Cálculo y diseño de un mecanismo flexible de fuerza constante como actuador en una máquina de ensayos de desgaste entre pantógrafo y catenaria
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Resumen
Se presenta el diseño de un mecanismo flexible que genera una fuerza de contacto constante entre
pantógrafo y catenaria que se integrará en una máquina de ensayos para estudiar el desgaste del
pantógrafo, minimizando las fluctuaciones de fuerza causadas por perturbaciones y eliminando la
necesidad de sistemas de control de fuerza complejos.
Se ha realizado un estudio previo sobre los distintos métodos de síntesis de mecanismos flexibles de
fuerza constante y se han comparado diseños existentes a fin de concretar un punto de partida.
Para el diseño se ha empleado el método de combinación de rigideces, asociando en paralelo un
elemento de rigidez negativa y otro de rigidez positiva, ambas con el mismo valor absoluto para
que la rigidez equivalente del sistema sea nula. El elemento de rigidez negativa se ha resuelto
utilizando flejes biestables de acero aprovechando el cambio de rigidez al producirse el pandeo,
mientras que para el elemento de rigidez positiva se ha usado un mecanismo flexible en forma de
diamante, también hecho con flejes de acero asociados en serie.
La síntesis y el dimensionamiento de los componentes se han realizado a través de simulaciones de
elementos finitos en ANSYS, obteniéndose primero las dimensiones del elemento de rigidez negativa,
a partir de las que se han afinado las dimensiones del elemento de rigidez positiva para alcanzar la
fuerza constante. Con ello, se obtiene un diseño que únicamente permite grandes desplazamientos
en su dirección vertical, absorbiendo las cargas que se apliquen en otras direcciones.
Este desarrollo abre nuevas posibilidades para la aplicación de mecanismos flexibles de fuerza
constante en la industria ferroviaria y otros sistemas que requieren un control de fuerzas.
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