Adherencia rueda-carril

La tracción efectiva, ligada directamente a la fricción, se reduce cuando la parte superior del carril está mojada, helada o contaminada con grasa, aceite o materia orgánica (como hojas en descomposición, que se acaban compactando y forman un revestimiento de lignina resbaladizo y duro).

Las locomotoras y los tranvías utilizan arena para mejorar la tracción cuando las ruedas motrices comienzan a resbalar.

El vuelco se producirá cuando el momento de vuelco debido a la fuerza lateral (aceleración centrífuga) sea suficiente para hacer que la rueda interior comience a levantarse del rail.

Las velocidades de las dos ruedas son iguales, por lo que el tren se mueve en línea recta.

Este problema se solucionó en gran medida asegurando que el diámetro de todas las ruedas acopladas coincidiera muy aproximadamente.

La aproximación cinemática corresponde al caso que está dominado por las fuerzas de contacto.

La situación real en la práctica es mucho más complicada, ya que debe tenerse en cuenta la respuesta de la suspensión del vehículo.

Sin embargo, para lograr las velocidades más altas sin generar inestabilidad, es necesaria una reducción significativa en la conicidad de las ruedas.

[8]​ El comportamiento de los vehículos ferroviarios está determinado por las fuerzas que surgen entre dos superficies en contacto.

Un primer error habitual es suponer de que las ruedas son redondas.

El resultado neto es que, durante la tracción, la rueda no avanza tanto como se esperaría del contacto de rodadura, mientras que durante el frenado, avanza más.

Esta mezcla de deformación elástica y deslizamiento local se conoce como fluencia (no debe confundirse con la fluencia de los materiales sometidos a cargas constantes).

El efecto sobre la fluencia de las fuerzas que dan como resultado la estabilidad direccional (la propulsión y el frenado), puede determinarse con precisión.

La fricción puede variar mucho, pero ya se sabía desde los primeros ferrocarriles que la arena contribuía a incrementar la fricción, y todavía se utiliza actualmente incluso en locomotoras con controles de tracción modernos.

Las ruedas tienen que girar con una fuerza motriz lo más estable posible, aplicada en el área de contacto muy pequeña (de aproximadamente 1 cm²) entre cada rueda y la parte superior del carril.

La parte superior del raíl debe estar seca y lo más limpia posible, sin presencia de elementos como el aceite o la lluvia.

La fricción máxima disponible se moviliza cuando las ruedas están al límite del deslizamiento.

Si la contaminación es inevitable, las ruedas deben accionarse con un mayor diferencial de arrastre.

[12]​ Los controladores están diseñados para responder a diferentes condiciones de fricción entre ruedas y carriles.

Se puede dejar caer arena seca sobre el raíl para mejorar la tracción en condiciones resbaladizas.

[18]​ [Caso 1]: Tracción en horizontal En este primer ejemplo, se calcula el tren más pesado que podría remolcar una locomotora dada en un tramo de vía completamente horizontal, hasta agotar su capacidad teórica de tracción.

Por lo tanto, la máquina podría remolcar un máximo teórico de 198 vagones en un tramo horizontal.

Este cálculo determina las condiciones mínimas requeridas para que un tren comience a moverse.

[Caso 2]: Tracción en rampa A continuación, se supone que el tren está en una rampa con una pendiente de 12 milésimas (es decir, en la que se ascienden 12 metros por cada 1000 m recorridos horizontalmente).

En la dirección paralela, es de 100 t × sen θ = 1.2 t; y en la dirección normal es 100 t × cos θ = 100 t. A partir de esto, se puede considerar que la disminución en la carga sobre las ruedas debida a estar en la pendiente puede ser casi ignorada, y la fuerza de tracción se puede considerar 20 t, la misma que cuando la locomotora se encuentra en terreno plano.

Por esta razón, es importante mantener la vía lo más horizontal posible, lo que en terreno accidentado requiere utilizar túneles, desmontes, terraplenes y puentes para no reducir la capacidad de tracción.