GENERALIDADES Y DISEÑO DE ALGUNAS TRANSMISIONES.-
1°. TRANSMISIÓN DIRECTA POR BIELAS Y DISTRIBUCIONES.-
Es el caso de las locomotoras de vapor, y que es tratado con todo detalle en la sección de construcción de locomotoras de vapor.
Se da también el caso de algunas máquinas diesel que disponen de bielas acopladas que desde el eje motor principal proporcionan tracción a otros ejes libres. También ciertas locomotoras eléctricas (normalmente del tipo cocodrilo) transfieren la potencia por medio de bielas que conectan las ruedas del eje principal con un volante de inercia en la salida del motor oculto dentro de la carrocería, de una forma análoga a las locomotoras de vapor. Estas unidades disponen también en muchos casos de bielas acopladas para unir todos los ejes, como las citadas al principio para algunas tractoras diesel.
2°. TRANSMISIÓN POR CADENAS Y PIÑONES.-
Es el sistema más común, donde el eje de salida del motor dispondrá de un piñón pequeño que mueve una cadena engarzada a su vez con otro piñón mas grande y fijo a un eje intermedio, consiguiendo de ésta forma una primera desmultiplicación.
El eje intermedio es un árbol de acero calibrado que rueda libre entre rodamientos montados en dos soportes firmemente sujetos al cuerpo de la locomotora (chasis, plancha-suelo, etc). Solidario a éste eje habrá otro piñón pequeño que moverá a su vez una segunda cadena engarzada con un último piñón mas grande alojado en uno de los ejes motores de la locomotora, obteniendo así una segunda y complementaria desmultiplicación.
El cálculo de los piñones no es crítico, y su diámetro dependerá del sitio disponible, aunque como norma básica para optimizar la desmultiplicación se suelen montar los piñones más grandes o más pequeños que el espacio permita.
Siempre es recomendable instalar tensores de cadena, especialmente en la transmisión final al eje motor. Pueden ser hechos con un pequeño brazo oscilante de acero (P. Ej. una pletina recta con dos taladros en sus extremos) sujeto por un lado a un soporte fijo que le permita oscilar, mientras que en el lado opuesto montará un patín (mejor un rodamiento giratorio) que encare y tense la cadena.
Finalmente llevará un muelle tipo pinza que obligue al brazo a presionar sobre el seno de la cadena para tensarla y absorber las holguras y sacudidas, pero permitiendo un cierto movimiento para los estirones del eje motor. El tensor deberá ir siempre bien engrasado, especialmente si es de patín. Un complemento muy aconsejable para estos montajes es intercalar dos arandelas grandes a ambos lados del rodamiento y con un diámetro superior al del propio cojinete (unos 20 ó 30 m/m), para evitar que la cadena escape por los laterales.
Comentar por último que la parte final de la transmisión solo ataca a uno de los ejes motores. Para disponer también de tracción en los demás habrá que unirlos por medio de piñones y una tercera cadena que les transmita la tracción desde el eje motor principal. Estos piñones pueden tener cualquier medida, siempre y cuando todos sean iguales, y procurando que tengan un diámetro al menos 15 ó 20 m/m. menor que el de la llanta de la rueda a fin de evitar golpes o roces con los desvíos, cruces, pasos a nivel u objetos que puedan caer en la vía.
3°. TRANSMISIÓN POR CORREAS Y POLEAS.-
Es un sistema apropiado para transmitir potencias bajas o medias, y que puede emplearse en cualquier diseño combinado con otros tipos. Tiene la desventaja de que ocupa mas espacio que otra transmisión similar, por lo que suele instalarse en modelos de 7 y ¼ pulgadas. .
Su uso más común es con algunos motores térmicos que tengan una salida con embrague centrífugo incorporado, como puede ser el caso de ciertos impulsores de ciclomotor o similares, motores baratos y de fácil y económica compra para el aficionado medio.
El montaje es similar a los anteriores, procurando que la polea a la salida del motor sea mas pequeña que su oponente. En caso de disponer de embrague centrífugo, éste se encarga de variar automáticamente los diámetros según sea la velocidad de giro del motor, siendo esencial en ese caso que pueda pivotar el eje secundario o bien el propio motor (ver sección de "Locomotoras térmicas").
Como se indicaba al inicio, normalmente hay que combinarla con otras transmisiones, utilizando en éste caso un paso final hasta el eje tractor de la locomotora por medio de piñones y cadena.
4°. TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES EN TOMA CONSTANTE.-
Es un sistema sólido, fuerte e indicado para potencias elevadas, ahorrando además mucho espacio al carecer de cadenas o poleas. El concepto es análogo a los anteriores, utilizando en éste caso solo engranajes rectos de acero de diferentes diámetros. De ésta forma se obtiene la necesaria desmultiplicación por medio de un eje intermedio similar al caso anterior, o bien por una cascada de varios engranajes montados en distintos árboles o ejes.
Puede ser un sistema muy útil para hacer una primera desmultiplicación en el caso de bogies motorizados, sobre todo en la escala de 5 pulgadas, donde el propio motor queda alojado sobre el bogie, ahorrando así un siempre escaso espacio en esos casos. Sin embargo la segunda transmisión será por medio de piñones y cadena para poder absorber el movimiento de la suspensión. Este sistema también puede utilizarse en locomotoras con ejes fijos, estando el motor alojado en el chasis.
Por los elementos utilizados (engranajes), es un tipo de transmisión que puede llegar a crear grandes reducciones en muy poco espacio. Sin embargo la mecanización, montaje y alineamiento de los distintos componentes tales como soportes, ejes intermedios, etc, deberá ser mucho mas precisa y con unas tolerancias adecuadas, ya que no existirá en ciertas partes el efecto amortiguador y de absorción que proporciona un tensor y su cadena.
Los engranajes pueden hacerse en la fresadora, pero en mucho mas recomendable diseñar el conjunto en base a la gran oferta industrial que existe.
5°. TRANSMISIÓN ARTICULADA.-
Mas que una transmisión en sí misma, se trata de un mecanismo adicional que puede aplicarse para completar cualquier tipo de transmisión mecánica en ciertas locomotoras con bogies, donde por falta de espacio, dimensiones, límites de la carrocería u otro motivo no es posible el montaje directo de motores sobre los mismos.
De hecho, los bogies necesitan tener unos márgenes de movimiento lateral para amoldarse al trazado de las vías, por lo que una transmisión rígida desde un motor alojado en el chasis es inviable.
En éste caso, y con el motor alojado dentro de la carrocería, se desmultiplica la salida con cualquier tipo de reducción, mientras que la conexión final con el bogie se hace mediante un árbol o eje con dos articulaciones (cardanes), una a la salida del motor o de la reducción, y otra a la entrada del reenvío en el bogie que puede consistir en dos engranajes rectos y/o cónicos (uno de ellos en el eje motor), o bien un tornillo sin fin sobre una corona también montada en el citado eje para poder transmitir el movimiento perpendicularmente al eje motor.
El cardan puede consistir, por ejemplo, en un clásico alargador de llaves de vaso, acoplando o soldando en sus extremos dos articulaciones estándar de la misma herramienta para compensar los movimientos laterales del bogie.
Un montaje con un tornillo sin fin tiene varias ventajas: resulta mas sencillo y económico, reduce mucho el par de giro del motor, llegando incluso a hacer innecesaria una reducción inicial, pero con el inconveniente de ser casi siempre un sistema no reversible, es decir, el motor puede mover la locomotora, pero no al revés, con lo cual ésta no podría ser remolcada.
Una forma de solucionarlo es eligiendo un sinfín con varias entradas o hélices en su rosca, además de con un ángulo adecuado en sus entradas. Con ello se obtiene una cierta reversibilidad.
Otra solución para poder remolcar la unidad sin sufrir el efecto de retención sería montando un embrague u otro mecanismo que desconecte la transmisión (piñón, leva, etc).
Éste caso no es probablemente un diseño fácil, y seguramente requerirá de un concienzudo estudio para adaptarlo a cada caso en particular, lo cual no deja de ser también un buen reto para cualquier mecánico modelista, además de poder aportar una solución en aquellos casos que por el motivo que fuere no admitan otra alternativa.
6°. TRANSMISIÓN HIDRÁULICA.-
Es aquella en la que el trasvase de la potencia y posterior accionado de los motores o mecanismos de impulsión se efectúa por medio de aceite a presión (fuerza hidráulica), aprovechando la ley física por la cual los líquidos prácticamente no pueden ser comprimidos. Debido a ello, si por ejemplo se introduce una cierta cantidad de fluido por el extremo de un tubo completamente inundado, la misma cantidad saldrá por el extremo opuesto, creando así una perfecta transmisión.
Para los menos familiarizados con el tema se tiene un referente muy común como son por ejemplo las palas excavadoras, donde sus brazos o accesorios son capaces de elevar grandes pesos o producir elevadas presiones por medio de pistones telescópicos accionados por la presión de un líquido hidráulico.
COMPONENTES BÁSICOS.-
Para el caso ferroviario a escala, el sistema está básicamente formado por los siguientes componentes:
- Un motor térmico. (La impulsión eléctrica es posible pero poco eficiente).
- Una bomba.
- Un variador.
- Motores o impulsores hidráulicos.
- Conexiones y manguitos.
- Depósito de reserva y/o retorno.
- Radiador de enfriamiento para el líquido hidráulico.
FUNCIONAMIENTO.-
El motor es el encargado de producir el trabajo, accionando una bomba alimentada desde un depósito de reserva para crear presión hidráulica sobre un líquido (aceite especial para sistemas hidráulicos). El líquido pasa entonces a un variador, mecanismo que cumple a la vez con las funciones de acelerador y de cambio de marchas, permitiendo mas o menos paso de líquido a los motores, o invirtiendo su flujo en el sentido opuesto.
Las conexiones se hacen por medio de manguitos de goma reforzada que tienen en sus extremos racores roscados para crear una perfecta conexión y hermeticidad, ya que todo el sistema fallaría o tendría perdidas de rendimiento si existiera un escape de presión, o si el circuito se viera contaminado por aire respectivamente. En el primer caso hay que eliminar el escape. En el segundo se procede a un completo purgado del aire del interior del sistema para evitar la pérdida de efectividad, ya que las burbujas si pueden ser comprimidas, con lo que el efecto hidráulico sufrirá una importante merma.
El líquido llega finalmente a los motores o impulsores hidráulicos que crean el giro para mover las ruedas de la locomotora. Éste movimiento se produce por medio de mecanismos normalmente compuestos por paletas o turbinas que son accionadas por el propio líquido a presión. Tras salir de los motores éste regresa al depósito de reserva a través de un radiador bien ventilado para reducir el incremento de la temperatura del aceite durante todo el proceso.
La ventaja de éste sistema es que la transmisión no requiere prácticamente de piezas movibles que siempre crean pérdida de energía, ruido, consumo de espacio, desgaste y rozamientos. También el de proporcionar arranques muy suaves y un efecto freno muy efectivo. Su desventaja es el precio de los componentes.
7°. TRANSMISIÓN ELÉCTRICA
Es otro tipo de transmisión no mecánica en la que de modo análogo a la hidráulica no hay mecanismos intermedios móviles, con la excepción de la transmisión final entre el impulsor y el eje motor, sea la que sea. En éste caso se emplea la corriente eléctrica como agente propulsor a través de cables eléctricos.
El funcionamiento se basa en un motor térmico que arrastra a su vez un alternador o dinamo, según sea el caso de corriente alterna o continua, creando una tensión que alimentará a unos motores eléctricos instalados directamente en los bogies.
De nuevo, y en el caso del modelismo, los componentes básicos pueden ser los siguientes:
UTILIZANDO CUALQUIER MOTOR TÉRMICO.
- EN CORRIENTE ALTERNA.
- Motor térmico.
- Alternador (salida monofásica a 220 V).
- Convertidor-variador de frecuencia industrial a 380 V.
- Motores eléctricos trifásicos.
- EN CORRIENTE CONTINUA.
- Motor térmico.
- Dinamo con salida a 12 ó 24 Volts.
Regulador-estabilizador.
- Circuito de control tipo CHOPPER.
- Potenciómetros u otros mandos de control.
- Motores eléctricos de baja tensión.
