La protección antideslizamiento de las ruedas y la protección contra el deslizamiento de las ruedas son términos ferroviarios que se utilizan para describir los sistemas automáticos que se utilizan para detectar y evitar el deslizamiento de las ruedas durante el frenado o el deslizamiento de las ruedas durante la aceleración. Esto es análogo a los sistemas ABS y de control de tracción que se utilizan en los vehículos de motor. Es especialmente importante en condiciones de vías resbaladizas .
El lijado es un método para reducir el deslizamiento de las ruedas. Las locomotoras y las unidades múltiples tienen areneros que pueden colocar arena seca sobre los rieles, frente a las ruedas. Esto puede iniciarse automáticamente cuando el sistema de protección contra deslizamiento de las ruedas detecta una pérdida de adherencia, o el conductor puede operarlo manualmente. El lijado puede estar conectado a un sistema informático que determina la dirección de viaje del tren y dónde se debe aplicar la arena: ya sea delante o detrás de los vagones . En las locomotoras más antiguas había una palanca manual unida a una válvula que tenía tres posiciones: apagado, adelante y atrás. [ cita requerida ]
Los equipos de protección contra deslizamiento de ruedas (WSP) se instalan generalmente en trenes de pasajeros para controlar el comportamiento de los juegos de ruedas en condiciones de “baja adherencia” (reducción de la fricción rueda/carril). Se utilizan al frenar y pueden considerarse análogos a los frenos antibloqueo (ABS) de los automóviles. El sistema también se puede utilizar para controlar (o proporcionar una entrada a) el sistema de tracción para controlar el giro de las ruedas al aplicar potencia en condiciones de baja adherencia.
La “baja adherencia” en el riel puede causar daños a las ruedas del tren y a los rieles. Por lo general, las condiciones de baja adherencia están asociadas con causas ambientales que surgen de la caída estacional de hojas o la contaminación industrial. Ocasionalmente, la causa puede ser otro factor menos obvio, como una ligera oxidación de la cabeza del riel o incluso enjambres de insectos.
Cuando un tren frena, la baja adherencia se manifiesta como un deslizamiento de las ruedas, en el que el juego de ruedas gira a una velocidad menor que la velocidad de avance del tren. El ejemplo más extremo de esto es cuando la rueda deja de girar por completo (deslizamiento de la rueda) mientras el tren todavía está en movimiento y puede provocar un “ pinchazo de rueda ” causado por el desgaste de la rueda de acero más blando por el riel de acero más duro.
Sin embargo, no es necesario que el juego de ruedas se bloquee por completo para que se produzcan daños. Si el deslizamiento es significativo, se puede acumular calor en la zona de contacto entre la rueda y el raíl, lo suficiente como para modificar permanentemente la estructura cristalina de la aleación de acero de la rueda. El acero se vuelve más frágil ( martensita ), lo que provoca la formación de cavidades en la rueda. Los pinchazos en las ruedas de los vehículos ferroviarios son muy evidentes por un ruido distintivo de "bang-bang" que se produce al ritmo de la velocidad del tren. Normalmente es necesario utilizar un torno de ruedas para eliminar una capa de la banda de rodadura de la rueda causada por un punto plano o una cavidad grave, lo que reduce la vida útil operativa de la rueda y supone un importante coste operativo para la industria ferroviaria.
En tracción, una baja adherencia puede provocar que un juego de ruedas acelere más rápidamente que el tren (giro de las ruedas) hasta el punto de dañar el sistema de tracción o provocar daños en la rueda y el riel (quemadura del riel).
El WSP se suele instalar de serie en las nuevas flotas de varias unidades. La función principal del WSP es mejorar la capacidad de un tren para detenerse en malas condiciones de adherencia. Sin embargo, dentro de la industria ferroviaria también se reconoce su valor para proteger las ruedas de daños durante el deslizamiento al frenar o girar en tracción. Esta mejora se consigue regulando la velocidad del juego de ruedas de forma controlada para que mantenga un nivel de deslizamiento relativamente constante. [ cita requerida ] El deslizamiento controlado tiene el efecto de acondicionar la capa de contaminación en el raíl (acción de fregado), mejorando así el nivel de fricción y mejorando la capacidad del tren para detenerse. El deslizamiento controlado de las ruedas también puede tener una acción de limpieza limitada en la cabeza del raíl a lo largo de un tren. Esto tiende a dar como resultado que los vehículos de la parte trasera tengan más agarre que los de la parte delantera.
WSP monitorea continuamente la velocidad de rotación de cada eje de la locomotora o unidad múltiple e interviene siempre que detecta una diferencia significativa en cualquier eje.
Si se produce un deslizamiento de las ruedas mientras el controlador de potencia está abierto, WSP cortará la alimentación de los motores de tracción afectados. A pesar de esto, la mayoría de las empresas de transporte ferroviario recomiendan a sus conductores que cierren el controlador de potencia [1] y permitan que las ruedas que patinan se estabilicen antes de volver a abrir el controlador en una configuración baja, ya que se puede lograr el control del tren más rápidamente.
Sin embargo, cuando se produce un deslizamiento de las ruedas y el WSP libera los frenos de los ejes afectados, se les indica a los maquinistas que dejen la palanca de freno en paz [1] y dejen que el WSP controle el frenado del tren. Esto se debe a que el maquinista está sentado sobre el bogie delantero del tren, donde el deslizamiento de las ruedas suele ser más severo [1] . Este deslizamiento de las ruedas limpiará parcialmente la cabeza del riel y, por lo tanto, más abajo en el tren, las ruedas lograrán una mejor adherencia y, por lo tanto, un mejor efecto de frenado.
Conducir un tren en condiciones de baja adherencia requiere experiencia. No reconocer y responder correctamente a la contaminación de las vías o a las condiciones ambientales que provocan una baja adherencia puede provocar incidentes de seguridad y accidentes, como una señal que se pasa por alto , una colisión o una salida de la estación.
Antes de cada temporada de caída de hojas, muchas compañías ferroviarias organizan un entrenamiento de baja adherencia [1] para sus conductores recién calificados. Este consiste en hacerse cargo de una sección de la línea durante un período tranquilo. Usando marcadores al costado de la vía, cada conductor acelera su tren y luego realiza un frenado de servicio completo en condiciones de adherencia normales. Luego, la cabeza del riel se trata con un contaminante que tiene un coeficiente de fricción bajo . En el segundo recorrido, el conductor experimentará el sonido y la sensación de la WSP activando y haciendo funcionar las válvulas de purga en los cilindros de freno, y la distancia de frenado será considerablemente mayor.
Aunque esto sólo proporciona una aproximación de cómo se comportará un tren durante condiciones de baja adherencia, garantiza que el conductor pueda reconocer el inicio del deslizamiento de las ruedas y sabrá las acciones correctas a tomar cuando esto ocurra. [1]
Los sistemas WSP modernos están controlados por microprocesador y emplean válvulas de dos etapas que permiten un control preciso de la presión de aire en los cilindros de freno. Esto es esencial para poder capturar y controlar una rueda deslizante y minimizar la cantidad de recurso de aire utilizado por el WSP. Cuando se aplica el freno, el WSP primero aplica el freno dinámico. Si esto no funciona, entonces "mezcla" los sistemas de frenado de fricción y dinámico. [2] Si aún no se establece el control, el sistema vuelve al frenado de fricción únicamente, donde las válvulas de purga [2] hacen circular rápidamente el aire en los cilindros de freno. Ejemplos de este tipo de equipos son fabricados por Knorr Bremse (EP compact, EP2002), Faiveley Transport (EPAC) y POLI Wabtec (ATHENA).
Los fabricantes de equipos WSP incluyen Faiveley Transport , Knorr-Bremse , Wabtec , DAKO, KES & Co GmbH, Mitsubishi, Siemens, Selectron Systems AG, ABB y LCA Ballauri.
Demostrar la mejora proporcionada por un sistema WSP es muy difícil debido a que la condición de baja adherencia natural que se produce en el riel puede ser difícil de recrear en un entorno de pista de prueba.
Para las pruebas de vía, históricamente se ha utilizado una solución a base de detergente para proporcionar condiciones de prueba de baja adherencia. Las normas europeas e internacionales a menudo hacen referencia a este método de prueba ( BS-EN 15595 , UIC 541-05 ). En el Reino Unido, British Rail Research adoptó dos enfoques, incluido un método de simulación de laboratorio para todas las aprobaciones de WSP desde aproximadamente 1992, y pruebas de vía utilizando cinta de papel cuidadosamente acondicionada adherida a la cabeza del riel. Se cree que el método de cinta de papel utilizado en el Reino Unido ofrece una representación realista de las desafiantes condiciones de muy baja adherencia encontradas durante la caída de las hojas de otoño. Con un aumento en la privatización de los ferrocarriles en Europa, las pruebas de vía se han vuelto muy costosas de organizar y realizar. Como consecuencia, las pruebas basadas en simulación se están volviendo rápidamente más populares entre los fabricantes de WSP y los organismos nacionales.
Las pruebas de simulación emplean una representación computacional del tren y las condiciones de la vía, y se envían señales al sistema WSP que lo engañan haciéndole creer que está preparado para un tren real.