Máquina dinámica portátil para ensayos in situ sobre superestructura ferroviaria

Abstract

El presente TFG tiene como objetivo el diseño de una máquina servohidráulica portátil, orientada al ensayo y evaluación de sistemas de sujeción ferroviarios en vías balastadas in situ. Esta máquina será capaz de aplicar cargas dinámicas, incluyendo diferentes ángulos de aplicación, sobre los sistemas de fijación de carril, con el fin de simular condiciones reales de servicio directamente sobre la superestructura ferroviaria. Una de las características clave del diseño es su portabilidad, que permitirá trasladar el equipo hasta la vía y realizar ensayos in situ, eliminando la necesidad de retirar componentes para su análisis en laboratorio. Además, el sistema de apoyo de la máquina estará especialmente diseñado para no comprometer la integridad estructural de las traviesas, ya que se busca una instalación rápida, reversible y no invasiva. El equipo permitirá la comparación entre los ensayos en laboratorio, realizados sobre muestras de carril finito (< 1m) y los ensayos en vía real sobre carril continuo. El laboratorio ofrece un entorno controlado, pero falta la representatividad de condiciones reales que, por el contrario, en los ensayos in situ si se puede capturar fielmente el comportamiento estructural del sistema en condiciones operativas reales. El conjunto contará con un actuador servohidráulico de ±20 kN de capacidad equipado con una célula de carga dinámica, LVDT de ±50 mm, soporte del actuador, grupo hidráulico y electrónica para el control y almacenamiento de datos generados en las pruebas. Para el dimensionamiento del soporte se empleará el software de Elementos Finitos ANSYS. La aplicación futura del equipo será la generación de datos que podrían alimentar algoritmos de análisis y predicción, con el objetivo de implementar estrategias de mantenimiento predictivo, anticipando fallos y optimizando los recursos de conservación.

The present Bachelor's Thesis aims to design a portable servohydraulic machine, intended for the in-situ testing and evaluation of railway fastening systems on ballasted tracks. This machine will be capable of applying dynamic loads, including variable load angles, directly onto the rail fastening systems in order to simulate real service conditions on the railway superstructure. A key feature of the design is its portability, allowing the equipment to be transported directly to the track and enabling on-site testing, thus eliminating the need to dismantle components for laboratory analysis. Additionally, the machine's support system will be specially designed to preserve the structural integrity of the sleepers, aiming for a quick, reversible, and noninvasive installation. The equipment will enable the comparison between laboratory tests, performed on finite rail samples (< 1 m), and in-situ tests on continuous rail sections. While the laboratory provides a controlled environment, it lacks the realism of actual operating conditions, which can be more accurately captured during on-site tests. The system will incorporate a ±20 kN servohydraulic actuator, equipped with a dynamic load cell, a ±50 mm LVDT, actuator support structure, hydraulic power unit, and electronics for control and data acquisition. The support structure will be dimensioned using the ANSYS Finite Element Analysis software. The future application of this equipment lies in data generation to feed analysis and predictive algorithms, with the goal of implementing predictive maintenance strategies, enabling fault anticipation and optimized resource management for track maintenance.