ES2230397T3 - Brazo de direccion para ejes de rodadura. - Google Patents
Brazo de direccion para ejes de rodadura.Info
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Abstract
Brazo de dirección de un material compuesto de plástico y fibra para dirigir un eje de rodadura de un mecanismo de traslación de un vehículo sobre carriles, especialmente de vehículos sobre carriles de alta velocidad, que presenta dos secciones terminales (11, 11¿) para la unión con momento fijo del brazo de dirección (1) por un lado al cojinete del eje de rodadura y por otro al marco-bastidor (2) del mecanismo de traslación y una sección central (12) dispuesta entre medias, con un eje longitudinal (13) más o menos dirigido en el sentido de marcha (X) y una sección transversal de forma plana al menos parcialmente en dirección vertical (Z), que se caracteriza porque el brazo de dirección (1) presenta al menos una articulación de flexión integrada (14) con un eje de flexión vertical (15).
Description
Brazo de dirección para ejes de rodadura.
La invención se refiere a un brazo de dirección
de un material compuesto por fibra y plástico para dirigir los ejes
de rodadura del mecanismo de traslación de un vehículo sobre
carriles según el preámbulo de la reivindicación 1.
El tráfico de alta velocidad de vehículos sobre
rieles incrementa considerablemente las exigencias para los
mecanismos de translación de los vehículos sobre carriles. Las
piezas de construcción utilizadas en la dirección para ejes de
rodadura de ferrocarriles de alta velocidad están expuestas a
grandes esfuerzos. A diario han de garantizar el seguro
funcionamiento durante varios años de los vehículos sobre carriles
y además deben funcionar con poco desgaste y escaso mantenimiento.
Lo decisivo para la seguridad de marcha y la comodidad es la
articulación de los ejes de rodadura con el bastidor del mecanismo
de traslación. Los brazos de dirección para ejes de rodadura en
mecanismos de traslación de vehículos sobre carriles sirven para
articular los ejes de rodadura al bastidor del mecanismo de
traslación, tanto en dirección de la marcha, como también en
transversal a la misma. La dinámica del tren requiere una rigidez
del brazo de dirección con tolerancias especialmente estrechas. La
rigidez vertical de un brazo de dirección debe ser muy baja, para
influir lo menos posible sobre la amortiguación primaria. Por lo
tanto habrá que ajustarla de forma correspondiente en relación a su
índice de elasticidad. Un requisito preferente es el mantenimiento
exacto y constante de la necesaria rigidez transversal previamente
definida, para que las propiedades dinámicas deseables del tren se
mantengan dentro de márgenes muy estrechos. La rigidez longitudinal
debe de ser lo más alta posible para grandes velocidades. Aunque
para una marcha con poco desgaste si es aconsejable una cierta
elasticidad en sentido longitudinal, para que en las curvas los
ejes de rodadura puedan adaptarse mejor a los diferentes radios de
los dos arcos de vía, con lo que disminuye el desgaste de las
ruedas. Para evitar daños por corriente eléctrica en los
rodamientos de los ejes de rodadura es oportuno que los brazos de
dirección sean de un material no conductor de corriente o que no
estén articulados en los ejes de rodadura como conductores. Por
razones de comodidad además deben tener una buena amortiguación,
para evitar en lo posible la transmisión del sonido corporal del
eje de rodadura al mecanismo de traslación y por lo tanto a la caja
del vagón.
Por el documento EP 0 363 573 A2 ya se conoce un
brazo de dirección del eje de rodadura con un módulo de construcción
de material compuesto de fibra para el bogie de un vehículo sobre
carriles, que para la dirección de los ejes de rodadura tiene forma
de muelle de láminas. Para la transmisión del momento transversal
el brazo de dirección por las secciones terminales va sujeto en
arrastre de forma y de fuerza por un lado a la caja del cojinete del
eje de rodadura y por otro al bastidor del bogie. La sección
central del módulo de construcción de material compuesto de fibra
que se extiende a lo largo de un eje horizontal del módulo, presenta
un corte en sección transversal, de forma plana en dirección
vertical al modo de un muelle de láminas. El módulo de construcción
de material compuesto de fibra del brazo de dirección es por lo
tanto elástico a la flexión en dirección vertical, pero rígido en
alto grado en dirección transversal y longitudinal. Este brazo
conocido de dirección del eje de rodadura no presenta grado alguno
de libertad rotatoria entre el brazo de dirección y la caja del
cojinete, por lo que la caja del cojinete está expuesta a
inoportunas cargas de flexión, que especialmente con los vehículos
sobre carriles de alta velocidad llegan a valores muy altos.
El objetivo de la invención estriba por lo tanto
en proporcionar un brazo de dirección del tipo inicialmente
indicado, que tenga cierto grado de libertad de giro entre el brazo
de dirección y la caja de los rodamientos.
El problema se resuelve según la invención con un
brazo de dirección de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación
1, según el cual el brazo de dirección, preferentemente en la
sección central, presenta al menos una articulación de flexión
integrada con un eje de flexión vertical. Dependiendo de los
requisitos, pueden disponerse dos o más articulaciones verticales
de flexión, distanciadas entre sí y preferentemente el brazo de
dirección según la invención dispone solo de una única articulación
de flexión. Se logra así un cierto grado de libertad rotatoria
entre el brazo de dirección y la caja del cojinete, sin tener que
montar una articulación adicional de un tipo de construcción
diferenciado. La articulación de flexión puede colocarse en
cualquier posición a lo largo del brazo de dirección, según sean
las necesidades concretas. Con la configuración en una sola pieza
del módulo de material compuesto de fibra, el brazo de dirección
según la invención se ofrece la posibilidad de ajustar con exactitud
la rigidez del brazo de dirección de los ejes de rodadura a través
de la geometría. Entonces puede realizarse la unión de los ejes de
rodadura al marco del bastidor del vehículo con una rigidez
reproducible en estrechas tolerancias y casi totalmente
independiente de la temperatura. Esto a su vez permite un aumento
de la velocidad de marcha con unos altos niveles de seguridad y
escaso desgaste de las ruedas. El brazo de dirección puede
fabricarse de forma que durante todo el periodo de funcionamiento
del vehículo sobre carriles puede considerarse seguro para el
empleo y, al contrario que con el brazo de dirección, cuyo grado de
libertad de rotación viene configurado por un casquillo de goma,
resulta casi libre de desgaste y no requiere continuos
mantenimientos o hasta tenga que cambiarse a intervalos regulares.
Con la utilización de compuestos de plástico y fibra de vidrio se
logra automáticamente el oportuno aislamiento eléctrico para evitar
daños por corriente eléctrica en los rodamientos de los ejes de
rodadura. En comparación con el acero los materiales compuestos de
plástico-fibra tienen una amortiguación del material
considerablemente más alta, por lo que el brazo de dirección según
la invención impide de forma considerable la transmisión del sonido
corporal del eje de rodadura al mecanismo de traslación y por lo
tanto a la caja del vagón, aumentando por tanto la comodidad de
viaje.
En una configuración preferida de la invención
sobre todo la sección central del brazo de dirección presenta al
menos una sección parcial con una sección transversal que se
estrecha hacia la articulación de flexión. Se refuerza así el
efecto de la suavidad de flexión en sentido vertical. El
estrechamiento de la sección transversal puede realizarse a lo
largo del eje longitudinal del brazo de dirección según el
desarrollo del momento de flexión mediante estrechamiento
progresivo del ancho horizontal. Adicional o alternativamente
también puede disminuirse progresivamente el grosor vertical de la
sección transversal en dirección a la articulación de flexión.
En una forma de realización ventajosa de la
invención la articulación de flexión está dispuesta entre dos
secciones parciales con secciones transversales estrechadas en
contrasentido. En esta versión de acabado la articulación de
flexión se sitúa preferentemente en el centro del brazo de
dirección. Con esta configuración el brazo de dirección se deforma
simétricamente, tanto con la transmisión de carga en vertical en
forma de S como con la carga transversal en horizontal en forma de
V.
En una forma de realización preferida de la
invención la articulación de flexión está configurada como un
estrechamiento horizontal en la sección transversal del brazo de
dirección. Con el estrechamiento de la sección transversal del brazo
de dirección se logra de forma muy simple una zona de mayor
suavidad de flexión sobre un eje vertical de flexión y se integra
en el brazo de dirección una articulación de flexión con eje de
flexión vertical.
En una configuración de especial preferencia de
la invención la sección transversal del brazo de dirección en la
zona de la articulación de flexión se configura plana al menos
parcialmente en la dirección transversal horizontal. Con ello
pueden volver a añadirse a la sección transversal estrechada en
horizontal de la articulación de flexión unas superficies
adicionales de sección transversal que se extienden en dirección
vertical, para así evitar el peligro de pandeo en la zona de la
articulación en la transmisión de las fuerzas longitudinales.
Como material para el brazo de dirección se ha
previsto preferentemente un material compuesto de fibra de
vidrio-plástico con fibras que discurren con
predominio unidireccional en dirección del eje longitudinal del eje
del brazo de dirección. Este material, por ejemplo de fibra de
vidrio E, resulta especialmente adecuado, pues con una baja rigidez
ofrece una resistencia muy alta a la fatiga. Con la disposición del
recorrido de la fibra se satisfacen los diversos requisitos de
rigidez en diferentes sentidos espaciales.
En una configuración ventajosa de la invención la
sección central del brazo de dirección presenta unas capas que
absorben el empuje con fibras que se cruzan en un plano horizontal
en ángulos de \pm5º a \pm60º respecto al eje longitudinal. En
este caso es aconsejable emplazar la articulación de flexión en el
centro del dispositivo de dirección y dejar suficiente sección
transversal para evitar fallos de estabilidad por pandeo. De esta
forma el brazo de dirección también puede absorber grandes fuerzas
de presión que actúan en sentido longitudinal.
En otra configuración ventajosa de la invención
las secciones terminales del brazo de dirección presentan un
predominio de fibras que discurren de manera unidireccional en
dirección del eje longitudinal y la sección central con predominio
de fibras que se cruzan en un plano vertical con un ángulo de
\pm5º a \pm60º respecto al eje longitudinal. Con esta medida se
refuerza también la sección central del brazo de dirección, de
forma que presenta una mayor resistencia a la rigidez de
flexión.
De forma ventajosa la rigidez de flexión vertical
del brazo de dirección en la zona de la articulación de flexión es
mayor que en otras zonas del brazo de dirección. Así la
articulación de flexión puede tener una sección transversal más
pequeña, o sea, por ejemplo puede estrecharse más en dirección
transversal horizontal.
En otra forma de realización de la invención de
especial preferencia en el núcleo del brazo de dirección de ha
dispuesto al menos un tubo de torsión cerrado que discurre en
dirección del eje longitudinal, realizado con capas de fibra con
fibras que se entrecruzan en un ángulo de \pm5º a \pm60º
respecto al eje longitudinal, además el brazo de dirección también
fuera del núcleo presenta fibras que predominantemente discurren en
dirección del eje longitudinal. Con la inclusión de un tubo en la
sección transversal del brazo de dirección aparte de la rigidez
transversal y longitudinal se incrementa la rigidez de torsión
sobre el eje longitudinal del brazo de dirección y se mejora por lo
tanto la carga admisible y la integridad de todo el eje de
rodadura.
En otra configuración de la invención de especial
preferencia el núcleo del brazo de dirección presenta desde una
sección terminal a la otra fibras de vidrio R o fibras de vidrio S
altamente resistentes o bien fibras de carbono altamente
resistentes o altamente rígidas. En comparación con el empleo
preferente de fibras de vidrio E con esta medida la sección
transversal del brazo de dirección al sustituirse las fibras de
vidrio por fibras altamente resistentes o rígidas, se protege
especialmente frente a fuerzas de tracción longitudinal o fuerzas de
presión.
En otra configuración preferida de la invención
se han formado engrosamientos en forma de cuña en las secciones
terminales. De este forma se asegura con arrastre de forma
adicionalmente la incidencia de fuerzas en contra de la extracción
del brazo de dirección de su encaje por el lado del
marco-bastidor o del cojinete. Según una forma de
realización alternativa de la invención se han dispuesto asas de
fijación en las secciones terminales. Una conexión de asa doble por
ejemplo resulta muy adecuada para absorber las fuerzas laterales
para una unión de momento fijo del brazo de dirección al eje de
rodadura y al marco-bastidor del mecanismo de
traslación.
A continuación se describen otras características
provechosas de la invención mediante un ejemplo de realización de un
brazo de dirección según la invención representado gráficamente,
correspondiendo
Fig. 1 a un brazo de dirección según la invención
en su ámbito de montaje,
Fig. 2 a una forma de realización del brazo de
dirección según la invención, visto en perspectiva,
Fig. 3 a una sección terminal de un brazo de
dirección según la invención en una forma de realización diferente
de la de Fig. 2.
El mecanismo de traslación o bogie de un vehículo
sobre carriles según la figura 1 para el control del eje de
rodadura presenta por ambos lados del mecanismo de traslación dos
brazos de dirección 1 dispuestos en paralelo uno encima de otro,
unidos por un lado al marco-bastidor 2 del mecanismo
de traslación y por el otro a la caja 3 del cojinete de rueda. En
los cojinetes de rueda configurados como rodamientos se apoyan los
ejes de las ruedas 4 del eje de rodadura. El
marco-bastidor 2 se apoya en el eje de rodadura a
través de un muelle primario 5 en forma de resorte helicoidal. En
paralelo al muelle primario 5 se ha dispuesto un amortiguador de
vibraciones 6 que conjuntamente caracterizan el movimiento de
muelle vertical del marco-bastidor 2 en relación al
eje de rodadura del vehículo sobre carriles. La disposición en
paralelo del brazo de dirección 1 tiene la ventaja de evitar una
carga adicional de flexión del muelle primario 5. Los brazos de
dirección 1 van encajados con momento fijo en los extremos. Las
fuerzas de tensión inciden sobre anillas tensoras 7 de un material
compuesto de fibras que actúan sobre los extremos terminales de los
dos brazos de dirección 1 superpuestos. Los brazos de dirección 1
se acuñan mediante tornillos 9 a unos tacos de acero 8 dispuestos
centralmente entre ellos, fijándolos por un lado a la caja 3 del
cojinete de ruedas y por el otro, a través de una consola 10, al
marco-bastidor 2 del mecanismo de traslación. Con
una bajada en paralelo de una de las dos sujeciones del brazo de
dirección se produce una deformación en forma de S de todo el brazo
de dirección 1. El eje longitudinal del brazo de dirección 1
discurre más o menos en sentido de la marcha X. Excepto la sección
central, la sección transversal tiene una configuración plana en la
dirección vertical Z, puesto que el brazo de dirección 1 debe ser
lo más suave posible a la flexión en dirección de la suspensión del
vehículo.
Según la figura 2, el brazo de dirección 1
presenta dos zonas terminales 11 y 11' para su unión con el eje de
rodadura y el marco-bastidor 2 del mecanismo de
traslación, así como una sección central 12 dispuesta entre medias.
A lo largo del eje longitudinal 13 del brazo de dirección 1,
dispuesta en paralelo al sentido de marcha X, se ha incluido en la
sección central 12 una articulación de flexión 14 con un eje de
flexión 15 que discurre en dirección vertical Z. La articulación de
flexión 14 tiene forma de estrechamiento horizontal 16 con sección
transversal aplanada en dirección transversal horizontal Y. De esta
forma en la zona de la articulación de flexión 14 se produce la
suavidad de flexión necesaria sobre el eje de flexión 15 y al mismo
tiempo una gran sección transversal que se extiende por el plano
X-Z, suficiente para una alta rigidez longitudinal
del brazo de dirección 1. A ambos lados de la articulación de
flexión 14 se añaden en dirección longitudinal 13 las secciones
parciales 17 y 17', en las que el brazo de dirección 1 presenta una
sección transversal que se va estrechando en dirección a la
articulación de flexión 14. Este estrechamiento de sección se logra
mediante un grosor de construcción en disminución tanto en
dirección Z como también en dirección Y, según corresponda al
desarrollo del momento de flexión que se produce en el
funcionamiento. En las secciones terminales 11 y 11' se han
configurado unos engrosamientos en forma de cuña 18 y 18', de forma
que el encaje de momento fijo del brazo de dirección 1 no se debe
únicamente al arrastre de fuerza causado por la tensión, sino
adicionalmente también a un arrastre de forma.
Alternativamente y según la figura 3 pueden
disponerse en la zona terminal 11 del brazo de dirección 1 dos asas
de sujeción 19. Esta unión doble por asas es muy adecuada para la
absorción de fuerzas transversales y laterales y los momentos de
flexión resultantes.
Claims (13)
1. Brazo de dirección de un material compuesto de
plástico y fibra para dirigir un eje de rodadura de un mecanismo de
traslación de un vehículo sobre carriles, especialmente de
vehículos sobre carriles de alta velocidad, que presenta dos
secciones terminales (11, 11') para la unión con momento fijo del
brazo de dirección (1) por un lado al cojinete del eje de rodadura y
por otro al marco-bastidor (2) del mecanismo de
traslación y una sección central (12) dispuesta entre medias, con
un eje longitudinal (13) más o menos dirigido en el sentido de
marcha (X) y una sección transversal de forma plana al menos
parcialmente en dirección vertical (Z), que se caracteriza
porque el brazo de dirección (1) presenta al menos una articulación
de flexión integrada (14) con un eje de flexión vertical (15).
2. Brazo de dirección según la reivindicación 1,
que se caracteriza porque la sección central (12) presenta
al menos una sección parcial (17, 17') con sección transversal que
se va estrechando hacia la articulación de flexión (14).
3. Brazo de dirección (1) según la reivindicación
1 ó 2, que se caracteriza porque la articulación de flexión
(14) se ha dispuesto entre dos secciones parciales (17, 17') con
secciones transversales que se estrechan en contrasentido.
4. Brazo de dirección según alguna de las
reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza porque la
articulación de flexión (14) está configurada como un
estrechamiento (16) horizontal en la sección transversal del brazo
de dirección.
5. Brazo de dirección según alguna de las
reivindicaciones 1 a 4, que se caracteriza porque la sección
transversal del brazo de dirección (1) en la zona de la
articulación de flexión (14) al menos en parte en sentido
transversal horizontal (Y) tiene forma aplanada.
6. Brazo de dirección según alguna de las
reivindicaciones 1 a 5, que se caracteriza porque como
material para el brazo de dirección (1) se ha previsto un material
compuesto de plástico y fibra de vidrio con fibras que discurren
predominantemente unidireccionalmente en sentido del eje
longitudinal (13).
7. Brazo de dirección según alguna de las
reivindicaciones 1 a 6, que se caracteriza porque la sección
central (12) del brazo de dirección (1) presenta capas de absorción
del empuje con fibras que se entrecruzan en un ángulo de \pm5º a
\pm 60º respecto al eje longitudinal (13).
8. Brazo de dirección según alguna de las
reivindicaciones 1 a 7, que se caracteriza porque las
secciones terminales (11, 11') del brazo de dirección (1) con
fibras que discurren predominantemente en dirección unidireccional
al eje longitudinal (13), mientras que la sección central (12)
presenta predominantemente fibras que se entrecruzan entre sí en un
ángulo de \pm 5º a \pm 60º respecto al eje longitudinal
(13).
9. Brazo de dirección según alguna de las
reivindicaciones 1 a 8, que se caracteriza porque la rigidez
de flexión vertical del brazo de dirección (1) en la zona de la
articulación de flexión (14) es mayor que en las demás zonas del
brazo de dirección.
10. Brazo de dirección según alguna de las
reivindicaciones 1 a 9, que se caracteriza porque en el
núcleo del brazo de dirección (1) se ha dispuesto al menos un tubo
de torsión cerrado que discurre en dirección del eje longitudinal
(13) y que consta de capas de fibras que se entrecruzan con un
ángulo de \pm 5º a \pm60º respecto al eje longitudinal (13) y
porque el brazo de dirección (1) fuera del núcleo presenta fibras
que discurren predominantemente en dirección del eje longitudinal
(13).
11. Brazo de dirección según alguna de las
reivindicaciones 1 a 10, que se caracteriza porque el núcleo
del brazo de dirección (1) desde un sección terminal (11) hasta la
otra sección terminal (11') presenta de corrido fibras de vidrio R
o fibras de vidrio S altamente resistentes o bien fibras de carbono
altamente rígidas.
12. Brazo de dirección según alguna de las
reivindicaciones 1 a 11, que se caracteriza porque en las
secciones terminales (11, 11') se han conformado unos
engrosamientos en forma de cuña (18, 18').
13. Brazo de dirección según alguna de las
reivindicaciones 1 a 12, que se caracteriza porque en las
secciones terminales (11) se han formado asas de sujeción (19).
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