ES2644352B1 - Grupo de bateo para máquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la vía, tanto las simples como las dobles - Google Patents

Grupo de bateo para máquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la vía, tanto las simples como las dobles Download PDF

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Abstract

Grupo de bateo para máquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la vía, simple y doble, que comprende un chasis dispuesto para ascender y descender a la posición de trabajo guiado por dos columnas mediante un cilindro de bajada de chasis que incluye un eje central, sobre el que rotan dos cilindros de cierre de bates, uno a cada lado de dicho eje central, donde cada uno de dichos cilindros incluye un vástago dispuesto para transmitir el movimiento de vibración y cierre a unos portabates a través de un eje de unión, donde dichos portabates rotan sobre un eje acoplado a dicho chasis donde, por la compensación de sección efectiva de empuje en ambas direcciones del vástago principal donde cada uno de dichos cilindros comprende, una camisa principal, una camisa secundaria, un vástago principal y un conjunto de juntas, donde dicha camisa secundaria se sitúa de forma coaxial y fija al interior de dicha camisa principal, donde dicha camisa secundaria está dispuesta para penetrar en el vaciado cilíndrico de dicho vástago principal y donde dichas juntas delimitan tres cámaras independientes en el interior de dicho cilindro, de tal forma que una primera cámara queda delimitada entre ambas camisas y el vástago principal y es alimentada con aceite a presión, una segunda cámara que queda delimitada por la camisa principal y el vástago principal y es alimentada con aceite a presión y una tercera cámara que queda delimitada por el vástago principal y la camisa secundaria y es alimentada por aire a presión atmosférica.

Description

componente vibratoria del esfuerzo del bate. Como ya se ha comentado, la solucion mas habitual para generar este esfuerzo vibratorio es mediante un eje con geometria excentrica al que se hace girar a ciertas revoluciones para conseguir la frecuencia deseada con una amplitud fija dada por la geometria del eje. Este sistema suele ir acompanado por un volante 5 de inercia de grandes dimensiones, por lo que la capacidad de hacer variar la frecuencia de vibracion es muy baja. Sin embargo, segun la solicitud de patente espanola P201631069 se conoce un grupo de bateo gobernado por diversas electrovalvulas de alta frecuencia configurables en tension, frecuencia y geometria de onda, donde el control de dichas electrovalvulas esta dispuesto para transmitir una oscilacion primaria de alta frecuencia (f1) 10 y una secundaria de baja frecuencia (f2) al vastago unico de vibracion y cierre.
Otra caracteristica de los grupos de bateo es la forma de adaptar la apertura de los bates para diferenciar las operaciones realizadas en zonas donde el carril descansa sobre doble traviesa, en vez de una que es lo mas habitual. Para ello, las maquinas suelen limitar la carrera del cilindro hidraulico que realizan la apertura y cierre de bates. Esta limitacion suele 15 constar de un cuerpo metalico articulado sobre la camisa del cilindro de cierre de bates. Este cuerpo limita la carrera del vastago en las operaciones de traviesa simple. Cuando hay que batear una traviesa doble, un cilindro secundario, generalmente neumatico, retira el cuerpo articulado permitiendo al vastago alcanzar su recorrido maximo. Por la patente US-6401623- B2 se conoce un sistema para eliminar este sistema neumatico-mecanico limitando 20 hidraulicamente el volumen de aceite que entra a la camara del cilindro en caso de bateo en traviesa simple.
Otra configuration posible se presenta en la solicitud de patente P201631069 ya mencionada anteriormente, que incluye un cilindro compuesto de un total de tres vastagos coplanarios, donde el que ocupa la posicion central esta gobernado por la valvula de alta 25 frecuencia. Los dos vastagos exteriores estan orientados en sentido de trabajo contrario al central, y configuran la position de bateo para bateo de traviesa simple o doble.
Description de la invention
Es necesario ofrecer una alternativa al estado de la tecnica que cubra las lagunas encontradas en la misma.
30 El optimo aprovechamiento de estas valvulas o electrovalvulas que gobiernan los cilindros de los grupos de bateo esta limitado por la cantidad de caudal de aceite que es capaz de suministrar a las camaras del cilindro. El valor del caudal (Q) multiplicado por el tiempo de alimentation de la camara (t) y dividido por su section efectiva (S) da como resultado el
valor del desplazamiento (Ax).
Durante la penetracion del bate en el balasto es necesario que el valor del desplazamiento antes mencionado sea identico en ambos sentidos, ya que interesa que no haya un desplazamiento neto del bate, es dedr, que su movimiento sea puramente oscilatorio. Por 5 ello es conveniente disenar el cilindro con una relacion equilibrada de los diametros de camara y piston. De esta manera, para una pareja de valores de seccion y S2 se puede calcular el tiempo necesario para obtener desplazamientos iguales en un sentido y otro, dentro del periodo correspondiente a la frecuencia de oscilacion.
T = j= t1 + t2 [2]
Las velocidades del piston dentro de la camara vienen determinadas por la ecuacion
10
Vi = Ax/ti [4]
Segun la formula [3] la relacion de tiempos de alimentacion es directamente proporcional a la relacion existente entre las camaras del cilindro e inversamente proporcional a la relacion de velocidades segun [4]. Si se disena el cilindro con camaras totalmente compensadas tal que S-l = S2 = S*, los tiempos y velocidades en ambos sentidos serian identicos (t* ,v* ).
15 Si por el contrario se tiene un cilindro tal que S2 >> , durante la penetracion del bate es
necesario alimentar durante mucho mas tiempo la camara 1 que la 2 t2 << tt dando como resultado una v2 >> v1 para una frecuencia y amplitud dada. Ademas esta v2 siempre es mayor que la velocidad de camaras compensadas v* del caso anterior. El valor de estas velocidades es muy importe para la vida util de los elementos de retention y guiado del
20 cilindro hidraulico, en adelante denominados juntas, que se ve disminuida por el aumento de la velocidad maxima de funcionamiento, v2 en este caso. Estas juntas son el principal elemento de desgaste y mantenimiento de los grupos de bateo electrohidraulicos, por lo que una prolongation en la duration de servicio redunda muy positivamente en los costes de mantenimiento y parada de las maquina.
Un segundo aspecto tecnico de la compensation de camaras, y no menos importante que el anterior, es la posibilidad de tener valores identicos de fuerza en ambos sentidos durante el movimiento del bate Ft = P * ; F2 = P * S2 , siendo P la presion hidraulica de
alimentation de la valvula. Si bien es cierto que durante el cierre de bates la fuerza de 5 retroceso (F2) pierde importancia por razones obvias, durante la penetration del bate en la piedra, las condiciones del balasto se pueden considerar simetricas a un lado y otro del bate.
Los sistemas tradicionales generan por separado la componente oscilatoria del esfuerzo, ejercida por "eje de excentricas” movido por un motor hidraulico; y la componente continua, 10 ejercida por cilindro hidraulico de "cierre de bates”. En este aspecto los grupos de bateo electrohidraulicos de nueva generation usan un unico cilindro, lo que ha permitido reducir enormemente los costes de fabrication y mantenimiento del sistema, ademas de muchas otras ventajas relativas a la versatilidad de funcionamiento por modificaciones en los parametros de vibration. Sin embargo, al unir el sistema de entrega de esfuerzos en un 15 unico elemento, aparece una limitation debida al caudal maximo que es capaz de manejar la electrovalvula, como hemos comentado anteriormente.
En la actualidad, los grupo de bateo electrohidraulicos funcionan con secciones de cilindro muy similares o identicas a las usadas por los grupos tradicionales. Una de las ventajas tecnicas de esta invention es aportar una configuration de cilindro optima que mitigue esta 20 limitacion, manteniendo o mejorando el resto de caracteristicas de funcionamiento del estado actual de la tecnica.
Esta invencion se refiere a un grupo de bateo para maquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la via, simple y doble, que comprende un chasis dispuesto para ascender y descender de position mediante un 25 cilindro, un eje principal sobre el que rotan dos cilindros de cierre de bates por lado para transmitir el movimiento de vibracion y cierre a unos portabates, donde cada uno de los cilindros esta gobernado por una electrovalvula de alta frecuencia configurable en tension, frecuencia y geometria de onda.
El modo de control de esta electrovalvula no forma parte del caracter inventivo de este grupo 30 de bateo, siendo similar al explicado en la solicitud de patente P201631069.
La invencion esta caracterizada porque el diseno de dichos cilindros de cierre de bates esta basado en la compensacion de camaras, con las ventajas ya descritas de aumento de la durabilidad de las juntas y la simetria de esfuerzos beneficiosa durante la penetracion del
bate en la piedra y aunque una posible solucion del estado del arte es el uso de un cilindro de doble vastago; sin embargo este sistema esta caracterizado por la necesidad de tener un espacio libre que permita la salida del vastago a ambos lados, lo que es imposible dado el poco espacio y la aglomeracion de cilindros y portabates necesaria en los grupos de bateo, 5 por lo que queda descartado.
En su lugar y con el fin de disminuir la seccion efectiva de la camara principal del cilindro, se dispone de un macizo de seccion circular, concentrico respecto al diametro de la camara
(51) y fijo a esta por su extremo. A su vez, el vastago del cilindro presenta un vaciado coaxial a este macizo. Mediante el uso de unas juntas hidraulicas se garantiza la
10 estanqueidad de la camara principal del cilindro (S1) y la correspondiente al vaciado del
vastago (S3). Para permitir el llenado y vaciado de esta ultima camara (S3) se dispone de
una entrada de aire desde el exterior.
De esta manera se consigue disminuir la diferencia de seccion entre las camaras (S1) y
(52) , y el consiguiente aumento de la compensation de la velocidad de desplazamiento del
15 vastago y de las fuerzas aplicadas sobre el vastago. La perdida de fuerza debida a la
disminucion de seccion en la camara principal se compensa con un aumento en la presion de aceite.
Sin perdida de generalidad y como otro aspecto tecnico destacado de esta invention, se caracteriza el macizo fijo a la camara del cilindro por disponer de un vaciado coaxial. 20 Ademas se dispone un vastago secundario dotado con sus correspondientes juntas y con capacidad de moverse dentro de este vaciado. De esta manera se crea un cilindro secundario en el interior del principal, cuya camara mayor nombramos por (S4) y la secundaria por (S5), comunicada con (S3) para posibilitar su llenado y vaciado. La carrera de este vastago es tal que llevado a su punto position abierta mediante la alimentation de la 25 camara (S4), sirve como posicionamiento del vastago principal para la penetration en traviesa simple. De esta forma se consigue fijar la posicion del cilindro sin necesidad de medios externos, con el consiguiente ahorro de espacio del sistema. Cabe destacar que esta ventaja tecnica no es posible con un cilindro de doble vastago.
Es por eso que la realization preferida de la presente invencion se corresponde con grupo 30 de bateo para maquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la via, simple (19) y doble (17), que comprende un chasis (11) dispuesto para ascender y descender a la posicion de trabajo guiado por dos columnas (10) mediante un cilindro de bajada de chasis (8) que incluye un eje central (15), sobre el que
rotan dos cilindros de cierre de bates (12), uno a cada lado de dicho eje central (15), donde cada uno de dichos cilindros (12) incluye un vastago (4) dispuesto para transmitir el movimiento de vibracion y cierre a unos portabates (13) a traves de un eje de union (18), donde dichos portabates (13) rotan sobre un eje (16) acoplado a dicho chasis (11) donde, 5 por la compensation de section efectiva de empuje en ambas direcciones del vastago principal (4) donde cada uno de dichos cilindros comprende, una camisa principal (2), una camisa secundaria (1), un vastago principal (4) y un conjunto de juntas, donde dicha camisa secundaria (1) se situa de forma coaxial y fija al interior de dicha camisa principal (2), donde dicha camisa secundaria (1) esta dispuesta para penetrar en el vaciado cilmdrico de dicho 10 vastago principal (4) y donde dichas juntas delimitan tres camaras independientes (S1 a S3) en el interior de dicho cilindro (12), de tal forma que una primera camara (S1) queda delimitada entre ambas camisas (1 y 2) y el vastago principal (4) y es alimentada con aceite a presion, una segunda camara (S2) que queda delimitada por la camisa principal (2) y el vastago principal (4) y es alimentada con aceite a presion y una tercera camara (S3) que 15 queda delimitada por el vastago principal (4) y la camisa secundaria (1) y es alimentada por aire a presion atmosferica.
Estas y otras ventajas se ven evidentes a la luz de la description detallada de la invention. Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 muestra una vista en perspectiva del grupo de bateo, donde se indican sus 20 principales elementos constructivos.
La figura 2 muestra una seccion del cilindro con sus vastagos en posiciones de carrera intermedia para poder apreciar mejor apreciacion de estas camaras.
La figura 3 muestra la vista de alzado del grupo de bateo, donde se aprecia la position de sus componentes principales en el momento de penetration del balasto en traviesa simple.
25 La figura 4 muestra una seccion del cilindro de vibracion y sus componentes principales, correspondiente a su posicion durante la penetracion en traviesa simple mostrada en la figura 3.
La figura 5 muestra la vista de alzado del grupo de bateo, donde se aprecia la posicion de sus componentes principales en el momento de penetracion del balasto en doble traviesa.
30 La figura 6 muestra una seccion del cilindro de vibracion y sus componentes principales, correspondiente a su posicion durante la penetracion en doble traviesa mostrada en la figura
La figura 7 muestra la vista de alzado del grupo de bateo, donde se aprecia la posicion de sus componentes principales en el momento de cierre maximo de bates en traviesa simple.
La figura 8 muestra una seccion del cilindro de vibracion y sus componentes principales, 5 correspondiente a su posicion en el momento de cierre maximo de bates en traviesa simple, mostrado en la figura 7.
Descripcion detallada de la invencion
Los elementos definidos en esta descripcion detallada se proporcionan para ayudar a una comprension global de la invencion. En consecuencia, los expertos en la tecnica 10 reconoceran que variaciones y modificaciones de las realizaciones descritas en este documento pueden realizarse sin apartarse del alcance y espmtu de la invencion. Ademas, la descripcion detallada de las funciones y elementos suficientemente conocidos se omiten por razones de claridad y concision.
La invencion se refiere a un grupo de trabajo de una maquina de mantenimiento de via 15 ferrea, con capacidad de compactar la piedra existente debajo de la traviesa de trabajo. Los equipos y sistemas electronicos necesarios para realizar la medicion de la via y gobernar estos equipos de trabajos son similares a los usados actualmente en la tecnica y por tanto quedan fuera del alcance de esta descripcion.
Cada grupo de trabajo o de bateo, como se puede observar en la figura 1, se compone en 20 esencia de un cuerpo principal denominado chasis (11), que puede ascender y descender a la posicion de trabajo guiado por un par de columnas (10) fijas a la maquina, mediante el cilindro de bajada de chasis (8). El chasis contiene un eje central (15), sobre el cual rotan dos cilindros de cierre de bates (12), uno a cada lado. Dichos cilindros (12) incluyen un vastago principal (4) de seccion tubular en su extremo del piston, que transmite el 25 movimiento de vibracion y cierre a los portabates (13) a traves de un eje de union (18). A su vez, estos portabates (13) rotan sobre un eje (16) acoplado en el chasis (11).
En las figuras de la 2 a 8 se pueden apreciar con detalle los elementos basicos que conforman los cilindros de cierre de bates (12). De forma coaxial y fijo a la camisa principal (2) del cilindro se dispone una camisa secundaria (1) con capacidad de penetrar en el 30 vaciado cilmdrico del vastago principal (4). Un juego de juntas permite la separation hidraulica de las camaras (S1 y S3).
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Se dispone tambien de un vastago secundario (3) dotado de sus correspondientes juntas hidraulicas con capacidad de operar en el interior de la camisa secundaria (1). Este conjunto de vastagos (3 y 4) y camisas (1 y 2) conforman un cuerpo de cinco camaras independientes (S1 a S5), como se puede observar de manera sencilla en la figura 2. El movimiento de salida y entrada del vastago principal (4) se realiza mediante la alimentacion de aceite a presion en las camaras (S1) y (S2) respectivamente, controlado por la electrovalvula de alta frecuencia (6).
La camara (S3) es la formada por el vastago principal (4) y la camisa secundaria (1). Segun una realization de esta invention esta camara (S3) se conecta a una toma exterior de aire (5) a presion atmosferica evitando que afecte a los esfuerzos sobre el vastago principal (4). De esta manera se consigue reducir la relation de secciones del cilindro (S1/S2), aumentando la compensation de camaras.
Por ultimo, el vastago secundario (3) que se traslada por el interior de la camisa secundaria (1) crea dos camaras (S4 y S5). La mayor de ellas (S4) se alimenta mediante una toma de presion (7) y esta controlada por una valvula de tres posiciones (20) que permite sacar el vastago y fijarlo en esa position. Mientras que la menor de las camaras (S5) esta comunicada con la camara (S3) por lo que toma aire del exterior mediante la toma exterior (5). El movimiento de recogida de este vastago secundario (3) se consigue mediante el empuje del vastago principal (4) alimentado por la camara (S2) y la configuration de la valvula de tres posiciones (20) para permitir la salida del aceite de la camara (S4), tal y como aparece en la figura 6.
Tal y como se ve en la figura 6, la preparation del cilindro a la posicion optima para la penetration en zonas de doble traviesas (17) se consigue accionando el cilindro para que este completamente recogido, con alimentacion de presion en la camara (S2) mediante la electrovalvula de alta frecuencia (6) y la configuracion de puesta a tanque de la valvula de tres posiciones (20).
Tal y como se ve en la figura 4, el posicionamiento optimo del vastago principal (4) para penetracion en traviesa simple (19) se consigue sacando el vastago secundario (3) a su posicion extrema, alimentando la camara (S4) mediante la valvula de tres posiciones (20). Transcurrido un tiempo programado de aproximadamente 0,5 segundos se bloquea la posicion del vastago secundario (3) con la valvula de tres posiciones (20) en posicion cerrada. Una vez alcanzado este tiempo se alimenta la camara (S2) hasta que el vastago principal (4) hace tope con el secundario (3). De esta forma se consigue posicionar el
vastago en la posicion requerida para traviesa simple (19) sin necesidad de elementos externos al cilindro.
Una vez alcanzada la posicion deseada para el vastago principal (4), se inicia el descenso del grupo por accionamiento del cilindro de bajada de chasis (8). Y a su vez se inicia el 5 movimiento de vibracion del vastago principal (4) accionando la electrovalvula de alta frecuencia (6) con unos parametros predeterminados. Dicho funcionamiento con dichos parametros, en una realization preferida, son los indicados en la solicitud de patente espanola P201631069.
Una vez alcanzada la profundidad de bateo deseada, tanto en el caso de bateo en traviesa 10 simple (19) reflejada en la figura 3, como en el de traviesa doble (17), en la figura 5, se modifican los parametros de control de la electrovalvula de alta frecuencia (6) para iniciar el cierre de bates, de nuevo, de forma preferida como se recoge en la solicitud de patente P201631069. En la figura 7 se ha representado la posicion maxima de cierre de bates del grupo de bateo de la invencion.
15

Claims (3)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    REIVINDICACIONES
    1. Grupo de bateo para maquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la via, simple (19) y doble (17), que comprende un chasis (11) dispuesto para ascender y descender a la posicion de trabajo guiado por dos columnas (10) mediante un cilindro de bajada de chasis (8) que incluye un eje central (15), sobre el que rotan dos cilindros de cierre de bates (12), uno a cada lado de dicho eje central (15), donde cada uno de dichos cilindros (12) incluye un vastago (4) dispuesto para transmitir el movimiento de vibracion y cierre a unos portabates (13) a traves de un eje de union (18), donde dichos portabates (13) rotan sobre un eje (16) acoplado a dicho chasis (11) caracterizado por la compensation de section efectiva de empuje en ambas direcciones del vastago principal (4) donde cada uno de dichos cilindros comprende, una camisa principal (2), una camisa secundaria (1), un vastago principal (4) y un conjunto de juntas, donde dicha camisa secundaria (1) se situa de forma coaxial y fija al interior de dicha camisa principal (2), donde dicha camisa secundaria (1) esta dispuesta para penetrar en el vaciado cilmdrico de dicho vastago principal (4) y donde dichas juntas delimitan tres camaras independientes (S1 a S3) en el interior de dicho cilindro (12), de tal forma que una primera camara (S1) queda delimitada entre ambas camisas (1 y 2) y el vastago principal (4) y es alimentada con aceite a presion, una segunda camara (S2) que queda delimitada por la camisa principal (2) y el vastago principal (4) y es alimentada con aceite a presion y una tercera camara (S3) que queda delimitada por el vastago principal (4) y la camisa secundaria (1) y es alimentada por aire a presion atmosferica.
  2. 2. Grupo de bateo para maquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la via, simple (19) y doble (17) segun la reivindicacion 1 caracterizado porque el movimiento de salida y entrada del vastago principal (4) se realiza mediante dicha alimentation de aceite a presion en las camaras primera (S1) y segunda (S2) respectivamente, controlada dicha presion por una electrovalvula de alta frecuencia (6).
  3. 3. Grupo de bateo para maquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la via, simple (19) y doble (17) segun la reivindicacion 1 caracterizado porque por cada uno de dichos cilindros (12) comprende un vastago secundario (3) donde dicho vastago secundario (3) esta dispuesto para penetrar en dicha camisa secundaria (1) y donde dichas juntas delimitan otras dos camaras
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    independientes (S4 y S5) en el interior de dicho cilindro (12), de tal forma que la primera camara (S4) queda delimitada por el interior de la camisa secundaria (1) y es alimentada por aceite a presion y una segunda camara (S5) que queda delimitada por el interior de la camisa secundaria (1) y el vastago secundario (3) es alimentada por aire a presion atmosferica al comunicarse con la tercera camara (S3).
    Grupo de bateo para maquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la via, simple (19) y doble (17) segun la reivindicacion 1 caracterizado porque la presion por aceite de dicha cuarta camara (S4) esta conectada a una toma de presion (7) que se controla por una valvula de tres posiciones (20) y donde dicha presion de aceite permite el empuje del vastago secundario (3) y desplazarlo a la posicion interior de la camisa secundaria (1).
    Grupo de bateo para maquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la via, simple (19) y doble (17) segun la reivindicacion 4 caracterizado porque una vez alcanzada dicha posicion, despues de un tiempo de aproximadamente 0,5 segundos, se bloquea la posicion del vastago secundario (3) con la valvula de tres posiciones (20) en posicion cerrada y se alimenta la camara (S2) hasta que el vastago principal (4) hace tope con el vastago secundario (3).
    Grupo de bateo para maquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la via, simple (19) y doble (17) segun la reivindicacion 5 caracterizado porque dicha posicion de los vastagos secundario (3) y principal (4) permiten la penetracion de bateo en traviesas simples (19).
    Grupo de bateo para maquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la via, simple (19) y doble (17) segun la reivindicacion 1 caracterizado porque la recogida del vastago secundario (3) se consigue mediante el empuje del vastago principal (4) por la entrada de aceite a presion en la segunda camara (S2).
    Grupo de bateo para maquinas de mantenimiento ferroviario con capacidad de batear el balasto bajo las traviesas de la via, simple (19) y doble (17) segun la reivindicacion 7 caracterizado porque dicha posicion del vastago secundario (3) permite la penetracion de bateo en traviesas dobles (18).
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