Ingeniería

Evolución de las cajas de grasa para trenes – Segunda parte: presente y futuro

En esta segunda parte del desarrollo histórico de las cajas de grasa examinaremos los avances actuales que marcan el futuro de este componente clave. SKF tiene un extenso repertorio de innovaciones en cajas de grasa y la tendencia de la industria es hacia soluciones integradas. Éstas se basan en conjuntos de cajas de grasa para ejes montados, englobando los rodamientos o unidades de rodamiento, el alojamiento de la caja de grasa y sensores integrados, así como la monitorización de estado y packs de servicio que incluyen ingeniería de mantenimiento, reacondicionamiento de componentes y formación.

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Los trenes de alta velocidad actuales, a 300 km/h, han cambiado la geografía de Europa, y las distancias entre grandes ciudades ya no se cuenta en kilómetros sino más bien en horas de TGV, ICE, Eurostar o de otros trenes. Son el medio de transporte más sostenible ante el calentamiento global de nuestro planeta, y es un camino, iniciado por Europa y Japón, que ya siguen otros países. Los ferrocarriles de alta velocidad representan una solución a las necesidades de movilidad sostenibles y simbolizan el futuro del transporte de pasajeros
(fig. 2).

Las cajas de grasa son uno de los sistemas de importancia crítica para la seguridad en los vehículos de ferrocarril. SKF tiene una experiencia única en su género en el desarrollo, diseño, ingeniería de aplicaciones y fabricación de cajas de grasa, rodamientos, unidades de rodamiento, al igual que en mecatrónica, obturaciones y sistemas de lubricación.

En la mayoría de los casos, las cajas de grasa se fabrican adaptadas a las especificaciones de los fabricantes y los requisitos de las compañías de ferrocarril. Algunas cajas de grasa se usan para las mismas aplicaciones o para aplicaciones similares a través de plataformas de administración de proveedores de bogies utilizadas para diferentes vehículos y compañías de ferrocarril. Las cajas de grasa también se equipan cada vez más con sistemas de mecatrónica para medir parámetros operativos y monitorizar el estado del bogie.

En cuanto a los vagones de mercancías, a medida que aumenta la estandarización de los bogies, las mismas cajas de grasa o cajas de grasa muy similares se montan en distintos tipos de vagón y compañías en varios países. En lugar de rodamientos abiertos, se usan diseños de unidades de rodamiento para incrementar la fiabilidad y seguridad.

Unidades de rodamiento de cajas de grasa
Hay una tendencia mundial hacia un mayor uso de unidades de rodamiento prelubricadas en fábrica y listas para montaje provistas de un sistema de obturación integrado en ambos lados. Estas unidades simplifican radicalmente el proceso de montaje y contribuyen a una mayor fiabilidad y seguridad. Ello se debe a que su mantenimiento se ha transferido a divisiones de reacondicionamiento de los proveedores de rodamientos o de otras empresas independientes especializadas.

Estos componentes de las cajas de grasa suelen basarse en unidades de rodamiento de rodillos cilíndricos o cónicos (figs. 3a y 3b). Ambos diseños ofrecen ventajas excepcionales y se utilizan con éxito en todo tipo de aplicaciones en vehículos de ferrocarril. Muchos fabricantes y compañías del sector ferroviario tienen claras preferencias por el tipo de diseño que quieren usar. Los motivos de la elección de un diseño de rodamiento específico pueden ser muy diferentes y dependen de varios criterios. Entre ellos pueden citarse:

  • estándares específicos de zona/país/compañía de ferrocarril que deben tenerse en cuenta,
  • experiencia práctica,
  • métodos de mantenimiento establecidos en los talleres de servicio,
  • nuevos vehículos equipados con diseños de bogie y rodamiento existentes

Algunos estándares de ferrocarril precisan de amplios programas de laboratorio y pruebas prácticas para aplicar todo nuevo diseño de rodamiento de cajas de grasa y también para todo cambio de diseño o especificación del cliente en rodamientos existentes. Estos requisitos se han de cumplir antes de obtener una aprobación condicional y, posteriormente, incondicional, para usar un diseño/ tamaño de rodamiento específico para una aplicación de vehículo concreta.

Las primeras unidades de rodamiento de rodillos cónicos poseían un sistema de retén radial con muelle que se apoyaba en unos anillos de obturación antidesgaste especiales que exigían que el asiento del eje fuera más largo. El siguiente paso en el desarrollo, actualmente usado, fue integrar el sistema de obturación en el rodamiento e instalar obturaciones montadas directamente sobre los aros interiores. Estos diseños compactos tienen una anchura mucho menor y emplean un asiento de eje más corto. Esto hace que la flexión por la carga del eje sea menor y ofrece muchas ventajas al diseñador del bogie.

Empleando jaulas de rodamiento poliméricas en lugar de jaulas de acero o bronce, se contribuye significativamente a una mayor fiabilidad y seguridad. Su proceso de introducción en el mercado, respaldado por extensos ensayos prácticos y en laboratorio, está llegando a su fin, y aparte de algunos casos excepcionales, la jaula polimérica es hoy el diseño estándar.

Constantemente se trabaja en el desarrollo de soluciones de obturación. Se están implementando nuevos diseños para reducir la fricción y las temperaturas operativas, con lo cual se prolonga la vida de servicio de la grasa y los intervalos de mantenimiento.

Las unidades de rodamiento de cajas de grasa están prelubricadas en fábrica y provistas de obturaciones de alto rendimiento rozantes y no rozantes. En muchos casos este diseño hace que la vida nominal SKF calculada sea mucho más larga que antes (fig. 4). El cálculo se basa en las condiciones de carga, la fiabilidad y el factor de ajuste de la vida SKF, que tiene en cuenta las condiciones de lubricación y el nivel de contaminación durante el funcionamiento. El rendimiento de la grasa hace que deba tenerse presente la limitación de la vida útil sobre el terreno.

Los vehículos de ferrocarril están equipados con varios sensores instalados en las cajas de grasa para detectar y monitorizar parámetros operativos como la velocidad, temperatura y vibraciones, que son analizados por varios sistemas de control, incluyendo los sistemas de freno y de monitorización de estado. Las unidades de rodamiento con sensor para ferrocarril SKF Axletronic son una parte integral de los sistemas de monitorización.

Monitorización del estado de los bogies
El sistema de monitorización a bordo Multilog IMx-R de SKF puede formar parte del sistema de monitorización de estado del bogie del tren o funcionar como un sistema separado (figs. 5 y 6). Dicho sistema también cumple los requisitos de la especificación técnica europea de interoperabilidad (TSI), Directiva 96/48 EC.

Este estándar estipula que el equipo deberá poder detectar un deterioro del estado de un rodamiento de caja de grasa mediante la monitorización de la temperatura y/o sus frecuencias dinámicas. Los requisitos de mantenimiento los deberá generar el sistema y, cuando sea necesario, indicará la necesidad de restricciones operativas, dependiendo de la envergadura de los daños en el rodamiento. El sistema de detección a bordo del tren funciona de forma independiente, y los mensajes de diagnóstico se comunican al conductor. Este sistema cumple con la norma EN 15437-2.

Packs de soluciones de SKF
Durante más de 100 años, SKF se ha convertido en sinónimo de tecnología de rodamientos avanzada y es el proveedor líder mundial de la industria de ferrocarriles. Además de esta sólida base de conocimientos, SKF también es proveedor líder de productos y soluciones de mecatrónica, sistemas de lubricación, obturaciones y servicios para varias aplicaciones (fig. 1).

Para la industria de ferrocarriles, la capacidad de suministro actual y futura de SKF comprende unidades de rodamiento de cajas de grasa incluyendo soluciones de obturación y cajas de grasa personalizadas, además de sistemas de mecatrónica para medir parámetros operativos y monitorizar el estado de los bogies. Los sistemas de lubricación de la empresa abarcan soluciones de lubricación de pestañas para reducir la fricción y el desgaste entre la rueda y el raíl. Los packs de servicio se adaptan a las necesidades de los fabricantes y compañías de ferrocarril, incluyendo el ensayo, montaje, las ventas y servicio post-mercado globales, el reacondicionamiento y los servicios de logística. SKF dispone de una red mundial única en su clase de ingenieros de venta, aplicaciones y servicio que trabajan estrechamente con fabricantes y compañías de ferrocarril en proyectos internacionales.

Conclusión
Antes, la labor de desarrollo se concentraba en gran parte en buscar soluciones de rodamiento que pudieran perfeccionarse. Los rodamientos y unidades de caja de grasa alojan sensores SKF Axletronic que proporcionan las señales operativas que se utilizan para los sistemas de monitorización del estado de los bogies. En el futuro las opciones de mecatrónica constituirán un elemento estándar en los packs de soluciones, ya que ofrecen nuevas oportunidades para incrementar la fiabilidad y seguridad, y conseguir reducciones en los costes de mantenimiento del material rodante. Todas estas soluciones se han agrupado en un amplio manual de ferrocarriles que contiene información muy detallada sobre cajas de grasa, rodamientos, sensores, monitorización de estado y soluciones de servicio.