Un acoplamiento o acoplador es un mecanismo, típicamente ubicado 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 engranaje de tiro o tren de tracción , que debe absorber los esfuerzos del enganche y la aceleración del tren.
A lo largo de la historia del ferrocarril, se han desarrollado en todo el mundo una variedad de diseños y tipos de acopladores. Las consideraciones clave de diseño incluyen resistencia, confiabilidad, manejo fácil y eficiente y seguridad del operador. Los enganches automáticos se activan automáticamente cuando los vagones se juntan. Las versiones modernas no sólo proporcionan una conexión mecánica, sino que también pueden acoplar líneas de freno y líneas de datos.
Diferentes países utilizan diferentes tipos de acopladores. Mientras que los ferrocarriles de América del Norte y China utilizan acopladores Janney , los ferrocarriles de la antigua Unión Soviética utilizan acopladores SA3 y los países europeos utilizan acopladores de tornillo . Surgen desafíos y complicaciones al acoplar vehículos con diferentes acopladores. Para realizar esta tarea se utilizan carros barrera , también llamados carros match , carros 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 indicadas en estos artículos suelen ser de componentes y sistemas nominales o típicos, aunque los estándares 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 comprimido; Lo opuesto a la tensión. [1]
El tipo básico de acoplamiento en los ferrocarriles que siguen la tradición británica es el acoplamiento con tope y cadena. 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 marco del vagón absorbieron las cargas de impacto, cuando el tren invadió una locomotora que desaceleraba.
La cadena simple no se podía tensar, y este acoplamiento flojo permitía mucho movimiento de ida y vuelta y golpes entre vagones, además de sacudidas cuando los trenes arrancaban. Si bien era aceptable para los automóviles minerales, este acoplamiento hacía que el viaje fuera incómodo en los vagones de pasajeros, por lo que se mejoró la cadena reemplazando el eslabón central con un tornillo con rosca a la izquierda en un lado y rosca a la derecha en el otro. En el centro del tornillo se encuentra la carcasa del mango con un mango de bola con bisagras adjunto. Esta disposición estilo tensor permite juntar los vehículos apretando el tornillo con la manija adjunta. Por lo general, el tornillo se aprieta hasta que quedan dos roscas al lado de la carcasa del mango. Se fija un soporte a la tuerca del muñón en el lado del eslabón del acoplamiento para apoyar el mango del tornillo y evitar que se afloje mientras el acoplamiento está en uso. 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 con una ranura en forma de T. Esto podría girarse longitudinalmente para alargarlo, permitiendo el acoplamiento, luego girarse 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 tornillo fuera una necesidad.
Los primeros " amortiguadores tontos " eran extensiones fijas de los marcos de madera de los vagones, pero más tarde se introdujeron amortiguadores de resorte. Los primeros fueron cojines rígidos de crin cubiertos de cuero, luego resortes de acero y luego amortiguación hidráulica.
Este 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 enlace y pasador era el estilo original de acoplamiento utilizado en los ferrocarriles de América del Norte. Después de que la mayoría de los ferrocarriles se convirtieran a acopladores Janney semiautomáticos , el enlace y el pasador sobrevivieron en los ferrocarriles forestales . Si bien en principio es 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 mientras se juntaban y guiar el eslabón hacia el interior del acoplador. Una vez que los vagones estuvieron unidos, el empleado insertó un alfiler en un agujero a unos centímetros del extremo del tubo para mantener el enlace en su lugar. Este procedimiento era extremadamente peligroso y muchos guardafrenos perdían dedos o manos enteras al no sacarlas a tiempo del camino de las cavidades del enganche. Muchos más murieron como resultado de ser aplastados entre autos o arrastrados debajo de autos que se acoplaron demasiado rápido. A los guardafrenos se les entregaron garrotes pesados que podían usarse para mantener el eslabón en su posición, pero muchos guardafrenos no usaban el garrote y corrían el riesgo de lesionarse.
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, finalmente, evolucionaron hasta convertirse en una forma que podía acoplarse de manera confiable cuando el tren estaba parado.
Las mulas del canal de Panamá , las locomotoras utilizadas para guiar a los barcos a través de las esclusas del canal de Panamá , tienen acopladores de eslabones y pasadores 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 vía recta, se utiliza el acoplador de enlace y pasador. Dado que la curva vertical entre los tramos rectos de vía 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 eslabón y pasador, por lo que las locomotoras deben ser empujadas a través de estos tramos desacopladas utilizando el 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 acoplamiento de dos tornillos, es un acoplador comúnmente utilizado en ferrocarriles de vía estrecha con curvas cerradas. Al intercambiar los dispositivos de tracción y empuje, el acoplamiento de tornillo estándar utilizado en los ferrocarriles de ancho estándar se convirtió en un acoplamiento de tope central con un acoplamiento de tornillo a cada lado del tope. Los acopladores de tornillo están conectados a una palanca de compensación que gira sobre un muñón vertical en la varilla amortiguadora 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 en 1921 el acoplador Albert . El acoplador Albert se creó como un acoplador de chaveta y ranura con dos pasadores. Los vehículos a acoplar se juntaban y ambos acoplamientos se movían hacia el mismo lado. Se insertó un pasador, luego se tiraron de los vehículos para enderezar el acoplamiento y se insertó el otro pasador. Esta operación requirió maniobras menos exactas. Debido al diseño de una sola pieza, sólo era posible una holgura mínima. El sistema se hizo bastante popular entre los sistemas de tranvía y las líneas de vía estrecha.
Durante la década de 1960, la mayoría de las ciudades los reemplazaron por acopladores automáticos. Pero incluso en los vehículos modernos, los enganches Albert se instalan como enganches de emergencia para remolcar un vehículo averiado.
El eslabón 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 utilizó durante varias décadas antes de ser reemplazada por el acoplador Janney .
El acoplador noruego consta de un tope central con un gancho móvil que cae en una ranura del 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 sólo puede estar en un extremo del vagón. No todos los acopladores noruegos son compatibles entre sí, ya que varían en altura y ancho, y pueden limitarse o no a un gancho a la vez. El límite de fuerza de tracción suele ser de 350 kN. [6] A veces el enganche noruego se complementa con cadenas auxiliares.
El acoplador noruego también se conoce como acoplador Lloyd, que lleva el nombre de su fabricante británico FH Lloyd & Co. Ltd cerca de Wednesbury , o como acoplador para picadora de carne, que lleva el nombre de la forma del gancho móvil. El acoplador noruego permite curvas más cerradas que el acoplador de cadena y amortiguador, lo cual es una ventaja en los ferrocarriles de vía estrecha donde las bajas velocidades y las cargas reducidas de los trenes permiten un sistema más simple. El acoplador noruego se encuentra sólo en ferrocarriles de vía estrecha de 1.067 mm ( 3 pies 6 pulgadas ), 1.000 mm ( 3 pies 3 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. Uno, el acoplador Johnston, comúnmente conocido como acoplador de eslabón y pasador de campana, se introdujo en 1873 y es similar en funcionamiento y compatible con los acopladores de eslabón y pasador, pero tiene forma de campana y una cara de acoplador circular. El otro, el acoplador de campana y gancho, se introdujo en 1902 y es similar al acoplador noruego, pero también con una cara de acoplador circular y con un bolsillo de acoplador que está abierto en la parte superior de la cara del acoplador para acomodar el gancho. [7]
El acoplador Johnston, comúnmente conocido como acoplador de eslabón y pasador de campana por su forma de campana, se introdujo por primera vez en el Cabo de Buena Esperanza en 1873, tras el establecimiento de Cape Government Railways (CGR) en 1872 y la decisión del El gobierno del Cabo ampliará los ferrocarriles hacia el interior y convertirá las vías existentes de 4 pies 8+De calibre estándar de 1 ⁄ 2 pulgadas(1435 mm)a calibre de capa de 3 pies 6 pulgadas (1067 mm). Todas las nuevas locomotoras y material rodante de ancho del Cabo adquiridos a partir de 1873 estaban equipados con estos o acopladores 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, hicieron lo mismo y todas las locomotoras y el material rodante adquiridos por ese ferrocarril fueron equipados con acopladores Johnston, comenzando con el NGR Clase K 2-6-0T en 1877. [ 11] [12]
Asimismo, en 1889, cuando la recién creada Compañía de Ferrocarriles Holandesa-Sudafricana en la República Sudafricana adquirió las primeras locomotoras , se les equiparon 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 de Estcourt . [10] [14]
El acoplamiento y desacoplamiento se realizaban manualmente, lo que planteaba un alto riesgo de lesiones graves o muerte para los miembros de la tripulación, que tenían que pasar entre vehículos en movimiento para guiar el eslabón hacia el bolsillo del acoplador durante el acoplamiento. Los acopladores Johnston comenzaron a ser reemplazados 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 Cape adquiridos a partir de ese año estaban equipados con acopladores articulados AAR . La conversión de todo el material rodante antiguo iba a llevar varios años y ambos tipos de acopladores todavía podían verse en algunos vehículos hasta finales de los años cincuenta. Durante el período de transición, los acopladores de articulación en muchas locomotoras tenían un espacio horizontal y un orificio vertical en el propio articulación para acomodar, respectivamente, un eslabón y un pasador, para permitirle acoplarse a vehículos que todavía estaban equipados con los acopladores 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 Avontuur de vía estrecha de 2 pies ( 610 mm ) , que Se estaba construyendo en Port Elizabeth a través del Langkloof . En Sudáfrica, estos acopladores se utilizaron únicamente 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 una cavidad para el acoplador que está abierta en la parte superior de la cara del acoplamiento. En lugar de un eslabón y pasadores, utiliza un gancho de tracción que, al acoplarse, se desliza sobre el pasador del gancho de tracción en el acoplador del siguiente vehículo del tren. Para evitar que el gancho del acoplador correspondiente se desacople accidentalmente, la campana del acoplador está equipada con un protector del gancho, comúnmente conocido como brida, encima del bolsillo del acoplador. [7]
La práctica habitual era instalar un gancho de tiro solo en uno de los acopladores acoplados y, por lo tanto, las tripulaciones del tren llevaban ganchos y pasadores de gancho de repuesto en la locomotora. Si bien el acoplamiento automático es posible, esto rara vez ocurre y se requiere asistencia manual durante el acoplamiento. El desacoplamiento se realiza manualmente levantando el gancho con la mano para liberarlo. El acoplador podría adaptarse para que fuera compatible con el acoplador Johnston reemplazando el gancho de tiro con un eslabón adaptador en forma de U, que se fijó usando el mismo pasador del gancho de tiro. [7]
Los acopladores de campana y gancho comenzaron a reemplazarse en el ferrocarril Avontuur tras la introducción de locomotoras diésel-eléctricas Clase 91-000 en el sistema de vía estrecha en 1973. Todo el material rodante nuevo de vía estrecha adquirido para esa línea a partir de ese año estaba equipado con Acopladores Willison . El material rodante más antiguo no se convirtió y se utilizó un adaptador para permitir el acoplamiento entre los dos tipos. El gancho del acoplador de campana y gancho se reemplazaría con el adaptador, que se fijó usando el mismo pasador del gancho. [7]
Hay varios enganches 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 castaño de indias , nudillo 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 giratorias, pasajeros, etc.).
El acoplador de nudillo 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 castaño de Indias , especialmente en el Reino Unido, donde algunos materiales rodantes (principalmente trenes de pasajeros) lo llevan. Janney era un empleado de productos textiles y ex oficial del ejército confederado de Alexandria, Virginia , que usaba sus horas de almuerzo para tallar madera como una alternativa al eslabón y al acoplador de pasador. El término castaño de Indias proviene del apodo del estado estadounidense de Ohio , "Buckeye State" y de la Ohio Brass Company, que comercializó originalmente 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 con seguridad, 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 sorprendente. Entre 1877 y 1887, aproximadamente el 38% de todos los accidentes de trabajadores ferroviarios involucraron acoplamientos. Ese porcentaje cayó cuando los ferrocarriles comenzaron a reemplazar los acopladores de eslabones y pasadores por acopladores automáticos. En 1902, sólo dos años después de la fecha de entrada en vigor de la SAA, los accidentes de acoplamiento constituían sólo el 4% de todos los accidentes de empleados. Los accidentes relacionados con enganches disminuyeron de casi 11.000 en 1892 a poco más de 2.000 en 1902, a pesar de que el número de empleados ferroviarios aumentó constantemente durante esa década.
Cuando se eligió el acoplador Janney como estándar norteamericano, había 8.000 alternativas patentadas para elegir. Existen muchos diseños de acopladores AAR para adaptarse a los requisitos de diversos diseños de automóviles, pero todos deben tener ciertas dimensiones en común que permitan que un diseño se acople a 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 de vía estándar como estrecha. medidores.
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 variación del acoplador Janney, introducido por el ingeniero y empresario belga Émile Henricot de Court-Saint-Étienne . Se utiliza en determinadas EMU de la Compañía Nacional de Ferrocarriles de Bélgica , incluida la Clase 75 ).
El acoplador Willison se desarrolló en 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] Se introdujo en la Unión Soviética en 1932 basándose en una patente británica y desde entonces se ha utilizado en su totalidad 1.520 mm ( 4 pies 11+27 ⁄ 32 pulgadas), incluidaMongolia.finlandesastienen acopladores Unilink que pueden acoplarse a acopladores UIC utilizados en la versión finlandesa y a acopladores SA3 utilizados en la versión rusa.
También se utiliza en el modelo de 1.435 mm ( 4 pies 8+1 ⁄ 2 pulgadas) en las redes de ancho estándar deIrány enMalmbananen Suecia para trenes de mineral. Algunostranvías de caña de ancho de 2 pies (610 mmQueenslandhan sido equipados con acopladores Willison en miniatura.[27]Se introdujo en elferrocarril Avontuur de víaestrecha2 pies(610 mmde 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 unas 8.000 t [31] ), pero sólo proporciona acoplamiento mecánico. [24] Agregar conectividad eléctrica y neumática automática es un desafío complejo. [32]
Existen muchas variaciones y marcas de estos acopladores.
A partir de 2020 CAF trabaja en un enganche automático basado en SA3, posible sustitución de los topes y enganches de cadena en los ferrocarriles europeos. [33][actualizar]
Uniacoplador fue desarrollado por Knorr de Alemania Occidental en los años 70, en paralelo con un homólogo compatible, el acoplador Intermat, de VEB Waggonbau Bautzen de Alemania Oriental. [34] [35] El acoplador Uniacoplador/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 Uniacoplador también se conoce como AK69e.
El tonelaje máximo de un tren que utiliza este tipo de enganche es de unas 6.000 t. [31] El fracaso de la adopción de AK69e e Intermat se ha atribuido al desempeño económico. [36]
A partir de 2020 [actualizar]ha tenido 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 Uniacoplador 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, [actualizar]su uso se limita a trenes que transportan mineral entre las acerías de Rotterdam 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 en respuesta al fallo evidente del Uniacoplador/Intermat. Es compatible con los topes y el acoplamiento de tornillo. Es uno de los pocos acopladores automáticos que no puede 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 de CSI como Finlandia o Ucrania . [42] El acoplador es compatible tanto con SA3 como con acoplamiento de tornillo . [43] Se trata de un acoplador SA3 con una bocina adicional que permite fijar el grillete del acoplador de tornillo y con un acoplador de tornillo que se conecta 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 acopladores de tornillo porque tienen la ventaja sobre el acoplador SA3 de proporcionar un viaje sin holguras, ya que los acopladores de tornillo están siempre bajo tensión y los topes laterales no se separan en el funcionamiento normal. La mayoría de los vagones de mercancías finlandeses también están equipados con acopladores de tornillo. Sólo algunos vagones de mercancías pesados y equipos rusos están equipados con enganches SA3.
El acoplador de contacto de pulido automático, 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 realiza el contacto del acoplamiento. El grillete no acoplado del acoplador opuesto descansa sobre el grillete acoplado, asegurándolo por su peso contra el desenganche. Para desacoplar el acoplamiento ABC se levanta el grillete superior que no está enganchado. Esto hace que la palanca trasera unida al grillete levante el grillete enganchado para separarlo del gancho y suelte el acoplamiento.
En 1912, se introdujo una versión mejorada del acoplamiento con un mejor mecanismo de bloqueo, en el que una barra de bloqueo accionada por resorte bloqueaba un disco que servía como gancho. Este gancho de disco fue girado hasta la posición de bloqueo mediante el acercamiento del grillete del acoplamiento opuesto. Para soltar el acoplamiento, bastaba con soltar la barra de bloqueo tirando de una cadena o de una manija, lo que liberaba la rotación del gancho del 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 , lleva el 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 Ferrocarril Elevado del Noroeste en 1902. Tres años más tarde, en 1905, Wards lo introdujo 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 juntarse para acoplarse. La lengüeta de cada cabeza de acoplador entra en la garganta de la cabeza de acoplador opuesta, donde el gancho de la lengüeta hace girar un pasador de acoplamiento accionado 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, los cabezales del acoplador pueden moverse libremente verticalmente, lo que debería evitar que un vagón descarrilado arrastre a otros vagones consigo en caso de descarrilamiento en el ferrocarril elevado. El desacoplamiento se realiza girando el pasador de acoplamiento contra la fuerza del resorte con un brazo de accionamiento accionado por una pértiga de maniobra o por una varilla fija con asas a la que se puede acceder desde una posición junto al tren y alejada del tercer carril . [48]
Los acopladores multifunción (MFC), o acopladores completamente automáticos, realizan todas las conexiones entre los vehículos ferroviarios (mecánicos, de frenos de aire 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 enganches son unidades múltiples, especialmente los utilizados en operaciones de transporte público .
Hay algunos diseños de acopladores totalmente automáticos que se utilizan 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 de trenes automáticos similares al acoplador Scharfenberg, pero no necesariamente compatibles con él. Los operadores de tránsito estadounidenses más antiguos continúan usando estos diseños de acopladores electroneumáticos que no son de Janney y los han usado durante décadas.
El acoplador Westinghouse H2C, cuyo predecesor, el H2A, se utilizó por primera vez en los estándares BMT y luego en las clases R1 a R9 , se utiliza actualmente en los vagones de metro 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 únicamente a los tres vagones Skybus. El modelo N-2 actualizado 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" en la línea Cleveland Rapid Transit . El modelo N-2 utilizaba equipo de tiro liviano colgado debajo del umbral central, para permitir las amplias oscilaciones necesarias para tomar curvas cerradas. Esto hizo que el N-2 no fuera adecuado para el uso en la línea ferroviaria principal, por lo que se desarrolló una versión actualizada del N-2-A para ese mercado. El primero de ellos se instaló en 1968 en el UAC TurboTrain con 228 contactos eléctricos y en el Budd Metropolitan EMU con 138 contactos. A partir de la década de 1970, el N-2-A se instaló en toda la familia de MU SEPTA Silverliner , la serie de MU NJT Arrow 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. Posteriormente, 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 Ohio Brass Company [21] [22] para aplicaciones de transporte público, pero finalmente también encontró uso en algunos vehículos ferroviarios principales. Consta de dos ganchos metálicos 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, WABCO compró la rama de fabricación de Ohio Brass, que ahora fabrica la línea junto con el tipo N. El acoplador Tomlinson es el acoplamiento totalmente automático para rieles pesados más utilizado en América del Norte y ha sido adoptado por el Metro de Washington , la Autoridad de Transporte de la Bahía de Massachusetts , PATCO Speedline , el Metro de SEPTA Broad Street , el Metro de Los Ángeles , el Metro de Baltimore , el Metro de Miami y el Ferrocarril MARTA. y el metro de la ciudad de Nueva York para su flota R44 / R46 y todas las clases modernas comenzando con el R142 . Para aplicaciones fuera del tránsito rápido, el acoplador tuvo que ampliarse significativamente para cumplir con los requisitos de mayor resistencia que aparecieron por primera vez 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 ferroviario principal.
Fuera de 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] ( alemán : Scharfenbergkupplung o Schaku ) es probablemente el tipo de acoplamiento totalmente automático más utilizado. Diseñado en 1903 por Karl Scharfenberg en Königsberg, Alemania (hoy Kaliningrado, Rusia ), se ha extendido gradualmente desde los trenes de tránsito hasta los trenes de servicio regular de pasajeros, aunque fuera de Europa su uso generalmente se restringe 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 una norma para la colocación de estas conexiones electroneumáticas. Algunas compañías ferroviarias los colocan a los lados, mientras que otras los colocan encima de la parte mecánica del acoplador Schaku.
Pequeños cilindros de aire, que actúan sobre los cabezales giratorios del acoplador, aseguran el acoplamiento del acoplador Schaku, haciendo innecesario el uso de golpes para conseguir 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), para que los pasajeros no se vean empujados. Los fabricantes de equipos ferroviarios como Bombardier ofrecen el acoplador Schaku como opción en sus sistemas de transporte público, así como en sus turismos y locomotoras. En Norteamérica, 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 eléctrica AM de la red ferroviaria suburbana de Auckland y en los trenes Matangi de Wellington . También equipa todo el material rodante específico utilizado para los servicios de lanzadera en el Eurotúnel .
Tonelaje máximo inferior a 1.000 t (1.100 toneladas cortas; 980 toneladas largas).
Desde 2020, Voith y Dellner están trabajando en un enganche automático basado en Schaku, un posible sustituto de los topes y del enganche de cadena en los ferrocarriles europeos. [54][actualizar]
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 acoplarse a velocidades de hasta 15 kilómetros por hora (9 mph) sin daños estructurales, y hasta 36 kilómetros por hora (22 mph) con deformación pero manteniendo los vehículos en la pista. El sistema patentado D-REX proporciona conexión de datos Ethernet de alta velocidad a velocidades de 100 Mbit/s.
El acoplador Wedglock lleva el nombre de las cuñas neumáticas que bloquean las partes móviles del cabezal del acoplador en la posición de acoplamiento. 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 móvil que sobresale 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 accionadas por un cilindro neumático. Los potes neumáticos se encuentran debajo de la conexión mecánica. Simplemente se presionan y se sellan mediante elementos de goma. A cada lado de la conexión mecánica hay bloques de contactos eléctricos que constan de una serie de contactos a tope. Cuando se desconectan, los contactos están protegidos por las cubiertas llamadas "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 mediante 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 vehículos producidos por la industria ferroviaria suiza. Se mostró por primera vez en la Exposición Nacional Suiza de 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 se espera en el servicio de tranvía. Ambos acoplamientos constan de un tope rectangular que también funciona como garganta. Del interior de la garganta sobresale una lengüeta horizontal con un orificio 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 aéreas 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 se desacoplan.
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 and 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 en Strassenbahn Zürich-Oerlikon-Seebach [60] y luego se introdujo en casi todos los servicios de tranvía de Suiza.
El GFV difiere significativamente del GFN y del GFT. Por lo general, está diseñado como un acoplador multifunción completamente automático que se puede desconectar con solo presionar un botón en la cabina. El diseño se parece más a un acoplador Schafrenberg. La conexión mecánica se realiza mediante un elemento semiesférico que sobresale del cabezal de acoplamiento, que se inserta y se bloquea en una cavidad en forma de media concha en el cabezal de acoplamiento opuesto. Las dos conexiones de aire están ubicadas una encima de la otra debajo del acoplamiento mecánico al lado de la bocina guía, y las conexiones eléctricas están ubicadas encima del acoplamiento como en los tipos GFN y GFV. El tipo se introdujo por primera vez en 1965 con el llamado Gold Coast Express y se utilizó como el primer tren de transporte público en el área del Gran Zurich. Todavía se utiliza ampliamente en los equipos del S-Bahn de Zúrich y en Bélgica por la SNCB . [60]
El enganche Schwab es un enganche automático fabricado por Schwab Verkehrstechnik AG , Schaffhausen , sucesor legal de la división de enganches ferroviarios de Georg Fischer . El acoplador realiza automáticamente las conexiones mecánicas, neumáticas y eléctricas. Las cerraduras mecánicas están ubicadas a ambos lados de los puertos neumáticos. Las conexiones eléctricas están ubicadas debajo de los puertos neumáticos y están protegidas por una cubierta cuando se desconectan. Están disponibles varias versiones para diferentes aplicaciones, que sólo 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 del acoplador inclinada, lo que hace que los cabezales del acoplador se deslicen entre sí 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, [actualizar]los acopladores Schwab se utilizan principalmente en Suiza en el transporte regional de viajeros por ferrocarril. [62] Casi todos los vehículos equipados con enganches Schwab son fabricados por Stadler Rail . La excepción más conocida son los trenes basculantes ICN de 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 ferroviario de mercancías europeo. [33] El acoplador es capaz de soportar 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][actualizar]
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 Shinkansen (tren bala) utiliza una variación del acoplador Shibata desarrollado por Sumitomo Metal Industries en la década de 1960 que utiliza pasadores giratorios de bloqueo hermético y que casualmente se parece más al acoplador Scharfenberg que al acoplador Shibata. [63]
A veces es necesario acoplar un vagón con un sistema de acoplamiento a vagones con otro tipo de acoplamiento. Esto puede ser necesario a la hora de transportar el material rodante del metro desde su fabricante hasta la ciudad donde se va a utilizar. Hay dos soluciones:
Sólo algunos tipos de acoplamientos 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 , los motores tenían el acoplador AAR, con topes, y la cadena montada en una orejeta fundida en el acoplador AAR.
Un vehículo /vagón de barrera en Gran Bretaña y un " coche 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 rastrillo de vagones usando el acoplamiento A en un tren, de lo contrario usando el acoplamiento B.
Un adaptador de acoplamiento o un 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 acoplar un acoplador Janney 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 telescopen. Por lo tanto, British Rail decidió adoptar una variante Janney para sus vagones de pasajeros, con el acoplador capaz de apartarse para acoplarse a los motores con el sistema tradicional de tope y cadena.
En Nueva Gales del Sur, los juegos de vagones estaban acoplados permanentemente con una barra fija , ya que los vagones solo se desconectaban en los talleres. Los vagones de mercancías a veces se acoplan en pares o triples, utilizando acoplamientos de barras en el medio.
Conjuntos articulados de vagones 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 los vagones adyacentes, tanto para la alimentación como para las señales de comando, y esto se puede hacer mediante enchufes y tomas de corriente, o mediante señales de radio de muy corto alcance.
Un engranaje de tracción (también conocido como engranaje de tiro) es el conjunto 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 engranajes estaban hechos de madera, que fue reemplazada gradualmente por acero.
Los acopladores Janney tienen el engranaje de tiro en un alféizar central para absorber las fuerzas de empuje y tracción ( acción floja ). [sesenta y cinco]
También hay un mecanismo de tracción detrás de los acopladores herméticos , acopladores SA3 , acopladores C-AKv , acopladores Scharfenberg y otros acopladores multifunción .
En el caso de topes y acopladores de cadena , el mecanismo de tracción 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 engranaje de tracción.
En los modelos de ferrocarriles, los acopladores varían según la escala y han evolucionado a lo largo de muchos años. Los primeros modelos de trenes se acoplaban mediante diversas disposiciones de gancho y bucle, que frecuentemente eran asimétricas y requerían que todos los vagones apuntaran en la misma dirección. En las escalas más grandes, los modelos a escala de trabajo o casi a escala de acopladores Janney eran bastante comunes, pero resultaron poco prácticos en HO y escalas más pequeñas.
Durante muchos años, el acoplador "X2F" o "Horn-Hook" fue bastante común en escala HO , ya que podía producirse como una sola pieza de plástico moldeado. De manera similar, durante muchos años, se usó comúnmente en esa escala un acoplador de "gancho de elevación" conocido como Rapido y desarrollado por Arnold , un fabricante alemán de modelos de trenes en escala N.
El principal competidor de ambos acopladores, más popular entre los modelistas serios, era el Magne-Matic, un acoplador de nudillo liberado magnéticamente desarrollado por Keith y Dale Edwards y fabricado por Kadee , una empresa que fundaron. Si bien se parecen mucho a los acopladores Janney en miniatura, son algo diferentes mecánicamente, ya que el muñón gira desde el centro de la cabeza del acoplador, en lugar de hacerlo desde un lado. Un pasador de acero, diseñado para parecerse a una manguera de freno de aire, permite que los acopladores se liberen magnéticamente; El diseño del cabezal del acoplador evita que esto suceda a menos que el tren se detenga o se invierta con un par de acopladores acoplados directamente sobre un imán de desacoplamiento. Una versión anterior del diseño, disparada mecánicamente, 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 desacoplarlo.
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. 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 , los modelos GAGO fabricaron en Australia una versión en miniatura funcional a escala exacta del acoplador "Alliance" a partir de la década de 1980. Desde 2002 lo comercializa Waratah Model Railway Company. [67] Los modelistas europeos tienden a utilizar acoplamientos de cadena y gancho a escala.
En los modelos británicos de escala 00 (similar a la escala H0), el acoplador de 'bloqueo de tensión' desarrollado por Tri-ang es estándar. Su funcionamiento es similar al tipo de acoplamiento de picadora de carne. El desacoplamiento remoto es posible mediante el uso de una rampa suspendida entre los carriles. El diseño de los ganchos es tal que los acoplamientos no se desacoplan cuando están bajo tensión (en lugar de eso, presionan la rampa). Cuando el tren es empujado por la rampa, se levantarán los ganchos de acoplamiento a medida que el tren pasa. Al detener el tren sobre la rampa, éste se divide en este punto. Si bien funciona bien, a menudo se considera feo y molesto [ cita necesaria ] (aunque hay diseños más pequeños disponibles, no siempre son totalmente compatibles con otros modelos) y muchos [ cita necesaria ] modeladores británicos prefieren modernizar los tipos Kadee o los que funcionan. Acoplamientos de gancho y cadena.
Un desarrollo reciente es un acoplamiento intercambiable que se conecta a un enchufe estandarizado, conocido como NEM 362 y que se puede desconectar fácilmente según sea necesario. Esto permite al modelista estandarizar fácilmente cualquier acoplamiento que desee, sin que los fabricantes individuales tengan que cambiar su tipo de acoplamiento.
Zamzoodled [68] en el Reino Unido fabrica ahora acoplamientos noruegos que funcionan a escala de 7 mm .
Se publicó una comparación de tipos de acopladores en "Introducción a los acopladores". [69]
Los trenes de juguete tienen una amplia variedad de acopladores incompatibles.
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.
