Un acoplamiento o enganche es un mecanismo, situado normalmente en cada extremo de un vehículo ferroviario , que los conecta entre sí para formar un tren. El equipo que conecta los enganches a los vehículos es el mecanismo de tiro o mecanismo de tracción , que debe absorber las tensiones del acoplamiento y la aceleración del tren.
A lo largo de la historia de los vehículos ferroviarios, se han desarrollado en todo el mundo diversos diseños y tipos de acopladores. Las consideraciones clave en materia de diseño incluyen resistencia, fiabilidad, manejo fácil y eficiente y seguridad para el operador. Los acopladores automáticos se acoplan automáticamente cuando se juntan los vagones. Las versiones modernas no solo proporcionan una conexión mecánica, sino que también pueden acoplar líneas de freno y líneas de datos.
Los distintos países utilizan distintos tipos de acopladores. Mientras que los ferrocarriles norteamericanos y China utilizan acopladores Janney , los ferrocarriles de la ex Unión Soviética utilizan acopladores SA3 y los países europeos utilizan acopladores Scharfenberg y de tornillo . Surgen desafíos y complicaciones al acoplar vehículos con diferentes acopladores. Para realizar esta tarea se utilizan vagones de barrera , también llamados vagones de acoplamiento , vagones con acopladores dobles o adaptadores.
Con frecuencia, se hace referencia a acoplamientos o acopladores compatibles y similares utilizando nombres o apodos de marcas, marcas o regiones muy diferentes, lo que puede hacer que la descripción de diseños estándar o típicos sea confusa. Las dimensiones y clasificaciones que se indican en estos artículos suelen ser de componentes y sistemas nominales o típicos, aunque las normas y prácticas también varían ampliamente según el ferrocarril, la región y la época.
Buff: cuando el conjunto (uno o más vagones acoplados entre sí) de vagones está en compresión; opuesto a tensión. [1]
El tipo básico de acoplamiento en los ferrocarriles que sigue la tradición británica es el acoplamiento de cadena y amortiguador. Una gran cadena de tres eslabones conecta los ganchos de los vagones contiguos. Estos acoplamientos siguieron la práctica anterior de los tranvías , pero se hicieron más regulares. Los amortiguadores en el bastidor del vagón absorbían las cargas de impacto cuando el tren sobrepasaba a una locomotora que disminuía la velocidad.
La cadena simple no se podía tensar, y este acoplamiento suelto permitía una gran cantidad de movimiento de ida y vuelta y golpes entre vagones, así como sacudidas cuando los trenes arrancaban. Si bien era aceptable para los vagones minerales, este acoplamiento hacía que el viaje en los vagones de pasajeros fuera incómodo, por lo que se mejoró la cadena reemplazando el eslabón central con un tornillo con una rosca a la izquierda en un lado y una rosca a la derecha en el otro. En el centro del tornillo se encuentra la carcasa del mango con una manija de bola con bisagras adjunta. Esta disposición de estilo tensor permite unir los vehículos apretando el tornillo con la manija adjunta. Por lo general, el tornillo se aprieta hasta que quedan dos roscas junto a la carcasa del mango. Se fija un soporte a la tuerca del muñón en el lado del eslabón de acoplamiento para apoyar el mango del tornillo y evitar que se afloje mientras se usa el acoplamiento. El nombre oficial de este tipo de acoplamiento es acoplamiento de tornillo o acoplamiento UIC según la norma europea EN 15566 Engranaje de tracción y acoplamiento de tornillo .
Una versión simplificada de esto, más rápida de conectar y desconectar, todavía usaba tres eslabones pero con el eslabón central provisto de una ranura en forma de T. Esta se podía girar longitudinalmente para alargarla, permitiendo el acoplamiento, y luego girar verticalmente a la posición de ranura más corta, manteniendo los vagones más juntos.
Las velocidades más altas asociadas con la carga completamente equipada [a] hicieron que la forma tensada por tornillos fuera una necesidad.
Los primeros amortiguadores eran extensiones fijas de los bastidores de madera de los vagones, pero más tarde se introdujeron amortiguadores de muelles. Los primeros eran cojines rígidos de crin de caballo recubiertos de cuero, más tarde resortes de acero y luego amortiguación hidráulica.
Este tipo de acoplamiento todavía está muy extendido en Europa occidental y central y en partes del norte de África, Oriente Medio y el sur de Asia. [2]
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El acoplamiento de eslabón y pasador fue el estilo original de acoplamiento utilizado en los ferrocarriles norteamericanos. Después de que la mayoría de los ferrocarriles se convirtieran a los acopladores Janney semiautomáticos , el acoplamiento de eslabón y pasador sobrevivió en los ferrocarriles forestales . Si bien en principio era simple, el sistema adolecía de una falta de estandarización en cuanto al tamaño y la altura de los eslabones y el tamaño y la altura de los bolsillos.
El acoplador de eslabón y pasador consistía en un cuerpo en forma de tubo que recibía un eslabón oblongo. Durante el acoplamiento, un trabajador ferroviario tenía que situarse entre los vagones a medida que se juntaban y guiar el eslabón hasta el bolsillo del acoplador. Una vez que los vagones se unían, el empleado insertaba un pasador en un orificio a unos centímetros del extremo del tubo para mantener el eslabón en su lugar. Este procedimiento era excepcionalmente peligroso y muchos guardafrenos perdían dedos o manos enteras cuando no los sacaban del camino de los bolsillos del acoplador a tiempo. Muchos más morían como resultado de ser aplastados entre vagones o arrastrados debajo de vagones que se acoplaban demasiado rápido. A los guardafrenos se les proporcionaban porras pesadas que podían usarse para mantener el eslabón en su posición, pero muchos guardafrenos no las usaban y corrían el riesgo de sufrir lesiones.
El acoplador de enlace y pasador resultó insatisfactorio porque:
En Gran Bretaña, los acopladores de enlace y pasador eran comunes en los ferrocarriles industriales y militares de vía estrecha, y con el tiempo evolucionaron hasta una forma que podía acoplarse de manera confiable cuando el tren estaba parado.
Las mulas del Canal de Panamá , las locomotoras que se utilizan para guiar a los barcos a través de las esclusas del Canal de Panamá , tienen acopladores de pasador y eslabones y topes laterales. Este diseño se eligió para que estas locomotoras, que normalmente funcionan solas, pudieran acoplarse a otra locomotora en caso de avería. En vías rectas, se utiliza el acoplador de pasador y eslabones. Dado que la curva vertical entre las secciones de vía recta y la rampa entre las cámaras de las esclusas tiene un radio muy pequeño, la diferencia de altura sería demasiado grande para un acoplador de pasador y eslabones, por lo que las locomotoras deben empujarse a través de estas secciones desacopladas mediante el uso de los topes laterales. Tienen una placa de tope extra alta para evitar que los topes se bloqueen en curvas verticales cerradas.
El acoplamiento de palanca de equilibrio, también acoplamiento de tope central con dos acoplamientos de tornillo, es un acoplamiento que se utiliza habitualmente en ferrocarriles de vía estrecha con curvas cerradas. Al intercambiar los dispositivos de tracción y empuje, el acoplamiento de tornillo estándar utilizado en ferrocarriles de vía estándar se convirtió en un acoplamiento de tope central con un acoplamiento de tornillo en cada lado del tope. Los acopladores de tornillo están conectados a una palanca de compensación que pivota sobre un muñón vertical en la barra del tope central, lo que permite una distribución uniforme de las fuerzas de tracción entre los dos acopladores de tornillo. [3]
Para evitar problemas de seguridad, Karl Albert, entonces director del Tranvía de Krefeld , desarrolló el enganche Albert durante 1921. El enganche Albert fue creado como un enganche de ranura y llave con dos pasadores. Los vehículos que se iban a acoplar se empujaban juntos, ambos enganches se movían hacia el mismo lado. Se insertaba un pasador, luego se tiraba de los vehículos para enderezar el enganche y se insertaba el otro pasador. Esta operación requería una maniobra menos precisa. Debido al diseño de una sola pieza, solo era posible una holgura mínima. El sistema se hizo bastante popular en los sistemas de tranvía y las líneas de vía estrecha.
Durante la década de 1960, la mayoría de las ciudades los reemplazaron por enganches automáticos. Pero incluso en los vehículos modernos, los enganches Albert se instalan como enganches de emergencia para remolcar un vehículo averiado.
El enlace y el pasador fueron reemplazados en el uso de automóviles de pasajeros en América del Norte durante la última parte del siglo XIX por el conjunto conocido como plataforma Miller , que incluía un nuevo acoplador llamado gancho Miller. [4] La plataforma Miller (y el acoplador de gancho) se utilizaron durante varias décadas antes de ser reemplazados por el acoplador Janney .
El enganche noruego consta de un tope central con un gancho móvil que cae en una ranura en el tope central. [5] También puede haber un pestillo de seguridad en forma de U en el tope opuesto que se voltea sobre la parte superior del gancho para asegurarlo. El dispositivo de seguridad también puede ser una cadena con un peso en forma de bola en el extremo que se lanza sobre el gancho para mantenerlo en su lugar. [5] En los ferrocarriles donde el material rodante siempre mira en la misma dirección, el gancho mecánico puede estar solo en un extremo del vagón. No todos los enganches noruegos son compatibles entre sí, ya que varían en altura y ancho, y pueden o no estar limitados a un gancho a la vez. El límite de fuerza de tracción es típicamente 350 kN. [6] A veces, el enganche noruego se complementa con cadenas auxiliares.
El enganche noruego también se conoce como enganche Lloyd, que lleva el nombre de su fabricante británico FH Lloyd & Co. Ltd, cerca de Wednesbury, o como enganche para picadora de carne, que lleva el nombre de la forma del gancho móvil. El enganche noruego permite curvas más cerradas que el enganche de tope y cadena, lo que supone una ventaja en los ferrocarriles de vía estrecha, donde las bajas velocidades y las cargas reducidas de los trenes permiten un sistema más sencillo. El enganche noruego se encuentra únicamente en ferrocarriles de vía estrecha de 1.067 mm ( 3 pies 6 pulgadas ), 1.000 mm ( 3 pies 3 pulgadas) y 1.200 mm (4 pies 4 pulgadas).+3 ⁄ 8 pulgadas) o menos enGran Bretañay sus antiguas colonias. Por ejemplo, se utiliza en elFerrocarril de la Isla de Man, en losFerrocarriles del Gobierno de Australia Occidental, enTanzania, en elFerrocarril Ffestiniog, en elFerrocarril Lynton y Barnstapley en elFerrocarril Welsh Highland.
En Sudáfrica se utilizaron dos versiones de acoplador radial. Una, el acoplador Johnston, conocido comúnmente como acoplador de pasador y eslabón de campana, se introdujo en 1873 y es similar en funcionamiento a los acopladores de pasador y es compatible con ellos, pero tiene forma de campana y una cara de acoplador circular. El otro, el acoplador de gancho y campana, se introdujo en 1902 y es similar al acoplador noruego, pero también tiene una cara de acoplador circular y un bolsillo de acoplador que está abierto en la parte superior de la cara del acoplador para acomodar el gancho de tracción. [7]
El acoplador Johnston, conocido comúnmente como acoplador de pasador y enlace de campana por su forma de campana, se introdujo por primera vez en el Cabo de Buena Esperanza en 1873, tras el establecimiento de los Ferrocarriles del Gobierno del Cabo (CGR) en 1872 y la decisión del gobierno del Cabo de expandir los ferrocarriles hacia el interior y convertir las vías existentes de 4 pies 8 pulgadas+Ancho de vía estándar de 1 ⁄ 2 pulg.(1435 mm)a ancho de vía Cape de 3 pies y 6 pulg. (1067 mm). Todas las locomotoras y el material rodante nuevos de ancho de vía Cape adquiridos a partir de 1873 estaban equipados con estos acopladores o similares, comenzando con laCGR 0-4-0ST de 1873, una locomotora de construcción llamadaLittle Bess.[8][9][10]
Los Ferrocarriles del Gobierno de Natal (NGR), establecidos en la Colonia de Natal en 1875, siguieron el mismo ejemplo y todas las locomotoras y el material rodante adquirido por ese ferrocarril fueron equipados con acopladores Johnston, comenzando con la NGR Clase K 2-6-0T en 1877. [11] [12]
De la misma manera, en 1889, cuando la recién creada Netherlands-South African Railway Company adquirió las primeras locomotoras en la Zuid-Afrikaansche Republiek , estaban equipadas con acopladores Johnston. [9] [13]
A diferencia de los ferrocarriles de vía estrecha de 2 pies ( 610 mm ) de la CGR, los de la NGR también utilizaban acopladores Johnston. La primera de estas líneas de vía estrecha entró en funcionamiento en 1906, cuando las primeras locomotoras NGR Clase N 4-6-2T entraron en servicio en el ramal Weenen desde Estcourt . [10] [14]
El acoplamiento y desacoplamiento se hacían manualmente, lo que suponía un alto riesgo de lesiones graves o muerte para los miembros de la tripulación, que tenían que pasar de un vehículo en movimiento a otro para guiar el eslabón hacia el bolsillo del enganche durante el acoplamiento. Los enganches Johnston comenzaron a reemplazarse gradualmente en los Ferrocarriles Sudafricanos a partir de 1927, pero no en el material rodante de vía estrecha. Todas las locomotoras y el material rodante nuevos de ancho de vía del Cabo adquiridos a partir de ese año estaban equipados con enganches articulados AAR . La conversión de todo el material rodante más antiguo llevaría varios años y ambos tipos de enganche todavía se podían ver en algunos vehículos hasta finales de la década de 1950. Durante el período de transición, los enganches articulados de muchas locomotoras tenían un espacio horizontal y un orificio vertical en el propio muñón para acomodar, respectivamente, un eslabón y un pasador, para permitir que se acoplara a vehículos que todavía estaban equipados con los enganches Johnston más antiguos. [9] [15]
El sistema de acoplamiento de campana y gancho se introdujo por primera vez en el Cabo de Buena Esperanza en 1902, cuando se adquirieron dos locomotoras CGR Tipo A 2-6-4T como motores de construcción en el nuevo ferrocarril de vía estrecha de 2 pies ( 610 mm ) Avontuur Railway que se estaba construyendo desde Port Elizabeth a través de Langkloof . En Sudáfrica, estos acopladores se utilizaron solo en las líneas de vía estrecha en el Cabo de Buena Esperanza. [7] [10] [16] [17]
El acoplador es similar al acoplador noruego . Es un acoplador radial con un bolsillo de acoplador que está abierto en la parte superior de la cara de acoplamiento. En lugar de un enlace y pasadores, hace uso de un gancho de tracción que, al acoplarse, se desliza sobre el pasador del gancho de tracción en el acoplador del siguiente vehículo en el tren. Para evitar que el gancho de tracción del acoplador de acoplamiento se desacople accidentalmente, la campana del acoplador está equipada con un protector de gancho de tracción, comúnmente conocido como brida, sobre el bolsillo del acoplador. [7]
La práctica habitual era tener un gancho de tracción instalado en solo uno de los enganches de acoplamiento y, por lo tanto, las tripulaciones del tren llevaban ganchos de tracción y pasadores de gancho de tracción de repuesto en la locomotora. Si bien es posible el acoplamiento automático, esto rara vez sucede y se requiere asistencia manual durante el acoplamiento. El desacoplamiento se realiza manualmente levantando el gancho de tracción con la mano para liberarlo. El enganche se podía adaptar para que fuera compatible con el enganche Johnston reemplazando el gancho de tracción con un enlace adaptador en forma de U, que se fijaba utilizando el mismo pasador del gancho de tracción. [7]
Los enganches de campana y gancho comenzaron a ser reemplazados en el Ferrocarril Avontuur tras la introducción de las locomotoras diésel-eléctricas Clase 91-000 en el sistema de vía estrecha en 1973. Todo el material rodante de vía estrecha nuevo adquirido para esa línea a partir de ese año estaba equipado con enganches Willison . El material rodante más antiguo no se convirtió y se utilizó un adaptador para permitir el acoplamiento entre los dos tipos. El gancho de tracción del enganche de campana y gancho se reemplazaría por el adaptador, que se fijaba utilizando el mismo pasador de gancho de tracción. [7]
Existen varios acoplamientos automáticos de trenes, la mayoría de los cuales son incompatibles entre sí. El nivel de automatización varía y se puede dividir en categorías:
El acoplador Janney, más tarde acoplador de la Master Car Builders Association (MCB), [19] ahora acoplador de la Association of American Railroads (AAR), también se conoce comúnmente como acoplador buckeye , knuckle o Alliance . Los acopladores AAR/APTA TypeE, TypeF y TypeH son todos acopladores Janney compatibles, pero se utilizan para diferentes vagones de ferrocarril (carga general, vagones cisterna, tolvas rotativas, pasajeros, etc.).
El acoplador articulado o acoplador Janney fue inventado por Eli H. Janney , quien recibió una patente en 1873 ( patente estadounidense 138,405 ). [20] También se lo conoce como acoplador buckeye , en particular en el Reino Unido, donde algunos vehículos rodantes (principalmente para trenes de pasajeros) están equipados con él. Janney era un empleado de mercería y ex oficial del ejército confederado de Alexandria, Virginia , que usaba sus horas de almuerzo para tallar en madera una alternativa al acoplador de eslabón y pasador. El término buckeye proviene del apodo del estado estadounidense de Ohio , el "Buckeye State" y de la Ohio Brass Company, que originalmente comercializó el acoplamiento. [21] [22]
En 1893, convencido de que un acoplador automático podía satisfacer las demandas de las operaciones ferroviarias comerciales y, al mismo tiempo, ser manipulado de forma segura, el Congreso de los Estados Unidos aprobó la Ley de Dispositivos de Seguridad . Su éxito en la promoción de la seguridad en los patios de maniobras fue asombroso. Entre 1877 y 1887, aproximadamente el 38% de todos los accidentes de los trabajadores ferroviarios estaban relacionados con el acoplamiento. Ese porcentaje disminuyó a medida que los ferrocarriles comenzaron a reemplazar los acopladores de eslabones y pasadores por acopladores automáticos. En 1902, solo dos años después de la fecha de vigencia de la SAA, los accidentes por acoplamiento constituían solo el 4% de todos los accidentes de los empleados. Los accidentes relacionados con acopladores disminuyeron de casi 11.000 en 1892 a poco más de 2.000 en 1902, a pesar de que el número de empleados del ferrocarril aumentó de manera constante durante esa década.
Cuando se eligió el acoplador Janney como estándar norteamericano, había 8000 alternativas patentadas entre las que elegir. Existen muchos diseños de acopladores AAR para satisfacer los requisitos de varios diseños de automóviles, pero todos deben tener ciertas dimensiones en común que permitan que un diseño se acople a cualquier otro. [23]
El acoplador Janney se utiliza en Estados Unidos , Canadá , México , Japón , India , Taiwán , Australia , Nueva Zelanda , Sudáfrica , Arabia Saudita , Cuba , Chile , Brasil , Portugal , China y muchos países de África, tanto en ancho estándar como en ancho estrecho.
El acoplador Janney generalmente proporciona solo acoplamiento mecánico, solo el tipo H agrega conexiones automáticas de líneas neumáticas y eléctricas. [24]
El acoplador Henricot es una variante del acoplador Janney, introducido por el ingeniero y empresario belga Émile Henricot de Court-Saint-Étienne . Se utiliza en ciertas unidades de la Compañía Nacional de Ferrocarriles de Bélgica , incluida la Clase 75 ).
El acoplador Willison se desarrolló en los EE. UU. en 1916 para abordar los problemas presentes en el acoplamiento Janney. [25]
El acoplador ruso SA3 funciona según los mismos principios que el acoplador AAR, pero los dos tipos son incompatibles. [26] Fue introducido en la Unión Soviética en 1932 con base en una patente británica y desde entonces se ha utilizado en todo el cañón de 1.520 mm ( 4 pies 11 pulgadas) .+27 ⁄ 32 in) de red, incluidaMongolia.finlandesastienen acopladores Unilink que pueden acoplarse a los acopladores UIC utilizados en el material rodante finlandés y a los acopladores SA3 utilizados en el material rodante ruso.
También se utiliza en el cañón de 1.435 mm ( 4 pies 8 pulgadas).+Redes de ancho de vía estándar de 1 ⁄ 2 in (1/2 in)Irány enMalmbanan, Suecia, para trenes de mineral. Algunosvehículos de tranvía de caña de ancho de vía de 2 pies (610 mmQueenslandhan sido equipados con acopladores Willison en miniatura.[27]Se introdujo en elde vía estrecha de2 pies(610 mmAvontuurde los Ferrocarriles Sudafricanos en 1973.[7]
El acoplador SA3 es uno de los acopladores más resistentes del mundo (el tonelaje máximo de un tren que utiliza este tipo de acoplador es de aproximadamente 8000 t [31] ), pero solo proporciona acoplamiento mecánico [24] . Agregar conectividad eléctrica y neumática automática es un desafío complejo [32] .
Existen muchas variaciones y marcas para estos acopladores.
A partir de 2020 Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles está trabajando en un enganche automático basado en SA3, un posible sustituto de los topes y enganches de cadena en los ferrocarriles europeos. [33][update]
El acoplador Unicoupler fue desarrollado por Knorr de Alemania Occidental en la década de 1970, en paralelo con un homólogo compatible, el acoplador Intermat, de VEB Waggonbau Bautzen de Alemania del Este. [34] [35] El acoplador Unicoupler/Intermat puede acoplar automáticamente dos líneas neumáticas y hasta seis conexiones eléctricas. [25]
Este acoplador es mecánicamente compatible con los acopladores SA-3 y Willison (pero las conexiones neumáticas y eléctricas deben realizarse manualmente). El Unicoupler también se conoce como AK69e.
El tonelaje máximo de un tren que utiliza este tipo de acoplador es de aproximadamente 6000 t. [31] El fracaso en la adopción de AK69e e Intermat se ha atribuido al desempeño económico. [36]
A partir de 2020, [update]ha encontrado un uso limitado: ha sido adoptado por los ferrocarriles iraníes [37] y también se utiliza en Alemania en trenes que transportan mineral de hierro entre Hamburgo y Salzgitter. [38]
El acoplador C-AKv (también llamado Transpact) es un acoplador Willison compacto más nuevo desarrollado por Faiveley Transport . [39] Es mecánicamente compatible con el acoplador SA3 (pero las conexiones neumáticas y eléctricas deben realizarse manualmente), totalmente compatible con el Unicoupler y, si se montan topes adicionales, también se puede acoplar con el acoplamiento de tornillo europeo convencional. [40] El acoplador C-AKv puede acoplar automáticamente dos líneas neumáticas. [36] A partir de 2020, [update]su uso se limita a los trenes que transportan mineral entre las acerías de Róterdam y Dillingen y lignito entre Wählitz y Buna en Alemania. [38]
El acoplador Z-AK es otro acoplador Willison desarrollado por Knorr Bremse . Fue diseñado como respuesta al evidente fracaso del Unicoupler/Intermat. Es compatible con los topes y el acoplamiento de tornillo. Es uno de los pocos acopladores automáticos que no pueden soportar fuerzas de tracción, los vehículos ferroviarios que utilizan este tipo de acoplador también deben estar equipados con topes. [41]
El acoplador Unilink es un acoplador que se utiliza en países fronterizos con la CSI como Finlandia o Ucrania . [42] El acoplador es compatible tanto con el acoplamiento SA3 como con el acoplamiento de tornillo . [43] Es un acoplador SA3 con un cuerno adicional para sujetar el grillete del acoplador de tornillo y con un acoplador de tornillo que está conectado al gancho de los vagones equipados con acopladores de tornillo. Cuando el acoplador de tornillo no está en uso, el grillete del acoplador descansa en un soporte en el lado izquierdo del acoplador. El material rodante equipado con acopladores Unilink también está equipado con topes laterales , que son necesarios cuando se utiliza el acoplador de tornillo. [44]
Finlandia utiliza vagones de pasajeros equipados con enganches de tornillo porque tienen la ventaja sobre el enganche SA3 de proporcionar una marcha sin holgura, ya que los enganches de tornillo siempre están bajo tensión y los topes laterales no se separan durante el funcionamiento normal. La mayoría de los vagones de mercancías finlandeses también están equipados con enganches de tornillo. Solo algunos vagones de mercancías pesados y equipos rusos están equipados con enganches SA3.
El acoplador automático de contacto de pulido, más conocido como acoplador ABC, fue inventado por JT Jepson, patentado en Gran Bretaña en 1906 [45] y fabricado por ABC Coupler and Engineering Company Limited en una fábrica de Wolverhampton .
El acoplamiento consta de un grillete que sobresale de un tope central y cae en un gancho en el tope opuesto cuando se produce el contacto de acoplamiento. El grillete no acoplado del acoplamiento opuesto se apoya sobre el grillete acoplado, asegurándolo contra el desacoplamiento por su peso. Para desacoplar el acoplamiento ABC, se levanta el grillete superior que no está acoplado. Esto hace que la palanca de cola unida al grillete levante el grillete acoplado para separarlo del gancho y libere el acoplamiento.
En 1912 se introdujo una versión mejorada del enganche con un mecanismo de bloqueo mejorado, en el que una barra de bloqueo accionada por resorte bloqueaba un disco que hacía las veces de gancho. Este gancho de disco giraba hasta la posición de bloqueo cuando se acercaba el grillete del enganche opuesto. Para soltar el enganche, bastaba con soltar la barra de bloqueo tirando de una cadena o de una manija, lo que liberaba la rotación del gancho de disco.
El acoplador se utilizó principalmente en ferrocarriles de vía estrecha de las colonias británicas, como por ejemplo el Ferrocarril Ligero Bauchi en Nigeria , Ceilán , Honduras o el Ferrocarril Kalka-Shimla en la India . [46] [47]
El acoplador Stearns and Ward, conocido como acoplador Ward en el Reino Unido , recibe su nombre de sus dos inventores estadounidenses, Robert B. Stearns y Frank D. Ward, a quienes se les concedió conjuntamente la patente US 737673 "Car-coupling" en 1903. El acoplador fue diseñado específicamente para su uso en ferrocarriles elevados [48] tal como se introdujeron en Chicago a principios de siglo. Se utilizó por primera vez en los trenes eléctricos del Northwestern Elevated Railroad en 1902. Tres años más tarde, en 1905, fue introducido por Wards en la electrificación de la Circle Line del District Railway , que se convirtió en el metro de Londres . El acoplador Ward fue el acoplador estándar en los trenes del metro de Londres hasta 1936, cuando fue reemplazado por el acoplador Wedglock, un acoplador multifunción que también proporcionaba conexiones neumáticas y eléctricas. [49]
Los vagones deben ser empujados entre sí para acoplarse. La lengüeta de cada cabeza de acoplamiento entra en la garganta de la cabeza de acoplamiento opuesta, donde el gancho de la lengüeta hace girar un pasador de acoplamiento cargado por resorte montado verticalmente contra la fuerza del resorte. Una vez que el gancho pasa el pasador de acoplamiento, la fuerza del resorte devuelve el pasador de acoplamiento a su posición original, manteniendo la cabeza del gancho en el acoplamiento. Cuando están acoplados, las cabezas de acoplamiento son libres de moverse verticalmente, lo que debería evitar que un vagón descarrilado arrastre a otros vagones con él en caso de un descarrilamiento en el ferrocarril elevado. El desacoplamiento se realiza girando el pasador de acoplamiento contra la fuerza del resorte con un brazo de accionamiento operado por un poste de maniobra o por una varilla fija con manijas a las que se puede acceder desde una posición junto al tren alejada del tercer riel . [48]
Los acopladores multifunción (MFC), o acopladores totalmente automáticos, realizan todas las conexiones entre los vehículos ferroviarios (mecánicos, de frenos neumáticos y eléctricos) sin intervención humana, a diferencia de los acopladores automáticos, o acopladores semiautomáticos, que solo se encargan de los aspectos mecánicos. La mayoría de los trenes equipados con este tipo de acopladores son unidades múltiples, especialmente los utilizados en operaciones de transporte público .
Hay algunos diseños de acopladores completamente automáticos en uso en todo el mundo, incluido el acoplador Scharfenberg , varios híbridos de nudillos como el Tightlock (utilizado en el Reino Unido), el acoplamiento Wedglock, los acoplamientos Dellner (similares a los acopladores Scharfenberg en apariencia), el acoplamiento BSI (Bergische Stahl Industrie, ahora Faiveley Transport ) y el acoplamiento Schaku-Tomlinson Tightlock.
Existen otros acoplamientos automáticos de trenes similares al acoplador Scharfenberg, pero no necesariamente compatibles con él. Los operadores de transporte público estadounidenses más antiguos siguen utilizando estos diseños de acopladores electroneumáticos que no son Janney y los han utilizado durante décadas.
El acoplador Westinghouse H2C, cuyo predecesor, el H2A, se utilizó por primera vez en los vagones de las clases BMT Standard y, posteriormente, en las clases R1 a R9 , se utiliza actualmente en los vagones de las clases R32 , R42 , R62 , R62A , R68 y R68A del metro de la ciudad de Nueva York . Los extremos A de los vagones suelen tener el acoplador Westinghouse y los extremos B utilizan una barra de tiro semipermanente o un acoplador Westinghouse.
El acoplador WABCO N-Type se desarrolló por primera vez para el prototipo del sistema Pittsburgh Skybus , y el modelo inicial N-1 se aplicó solo a los tres vagones Skybus. El modelo actualizado N-2, con un rango de recolección más grande de 4 pulgadas (101,6 mm), se aplicó por primera vez a los nuevos vagones de tránsito rápido "Airporter" de la línea Cleveland Rapid Transit . El modelo N-2 usaba un tren de tiro liviano colgado debajo del umbral central, para permitir los amplios giros necesarios para pasar por curvas cerradas. Esto hizo que el N-2 no fuera adecuado para el uso en líneas ferroviarias principales, por lo que se desarrolló una versión actualizada N-2-A para ese mercado. La primera de estas se instaló en 1968 en el UAC TurboTrain con 228 contactos eléctricos y en la EMU Budd Metropolitan con 138 contactos. A partir de la década de 1970, el N-2-A se instaló en toda la familia de vagones MU Silverliner de SEPTA , la serie de vagones MU Arrow de NJT y la serie M de vagones MU de Metro-North Railroad / Long Island Rail Road . El N-2 también fue utilizado por PATCO Speedline , pero fue reemplazado debido a problemas con los contactos eléctricos. Más tarde, WABCO crearía un nuevo modelo N-3 para el sistema BART con un rango de recolección de 6 por 4 pulgadas (152,4 mm × 101,6 mm) que requería un embudo rectangular.
El tipo N de WABCO a veces se denomina acoplador de pasador y copa o acoplador de lanza .
El acoplador Tomlinson fue desarrollado por la Ohio Brass Company [21] [22] para aplicaciones de transporte público, pero finalmente también se utilizó en algunos vehículos ferroviarios de línea principal. Consiste en dos ganchos de metal cuadrados que se acoplan entre sí en un marco rectangular más grande con conexiones de línea de aire arriba y abajo. Desde el desarrollo del acoplador, la rama de fabricación de Ohio Brass fue comprada por WABCO, que ahora fabrica la línea junto con el tipo N. El acoplador Tomlinson es el acoplamiento de ferrocarril pesado completamente automático más utilizado en América del Norte y ha sido adoptado por Washington Metro , Massachusetts Bay Transportation Authority , PATCO Speedline , SEPTA Broad Street Subway , Los Angeles Metro Rail , Baltimore Metro , Miami Metro , MARTA Rail y el New York City Subway para su flota R44 / R46 y todas las clases modernas comenzando con el R142 . Para aplicaciones fuera del tránsito rápido, el acoplador tuvo que agrandarse significativamente para cumplir con los mayores requisitos de resistencia que aparecieron primero en esta capacidad en el Budd Metroliner y más tarde en la flota Illinois Central Highliner . Su relativa falta de resistencia es una de las razones por las que el N-Type ha tenido más éxito en el ámbito de los ferrocarriles principales.
Fuera de los Estados Unidos, el acoplador Tomlinson se utiliza en las líneas Ginza y Marunouchi del metro de Tokio [50] y en las líneas de gran capacidad del metro de Taipei . [51]
El acoplador Scharfenberg [52] ( en alemán : Scharfenbergkupplung o Schaku ) es probablemente el tipo de acoplamiento completamente automático más utilizado. Diseñado en 1903 por Karl Scharfenberg en Königsberg, Alemania (hoy Kaliningrado, Rusia ), se ha extendido gradualmente desde los trenes de tránsito a los trenes de servicio regular de pasajeros, aunque fuera de Europa su uso generalmente está restringido a los sistemas de transporte masivo. El acoplador Schaku es superior en muchos aspectos a muchos otros acopladores automáticos porque realiza las conexiones neumáticas y eléctricas automáticamente y es capaz de desacoplarse automáticamente. [53] Sin embargo, no existe un estándar para la colocación de estas conexiones electroneumáticas. Algunas compañías ferroviarias las tienen colocadas en los laterales, mientras que otras las tienen colocadas por encima de la parte mecánica del acoplador Schaku.
Pequeños cilindros de aire, que actúan sobre las cabezas giratorias del acoplador, aseguran el acoplamiento del acoplador Schaku, haciendo innecesario el uso de amortiguadores para obtener un buen acoplamiento. La unión de partes de un tren de pasajeros se puede realizar a muy baja velocidad (menos de 2 mph o 3,2 km/h en la aproximación final), de modo que los pasajeros no se sacudan. Los fabricantes de equipos ferroviarios como Bombardier ofrecen el acoplador Schaku como una opción en sus sistemas de transporte público y sus vagones de pasajeros y locomotoras. En América del Norte, todos los trenes del metro de Montreal están equipados con él, al igual que los nuevos sistemas de tren ligero en Denver , Baltimore y Nueva Jersey . También se utiliza en vehículos de tren ligero en Portland , Minneapolis , el Skytrain de Vancouver y la Línea 3 Scarborough en Toronto . En Nueva Zelanda, se encuentra en la clase AM eléctrica de la red ferroviaria suburbana de Auckland y en los trenes Matangi de Wellington . También equipa todo el material rodante dedicado utilizado para los servicios de lanzadera en el Túnel del Canal .
Tonelaje máximo inferior a 1.000 t (1.100 toneladas cortas; 980 toneladas largas).
A partir de 2020, Voith y Dellner están trabajando en el acoplamiento automático digital basado en Schaku, un posible sustituto de los topes y el acoplamiento de cadena en los ferrocarriles europeos. [54][update]
El acoplamiento Dellner, de fabricación sueca [55], es una versión patentada del acoplador Scharfenberg que conecta el vehículo, la neumática y la electrónica al mismo tiempo. La tecnología patentada de absorción de energía D-BOX permite el acoplamiento a velocidades de hasta 15 kilómetros por hora (9 mph) sin daños estructurales y hasta 36 kilómetros por hora (22 mph) con deformación pero con los vehículos permaneciendo en la vía. El sistema patentado D-REX proporciona una conexión de datos Ethernet de alta velocidad a velocidades de 100 Mbit/s.
El acoplador Wedglock recibe su nombre de las cuñas neumáticas que bloquean las partes móviles del cabezal del acoplador en la posición acoplada. Es el acoplador automático estándar utilizado en los trenes del metro de Londres . El acoplador se introdujo en 1936 [56] y es fabricado por William Cook Rail [57] y Voith . [58] La cara del acoplador tiene una lengüeta saliente y móvil que se inserta en la garganta del acoplador opuesto durante el acoplamiento. Una vez que estos elementos mecánicos están completamente acoplados, su posición se bloquea mediante cuñas impulsadas por un cilindro neumático. Los potenciómetros neumáticos se encuentran debajo de la conexión mecánica. Simplemente se presionan juntos y se sellan con elementos de goma. A cada lado de la conexión mecánica hay bloques de contactos eléctricos que consisten en una serie de contactos a tope. Cuando se desconectan, los contactos están protegidos por las llamadas cubiertas de "horno holandés". Las cubiertas se accionan mecánicamente y se abren cuando se acerca el otro acoplamiento. [56] El acoplamiento se puede acoplar y desacoplar desde la cabina utilizando el interruptor de acoplamiento de tres posiciones en la cabina. [59]
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El acoplador GF, a veces también escrito como acoplador +GF+, es un acoplador fabricado por Georg Fischer en Schaffhausen , Suiza y fue ampliamente utilizado en los ferrocarriles suizos y en los vehículos producidos por la industria ferroviaria suiza. Se mostró por primera vez en la Exposición Nacional Suiza en Berna en 1914. Había tres variantes disponibles, el tipo GFN para ferrocarriles interurbanos, el tipo GFT para tranvías y el tipo GFV para transporte público. [60]
Los tipos GFN y GFT son muy similares. La única diferencia es que el GFT está diseñado para fuerzas menores, como es de esperar en el servicio de tranvía. Ambos acoplamientos constan de un tope rectangular que hace las veces de garganta. Una lengüeta horizontal con un orificio sobresale del interior de la garganta en el que se engancha el pasador de bloqueo dispuesto verticalmente. Para desacoplar, el pasador de bloqueo se puede levantar con las manijas ubicadas detrás del acoplador. Opcionalmente, también se pueden conectar las líneas de aire y eléctricas. Las conexiones de aire suelen estar ubicadas encima y/o debajo del acoplamiento mecánico. Los contactos eléctricos están ubicados encima del acoplador y están protegidos de la contaminación por una cubierta con bisagras cuando están desacoplados.
Los primeros ferrocarriles que introdujeron el acoplador tipo GFN fueron el Bern-Zollikofen-Bahn, ahora parte del Regionalverkehr Bern-Solothurn , el Aarau–Schöftland-Bahn, ahora parte del Wynental und Suhrental Railway , y el ferrocarril Biel–Täuffelen–Ins . Otro ferrocarril importante que utiliza el acoplador tipo GFN es el ferrocarril Brünig . El acoplador tipo GFT, más ligero, fue utilizado por primera vez por el Strassenbahn Zürich–Oerlikon–Seebach [60] y luego se introdujo en casi todos los servicios de tranvía en Suiza.
El GFV difiere significativamente del GFN y GFT. Por lo general, está diseñado como un acoplador multifunción completamente automático que se puede desacoplar con solo presionar un botón en la cabina. El diseño es más similar a un acoplador Schafrenberg. La conexión mecánica se realiza mediante un elemento hemisférico que sobresale del cabezal de acoplamiento, que se inserta y se bloquea en un bolsillo con forma de media carcasa en el cabezal de acoplamiento opuesto. Las dos conexiones de aire están ubicadas una encima de la otra debajo del acoplamiento mecánico junto al cuerno guía, y las conexiones eléctricas están ubicadas sobre el acoplamiento como en los tipos GFN y GFV. El tipo se introdujo por primera vez en 1965 con el llamado Gold Coast Express utilizado como el primer tren de tránsito masivo en el área metropolitana de Zúrich. Todavía se usa ampliamente en los equipos S-Bahn de Zúrich y en Bélgica por la SNCB . [60]
El acoplador Schwab es un acoplador automático fabricado por Schwab Verkehrstechnik AG , Schaffhausen , el sucesor legal de la División de Acopladores Ferroviarios de Georg Fischer . El acoplador realiza automáticamente las conexiones mecánicas, neumáticas y eléctricas. Los bloqueos mecánicos se encuentran a ambos lados de los puertos neumáticos. Las conexiones eléctricas se encuentran debajo de los puertos neumáticos y están protegidas por una cubierta cuando están desconectadas. Hay varias versiones disponibles para diferentes aplicaciones, que solo se pueden acoplar entre sí y no a otros acoplamientos, excepto la versión FK-15-10 que se puede acoplar al acoplamiento Scharfenberg tipo 10. Una característica especial del acoplador Schwab es la cara inclinada del acoplador, que hace que las cabezas del acoplador se deslicen una sobre la otra durante el acoplamiento, de modo que la nieve y el hielo se raspan de las caras del acoplador en invierno. [61]
A partir de 2020, [update]los acopladores Schwab se utilizan principalmente en Suiza en el transporte ferroviario regional de pasajeros. [62] Casi todos los vehículos equipados con acopladores Schwab son fabricados por Stadler Rail . La excepción más conocida son los trenes basculantes ICN operados por los Ferrocarriles Federales Suizos (SBB).
Existen las siguientes versiones:
A partir de 2020, Wabtec está trabajando en un acoplamiento automático digital (DAC) basado en el acoplador Schwab, un posible reemplazo de los acopladores de tornillo en el servicio de transporte ferroviario de mercancías europeo. [33] El acoplador es capaz de manejar fuerzas de tracción de hasta 1500 kN y fuerzas de compresión de hasta 2000 kN y, por lo tanto, es uno de los acopladores más resistentes jamás diseñados para los ferrocarriles europeos. [61][update]
El acoplador Shibata es una variación del acoplador Scharfenberg que fue desarrollado por el ingeniero de Ferrocarriles del Gobierno Japonés (JGR) Mamoru Shibata en la década de 1930 para trenes eléctricos. [b] Es el tipo de acoplador estándar para todos los trenes de pasajeros en Japón, así como en los trenes de cercanías y subterráneos en Corea del Sur.
El material rodante del Shinkansen (tren bala) utiliza una variación del acoplador Shibata desarrollado por Sumitomo Metal Industries en la década de 1960, que utiliza pasadores de bloqueo hermético rotatorios y que casualmente se parece más al acoplador Scharfenberg que al acoplador Shibata. [63]
En ocasiones, un vagón con un sistema de acoplamiento debe acoplarse a vagones con otro tipo de acoplamiento. Esto puede ser necesario cuando se transporta material rodante del metro desde su fabricante hasta la ciudad donde se va a utilizar. Existen dos soluciones:
Solo algunos tipos de enganches coexisten al mismo tiempo en el extremo de un vagón, entre otras razones porque deben estar a la misma altura. Por ejemplo, en el estado australiano de Victoria , las locomotoras tenían el enganche AAR, con topes, y la cadena montada sobre una orejeta fundida en el enganche AAR.
Un vehículo /vagón de barrera en Gran Bretaña y un " vagón de transición " en Norteamérica tienen diferentes tipos de acoplamientos en cada extremo. Si se utiliza un par de vehículos de barrera , se puede insertar un conjunto de vagones que utilicen el acoplamiento A en un tren que, de lo contrario, utilice el acoplamiento B.
Un adaptador de acoplamiento o acoplador de compromiso podría acoplarse a un acoplamiento AAR en un vagón y presentar, por ejemplo, un acoplador de picadora de carne o un acoplador de tránsito rápido al siguiente vagón. Un adaptador de este tipo podría pesar 100 kg (220 lb). Una pieza adaptadora permite que un acoplador Janney se acople con un acoplador SA3 . [64]
Los acopladores automáticos como el Janney son más seguros en caso de colisión porque ayudan a evitar que los vagones se desplacen. Por ello, British Rail decidió adoptar una variante del Janney para sus vagones de pasajeros, en la que el acoplador puede girar para acoplarse a las locomotoras con el sistema tradicional de amortiguadores y cadenas.
En Nueva Gales del Sur, los vagones se acoplaban de forma permanente con una barra fija , ya que los vagones se desconectaban únicamente en los talleres. Los vagones de mercancías a veces se acoplan en pares o tríos, utilizando acoplamientos de barra entre ellos.
Los conjuntos articulados de coches o vagones comparten los bogies intermedios , y no tienen necesidad de acoplamientos en las posiciones intermedias.
Se necesitan acoplamientos para cualquier sistema de frenado continuo.
Los frenos neumáticos controlados electrónicamente (ECP) necesitan un método para conectar eléctricamente vagones adyacentes, tanto para alimentación como para señales de comando, y esto puede hacerse mediante enchufes y tomas de corriente, o mediante señales de radio de muy corto alcance.
Un mecanismo de tracción (también conocido como mecanismo de tiro) es el conjunto que se encuentra detrás del acoplamiento en cada extremo del vagón para encargarse de las fuerzas de compresión y tensión entre los vagones de los trenes. Los primeros mecanismos de tracción estaban hechos de madera, que fue reemplazada gradualmente por acero.
Los acopladores Janney tienen el engranaje de tiro en un umbral central para absorber las fuerzas de empuje y tracción ( acción floja ). [65]
También hay un mecanismo de tracción detrás de los acopladores Tightlock , acopladores SA3 , acopladores C-AKv , acopladores Scharfenberg y otros acopladores multifunción .
En el caso de topes y acopladores de cadena , el mecanismo de tiro detrás de los ganchos, si los hay, absorberá la tensión, mientras que los topes laterales absorberán la compresión.
Es posible que algunos acopladores no tengan mecanismo de tracción.
En los modelos de trenes, los acopladores varían según la escala y han evolucionado a lo largo de muchos años. Los primeros modelos de trenes se acoplaban mediante diversos sistemas de velcro, que a menudo eran asimétricos y exigían que todos los vagones apuntaran en la misma dirección. En las escalas más grandes, los modelos a escala real o casi a escala de los acopladores Janney eran bastante comunes, pero resultaron poco prácticos en escalas HO y más pequeñas.
Durante muchos años, el enganche "X2F" o "Horn-Hook" fue bastante común en la escala HO , ya que podía fabricarse como una sola pieza de plástico moldeado. De manera similar, durante muchos años, un enganche de "gancho de elevación" conocido como Rapido y desarrollado por Arnold , un fabricante alemán de modelos de trenes en escala N , se utilizó comúnmente en esa escala.
El principal competidor de estos dos acopladores, más popular entre los modelistas serios, era el Magne-Matic, un acoplador articulado de liberación magnética desarrollado por Keith y Dale Edwards, y fabricado por Kadee , una empresa que ellos fundaron. Aunque se parecen mucho a los acopladores Janney en miniatura, son algo diferentes mecánicamente, con el nudillo pivotando desde el centro de la cabeza del acoplador, en lugar de hacerlo desde un lateral. Un pasador de acero, diseñado para parecerse a una manguera de freno de aire, permite que los acopladores se liberen magnéticamente; el diseño de la cabeza del acoplador evita que esto suceda a menos que el tren se detenga o dé marcha atrás con un par de acopladores acoplados directamente sobre un imán de desacoplamiento. Una versión anterior del diseño, con disparo mecánico, tenía un pasador recto que se extendía hacia abajo desde el propio nudillo, que enganchaba una "rampa" mecánica en forma de diamante entre los rieles, que tenía que elevarse por encima de la altura del riel cuando se deseaba desacoplar.
Una vez que se agotaron las patentes de Kadee, varios otros fabricantes comenzaron a fabricar acopladores de nudillos magnéticos similares (y compatibles).
Frank Sergent ha diseñado y fabricado un modelo HO a escala exacta del acoplador AAR. [66] Este diseño utiliza una pequeña bola de acero inoxidable para bloquear el nudillo cerrado. El desacoplamiento se logra sosteniendo una varilla magnética sobre el par de acopladores para sacar las bolas de los bolsillos de bloqueo.
En escala O , una versión en miniatura a escala exacta del enganche "Alliance" fue fabricada a partir de los años 1980 por GAGO Models en Australia. Desde 2002 ha sido comercializada por Waratah Model Railway Company. [67] Los modelistas europeos tienden a utilizar enganches de gancho y cadena a escala.
En los modelos británicos de escala 00 (similar a la escala H0), el enganche de "bloqueo de tensión" desarrollado por Tri-ang es estándar. Su funcionamiento es similar al del enganche tipo picadora de carne. El desacoplamiento remoto es posible mediante el uso de una rampa con resorte entre los raíles. El diseño de los ganchos es tal que los enganches no se desacoplarán cuando estén bajo tensión (en lugar de ello, presionarán la rampa). Cuando se empuja el tren sobre la rampa, se levantarán los ganchos de enganche cuando el tren pase por encima. Al detener el tren sobre la rampa, se divide en este punto. Si bien funciona bien, a menudo se lo considera feo y molesto [ cita requerida ] (aunque hay diseños más pequeños disponibles, estos no siempre son totalmente compatibles con otros modelos) y muchos [ cita requerida ] modelistas británicos prefieren adaptar los tipos Kadee o los enganches de gancho y cadena que funcionen.
Un desarrollo reciente es un acoplamiento intercambiable que se conecta a un conector estandarizado, conocido como NEM 362 , y que se puede desconectar fácilmente según sea necesario. Esto permite al modelista estandarizar fácilmente cualquier acoplamiento que se desee, sin que los fabricantes individuales tengan que cambiar su tipo de acoplamiento.
Zamzoodled [68] fabrica actualmente en el Reino Unido acoplamientos noruegos que funcionan a escala de 7 mm .
En "Introducción a los acopladores" se publicó una comparación de los tipos de acopladores. [69]
Los trenes de juguete tienen una amplia variedad de acopladores incompatibles.
Los diferentes tipos de acoplamiento tienen diferentes tasas de accidentes.
Tomlinson, GW (1991). "Sistemas eléctricos mediante acopladores". Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos, Parte F: Revista de Ferrocarril y Tránsito Rápido . 205 (1): 65–78. doi :10.1243/PIME_PROC_1991_205_217_02. S2CID 111315979.
