Análisis y optimización del desgaste en la rodadura ferroviaria de ruedas libres guiadas

Resumen

Los trenes Talgo incorporan un sistema de rodadura propio basado en el empleo de ruedas libres guiadas sobre la vía, que presenta importantes diferencias con la rodadura tradicional. El sistema permite variar 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.

El análisis del contacto rueda-carril ha sido ampliamente estudiado desde los años 20 del siglo pasado. Y en las últimas décadas, también se han publicado trabajos que proponen algoritmos para la estimación del desgaste asociado a la rodadura, basados en el análisis numérico de esfuerzos y deslizamientos, y en resultados experimentales de medida de desgaste en laboratorio. 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 posibilidad mencionada de variación de parámetros que permite un sistema de rodadura libre.

En el trabajo planteado se desarrolla en primer lugar una metodología para el análisis detallado de las distribuciones de esfuerzos y deslizamientos en el contacto. Se ha usado un programa de elementos finitos comercial para desarrollar modelos paramétricos del contacto rueda-carril, que han sido validados por comparación con ciertos resultados obtenidos con las formulaciones clásicas. Los modelos permiten 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.

Los resultados obtenidos del cálculo MEF para cada caso, se extraen y procesan de forma estandarizada, y se utilizan como datos de entrada para aplicar diferentes algoritmos de estimación del desgaste. Un análisis estadístico de los resultados permite, finalmente, obtener conclusiones útiles sobre la sensibilidad de los resultados a la variación de cada parámetro.

El objetivo del trabajo es determinar los valores óptimos para cada uno de los parámetros considerados, que conduzcan a una reducción global del desgaste, A partir de los resultados obtenidos, se podrá abordar en una etapa posterior el diseño de detalle de sistemas de suspensión primaria y rodadura, que permitan asegurar que estos parámetros se mantienen dentro de rangos óptimos en diferentes condiciones de circulación.

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 está siendo objeto de una Tesis Doctoral.