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

Abstract

[ES] El objetivo de este trabajo consiste en el estudio y diseño de una locomotora de maniobras, la cual se compondrá de 3 partes: capota corta, cabina y capota larga. En nuestro caso diseñaremos la capota corta, para la cual se pretende conseguir un diseño óptimo que además de cumplir con las condiciones de trabajo impuestas sea lo más ligera y económica posible. La idea es que la estructura deje el máximo volumen posible al interior y el máximo número de puertas y aberturas para equipos. La capota debe cumplir la norma EN 12663-1 y con el escenario tres de la norma de colisión EN 15227. Al simular el impacto entre la capota y el camión cisterna se alcanza un esfuerzo máximo de 465 MPa. A su vez, la deformación total equivalente de Von Mises es de un 2,3%. Mencionar que no se han considerado los topes del bastidor, por lo que el esfuerzo real producido sería menor al valor de cálculo. El límite de rotura del acero S355 se encuentra en 480 MPa por lo que no se producirá el colapso de la estructura. Para los casos de carga estáticos el caso más desfavorable es el correspondiente a (1+c) g en dirección del eje Z, el esfuerzo de Von Mises asociado es de 89 MPA, lo cual da una utilización del 28,8% y un factor de seguridad de 3,99. La deformación total máxima es del 0,0455%. Para el caso de carga a fatiga la combinación de los casos 3 y 6 es la que arroja un valor máximo de esfuerzo alternante, con un valor de 17,6 MPa. El límite de fatiga estimado mediante el programa CES EDUPACK para un “stress ratio” de 0,543 es de 44 MPa. El factor de seguridad obtenido es de 2,5. El esfuerzo máximo generado bajo el peso propio de la estructura es de 94,4 MPa con una deformación total máxima del 0,0472%. La utilización y el factor de seguridad tienen valores del 30,58% y 3,76 respectivamente. La capota soporta el peso de dos personas adultas ubicadas en el centro del techo, generando un desplazamiento vertical y una deformación total equivalente de 3,809mm y 0,0299% respectivamente, con una tensión máxima de 59,9 MPa. La utilización y el factor de seguridad obtenidos son del 19,4% y 5,926 Se ha omitido el cálculo a pandeo al ser las cargas verticales sobre los componentes estructurales de poca relevancia. Para el análisis modal, la frecuencia natural mínima obtenida es de 15.9066 Hz, siendo el valor mínimo permitido de 15Hz, por lo que no se producirá el colapso de la estructura. Para la unión de los elementos estructurales (perfiles, chapas) entre si se utilizará soldadura por arco eléctrico. A su vez, para unir la estructura al bastidor se emplearán uniones atornilladas entre los perfiles de apoyo a la L de anclaje.

[EN] The aim of this work consists of the study and design of a shunting locomotive, which will be composed of 3 parts: short hood, cabin and long hood. In our case, we will design the short hood, for which we will try to achieve an optimum design that, in addition to complying with the imposed working conditions, will be as light and economical as possible. The idea is that the structure leaves the maximum possible volume inside and the maximum number of doors and openings for equipment. The hood must comply with EN 12663-1 and with stage three of the EN 15227 crash standard. A maximum stress of 465 MPa is achieved by simulating the impact between the hood and the tanker. In turn, the equivalent total deformation of Von Mises is 2.3%. It should be mentioned that the chassis stops have not been considered, so the real effort produced would be less than the calculation value. The breakage limit of S355 steel is 480 MPa so the structure will not collapse. For static load cases the most unfavourable case is that corresponding to (1+c) g in the direction of the Z axis, the associated Von Mises stress is 89 MPA, which gives an utilization of 28.8% and a safety factor of 3.99. The maximum total deformation is 0.0455%. In the case of fatigue loading, the combination of cases 3 and 6 gives a maximum value of alternating effort, with a value of 17.6 MPa. The fatigue limit estimated by the CES EDUPACK program for a "stress ratio" of 0.543 is 44 MPa. The safety factor obtained is 2.5. The maximum stress generated under the own weight of the structure is 94.4 MPa with a maximum total deformation of 0.0472%. The use and the safety factor have values of 30.58% and 3.76 respectively. The hood supports the weight of two adults located in the centre of the roof, generating a vertical displacement and a total equivalent deformation of 3.809mm and 0.0299% respectively, with a maximum tension of 59.9 MPa. The use and safety factor obtained are 19.4% and 5.926 The buckling calculation has been omitted as the vertical loads on the structural components are of little relevance. For the modal analysis, the minimum natural frequency obtained is 15.9066 Hz, with the minimum allowed value being 15Hz, so the collapse of the structure will not occur. Electric arc welding will be used to join the structural elements (profiles, plates) to each other. At the same time, screwed joints between the support profiles and the anchoring L will be used to join the structure to the frame.