Qué hace la placa de sujeción
La placa de sujeción sujeta la base del riel contra la traviesa o placa base y resiste las fuerzas laterales del tren en marcha, curvas y cambios. Cuando un juego de ruedas empuja el riel hacia los lados, la placa debe mantener el pie del riel en posición para que el ancho se mantenga constante y el riel no pueda volcarse. La sujeción lateral del sistema de fijación es uno de los parámetros verificados en la prueba de aceptación del sistema, y la placa de sujeción es el componente que asume la mayor parte de esta función. Una placa plana proporciona la restricción básica, pero su rigidez a la flexión está limitada por su sección rectangular y su contacto con el riel es una línea estrecha. Al darle forma a la sección transversal-, la placa gana rigidez a la flexión y extiende el contacto sobre un área más grande y adaptable, razón por la cual existen diseños con formas especiales-.
Tipos-de secciones transversales y sus características estructurales
| Sección | Geometría | Uso típico | Ganancia sobre placa plana |
|---|---|---|---|
| sección L | Una pierna contra la cintura del riel, una pierna fijada al durmiente. | Líneas de velocidad ordinaria, ferrocarril urbano | Aproximadamente un 30 por ciento más de módulo de sección |
| sección del canal | La ranura central se acopla al hombro del riel | Líneas de alta-velocidad | Restricción lateral hasta el doble que la placa plana. |
| Sección de arco | El contacto cóncavo envuelve el hombro del riel. | Líneas de transporte-pesadas | Tensión de contacto uniforme, sin sobrecarga local |
La sección L eleva el módulo de la sección en aproximadamente un 30 por ciento sobre una placa plana del mismo material y espesor, por lo que puede soportar un mayor empuje lateral y es una mejora sencilla para una pista de velocidad normal. La sección del canal agrega una ranura que anida el hombro del riel, aumentando el ajuste y fijando la placa al perfil del riel; su restricción lateral puede alcanzar el doble que la de una placa plana, razón por la cual los sistemas de alta-velocidad lo utilizan. La sección del arco coincide con la curvatura del hombro del riel, por lo que la tensión de contacto permanece uniforme y la placa no puede doblarse localmente en un borde afilado; esto se adapta a las cargas de alto impacto del tráfico de transporte pesado-. Las tres geometrías se verifican mediante análisis de elementos finitos bajo la carga lateral máxima, y el criterio de diseño es que la placa no muestre deformación plástica bajo esa carga.
La mecánica de la sección conformada.
La ganancia de rendimiento tiene tres fuentes. Primero, rigidez a la flexión. La rigidez a la flexión de una sección es proporcional a su momento de inercia, y las secciones perfiladas aumentan el momento de inercia entre un 25 y un 40 por ciento sobre una placa plana, por lo que bajo la misma carga lateral la deflexión es menor y la fuerza de restricción se mantiene estable. En segundo lugar, el estrés de contacto. La superficie de contacto moldeada sigue el contorno del carril, distribuyendo la presión y reduciendo el factor de concentración de tensión de aproximadamente 2,0 en una placa plana a menos de 1,2, por lo que el riesgo de inicio de grietas en el borde de contacto cae drásticamente. En tercer lugar, la dirección de la fuerza. La geometría de la placa está orientada de modo que la fuerza lateral actúe a lo largo del eje fuerte de la sección, aprovechando al máximo la resistencia del material en lugar de doblarlo alrededor de un eje débil. En conjunto, estos efectos evitan el desplazamiento lateral y el vuelco del riel sin agregar espesor o peso a la placa.
Adaptación a perfiles ferroviarios
La placa debe coincidir con el perfil del riel en dos aspectos: el contorno de la sección transversal-y las posiciones de los orificios de montaje. Para un riel GB de 60 kg/m, la sección de canal es la opción estándar, con un ancho de ranura de aproximadamente 80 mm y una profundidad de aproximadamente 20 mm para adaptarse al hombro del riel, y una separación entre orificios de montaje de aproximadamente 150 mm. Para un carril GB de 50 kg/m, la sección en L es típica, con una cara de ajuste de aproximadamente 60 mm de ancho y 12 mm de espesor y una separación entre orificios de aproximadamente 120 mm. Para el perfil 54E1, la sección del arco coincide con el radio del hombro de aproximadamente 15 mm y las posiciones de los orificios siguen el dibujo del sistema de fijación con una separación de aproximadamente 140 mm. Para el perfil 136RE norteamericano, el diseño de hombro ancho necesita una placa personalizada; la sección debe dibujarse contra el perfil real del riel y la restricción lateral debe verificarse mediante prueba. Estos son parámetros típicos de diseño, y los valores definitivos provienen siempre del plano del sistema de fijación del proyecto.
Proceso de formación y fabricación.
Las placas moldeadas se forman en caliente: la placa de acero se calienta a entre 900 y 950 grados Celsius y se estampa en una matriz cuya precisión se mantiene en más o menos 0,1 mm. El enfriamiento después del estampado se controla entre 10 y 15 grados Celsius por minuto para que el material no se vuelva quebradizo. A continuación se realiza el mecanizado final: la cara de contacto se fresa con una desviación de ajuste de 0,2 mm o menos y los orificios de montaje se perforan en una máquina CNC con una precisión de posición de más o menos 0,5 mm. Luego, la placa se granalla a una intensidad de 0,2 a 0,3 A con una cobertura del 100 por ciento, lo que comprime la capa superficial, aumenta la dureza y la resistencia al desgaste y agrega resistencia a la fatiga. La inspección dimensional y las pruebas mecánicas cierran el proceso y las placas se liberan sólo después de pasar las pruebas.
Torque de instalación y mantenimiento
La eficacia de la placa de sujeción depende de su precarga. El par de apriete de los pernos se establece por categoría de línea: las líneas de alta-velocidad aprietan los pernos de la placa a 350 a 400 N m, las líneas de transporte pesado-a 400 a 450 N m y las líneas de velocidad ordinaria a 250 a 300 N m, utilizando una llave dinamométrica calibrada. El ciclo de inspección de placas suele ser de tres meses, con atención a las zonas de concentración de tensiones, las esquinas de la sección y el área alrededor de los orificios de montaje. Una placa agrietada o deformada debe sustituirse inmediatamente, porque una placa defectuosa elimina la sujeción lateral del juego de fijación y el carril puede desplazarse bajo el siguiente tren pesado. La precarga de los pernos se verifica en la misma visita y se vuelve a -apretar según las especificaciones, ya que los pernos flojos son la causa más común del movimiento de la placa.
¿Qué significa en la práctica la restricción lateral?
La restricción lateral es la capacidad del sistema de sujeción para sujetar el riel contra movimientos laterales y rodadura bajo las fuerzas laterales de las ruedas. Una sujeción insuficiente se manifiesta como un ensanchamiento del ancho de vía en las curvas y como un desplazamiento del riel en el borde de la placa, ambos defectos-relevantes para la seguridad.
¿Qué sección transversal-se ajusta a un riel de 60 kg/m?
La sección de canal es la opción estándar para rieles de 60 kg/m, con una ranura que se acopla al hombro del riel, de aproximadamente 80 mm de ancho y 20 mm de profundidad, y una separación entre orificios de montaje de aproximadamente 150 mm según el plano del sistema.
¿Por qué se utiliza la sección de arco para vías de transporte pesado-?
Porque su cara cóncava coincide con el hombro del riel, repartiendo la fuerte carga del impacto por toda el área de contacto. No hay ningún borde afilado que concentre la tensión, por lo que la placa no se deforma localmente bajo repetidos ciclos de transporte pesado-.
¿A qué par se deben apretar los pernos de la placa de sujeción?
Por categoría de línea: 250 a 300 N m para líneas de velocidad ordinaria, 350 a 400 N m para líneas de alta-velocidad y 400 a 450 N m para líneas de transporte pesado-. El valor se verifica con una llave dinamométrica calibrada durante la instalación y se vuelve a -verificar en la visita de mantenimiento.
¿Con qué frecuencia se deben inspeccionar las placas de sujeción?
El ciclo típico es de tres meses, centrándose en las zonas de concentración de tensiones, las esquinas de la sección y el área de los orificios de montaje. Cualquier placa agrietada o deformada se reemplaza inmediatamente y en la misma visita se verifica la precarga del perno.
¿Se puede actualizar una placa plana a una sección perfilada en servicio?
Sí, si el plano del sistema de fijación y el perfil del carril lo permiten. La sección perfilada es una mejora-en las mismas posiciones de pernos en muchos sistemas, y eleva la restricción lateral sin cambiar la traviesa o el riel.