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. Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa 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 Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

CARACTERISTICAS BASICAS REQUERIDAS POR FM Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa 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 Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

TIPOS DE BOGIES PARA VAGÓN DE CARGA Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa TIPOS DE BOGIES PARA VAGÓN DE CARGA BOGIE DE TRES PIEZAS BOGIES TIPO EUROPEO Estructura deformable Fundamentalmente sin suspensión primaria Construcción de acero colado Estructura rígida Suspensión primaria independiente Construcción chapa soldada Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL BOGIE DE TRES PIEZAS Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa 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. Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

Carga/eje ≥ de 25 t se considera “Heavy Haul” Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa CARGAS POR EJE EN CONTEXTO INTERNACIONAL País Carga / eje Trocha Tipo de Bogie Tipo de operación USA 32/34 t 1435 mm Tres piezas General Brasil 32 t 1600 mm Mineral de hierro Suecia-Noruega 32.5 t Tres Piezas Australia 38/40 t China 36/38 t Mineral de carbón India 22.5 t 1676 mm Argentina (Actual) 20 t ? Argentina (este diseño) 25 t Europa Y-25 Carga/eje ≥ de 25 t se considera “Heavy Haul” Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa 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 Técnicas Para la Defensa

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES 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”) Distancia entre ejes 2032 mm Dimensión transversal máxima 2695 mm Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES (Continuación) Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa 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 Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

PLANO DEL DISEÑO REALIZADO, FASE CERO Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa PLANO DEL DISEÑO REALIZADO, FASE CERO Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

RENDER MODELO FASE CERO Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa RENDER MODELO FASE CERO Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

MODELO FASE CERO CONSTRUIDO EN FM RÍO TERCERO Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa MODELO FASE CERO CONSTRUIDO EN FM RÍO TERCERO Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

ENSAYOS TENSIONES DEFORMACIONES LAS NORMAS NEFA DEBEN SER EXTRAPOLADAS Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa 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 Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

ENSAYOS POR ELEMENTOS FINITOS DE ESTADOS DE TENSIÓN Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa ENSAYOS POR ELEMENTOS FINITOS DE ESTADOS DE TENSIÓN Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

ENSAYOS POR ELEMENTOS FINITOS DE ESTADOS DE DEFORMACIÓN Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa ENSAYOS POR ELEMENTOS FINITOS DE ESTADOS DE DEFORMACIÓN Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

ENSAYOS POR ELEMENTOS FINITOS DE ESTADOS DE TENSIÓN Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa ENSAYOS POR ELEMENTOS FINITOS DE ESTADOS DE TENSIÓN Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

PROTOTIPO MEJORADO MOSTRANDO TIMONERÍA DE FRENO Y Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa PROTOTIPO MEJORADO MOSTRANDO TIMONERÍA DE FRENO Y ESTABILIZADORES LATERALES DE CONTACTO CONSTANTE Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa

Instituto de investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa ¡MUCHAS GRACIAS! Iinstituto de Investigaciones Científicas y Técnicas Para la Defensa