ES2203569T3 - Articulacion de acoplamiento. - Google Patents

Articulacion de acoplamiento.

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ES2203569T3 ES01122227T ES01122227T ES2203569T3 ES 2203569 T3 ES2203569 T3 ES 2203569T3 ES 01122227 T ES01122227 T ES 01122227T ES 01122227 T ES01122227 T ES 01122227T ES 2203569 T3 ES2203569 T3 ES 2203569T3
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Christian Dipl.-Ing. Radewagen
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Voith Turbo Scharfenberg GmbH and Co KG
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    • B61RAILWAYS
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Abstract

Articulación de acoplamiento para unión articulada de cajas de coche (100, 10) de un vehículo compuesto de varios elementos, caracterizada porque lleva un primer brazo articulado (1) un segundo brazo articulado (3) que cooperan articuladamente por medio de un palier (5), y que lleva por lo menos un órgano destructivo disipador de energía (2, 4) proveniente de un choque trasmitido desde una caja de vagón a la caja contigua (101, 100) unida a esta última.

Description

Articulación de acoplamiento.
El invento presente se refiere a una configuración de articulaciones para unión articulada de coches de vagón de un vehículo de varios elementos con una primer brazo articulado y un segundo brazo articulado cooperando conjuntamente mediante un cojinete, con por lo menos un elemento destructivo de descomposición de energía que descompone la energía transmitida en un choque entre coches de uno de ellos al contiguo.
Para la unión de coches de un vehículo de varios elementos, como por ejemplo un vehículo ferroviario por regla general se distingue entre dos principios de acople principales distintos que se aplican según el tipo de coche. Si los coches de vagón poseen respectivamente una unidad de ruedas, entonces sirve como unión la así llamado carretón giratorio. En los tipos de coche con una unidad de dos ruedas, en la cual en cada extremo del respectivo coche de vagón se ubica una unidad de rueda, por regla se utiliza un dispositivo de acople para la unión de los coches de vagón. Tal dispositivo de acople generalmente se compone de un brazo con una hembra dispuesta en vertical que sirve para acoger desde arriba un extremo del eje asociado que está dispuesto en el extremo exterior de un brazo que sobresale en dirección longitudinal del extremo de siguiente coche de vagón. El dispositivo de acople está formado en ello de tal forma que tanto los movimientos giratorios horizontales como los verticales se pueden realizar en la hembra cuando el vehículo pasa por curvos o bien por un desnivel.
Independientemente del principio de acople respectivamente usado, en el caso de un dispositivo de acople soportado las vibraciones o golpes que durante la marcha, por ejemplo en el frenado, aparezcan pueden conducir a daños en los cojinetes de rodamiento o del extremo del eje. Para evitar estos daños es necesario eliminar la transmisión de tales golpes, vibraciones y demás. Esto se consigue preferentemente proveyendo al dispositivo de acople de unos medios de amortiguación para absorber este tipo de golpes.
Un dispositivo de unión con la características arriba descritas se conoce básicamente de la técnica inherente a los vehículos ferroviarios. La solicitud de patente europea EP 0 612 646 A1 se ocupa por ejemplo de un acople de coche vagón del tipo descrito al principio, en el que el extremo del eje asociado está alojado en un cojinete de rodamiento especial, habiéndose integrado en ello en el dispositivo de unión un cuerpo elastómero en forma de camisa como medio de amortiguación. Esta así llamada articulación de elastómero conduce a que al cojinete de rodillos se le proteja en la medida de lo posible siendo aun no obstante realizables unos ángulos de ataque horizontales entre las cajas de coche unidas.
También del documento de patente europea EP 0 771 710 se conoce un acople de coches equipado con una articulación de elastómero, habiéndose construido el acoplamiento en sus medidas exacto y hermético y con elementos mecánicos estándar.
Del documento FR-A-271649 se conoce un dispositivo de unión entre coches, especialmente un acople articulado entre vehículos ferroviarios. Este dispositivo está equipado en ello de medios de absorción de energía dispuestos entre una caja de vagón y un elemento que hace la función de acople articulado. En ello es desventajoso que en la solución conocida, especialmente en las cargas no rectas del dispositivo de unión debido al paso por curvas en cambios de vía, cuestas, desniveles o similares en la red ferroviaria, se puede llegar a obtener resultados frecuentemente no reproducibles y a priori solamente calculables de modo inexacto.
Las mismas desventajas aparecen con la articulación de acoplamiento conocida del documento US-A-2,501,958. Esta configuración articulada muestra un primer y segundo brazo articulada que cooperan conjuntamente mediante un cojinete. En ello se ha integrado en uno de los brazos articulados un elemento de amortiguación de energía que sirve para amortiguar la energía de choque que se transmite de una caja de coche a la contigua unida a esta última.
Además estos dispositivos de acoplamiento que se componen de unidades de tracción y de empuje con combinaciones de muelles de embrague y amortiguador regenerativo, cojinete esfero-elástico y soporte de elastómero son ya conocidos y por ello pertenecen al estado de la técnica. El soporte vertical del dispositivo de tracción / empuje puede efectuarse mediante resortes de acero o de goma. También es posible la integración de un dispositivo de centrado.
Los dispositivos de acoplamiento absorben tracción y empuje hasta una determinada magnitud y conducen los esfuerzos que están por encima sin amortiguar a través del soporte de caja del cojinete al chasis inferior del coche. Con ello se absorben hacia este amortiguador regenerativo los esfuerzos de tracción y de empuje que durante el funcionamiento normal de marcha aparecen entre cada una de las cajas de coche, pero al sobrepasarse la carga de utilización, por ejemplo al chocar el vehículo contra un obstáculo o al frenar este bruscamente, se destruyen o dañan eventualmente los amortiguadores regenerativos y las uniones articuladas entre cada una de las cajas de coche y no bastan en ningún caso para un consumo de la energía que les llega. Por esta razón estos amortiguadores ya no caben dentro del concepto de consumo de energía de la totalidad del vehículo, de modo que la energía de choque que les llega es transmitida directamente a la parte inferior del chasis del vehículo. En ello este es expuesto a esfuerzos extremos y en algunos casos es dañado o incluso destruido. En los vehículos ferroviarios en este caso la caja del coche corre peligro de descarrilar. En los trenes de pasajeros, especialmente en los de alta velocidad, esto llevaría inevitablemente a un grave accidente, como lo fue por ejemplo el descarrilamiento del tren ICE de alta velocidad el 3. de junio de 1998 en Eschede en la Baja Sajonia.
De cara a la creciente importancia de los sistemas de trenes de alta velocidad en el transporte de pasajeros, una comisión de la Unión Europea en el Boletín Oficial del 21. de marzo de 2001 (2001/290/EG) en el artículo 11 ha vuelto a determinar nuevos valores mecánicos límite para los vehículos. El objetivo es asegurar la protección de viajeros y personal en el caso de una colisión. Esto se debe lograr, entre otros, mediante modos de construcción en los cuales sea absorbida la energía originada por la colisión. La comisión recomienda que en la colisión sean absorbidos por lo menos 6 MJ de esta energía de colisión, debiéndose en ello absorber un 75% en la parte delantera del primer coche y el resto en las partes que sirven de enlace entres las distintas cajas de coche a lo largo de todo el tren. Esto sobrepasa en mucho los valores mecánicos límite de los dispositivos de tracción / empuje de las distintas articulaciones o bien acoplamientos entre las cajas de coche actualmente utilizadas y arriba descritas.
El invento arriba descrito se basa en la problemática de seguir desarrollando semejante configuración de articulaciones para unir articuladamente las cajas de coche de un vehículo compuesto de varios elementos que también la energía transmitida de una caja de coche a la contigua sea absorbida. Como ejemplo para un hoque extremo entra en cuestión la colisión con un obstáculo en reposo a una velocidad superior. A parte de la absorción de la energía de choque aquí producida la configuración de articulaciones debe de descomponer de manera conocida los golpes que se producen durante el funcionamiento normal como por ejemplo durante el frenado o la aceleración del vehículo, para no causar daños en los cojinetes articulados, o bien cojinetes y ruedas del chasis inferior del vehículo.
Basándose en la problemática descrita el invento tenia como objetivo desarrollar una configuración de articulaciones para la unión articulada de cajas de coche de un vehículo compuesto de varios elementos del tipo descrito al principio de tal manera que con un modo de construcción compacto y modular de una configuración articulada también pueda descomponerse de modo fiable a través de la articulación la energía de golpe transmitida de una caja de coche a una caja de coche contigua unida a esta última producida por un golpe extremo.
Este problema se soluciona en una configuración articulada para unir articuladamente cajas de coche del tipo arriba descrito habiéndose integrado el elemento de descomposición de energía sin holgura en uno de los brazos articulados.
La solución según el invento muestra una serie de ventajas importantes frente al dispositivo conocido del estado de la técnica de vehículos y arriba descrito. El elemento de descomposición de energía absorbe la energía de golpes que se transmite por golpes entre cajas de coche contiguas a través de la configuración de articulaciones. Golpes que aparecen durante el funcionamiento de marcha normal, como por ejemplo aceleraciones moderadas, pero también aquellos que se producen en situaciones extremas como por ejemplo en un choque son absorbidos en su mayor parte por el elemento de descomposición de energía. Por ello se transmite menos energía a través de la caja del cojinete al chasis inferior, con lo que por un lado se protege la configuración articulada y por el otro la totalidad del vehículo con los correspondientes pasajeros.
En ello el elemento de descomposición de energía ha sido formado de modo destructivo. Así precisamente es como - según se ha previsto en otro acondicionamiento ventajoso - la fuerza de reacción del elemento de descomposición de energía es exactamente definible y puede ajustarse a las respectivas necesidades de funcionamiento, como por ejemplo la configuración del vehículo y la velocidad predeterminada. Especialmente el presente invento y este acondicionamiento hacen posible que se pueda cumplir con los valores de límite previstos por la Unión Europea, definiendo el valor límite de la fuerza de reacción exactamente igual como lo requiere la Unión Europea.
Una ventaja del elemento de descomposición de energía consiste en que este contiene un elemento de deformación. El modo de actuación de semejante elemento de descomposición de energía se basa en que la energía del golpe producida en un choque es transformada en trabajo de deformación y calor. En ello, el elemento de deformación absorbe la energía mediante una deformación definida. En ello es un ventaja que el elemento de deformación como elemento de descomposición de energía no solamente hace posible una definición exacta de la fuerza de reacción, sino que esta fuerza de reacción también puede absorber un valor relativamente alto, lo que le sirve a la seguridad de los pasajeros como al cumplimiento de los valores predeterminados por la comisión europea.
Se indican en las sub-reivindicaciones unos acondicionamientos ventajosos del invento.
Un forma de realización ventajosa del elemento de descomposición de energía consiste en que el elemento de descomposición de energía contiene un elemento de deformación dado porque la absorción de esfuerzos se realiza sin punto de fuerza. Por lo demás la configuración articulada muestra en esta forma de realización un absorción de esfuerzos máximamente posible, ya que la curva característica de fuerza / elevación en un elemento de deformación muestra una forma rectangular.
Una realización constructiva de una integración sin holgura del elemento de deformación en la configuración de articulaciones consiste que ha sido tensado entre la placa de presión y un anillo cónico. Aquí por supuesto también cabe imaginarse otro tipo de medidas constructivas.
En una posible forma de realización de la configuración articulada se ha realizado el elemento de descomposición de energía destructivo como tubo de deformación. Los tubos de deformación han sido probados en los amortiguadores para la protección de los chasis inferiores de vehículos. De este modo, en esta forma de ejecución se puede echar mano de elementos de descomposición de energía ya conocidos, cuyo modo de trabajo ya ha sido probado con éxito facilitando así además la conversión del invento. Mediante la utilización de un tubo de deformación conocido de los amortiguadores de un chasis inferior de un vehículo es posible echar mano de componentes estándar de montaje conocidas de la técnica de vehículos, con lo que la configuración articulada del invento puede fabricarse económicamente.
Se ha revelado ser una ventaja mas que es realizable la integración según el invento de un elemento de descomposición de energía en una configuración articulada conocida del estado de la técnica, que se compone de primer brazo articulado, un segundo brazo articulado que cooperan conjuntamente articuladamente mediante un cojinete. Por esta razón no es necesario construir una articulación completa, sino que se puede echar mano de formas de realización ya probadas y desarrolladas de configuraciones articuladas estándar. También puede ser acoplada una caja de coche que muestre la configuración articulada con el elemento de descomposición de energía según el invento si mas problemas a una caja de coche tradicional, es decir con una articulación sin elemento de descomposición de energía integrado. Además se pueden seguir utilizando los medios de amortiguación elásticos conocidos del estado de la técnica, que por regla están integrados en el cojinete entre el primer y el segundo brazo articulado, para la eliminación de golpes y vibraciones que se producen en el funcionamiento normal de marcha.
En una forma de ejecución especial del invento se ha integrado el elemento de descomposición de energía mediante un perfil en una brida en la articulación. La aplicación de un perfil en combinación con una brida facilita poder re-equipar una articulación tradicional, es decir sin elemento de descomposición de energía. Mediante una sencilla modificación de la forma del perfil puede adecuarse individualmente la configuración según el invento individualmente también a cajas de coche especiales, por ejemplo un vagón especial en el tráfico por ferrocarril.
En lo siguiente se describe una forma de realización de la articulación según el invento en base a unos dibujos.
Se muestra en,
Fig. 1 una sección longitudinal horizontal de la configuración articulada según el invento con dos elementos de descomposición de energía destructivos integrados.
Fig. 2 una sección en vertical de la configuración articulada según la fig. 1 a lo largo de la línea de sección A-A.
La fig. 1 muestra una sección horizontal longitudinal de una articulación para la unión articulada de dos cajas de coche 100, 101 - no representadas - de un vehículo compuesto de varios elementos, o sea por ejemplo un vehículo ferroviario, automotor o un tranvía. La articulación muestra un primer brazo articulado 1 y un segundo brazo articulado 3 que cooperan articuladamente mediante un cojinete 5. El brazo articulado 1 está formado en ello con un ojo 19 dispuesto verticalmente que está dispuesto en una horquilla 18 en el extremo del segundo brazo articulado 3. El ojo 19 y la horquilla 18 sirven para recibir un perno 21 asociado. El perno 21 está alojado en el ojo 19 mediante un cojinete, realizado aquí en el modo de ejecución representado como cojinete esfero-elástico 5, de tal modo que está disposición de permitir los movimiento cardaneados de las cajas de coche 100, 101.
En el funcionamiento de marcha, a través del ojo 19, la horquilla 18, el cojinete 5 y el perno 21 se transmiten unos esfuerzos de tracción o bien de empuje a los perfiles 7, 9 dispuestos en ambos lados, que en la forma de ejecución descrita están realizados en forma de C, y son reconducidos al chasis inferior del vehículo (aquí no mostrado). Los esfuerzos verticales que se producen son absorbidos por el cojinete esfero- elástico 5 pretensado y son conducidos al chasis inferior del vehículo a través de los perfiles 7, 9. Los perfiles han sido pretensados con margen de juego con elementos de descomposición de energía 2, 4. Los elementos de descomposición de energía 2, 4 idénticamente construidos en la forma de realización mostrada muestran respectivamente un elemento destructivo de deformación 6, 8. Los brazos articulados 1, 3 están pretensados con holgura mediante los perfiles 7, 9 con el elemento de deformación 6, 8 a través de la placa de presión 10, 12 y el anillo cónico 14, 16.
Como ya se conoce del estado de la técnica, el cojinete esfero-elástico que está recubierto por capas de material elástico como por ejemplo la goma, sirve para en el funcionamiento normal de marcha absorber los golpes o vibraciones que se produzcan, para así evitar que se dañe la articulación, o bien el perno 21.
Los perfiles 7, 9 se unen respectivamente a través de una brida vertical 11, 13, así como respectivamente de una brida horizontal 15, 17 con la caja de coche 100, 101 (aquí no representada). Esto sucede preferentemente con la ayuda de tornillos 22, 23. Mediante una placa base 20 se une toda la configuración articulada con el carretón giratorio (no representado).
Los elementos de descomposición de energía 2, 4 tienen la tarea de descomponer al sobrepasarse una fuerza de reacción determinada, como por ejemplo eso podría ser el caso en un choque, la energía cinética (y eventualmente potencial sobre el resto de la pista) que se transmite por la respectiva articulación de caja de coche 100 a caja de coche 101, 100 mediante deformación plástica de los elementos de descomposición de energía 2, 4. En la zona de trabajo definida por debajo de la fuerza de reacción de los elementos de descomposición de energía 2, 4 el cojinete esfero-elástico 5 absorbe siguiendo el modo de trabajo conocido del estado de la técnica elásticamente los esfuerzos de tracción o de empuje, de modo que los golpes que normalmente aparecen durante la marcha son amortiguados elásticamente.
\newpage
La configuración articulada permite un movimiento cardaneado de las cajas de coche 100, 101. Estos pueden pasar dentro de los desplazamientos angulares dados en el convoy tramos curvos de vía tanto verticales como horizontales. Los esfuerzos detracción o bien de empuje producidos son absorbidos por la articulación y son transmitidos por la configuración articulada a las cajas de coche 100, 101 al carretón giratorio.
La fig. 2 muestra una sección en vertical de la articulación de la fig. 1 a lo largo de la línea de sección A-A. En base esta representación se hace evidente como el ojo 19 del primer brazo articulado 1 se encaja en la horquilla 18 del segundo brazo articulado 3, y como el cojinete esfero-elástico 5 del primer brazo articulado 1 une articuladamente el primer brazo articulado 1 con el segundo brazo articulado 3, y como el perno 21 fija mutuamente ambos brazos articulados 1, 3. n ello se ha dibujado en la fig. 2 un ángulo de aproximadamente +/- 5º, que indica la holgura de la articulación en dirección vertical. En comparación a ello en la fig. 1 se ha registrado un ángulo de +/- 30º para la holgura horizontal de la articulación.
Cabe indicar que la ejecución del invento no se limita al ejemplo de realización descrito en la fig. 1 y 2, sino que también es posible en una serie de variantes.
1
Brazo articulado
2
Elemento dispersor de energía
3
Brazo articulado
4
Elemento dispersor de energía
5
Cojinete
6
Elemento de deformación
7
Perfil
8
Elemento de deformación
9
Perfil
10
Placa de compresión
11
Brida vertical
12
Placa de compresión
13
Brida vertical
14
Anillo cónico
15
Brida horizontal
16
Anillo cónico
17
Brida horizontal
18
Horquilla
19
Hembra
20
Placa base
21
Perno
22
Tornillos
23
Brazo articulado
24
Elemento dispersor de energía
25
Brazo articulado
26
Elemento dispersor de energía
27
Cojinete
28
Elemento de deformación
29
Perfil
30
Elemento de deformación
31
Perfil
32
Placa de compresión
33
Brida vertical
34
Placa de compresión
35
Brida vertical
36
Anillo cónico
37
Brida horizontal
38
Anillo cónico
39
Brida horizontal
40
Horquilla
41
Hembra
42
Placa base
43
Perno
44
Tornillos

Claims (7)

1. Articulación de acoplamiento para unión articulada de cajas de coche (100, 10) de un vehículo compuesto de varios elementos, caracterizada porque lleva un primer brazo articulado (1) un segundo brazo articulado (3) que cooperan articuladamente por medio de un palier (5), y que lleva por lo menos un órgano destructivo disipador de energía (2, 4) proveniente de un choque trasmitido desde una caja de vagón a la caja contigua (101, 100) unida a esta última.
2. Articulación de acoplamiento según la reivindicación 1, caracterizada porque el órgano disipador de energía (2, 4) responde al exceso de una fuerza reactiva a definir.
3. Articulación de acoplamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque el órgano de disipador de energía (2, 4) comprende un elemento de deformación (6, 8).
4. Articulación de acoplamiento según la reivindicación 3, caracterizada porque el elemento de deformación está encajado entre una placa de compresión (10, 12) y un anillo cónico (14, 16).
5. Articulación de acoplamiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4 caracterizada porque el elemento de deformación (6, 8) está formado por un tubo de deformación.
6. Articulación de acoplamiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizada porque cada brazo articulado (1, 3) comprende un órgano de consumo de energía (2, 4).
7. Articulación de acoplamiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizada porque cada brazo articulado (1, 3) comprende un perfil que está conectado respectivamente por medio de una brida vertical (11, 13) y por medio de una brida horizontal (15, 17 a la caja asociada (100, 101) y que transmite la energía de choque a la estructura inferior del coche.
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