ES2296565A1 - Freno directo para vehiculos ferroviarios. - Google Patents
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Abstract
El freno directo para vehículos ferroviarios de la presente invención tiene por objeto la simplificación del sistema de freno directo convencional haciendo que la presión de mando sea directamente la presión en cilindros de freno (3¿) sin ninguna transformación y de forma que dicha presión de mando tenga el caudal necesario para llenar o vaciar los cilindros de freno a la velocidad requerida, para lo que básicamente se estructura a partir de dos electroválvulas de control EV1 (1¿) y EV2 (2¿) de freno y aflojamiento respectivamente autopilotadas de gran caudal en donde además la electroválvula de control EV1 (1¿) de freno es de accionamiento inverso y la electroválvula EV2 (2¿) de aflojamiento es de accionamiento directo, siendo ambas alimentadas desde el lazo de seguridad y accionadas por un equipo electrónico de control de freno.
Description
Freno directo para vehículos ferroviarios.
El freno directo para vehículos ferroviarios de
la presente invención tiene por objeto la simplificación del
sistema de freno directo convencional, reduciendo su peso, tamaño y
número de componentes sin pérdida alguna de seguridad o
funcionalidad, reduciendo los costes de mantenimiento y aumentando
el índice de fiabilidad.
Más concretamente, el freno directo de la
invención tiene por objeto que la presión de mando sea directamente
la presión en cilindros de freno sin ninguna transformación y de
forma que dicha presión de mando tenga el caudal necesario para
llenar o vaciar los cilindros de freno a la velocidad requerida.
En los vehículos ferroviarios existen,
esencialmente, dos tipos de freno. Uno de ellos es el denominado
freno directo, en el que la presión en cilindros de freno es
directamente proporcional a la presión de mando, y el freno
indirecto o automático, en el que la presión en cilindros es
inversamente proporcional a la señal de presión de mando.
Por motivos de interoperabilidad en las líneas
internacionales, se establece el freno automático como freno
obligatorio en los trenes que pueden circular por varios países en
líneas internacionales. Por otra parte, el freno automático tiene
unos tiempos de aplicación y aflojamiento mucho más largos que el
freno directo, lo que no los hace adecuados para líneas de metro o
de cercanías ligeros, en donde la frecuencia del servicio obliga a
frenar y aflojar mucho mas rápidamente.
Así, es conocida desde hace años la aplicación
de sistemas de freno directo en vehículos ferroviarios del tipo de
metros y trenes de cercanías.
Aunque como se ha dicho el ámbito natural de
aplicación de los sistemas de freno directo ha sido habitualmente
los metros o trenes de cercanías ligeros, en la actualidad su
fiabilidad, simplicidad y facilidad de coordinación con el freno
eléctrico de los vehículos motores, es decir, con la utilización de
los propios motores eléctricos como frenos cuando estos funcionan
como generadores, esta haciendo que se esté usando también en otros
tipos de vehículos ferroviarios, funcionando de forma simultánea y
redundante junto con los frenos indirectos o automáticos para
conseguir una mayor seguridad, pudiéndose ver incluso en las ruedas
motrices de los trenes de alta velocidad, o en locomotoras
convencionales.
Sin embargo, en estos sistemas de freno directo
convencionales, los sistemas de establecimiento de presión de mando
no disponen del suficiente caudal cuando el volumen de aire a
manejar es grande y los requerimientos de velocidad para llenar o
vaciar ese volumen son críticos, siendo necesaria su amplificación
de cara a obtener el caudal necesario para llenar o vaciar los
cilindros de freno a la velocidad requerida.
De esta forma, y según puede verse en la figura
1 que recoge el estado actual de la técnica de los sistemas de
freno directo, entre las dos electroválvulas directas EV1 (1) de
freno y EV2 (2) de aflojamiento de control de freno directo y el
caudal de aire utilizado para el llenado/vaciado de los cilindros de
freno (3), se hace necesaria la utilización de un dispositivo
amplificador/separador que, partiendo de una señal de mando
establecida en un volumen pequeño denominado volumen de control Vc
(4), amplifique dicha señal para obtener el caudal necesario para
llenar o vaciar los cilindros de freno a la velocidad requerida.
Este dispositivo amplificador/separador es la denominada válvula
relé VR (5), que como su nombre indica funciona desde el punto de
vista conceptual como un relé electromecánico normal, es decir,
recibiendo una señal de entrada de baja potencia y entregando en su
salida una señal copia de la anterior, pero de potencia mucho mayor
que toma la energía directamente de una fuente de gran
capacidad.
El uso de esta válvula relé VR (5) que funciona
como dispositivo amplificador/separador, tiene como principal
inconveniente un elevado peso y tamaño, el cual repercute en el del
propio sistema de freno directo. Sin embargo, dicho uso de la
válvula relé VR (5) es obligado debido a que el caudal que manejan
las electroválvulas EV1 (1) y EV2 (2) es pequeño, debiendo de ser
necesariamente amplificado.
Adicionalmente, en el volumen de control Vc (4)
se hace necesaria la existencia de un transductor electrónico de
presión Pm (6) cuya misión es realimentar al sistema de control la
presión establecida en dicho volumen de control Vc (4), de manera
que pueda realizarse un bucle de regulación de dicha presión a fin
de garantizar la exactitud y precisión de la presión establecida,
lo que supone la incorporación de un elemento adicional al sistema
de freno
directo.
directo.
Por otra parte, en los sistemas de freno directo
convencionales como el mostrado en la figura 1, la aplicación del
frenado de emergencia se realiza mediante el uso de una
electroválvula adicional EVE (7) de emergencia diferente de las
electroválvulas EV1 (1) y EV2 (2) de accionamiento directo que se
utilizan para establecer la presión de control. Esto es debido a
que estas últimas, por ser de accionamiento directo, es decir, que
aplican el freno cuando están excitadas, no cumplen el principio de
seguridad por el cual la aplicación del freno de emergencia debe
realizarse con la electroválvula responsable de su aplicación
desexcitada, lo que obliga a que dicha válvula sea inversa, por lo
que se hace necesaria la inclusión de dicha válvula adicional EVE
(7) de emergencia. Se hace necesario por lo tanto la existencia de
otro elemento adicional que redunda en una mayor complejidad y peso
del sistema.
Por último, suele ser habitual que en los
sistemas de freno directo convencionales existan transductores de
presión adicionales Ps (8) y Pc (9), que son utilizados para conocer
la presión real en cilindros de freno (3) y la presión de la
suspensión neumática del vehículo (10) respectivamente, y que se
utilizan para obtener medidas que luego el sistema de control puede
utilizar bien para la propia funcionalidad del freno del vehículo,
o para el correcto funcionamiento de otros equipos de a bordo.
Así, se tiene que los sistemas de freno directo
convencionales cuentan con un elevado número de dispositivos ya que
resulta obligatoria la existencia de las electroválvulas de control
EV1 (1) y EV2 (2), la válvula relé VR (5), la válvula de adicional
EVE (7) de emergencia, el transductor de presión P_{m} (6), el de
cilindros P_{c} (9), el de suspensión P_{s} (8) y el volumen de
control V_{c} (4), que se traduce en un elevado peso y
complejidad del sistema, lo que hace aumentar las probabilidades de
que se produzca una avería con una reducción de la fiabilidad y
disponibilidad de los vehículos, a la vez que encarece todo el
equipo de freno. Por otra parte, los sistemas de freno directo
convencionales suelen tener unos tiempos de aplicación y
aflojamiento del freno relativamente elevados a causa de una gestión
más compleja, y de la presencia de elementos
amplificadores/separadores entre presión de mando y de
cilindros.
Además, existe en los sistemas convencionales
una válvula de freno según la carga VFSC (12) que se utiliza para
garantizar que cuando se aplica el freno de emergencia, el esfuerzo
aplicado por dicho freno se ajusta a la carga del vehículo, a fin
de garantizar que la deceleración de este sea constante e
independiente de la carga.
El freno directo para vehículos ferroviarios de
la presente invención resuelve de manera eficaz los inconvenientes
antes señalados constituyendo un sistema de freno seguro y más
fiable y rápido en su respuesta, a la vez que consigue que el
sistema de freno sea mas compacto, ligero de peso y de coste mas
reducido que los sistemas de freno directo convencionales, lo que
además significa una reducción de la probabilidad de fallos del
sistema y un ahorro energético significativo al estar ligado este
de forma directamente proporcional al peso de dicho sistema.
Más concretamente, este ahorro de peso puede
llegar al 30%, y el de espacio al 40% comparándolo con los sistemas
de freno directo estándar que funcionan actualmente en los vehículos
ferroviarios.
Para ello, el freno directo de la invención se
estructura básicamente de forma que se eliminan aquellos elementos
derivados de la necesidad de amplificación y/o separación,
concentrando diferentes funciones en varios dispositivos.
Más concretamente, el freno directo de la
invención elimina la válvula relé VR imprescindible en los sistemas
de freno directo convencionales, encargada de amplificar la señal
de presión de mando o control de forma que se obtenga el caudal
necesario para llenar o vaciar los cilindros de freno a la velocidad
requerida.
Así, dicha función de llenado y vaciado de
cilindros de freno con un caudal de aire suficiente para llenar o
vaciar a la presión requerida el volumen de los cilindros de freno,
será llevada a cabo en la presente invención por las dos
electroválvulas EV1 y EV2 de control del freno a las cuales se las
dota de un especial diseño, consistente en que se trata de
electroválvulas denominadas como autopilotadas de gran caudal, y no
las electroválvulas convencionales que necesitan de elementos
adicionales como ya se explicó.
Este tipo de electroválvulas denominadas como
autopilotadas de gran caudal tienen su justificación en lo
siguiente: en general, la presión y el caudal de trabajo de una
electroválvula es función del tamaño de los núcleos, que a su vez
vienen determinados por el campo magnético necesario, que depende de
los núcleos de hierro. Por ello, cuando se pretende conseguir
fuerzas grandes es necesario utilizar campos magnéticos también
grandes; para resolver este problema usando electroválvulas
compactas y de poco consumo se han diseñado estas electroválvulas
autopilotadas de gran caudal, que usando electroimanes pequeños,
permiten obtener caudales grandes de forma sencilla y con un tamaño
muy compacto. Los asientos de la parte de control de la
electroválvula de gran caudal tienen un diámetro de 1,5 mm, y el
asiento de la parte de gran caudal un diámetro de 12 mm, lo que
significa que la sección de llenado de gran caudal es 65 veces
mayor que la sección de la parte de control, por lo que pueden
utilizarse electroimanes pequeños, como ya se ha mencionado
anteriormente.
Por otro lado, al contrario que en el sistema de
freno directo convencional en donde las dos electroválvulas EV1 y
EV2 eran de accionamiento directo de forma que una controlara el
llenado del volumen de control Vc y otra el vaciado de dicho
volumen, en el freno directo de la invención el especial diseño de
las electroválvulas EV1 de freno y EV2 de aflojamiento consiste en
hacer la EV2 de accionamiento directo, es decir, que permite el
paso del aire al ser excitado su bobinado, mientras que EV1 es de
accionamiento inverso permitiendo el paso del aire cuando es
desexcitado su bobinado, funcionando de forma coordinada entre ambas
bajo las ordenes recibidas del sistema de control.
Con esta especial configuración de las
electroválvulas EV1 y EV2, cuando sea preciso accionar el frenado de
emergencia únicamente será necesario garantizar externamente por
cableado que la electroválvula EV1 queda desexcitada, es decir, sin
tensión de batería en su bobinado y por lo tanto permitiendo el paso
franco de aire, y EV2 desexcitada y por lo tanto impidiendo el
escape de aire, lo que resulta en la práctica sencillo mediante la
utilización del llamado lazo de seguridad que está presente en todos
los vehículos ferroviarios.
De este modo, mientras que antes era preciso
incluir una electroválvula adicional especifica de emergencia EVE
que en servicio normal permanecía excitada, y se desexcitaba en la
aplicación de un frenado de emergencia de acuerdo con el principio
de seguridad por el cual la desexcitación de cualquier elemento debe
de llevar al sistema a un estado seguro, esto en el invento objeto
de este documento puede realizarse sin electroválvula adicional
alguna debido a la especial configuración de las electroválvulas EV1
y EV2.
Este lazo esta constituido por un conductor
eléctrico de ida y vuelta que recorre todo el tren y que en
circunstancias de prestación de servicio normal del vehículo está
bajo tensión; cuando es preciso accionar el freno de emergencia,
este conductor se desexcita, quedando en un estado seguro. Al
producirse dicha desexcitación del lazo de seguridad, se produce la
desexcitación de las electroválvulas EV1 y EV2 tal y como se ha
descrito anteriormente, y con ello la aplicación del freno de
emergencia de manera incondicional, es decir, que nada condiciona la
aplicación del freno.
De esta forma, las electroválvulas EV1 y EV2 no
solo sustituyen o asumen las funciones de la válvula relé VR, sino
también de la válvula de emergencia EVE, elementos estos
obligatoriamente presentes en los sistemas de freno directo
convencional.
Por otro lado, el freno directo de la invención
cuenta con un transductor de presión P_{c} situado entre las dos
electroválvulas EV1 y EV2, que permite realizar la realimentación de
la presión establecida por dichas electroválvulas EV1 y EV2 al
sistema de control que las acciona, de modo que puede realizarse un
control realimentado o en bucle cerrado tan efectivo como el que se
llevaba a cabo en el sistema tradicional a través del transductor
de presión Pm, con la ventaja adicional de que al haber desaparecido
la válvula relé VR amplificadora/separadora, la señal del mismo
transductor Pc que realimenta la presión establecida por ambas
electroválvulas y que sirve para cerrar el bucle de control, es la
señal de presión en cilindros, ahorrando por lo tanto un transductor
de presión con respecto al freno directo convencional.
Así, en el freno directo de la presente
invención no solo se eliminan la válvula relé VR y la válvula de
emergencia EVE que son elementos especialmente complejos, costosos
y voluminosos, sino también el transductor de realimentación
P_{m}, necesario en los sistemas de freno directo
convencional.
Por último, todos los elementos que comprenden
el sistema de freno directo de la invención son panelizables, es
decir, pueden agruparse sobre una placa donde se han realizado los
necesarios taladros y conducciones internas para la correcta
interconexión de los distintos dispositivos que componen el
mismo.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de
realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante
de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter
ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra un diagrama esquemático de
un sistema de freno directo tradicional.
La figura 2.- Muestra un diagrama esquemático
del sistema de freno directo de la presente invención.
Como puede verse en la figura 2 el sistema de
freno directo objeto de la presente invención consta básicamente de
una válvula de retención estándar V_{ret} (11'), una válvula de
freno según la carga VFSC (12'), una electroválvula EV1 (1') de
accionamiento inverso, una electroválvula EV2 (2') de accionamiento
directo, un transductor de presión estándar P_{s} (8') para la
medida de la presión de la suspensión neumática del vehículo y un
transductor de presión estándar P_{c} (9') para la medida de la
presión en cilindros de freno y cierre del bucle de control.
Así, la función de llenado y vaciado de
cilindros de freno con un caudal de aire suficiente para llenar o
vaciar a la presión requerida el volumen de los cilindros de freno,
se lleva a cabo por las dos electroválvulas EV1 (1') y EV2 (2') de
control del freno, formadas por electroválvulas autopilotadas de
gran caudal capaces de manejar sin limitación ni pérdida de carga
alguna caudales suficientes para pasos de tubería de hasta 12 mm de
diámetro.
El par de electroválvulas EV1 (1') y EV2 (2')
son comandadas por un sistema de control estándar que controla que
la presión en cilindros de freno sea función de la demanda de freno
solicitada por el conductor, estando el proceso permanentemente
supervisado por el valor de la señal de realimentación proveniente
del transductor de presión P_{c} (8') dispuesto entre las dos
electroválvulas EV1 (1') y EV2 (2') a tal efecto.
Por otro lado, la electroválvula de control EV1
(1') de freno es de accionamiento inverso y la electroválvula EV2
(2') de aflojamiento es de accionamiento directo, siendo ambas
alimentadas desde el lazo de seguridad de forma que cuando éste se
interrumpe, es decir, cuando se aplica un frenado de emergencia, son
desexcitadas por éste, de forma que la electroválvula de control
EV1 (1') queda desexcitada permitiendo el paso franco de aire y
produciéndose el frenado de emergencia a su través, mientras que la
electroválvula de control EV2 (2') queda también desexcitada
impidiendo el escape de aire, eliminando la necesidad de que exista
una electroválvula de emergencia.
Adicionalmente, la válvula de freno según la
carga VFSC (12) en la figura 1, que se utilizaba en los sistemas de
freno convencionales para garantizar que cuando se aplica el freno
de emergencia, el esfuerzo aplicado por dicho freno se ajusta a la
carga del vehículo, a fin de garantizar que la deceleración de este
sea constante e independiente de la carga, es susceptible también
de utilizarse en la presente invención.
Según puede verse en la figura 2 para una
posible realización de la invención, la válvula de freno según la
carga VFSC (12') esta situada aguas arriba de las electroválvulas
EV1 (1') y EV2 (2'), aunque gracias a la flexibilidad del sistema
que el freno directo de la invención aporta, en otra posible
realización dicha válvula de freno según la carga VFSC (12') puede
situarse también aguas abajo de dichas electroválvulas EV1 (1') y
EV2 (2').
La panelización de todos estos elementos, puede
realizarse sobre una placa mecanizada, por ejemplo de aluminio, en
donde la conexión de dicha placa de aluminio con la periferia del
vehículo ferroviario sobre el que se monte cumple con los
estándares, de forma que el sistema de freno directo de la invención
pueda substituir a los sistemas de freno directo convencionales
fácilmente.
Así, de forma más concreta, la conexión de dicho
sistema se conecta a la instalación ferroviaria a través de los
siguientes elementos convencionales:
- -
- Una entrada roscada de aire de gran caudal proveniente de la Tubería de Depósitos Principales (TDP) (13') que constituye la fuente de aire de gran caudal de todo el tren.
- -
- Una entrada-salida roscada desde el Deposito de Reserva de freno (14') para garantizar una reserva de aire aun en el caso de que falle el suministro de aire principal del tren que fluye por la Tubería de Depósitos Principales (TDP)(13').
- -
- Una entrada roscada desde la suspensión neumática (10') del vehículo que se utiliza para que la válvula de freno según la carga VFSC (12') module adecuadamente el esfuerzo de freno en función de la carga que soporta el vehículo y así garantizar en todos los casos un frenado de emergencia del vehículo con una deceleración independiente de la carga del mismo.
- -
- Una entrada-salida roscada a cilindros de freno (3') que permite que el cilindro de freno pueda ser llenado y vaciado según las necesidades de freno del vehículo mediante el par (EV1 (1') y EV2 (2')).
Claims (6)
1. Freno directo para vehículos ferroviarios que
comprende dos electroválvulas de control EV1 (1') y EV2 (2') de
freno y aflojamiento respectivamente, caracterizado porque
dichas electroválvulas de control EV1 (1') y EV2 (2') son
electroválvulas autopilotadas de gran caudal de forma que la presión
que establecen en los cilindros de freno (3') encargada del llenado
y vaciado de los mismos es la presión de mando aplicada directamente
sin transformación ni amplificación alguna.
2. Freno directo para vehículos ferroviarios
según reivindicación primera, caracterizado porque la
electroválvula de control EV1 (1') de freno es de accionamiento
inverso y la electroválvula EV2 (2') de aflojamiento es de
accionamiento directo, y porque ambas son desexcitadas por el lazo
de seguridad cuando se aplica un frenado de emergencia.
3. Freno directo para vehículos ferroviarios
según reivindicación primera, caracterizado porque cuenta con
un transductor de presión P_{c} (9') situado entre las dos
electroválvulas de control EV1 (1') y EV2 (2') cuya salida es
utilizada para realizar la realimentación de la presión establecida
por dichas electroválvulas EV1 (1') y EV2 (2') al sistema de
control y también como señal de presión en los cilindros de freno
(3').
4. Freno directo para vehículos ferroviarios
según reivindicación primera, caracterizado porque cuenta con
una válvula de freno según la carga VFSC (12') susceptible de estar
situada indistintamente aguas arriba de las electroválvulas EV1
(1') y EV2 (2') o aguas abajo de EV1 (1') y antes de la
electroválvula EV2 (2').
5. Freno directo para vehículos ferroviarios
según reivindicación primera, caracterizado porque comprende
un transductor de presión Ps (8') para la medida de la presión de la
suspensión neumática del vehículo (10') y un transductor de presión
Pc (9') para la medida de presión en cilindros de freno (3') y
efectuar el control en bucle cerrado de dicha presión.
6. Freno directo para vehículos ferroviarios
según reivindicación anteriores, caracterizado porque la
conexión del panel al vehículo se realiza a través de los
siguientes elementos:
- una entrada roscada de aire de gran caudal
proveniente de la Tubería de Depósitos Principales TDP (13');
- una entrada-salida roscada
desde el Deposito de Reserva de freno (14') para garantizar una
reserva de aire aun en el caso de que falle el suministro de aire
principal del tren que fluye por dicha Tubería de Depósitos
Principales TDP (13');
- una entrada roscada desde la suspensión
neumática del vehículo (10') para que la válvula de freno según la
carga VFSC (12') module adecuadamente el esfuerzo de freno en
función de la carga que soporta el vehículo; y
- una entrada-salida roscada a
cilindros de freno que permite que el cilindro de freno (3') pueda
ser llenado y vaciado según las necesidades de freno del vehículo
mediante el las electroválvulas de control EV1 (1') y EV2 (2').
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200702895A ES2296565B1 (es) | 2007-11-02 | 2007-11-02 | Freno directo para vehiculos ferroviarios. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200702895A ES2296565B1 (es) | 2007-11-02 | 2007-11-02 | Freno directo para vehiculos ferroviarios. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2296565A1 true ES2296565A1 (es) | 2008-04-16 |
| ES2296565B1 ES2296565B1 (es) | 2010-11-02 |
Family
ID=39247940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200702895A Expired - Fee Related ES2296565B1 (es) | 2007-11-02 | 2007-11-02 | Freno directo para vehiculos ferroviarios. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2296565B1 (es) |
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2007
- 2007-11-02 ES ES200702895A patent/ES2296565B1/es not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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|---|---|
| ES2296565B1 (es) | 2010-11-02 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20080416 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2296565B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180912 |