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para la Defensa

DISEÑO DE BOGIES PARA VAGONES DE CARGA

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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

TIPOS DE BOGIES PARA VAGÓN DE CARGA

BOGIE DE TRES PIEZAS

• Estructura deformable • Fundamentalmente sin suspensión primaria • Construcción de acero

colado

BOGIES TIPO EUROPEO

• Estructura rígida • Suspensión primaria

independiente • Construcción chapa soldada

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL BOGIE DE TRES PIEZAS

• Permisivo con respecto a la calidad de la vía

• Bajo costo inicial

• Mantenimiento simple

• Admite amplio rango de estados de carga

• La falta de suspensión primaria produce fuertes cargas dinámicas. El bajo costo inicial puede resultar en alto costo operativo en relación con el mantenimiento de vía y aparatos de cambio.

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País Carga / eje Trocha Tipo de

Bogie Tipo de operación

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

CARGAS POR EJE EN CONTEXTO INTERNACIONAL

Carga/eje ≥ de 25 t se considera “Heavy Haul”

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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.

ESQUEMAS DE AMORTIGUACIÓN POR FRICCIÓN

En este diseño se adoptó el sistema “b”, de presión constante

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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)

Suspensión

Por resortes helicoidales

concéntricos

7 resortes externos Tipo D4

5 resortes internos tipo D4

Carga a block: 36.850 Kgf

(361.000 N)

kTot:470 Kgf/mm (407.700 N/m)

Elongación tara-carga: 41.5 mm

Material de resortes

Acero 9254X

Cumple norma

ASTM A-125-96

Producción nacional de

Acíndar

Amortiguación Por cuña de fricción

Tipo de presión constante

Fundición de acero Producción

FUNDARG

Estabilizadores laterales Contacto constante Diseño CITEDEF y producción

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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ENSAYOS TENSIONES

DEFORMACIONES

1.-MODELIZACIÓN POR ELEMENTOS FINITOS (NX)

2.-ENSAYOS EN PÓRTICOS UTILIZANDO “STRAIN GAGES” Y POSTERIOR AMPLIFICACIÓN , ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL Y REGISTRO

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

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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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