Análisis funcional
La carretilla satisface la necesidad de aumentar la capacidad del trasporte de objetos por una sola persona, empleando un diseño rudimentario. Puede definirse como un objeto técnico, un agente de trasporte que permite aumentar la carga, entre otros usos.[25] Al igual que sucede con otros objetos técnicos, la carretilla no sería la única respuesta a la necesidad planteada, y esta no tiene una función principal en sí misma, por lo que puede tener diferentes usos.[26].
La carretilla se compone de cinco elementos:[27].
Las carretillas pueden clasificarse de diferentes formas de acuerdo con la función que desempeñen. Las hay de varios tipos:.
La carretilla de una sola rueda frontal está diseñada para distribuir el peso de la carga entre la rueda y el trabajador, lo que permite llevar cargas más pesadas que si tuvieran que ser transportadas totalmente por la persona. Se utiliza comúnmente en la industria de la construcción y en jardinería.
La carretilla de dos ruedas, más estable a nivel del suelo, es ampliamente usada para cargar cajas u otras cosas que se puedan apilar, mientras que la casi universal de una rueda tiene mayor maniobrabilidad en espacios pequeños, sobre tablones de madera o cuando un suelo inclinado tiraría la carga. La de una rueda también permite mayor control de vaciado de carga.
La carretilla industrial, más sofisticada, cuenta con sistema de suspensión hidráulico, dos largueros, cada uno con una pequeña rueda y otro par de ruedas frontales giratorias. Esta última se utiliza para carga más pesada y en el comercio sirve para el transporte de electrodomésticos.
Algunos tipos de carretillas varía su posición según se ubique el porta carga respecto a los brazos del chasis:.
Según sea la forma del porta cargas las carretillas pueden ser de los siguientes tipos:.
Análisis mecánico
El diámetro de la rueda influye en la forma de comportarse de la carretilla, ya que este debe ser lo suficientemente grande para darle la firmeza y el agarre suficientes para adaptarse al terreno sin llegar a atascarse y al tiempo no rozar con la estructura.
El uso de la rueda, se traduce en una reducción de la resistencia al desplazamiento (fricción), pero en carretillas de un solo eje o rueda no se libera al empujador del esfuerzo ya que este debe aportar parte del peso de la carga. Un estudio mecánico estático "Estática (mecánica)") puede resultar interesante en el trasporte de mercancías con carretilla.
El equilibrio de la carretilla en un terreno llano lleva a considerar tres acciones mecánicas externas que pueden configurarse por las fuerzas:.
En el marco del equilibrio mecánico las leyes de Newton indican dos relaciones entre estas tres fuerzas para que se produzca el equilibrio:.
Como el peso y la acción del suelo son verticales, necesariamente para que sea posible la igualdad vectorial (1), la acción del empujador también lo es. Al nivel de la posición de la rueda, el equilibrio se obtiene cuando los hombros se encuentran en el mismo plano "Plano (geometría)") vertical que las muñecas "Muñeca (anatomía)") y los soportes de apoyo en el suelo (pie de apoyo). Entonces la ecuación traduce el hecho de que la rueda y el empujador comparten la carga:.
o la intensidad:.
Escribir los momentos en el punto C seleccionado conduce a la anulación de uno de los términos y da una relación directa entre el peso y la acción del empujador ya sea:.
Al desarrollar esta ecuación, obtenemos una relación que vincula las intensidades de estos esfuerzos con las dimensiones de la carretilla, ya sea a P - b F = 0 o incluso F = P a / b.
Esta relación describe lo que se llama el efecto de palanca en la rueda. Entonces, para aliviar al empujador, es decir, para reducir la intensidad de la fuerza requerida para levantar los mangos, hay dos enfoques:.
Ahora, si la carretilla se pone en movimiento, es necesario agregar a la acción del empujador un componente paralelo "Paralelismo (matemática)") al suelo, igual a la cantidad de aceleración ( mg ). El brazo luego se inclina en la dirección la marcha impuesta. Este empujees independiente de la geometría de la carretilla. El problema es el mismo que para poner en movimiento una carretilla de dos ruedas o un carro que generalmente tiene 4 ruedas. Sin embargo, mantener el movimiento "Movimiento (física)") requiere un esfuerzo que depende de la resistencia a la rodadura vinculada a la naturaleza del terreno. El suelo duro y liso facilita dicho movimiento mientras que el suelo blando o irregular lo dificulta.
Finalmente, cuando la carretilla está en una pendiente, la acción del suelo ya no es paralela al peso, por lo que necesariamente se ve afectada la acción del empujador.
En un ascenso (la rueda de la carretilla se sitúa aguas arriba), las tres líneas de acción mecánica se encuentran por encima del suelo. El empujador debe inclinarse hacia adelante para sostenerla. El caso mostrado, desfavorable si se mantiene la acción longitudinal de la carretilla, muestra que la intensidad de la acción del empujador sigue siendo razonable. Solo su dirección supone un problema. Se materializa mediante una línea recta que une las muñecas a los soportes. También es la dirección de los brazos estirados. La configuración es la misma para el descenso o el ascenso, ya que el esfuerzo del empujador (tracción) es de tipo motor (para avanzar) o resistente. Sin embargo, en comparación con un uso en una superficie llana, y desde el punto de vista del empujador, el esfuerzo de avance aumenta de forma considerable.
En un descenso (rueda aguas abajo) todo se invierte. El punto de competencia para las líneas de las fuerzas se sitúa por debajo de la línea de tierra"). Aquí de nuevo el estudio muestra que la intensidad de la acción del empujador es aproximadamente la misma. A esto se añade el problema del contenido de la carga, en especial si es un líquido. En un ascenso se puede corregir la posición levantando la carretilla, en un descenso no es posible aplicar la misma solución.
Una vista frontal de la carretilla cargada permite tener en cuenta el riesgo de vuelco. Debido a la rueda con posición central, el equilibrio de la carretilla es similar al de la palanca invertida, y el empujador se convierte en una especie de malabarista.
Cuando la carretilla está en posición recta con la carga equilibrada, el empujador levanta los mangos ejerciendo dos fuerzas idénticas y equivalentes a la mitad de las determinadas en el estudio anterior. El problema sucede cuando la carga ya no está equilibrada o la carretilla ya no está alineada en el eje vertical. Entonces, la acción del peso del conjunto ya no se encuentra en el mismo plano vertical que el punto de contacto del suelo con la rueda. Este desplazamiento induce un par de inversión al que el empujador debe oponerse inmediatamente ejerciendo en los mangos acciones que ahora son diferentes.
Un primer estudio cualitativo muestra que existe una necesidad de fricción al nivel del contacto suelo / rueda, cuya dirección puede inclinarse. De hecho, en la misma situación en el hielo, que ofrece un coeficiente de fricción casi cero, la carretilla gira de improviso. Sin embargo, esta fricción necesaria no tiene influencia en el progreso de la carretilla. En esta dirección, el fenómeno de rodadura no induce resistencia —en cualquier caso, muy baja en comparación con la atribuida a la fricción—, y la fricción lateral tiene el efecto de un riel que guía la rueda.
Ahora, el estudio cuantitativo de los esfuerzos involucrados en controlar la carretilla en la fase de vuelco puede conducir, en una primera aproximación, a diferentes conclusiones. Suponiendo que en la acción de enderezar la carretilla solo se opera en un solo mango —caso bastante habitual—, escribir el equilibrio de los momentos de fuerza da la relación entre el peso y la fuerza ejercida por el empujador.
Al escribir en el punto de contacto tierra / rueda los momentos de las acciones mecánicas:.
Para limitar este esfuerzo, podemos:.
El tamaño de la rueda debe ser lo suficientemente grande como para adaptarse a las condiciones del terreno, al tiempo que debe tener una altura aceptable para el umbral de carga. El chasis debe permitir posicionar el cuerpo lo más cerca posible de la rueda y lo más bajo posible con vistas a mantener la estabilidad de la carretilla al rodar. Por otro lado, la descarga final de los contenidos será facilitada por una posición más alta de la caja. Los mangos deben estar levantados sin que los codos del empujador alcancen a la altura de los hombros, y deben ser lo suficientemente anchas como para dotar de la mayor eficiencia a la carretilla y mantener así el equilibrio.