Una rana con cojinetes de brida , a menudo abreviada como FBF , es un tipo de rana en la que la brida de la rueda de un vehículo ferroviario soporta el peso del vehículo. En la práctica convencional, la banda de rodadura de la rueda descansa sobre la cabeza del riel y soporta el peso del vehículo, mientras que la brida se utiliza para mantener el vehículo en el ancho de vía . Las ranas con cojinetes de brida modernas para su uso en aplicaciones de ferrocarriles de carga son un desarrollo relativamente reciente como un medio para reducir los costos de mantenimiento asociados con los desvíos y los diamantes , donde los rieles deben cruzarse entre sí.
Los ferrocarriles urbanos llevan más de 200 años utilizando ranas con bridas como medio para reducir la contaminación acústica en entornos urbanos poblados. [1] En 1995, Robert Willow presentó una patente en los Estados Unidos adaptando este concepto para su uso en el transporte de mercancías y pasajeros en líneas principales. La patente describe la tecnología como "diseñada para ayudar a que una rueda de ferrocarril ruede a través de la rana sobre su brida en lugar de requerir que su banda de rodadura salte a través de un hueco en la brida".
Se colocan rampas a ambos lados de la rana para trasladar gradualmente la carga de la rueda desde la banda de rodadura (conocido como modo de carga de soporte de banda de rodadura) a la brida (conocido como modo de carga de soporte de brida) y para levantar la rueda de modo que la banda de rodadura quede completamente libre del riel. [2]
Los núcleos convencionales requieren un espacio de alrededor de 2 pulgadas (51 mm) en la superficie de rodadura del riel para permitir un espacio libre adecuado para la pestaña de una rueda de ferrocarril. Cuando una rueda en modo de rodamiento encuentra este espacio a alta velocidad, genera una alta carga dinámica (en particular, carga de impacto ) en el borde del riel en el espacio. [1] [3] La aplicación repetida de este impacto conduce a una fatiga significativa del metal y a una falla final de los componentes del núcleo, lo que se traduce directamente en mayores costos de mantenimiento, demoras en los trenes para permitir reparaciones y una vida útil general reducida para el núcleo y la estructura de la vía. [4]
Debido a que la brida se desliza sobre una superficie continua en un modo de soporte de brida completo, se eliminan las cargas de impacto generadas por el espacio entre bridas de los núcleos convencionales. Esto reduce el mantenimiento y extiende la vida útil del núcleo, lo que genera un ahorro en los costos operativos que supera el aumento en los costos iniciales, en comparación con los núcleos convencionales. [1] Como se mencionó anteriormente, los núcleos con soporte de brida son más silenciosos que los núcleos convencionales, nuevamente, debido a las cargas de impacto reducidas, lo que brinda un beneficio potencial cuando se implementan cerca de áreas residenciales.
Se han desarrollado varios tipos de ranas con cojinetes de brida para aplicaciones específicas en los ferrocarriles norteamericanos. Estas ranas pueden tener cojinetes de brida en una o ambas patas de la rana y pueden usarse como parte de un desvío o como parte de un rombo.
Las ranas elevadoras se utilizan en desvíos donde la ruta directa (recta) es muy utilizada y la ruta divergente (curva) solo se utiliza en ocasiones y a baja velocidad. La rana tiene una superficie de rodadura con una superficie de riel normal en la ruta directa y una superficie de riel con brida en la ruta divergente. El nombre se deriva de la rueda en el riel divergente que se eleva sobre el riel directo. No se requiere barandilla de protección en la ruta directa, pero es fundamental en la ruta divergente para mantener los vehículos ferroviarios dentro del ancho de vía. Las aplicaciones comunes son vías de replanteo o vías industriales poco utilizadas (ambas son tipos especiales de apartaderos que se desvían de las líneas principales de alta velocidad y alto tonelaje . [4] )
En los desvíos se utilizan ranas con cojinetes combinados de banda de rodadura y brida y están diseñadas para tener en cuenta las distintas etapas de desgaste de las ruedas (en las que la banda de rodadura de la rueda se desgastará, aumentando efectivamente la altura de la brida):
Cabe señalar que, a medida que los entornos de carga con soporte de banda de rodadura comiencen a manifestarse, volverán las mismas cargas de impacto que causan problemas con las ranas convencionales. Se encuentran casi exclusivamente en patios ferroviarios , donde los vehículos ferroviarios operan a 10 millas por hora (16 km/h) o menos, debido a la reducción de la guía que mantiene a los vehículos en el ancho de vía a través del desvío. [4]
En los cruces de vía en diamante , a menudo denominados diamantes OWLS, se utilizan ranas de diamante de baja velocidad en un solo sentido . Este tipo de ranas son análogas a las ranas de elevación en los desvíos: la línea con mayor tráfico cruza el diamante en una superficie de vía normal en modo de apoyo de banda de rodadura, y la línea con menor tráfico cruza sobre la línea con mayor tráfico en modo de apoyo de brida. Debido a que no hay espacio entre las bridas para cruzar en la línea con mayor tráfico, los vehículos que utilizan esta línea pueden cruzar los diamantes a la velocidad máxima permitida por el diseño de la vía. Debido a que la línea con menor tráfico se encuentra en una situación en la que se reduce la restricción del ancho de vía y debido a que tiene que cruzar sobre el espacio entre las bridas para la línea con mayor tráfico, los vehículos que utilizan esta línea están limitados a velocidades iguales o inferiores a 10 millas por hora (16 km/h). Los diamantes OWLS se utilizan comúnmente cuando una línea ferroviaria con muy poco tráfico que opera a baja velocidad cruza una línea ferroviaria con considerablemente más tráfico que opera a velocidades más altas. [4] [5]
En los cruces de vías en diamante también se utilizan ranas de diamante con bridas completas . Estas ranas tienen bridas para ambas líneas que pasan por el diamante. Debido a que ambas líneas tienen bridas, no hay necesidad de elevar las bridas de los vehículos que usan una línea, como en el caso de las ranas de diamante OWLS, lo que permite una mayor restricción del ancho de vía. En consecuencia, los vehículos pueden cruzar estas ranas a la velocidad máxima permitida por el diseño de la vía; independientemente de la línea en la que crucen el diamante. Aunque hay muy pocos de estos en uso hoy en día, los diamantes con bridas completas se pueden encontrar donde dos líneas principales de alta velocidad o alto tonelaje deben cruzarse entre sí a nivel. [4] [5]
En un esfuerzo por regular la profundidad de las bridas en un cruce de vías, la Administración Federal de Ferrocarriles de los Estados Unidos (FRA, por sus siglas en inglés) creó reglas que, por definición, prohibían (en los Estados Unidos) el uso de bridas en vías con límites de velocidad superiores a 10 millas por hora (16 km/h). [6] Debido a esto, se requiere una exención de la FRA para instalar diamantes con bridas completas. Luego de la instalación, se realiza una extensa serie de inspecciones tanto del diamante en sí como de los vehículos ferroviarios que lo cruzan, para garantizar que la seguridad no se vea comprometida por la instalación de dicho diamante. [7] Esto puede cambiar, a medida que el FBF se convierta en una tecnología probada, pero las inspecciones rigurosas son un impedimento para la instalación generalizada de diamantes con bridas completas. [5]
Aunque las pruebas aún están en curso, los resultados tanto en entornos controlados como en servicios de ingresos son prometedores. El Centro de Tecnología del Transporte en Pueblo, Colorado , ha instalado un diamante OWLS en su propiedad, donde realizan investigaciones para varias entidades ferroviarias. Sus resultados muestran que las cargas dinámicas de un tren que cruza un diamante OWLS son la mitad de las cargas del mismo tren que cruza un diamante convencional a la mitad de la velocidad a la que cruzó el diamante OWLS. [8] Las inspecciones tanto de las vías como de los vehículos realizadas por BNSF y CSX en sus diamantes con bridas de apoyo completas no han mostrado ningún desgaste inesperado y sugieren que dichos diamantes podrían implementarse a mayor escala. [4] [5]