ES2446766B1

ES2446766B1 - Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada

Info

Publication number: ES2446766B1
Application number: ES201231278A
Authority: ES
Inventors: José Germán GIMÉNEZ ORTIZ; Aitor BERASARTE LÓPEZ; Ibon Eciolaza Echeverria; Aitor Gastañares Etxezarreta; Pedro Estevez Irizar
Original assignee: Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles SA CAF
Current assignee: Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles SA CAF
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: WO2014023868A1; ES2446766A1

Abstract

Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, para asegurar, cuando se circula en condiciones degradas de la suspensión, la estabilidad entre un bogie (1) y la caja (3) de un vehículo ferroviario, entre los que van dispuestos unos amortiguadores antilazo (5) que son accionados por electroválvulas (6) para conmutar entre un modo de funcionamiento de característica de fuerza de amortiguación mayor y otro modo de funcionamiento de característica de fuerza de amortiguación menor, disponiéndose unos medios de detección (7) que advierten cuando se produce una condición degradada de la suspensión, enviando una señal de fallo a un equipo de control (9), el cual comanda las electroválvulas (6) para hacer conmutar a dichos amortiguadores antilazo (5) al modo de funcionamiento más adecuado para la circulación en tales condiciones.

Description

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DESCRIPCION

SISTEMA DE ESTABILIZACIÓN DE VEHÍCULOS FERROVIARIOS EN CONDICIONES DE SUSPENSIÓN DEGRADADA

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Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con las suspensiones de vehículos ferroviarios, proponiendo un sistema que permite mejorar la estabilidad dinámica del vehículo en condiciones de suspensión degradada por un fallo en

10 alguno de sus componentes, como el que se produce cuando la suspensión neumática se encuentra desinflada.

Estado de la técnica

Los vehículos ferroviarios deben someterse a una serie de estrictas pruebas para lograr su homologación,

15 debiendo demostrar, entre otras cosas, que presentan un comportamiento dinámico adecuado, tanto con prestaciones nominales de su suspensión, como en condiciones degradadas en las que alguno de los componentes de la suspensión no funcione adecuadamente.

Algunos vehículos ferroviarios van provistos de unas suspensiones neumáticas formadas por unos resortes

20 neumáticos, o cojines de aire, que se disponen entre la caja del vehículo y los bogies, cuya función principal es aislar el habitáculo de pasajeros de las vibraciones provenientes de los órganos de rodadura y garantizar un confort suficiente durante la circulación por vía.

Cuando se produce un fallo en alguno de los componentes de la suspensión como, por ejemplo, cuando los

25 resortes neumáticos se desinflan y, la caja del vehículo pasa a apoyarse sobre unos resortes de emergencia de goma dispuestos por debajo de los resortes neumáticos. En estas condiciones el margen de estabilidad dinámica se reduce de forma acusada, lo que resulta especialmente crítico en trenes de alta velocidad en los que habitualmente no llegan a superarse los requisitos de homologación correspondientes a estas situaciones degradadas.

30 Para mejorar la estabilidad dinámica de los vehículos ferroviarios, se conocen soluciones basadas en aplicar restricciones al giro relativo entre la caja del vehículo y los bogies. La forma más habitual de aplicar esta restricción se basa en disponer unos amortiguadores antilazo montados entre la caja y los bogies en el sentido longitudinal de la marcha del vehículo, pudiendo haber dos amortiguadores en ambos costados del bogie

35 (solución habitual en trenes de alta velocidad), o un solo amortiguador en cada costado (solución habitual en el resto de los vehículos).

Estos amortiguadores antilazo aportan una curva característica fuerza-movimiento de sus extremos diseñada para mejorar la estabilidad dinámica del vehículo, pero que por el contrario ejerce un efecto negativo cuando el

40 vehículo circula a bajas velocidades por curvas de radios reducidos, lo cual da lugar a un aumento de los esfuerzos rueda-carril, provocando un mayor deterioro geométrico de la vía y un aumento de la tasa de desgaste de ruedas y carriles. Todo ello con consecuencia de un incremento de los costes de mantenimiento.

Por otro lado, también se conocen suspensiones de vehículos ferroviarios que emplean amortiguadores antilazo

45 con dos modos de funcionamiento, un modo con una característica de fuerza del amortiguador más fuerte y el otro modo con una característica del amortiguador más débil, de manera que estos amortiguadores aportan un acoplamiento variable entre caja y bogie. Los amortiguadores van asociados a unas electroválvulas controladas con una alimentación eléctrica, de manera que cuando las electroválvulas están energizadas se trabaja con uno de los modos de funcionamiento de los amortiguadores, y cuando están desenergizadas se trabaja con el otro

50 modo de funcionamiento. La activación y desactivación de las electroválvulas se realiza en función de la velocidad a la que circula el vehículo ferroviario, de manera que a velocidades de circulación elevadas se activa el modo de funcionamiento más fuerte de los amortiguadores, y a bajas velocidades se activa el modo de funcionamiento más débil.

55 Esta solución permite adaptar el modo de funcionamiento más adecuado de los amortiguadores en cada situación de circulación en vía. A velocidades altas en las que se requiere gran estabilidad dinámica y en las que no se circula por curvas de radio reducido, los amortiguadores antilazo presentan una característica de fuerza elevada, mientras que a velocidades bajas en las que el margen de estabilidad dinámica es mucho mayor y son a las que se circula por curvas cerradas, los amortiguadores antilazo funcionan con la característica de fuerza

60 débil.

Hasta la fecha, este tipo de amortiguadores antilazo solo se han empleado para mejorar las prestaciones dinámicas de los vehículos ferroviarios bajo condiciones de suspensión nominal no degradadas y siempre en aplicaciones críticas, como son los trenes basculantes o los trenes de ancho variable.

65 Por el contrario, en la presente invención se propone un sistema en el que los amortiguadores antilazo de característica variable permiten garantizar la estabilidad dinámica de los trenes en condiciones de suspensión degradada y sin penalizar sus prestaciones, en todo tipo de recorridos y velocidades de circulación, cuando la suspensión está en condiciones nominales.

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5 Objeto de la invención

De acuerdo con la presente invención se propone un sistema que permite estabilizar un vehículo ferroviario cuando se circula en condiciones degradadas como, por ejemplo, cuando los resortes de la suspensión neumática se encuentran desinflados.

10 El sistema de estabilización dispone de unos amortiguadores antilazo montados entre el bogie y la caja, a ambos lados del bogie según el sentido longitudinal de la marcha del vehículo. Los amortiguadores antilazo son accionados por unas electroválvulas que les permiten conmutar entre, al menos, dos modos de funcionamiento, uno con mayor característica amortiguadora y otro con menor característica amortiguadora.

15 El sistema de estabilización dispone además de unos medios de detección que advierten la degradación de la suspensión y envían una señal de fallo al equipo de control el cual, en caso de fallo de la suspensión, comanda las electroválvulas para hacer conmutar a los amortiguadores antilazo al modo de funcionamiento más fuerte. Y en caso de que la suspensión permanezca sin fallo, los amortiguadores antilazo presentan su característica

20 nominal, más débil.

En una realización no limitativa de la invención, aplicable a la degradación de suspensión neumática por desinflado de la misma, se ha previsto que los medios de detección sean unos sensores de presión que permiten conocer la condición de inflado/desinflado de los resortes neumáticos. Otra opción es que dichos medios puedan

25 ser unos sensores de vibración, ubicados, preferentemente, en el bogie o en la caja, que, a través del aumento de las vibraciones inducidas por circular a alta velocidad en condiciones degradadas de la suspensión, permiten detectar y determinar indirectamente un posible desinflado de los resortes neumáticos o cualquier otra condición de degradación de la suspensión.

30 Descripción de las figuras

La figura 1 muestra un esquema del sistema de estabilización de vehículos ferroviarios propuesto por la presente invención.

35 Descripción detallada de la invención

En la figura 1 se muestra un esquema del sistema de estabilización de vehículos ferroviarios propuesto por la invención, el cual se emplea para asegurar una adecuada estabilidad dinámica del vehículo.

40 Entre el bogie (1), donde se encuentran los órganos de rodadura (2), y la caja (3), donde se encuentra el habitáculo de pasajeros, se disponen los elementos habituales de suspensión, como amortiguadores, resortes helicoidales, o resortes neumáticos (4) (cojines de aire) pertenecientes a la suspensión neumática del vehículo ferroviario. A ambos lados del bogie (1), en el sentido longitudinal de la marcha del vehículo, van dispuestos unos amortiguadores antilazo (5), los cuales por un extremo van unidos al bogie (1) y por el otro extremo se unen a la

45 caja (3). Los amortiguadores antilazo (5) presentan, al menos, dos modos de funcionamiento, un primer modo de funcionamiento que aporta una característica fuerte de fuerza amortiguadora entre caja (3) y bogie (1), y un segundo modo de funcionamiento que aporta una característica de fuerza amortiguadora menor entre caja (3) y bogie (1).

50 Dichos amortiguadores antilazo (5) van asociados a unas electroválvulas (6), las cuales permiten conmutar entre los modos de funcionamiento de esos amortiguadores antilazo (5), mientras que los elementos de suspensión que son susceptibles de degradarse y provocar problemas de estabilidad dinámica, como son los resortes neumáticos (4), van asociados a unos medios de detección (7) que permiten conocer su estado y detectar si se ha producido un fallo en su funcionamiento (en el caso de la suspensión neumática, un fallo típico es el

55 desinflado dichos resortes neumáticos (4)). Opcionalmente, unos sensores de velocidad (8) dispuestos en el bogie (1) o en la caja (3), miden la velocidad a la que está circulando el vehículo ferroviario y permiten limitar la utilización de la característica fuerte del amortiguador antilazo, al rango de velocidades en el que se pueden producir problemas de estabilidad dinámica.

60 Según un ejemplo de realización no limitativo de la invención, en el caso de aplicarse el sistema de estabilización para prevenir la degradación por desinflado de la suspensión neumática, los medios de detección (7) pueden ser unos sensores de presión que permiten conocer la condición de inflado/desinflado de los resortes neumáticos (4).

65 Otra forma no limitativa de realización de la invención consiste en la utilización de sensores de desplazamiento relativo, mediante los cuales se puede conocer la distancia entre el bogie (1) y la caja (3), de manera que una aproximación excesiva entre ambos es síntoma de un fallo en la suspensión neumática por desinflado de los resortes neumáticos (4).

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Según otro ejemplo de realización no limitativo, los medios de detección (7) son unos sensores de vibración

5 dispuestos, preferentemente, en el bogie (1) o en la caja (3), los cuales a través de la vibración producida por la pérdida de estabilidad dinámica asociada a la degradación de la suspensión o mediante el incremento general de vibraciones producido por la misma, permiten detectar y determinar indirectamente la condición de degradación de la suspensión.

10 En general, los medios de detección (7) pueden ser cualquier dispositivo sensor que permita detectar la degradación de la suspensión.

Con todo ello así, las señales obtenidas por los medios de detección (7) y, en su caso, por los sensores de velocidad (8), son enviadas a un equipo de control (9) que se encarga de procesar las señales recibidas y

15 comandar las electroválvulas (6) asociadas a los amortiguadores antilazo (5).

Cuando los medios de detección (7) advierten que la suspensión se ha degradado, envían una señal de fallo al equipo de control (9), el cual alimenta eléctricamente a las electroválvulas (6) para hacer conmutar a los amortiguadores antilazo (5) hacia su modo de funcionamiento más fuerte y asegurar así una adecuada

20 estabilidad del vehículo ferroviario incluso cuando se circula en esas condiciones degradadas a máxima velocidad. En condiciones normales de circulación, las electroválvulas (6) están desactivadas y la suspensión trabaja con los amortiguadores antilazo (5) en su modo de funcionamiento más débil.

A bajas velocidades, por ejemplo en circulación en curva, la activación del modo de funcionamiento más fuerte

25 de los amortiguadores antilazo (5) es contraproducente, incluso cuando la suspensión se encuentra degradada. En estos casos, según una opción mejorada de la invención, en combinación con la información obtenida por los medios de detección (7), se tiene en cuenta la información de la velocidad del vehículo ferroviario obtenida por los sensores (8) de velocidad, de manera que la activación del modo de funcionamiento más fuerte de los amortiguadores antilazo (5) sólo se activa cuando se produce un fallo en la suspensión y a partir de un cierto

30 valor de la velocidad, definido en función de las características dinámicas del vehículo ferroviario.

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Claims

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REIVINDICACIONES

1.- Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, empleado para asegurar una adecuada estabilidad dinámica de un vehículo ferroviario, cuando se circula en condiciones 5 degradadas de la suspensión, como la que se produce cuando unos resortes neumáticos (4) de la suspensión se encuentran desinflados, disponiendo además de unos amortiguadores antilazo (5) montados entre un bogie (1) y la caja (3) del vehículo ferroviario, a ambos lados del bogie (1) según el sentido longitudinal de la marcha del vehículo, los cuales amortiguadores antilazo (5) son accionados por unas electroválvulas (6) que les permiten conmutar entre, al menos, dos modos de funcionamiento, uno de característica de fuerza de amortiguación

10 mayor y otro de característica de fuerza de amortiguación menor, caracterizado porque se disponen unos medios de detección (7) que advierten la condición degradada de la suspensión y envían una señal de fallo a un equipo de control (9), de manera que el equipo de control (9) comanda las electroválvulas (6) para hacer conmutar a los amortiguadores antilazo (5) al modo de funcionamiento más adecuado.

15 2.- Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque cuando la situación de suspensión degrada se produce por desinflado de la suspensión neumática, los medios de detección (7) son unos sensores de presión que permiten conocer la condición de inflado/desinflado de los resortes neumáticos (4).

20 3.- Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los medios de detección (7) son unos sensores de vibración, ubicados en el bogie (1) o en la caja (3).
4.- Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, de acuerdo con

25 la primera reivindicación, caracterizado porque los medios de detección (7) son unos sensores de desplazamiento que miden la distancia relativa entre el bogie (1) y la caja (3).
5.- Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los medios de detección (7) son acelerómetros, ubicados en el

30 bogie (1) o en la caja (3).
6.- Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los medios de detección (7) son acelerómetros, ubicados en el bogie (1) o en la caja (3) en sentido lateral respecto de la dirección de marcha.

35 7.- Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque se utilizan sensores que permiten medir la velocidad de marcha, siendo utilizada esta medida por el equipo de control (9) para activar la característica fuerte de los amortiguadores antilazo (5) solo por encima de un valor umbral mínimo de velocidad.

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