ES2360017T3 - Elemento comprensible para absorber energía en caso de colisión en un vehículo ferroviario. - Google Patents

Abstract

Un elemento (1) compresible para absorber energía en caso de colisión en un vehículo ferroviario; comprendiendo el elemento: - una estructura (8) a bsorbente que se exti ende a lo larg o d e u n ej e (2) es encialmente horizontal, plásticamente deformable para absorber energía, conectable a un soporte (3) en un extremo y que tiene una placa (10) antiencaballamiento en el extremo opuesto; en donde dicha estructura (8) absorbente comprende cuatro cuerpos (8) tubulares dispuestos en bordes laterales correspondientes de dicho elemento (1); - un dispositivo (15) de guía que comprende: a) una pluralidad de asientos (18) de guía, que están dispuestos en posiciones intermedias entre los extremos axiales separados recíprocamente de dicha estructura (8) absorbente; b) partic iones (20) v erticales fijad as a di cha estructura (8) a bsorbente en posiciones a xialmente separadas; en donde dichas particiones (20) están situadas entre dichos cuerpos (8) tubulares y están soldadas a dichos cuerpos (8) tubulares; c) un vástago (16) que se extiende en dicha estructura (8) absorbente y fijado a una cara (11) posterior de dicha placa (10) antiencaballamiento; teniendo dicho vástago (16) una longitud axial más corta que la de dicha estructura (8) absorbente y engranándose solo a parte de dichos asientos (18) de guía para ser guiado durante la deformación de dicha estructura (8) absorbente; en donde dicho vástago (16) se extiende y es guiado a lo largo de dicho eje (2); caracterizado porque: los asientos (18) de guía están soportados por las particiones (20) verticales correspondientes; y - cada un o de dichos as ientos (18) de g uía está r ealizado en el ce ntro de una de di chas partic iones (20) respectivas, coaxialmente con los otros asientos (18) de guía a lo largo de dicho eje (2).

Description

La presente invención s e r efiere a un el emento c ompresible p ara abs orber en ergía en c aso de c olisión e n u n vehículo ferroviario.

Se sabe que los vagones y las l ocomotoras de los v ehículos ferr oviarios tiene n e lementos o estructuras, en sus extremos, encargados de absorber energía en caso de colisión frontal. Por ejemplo, se conoce el suministro de un par de elementos compresibles, que están montados de forma saliente en el extremo del vagón o de la locomotora a lo largo de ejes horizontales correspondientes paralelos a la dirección longitudinal del vehículo, están dispuestos en posiciones alejadas transversalmente y recíprocamente y comprenden generalmente cuerpos encerrados en cajas que soportan una plac a antiencaballamiento en un e xtremo. Los ejes horizontales de los elementos compresibles están a una altura del suelo de modo que, en caso de accidente, las placas antiencaballamiento entren en contacto con placas antiencaballamiento correspondientes e impidan un deslizamiento relativo en una dirección vertical para evitar que los vagones se eleven.

Al mismo tiempo, los cuerpos encerrados en cajas absorben energía cinética al deformarse, es decir, al convertir tal energía ci nética en e nergía de d eformación pl ástica, hasta qu e top es de fi n d e ca rrera a propiados lim itan la deformación de los mismos.

En la práctica, cunado las placas antiencaballamiento entran en contacto recíproco durante la colisión, los elementos compresibles correspondientes no son nunca perfectamente coaxiales sino que hay una desviación en la dirección vertical. T al d esviación genera u na división asim étrica de la c arga e ntre los c uerpos encerr ados e n caj as y u na rotación de la placa antiencaballamiento, con lo que la cantidad total de energía realmente absorbida es menor que la especificada en la etapa de diseño. A fin de resolver tal desventaja, es posible proporcionar un asiento de guía en una placa posterior fija que soporta los cuerpos encerrados en cajas para guiar un vástago horizontal fijado en la cara posterior de la placa antiencaballamiento. Una solución de este tipo se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente internacional publicada bajo el número WO2006/024059A2.

Este tipo de s olución c onocida es re lativamente e ngorrosa, debi do a q ue req uiere u n espaci o li bre relativamente grande detrás de la placa posterior fija para permitir que todo el vástago se deslice libremente durante la colisión y para permitir la deformación plástica del cuerpo encerrado en caja. Específicamente, en general, tal tipo de solución no puede usarse en vehículos ferroviarios ya en funcionamiento para reemplazar los elementos compresibles del tipo conocido sin el dispositivo de guía, debido a que sería bastante complejo obtener espacio libre adicional detrás de los elementos compresibles.

EP1746007 divulga un dispositivo absorbente de energía de impacto para un vehículo ferroviario, que comprende al menos un el emento absorbente de ener gía alargado y un el emento de c ontacto montado e n u n e xtremo de l elemento a bsorbente d e en ergía. Se proporciona una pluralidad d e pl acas de refu erzo y u n dis positivo de guí a dentro del espacio interno del espacio del elemento absorbente. El dispositivo de guía comprende cuatro elementos de guía alargados que cooperan con cavidades de ajuste correspondientes de las placas de refuerzo.

El objetivo de la presente invención es elaborar un elemento compresible para absorber energía en caso de colisión en u n vehícu lo ferrovi ario, que permita resolver s imple y ec onómicamente lo s probl emas mencionados anteriormente.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona unelemento compresible para absorber energía en caso de colisión en un vehículo ferroviario, según se define en la reivindicación 1.

La invención se describirá ahora con referencia a los dibujos adjuntos que ilustran una realización no limitativa de la misma, en los que:

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la figura 1 es una vista e n perspectiva de una realización preferida del elemento compresible para absorber energía en caso de colisión en un vehículo ferroviario, de acuerdo con la presente invención;

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la figura 2 es una vista lateral esquemática del elemento compresible de la figura 1 durante una primera etapa de colisión contra un elemento compresible correspondiente; y

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la figura 3 es una vista en perspectiva que muestra una etapa final de la colisión.

En la figura 1, el número 1 indica como un todo un elemento compresible para absorber energía en caso de colisión en u n v ehículo ferrovi ario ( no mostra do). El e lemento 1 se extiende de form a sa liente a l o lar go de u n ej e 2 esencialmente horizontal y paralelo a la dirección longitudinal del vehículo, partiendo de un travesaño 3 de soporte transversal (parcialmente mostrado), que es del tipo encerrado en cajay es parte del extremo de un vagón o un coche o una locomotora de un vehículo ferroviario.

El elemento 1 está disp uesto al lado d e un tope 4 de fi n de carrera, q ue es esenc ialmente rígido y está fijado al travesaño 3; el elemento 1, como un todo, tiene una conformación frustopiramidal que se extiende hacia el travesaño

3. El elemento 1 comprende una placa 6 final posterior, que está fijada al travesaño 3 y tiene una abertura 7 central esencialmente rectangular 7 (figura 3), alargada en una dirección vertical. El elemento 1 comprende además cuatro cuerpos 8 tubulares o encerrados en cajas, que son plásticamente deformables por compresión, está dispuestos a lo largo de los bordes laterales del elemento 1, tienen una sección transversal cuadrangular y tienen esencialmente una conform ación frust ocónica q ue s e e xtiende h acia e l travesaño 3 para incr ementar la en ergía absor bida de acuerdo con el incremento de la carrera de compresión a lo largo del eje 2.

El elemento 1 comprende una cubierta 9 a lo largo de los cuatro lados del elemento 1 para cubrir los cuerpos 8.

Una placa 10 frontal vertical tiene una cara 11 posterior fijada a los extremos de los cuerpos 8 y una cara 12 frontal que ti ene una plura lidad de resaltos o dientes 1 3, u otro s disp ositivos equiv alentes, en posic iones fijadas para realizar una función antiencaballamiento cuando la placa 10 entra en contacto, durante un accidente, con una placa antiencaballamiento correspondiente de un vagón o coche que se estrella. Las dimensiones, la distancia recíproca y el número de dientes 13 son tales que limitan la posibilidad de deslizarse recíprocamente en dirección vertical entre las placas antiencaballamiento: se proporcionan ocho dientes 13 con una sección transversal totalmente triangular, soldados a l a cara 12 e n pos iciones igu almente separadas en una dirección vertical, que sobr esalen aproximadamente 25 mm con respecto a la cara 12, y que tienen un ángulo apical igual a aproximadamente 60°.

El elemento 1 comprende a continuación un dispositivo 15 de guía para asegurar la rotación de la placa 10 durante la colisión y la deformación plástica de los cuerpos 8, de modo que la placa 10 divida la carga sobre los cuerpos 8 haciendo que el elemento 1 funcio ne correctamente y ab sorba la cantidad de ener gía especificada en la etapa de diseño.

El dispositivo 15 comprende un vástago 16, que está fijado a la cara 11, p. ej. mediante soldadura, se extiende a lo largo del eje 2 entre los cuerpos 8 y tiene una longitudaxial más corta que la de los cuerpos 8 (aproximadamente 60%). E l v ástago 16 es c ilíndrico y tu bular, con un gr osor de a proximadamente 6 m m y u n diámetro e xterno de aproximadamente 12 mm y extremos con una cabeza 17 de conformación frustocónica (figuras 2 y 3).

El dispositivo 15 comprende a continuación una pluralidad de asientos 18 de guía, específicamente cinco, que son coaxiales entre sí y con l a abertura 7, están ig ualmente espaci ados a lo la rgo de l e je 2 y están s oportados p or particiones 20 correspondientes fijadas a los cuerpos 8 y a la cubierta 9 mediante soldadura. El diámetro externo del vástago 16 rodea el diámetro interno de los asientos 18 y es menor que las dimensiones de la abertura 7.

Al menos tres de los cinco asientos 18 están engranados con el vástago 16 cuando el elemento 1 está en condición no deformada para asegurar una buena estabilidad durante el deslizamiento axial del vástago 16 y para dividir las tensiones transferidas por la placa 10 sobre las particiones 20 y así sobre los cuerpos 10 de un modo distribuido a lo largo del eje 2 desde el primer instante de la colisión y de la deformación plástica.

Las particiones 20 n o son planas con grosor constante sino que tienen un grosor variable: la p eriferia 21 ti ene un grosor de aproximadamente 2 mm, mientras que la porción 22 central, alrededor de los asientos 18 de guía, tiene un grosor de aproximadamente 6 mm. En ot ras palabras, la porción 22 central está reforz ada en comparación con l a periferia 21. Para hacer las partici ones, pa rtiendo de una lámina de 6 mm de grosor, el gros or e n exceso en l a periferia 21 se retira fresando solo desde una cara de la partición 20. De este modo, una de las dos caras es plana, mientras que la cara fresada tiene un escalón que divide la periferia 21 de la porción 22 central.

Preferiblemente, los asientos 20 de guía están definidos por collares 24 correspondientes, que están acoplados al borde circ ular interno d e las porciones 2 2 c entrales y s on men os gr uesos q ue las p orciones 2 2, p. ej. tie nen un grosor de 2 mm, para limitar la superficie de contacto con el vástago 16 y parareducir fricciones y la presencia de fuerzas longitudinales excesivas asociadas a la fricción.

Las figuras 2 y 3 muestran una etapa inicial y una etapa final de una colisión entre dos coches o vagones que tienen cada uno un par correspondiente de elementos compresibles recíprocamente equivalentes. Los componentes de los elementos compresibles están indicados por los mismos números de referencia usados en la figura 1, pero para uno de los dos pares los números de referencia están seguidos por un subíndice por razones de claridad.

La distancia entre los el ementos 1 sobr e el travesaño 3 es la misma q ue la d istancia entre los el ementos 1’ e n el travesaño 3 ’. En las c ondiciones de c olisión as umidas, los e jes 2 y 2’ están se parados recípr ocamente e n u na dirección vertical por una desviación igual a aproximadamente 40 mm.

La figura 2 se refiere a una condición en la que han transcurrido aproximadamente 3 milisegundos desde el principio de la colisión: las placas 10, 10’ h an adoptado una ligera deformación con conformación de "S", qu e no tiende a incrementarse más en virtud del dispositivo 15.

En efecto, durante la colisión, el elemento 1 está axialmente acortado y el vástago 16 entra secuencialmente en las particiones 2 0 dis puestas e n l a p arte posterior del el emento 1: e l vás tago 16 sig ue ese ncialmente h orizontal y permite un aplastamiento uniforme entre los cuatro cuerpos 8 a lo largo del eje 2 en virtud de la función de guía de los asientos 18. Debido a la fricción por deslizamiento de los vástagos 16, 16’ contra los collares 24y debido a las colisiones i nevitables d e l as cab ezas 17, 17’ durante la inserción d e las d os últimas partici ones 20, 2 0’, l os dispositivos 15, 15’ generan fuerzas longitudinales que sin embargo son insignificantes.

Durante la etapa final de deformación de los elementos 1, 1’, las cabezas 17, 17’ de los vástagos 16, 16’ se insertan en las aberturas 7, 7’ de las placas 6, 6’, que también realizan una función de guía, aunque mínima. Como puede inferirse de la figura 3, al final de la colisión, los vástagos 16, 16’ tanto han sufrido una inclinación insignificante con respecto al eje 2, 2’ como ti enen las cabezas 17 correspondientes alojados en los travesaños 3, 3’ encerrados en cajas. Por otra parte, los topes soportados por los travesaños 3, 3’ no entran en contacto recíproco, como ocurre en cambio en las soluciones de la técnica anterior que no tienen dispositivo de guía. Las deformaciones finales de los elementos 1, 1’parecen especulares y el funcionamientode las placas 10, 10’es óptimo debidoa que nohay una elevación significativa de los coches o fenómenos de superposición o encaballamiento.

La mayoría de la energía (aproximadamente 70%) es disipada por las deformaciones de los cuerpos 8, 8’. La parte restante es disipada por la cubierta 9 y por las juntas de soldadura. Los travesaños 3, 3’ son elementos estructurales esencialmente rígidos que no sirven para ninguna función de disipación de energía sino que aseguran el soporte y la conexión de los elementos 1, 1’ a los coches correspondientes. En otras palabras, los elementos 1, 1’ pueden disipar solos toda la energía necesaria que se especifica en la etapa de diseño.

Por lo tanto, la eficacia del elemento 1 es satisfactoria y las aceleraciones trasmitidas al coche son relativamente bajas y tienen un patrón regular.

Por otra parte, según se divulga anteriormente, la energía es absorbida completamente por el elemento 1 según se especifica en la etap a de d iseño si n defor mar plástic amente el traves año 3. El ries go de d escarrilamiento es prácticamente nulo en comparación con las soluciones conocidas en virtud del dispositivo 15 en combinación con las características de los dientes 13 de la placa 10 antiencaballamiento.

Tener los asientos 18 dispuestos directamente dentro de los cuerpos 8 permite tener un vástago 16 de longitud axial restringida y, así, evitar la necesidad de espacios libres adicionales detrás del travesaño 3 en el coche. Tener una pluralidad de asientos 18, en lugar de solo uno, permite explotar la función de guía de los mismos solo cuando los asientos 18 e stán realm ente engr anados con el vásta go 16, sin cre ar impe dimento o volúm enes adici onales, reforzando adicionalmente el elemento 1 para estabilizar eficazmente la deformación. Las pequeñas dimensiones requeridas por el eleme nto 1 permite n ins talar el el emento 1 incl uso en vehícu los ya e n funci onamiento para reemplazar elementos absorbentes de choques sin dispositivo de guía.

Durante la deformación, la cabeza 17 de conformación abocardada facilita la inserción gradual del vástago 16 en los dos asientos 20 posteriores que solo están engranados cuando el elemento 1 no está deformado, y la inserción final en la abertura 7 y así en el travesaño 3 encerrado en caja. La longitud del vástago 16 es tal que evita el impacto axial de la cabeza 17 contra la parte inferior del travesaño 3 antes deque el elemento 1 haya absorbido toda la energía suministrada. El vástago 1 6 funciona principalmente mediante curvatura y su sección tubular combina un peso ligero y un alto módulo de resistencia a la flexión.

Finalmente, a partir de lo ant erior, es evidente que pueden aplicarse cambios y variaciones al elemento 1 descrito sin apartarse del alcance de protección de la presente invención.

Específicamente, los cuerpos 8 tubulares podrían reemplazarse por otra estructura compresible encerrada en caja de una conformación y/o di mensiones diferentes; y/o l os el ementos 1 po drían estar con ectados a estructuras d e soporte diferentes al travesaño 3, p. ej. a una estructura de soporte integrada en el chasis del vagón o el coche; y/o los topes 4 podrían estar ausentes.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un elemento (1) compresible para absorber energía en caso de colisión en un vehículo ferroviario; comprendiendo el elemento:

   -una estructura (8) a bsorbente que se exti ende a lo larg o d e u n ej e (2) es encialmente horizontal, plásticamente deformable para absorber energía, conectable a un soporte (3) en un extremo y que tiene una placa (10) antiencaballamiento en el extremo opuesto; en donde dicha estructura (8) absorbente comprende cuatro cuerpos (8) tubulares dispuestos en bordes laterales correspondientes de dicho elemento (1);

   - un dispositivo (15) de guía que comprende:

   a) una pluralidad de asientos (18) de guía, que están dispuestos en posiciones intermedias entre los extremos axiales separados recíprocamente de dicha estructura (8) absorbente;

   b) partic iones (20) v erticales fijad as a di cha estructura (8) a bsorbente en posiciones a xialmente separadas;

   en donde dichas particiones (20) están situadas entre dichos cuerpos (8) tubulares y están soldadas a dichos cuerpos (8) tubulares;

   c) un vástago (16) que se extiende en dicha estructura (8) absorbente y fijado a una cara (11) posterior de dicha placa (10) antiencaballamiento; teniendo dicho vástago (16) una longitud axial más corta que la de dicha estructura (8) absorbente y engranándose solo a parte de dichos asientos (18) de guía para ser guiado durante la deformación de dicha estructura (8) absorbente;

   en donde dicho vástago (16) se extiende y es guiado a lo largo de dicho eje (2);

   caracterizado porque:

   los asientos (18) de guía están soportados por las particiones (20) verticales correspondientes; y

   - cada un o de dichos as ientos (18) de g uía está r ealizado en el ce ntro de una de di chas partic iones (20) respectivas, coaxialmente con los otros asientos (18) de guía a lo largo de dicho eje (2).

2. 2.

   Un elemento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por comprender una cubierta (9) a lo largo de los c uatro l ados de l elemento ( 1) p ara cubrir dichos c uerpos (8) tub ulares; estan do d ichas p articiones soldadas también a dicha cubierta (9).

3. 3.

   Un elemento de acuerdo con reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dichos cuerpos (8) tubulares tienen una sección transversal cuadrangular y tienen esencialmente una conformación frustocónica que se extiende hacia dicho extremo.

4. 4.

   Un elemento de ac uerdo con u na cua lquiera d e l as re ivindicaciones precedentes, caracteriz ado p orque dicho vástago (16) se engrana a al menos tres quintas partes de dichos asientos (18) de guía.

5. 5.

   Un elemento de ac uerdo con u na cua lquiera d e l as re ivindicaciones precedentes, caracteriz ado p orque dichos asientos (18) de guía están separados igualmente a lo largo de dicho eje (2).

6. 6.

   Un elemento de ac uerdo con u na cua lquiera d e l as re ivindicaciones precedentes, caracteriz ado p orque cada u na de dichas partici ones (20) comp rende una p orción (22) ce ntral qu e soporta el correspo ndiente asiento (18) de guía y es más gruesa que la periferia (21) de la partición (20).

7. 7.

   Un elemento de ac uerdo con u na cua lquiera d e l as re ivindicaciones precedentes, caracteriz ado p orque dichos asie ntos (20) de g uía están d efinidos por co llares (24) corres pondientes, qu e están ac oplados a porciones (22) centrales correspondientes de dichas particiones (20) y son axialmente menos gruesos que las porciones (22) centrales de dichas particiones (20).

8. 8.

   Un elemento de ac uerdo con u na cua lquiera d e l as re ivindicaciones precedentes, caracteriz ado p orque dicha plac a (1 0) antie ncaballamiento tien e una car a ( 12) frontal qu e tie ne un a pl uralidad d e di entes (13) horizontales con una sección transversal triangular completa, soldados a dicha cara (12) frontal en posiciones separadas verticalmente e igualmente, que sobresalen aproximadamente 25 mm con respecto a dicha cara

   (12) frontal, y que tienen un ángulo apical de aproximadamente 60°.