Diseño de una locomotora de maniobras de nueva generación. Solución 1: capota larga

Abstract

[ES] El proyecto forma parte de un trabajo conjunto realizado en colaboración con otros alumnos, que tiene como objetivo el diseño estructural de las capotas y la cabina de una locomotora de maniobras de nueva generación. En el presente trabajo se aborda el diseño de la capota larga. Este tipo de locomotoras, como cualquier vehículo ferroviario tiene que cumplir unas normas estructurales y de colisión, que en Europa son las EN 15227 para colisión y la EN 12663 para la estructura. Las capotas, además de realizar el cerramiento de los equipos y montar las diferentes puertas y aberturas que estos equipos necesitan para su funcionamiento y accesibilidad, tienen que cumplir los requisitos estructurales de las normas antes citadas. En concreto en la EN 15227 implica el choque con un camión cisterna (escenario 3, denominado obstáculo) que obliga a que estas capotas eviten el vuelo del camión y que llegue a afectar a la cabina. El proyecto consiste en el diseño estructural, definiendo los materiales, y la geometría que cumple con las especificaciones, atendiendo a los siguientes criterios: Desarrollo técnico Optimización del peso Viabilidad técnica y económica Innovación de la solución

[EN] This project is part of a joint work carried out in collaboration with other students, the objective is the structural design of the hoods and cabin of a new generation maneuver locomotive. In this work the design of the long hood is addressed. This type of locomotive, like any railway vehicle, must comply structural and collision standards, which in Europe are EN 15227 for collision and EN 12663 for structure. The hoods, in addition to closing the equipment and mounting the different doors and openings that this equipment needs for its operation and accessibility, have to comply the structural requirements of the aforementioned standards. Specifically, EN 15227 involves a collision with a tank truck (scenario 3, called an obstacle) that forces these hoods to avoid the truck's flight and affect the cabin. The project consists of the structural design, defining the materials, and the geometry that meets the specifications, meeting the following criteria: Technical development Weight optimization Technical and economic feasibility Solution innovation

[CA] L'objectiu d'este treball és dissenyar l'estructura d'una capota d'una locomotora de maniobres de nova generació. El disseny busca minimitzar el pes de l'estructura, maximitzar l'espai per a portes, ser econòmic i utilitzar components estructurals senzills. Aquest és el disseny de la capota llarga, la qual combinada amb el disseny de la cabina i la capota curta formen l'estructura que es munta sobre el bastidor. Aquest treball és part d'un projecte conjunt. Es va aplicar la normativa estructural EN 12663-1 per a casos de càrrega estàtics i de fatiga i la normativa EN15227 per a la col·lisió amb un obstacle. Es va fer una simulació dinàmica d'impacte en ANSYS APDL entre la capota i un camió cisterna, i es va desenrotllar el model 3D en AUTODESK INVENTOR amb els seus respectius plans. Al simular l'impacte, el camió cisterna va exercir una força màxima de 1474 KN sobre la capota provocant un esforç màxim de 392 MPA, per la qual cosa no hi haurà ruptura. Esta simulació no té en compte que hi ha límits en el bastidor, per tant el valor real d'esforç serà menor. En els casos de càrrega estàtics el factor de seguretat mínim és de 3.57 i la utilització és 0.322. En fatiga es produïx un esforç alternant de 33 MPA, el límit de fatiga és de 59 MPA, per la qual cosa es garantix vida infinita de l'estructura. Per a altres casos de càrrega com el pes propi i quan hi ha personal en el sostre el factor de seguretat és major a 4. Per als caragols el factor de seguretat més davall és de 1.48, este valor és acceptable ja que la simulació s'ha realitzat del costat de la seguretat. Per a les soldadures el factor de seguretat més davall és de 3.5. Estos càlculs es van basar en l'EAE Instrucció d'Acer Estructural 2011 d'Espanya. La mínima freqüència de vibració és de 15.2 HZ. Hi ha espai per a accessos al voltant de tota l'estructura i el pes és de 980 quilograms sense tindre en compte el pes dels tancaments i incloent el perfil L del bastidor.