CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con un mecanismo para pisos y laterales , sideboards , paredes y/o cola de pato de una tolva colapsable ( deformable plásticamente ) , para que , ante un impacto por alcance en la parte posterior de la tolva, se asegure la protección del operador y la adecuada disipación de energía . El mecanismo , podrá ser utili zado en cualquier tipo de tolva .

DESCRIPCIÓN DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

La gran mayoría de los vehículos convencionales , desde automóviles particulares hasta camiones de carretera, pasando por todo tipo de autobuses urbanos e interurbanos , incluyen en su diseño , un parachoques anterior y posterior deformable , como elemento de seguridad ante una colisión por alcance entre uno o más vehículos que , permite disipar parte de la energía del impacto , deformándose plásticamente . De esta manera, ante una colisión por alcance , entre vehículos convencionales , los primeros elementos que se golpearán, serán los parachoques , que se deformarán plásticamente , absorbiendo parte de la energía del impacto y protegiendo el chasis del vehículo que , constituye la estructura principal , donde se montan todas las partes del vehículo y en particular la cabina, donde se encuentra el conductor y los pasaj eros , de recibir un impacto directo de parte de alguna estructura del otro vehículo .

Más particularmente , en el campo de la operación de camiones mineros , hoy en dia existe siempre la posibilidad de un accidente grave . Un problema que puede llegar a ser fatal en la mayoría de los casos , se da cuando hay una colisión de dos o más camiones mineros por alcance , incluso a muy baj as velocidades . Cuando esto ocurre , puede darse el caso que la cola de las tolvas puede llegar a golpear la cabina del camión que colisiona por atrás , pudiendo asi deformar la cabina . Esto hace que la cola sea particularmente peligrosa ante un impacto , ya que su efecto será similar al de una guillotina que inicialmente deformará y eventualmente cortará, transversalmente , los pilares de la cabina, exponiendo gravemente al operador ( tal como se ve en la Figura 1 ) . Lo mismo le ocurrirá a cualquier estructura que pueda colisionar con la cola de la tolva .

En los camiones volquete para aplicación minera, debido a la capacidad de carga requerida para los camiones , el diseño de la tolva se optimi za, compensando la distribución de cargas entre ej es . En consecuencia, el largo de la tolva excede los neumáticos traseros del camión, quedando expuesta su parte trasera, no habiendo ningún elemento de protección adicionales que evite daños por golpes , colisiones o choques , ya sea laterales o por la parte trasera . Por otro lado , el diseño de la parte frontal del camión posiciona la cabina del operador , delante del ej e vertical del neumático delantero , lo que también la dej a expuesta a ser golpeada por la cola de una tolva en el caso de ocurrir una col isión por alcance .

Para solucionar lo anterior, existen hoy en el mercado varios proveedores de estructuras , que varían en su diseño y que logran el obj etivo de alargar la parte frontal del camión para que , ante una colisión por alcance con la parte posterior de otro camión ( como se ve en la Figura 3 ) , el parachoques golpee contra los neumáticos traseros del camión, y evite que la cola de la tolva choque contra la cabina . Estas estructuras , fabricadas en acero , llegan a pesar hasta 3 toneladas , dependiendo de su tamaño y del modelo de camión en que se instale . Este peso se adiciona al peso total del camión, restándole capacidad de carga, en una cantidad igual a su peso , por cuanto el camión tiene un peso bruto máximo autori zado que no puede sobrepasarse .

La instalación de este parachoques genera un impacto en el rendimiento operacional del camión, ya que se incrementan los costos de consumo de combustible , y también se merma la capacidad operativa del camión, al disminuirse su capacidad de carga en un peso equivalente al de la estructura .

Además , dependiendo del diseño , este tipo de parachoques , no siempre cumple su función de disipador de energía en caso de impacto , pues su estructura no está diseñada para deformarse plásticamente , trabaj ando solo como barrera de distanciamiento entre los camiones , en caso de impacto , pudiendo afectarse de igual manera la integridad física del operador, al tener que absorber la totalidad de la energía del impacto .

Adicionalmente , esta extensión de parachoques , aparte de lo indicado en el párrafo anterior y, dependiendo de los distintos tipos de camiones que operan en las minas , generan problemas operacionales desde el punto de vista del radio de giro del camión en el pozo de carguío , o en las curvas ascendentes o descendentes del trazado minero , principalmente en aquellos proyectos cuyos trayectos internos fueron diseñados sin considerar este dispositivo que alarga el camión .

Para entender mej or el problema involucrado , se debe tener en cuenta que generalmente las tolvas son de acero y estructuralmente rígidas . Por ende , disipan una energía despreciable, en caso de impacto por alcance ( el coeficiente de deformación es muy baj o ) , lo que genera un riesgo para la seguridad del operador del camión, si ésta llega a chocar contra la cabina del operador .

Por otra parte , las cabinas de operador que se usan en la actualidad cumplen con los estándares FOPS y ROPS , cuyo obj etivo es proteger al operador ante impactos sobre la cabina, como también impactos laterales provocado por volcamientos .

En cuanto a los volcamientos , el sistema de protección contra volcados o una estructura de protección anti vuelcos (ROES , rollover protection system) es un sistema o estructura destinado a proteger a los operadores de equipos y a los conductores de lesiones , causadas por vuelcos o volcados de los vehículos . Al igual que las j aulas de protección y las barras de protección en coches y camiones , un ROPS incluye barras fij adas al bastidor que mantienen un espacio para el cuerpo del operador en caso de vuelco .

Las estructuras de ROPS se encuentran comúnmente en equipos pesados , tractores y maquinaria de movimiento de tierras utili zados en la construcción, agricultura y minería, las cuales son definidas por varias agencias reguladoras , incluyendo la normativa de Salud y Seguridad laboral . Las regulaciones incluyen tanto un requisito de resistencia como un requisito de absorción de energía de la estructura . Algunos camiones volquete una extensión a sus caj as , comúnmente llamada visera, que cubren el compartimiento del operador para los propósitos de ROPS .

Los sistemas ROPS se adaptan comúnmente a vehículos 4x4 , camionetas , equipos de movimiento de tierra, compactadores de suelo y vehículos utilitarios . Productos como estos fueron desarrollados para que los empleados que se desplazan alrededor o dentro de las minas recibieran protección adicional en el caso de que un vehículo de la flota se volcara .

En los Estados Unidos , los diseños ROPS tienen que ser certi ficados por un Ingeniero Profesional , que normalmente requerirá una prueba destructiva . La estructura será probada a una temperatura reducida ( en la que el metal es más quebradi zo ) , o fabricado de los materiales que tienen funcionamiento más satisfactorio a bajas temperaturas.

En Australia y en la mayoría de los países, la Organización Internacional de Normalización cuenta con directrices para ensayar destructivamente estructuras ROES en máquinas excavadoras, equipos forestales y tractores. No se permiten análisis teóricos de rendimiento de diseños nuevos de sistemas ROPS como alternativa a las pruebas físicas.

En cuanto al FOPS, su sigla viene del inglés «Fallen Objects Protection System» . Es un sistema compuesto por una estructura de protección ante la eventual calda de objetos, como rocas, árboles o materiales, durante la realización de las faenas mineras o de construcción .

A pesar de todo lo anterior, si bien en muchos casos los diseños cumplen con las normas FOPS y ROPS, en la realidad estos no es suficiente para resistir el impacto de la cola de una tolva cuando éste supere, por ejemplo los 10 km/hr y se encuentre cargado a plena capacidad (como se muestra en la Fig. 5) .

Un ejemplo, en linea de lo arriba descrito, se puede ver en la publicación CN 207241826, que revela una cabina de operador, la cual cumple la función de deformarse ante accidentes. Aunque está específicamente orientada a camiones articulados, e intenta atacar principalmente el problema de los vuelcos de los camiones, proporciona una función de absorción de energía, por medio de la deformación .

Otro ejemplo del arte previo, relacionado con el problema, está en el documento US 2015/0298741, que versa sobre una estructura de absorción de energía, que puede colocarse en la parte frontal del vehículo, asi como en la trasera. El documento plantea instalar una estructura inferior, la cual se adjunta a un riel, y que se deforma hacia abaj o en el evento de un choque , cuando un iniciador se activa, provocando que el extremo hacia afuera del vehículo se desenganche , mientras que el extremo hacia adentro permanece unido al vehículo . De esta forma, se provee una estructura deformable , la cual va adosada al vehículo .

Por otro lado , US 6 , 308 , 809 muestra un sistema de atenuación de choque , compuesto por tubos delgados , configurados para colapsar de forma controlada, para absorber fuerzas desde un vehículo que lo chocan . Un marco puede usarse para añadirlo a varias partes del vehículo , tal como una baranda de camión, un parachoques , etc . Es importante notar que este sistema está orientado a atenuar el choque , pero no se orienta a proteger al operador, sino más bien al vehículo .

La publicación US 6 , 244 , 637 describe un atenuador de choque , situado en la parte trasera de un camión, que se monta sobre la parte trasera de un camión por medio de una estructura, e incluye un marco , que sustenta una cara de impacto , que se dirige hacia afuera del camión . El marco además incluye elementos de absorción . También este documento está orientado a atenuar el choque , pero no se orienta a proteger al operador, sino más bien al vehículo .

Por tanto , se ha observado que existe la necesidad de , entre otras cosas , proteger la cabina del operador de un vehículo de carga, ante un impacto contra la parte posterior de otro vehículo de carga, absorbiendo la energía de impacto y evitando asi daños severos al vehículo y operador .

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Ante un impacto por alcance en la parte posterior de la tolva de un camión, la cabina del operador, del camión que colisiona, puede sufrir severos daños estructurales , debido a la proyección natural de la cola de la tolva, incrementando notablemente el riesgo que esto supone a la integridad fisica del operador, pudiendo causar heridas parciales (contusiones, fracturas, etc) o un accidente fatal.

A objeto de mitigar los accidentes y eliminar la posibilidad de una fatalidad, se propone la incorporación de extensiones, particularmente un segmento de piso y laterales, que pueden ser perpendiculares al eje del camión. Estas extensiones son deformadles plásticamente ante esfuerzos longitudinales en la tolva, de una magnitud tal que exceden el limite de fluencia del segmento. Consecuentemente se contraen, reduciendo el largo total de la tolva.

Los esfuerzos longitudinales pueden ser causados ya sea por el choque en la parte posterior de la tolva por alcance o por el golpe contra un obstáculo contra la tolva.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra una vista lateral de un evento de choque, que podría causar la muerte de personal en la cabina.

La Figura 2 muestra una vista en acercamiento del evento de choque, como mostrada en la Fig. 1, enfatizando la proyección de cola de tolva sobre la cabina.

La Figura 3 muestra una vista lateral de un evento de choque, usando una solución de parachoques del arte previo.

La Figura 4 muestra una vista en acercamiento de la solución del arte previo, como mostrado en la Fig. 3.

La Figura 5 muestra una vista de un evento de choque, similar a la Figura 1, pero con un camión a plena capacidad.

La Figura 6 muestra una vista en perspectiva, como mostrado en la Fig. 6.

La Figura 7 muestra una vista en acercamiento del evento de choque, como mostrado en la Fig. 5. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Dado lo anterior y, a obj eto de eliminar el riesgo de un accidente grave descrito anteriormente para el operador y evitar, se presenta el diseño de una tolva cuya sección posterior de cola y laterales pueden colapsar, por deformación plástica, debido a su configuración estructural , combinando en su totalidad, materiales compuestos , tales como fibra de carbono , fibra de vidrio y gomas cerámicas , con aceros de baj a y alta resistencia . El sistema a implementar es de tipo pasivo y no dependerá de sistemas electrónicos ni de dispositivos electromecánicos y/o hidráulicos adicionales para cumplir su función, y su función será la de incorporar un parachoques trasero al camión .

El diseño de tolva minera con cola y laterales colapsables ( Se denominará Sistema colapsable al conj unto de cola y laterales ) , tiene las siguientes ventaj as :

SEGURIDAD Y PROTECCION DEL OPERADOR DEL CAMIÓN QUE COLIS IONA POR ALCANCE CON UN CAMIÓN CON TOLVA: Garanti za la deformación necesaria para absorber la energía del impacto , por alcance , con otro camión, minimi zando el colapso de la estructura que conforma la cabina del operador que , será golpeada por la cola de la tolva y en ningún caso permitirá que sus pilares frontales se fracturen . La cola y laterales colapsables , estarán acoplados y formarán parte integral del cuerpo del piso y laterales de la tolva . El sistema no poseerá componentes o elementos que , ante un evento de colisión, desprendan material que acarreen un riesgo al operador del camión o a terceros , garanti zando una deformación estable y controlada durante el evento de impacto por alcance , disminuyendo la fuerza máxima transmitida a la cabina del operador . FUNCIONALIDAD : La tolva con cola y laterales colapsables cumple con los requerimientos operacionales típicos de carga- descarga esperados para un camión minero de la misma capacidad de carga que tenga una tolva no colapsable . La estructura compuesta, debe satis facer las condiciones extremas de carga requeridas por la operación, según el diseño minero , de modo de no afectar el volumen esperado de carguío .

CONTINUIDAD OPERACIONAL : El diseño de tolva colapsable , asegura la continuidad operacional del camión, cuya tolva colapse , producto de una colisión en su parte posterior . El diseño considera que , parte de la carga depositada en la cola, se derramará en la parte posterior del camión, producto de la deformación plástica de la tolva que , reducirá su longitud total , detrás de los neumáticos traseros , no generando una interferencia a la normal rodadura ni afectando la capacidad de tracción, permitiendo al equipo seguir operando en forma normal para que , por sus propios medios , pueda dirigirse al taller de servicios a reali zar la reparación del segmento de tolva que haya colapsado .

MANTENIBILIDAD Y RE PARAB I L I DAD : El sistema está fabricado para resistir las condiciones operacionales de la tolva completa, por lo que , los requerimientos de mantenimiento preventivo , son los mismos que se requieren para el resto de la tolva . Asimismo , está fabricado modularmente , de tal forma que la cola y laterales puedan ser reemplazados con facilidad, sin necesidad de desmontar la tolva del camión, en caso de que con ocasión de una colisión colapsen, disminuyendo los tiempos de detención del camión .

UNIVERSALIDAD : La cola y laterales colapsables pueden ser fabricados para cualquier modelo de tolva, no importando el tamaño , forma, capacidad y materiales utili zados en su fabricación original . Por lo tanto , el producto aplica universalmente a todos los modelos de tolva existentes . Dependiendo de la capacidad de carga de la tolva y su di seño , la geometría de los elementos colapsables variarán, a obj eto de siempre cumplir con todos los requisitos anteriores .

Asimismo , el sistema colapsable , podrá ser instalado en cualquier momento en tolvas usadas en buenas condiciones o durante la reparación de las mismas . Los clientes podrán adquirir el sistema colapsable , e instalarlo en sus tolvas cuando lo determinen, sin restricción alguna .

Especí ficamente , la presente invención proporciona una tolva para vehículo de carga, que comprende : una porción de extensión no uni forme de cola, acoplada a la parte posterior de la cola de la tolva ; en donde la porción de cola colapsa por deformación plástica debido a su configuración estructural , tal que está fabricada parcial o totalmente por materiales compuestos .

En una modalidad, el material compuesto de la porción de cola se elige de un grupo que comprende : fibra de carbono , fibra de vidrio y gomas cerámicas , con aceros de baj a y alta resistencia .

En otra modalidad, la tolva además comprende una porción de extensión no uni forme de lateral , acoplada a la parte posterior de cada lateral de la tolva, en donde la porción de lateral colapsa por deformación plástica debido a su configuración estructural , tal que está fabricada parcial o totalmente por materiales compuestos .

Opcionalmente , el material compuesto de la porción de lateral se elige de un grupo que comprende : fibra de carbono , fibra de vidrio y gomas cerámicas , con aceros de baj a y alta resistencia . Cualquier experto en el arte notará que múltiples variaciones de la presente invención pueden realizarse, y que las realizaciones detalladas sólo son una e j emplif icación de lo anterior. Pueden variarse dimensiones y materiales. También serian posibles otras formas que resulten en el mismo concepto inventivo.