Motor de tracción suspendido frente a eje suspendido: Diseño, Ventajas, y aplicaciones ferroviarias

Cuando un tren acelera suavemente por la vía., La mayoría de los pasajeros piensan naturalmente en la potencia bruta del motor de tracción.. Pero si le preguntas a un ingeniero ferroviario qué es lo que realmente importa para el rendimiento a largo plazo, señalarán algo menos obvio: cómo se montan esos motores en el bogie.

La disposición de montaje afecta a la masa no suspendida., calidad de marcha, fuerzas rueda-carril, intervalos de mantenimiento, e incluso eficiencia energética. En material rodante moderno, dominan dos configuraciones: motores de tracción suspendidos en el eje y suspendidos en la nariz. Comparten el mismo objetivo básico de hacer girar las ruedas., pero su comportamiento dinámico, impacto en los componentes del bogie, y las aplicaciones ideales son bastante diferentes.

¿Qué es un motor de tracción suspendido sobre el eje??

Empecemos por los mayores., diseño más simple: el motor de tracción suspendido del eje. Como sugiere el nombre, este motor se cuelga directamente en el eje. El bastidor del motor se apoya sobre el eje mediante cojinetes de manguito o de rodillos., para que todo el motor se mueva hacia arriba y hacia abajo con el juego de ruedas.

[ Marco del bogie ]

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   (Ballestas)

       │

[ Rueda / Eje ] ◄─── [ Motor de tracción ] (Sujetado directamente al eje)

Cifra 1: En diseño suspendido sobre ejes, El motor se sujeta directamente al eje y se mueve al unísono con el juego de ruedas..

Cómo Motor de tracción suspendido del eje obras

El motor se atornilla rígidamente a una carcasa de fundición, comúnmente llamada Carcasa de suspensión suspendida del eje que luego se monta en el eje mediante cojinetes de alta resistencia. Esa carcasa transmite cada newton de par de tracción y transfiere el peso del motor directamente al juego de ruedas.. Más que 90 El por ciento del peso muerto del motor pasa por alto la suspensión primaria y aterriza directamente en la pista..

¿Por qué los ingenieros todavía usan? Motor de tracción suspendido del eje

El diseño suspendido del eje tiene tres grandes ventajas. Primero, es compacto: apenas ocupa espacio dentro del bastidor del bogie. Segundo, Cuesta menos construir porque el diseño mecánico es simple con pocas piezas móviles.. Tercero, el mantenimiento es sencillo: Puede acceder y cambiar el motor fácilmente durante las revisiones del depósito.. Y como el engrane del engranaje es directo, casi no hay pérdida de energía.

Las compensaciones

La desventaja es que toda esa masa del motor se suma directamente a la masa no suspendida.. Dado que no hay amortiguador de suspensión, Cada irregularidad en la vía envía una descarga de alta frecuencia directamente al motor y al riel.. Con el tiempo, Estas fuertes vibraciones aceleran la fatiga en el bastidor del motor y en los componentes cercanos del bogie.. Por eso rara vez se ven motores suspendidos en los trenes de pasajeros: son demasiado duros..

¿Qué es un motor de tracción suspendido en la nariz??

El diseño suspendido en la nariz fue desarrollado para corregir la dureza del diseño suspendido del eje.. En lugar de descargar todo el peso del motor sobre el eje, esta disposición divide la carga entre el eje y el bastidor del bogie.

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[ Marco del bogie ] ◄──(Nariz flexible)──┤

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   (Ballestas)             [Motor de tracción]

       │ │

[ Rueda / Eje ] ◄───(Caja de cambios)──┘

Cifra 2: En una configuración de motor con suspensión frontal, el peso se divide entre el eje y una conexión de punta resistente en el bastidor del bogie.

Cómo Motor de tracción suspendido en la nariz obras

Un lado del motor (el extremo de la caja de cambios) todavía se conecta al eje. Pero el otro lado—el “nariz”—se monta en el bastidor del bogie a través de un elemento flexible, normalmente un soporte sándwich de goma o un resorte de acero. Esa punta flexible permite que el motor gire ligeramente., Absorber choques de torsión rotacional e impactos verticales..

A diferencia del diseño colgado del eje, donde casi todo el peso permanece en el eje., aquí solo sobre 30 a 40 El porcentaje de la masa del motor está soportado por el eje y la caja de cambios.. El restante 60 a 70 El ciento por ciento es transportado por el marco del bogie a través de esa suspensión de morro..

¿Por qué prefieren los trenes de pasajeros? Motor de tracción suspendido en la nariz

Desplazando la mayor parte de la masa del motor a la parte suspendida del bogie, El diseño suspendido en la nariz reduce drásticamente la masa no suspendida.. Eso significa una calidad de conducción más suave para los pasajeros y menos desgaste en la pista.. También mejora la estabilidad dinámica a velocidades más altas: es menos probable que el tren se mueva o desarrolle oscilaciones laterales.. Por eso en los metros se encuentran motores con suspensión frontal., UEM de cercanías, y trenes regionales de pasajeros.

El precio que pagas

La compensación es la complejidad. Necesitas brazos de torsión, enlaces resistentes, y soportes flexibles, todo lo cual requiere una integración de ingeniería precisa. Y esos componentes elásticos se desgastan: el caucho se endurece, Fatiga de los resortes, por lo que debe inspeccionarlos y reemplazarlos periódicamente.. El coste inicial también es mayor que el de una configuración suspendida sobre el eje..

Cómo fluye la energía en cada sistema

Para comprender la diferencia en el mundo real, tracemos dos caminos: el camino del poder (cómo llega el par a las ruedas) y el camino del peso (donde va la masa del motor).

en unsuspendido del eje motor, La potencia fluye del motor a un piñón., luego a un engranaje de toro, luego al eje, y finalmente a las ruedas. La ruta del peso es simple.: más que 90 El porcentaje de la masa del motor se asienta directamente sobre el eje..

en unsuspendido por la nariz motor, el camino del poder es casi el mismo: motor, piñón, rueda dentada, eje, ruedas. Pero el camino del peso es diferente.. Acerca de 30 a 40 El porcentaje va al eje y a la caja de cambios., mientras 60 a 70 El porcentaje pasa por la punta de la suspensión hasta el bastidor del bogie..

una nota rapida: Algunas aplicaciones modernas de transporte urbano añaden ruedas dentadas resistentes (ruedas dentadas con bloques amortiguadores de goma internos) a los motores con suspensión frontal.. Esto proporciona una reducción aún mayor del ruido y la vibración., pero es una característica opcional, no es un requisito para la suspensión de la nariz en sí.

Masa de origen: La verdadera historia

Si le preguntas a un ingeniero de material rodante por qué es importante la suspensión del motor, la respuesta siempre volverá a la masa no suspendida.

¿Qué es exactamente la masa no suspendida??

Masa no suspendida significa todos los componentes que no están sostenidos por los resortes de suspensión primaria.. En un bogie típico, eso incluye las ruedas y los ejes (todo el juego de ruedas), las cajas de grasa y los cojinetes, la caja de cambios (o la mayor parte), el carcasa de suspensión suspendida sobre el eje y sus cojinetes internos, y la parte del motor de tracción que se asienta directamente sobre el eje.

La física básica es simple.: La fuerza de impacto dinámica sobre la vía es igual a la masa no suspendida multiplicada por la aceleración vertical causada por los defectos de la vía.. En forma de ecuación: F = METRO_tu × un, donde F está en kilonewtons, METRO_tu en toneladas, y a en metros por segundo al cuadrado.

Cuando la masa no suspendida es alta, Las fuerzas del impacto aumentan rápidamente a medida que aumenta la velocidad.. Obtienes una degradación de la pista más rápida, lastre que se convierte en polvo, Y vibración brutal por todo el tren..

Por qué la velocidad lo cambia todo

Para carga pesada que circula a 60 a 100 kilómetros por hora, la elevada masa no suspendida de un motor suspendido es aceptable. Las aceleraciones verticales debidas a defectos en la vía siguen siendo moderadas, para que los impactos sean manejables.

Pero para los trenes de pasajeros y metros que circulan a 120 a más de 200 km/h, minimizar la masa no suspendida se vuelve no negociable. Una vez que vayas arriba 250 a 280 kilómetros por hora, Muchos diseñadores pasan de motores suspendidos en la nariz a motores totalmente suspendidos (configuraciones montadas en bastidor o montadas en la carrocería con ejes cardán) para reducir la masa no suspendida al mínimo absoluto.. Sin embargo, Los motores con suspensión frontal siguen siendo perfectamente viables y rentables hasta esa gama de 250 a 280 km/h..

Comparación cabeza a cabeza de Motor de tracción

Dónde encontrar cada tipo de Motor de tracción

Locomotoras de mercancías de transporte pesado

Los operadores de carga se preocupan por tres cosas: esfuerzo de tracción inicial, simplicidad robusta, y bajo costo operativo. No les importan los paseos suaves.. Porque los trenes de mercancías circulan a velocidades más bajas pero necesitan un par enorme, Los motores suspendidos siguen siendo el caballo de batalla. Hacen caso omiso del polvo y el abuso de los corredores de transporte pesado con muy poco mantenimiento..

Metro y trenes de cercanías

El tránsito urbano es el mundo opuesto. Tienes aceleraciones y frenadas frecuentes., horarios apretados, y pasajeros que esperan un viaje cómodo. Los motores suspendidos en la nariz encajan perfectamente aquí. Reduciendo la masa no suspendida, Reducen la vibración de la cabina y reducen el desgaste de las orugas durante todos esos ciclos de parada y arranque..

Cómo afecta el montaje del motor a sus ruedas y ejes

La elección entre suspensión suspendida o suspensión frontal no afecta sólo al motor.. Determina directamente cuánto durarán sus ruedas y ejes..

[ Alta masa no suspendida (Colgado del eje) ]

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[ Mayores tensiones de contacto ] ── ► Descantillado de la banda de rodadura & Bombardeo (Ruedas)

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       ▼

[ Vibraciones cíclicas elevadas ] ── ► Fatiga acelerada (Ejes)

Impacto en las ruedas

Cuando tienes un motor suspendido, Cada impacto vertical pasa directamente al juego de ruedas.. Esto significa mayores tensiones de contacto en la interfaz rueda-carril.. Los resultados son un desgaste más rápido de la banda de rodadura., perfiles de desgaste hueco prematuro, y mayor fatiga por contacto rodante (RCF) que conduce al descascarado y desconchado. El torno de ruedas verá tus ruedas más a menudo, y la vida útil total de la rueda disminuye.

Impacto en los ejes

Las mismas vibraciones de alta frecuencia golpean los ejes.. Las tensiones dinámicas de flexión y torsión aumentan, aceleración de la acumulación de fatiga en el cuerpo del eje. Si está utilizando motores suspendidos sobre el eje, necesita pruebas rigurosas no destructivas: inspección ultrasónica, por ejemplo, y necesita ejes fabricados con los más altos estándares metalúrgicos. No hay atajos.

El papel fundamental de la carcasa de suspensión suspendida sobre el eje

Hay un componente que a menudo se pasa por alto., sin embargo, es el eje estructural de todo el sistema.: la caja de suspensión suspendida sobre el eje, como se le conoce en la ingeniería ferroviaria china. Esta carcasa transfiere cada newton de par de tracción y cada kilogramo de masa no suspendida del motor al juego de ruedas.. Tiene que sobrevivir a tres tipos de castigo.:

• Fatiga de alto ciclo por impactos repetidos en rieles verticales
• Oscilaciones torsionales causadas por la ondulación del par del motor.
• Condiciones ambientales duras como el polvo., humedad, y temperaturas extremas

Por qué la calidad importa aquí

Una carcasa mal fundida o tratada térmicamente de forma inadecuada puede agrietarse. Esto provoca una desalineación de los cojinetes del eje., y en el peor de los casos, El motor de tracción puede desprenderse del eje, lo que supone un grave peligro para la seguridad en cualquier tren en movimiento..

En Industrias pesadas Co. de Luoyang Fonyo., Limitado. , Fabricamos soportes de suspensión suspendidos de precisión según los estándares ferroviarios más exigentes., incluido AR, EN, y GB/T. Nuestras carcasas están fabricadas en fundición nodular de alta resistencia. (EN-GJS-400-18LT o equivalente) o grados de acero fundido. Mecanizamos los asientos de los rodamientos con estrictas tolerancias de concentricidad., y realizamos rigurosas pruebas no destructivas (MT y UT) en cada casting. Ya hemos exportado estas carcasas a múltiples países de Europa., Sudeste Asiático, Sudamerica, y el Medio Oriente.

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