ES2306463T3 - Procedimiento y dispositivo para el guiado de ejes de vehiculos ferroviarios. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO Y A LOS CORRESPONDIENTES DISPOSITIVOS PARA GUIAR EJES MONTADOS DE VEHICULOS FERROVIARIOS, ESPECIALMENTE PARA GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DE MARCHA DE VEHICULOS QUE CIRCULAN A ALTAS VELOCIDADES, CUYOS EJES MONTADOS ESTAN ALINEADOS ENTRE SI EN ANGULO RECTO EN EL MARCO GUIA, GUIADOS CON RIGIDEZ DEFINIDA Y ESTATICAMENTE FIJOS, Y VEHICULOS EN LOS QUE PARA MEJORAR LA MARCHA EN CURVAS SE HAN DEFINIDO POSICIONES DE EJES MONTADOS RADIALES CASI ESTATICAS. SEGUN LA INVENCION, EL PROBLEMA DE CONSEGUIR LA ESTABILIDAD DE MARCHA DEL EJE MONTADO EN TODOS LOS ESTADOS DE CIRCULACION SE SOLUCIONA MEDIANTE UN CONTROL DE EJE MONTADO ACTIVO QUE SUPERPONE LA POSICION ESPECIFICADA DEL EJE MONTADO CON UN ANGULO DE AJUSTE VARIABLE PS ST QUE, CON VARIOS EJES MONTADOS (3, 3''), PUEDE ESTAR DIRIGIDO EN EL MISMO SENTIDO O EN SENTIDO CONTRARIO.

Description

Procedimiento y dispositivo para el guiado de ejes de vehículos ferroviarios.

La invención se refiere a un procedimiento así como dispositivos pertinentes para guiar ejes montados de vehículos ferroviarios, especialmente para garantizar la estabilidad de marcha de los vehículos en el tráfico de alta velocidad en los que los ejes motados están orientados de forma rectangular entre sí en el marco de guía y son guiados definidamente de forma rígida y estáticos no deslizables, así como tales en los que para mejorar la marcha en vías curvadas están predefinidas posiciones del eje montado radiales casi estáticas.

Se conocen trenes para el tráfico de alta velocidad (GDS 300, Eisenbahningenieur 45 (1994) 10 página 722), en los que la estabilidad de marcha en la vía se consigue mediante la interacción de ejes definidamente rígidos guiados y no deslizables, orientados de forma rectangular entre sí en el chasis de guía con una inhibición contra giro entre el chasis de guía y la caja de vagón.

Esta solución tiene la desventaja que este tipo de extensión de la marcha sinusoidal conduce hacia un acoplamiento fuerte entre el tren y la caja de vagón y con ello conduce a una excitación a oscilación de la caja de vagón que solo se puede limitar mediante medidas de construcción costosas.

Además, trenes con guía de ejes rígida en vías curvadas cerradas presentan una mayor resistencia de conducción, así como un desgaste de los perfiles de ruedas mayor que la media.

Otros trenes para el tráfico de alta velocidad (ejemplo: TGV, Elektrische Bahnen 90 (1992) 5 páginas 176 a 179) completan a estas medidas mediante la utilización de un paso mayor y mediante la utilización de trenes articulados con bogies de Jakob. En este caso es una desventaja que el mayor paso empeora la capacidad de marcha en vía curvada, incrementa la masa de marco de boje, así como requiere una necesidad adicional de espacio por debajo de la caja de vagón. El mayor requerimiento de espacio refuerza especialmente en el caso de vehículos de dos pisos las desventajas de cajas de vagón más cortas. Trenes articulados con bogies de Jakob en la práctica llevan a cajas de vagón más cortas debido a la limitación de la carga por eje y con ello o bien hacia una reducción de la parte proporcional de asientos o bien hacia la reducción de las zonas de transición y de entrada. Estos trenes también solo se pueden separar en plantas industriales. Por esto una adaptación acorde con el tráfico de la longitud del tren es costosa. También en el caso de averías relevantes en un vagón que queda sin servicio todo el tren.

Como medidas adicionales para incrementar la estabilidad de marcha de forma general también se aplican amortizaciones entre el eje montado y el chasis de guía, en donde se busca la reducción de las masas y fuerzas que participan en el comportamiento de movimiento.

Las posibilidades de influencia prácticas, sin embargo, son más bien limitadas en este caso.

Según el documento DE 31 23 858 la marcha sinusoidal del eje montado en fase primeramente lleva a un comportamiento de marcha inestable del tren. Estos ejes montados realizan un movimiento combinado transversal y de giro alrededor de su respectivo eje normal. La marcha del eje montado en fase que puede aparecer a la misma frecuencia que la marcha de ruedas en fase, sin embargo, está amortiguado sustancialmente más. A través del acoplamiento en dirección contraria de los ejes montados se evita su desviación en la misma dirección y se mejora el comportamiento de marcha, tanto en la vía recta como en vía curvada. En este caso es una desventaja que con esta solución solo es posible un incremento limitado de la velocidad crítica que no es suficiente para el tráfico de alta velocidad.

Además, se conocen trenes en los que para mejorar la marcha en vías curvadas se ajustan los ejes montados en la vía en curva dentro del chasis de guía casi estáticos radialmente en curva, en donde fuerzas exteriores que actúan directamente sobre las cajas de ejes elásticas en el lado del marco fuerzan el giro radial de los ejes montados (DE 42 40 098) o sistemas de cilindro-palanca determinan la posición del eje montado, de tal manera que se establece un ángulo de rotación de eje montado predeterminado según la dirección y la curvatura de la curva (DE 30 04 082). Es desventajoso en este caso que estos trenes debido a las elasticidades presentes y tampoco evitables en estas soluciones tiendan a una marcha de vehículo inestable prematuro y con ello no se pueden utilizar para el tráfico de alta velocidad.

Del documento EP 0 759 390 se conoce además un procedimiento de dirección de ejes montados de vehículos ferroviarios con posición de eje montado estática o casi estática predeterminada en el chasis de guía, en donde la posición de eje montado predeterminada mediante una dirección del eje montado activa está sobrepuesta por un ángulo de posición variable y de giro paralelo.

Todas las instalaciones existentes para la variación casi estática de la posición de ejes motados reaccionan de forma relativamente inertes y por ello no están apropiadas para una influencia activa de la marcha ondulada del eje montado.

La invención indicada en la reivindicación se basa en el problema de crear un procedimiento y una instalación para la dirección de trenes de vehículo evitando las desventajas descritas anteriormente que en todas las situaciones de conducción posibilita una marcha estable del eje montado y una alta bondad de la marcha mediante el desacoplamiento de fuerzas entre el tren y la caja de vagón.

Esta tarea se resuelve mediante las características de las reivindicaciones principales.

Mediante las medidas se sobreponer la posición del eje montado estática o casi estática predeterminada con un ángulo de mando \Psi_{ST} variable que resulta de aplicación activa de fuerzas dentro del tren entre el eje montado y el chasis de guía se varía la trayectoria del eje montado determinada por la geometría de contacto y se ecualiza variaciones de la curva de la vía, así como variaciones de la geometría de contacto, sin que la rigidez básica de la dirección se ve influenciada se forma sustancial.

Las frecuencias y el transcurso de atenuación de la amplitud de desplazamiento se pueden ajustar con poca potencia hacia un comportamiento de marcha estable en todo el intervalo de velocidades. El procedimiento se puede realizar de forma redundante sin esfuerzo adicional esencial. Ya nos es necesaria la inhibición contra giro entre el tren y la caja de vagón pero puede estar previsto igualmente como opción de recaída. El ángulo de mando es pequeño comparado con el ángulo de rotación casi estático de ejes montados con ajuste radial en vías curvadas pequeñas y medianas y se le puede sobreponer igualmente a este si está dada la rigidez total necesaria de la guía de eje. Su dirección, tamaño y frecuencia se determinan de las variables de control mencionadas en la parte característica de la reivindicación 2 y por la velocidad de conducción.

Las ventajas de la solución según la invención se basan especialmente en que la estabilidad y bondad de la marcha del vehículo al mantener la construcción del eje montado que ha dado resultado está asegurada teóricamente sin limitación hasta dentro del intervalo de máxima velocidad sin pérdidas de seguridad.

Ejemplos de realización preferentes de la invención se describen en más detalle a continuación con la ayuda de dibujos esquemáticos. En este caso los dibujos muestran en

Fig. 1: una representación en principio de un vehículo ferroviario en una posición cualquiera en una vía recta o en vías curvadas mayores con los ángulos correspondientes

Fig. 2: una representación en principio de un vehículo ferroviario en la curva de la vía con ángulos correspondientes

Fig. 3: una instalación para la generación del ángulo de mando \Psi_{St} de los ejes montados con árbol excéntrico y brazo oscilante

Fig. 4: una instalación para la generación del ángulo de mando \Psi_{St} de los ejes montados con casquillos de fluido de dos cámaras y brazo oscilante

Fig. 5: una instalación para la generación del ángulo de mando \Psi_{St} de los ejes montados con árboles de guía y casquillos de fluido de dos cámaras

Fig. 6: una instalación para la generación del ángulo de mando de los ejes montados con guías de ejes montados de hoja de muelle doble

En la Fig. 1 se puede observar una caja de vagón 1 de un vehículo ferroviario que está girada con respecto al eje de vía x en un ángulo \Psi_{K} y está desplazada perpendicularmente en la medida w con respecto al chasis de guía 2. El chasis de guía 2 mismo está girado en un ángulo \Psi_{D} con respecto al eje de vía x. La rotación \Psi_{AD} del chasis de guía 2 hacia la caja de vagón 1 resulta de la diferencia de las dos rotaciones. Los ejes montados 3, 3' orientados perpendicularmente con respecto al eje longitudinal del chasis de guía 2 sin aplicación exterior de fuerzas están girados mediante la dirección activa en cada caso en un ángulo \Psi_{ST3, \ 3'} variable con respecto a este. Asimismo, se puede utilizar el ángulo de rotación \Psi_{AR} que resulta de la diferencia de la rotación de los ejes montados 3, 3' respecto a la vía y la de la caja de vagón 1 respecto a la vía.

La Fig. 2 muestra una caja de vagón 1 en la curva de la vía, en donde el chasis de guía 2 está girado de forma tangencial con respeto a la vía en curva. Los ejes montados 3, 3' están ajustados ya mediante fuerzas exteriores con los ángulos -\Psi_{B3} y \Psi_{B3'} Radialmente en curva y se giran mediante dirección activa adicionalmente en los ángulos -\Psi_{St3'} y -\Psi_{St3} variables.

Las Fig. 3 a 6 representan posibles variantes de realización de la dirección activa del ángulo de mando \Psi_{St} para influenciar la marcha ondulada del eje montado. En este caso se ha prescindido de la realización técnica del aparato para la determinación de la variable de control para el ángulo de mando \Psi_{St} (tomador de medida para \Psi_{AD} y/o para \Psi_{AR}, unidad de análisis) que se puede realizar con soluciones técnicas conocidas en sí.

De la Fig. 3 se puede desprender una instalación con la que se puede cargar un eje montado 3 sujeto mediante un brazo oscilante 4 de forma estática o casi estática en el chasis de guía 2 con un ángulo de mando \Psi_{ST} variable. El chasis de guía 2 está apoyado de forma elástica en la carcasa de caja de ejes 5 del eje montado 3. La carcasa de caja de ejes 5 posee un brazo oscilante 4 con un casquillo 6 elástico que está apoyado a través de una excéntrica 7 y un árbol excéntrico 8 en cuña de apoyo de brazo oscilante 9. Una instalación de ajuste 10, por ejemplo, un cilindro hidráulico varía a través de una palanca 11 de excéntrica la longitud de conexión L del brazo oscilante 4 con respecto al chasis de guía 2 en \pm \DeltaL.

La Fig. 4 muestra otra instalación que mediante la utilización de un casquillo de fluido de dos cámaras 12 en el brazo oscilante 4 genera el ángulo de mando \Psi_{ST.} El chasis de guía 2 se apoya en la carcasa de caja de ejes 5. La carcasa de caja de ejes 5 asimismo posee el brazo oscilante 4 pero armado con un casquillo de fluido de dos cámaras 12 elástico cuyas cámaras 13, 13' a través de las conexiones 14, 14' pueden ser aplicadas alternativamente con fluido y de este modo provocan una variación de la longitud de conexión L del brazo oscilante 4 frente al chasis de guía 2 por el importe \pm \DeltaL.

La Fig. 5 varía a la Fig. 4 de tal manera que en lugar de un brazo oscilante 4 se usan árboles de guía 15 con casquillos de fluido de dos cámaras 12, 12' para la dirección del eje montado. En este caso el chasis de guía 2 de nuevo está apoyado elásticamente sobre la carcasa de caja de ejes 5 del eje montado 3. Entre los árboles de guía 15 perpendiculares del chasis de guía 2 no representado más en detalle y la carcasa de caja de ejes 5 se encuentran en cada caso 2 casquillos de fluido de dos cámaras 12, 12', cuyas cámaras 13, 13' a través de las conexiones 14, 14' se aplican alternativamente con fluido y de este modo provocan un desplazamiento central \pm \DeltaL de la carcasa de caja de ejes 5 hacia los árboles de guía 15.

En la Fig. 6 se representa una instalación que presenta la posibilidad de generar el ángulo de mando \Psi_{ST} con una guía de ejes montados 17 de hoja de muelle doble. De nuevo el chasis de guía 3 está apoyado de forma elástica sobre la carcasa de caja de ejes 5 del eje montado 3. El chasis de guía 2 y la carcasa de caja de ejes 5 poseen cuñas de apoyo 16, 16' que están unidos entre sí con las guías de ejes montados 17, 17' de hoja de muelle acodada en dirección contraria. Estos están unidos en su zona central acodada mediante un dispositivo de ajuste 10 que al actuarlo varía la distancia A de las guías 17, 17' en esta zona en \DeltaA y con ello provoca una variación de la longitud L en \pm \DeltaL.

La solución según la invención funciona de la siguiente manera:

Con lectores de valores medidos y una unidad de análisis se determina la posición angular \Psi_{AD} actual del chasis de guía 2 con respecto a la caja del vagón 1 y/o la posición \Psi_{AR} de los ejes montados 3, 3' respecto a la caja del vagón 1 y al mismo tiempo se analiza la marcha sinusoidal del eje montado como medida de la estabilidad. En función es estas posiciones y del tipo y la frecuencia de la marcha sinusoidal se activa un generador de señal que a través de generadores de variables de control y a través de elementos de ajuste (Fig. 3 a 6) entre el chasis de guía 2 y la carcasa de caja de ejes 5 sobrepone cada posición del eje montado con un ángulo de mando \Psi_{St} de tal manera que se genera una extensión de la marcha sinusoidal.

En la Fig. 1 está representada una marcha sinusoidal en la misma dirección de los ejes montados 3, 3' en la vía recta o bien vías en curva grandes que está sobrepuesta por ángulos de mando -\Psi_{St} igualmente orientados en la misma dirección de tal manera que la marcha de eje montado es estirado. Una marcha sinusoidal en la dirección contraria también se puede ecualizar en este sentido. Sin embargo, es conveniente impedir activamente la marcha sinusoidal en la dirección contraria ya en la fase de creación y de imponer al sistema una marcha sinusoidal en la misma dirección.

En vías en curva pequeñas representadas en la Fig. 2, diferente con respecto a la Fig. 1 los ejes montados 3, 3' están orientados radialmente en curva de forma casi estáticos con respecto al chasis de guía 2. En el caso de altas velocidades de conducción por encima de la velocidad de compensación estas posiciones están superpuestas por ángulos de
mando -\Psi_{St} rectificados que minimizan los ángulos de ataque por fuera de la vía en curva y evitan inestabilidades. En el caso de velocidades pequeñas por debajo de la velocidad de compensación se sobrepone en el eje montado 3 aún un ángulo de mando negativo y en el eje montado 3' un ángulo de mando positivo \Psi_{St}.

Lista de referencias

1

caja de vagón

2

chasis de guía

3, 3'

ejes montados

4

brazo oscilante

5

carcasa de caja de ejes

6

casquillo elástico

7

excéntrica

8

árbol excéntrico

9

cuña de apoyo de brazo oscilante

10

dispositivo de ajuste

11

palanca excéntrica

12, 12'

casquillos de fluido de dos cámaras

13, 13'

cámaras

14, 14'

conexiones

15

árbol de guía

16, 16'

cuña de apoyo

17, 17', 17''

guías de ejes montados de hoja de muelle doble

\Psi_{K}

ángulo de rotación de la caja de vagón

\Psi_{D}

ángulo de rotación del chasis de guía hacia el eje de vía

\Psi_{R}

ángulo de rotación de los ejes montados hacia el eje de vía

\Psi_{AD}

ángulo de rotación del chasis de guía hacia la caja de vagón

\Psi_{AR}

ángulo de rotación de los ejes montados hacia la caja de vagón

\Psi_{St}

ángulo de mando de los ejes montados

\Psi_{B}

ángulo de rotación de los ejes montados hacia el chasis de guía (orientación radial curvada)

A

distancia

w

desplazamiento perpendicular de la caja de vagón hacia el chasis de guía

x

eje de vía

Claims (3)

1. Procedimiento para la dirección de ejes montados de vehículos ferroviarios con una posición del eje montado estática o casi estática predeterminada en el chasis de guía, en donde la posición del eje montado predeterminada está sobrepuesta por una dirección del eje montado activa de un ángulo de mando \Psi_{St}, caracterizado porque el ángulo de mando \Psi_{St} en varios ejes montados 3, 3' puede estar orientado tanto en la misma dirección como en la dirección contraria, porque como variable de control del ángulo de mando \Psi_{St} se usan los ángulo de rotación \Psi_{AD} de los chasis de guía (2) medidos en cada caso en frente de la caja de vagón (1) y/o \Psi_{AR} de los ejes montados o su respectiva derivada en el tiempo y al mismo tiempo la marcha sinusoidal del eje montado se analiza como medida para la estabilidad y en función de las variables de control y del tipo y de la frecuencia de la marcha sinusoidal se provoca una extensión de la marcha sinusoidal por la dirección del eje montado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque unas guías de ejes montados (17) ajustables en su longitud o desplazables en su punto de aplicación en el caso de un defecto de la dirección activa adoptan una posición final estable en la marcha en el chasis de guía (2) y tiene efecto una inhibición contra giro entre la caja de vagón (1) y el chasis de guía (2) y/o los ejes montados (3, 3').

3. Dispositivo para la dirección de ejes montados de vehículos ferroviarios con una posición del eje montado estática o casi estática predeterminada en el chasis de guía, caracterizado porque la dirección activa consiste de un lector del valor medido, una unidad de análisis y un dispositivo de ajuste que reacciona rápidamente y que no afecta de forma esencial la rigidez de la guía del eje montado, en donde en función de lectores de valores medidos y del tipo y la frecuencia de una marcha sinusoidal del eje montado analizada como medida para la estabilidad la dirección activa provoca una estiramiento de la marcha sinusoidal del eje montado.