Un eje intermedio es un eje intermedio que se utiliza para transferir potencia desde un eje propulsor, como el eje de salida de un motor, a ejes impulsados, como los ejes motrices de una locomotora. Tal como se aplicaba a las locomotoras de ferrocarril en los siglos XIX y XX, los ejes secundarios generalmente estaban alineados con los ejes motrices de las locomotoras y conectados a ellos mediante varillas laterales . En general, cada eje motriz de una locomotora tiene libertad para moverse aproximadamente una pulgada (2,5 cm) verticalmente con respecto al bastidor, y el peso de la locomotora se soporta sobre resortes. Esto significa que si el motor, motor o transmisión está rígidamente unido al bastidor de la locomotora, no puede conectarse rígidamente al eje. Este problema se puede resolver montando el eje secundario sobre cojinetes sin resorte y usando varillas laterales o (en algunos de los primeros ejemplos) transmisiones por cadena. [1]
Los ejes secundarios se utilizaron por primera vez en las primeras locomotoras de vapor, aunque los diseñadores aún no los llamaban con ese nombre. A principios del siglo XX, se construyeron un gran número de locomotoras eléctricas accionadas por eje secundario para el servicio pesado de la línea principal. Las transmisiones por eje intermedio 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 secundario. Mientras que el eje motriz de la primera locomotora Grasshopper era accionado directamente por engranajes rectos del cigüeñal , la Traveller entregada en 1833 utilizaba un eje intermedio, al igual que todas las locomotoras Grasshopper y Crab posteriores. Estas locomotoras utilizaban engranajes elevadores para lograr una velocidad de marcha razonable utilizando ruedas motrices de pequeño diámetro. Es de destacar que los diseñadores de estas máquinas no utilizaron el término eje intermedio . En cambio, se refirieron a lo que más tarde se llamaría eje intermedio como "un eje separado, aproximadamente a tres pies por delante del eje delantero, y que lleva manivelas acopladas por bielas a las manivelas en los dos ejes de la carretera". [2] En su patente de 1837 para lo que se conoció como la clase de locomotoras tipo 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 accionada por eje secundario, el cigüeñal hace girar un eje secundario 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 B&O Grasshopper de Phineas Davis probado en el B&O en 1831 estaba en esta clase, al igual que el Swift del Stockton and Darlington Railway de 1836, donde el cigüeñal estaba directamente entre los ejes motrices. [4] Ambos ejemplos utilizaron cilindros verticales, con el cigüeñal en el plano de los ejes motrices. El primero utilizaba una transmisión por engranajes para el primer eje motriz, el segundo utilizaba varillas laterales para este varillaje. En este último caso, la razón inferida para utilizar un cigüeñal distinto de los ejes motrices fue "para quitar los impactos del trabajo del eje de potencia". [5]
Varias locomotoras se han construido con cilindros horizontales que impulsan un cigüeñal directamente encima del 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 anteriores a ellas, los cigüeñales de estos motores estaban acoplados a los ejes propulsores. [6] En su patente de 1843, Winas se refirió al cigüeñal como un quinto eje o eje. [7] En 1880, Fowler Steam Plow Works de Leeds, Inglaterra, recibió una patente sobre un diseño de locomotora 0-4-0 similar con varillas laterales verticales entre el cigüeñal y el eje trasero. En este caso, la motivación era alejar los cilindros y los vástagos del pistón del polvo y la suciedad en un motor con ruedas motrices diminutas. [8] [9] Una de esas locomotoras Fowler sobrevive, una muy pequeña y de vía estrecha 0-4-2 T. [10]
Los primeros diseñadores de locomotoras de turbina de vapor no entendieron la necesidad de engranajes reductores o suspensiones con resortes. [11] [12] Una vez que se entendieron estos problemas, los ejes secundarios surgieron como una alternativa para unir la caja de cambios de salida de la turbina a las ruedas motrices . A Giuseppe Belluzzo , de Italia, se le concedieron varias patentes estadounidenses sobre variaciones de esta idea. [13] [14] [15] Las alternativas a las transmisiones por eje intermedio incluían el uso de una transmisión por eje con la turbina sobre el eje motriz, o una combinación de una transmisión por eje con una caja de cambios suspendida horizontalmente entre el eje motriz de una locomotora y el eje de la turbina. [16] [17]
Muchas de las primeras locomotoras eléctricas también estaban equipadas con ejes secundarios . Un estudio general del diseño de locomotoras eléctricas de 1915 muestra 15 disposiciones distintas de transmisión por eje secundario de 24 diseños de locomotoras distintos.
Algunas de las primeras locomotoras utilizaban motores de tracción de CC de pequeño diámetro montados en ejes individuales, pero la mayoría, especialmente las locomotoras de CA, tenían sólo 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, estaban montados muy por encima del nivel de los ejes motrices. [18] El motor o motores impulsaban el eje o ejes intermedios a través de engranajes o varillas laterales , y luego el eje intermedio hacía girar las ruedas a través de varillas laterales . En Europa, Oerlikon y Brown, Boveri fueron pioneros en una variedad de diseños de ejes intermedios, mientras que en Estados Unidos, Westinghouse fue dominante. [19] Todos los primeros estudios sobre 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 clase suiza Ce 6/8 Crocodile y su prima de vía estrecha, el Rhaetian Railway Ge 6/6 I.
El desarrollo continuo de los motores eléctricos los hizo más pequeños y, en la Segunda Guerra Mundial, la mayoría de los nuevos y los ejes secundarios quedaron obsoletos.
.jpg/1280px-Hugh_llewelyn_D2302_(5588684248).jpg)
Cuando Baldwin comenzó a construir locomotoras de combustión interna en las primeras décadas del siglo XX, utilizaban una transmisión de 2 velocidades desde el motor de gasolina a un eje intermedio. [1] Las primeras patentes de locomotoras de combustión interna de Baldwin cubrían el uso de ambas varillas laterales y transmisión por cadena para unir el eje secundario a las ruedas motrices. [20] [21] Las primeras locomotoras de combustión interna Baldwin utilizaban una configuración 0-4-0 y pesaban de 3,5 a 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]
El diésel British Rail Class 03 (en la foto) es un ejemplo más reciente. Los ejes secundarios se utilizaron en algunas locomotoras diésel-mecánicas y diésel-hidráulicas, pero rara vez se utilizaron en las diésel-eléctricas . Una excepción fue la British Rail Class D3/7 . [24]
Una dificultad con el accionamiento de la varilla de acoplamiento desde un eje secundario es la necesidad de permitir el movimiento de suspensión vertical de los ejes. Se han utilizado varias disposiciones mecánicas para permitir esto.
La disposición más sencilla es utilizar varillas de acoplamiento largas que discurran horizontalmente. Un gran movimiento vertical en el extremo de la rueda produce sólo un pequeño movimiento horizontal en el accionamiento del eje secundario. En el caso de una locomotora diésel-mecánica, esto se puede compensar montando la transmisión de forma horizontal. El pesado motor se transporta sobre las ruedas motrices para obtener peso adhesivo , pero la caja de cambios relativamente liviana 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 montarla entre los bastidores, lo que permite montarla en una posición baja y al nivel de los ejes motrices.
Esta disposición es común para maniobras diésel de baja velocidad, pero no suele ser común para velocidades de línea principal. El D-lok sueco de 1925 sí lo utilizó, con dos motores engranados a un solo eje intermedio con varillas cortas entre dos ejes motrices de diseño 1-C-1.
Los cojinetes deslizantes verticales en los bloques de cuernos permitirían el movimiento, pero deben diseñarse con cuidado o, de lo contrario, la fuerza ejercida a través de las varillas se desperdiciaría simplemente deslizando este cojinete hacia adelante y hacia atrás. Estas juntas deslizantes deben disponerse de manera que permitan el recorrido de la suspensión, pero de modo que la fuerza de la varilla siempre esté en ángulo recto con respecto a la guía deslizante.
El E550 italiano de diez acoplamientos de 1908 tenía motores emparejados, cada uno con un eje intermedio. Entre estos se llevaba una varilla triangular que giraba en sincronía y, por tanto, siempre en posición horizontal. Este llevaba un muñón deslizante para el eje central y cojinetes para las largas bielas de acoplamiento para los pares de conductores espaciados de manera desigual delante y detrás. [25] Se utilizó una disposición similar para el ferrocarril suizo Berna-Lötschberg-Simplon Be 5/7 1-E-1 de 1912. [26]
Se utilizaron enlaces conceptualmente similares para los cocodrilos suizos Ce 6/8II . Como estos tenían un solo motor de tracción en cada extremo, el marco triangular también estaba sostenido por un eje secundario ciego y sin motor. Estaba ligeramente inclinado, ya que el eje secundario del motor estaba por encima del eje de la rueda.
.JPG/1280px-407,_Berg%C3%BCn-Bravuogn,_2014_(01).JPG)
La mayoría de las clases de cocodrilos suizos utilizaron en su lugar la varilla diagonal de Winterthur o el diseño Schrägstangenantrieb (alemán).
Estas locomotoras eran articuladas, con un gran motor de tracción en cada uno de los dos bogies de cada extremo. De este modo, el eje intermedio se colocó encima y entre las ruedas motrices. Para maximizar la longitud de su varilla motriz y reducir su angulación, ésta se conectó cerca del eje motriz más alejado. La varilla de acoplamiento entre esos ejes era "triangular", con un cojinete adicional montado en su borde superior, que recibía el empuje de la varilla impulsora del eje secundario. 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 salientes de las muñequillas y sus cargas de flexión.
Esta disposición es simple y robusta, pero no proporciona una geometría perfecta y por eso es conocida por sus chirridos y su funcionamiento brusco, especialmente si los cojinetes de biela se desgastan. Para las locomotoras suizas: locomotoras potentes y en buen estado que circulaban a baja velocidad en pendientes pronunciadas, este era un diseño aceptable. Sin embargo, no hizo muchos avances en los servicios rápidos de pasajeros.
Algunos de los enlaces más complicados utilizados para las locomotoras rápidas fueron los enlaces Ganz , Kandó o Bianchi. Estos tenían la forma de un triángulo invertido y descendían desde el eje secundario del motor montado en lo alto hasta la línea del eje de la rueda.
La forma Ganz se utilizó en las locomotoras Les Belles Hongroises 2BB2 400 construidas en Hungría para el PO francés . Este 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 la muñequilla del eje intermedio. El vértice inferior del triángulo contenía un eslabón triangular corto, que unía los lados del triángulo a la muñequilla de la rueda. Al inclinar este eslabón, se absorbía el movimiento de la suspensión. [27] Este varillaje funcionó bien a gran velocidad y, como estaba compuesto enteramente por juntas pivotantes sin deslizamiento, no hubo pérdida de movimiento. Sin embargo, era complejo, pesado y desequilibrado.
El varillaje Kandó era similar en compensación, pero los vértices superiores estaban sostenidos por un par de ejes secundarios del motor.
El único de estos varillajes con una vida útil extensa o larga fue el varillaje Bianchi, simétrico y mejor equilibrado, utilizado en Italia.
