constante de integración para acomodar eso.

$$\frac{d\,\delta y}{d\,x}=\frac1{EI}\int F(x-L) dx +C=\frac{F}{EI}(\frac12 x^2-Lx)$$

Esto representa la pendiente de la viga desviada. Aquí sabemos que la pendiente debe ser cero en el soporte, por lo que hemos establecido la constante de integración en consecuencia.

$$\delta y=\frac{F}{EI}\int \frac12 x^2-Lx \; dx +C=\frac{F}{EI}(\frac16 x^3-\frac{L}2 x^2)$$

$x=L$

$$\delta y=-\frac{FL^3}{3EI}$$

Esto corresponde a la ecuación del último sitio web en su publicación.

$E=30\,000\,ksi$

$$\delta y= -\frac{3.750\,klb \, (216 in)^3}{3\,30000\,ksi\,4.2\,in^4}\approx -100\,in$$

Esto es exactamente lo que produjo la calculadora en línea. Sin embargo, si intenta cargar una viga como esta, se deformaría permanentemente. Un brazo de palanca de 18 pies es realmente largo y doblará los mocos de una viga de pared delgada de 4 pulgadas con dificultad moderada. El problema es que un trailer no es una viga en voladizo.

$40\,in$$80\,in$$7500 lbf$$18\,ft$$5ft$

$\alpha$

$$F_{axles}=F_{rear} \frac1{\alpha}=F_{front}\frac1{(1-\alpha)}$$

Ahora tenemos:

$$q(x)=-\frac{F}{L}H(L-x)+F_{axels}(\alpha\delta(x-x_{rear})+(1-\alpha)\delta(x-x_{front})+(F-F_{axels})\delta(x-x_{goose})$$

Integrando:

$$EI\frac{d^3\,\delta y}{d\,x^3}=\begin{cases} -\frac{F}{L}x & x\leq x_{rear} \\ -\frac{F}{L}x+F_{axels}\alpha & x_{rear} \lt x\leq x_{front} \\ -\frac{F}{L}x+F_{axels} & x_{front} \lt x\leq L \\ F_{axels}-F & L \leq x \end{cases}$$

Luego integrando nuevamente:

$$EI\frac{d^2\,\delta y}{d\,x^2}=\begin{cases} -\frac{F}{2L}x^2 & x\leq x_{rear} \\ -\frac{F}{2L}x^2+F_{axels}\alpha (x-x_{rear}) & x_{rear} \leq x\leq x_{front} \\ -\frac{F}{2L}x^2+F_{axels} (x-(1-\alpha)x_{front}-\alpha x_{rear}) & x_{front} \leq x\leq L \\ (F_{axels}-F) (x-x_{goose}) & L \leq x \end{cases}$$

$F_{axles}$

$$F_{axels}=F\frac{x_{goose}-\frac{L}2}{x_{goose}-(1-\alpha)x_{front}-\alpha x_{rear}}$$

$F_{axels}$

Ahora la pendiente será:

$$\frac{d\,\delta y}{d\,x}=\frac1{EI}\begin{cases} -\frac{F}{6L}x^3+C_1 & x\leq x_{rear} \\ -\frac{F}{6L}x^3+F_{axels}\alpha \frac12 ( x-x_{rear})^2+C_1 & x_{rear} \leq x\leq x_{front} \\ -\frac{F}{6L}x^3+F_{axels}(\alpha \frac12 (x-x_{rear})^2+(1-\alpha)\frac12(x-x_{front})^2)+C_1 & x_{front} \leq x\leq L \\ (F_{axels}-F)\frac12 (x-x_{goose})^2 +C_2 & L \leq x \end{cases}$$

Y en este punto pasé a una solución numérica. Volví a integrar y encontré valores para todas las constantes, de modo que tanto la pendiente como el desplazamiento eran continuos y el desplazamiento en el ganso y el eje trasero era cero. La desviación resultante tenía un máximo de aproximadamente 2 pulgadas. Pero usé la carga completa y debería haber usado la mitad de la carga dando 1 pulgada. Eso me suena bien.

$9\, kN \,m$$38 ksi$

Las fuerzas de aceleración en un remolque podrían triplicar fácilmente la carga en períodos cortos. Además, los baches en el camino ciclarán la carga, lo que hace que no sea el límite elástico que desea ver, sino la resistencia a la fatiga en el número apropiado de ciclos que le gustaría que dure el remolque. La resistencia a la fatiga puede ser tan baja como el 10% de la resistencia a la fluencia, por lo que querría un factor de carga mínimo de aproximadamente 30 (3/10%), luego agregue un factor de seguridad de 2 y sus vigas deben ser aproximadamente 60 veces más fuerte de lo que se requeriría para cumplir con el límite elástico en un escenario de carga estática. En resumen, iría con vigas más grandes.

Aquí hay información adicional y una larga discusión sobre los criterios de diseño del trailer. Incluso hay un libro blanco en el hilo sobre los factores de carga y seguridad que deben usarse:

Cargas para el diseño de remolques

Hay muchos otros hilos en ese sitio que proporcionan buena información sobre el diseño del trailer.

Para lo que vale, comenzaría el diseño de mi estructura con algún tipo de sección rectangular de acero en mente para un remolque. Están disponibles regularmente y son "fáciles" de trabajar (cortar, perforar, soldar, montar otros componentes, etc.).

Para la estructura de un remolque, es probable que el tubo de sección rectangular sea el compromiso más eficiente entre la rigidez de la resistencia y la facilidad de diseño y fabricación. El tubo redondo es un poco más pesado de peso pero mucho más difícil de ensamblar y unir con precisión, simplemente porque el tubo rectangular tiene superficies planas convenientes.

Como ya se mencionó, este cálculo no está diseñado por el cálculo en el mundo real y, con mucho, su mejor opción es copiar un diseño existente, ya que las fallas en este tipo de aplicación tienden a ocurrir cuando se obtienen concentraciones de carga inesperadas en lugar de considerar el diseño como un haz aproximado, de modo que a menos que tenga acceso al software FEA, los cálculos en papel son un poco inútiles.

Si es la primera vez que trabaja con secciones de acero estructural, o simplemente busca datos precisos sobre sus propiedades mecánicas, busque el "Manual de Construcción de Acero" oficial para su región. Aquí en Canadá es el "Instituto Canadiense de Construcción de Acero (CISC): Manual de Construcción de Acero" y en los Estados Unidos es el "Instituto Americano de Construcción de Acero (AISC): Manual de Construcción de Acero". No estoy seguro de otros países, pero casi todos siguen el mismo formato de título y se llaman "El manual de la construcción de acero" o "Manual de construcción de acero". Debería ser bastante fácil encontrar la versión oficial de su región si la busca.

Como alguien que tropezó con este hilo tratando de investigar estas mismas preguntas, sé lo difícil que puede ser encontrar respuestas confiables. Así que no puedo enfatizar esto lo suficiente. ¡OBTENGA UNA COPIA! Este libro responderá literalmente a todas las preguntas que tenga y realmente desearía haberlo encontrado antes.

Saludos, eh.

La respuesta fácil es no diseñar: hacer trampa. Ve y busca un trailer similar al que buscas. Fotografíelo y mida todos los bits. (No actúes como si estuvieras intentando robarlo). Secciones similares funcionarán, pero me equivocaría en tamaños más grandes.

Ahora sus problemas serán: -

1. Soldadura de las articulaciones. No estoy seguro de en qué tipo de soldadura está certificado, pero la soldadura de filetes de acero de 10 mm no es lo mismo que tachuelas en las alas del automóvil.
2. Frenos. Debes asegurarte de que funcionen. ¿Cómo los probarás? El hecho de que el trailer no se desplace por tu disco no significa que estén funcionando.
3. En Inglaterra, si llevara esto a una carretera pública, necesitaría un certificado de prueba.

Odio toda la tontería de Salud y Estupidez, pero no subestimes la responsabilidad que asumirás si conduces esto por un camino a gran velocidad.