Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa
DISEÑO DE BOGIES PARA VAGONES DE CARGA
E. Alvarez1,2, J. Baeza2, L.Barutta2, I. De Paz2, G. González1, G. Lampón2, C. Rosito1, L. Stefani2, A. Venditti2 1.-CITEDEF 2.-Facultad de Ingeniería, Universidad de Buenos Aires.
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CONTEXTO REQUERIMIENTO F M (Fabricaciones Militares) CITEDEF y FM dependen de la Secretaría de Ciencia, Tecnología y Producción para la Defensa, Ministerio de Defensa.
UTILIZACIÓN Vagones de Carga a producir por FM: 1050 unidades para Trenes Argentinos: Vagón Tolva Granero Vagón Espina Portacontenedores Vagón Plataforma
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CARACTERISTICAS BASICAS REQUERIDAS POR FM CARGA POR EJE: 25 t (100t de peso de vagón en rieles) VELOCIDAD MAXIMA: 80 Km/h +20% de margen: 96Km/h TIPO CONSTRUCTIVO: BOGIE DE TRES PIEZAS (también conocido como TIPO DIAMANTE) TROCHA: ANCHA ARGENTINA, 1676 mm CONSTRUCCIÓN: CHAPA SOLDADA NORMAS A APLICAR: NORMAS NEFA-FAT Ferrocarriles Argentinos, Año 1989 y anteriores NORMAS AAR (Association of American Railroads), cuando las normas NEFA-FAT estén excedidas o estén obsoletas
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TIPOS DE BOGIES PARA VAGÓN DE CARGA BOGIE DE TRES PIEZAS BOGIES TIPO EUROPEO
• Estructura deformable • Estructura rígida • Fundamentalmente sin • Suspensión primaria suspensión primaria independiente • Construcción de acero • Construcción chapa soldada colado
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL BOGIE DE TRES PIEZAS
• Permisivo con respecto a • La falta de suspensión la calidad de la vía primaria produce fuertes • Bajo costo inicial cargas dinámicas. El bajo • Mantenimiento simple costo inicial puede resultar en alto costo • Admite amplio rango de operativo en relación con estados de carga el mantenimiento de vía y aparatos de cambio.
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CARGAS POR EJE EN CONTEXTO INTERNACIONAL
Tipo de País Carga / eje Trocha Tipo de operación Bogie USA 32/34 t 1435 mm Tres piezas General
Brasil 32 t 1600 mm Tres piezas Mineral de hierro
Suecia-Noruega 32.5 t 1435 mm Tres Piezas Mineral de hierro
Australia 38/40 t 1435 mm Tres piezas Mineral de hierro
China 36/38 t 1435 mm Tres piezas Mineral de carbón
India 22.5 t 1676 mm Tres piezas General
Argentina (Actual) 20 t ? 1676 mm Tres piezas General
Argentina (este diseño) 25 t 1676 mm Tres piezas General
Europa 22.5 t 1435 mm Y-25 General
Carga/eje ≥ de 25 t se considera “Heavy Haul”
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ESQUEMAS DE AMORTIGUACIÓN POR FRICCIÓN
Figura 2: Esquemas de suspensión de bogie de tres piezas. a) Amortiguador a presión progresiva. (Estándares AAR S-341 y S-342) A: cuña de fricción. B: Mesa o “bolster”. C: Placa de fricción. D: Resorte de cuña. Aplica una fuerza que se descompone en una fuerza que ayuda a sustentar el bolster y otra horizontal que presiona la cuña contra la placa de fricción y provee el amortiguamiento. La fuerza de fricción depende del estado de carga, dado que depende de la posición del bolster. E: Resorte principal de suspensión. Hacia adelante y hacia atrás de la cuña el bolster presenta un ensanchamiento y es sostenido por más resortes similares, no mostrados para mayor claridad del dibujo. b) Amortiguador de presión constante (estándar AAR S-340). A: cuña. B: mesa o “bolster”. C: placa de fricción. D: resortes principales. E: resorte alojado en la cuña. Se apoya en una placa del “bolster” y no contribuye a la sustentación. F: superficies inclinadas solidarias a la cuña por delante y por detrás del resorte E presionan la placa de fricción. Al ser la presión constante también lo es la fuerza de fricción, por lo que el amortiguamiento es independiente de la carga.
En este diseño se adoptó el sistema “b”, de presión constante Iinstituto de Investigaciones Científicas y 7 Técnicas Para la Defensa Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Tipo de Construcción Chapa soldada
Material F26, diversos espesores Producción SIDERAR
Carga por eje 25 t
Velocidad máxima 96 Km/h
Diámetro de ruedas 838 mm (33”)
Tipo de ruedas AAR CP-33 Importada
Perfil de rodadura NEFA 706
Ejes NEFA 915, Item E Importados
Rodamientos 6”X11”(152.4x279.4”) Importados
Distancia entre ejes 2032 mm
Dimensión transversal máxima 2695 mm
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES (Continuación) Por resortes helicoidales concéntricos Material de resortes 7 resortes externos Tipo D4 Acero 9254X 5 resortes internos tipo D4 Cumple norma Suspensión Carga a block: 36.850 Kgf ASTM A-125-96 (361.000 N) Producción nacional de
kTot:470 Kgf/mm (407.700 N/m) Acíndar Elongación tara-carga: 41.5 mm Por cuña de fricción Fundición de acero Producción Amortiguación Tipo de presión constante FUNDARG Diseño CITEDEF y producción Estabilizadores laterales Contacto constante Nacional
Grados de libertad del conjunto 3x6(tres piezas)+2x6(cuñas)=30
Debe aclararse que existen inconsistencias y vacíos en la aplicación de normas Las normas FAT argentinas son precisas y claras pero son de 1989 y anteriores Las normas Americanas AAR son para otra trocha (1435mm en lugar de 1675 mm) y además en ciertos aspectos son poco claras, con gran cantidad de enmiendas y modificaciones y referencias a otras normas como las ASTM. Las normas europeas son claras y precisas, pero lamentablemente no son aplicables a este tipo de bogie
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PLANO DEL DISEÑO REALIZADO, FASE CERO
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RENDER MODELO FASE CERO
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MODELO FASE CERO CONSTRUIDO EN FM RÍO TERCERO
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TENSIONES ENSAYOS
DEFORMACIONES
LAS NORMAS NEFA DEBEN SER EXTRAPOLADAS RIGEN PARA UN PESO EN RIELES DE 90 t, EN TANTO QUE EL PRESENTE DISEÑO ES DE 100 t
1.-MODELIZACIÓN POR ELEMENTOS FINITOS (NX)
2.-ENSAYOS EN PÓRTICOS UTILIZANDO “STRAIN GAGES” Y POSTERIOR AMPLIFICACIÓN , ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL Y REGISTRO
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ENSAYOS POR ELEMENTOS FINITOS DE ESTADOS DE TENSIÓN
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ENSAYOS POR ELEMENTOS FINITOS DE ESTADOS DE DEFORMACIÓN
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ENSAYOS POR ELEMENTOS FINITOS DE ESTADOS DE TENSIÓN
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PROTOTIPO MEJORADO MOSTRANDO TIMONERÍA DE FRENO Y ESTABILIZADORES LATERALES DE CONTACTO CONSTANTE
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¡MUCHAS GRACIAS!
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