ES2278244T3 - Dispositivo para probar una pieza central de cambio de via. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para probar una pieza central de cambio de vía en condiciones de uso, que se corresponden con aquellas de una pieza central de un cambio de vías instalada en la red de vías, caracterizado porque el dispositivo de ensayo presenta un segmento de vías que se utiliza como cuerpo de ensayo (1), en cuyo cabezal de vía se produjo un contorno de la pieza central reducido en escala geométrica.
Description
Dispositivo para probar una pieza central de
cambio de vía.
La invención se refiere a un dispositivo para
probar una pieza central de cambio de vía en condiciones de uso que
se corresponden con aquellas de una pieza central de un cambio de
vías instalada en la red de vías, de acuerdo con el concepto
general de la reivindicación 4.
En el documento WO 00/70148 A, se revela un
dispositivo de este tipo, en el que propusieron varios sensores
montados en un vagón para el registro de daños en las vías.
La red de vías de la empresa de ferrocarril
Deutsche Bahn AG dispone aproximadamente 90.000 cambios de vías. En
relación con otros elementos de la ruta de traslado, estos cambios
de vía están sometidos a una solicitación de desgaste especialmente
elevada. En especial al sobrepasar el cambio de vía en el sentido
agudo -en los círculos especializados se entiende por ello el
sobrepaso del cambio de vía desde el principio de la aguja de
cambio- al deslizarse las ruedas del vehículo sobre rieles por
encima de la pieza central, se producen de modo espontáneo elevadas
fuerzas normales y transversales estáticas y dinámicas. Al avanzar
el desgaste se forma una diferencia de altura entre la superficie
de marcha del riel de ala respecto de la superficie de marcha de la
pieza central. A causa de ello, a su vez aumento la solicitación del
impacto. Además se producen fenómenos de deslizamiento debido a las
diferencias de los radios de rodadura en ambas ruedas de un juego
de ruedas de un vehículo, lo que también fomenta el desgaste. Por lo
tanto, no es sorpresivo, que las piezas centrales ya presentan las
primeras señales de desgaste después de soportar cargar de
aproximadamente 3,6 millones de toneladas (ello equivale con una
carga promedio de 75.000 toneladas de carga/día, a una vida útil de
sólo alrededor de 3,5 meses). Después de haber estado colocadas sólo
4 años, deben reemplazarse muchas piezas centrales debido al
desgaste producido. Por esa razón, es objeto declarado de la
investigación de las estructuras superiores optimizar la
conformación del material como también la conformación constructiva
de sistemas de agujas de cambio de vías.
A fin de preparar series de ensayos de elevado
costo e insumo de tiempo a realizarse en agujas de cambios de vías
verdaderas que se instalan en la red de vías, se aspira por lo tanto
a analizar o bien optimizar la mayor cantidad de parámetros en
ensayos de laboratorio. Pero, para ello, aún falta aclarar en su
mayor parte el aspecto de la solicitación para tales ensayos
modelo.
Por lo tanto, la invención se basa en la tarea
de desarrollar un dispositivo para probar una pieza central de
cambio de vía en condiciones de uso, que se corresponden con
aquellas de una pieza central de un cambio de vías instalada en la
red de vías, las que aporten datos respecto de la vida útil de
definidos conjuntos de materiales para las vías/ruedas. En los
círculos técnicos hasta ahora se desconoce especialmente que
influencia ejercen las escalas geométricas, las magnitudes de carga,
así como los ciclos de solicitación, sobre los resultados de series
de ensayos basadas en modelos.
Este objeto se resuelve según la invención en
conjunción con el concepto general de la reivindicación 1, en que
el dispositivo de ensayo presenta un segmento de vías que se utiliza
como cuerpo de ensayo, en cuyo cabezal de vía se produjo un
contorno de la pieza central reducido en escala geométrica. De ese
modo, se puede probar de un modo sencillo en el dispositivo, un
material previsto para utilizar en la pieza central de cambio de
vía, en condiciones de uso simuladas y someterse a un análisis con
aporte de datos respecto del comportamiento de desgaste.
Se prevé en un complemento adecuado de la idea
de la invención que en el área del contorno de la pieza central
realizado en el cabezal de vía se incluye una hendidura o ranura de
separación completada con una costura de soldadura. De ese modo es
posible que también los materiales adicionales para soldadura, que
son utilizados durante soldaduras de aplicación realizadas durante
tareas de reparaciones o también soldaduras de unión -por ejemplo
en piezas centrales que son unidas mediante soldaduras de rayo de
electrones a partir de vías ensambladas- que se utilizan en las
piezas centrales, sean sometidos a un análisis exhaustivo respecto
de su comportamiento de desgaste, su resistencia de uso, así como
respecto de la resistencia de flujo. Asimismo también pueden
evaluarse todos los demás aspectos metalográficos y físicos
metálicos de un procesamiento técnico de soldadura. A este fin,
durante la verificación de soldaduras de aplicación, en el cabezal
de vía del cuerpo de ensayo en el área del contorno de la pieza
central, de preferencia se realiza el fresado de una ranura
longitudinal que parte de la punta de la pieza central y es paralela
al borde de avance del riel. Esta escotadura luego se completa con
material de soldadura, al que se agregó el material adicional de
soldadura a verificarse, y luego se perfila.
En las subreivindicaciones se indican otras
conformaciones útiles del dispositivo según la invención.
Es especialmente ventajoso cuando el dispositivo
de la invención presenta un cuerpo rodante, que al inducirse una
fuerza perpendicular rueda sobre el segmento de vía, y el que se
realizó en forma de una rueda de ferrocarril, cuyas medidas
geométricas en el perfil transversal presentan la misma reducción en
escala que el contorno de la pieza central realizado en el segmento
de vía.
Se previó de preferencia que la fuerza
perpendicular a inducirse durante el proceso de rodado se ubique en
una escala de la mitad de la fuerza perpendicular que se produce en
el objeto real. En complejas series de ensayos pudo determinarse
que con esta regulación, las tensiones de contacto se mantienen de
modo similar en el modelo y en el original.
Se propone además que una propulsión por
manivela genere el movimiento perpendicular horizontal necesario
para el proceso de rodado en un dispositivo que aloja el segmento de
vía. Ello ayuda a lograr una conformación de construcción sencilla
y economizadora de espacio del dispositivo de la invención.
La idea de la invención se visualiza en el
siguiente ejemplo de realización. Se muestra en una representación
del principio:
Figura 1 representación esquemática y
cinemática del dispositivo de ensayo
Figura 2 representación esquemática de un
cambio de vía de ferrocarril con el área de la pieza central
marcada
Figura 3 representación esquemática del
contorno de la pieza central fresado en la cabeza del segmento de
vías (vista de planta sobre un segmento de
vía)
vía)
Figura 4 representación en sección transversal
del segmento de vía en el área de la pieza central marcada
El dispositivo del banco de prueba se compone de
un segmento de vía recto, cuya superficie de avance se ajustó en el
plano horizontal y el que se ubica con movilidad axial en el sentido
longitudinal de la vía. Este segmento de vía conforma el elemento
de prueba a analizar, utilizándose en el transcurso de la serie
completa de ensayos, distintos segmentos de vías de diferentes
materiales, cuya adecuación se determinó de antemano sobre la base
de evaluaciones teóricas, analizándose sus propiedades de desgaste.
El objetivo es aquí la clasificación de los materiales que pueden
utilizarse para las piezas centrales. En el cabezal del segmento de
vías se fresó el contorno reducido en una escala de 2:1, de una
pieza central rígida (véase Figura 3).
El segmento de vía (1) se colocó en sentido
vertical por debajo de un cuerpo de rodado (2) que gira libremente
alrededor del eje de la rueda. Este cuerpo de rodado se realizó
respecto de su contorno como una rueda convencional de vehículo de
sobre rieles. Mientras que el diámetro de la rueda presenta asimismo
las medidas de una rueda estándar de un vehículo sobre rieles
(aproximadamente 920 mm) sus medidas en el sentido del corte
transversal (es decir, las medidas del perfil transversal) se
realizaron reducidas en el factor 2 respecto de las medidas de una
rueda estándar de un vehículo sobre rieles. Los valores
característicos del material del cuerpo de rodados deben
considerarse cumplidas de acuerdo con las directivas europeas y
nacionales que rigen para vehículos sobre ruedas, y no pueden
variarse, dado que en la operación de los ferrocarriles debe
mantenerse garantizado el uso generoso de material rodante a nivel
europeo.
El segmento de vía (1) además se colocó sobre un
carro de alojamiento (3) horizontal ubicado sobre rodillos, que es
propulsado mecánicamente mediante una propulsión por manivela (4) y
que realiza movimientos cíclicos en el sentido del eje longitudinal
de la vía.
El cuerpo de rodado se carga con una fuerza
perpendicular de alrededor de 108 kN (o bien 11 t) y a causa de
ello, durante los movimientos horizontales cíclicos del carro de
alojamiento (3) es presionado sobre el segmento de vía (1) con el
contorno de la pieza central realizada en el mismo. Allí pudo
observarse, que existe un movimiento relativo de la rueda (2)
respecto del segmento de vía (1) (deslizamiento) de 0,05%.
En las series de ensayos realizados también pudo
comprobarse, que la velocidad de propulsión del carro de
alojamiento (3) sólo afecta de modo insignificante la capacidad de
transmisión de los resultados del ensayo a las condiciones reales.
Al comienzo de cada ciclo de ensayo se determinan los valores de
dureza del conjunto rueda/vía, produciéndose la reducción de los
valores de medición en la rueda en tres posiciones desplazadas en
un ángulo de 120° una de otra en el perímetro de la rueda. La
medición en el segmento de vía se realiza en puntos de medición en
el perfil transversal, dado que debido a la conformación geométrica
no puede realizarse una medición en la superficie de la pieza
central. A fin de poder brindar datos respecto del inicio de un
daño o bien una deformación, se registra además la cantidad de
procesos de rodado. Para una evaluación posterior de la evolución
del daño, se realizan mediciones geométricas de piezas centrales y
rieles en ala en el área de transición. Estas mediciones permiten
conocer datos de la deformación de material. Los daños que se
producen de ese modo con carga constante, en el segmento de vía (1)
permiten brindar -teniendo en cuenta las toneladas de
carga-soportadas- una información confiable sobre la
capacidad de uso del material en una serie de ensayos posterior
realizada en el objeto real.
- 1
- segmento de vía
- 2
- cuerpo de rodado
- 3
- carro de alojamiento para segmento de vía
- 4
- propulsión por manivela
Claims (6)
1. Dispositivo para probar una pieza central
de cambio de vía en condiciones de uso, que se corresponden con
aquellas de una pieza central de un cambio de vías instalada en la
red de vías, caracterizado porque el dispositivo de ensayo
presenta un segmento de vías que se utiliza como cuerpo de ensayo
(1), en cuyo cabezal de vía se produjo un contorno de la pieza
central reducido en escala geométri-
ca.
ca.
2. Dispositivo para probar una pieza central
de cambio de vía de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque en el área del contorno de la pieza
central realizado en el cabezal de vía se incluyó una hendidura o
ranura de separación completada con una costura de soldadura.
3. Dispositivo para probar una pieza central
de cambio de vía de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el dispositivo presenta un cuerpo
rodante (2), que al inducir una fuerza perpendicular rueda sobre el
contorno de la pieza central del segmento de vía (1).
4. Dispositivo para probar una pieza central
de cambio de vía de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado porque el cuerpo rodante (2) se realizó en
forma de una rueda de ferrocarril, cuyas medidas geométricas en el
perfil transversal presentan la misma reducción en escala que el
contorno de la pieza central realizado en el segmento de vías
(1).
5. Dispositivo para probar una pieza central
de cambio de vía de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque la fuerza inducida durante el proceso de
rodadura se ubica en una escala de la mitad de la fuerza
perpendicular que se produce en el objeto real.
6. Dispositivo para probar una pieza
central de cambio de vía de acuerdo con una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque una propulsión por manivela (4)
produce el movimiento relativo horizontal necesario para el proceso
de rodadura en un dispositivo (3) que aloja el segmento de vía.
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