Los vehículos de piso bajo facilitan la entrada de los pasajeros. Los diseños articulados permiten que el pasajero pueda acceder cómodamente al interior del vehículo y contribuyen a su seguridad. Las juntas de rótulas de estas secciones incorporan soluciones de cojinetes lisos desarrolladas por SKF.

La gente y los políticoscoinciden hoy en la necesidad de facilitar la movilidad colectiva, en especial en centros urbanos y áreas suburbanas densamente pobladas. Ello abre nuevas posibilidades de perfeccionar los sistemas de transporte urbano y, por tanto, alienta a la industria de material rodante a apostar por nuevas soluciones. Las versiones innovadoras de vehículos ofrecen un transporte de mejor calidad, y de más comodidad y seguridad.

El material rodante moderno, por ejemplo las unidades múltiples, trenes suburbanos, coches de metro, vehículos ligeros sobre raíles y coches de tranvía, se basa en diseños articulados. En el mercado existen distintas conuraciones, variando entre dos y siete el número de secciones de caja de vehículo interconectadas. Antes se acoplaban varios vehículos independientes –por ejemplo vagones automotor y remolques–, para formar un tren, pero tenían menor capacidad de transporte de pasajeros, carecían de paso entre los vagones y daban una menor sensación de seguridad a los pasajeros. Los vehículos de transporte urbano articulados de hoy ofrecen nuevas ventajas para aumentar la eficiencia y proporcionar mayor seguridad a los pasajeros (s. 1 y 3).

Las cajas de los vehículos articulados pueden interconectarse usando los llamados bogies de Jacob, pero su uso exige un gran número de esos equipos, lo cual aumenta el peso y el coste. Otra forma de diseño cada vez más utilizada consiste en interconectar las cajas de los vehículos con juntas de rótulas, y reducir el número de bogies. Las rótulas deben permitir los movimientos tridimensionales de las dos secciones de vehículo interconectadas.

Los ángulos de deslizamiento y velocidad de los movimientos de las rótulas son muy bajos y dependen del trazado de la vía, es decir, de los radios de las curvas en dirección horizontal y vertical, y de la velocidad del tren o tranvía. Además, es preciso tener en cuenta situaciones de emergencia con carreras de amortiguación en dirección horizontal. En la mayoría de las aplicaciones, la junta de rótula está bien protegida y fuera de la caja del vehículo. El mantenimiento no es fácil y en lo posible debería evitarse.

Requisitos técnicos

• Soportar varias cargas y ciclos de movimiento según VDV 152 , EN 12663 y las especificaciones del cliente
• Casos de carga operativa dinámica y estática, además de carreras de amortiguación de emergencia. Véase la tabla 1
• La junta no deberá desconectarse en caso de emergencia
• Funcionalidad tridimensional para el viraje, rodadura e inclinación (basculación) debidos al uso y la deformación de las cajas del vehículo
• Integración fácil de la junta en los soportes existentes de aleación ligera o fundición de hierro
• Diseño compacto y que ahorre espacio
• Funcionamiento sin ruidos ni cabeceo
• Insensibilidad a agentes de limpieza, salpicaduras de sal, ataque de la corrosión y a contaminantes
• Bajos costes del ciclo de vida

Requisitos estructurales a los vehículos ferroviarios para el transporte público urbano según BOStrab
Requisitos estructurales de las cajas de los vehículos ferroviarios

Características del producto, diseño
Las rótulas especiales (. 2) constan de:

1. Una arandela de eje endurecida mediante cementación en caja, con cromado duro en el camino esférico de deslizamiento, y con diámetro de interfaz de precisión, y agujeros roscados para fines de acoplamiento.
2. Una arandela de alojamiento
3. Insertos en la arandela de alojamiento en forma de envolturas poliméricas de plástico reforzado con fibra de vidrio
4. Un perno central que actúa en forma de dispositivo antielevación, provisto de un cabezal de forma esférica, ajustado con una holgura relativa respecto a la arandela de eje
5. Una tuerca de fijación (si el perno central no está conectado directamente a la arandela de alojamiento)
6. Una obturación flexible de dos labios, conectada a la arandela de alojamiento
7. Una cubierta polimérica que obtura la parte superior de la rótula

Para el diseño de juntas para ferrocarriles se utilizan modernos sistemas de simulación por ordenador. Permiten calcular las fuerzas de reacción, sobre todo las de la peor de las situaciones, que es la fuerza horizontal máxima en caso de emergencia combinada con una carga vertical mínima. La fuerza de reacción vertical debe recibirla el dispositivo antielevación y todas las piezas de la rótula, y determina el tamaño preciso de la misma. Además, debe tenerse en cuenta el diseño de las piezas adyacentes o las necesidades de montaje especiales. Aun cuando la rótula está personalizada y adaptada a las condiciones operativas, sigue el diseño básico, lo cual contribuye a mantener los costes a un nivel bajo.

La esencia de este diseño de rótula es la combinación de material deslizante.

Asegura un funcionamiento suave y fiable, proporcionando una vida útil larga, incluso en condiciones sin lubricación, o de lubricación marginal. El material polimérico, que está completamente anclado en su substrato, se suministra con un espesor efectivo de desgaste de aproximadamente 2 mm (. 4).

Comparado con otros materiales más delgados para deslizamiento en seco, es menos sensible a la penetración de partículas abrasivas y por ello constituye una mejor elección, en especial si se tiene en cuenta la fiabilidad solicitada. El material deslizante también ofrece buenas propiedades de amortiguación, lo cual es beneficioso en aplicaciones ferroviarias. Asimismo, tiene propiedades antidesgaste muy favorables, con un ritmo de desgaste casi lineal, lo cual facilita el pronóstico de su vida útil (. 6).

Los valores de la fricción del material deslizante son excelentes, presentando niveles de ruido bajos y ningún cabeceo negativo. El comportamiento tribológico de la junta puede mejorarse aún más si se aplica una lubricación apropiada. Aun cuando la combinación de materiales puede hacerse funcionar completamente en seco, SKF suministra la rótula inicialmente llena de grasa, y con la posibilidad de relubricación (. 5).

La relubricación no sólo refuerza el mecanismo tribológico, sino que también mantiene los contaminantes fuera de la rótula y mejora la protección contra la corrosión.

Experiencia práctica
Durante casi 30 años SKF ha acumulado una experiencia práctica muy positiva de la combinación de acero/ plástico reforzado con fibra de vidrio en los vehículos ferroviarios y para transporte urbano. Esta experiencia la refuerzan aplicaciones de un comportamiento dinámico comparable, como las rótulas en torretas de las cucharas de plantas siderúrgicas, los puentes basculantes, las grúas o la maquinaria de carga de buques.

Las mediciones efectuadas en inspecciones de las rótulas de tranvías después de ocho años de servicio y un kilometraje de aproximadamente 500.000 km mostraban un desgaste sorprendentemente bajo. Las rótulas se encontraban en un estado excelente y podían continuarse usando durante más tiempo. Gracias a su diseño especial, SKF ha establecido un estándar industrial en juntas de rótulas, siendo ello una realidad bien aceptada por la mayor parte de los fabricantes de vehículos de transporte colectivo.

Ventajas para el cliente

• Funcionamiento fiable
• Bajos costes del ciclo de vida (CCV)
• Sistema listo para montaje, personalizado para el espacio de envoltura

Al desarrollar estas rótulas especiales, SKF colaboró estrechamente con importantes fabricantes de vehículos. El grupo de ingenieros de rótulas había analizado cuidadosamente los requisitos que pedían, incorporándolos en la tecnología del producto.

Debido a que la industria de ferrocarriles es una de las más sensibles en cuanto a seguridad y CCV, es crucial ofrecer soluciones integradas fiables de alto valor añadido a costes aceptables.

Aplicaciones
Mientras tanto se han desarrollado y fabricado varias ejecuciones para carreras de amortiguación de 400 kN y 800 kN y distintas conuraciones de tranvía. Todas ellas siguen los mismos principios de diseño, con la bien probada combinación de materiales como base, y el dispositivo antielevación como «caja negra» lista para el montaje. Desde que se empezaron a usar, las rótulas estándar han evolucionado hasta convertirse en una unidad de valor añadido que cumple los requisitos cada vez más estrictos de la industria ferroviaria. Las rótulas suministradas por SKF contribuyen al transporte seguro de pasajeros en ciudades de todo el mundo.