ES2816823B2 - Dispositivo de freno por descarrilamiento - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

DISPOSITIVO DE FRENO POR DESCARRILAMIENTO

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención pertenece a los sistemas de seguridad pasiva de frenado del ferrocarril por detección de descarrilamiento.

La invención que se plantea es un dispositivo modular de detección y frenado de trenes por descarrilamiento, compatible con diferentes sistemas de freno y tipos de tren. Aplicable a cualquier tipo de vagones: remolcados, de ejes o bogies, automotores y locomotoras.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El accidente más frecuente en ferrocarril es el descarrilamiento y actualmente no se puede evitar, sin embargo, sí se pueden minimizar sus consecuencias aplicando de forma automática el freno con la finalidad de detener el tren en el menor espacio posible, respetando siempre las condiciones de frenado establecidas según normativa ferroviaria. De esta manera los daños en la infraestructura, en el material, los daños medioambientales y los daños físicos a personas y animales, consecuentemente, se reducen considerablemente.

En la actualidad son conocidos diferentes tipos de detectores de descarrilamientos. Existen los denominados inerciales y existen los de detección de posicionamiento del bogie respecto del bastidor del vehículo ferroviario.

El problema que plantean los dispositivos inerciales existentes es que solamente están concebidos para ser montados, en su conjunto, en la tubería de freno del tren y soportados en el bastidor de los vagones. El Dispositivo de esta invención se puede realizar de forma modular y montar sus módulos, donde más eficientes resulten, de manera distribuida.

Por otra parte, los dispositivos que detectan los descarrilamientos por medios mecánicos, que obligatoriamente se montan distribuidos en el vagón y son eficientes desde el primer instante en que se produce el descarrilamiento, requieren de un significativo consumo de aire para el pilotaje de la válvula de freno, cuestión que no es conforme a lo indicado en las normas internaciones sobre sistemas de freno por descarrilamiento.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema proporciona los medios necesarios y adecuados para frenar el tren de forma automática en caso de descarrilamiento, desde los primeros instantes en los que se salen del carril el primer par de ruedas.

La invención se basa en la detección y reconocimiento de una situación anómala en el comportamiento de la rodadura de un vehículo ferroviario, la cual pueda identificarse como descarrilamiento o por otra causa que inmediatamente puede terminar en descarrilamiento, como por ejemplo un defecto grave en una rueda. Esta situación se puede determinar por varios fenómenos anormales como puede ser una vibración u oscilación anormal del bogie de un vagón, o una vibración del conjunto del vehículo.

El conjunto del dispositivo consta de un módulo de detección de descarrilamiento, un módulo de actuación y rearmado y un módulo de freno.

El módulo de detección del descarrilamiento consiste en un sistema mecánico/neumático (acelerómetro) que es sensible a las vibraciones y regulable en sensibilidad o bien un sistema únicamente mecánico consistente en una superficie de referencia. Estos elementos son los marcados con la letra D o S en los dibujos, y en adelante lo denominaremos Detector.

El módulo de actuación es el encargado de la acción y del rearmado del sistema de frenado y consiste en un dispositivo neumático que recibe una señal del módulo de detección o detector. Este dispositivo marcado con la letra A en los dibujos lo denominamos Actuador. Su función es la de dejar escapar a la atmosfera el aire del pilotaje contenido en el "circuito de lazo cerrado”, para activar de manera inmediata la acción del tercer módulo de frenado, que denominaremos Válvula de Freno, marcada en los dibujos con la letra V . Este módulo o elemento Actuador A , admite el accionamiento mediante aire o por contacto mecánico.

El Actuador A , además señaliza visualmente cuál o cuáles de los sistemas han actuado en determinados vagones y permite el rearmado para recuperar la función del freno. Así mismo también permite la prueba de funcionamiento de forma manual de todo el sistema.

El módulo de frenado, lo denominamos Válvula de Freno marcada con la letra V en los dibujos. Consiste en una válvula de gran caudal que se intercala en la Tubería de Freno Automático del tren TFA que es la que controla el accionamiento del freno de un tren por variaciones de presión.

Esta válvula está pilotada neumáticamente y a su vez es la que alimenta de aire al módulo Actuador y al módulo Detector durante la puesta en servicio de los frenos del tren.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un listado de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se representa los siguiente:

Dibujo 1. Representación del dispositivo en modo reposo con detector de inercia.

Dibujo 2.- Representación del dispositivo con Actuador A y Válvula de Freno V activados. Dibujo 3.- Representación esquemática de variantes de montaje sobre un vagón.

Dibujo 4.- Representación de la implantación dentro del sistema de frenos típico ferroviario. (dibujo base reproducido de norma AAR)

Dibujo 5.- Representación del dispositivo en modo reposo en la variante de actuación por medios mecánicos.

Dibujo 6.- Representación del dispositivo activado en la variante de detección por medios mecánicos y Válvula de Freno activada.

Se referencian con números en negrita las partes metálicas o mecánicas, con letras minúsculas en negrita las cámaras y conductos de aire y con letras mayúsculas en negrita las figuras correspondes a cada uno de los módulos dentro de un mismo dibujo.

EXPOSICION DETALLADA DE UN MODO DE REALIZACION

Los Dibujos 1 y 2 representan el conjunto de elementos del Dispositivo de Freno por Descarrilamiento en su primer modo de realización con Detector Inercial.

El Dibujo 1 representa el sistema en reposo, es decir, en servicio esperando detectar una situación anómala para actuar. Ello se aprecia porque el orificio de escape 15 de la Válvula de freno V está cerrado por el elemento 10.

El sistema, para su puesta en servicio, se alimenta de aire automáticamente desde la Tubería de Freno Automático 14 TFA de la que disponen todos los vehículos ferroviarios. A través del paso calibrado a de la Válvula de Freno V se llena la cámara b, de pilotaje, a la misma presión que la de llenado de la TFA . El paso calibrado a es el que regula que la velocidad de llenado del circuito de pilotaje sea idéntica a la de carga de la TFA para una rápida puesta en servicio del dispositivo. Desde la cámara b, el aire pasa por la tubería de pilotaje c y llena las cámaras, d y j de forma simultánea y a la misma presión de la TFA.

El aire de la cámara b, está a la misma presión que el de la tubería 14 de freno del tren TFA, pero ejerce mayor fuerza sobre la cara superior de la clapeta 11 que la ejercida en la cara inferior, puesto que la superficie superior es mayor. De esta forma se garantiza el cierre del pistón 10 sobre el cuerpo 9 de la Válvula de Freno V . A su vez, la membrana 12 asegura que no se produce ninguna fuga ni desgaste por rozamiento entre la clapeta 11 y el cuerpo de la válvula 9. Esta válvula 9 cuenta con un muelle helicoidal 13 en la cámara de pilotaje para asegurar el cierre total entre el pistón 10 y la salida 15 de la válvula al inicio de la carga de aire en la TFA del tren.

Para que se produzca el frenado automático un tren, es necesario descargar la presión de la tubería TFA 14, que es la que recorre toda la longitud tren desde cabeza a cola por medio de los acoplamientos existentes entre los vagones. Esta presión de TFA, normalmente 5 bar, según normativa internacional de frenos de ferrocarril, puede ser descargada por mediación de cualquiera de las Válvulas de Freno V, montadas en los diversos vagones de la composición. Por tanto, cuando se produce el descarrilamiento será necesario que se descargue total o parcialmente esta presión de la TFA para que el sistema de frenado del propio tren actúe de forma automática. El frenado máximo de un tren se produce cuando la presión en TFA es igual o inferior a 3,8 bar

Establecida la condición anterior, el frenado automático se producirá cuando el Detector D experimente un movimiento anómalo y el pistón 1, que está unido a la masa inercial 5 por mediación de vástago 3, se desplace linealmente dentro de la camisa 2 dejando escapar el aire contenido en las cámaras b y d través de f . En ese momento el aire pasa a través de f a la cámara g desplazando el doble pistón 17, que forma una triple cámara en el interior del Actuador A .

Dibujo n°2, muestra el sistema en actuación inmediatamente después de detectarse un descarrilamiento por el Detector D, puesto que el aire contenido en la cámara d pasa a través de f desplazando al pistón 17, el cual comunica la cámara b de la Válvula de freno V con el escape k a través de la cámara h del pistón 17. Por consiguiente, el aire contenido en la cámara b de la Válvula de Freno V se vacía completamente a través de la salida de escape k del Actuador A . Vaciada la cámara b de la Válvula de Freno V , el aire contenido en la TFA, que aún está con presión abre el pistón 10 y escapa a la atmosfera por la salida 15. Será en este instante, por caída de la presión, cuando se desencadene el frenado automático del tren de forma controlada y gobernada por el propio equipo de control del freno del vehículo ferroviario.

Por el orificio de escape 15 de una sola Válvula de Freno V se realiza la caída de presión suficiente para producir de manera instantánea el frenado de todo el tren, independientemente del número de vagones o de la longitud de la composición.

El aire residual que pudiera estar retenido en las cámaras h, d y b se descarga a través de k, y el aire retenido en g se descarga a través del respiradero 4, con lo cual nunca se genera una presión residual en ninguna de las cámaras de pilotaje que pueda inutilizar o perturbar el funcionamiento, aún en el caso de repetidas actuaciones de modo continuado, o por causa de pequeñas fugas internas del sellado de los pistones. Así mismo el aire contenido en la cámara j y cámara m se vacían a través de k y n respectivamente. Por tanto, cada vez que se reinicia el sistema o se pone en servicio, todas sus cámaras están equilibradas a presión 0 bar.

El Actuador A , a su vez, permanece estable comunicando las cámaras b y d con la atmosfera a través de la cámara h y la salida k. En este estado el pulsador 18 permanece desplazado, hacia el exterior, señalizando visualmente el dispositivo actuado. Permanece así de forma estable hasta el momento en que se realice el rearmado manual del sistema, el cual se produce ejerciendo una pequeña fuerza de empuje sobre el pulsador 18 retornando el pistón 17 a la posición inicial, para que pueda restablecerse la presión en la TFA y se rearme el sistema.

El control y ajuste de la sensibilidad del Detector D para diferentes modelos de vehículos ferroviarios y características de suspensión se realiza ajustando la fuerza del muelle 6 por mediación del tornillo 8 en función de la altura del disco 7 sobre el que descansa la base del muelle. La magnitud de las vibraciones verticales producidas por el descarrilamiento depende de las características de diseño de los vehículos ferroviarios.

El Dibujo n°5 representa la versión de un segundo modo de realización por detección mecánica.

Para esta configuración del dispositivo de freno por descarrilamiento, el plato 23, será el encargado de desplazar linealmente, por contacto mecánico, al pistón 17 mediante el eje empujador 21 del mecanismo 22.

Esta opción requiere montar el actuador A en el bastidor del vagón y el plato de referencia S solidario en el bogie y ambos enfrentados, para que en caso de descarrilamiento la superficie 23 entre en contacto con el eje 21 del mecanismo 22 desplazando el pistón 17 hasta comunicar a través de la cámara h, b con j, y liberar el aire de pilotaje de la cámara b por el orificio de escape k.

El plato S , (superficie de referencia) representado en el Dibujo n° 5, consiste en una un área o base cerrada por otras superficies laterales inclinadas, que serán las causantes del desplazamiento del actuador por medio de contacto mecánico sobre el empujador marcado con el número 21. El impacto no puede causar daños al actuador, por lo que las caras activas, o de contacto, del plato formarán un ángulo de aproximadamente 45° con el eje 21 del Actuador A en el momento de entrar ambos en contacto. Para determinar la longitud y distancias de montaje del elemento 23 respecto del eje de empuje 21 y el dimensionado del plato S se tienen que considerar parámetros de suspensión, radios de curva, geometría horizontal de la vía, calidad de la vía, empate del bogie, distancia entre pivotes de giro del vehículo, geometría y calidad de las vías.

Por tanto, para detectar el descarrilamiento, es necesario captar cualquier movimiento anormal del bogie, vertical u horizontal, que supere los parámetros angulares normales respecto del bastidor del vagón, lo que provocará un contacto del elemento 23, montado en el bogie, sobre el eje 21 del Actuador A, montado sobre el bastidor del vagón. El empuje producido en el pistón 17 ocasionará su desplazamiento lineal y comunicará b con k a través de la cámara h y en consecuencia se producirá el vaciado del aire contenido en la cámara b a través de k, lo que hará que actúe la Válvula de Freno V según se ha descrito en el primer modo de realización. En el Dibujo n° 6 , se representa el dispositivo, después de un descarrilamiento, correspondiente a este segundo modo de realización.

Para esta versión de la invención, el montaje y distribución de los módulos del dispositivo sobre un vagón es el representado en la Fig. 3.2. Indicado en el esquema de ubicación de elementos del Dibujo n° 3.

El sistema, en ambos modos de realización, se puede aislar mediante una válvula de cierre 20 intercalada en la tubería c de pilotaje. Esta válvula de aislamiento puede ser accionada manualmente o también pilotada remotamente en aquellos casos en los que la explotación ferroviaria requiera anular la orden de freno, según recomendaciones de ciertos organismos europeos para trenes con riesgo incendio en interior de túneles.

Por último, en el Dibujo n° 3 se representan el montaje del modo de realización anterior y las otras dos posibles formas de montaje: de forma dispersa o agrupada.

La Fig.3.1 representa el montaje de la Válvula de Freno V en un punto intermedio de la TFA de los vagones, el Detector D en los extremos o testeros del vagón junto con el Actuador A .

La Fig.3.2 representa la forma más efectiva y rápida de detectar el descarrilamiento colocando el Detector D (inercial o mecánico) sobre los bogies, los Actuadores A en los testeros y la Válvula de Freno V en un punto intermedio de la TFA.

La Fig. 3.3 representa la opción de montaje en los testeros de los vagones para el caso de que los tres módulos se agrupen en un mismo panel. Puesto que, de no optar por un montaje distribuido, en los testeros es donde mayores aceleraciones verticales se percibirán en caso de descarrilamiento. En este supuesto la Válvula de freno V preferentemente se instalará doble para evitar montar la tubería de pilotaje en toda la longitud del vagón. Este será el montaje tipo para los vagones de ejes simples.

El Dibujo n° 4 se corresponde con el esquema neumático básico del freno de un vagón según norma americana AAR, muy similar al freno norma UIC. Sobre él se ha dibujado esquemáticamente la implantación de los tres elementos que componen el Dispositivo de Freno por Descarrilamiento de esta invención.

Dado que existe una normativa internacional UIC sobre detectores de descarrilamientos, en esta invención se han tenido en cuenta para no incumplir ninguno de sus requisitos.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de freno por descarrilamiento caracterizado porque comprende:

• Un módulo Detector (D) o (S) previsto para reconocer el descarrilamiento de vehículos ferroviarios

• Un módulo Actuador (A) provisto de un pistón doble (17) que cuando es desplazado linealmente al recibir una señal mecánica o neumática en uno de sus extremos (g), se encarga de comunicar la cámara de pilotaje (b) de la Válvula de Freno (V) con el orificio de escape (k) a través de una de sus cámaras internas (h) por la que se descargará el aire de pilotaje que se encontraba retenido en la otra cámara interna (j) contigua.

• Una Válvula de Freno (V) constituida por un cuerpo de dos compartimentos. Un compartimento de trabajo acoplado directamente en la TFA (14) provisto de un pistón obturador (10) que cierra el orificio de escape de gran caudal (15) por el que se descargará el aire de la TFA en caso de detectar descarrilamiento. Y otro compartimento, o cámara de pilotaje (b), la cual se llena de aire directamente desde el compartimento de trabajo a través de un paso calibrado interno (a) durante la puesta en servicio del freno del tren, de manera que cuando se descarga la presión de aire en la cámara de pilotaje (b) por detección de descarrilamiento, se produce la apertura automática del pistón obturador (10), el cual se encarga de cerrar el escape del orificio de gran caudal (15), descargando por éste el aire de la TFA.

2. Dispositivo de freno por descarrilamiento conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo Detector (D) está constituido por un acelerómetro mecánico sensible a las vibraciones anormales producidas por el descarrilamiento, consistente en una masa inercial (5) solidaria a un pistón (1), que gobierna el aire de pilotaje para el accionamiento del Actuador (A), con la característica de que el Detector es regulable en sensibilidad.

3. Dispositivo de freno por descarrilamiento conforme a la reivindicación 1 caracterizado porque el módulo Actuador (A) señaliza visualmente la actuación del sistema mediante uno de los extremos (18) del pistón doble (17), asomando éste al exterior de su alojamiento.

4. Dispositivo de freno por descarrilamiento conforme a las reivindicaciones 1 y 3 caracterizado porque el módulo Actuador (A) tiene la característica de ser rearmable y puesto nuevamente en servicio, empujando manualmente el pistón doble (17) desde el extremo de señalización (18) hasta devolverlo a la posición inicial de servicio.

5. Dispositivo de freno por descarrilamiento conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque un módulo Detector (S) está constituido por una superficie de referencia (23) de manera que su contacto o impacto mecánico con el eje empujador (21) del Actuador (A) desplaza al pistón (17) del Actuador (A) el cual comunica con la atmosfera el aire de pilotaje.