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La seguridad y fiabilidad de los sistemas ferroviarios de alta velocidad dependen en gran medida del rendimiento superior de las ruedas y los sistemas de frenado.Como componentes críticos que soportan directamente el peso del tren e interactúan con las vías, la selección de materiales, la optimización del rendimiento y la eficacia de los sistemas de frenado son fundamentales para la seguridad operativa, la eficiencia y los costos de mantenimiento.Este informe profundiza en los últimos avances en los materiales de las ruedas y los sistemas de frenos de los ferrocarriles., analiza los desafíos y oportunidades tecnológicos actuales y explora las direcciones futuras.

Las ruedas, como componentes centrales de los vehículos ferroviarios, soportan condiciones de funcionamiento extremadamente duras.Tienen que soportar la inmensa presión de las vías y las altas temperaturas generadas por el frenado por fricciónEste efecto de acoplamiento termomecánico conduce a menudo a grietas y desgaste de la superficie, lo que compromete la seguridad de la operación.La mejora de la durabilidad y fiabilidad de los materiales de las ruedas es un objetivo clave de la investigación.

En la actualidad, el acero de carbono medio a alto (con un contenido de carbono de 0,60 a 0,75%) se utiliza ampliamente para las ruedas laminadas monolíticas.la microestructura del material puede optimizarse, y la distribución interna de las tensiones residuales puede ajustarse para mejorar la resistencia a las cargas térmicas.Las ruedas laminadas monolíticas se clasifican en diferentes tipos para adaptarse a diferentes condiciones de funcionamiento y requisitos de rendimiento.

Para hacer frente a la fricción deslizante entre las bridas de las ruedas y las vías durante el recorrido curvo, son esenciales medidas de lubricación eficaces.Los laboratorios de investigación han desarrollado un material de fricción de las ruedas basado en lubricación sólida llamado "ajustadores de banda de rodadura"Este dispositivo tiene como objetivo mejorar simultáneamente la adhesión entre las ruedas y las vías, reduciendo al mismo tiempo el desgaste de las bridas, prolongando así la vida útil de las ruedas y reduciendo los costes de mantenimiento.

El freno de banda de rodadura es un método de frenado comúnmente utilizado en los vehículos ferroviarios.Al seleccionar los materiales de los bloques de freno de la banda de rodadura, deben tenerse en cuenta múltiples factores, entre los que se incluyen el coeficiente de fricción, la resistencia al desgaste, el rendimiento en lluvia o nieve, el impacto en la adhesión, el daño potencial a las bandas de rodadura y el ruido de frenado.

Dado que ningún material puede satisfacer completamente todos los requisitos, se eligen diferentes materiales de bloque de freno en función de las aplicaciones específicas.

• Bloques de freno de hierro fundido gris:El material de bloque de freno más antiguo. Aunque su rendimiento de fricción es relativamente bajo, crea una rugosidad moderada en las bandas de rodadura, mejorando la adhesión.El hierro fundido gris sigue siendo indispensable en regiones frías y montañosasLos bloques de freno de hierro fundido de aleación, reforzados con elementos adicionales, se utilizan a menudo en trenes y locomotoras rápidos.
• Bloques de freno sintéticos:Estos, compuestos principalmente de resina fenólica, ofrecen un buen rendimiento de fricción, bajas tasas de desgaste, propiedades de peso ligero y eficiencia de costos.Se han desarrollado frenos sintéticos resistentes a la nieve para condiciones húmedasAlgunos bloques sintéticos están diseñados para endurecer las bandas de rodadura, mejorando aún más la adhesión.
• Bloques de freno de aleación sinterizada:Hechos de polvos metálicos como el cobre o el hierro, estos muestran un excelente rendimiento de fricción, adaptabilidad a cualquier clima y bajas tasas de desgaste.Su rendimiento superior en condiciones húmedas los hace ideales para regiones frías.
• Agentes de control de adhesión:Aunque no son un material de frenado, estos agentes limpian las superficies de las ruedas y crean una rugosidad óptima para garantizar una fuerte adhesión.Esta tecnología está totalmente implementada en los trenes Shinkansen y ampliamente adoptada en los ferrocarriles convencionales.

Las investigaciones actuales sobre los materiales de las ruedas y los sistemas de frenos se centran en las siguientes áreas:

• Estudios del mecanismo de daño:Investigar las causas de las grietas térmicas y el desgaste cóncavo en las ruedas con frenos de banda de rodadura a través de experimentos, análisis de materiales y simulaciones numéricas,seguido de la propuesta de medidas eficaces de prevención y control.
• Nuevo desarrollo de materiales:Explorar nuevos materiales de ruedas con mayor resistencia, mejor resistencia al desgaste y estabilidad térmica superior, como aceros de aleación avanzada, compuestos o tecnologías de modificación de superficie.
• Optimización del sistema de frenado:Estudio de métodos de frenado alternativos como el frenado de corriente de redondo o el frenado regenerativo para reducir el desgaste mecánico y la tensión térmica en las ruedas.mientras mejora el diseño de los sistemas de frenado de banda de rodadura para mejorar la eficiencia y la seguridad.
• Mantenimiento inteligente:Integración de la tecnología de sensores y análisis de grandes volúmenes de datos para la supervisión en tiempo real y el mantenimiento predictivo de las ruedas y los sistemas de frenado.permitir la detección temprana de posibles problemas para prevenir accidentes y reducir costes.

El desarrollo de materiales para ruedas y sistemas de frenos ferroviarios es un esfuerzo sistemático que requiere una cuidadosa consideración de las propiedades del material, los métodos de frenado, los entornos de funcionamiento,y costes de mantenimientoLa innovación y la optimización continuas pueden mejorar significativamente la seguridad y la eficiencia del transporte ferroviario, contribuyendo al mismo tiempo a la sostenibilidad.La investigación futura hará cada vez más hincapié en la colaboración interdisciplinaria para lograr avances integrales en el rendimiento de las ruedas y los sistemas de frenos.