Durante muchos años la tendencia de la industria ferroviaria ha evolucionado hacia el transporte de cargas más pesadas a la vez que velocidades más altas. Hoy en día, en Europa, la mayoría de los vagones de mercancías se construyen para transportar cargas de eje en torno a 25 toneladas. SKF ha desarrollado una nueva caja de grasa para bogies Y25, equipada con una unidad de rodamiento de rodillos cónicos compacta, CTBU. Su diseño permite reducir los costes del ciclo de la vida gracias a intervalos de mantenimiento más largos, un mantenimiento más sencillo, y mayor rendimiento y seguridad.

En Europa el tráficoferroviario de mercancías se halla en un período de transformación. Las autopistas cada vez mas colapsadas obligan a transportar por ferrocarril las mercancías que actualmente se transportan por carretera. Este proceso largo y continuo, se desarrolla al mismo ritmo que aumenta la sensibilización respecto al medioambiente. Para hacer atractivo el transporte por ferro­carril de mercancías, se precisa aumentar el servicio a los clientes. Los aspectos principalmente valorables, son flexibilidad en cuanto a la logística así como vagones con diseños técnicos personalizados. Las nuevas empresas de transporte de mercancías amplían su servicio con trenes lanzadera, que funcionan como un bloque fijo, eliminando las operaciones lentas de cambios de vía de vagones independientes. De esta forma el tiempo de transporte puede reducirse considerablemente. Existen vagones de mercancías especialmente adaptados a las necesidades de los clientes para aumentar la carga útil, facilitar el proceso de carga o proteger mejor la mercancía contra posibles daños. Además de los vagones para contenedores, se diseñan vagones especiales para el transporte de camiones con remolque, como los «pocket cars» para un transporte combinado por carretera y ferrocarril. El transporte por ferrocarril requiere soluciones técnicas y económicas con un bajo coste de ciclo de vida. Por ello, los rodamientos para las cajas de grasa tienen que diseñarse libres de mantenimiento o con un mantenimiento mínimo. Los rodamientos para las cajas de grasa deben ser capaces de funcionar en vehículos plenamente cargados y bajo condiciones climáticas extremas. Incluso si se utilizan locomotoras de gran potencia, el momento de fricción en las cajas de grasa debe ser lo más bajo posible para ahorrar energía.

Los ferrocarriles europeosusan vagones de mercancías de dos y cuatro ejes. Para cargas más elevadas, la versión más apropiada es la de cuatro ejes. En la mayoría de los casos estos vagones van equipados con dos bogies del tipo Y25. En principio, se pueden usar dos bastidores de bogies diferentes, dependiendo de si la técnica de producción de éstos este basada en soldadura o fundición. El bogie Y25 también lo utilizan algunas compañías ferroviarias de Asia y durante más de tres décadas ha sido la tecnología más moderna. El nuevo bogie Y25 va provisto de cajas de grasa guiadas con placas de desgaste especiales y con muelles helicoidales a ambos lados como suspensión primaria.

Anteriormente se empleabandiferentes diseños de cajas de grasa según se tratase de rodamientos de rodillos a rótula, cilíndricos o cónicos. Estos rodamientos abiertos deben protegerse contra la contaminación y la pérdida de grasa. En estos diseños antiguos de caja de grasa es necesario emplear una tapa y un distanciador trasero próximo a la rueda que incorpora el sistema de obturación, así como una tapa delantera fijada mediante tornillos. Este es un diseño relativamente complejo y su buen funcionamiento depende de un montaje correcto. A su vez, los rodamientos tienen que engrasarse manualmente y montarse en un entorno muy limpio para evitar la contaminación de la grasa.

SKF ha desarrollado una caja de grasa completamente nueva. Esto ha sido posible con la incorporación de la unidad de rodamiento de rodillos cónicos compacta CTBU. La caja de grasa está adaptada a la misma interfaz mecánica del bastidor y de los muelles helicoidales de la suspensión primaria, lo cual también permite actualizar los bogies existentes con la nueva caja de grasa de SKF.

La clave para lograr un coste de ciclo de vida más reducido está en el diseño. El diseño compacto de la CTBU ofrece nuevas posibilidades para prolongar los intervalos de mantenimiento y mejorar tanto el rendimiento como la seguridad, al utilizar menos componentes permite ahorrar material y espacio así como simplificar el diseño. El nuevo diseño de rodamientos SKF para los bogies Y25 se basa en la nueva CTBU 130 x 240. Dicha unidad cumple con la normativa europea EN 12 080 en cuanto a material y calidad de los rodamientos, y la normativa EN 12 081 en cuanto a las especificaciones de la lubricación con grasa. Además, la CTBU 130 x 240 ha superado el ensayo según la normativa EN 12 082. Los métodos de ensayo de SKF son mucho más duros que las condiciones de funcionamiento reales (vea Evolution 3/1997).

En comparación con los anteriores diseños de los bogies Y25, las principales ventajas de las unidades de rodamientos CTBU compactas son:

• Ejes más cortos para las nuevas bogies, reduciendo masas suspendidas y flexiones del eje bajo el rodamiento.
• Mayor seguridad y rendimiento usando jaulas de poliamida en lugar de las tradicionales jaulas de acero, con lo que se obtiene menor desgaste y contaminación de la grasa.
• Se evita la corrosión de contacto en la zona de contacto entre aro interior y aro distanciador posterior mediante el uso de un distanciador polimérico.
• Mejor protección contra la contaminación incorporándose en el propio rodamiento una obturación rozante de baja fricción que apoya contra la prolongación del aro interior.
• Mayor longevidad del lubricante, usando una nueva grasa capaz de ampliar la duración de las propiedades lubricantes.
• Montaje sencillo y más fácil.

La lubricación de los rodamientos de las cajas de grasa no obturadas es un proceso muy delicado, y se realiza en los talleres de fabricantes de conjuntos de ruedas o en talleres de revisión y mantenimiento. En esta tarea son imprescindibles la limpieza, así como el control de la cantidad y la distribución apropiada de la grasa. En el caso de una unidad de rodamientos obturada y engrasada como la CTBU, dicho proceso se incorpora a la producción del rodamiento, por lo que los requisitos anteriores pueden cumplirse con una fiabilidad muy elevada.

La labor de I+D empezó con una revisión completa de la anterior caja de grasa de diseño Y25, y durante todo el proceso de desarrollo se realizaron sucesivas revisiones y avances. Para conseguir un diseño más ligero con menores requisitos de mecanización, se realizaron varios cálculos por ordenador con el método de elementos finitos (FEM). En la parte inferior de la caja de grasa se han incorporado dos huecos mayores especialmente estudiados que permiten ahorrar material, sin incrementar las tensiones mecánicas. La validación del nuevo diseño se efectuó mediante ensayos de fatiga, antes de comenzar las pruebas en condiciones de servicio reales

El cuerpo enterizo de la caja de grasa transmite la carga radial directamente a la unidad de rodamientos, a través de su parte superior. Las fuerzas axiales se transmiten en ambos sentidos a través de los resaltes integrados del cuerpo de la caja de grasa.

No se transmiten cargas a través de la parte inferior. SKF ha aprovechado esta oportunidad para eliminar la mecanización de esta zona y diseñar un hueco radial mayor, que sirve para montar la unidad de rodamientos en los nuevos rebordes de la parte superior.

Para impedir que el rodamiento se salga de los rebordes de la caja de grasa durante la manipulación del conjunto de las ruedas en el taller, se emplea en la zona inferior una cuña de bloqueo especial. Ésta cubre el hueco radial entre el aro exterior de la unidad de rodamientos y la parte inferior del cuerpo de la caja de grasa, protegiendo todo el conjunto. La cuña de bloqueo está atornillada axialmente a la caja de grasa.

Las unidades CTBUs están fijadas axialmente en los ejes de las ruedas mediante discos final de eje nuevos, que protegen la obturación del rodamiento tanto de la contaminación como de otros posibles daños.

Las principales ventajasde la caja de grasa SKF para el bogie Y25 son:

• Ahorro de peso en comparación con los diseños anteriores; unos 20 kg por caja de grasa o 160 kg en un vagón de cuatro ejes. Esto disminuye la masa no suspendida del conjunto de las ruedas un 4%, lo cual contribuye a aumentar el rendimiento operativo al reducir el desgaste de las ruedas y los raíles.
• Montaje de la caja de grasa simplificado, debido al menor número de piezas en los componentes principales: la unidad de rodamientos y el soporte de la caja de grasa.
• Montaje, desmontaje y mantenimiento más sencillos y fáciles.
• Intervalos de mantenimiento más largos, reduciendo el coste de ciclo de vida.
• Mayor seguridad y rendimiento del sistema.

Aplicaciones

La positiva experiencia práctica obtenida con este atrevido diseño para el transporte ferroviario de pasajeros y mercancías, ha dado resultados muy prometedores (vea Evolution 3/2004).

SKF ha recibido varios pedidos de diversos fabricantes de vagones de mercancías y compañías ferroviarias para la nueva caja de grasa de bogies Y25. El pedido más importante asciende a 14.000 cajas de grasa y CTBUs para una nueva generación de vagones de mercancías de AAE Ahaus Alstätter Eisenbahn AG. AAE es el líder europeo en el alquiler de vagones de mercancías estándar para el transporte ferroviario combinado y convencional. El pedido también incluye labores de inspección y reacondicionado de los rodamientos. Se prevé que esta nueva caja de grasa en medio plazo se convierta en el estándar de los vagones de mercancías de AAE.