Optimización de suspensiones neumáticas de vehículos ferroviarios

Resumen

En esta tesis se presenta la teoría de las suspensiones neumáticas compuestas por un muelle de aire, un volumen auxiliar y un paso restringido entre ambos. En base a esta teoría se analizan las alternativas de optimización posibles. La rigidez y el amortiguamiento de las suspensiones se interpreta como la parte real y la parte imaginaria de una rigidez compleja. Graficando dicha rigidez en el plano complejo se obtiene una herramienta adicional para el análisis. Teniendo en cuenta las irregularidades de la vía, la respuesta del vehículo a dicha excitación y la diferente percepción del ser humano a las vibraciones según la frecuencia, se desarrolla una metodología de optimización de suspensiones pasivas. Se analiza el efecto de la variación de la resistencia al flujo del orificio de restricción entre el muelle de aire y el volumen auxiliar, así como el efecto de la distribución de volúmenes entre el muelle de aire y el volumen auxiliar. Con la optimización de las suspensiones pasivas se puede mejorar la comodidad hasta cierto límite. Más allá de este límite es necesario el uso de sistemas activos o semi- activos. Se propone el diseño conceptual de una suspensión semi- activa, enteramente neumática, que actúa mediante la variación de la resistencia al flujo del orificio entre el muelle de aire y el volumen auxiliar. Esta suspensión utiliza la estrategia del skyhook damper. Mediante ensayos en vía del tren de alta velocidad Talgo 350, en esta tesis se determina de manera experimental el coeficiente de resistencia al flujo del orificio entre el muelle de aire y el volumen auxiliar. Se ha encontrado que los valores experimentales no concuerdan con los calculados con el modelo previamente disponible. Se propone un nuevo modelo, que aunque es algo más complejo, proporciona resultados que se ajustan mejor a los datos. Se ha identificado un fenómeno dinámico que se presenta en los trenes de ruedas independient