Un eje intermedio es un eje que se utiliza para transferir potencia desde un eje motorizado, como el eje de salida de un motor, a ejes accionados, como los ejes de transmisión de una locomotora. En el caso de las locomotoras de ferrocarril de los siglos XIX y XX, los ejes intermedios estaban normalmente alineados con los ejes de transmisión de las locomotoras y conectados a ellos mediante barras laterales . En general, cada eje de transmisión de una locomotora puede moverse libremente aproximadamente una pulgada (2,5 cm) verticalmente con respecto al bastidor, y el peso de la locomotora recae sobre resortes. Esto significa que si el motor o la transmisión están unidos rígidamente al bastidor de la locomotora, no pueden conectarse rígidamente al eje. Este problema se puede resolver montando el eje intermedio sobre cojinetes no suspendidos y utilizando barras laterales o (en algunos ejemplos antiguos) transmisiones por cadena. [1]
Los ejes intermedios se utilizaron por primera vez en las primeras locomotoras de vapor, aunque los diseñadores aún no los llamaban así. A principios del siglo XX, se construyeron grandes cantidades de locomotoras eléctricas impulsadas por ejes intermedios para el servicio pesado de las líneas principales. Los ejes intermedios también se utilizaron en muchas de las primeras locomotoras de gasolina y diésel que utilizaban transmisiones mecánicas.
El ferrocarril de Baltimore y Ohio fue pionero en el uso de locomotoras accionadas por eje intermedio. Mientras que el eje de transmisión de la primera locomotora Grasshopper era accionado directamente por engranajes rectos desde el cigüeñal , la Traveler entregada en 1833, utilizaba un eje intermedio, al igual que todas las locomotoras Grasshopper y Crab posteriores. Estas locomotoras utilizaban engranajes de aumento para lograr una velocidad de funcionamiento razonable utilizando ruedas motrices de diámetro pequeño. Es notable que los diseñadores de estas máquinas no usaron el término eje intermedio . En cambio, se refirieron a lo que más tarde se llamaría eje intermedio como "un eje separado, aproximadamente tres pies por delante del eje delantero, y que lleva manivelas acopladas por bielas a manivelas en los dos ejes de la carretera". [2] En su patente de 1837 para lo que se conoció como la clase de locomotoras de cangrejo , Ross Winans se refirió a su eje intermedio como "un eje de rueda de piñón" o "tercer eje". [3]
En una locomotora de vapor convencional, el cigüeñal es uno de los ejes motrices . En una locomotora de vapor impulsada por eje intermedio, el cigüeñal hace girar un eje intermedio que, a su vez, hace girar al conductor. Algunas locomotoras de vapor han tenido diseños intermedios entre estos extremos, con cigüeñales distintos del eje motriz. El primer Grasshopper B&O de Phineas Davis probado en el B&O en 1831 era de esta clase, al igual que el Swift de Stockton and Darlington Railway de 1836, donde el cigüeñal estaba directamente entre los ejes motrices. [4] Ambos ejemplos usaban cilindros verticales, con el cigüeñal en el plano de los ejes motrices. El primero usaba una transmisión por engranajes para el primer eje motriz, el segundo usaba barras laterales para este enlace. En el último caso, la razón inferida para usar un cigüeñal distinto de los ejes motrices era "quitar los golpes del trabajo del eje de potencia". [5]
Varias locomotoras han sido construidas con cilindros horizontales que impulsan un cigüeñal directamente sobre el eje motriz trasero , con un resorte común que sostiene tanto el eje como el eje para que puedan moverse verticalmente juntos. Ross Winans diseñó una serie de locomotoras 0-8-0 a partir de 1842, lanzando lo que se convirtió en la clase de motores B&O Mud Digger . Al igual que las locomotoras Grasshopper antes que ellas, los cigüeñales de estos motores estaban engranados con los ejes impulsados. [6] En su patente de 1843, Winas se refirió al cigüeñal como un quinto eje o eje. [7] En 1880, Fowler Steam Plough Works de Leeds, Inglaterra, recibió una patente sobre un diseño de locomotora 0-4-0 similar con barras laterales verticales entre el cigüeñal y el eje trasero. Aquí, la motivación era levantar los cilindros y las barras de pistón lejos del polvo y la suciedad en un motor con ruedas motrices diminutas. [8] [9] Una de esas locomotoras Fowler sobrevive, una 0-4-2 T de vía estrecha muy pequeña. [10]
Los primeros diseñadores de locomotoras de turbina de vapor no comprendían la necesidad de engranajes reductores o suspensiones con resortes. [11] [12] Una vez que se comprendieron estos problemas, los ejes intermedios surgieron como una alternativa para unir la caja de cambios de salida de la turbina a las ruedas motrices . Giuseppe Belluzzo , de Italia, recibió varias patentes estadounidenses sobre variaciones de esta idea. [13] [14] [15] Las alternativas a los ejes intermedios incluían el uso de un eje de transmisión con la turbina por encima del eje de transmisión, o una combinación de un eje de transmisión con una caja de cambios suspendida horizontalmente entre un eje de transmisión de la locomotora y el eje de la turbina. [16] [17]
Muchas de las primeras locomotoras eléctricas también estaban equipadas con ejes intermedios . Un estudio general del diseño de locomotoras eléctricas de 1915 muestra 15 configuraciones distintas de transmisión por eje intermedio de 24 diseños de locomotoras distintos.
Algunas locomotoras tempranas usaban motores de tracción de CC de diámetro pequeño montados en ejes individuales, pero la mayoría, especialmente para locomotoras impulsadas por CA, tenían solo uno o dos motores de gran diámetro. Estos motores de gran diámetro eran más grandes que la mayoría de las ruedas motrices y, por lo tanto, se montaban muy por encima del nivel de los ejes motrices. [18] El motor o los motores impulsaban el eje intermedio o los ejes intermedios a través de engranajes o barras laterales , y luego el eje intermedio giraba las ruedas a través de barras laterales . En Europa, Oerlikon y Brown, Boveri fueron pioneros en una variedad de diseños de ejes intermedios, mientras que en los Estados Unidos, Westinghouse era dominante. [19] Los primeros estudios de diseños de locomotoras eléctricas citados aquí utilizan el término eje intermedio o eje intermedio.
Los ejemplos incluyen las locomotoras eléctricas PRR DD1 y FF1 , así como la Swiss Class Ce 6/8 Crocodile y su prima de vía estrecha, la Rhaetian Railway Ge 6/6 I.
El continuo desarrollo de los motores eléctricos los hizo más pequeños y, para la Segunda Guerra Mundial, la mayoría de los ejes intermedios nuevos ya estaban obsoletos.
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Cuando Baldwin comenzó a construir locomotoras de combustión interna en las primeras décadas del siglo XX, utilizaban una transmisión de dos velocidades desde el motor de gasolina hasta un eje intermedio. [1] Las primeras patentes de locomotoras de combustión interna de Baldwin cubrían el uso de barras laterales y transmisión por cadena para unir el eje intermedio a las ruedas motrices. [20] [21] Las primeras locomotoras de combustión interna de Baldwin usaban una configuración 0-4-0 y pesaban entre 3,5 y 9 toneladas, pero en 1919, estaba disponible una configuración 0-6-0 de 25 toneladas. [22] Estas locomotoras prestaron un amplio servicio en los ferrocarriles de trinchera de vía estrecha de la Primera Guerra Mundial . [23]
La locomotora diésel Clase 03 de British Rail (en la imagen) es un ejemplo más reciente. Se utilizaron ejes intermedios en algunas locomotoras diésel-mecánicas y diésel-hidráulicas , pero rara vez se usaron en locomotoras diésel-eléctricas . Una excepción fue la Clase D3/7 de British Rail . [24]
Una dificultad que presenta el accionamiento de la biela desde un eje intermedio es la necesidad de permitir el movimiento de suspensión vertical de los ejes. Se han utilizado varios dispositivos mecánicos para permitir esto.
La disposición más sencilla consiste en utilizar largas barras de acoplamiento que discurran horizontalmente. Un gran movimiento vertical en el extremo de la rueda da lugar a un pequeño movimiento horizontal en el eje de transmisión. En una locomotora diésel-mecánica, esto se puede compensar mediante un montaje horizontal de la transmisión. El pesado motor se coloca sobre las ruedas motrices para que sirva de peso adhesivo , pero la caja de cambios, relativamente ligera, se puede montar en un extremo, más allá de la distancia entre ejes acoplada. Una carcasa de transmisión final también es lo suficientemente estrecha como para montarse entre los bastidores, lo que permite montarla en posición baja y a nivel con los ejes motrices.
Esta disposición es habitual en las locomotoras de maniobras diésel de baja velocidad, pero no suele utilizarse en las de alta velocidad. La locomotora sueca D-lok de 1925 sí la utilizaba, con dos motores engranados a un único eje intermedio con bielas cortas entre dos ejes motrices de un diseño 1-C-1.
Los cojinetes deslizantes verticales en los bloques de bocina permitirían el movimiento, pero deben diseñarse con cuidado o, de lo contrario, la fuerza ejercida a través de las varillas se desperdiciaría simplemente al deslizar este cojinete hacia adelante y hacia atrás. Estas juntas deslizantes deben estar dispuestas de modo que permitan el desplazamiento de la suspensión, pero de modo que la fuerza de la varilla esté siempre en ángulo recto con respecto a la guía deslizante.
El E550 italiano de 1908, con diez motores acoplados , tenía motores emparejados, cada uno con un eje intermedio. Entre ellos se encontraba una barra triangular que giraba sincronizada y, por lo tanto, siempre en posición horizontal. Esta barra llevaba un muñón de cigüeñal deslizante para el eje central y cojinetes para las largas barras de acoplamiento de los pares de motores espaciados de forma desigual delante y detrás. [25] Una disposición similar se utilizó para el ferrocarril suizo Berna–Lötschberg–Simplon Be 5/7 1-E-1 de 1912. [26]
En los cocodrilos suizos Ce 6/8II se utilizaron estructuras conceptualmente similares . Como estos tenían un solo motor de tracción en cada extremo, el bastidor triangular también estaba sostenido por un eje intermedio ciego, sin motor. Estaba ligeramente inclinado, ya que el eje intermedio del motor estaba por encima del eje de la rueda.
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La mayoría de las clases de cocodrilos suizos utilizaron el diseño de varilla diagonal Winterthur o Schrägstangenantrieb (alemán).
Estas locomotoras eran articuladas, con un gran motor de tracción en cada uno de los dos bogies de cada extremo. El eje intermedio se colocaba por encima y entre las ruedas motrices. Para maximizar la longitud de su biela y reducir su angulación, se conectaba cerca del eje motriz más alejado. La biela de acoplamiento entre esos ejes era "triangular", con un cojinete adicional montado en su borde superior, que recibía el empuje de la biela de accionamiento del eje intermedio. A diferencia de la mayoría de las bielas, esto permite montarla en el mismo plano que los cojinetes de la biela de acoplamiento. Esto reduce las longitudes en voladizo de los muñones del cigüeñal y sus cargas de flexión.
Este sistema es sencillo y robusto, pero no ofrece una geometría perfecta, por lo que se caracteriza por sus crujidos y su funcionamiento irregular, sobre todo si los cojinetes de biela están desgastados. Para las locomotoras suizas, locomotoras potentes y bien mantenidas que circulan a baja velocidad por pendientes pronunciadas, este era un diseño aceptable. Sin embargo, no se introdujo mucho en los servicios rápidos de pasajeros.
Algunos de los sistemas de conexión más complejos utilizados en locomotoras de alta velocidad eran los sistemas Ganz , Kandó o Bianchi. Estos tenían forma de triángulo invertido y se extendían desde el eje intermedio del motor, situado en posición elevada, hasta la línea de ejes de las ruedas.
La forma Ganz se utilizó en las locomotoras Les Belles Hongroises 2BB2 400 de fabricación húngara para la PO francesa . Tenía cuatro eslabones que formaban el triángulo, con los dos vértices superiores montados en el bastidor de la locomotora (a través de un eslabón oscilante corto) y en el muñón del cigüeñal. El vértice inferior del triángulo contenía un eslabón triangular corto, que unía los lados del triángulo al muñón del cigüeñal de la rueda. Al inclinar este eslabón, se absorbía el movimiento de la suspensión. [27] Este eslabón funcionaba bien a alta velocidad y, como estaba compuesto completamente de juntas pivotantes sin deslizamiento, no había pérdida de movimiento. Sin embargo, era complejo, pesado y desequilibrado.
El mecanismo de articulación Kandó era similar en compensación, pero los vértices superiores estaban soportados por un par de ejes de motor.
El único de estos eslabones con una vida útil extendida o prolongada fue el eslabón Bianchi, simétrico y mejor equilibrado, utilizado en Italia.
