Repositorio Institucional de Documentos

! ! ! ! ! ! Trabajo Fin de Grado Sistemas tándem para ciclistas y usuarios de sillas de ruedas - Memoria - Autor Íñigo Marín Alcalá Directores José Luis Santolaya Sáenz Ana Serrano Tierz EINA 2014 ! ! ! ! ! AGRADECIMIENTOS! ! Una!vez!terminado!este!Trabajo!tengo!que!agradecer!muchas!cosas!a!todas!las!personas!que! han!hecho!esto!posible.! En! primer! lugar! agradecer! a! la! Universidad! de! Zaragoza,! pero! más! concretamente! al! departamento!de!Ingeniería!de!Diseño!y!Fabricación!de!la!Escuela!de!Ingeniería!y!Arquitectura! (EINA)!la!posibilidad!de!realizar!este!trabajo!con!ellos.!En!especial!a!José!Luís!Santolaya,!por!su! confianza,!buena!disposición!y!ayuda!brindada!desde!el!primer!momento.! Destacar! también! dentro! de! este! departamento! a! Ana! Serrano,! quien! ha! realizado! un! seguimiento! de! todo! el! proyecto,! y! aportando! nuevas! visiones! acerca! del! proyecto! en! las! distintas! etapas.! Gracias! a! ambos! por! la! ayuda! que! me! han! brindado! siempre! que! la! he! necesitado,!por!su!colaboración!y!por!su!saber!hacer,!pero!sobre!todo!por!el!trato!recibido.! Mención!especial!merecen!mi!tía!!y!mi!abuela,!las!cuales!me!han!facilitado!mucho!las!etapas! iniciales!de!investigación!y!primeros!diseños,!facilitándome!el!acceso!a!sillas!de!ruedas!para! realizar! medidas! y! a! usuarios! de! las! mismas! para! demandar! su! opinión! acerca! de! distintos! aspectos!del!diseño.! ! También!quiero!agradecer!en!esta!etapa!su!ayuda!a!Nacho!Muñoz,!quien!tras!quedar!en!una! situación!de!minusvalía!no!ha!abandonado!su!personalidad!activa!en!el!deporte,!dándome!su! visión!acerca!de!las!ventajas!que!plantean!los!sistemas!diseñados.! ! Agradecer!también!a!mis!amigos,!quienes!cuando!me!veían!trabajar!en!el!proyecto!han!estado! aportando! su! punto! de! vista! e! ideas! de! alternativas,! colaborando! a! un! resultado! final! más! atractivo.! ! ! ! ! ! SISTEMAS!TÁNDEM!PARA!CICLISTAS!Y!USUARIOS!DE!SILLAS!DE!RUEDAS! ! RESUMEN! ! El!estudio!de!este!proyecto!surge!debido!a!la!búsqueda!de!nuevas!soluciones!para!las!personas! con!movilidad!reducida.!Propone!diversas!opciones!para!que!los!usuarios!de!sillas!de!ruedas! puedan! acoplar! su! silla! a! una! bicicleta,! de! manera! que! ambas! puedan! realizar! paseos! y! actividades!conjuntas.!Se!pretende!crear!sistemas!de!apoyo!a!través!de!los!cuales!el!usuario!de! una!silla!de!ruedas!puede!disfrutar!y!verse!implicado!como!uno!más!sin!el!sumo!desgaste!físico! que!supondría!hacerlo!sin!ningún!tipo!de!ayuda.! ! De! acuerdo! a! la! posición! relativa! ocupada! por! la! bicicleta! y! la! silla! de! ruedas! se! han! considerado!dos!alternativas:! 1) Sistema! Silla! delante! T! Bicicleta! detrás,! para! el! que! se! ha! diseñado! un! conjunto! de! acoplamiento! entre! el! manillar! de! la! bicicleta! y! el! respaldo! de! la! silla.! Además! se! propone! la! posibilidad! de! montar! un! monociclo! en! la! parte! delantera! de! la! silla! de! ruedas!de!manera!que!el!usuario!de!ésta!sea!el!encargado!de!la!dirección!del!sistema.! 2) Sistema! Bicicleta! delante! T! Silla! detrás,! para! el! que! se! ha! diseñado! igualmente! el! acoplamiento!desde!eje!trasero!de!la!bicicleta!hasta!la!estructura!delantera!de!la!silla.!! ! Se!han!estudiado!los!tipos!y!características!de!las!bicicletas!y!sillas!existentes!en!el!mercado! para!proponer!soluciones!adaptadas!a!su!geometría!y!se!ha!buscado!la!utilización!de!piezas!y! componentes!que!faciliten!el!montaje!y!acoplamiento.! ! Para! cada! una!de! las! soluciones! propuestas,! se! ha! hecho! el! correspondiente! análisis! cinemático,! se! han! analizado! condiciones! de! carga! y! se! han! calculado! tensiones! en! piezas! críticas.! Finalmente,! en! cada! diseño! se! han! determinado! los! materiales! y! los! procesos! más! adecuados!para!poder!efectuar!su!fabricación!y!se!ha!hecho!una!estimación!del!coste!para!los! usuarios.! ! ! ! ! ! ! ÍNDICE! ! 1.!CARACTERÍSTICAS!DE!SILLAS!DE!RUEDAS!Y!BICICLETAS!..................................................!1! 1.1.!SILLAS!DE!RUEDAS!............................................................................................................!1! 1.2.!BICICLETAS!.....................................................................................................................!3! 2.!DISEÑO!DE!ALTERNATIVAS!............................................................................................!8! 2.1.!SISTEMA!SILLA!DELANTE!T!BICICLETA!DETRÁS!.........................................................................!9! 2.1.1.!Zonas)de)acoplamiento)...........................................................................................)9! 2.1.2.!Componentes)del)sistema).....................................................................................)10! 2.1.3.!Fuerzas)sobre)el)sistema).......................................................................................)11! 2.1.4.!Posibilidad)de)acoplamiento)de)monociclo)...........................................................)15! 2.2.!SISTEMA!SILLA!DETRÁS!....................................................................................................!16! 2.3.!ESTUDIO!CINEMÁTICO!....................................................................................................!17! 3.!DESARROLLO!DE!SOLUCIONES!.....................................................................................!18! 3.1.!PREVISIÓN!DE!NECESIDADES!............................................................................................!18! 3.2.!MATERIALES!.................................................................................................................!19! 3.3.!FABRICACIÓN!Y!MONTAJE!................................................................................................!20! 3.4.!VALORACIÓN!DE!LOS!COSTES!...........................................................................................!23! 3.5.!COMPARACIÓN!DE!SOLUCIONES!PROPUESTAS!.....................................................................!25! ! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! 1! 1. CARACTERÍSTICAS!DE!SILLAS!DE!RUEDAS!Y!BICICLETAS! ! En! este! apartado! se! analizan! los! diferentes! tipos! y! características! de! sillas! de! ruedas! y! de! bicicletas!que!pueden!encontrarse!de!manera!más!habitual!en!el!mercado.!! ! 1.1. Sillas!de!ruedas! ! Las!sillas!de!ruedas!forman!parte!de!las!ayudas!técnicas!o!dispositivos!físicos!que!posibilitan!o! mejoran! la! realización! de! actividades! del! aparato! locomotor! mermadas! por! deficiencias,! discapacidades! o! minusvalías! de! tipo! parcial! o! total.! Por! tanto,! facilitan! la! movilidad,! la! autonomía!y!la!integración!social!de!las!personas!con!discapacidad.! Las! sillas! de! ruedas! manuales! se! componen! básicamente! de! un! asiento! y! de! un! respaldo,! soportados!por!una!estructura!tubular!que!se!apoya!en!una!pareja!de!ruedas!traseras!de!gran! tamaño!y!una!pareja!de!ruedas!delanteras!giratorias.!Las!partes!principales!y!su!denominación! se!observan!en!la!Figura!1.! ! ! ! Figura!1.!Partes!principales!de!una!silla!de!ruedas!manual!plegable.! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! 2! Se!pueden!clasificar!en!sillas!plegables!y!sillas!no!plegables.!Las!sillas!plegables!tienen!un!chasis! fabricado! generalmente!de!acero!cromado!o!lacado!en!un!solo!color.!Incorporan!barras!de! cruceta!y!un!asiento!y!un!respaldo!flexibles,!de!material!impermeable!e!ignífugo.!El!usuario! puede! impulsarse! a! través! de! los! aros! incorporados! en! las! ruedas! traseras,! de! 600! mm! de! diámetro.!Las!ruedas!delanteras!tienen!un!diámetro!entre!130!y!200!mm.! ! Las!sillas!no!plegables!tienen!un!chasis!rígido!y!van!controladas!por!un!asistente.!Dispone!de! ruedas! traseras! más! pequeñas,! reposapiés! y! reposabrazos! abatibles! y! desmontables.! Están! indicadas! para! personas! con! incapacidad! para! caminar! y! para! impulsar! una! silla! de! forma! autónoma.!! ! Hay!muchos!modelos!de!sillas!de!ruedas!que!tratan!de!adaptarse!a!las!diversas!condiciones!de! los!usuarios,!su!tipo!de!discapacidad,!el!peso!y!dimensiones!corporales,!la!finalidad,!el!medio! en!el!que!va!a!ser!utilizada,...!En!cualquier!caso,!su!adquisición!debe!considerarse!como!una! cuestión!de!suma!importancia!por!parte!del!usuario.! ! Como!dimensiones!claves!a!la!hora!de!hacer!su!selección,!están!las!que!se!muestran!en!la! Figura!2.! ! Anchura!de!caderas!(A)! Anchura!de!hombros!(B)! Longitud!del!muslo!(C)! Altura!desde!hueco!poplíteo! hasta!la!planta!del!pie!(D)! ! ! ! Figura!2.!Parámetros!corporales! Las!dimensiones!máximas!recomendadas!para!sillas!de!ruedas!son!las!siguientes:! T Longitud:!120!cm.!! T Anchura:!70!cm.! T Altura!total:!110!cm.! ! La!anchura!de!la!estructura!varía!desde!37!cm!hasta!52!cm!en!las!sillas!estándar!(añadiendo! después!la!anchura!respectiva!a!las!ruedas:!entre!21!cm!y!14!cm,!variando!según!el!modelo!de! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! 3! rueda!y!el!fabricante).!La!altura!del!asiento!oscila!desde!los!40!cm!hasta!los!46!cm,!y!la!altura! global!va!desde!los!91.5!cm!hasta!los!95!cm.! ! ! ! Figura!3.!Medidas!principales!de!una!silla.!Rango!de!variación! ! En!la!parte!trasera!de!la!silla,!la!altura!de!la!estructura!tubular!útil!es!de!83!cm.!Si!se!parte!de! los!91.5!cm!de!altura!mínima!total!de!las!sillas!comunes,!y!contando!con!el!diámetro!de!los! tubos!de!la!silla!y!el!radio!de!curvatura!del!manillar,!éste!es!el!punto!más!elevado!en!la!línea! del!respaldo.! ! ! 1.2. Bicicletas! ! La!diversidad!que!aparece!en!bicicletas!es!mucho!mayor!que!en!el!caso!de!las!sillas!de!ruedas.! Existen!bicicletas!destinadas!a!distintos!usos,!pero!destacan!principalmente!las!de!montaña,! carretera! y! paseo.!En! cuanto! a! las! dimensiones,! éstas! van! por! tallas! que! se! basan! en! los! estudios!de!antropometría!estática!del!cuerpo!humano.! ! Teniendo!en!cuenta!que!la!altura!media!en!España!del!hombre!es!de!176!cm!y!la!altura!media! de!la!mujer!es!de!161!cm,!se!puede!obtener!las!diferentes!dimensiones!medias!características! de!cada!uno!de!los!dos!sexos.!Estas!dimensiones!se!recogen!en!la!Tabla!1.! ! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! 4! ! Tabla!1.!Dimensiones!medias!características!de!hombres!y!mujeres! ! Hombre! Mujer! Entrepierna! 176!x!0,485!=!85,3!cm! 161!x!0,485!=!78!cm! Tronco! 176!x!0,259!=!45,5!cm! 161!x!0,259!=!41,7!cm! Brazo! 176!x!(0,186+0,146+0,108)!=!90,1!cm! 161!x!(0,186+0,146+0,108)!=!70,8!cm! Antebrazo! 176!x!(0,146+0,108)!=!57,3!cm! 161!x!(0,146+0,108)!=!40,8!cm! Muslo! 176!x!(0,530T0,285)!=!43,1!cm! 161!x!(0,530T0,285)!=!39,4!cm! Pierna! 176!x!(0,285)!=!50,1!cm! 161!x!(0,285)!=!45,8!cm! !! ! ! Para! obtener! estas! dimensiones! se! multiplica! la! altura! de! la! persona! por! un! factor! antropométrico.!Cada!uno!de!estos!factores!aparece!mostrado!en!la!Figura!4.! ! ! ! Figura!4.!Antropometría!estática!del!cuerpo!humano!(Guzmán,!2010).! ! Una! vez! obtenidas! las! medidas! medias! tanto! del! hombre! como! de! la! mujer,! se! procede! a! valorar!la!talla!idónea!de!bicicleta!para!cada!caso.!La!talla!de!la!bicicleta!de!montaña!suele! venir!expresada!en!pulgadas,!mientras!que!en!la!bicicleta!de!carretera!y!en!la!bicicleta!urbana,! la! talla! se! suele! expresar! en! centímetros.! En! ambos! casos,! la! medida! más! importante! es! la! altura!del!tubo!vertical!del!cuadro.!! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! ! 11! ! Figura!9.Sistema!acoplamiento!con!silla!delante.!Esquema!de!montaje.! ! ! Figura!10.Placa!central,!subconjunto!lateral!ajustable!y!subconjunto!de!acoplamiento!al!manillar.! ! 2.1.3. Fuerzas!sobre!el!sistema! ! Se!ha!realizado!el!análisis!de!las!siguientes!fuerzas:! ! T En! primer! lugar! las! fuerzas! necesarias! para! realizar! el! giro! en! la! situación! más! desfavorable,!de!modo!que!se!verifique!la!viabilidad!y!facilidad!de!giro!desde!el!punto! de! vista! del! usuario.! Para! ello! se! ha! considerado! que! la! rueda! se! encuentra! algo! deshinchada,!que!el!centro!de!giro!se!encuentra!sobre!una!de!las!ruedas,!pivotando! ésta!sobre!sí!misma!sin!condición!de!rodadura!y!apoyando! el!usuario!todo!su!peso! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! ! 12! sobre!dicha!rueda.!Tras!realizar!los!cálculos,!incluidos!en!el!ANEXO!II,!se!observa!que! las!fuerzas!necesarias!a!realizar!serían!menores!que!4kp,!siendo!aún!mucho!menores! en!situaciones!normales!de!funcionamiento.! ! T Por!otra!parte,!se!han!estudiado!las!tensiones!que!aparecen!sobre!las!piezas,!con!el!fin! de!seleccionar!los!materiales!necesarios!y!los!refuerzos!que!precisan.!Así!mismo,!se!ha! considerado!la!situación!más!desfavorable,!y!se!han!diferenciado!dos!situaciones!de! estudio:!situación!de!reposo!y!en!movimiento.! ! Sistema!en!reposo:! En!reposo!las!cargas!que!actúan!sobre!el!sistema!son!los!pesos!(Figura!11).!En!la!situación!más! desfavorable,!el!usuario!de!la!bicicleta!apoyaría!el!100%!de!su!peso!sobre!el!manillar!y!por! tanto! sobre! la! estructura;! mientras!que!el!usuario! de! la! silla! de! ruedas! distribuiría! su! peso! exclusivamente!entre!las!2!ruedas!de!atrás.!! ! ! ! Figura!11.!Fuerzas!sobre!el!sistema!en!situación!de!reposo! ! El!cálculo!y!dimensionamiento!de!los!elementos!críticos!del!sistema!aparecen!justificados!en!el! Anexo!II!¡Error!!No!se!encuentra!el!origen!de!la!referencia.! ! Sistema!en!movimiento:! En!movimiento,!las!cargas!que!el!sistema!debe!soportar!son!el!peso,!las!cargas!producidas!por! las!fuerzas!de!inercia!y!la!resistencia!de!rodadura!(Figura!12).!Además,!hay!que!considerar!que! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! ! 13! puede!existir!una!ligera!pendiente.!La!inclinación!máxima!que!se!ha!tomado!ha!sido!del!7%,!al! ser!el!máximo!admisible!en!los!carriles!bici.!En!el!caso!de!Zaragoza,!por!ejemplo,!todo!el!anillo! verde!discurre!con!una!pendiente!inferior!al!6,1%.! ! ! Figura!12.!Fuerzas!sobre!el!sistema!en!situación!de!movimiento! ! El!valor!de!dichas!fuerzas!es!el!siguiente:! ! § Resistencia!a!la!rodadura:!! ! Para! que! se! produzca! el! movimiento! y! comience! la! rodadura1,!el!par!de!arranque!deberá!ser!mayor!que!el! par!resistente,! ,!y!por!tanto,!la!fuerza!a! vencer!será:! ! ,! donde! !es!el!coeficiente! de! rodadura.! Un! valor! promedio! de! dicho! coeficiente! en! cubiertas! de! bicicleta! es! 0,0080.! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1!Formulas!basadas!en!(Raymond A. Serway, 2004)! MRe s≥Maplicado F≥ µ r.N R=Crr.N=RRod Crr Ilustración!1.!! Figura!13.!Fuerzas!resistencia!a!la! rodadura! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! ! 14! Considerando!que!el!ciclista!apoya!la!totalidad!de!su!peso!sobre!el!manillar!delantero,! y!poniendo!una!masa!promedio!por!usuario!de!100kg,!y!de!25kg!tanto!a!la!silla!como!a! la!bicicleta!,!la!fuerza!a!vencer!sería:! ! ! ! § Fuerzas!de!Inercia:! ! Para!valorar!las!fuerzas!de!inercia!se!ha!tenido!en!cuenta!la!capacidad!de!frenado!en! bicicletas.!A!una!velocidad!de!25km/h,!la!distancia!de!frenado!actuando!con!el!freno! trasero! debe! ser! 10m,! y! con! ambos! 7m!(UNE-EN 14764),! lo! que! genera! desaceleraciones!de!2,4m/s2!y!3,44m/s2,!respectivamente.!! ! Pese!a!que!en!el!sistema!de!silla!delante!no!puede!actuar!el!freno!delantero,!se!ha! considerado!para!los!cálculos!el!comportamiento!con!una!desaceleración!de!3,44!m/s2! con!el!fin!de!asegurar!que!el!sistema!resiste!las!exigencias!en!este!tipo!de!fuerzas!sin! encontrarse! en! el! límite.! Por! tanto,! si! el! ciclista! frena,! el! sistema! de! acoplamiento! deberá!soportar!la!inercia!producida!por!la!silla!de!ruedas!y!su!usuario,!lo!que!supone! una!masa!de!120kg.! ! F=m.a=120.4,33 =412,8N ! ! Puede! observarse! que! las! fuerzas! generadas! por! resistencia! a! rodadura! son! muy! inferiores!a!las!de!inercia.! ! § Fuerzas!debidas!al!peso:!! ! Considerando!una!pendiente!máxima!por!la!que!circulara!el!sistema!del!7%!(7!metros! de!subida!por!cada!100!recorridos),!!la!componente!del!peso!en!la!dirección!del!plano! inclinado!sería:! ! ! F≥0, 008.(100.2 +25.2).9,81=19, 62N α Pendiente _Max =tan−1(7 /100) =4o P s_x=P s.sin( α P_Max )=120.9,81.sin(4o)=82,12N Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! ! 15! Se!puede!observar!nuevamente!que!estas!fuerzas!son!muy!inferiores!respecto!a!las! fuerzas!de!inercia.! ! El!cálculo!y!dimensionamiento!de!los!elementos!críticos!del!sistema!aparecen!justificados!en!el! Anexo! II¡Error!! No! se! encuentra! el! origen! de! la! referencia.!Tras! realizar! los! cálculos,! observamos!que!las!barras!y!piezas!del!sistema!cumplen!con!las!solicitaciones!impuestas.!! ! ! 2.1.4. Posibilidad!de!acoplamiento!de!monociclo! ! La! incorporación! de!un! monociclo! está! pensada! para! ofrecer!la!posibilidad! de! tomar! la! dirección!global!del!sistema!al!usuario!de!la!silla!de!ruedas.!En!la!siguiente!figura!se!muestra!su! acoplamiento!sobre!la!estructura!delantera!de!la!silla!de!ruedas.! ! ! Figura!14.!Sistema!Monociclo!+!Sistema!Silla!Delante! ! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! ! 16! El! conjunto! monociclo! se! compone! de! piezas! que! en! su! mayoría! son! extraídas! de! catálogo! comercial.!En!particular,!se!empleará!una!rueda!de!20’’.!La!cual!irá!montada!en!una!horquilla.! La!transmisión!de!la!dirección!se!hará!mediante!un!manillar!y!una!potencia!de!bicicleta.!La! horquilla!irá!abrazada!por!una!dirección!compuesta!por!dos!rodamientos,!de!manera!que!no! se! produzca! fricción! entre! dicha! horquilla! y! el! chasis! de! transmisión!del! monociclo.!(Ver! documento!PLANOS,!bloque!2)! ! El!chasis!de!transmisión!desde!el!monociclo!hasta!la!silla!de!ruedas!se!fabricará!con!distintos! perfiles,!unidos!por!soldadura!y!al!que!irán!conectadas!unas!abrazaderas!que!deslizan!sobre! una!guía.!El!cálculo!de!las!tensiones!y!la!resistencia!de!los!perfiles!se!detalla!en!el!Anexo!II.! ! 2.2. Sistema!silla!detrás! ! En!este!caso!la!silla!y!la!bicicleta!se!acoplan!a!través!de!un!sistema!mecánico!que!une!el!cuadro! de!la!bicicleta!en!la!zona!de!su!rueda!trasera!con!la!estructura!delantera!de!la!silla.! ! Figura!15.!Sistema!Silla!detrás^Bici!delante! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! ! 17! El! componente! principal! es! un! perfil! tubular! similar! al! utilizado! para! el! enganche! de! otros! sistemas!arrastrados.!! ! Para!el!acoplamiento!a!la!rueda!trasera!de!la!bicicleta,!se!empleará!un!cierre!mediante!una! rosca!que!irá!conectado!a!un!muelle,!el!cual!permitirá!el!libre!giro!entre!la!bicicleta!y!la!silla!de! ruedas.!De!esta!manera,!la!bici!puede!inclinarse!sobre!la!vertical!a!la!hora!de!realizar!los!giros.! ! Para!el!acoplamiento!a!la!silla!de!ruedas,!se!utilizaran!dos!mordazas,!que!irás!montadas!a!la! estructura!delantera!de!la!silla!de!ruedas.! ! En!este!caso,!las!solicitaciones!de!fuerzas!sobre!el!sistema!son!menores!al!estar!tanto!la!silla! como!la!bicicleta!apoyadas!sobre!todos!sus!apoyos.!Las!fuerzas!que!tendrá!que!soportar!en! este!caso!son!las!fuerzas!de!tracción!entre!la!silla!y!la!bicicleta.!Análogamente!al!sistema!silla! delante,! el! cálculo! y! dimensionamiento! de! los! elementos! críticos! del! sistema! aparecen! justificados!en!el!Anexo!II.! ! 2.3. Estudio!cinemático! ! Para!el!correcto!movimiento!del!sistema,!ha!de!cumplirse!que!las!alternativas!planteadas!sean! sistemas! no! holónomos,! de! modo! que! el! sistema! pueda!cambiar! su! dirección! sin! depender! esta!de!la!posición!que!ocupe!el!sistema!en!dicho!momento.2! ! Para!ello!se!han!definido!las!coordenadas!y!velocidades!generalizadas!de!los!distintos!sistemas,! las!condiciones!de!enlace!y!finalmente!las!ecuaciones!de!enlace,!observando!si!éstas!eran!o!no! integrables!y!obteniendo!la!conclusión!acerca!de!la!independencia!o!no!de!la!dirección!con! respecto!de!la!posición.! ! Tanto!en!el!sistema!de!la!bici!delante,!como!en!el!sistema!de!la!bici!detrás,!se!ha!verificado!que! se!cumpliera!la!condición!de!sistema!no!honólomo,!incluyéndose!los!cálculos!detallados!en!el! ANEXO!I.! ! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 2!Las!formulas!empleadas!están!basadas!en!(LLado París., 2011)! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! ! 18! 3. DESARROLLO!DE!SOLUCIONES! ! En!este!apartado!se!describen!los!materiales!y!procesos!de!fabricación!necesarios!para!poder! desarrollar! las! soluciones! de! acoplamiento! diseñadas! y! obtener! además! una! previsión! del! coste!de!cada!una!de!ellas.! ! Para!abordar!este!estudio!se!realiza!inicialmente!una!análisis!de!la!posible!demanda,!basada! en!las!personas!que!requieren!de!una!silla!de!ruedas!para!su!movilidad.! ! 3.1. Previsión!de!necesidades! ! Según!el!Instituto!Nacional!de!Estadística!(INE),!es!España!existen!3,85!millones!de!personas! con!discapacidad,!de!las!cuales!el!67,2%!presentan!limitaciones!para!moverse.!En!la!Tabla!2!se! observan!dichas!cifras!desglosadas!por!edades.! ! Tabla!2.!Población!con!discapacidad!de!movilidad!en!España,!2008.!INE.! Rango de edad (Miles de personas) 6 a 15 16 a 24 25 a 34 35 a 44 45 a 54 55 a 64 65 a 79 65 a 69 70 a 74 75 a 79 80 a 84 85 a 89 90 y más Núm. Disc. Movilidad 26, 3 39, 8 88, 6 159, 3 253, 4 361, 6 814, 0 200, 7 264, 8 348, 5 354, 5 271 ,8 174,6 De! cara! a! la! fabricación! de! los! sistemas,! estos! estarían! potencialmente! enfocados! a! los! aproximadamente! 2! millones! de! personas! con! problemas! de! movilidad! en! España.! Sin! embargo,! es! cierto! que! la! idea! de! desplazamientos! por! espacios! abiertos! en! los! sistemas! tándem!diseñados!es!más!propensa!al!rechazo!en!las!personas!de!edad!avanzada.!Así!mismo,! el!dimensionamiento!de!dichos!sistemas!no!ha!considerado!sillas!de!ruedas!de!tamaño!infantil,! aunque!esta!segunda!segmentación!apenas!afecta!al!resultado!como!puede!observarse!en!la! tabla.! ! Por! ello,! como! público! potencial! se! ha! seccionado! el! rango! comprendido!de! 15! a! 64! años,! siendo!esto!un!total!de!902,7!miles!de!personas.! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! ! 19! La!finalidad!de!estos!sistemas,!como!se!ha!introducido,!es!fomentar!la!salida!a!parques!o!zonas! abiertas,!evitando!que!éstas!deban!hacerse!auto!impulsándose!o!mediante!la!ayuda!de!alguien! que!ejerce!un!impulso!directo!sobre!la!silla,!lo!cual!es!más!agotador!y,!en!el!caso!de!la!auto! impulsión,!desaconsejable!para!la!salud!(debido!a!lesiones!de!hombro!como!posibles!cortes!o! daños!en!las!manos).!! ! El!objetivo!planteado!es!cubrir!el!1%!del!mercado!en!7!años!vista,!lo!cual!implica!la!fabricación! de!1300!sistemas!anuales.!Considerando!800!Sistemas!de!acoplamiento!con!silla!delante!y!500! Sistemas! de! acoplamiento! con! silla! detrás.! Además! se! estima! que! de! los! 800! sistemas! silla! delante,!300!querrán!complementar!el!sistema!añadiendo!el!sistema!monociclo.! ! 3.2. Materiales! !!! El!material!empleado!para!los!elementos!a!fabricar!ha!sido!Aluminio!6061!T6.!Se!ha!preferido! emplear!este!material!en!lugar!de!acero!respecto!a!la!enorme!ventaja!que!supone!respecto!a! la!ligereza!global!del!sistema,!además!de!su!excelente!comportamiento!a!corrosión.! ! Con! respecto! al! resto! de! aluminios,! se!ha! seleccionado! la! forma! T6! debido! a! su! elevada! resistencia! a! la!tracción!y!límite!elástico.!Es!habitual!el!uso!de!este!material! en! cuadros!de! bicicleta!y!otros!componentes!de!las!mismas (Aluminum Standards & Data).! ! Se! ha! estudiado! previamente! las! fuerzas! que! el! sistema! debía! soportar! y! comprobar! la! resistencia!del!sistema!y!de!sus!!componentes,!dando!por!válida!la!solución!(ANEXO!II).! ! Los!tornillos!de!unión!entre!piezas!son!no!pretensados.!Se!ha!fijado!su!disposición!constructiva! y!sección!de!manera!que!puedan!soportar!bien!las!fuerzas!que!afectan!a!los!distintos!sistemas.! Así!mismo,!también!se!ha!calculado!la!disposición!de!las!chapas!taladradas!en!función!de!las! solicitaciones!de!las!mismas.! ! Se!ha!calculado!la!resistencia!necesaria!de!los!tornillos!siendo!estos!sometidos!a!cortante!y!a! tracción,!así!como!la!resistencia!a!aplastamiento!de!la!chapa.!(Víllora,!2012)!El!desarrollo!de! dichos!cálculos!se!encuentra!incluido!en!el!Anexo!III.! !! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! ! 20! 3.3. Fabricación!y!montaje! ! El!proceso!de!fabricación!a!seguir!para!cada!uno!de!los!conjuntos!será!el!siguiente:! PLACA%CENTRAL 1 Recortar)a)medida)ancho)y)largo)geometría)exterior Cortadora)Laser 40 2 Perforar)orificios)y)hacer)ranuras Punzonadora)CNC 60 3 Eliminar)rebabas Pulidora 60 4 Aplicar)producto)de)acabadoEPintura Maquina)de)pintura 30 Horno 1200 CONJUNTO%ACOPLAMIENTO%SILLA Placa%lateral%reforzada Chapa)Abrazadera)Silla 1 Recortar)a)medida)ancho)y)largo)geometría)exterior Cortadora)Laser 40 2 Perforar)orificios)y)hacer)ranuras Punzonadora)CNC 60 3 Plegar)para)obtener)geometría)final Prensa)dobladora 180 4 Eliminar)rebabas Pulidora 60 Nervios)Abrazadera 1 Recortar)a)medida)ancho)y)largo)geometría)exterior Cortadora)Laser 40 1 Soldadura)Nervios)y)Tuercas)a)Chapa Equipo)de)soldadura 1200 2 Aplicar)producto)de)acabadoEPintura Maquina)de)pintura 30 Horno 1200 Mordaza%Silla%+%Pletina%soldada%a%mordaza 1 Recortar)a)medida)ancho)y)largo)geometría)exterior Cortadora)Laser 40 2 Plegar)para)obtener)geometría)final)mordaza Prensa)dobladora 180 3 Soldadura)Pletina)a)Mordaza Equipo)de)soldadura 100 1 Soldadura)Pletina)a)Enganche)giratorio Equipo)de)soldadura 100 2 Aplicar)producto)de)acabadoEPintura Maquina)de)pintura 30 Horno 1200 3 Montaje)Tornillos)Apriete)Manual)(mordazas)y)placa) CONJUNTO%PROLONGACIÓN%MANILLAR Pletina%fijación%perfiles 1 Recortar)a)medida)ancho)y)largo)geometría)exterior Cortadora)Laser 40 2 Perforar)orificios)y)hacer)ranuras Punzonadora)CNC 60 3Eliminar)rebabas Pulidora 60 Perfiles%Acoplamiento 1 Corte)a)medida)del)perfil)tubular)a)longitud)276mm Tronzadora 60 2 Eliminar)rebabas Pulidora 60 3 Doblado)del)tubo)hasta)geometría)buscada Curvadora)de)perfiles 240 1 Soldadura)de)Perfiles)a)Pletina Equipo)de)soldadura 180 2 Aplicar)producto)de)acabadoEPintura Maquina)de)pintura 30 Horno 1200 3 Introducción)de)las)arañas)a)los)perfiles)tubulares 180 4 Introducción)de)las)potencias)a)los)perfiles)tubulares 240 1 Ensamblaje)de)los)conjuntos)mediante)uniones)atornilladas 600 Plancha)Aluminio)6061) T6,)e:3mm,)320x200mm Plancha)Aluminio)6061) T6,)e:2mm,)278x200mm CONJUNTO%SILLA%DELANTE Nº%Op. Operación Maquina%empleada Plancha)Aluminio)6061) T6,)e:2mm,)154x44mm Plancha)Aluminio)6061) T6,)e:2mm,)52x200mm Plancha)Aluminio)6061) T6,)e:3mm,)320x70mm Perfil)Tubular)Aluminio) 6061)T6,)L:)2)de)276mm;)))))) Øext:1E1/8)'')x)e:0.120''))x) Øint:0.885'' Tiempo% estimado% operación(s) PIEZA/%MAT.PARTIDA%necesario Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! ! 27! ! Víllora,!A.!G.!Diseño)y)cálculo)de)uniones)con)tornillos)no)pretensados.!Artículo,!Escuela!Técnica! Superior!de!Arquitectura!de!Valencia.,!Mecánica!del!Medio!Continuo!y!Teoría!de!Estructura,! Valencia.! ! ! Sistemas!tándem!para!ciclistas!y!usuarios!de!sillas!de!ruedas!! Memoria! !! ! ! ! ! ! ! 28! ! ! ! ! ! ! ! Trabajo Fin de Grado Sistemas tándem para ciclistas y usuarios de sillas de ruedas -PlanosAutor Íñigo Marín Alcalá Directores José Luis Santolaya Sáenz Ana Serrano Tierz Escuela de Ingeniería y Arquitectura (EINA) 2014 INDICE&DE&PLANOS& & & & & 1. ACOPLAMIENTO!CON!SILLA!DELANTE.!Perspectiva!isométrica.! 1.1. Vistas!principales.! 1.2. Acoplamiento!con!silla!delante.!Vista!conjunto.! 1.3. Placa!central.! 1.4. Conjunto!ajustable!silla.! 1.5. Placa!lateral!reforzada.! 1.6. Placa!lateral!y!nervios.! 1.7. Mordaza!silla!y!pletina!soldada.! 1.8. Conjunto!prolongación!manillar.! 1.9. Pletina!fijación!perfiles.! 1.10.!Perfiles!acoplamiento.! 2. ACOPLAMIENTO!MONOCICLO.!Perspectiva!isométrica.! 2.1. Vistas!principales.! 2.2. Acoplamiento!monociclo.!Vista!conjunto.! 2.3. Cuadro!monociclo.! 2.4. Piezas!cuadro!monociclo.! 3. ACOPLAMIENTO!CON!SILLA!DETRÁS.!Perspectiva!isométrica.! 3.1. Vistas!principales.! 3.2. Acoplamiento!con!silla!detrás.!Vista!conjunto.! 3.3. Piezas!conjunto.! ! ! ! ! ! 3 5 2 ' 8 & , ' 2 3 2 5 8 1 3 5 2 ' 8 & 7 2 ( ' 8 & $ 7 , 9 2 ' ( $ 8 7 2 ' ( 6 . 352'8&,'232581352'8&72('8&$7,92'($872'(6. 352'8&,'232581352'8&72('8&$7,92'($872'(6. 352'8&,'232581352'8&72('8&$7,92'($872'(6.   $ % $ & ' ( ) $ % & ' ( ) &RPSUREDGR 'LEXMDGR )HFKD 1RPEUH (VFDOD 7tWXOR )LUPD 1$OXPQR &XUVR 3ODQR1       &RQMXQWR 3HUVSHFWLYD,VRPpWULFD ,xLJR0DULQ$OFDOD    -/6DQWROD\D  $&23/$0,(172&216,//$'(/$17( 7)**B,7, 3 5 2 ' 8 & , ' 2 3 2 5 8 1 3 5 2 ' 8 & 7 2 ( ' 8 & $ 7 , 9 2 ' ( $ 8 7 2 ' ( 6 . 352'8&,'232581352'8&72('8&$7,92'($872'(6. 352'8&,'232581352'8&72('8&$7,92'($872'(6. 352'8&,'232581352'8&72('8&$7,92'($872'(6.   $ % $ & ' ( ) $ % & ' ( ) &RPSUREDGR 'LEXMDGR )HFKD 1RPEUH (VFDOD 7tWXOR )LUPD 1$OXPQR &XUVR 3ODQR1       &RQMXQWR 9LVWDV3ULQFLSDOHV ,xLJR0DULQ$OFDOD    -/6DQWROD\D  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352'8&,'232581352'8&72('8&$7,92'($872'(6. 352'8&,'232581352'8&72('8&$7,92'($872'(6. 352'8&,'232581352'8&72('8&$7,92'($872'(6.   $ % $ & ' ( ) $ % & ' ( ) &RPSUREDGR 'LEXMDGR )HFKD 1RPEUH (VFDOD 7tWXOR )LUPD 1$OXPQR &XUVR 3ODQR1       &RQMXQWR ,xLJR0DULQ$OFDOD  -/6DQWROD\D 7ROHUDQFLDVQRLQGLFDGDV81((1P       P  (VSHVRUPP 3ODFDFHQWUDO    $&23/$0,(172&216,//$'(/$17(   [  [ 5   7)**B,7, 3 5 2 ' 8 & , ' 2 3 2 5 8 1 3 5 2 ' 8 & 7 2 ( ' 8 & $ 7 , 9 2 ' ( $ 8 7 2 ' ( 6 . 352'8&,'232581352'8&72('8&$7,92'($872'(6. 352'8&,'232581352'8&72('8&$7,92'($872'(6. 352'8&,'232581352'8&72('8&$7,92'($872'(6.   $ % $ & ' ( ) $ % & ' ( ) &RPSUREDGR 'LEXMDGR )HFKD 1RPEUH (VFDOD 7tWXOR )LUPD 1$OXPQR &XUVR 3ODQR1       &RQMXQWR   7RUQLOORGHDSULHWHPDQXDO+$/'(5(+ $FHUR   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