ES2228090T3 - Dispositivo de guiado de los ejes de un vehiculo ferroviario. - Google Patents
Dispositivo de guiado de los ejes de un vehiculo ferroviario.Info
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Abstract
Dispositivo de guiado de los ejes de un bogie de un vehículo ferroviario, comprendiendo al menos una articulación (1) del tipo elástico-hidráulica conectada según un eje horizontal (plano X, Y) entre una caja (9) de ejes de cada eje montado (12) de ruedas y el bastidor (8) del bogie, la articulación (1) siendo accionada por un control activo de la suspensión primaria del bogie (8) para el posicionamiento radial de los ejes (12) relativo a una curva (R) de la vía y actuando como un cilindro hidráulico (10), la articulación (1) comprendiendo un casquillo (1a) cilíndrico conteniendo un cuerpo (3) de elastómero y presentando dos cavidades (5, 6) rellenas de un fluido hidráulico, el cuerpo (3) rodeando un eje (2) central conectado al bastidor del bogie (8), estando las cavidades (5, 6) alimentadas de fluido a través de un respectivo conducto (7) interno de la articulación desde una fuente exterior (13, P, T, P) de distribución, para el desplazamiento del eje (2) en la dirección X longitudinal dela marcha hacia un lado o el otro diametralmente opuesto del casquillo (1a), siendo caracterizado en que la articulación (1, 10) tiene entre las dos cavidades (5, 6) un conducto (4) intermediario de sección determinada para la transmisión controlada del fluido entre ellas, y dichos desplazamientos longitudinales (X)(x, y) del eje (2) relativos a la articulación produciendo la deformación de las cavidades (5, 6), el paso controlado del fluido de una a otra teniendo lugar a través del conducto (4) intermediario, de una manera para proporcionar para conseguir un efecto amortiguador de los movimientos en las dos direccióones longitudinal (X, Y) de un plano horizontal (X, Y) del bogie y para obtener la adecuación de los valores de rigidez (11, 15) de la suspensión del bogie (8) correspondiente a ambas condiciones de marcha del vehículo sobre vía recta y en curva, en función de la frecuencia de la excitación.
Description
Dispositivo de guiado de los ejes de un vehículo
ferroviario.
La presente invención se relaciona con la
suspensión primaria de un vehículo ferroviario y con los
dispositivos de ajuste del posicionamiento de los ejes montados
respecto al bastidor del bogie.
La suspensión de un vehículo ferroviario está
instalada en el bogie y comprende dos etapas, primaria y
secundaria, de las cuales la suspensión primaria va conectada entre
los ejes de rodadura y el bastidor del bogie. La etapa de suspensión
primaria comprende dos tipos de elementos:
- los resortes y amortiguadores verticales para
el reparto equilibrado de la carga vertical en las ruedas de un
mismo bogie;
- un dispositivo de guiado que actúa en un plano
horizontal (X,Y) formado por las direcciones longitudinal (X) y
transversal (Y) relativas a la marcha del vehículo, y que además de
asegurar la conexión entre el bogie y los ejes, tiene la misión de
guiar los ejes de rodadura por la vía, transmitir los esfuerzos de
tracción y frenado, y estabilizar la marcha del vehículo.
Para asegurar la estabilidad de marcha del
vehículo ferroviario a velocidad alta, conviene disponer un
dispositivo de guiado o articulación de valores altos de rigidez
longitudinal y de rigidez transversal relativas a la dirección de la
marcha, tanto más cuanto mayor sea la velocidad de circulación. Por
otra parte durante la circulación en curva del vehículo, se necesita
un dispositivo de guiado cuya rigidez sea de valor bajo, en
particular el de la rigidez longitudinal, para que los ejes tengan
libertad para guiarse correctamente y para que puedan alcanzar una
posición radial. Las mejores características relativas a la rigidez
longitudinal y a la transversal de los dispositivos de guiado
conocidos, son conseguidas mediante la utilización conjunta de
elementos de elastómero y metálicos. Los valores de rigidez
requeridos en una dirección o en varias a la vez, se obtienen en
función de la forma geométrica del dispositivo y la distribución de
las partes de elastómero y de metal en el dispositivo. Los valores
de rigidez suelen ser predeterminados según el diseño de bogie, por
lo que cabe esperar que si se garantiza una buena estabilidad de
marcha, el comportamiento en curva no será el óptimo, y
viceversa.
A un dispositivo de guiado de los ejes de un
vehículo ferroviario se le debe exigir una rigidez longitudinal
variable, que pueda adquirir el valor óptimo en cualquier condición
de marcha y en función de la frecuencia de la excitación a la que se
ve sometida: a los movimientos de baja frecuencia como los que se
generan cuando el eje tiende a colocarse en posición radial a la
curva, el guiado debe responder con un módulo de rigidez baja; y a
los movimientos de alta frecuencia como los que se generan en el eje
cuando circula a velocidades altas, el guiado debe presentar un
módulo de rigidez alta. Pero la característica de rigidez variable
así determinada de los dispositivos conocidos es casi independiente
de la frecuencia de las excitaciones a las que se ve sometido el
bogie. Se conocen aplicaciones en las que el guiado de los ejes
funciona con dos valores de rigidez, uno bajo sin activación y otro
alto con activación, este último siendo obtenido cuando el vehículo
circula a velocidades superiores a un valor umbral predeterminado.
Un ejemplo de este tipo de guiado es divulgado en la publicación
EP-A-360783.
Para conseguir un dispositivo de guiado cuya
rigidez longitudinal sea sensible a la vez a la velocidad del
vehículo y a la frecuencia de la excitación, es conocido el uso de
articulaciones conformadas en forma de un casquillo cilíndrico,
provisto de dos cámaras internas de material elastómero rellenas de
un fluido hidráulico. Un ejemplo de este tipo de articulación de
rigidez variable es el divulgado en
EP-A-360783, pero esta articulación
está conectada en posición vertical en el interior del muelle
vertical de la suspensión primaria del eje montado. Aunque esta
articulación conocida es de rigidez variable, al estar acoplado al
muelle vertical no puede amortiguar por si sola las vibraciones en
las direcciones longitudinal y transversal, por lo cual debe ser
montado con un casquillo adicional provisto de una superficie
deslizante para el desacoplo de los movimientos de la suspensión
vertical. Pero la utilización de una conexión con superficies
deslizantes de las articulaciones en la suspensión provocan, o bien
holguras que afectan a la estabilidad de la marcha a gran
velocidad, o bien gripado de sus piezas que dañan el casquillo de
la articulación. La articulación del documento citado constituye una
articulación de control "pasivo" de rigidez variable, pero no
amortigua las vibraciones eficientemente al depender su
funcionamiento del estado de las superficies deslizantes. Además,
sus cámaras de fluido son cerradas sin alimentación de fluido
exterior.
Durante la circulación del vehículo en curva, es
necesario una articulación de control "activo" para la
orientación de los ejes de ruedas hasta una posición radial, es
decir cada uno de ellos debe quedar perpendicular a la tangente
respectiva del arco de la curva. Un ejemplo de articulación para
un sistema de control "activo" es uno de los divulgados en
EP-A-870664, que tiene un casquillo
cilíndrico conectado en disposición horizontal entre la caja de
grasa y el bastidor del bogie. La articulación conocida está
construida en forma de casquillo provisto de un eje central de
conexión y con dos cámaras internas rellenas de fluido, en donde
cada una de ellas tiene un conducto individual externo para la
alimentación y extracción recíproca del fluido desde una válvula de
distribución exterior, en función del tiempo. La articulación
"activa" citada trabaja como un actuador o cilindro hidráulico
del sistema de control para el guiado o auto-ajuste
de los ejes de rueda bogie en las curvas.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un dispositivo de guiado del bogie de un vehículo
ferroviario, comprendiendo una articulación elástica para el control
pasivo y el control activo de la suspensión del bogie, que está
conectado en disposición horizontal entre la caja de grasa y el
bastidor del bogie, según se define en la reivindicación 1.
Una ventaja del dispositivo de guiado conforme a
la invención es que logra aunar los efectos en la suspensión del
bogie propios de un cilindro hidráulico y de un resorte elástico.
La suspensión primaria de un bogie basado en la articulación
propuesta proporciona un comportamiento del vehículo óptimo en la
circulación por curva y en la circulación en recta.
La articulación comprende un casquillo cilíndrico
metálico conectado en disposición horizontal a la caja de grasa, y
un eje de la articulación atravesando el casquillo que es conectado
al bastidor de bogie. El casquillo está provisto de dos cavidades
estancas formando dos cámaras rellenas de un fluido hidráulico,
dispuestas simétricamente a ambos lados del eje de la articulación
en la dirección longitudinal de la marcha. Así el eje es
desplazable junto con el bastidor de bogie en la dirección diametral
del casquillo, esto es la dirección longitudinal de la marcha.
Dichas dos cavidades de fluido de la articulación están comunicadas
por un conducto interno estrecho, en donde el paso del fluido de
una cámara a la otra es dinámicamente dependiente de la frecuencia
de la excitación.
La articulación
elástico-hidráulica está concebida para ser montada
sobre la caja de grasa articulada del eje montado sin necesidad de
elementos deslizantes entre sí, esto significa sin elementos de
fricción, con lo cual se evitan las holguras en la estabilidad de
la marcha del vehículo y el riesgo de gripado que provocaría la
rotura de la articulación.
La articulación es sensible a la velocidad del
vehículo y a la frecuencia de los movimientos o excitación del
bogie, adecuando sus valores de rigidez longitudinal a la condición
de la marcha del vehículo, en recta a gran velocidad o
cuasi-estática en curva, y debido a su disposición
horizontal con respecto al bogie, está desacoplado de su movimiento
vertical y actúa únicamente en las dos direcciones del plano
horizontal (X,Y), proporcionando además un efecto combinado de
rigidez y de amortiguación de las vibraciones en dirección
longitudinal.
La articulación proporciona un guiado del eje con
un módulo de rigidez creciente con el aumento de la frecuencia de
la excitación. Es decir, la articulación se comporta con un módulo
de rigidez mayor para frecuencias de excitación altas y presenta un
módulo de rigidez muy bajo para movimientos de baja frecuencia.
Gracias a la conformación de las paredes de elastómero vulcanizadas
sobre el eje de la articulación, y a las dimensiones del conducto
de intercomunicación de las cavidades, el paso del fluido de una a
otra cavidad es controlado por la propia deformación de las
paredes, la cual es proporcional a la solicitación longitudinal de
la articulación, y por el diámetro y longitud del conducto de
intercomunicación. A medida que la frecuencia de la solicitación
aumenta, el paso del fluido de una cámara a otra disminuye y las
paredes elásticas de las cavidades ofrecen mayor resistencia a la
deformación, por lo cual el módulo de rigidez de la articulación se
vuelve mayor. En los movimientos de alta frecuencia, las cavidades
de fluido tienden a mantener inmóvil el eje de la articulación
fijado al bastidor del bogie, confiriéndole así al dispositivo una
rigidez longitudinal alta.
A la vez la articulación puede ser utilizable
como un elemento elástico del sistema de guiado activo del bogie.
Dicha articulación proporciona una rigidez longitudinal al guiado
del eje y permite un desplazamiento longitudinal controlado del eje
de la articulación relativo al casquillo fijado a la caja de grasa.
Este último efecto se consigue llenando/vaciando convenientemente el
fluido de las dos cámaras de la articulación desde el exterior.
Para su funcionamiento como actuador, el llenado/vaciado de las
cavidades es controlado por una válvula de distribución de fluido
exterior, a través de un conducto individual de cada cavidad, en
respuesta a una unidad de guiado de los ejes de ruedas.
La figura 1 es una vista en sección de una
articulación del dispositivo de guiado conforme a la invención.
La figura 2 es una vista en sección de la
articulación de la figura 1 según la línea
II-II.
La figura 3 muestra la articulación de la figura
2 en régimen dinámico de trabajo. El eje de la articulación se ha
desplazado respecto del casquillo exterior reduciendo el volumen de
una cámara y ampliando el de la otra.
Las figuras 4 y 5 son diferentes vistas mostrando
la conexión al bogie de un vehículo de la articulación de la figura
1.
La figura 6 es una representación esquemática del
dispositivo de guiado en un bogie con dos ejes montados, dotado de
articulaciones como la figura 1.
La figura 7 es una representación esquemática del
dispositivo de guiado de la figura 6, con los dos ejes montados
efectuando un giro en una curva.
En referencia a las figuras 1-7,
una realización de dispositivo de guiado de los ejes montados de un
vehículo ferroviario, comprende una pluralidad de articulaciones 1
elástico-hidráulicas cuya estructura es mostrada en
las figuras 1-3, y que son conectadas en
disposición horizontal cada una entre el bastidor 8 del bogie y una
caja de grasa articulada 9 (figuras 4-7).
En referencia a las figuras 1-5,
la estructura de una articulación 1 de guiado comprende un
casquillo 1a cilíndrico con una carcasa metálica 16 que es fijada a
una caja de grasa 9, y un eje 2 de la articulación que es conectado
en un amarre con forma de horquilla 8 del bastidor del bogie (fig.
5). El eje 2 atraviesa una amplia abertura 1b en cada extremo del
casquillo, la cual permite un desplazamiento "x" excéntrico del
eje 2 de la articulación hacia una u otra pared 16 del casquillo
1a, cuando sigue los movimientos relativos del bastidor 8 en la
dirección longitudinal X respecto a los ejes montados 12, y también
en la dirección transversal Y. Para la suspensión vertical Z, el
bogie tiene montado un muelle 17 (fig. 4) dispuesto vertical sobre
cada caja 9 de grasa y desacoplado del dispositivo de guiado.
El casquillo 1a tiene dentro conformadas
dos cavidades 5,6 rellenas de fluido, formando dos cámaras una a
cada lado del eje 2 en la dirección X diametral del casquillo
1a, interconectadas entre sí a través de un conducto interno
4, por lo que el fluido hidráulico puede circular de una a otra
cámara. Las cavidades 5,6 se han moldeado embebidas en un cuerpo 3
elastómero y conformadas con unas respectivas paredes 5a, 6a
centrales vulcanizadas alrededor del eje 2 en contacto con él. Las
cavidades 5,6 son deformables en la dirección X (fig. 3),
desplazando el eje 2 en relación con la carcasa 16 del casquillo.
El desplazamiento "x" relativo entre el eje 2 y el casquillo 1a
es acusado notablemente en los movimientos del bogie 8 de baja
frecuencia de excitación, teniendo lugar una transmisión efectiva
de fluido de una cavidad 5 a la otra cavidad 6 ó inversa, según el
signo del desplazamiento "x" del eje 12 de ruedas requerido.
Estando dichas cavidades 5,6 completamente llenas de fluido, el paso
controlado de fluido de una cavidad 5,6 a la otra a través de un
conducto 4 estrecho calibrado confiere a la articulación 1 un
efecto amortiguador que, en combinación con el proporcionado por las
paredes 5a, 6a de elastómero deformables, hacen que la articulación
adquiera un módulo de rigidez longitudinal adecuado que será para
los movimientos de alta frecuencia un módulo de rigidez alta y para
los movimientos cuasi-estáticos o de baja frecuencia
un módulo de rigidez bajo.
Como ejemplo de realización de la articulación 1
en donde el eje 2 es de diámetro entre 60-120 mm,
el conducto 4 interno de comunicación entre las cavidades 5 y 6 de
fluido (fig. 1) es un taladro de diámetro "Dp" entre
0,5-6 mm, siendo éste realizado en el eje 2 en
función de la amortiguación pretendida por la articulación 1 en el
plano horizontal X,Y. La longitud del conducto 4 taladrado es
"Lp" equivalente al diámetro del eje 2. Durante la
vulcanización del cuerpo 3 elastómero, se les ha dotado a las
paredes 5a, 6a de las cavidades de una abertura 18,19 respectiva de
empalme con cada extremo del conducto 4. Un conducto interno 4 de
intercomunicación así, es ventajoso sobre un tipo de conducto
externo de manguera o tubería rígida incorporado al casquillo 1a de
la articulación, pues no está expuesto a impactos, deformaciones o
rozamientos debidos a agentes externos, ni requiere empalmes con
racords que provocan fragilidad y pérdidas de fluido lo cual afecta
a la fiabilidad.
En referencia a las figuras 6 y 7, se ha
representado un dispositivo de guiado 1,8,9,10,12 con cuatro
articulaciones 1 iguales operando como una
articulación-cilindro 10, para el autoajuste de los
dos ejes 12 del bogie en posición radial a la curva. Cada
articulación 1 está conectada a cada caja de ejes 9 de un bogie de
dos ejes montados 12. En un ejemplo de realización cada larguero 8
de un bogie de dos ejes 12 de ruedas comprende dos
articulaciones-cilindro 10 en serie, y están
alimentadas de fluido hidráulico controladamente mediante una
válvula 13 de distribución o similar común, desde una línea de
alimentación hidráulica P (línea de presión), T (retorno al tanque).
Cada una de las cavidades 5,6 tiene un respectivo conducto 7 de
alimentación desde la válvula 13, realizado como un taladro axial
en el interior del eje 2, y que es empalmado con una
correspondiente abertura 20, 21 en las paredes 5a, 6a de las
cavidades. El conducto 7 de alimentación de cada cavidad 5,6 es
usado también inicialmente para el llenado de las cavidades 5,6 de
fluido.
La articulación-actuador 1 se
comporta a la vez como un cilindro hidráulico 10 y como un resorte
elástico 11,15 de rigidez longitudinal 15 y rigidez transversal 11.
En el caso de que ocurra un fallo en el sistema de guiado activo,
tal como la pérdida total o parcial del fluido hidráulico del
dispositivo, la articulación 1 funciona como un resorte de rigidez
Kx1 en sentido longitudinal y Ky1 en sentido transversal.
Cuando la articulación 1 actúa como un cilindro
hidráulico 10 (fig. 6-7), el dispositivo de guiado
alimentado por dos válvulas distribuidoras 13 asegura un
desplazamiento relativo "d" entre la caja de grasa 9 y el
bastidor 8, tal que los ejes 12 se posicionan en dirección radial a
la curva. Llamando R al radio de la curva de la vía, S a un
semiempate del bastidor de bogie 8 - en dirección longitudinal X- y
Lk1 a la semidistancia entre las
articulaciones-cilindro 10 en la dirección
transversal Y, los desplazamientos relativos "d" efectuados
por cada articulación son
"d" = S/R
.
Lk1
en donde "d" representa el
desplazamiento relativo individual de cada articulación 1, de signo
+ (alargamiento) en las del larguero de bogie 8 exterior a la curva,
y de signo - (acortamiento) en las del larguero 8 interior de la
curva. Este tipo de control del dispositivo de guiado es llamado de
"control por desplazamientos". Es posible también la actuación
de los dispositivo de guiado mediante un "control de fuerza",
en donde las articulaciones-cilindro 10 ejercen,
cada una, una fuerza "f" entre el casquillo 1a y su eje 2 en
cada articulación individual 1, siendo las fuerzas ejercidas durante
la circulación en
curva,
f = S/R. Lk1.
Kx1.
K,
en donde la fuerza "f" tiene
signo (+) cuando es de compresión y la articulación 1 tiende a
alargarse, y de signo (-) cuando es de tracción la articulación
tiende a comprimirse, "Kx1" el valor de rigidez longitudinal
15, y "K" un factor de proporcionalidad próximo a la unidad,
dependiente de la velocidad, de la aceleración lateral no compensada
y del radio R de la
curva.
Claims (5)
1. Dispositivo de guiado de los ejes de un bogie
de un vehículo ferroviario, comprendiendo al menos una articulación
(1) del tipo elástico-hidráulica conectada según un
eje horizontal (plano X,Y) entre una caja (9) de ejes de cada eje
montado (12) y el bastidor (8) del bogie, la articulación (1)
siendo accionada por un control activo de la suspensión primaria
del bogie (8) para el posicionamiento radial de los ejes (12)
relativo a una curva (R) de la vía y actuando como un cilindro
hidráulico (10), la articulación (1) comprendiendo un casquillo
(1a) cilíndrico conteniendo un cuerpo (3) de elastómero y
presentando dos cavidades (5,6) rellenas de un fluido hidráulico,
el cuerpo (3) rodeando un eje (2) central conectado al bastidor
del bogie (8), estando las cavidades (5,6) alimentadas de fluido a
través de un respectivo conducto (7) interno de la articulación
desde una fuente exterior (13,P,T) de distribución, para el
desplazamiento del eje (2) en la dirección X longitudinal de la
marcha hacia un lado o el otro diametralmente opuesto del casquillo
(1a), caracterizado en que la articulación (1,10) tiene
entre las dos cavidades (5,6) un conducto (4) intermediario de
sección determinada para la transmisión controlada del fluido entre
ellas, y dichos desplazamientos longitudinales (X) del eje (2)
relativos a la articulación produciendo la deformación de las
cavidades (5,6), el paso controlado del fluido de una a otra
teniendo lugar a través del conducto (4) intermediario, de una
manera para proporcionar un efecto amortiguador de los movimientos
en la dirección longitudinal (X) del bogie y para obtener la
adecuación de los valores de rigidez (11,15) de la suspensión del
bogie (8) correspondiente a ambas condiciones de marcha del vehículo
sobre vía recta y en curva, en función de la frecuencia de la
excitación.
2. Dispositivo de guiado de los ejes de un bogie
según la reivindicación 1, en donde dichas cavidades (5,6) de
elastómero se construyen mediante vulcanizado con una pared (5a,6a)
alrededor del eje (2) en contacto con él, siendo dicha pared (5a,5b)
deformable mediante la variación de la presión del fluido en el
interior de la cavidad (5,6).
3. Dispositivo de guiado de los ejes de un bogie
según la reivindicación 1, en donde dicho conducto (4) interno de
transmisión controlada del fluido entre ambas cavidades (5,6) de
una articulación (1), comprende un orificio (4) taladrado a través
del eje (2) de la articulación, de diámetro (Dp) calibrado y
longitud (Lp) predeterminada, en función de la amortiguación
pretendida para el movimiento longitudinal (X).
4. Dispositivo de guiado de los ejes de un bogie
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho
conducto (4) interno de transmisión del fluido entre ambas
cavidades (5,6) de una articulación, es de un diámetro (Dp) de
0.51-6 mm, y su longitud (Lp) de
60-120 mm.
5. Dispositivo de guiado de los ejes de un bogie
según la reivindicación 1, en donde dichos conductos (7) de
alimentación de fluido exterior de cada cavidad (5,6) de una
articulación, comprenden un orificio (7) mecanizado axialmente a
través del eje (2) de la articulación.
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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ID=8307286
Family Applications (1)
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