ES2717636T3 - Disposición de acoplamiento resistente al pandeo para vehículos ferroviarios - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
Disposición de acoplamiento resistente al pandeo para vehículos ferroviarios
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a un disposición de acoplamiento para vehículos ferroviarios, y más concretamente a un disposición de acoplamiento del tipo que comprende una barra de tracción y una cabeza de acoplador, que en un extremo trasero está unida a la barra de tracción y se extiende en la dirección longitudinal de la misma hasta un extremo delantero que está dispuesto para portar una placa frontal que tiene un cono de guía que sobresale de la superficie de la misma, cabeza de acoplador que aloja además componentes de un acoplamiento mecánico eficaz para el acoplamiento automático a los componentes de acoplamiento correspondientes en una cabeza de acoplador opuesta de una disposición de acoplamiento de conexión.
Antecedentes y técnica anterior
En una colisión entre vehículos ferroviarios supone un peligro que se separen las disposiciones de acoplamiento que acoplan entre sí los vehículos ferroviarios, lo que aumenta el riesgo de descarrilamiento y el riesgo de que los vehículos se monten unos sobre otros.
Con el objetivo de reducir este riesgo, se conocen previamente diferentes medidas para, al menos dentro de un intervalo de fuerza limitado, garantizar que las disposiciones de acoplamiento permanezcan en la posición de enganche después de una colisión. Las soluciones conocidas comprenden, por ejemplo, dispositivos de amortiguación elástica con absorción de impactos introducidos en el disposición de acoplamiento, así como también dispositivos que se disponen para deformarse plásticamente en caso de una colisión, en la conversión de al menos una parte de la fuerza generada en energía cinética y calor. A estos últimos dispositivos pertenecen normalmente los tubos de deformación compresibles o expansibles, que pueden incluirse en la fijación del disposición de acoplamiento en el chasis del vehículo, o que pueden ser piezas integradas de la barra de tracción. Como ejemplo de esto último, podrían indicarse el documento EP 1312527 A1 o el documento EP 1663755 B1.
La cabeza de acoplador de un acoplador automático, que en un alojamiento circundante aloja los componentes del acoplamiento mecánico necesarios para acoplamiento, para el acoplamiento automático a un acoplador de conexión, habitualmente está compuesta por piezas coladas y normalmente carece de capacidad de absorción de impactos. Sin embargo, un alojamiento de cabeza de acoplador compuesto por acero forjado soldable para un acoplamiento de amortiguación central se conocía anteriormente del documento DE 1124535. Este alojamiento de cabeza de acoplador está dimensionado para resistir las fuerzas de tracción y empuje normales que se producen, pero carece de medidas para una deformación de absorción de impactos predeterminada en caso de una colisión. A partir del documento DE 202007001773 U1 se conoce otro ejemplo de una disposición de acoplamiento para un vehículo ferroviario.
Breve descripción de la invención
La invención se refiere en general a aumentar la capacidad de una disposición de acoplamiento de absorber fuerzas de compresión deformante y de ese modo proporcionar una mayor protección frente a la deformación del chasis del vehículo.
Un objeto de la invención es proporcionar una disposición de acoplamiento para el acoplamiento automático de vehículos ferroviarios, disposición de acoplamiento que se dispone para deformarse de un modo predeterminado a la vez que absorbe energía.
Otro objeto de la invención es proporcionar una disposición de acoplamiento que, mediante una deformación predeterminada, se dispone para evitar una separación entre disposiciones de acoplamiento acopladas, y particularmente una disposición de acoplamiento que, mediante una deformación predeterminada, se dispone para crear un bloqueo entre disposiciones de acoplamiento interacopladas.
En resumen, se proporciona una disposición de acoplamiento del tipo indicado a modo de introducción en la que, como extensión de la barra de tracción, un elemento se extiende hacia delante a través de la cabeza de acoplador hacia el cono de guía, además de lo cual la cabeza de acoplador, después de la aplicación de una fuerza de compresión deformante, se dispone para someterse a una compresión axial y/o un movimiento rectilíneo y desplazamiento hacia atrás en la barra de tracción a la vez que porta a lo largo la placa frontal, con el resultado de que dicho elemento se lleva a una relación de transmisión de fuerza de empuje con el cono de guía y hace que penetre en la placa frontal.
El efecto técnico de esta solución es que las cabezas de acoplador se bloquean mutuamente en un enganche de transmisión de fuerza de empuje. Los elementos que se solapan mutuamente en la extensión de la barra de tracción proporcionan una conexión resistente a la flexión y al pandeo respecto a las direcciones radiales, mediante lo cual se contrarresta una separación lateral y vertical, respectivamente, de los acopladores.
El efecto técnico es además que la penetración del elemento a través de la placa frontal se produce a través de la abertura situada justo delante del cono de guía y que pasa a través de la placa frontal, que actúa como un guiado del movimiento del elemento en la cabeza de acoplador opuesta.
Se prefiere además que el elemento tenga la rigidez axial necesaria para, en una colisión deformante, sacar el cono de guía de su unión en la placa frontal.
Al portarse el cono de guía de este modo a lo largo por parte del elemento después de la penetración en la cabeza de acoplador opuesta, se disipa una parte de la fuerza que se produce en la colisión. La realización también implica una distribución de la fuerza sobre una superficie más grande con el retardo del cono de guía que se ha sacado contra el interior de la cabeza de acoplador, lo que reduce el riesgo de que la pared del alojamiento de cabeza de acoplador se rompa, y en cambio se deforme, en particular se expanda, en un modo que sea favorable para la absorción de energía.
El elemento en la extensión de la barra de tracción puede consistir ventajosamente en un elemento de transmisión de fuerza de empuje independiente, que se dispone entre la barra de tracción y el cono de guía. En esta realización, el alojamiento de cabeza de acoplador está conformado de tal modo que el elemento de transmisión de fuerza de empuje puede extenderse libremente más allá de los componentes incluidos en el acoplamiento mecánico, bien sea al lado de estos, o encima y debajo, respectivamente, de los mismos.
Una realización preferida implica que el elemento en la extensión de la barra de tracción se extiende en enganche de transmisión de fuerza de tracción con el acoplamiento. Además, el acoplamiento puede soportarse de manera desplazable en la dirección longitudinal de una ranura alargada dispuesta en el elemento. En estas realizaciones, el elemento se extiende esencialmente en la dirección longitudinal de la barra de tracción hasta el acoplamiento, con el fin de desviarse desde aquí formando un ángulo con respecto al cono de guía.
En particular, se prefiere que el elemento en la extensión de la barra de tracción tenga una superficie lateral formando un ángulo con respecto a la dirección longitudinal y que interseque la línea central axial de la disposición de acoplamiento, superficie que se dispone y es eficaz para el guiado de la superficie correspondiente del elemento de transmisión de fuerza de empuje de la cabeza de acoplador opuesta después de la penetración y el desplazamiento mutuos de los elementos al interior de la cabeza de acoplador respectiva.
En una realización preferida de la invención, la deformación predeterminada de la cabeza de acoplador comprende una o más muescas realizadas en el alojamiento de cabeza de acoplador para la compresión axial del alojamiento de cabeza de acoplador, en particular una o más muescas para el plegado del alojamiento de cabeza de acoplador. En otra realización preferida de la invención, la cabeza de acoplador está conectada con la barra de tracción por medio de un collar que rodea la barra de tracción delante de un resalto formado en la misma, y que puede desplazarse sobre la barra de tracción en la dirección longitudinal contra la fuerza de una expansión radial de dicho collar producida por el resalto.
Breve descripción de los dibujos
La invención se esclarecerá a continuación mediante los ejemplos de realización y haciendo referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, de los que
la figura 1 muestra una vista parcialmente separada desde arriba de una disposición de acoplamiento según la invención;
la figura 2 muestra la disposición de acoplamiento en la figura 1 en estado deformado después de la colisión;
la figura 3 muestra la disposición de acoplamiento en la figura 1 en una vista lateral parcialmente seccionada, y la figura 4 muestra una realización alternativa de un elemento de transmisión de fuerza de empuje incluido en la disposición de acoplamiento.
Descripción detallada de ejemplos de realización
Debe apreciarse que las figuras de los dibujos son esquemáticos y sólo adecuadas para esclarecer la idea general de la invención tal como se observa en la descripción escrita y en las reivindicaciones relacionadas. Por tanto, la invención no debe considerarse limitada a las geometrías y dimensiones mostradas o a la realización de detalles de diseño en los ejemplos de realización, ya que deben considerarse por un experto en la técnica en cada aplicación individual de la invención. En particular, debe observarse que el grosor del material y otras dimensiones pueden estar sobredimensionados y el diseño constructivo de los detalles simplificado, por motivos de la técnica de dibujo. Las figuras de los dibujos muestran esquemáticamente una disposición de acoplamiento que comprende una barra 1 de tracción, que en su extremo interior puede montarse en un chasis de vehículo y en su extremo exterior porta una cabeza 2 de acoplador. La cabeza 2 de acoplador comprende un alojamiento 3 de cabeza de acoplador y puede unirse, en un extremo primero y trasero, a la barra 1 de tracción, y en un segundo extremo frontal dispuesto para
portar una placa 4 frontal, que comprende normalmente un cono 5 de guía para la alineación de las cabezas de acoplador después del acoplamiento a una disposición de acoplamiento de conexión. El cono 5 de guía puede consistir en un elemento independiente montado en la placa 4 frontal, pero alternativamente puede estar formado íntegramente como una parte de una placa frontal moldeada por compresión o colada. Los componentes incluidos en un acoplamiento 6 mecánico, tal como una placa 7 central y una conexión 8 de acoplamiento, están alojados en el alojamiento de cabeza de acoplador y se portan rotatoriamente en un pivote o árbol 9, que a su vez se soporta en el alojamiento de cabeza de acoplador (véase el número de referencia 10). Los dispositivos para el bloqueo/desbloqueo del mecanismo de acoplamiento se han excluido por motivos de simplicidad de las figuras de los dibujos, así como los dispositivos para la conexión de electricidad y los sistemas neumáticos/hidráulicos, que habitualmente se portan en el exterior de la cabeza de acoplador.
El alojamiento 3 de cabeza de acoplador tiene una estructura en forma de caja y consiste en una parte 11 superior (véase en particular la figura 3), una parte 12 inferior y dos lados 13 y 14 opuestos, respectivamente. La parte superior y la inferior, así como los dos lados, pueden tener una forma mutuamente idéntica con la excepción de uniones y asientos dispuestos externa o internamente para el montaje del equipo adicional.
Tal como se observa en los dibujos, el alojamiento de cabeza de acoplador tiene generalmente forma de embudo, cuyos lados pueden doblarse de tal modo que se proporciona un plegado y una compresión axial predeterminados del alojamiento de cabeza de acoplador como resultado de una fuerza de compresión deformante que actúa en la dirección longitudinal de la disposición de acoplamiento.
En el área de conexión entre la cabeza de acoplador y la barra de tracción, la cabeza de acoplador tiene, en su extremo trasero, un collar 15, que rodea la barra de tracción delante de un resalto 16 dispuesto en la barra de tracción. El resalto 16 sobresale radialmente desde la barra de tracción y tiene una superficie 17 frontal oblicua orientada hacia el collar. La superficie 17 frontal forma un anillo cónico sobre el que el collar 15 se fuerza a expandirse radialmente en caso de desplazamiento rectilíneo de la cabeza de acoplador hacia atrás en la barra de tracción en la dirección FB, portándose a lo largo la placa 4 frontal hacia la barra de tracción. Un tope (no mostrado) dispuesto de manera fija en la barra de tracción puede disponerse detrás del resalto 17 con el fin de limitar la posible longitud del movimiento rectilíneo. Alternativamente, tal como se ilustra en los dibujos, el desplazamiento de la cabeza de acoplador hacia dentro de la barra de tracción puede estar limitado debido a que el collar se detiene contra a un acoplamiento 18 de brida mediante el cual la disposición de acoplamiento puede montarse en el chasis de vehículo. El número de referencia 19 en la figura 1 designa un asiento formado en la barra de tracción para la recepción de un pasador de seguridad (no mostrado) que, según sea apropiado, tiene el objetivo de garantizar la fijación axial de la cabeza de acoplador en la barra de tracción en condiciones de funcionamiento normales.
La cabeza de acoplador está compuesta preferiblemente por acero, utilizándose la elasticidad y la capacidad del acero para deformarse plásticamente cuando se somete a cargas por encima de su límite de elasticidad para convertir una fuerza de compresión deformante en energía cinética y calor. En particular, se enseña que al menos dicho collar, y preferiblemente el alojamiento de cabeza de acoplador en su conjunto, está compuesto por un acero de alta resistencia, tal como un acero avanzado de alta resistencia o un acero que tiene resistencia extraalta o ultraalta, mediante lo cual puede proporcionarse la resistencia requerida para resistir la tracción o los empujes normales que se producen durante el funcionamiento también en una cabeza de acoplador de peso reducido.
Un elemento 20 de construcción se extiende a través de la cabeza de acoplador en la extensión de la barra de tracción, esencialmente hasta el lado posterior de la placa 4 frontal. Una parte frontal del elemento 20 discurre en una dirección que se desvía de la dirección longitudinal de la disposición de acoplamiento, y más concretamente hacia el cono 5 de guía portado en la placa frontal. El elemento 20 puede tener una longitud tal, que el mismo con su extremo frontal se extienda hasta el apoyo contra las superficies de soporte del cono 5 de guía formado a tal efecto, en el modo en que se ilustra esquemáticamente en la figura 3, pero alternativamente puede terminar a una corta distancia detrás del cono de guía. Sin embargo, el elemento 20 debe tener al menos una longitud tal que, como resultado del movimiento de la placa frontal producido por el movimiento rectilíneo de la cabeza de acoplador hacia atrás en la barra de tracción y/o por la compresión del alojamiento de cabeza de acoplador, genere una acción de transmisión de fuerza de empuje y, como resultado de la misma, penetre en la placa 4 frontal y una distancia en la cabeza de acoplador opuesta, tal como se ilustra en la figura 2. En esta posición, los elementos 20 insertados en la cabeza de acoplador respectiva producen un enganche mutuo entre las disposiciones de acoplamiento en la dirección de la fuerza de empuje y de este modo contrarrestan el movimiento mutuo entre las disposiciones de acoplamiento en las direcciones radiales, es decir, lateral y verticalmente.
El elemento 20 puede consistir, tal como se muestra en el ejemplo de realización en las figuras 1-3, en un elemento en forma de horquilla que está conectado con la barra 1 de tracción o integrado en la misma y que se extiende principalmente en la dirección longitudinal de la barra de tracción más allá del acoplamiento 6, para desviarse, en el área de la misma, formando un ángulo desde el eje longitudinal y hacia el cono 5 de guía. En esta realización, el árbol 9 incluido en el acoplamiento 6 se extiende a través del elemento 20 y puede, a través del elemento 20, estar en conexión de transmisión de fuerza de tracción con la barra de tracción.
En el ejemplo de la realización en las figuras 1-3, el elemento 20 consiste en una parte 20' superior que discurre en el hueco entre el acoplamiento 6 y la parte 11 superior del alojamiento de cabeza de acoplador, y una parte 20”
inferior correspondiente que discurre en el hueco entre el acoplamiento 6 y la parte 12 inferior del alojamiento de cabeza de acoplador. En esta realización, las dos partes 20' y 20" del elemento forman un guiado respectivo de la parte superior y de la parte inferior del alojamiento de cabeza de acoplador durante la deformación del alojamiento de cabeza de acoplador. El lado 21 del elemento 20 situado más cerca del centro de la disposición de acoplamiento es oblicuo formando un ángulo que interseca la línea central, y forma una superficie 21 de guiado, contra la que se desliza durante la deformación la superficie lateral correspondiente del elemento 20 de transmisión de fuerza de empuje de la cabeza de acoplador coincidente.
Tal como se muestra en la figura 4, el elemento puede consistir alternativamente en un elemento 22 de transmisión de fuerza de empuje independiente, que en un extremo trasero descansa contra la barra 1 de tracción, y que en un extremo delantero descansa contra el interior del cono 5 de guía. El elemento 22 puede, por ejemplo, estar realizado en forma de barra, una viga, una placa de chapa metálica resistente o una abrazadera y, al igual que el elemento 20, está realizado con la rigidez axial necesaria para deformar la placa frontal y penetrar en la cabeza de acoplador opuesta en caso de una colisión. Tanto en el caso de un elemento 20 conectado o integrado con la barra de tracción como en el caso de un elemento 22 independiente, el mismo puede consistir ventajosamente en un elemento fabricado de acero moldeado por compresión, que en su forma conveniente puede proporcionar la rigidez axial necesaria también en una estructura comparativamente ligera.
En una colisión, que acciona el movimiento rectilíneo y/o la compresión de la cabeza de acoplador en la barra 1 de tracción, el elemento 20, 22 de transmisión de fuerza de empuje hace que el cono 5 de guía se desprenda de su fijación en la placa frontal, y se porte a lo largo por el elemento en la cabeza de acoplador opuesta tal como se ilustra esquemáticamente en la figura 2. Independientemente de que el cono 5 de guía esté soldado o unido con pernos a la placa frontal, o sea una parte integrada con la placa frontal, el cono de guía o el área de conexión del mismo en la placa frontal puede estar compuesto por muescas, tales como indicaciones de fractura o debilitamientos en el material o en los elementos de conexión, lo que permite que se saque del cono 5 de guía con una integridad mantenida esencialmente.
Un experto en la técnica apreciará que una extinción o absorción de energía completa que se genera, por ejemplo, en una colisión sólo puede esperarse en conexión con fuerzas de hasta una magnitud determinada, mientras que las fuerzas que superan esta magnitud dan como resultado una deformación que ya no puede predecirse. Sin embargo, todavía se logra el objeto principal de la invención, dado que la energía que se disipa durante la deformación predeterminada de la cabeza de acoplador implica una reducción correspondiente de la fuerza inicial. En combinación con otros dispositivos de absorción de impactos, conocidos en sí mismos, en el acoplador, la invención implica que puede absorberse más energía antes de que chasis de vehículo resulte afectado por una fuerza deformante.
Con fuerzas de hasta una magnitud que puede absorberse por una deformación predeterminada y controlada según lo que se enseña en la invención, el objeto específico de la invención también se consigue mediante un disposición de acoplamiento que se dispone con un elemento de transmisión de fuerza de empuje que, durante la deformación de la cabeza de acoplador, garantiza una conexión resistente al pandeo entre disposiciones de acoplamiento interacoplados.
Claims (8)
1. Disposición de acoplamiento para un vehículo ferroviario que comprende una barra (1) de tracción y una cabeza (2) de acoplador, que en un extremo trasero está unida a la barra de tracción y se extiende en la dirección longitudinal de la misma hasta un extremo delantero que está dispuesto para portar una placa (4) frontal que tiene un cono (5) de guía que sobresale de la superficie de la misma, cabeza de acoplador que aloja además componentes (7-10) de un acoplamiento (6) mecánico eficaz para el acoplamiento automático a los componentes de acoplamiento correspondientes en una cabeza de acoplador opuesta de una disposición de acoplamiento de conexión, caracterizada por que, como extensión de la barra de tracción, un elemento (20, 22) se extiende hacia delante a través de la cabeza de acoplador hacia el cono (5) de guía, así como por que, después de la aplicación de una fuerza de compresión deformante, la cabeza (2) de acoplador se dispone para someterse a una compresión axial y/o un desplazamiento hacia atrás en la barra de tracción a la vez que porta a lo largo la placa (4) frontal con el resultado de que dicho elemento (20, 22) se lleva a una relación de transmisión de fuerza de empuje con el cono (5) de guía y hace que penetre en la placa frontal.
2. Disposición de acoplamiento para un vehículo ferroviario según la reivindicación 1, en la que el elemento (20, 22) tiene rigidez axial para, en una colisión, sacar el cono (5) de guía de su unión en la placa (4) frontal.
3. Disposición de acoplamiento para un vehículo ferroviario según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el elemento (22) consiste en un elemento de transmisión de fuerza de empuje independiente dispuesto entre la barra (1) de tracción y el cono (5) de guía.
4. Disposición de acoplamiento para un vehículo ferroviario según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que el elemento (20) está en enganche de transmisión de fuerza de tracción con el acoplamiento (6).
5. Disposición de acoplamiento para un vehículo ferroviario según la reivindicación 4, en la que el acoplamiento (6) está soportado de manera desplazable en la dirección longitudinal en una ranura alargada dispuesta en el elemento (20).
6. Disposición de acoplamiento para un vehículo ferroviario según la reivindicación 4 ó 5, en el que el elemento (20) tiene una superficie (21) lateral formando un ángulo con respecto a la dirección longitudinal y que interseca la línea central axial de la disposición de acoplamiento, superficie que es eficaz para el guiado de la superficie correspondiente del elemento (20) de transmisión de fuerza de empuje de la cabeza de acoplador opuesta.
7. Disposición de acoplamiento para un vehículo ferroviario según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cabeza de acoplador comprende una muesca para la compresión axial del alojamiento de cabeza de acoplador, en particular una muesca para el plegado del alojamiento de cabeza de acoplador.
8. Disposición de acoplamiento para un vehículo ferroviario según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cabeza de acoplador está conectada con la barra de tracción por medio de un collar (15) que rodea la barra de tracción delante de un resalto (16) formado en la misma, y que puede desplazarse sobre la barra de tracción en la dirección longitudinal contra la fuerza de una expansión radial de dicho collar producida por el resalto.
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