EJE MONTADO

Este consiste en dos ruedas unidas fijamente por un eje común, lo que implica que ambas ruedas tengan la misma velocidad angular y mantengan una distancia constante entre ellas. Las ruedas del eje montado comienzan su vida con unas bandas de rodadura puramente cónicas, típicamente 1/20 ó 1/40. Estas bandas de rodadura se desgastan rápidamente en servicio, de forma que pasan a tener una curvatura en dirección transversal.

Figura 5.5.- Componentes principales del eje montado.

El eje montado proporciona:

• La distancia necesaria entre el vehículo y la vía.

• El movimiento de lazo que determina el movimiento dentro de la vía, incluyendo las curvas y agujas.

• Los medios de transmisión de las fuerzas de tracción y de frenado a los raíles para acelerar y decelerar el vehículo.

El diseño del eje montado depende de:

• El tipo del vehículo (si ejerce tracción o arrastre).

• El tipo de sistema de frenado utilizado (freno del zapata, disco del freno en el eje, o disco del freno en rueda).

• La construcción del centro de la rueda y la posición de cojinetes respecto al eje (interior o exterior).

• El deseo de limitar fuerzas de una frecuencia más alta usando elementos elásticos entre el centro de la rueda y la llanta.

En curvas, el rail exterior tendrá un radio más grande que el rail interior. Esto significa que una rueda cilíndrica tiene que recorrer más distancia en el rail exterior que en el rail interior. Como las ruedas que se mueven en los raíles interiores y exteriores deben tener el mismo número de revoluciones por unidad de tiempo, esto no puede producirse por rodamiento puro. Para que las distancias recorridas por las dos ruedas sean iguales, una o las dos “deslizarán” aumentando así la resistencia a rodadura, y causando desgaste entre rueda y rail. La solución es fabricar la superficie de rodadura de las ruedas con un perfil cónico cuyo ángulo γ de inclinación sea variable con respecto al eje montado.

Figura 5.6.Elementos principales de un perfil de la rueda.

La posición del punto de contacto cuando el eje montado está en una posición central respecto a los raíles determina la llamada “cinta circular”, donde se mide el diámetro de la rueda. En el lado interno de la rueda, el perfil cónico tiene una pestaña que impide el descarrilamiento y guía al vehículo una vez que las fuerzas de fluencia disponibles se han agotado.

Un eje montado libre con perfiles cónicos se moverá lateralmente en una curva de tal forma que la rueda externa esté rodando en un radio más grande (debido al ángulo del cono) que el interno. Puede verse que para cada radio de la curva solamente existe un valor de la conicidad que elimina el deslizamiento. Como diferentes vías ferroviarias tienen diferentes poblaciones de radios de curvatura, la forma del perfil de rueda que provee el deslizamiento mínimo depende de las características de la vía. Las administraciones ferroviarias especifican normalmente los perfiles permisibles de la rueda para su infraestructura y el grado de desgaste permitido antes de que sea requerido un reperfilado.

Mientras que la rueda se desgasta, la forma del perfil se puede alterar perceptiblemente dependiendo de un gran número de factores. Éstos pueden incluir el perfil de curvatura de la ruta, el diseño de la suspensión, el grado de las fuerzas de tracción y frenado aplicadas, la

forma del perfil medio del rail encontrada y el régimen de lubricación. El desgaste de la banda de rodadura incrementará la altura del reborde, y eventualmente ocasionará que golpee las bridas de la vía. Si el desgaste de zona de contacto hace que el perfil llegue a ser excesivamente cóncavo tensiones dañinas pueden surgir en el lado externo de la rueda y el rail, y es conocido como falso daño de reborde. El desgaste del reborde puede conducir al aumento del ángulo del reborde y a la reducción de su grosor.

Figura 5.7. Situaciones posibles de contacto entre la rueda y el rail: (a) contacto en un punto; (b) contacto en dos puntos; (c) contacto conforme.

En condiciones extremas, esto podría aumentar el riesgo de descarrilamientos por separación de aguja. Los perfiles de la rueda son restaurados generalmente a su forma de diseño mediante torneados periódicos. Esto se puede realizar normalmente sin la necesidad de quitar el eje montado del vehículo.

Está claro que las condiciones del contacto variarán considerablemente en función de la forma de la rueda y del perfil de la vía. Estas pueden ser de contacto en un punto, en dos puntos, o de contacto conforme según las indicaciones de la figura 5.7, el contacto en un punto (a) se produce entre los perfiles cónicos o de banda de rodadura de la rueda y el perfil redondeado del raíl. Las ruedas se desgastan rápidamente a la forma local del rail. Con el contacto en dos puntos (b) la rueda toca además el rail con su reborde. En este caso, el contacto de rodadura tiene dos diferentes radios que producen deslizamiento intensivo y desgaste rápido del reborde. El contacto conforme (c) aparece cuando el perfil de la rueda y el lado del ancho de vía de la cabeza del rail se desgastan hasta el punto de que sus radios en los alrededores de la zona de contacto se vuelven muy similares.

Figura 5.8. Mediciones del estado de los perfiles de rueda con calibres de precisión.