ES2205997B1 - Rodadura de traccion para vehiculo ferroviario con ruedas tractoras independientes desplazables, acopladas directamente a motores de traccion coaxiales. - Google Patents
Rodadura de traccion para vehiculo ferroviario con ruedas tractoras independientes desplazables, acopladas directamente a motores de traccion coaxiales.Info
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Abstract
Rodadura de tracción para vehículo ferroviario con ruedas tractoras independientes desplazables acopladas directamente a motores de tracción coaxiales, que comprende un bastidor (2), al menos un eje constituido por dos conjuntos de rodaje independientes, cada uno con una rueda (4, 4'') montada en un eje corto (5, 5'') soportado en sus extremos en sendas cajas de cojinetes (6a, 6b; 6a'', 6b'') desplazables en dicho bastidor, y un motor eléctrico de tracción (7) para cada una de dichas ruedas, montado coaxial con cada uno de dichos ejes cortos y dotado de un estator (8, 8'') asegurado a dicho bastidor de la rodadura (1) y un rotor (9, 9'') en cuyo interior está alojado un árbol de transmisión telescópico (10, 10'') conectado con dicho rotor y dicho eje corto con interposición de respectivos acoplamientos flexibles.
Description
Rodadura de tracción para vehículo ferroviario
con ruedas tractoras independientes desplazables, acopladas
directamente a motores de tracción coaxiales.
La invención se refiere a una nueva rodadura de
tracción y, más particularmente, a una rodadura monoeje con ruedas
tractoras independientes desplazables, para vehículo ferroviario,
utilizable en vías de anchos diferentes, con acoplamiento directo
entre cada motor de tracción y la rueda accionada. Específicamente,
la invención es aplicable a rodaduras TALGO® de ancho variable u
otras de diseño similar.
Como es sabido, las rodaduras TALGO® consisten en
una pareja de ruedas, cada una de ellas calada en un eje corto
alojado por sus extremos en sendas cajas de cojinetes, posicionadas
una al interior y otra al exterior respecto a la rueda y
desplazables a deslizamiento respecto al bastidor de la rodadura en
dirección perpendicular a la dirección de la marcha del tren. Estas
rodaduras van incorporadas en la unión entre dos coches
ferroviarios.
El presente sistema es un desarrollo adicional de
los trabajos realizados por la solicitante en el campo de la
construcción de material rodante destinado a circular a alta
velocidad y dotado de ruedas independientes desplazables para
adaptarse a diferentes anchos de vía.
Un ejemplo de esta tecnología lo constituye la
patente FR-A-1 558 329 de la
solicitante, en la que se describe un bogie monoeje con separación
variable entre las ruedas, que permite resolver el problema de que
un mismo bogie pueda utilizarse para circular por dos anchos de
vía diferentes, por ejemplo el habitual en España y el habitual en
Francia y otros países europeos.
En el documento
EP-A-0 802 101 se describe, por
otra parte, un conjunto de eje ferroviario que está provisto de
cambio automático de ancho de vía y que puede adaptarse a bogies
convencionales de distancia fija entre sus ruedas, con lo que un
vehículo ferroviario convencional, apto para circular por un solo
ancho de vía, pasa a ser capaz, después de adaptarle dicho conjunto
de eje ferroviario, de transitar por otro ancho de vía diferente,
por ejemplo pasando de la red ferroviaria española a la francesa, y
viceversa.
Por otra parte, la experiencia ha demostrado que
para que una composición alcance altas velocidades (superiores a
los 300 km/h) es necesario disponer de potencias de tracción
elevadas. Igualmente, para que los vehículos que circulan a esas
velocidades no produzcan agresiones inaceptables sobre la vía, es
necesario que su peso por eje sea, como máximo, de 17 Tm. Por esta
circunstancia, no es fácilmente posible que sean ejes motores
únicamente los correspondientes a las cabezas tractoras, puesto que
mediante la tracción concentrada habitual no se dispone de
suficiente peso adherente, lo que hace que se recurra a lo que se
conoce con el nombre de "tracción diseminada", es decir, a que
la totalidad o una gran parte de los ejes sean motores.
Con esta solución se consigue que todo o casi
todo el peso que gravita sobre las ruedas del vehículo sea peso
adherente, lo cual permitirá que se pueda disponer no solamente de
una potencia notablemente mayor, sino también de un esfuerzo total
significativo en las llantas de las ruedas, sin correr el riesgo de
que éstas patinen.
De acuerdo con este enfoque, ya se conocen en la
técnica intentos encaminados a conseguir que la tracción aplicada a
un tren no provenga solamente de la locomotora, sino también de
ejes motores incorporados en los coches del tren. Un ejemplo de
esto se describe en el documento
EP-A-0 825 085, que se refiere a un
bogie tractor equipado con un eje extensible dentado que va
montado entre cada par de ruedas opuestas y al que se transmite el
par de tracción generado por un motor para hacer así girar a las
ruedas.
Según la técnica conocida, la tracción diseminada
aplicada a rodaduras ferroviarias monoeje equipadas con ruedas
independientes comprende, por cada rueda, un motor eléctrico de
tracción asociado con cada rueda, que transmite su accionamiento de
manera indirecta a la rueda asociada, es decir, con intervención,
además del correspondiente árbol de transmisión, de un conjunto de
piñón (solidario de dicho árbol de transmisión) y corona dentada
(solidaria del eje de la rueda en cuestión). En una realización
alternativa conocida, puede existir una rueda dentada intermedia
engranada entre dicho piñón y dicha corona dentada.
Dicho piñón puede ser un piñón cónico y dicha
corona puede ser una corona cónica que engrane directamente con el
piñón y que va montada por la cara de dentro de la rueda, con lo
que la tracción desarrollada por el motor se aplica al extremo
interior del eje de la rueda.
En otra solución de la técnica anterior, el piñón
es un piñón recto y la corona es una corona recta que engrana con
el piñón a través de una rueda dentada intermedia recta y que va
montada por la cara de fuera de la rueda, con lo que la tracción
desarrollada por el motor se aplica al extremo exterior del eje de
la rueda.
En ambas soluciones de tracción diseminada de la
técnica anterior que se acaban de considerar, el motor de tracción
va colgado de la caja del coche con lo que, si bien se consigue una
disminución del peso suspendido, es a cambio de incrementar las
pérdidas por rozamiento en la transmisión del accionamiento de cada
motor a su rueda asociada y de aumentar también las probabilidades
de avería al introducir dicho conjunto de transmisión en el tren de
rodaje.
La presente invención ofrece, en sus dos
realizaciones preferidas, un sistema de acoplamiento directo de un
motor eléctrico de tracción a una rueda tractora independiente,
desplazable, que elimina los mecanismos de transmisión y/o
reductores de velocidad usuales en este tipo de propulsión, cuyo
sistema se caracteriza por montar el motor eléctrico de tracción,
destinado a accionar su rueda asociada, directamente en posición
coaxial con el eje geométrico del eje portador de la rueda, en
prolongación de este y hacia el interior del vehículo ferroviario,
de manera que una rodadura tipo TALGO® de la clase a la que se
refiere el invento quedará constituida por sendas ruedas
independientes, cada una de ellas montada en un eje corto soportado
a rotación, a su vez, por sus extremos en un par de cajas de
cojinetes desplazables con relación al bastidor de la rodadura en
dirección transversal a la dirección de marcha del tren, siendo
dichas cajas de cojinetes bloqueables mediante al menos un cerrojo
de enclavamiento (de forma similar a como se realiza en el sistema
TALGO de ruedas independientes desplazables) en posiciones
seleccionadas de acuerdo con el ancho de vía, estando montado cada
motor de tracción en la punta interior de dicho eje portador de la
rueda, de forma que los dos motores de un mismo eje queden
dispuestos uno junto a otro, estando montado el estator de cada uno
de dichos motores de tracción de manera fija en dicho bastidor de
la rodadura y estando conectado el rotor de cada uno de dichos
motores de tracción en toma directa con la punta interior de cada
uno de dichos ejes portadores de ruedas, mediante un árbol corto de
transmisión, telescópico.
Dicho árbol corto de transmisión, telescópico, se
encuentra en posición retraída, alojado completamente en el
interior de una cavidad axial definida en el rotor del motor de
tracción, cuando la rodadura está adaptada para recorrer una vía de
menor ancho, mientras que se encuentra en posición extendida,
parcialmente fuera de la citada cavidad de dicho rotor, cuando
dicha rodadura está adaptada para recorrer una vía de mayor
ancho.
El acoplamiento de dicho árbol corto de
transmisión, telescópico, tanto por uno de sus extremos con el
interior del rotor, como por el otro con la punta del eje portador
de la rueda, se realiza mediante correspondientes juntas tipo
cardán.
Este sistema de tracción diseminada con
acoplamiento directo entre motor de tracción y rueda puede montarse
en los dos tipos de rodadura TALGO® actualmente en uso, en la
primera de las cuales el bastidor tiene forma general de yugo, con
las ruedas alojadas en las cavidades en U invertida del bastidor
sobre las que se montan los elementos elásticos de suspensión de la
caja del coche, y en la segunda de las cuales el bastidor de la
rodadura es plano, definiendo un marco sustancialmente rectangular
cerca de cuyos extremos están dispuestas las ruedas. Para ello
únicamente es necesario variar la configuración del montaje para
fijar los motores eléctricos a dicho bastidor de la rodadura.
La invención aparece ilustrada en los dibujos
adjuntos en los que:
la Fig. 1 es una vista en alzado frontal,
esquemática, del nuevo sistema de tracción diseminada con
acoplamiento directo de acuerdo con una primera realización del
invento;
la Fig. 2a es una vista en planta, esquemática,
parcialmente en sección y a mayor escala, del sistema de tracción
representado en la Fig. 1, mostrándose sólo el conjunto
motor-eje-rueda de la parte de la
derecha de dicha Fig. 1, preparado para circular por un primer
ancho de vía;
la Fig. 2b es una vista similar a la de la Fig.
2a, pero con el conjunto
motor-eje-rueda desplazado para
circular por un segundo ancho de vía;
la Fig. 3 es una vista en planta, esquemática,
del nuevo sistema de tracción diseminada con acoplamiento directo
de acuerdo con una segunda realización del invento;
la Fig. 4a es una vista en planta esquemática,
parcialmente en sección, a mayor escala, del sistema de tracción
representado en la Fig. 3, mostrándose sólo el conjunto
motor-eje-rueda de la parte de la
derecha de dicha Fig. 3, preparado para circular por un primer
ancho de vía; y
la Fig. 4b es una vista similar a la de la Fig.
4a, pero con el conjunto
motor-eje-rueda desplazado para
circular por un segundo ancho de vía.
Refiriéndonos en primer lugar a las Figs. 1, 2a y
2b, se describirá en lo que sigue una primera realización
preferida del presente invento.
En las figuras, con 1 se indica de manera general
una rodadura de un tipo al que se refiere el invento, constituida
en este caso por un bastidor 2, sustancialmente en forma de yugo,
en cuyas plataformas superiores extremas 3, 3' están destinados a
montarse los elementos de suspensión de la caja del coche
ferroviario (no mostrados).
Esta rodadura 1 monta, en cada extremo, un
conjunto de rodaje independiente constituido por una rueda 4 (4'),
un eje 5 (5') y respectivas cajas de cojinetes exterior e interior,
6a, 6b (6a', 6b'). Cada uno de dichos conjuntos de rodaje es del
tipo desplazable respecto al bastidor 2 de la rodadura 1 en
dirección transversal a la dirección de marcha del vehículo
ferroviario y las posiciones fijas de funcionamiento de cada uno de
dichos conjuntos de rodaje respecto a dicho bastidor 2 se aseguran
en la forma usual en las rodaduras de este tipo, mediante cerrojos
movibles verticalmente (no representados).
Dado que esta rodadura con conjuntos de rodaje
independientes, desplazables y bloqueables, ha sido objeto de
varias patentes a nombre de la solicitante, no se describirá con
detalle en esta memoria, sino únicamente en la medida necesaria
para facilitar la comprensión del presente invento.
En la Fig. 1 se puede apreciar la disposición de
los dos motores de tracción 7, muy próximos entre sí y uno a cada
lado del plano longitudinal central del vehículo ferroviario,
estando constituido cada uno de dichos motores por un estator
exterior 8, 8' solidario del bastidor 2 de la rodadura 1 y un rotor
9, 9' montado a rotación en el interior de dicho estator 8, 8'.
Este rotor 9, 9' presenta una configuración especial, con una
cavidad axial 20 de gran diámetro (véanse las Figs. 2a y 2b),
abierta por uno de sus extremos y en cuya parte de fondo del
extremo ciego va acoplado interiormente, mediante una primera junta
cardán 14, un extremo de un corto árbol de transmisión 10, 10',
telescópico, cuyo otro extremo está acoplado al extremo interior
del eje 5, 5', respectivamente, mediante una segunda junta cardán
14'. Tanto la configuración específica de cada motor de tracción 7
como la disposición del árbol de transmisión 10, 10' telescópico
que conecta aquél con el eje 5, 5' de la rueda 4 asociada de la
rodadura, se comprenderán mejor al hacer referencia con mayor
detalle en lo que sigue a las Figs. 2a y 2b.
Refiriéndonos ahora a la Fig. 2a, en ella se
muestra, a mayor escala, una vista de detalle, en sección parcial,
del conjunto de rodaje 4, 5 y 6a, 6b del lado derecho de la Fig. 1.
Los elementos representados en esta figura, comunes con los de la
Fig. 1, reciben los mismos números de referencia que en
aquélla.
En esta Fig. 2a se puede apreciar la
configuración de un conjunto de rodaje que comprende una rueda 4
montada en un eje 5 soportado a rotación en cajas de cojinetes
exterior e interior, 6a, 6b, de manera que dicho conjunto pueda
desplazarse deslizando en el bastidor 2 de la rodadura en dirección
transversal a la dirección de marcha del tren, representándose la
caja de cojinetes 6b en sección parcial para ilustrar los cojinetes
12 de montaje del eje 5 que soportan el extremo interior 11 de
éste, en cuya cara extrema está montada, en 16, por ejemplo
mediante tornillos, una junta cardán 14' solidaria de un extremo
del árbol telescópico 10 de transmisión, cuyo otro extremo,
provisto de otra junta cardán 14, está asegurado en 15 al fondo de
la cavidad 20 definida en el interior del rotor 9 de un motor
eléctrico de tracción 7 cuyo estator 8 está asegurado al bastidor
2 de la rodadura 1 por cualesquiera medios conocidos (no
representados).
En la condición representada en la Fig. 2a, el
conjunto de rodaje se encuentra situado en la posición en que la
rueda 4 se encuentra más separada del plano central del vehículo
ferroviario, es decir, la que correspondería a un ancho de vía
mayor, como el usual de la Red Nacional española. En este caso, el
árbol telescópico de transmisión 10 se encuentra en condición
extendida, alojado sólo en parte en el interior del rotor 9.
En la condición del conjunto de rodaje
representada en la Fig. 2b, en la que se repiten los mismos números
de referencia, correspondiente a la posición que adoptaría la
rueda 4 cuando el vehículo circulase por una vía de ancho europeo,
se puede ver que el árbol 10 de transmisión se encuentra en
condición retraída, alojado completamente en el interior del rotor
9 del motor de tracción 7. Se puede comprobar en esta figura que el
conjunto constituido por la rueda 4, el eje 5 y las cajas de
cojinetes 6a, 6b se ha desplazado hacia la izquierda con respecto a
la condición ilustrada en la Fig. 4a. En consecuencia, el árbol
telescópico 10 se ha retraído, manteniendo en todo momento su
relación de transmisión de accionamiento directo desde el motor de
tracción 7 al eje 5.
El acoplamiento de dicho árbol de transmisión 10
mediante juntas cardán 14, 14' con el extremo interior del eje 5 de
la rueda 4 y con el rotor 9 del motor de tracción 7,
respectivamente, permite absorber las posibles desalineaciones que
se produzcan durante la marcha a alta velocidad de la rodadura 1,
con lo que se eliminan los eventuales esfuerzos a que se vería
sometida dicha transmisión en ausencia de dichos acoplamientos
flexibles.
Nos referiremos ahora a las Figs. 3 y 4a, 4b para
explicar la disposición del nuevo sistema de tracción diseminada
de acuerdo con el presente invento en una rodadura de bastidor
plano, horizontal, de acuerdo con una segunda realización preferida
del invento. En dichas figuras y para simplificar se conservan,
cuando ha sido posible, los mismos números de referencia que en las
figuras 1, 2a y 2b anteriores.
En la Fig. 3, que es una vista en planta,
esquemática, de una rodadura 100 con bastidor plano 200, se
representan los conjuntos de rodaje 4, 4'; 5, 5'; 6a, 6b y 6a',
6b' y sus motores 7 asociados, todos ellos similares a los
descritos en relación con la primera realización anterior, en la
condición de marcha por una vía de ancho tipo Red Nacional
española, con los árboles de transmisión 10, 10' en condición
extendida. En este caso, los motores de tracción 7 están dispuestos
en la abertura central prevista en el bastidor 2 a modo de marco,
en el que van montados a deslizamiento, en la forma antes descrita,
dichos conjuntos de rodaje.
Esta misma condición se ilustra con mayor detalle
en la Fig. 4a, en la que pueden apreciarse, también, las ménsulas
de montaje 30 que fijan, en el ejemplo ilustrado, el estator 8 del
motor de tracción 7 al bastidor 200 de la rodadura 100, por ejemplo
mediante tornillos.
Por último, en la Fig. 4b se muestra una vista
similar a la de la Fig. 4a, representándose el conjunto de rodadura
en la condición adaptada para marchar por una vía de ancho europeo,
con el árbol telescópico de transmisión 10 totalmente retraído y
alojado completamente en el interior del rotor 9 del motor de
tracción 7.
El proceso de paso del conjunto tractor de rodaje
de un ancho de vía a otro se realizaría sobre un cambiador de los
actualmente existentes y comprendería las acostumbradas operaciones
de:
- \bullet
- Descarga de las ruedas 4 apoyándose el eje sobre los patines de deslizamiento.
- \bullet
- Bajada de los cerrojos y desbloqueo axial de las ruedas.
- \bullet
- Traslación de las ruedas 4 al otro ancho con extensión o retracción de los árboles de transmisión 10, 10'.
- \bullet
- Bloqueo axial de las ruedas mediante la subida de los cerrojos.
- \bullet
- Apoyo de las ruedas sobre los carriles de rodadura.
A la vista de la secuencia de operaciones que
acaba de describirse, resultará evidente que el desplazamiento
axial de cada conjunto de rodaje y la consiguiente retracción o
extensión del árbol telescópico de transmisión se realiza sin que,
en ningún momento, el motor de tracción de acuerdo con el invento
deje de accionar a rotación a la rueda asociada, merced a la
disposición que se acaba de describir.
Los expertos en la materia comprenderán que en la
descripción anterior de las realizaciones actualmente preferidas
de la invención, facilitadas únicamente con fines ilustrativos,
podrán llevarse a cabo modificaciones que no dejarán de estar
dentro del alcance de la presente invención, según queda definido
por el contenido de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (4)
1. Rodadura de tracción para vehículo ferroviario
con ruedas tractoras independientes, desplazables, que
comprende:
un bastidor de la rodadura;
al menos un eje constituido por dos conjuntos de
rodaje independientes, dispuestos coaxialmente en oposición, cada
uno de los cuales comprende una rueda montada en un eje corto
portador de rueda, soportado a rotación en sus extremos en sendas
cajas de cojinetes desplazables a deslizamiento en dicho bastidor,
de forma que cada uno de dichos conjuntos de rodaje pueda moverse
como un todo en dirección transversal a la dirección de marcha del
vehículo ferroviario para ser bloqueado en una de, al menos, dos
posiciones de funcionamiento; y
un motor eléctrico de tracción para cada una de
dichas ruedas,
caracterizado porque
- cada motor eléctrico de tracción está montado coaxial con cada uno de dichos ejes cortos portadores de rueda, en el extremo del mismo dispuesto hacia el interior de dicho vehículo ferroviario;
- el estator de dicho motor eléctrico de tracción está asegurado a dicho bastidor de la rodadura;
- el rotor de dicho motor eléctrico de tracción tiene un ánima de gran diámetro que define una cavidad central, coaxial con dicho rotor y abierta por su extremo que mira hacia dicho eje corto, en cuyo interior está alojado un árbol de transmisión telescópico solidario, por uno de sus extremos, de dicho rotor del motor de tracción y unido, por su otro extremo, con dicho extremo interior de dicho eje corto portador de rueda; y
- porque dicho árbol de transmisión está conectado con dicho rotor y con dicho eje corto portador de ruda con interposición de respectivos acoplamientos flexibles.
2. Rodadura de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizada porque los motores eléctricos de tracción que
accionan los dos ejes cortos portadores de las ruedas de una misma
rodadura, están dispuestos muy próximos, uno a cada lado del plano
longitudinal central de dicho vehículo ferroviario.
3. Rodadura de acuerdo con la reivindicación 1 o
la 2, caracterizada porque en condición retraída, dicho
árbol telescópico de transmisión queda completamente alojado en el
interior de la cavidad del rotor de dicho motor eléctrico de
tracción.
4. Rodadura de acuerdo con la reivindicación 1 o
la 2, caracterizada porque en condición extendida, dicho
árbol de transmisión sobresale parcialmente de dicha cavidad del
rotor de dicho motor eléctrico de tracción.
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