Este artículo necesita citas adicionales para su verificación . ( junio de 2008 ) |
Un freno de ferrocarril es un tipo de freno que se utiliza en los vagones de los trenes para permitir la desaceleración, controlar la aceleración (cuesta abajo) o para mantenerlos inmóviles cuando están estacionados. Si bien el principio básico es similar al del uso de vehículos de carretera, las características operativas son más complejas debido a la necesidad de controlar varios vagones vinculados y de ser eficaces en los vehículos que se quedan sin un motor principal . Los frenos de cierre son un tipo de frenos que se han utilizado históricamente en los trenes.
En los primeros días de los ferrocarriles, la tecnología de frenado era primitiva. Los primeros trenes tenían frenos operativos en la licitación de la locomotora y en los vehículos del tren, donde los "porteadores" o, en los Estados Unidos, los guardafrenos, viajando con ese propósito en esos vehículos accionaron los frenos. Algunos ferrocarriles instalaron un silbato de freno especial y profundo en las locomotoras para indicar a los porteadores la necesidad de aplicar los frenos. Todos los frenos en esta etapa de desarrollo se aplicaron mediante la operación de un tornillo y un enlace a las zapatas de freno aplicadas a las huellas de las ruedas, y estos frenos se podían usar cuando los vehículos estaban estacionados. En los primeros tiempos, los porteadores viajaban en toscos refugios fuera de los vehículos, pero los "guardias asistentes" que viajaban dentro de los vehículos de pasajeros y que tenían acceso a una rueda de freno en sus puestos, los suplantaban. El esfuerzo de frenado que se podía lograr era limitado y tampoco confiable, ya que la aplicación de los frenos por parte de los guardias dependía de su audición y respuesta rápida a un silbido de frenos. [1]
Un desarrollo temprano fue la aplicación de un freno de vapor a las locomotoras, donde la presión de la caldera se podía aplicar a las zapatas de freno de las ruedas de la locomotora. A medida que aumentaba la velocidad del tren, se hizo esencial proporcionar un sistema de frenado más potente capaz de ser aplicado y liberado instantáneamente por el operador del tren, descrito como un freno continuo porque sería efectivo de manera continua a lo largo del tren.
En el Reino Unido, el accidente ferroviario de Abbots Ripton en enero de 1876 se vio agravado por las largas distancias de parada de los trenes expresos sin frenos continuos, que - se hizo evidente - en condiciones adversas podrían superar considerablemente a las asumidas al posicionar las señales. [2] Esto se hizo evidente a partir de las pruebas de frenos ferroviarios realizadas en Newark el año anterior, para ayudar a una Comisión Real que estaba considerando los accidentes ferroviarios. En palabras de un funcionario ferroviario contemporáneo, estos
mostró que en condiciones normales se requiere una distancia de 800 a 1200 yardas para detener un tren cuando viaja a 45½ a 48½ mph, lo que es muy por debajo de la velocidad de viaje normal de los trenes expresos más rápidos. Los funcionarios ferroviarios no estaban preparados para este resultado y de inmediato se admitió la necesidad de mucha más potencia de frenado [3].
Los ensayos realizados después de que Abbots Ripton informaron lo siguiente (para un tren expreso que coincide aproximadamente con uno de los involucrados, como en una caída de 1 en 200, pero a diferencia de este frenando en condiciones favorables) [2]
Sistema de frenado | Velocidad del tren | Distancia | Tiempo de parada (s) | ||
---|---|---|---|---|---|
mph | km / h | yarda | metro | ||
Continuo (vacío) | 45 | 72 | 410 | 370 | 26 |
Continuo (vacío) | 45 | 72 | 451 | 412 | 30 |
3 furgonetas de freno | 40,9 | 65,8 | 800 | 730 | 59 |
2 furgonetas de freno | 40,9 | 65,8 | 631 | 577 | 44 |
2 furgonetas de freno | 45 | 72 | 795 | 727 | 55 |
1 furgoneta de freno | 45 | 72 | 1,125 | 1.029 | 70 |
Sin embargo, no existía una solución técnica clara al problema, debido a la necesidad de lograr una tasa razonablemente uniforme de esfuerzo de frenado en todo el tren, y debido a la necesidad de agregar y quitar vehículos del tren en puntos frecuentes del viaje. (En estas fechas, los trenes unitarios eran una rareza).
Los principales tipos de solución fueron:
Nota: hay una serie de variantes y desarrollos de todos estos sistemas.
Las pruebas de Newark mostraron que el rendimiento de frenado de los frenos neumáticos Westinghouse era claramente superior: [13] pero por otras razones [14] fue el sistema de vacío el que se adoptó generalmente en los ferrocarriles del Reino Unido.
Sistema de frenado | Peso del tren con motor | Velocidad del tren | Distancia de frenado | Hora de parar (s) | Desaceleración | Rieles | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
toneladas largas | toneladas | mph | km / h | yarda | metro | gramo | m / s 2 | |||
Westinghouse automático | 203 toneladas 4 quilates | 206,5 | 52 | 84 | 304 | 278 | 19 | 0,099 | 0,97 | seco |
Clark hidráulico | 198 toneladas 3 quilates | 201,3 | 52 | 84 | 404 | 369 | 22,75 | 0,075 | 0,74 | seco |
Vacío Smith [12] | 262 toneladas 7 quilates | 266,6 | 49,5 | 79,7 | 483 | 442 | 29 | 0,057 | 0,56 | seco |
Cadena Clark y Webb | 241 toneladas 10 quilates | 245,4 | 47,5 | 76,4 | 479 | 438 | 29 | 0,056 | 0,55 | seco |
Hidráulica de Barker | 210 toneladas 2 quilates | 213,5 | 50,75 | 81,67 | 516 | 472 | 32 | 0,056 | 0,55 | seco |
Aspiradora Westinghouse | 204 toneladas 3 quilates | 207,4 | 52 | 84 | 576 | 527 | 34,5 | 0.052 | 0,51 | mojado |
Fay mecánico | 186 toneladas 3 quilates | 189,1 | 44,5 | 71,6 | 388 | 355 | 27,5 | 0,057 | 0,56 | mojado |
Steel & McInnes Air | 197 toneladas 7 quilates | 200,5 | 49,5 | 79,7 | 534 | 488 | 34,5 | 0.051 | 0,50 | mojado |
En la práctica británica, sólo los trenes de pasajeros estaban equipados con frenos continuos hasta aproximadamente 1930; Los trenes de mercancías y minerales circulaban a menor velocidad y dependían de la fuerza de frenado de la locomotora, el ténder y la furgoneta de freno , un vehículo pesado provisto en la parte trasera del tren y ocupado por un guardia .
Los vehículos de mercancías y minerales tenían frenos de mano que se aplicaban mediante una palanca manual accionada por el personal en tierra. Estos frenos de mano se utilizaron cuando fue necesario cuando los vehículos estaban estacionados, pero también cuando los trenes descendían por una pendiente pronunciada. El tren se detuvo en la parte superior de la pendiente y el guardia caminó hacia adelante para "sujetar" las manijas de los frenos, por lo que los frenos se aplicaron parcialmente durante el descenso. Los primeros vehículos de mercancías tenían manijas de freno en un solo lado pero, a partir de 1930, las manijas de freno se requerían en ambos lados de los vehículos buenos. Los trenes que contenían vehículos con frenos de mano se describieron como "no equipados": estuvieron en uso en Gran Bretaña hasta aproximadamente 1985. Desde aproximadamente 1930, se introdujeron los trenes semiequipados, en los que los vehículos de mercancías equipados con frenos continuos se colocaban junto a la locomotora.dando suficiente potencia de frenado para circular a velocidades más altas que los trenes no equipados. Una prueba en enero de 1952 vio un tren de carbón de 52 vagones y 850 toneladas correr 127 millas (204 km) a un promedio de 38 millas por hora (61 km / h), en comparación con la velocidad máxima habitual en elLínea principal de Midland de 25 millas por hora (40 km / h) para trenes de carga no equipados. [15] En 1952, el 14% de los vagones abiertos, el 55% de los vagones cubiertos y el 80% de los camiones para ganado tenían frenos de vacío. [dieciséis]
En los primeros días de las locomotoras diésel , se adjuntaba a la locomotora una licitación de freno especialmente diseñada para aumentar el esfuerzo de frenado al transportar trenes no equipados. La oferta de freno era baja, de modo que el conductor aún podía ver la línea y las señales hacia adelante si la oferta de freno se impulsaba (empujaba) por delante de la locomotora, lo que a menudo era el caso.
En 1878 había más de 105 patentes en varios países para sistemas de frenado, la mayoría de las cuales no fueron ampliamente adoptadas. [17]
A medida que aumentaban las cargas, las pendientes y las velocidades del tren, el frenado se convertía en un problema. A fines del siglo XIX, comenzaron a aparecer frenos continuos significativamente mejores . El primer tipo de freno continuo fue el freno de cadena [18], que utilizaba una cadena, que recorría la longitud del tren, para accionar los frenos en todos los vehículos simultáneamente.
El freno de cadena pronto fue reemplazado por frenos operados por aire o por vacío . Estos frenos usaban mangueras que conectaban todos los vagones de un tren, por lo que el operador podía aplicar o soltar los frenos con una sola válvula en la locomotora.
Estos frenos continuos pueden ser simples o automáticos, siendo la diferencia esencial lo que sucede si el tren se rompe en dos. Con frenos simples, se necesita presión para aplicar los frenos, y toda la potencia de frenado se pierde si la manguera continua se rompe por cualquier motivo. Los frenos no automáticos simples son, por lo tanto, inútiles cuando las cosas realmente van mal, como se muestra con el desastre ferroviario de Armagh .
Los frenos automáticos, por otro lado, usan la presión de aire o vacío para mantener los frenos apagados contra un depósito que se encuentra en cada vehículo, que aplica los frenos si se pierde presión / vacío en la tubería del tren . Por tanto, los frenos automáticos son en gran medida "a prueba de fallos ", aunque el cierre defectuoso de los grifos de las mangueras puede provocar accidentes como el de la Gare de Lyon .
El freno de aire Westinghouse estándar tiene la mejora adicional de una válvula triple y depósitos locales en cada vagón que permiten que los frenos se apliquen completamente con solo una ligera reducción de la presión de aire, lo que reduce el tiempo que se tarda en soltar los frenos como no todos. la presión se elimina a la atmósfera.
Los frenos no automáticos todavía tienen un papel en los motores y los primeros vagones, ya que pueden usarse para controlar todo el tren sin tener que aplicar los frenos automáticos.
A principios del siglo XX, muchos ferrocarriles británicos emplearon frenos de vacío en lugar de los frenos de aire de los ferrocarriles que se usan en gran parte del resto del mundo. La principal ventaja del vacío era que el vacío puede ser creado por un eyector de vapor sin partes móviles (y que podría ser impulsado por el vapor de una locomotora de vapor ), mientras que un sistema de frenos de aire requiere un compresor ruidoso y complicado .
Sin embargo, los frenos de aire se pueden hacer mucho más efectivos que los frenos de vacío para un tamaño dado de cilindro de freno. Un compresor de frenos de aire generalmente es capaz de generar una presión de 90 psi (620 kPa ; 6.2 bar) frente a solo 15 psi (100 kPa; 1,0 bar) para vacío. Con un sistema de vacío, la presión diferencial máxima es la presión atmosférica (14,7 psi o 101 kPa o 1,01 bar al nivel del mar, menos en la altitud). Por lo tanto, un sistema de frenos de aire puede usar un cilindro de freno mucho más pequeño que un sistema de vacío para generar la misma fuerza de frenado. Esta ventaja de los frenos de aire aumenta a gran altitud, por ejemplo, en Perú y Suiza, donde hoy en día los ferrocarriles secundarios utilizan frenos de vacío. La efectividad mucho mayor de los frenos de aire y la desaparición de la locomotora de vapor han hecho que el freno de aire se vuelva omnipresente; sin embargo, el frenado por vacío todavía se utiliza en India , Argentina y Sudáfrica , pero disminuirá en un futuro próximo. [ cita requerida ]Vea Jane's World Railways .
Una mejora del freno de aire automático es tener una segunda manguera de aire (el depósito principal o la línea principal) a lo largo del tren para recargar los depósitos de aire de cada vagón. Esta presión de aire también se puede utilizar para operar puertas de carga y descarga en vagones de trigo y vagones de carbón y lastre . En los vagones de pasajeros , la tubería del depósito principal también se usa para suministrar aire para operar las puertas y la suspensión neumática.
El freno EP de mayor rendimiento utiliza una "tubería de depósito principal" que alimenta aire a todos los depósitos de freno en el tren, con las válvulas de freno controladas eléctricamente con un circuito de control de tres cables. Esto proporciona entre cuatro y siete niveles de frenado, dependiendo de la clase de tren. También permite una aplicación más rápida de los frenos, ya que la señal de control eléctrico se propaga de manera efectiva al instante a todos los vehículos en el tren, mientras que el cambio en la presión de aire que activa los frenos en un sistema convencional puede tardar varios segundos o decenas de segundos en propagarse completamente a la parte trasera del tren. Sin embargo, este sistema no se utiliza en trenes de mercancías debido a su coste. [ cita requerida ]
El sistema adoptado en los ferrocarriles británicos desde 1950 en adelante se describe en Sistema de frenos electroneumáticos en los trenes ferroviarios británicos.
Los frenos neumáticos controlados electrónicamente (ECP) son un desarrollo de finales del siglo XX para hacer frente a trenes de mercancías muy largos y pesados, y son un desarrollo del freno EP con un nivel de control aún mayor. Además, la información sobre el funcionamiento de los frenos de cada vagón se devuelve al panel de control del conductor.
Con ECP, se instala una línea de potencia y control de vagón a vagón desde la parte delantera del tren a la parte trasera. Las señales de control eléctrico se propagan de manera efectiva instantáneamente, a diferencia de los cambios en la presión del aire que se propagan a una velocidad bastante lenta limitada en la práctica por la resistencia al flujo de aire de las tuberías, de modo que los frenos en todos los vagones se pueden aplicar simultáneamente, o incluso desde de atrás hacia adelante en lugar de de adelante hacia atrás. Esto evita que los vagones de la parte trasera "empujen" los vagones de la parte delantera, lo que reduce la distancia de frenado y reduce el desgaste del equipo.
Hay dos marcas de frenos ECP disponibles en Norteamérica, una de New York Air Brake y la otra de Wabtec . Estos dos tipos son intercambiables.
Los frenos de aire funcionan con alta presión y las mangueras de aire en los extremos del material rodante son de un diámetro pequeño. Por otro lado, los frenos de vacío funcionan a baja presión y las mangueras en los extremos del material rodante son de mayor diámetro.
Los frenos de aire en los vehículos más alejados de un tren se desactivan con un toque. Los frenos de vacío en los vehículos más externos de un tren están sellados por tapones que se succionan en su lugar.
Las conexiones de los frenos entre vagones pueden simplificarse si los vagones siempre apuntan en la misma dirección. Se haría una excepción para las locomotoras que a menudo se encienden sobre plataformas giratorias o triángulos .
En el nuevo ferrocarril de Fortescue inaugurado en 2008, los vagones se operan en conjuntos, aunque su dirección cambia en el circuito de globos del puerto. Las conexiones ECP están en un solo lado y son unidireccionales.
Esta sección necesita citas adicionales para su verificación . ( Julio de 2013 ) |
Esta lista está incompleta ; puede ayudar agregando elementos faltantes . ( Julio de 2013 ) |
Los frenos defectuosos o aplicados incorrectamente pueden hacer que el tren se salga de control ; en algunos casos, esto ha provocado accidentes de tren :
Loco de Uganda con una pequeña manguera de freno de aire sobre el acoplamiento y el grifo.
Grecia NG Air Brake
Manguera delgada arriba y grifo
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