Particularidades de los Roller Rigs

Al trabajar en estático, un roller rig debe ser capaz de modificar la posición de sus elementos para simular las condiciones de circulación en vías reales. (Figura 2.12.).

Figura 2.12. Comparativa carriles y rodillos. [7]

Las diferencias entre la estabilidad de un vehículo sobre un roller rig o sobre carriles son claras. A continuación, se presentan las diferencias más significativas. [5, cap. 14]

1. La velocidad crítica alcanzable sobre un roller rig es significativamente inferior a la velocidad crítica sobre carriles. Esta diferencia es particular de cada vehículo y depende de otros muchos parámetros. (Figura 2.13.)

Figura 2.13. Velocidad crítica. [5, cap. 14]

2. Simulación del paso por curva. Dada la dificultad de imitar el paso por curva en un roller

rig, las simulaciones se limitan a curvas de radio constante. La inclinación de un rodillo se

equivalente de un rodillo es función de la velocidad de avance (𝑣), el radio de curvatura de la curva (𝑅), la elevación de un extremo del rodillo (ℎ), y la anchura nominal (𝑑).

𝜃_𝑑 = 𝑣 2

𝑔𝑅−

ℎ

𝑑 (2.29)

3. Diámetro de los rodillos. Conforme disminuye el radio de los rodillos, aumenta la rigidez angular, y se reduce, en consecuencia, la velocidad crítica de hunting. (Figura 2.14.).

Figura 2.14. Diámetro de los rodillos. [5, cap. 14]

4. Ancho de vía. Cuanto mayor es el ancho de vía, mayor es la velocidad crítica. La influencia de esta variación es más importante sobre ruedas de perfil gastado que sobre ruedas de perfil cónico. (Figura 2.15a.).

5. Inclinación de los rodillos. Inicialmente, los carriles se instalaban perpendiculares al suelo; más tarde, con una inclinación de 1/20; actualmente, lo más común es una inclinación de 1/40. Como se aprecia en la Figura 2.15b, una ligera inclinación aumenta considerablemente la velocidad crítica, y una inclinación mayor no mejora sustancialmente el rango de operación.

6. Coeficiente de rozamiento. El ensuciamiento de las superficies de contacto modifica el coeficiente de rozamiento entre las ruedas y los rodillos y, por tanto, la disminución del rango de operación. (Figura 2.15c).

7. Posición del vehículo sobre el rodillo. Resulta complicado alinear con precisión los ejes de los wheelsets y los rodillos debido a imprecisiones en las distancias. Los errores afectan a la velocidad crítica. (Figura 2.15d, 2.15e).

El movimiento del bogie en el banco de ensayos se produce ‘en estático’ al sustituir los carriles por discos. En consecuencia, aparece un movimiento adicional de oscilación longitudinal que no se aprecia en un vehículo sobre vías.

La oscilación longitudinal es el movimiento del bogie respecto de los ejes-vía en la dirección de avance del vehículo. En régimen permanente y con un comportamiento ideal, un wheelset, un eje-vía y sus correspondientes puntos de contacto se encuentran situados

en un mismo plano del espacio, perpendicular al plano horizontal. Cuando se produce una oscilación longitudinal, el punto de contacto rueda-vía es variable desde el punto de vista de un observador situado en los ejes-vía. Teniendo en cuenta el comportamiento del sistema descrito en la primera sección de este capítulo, queda claro que esta oscilación amplifica el efecto del deslizamiento.

En el banco de ensayos, los ejes motrices son los ejes-vía; cuando disminuye la velocidad del motor, se produce una diferencia de velocidades lineales en el punto de contacto de las ruedas que aumenta el deslizamiento. Como consecuencia, las células de carga que sostienen el bogie en equilibrio sobre los ejes-vía sufren una deformación para la cual no están preparadas.

Los efectos sobre las galgas extensiométricas se explican en el próximo capítulo. Asimismo, en el Capítulo 5: Montaje se describen las acciones realizadas para tratar de reducir este efecto indeseable.

8. Ángulo azimutal (yaw). Idealmente, los ejes de los wheelsets deben ser perfectamente paralelos a los ejes de los rodillos. En la realidad, existe un ángulo entre los ejes que genera oscilaciones laterales (hunting) e incluso el contacto de las pestañas de las ruedas, similar a lo que sucede en el movimiento de hunting sobre carriles. Cuanto mayor es el ángulo de

yaw previo al arranque, las oscilaciones hasta alcanzar un ángulo nulo, debido al

autocentrado, son mayores. (Figura 2.15f).

En definitiva, las simulaciones en los roller rigs no imitan perfectamente los ensayos de campo; se infiere de ello la imposibilidad de sustituir los ensayos sobre vías reales por ensayos en roller rigs. Los errores inherentes al contacto rueda-carril deben considerarse siempre, habida cuenta de que afectan directamente a los resultados de ensayos tales como la velocidad crítica de hunting, la respuesta vibratoria o los esfuerzos rueda-carril en el paso por curva. Las técnicas de simulación por ordenador han evolucionado relegando los tradicionales y costosos equipos a escala a un segundo plano, si bien continúan complementando el desarrollo de trenes de alta velocidad.

 Roller Rig DLR

El Centro Aeroespacial Alemán (DLR: Deutsches Zentrum für Luft- and Raumfahrt e.

V.) [Dirección web], además de investigar sobre aeronáutica o ingeniería aeroespacial,

realiza estudios de aplicación para la industria de la automoción (vehículos automóviles y ferrocarriles).

La particularidad de su Roller Rig radica en el cambio del wheelset tradicional por un acoplamiento individual de cada rueda con el eje, de forma que las velocidades angulares de las ruedas del mismo eje son distintas. Permite un control y seguimiento preciso de los parámetros y reduce los efectos particulares típicos de los vehículos ferroviarios, incrementando la seguridad y el confort. [FolletoDLR]

Figura 2.16. Roller Rig completo empleado en el Centro Aeroespacial Alemán. DLR: Deutsches Zentrum für Luft- and Raumfahrt e. V. [7]