Autor: Steve Cox, director técnico de Sistemas de Sujeción de Pandrol

Innovación en placas de base de alta velocidad y ensamblaje robótico 

Resolución de problemas que cambia lo que es posible

El funcionamiento de los trenes de alta velocidad requiere una alineación precisa de la vía. Cuando haya la posibilidad de niveles significativos de asentamiento después de la construcción, o cuando sea probable que se produzca una actividad sísmica, habrá requisitos particularmente exigentes en el alcance y la precisión disponibles para el ajuste vertical y lateral de los rieles. Cuando la vía es una forma de vía sin balasto, normalmente todo este ajuste se debe prever en el sistema de sujeción. Debido a los cortos períodos disponibles de mantenimiento, la precisión, la facilidad y la rapidez con que se pueden hacer estos ajustes son atributos clave del sistema de sujeción.

Pandrol ha aplicado sus capacidades de diseño y desarrollo con el fin de reducir el tiempo necesario para realizar ajustes, la cantidad de piezas que deben intercambiarse y la complejidad de esta importante operación de mantenimiento.

La placa de base de Fastclip Pandrol está bien adaptada a la alta velocidad. El ajuste es un requisito fundamental y existen varios aspectos. Son todos importantes: el rango en el que se pueden hacer ajustes en la dirección vertical y lateral; la precisión con la que se puede hacer esto; la facilidad y la rapidez de los ajustes y el número y complejidad de cualquier pieza complementaria o de intercambio.

Es posible que se requiera un ajuste en la vía curva compuesta por paneles rectos cortos, ya que la posición de las sujeciones se debe desplazar claramente para lograr una alineación homogénea. Esto se aplica particularmente a la posición de la placa de base lateral y se torna más un problema cuanto más cerrada sea la curva. Las sujeciones se deben colocar con mucha precisión para lograr las estrechas tolerancias en el ancho de vía que se requieren en las vías de alta velocidad.

La placa de base Pandrol se puede ajustar de manera infinita por más de su rango lateral de +/-12 mm. Se puede ajustar hacia abajo y sujetar firmemente en posición en la ubicación exacta requerida. Las placas de base también pueden girar ligeramente en relación con el eje de la losa, de modo que cada placa de base se alinee exactamente hacia el centro de la curva de la que formará parte la losa en particular a la que está fijada. Esto significa que cada losa puede ser idéntica a las demás y que cada sujeción está configurada de forma idéntica en relación con todas las otras sujeciones en la construcción inicial de la vía. Únicamente las posiciones exactas de las placas de base colocadas en cualquier losa la diferencian de las demás losas en la vía. Entonces las losas ‘libres’ que necesitan reparación son universales y no necesitan ser construidas a propósito con las dificultades y los plazos de entrega relacionados. Ni necesitan ninguna configuración a medida de sujeción para lograr la alineación exacta de la vía.

Flexibilidad mediante la capacidad de ajuste maximizada

La placa de base Pandrol se puede ajustar de manera infinita por más de su rango lateral de +/-12 mm.

Necesidad de ajuste

Las vías férreas de alta velocidad construidas en zonas de terremotos, como en Japón y Taiwán, en el pasado han llevado a la necesidad de tener niveles relativamente altos de ajuste vertical (normalmente +50 mm) y en Londres, el requisito para HS2 es aun mayor a +70 mm. La diferencia puede no parecer grande, pero el momento de vuelco que actúa sobre la sujeción es mayor y cualquier soporte de concreto proporcionado para reaccionar a las cargas laterales está más lejos del nivel superior de pretensado o refuerzo en la losa de la base. Pandrol ha probado en detalle el nuevo requisito de ajuste de altura máxima en comparación con el requisito europeo pertinente de CEN, en el que ejecutó 3 millones de ciclos de carga con un bloque configurado para que pudiéramos probar los conjuntos adyacentes a alturas de instalación de 0 mm y +70 mm.

En las losas con bases de riel, cuando se realizan ajustes verticales, la posición lateral de la superficie del ancho del riel también cambia. Con el propósito de mantener un control de cerca del ancho de vía, es posible que los ajustes verticales impliquen que los componentes que determinan la alineación lateral se deba reemplazar, a menos que, como la placa de base Pandrol, la posición de la placa de base en sí simplemente se pueda ajustar. Un ajuste de altura de +70 mm en una inclinación de riel de 1:20 como es el caso de HS2 provoca un cambio de 7 mm en el ancho de vía, mucho mayor que el cambio de 2,5 mm que proviene de un ajuste de altura máxima de +50 mm en una vía de 1:40, como, por ejemplo, en China.

La velocidad de la construcción y el mantenimiento son importantes y el sistema de placa de base de Fastclip Pandrol permite que se utilicen máquinas para cambiar los clips entre las posiciones de estacionamiento y de instalación de la placa de base de Fastclip Pandrol para permitir el cambio de riel y el destensado. Los valores a los que se pueden aplicar y extraer los clips son excepcionalmente altos y conocidos en el Reino Unido.  Los sistemas de inspección ópticos de vías montados en los trenes que permiten verificar las posiciones y la seguridad del sistema de Fastclip sin roscas se encuentran fácilmente disponibles, y pueden funcionar a velocidades relativamente altas, normalmente hasta 160 km/h. Además de la velocidad, estos sistemas de mantenimiento y de inspección también ayudan que la mano de obra esté al tanto de todo e incremente la seguridad.

La rigidez global de la vía controla varios aspectos del comportamiento del sistema vehículo-vía, pero la mayoría de las sujeciones de vía que se usan en las líneas de alta velocidad incorporan al menos una placa de base o placa de acero, de modo que en principio pueden introducirse al menos dos capas resistentes: una por debajo y otra por encima de la placa. Incluso para una rigidez global predeterminada y especificada de toda la sujeción, la selección de la rigidez de estos dos elementos individuales puede afectar al rendimiento dinámico general.

A su vez, esto puede influir en el nivel de ruido aéreo al costado de la vía, así como en el comportamiento mecánico del sistema en respuesta a las cargas que se le aplican: rodillo para el riel, ensanchamiento dinámico del ancho de vía, etc. Esta es un área compleja en la que Pandrol cuenta con mucho conocimiento. Pero para confirmar que sus diseños brinden la mejor mitigación posible del ruido aéreo dentro de las limitaciones dadas, Pandrol está trabajando estrechamente con Institution of Sound and Vibration Research (ISVR) en Southampton para probar diferentes opciones de diseño detallado.

Futuro robotizado

La combinación universal de losas con sujeciones universales es una propuesta atractiva, pero no es nueva. Sin embargo, lo que sí es nuevo e innovador es la manera en la que Pandrol se propone a adaptar sus placas de base a las losas. Los robots se deben usar para recoger las placas de base y colocarlas en las posiciones y orientaciones exactas necesarias. De este modo, se transfiere la experiencia que la compañía ha adquirido con su uso en las líneas de producción de fabricación de clips. 

Las combinaciones de las posiciones de las placas de base en una determinada losa se pueden seleccionar con solo tocar un botón. El escaneo ayuda y confirma el posicionamiento de la placa de base y la configuración de cada losa (y cuál es cada extremo) se rotula con una etiqueta RFID que se coloca en la losa antes de que salga de la fábrica, de modo que la curva o transición en la que se debe instalar se puede retirar en cualquier momento. Esta instalación de robótica aumenta la confiabilidad y calidad de la instalación de la que depende la calidad más reciente de alineación de vías. También incrementa el valor de producción y disminuye los riesgos de demoras e interrupciones.

La instalación de robótica de las placas de base es posible en mayor parte por el hecho de que la placa de base Pandrol se puede ensamblar previamente en gran medida antes de que sea instalada en la losa de fábrica. Esto también es una ventaja cuando llega a la segunda área en la que el ajuste es esencial. Esto es para mantener la vía durante su vida útil operativa.

Una placa de base dañada se podría reemplazar como una unidad independiente. No es necesario desarmar la sujeción en la vía ni tampoco saber luego cómo ensamblarla de nuevo correctamente. Los ajustes laterales son particularmente una ventaja. La placa de base solo debe aflojarse, moverla a la posición correcta y ajustarla nuevamente. No se necesitan más piezas de repuesto ni tampoco desarmar la sujeción. Los ajustes verticales son muy simples.

Las placas de base se aflojan, cualquier otra calza necesaria se desliza en su lugar y la placa de base de ajusta nuevamente. Las calzas para ajustar la altura tienen un diseño plano muy simple y se fabrican fácilmente con los espesores exactos que se requieren. No existen peligros asociados con el ensamble de calzas de diferentes espesores en el orden incorrecto.