Desarrollo de técnicas avanzadas para la medición de esfuerzos rueda(carril en trenes de alta velocidad

Resumen

TITULO: DESARROLLO DE TÉCNICAS AVANZADAS PARA LA MEDICIÓN DE ESFUERZOS RUEDA/CARRIL EN TRENES DE ALTA VELOCIDAD RESUMEN: Esta tesis doctoral se centra en el estudio y desarrollo de nuevas estrategias para la medida de los esfuerzos asociados al contacto rueda/carril, comúnmente denominados como ejes dinamométricos, aportando una solución precisa y aplicable a cualquier tipo de vehículo, incluyendo los de alta velocidad. Para el desarrollo del nuevo método se han analizado teórica y experimental mente, las deformaciones unitarias que se producen en la superficie de ambas caras del velo de la rueda bajo la acción de las diferentes cargas asociadas al contacto rueda/carril, se ha constatado que mediante la utilización de armónicos fundamentales de la deformación unitaria en distintos puntos de medida de la rueda, es posible la obtención del valor de las cargas de contacto, independientemente de la posición del punto de contacto y del ángulo girado por la rueda, siendo esta la base del nuevo método de medida, eliminando así muchos de los problemas y limitaciones existentes en las soluciones utilizadas en la actualidad. Una ventaja adicional de esta nueva solución es que aparte de eliminar la influencia de la variación de la posición del punto de contacto, permite también la estimación su localización. En este nuevo método de medida, para el posicionamiento de los distintos sensores empleados y la combinación de los mismos, se plantea un procedimiento matemático que ofrece la mejor de las soluciones posibles, pudiéndose ajustar este procedimiento en función del ancho de banda de medida requerido, y del interés en cada una de las cargas de contacto, optimizándose de esta forma el comportamiento del conjunto del sistema de medida. También se han analizado de forma sistemática las diferentes fuentes de error asociadas a la medida de los esfuerzos de contacto. Se ha verificado de esta forma, que las inercias asociadas al conjunto del eje introducen errores dinámicos muy importantes para cualquiera de las estrategias existentes, incluida la planteada en este trabajo. Para reducir estos errores dinámicos, se expone un procedimiento adicional que soluciona este problema. Para verificar experimentalmente todas las conclusiones obtenidas, tanto del estudio teórico de la deformación de la rueda, como el propio funcionamiento de la nueva estrategia de medida planteada en este trabajo, se ha diseñado y fabricado un banco de rodadura a escala reducida. Este banco es capaz de reproducir las condiciones de contacto a las que se ve sometido un eje de alta velocidad, de tal forma que es posible verificar el nuevo método de medida en condiciones cercanas a las reales. Por otra parte, en esta tesis también se ha trabajado en el desarrollo de equipos de instrumentación específicos para su utilización en los' ejes dinamométricos. En este campo, se han diseñado, fabricado y comprobado experimentalmente diversos módulos, que servirán en el futuro, como base para el desarrollo de una solución integral de equipos de instrumentación para su utilización especifica en ejes dinamométricos de medida. This Ph.D. thesis is focused on the study and development of new strategies for the measurement of the forces associated to the wheel/rail contact, commonly denominated like dynamometric wheelsets, developing a precise new solution that is applicable to any type of railway, including high speed ones. For the development of the new method, it has been analyzed theoretical and experimentally, the strains that take place in the surface of both faces of the wheel under the action of the different wheel/rail forces. it has been verified that using fundamental harmonics of the strain signals of different point of measurement in the wheel, it is possible to obtain de value of the wheel/rail forces, being this measurement independent from the wheel/rail contact position and the rotation of the wheel. The new measurement method is based on this principle, solving at the same time most of the problems and difficulties of actual common measurement techniques. An additional advantage of this new solution is that besides to eliminate the influence of the contact point position, it all so allows estimating its location. in this new method of measurement, for the positioning of the different used sensors and the combination of them, a mathematical procedure has been developed, which offers the best of the possible solutions. At the same time, it is possible to fit this procedure in order to adjust the measurement bandwidth and the different interest in each of the contact forces, optimizing the behaviour of the whole measurement system. Also the different error sources related to the wheel/rail contact forces measurement have been systematically analyzed. in this field has been verified, that inertial forces associated to the wheelset introduce very important dynamic errors for any of the existing strategies, including the developed one in this work. in order to reduce or eliminate these dynamic errors, an additional technique is exposed that solves this problem. in order to verify all the obtained conclusions experimentally, including the theoretical study of the strains of the wheel and the new measurement method, it has been designed and made a scaled roller-rig testbench. This testbench is able to reproduce the conditions supported by a wheelset of a high speed railway, so it is possible to verify the new method of measurement in conditions near trie real ones. Also, in this thesis has been worked in the development of specific instrumentation equipment for its use in dynamometric wheelsets. Some of this equipment module needed have been designed and experimentally verified. These modules will serve in the future as the base for the development of a whole integral equipment solution for being specifically use in dynamometric wheelset