BR102018069078B1 - Dispositivo de absorção de ruído e roda para um veículo ferroviário - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE ABSORÇÃO DE RUÍDO E RODA PARA UM VEÍCULO FERROVIÁRIO. A invenção refere-se a um dispositivo de absorção de ruído (1) para uma roda de veículo ferroviário, compreendendo pelo menos uma tira (13A, 13B) que se estende radialmente a partir de uma extremidade de conexão (15A, 15B) capaz de ser fixada na periferia da roda (3), a uma extremidade livre (17A, 17B), pelo menos uma massa de amortecimento (19A, 19B, 19C) fixada em uma face da extremidade livre (17A, 17B) da tira, afastada da extremidade de conexão (15A, 15B), em que a tira (13A, 13B) inclui pelo menos duas camadas de metal ou compósitas e pelo menos uma camada de material visco-elástico agarrada entre as duas camadas de metal ou compósitas.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de absorção de ruído para uma roda de veículo ferroviário, do tipo incluindo pelo menos uma tira que se estende radialmente a partir de uma extremidade de conexão capaz de ser presa na periferia da roda, a uma extremidade livre e pelo menos uma massa de amortecimento fixada em uma face da extremidade livre da tira, longe da extremidade de conexão.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Um tal dispositivo é conhecido no estado da técnica como um absorvedor dinâmico ou ressonador dinâmico. O dispositivo é preso na roda do veículo ferroviário usando a tira, que é geralmente anular. O ressonador dinâmico atua como um ressonador dimensionado para vibrar em uma frequência específica com base na rigidez e massa do ressonador dinâmico. O ressonador dinâmico é capaz de amortecer uma frequência específica de um modo de vibração axial da roda na origem do ranger.

[003] Este dispositivo tem uma desvantagem, uma vez que torna possível diminuir o rangido gerado pelas rodas apenas em uma banda de frequência muito estreita centrada na frequência de ressonância do ressonador dinâmico.

[004] Assim, mesmo que se multiplique o número de ressonadores dinâmicos, apenas alguns modos de vibração de roda são atenuados. Um ressonador dinâmico não torna possível amortecer os modos de vibração da roda além daqueles para os quais ela é ajustada.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[005] Um objetivo da invenção é, portanto, propor um dispositivo de absorção de ruído para uma roda de veículo ferroviário, capaz de diminuir o ranger sobre uma ampla faixa de frequências tanto em torno das frequências dos modos de baixa vibração como o conteúdo de frequência mais elevado correspondente à modos de vibração de ordem superior.

[006] Para esse fim, a invenção refere-se a um dispositivo de absorção de ruído para uma roda de veículo ferroviário do tipo acima mencionado, caracterizado pelo fato de que a tira inclui pelo menos duas camadas de metal ou compósito e pelo menos uma camada de material visco- elástico presa entre as duas camadas de metal ou compósitas.

[007] De acordo com formas de realização específicas, o dispositivo de absorção de ruído também tem uma ou várias das características abaixo, consideradas individualmente ou de acordo com todas as combinações tecnicamente possíveis: - a ou cada tira compreende pelo menos uma fenda radial que se estende sobre a extremidade livre da tira, a ou cada fenda delimitando uma pluralidade de ramificações radiais, cada ramificação radial suportando pelo menos uma massa de amortecimento fixada na sua extremidade livre; - a ou cada massa de amortecimento de cada ramificação radial tem massa e/ou posição diferente na extremidade livre da tira, de uma ramificação radial para outra; - o dispositivo inclui duas tiras paralelas fixadas uma à outra nas suas extremidades de conexão, cada tira incluindo pelo menos duas camadas paralelas de metal ou compósito e pelo menos uma camada de material visco-elástico agarrado entre as duas camadas metálicas ou compósitas; - o dispositivo tem a forma de um setor anular; - a espessura da camada visco-elástica está compreendida entre 0,05 mm e 2 mm; - a massa de amortecimento é fixada longe da extremidade de conexão da tira, liberando um espaço anular para livre movimentação da tira.

[008] A invenção também se refere a uma roda de veículo ferroviário compreendendo pelo menos um dispositivo de absorção de ruído como definido acima.

[009] De acordo com formas de realização específicas, a roda também tem uma ou várias das características abaixo, consideradas individualmente ou de acordo com todas as combinações tecnicamente possíveis: - a roda compreende uma pluralidade de dispositivos de absorção de ruído, tal como definido acima, e a espessura da tira de, pelo menos, um dos dispositivos de absorção de ruído é diferente daquela de outro dos dispositivos de absorção de ruído; - a roda compreende uma pluralidade de dispositivos de absorção de ruído, conforme definido acima, distribuídos na periferia da roda; - pelo menos uma passagem é reservada entre os dispositivos de absorção de ruído para a passagem de cabos de derivação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0010] Outras características e vantagens da invenção emergirão da descrição detalhada da mesma fornecida abaixo, para informação e não limitativamente, em referência às figuras anexas, nas quais: - A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma roda de veículo ferroviário, de acordo com a invenção, a roda incluindo quatro dispositivos de absorção de ruído, - A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um dos dispositivos de absorção de ruído da Figura 1, - A Figura 3 é uma vista em corte radial esquemática do dispositivo, de acordo com a invenção, da Figura 2.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0011] A Figura 1 mostra quatro dispositivos de absorção de ruído (1), também chamados de dispositivos anti-rangidos, fixados em uma roda de veículo ferroviário (3).

[0012] O veículo ferroviário é, por exemplo, um metrô, um bonde ou qualquer outro veículo sobre trilhos transportando passageiros ou carga.

[0013] A roda (3) com o eixo X-X compreende um pneu (5) delimitando um filamento (7) em contato com a superfície superior do trilho (não mostrado) e uma flange lateral (9), que guia a roda (3) enquanto suporta na face lateral do trilho. A flange lateral (9) se projeta radialmente e está orientada para o interior dos trilhos. A roda (3) compreende ainda um cubo (11) e é presa a um eixo ou a um fuso, seja por ajuste, ou por aparafusamento (não mostrado).

[0014] O dispositivo de absorção de ruído (1), mostrado na Figura 2, tem a forma de um setor anular.

[0015] O dispositivo de absorção de ruído (1) compreende uma tira externa (13A) e uma tira interna (13B) que se estendem radialmente a partir de uma extremidade de conexão (15A, 15B) fixada na periferia da roda (3), a uma extremidade livre (17A, 17B), orientada para o centro da roda (3)

[0016] As tiras (13A, 13B) se estendem no plano da roda, isto é, perpendicularmente ao eixo X-X da roda (3). Elas estão na forma de um setor anular e são paralelas entre si.

[0017] Cada uma das tiras (13A, 13B) inclui uma face interna e uma face externa, a face interna da tira (13A) sendo posicionada através da frente da face externa da tira (13B).

[0018] O dispositivo (1) compreende ainda massas de amortecimento (19A, 19B, 19C) fixadas nas faces interna e externa das extremidades livres (17A, 17B) das tiras (13A, 13B), afastadas das extremidades de conexão (15A, 15B).

[0019] Mais especificamente, o dispositivo (1) inclui uma primeira massa de amortecimento (19A) fixada na face externa da extremidade livre (17A), uma segunda massa de amortecimento (19B) presa entre a face interna da extremidade livre (17A) e a face externa da extremidade livre (17B) e uma terceira massa de amortecimento fixada na face interna da extremidade livre (17B).

[0020] Uma flange de fixação (23) na forma de uma porção anular, como mostrado na Figura 1, é fixada na extremidade de conexão (15A, 15B) das tiras (13A, 13B) por colagem, ou por pinos, ou por rebites (24).

[0021] A flange de fixação (23) compreende duas placas de fixação laterais (25) entre as quais as extremidades de conexão (15A, 15B) das tiras (13A, 13B) são agarradas e uma placa intermediária de fixação (29).

[0022] A placa de fixação intermediária (29) permite manter um espaçamento constante entre as duas tiras (13A, 13B) e, em particular, entre as extremidades de conexão (15A, 15B) das tiras (13A, 13B).

[0023] A flange de fixação (23) compreende piercings para receber parafusos de conexão (31) à roda (3).

[0024] A extremidade livre (17A, 17B) das tiras (13A, 13B) se estende radialmente em direção ao centro da roda (3). Ela, por exemplo, estende-se até o cubo (11) da roda (3), mas sem estar em contato com a última.

[0025] Como mostrado na Figura 3, cada tira (13A, 13B) compreende pelo menos duas camadas de metal ou compósito (33) que são paralelas entre si e pelo menos uma camada feita de material visco-elástico (35) disposto entre as referidas camadas de metal ou compósito (33).

[0026] As duas camadas de metal ou compósito (33) aderem à camada de material visco-elástico (35) sobre toda a sua superfície.

[0027] As camadas (33) são tipicamente feitas de aço, alumínio, titânio ou mesmo material compósito.

[0028] A espessura de uma camada (33) depende da rigidez desejada para a parte ressonante dinâmica do dispositivo de absorção de ruído.

[0029] Um material visco-elástico é um material que possui propriedades reológicas intermediárias entre um sólido elástico e um líquido viscoso. O comportamento de tal material depende de um tempo característico associado à restrição ou à deformação aplicada no material. Assim, em tempos curtos, por exemplo, após o impacto, o comportamento do material é elástico. Inversamente, em períodos longos, o comportamento do material é viscoso, por exemplo, quando o material está sujeito a uma tensão constante (deformação).

[0030] A camada de material visco-elástico (35) é, por exemplo, feita a partir de um polímero.

[0031] Vantajosamente, a espessura da camada visco-elástica (35) está entre 0,05 mm e 2 mm, preferivelmente entre 0,5 mm e 1,5 mm, tipicamente igual a 0,5 mm.

[0032] As tiras (13A, 13B) compreendem pelo menos uma fenda radial (37), visível na Figura 1, estendendo-se em linha com a extremidade livre (17A, 17B) das referidas tiras (13A, 13B). Cada tira (13A, 13B), então, delimita, em cada lado da dita fenda radial (37), dois ramos radiais (39).

[0033] Alternativamente, as tiras (13A, 13B) não têm fenda radial (37).

[0034] No exemplo da Figura 1, as tiras (13A, 13B) compreendem três fendas radiais (37) que delimitam quatro ramos radiais (39).

[0035] Alternativamente, o número de ramificações radiais é maior ou menor que quatro.

[0036] As massas de amortecimento (19A, 19B, 19C), por exemplo, têm uma forma de setor anular e cobrem toda a superfície das extremidades livres das tiras delimitadas pela fenda radial (37), ou pelo menos 50% da superfície das extremidades livres das tiras delimitadas pelas fendas radiais (37).

[0037] Mais geralmente, vantajosamente, para cada tira, a superfície radial da tira em contato com as massas de amortecimento é maior do que a superfície radial da tira em contato com as placas de fixação e, também a superfície radial do espaço anular (43).

[0038] As massas de amortecimento (19A, 19B, 19C) são, por exemplo, feitas de metal, tipicamente aço.

[0039] Uma pluralidade de membros de fixação (41) passa completamente através das massas de amortecimento (19A, 19B, 19C) e as tiras (13A, 13B) para montá-las em conjunto.

[0040] Alternativamente, as massas de amortecimento (19A, 19B, 19C) são coladas nas tiras (13A, 13B).

[0041] Tipicamente, as espessuras da massa intermediária (19C) e da placa intermediária de fixação (29) são idênticas.

[0042] As massas de amortecimento (19A, 19B, 19C) de cada ramificação radial (39) possuem, com vantagem, uma massa diferente de uma ramificação radial (39) para outra.

[0043] Vantajosamente, as massas de amortecimento (19A, 19B, 19C) de cada ramificação radial (39) têm uma posição diferente na extremidade livre (17A, 17B) da tira (13A, 13B) de uma ramificação radial (39) para outra.

[0044] As massas de amortecimento (19A, 19B e 19C) são fixadas longe da extremidade de conexão (15A, 15B) das tiras (13A, 13B) e da flange de fixação (23), libertando assim um espaço anular (43) para o movimento livre das tiras (13A, 13B).

[0045] O espaço anular (43) compreende assim duas ranhuras externas (43A) e internas (43B) abrindo, respectivamente, para o exterior e o interior e delimitadas entre as massas exteriores (19A) e interiores (19B), e a flange de fixação (23).

[0046] A tira externa (13A), a tira interna (13B), a placa intermediária de fixação (29) e a massa intermediária (19B) delimitam um espaço anular oco (45).

[0047] A largura radial do espaço anular (43) para movimento livre está entre 5 mm e 15 mm.

[0048] As larguras das ranhuras externas (43A) e internas (43B) são, por exemplo, idênticas.

[0049] De acordo com uma forma de realização que não é mostrada, as larguras das ranhuras externas (43A) e internas (43B) são diferentes.

[0050] Como mostrado na Figura 1, os dispositivos de absorção de ruído (1) são distribuídos vantajosamente na periferia da roda (3) de tal modo que pelo menos uma passagem (47) pode ser reservada, entre os dispositivos de absorção de ruído (1), para a passagem de cabos de derivação (49) conectando o pneu (5) da roda (3) com o eixo da roda (3).

[0051] A roda (3) aqui compreende quatro dispositivos de absorção de ruído (1) e quatro cabos de derivação (49).

[0052] Os dispositivos de absorção de ruído (1) são tipicamente fixados na roda (3) de acordo com uma distribuição periférica regular com simetria radial.

[0053] Vantajosamente, a espessura das tiras (13A, 13B) de cada dispositivo de absorção de ruído (1) da roda (3) é diferente de um dispositivo de absorção de ruído (1) para outro.

[0054] Também vantajosamente, os dispositivos de absorção de ruído (1) são idênticos por simetria radial.

[0055] O número de cabos de derivação (49) e dispositivos de absorção de ruído (1) mostrados na Figura 1 são fornecidos apenas como um exemplo.

[0056] Em uma realização alternativa, a roda (3), por exemplo, inclui um único dispositivo de absorção de ruído (1), por exemplo, formando um anel fechado.

[0057] De acordo com outra realização alternativa, a roda (3) inclui um ou vários cabos de derivação (49) dispostos em uma face da roda (3) oposta àquela que recebe os dispositivos de absorção de ruído (1).

[0058] De acordo com outra realização alternativa, o número de cabos de derivação (49) é menor ou maior do que 4 e é, por exemplo, nulo.

[0059] De acordo com outra realização alternativa, os dispositivos de absorção de ruído (1) estão posicionados em uma face interna da roda (3) e não em uma face externa da roda (3), como mostrado na Figura 1.

[0060] De acordo com outra realização alternativa, os dispositivos de absorção de ruído (1) estão ambos posicionados na face interna da roda (3) e na face externa da roda (3).

[0061] De acordo com outra realização alternativa, o dispositivo absorvente (1) inclui uma única tira ou mais de duas tiras, então o número de massas de amortecimento sendo adaptadas com base no número de tiras.

[0062] De acordo com outra realização alternativa, as tiras (13A e 13B) estão lado a lado e o dispositivo de absorção de ruído (1) não tem placa de fixação intermediária (29) e vantajosamente também a segunda massa de amortecimento (19B).

[0063] O funcionamento do dispositivo de absorção de ruído (1) de acordo com a invenção será agora descrito.

[0064] Sob o efeito das forças geradas pela rolagem em um trilho, e mais particularmente em curvas com um pequeno raio, a roda (3) vibra e causa rangido.

[0065] O dispositivo de absorção de ruído (1), de acordo com a invenção, atua como um ressonador dinâmico ou absorvedor dinâmico ajustado para vibrar a uma frequência específica que corresponde a uma frequência específica para um modo de vibração axial da roda (3).

[0066] A frequência de vibração do ressonador dinâmico é proporcional à raiz quadrada da relação entre a rigidez K do ressonador dinâmico, que age de forma semelhante a uma mola, e uma massa M formada por massas de amortecimento (19A, 19B, 19C).

[0067] A rigidez K do dispositivo (1), de acordo com a invenção, em particular, depende da rigidez de cada uma das tiras (13A, 13B), da distância entre as duas tiras (13A, 13B) e da largura do espaço anular (43) para movimento livre, isto é, a posição das massas de amortecimento (19A, 19B, 19C) na extremidade livre (17A, 17B) de cada uma das tiras (13A, 13B).

[0068] Cada ramificação radial (39) do dispositivo de absorção de ruído (1) atua assim como um ressonador dinâmico independente e torna possível amortecer uma frequência específica do ranger da roda.

[0069] Assim, o dispositivo (1) diminui as frequências específicas relacionadas com as ordens dos modos da roda (3) mais afetadas pelo ranger de uma curva.

[0070] As frequências associadas aos modos de roda superiores (frequências mais altas) são tratadas pelo amortecimento estrutural. As massas de amortecimento (19A, 19B, 19C) fixadas nas tiras (13A, 13B) vibram radialmente uma em relação à outra e cortam as camadas de material visco- elástico (35) das tiras (13A, 13B), tornando possível dissipar energia.

[0071] Assim, o dispositivo de absorção de ruído (1), de acordo com a invenção, é particularmente vantajoso, uma vez que torna possível reduzir o ranger da roda (3). De fato, atua em uma ampla faixa de frequências acoplando as vantagens do amortecimento por ressonador dinâmico e amortecimento por cisalhamento de uma camada visco-elástica.

[0072] O dispositivo (1), de acordo com a invenção, também tem a vantagem de poder ser instalado em equipamento existente e ser dimensionado com base em modos de roda particulares.

[0073] Em uma forma de realização que não é mostrada, o dispositivo de absorção de ruído compreende uma única tira. A flange de fixação compreende então apenas uma placa de fixação externa e uma placa de fixação interna que mantém a tira fixada ao pneu (5) da roda (3).

[0074] A tira compreende uma estrutura idêntica à descrita anteriormente e o dispositivo compreende então duas massas de amortecimento fixadas em cada uma das faces da extremidade livre da tira.

[0075] As formas de realização e alternativas consideradas acima podem ser combinadas umas com as outras para criar novas formas de realização da invenção.

Claims (11)

1. DISPOSITIVO DE ABSORÇÃO DE RUÍDO (1) para uma roda (3) de veículo ferroviário que compreende: - pelo menos uma tira (13A, 13B) que se estende radialmente a partir de uma extremidade de conexão (15A, 15B) capaz de ser fixada à periferia da roda (3), a uma extremidade livre (17A, 17B), - pelo menos uma massa de amortecimento (19A, 19B, 19C) fixada em uma face da extremidade livre (17A, 17B) da tira, afastada da extremidade de conexão (15A, 15B), caracterizado pela tira (13A, 13B) incluir pelo menos duas camadas de metal ou compósito (33) e pelo menos uma camada de material visco-elástico (35) agarrada entre as duas camadas metálicas ou compósitas (33).

2. DISPOSITIVO DE ABSORÇÃO DE RUÍDO (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela ou cada tira (13A, 13B) compreender pelo menos uma fenda radial (37) que se estende sobre a extremidade livre (17A, 17B) da tira (13A, 13B), a ou cada fenda radial (37) delimitando uma pluralidade de ramificações radiais (39), cada ramificação radial (39) suportando pelo menos uma massa de amortecimento (19A, 19B, 19C) fixada na sua extremidade livre (17A 17B).

3. DISPOSITIVO DE ABSORÇÃO DE RUÍDO (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela ou cada massa de amortecimento (19A, 19B, 19C) de cada ramificação radial (39) ter uma massa diferente e/ou uma posição diferente na extremidade livre (17A, 17B) da tira (13A, 13B), de uma ramificação radial (39) para outra.

4. DISPOSITIVO DE ABSORÇÃO DE RUÍDO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo dispositivo (1) incluir duas tiras paralelas (13A, 13B) presas uma à outra em suas extremidades de conexão (15A, 15B), cada tira (13A, 13B) incluindo pelo menos duas camadas paralelas de metal ou compósito (33) e pelo menos uma camada de material visco-elástico (35) agarrada entre as duas camadas metálicas ou compósitas (33).

5. DISPOSITIVO DE ABSORÇÃO DE RUÍDO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo dispositivo (1) ter a forma de um setor anular.

6. DISPOSITIVO DE ABSORÇÃO DE RUÍDO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela espessura da camada visco-elástica (35) estar compreendida entre 0,05 mm e 2 mm.

7. DISPOSITIVO DE ABSORÇÃO DE RUÍDO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela massa de amortecimento (19A, 19B, 19C) ser fixada longe da extremidade de conexão (15A, 15B) da tira (13A, 13B), liberando um espaço anular (43) para livre movimentação da tira (13A, 13B).

8. RODA (3) PARA UM VEÍCULO FERROVIÁRIO, caracterizada por compreender pelo menos um dispositivo de absorção de ruído (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

9. RODA (3) PARA UM VEÍCULO FERROVIÁRIO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pela roda compreender uma pluralidade de dispositivos absorvedores de ruído (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, e em que a espessura do a tira (13A, 13B) de pelo menos um dos dispositivos de absorção de ruído (1) é diferente daquela de outro dos dispositivos de absorção de ruído (1).

10. RODA (3) PARA UM VEÍCULO FERROVIÁRIO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizada pela roda compreender uma pluralidade de dispositivos de absorção de ruído (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, distribuídos na periferia da roda (3).

11. RODA (3) PARA UM VEÍCULO FERROVIÁRIO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por pelo menos uma passagem (47) ser reservada entre os dispositivos de absorção de ruído (1) para a passagem de cabos de derivação (49).