Fecha límite para el envío de resumenes: 21/Abril/2024

Optimización del contacto rueda-carril y reducción del desgaste en la rodadura ferroviaria de ruedas libres guiadas.

Área temática: Diseño

Palabras clave: contacto rueda-carril, desgaste, optimización, rueda libre

1               Resumen

Los trenes Talgo incorporan un sistema de rodadura propio basado en el empleo de ruedas libres guiadas sobre la vía que, entre presenta importantes diferencias con la rodadura tradicional [1]. El sistema permite variar independientemente parámetros como los ángulos de ataque y rigideces de apoyo de cada rueda, lo que hace posible pensar en estrategias de control de su posición y de las características del contacto rueda-carril, que no serían planteables en la rodadura tradicional con ejes rígidos montados, y que pueden ser útiles para la optimización del desgaste y el ruido de rodadura.

Se presentan aquí los primeros resultados de la línea de investigación abierta en este campo, fruto de la colaboración de la Universidad Miguel Hernández con la empresa Patentes Talgo, y que es objeto de una Tesis Doctoral.

1.1           El problema del contacto rueda-carril y el desgaste en el ferrocarril

El análisis del contacto rueda-carril es fundamental para el estudio de la dinámica del ferrocarril, ha sido ampliamente estudiado, y puede encontrarse gran cantidad de publicaciones sobre el tema desde los años 20 del siglo pasado. Destacan las teorías desarrolladas entre otros por Kalker [2], ampliamente aceptadas por la comunidad científica, y aplicadas de forma general hasta nuestros días a través de software de cálculo específicos basados en ellas. En las últimas décadas, también se han publicado trabajos que proponen algoritmos para la estimación del desgaste asociado a la rodadura, basados en una combinación de análisis numérico de los esfuerzos y deslizamientos en el contacto, y de resultados experimentales de medida de desgaste en laboratorio [3].

No obstante, la práctica totalidad de los trabajos publicados se aplican a la resolución del problema en la rodadura tradicional de ejes rígidos montados, utilizada por la gran mayoría de los trenes en circulación. Los estudios no contemplan la mencionada posibilidad de variación de parámetros que permite un sistema de rodadura libre.

1.2           Análisis del contacto y el desgaste en la rodadura de ruedas libres. Parámetros de influencia.

El trabajo planteado aquí incluye en primer lugar el desarrollo de una metodología para el análisis detallado de las distribuciones de esfuerzos y deslizamientos en el contacto, y la aplicación posterior de diferentes algoritmos de estimación del desgaste. Esta metodología permite además la libre variación de parámetros tales como el ángulo de caída y el ángulo de convergencia de cada rueda, la consideración de diferentes perfiles de rueda y carril (con geometrías nominales o ya desgastadas), y diversas condiciones dinámicas de circulación.

El objetivo del trabajo es determinar los valores óptimos para cada uno de los parámetros considerados, que conduzcan a una reducción global del desgaste, sin afectar negativamente al comportamiento dinámico del tren. A partir de los resultados obtenidos, se abordará en una etapa posterior el diseño de detalle del sistema de suspensión primaria y la rodadura, que permita la implantación de dichos parámetros.

1.3           Descripción de la metodología

Se ha usado un programa de elementos finitos comercial para desarrollar modelos paramétricos del contacto rueda-carril, que han sido validados mediante su aplicación a casos estándar de rodadura de ejes rígidos, y la comparación de resultados con los obtenidos para esos mismos casos con las formulaciones clásicas.

Se ha diseñado entonces una extensa matriz de posibles combinaciones significativas de parámetros a introducir en el modelo. Los resultados obtenidos del cálculo MEF para cada caso, se extraen y procesan de forma estandarizada, facilitando un análisis estadístico de los mismos que permite obtener conclusiones útiles sobre la sensibilidad de los resultados a la variación de cada parámetro.

Referencias

   1.    Patentes Talgo S.A.: Rodadura guiada para vehículos ferroviarios. Patente nº ES206362A1. Oficina Española de Patentes y Marcas. (1952).

   2.    J.J. Kalker. Wheel-rail rollling contact theory. Wear, 144 (1991), 243-261.

   3.    A. Rovira, A. Roda, M.B. Marshall, H. Brunskill, R. Lewis. Experimental and numerical modelling of wheel-rail contact and wear. Wear 271 (2011) 911-924

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