ANEXO J

ANEXO J

Especificaciones técnicas para ruedas con discos de freno fijados con tornillos a su velo

J.1 Objeto. El objeto de este anexo es determinar las condiciones de diseño de las ruedas con discos de freno fijados al velo de la rueda a través de taladros en el velo.

La norma de diseño de referencia para el cálculo de ruedas es la UNE-EN 13979-1. Dicha norma analiza únicamente el caso de frenado mediante zapata en llanta. Por ello, la norma UNE-EN 13979-1 es aplicable en su totalidad, excepto en los puntos que se indican a continuación.

Cuadro J.1 Secciones no aplicables de la norma UNE-EN 13979-1

Aspectos termomecánicos	Aspectos acústicos
Sección 3.2	Sección 3.4
Sección 6	Sección 8
Sección 9.d	Sección 9.f
Anexo A	Anexo E

El presente anexo complementa las directrices definidas en la citada norma UNE-EN 13979-1 a fin de tener en cuenta el diseño de las ruedas con discos de freno fijados al velo de la rueda a través de taladros en el velo.

J.2 Documentos de aplicación. La norma UNE-EN 13979-1 es de aplicación al diseño de las ruedas objeto de este anexo, excepto en los aspectos y puntos indicados en el apartado anterior.

En esta sección se justifica la no aplicabilidad de las secciones mencionadas, se proporcionan directivas de cálculo y se complementan las secciones de la UNE-EN 13979-1 para adecuarla al diseño de las ruedas objeto de este anexo.

Las secciones afectadas se refieren a:

– Consideraciones termomecánicas.

– Consideraciones mecánicas.

– Consideraciones acústicas.

A continuación se desarrolla cada apartado.

J.2.1 Consideraciones termomecánicas.

J.2.1.1 Justificación de las secciones no aplicables de la norma UNE-EN 13979-1. En la siguiente tabla se indican los argumentos por los que no son aplicables las secciones de la norma UNE-EN 13979-1 anteriormente relacionadas.

Fundamentalmente se hace hincapié en la no criticidad de los parámetros analizados por la norma por dos motivos:

1) La norma analiza tensiones en llanta, mientras que en una rueda frenada por disco, la sección más solicitada se centra en el velo y uniones a llanta y cubo.

2) Las temperaturas que se alcanzan en llanta para el caso de una rueda frenada por disco son muy inferiores al caso analizado por la norma UNE-EN 13979-1.

Cuadro J.2.1.1 Secciones no aplicables de la norma UNE-EN 13979-1

Sección norma UNE-EN 13979-1	Razón para la no aplicación
3.2	Las cargas a considerar indicadas en esta sección se refieren a un sistema en el que el frenado se hace en llanta.
6	La etapa de ensayos para el aseguramiento del comportamiento se refiere a una aplicación en la que el frenado se haga en llanta. Las tensiones a ser comprobadas según la norma son medidas en llanta únicamente. Los parámetros definidos en la sección 6.2.2 sí serán comprobados como parte del cálculo termomecánico.
9.d	Los documentos necesarios para el aseguramiento del comportamiento termomecánico vienen definidos en este Anexo.
Anexo A	Los parámetros de ensayo y flujos descritos corresponden a la definición realizada en la sección 6. En dicho análisis se miden tensiones en llanta.

J.2.1.2 Cargas y efectos a considerar. Efecto termomecánico debido al calor aportado por el disco a la rueda. Para ello, el diseñador del vehículo/sistema de freno deberá aportar información necesaria sobre el sistema de frenado:

– Potencia transmitida, en el tiempo, al velo de la rueda.

– Duración de la aplicación de calor.

– Velocidad a la que va a circular el tren.

– Definición de los puntos de contacto a considerar: superficie de contacto entre disco y velo.

La utilización de otros parámetros adicionales de cálculo podrá ser acordada entre el cliente y el suministrador.

J.2.1.3 Puntos a analizar. Mediante cálculos y análisis por elementos finitos (efectuado siguiendo los requerimientos indicados en el anexo C de la norma UNE-EN 13979-1). Se calcularán:

– Nivel de tensiones residuales.

– Deformaciones laterales en caliente.

– Deformaciones residuales.

Las zonas a analizar son el velo de la rueda, uniones cubo-velo, uniones llanta-velo y llanta.

J.2.1.4 Criterio de aceptación. Para considerar satisfactorio el cálculo termomecánico se deben de dar dos condiciones:

– Se comprobará que la llanta está dentro de los parámetros establecidos por el apartado 6.2.2 de la UNE-EN 13979-1 para las deformaciones.

– Se superpondrán las tensiones de origen térmico en el cálculo mecánico a fatiga. El resultado del cálculo mecánico ha de ser entonces satisfactorio.

Los resultados de los cálculos mecánicos y termomecánicos, junto con los parámetros de partida del cálculo, quedarán recogidos en un documento de cálculo que acompañará a la documentación de diseño

J.2.2 Consideraciones mecánicas. En el caso de las cargas mecánicas a considerar, lo establecido en la norma UNE-EN 13979-1 es de aplicación, pero, debido al montaje de discos de freno, otros factores han de añadirse para completar el cálculo.

Las siguientes secciones definen estas cargas y criterios para la aceptación de los cálculos.

J.2.2.1 Cargas y efectos a considerar. Definidos en la norma UNE-EN 13979-1:

– Hipótesis de carga definidas por el apartado 7.2.1 de la UNE-EN 13979-1.

Efectos añadidos al cálculo:

– Interferencia media entre cubo y rueda definida en el diseño.

– Fuerza centrífuga a velocidad máxima.

– Sobrecarga (carga por rueda) en rueda por el efecto del balanceo en caso de paso por curva (llevado al punto de contacto rueda/carril), derivado del coeficiente de balanceo indicado en las especificaciones técnicas indicadas en el anexo C, cuadro C.2, índices [60] y [61].

– Efecto de las tensiones obtenidas en el cálculo termomecánico (sección J.2.1 del presente anexo).

– Consideración de la presión de apriete originada por la presión de los discos sobre el velo de rueda para la aplicación concreta.

– Esfuerzos de fatiga dinámicos de los discos de freno en el plano vertical (según la especificación técnica indicada en el anexo C, cuadro C.2, índice [62]).

– Consideración del par de frenado de acuerdo con las condiciones previstas para la aplicación concreta.

Toda la información del sistema de fijado del disco a rueda deberá ser facilitada por el diseñador del montaje de disco (fabricante de discos de freno).

Para cada estudio particular se elegirán las combinaciones de los factores indicados anteriormente para conseguir las hipótesis más desfavorables que marquen el máximo y mínimo del rango de tensiones. A partir de esas tensiones extremas se determinarán la tensión media y la alternancia.

Siempre que las tensiones principales giren más de ±15 º y que su valor sea significativo se realizará un cálculo de fatiga multiaxial con las tensiones admisibles asociadas a los criterios de Crossland o Dang Van.

En las zonas alejadas de los taladros en el velo, el valor límite para las tensiones admisibles en el velo de la rueda será el indicado en la norma de referencia UNE-EN 13979-1.

En las proximidades de los taladros, el valor límite para las tensiones admisibles a fatiga en el velo de la rueda se reducirá todo lo posible, recomendándose alcanzar el 50% del valor indicado en la norma UNE-EN 13979-1.

J.2.2.2 Puntos a analizar. Mediante un análisis de elementos finitos se calculan las zonas del velo de la rueda, uniones cubo-velo y llanta-velo, igual que en el cálculo de las hipótesis mecánicas indicadas en la norma UNE-EN 13979-1.

J.2.2.3 Criterio de aceptación. Las tensiones en cualquier punto del velo de la rueda y uniones cubo-velo y llanta-velo han de situarse, en el caso de fatiga monoaxial, dentro de los valores permitidos por el diagrama de Haigh para dicho material. Para el caso de fatiga multiaxial, las tensiones deberán estar dentro de los valores admisibles asociados a los criterios de Crossland o Dang Van.

Los resultados de los cálculos mecánicos y termomecánicos quedarán recogidos en un documento de cálculo.

La experiencia indica que el montaje del disco en la rueda puede originar defectos que reduzcan la resistencia a fatiga de la rueda. Los expertos están de acuerdo en afirmar que tener en cuenta estas consideraciones en la determinación del límite de fatiga es, hoy en día, muy difícil al no tener un retorno de experiencia suficiente. Por ello es necesario adoptar medidas de mantenimiento preventivo que permitan detectar con antelación la aparición de defectos. Véase el apartado J.3 de este anexo.

J.2.3 Consideraciones acústicas.

J.2.3.1 Justificación de las secciones no aplicables de la norma UNE-EN 13979-1. Tal y como indica la propia norma en su apartado 8.1: «El aseguramiento del comportamiento acústico de las ruedas es profundamente dependiente de diversos parámetros que no están directamente relacionados con el diseño particular de la rueda. Por este motivo el resultado obtenido con el nuevo diseño de rueda será comparado con otro sistema ferroviario de referencia con un determinado estado de mantenimiento de las vías».

En concreto, en el caso que nos ocupa, no se tienen los datos, rueda de referencia, etc. que indica la norma para hacer un cálculo comparativo.

En la siguiente tabla se indican los argumentos por los que no se pueden aplicar las secciones de la norma UNE-EN 13979-1 relacionadas.

Cuadro J.2.3.1 Secciones no aplicables de la norma UNE-EN 13979-1

Sección norma UNE-EN 13979-1	Razón para la no aplicación
3.4	Parámetros de aseguramiento acústico: referencia de la vía, referencia de rueda similar, referencia de trenes a velocidades similares, espectros de rugosidad de ruedas. No hay referencias comparativas.
8	Aseguramiento del comportamiento acústico. Se basa en cálculos y comparaciones con proyectos existentes. No se dispone de datos concretos para realizar los cálculos y tampoco se cuenta con un sistema de referencia con el que comparar.
9.f	No hay documentos aplicables para el control acústico.
Anexo E	Descripción del proceso de cálculo y comparación a seguir definido en el punto 8.

J.2.3.2 Cargas y efectos a considerar. A la carencia de datos comparativos y de cálculos mencionada hay que sumarle el hecho de que la emisión de ruido de una rueda frenada por zapata en llanta es muy superior a la de una rueda con disco de freno incluido (junto con el efecto silenciador de los carenados del vehículo que amortiguan el ruido hacia el exterior).

Por todo ello, se considera que un análisis acústico para este tipo de rueda no es necesario.

J.3 Mantenimiento. Aunque en la norma UNE-EN 13979-1 no se cita el mantenimiento, debido a las especiales características de este diseño en la documentación de mantenimiento realizada por el fabricante del vehículo se hará mención a los siguientes aspectos.

– Montaje de ruedas, discos de freno y/o elementos de unión entre ellos. El Plan de mantenimiento establecerá para esos montajes la comprobación y cumplimiento de las medidas, tolerancias y recomendaciones que se indican en la documentación de diseño, en las que se basan los cálculos realizados. Como mínimo se consideraran las relativas a:

• Condiciones de mecanizado de las ruedas en las zonas de contacto.

• Condiciones de mecanizado de los taladros realizados en el velo.

• Condiciones de mecanizado y acabado de las zonas del disco en contacto con la rueda.

• Condiciones de montaje y reutilización de los discos de freno.

• Condiciones de montaje y reutilización de los elementos de unión entre los discos de freno y la rueda.

– Inspecciones periódicas. Debido a la complejidad de cuantificar teóricamente la influencia del montaje sobre la unión disco/rueda (ver apartado J.2.2.3 de este anexo), el fabricante del vehículo fijará en el manual de mantenimiento, basándose en experiencias en servicio documentadas de montajes similares, unas inspecciones periódicas, indicando:

• Frecuencia de inspecciones por ultrasonidos del velo de rueda.

• Procedimiento de verificación por ultrasonidos del velo de rueda

En el caso de que no existan montajes similares con experiencias en servicio comparables para determinar las frecuencias de inspección, o que mediante cálculo no pudieran establecerse dichas similitudes, se efectuarán ensayos en banco o en línea para definir las frecuencias de inspección.

El tipo de ensayo y su contenido serán objeto de un acuerdo entre el fabricante de la rueda y la entidad encargada de la certificación.