¿Por qué se agrietan las eclisas de los ferrocarriles??

Si alguna vez reemplazó los estantes eclisas de ferrocarril, probablemente notaste algo interesante. La grieta casi siempre comienza cerca del orificio de un perno, no en el medio de la placa.. Esto se debe a que las eclisas rara vez fallan debido a una carga pesada.. Fallan tras millones de pasos de rueda, pequeños movimientos en la articulación, y años de cansancio acumulado.

En este artículo, Te explicamos por qué se agrietan las eclisas de los ferrocarriles., donde suelen comenzar las grietas, ¿Qué acelera la fatiga del plato de pescado?, y qué pueden hacer los equipos de mantenimiento para prolongar la vida útil.

Aunque las vías articuladas representan sólo una pequeña parte de toda la red ferroviaria, Históricamente, las juntas de rieles han requerido mucho más mantenimiento que las juntas de rieles soldadas continuamente. (CWR) porque experimentan mayores cargas de impacto y concentración de tensiones en cada paso de la rueda. Y la eclisa, el componente que mantiene unida esa articulación, suele ser donde comienza el problema..

Hemos inspeccionado eclisas agrietadas en líneas de transporte de mercancías, sistemas de metro, y vías de grúas industriales en diferentes entornos operativos. Los patrones de falla comparten características comunes., pero las causas del agrietamiento de la placa de pescado no siempre son obvias a primera vista.

Por lo general, comienza en los orificios de los pernos.

Los orificios para pernos son concentradores de tensión por diseño.. Cada vez que una rueda pasa por la articulación, el plato de pescado se flexiona ligeramente, y la mayor tensión se produce en los bordes del agujero. Más de miles (a veces millones) de ciclos de carga, Una grieta por fatiga se inicia en el agujero y se propaga hacia afuera.. Al principio lentamente. Entonces más rápido.

El problema empeora cuando los orificios de los pernos están mal mecanizados.. Hemos encontrado placas donde el diámetro del orificio era demasiado grande o la perpendicularidad estaba desviada unos pocos grados.. Visualmente, se ven aceptables. Pero el espesor efectivo de la pared alrededor del agujero se reduce., y la vida de fatiga disminuye significativamente.

Algunos fabricantes perforan agujeros en lugar de perforar para reducir el costo de producción.. Los agujeros perforados incorrectamente pueden introducir tensiones residuales o defectos microscópicos alrededor del borde del agujero que se convierten en puntos de iniciación del agrietamiento por fatiga.. Si su proveedor no puede confirmar el método de mecanizado del agujero, Esa es una pregunta que vale la pena hacerse antes de realizar un pedido..

Pernos flojos: El asesino silencioso

Aquí hay algo que sorprende a muchos equipos de mantenimiento.. Una eclisa puede desarrollar grietas incluso cuando ninguno de los pernos se ha roto..

Cuando la precarga del perno cae significativamente (y hemos medido muchas uniones que funcionan muy por debajo de los niveles de torsión esperados), la eclisa comienza a microdeslizarse contra la red del riel.. No es visible a simple vista.. pero esta sucediendo. Este desgaste desgasta ambas superficies., reduce el área de contacto efectiva, y transfiere más carga a menos pernos.

La placa ahora soporta fuerzas para las que nunca fue diseñada para manejar sola..

Esta es la razón por la que los pernos de pescado son tan importantes para la longevidad del plato de pescado. Un perno flojo no significa solo una unión floja: significa que la vida útil de la placa en sí se está consumiendo mucho más rápido de lo diseñado.. arandelas de resorte, comprobaciones de par programadas, Verificación posterior a la instalación: estas no son formalidades de mantenimiento.. Son los que evitan que la placa se agriete prematuramente..

En líneas de transporte pesado siguiendo directrices AREMA o UIC, La verificación del torque de los pernos generalmente se requiere a intervalos regulares.. Cuando esos intervalos se alargan (o se saltan por completo), es cuando los archivos de análisis de fallas de la eclisa comienzan a volverse más gruesos..

Calidad de los materiales: Donde se cortan las esquinas

Desde una perspectiva de fabricación, aquí es donde se originan la mayoría de las fallas evitables.

Las eclisas hechas de acero no verificado o de material tratado térmicamente de forma inadecuada pueden parecer idénticas a las placas de calidad en la superficie.. Mismas dimensiones. Mismo peso. Misma apariencia de recubrimiento. Pero la microestructura interna cuenta una historia diferente..

Estructura de grano grueso o de grano mixto: lo que resulta cuando se apresura el tratamiento térmico, saltado, o se realiza sin un control de temperatura adecuado: reduce la tenacidad y hace que la placa sea susceptible a fracturas frágiles.. La diferencia entre una placa correctamente normalizada y una que recibió un tratamiento térmico incompleto puede ser la diferencia entre detectar una grieta durante una inspección de rutina y experimentar una fractura repentina sin previo aviso..

Los certificados de prueba de materiales no son trámites opcionales.. Si está adquiriendo placas que se colocarán debajo de un riel que transporta cargas por eje de 25 toneladas o más, necesita evidencia documentada de la composición química, propiedades mecánicas, y procedimiento de tratamiento térmico. Los proveedores que no pueden proporcionar estos documentos están generando riesgo., no solo acero.

El clima frío empeora todo

Por extraño que parezca, El invierno es cuando se reportan la mayoría de fallas en las placas de pescado.. No porque el clima frío cause directamente grietas: crea las condiciones que aceleran el daño existente..

El acero se vuelve más quebradizo a bajas temperaturas.. La temperatura de transición de dúctil a frágil varía según el grado del acero., pero para materiales típicos de platos de pescado, la dureza cae notablemente por debajo del punto de congelación. Los rieles se contraen en climas fríos, lo que aumenta la tensión de tracción en la articulación. La contracción térmica separa los extremos del riel, poner la eclisa bajo carga de tracción para la que no fue diseñada principalmente. Si ya hay una microfisura en el orificio de un perno, el clima frío le da exactamente las condiciones que necesita para propagarse.

En regiones con importantes cambios estacionales de temperatura: Asia central, Norte de China, el medio oeste norteamericano, Norte de Europa: este patrón está bien documentado en los registros de mantenimiento.. La solución no es cambiar las especificaciones del plato de pescado según la temporada. Es para garantizar espacios de expansión adecuados durante la instalación., mantener el torque del perno durante el invierno, y aumentar la frecuencia de inspección durante los meses fríos.

La corrosión agrava el problema. Las sales de deshielo y la humedad se acumulan alrededor de los orificios de los pernos y entre la placa y el alma del riel.. Combinado con estrés cíclico., Esto crea un ambiente ideal para el agrietamiento por corrosión bajo tensión, un modo de falla que progresa más rápido que la fatiga mecánica pura por sí sola..

Análisis de fallas de las placas de pescado: Un caso de campo

Durante una inspección en un ferrocarril industrial que da servicio a una planta siderúrgica, Nuestro equipo de ingeniería examinó una junta que los equipos de mantenimiento habían informado como “perder.” La junta se volvió a apretar tres veces en dos meses., sin embargo, los pernos seguían perdiendo torque.

Cuando se retiró y examinó el plato de pescado., Se veía una pequeña grieta que iba desde el orificio central del perno hacia el borde superior.. La grieta había sido completamente invisible durante inspecciones visuales anteriores porque se originó en la superficie de contacto que mira hacia el alma del riel, el lado que nadie ve a menos que se retire la placa..

La grieta se había iniciado en el borde del orificio del perno., Se propagó lentamente bajo carga cíclica durante varios meses., luego aceleró una vez que el área de contacto efectiva entre la placa y el riel cayó por debajo de lo necesario para distribuir la carga uniformemente. Los pernos se aflojaban porque la placa se estaba deformando bajo carga, no porque los pernos en sí estuvieran fallando..

La junta se reemplazó inmediatamente con una nueva eclisa y un juego de pernos., y se verificó el perfil y el hueco del carril antes de devolver la vía al servicio.. Lo que hace que este caso valga la pena destacar es que todas las condiciones para la falla de la eclisa estaban presentes.: Agujeros para pernos como concentradores de tensión., Precarga reducida que permite el microdeslizamiento., y la fatiga acumulada alcanzó una longitud crítica de grieta, todo mientras la inspección visual desde arriba no mostró nada malo.

Por este motivo, normas como EN 13260 y tuberculosis/t 2345 especificar no sólo tolerancias dimensionales para eclisas, pero también requisitos de dureza del material., rango de dureza, y criterios de aceptación de END.

Qué deben buscar los equipos de adquisiciones

Al evaluar proveedores de platos de pescado, Normalmente nos fijamos en algo más que el cumplimiento del dibujo.. Certificados de materiales, registros de tratamiento térmico, documentación del método de mecanizado de orificios para pernos, y los informes de inspección de terceros a menudo le dicen mucho más sobre la confiabilidad a largo plazo de una eclisa que el precio unitario por sí solo..

Tres áreas merecen especial atención:

Trazabilidad de materiales. Solicite informes de pruebas de fábrica que muestren la composición química (carbón, manganeso, silicio, fósforo, límites de azufre según la norma aplicable), propiedades mecánicas (límite elástico, resistencia a la tracción, alargamiento, reducción de área), y resultados de pruebas de impacto a temperaturas relevantes. Para platos de pescado destinados al servicio en regiones frías, Los valores de impacto a baja temperatura son especialmente importantes: son los que separan una placa que se agrieta en invierno de otra que no..

Verificación del tratamiento térmico. Preguntar si las placas estaban normalizadas., apagado y revenido, o dejarlo enrollado. Normalizado o Q&Las placas en T tienen un rendimiento de fatiga significativamente mejor que el material laminado. El proveedor debe proporcionar registros de tratamiento térmico o, como mínimo, datos de encuestas de dureza que confirmen un tratamiento consistente en todo el lote..

Cumplimiento de normas aplicables. Dependiendo de su región y aplicación, Es posible que los platos de pescado deban cumplir con EN 13260 (europeo), AREMA (norteamericano), UIC 864-1, GB/T 227, o tuberculosis/t 2345 (Chino) presupuesto. La inspección de terceros realizada por un laboratorio independiente, en lugar de la autoinspección de la fábrica, agrega credibilidad significativa. ISO 9001 le dice que el proveedor tiene un sistema de gestión de calidad. Pero el cumplimiento de EN/AREMA/UIC/TB/T le indica que el producto en sí cumple con los requisitos técnicos ferroviarios reconocidos..

Un plato que cuesta 15% menos pero falla después de tres años de servicio no es un ahorro. es una responsabilidad. Reemplazar una eclisa rota durante la operación significa realizar un seguimiento del tiempo de posesión, movilización de la tripulación, e interrupción del servicio: costos que rápidamente eclipsan la diferencia de precio del material original.

Proveedor

Una eclisa puede parecer uno de los componentes más simples de una vía de ferrocarril, pero a menudo determina si una junta de riel permanece estable después de años de servicio pesado.. Comprender los modos de falla de la eclisa: agrietamiento por fatiga debido a los orificios de los pernos, pérdida de precarga que causa microdeslizamiento, Defectos del material que reducen la tenacidad., y fragilidad en climas fríos: es esencial tanto para los equipos de mantenimiento que especifican los procedimientos de inspección como para los equipos de adquisiciones que evalúan a los proveedores..

Ya sea que esté diseñando una nueva sección de vía articulada o reemplazando eclisas defectuosas durante el mantenimiento, seleccionar el grado de material correcto, asegurando el torque de instalación adecuado, y la implementación de inspecciones periódicas de los orificios de los pernos reducirá significativamente los incidentes de fallas en las eclisas., mantenimiento conjunto no planificado, e interrupciones del servicio asociadas.

EnFONYO, fabricamos ferrocarril platos de pescado, pernos de pescado, clips de riel elásticos, almohadillas de riel, y otros componentes de fijación de rieles para ferrocarriles de mercancías, sistemas de metro, pistas industriales, y aplicaciones de rieles para grúas en todo el mundo. Nuestro equipo de ingeniería puede recomendar la especificación de eclisa adecuada según el perfil de su riel., carga por eje, entorno operativo, y norma aplicable (EN, AREMA, UIC, GB/T, o tuberculosis/t).

Preguntas frecuentes para grietas de platos de pescado

¿Se pueden reparar las eclisas agrietadas mediante soldadura??

No. Una vez que una placa de pescado ha desarrollado una grieta por fatiga, debe ser reemplazado. Soldar una eclisa agrietada no es una práctica ferroviaria aceptada: la soldadura crea una superficie dura., zona frágil que se agrietará nuevamente bajo ciclos térmicos y carga dinámica. El procedimiento estándar es retirar la junta de servicio inmediatamente y reemplazar ambas eclisas. (y preferiblemente los pernos) con nuevo, componentes adaptados al perfil.

¿Cuánto duran normalmente las eclisas de ferrocarril??

Con especificación de material correcta., instalación adecuada, y par de perno mantenido, Los platos de pescado suelen servir 15 a 30 años dependiendo de las condiciones de funcionamiento. Líneas de transporte pesado con altas cargas por eje (30+ montones), variación extrema de temperatura, o ambientes corrosivos agresivos pueden experimentar una vida útil más corta. Los factores determinantes son la calidad del material. (especialmente tratamiento térmico), consistencia del mantenimiento de la precarga del perno, e inspección periódica centrada en los bordes de los orificios de los pernos.

¿Por qué se producen más fallos en las eclisas en invierno??

El clima frío reduce la tenacidad del acero a través del efecto de transición de dúctil a frágil y provoca la contracción del riel, lo que aumenta la tensión de tracción en la articulación. Si ya se ha iniciado una grieta por fatiga en el orificio de un perno, El estrés térmico adicional proporciona la fuerza impulsora para la propagación acelerada.. Diseño adecuado del espacio de expansión, programas de verificación de par de invierno, y una mayor frecuencia de inspecciones durante los meses fríos son las medidas de mitigación establecidas.

¿Cuáles son las primeras señales de advertencia de daños en los platos de pescado??

Los primeros indicadores más confiables son los pernos que se aflojan repetidamente a pesar de volver a apretarlos., manchas de óxido visibles alrededor de los orificios de los pernos (lo que indica fricción entre superficies), y cualquier decoloración o deterioro de la superficie cerca de los bordes del agujero. Las grietas por fatiga se originan frecuentemente en el lado oculto que mira hacia el alma del carril., por lo que la inspección visual unilateral puede pasarlos por alto por completo. Para juntas críticas en líneas de transporte pesado o de alta velocidad, pruebas ultrasónicas periódicas (Utah) o pruebas de partículas magnéticas (MONTE) Se recomienda alrededor de las áreas de los agujeros de los pernos..

¿Se puede eliminar por completo el agrietamiento por fatiga de la eclisa??

No del todo: la fatiga es inherente a cualquier unión ferroviaria atornillada sometida a millones de cargas cíclicas de las ruedas.. Pero la tasa de iniciación y propagación de grietas se puede reducir drásticamente mediante la selección correcta de materiales con la tenacidad adecuada., Se mantiene el par de apriete adecuado con los elementos de fijación adecuados., protocolos de inspección regulares, y asegurar un contacto de superficie total entre la eclisa y la red del riel. Muchos ferrocarriles han ampliado significativamente la vida útil de las eclisas centrándose en estos factores en lugar de aceptar el reemplazo prematuro como algo normal..