Partes de un tren y vía férrea: nombres, funciones y piezas de fundición

¿Cómo se llaman las partes de un tren? La respuesta rápida

Un tren se compone de dos amplias categorías de piezas: componentes del material rodante (el vehículo en sí) y piezas de infraestructura ferroviaria (el sistema de vía fija en el que se ejecuta). El material rodante incluye locomotoras, bogies, juegos de ruedas, enganches, sistemas de frenos y estructuras de carrocería. La infraestructura ferroviaria incluye rieles, traviesas (traviesas), sujetadores, desvíos y lastre. Muchas de las piezas estructuralmente más críticas de ambas categorías (incluidos los bastidores de bogie, los centros de las ruedas, las zapatas de freno y los anclajes de rieles) se fabrican a través de procesos de fundición de metales utilizando aleaciones de hierro, acero o aluminio.

El mercado mundial de equipos ferroviarios se valoró en más de 180 mil millones de dólares en 2023 , lo que refleja el gran volumen y la complejidad de los componentes necesarios para construir y mantener redes ferroviarias en todo el mundo. Comprender cómo se llama cada pieza y qué hace es esencial para las adquisiciones, la ingeniería de mantenimiento y la planificación de la fabricación.

Partes principales de un tren: locomotora y material rodante

La locomotora es la unidad propulsora que tira o empuja el tren. Ya sean diésel, eléctricas o híbridas, todas las locomotoras comparten un conjunto de componentes estructurales y mecánicos centrales.

Carrocería (Carrocería)

La carrocería es la estructura exterior de la locomotora o del vagón de pasajeros o de mercancías. Generalmente se fabrica a partir de acero de alta resistencia o aleación de aluminio y debe soportar fuerzas de compresión longitudinales de hasta 3500 kN (787 000 libras) en aplicaciones de carga pesada. La carrocería alberga todos los sistemas interiores (equipo de tracción, alojamiento para pasajeros o espacio de carga) y está montada directamente en los bastidores del bogie.

Bogie (camión)

El bogie, llamado "camión" en Norteamérica, es el conjunto de bastidor con ruedas que se encuentra debajo de cada extremo de un vagón. Lleva la carrocería, guía el vehículo a lo largo de la vía y absorbe los impactos a través de su sistema de suspensión. Un bogie estándar contiene:

• Marco del bogie — la fundición o fabricación estructural principal, típicamente en forma de H en vista en planta
• Suspensión primaria — resortes helicoidales o almohadillas de goma entre las cajas de grasa del juego de ruedas y el bastidor del bogie
• Suspensión secundaria — cámaras de aire o resortes helicoidales entre el bastidor del bogie y la carrocería del automóvil
• Cajas de eje (cajas de diarios) — carcasas de fundición que sujetan los cojinetes de las ruedas y transfieren la carga del eje al bastidor
• Equipo de frenos — cilindros de freno, aparejos de freno y pastillas o discos de freno

La mayoría de los trenes de pasajeros utilizan dos bogies por vagón; Los vagones de mercancías pesados ​​pueden utilizar tres o más vagones extralargos. Los bastidores de bogie para aplicaciones de carga son frecuentemente fabricados por fundición de acero para soportar cargas estáticas superiores a 25 toneladas por eje.

Juego de ruedas

Un juego de ruedas consta de dos ruedas prensadas sobre un eje común. las ruedas son diseños monobloque (sólidos) o neumáticos centrados , con un perfil de banda de rodadura cónico que proporciona dirección automática pasiva cuando el tren toma curvas. El ancho de vía estándar en la mayor parte del mundo es 1.435 milímetros (4 pies 8½ pulgadas) , y las dimensiones del juego de ruedas deben ajustarse exactamente a este ancho para evitar el descarrilamiento. Las ruedas de los vagones de carga generalmente están fundidas en acero Clase C o Clase D según las especificaciones AAR y deben resistir ciclos térmicos repetidos debido al frenado; las temperaturas de la superficie pueden exceder 500°C (930°F) durante una frenada fuerte.

Acoplador (acoplamiento)

Los acopladores conectan vagones individuales para formar un tren. Los dos diseños de acopladores dominantes a nivel mundial son:

• Acoplador de nudillo AAR — utilizado en toda América del Norte; fundido en acero de alta aleación; clasificado para manejar fuerzas de pulido (compresión) de hasta 4.448 kN (1.000.000 libras)
• Acoplador de tornillo UIC con topes — utilizado en Europa; consta de un eslabón central de cadena/tornillo y dos topes laterales; Menos eficiente para trenes muy pesados, pero permite el acoplamiento de flotas mixtas.

Los cuerpos de acoplador, las manguetas y los yugos son producidos casi universalmente por fundición de acero debido a la compleja geometría tridimensional y a las extremas cargas de impacto y tracción que deben soportar.

Componenteees del sistema de frenos

Los sistemas de frenado ferroviario utilizan varias piezas clave con nombres:

• Cilindro de freno — actuador neumático que convierte la presión del aire en fuerza mecánica
• Bloque de freno (zapata de freno) — elemento de fricción presionado contra la banda de rodadura de la rueda; Los bloques de hierro fundido todavía se utilizan ampliamente en el transporte de mercancías debido a sus propiedades de arena autolimpiantes.
• Disco de freno y pinza — utilizado en trenes de pasajeros de alta velocidad; Los discos se montan en el eje o la rueda y se sujetan mediante pinzas de hierro fundido o aluminio.
• Válvula triple/válvula distribuidora — dispositivo de control neumático que gestiona la aplicación y liberación de frenos en respuesta a los cambios de presión en la línea del tren

Partes de vías férreas: componentes de infraestructura y sus nombres

El sistema de vías es la infraestructura fija que guía y soporta el tren. Cada componente tiene un nombre y una función específicos dentro del sistema de vía permanente (P-way).

carril

El carril es la barra de acero sobre la que ruedan las ruedas. Tiene tres secciones: la cabeza (la superficie de carrera), la web (el conector vertical) y el pie (brida base) que se sienta sobre el durmiente. Los rieles modernos para transporte pesado pesan 60–77 kg por metro (perfil UIC 60 o 136 RE) y están laminados en acero al manganeso con alto contenido de carbono. Las longitudes de los rieles se han ampliado dramáticamente: el riel soldado continuo (CWR) elimina las uniones tradicionales, lo que reduce el mantenimiento de las vías hasta en 40% en comparación con la vía articulada.

Durmiente (traviesa de ferrocarril / traviesa)

Las traviesas son los largueros que sujetan los dos carriles con el ancho correcto. Distribuyen la carga desde el carril hasta el lecho de lastre situado debajo. Los materiales para dormir incluyen:

• Hormigón (pretensado) — dominante en la pista moderna; vida útil de 40 a 50 años; más pesado (250-350 kg cada uno) pero muy estable
• madera dura — material tradicional; todavía se utiliza en cambios y curvas; vida útil 20–30 años
• Acero — utilizado en algunos ferrocarriles industriales pesados; resistente al fuego y a las termitas
• Compuesto/plástico — la adopción de formulaciones de plástico reciclado; propiedades similares a la madera con una vida más larga

carril Fastening System

Los sujetadores sujetan el riel a la traviesa y resisten fuerzas verticales, laterales y longitudinales. Los componentes clave incluyen:

• carril clip (elastic clip) — clips de acero elásticos (p. ej., Pandrol e-clip, Vossloh Skl) que sujetan el pie del riel; proporcionar aproximadamente 10–14 kN de carga en la punta
• carril pad — almohadilla de goma o polímero entre el pie del riel y la traviesa que atenúa la vibración y protege la superficie de la traviesa
• Placa base — placa de hierro fundido o acero que distribuye la carga del riel por la superficie de la traviesa
• Púa o púa de tornillo — utilizado en traviesas de madera para sujetar placas base

Lastre

Lastre is the crushed stone layer beneath and around the sleepers. It distributes loads to the subgrade, provides drainage, and allows for track geometry adjustment. Granite and limestone aggregate sized 25-50 milímetros son los más comunes. La profundidad de lastre estándar varía desde 150 mm (tren ligero) a 350 mm (líneas principales de carga pesada) .

Cambio y cruce (desvío)

Un desvío (interruptor) permite que los trenes pasen de una vía a otra. Sus partes nombradas incluyen:

• Rieles de conmutación (rieles puntuales) — rieles móviles cónicos que giran para dirigir el tren hacia la izquierda o hacia la derecha
• Rieles originales — los carriles fijos contra los que se cierran los carriles de conmutación
• Cruce (rana) — el componente de fundición de acero al manganeso en el lugar donde se cruzan dos carriles; sujeto a cargas de impacto intenso y típicamente moldeado como una sola unidad de Acero al manganeso de Hadfield (12-14% Mn) para una resistencia extrema al desgaste
• Contracarriles (barandillas) — rieles adicionales colocados dentro del riel de rodadura para guiar las pestañas de las ruedas a través del espacio de rana
• Máquina de conmutación (motor de punto) — actuador eléctrico o hidráulico que mueve los carriles de conmutación; Las carcasas de fundición protegen el mecanismo de las inclemencias del tiempo y los impactos.

carrilway and Train Casting Parts: What Gets Cast and Why

La fundición es el método de fabricación dominante para componentes ferroviarios que requieren formas complejas, gran masa y resistencia excepcional. La industria ferroviaria utiliza tres procesos de fundición principales: Fundición en arena, fundición a la cera perdida y fundición de espuma perdida. — dependiendo de la geometría del componente, los requisitos de tolerancia dimensional y el volumen de producción.

La siguiente tabla resume las piezas de fundición ferroviarias más importantes, sus materiales y sus métodos de fundición:

Por qué se prefiere el casting carrilway Parts

La fundición es el método de fabricación elegido por la industria ferroviaria por varias razones económicas y de ingeniería:

• Geometría compleja en una sola pieza — los marcos de bogie, los cuerpos de acoplador y los marcos laterales tienen formas tridimensionales con huecos internos y espesores de pared variables que requerirían docenas de uniones soldadas si se fabricaran con placas de acero. La fundición los produce como una sola pieza integral, lo que elimina los puntos de falla por fatiga de la soldadura.
• Alta masa con propiedades controladas. — los componentes ferroviarios deben ser lo suficientemente pesados para mantener la rigidez estructural bajo cargas dinámicas extremas. La fundición permite un control preciso de la composición de la aleación y la velocidad de enfriamiento para lograr la dureza, tenacidad y resistencia a la fatiga requeridas simultáneamente.
• Rentable para producción de gran volumen — los moldes de fundición en arena para componentes estándar de vagones de carga (bastidores laterales, refuerzos) se pueden reutilizar miles de veces, lo que hace que los costos unitarios sean competitivos en los volúmenes requeridos por los ferrocarriles de Clase I, que pueden realizar pedidos Entre 10.000 y 50.000 piezas fundidas de vagones de mercancías al año .
• Endurecimiento por trabajo de acero al manganeso — Las ranas cruzadas hechas de acero al manganeso de Hadfield en realidad se vuelven más duras bajo el impacto. Esta propiedad sólo se puede lograr en la condición de fundición; la aleación no se puede soldar ni mecanizar para darle forma sin perder su capacidad de endurecimiento por trabajo.

Piezas ferroviarias clave por sistema: una tabla de referencia completa

Estándares de calidad y certificación para piezas de fundición ferroviaria

carrilway casting parts are among the most rigorously tested industrial components in any sector. A single failed bogie frame or coupler can cause a derailment with massive safety and financial consequences. The following standards govern their production and qualification:

• AAR M-201 — Especificación de la Asociación de Ferrocarriles Americanos para marcos laterales y refuerzos de camiones de carga (Norteamérica). Requiere composición química específica, propiedades mecánicas y pruebas no destructivas (NDT) en cada fundición.
• EN 13262 — Norma europea para ruedas de ferrocarril, que cubre grados de materiales, tolerancias dimensionales y requisitos de pruebas ultrasónicas.
• EN 13749 — Norma europea que especifica los requisitos estructurales para los marcos de los bogies, incluidos ensayos de fatiga bajo cargas de servicio simuladas durante un mínimo de 10 millones de ciclos de carga .
• UIC 860 — Especificación técnica de la Unión Internacional de Ferrocarriles para las piezas fundidas de acero utilizadas en la construcción de vehículos ferroviarios.
• Estándares GB/T (China) — El propio conjunto de normas de fundición y materiales de China Railway, aplicado a uno de los sectores de fabricación de ferrocarriles más grandes del mundo, que produjo más de 4.000 locomotoras y 50.000 vagones de mercancías solo en 2022.

Todas las piezas fundidas críticas para la seguridad se someten a END obligatorio, incluido inspección de partículas magnéticas (MPI), pruebas ultrasónicas (UT) y pruebas radiográficas (RT) para detectar porosidad interna, grietas o inclusiones antes de que la pieza entre en servicio. Muchas especificaciones también requieren prueba destructiva de cupones de cada calor de acero para verificar la resistencia a la tracción, el límite elástico, el alargamiento y los valores de impacto Charpy a temperaturas de funcionamiento.

Ciclos de mantenimiento de piezas clave de trenes y vías férreas

Comprender los intervalos de mantenimiento ayuda a los equipos de adquisiciones a planificar el inventario de piezas de repuesto y los pedidos de fundición. A continuación se detallan los intervalos típicos de inspección y reemplazo de los componentes más críticos: