Disquisiciones sobre frenado de trenes

Ver el tema anterior Ver el tema siguiente Ir abajo

default Disquisiciones sobre frenado de trenes

Mensaje  José Gabriel el Mar 21 Sep 2010, 18:15

El otro día Leo me pidió si podía subir algunas consideraciones sobre frenado de trenes, en particular para calcular distancias de frenado. Esto que estoy subiendo, es parte de un libro sobre ferrocarriles, bastante antiguo, por lo que en lo que se refiere a locomotoras, es sobre las viejas vaporeras. Espero que sirva. Cualquier duda, por favor consulten. Las fórmulas están en tamaño tan grande porque las tuve que subir como fotos, y no las achiqué. Si molestan así, perdonene. Saludos. José


Frenos. a) Generalidades, clasificación. Llámanse frenos todos aquellos órganos del material móvil cuya finalidad exclusiva es reducir su velocidad, hasta detenerlo. En general, este efecto se logra ejerciendo sobre las llantas de las ruedas una presión, desarrollada por una fuerza de índole diversa y transmitida por bielas y tirantes (timonería), mediante zapatas o almohadillas que transforman la energía en calor, por rozamiento.

Por la naturaleza del esfuerzo, existen: frenos de mano (frenos de tornillo y frenos de palanca), y frenos mecánicos (de contrapeso, de vapor, de vacío, de aire comprimido, etc.). Según que la maniobra de por resultado frenar un solo vagón, un grupo de coches o vagones, o la totalidad del convoy, se distinguen: frenos independientes (de tornillo, de vapor), frenos de grupo (de contrapeso, de fricción) y frenos continuos (de vacío o de aire comprimido).

b) Zapatas de los frenos. Material: fundición de hierro. En general se solicita contenidos de: carbono total 2,8 a 3,6 % ; grafito 1,6 a 2,6 % ; silicio 1,4 a 2,0 % ; manganeso 0,3 a 0,8 % ; fósforo 0,8 % máximo; azufre 0,16 % máximo. Dureza Brinell: 190 ± 20

Las zapatas de este material son duraderas y no determinan un desgaste exagerado de las llantas. Antiguamente (por ejemplo La Porteña), utilizaban almohadillas de madera. El uso de otros materiales de fricción (ferodo o similares) es de uso muy limitado.

Las zapatas pueden ser de una sola pieza, o constar de porta zapata (forjada o fundida) y zapata o almohadilla recambiable (de fundición o de otro material adecuado). La superficie de ajuste entre zapata y porta zapata está especificada en normas internacionales, y ambas piezas se unen mediante chavetas. En las locomotoras, la zapata propiamente dicha está, a su vez, subdividida.

La superficie de fricción de las zapatas tienen dos radios distintos, para acelerar la adaptación a la llanta; en las locomotoras esto tiene la ventaja, además, de que bastan pocos modelos para cubrir todos los diámetros de ruedas. El peso total de una zapata con el porta zapata correspondiente puede estar alrededor de 30 kilogramos.

En general cada rueda se frena por ambos lados, tanto para reducir la presión específica de las zapatas, como para evitar empujes en las cajas de grasa. Sin embargo, en las locomotoras la poca separación entre las ruedas no permite, casi nunca, frenar éstas sino por un lado (reajuste de frenos más sencillo); todas las zapatas se orientan, entonces, en el mismo sentido (detrás de las ruedas, con respecto al sentido de la marcha normal) para no fatigar demasiado las muñequillas y los cojinetes de las bielas. Centro de la zapatas: aproximadamente a la altura del centro de la rueda. En los coches y vagones (teniendo en cuenta la flecha de los resortes, por la carga), se colocan las zapatas de modo que su centro está algo más alto que el de la rueda, cuando el vagón esté descargado. En los bogies, la falta de sitio obliga a suspenderlas más bajas que el centro. Con los frenos de mano flojos, deben quedar 5 a 6 milímetros de luz entre la zapata y la llanta; con frenos continuos el juego depende de la carrera del cilindro de freno.

c) Coeficiente de rozamiento de los frenos. El frenado se reduce a transformar, en trabajo de rozamiento, toda la fuerza viva del tren (fuerza viva de traslación de su masa total, más la fuerza viva de rotación de los ejes y ruedas). La fuerza retardatriz (adherencia entre las llantas y el carril), proviene del roce entre llantas y zapatas. El trabajo de rozamiento se obtiene multiplicando la intensidad de esta última fuerza por el trayecto que recorre el tren durante el frenado; la intensidad del rozamiento resulta de multiplicar la presión de las zapatas sobre las ruedas (mientras giran), por el coeficiente m de deslizamiento, o la presión de las ruedas por el coeficiente de rozamiento mo de “rozamiento en reposo”.

El coeficiente m de rozamiento por deslizamiento (entre las zapatas y las llantas) depende de la naturaleza, dureza, rugosidad o pulido del material (zapatas nuevas o desgastadas), de la materia interpuesta entre llanta y zapata (humedad, aceite), de la presión específica (el máximo de m corresponde, en igualdad de circunstancias, al mínimo de presión por unidad de superficie), y de la velocidad (al aumentar ésta, disminuye m, primero con rapidez, y luego más despacio)’; en la práctica conviene adoptar valores de m de un 15 a un 20 % inferiores a los teóricamente posibles.

El coeficiente mo de rozamiento en reposo, entre las ruedas que giran y el carril, varía con las mismas circunstancias que m, pero depende mucho menos que éste de la velocidad. Si los rieles tienen grasa, o están cubiertos de pasto, hojarasca, o langostas, mo se reduce mucho. Cuando las ruedas están bloqueadas y patinan sobre el riel, el rozamiento depende de m, mucho menor que mo.

d) Presión de las zapatas. Ha de ser lo mayor posible, pero no tanto que las ruedas lleguen a patinar (pues m es < mo). El patinado ha de evitarse, entre otras razones, porque el desgaste produce (en las ruedas) facetas que determinan un constante martilleo sobre el riel. Presión máxima de las zapatas sobre cada rueda: teniendo en cuenta el rendimiento de la timonería, no se contará sino con el 85 % de la carga de aquella.

Presión de zapatas en las locomotoras. En los valores indicados a continuación se ha tenido en cuenta el rendimiento de la timonería. Para frenos continuos, las normas europeas fijan la presión mínima en 50 % del peso de la locomotora en servicio, aconsejando aumentarla para las de gran velocidad. El freno de mano de las locomotoras-ténder y de las locomotoras eléctricas, debe poder desarrolla una presión en las zapatas equivalente al 20 % del peso en servicio.

Los ferrocarriles europeos admiten, para frenos continuos, con frenos a fondo y carrera media del émbolo, 65 a 70 % de la carga de los ejes acoplado en las locomotoras de carga, y 75 a 80 % de ella en las de pasajeros. Si la válvula triple es de acción rápida, puede llegarse a valores mayores. Las ruedas de los biseles no llevan freno, y las de los bogies con un 50 % de la carga.

Presión de las zapatas en los ténderes. Para freno continuo, el 40 % del peso en servicio que gravita sobre las ruedas frenadas. El freno de mano debe actuar sobre todas las ruedas. Para frenos continuos, los ferrocarriles europeos admiten, con freno a fondo y carrera media del émbolo, 65 a 70 % del peso del ténder a media carga.

Presión de las zapatas en los coches y vagones. Con frenos continuos debe ser de 70 a 85 % de la tara, para furgones de equipajes, coches-correo y coches de pasajeros, y del 50 al 85 % para los vagones (ninguno de los ejes ha de poder frenarse con más del 80 % de su carga).

e) Cálculo de los frenos. Despreciando la fuerza viva de rotación de los ejes y sus ruedas, la ecuación de los frenos (pérdida de fuerza viva = trabajo resistente), dará:






P es la presión total ejercida por las zapatas, en kg.

G el peso total del tren, incluyendo la locomotora, en toneladas.

m el coeficiente medio de rozamiento entre zapata y llanta, durante el frenado.

g = 9,81, la aceleración de la gravedad, en m/seg2.

w la resistencia del tren al movimiento, en kg/ton.

s la rampa o pendiente en milésimas (mm/m), con signo + si se trata de subida y – si se trata de bajada.

R el radio de las curvas (medido en el centro de la vía) en m.

V1 la velocidad del tren al comenzar el frenado, en km/h.

V2 la velocidad del tren al finalizar el frenado, en km/h.

l el trayecto recorrido por el tren para reducir a V2 su velocidad V1, en m.

En los cálculos aproximados puede tomarse para todo el tren (vagones y locomotora):







Al valor l así calculado, ha de añadirse el trayecto que recorre el tren – desde que el maquinista da la señal de frenar (frenos de mano), o desde que abre la llave de maniobra (frenos continuos) – hasta que empiezan a obrar las zapatas. Este lapso es de 10 segundos o más con frenos de mano, y de 2 seg con frenos de aire comprimido (para frenos de vacío es algo menor). Para los frenos continuos, el trayecto inicial depende de su construcción (características del freno), y de la longitud del tren (tiempo de propagación), y conviene determinarlo exactamente. En los cálculos aproximados, se tiene en cuenta reduciendo P al 60 ó 70 % para frenos lentos y al 80 ‘0 90 % en los frenos rápidos.

Para los trenes rápidos, la deceleración del frenado es de 0,6 a 0,8 m/seg2, durante los dos primeros tercios de su duración, y de 1,5 a 2,5 m/seg2 al final. En los trenes de carga, con freno continuo, vale de 0,3 a 0,6 m/seg2 al principio y de 1,0 a 1,2 m/seg2 al final.

f) Número de ejes frenados. El número de vagones con guardafrenos, o el número de coches o vagones con freno automático, queda fijado en las tablas de explotación que, con arreglo al tipo de freno, velocidad y pendientes de la línea, dan el peso frenado indispensable.

José Gabriel

Mensajes : 692
Fecha de inscripción : 18/05/2010
Edad : 73
Localización : Villa Lugano - C.A.B.A. - Argentina

Volver arriba Ir abajo

default Re: Disquisiciones sobre frenado de trenes

Mensaje  Leonardo Wonsik el Mar 21 Sep 2010, 19:46

Muchas gracias por la información! Aplausos

Lo miraré detalladamente

Leonardo Wonsik

Mensajes : 1165
Fecha de inscripción : 19/05/2010
Edad : 29
Localización : Caraza y Remedios de Escalada

http://casa-anita.com.ar

Volver arriba Ir abajo

default Re: Disquisiciones sobre frenado de trenes

Mensaje  damontej el Mar 21 Sep 2010, 23:05

Lo que se llama un posteo enciclopédico!!! Shocked
Qué calidad, profe!!!
Aplausos

_________________
Ing. Jorge Alberto Damonte
La cooperación es la convicción plena de que nadie puede llegar a la meta si no llegan todos.

damontej

Mensajes : 1699
Fecha de inscripción : 17/05/2010
Edad : 57
Localización : Ciudad Jardín, Lomas del Palomar

http://jorge.alberto.yebu.damonte

Volver arriba Ir abajo

default Re: Disquisiciones sobre frenado de trenes

Mensaje  PaToPuNx el Miér 22 Sep 2010, 06:38

Impresionante Jose! Igualmente, llegue hasta el punto "D" porque a esta hora no se ni como me llamo.
Un abrazo!

_________________
Tenemos un modelo, solo resta profundizarlo

PaToPuNx
Admin

Mensajes : 1349
Fecha de inscripción : 17/05/2010
Edad : 36
Localización : Aldo Bonzi y Base Merlo Km30P7

http://argensim.argentinaforo.net

Volver arriba Ir abajo

default Re: Disquisiciones sobre frenado de trenes

Mensaje  Contenido patrocinado Hoy a las 20:10


Contenido patrocinado


Volver arriba Ir abajo

Ver el tema anterior Ver el tema siguiente Volver arriba

- Temas similares

 
Permisos de este foro:
No puedes responder a temas en este foro.