Diseño de una bancada de actuadores para la realización de ensayos mecánicos

Abstract

RESUMEN: La elevada demanda de ensayos de caracterización mecánica sobre elementos de la superestructura ferroviaria, como por ejemplo de traviesas, hace que hoy en día se requiera de bancos de ensayos específicos para la realización de dicha tarea. El presente proyecto se centra en el diseño y el dimensionamiento de una estructura para realizar dichos ensayos. El proyecto comenzó con la adquisición de una bancada de mecanizado por lo tanto a partir de esta bancada se diseñó la estructura. La bancada tiene unas dimensiones de (1.2m x 4.7m x 0.17 m) de un peso de unos 4600 kg. Debido a sus amplias dimensiones existía una amplia gama de opciones para el diseño. Se opto por una situar en dicho banco de ensayos dos actuadores hidráulicos uno de ellos de 100 KN y otro de 1000 KN colocados en cada extremo de la bancada para una mayor optimización de espacio. Una vez determinado el número de actuadores y las cargas que iban aplicar había que determinar cómo situar dichos actuadores para un pleno funcionamiento reduciendo las posibilidades de fallo. Para ello se planteó inicialmente la generación de dos pórticos uno de ellos soportaría el actuador de 100 KN mientras que para el actuador de 1000KN requiere una estructura de gran resistencia y se diseñó dos pórticos que soportarían dicha carga. Este proyecto se centra en el estudio estructural del banco de ensayos teniendo como objetivo definir la geometría optima de la estructura y el dimensionamiento de uniones tanto atornilladas como soldadas. Dicho dimensionamiento ha de dar lugar a un estado tanto a nivel tensional como de deformaciones compatibles con el material y el tipo de ensayo que se pretende realizar en dicho banco de ensayos. Además, debido a que su finalidad es realizar ensayos tanto estáticos como dinámicos, es imperativo tener en cuenta el efecto a fatiga sobre la estructura. Para realizar dichos ensayos se ha utilizado el programa AUTODESK ROBOT STRUCTURAL y para la determinación de la geometría y de los planos estructurales se ha empleado AUTODESK INVENTOR.

ABSTRACT: The high demand for mechanical characterisation tests on railway superstructure elements, such as sleepers, means that nowadays specific test benches are required to carry out this task. This project focuses on the design and dimensioning of a structure to carry out such tests. The project began with the acquisition of a machining bench, so the structure was designed on the basis of this bench. The bench has dimensions of (1.2m x 4.7m x 0.17 m) and weighs about 4600 kg. Due to its large dimensions there was a wide range of options for the design. Two actuators, one 100 KN and one 1000 KN, were placed at each end of the test bench to optimise space. Once the number of actuators and the loads to be applied had been determined, it was necessary to determine how to position these actuators to ensure full operation and reduce the possibility of failure. To do this, it was initially proposed to generate two gantries, one of which would support the 100 KN actuator, while the 1000 KN actuator required a high-strength structure, and two gantries were designed to support this load. This project focuses on the structural study of the test bench with the aim of defining the optimum geometry of the structure and the sizing of both bolted and welded joints. This sizing must give rise to a state both in terms of stresses and deformations compatible with the material and the type of test to be carried out on the test bench. Furthermore, since the purpose of the test rig is to carry out both static and dynamic tests, it is imperative to take into account the fatigue effect on the structure. The AUTODESK ROBOT STRUCTURAL program was used to carry out these tests and AUTODESK INVENTOR was used to determine the geometry and structural plans.