Volumen II - SAM

Congreso SAM/CONAMET 2009 Buenos Aires, 19 al 23 de Octubre de 2009
EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE DOS FORMULACIONES
DE CAUCHO NATURAL USADAS EN LA SUSPENSIÓN PRIMARIA DE UN TREN DE
PASAJEROS
RESUMEN
N.A. Deossa (1) , D.H. Giraldo (2) y L.F. Castañeda (1)
(1) Departamento de Ingeniería Mecánica - Escuela de Ingeniería
Universidad EAFIT
Carrera 49 N° 7 Sur - 50 Medellín, Colombia.
(2) Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales - Facultad de Ingeniería
Universidad de Antioquia
Calle 67 N° 53 - 108 Medellín, Colombia.
E-mail: ndeossa@eafit.edu.co
Los compuestos de caucho vulcanizado han sido ampliamente utilizados en componentes de sistemas de
amortiguación en diversos tipos de equipos. Este trabajo se realizó en el marco de un proyecto de
investigación entre COLCIENCIAS, la Universidad EAFIT y el Metro de Medellín Ltda., en el cual se evaluó
el comportamiento mecánico de un buje que consta de 2 conjuntos metálicos y 4 piezas de caucho
vulcanizado, ensamble que hace parte de la suspensión primaria de un tren de pasajeros. El conjunto está
ubicado en cada uno de los bogie (motor y portador) del tren y tiene como función principal amortiguar las
cargas entre las ruedas y la caja de pasajeros del vehículo. Las piezas en caucho vulcanizado se fabricaron
usando dos formulaciones de caucho natural, pero una de ellas fue reforzada con 26% en peso de cargas
minerales; los dos tipos de compuestos fueron evaluados mediante ensayos normalizados de tracción,
cizalladura, compresión y dureza, y el conjunto ya ensamblado fue sometido a ensayos de rigidez bajo carga
estática. Los resultados obtenidos fueron relacionados con la respuesta de los bujes a ensayos de fatiga en
un equipo acondicionado para tal efecto. Se evidenció que las cargas minerales influyeron en la dureza, las
propiedades mecánicas en tensión y cizalladura, pero no tuvieron un efecto medible en las propiedades a
compresión ni en la rigidez estática de los bujes. Ninguno de los dos tipos de caucho se fisuró durante las
pruebas de fatiga a los bujes, ya que los conjuntos fallaron por adherencia de los cauchos a los cuerpos
metálicos. Se plantea una hipótesis sobre el efecto de las cargas minerales en la falla por adherencia en este
tipo de elementos.
Palabras clave: caucho vulcanizado reforzado, comportamiento mecánico de cauchos, sistemas de
amortiguación.
1. INTRODUCCIÓN
La suspensión del material rodante ferroviario consta de dos subsistemas: la suspensión primaria, que hace la
conexión entre la rueda y el bogie, y la secundaria, que transmite las acciones entre el habitáculo, o caja, y el
bogie [1]. El proyecto de investigación en el cual se enmarca este trabajo tiene dentro de sus objetivos
rediseñar la suspensión primaria del Metro de Medellín, con el fin de disminuir la rigidez longitudinal de los
vehículos y de esta manera aumentar la vida útil del material rodante. En la Figura 1 se aprecia la
configuración de la suspensión primaria donde opera el buje que se analizó en este trabajo. Cada buje
conecta rígidamente en dirección longitudinal y transversal la caja de grasa al bastidor del bogie mediante la
hoja guía, mientras que en la dirección vertical la conexión es flexible debido a la acción de un resorte
helicoidal, un amortiguador vertical y una balona de caucho en la Figura 1 [2]. Esta configuración permite la
amortiguación de las cargas en las tres direcciones principales del sistema.
En este trabajo se hace una evaluación desde el punto de vista del desempeño mecánico a un buje blando,
elemento que hace parte de la suspensión primaria del sistema Metro estudiado. El buje analizado consiste en
un eje metálico central y una carcaza metálica exterior; entre estos dos conjuntos se disponen 4 piezas en
caucho vulcanizado (2 arandelas y 2 cuerpos) para proporcionar la amortiguación del sistema, como se
ilustra en la Figura 2.
En la actualidad las partes de caucho que forman el ensamble del buje blando se fabrican a nivel local,
usando caucho natural (NR) bajo el sistema de vulcanización de moldeo por compresión, sin utilización de
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