ES2276848T3 - Suspension de balancin. - Google Patents

Abstract

Balancín para un pantógrafo de vehículos accionados eléctricamente, en particular de vehículos ferroviarios, con un armazón (1) que presenta barras de contacto (11), que se apoya a través de un dispositivo de suspensión (2, 2'') en un árbol superior (3), estando montado el árbol superior (3) de forma rotatoria en un tubo superior para la conexión con un bastidor del pantógrafo, y presentando el dispositivo de suspensión (2, 2'') un resorte de torsión (23, 23'') unido fijo a rotación con el árbol superior, así como palancas (25, 25''), que están unidas fijas a rotación en un extremo con el resorte de torsión (23, 23'') y unidas de forma articulada en su otro extremo con el mismo lado del armazón (1), caracterizado porque el armazón (1) presenta un elemento de soporte (12, 12'') que une las barras de contacto (11) en el que están articuladas las palancas (25, 25'').

Description

Suspensión de balancín.

La invención se refiere a un balancín para un pantógrafo según el preámbulo de la reivindicación 1.

El documento DE 36 11 940 A1 da a conocer un semipantógrafo de brazo para vehículos tractores eléctricos con un doble arco que soporta barras de contacto. Las piezas de contacto del doble arco forman con dos arcos de retención fijados de forma rígida en los dos extremos un armazón que está amortiguado a través de elementos de suspensión de doble goma o muelles de hojas en el tubo superior del brazo superior de tijera, de forma que el plano, en el que tiene lugar el movimiento elástico, se encuentra transversal respecto a la dirección de marcha. El arco de retención construido comparablemente grande ocasiona a altas velocidades fuerzas y momentos aerodinámicos desfavorables en el plano de suspensión debido a su gran superficie y la gran distancia respecto a los puntos de giro de la suspensión.

Del documento DE 42 19 112 A1 se conoce un pantógrafo para vehículos accionados eléctricamente que presenta un balancín de cuadro, que soporta una barra de contacto, que está fijado mediante elementos de tracción a través de un tubo superior en el brazo superior de un bastidor de pantógrafo. Entre el tubo superior y las esquinas del armazón se encuentra respectivamente un elemento de tracción, por ejemplo, un resorte helicoidal que está pretensado a través de una barra de presión del armazón y está ajustado contra ésta. Pretensión y ángulo de ajuste de los elementos de tracción determinan la rigidez de la suspensión en las tres direcciones espaciales.

El documento 196 08 202 A1 da a conocer un balancín para pantógrafos de vehículos motores eléctricos con un armazón que une dos piezas de contacto y con una construcción de guía que une de forma móvil el armazón con la construcción de tubo superior del pantógrafo, que se forma por dos elementos de biela. Los elementos de biela que guían el balancín están montados respectivamente de forma pivotante con manguitos de goma - metal, por un lado en la construcción de tubo superior, y por otro lado en el armazón. Para la realización de la función elástica del balancín están previstos por la construcción de guía muelles de hojas acoplados que se apoyan sobre la construcción de tubo superior.

El documento DE 196 48 787 C1 muestra un balancín para un pantógrafo de vehículos accionados eléctricamente, estando realizado el balancín como balancín de cuadro con dos piezas de contacto que discurren paralelamente una respecto al a otra transversalmente respecto al eje longitudinal del vehículo, unidas entre sí por dos elementos de soporte que discurre paralelamente uno respecto al otro en la dirección longitudinal del vehículo. El balancín presenta un árbol superior para la conexión con un brazo superior o la tijera superior del pantógrafo. Entre el árbol superior y los elementos de soporte están previstos dos arcos de ballesta que discurren en forma de U, cuyo lado en U señala transversalmente y cuyo arco en U longitudinalmente respecto a la dirección longitudinal del vehículo. Los arcos de ballesta están unidos por un lado con travesaños de sujeción montados rígidamente en el árbol superior, y por otro lado con uno de los elementos de soporte.

El documento DE 249 677 A1 se refiere además a un balancín para un pantógrafo con un armazón que soporta las correspondientes piezas de contacto. La suspensión del armazón y por consiguiente de las piezas de contacto se realiza a través de dos palancas que actúan en dos lados diferentes del armazón, que están unidas en sus otros respectivos extremos con un resorte de torsión unido fijo a rotación con el árbol superior.

Los balancines ya conocidos para pantógrafos presentan dispositivos de suspensión que están fuertemente influenciados por el viento en contra. Según la forma constructiva y la orientación del dispositivo de suspensión son posibles movimientos de suspensión en parte también en la dirección de marcha, de forma que se realiza un desplazamiento horizontal del balancín a causa del viento en contra; por ello se limita la libertad de movimiento del balancín. A velocidades elevadas de marcha los dispositivos de suspensión conocidos muestran en parte una característica elástica indefinida, así como un desgaste considerable en las suspensiones.

La invención tiene el objetivo de proporcionar un balancín para un pantógrafo que con un montaje sencillo, utilizable de forma flexible también en el funcionamiento a alta velocidad garantice una pequeña influencia de las cargas aerodinámicas sobre el contacto respecto al hilo de contacto.

El objetivo se resuelve según la invención con un balancín según la reivindicación 1.

El dispositivo de suspensión presenta un resorte de torsión. Por el pequeño volumen construido de un resorte de torsión se hace realidad de forma ventajosa un método constructivo favorable aerodinámicamente. Por la elección del material y configuración de la sección transversal del resorte de torsión puede conseguirse una rigidez definida. En los resortes de torsión aparecen comparablemente pequeños valores de fricción de forma que el efecto de histéresis puede mantenerse muy pequeño por descarga del resorte de torsión.

En una realización preferida de la invención el resorte de torsión presenta un eje de torsión que discurre en la dirección de marcha. Por ello puede mantenerse muy pequeña la resistencia al viento del dispositivo de suspensión, lo que es especialmente ventajoso a elevadas velocidades de marcha.

En una forma de realización ventajosa de la invención el resorte de torsión está realizado como barra redonda o perfilada, preferiblemente barra hexagonal, con módulo de torsión definido. Barras semejantes pueden disponerse en diferentes materiales y con suficiente exactitud en la fabricación y con propiedades mecánicas conocidas, como módulo de torsión. Evidentemente se pueden elegir también otras barras perfiladas, por ejemplo, con secciones transversales poligonales, en forma de U o H.

En una forma de realización preferida de la invención el dispositivo de suspensión presenta una pieza de sujeción que está fijada en un extremo al árbol superior y en la que el resorte de torsión está montado fijo a rotación en el otro extremo. Por ello se consigue una conexión mecánica entre el árbol superior y el resorte de torsión, con la que puede regularse la distancia del eje de torsión del eje de árbol superior y por consiguiente puede fijarse el momento de inercia del balancín alrededor del eje de árbol supe-
rior.

El resorte de torsión está montado preferiblemente fijo a rotación en la pieza de sujeción por complementariedad de forma o por fricción.

En una realización ventajosa de la invención el dispositivo de suspensión presenta palancas que están unidas fijas a rotación con el resorte de torsión a una distancia predeterminada de la pieza de sujeción y de forma articulada con el armazón. En caso de una fuerza vertical determinada, registrada a través de las barras de contacto puede variarse el momento de giro sobre el resorte de torsión por la longitud de la palanca. El resorte de torsión se giro por una carga entre el punto de fijación de la palanca y el punto de fijación de la pieza de sujeción. Cuanto mayor se elija la distancia entre estos dos puntos de fijación mayor será el ángulo de torsión, dentro de esto existe una característica elástica lineal, y mayor es el recorrido vertical del resorte para las barras de contacto.

El dispositivo de suspensión presenta preferiblemente dos palancas orientadas en paralelo que están unidas por un elemento de refuerzo. Mediante la fijación de las dos palancas al resorte de torsión a la misma distancia a ambos lados de la pieza de sujeción se consigue una construcción simétrica respecto al eje del árbol superior, y se garantiza una suspensión libre de momento respecto a las fuerzas verticales. En el caso de carga se giran en sentido contrario los segmentos del resorte de torsión a ambos lados de la pieza de sujeción. El elemento de refuerzo que une las palancas impide además la solicitación a flexión sobre el resorte de torsión.

En una forma de realización especialmente preferida de la invención el dispositivo de suspensión presenta un tubo de protección en el que está dispuesto el resorte de torsión. El tubo de protección ofrece una protección mecánica de apantallamiento frente a los deterioros y/o bloqueos del resorte de torsión, por ejemplo, por golpes con piedras, golpes contra pájaros y hielo, de forma que la función del resorte de torsión no se perjudica por acontecimientos semejantes. Además, el tubo de protección puede alojar cojinetes para el resorte de torsión.

En una forma de realización especialmente preferida de la invención el balancín presenta dos dispositivos de suspensión que están dispuestos simétricamente respecto al plano medio longitudinal del vehículo. En esta forma de realización está fijada en los dos extremos del árbol superior cada vez una pieza de sujeción de los dispositivos de suspensión iguales constructivamente, de forma que se produce en conjunto un montaje simétrico aerodinámicamente del balancín. Gracias a una distribución de la carga sobre los dos dispositivos de suspensión, los resortes de torsión y las palancas pueden realizarse correspondientemente más pequeños o dimensionarse menos resisten-
tes.

Ventajosamente presenta el armazón dos elementos de soporte, que unen las barras de contacto, en los que están articuladas respectivamente las palancas de uno de los dos dispositivos de suspensión. Mediante los elementos de soporte se origina un armazón estable de balancín con distancias variables de barras de contacto. En los elementos de soporte están fijadas de forma rotatoria las palancas del dispositivo de suspensión, de forma que durante los movimientos elásticos verticales los elementos de soporte del balancín no deben girarse sobre sí mismos.

En una variante ventajosa de la invención está unido fijo a rotación uno de los dos elementos de soporte y de forma rotatoria el otro elemento de soporte con las barras de contacto. Por ello puede compensarse también un pequeño cambio de distancia, que aparece en el movimiento elástico, de los puntos de articulación de la palanca en los elementos de soporte entre los dos dispositivos de suspensión.

Otras características ventajosas de la invención se describen a continuación mediante un ejemplo de realización ilustrado en los dibujos de un balancín según la invención, en los que está representado

Fig. 1 un balancín según la invención desde una perspectiva a vista de pájaro,

Fig. 2 y 3 segmentos del balancín según la invención en una vista frontal vista en la dirección de marcha,

Fig. 4 un dispositivo de suspensión según la invención en vista en planta,

Fig. 5 un resorte de torsión de un dispositivo de suspensión según la invención,

Fig. 6 una palanca de un dispositivo de suspensión según la invención y

Fig. 7 una pieza de sujeción con tubo de protección de un dispositivo de suspensión según la invención.

Según la Fig. 1 un balancín para un pantógrafo de vehículos accionados eléctricamente, por ejemplo, vehículos ferroviarios de alta velocidad, presenta un armazón 1 que se apoya mediante dos dispositivos de suspensión 2, 2' en un árbol superior 3. El armazón 1 comprende dos barras de contacto 11 paralelas, que discurren transversalmente respecto a la dirección de marcha X, para la toma de corriente de un hilo de contacto no representado, así como dos elementos de soporte 12, 12' paralelos, que se extienden en la dirección de marcha X. Los elementos de soporte 12, 12' están configurados como perfil en U abierto hacia arriba en el que asienta por cada barra de contacto 11 una pieza de apriete 13, 13' desplazable a lo largo del perfil en U y que está atornillada en una posición deseada. En la cara inferior de la barra de contacto 11 están fijados los soportes 14, 14' que están unidos con las piezas de sujeción 13, 13'. A cada lado del vehículo están unidos los extremos de las barras de contacto 11 por un arco de retención 15, 15', por lo que pueden guiarse lateralmente los hilos de contacto resbalados de nuevo sobre la pieza de carbón de las barras de contacto 11. Cada uno de los dos dispositivos de suspensión 2, 2' comprende una pieza de sujeción 21, 21' unida rígidamente con el correspondiente extremo del árbol superior 3, en la que está montado un resorte de torsión 23, 23' dispuesto en un tubo de protección 22, 22'. Los ejes de torsión 24, 24' alrededor de los que giran los resortes de torsión 23, 23' en caso de carga, discurren en la dirección de marcha X para ofrecer una resistencia al viento tan pequeña como sea posible a altas velocidades de marcha. En los extremos libres de los resortes de torsión 23, 23' están colocadas fijas a rotación las palancas 25, 25' que están estabilizadas con elementos de refuerzo 26, 26' en forma de X y están articulados con sus extremos libres en el lado inferior de los elementos de soporte 12, 12'. El árbol superior 3 está montado de forma rotatoria alrededor del eje superior 5 en un tubo superior no representado. El tubo superior está unido con brazos superiores no representados de un bastidor de pantógrafo. En funcionamiento el dispositivo de suspensión transmite fuerzas, que se aplican por la catenaria sobre el armazón 1 del balancín, sobre el árbol superior 3 y luego a través del tubo superior sobre el bastidor del pantógrafo.

Como durante el movimiento elástico se cambia la distancia del punto articulado 27 de la palanca 25 en el elemento 12 del dispositivo de suspensión de un lado respecto al punto articulado 27' del dispositivo de suspensión al otro lado del vehículo, según la Fig. 2 está unido rígidamente por atornillamiento el elemento de soporte 12 a través de la pieza de apriete 13 con el soporte 14 de la barra de contacto 11, mientras que según la Fig. 3 está unida de forma articulada la pieza de apriete 13' del elemento de soporte 12' con el soporte 14' de la barra de contacto 11. Mediante esta disposición el balancín puede compensar elástica o limitadamente también de un solo lado los movimientos transversales. En el movimiento elástico la palanca 25 barre una superficie circular en cuyo punto medio se encuentra el eje de torsión 24 y en cuyo perímetro se mueve el punto articulado 27.

En la Fig. 4 está representado el dispositivo de suspensión en vista en planta sin barras de contacto 11 por las que las piezas de apriete 13' está unidas de forma articulada a través de pernos 16 con los soportes 14' de las barras de contacto 11. Las dos piezas de apriete 13' están atornilladas en los extremos del elemento de soporte 12' en forma de U. Las dos palancas 25' están apuntaladas por un elemento de refuerzo 26' en forma de X. Desde la pieza de sujeción 21' sobresalen dos piezas cilíndricas huecas que forman un tubo de protección 22', en las que está dispuesto y montado el resorte de torsión 23'. En los extremos de los resortes de torsión 23' están conformadas prolongaciones 31' hexagonales sobre las que están encajadas rígidas a rotación las palancas 25' en una conexión por complementariedad de forma. El elemento de refuerzo 26' consiste en plástico reforzado con fibras para conseguir una rigidez suficiente del dispositivo de suspensión con un peso pequeño para evitar las solicitaciones a flexión sobre el resorte de
torsión 23'.

El resorte de torsión 23 se forma según la Fig. 5 por una barra hexagonal que presenta en el medio, así como en los dos extremos, cuerpos cilíndricos como elementos de alojamiento 28, 29. El elemento medio de alojamiento 28 se asienta anclado fijo a rotación en un orificio 30 en la pieza de sujeción 21. Los elementos exteriores de alojamiento 29 se giran en caso de carga alrededor del eje de torsión 24 ya que las prolongaciones hexagonales 31 conformadas en los extremos del resorte de torsión 23 se llevan por las palancas 25 giradas por el movimiento elástico.

Para ello presenta la palanca 25 según la Fig. 6 en su extremo una acanaladura 32 hexagonal que puede ponerse encima por complementariedad de forma sobre la prolongación hexagonal 31 del resorte de torsión 23. Para la sujeción fija sobre el resorte de torsión 23 la palanca 25 presenta una ranura 33, así como un orificio 34 que discurre aquí verticalmente para una combinación tornillo – tuerca, por lo que puede obtenerse un asiento por fricción en la dirección de marcha X de la acanaladura hexagonal 32 sobre las prolongaciones hexagonales 31. Además, la palanca 25 presenta en su brazo dos acanaladuras 35 para el alojamiento del elemento de refuerzo 26, así como en su otro extremo un orificio 36 para la conexión articulada con los elementos de soporte 12.

Según la Fig. 7 la pieza de sujeción 21 en forma de cruz presenta un orificio 37 para la colocación de la pieza de sujeción 21, el árbol superior 3 no representado así como un orificio 38 que discurre aquí transversalmente para la fijación segura contra rotación de la pieza de sujeción 21 sobre el árbol superior 3, por ejemplo, por una combinación tornillo – tuerca. A lo largo del eje de torsión 24 la pieza de sujeción 21 presenta otro orificio 30 en el que desembocan desde ambos lados los tubos de protección 22 y están fijados allí. Entre los tubos de protección 22 el orificio 30 presenta un resalto 39 que sirve como cojinete para el elemento de alojamiento 28 del resorte de torsión 23. Verticalmente respecto al eje de torsión 24 un agujero de paso 40 penetra el taco 39 del orificio 30, de forma que un elemento cilíndrico allí dispuesto impide por fricción un giro del elemento medio de alojamiento 28 en la pieza de sujeción 21. En los extremos opuestos entre sí de los tubos de protección 22 están insertados manguitos 41 para un asiento deslizante de los elementos exteriores de alojamiento 29 del resorte de torsión 23. En el perímetro de los extremos frontales opuestos entre sí de los tubos de protección 22 están incorporadas ranuras 42, que se comportan como topes de giro para los elementos anulares 43 que engranan en estas ranuras 42, unidos con las palancas 25, compárese Fig. 4. Por el dimensionamiento de las ranuras 42 y de los resaltos de los elementos anulares 43 que engranan en las ranuras 43, el dispositivo de suspensión presenta un tope de giro que limita el movimiento de suspensión del balancín hacia arriba y abajo.

Claims (11)

1. Balancín para un pantógrafo de vehículos accionados eléctricamente, en particular de vehículos ferroviarios, con un armazón (1) que presenta barras de contacto (11), que se apoya a través de un dispositivo de suspensión (2, 2') en un árbol superior (3), estando montado el árbol superior (3) de forma rotatoria en un tubo superior para la conexión con un bastidor del pantógrafo, y presentando el dispositivo de suspensión (2, 2') un resorte de torsión (23, 23') unido fijo a rotación con el árbol superior, así como palancas (25, 25'), que están unidas fijas a rotación en un extremo con el resorte de torsión (23, 23') y unidas de forma articulada en su otro extremo con el mismo lado del armazón (1), caracterizado porque el armazón (1) presenta un elemento de soporte (12, 12') que une las barras de contacto (11) en el que están articuladas las palancas (25, 25').

2. Balancín según la reivindicación 1, caracterizado porque el resorte de torsión (23, 23') presenta un eje de torsión (24, 24') que discurre en la dirección de marcha (X).

3. Balancín según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el resorte de torsión (23, 23') está realizado como barra redonda o perfilada, preferiblemente como barra hexagonal con un módulo de torsión definido.

4. Balancín según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el dispositivo de suspensión (2, 2') presenta una pieza de sujeción (21, 21') que está fijada en un extremo al árbol superior (3) y en la que el resorte de torsión (23, 23') está montado fijo a rotación en el otro extremo.

5. Balancín según la reivindicación 4, caracterizado porque el resorte de torsión (23, 23') está montado fijo a rotación en la pieza de sujeción (21, 21') por complementariedad de forma o por fricción.

6. Balancín según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el dispositivo de suspensión (2, 2') presenta palancas (25, 25') que están unidas fijas a rotación con el resorte de torsión (23, 23') a una distancia predeterminada de la pieza de sujeción (21, 21') y de forma articulada con el armazón (1).

7. Balancín según la reivindicación 6, caracterizado porque el dispositivo de suspensión (2, 2') presenta dos palancas (25, 25') orientadas en paralelo que están unidas por un elemento de refuerzo (26, 26').

8. Balancín según la reivindicación 7, caracterizado porque el dispositivo de suspensión (2, 2') presenta un tubo de protección (22, 22') en el que está dispuesto el resorte de torsión (23, 23').

9. Balancín según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el balancín presenta dos dispositivos de suspensión (2, 2') que están dispuestos simétricamente respecto al plano medio longitudinal del vehículo.

10. Balancín según la reivindicación 9, caracterizado porque el armazón (1) presenta dos elementos de soporte (12, 12') que unen las barras de contacto (11), en los que están articuladas respectivamente las palancas (25, 25') de uno de los dos dispositivos de suspensión (2, 2').

11. Balancín según la reivindicación 10, caracterizado porque uno de los dos elementos de soporte (12) está unido fijo a rotación mientras que el otro elemento de soporte (12) está unido de forma giratoria con las barras de contacto (11).