ES2665577B2 - Sistema para el ensayo de cargas de fatiga de tracción y compresión sobre los elementos de sujeción de una vía ferroviaria dentro del mismo ciclo de carga - Google Patents

Abstract

Sistema para el ensayo de cargas de fatiga de tracción y compresión sobre los elementos de sujeción de una vía ferroviaria dentro del mismo ciclo de carga, que comprende:#- una sección dc carril (21. 31) con una abertura a lo largo del eje longitudinal de su cabeza (22, 32), que presenta a su vez una porción cortada (23);#- traviesas y elementos de sujeción característicos de una vía ferroviaria:#- una barra cilíndrica (24. 44) situada atravesando la abertura de la cabeza (22. 32), de una longitud tal que los extremos de la barra cilíndrica (24. 44) se sitúan fuera de la abertura, y tal que parte de la barra cilíndrica (24. 44) es visible debido a la porción cortada (23);#- una horquilla (25, 45) que comprende un orificio, tal que la barra cilíndrica (24. 44) se sitúa atravesando dicho orificio:#estando el sistema configurado para acoplarse a una máquina de ensayos, por medio de un aplicador (26) permitiendo así la aplicación de fuerzas de tracción y compresión con diferentes grados de inclinación sobre la barra cilíndrica (24, 44). y por ende, sobre el carril (21. 31), las traviesas y los elementos de sujeción de la vía ferroviaria.

Description

DESCRIPCION

SISTEMA PARA EL ENSAYO DE CARGAS DE FATIGA DE TRACCION Y COMPRESION SOBRE LOS ELEMENTOS DE SUJECION DE UNA ViA FERROVIARIA DENTRO DEL MISMO

C1CLO DE CARGA

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invencion pertenece al campo de los sistemas para los ensayos de cargas de fatiga y. mas concretamente. al de los sistemas para los ensayos de cargas de fatiga de traccion y compresion sobre los elementos de sujecion de una via ferroviaria. dentro del mismo ciclo de carga.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

La ARLMA (American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association) tiene como mision desarrollar y promover el conocimiento tanto tecnico como practico, asi como rccomendar acciones practicas concemientes al diseno, construccion y mantenimiento de la infraestructura ferroviaria. Esta asociacion americana tiene publicado un Manual para la Ingenieria Ferroviaria (Manual /or Railway Engineering).

La informacion recogida en este Manual se publica como practica recomendada para la via y demas relativos a la ingenieria. diseiio y construccion de los constituyentes no moviles del ferrocarril (excepto las senales y comunicaciones), y los servicios e instalaciones alines.

El Manual esta dividido en diferentes capitulos cada uno compuesto de documentos relacionados (especificaciones. practicas recomendadas. pianos, etc.). Concretamente el Capitulo 30 esta destinado a proporcionar la orientacion necesaria en el diseno, fabricacion y el uso de traviesas y sistema de sujecion de carril para una via principal estandar de transporte de mercanctas y de pasajeros.

Ln el apartado 2.6 de este Capitulo se especiilcan los ensayos y requisites neeesarios a cumplir para verificar los sistemas de sujecion de carril. Farticularmente el punto 2.6.3 describe el Fnsayo de Cargas repetidas que deben superar los sistemas de sujecion. Este ensayo para el sistema de sujecion tiene como funcion determinar la capacidad del mismo para soportar las cargas verticales y laterales producidas en servicio. Los elementos neeesarios asi como el procedimiento de ensayo quedan descritos en los siguientes puntos:

• Disponer de un cupon de carril de 18 a 20 pulgadas (460 - 500 mm) asegurado a un asiento del carril usando un sistema de sujecion de carril completo;

• Determinar la carga P que causara la separacion del patin del carril y la placa de asiento o de la placa de asiento del asiento con respecto de la traviesa. lo que ocurra primero;

• De acuerdo con el esquema de la figura 1, se aplican cargas de traccion y compresion altemativas al sistema dentro de cada ciclo de fatiga, inclinado 20° respecto al eje vertical del carril durante 3 millones de ciclos. La frecuencia de ensayo no debera superar los 300 ciclos/min. El carril debera quedar libre para poder rotar bajo la carga aplicada. Un ciclo debera consistir en la aplicacion tanto de la carga de traccion como de la de compresion;

• La magnitud de la carga de traccion debera ser 0.6 P. Si el sistema de muelle es usado para generar la carga de traccion. la carga de compresion debera ser 30 kips (133.5 kN) mas 0.6 P. Si por el contrario se utiliza un actuador hidraulico para generar las cargas. la carga de compresion debera ser 30 kips (133.5 kN);

• La carga ciclica generara un calentamiento en las placas elastomericas de asiento. La temperatura alcanzada no debe de exceder de los 140 °F (71°C). Este calentamiento puede ser controlado bien reduciendo la frecuencia de ensayo o bien permitiendo periodos de descanso;

• No se permitira ajustar el par de apriete de los elementos apretados antes de la finalizacion de 500.000 ciclos de carga sin la aprobacion por escrito del Ingeniero.

El requisito que establece esta nomiativa para quc se supere este ensayo es que ninguno de los componentes del sistema de sujecion falle o presente smtomas de deterioro.

La anteriomiente indicada asociacion AREMA. asi como la mayoria de las empleadas por otros organismos. se limitaban. hasta la fecha. unicamente a la aplicacion de cargas de compresion dentro de cada ciclo de fatiga. El nuevo manual publicado. eon la intencion de someter a los componentes a un rango mas amplio de solicitaciones en su validacion ha introdueido el concepto de la utilizacion de cargas de compresion y traccion dentro del mismo ciclo. Es decir. indica que la carga maxima de cada ciclo del ensayo sea de compresion e importante entidad. mientras que la minima pase a ser de traccion. aunque de una entidad considerablemente menor. Para la aplicacion de esta nueva concepcion de ciclos de carga. el anterionnente citado manual propone un sistema de ensayo a fatiga que permita la introduccion de las cargas de traccion mediante la fuerza proporcionada por un muelle.

El sistema en concreto, se basa en la coloeacion del actuador de la maquina de ensayos (elemento extemo que introduce las fuerzas al sistema de ensayos a fatiga. y en ultima instancia a la sujecion a evaluar) en la posicion inclinada 20° respecto al eje del carril. I ras ello se posiciona un muelle. o resorte elastico. anclado en uno de sus extremos al carril y en el otro al actuador de la maquina de ensayos dinamica. Seguidamente se separa el actuador respecto al carril desde la posicion de equilibrio una distancia tal que. al alargar el muelle. este introduzca (por equilibrio de fuerzas) al carril la fuerza de traccion que indique el manual para el caso en cuestion. de esta forma, si se toma esta como posicion de origen para cada ciclo, el muelle estara ejerciendo siempre la fuerza de traccion requerida. Tras ello se debe programar el actuador de la maquina para que realiee los ciclos en cuestion. partiendo de esta posicion de carga de traccion hasta la carga de compresion maxima requerida. En esta prograinacion debe tenerse en cuenta que al aplicar las cargas de compresion habra que contrarrcstar los efectos del muelle una vez se comprima mas que su longitud en reposo, pues este introducira fuerzas en el sistema que contrarrestan al actuador de la maquina. Una vez terminada la programacion bastara con poner en funcionamiento la maquina de ensayos.

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Kn vista de que estos requerimientos en este tipo de ensayos son totalmente novedosos y de primera aplicabilidad a raiz de la publicacion del citado manual, no existen por el momento alternativas conocidas a el la para el ensayo a fatiga de sistemas ferroviarios con estos condicionantes. De este modo. el sistema anteriormente descrito adolece, en una primera aproximacion. de los siguientes inconvenientes:

- Debe mantenerse el elemento clave en el sistema sometido a fatiga: el muelle. Bien es sabido que el tipo de resortes capaces de proporcionar cargas de traccion de las entidades requeridas. son avidos al fallo por fatiga. Un fallo del muelle durante el ensayo podria suponer su invalidacion. con las consiguientes perdidas economicas.

- La introduccion de algun sistema de anclaje del muelle al carril y al actuador supone nuevamente la introduccion de mas componentes susceptibles a fallar por fatiga.

- Se pierde la simplicidad teorica del ensayo, ya que al introducir el muelle hay que programar el actuador para contrarrestar sus efectos cuando este este sometido a compresion. requiriendo estas tareas un mayor conocimiento de los operarios y una mayor superv ision.

- Necesidad de maquinaria con una mayor potencia. y por tanto mayor consumo energetieo, ya que el tener que contrarrestar los efectos del muelle cuando este esta comprimido tiene mayores requerimientos de maquinaria.

- Para cada sistema de sujecion a evaluar hay que emplear un muelle de caracteristicas distintas y evaluar la compatibilidad con el actuador que se disponga.

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RESLMEN 1)E LA INVENCION

La presenle invention trata de resolver los inconvenientes mencionados anteriorinente mediante un sistema para el ensayo de cargas de fatiga de traction y compresion sobre los elementos de sujecion de una via ferroviaria dentro del mismo ciclo de carga. que comprende:

- una section de carril con una abertura a lo largo del eje longitudinal de su cabeza. tal que dicha cabeza presenta a su vez una portion cortada cuyas dimensiones no modifican el comportamiento del carril de forma apreciable;

- travicsas y elementos de sujecion caracteristicos de una via ferroviaria, que se encuentran unidos entre si y con el carril segun la reglamentacion existente;

- una barra cilindrica situada atravesando la abertura de la cabeza del carril. de una longitud tal que los extremos de la barra cilindrica se situan fuera de la abertura. de un grosor tal que sea posible su introduccion a traves de la abertura y tal que parte de la barra cilindrica situada dentro de la abertura es visible debido a la porcion cortada de la cabeza del carril:

- una horquilla que comprende un orificio y que esta configurada para agarrar la barra cilindrica en su parte visible dentro de la abertura de la cabeza del carril. tal que la barra cilindrica se situa atravesando el orificio de la horquilla. lo que permite un giro relativo entre ambas durante la realization del ensayo;

estando el sistema configurado para acoplarse a una maquina de ensayos, configurada a su vez para ejercer una fuerza sobre el sistema. por medio de un aplicador perteneciente a dicha maquina. permitiendo asi la aplicacion de fuerzas de traccion y compresion con diferentes grados de inclination sobre la barra cilindrica. y por ende, sobre el carril. las traviesas y los elementos de sujecion de la via ferroviaria. y permitiendo el giro relativo entre el aplicador y el eje longitudinal del carril gracias al efecto rotula entre la barra cilindrica, el carril y la horquilla.

En una posible realization, la porcion cortada se situa en la parte central de la cabeza del carril.

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Preferentemente, el material de la barra cilindriea es acero de alta resistencia y de una dureza superior a 55HRC. Ademas, preferentemente el material de la horquilla es acero de alta resistencia con una dureza superior a 55HRC.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGLRAS

Con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracteristicas de la invencion, de acuerdo con un ejemplo preferente de realizacion practica del mismo. y para complementar esta descripcion. se acompana como parte integrante de la misma. un juego de dibujos, cuyo caracter es ilustrativo y no limitativo. En estos dibujos:

La figura 1 muestra un esquema del sistema de rnuelle recogido en la normativa AREMA para el ensayo de cargas de fatiga de traccion y contpresion sobre los elementos de sujecion de una via ferroviaria dentro del mismo ciclo.

La figura 2 muestra el sistema de la invencion para el ensayo de cargas de fatiga de traccion y contpresion sobre los elementos de sujecion de una via ferroviaria. dentro del mismo ciclo de carga.

La figura 3 muestra un piano detalle del ntecanizado de la cabeza del carril.

La figura 4 muestra un detalle de la horquilla y la barra cilindriea de la invencion.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

En este texto, el termino "comprende" y sus variantes no deben entenderse en un sentido excluyente. es decir. estos terminos no pretenden excluir otras caracteristicas tecnicas. aditivos, componentes o pasos.

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Ademas, los terminos "aproximadamente'\ “sustancialmente", “alrededor de", “unos”, etc. deben entenderse como indicando valores proximos a los que dichos terminos acompanen. ya que por errores de calculo o de medida. resulte imposible conseguir esos valores con total exactitud.

Ademas. se entiende por ciclo de carga la aplicacion de una fuerza de traccion continuadamente hasta un maxinio definido, la posterior reduccion continuada de la misnia. la subsiguiente aplicacion de una fuerza de compresion continuadamente hasta su valor maximo definido. y la final reduccion de la fuerza de compresion de forma continuada hasta retomar a la posicion inicial.

Las caracteristicas del sistema de la invencion. asi como las ventajas derivadas de las mismas. podran comprenderse mejor con la siguiente descripcion. hccha con referenda a los dibujos antes cnumerados.

Las siguientes realizaciones preferidas se proporcionan a modo de ilustracion, y no se pretende que sean limitativos de la presente invencion. Ademas. la presente invencion cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aqui indicadas. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y caracteristicas de la invencion se desprenderan en parte de la descripcion y en parte de la practica de la invencion.

A continuacion se describe el sistema para el ensayo de cargas de fatiga de traccion y compresion sobre los elementos de sujecion de una via ferroviaria, dentro del mismo ciclo de carga, de acuerdo con el esquema del mismo de la figura 2. Ejemplos no limitativos de elementos de sujecion de una via ferroviaria son: la combinacion de placa de asiento + clip elastico + placa acodada; la placa de asiento + clip elastico. u otras variantes que pudieran surgir.

El sistema comprende una seccion de carril 21 con una abertura a lo largo del eje

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longitudinal de su cabeza 22, Ademas, la cabeza 22 del carril 21 presenta una porcion cortada 23, preferentemente en su parte central, cuyas dimensiones no modifiquen el comportamiento del carril 21 de forma apreciable. En una realizacion concreta de la invencion, la seccion de carril 21 tiene unas dimensiones de 50 milimetros, aunque un experto en la materia entendera que no existen valores minimos y maximos de dimensiones de seccion de carril 21. Las caracteristicas de la seccion de carril 21 (material, grosor, etc...) son las mismas que las de un carril en uso. La figura 3 muestra un piano detalle del mecanizado de la cabeza 22 del carril 21.

Ademas, traviesas y elementos de sujecion caracteristicos de una via ferroviaria, se encuentran unidos entre si y con el carril 21 segun la reglamentacion existente, para una realizacion correcta del ensayo.

El sistema de la invencion comprende ademas una barra 24 cilindrica situada atravesando la abertura de la cabeza 22 del carril 21, y de una longitud tal que los extremos de la barra 24 se situan fuera de la abertura de la cabeza 22 del carril 21. El grosor de la barra 24 debe ser tal que sea posible su introduction a traves de la abertura de la cabeza 22 del carril 21, ademas de que no sea susceptible de romperse durante el ensayo. Parte de la barra 24 situada dentro de la abertura es visible debido a la porcion cortada 23 de la cabeza 22 del carril 21. Preferentemente, el material de la barra 24 es acero de alta resistencia y de una dureza superior a 55HRC, para evitar la degradacion de dicha barra 24 con el uso.

Ademas. el sistema comprende una horquilla 25 que presenta un orificio y que esta configurada para agarrar la barra 24 en su parte visible dentro de la abertura de la cabeza 22 del carril 21. La barra 24 se situa atravesando el orificio de la horquilla 25, lo que permite un giro relativo entre ambas durante la realizacion del ensayo. Preferentemente, el material de la horquilla 25 es acero de alta resistencia con una dureza superior a 55HRC, para evitar la degradacion de la horquilla 25 con el uso.

La figura 4 muestra un detalle de la horquilla 25 y la barra 24 de la invencion.

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El sistema esta configurado para acoplarse a una maquina de ensayos por medio de un aplicador 26 perteneciente a dicha maquina, permitiendo asi la aplicacion de fuerzas de traccion y compresion con diferentes grados de inclination sobre la barra cillndrica 24, y por ende, sobre el carril 21, las traviesas y los elementos de sujecion de la via ferroviaria. Un experto en la materia entendera que la union entre el aplicador 26 y la horquilla 25 se lleva a cabo por cualquier medio de sujecion utilizado en la industria metal-mecanica, como por ejemplo, mediante roscado, tomilleria, soldadura, etc.

La maquina de ensayos queda fuera de la presente invencion, aunque cabe mencionar que debe cumplir una serie de requisitos como ser capaz de aplicar cargas dinamicas de traccion-compresion altemativas, es decir debe ser una maquina de ensayos dinamicos.

El sistema de la invencion esta configurado para permitir el giro relativo entre el aplicador 26 de la maquina de ensayos y el eje longitudinal del carril 21, con el objetivo de fijar un angulo apropiado entre ellos para cada tipo de ensayo, gracias al efecto rotula entre la barra 24, 44 el carril 21 y la horquilla 25.

El sistema de la invencion presenta, frente al sistema descrito en el estado de la tecnica, la ventaja de adaptarse a cualquier rango de variation de cargas, siendo este rango dependiente del tipo de sujecion a evaluar, y empleando para ello unicamente el aplicador 26 (tambien denominado actuador) de la maquina de ensayos. El sistema ademas aporta una mayor estabilidad de los utillajes durante el ensayo de cargas repetidas, que se traduce en una mayor seguridad para el tecnico y el equipamiento.

Por otro lado. al no existir en el sistema de la invencion un muelle, no son necesarios los elementos accesorios susceptibles de fallo, sustituyendo todo ello por un sistema de barra 24, y horquilla 25, de gran robustez. Ademas, el sistema de la invencion simplifica la conception, ya que al anclarse directamente el aplicador 26 por medio de una barra 24 y una horquilla 25, no hay que contrarrestar los efectos del muelle. De esta forma la programacion del aplicador 26 se hace directamente entre las cargas maxima de compresion y minima de traccion indicadas por el manual para el caso

concreto que se desee.

Finalmente, el sistema de la invention es economico debido a su adaptabilidad a cualquier tipo de maquina de ensayos, aplicador 26 y variante de los elementos de 5 sujecion ferroviaria a evaluar, sin tener que contar con la inclusion de un muelle de

caracteristicas peculiares en cada caso.

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Claims (4)

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   REIVINDICACIONES

   1. Sistema para el ensayo de cargas de fatiga de traccion y compresion sobre los elementos de sujecion de una via ferroviaria dentro del mismo ciclo de carga. caracterizado por que comprende:

   - una section de carril (21) con una abertura a lo largo del eje longitudinal de su cabeza (22), tal que dicha cabeza (22) presenta a su vez una porcion cortada (23);

   - una pluralidad de traviesas y elementos de sujecion vinculados entre si y con el carril

   (21);

   - una barra (24) cilindrica transversal a la abertura de la cabeza (22) del carril (21 )y de una longitud tal que los extremos de la barra (24) se situan fiiera de la abertura, y con un grosor tal que permite su introduction a traves de la abertura de la cabeza (22) y tal que parte de la barra (24)) situada dentro de la abertura es visible a traves de la porcion cortada (23) de la cabeza (22) del carril (21), y

   - una horquilla (25) que presenta a su vez un orificio, estando la horquilla (25) vinculada a la barra cilindrica (24) en su porcion visible dentro de la abertura de la cabeza (22) del carril (21), tal que la barra (24) se situa atravesando el orificio de la horquilla (25), para permitir el desarrollo de un giro relativo entre barra (24) y horquilla (25) durante la realizacion del ensayo;

   estando el sistema configurado para acoplarse a una maquina de ensayos, configurada a su vez para ejercer una fuerza sobre el sistema, por medio de un aplicador (26) perteneciente a dicha maquina.
2. 2. El sistema de la revindication anterior, donde la porcion cortada (23) se situa en la parte central de la cabeza (22) del carril (21).
3. 3. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el material de la barra (24) es acero de alta resistencia y de una dureza superior a 55HRC.
4. 4. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el material de la

   horquilla (25) es acero de alta resistencia con una dureza superior a 55HRC.