manual de mecanismos de freno

MECANISMOS DEL FRENO

Mecanismos del freno

Página 2 20 de Septiembre de 2004

INDICE

1. Definiciones sobre los sistemas de freno. Conceptos físicos fundamentales 3 2.Mecanismos del freno automático. Definiciones 8 3.Vagón Plataforma 2Ssag 17 4.Vagón Tolva 2Ttag 20



1. Definiciones sobre los sistemas de freno. Conceptos físicos fundamentales. El Sistema de Medidas utilizado es el convenido por la U.I.C. (Unión Internacional

de Ferrocarriles), según el siguiente cuadro:

UNIDADES Y SÍMBOLOS MAGNITUD ABREVIATURA SISTEMA TÉCNICO SISTEMA INTERNACIONAL

Unidades Básicas Longitud L Metro (m) Metro (m) Masa M Kp · s2 / m Kilogramo (Kg) Tiempo T Segundo (s) Segundo (s) Temperatura T Grado centígrado (ºC) Grado Kelvin (ºK)

Unidades Derivadas Fuerza F Kilopondio (Kp) Newton (N) = Kg · m / s2 Superficie A Metro cuadrado (m2) Metro cuadrado (m2) Volumen V Metro cúbico (m3) Metro cúbico (m3) Caudal Q m3/s m3/s Presión

P Atmósfera (at) (Kp/cm2) Pascal (Pa) = N/m2.

Se utiliza un múltiplo, el Bar = 100 KPa

Como medida de presiones se utilizan, normalmente, las siguientes unidades con

sus equivalencias:

Unidades Bar At o Kp/cm2 Psi Bar 1 1,02 14,51

At o Kp/cm2 0,98 1 14,22 Psi 0,069 0,070 1

Los sistemas de frenado ferroviario se pueden clasificar de la siguiente manera: - Freno continuo. - Freno directo. - Freno automático o indirecto:

- Por aire comprimido. - Por vacío.

- Freno de reserva. Además, las normas de la UIC establecen que los sistemas de freno deben

satisfacer las siguientes características: Moderabilidad: Cualidad del equipo de freno, tal que tanto el apriete como el afloje

se apliquen de forma gradual y escalonada.



Inagotabilidad: Cualidad del equipo de freno que permite a éste frenar y aflojar repetida y consecutivamente sin que la presión de los cilindros de freno quede por debajo de su valor máximo prescrito.

Sensibilidad: Cualidad del equipo de freno que le permite discernir entre lo que son

órdenes de freno y lo que son fugas del circuito neumático, ante las que no reaccionará frenando.

A continuación, se definen los distintos tipos de freno contemplados.

Evidentemente y, salvo en casos muy concretos, siempre se empleará el freno

continuo. Dentro de éste último, tendremos:



FRENO DIRECTO Es el sistema de frenado

en el que hay una tubería que recorre todo el tren y, en cada vagón, se acopla, directamente a dicha tubería, su cilindro o cilindros de freno.

En este tipo de frenado, si se corta el tren no se frena ningún vehículo y, además, los que estuviesen frenados, se aflojan, existiendo peligro de deriva.

FRENO INDIRECTO O AUTOMÁTICO, POR AIRE COMPRIMIDO Es el concepto opuesto al de FRENO DIRECTO. En él, se dispone también de una tubería que recorre todo el tren, tubería de

freno automático (TFA) que se llena de aire a una presión determinada para que se aflojen los frenos, y disminuyendo esa presión, dichos frenos se aplican.

Para conseguir estos efectos cada vagón lleva una válvula distribuidora (distribuidor de freno), y un depósito auxiliar o de reserva que es donde se acumula la energía en forma de aire comprimido para ejecutar la orden de freno.

Para su estudio vamos a verlo las tres posiciones básicas del distribuidor: * posición de aflojamiento y carga del depósito auxiliar; * posición de inicio de frenado, y * posición neutra.

POSICION DE AFLOJAMIENTO Y CARGA En esta posición, aumenta la presión en la T.F.A. y, por lo tanto, en la cámara A venciendo la fuerza que ejerce el muelle m2 hacia abajo. La parte central, móvil, de la válvula se desplaza hacia arriba haciendo que el cilindro de freno y la cámara B se evacuen a la atmósfera a través del orificio de aflojamiento.

Al mismo tiempo, el depósito auxiliar se carga a costa de la T.F.A., a través de la cámara A y la válvula de retención que, en ese sentido de circulación (marcado por la punta de la flecha), permite el paso del aire hacia dicho depósito auxiliar. Y en esa posición permanece mientras siga aumentando la presión de la T.F.A. e incluso aunque llegue a su presión normal máxima (5 kp/cm²). En este caso el aflojamiento del cilindro de freno es total.



POSICION DE INICIO DE FRENADO Al disminuir la presión en la T.F.A. hasta un determinado nivel (normalmente con freno aflojado está a 5 kp/cm²), por ejemplo a 4,5, prevalece la fuerza del muelle m2 y hace que el conjunto móvil del distribuidor se desplace hacia abajo. Este desplazamiento cierra el orificio de aflojamiento y el asiento de válvula entre C y B.

El aire comienza a pasar del depósito auxiliar al cilindro de freno.

POSICION NEUTRA La presión del aire que ha pasado al cilindro de freno también está en la cámara B y ejerce una fuerza hacia arriba haciendo que se desplace en ese sentido el conjunto móvil del distribuidor. Cuando esa fuerza contrarreste a la pérdida de presión en la T.F.A. el distribuidor

ni admite más aire en el cilindro de freno ni permite su evacuación a la atmósfera por el orificio de aflojamiento, con lo que tenemos la posición neutra del distribuidor.

En esta figura, se muestra una variante del dispositivo descrito. La figura representa un distribuidor que funciona exactamente igual que los descritos anteriormente con la salvedad de que se le incluye un depósito de control en sustitución del muelle m2 y, además, una válvula de aflojamiento manual (cadenilla de aflojamiento).



FRENO INDIRECTO O AUTOMÁTICO, POR GRADO DE VACÍO El frenado por vacío es automático y continuo. Consiste en extraer el aire del circuito de freno para utilizar después la energía

de la presión atmosférica sobre el émbolo del cilindro de freno de vacío.

A través de la bomba de vacío se extrae aire de la T.G.F.V. (tubería general de freno de vacío) y de todos los circuitos conectados a ella. En el vagón, el aire sale:

* de la cámara B y, * de la cámara A y del depósito de reserva de vacío a través de la válvula de retención.

Las cámaras A y B están separadas por medio de una junta tórica (aro rodador de goma) y, al estar sometidas al mismo grado de depresión, el émbolo cae por su propio peso haciendo que la zapata se separe de la rueda. Cuando el maquinista quiere frenar acciona la válvula de maquinista que abre un conducto a la atmósfera. El aire que entra en la T.G.F.V. llega a la válvula de retención y, si estaba abierta, la cierra impidiendo que el aire entre en la cámara A y el depósito de reserva de vacío. Sin embargo, el aire entra directamente en la cámara B ejerciendo una presión sobre la cara inferior del émbolo que, al estar sometido por la otra cara a un grado de vacío, sube y aplica la zapata contra la rueda. El aflojamiento del freno se realiza volviendo a extraer el aire introducido en el proceso de frenado por medio de la bomba de vacío. Si el tren se cortase rompiendo o soltando la T.G.F.V., el aire penetraría sin control por ésta, provocando el frenado de emergencia. El freno de vacío es, por tanto, automático y continuo. Si se necesita aflojar un vehículo frenado por vacío, se tira de la cadenilla de aflojamiento poniendo las dos cámaras A y B en comunicación y, por tanto, a la misma presión. El émbolo desciende y afloja el freno.

FRENO DE RESERVA

Puede ser de estacionamiento o de husillo. A efectos de su funcionamiento son idénticos, diferenciándose, únicamente, en cuanto a su denominación:



* el freno manual de estacionamiento (en las marcas del vagón "g"), se utiliza como freno de reserva para mantener inmovilizado el vagón aún en el caso de que se llegue a perder el frenado automático, no pudiendo ser servido en marcha.

* el freno manual de husillo, (en las marcas del vagón "h"), es a extinguir y sólo existe en materiales antiguos que no disponen de otro sistema de frenado y puede ser servido en marcha a bordo de las "garitas" de freno. Por supuesto, también es un freno manual de estacionamiento.

Consta de un volante que, al ser accionado hace girar un tornillo (husillo) en el que se encuentra roscada una tuerca que, si se gira el volante a la derecha se desplaza en la figura hacia la izquierda arrastrando consigo a los tirantes. Estos transmiten la fuerza por el punto de giro hasta la zapata que, aprieta contra la rueda y frena. Si el giro del volante es hacia la izquierda, el efecto es el contrario.

2. Mecanismos del freno automático. Definiciones.

Los tipos de freno descritos anteriormente se plasman, en la práctica, a través de una serie de mecanismos, repartidos, tanto sobre el material motor, como sobre el remolcado. A continuación, se muestra una tabla donde se recogen las definiciones de dichos mecanismos, a la vista del esquema general del equipo de freno automático, por aire comprimido, de un tren convencional (formado por locomotora y coches o vagones). Asimismo, se definen otros conceptos, que guardan relación con los anteriores.



Compresor: Es el generador neumático, que produce el aire comprimido. Su equivalente, en freno automático de vacío, sería la bomba de vacío. El accionamiento puede ser el motor diesel o bien un motor independiente de accionamiento.

Tubería de Depósitos

Principales:

La de suministro principal, encargada de asegurar la alimentación, tanto del equipo de freno como de los auxiliares neumáticos de la locomotora.

Depósito de

reserva principal:

Donde se almacena el aire suministrado por la TDP, a unos 10 Kg/cm2, por lo general.

Válvula de

Maquinista: Cuyas misiones son dos: La carga de aire comprimido al equipo de freno (a través de la TFA), durante las órdenes de afloje y el vaciado (parcial o total) de la TFA, durante las órdenes de freno.



Tubería de Freno

Automático:

Es la que conecta, a efectos del frenado, toda la composición. Durante los periodos de aflojamiento se carga a una presión habitual de 5 Kg/cm2 y ello constituye, además, una orden de liberar los frenos. Durante los periodos de apriete de los frenos, se comporta sólo como canal de órdenes, ya que, en este caso, dicha tubería se vacía (total o parcialmente).

Llaves de aislamiento de testeros:

Sirven para conectar (o aislar) los vehículos, entre sí, neumáticamente. (Ver aplicación más característica: Acoplamiento y desacoplamiento del sistema de freno).

Dispositivo de aislamiento:

Encargado de incomunicar la TFA con el distribuidor, en la posición de aislamiento vacía todas las cámaras del distribuidor, incluido el cilindro de freno y el depósito, por lo que afloja por destrucción de la reserva de aire.

Cambiador de

régimen:

Acorta los tiempos de freno y afloje en una posición (viajeros) y los alarga en la otra (mercancías)

Válvula de aflojamiento:

Destruye la orden de freno, por igualación de las presiones de la TFA y la cámara de control, aunque manteniendo el aire en el depósito de reserva.

Cámara de

control

Constituye una referencia. El distribuidor compara la presión de la cámara de control con la de la TFA, vaciando los cilindros si es igual o menor la de la cámara de control que la de la TFA y comunicando el depósito de reserva con los cilindros si es menor la presión en la TFA que la de la cámara de control.

Distribuidor de Freno: Todo vehículo ferroviario lleva (al menos) uno, instalado, incluyendo la locomotora. Sus funciones son alimentar su depósito de reserva, con el aire de la TFA, durante los periodos de afloje, manteniendo los cilindros en comunicación con la atmósfera y canalizar el aire del depósito hacia los cilindros de freno (proporcionalmente al vaciado de la TFA), durante los periodos de frenado, obedeciendo las órdenes de la válvula de maquinista.

Todo vehículo que no tenga acopio de aire comprimido en su depósito de reserva no frenará cuando el distribuidor conecte los cilindros de freno con dicho depósito.

Depósito de

reserva:



Es el actuador o motor neumático, que acciona los frotadores de freno (zapatas o pastillas), a expensas del aire recibido desde el distribuidor y mediante la timonería de freno.

Cilindro(s) de Freno:

Timonería de Freno: Amplifica (mediante una palanca multiplicadora) los esfuerzos mecánicos engendrados en los cilindros de freno y los transmite uniformemente a las zapatas (o pastillas) de freno del vehículo.

Cambiador de potencia: Montado sobre la timonería de freno, en los vagones de mercancías, permite modificar el coeficiente amplificador de la misma, aumentando el esfuerzo en zapatas de freno. Tiene dos posiciones (vacío y cargado) correspondiendo más potencia de freno a cargado que a vacío.

Caja de cambio: Dispositivo que enclava el sistema de bielas en posición de vacío o cargado, efectuando la maniobra por medio del aire comprimido del depósito de reserva.

Válvula de pesada : Se comporta como un grifo que abre o cierra en función de la carga del vagón, al llegar a un valor determinado de la misma. Al abrir, deja paso al aire procedente del depósito de reserva.

Visor de carga: Impulsado con el mismo aire que acciona la caja de cambio, muestra una V o una C en bajorrelieve, sobre un eje, siendo indicio de que la caja de cambio se encuentra bajo presión ( C ) o no (V).



Bielas:

Son de dos tipos (de tara o de carga). Una de ellas no trabajará nunca (la de carga, en vacío y la de tara en cargado).

Regulador: Es el último elemento de la timonería de freno y tiene como misión mantener constante la suma de las holguras entre zapatas y llantas

Dispositivo de freno por descarrilamiento De incorporación posterior en los vehículos remolcados, se muestra en las posiciones no accionado / accionado.



Deceleración de

Frenado: Es el cociente que existe entre el esfuerzo de freno global del vehículo y su masa o, más sencillamente, la velocidad con que el vehículo pierde velocidad. Midiendo en términos de distancia, se tendría d = v2 / (2 · s), siendo s la distancia recorrida y v, la velocidad del vehículo, en el momento de empezar a frenar. Midiendo en términos de tiempo, d = v / t, siendo t el tiempo transcurrido.

Estanqueidad de

la TFA: Es un concepto derivado del hecho de que ningún circuito neumático está libre de fugas o escapes, por hermético que sea. Entonces, la TFA será tanto más estanca cuanto menor sea la velocidad de pérdida de su presión (unos 0,3 kg/cm2 por minuto sería una buena estanqueidad).

Tiempo de llenado

de la reserva: El que transcurre desde que el maquinista da la orden de afloje a la composición hasta que el depósito de reserva del último vehículo remolcado queda a 4,8 Kg/cm2. Evidentemente, este tiempo es función de la longitud del tren, el caudal de aire entregado por el compresor y el modo de maniobra de la válvula de maquinista.

Velocidad de propagación:

Es un concepto relativo a la orden de freno. Es el cociente entre la longitud de la TFA (sin derivaciones) desde la válvula de maquinista hasta la llave de aislamiento de testero de cola del último vehículo remolcado y el tiempo transcurrido, entre que el maquinista comienza a frenar hasta que comienza a entrar aire en los cilindros de freno de ese vehículo. Actualmente esta velocidad suele estar cercana a la del sonido (340 m/s).

Freno de servicio: Mandado desde el puesto de conducción, el que permite hacer variar a voluntad la

presión en los cilindros de freno de todo el tren , de una forma homogénea y (prácticamente) simultánea, con el fin de garantizar su detención en un lugar determinado, o bien una reducción de su velocidad a un valor concreto. En función del nivel de freno exigido, dicho freno podrá ser de retención, mínimo o máximo.

Freno de urgencia:

Consiste en un vaciado rápido de la TFA, bien sea provocado por el maquinista (mediante la seta), por un viajero (aparato de alarma) o por cualquier persona que pueda abrir una fuga de gran calibre en la TFA. En todos estos casos, el freno de urgencia es manual. En el caso de actuación del dispositivo de vigilancia automática (Hombre Muerto) o el ASFA, el freno de urgencia sería automático.

Freno dinámico: Consiste en una retención de la locomotora (y del resto de la composición) haciendo

trabajar a los elementos motrices de aquélla de forma inversa a la empleada durante el proceso de tracción. Si los órganos tractores de la locomotora son motores eléctricos, durante la fase de frenado dinámico, se opondrán a la marcha, actuando como generadores. Si la transmisión es hidráulica, el convertidor de par operará de manera similar a los motores de tracción. La energía cinética extraída se disipa en una resistencia o bien en un intercambiador de calor. Este tipo de freno queda a discreción del maquinista y no es cuantificable.

Freno

electromagnético: En este tipo de freno, el esfuerzo retardador no necesita de la adherencia llanta – carril y permite obtener deceleraciones más importantes que las del freno que actúa únicamente sobre las ruedas.



Peso Freno: Se define de forma aproximada como el esfuerzo total aplicado por las zapatas (o pastillas) sobre las ruedas (o los discos). Este concepto es extensible a ruedas, ejes, vehículos o composiciones completas. Puede ser de servicio o de estacionamiento.

Porcentaje de

Frenado: Es la relación (porcentual, habitualmente) entre el peso freno y el peso. De la misma manera que en el caso anterior, la definición es extrapolable de un vehículo a una composición completa y, asimismo, puede ser de servicio o de estacionamiento.

Marcas de peso: Son la tara y la carga máxima. La suma de las dos es el peso total

del vehículo. Marcas de freno: Son, a su vez, de dos tipos: Las del freno automático de servicio y

las del freno de reserva. Marcas de tipo: Indican la clase de mercancías que el vehículo puede transportar:

T, tolva; S, plataforma; J, vagón cerrado; D, furgón; B, coche de viajeros. Llevará dos veces la letra si es un vehículo de bogies. Llevará un 2 delante de las letras si puede cargar más de 25 Tm de carga máxima. Una g indicará que el freno de reserva es de estacionamiento y una h, que es de husillo. Una a dará a entender que el freno automático es de aire comprimido y una v, que es de vacío.

Marcas del material remolcado: Pueden ser relativas al peso, al frenado, al tipo de vagón, pudiendo ser también de tipo complementarias.

Marcas complementarias:

Son relativas al tipo de distribuidor, tipo de regulador de timonería, superficie del suelo del vagón, etc.

Completa: Debe hacerse antes de salir el tren de la estación o lugar de origen y debe garantizar la continuidad de la TFA en toda la composición, así como el buen funcionamiento del freno y el afloje, en los vehículos donde vaya en servicio.

Parcial: Debe hacerse antes de la salida del tren de una estación o lugar donde se añadan vehículos a la composición y debe garantizar el buen funcionamiento del freno y afloje de cada vehículo agregado a la composición, así como la continuidad de la TFA y el freno y el afloje del último vehículo.

De continuidad:

A realizar cuando se unan dos ramas de trenes, con sus respectivas pruebas superadas. También cuando se segreguen vehículos que no sean ni de cabeza ni de cola, o cuando se interrumpa de alguna forma la continuidad de la TFA. Debe asegurar la continuidad de la TFA y el apriete y afloje del freno del último vehículo.

Pruebas de Frenado: Pueden ser de cuatro tipos: Completa, Parcial, de Continuidad y de Acoplamiento.

De acoplamiento:

A realizar cuando haya que cambiar la locomotora o pasarla de cabeza a cola. También, cuando se agregue otra locomotora por cabeza o cuando se segreguen uno o varios vehículos por cabeza. Debe asegurar el restablecimiento de la continuidad en la TFA, así como el apriete y afloje del primer vehículo, con freno remolcado.



ACOPLAMIENTO Y DESACOPLAMIENTO DEL SISTEMA DE FRENO

Para lograr un correcto acoplamiento, se conectarán entre sí todos los semiacoplamientos de los vehículos remolcados contiguos, situando los grifos respectivos de la TFA en posición abierto (o conectado), exceptuando los de los testeros extremos del corte de tren, que se mantendrán en la posición cerrado (o aislado). A continuación, se conectará el semiacoplamiento del vehículo de cabeza con el de la locomotora.

A continuación, se abrirán los grifos, primero, el correspondiente al testero de la locomotora, comprobando que se produce una fuerte salida de aire por el escape del grifo de testero del primer vehículo de cabeza.

Efectuada la comprobación anterior, se abrirá el grifo del testero del primer vehículo de cabeza, que deberá quedar en esta posición (abierto o conectado). El maquinista no iniciará la marcha sin haber hecho presión en todos los vehículos y comprobando que el manómetro de la TFA marca 5 Kg/cm2.

Antes de desacoplar la locomotora del tren, el maquinista accionará el freno de la composición, y, a continuación, se cerrará el grifo del testero de la locomotora, comprobando que se produce una salida de aire por el escape de este grifo.

Cuando deje de salir aire, ... ... se cerrará el grifo correspondiente al testero de cabeza del primer vehículo remolcado.



CALCULO DEL PORCENTAJE DE FRENO DE SERVICIO



3. Vagón Plataforma 2SSag. Tiene las siguientes características:

Freno de servicio: Automático, por aire comprimido

Peso freno: 16 Tm, en vacío y 36 Tm en carga

Cilindros de freno: Uno Freno mano máximo: 18 Tm Distribuidor: KE1CSL de Knorr con

cambiador de régimen Cambiador de potencia: Montado sobre la timonería, de dos

etapas Peso en tara: 14 Tm Peso total: 56Tm

Carga máxima: 42Tm

CAMBIADOR DE POTENCIA El cambiador de potencia de frenado tiene la misión de adecuar el esfuerzo de frenado en función de que el vehículo vaya vacío o cargado. Los cambiadores de potencia de frenado pueden ser automáticos o manuales. Los cambiadores de potencia de frenado automáticos y manuales difieren únicamente en el modo de actuación sobre la caja de cambio V - C. En los cambiadores automáticos de potencia el cambio de la posición V a la posición C se realiza por medio de la válvula de pesada de modo automático y en función de la carga del vagón y, en los manuales se necesita la actuación manual directa sobre el mecanismo de cambio (caja de cambio V - C). Los dos tipos de vagón tienen cambiador de potencia automático.

CAMBIADOR DE POTENCIA MANUAL En la figura tenemos el caso de un cambiador manual de potencia de frenado en la posición V (vacío). En esa posición, sin carga el vehículo o sin llegar ésta a la carga de cambio, el cerrojo se encuentra situado en su posición inferior impidiendo el posible desplazamiento del bulón de la biela de tara en el punto B. Al accionar el freno y salir el vástago del cilindro de freno se alarga la distancia entre los puntos X y Z con la cual, los tirantes giran sobre los puntos A y B de la biela de tara. El bulón en el punto C se desplaza por el agujero rasgado de la biela de carga. Al abrir en los puntos X y Z y girar sobre los puntos A y B, los tirantes cierran en los puntos E - F y, a través de los puntos de giro G y H, aprietan las zapatas. Este apriete será proporcional a la fuerza ejercida por el cilindro de freno con la amplificación correspondiente a las palancas formadas por los tirantes entre sus puntos extremos (X - E, con su punto de apoyo en A, y Z - F, con su punto de apoyo en B).



CAMBIADOR DE POTENCIA AUTOMATICO

En la figura siguiente, se representa el cambiador automático de potencia de frenado en la posición C (cargado). Salvo el hecho mencionado del modo de actuar sobre la caja de cambio V - C, el cambiador automático de potencia de frenado, funciona exactamente igual que el manual. La diferencia estriba en que, para el cambio de una a otra posición, en este caso se hace de forma automática por medio de la válvula de pesada. La válvula de pesada recibe una alimentación neumática desde: - El depósito auxiliar del vagón, en el caso de vagones con dos cilindros de freno independientes

(vagones 2TTag). - El depósito auxiliar, una de las dos válvulas de pesada y, desde ésta, pasa a la otra con lo que se

encuentran neumáticamente en serie, en el caso de vagones con un único cilindro de freno (vagones 2SSag y 2JJag). La válvula de pesada es una llave de tres vías:

- Una recibe la alimentación de aire. - Otra es la salida hacia el cilindro de accionamiento . - La tercera vía es un escape a la atmósfera.

El accionamiento de la válvula de pesada lo realiza el propio vagón en función de su carga que soporte, de tal manera que, los muelles de válvula de pesada ceden, aproximadamente a la mitad de la carga máxima, poniendo en comunicación la alimentación con la tubería del cilindro de accionamiento. Este, actúa sobre la caja V - C del mismo modo que haríamos manualmente, cambiando a la posición C.

En esta posición, el cerrojo se coloca en su parte superior permitiendo el desplazamiento del bulón de la biela de tara en el punto B.

Al accionar el freno y salir el vástago del cilindro de freno se alarga la distancia entre los puntos X y Z y, en este caso, los tirantes giran sobre los puntos C y D de la biela de carga.

El bulón en el punto B, al estar desbloqueado, se desplaza por el agujero rasgado de la biela de tara.

Al abrir los puntos X y Z y girar sobre los puntos C y D, los tirantes cierran en los puntos E - F y, a través de los puntos de giro G y H, aprietan las zapatas contra las ruedas. Al ser la transmisión de la fuerza del cilindro de freno a través de los puntos C y D el brazo de palanca X - C = Z - D es mayor que C - E = D - F aumentando la amplificación del sistema de palancas y, por tanto, la fuerza de apriete de las zapatas (para una misma presión en cilindro de freno) con respecto a la posición de la caja de cambio V - C en la posición V.



4. Vagón Tolva 2TTag. Tiene las siguientes características:

Freno de servicio: Automático, por aire comprimido Cilindros de freno: Dos

Distribuidor: KE1CSL de Knorr con cambiador de régimen Peso en tara: 19 Tm

Carga máxima: 41Tm Peso total: 60Tm

Cambiador de potencia: Montado sobre la timonería, de dos etapas Peso freno: 19 Tm, en vacío y 42 Tm en carga

Freno mano máximo: 18 Tm



VALORACION DEL PESO FRENO DE SERVICIO DE LOS VEHÍCULOS REMOLCADOS

CAMBIADOR DE REGIMEN DE FRENO Las órdenes de freno y afloje se envían a través de la TFA,, pero no todos los trenes tienen la misma longitud, por lo que, cuando se manda una orden de freno o de afloje, tarda más en llegar dicha orden a la cola del tren, en el caso de un tren largo que en el caso de un tren corto, con las consiguientes reacciones en el tren. Para reducir estas reacciones, se utiliza el cambiador de régimen de freno.



REGULADOR DE LA TIMONERÍA DE FRENO JUEGOS DE ZAPATAS NORMALES 1. Afloje

La tuerca de regulación 1 determina, por su posición, sobre el tornillo 41, la longitud del regulador. La tuerca de avance 23 registra las variaciones de juegos en las zapatas, que deben ser compensadas por la tuerca de regulación 1. El regulador sustituye, en la timonería, a una biela de tracción y tiene, por finalidad, el mantener constantes los juegos entre zapatas y llantas. Cuando el freno está aflojado, el tope regulable 44 se encuentra a una distancia fija del cárter 19. Dicha distancia A está regulada para que corresponda a la carrera de aplicación de las zapatas, en el caso de juegos normales.

2. Aplicación de las zapatas contra las ruedas

Durante la primera fase del frenado, el ojal 38 corre hacia la derecha de la cota A y las zapatas se aplican contra las llantas en el mismo momento en que el cárter 19 entra en contacto con el tope 44. En un momento dado, el esfuerzo transmitido por el regulador es superior a la tensión inicial del muelle 21, el acoplamiento entre el manguito de tracción 3 y la tuerca 1 se bloquea, mientras que el acoplamiento C queda liberado como consecuencia de la contracción del muelle de acoplamiento 12, El esfuerzo de frenado se transmite a través de las piezas resaltadas en oscuro.

3. Frenado a fondo

A consecuencia de las deformaciones elásticas de la timonería, el conjunto de piezas resaltado en oscuro sigue desplazándose hacia la derecha una longitud adicional e, al mismo tiempo que comprime el muelle 21; el cárter 19 queda sujeto por el tope 44. Como el tornillo de regulación es llevado hacia la derecha por la tuerca de regulación 1, el acoplamiento B queda liberado y la tuerca de avance 23 gira contra el rodamiento 27, atornillándose sobre el tornillo de regulación.



4. Aflojamiento

Durante la primera parte del aflojamiento (la carrera elástica) las piezas resaltadas en oscuro vuelven hacia la izquierda y el acoplamiento B se bloquea. El muelle 21, comprimido, se afloja, al tiempo que mantiene el cárter 19 contra el tope 44. Al quedar libre el acoplamiento C, la tuerca de avance gira con el cárter 19 mientras que se afloja el muelle 21. Esta rotación continúa mientras el esfuerzo de tracción en el regulador mantenga el acoplamiento C libre, o sea, durante la carrera elástica e.

JUEGOS DE ZAPATAS DEMASIADO GRANDES 1. Freno aflojado

Las diferentes piezas del regulador se encuentran en la posición indicada (que coincide con la correspondiente del epígrafe “Juegos de zapatas normales”.

2. Carrera teórica de aplicación de zapatas

El regulador se ha desplazado hacia la derecha de la cota A. Cuando el cárter 19 encuentra al tope 44, ningún esfuerzo de frenado se ha desarrollado aún.

3. Aplicación de zapatas

Siendo los juegos demasiado grandes, el tornillo 41 se desplaza hacia la derecha, en una longitud l. Al quedar retenido el cárter por el tope, la tuerca 23 no puede seguir al tornillo 41 en su desplazamiento y, bajo



el efecto del muelle 29 y del rodamiento de bolas 27, se enrosca sobre el tornillo 41. El muelle 21 también queda comprimido en la longitud l.

4. Aflojamiento. Recuperación de los juegos

Durante el aflojamiento del freno, el muelle 21, al alargarse, bloquea los acoplamientos B y C y tiende a acercar la tuerca 1 a la tuerca de avance, quedando ésta última bloqueada sobre el tornillo 41. Por el contrario, la tuerca de regulación puede girar, apoyándose contra el rodamiento de bolas 2, bajo la influencia del muelle 5. La tuerca 1 se enrosca sobre el tornillo hasta apoyarse contra la copela 30. El regulador se ha acortado en la longitud “l” y los juegos de zapatas han sido restablecidos a su valor normal. Como se desprende de la descripción anterior, el esfuerzo necesario para la recuperación se desarrolla únicamente por el muelle principal 21. La recuperación no depende, entonces, en absoluto, del muelle de llamada de timonería. La recuperación máxima del regulador es de 100 mm por frenado.

JUEGOS DE ZAPATAS DEMASIADO PEQUEÑOS 1. Freno aflojado

2. Aplicación de zapatas

El regulador está representado en el momento en que las zapatas se apoyan contra las ruedas. Siendo los juegos demasiado pequeños, el cárter 19 se encuentra todavía a una distancia m del tope 44 correspondiente a la insuficiencia de juegos.

3. Aplicación de zapatas con mayor esfuerzo



Desde el momento en que la tensión de frenado es suficiente para comprimir el muelle de acoplamiento 12 y liberar el acoplamiento C, la tuerca de avance puede girar alrededor del tornillo. El muelle 21 puede, entonces, aflojarse y provocar la rotación de la tuerca de avance y de las piezas representadas en tono oscuro, hasta que el cárter 19 entre en contacto con el tope 44. Durante esta fase, el muelle de destornillamiento 29, más débil que el muelle principal 21, se ha comprimido en la longitud m.

4. Freno aflojado después del primer frenado

La tensión de frenado disminuye con el aflojamiento del freno. El acoplamiento C se bloquea de nuevo y la tuerca de avance se encerroja sobre el tornillo en la posición indicada en la figura. El muelle de destornillamiento queda comprimido en la cota m y la distancia entre el cárter y el tope es A – m.

5. Segundo frenado. Aplicación de zapatas

Como en el caso del primer frenado. Las zapatas se aplican contra las ruedas, mientras que el regulador corre hacia la derecha, en la distancia A – m.

6. Segundo frenado. Alargamiento del regulador

Al ser absorbidos los juegos de zapatas, el tornillo 41 cesa de desplazarse hacia la derecha. El esfuerzo en el regulador, transmitido por las piezas resaltadas en oscuro, comprime el muelle 21 y libera el



acoplamiento D de la tuerca de regulación 1. Bajo la acción del muelle 29, que se apoya sobre el rodamiento de bolas 27, la tuerca 1 gira alrededor del tornillo y sigue el movimiento del ojal 38 hacia la derecha, hasta que el muelle 29 se haya aflojado en la longitud m. En ese mismo instante, el cárter 19 entra en contacto con el tope 44. El regulador se ha alargado una longitud “m” y los juegos de zapatas recuperan su valor normal. Durante el primer frenado, el regulador actúa como una biela de longitud fija, aunque los juegos de las zapatas sean demasiado pequeños. Esto permite evitar los destornillamientos intempestivos; por ejemplo, en el caso de una timonería demasiado pesada o en mal estado, o de formación de hielo entre zapatas y llantas. Incluso, en un caso como éste, y, aún, con juegos normales, puede suceder que el acoplamiento C quede liberado prematuramente, con lo que la tuerca 23 se desplazaría hacia la derecha sobre el tornillo de regulación y el muelle 29 se comprimirá, pero, cuando las resistencias hayan sido vencidas bajo el esfuerzo total de frenado y la carrera del émbolo haya alcanzado su valor normal, las piezas recuperarán su valor habitual y no se producirán alargamientos del regulador.

DISTRIBUIDOR DE FRENO

PROCESO DE LLENADO El distribuidor está formado por el cuerpo básico 1, la cámara de control con aflojamiento automático 2, la válvula relé 3, la válvula de aislamiento 4, la válvula de llenado del depósito auxiliar 5, el dispositivo de cambio de régimen MERCANCIAS-VIAJEROS y el soporte 7. Además, la válvula está conectada con el depósito de reserva, a través de la boca R y con el cilindro de freno, a través de la boca C. A través de la válvula 4.2, el aire pasa por la cámara central de la válvula de llenado, antes de situarse en la cámara L, encima del émbolo de mando 1.1. A través de la tobera de sensibilidad D11, el aire pasa a la cámara de control y, después de llenarse, la presión del aire se establece sobre el pistón 5.1 de la válvula de llenado del depósito auxiliar 5, con lo que, a través de la válvula V51, el aire llenará el depósito de reserva y, además, a través de las válvulas V15 y V16, se situará en la cámara R, sobre la válvula 1.8. Como quiera que las presiones que actúan sobre el pistón principal de la válvula (la de la TFA y la de la cámara de control) son idénticas, la válvula 1.8 permanece cerrada, al no recibir ningún impulso del árbol mandado por el pistón principal y, por ello, el freno no se aplica. Si la presión de llenado se ajusta a las normas, deberá estar en torno a unos 5 Kg/cm2 y se establecerá, por igual, en la cámara de control y en el tanque de reserva.



PROCESO DE FRENADO Al descender la presión en la TFA, por una orden de freno mandada por el maquinista, la pérdida de presión se propaga hasta la cámara L, con lo que la presión de la cámara A empujará al pistón principal hacia arriba. Ello libera la válvula V12, con lo que el taladro 1.4 transmite el aire hacia la cámara aceleradora ü, sustrayendo un volumen importante de aire de la cámara L, acelerándose, de esta forma, la orden de freno, que se traduce en un empuje sobre el árbol vertical, que abre la válvula 1.8 y, con ello, se admite aire del tanque de reserva a la cámara Cv, la cual establece la presión de mando sobre la válvula relé, de tal manera que, para una presión de 0,15 Kg/cm2 se cierra la válvula V16, la cual permitía el paso directo a la cámara de mando y, ahora, forzará el paso a través de las toberas D63 y / ó D64, que permanecerán abiertas si el cambiador de régimen 6 está en posición VIAJEROS y cerrada la D63 si el referido cambiador está en posición MERCANCIAS. Además, la presión de mando cierra la válvula de aguja 1.16, con lo que quedará incomunicada la cámara de control con la cámara L, con el fin de que la presión de la cámara de control sea una referencia constante de la presión de aflojamiento. En la válvula relé, la presión de mando se reproduce, a gran caudal de aire, sobre el cilindro de freno, hasta que la presión del mismo estabiliza la presión de mando, con lo que se cierra la válvula V32 de la válvula relé, estabilizándose la frenada. En la cámara 1.17 a, la presión de mando cierra la válvula V18, con lo que la cámara aceleradora ya no admite más aire sobre la cámara L. Además, el tanque queda incomunicado con la TFA, debido a que la presión de mando, a través del pistón 5.4 de la válvula de llenado 5 mantiene cerrada la válvula V51, que impide que el tanque quede comunicado con la presión descendente de la TFA, con lo que la presión del aire para el freno conserva toda su eficacia en toda la gama de frenado. Todos los vehículos llevarán la llave de aislamiento en posición CONECTADO o ABIERTO, (a no ser que esté prescrita su desconexión , en determinadas circunstancias). Sólo se usará la válvula de aflojamiento cuando sea preciso efectuar maniobras sin freno, con especial cuidado de no deformar las varillas de accionamiento, para no provocar un accionamiento permanente.



PROCESO DE AFLOJE Al aumentar, nuevamente la presión de la TFA, se restablece otra vez el equilibrio entre la presión de la cámara L y la de la cámara de control, aunque el conjunto árbol - pistón principal vuelve a estar en desequilibrio, ya que la presión de la cámara de mando Cv empuja hacia abajo, con lo que la válvula V14 se cierra y la presión de mando se vacía a través de la tobera D61 (posición MERCANCIAS) y a través de la tobera D61 y la D63 si el cambiador de régimen está en posición VIAJEROS. En la válvula relé, la presión de mando va descendiendo poco a poco, con lo que la presión del cilindro de freno se va evacuando a la atmósfera y, en la posición límite de aflojamiento completo, la presión del cilindro de freno se iguala con la atmosférica. La válvula de aguja 1.16 vuelve a quedar abierta. Asimismo, al desaparecer, del todo la referida presión de mando, en la posición de aflojamiento completo, la ausencia de dicha presión sobre el pistón 5.4 permite que el tanque se vuelva a llenar a la presión de aflojamiento, que deberá ser la de partida, o sea, 5 Kg/cm2. En la válvula relé, la presión del cilindro de freno, a través de la tobera D3 abre la válvula V31, con lo que el aire del cilindro se evacúa a través de los orificios O del tapón de escape de la válvula relé. En la posición de aflojamiento completo, la válvula queda en la posición de partida, o sea, la de llenado. Esta misma operación de aflojamiento se puede realizar, particularizadamente, para cada vehículo, sin el concurso de la maniobra sobre la presión de la TFA, operando manualmente sobre la palanca de mando 2.10 de la válvula 2.9 de la cámara de control, con lo que se levantará el casquillo 2.6 y se podrá evacuar el aire de la cámara de control, hasta que su presión se iguale con la que, en este momento tenga la TFA, instante, a partir del cual, tendrá lugar la actuación del árbol, en movimiento descendente sobre el casquillo de cierre 2.3, que hará que la válvula de aflojamiento se cierre. A partir de aquí, el proceso de vaciado del cilindro es idéntico al descrito. Si se pretendiese aislar el equipo de freno de un vehículo sin menoscabo de la eficacia del freno de los restantes del tren, se pondría la llave 4.4 en la posición contraria a la que tiene en la figura: De esta manera, la válvula 4.2 se cierra y la válvula 4.1 se abre. A través de ésta última, se vacía totalmente el tanque de reserva y, con él, el aire de la presión de mando que, al desaparecer, provocará la apertura de la válvula de aguja 1.16 y el vaciado del aire de la cámara de control y del que quede en la cámara L. Finalmente, se vaciará el cilindro de freno y todas las cámaras del distribuidor quedarán a presión atmosférica. El operar sobre el dispositivo de aflojamiento de la cámara de control provoca, al igual que la válvula doble de aislamiento, el afloje de los freno, aunque, en el primer caso, el tanque no se vacía: Podemos decir que la válvula de aflojamiento destruye la orden de freno, mientras que la válvula de aislamiento destruye la reserva de freno.



CALCULO DEL PESO FRENO DE ESTACIONAMIENTO

CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACION 1.- Durante la aplicación del freno automático, por aire comprimido a) Se produce un aumento de presión en la TFA. b) Se origina un descenso de presión en la TFA. c) Se mantiene sin variación la presión de la TFA. d) Se origina un descenso de presión en los cilindros de freno. 2.- El regulador de freno a) Aplica con más fuerza las zapatas contra las llantas. b) Aplica más rápidamente las zapatas contra las llantas. c) Mantiene aproximadamente constante la holgura entre zapatas y llantas. d) No hace nada de lo dicho. 3.- El cambiador de potencia, en el material remolcado a) Actúa sobre el distribuidor de freno. b) Actúa sobre la timonería de freno. c) Actúa sobre la TFA. d) Actúa sobre la válvula de maquinista.



4.- El cambiador de régimen de freno a) Actúa sobre el distribuidor de freno. b) Actúa sobre la timonería de freno. c) Actúa sobre la TFA. d) Actúa sobre la válvula de maquinista. 5.- La TFA a) Alimenta directamente los cilindros de freno. b) Alimenta los depósitos de reserva y, además, da órdenes de freno y afloje. c) Va mandada por el distribuidor. d) Va mandada por el cambiador de régimen. 6.- La varilla o cadenilla del distribuidor a) Permite aflojar el freno del vagón, donde se accione. b) Deja sin aire el depósito de reserva. c) Las dos cosas anteriores. d) Ninguna de las dos cosas anteriores. 7.- La llave o grifo de aislamiento del distribuidor a) Permite aflojar el freno del vagón, donde se accione. b) Deja sin aire el depósito de reserva. c) Las dos cosas anteriores. d) Ninguna de las dos cosas anteriores. 8.- Un freno indirecto es, al mismo tiempo, a) Un freno automático. b) Un freno de emergencia. c) Las dos cosas anteriores. d) Ninguna de las dos cosas anteriores. 9.- Un freno moderable a) Permite el aumento o descenso de presión gradual en los cilindros de freno. b) Actúa intempestivamente. c) Responde a lo dicho en los dos apartados anteriores. d) No responde a nada de lo dicho. 10.- Un freno es inagotable cuando a) Nunca se queda agarrotado. b) Permite frenar y aflojar, repetida y consecutivamente, sin que la presión en cilindros quede

por debajo de su valor máximo. c) Nunca se queda sin aire. d) Responde a todo lo dicho anteriormente.

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