Diseño y estudio del soporte de los asientos de un coche de pasajeros y de sus uniones atornilladas para cumplir con la normativa ferroviaria

Abstract

[ES] El objetivo principal de la tarea era diseñar el soporte de los asientos de los coches de pasajeros y de sus uniones atornilladas para cumplir con la normativa ferroviaria. Se consideró el diseño óptimo aquel con el menor número de uniones atornilladas.

En primer lugar, se presentaron los antecedentes de la tarea: el proyecto, los conocimientos ferroviarios básicos, las instituciones involucradas en el proyecto, la normativa técnica aplicable y el software disponible para llevar a cabo la tarea. En segundo lugar, se detallaron los requisitos estructurales estáticos, modales y a fatiga y las particularidades de los elementos de interiorismo que debía cumplir el soporte, según la normativa. Para ello, se definieron una serie de casos de carga estáticos, a fatiga y un estudio modal que tenía que cumplir el soporte diseñado, además de un ensayo quasi-estático.

Para el diseño del soporte, se partió de uno ya construido y probado de un proyecto anterior. El soporte consistía, a grandes rasgos, en una estructura en voladizo atornillada a dos carriles de la pared, uno superior y otro inferior, sobre el que se montaban los asientos. Después de estudiarlo en profundidad, se modificó para cubrir los requisitos geométricos del proyecto actual. Para comprobar que el soporte cumplía con la normativa, se modeló en elementos finitos para aplicarle los casos de carga definidos. Los resultados fueron favorables en los casos de carga estáticos, a fatiga y el estudio modal. El análisis de elementos finitos se consideró insuficiente para corroborar la resistencia del soporte al impacto definido por la normativa de interiorismo, que se plasmó en el ensayo quasi-estático diseñado. La incógnita se centraba en el número de uniones atornilladas necesarias para evitar el deslizamiento del soporte ante dicho impacto.

Ante la duda, se ensayó un soporte diseñado a propósito del ensayo quasi-estático, con el objetivo de averiguar cuántas uniones atornilladas serían necesarias. El estudio profundo del soporte de partida también sugirió la posibilidad de cambiar los materiales de la unión de la estructura en voladizo en contacto con los carriles, de modo que la fricción entre ambos aumentara y poder reducir el número de uniones atornilladas de ese modo.

Antes de ensayarlo, además, se calculó el propio ensayo quasi-estático en elementos finitos. Así se compararía el estudio analítico-computacional con el ensayo real. El ensayo lo ejecutaron los profesionales de AIDIMME, siguiendo las directrices indicadas e incluidas en esta memoria. El resultado fue la posibilidad de reducir de 8 a 4 el número de tornillos en la parte superior y de 6 a 4 el número de tornillos en la parte inferior. Los objetivos se cumplieron.

[EN] The main objective of the task was to design the support of the seats of passenger cars and their bolted joints to comply with railway regulations. The optimal design was considered to be the one with the lowest number of bolted joints.

First, the background of the task was presented: the project, the basic railway knowledge, the institutions involved in the project, the applicable technical regulations and the software available to carry out the task. Secondly, the static, modal and fatigue structural requirements and the particularities of the interior design elements that the support had to meet, according to the regulations, were detailed. To do this, a series of static load cases, fatigue and a modal study that had to comply with the designed support were defined, in addition to a quasi-static test.

For the design of the support, it was based on one already built and tested from a previous project. The support consisted, roughly, of a cantilevered structure bolted to two lanes of the wall, one upper and one lower, on which the seats were mounted. After studying it in depth, it was modified to cover the geometric requirements of the current project. To verify that the support complied with the regulations, it was modeled in finite elements to apply the defined load cases. The results were favorable in the cases of static load, fatigue and modal study. The finite element analysis was considered insufficient to corroborate the resistance of the impact support defined by the interior design regulations, which was reflected in the quasi-static test designed. The unknown focused on the number of bolted joints necessary to prevent the slippage of the support in the face of such an impact.

To solve this problem, a support designed for the \textit{quasi}-static test was tested, with the aim of finding out how many screwed joints would be necessary. The in-depth study of the starting support also suggested the possibility of changing the materials of the cantilevered structure in contact with the rails, so that the friction between the two would increase and be able to reduce the number of joints screwed in this way.

Before testing it, in addition, the quasi-static test itself was calculated in finite elements. This would compare the analytical-computational study with the actual test. The trial was carried out by AIDIMME professionals, following the guidelines indicated and included in this report. The result was the possibility of reducing the number of screws at the top from 8 to 4 and the number of screws at the bottom from 6 to 4. The objectives were met.

[CA] L’objectiu principal de la tasca era dissenyar el suport dels seients dels cotxes de passatgers i de les seues unions caragolades per a complir amb la normativa ferroviària. Es va considerar el disseny òptim aquell amb el menor nombre d’unions caragolades. En primer lloc, es van presentar els antecedents de la tasca: el projecte, els coneixements ferroviaris bàsics, les institucions involucrades en el projecte, la normativa tècnica aplicable i el software disponible per a dur a terme la tasca. En segon lloc, es van detallar els requisits estructurals estàtics, modals i a fatiga i les particularitats dels elements d’interiorisme que havia de complir el suport, segons la normativa. Per a això, es van definir una sèrie de casos de càrrega estàtics, a fatiga i un estudi modal que havia de complir el suport dissenyat, a més d’un assaig quasi-estàtic.