En terminología ferroviaria , golpe de martillo o aumento dinámico es una fuerza vertical [1] que alternativamente suma y resta al peso de la locomotora sobre una rueda. Se transfiere a la vía mediante las ruedas motrices [2] de muchas locomotoras de vapor . Es una fuerza de desequilibrio sobre la rueda (conocida como sobreequilibrio [3] ). Es el resultado de un compromiso cuando las ruedas de una locomotora están desequilibradas para compensar masas alternativas horizontales, como bielas y pistones , para mejorar la marcha. El golpe del martillo puede causar daños a la locomotora y a la vía si la fuerza entre las ruedas y los rieles es lo suficientemente alta.
La adición de pesos adicionales en las ruedas reduce las fuerzas recíprocas desequilibradas en la locomotora, pero hace que se desequilibre verticalmente, generando un martillazo. [4]
Las locomotoras se equilibraban según sus cajas individuales, especialmente si se construían varias del mismo diseño (una clase). [4] Cada miembro de la clase fue equilibrado para su velocidad de funcionamiento normal. [4] Entre el 40% y el 50% de los pesos alternativos de cada lado se equilibraban mediante pesos giratorios en las ruedas. [1]
Mientras que las varillas laterales (Reino Unido: varillas de acoplamiento) de una locomotora se pueden equilibrar completamente mediante pesos en las ruedas motrices, ya que su movimiento es completamente giratorio, los movimientos alternativos de los pistones, los vástagos de los pistones y el engranaje de válvulas no se pueden equilibrar completamente de esta manera. . Las varillas principales tampoco pueden equilibrarse completamente mediante contrapesos de ruedas, ya que sus movimientos tienen un mayor desplazamiento en dirección horizontal que en dirección vertical. Casi todas las locomotoras de dos cilindros tienen sus manivelas "cuartadas" (a 90° de distancia) para que las cuatro carreras de potencia de los pistones de doble efecto se distribuyan uniformemente alrededor del ciclo y no haya "puntos muertos" (puntos en los que ambos cilindros están en el punto muerto superior o inferior simultáneamente).
Una locomotora de cuatro cilindros se puede equilibrar completamente en los ejes longitudinal y vertical, aunque existen algunos momentos de balanceo que se pueden afrontar en la suspensión y centrado de la locomotora; una locomotora de tres cilindros también puede estar mejor equilibrada, pero una locomotora de dos cilindros se moverá hacia adelante y hacia atrás si está equilibrada sólo para girar. Se puede agregar un peso de equilibrio adicional, "sobreequilibrio", para reducir esto, generalmente lo suficiente como para "promediar" las vibraciones al igualar las fuerzas y momentos restantes en las direcciones vertical y horizontal. Sin embargo, las fuerzas verticales que se añaden como resultado, conocidas técnicamente como golpe de martillo, pueden ser extremadamente dañinas para la vía y, en casos extremos, pueden causar que las ruedas motrices se salgan de la vía por completo.
Cuanto más pesada es la maquinaria alternativa, mayores son estas fuerzas y mayor es el problema. Excepto durante un breve período a principios del siglo XX, cuando se probaron locomotoras compuestas equilibradas, los ferrocarriles estadounidenses no estaban interesados en locomotoras con cilindros interiores, por lo que el problema del equilibrio no podía resolverse añadiendo más cilindros por juego de ruedas acopladas. A medida que las locomotoras se hicieron más grandes y potentes, su maquinaria alternativa tuvo que hacerse más fuerte y, por tanto, más pesada, y así los problemas planteados por el desequilibrio y el martillazo se volvieron más graves. Las velocidades más altas también aumentan las fuerzas desequilibradas, ya que aumentan con el cuadrado de la velocidad de rotación de la rueda.
Una solución a esto fue la locomotora dúplex , que distribuía la potencia motriz entre múltiples juegos de pistones, reduciendo así en gran medida los golpes de martillo. Menos exitosa fue la locomotora triplex .
La Unión Soviética utilizó una solución diferente para golpear con su diseño de locomotora 2-10-4 (y 2-8-2) . Los cilindros estaban colocados sobre el eje motriz central y, lo más importante, tenían una configuración de pistón opuesto (dos pistones en fase de 180 grados dentro de un cilindro). Así, a diferencia de casi todas las locomotoras de vapor, los pistones tenían varillas en ambos extremos que transmitían potencia a las ruedas. La idea era equilibrar las fuerzas motrices sobre las ruedas, permitiendo que los contrapesos de las ruedas fueran más pequeños y reduciendo los golpes de martillo en la pista.
En el Reino Unido, el Comité Gubernamental sobre Estrés en Puentes investigó el impacto del golpe de martillo en la creación de tensiones en puentes ferroviarios y la necesidad de equilibrar los movimientos de los cilindros interiores y exteriores. El uso de cilindros interiores (lo cual era poco común en los EE. UU.) da como resultado una locomotora más estable y, por lo tanto, reduce el golpe de martillo. Muchos motores de tanques europeos tenían cilindros interiores para reducir el desgaste de las vías del patio de maniobras debido al uso frecuente e intenso. Sin embargo, los cilindros exteriores son más fáciles de mantener y aparentemente para muchos ferrocarriles estadounidenses esto se consideraba más importante que otras consideraciones. Los costos de mantenimiento asociados con los cilindros interiores casi inaccesibles de las locomotoras 4-12-2 de Union Pacific pueden haber acelerado su retiro.
Las locomotoras con motor de vapor tienen componentes alternativos más pequeños y numerosos que requieren piezas mucho más ligeras y son más fáciles de equilibrar. No se han reportado problemas relacionados con golpes de martillo en estos diseños, pero surgieron en un momento en que los ferrocarriles avanzaban hacia la dieselización .
Las locomotoras de turbina de vapor carecen de pistones, engranajes de válvulas y otros componentes alternativos, lo que permite equilibrar las ruedas y las bielas para eliminar los golpes de martillo. Varias empresas de todo el mundo probaron locomotoras de turbina de vapor en las décadas de 1930 y 1940 (como la S2 6-8-6 del Ferrocarril de Pensilvania y la Turbomotive del LMS ). Si bien muchas de estas locomotoras de turbina sufrieron problemas en el servicio (generalmente consumo excesivo de combustible y/o poca confiabilidad), demostraron estar libres de golpes de martillo y ofrecieron una manera de lograr altas potencias y velocidades sin causar daños a las vías.