ES2902457A1 - Mecanismo de freno para vehiculos ferroviarios con ejes de cambio de ancho de via - Google Patents

Mecanismo de freno para vehiculos ferroviarios con ejes de cambio de ancho de via Download PDF

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Abstract

La invención describe un mecanismo de freno (1) para vehículos ferroviarios con ejes de cambio de ancho de vía que tiene una biela de suspensión (9) que tiene un extremo superior conectado de manera rotativa a la biela de reacción (5) y un extremo inferior conectado mediante una articulación doble (13) al portazapata (7). Además, uno de entre la conexión rotativa de la biela de suspensión (9) con la biela de reacción (5) y la conexión rotativa de la biela de suspensión (9) con el portazapata (7) comprende un orificio alargado (10) que permite que el extremo de la biela de suspensión (9) conectado a dicho orificio alargado (10) ascienda o descienda cuando el portazapata (7) se desplaza a lo largo de la mangueta (4).

Description

MECANISMO DE FRENO PARA VEHÍCULOS FERROVIARIOS CON EJES DE CAMBIO
DE ANCHO DE VÍA
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece en general al campo ferroviario, y más particularmente a los sistemas de frenado para vehículos ferroviarios dotados de un sistema de cambio de ancho de vía.
El objeto de la presente invención es un nuevo mecanismo de freno cuyas zapatas son desplazables para adaptarse a la posición de las ruedas de un vehículo ferroviario con ejes de cambio de ancho de vía.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El mecanismo de freno de un vehículo ferroviario suele comprender un triángulo formado por una barra principal dispuesta en dirección horizontal y perpendicular a la dirección de desplazamiento de cuyos extremos emergen dos barras auxiliares, también horizontales, que están conectadas entre sí por el extremo opuesto a aquel que las conecta con la barra transversal. A su vez, en los extremos de la barra transversal principal, o en una prolongación de dichos extremos, están dispuestas las zapatas de frenado enfrentadas a las ruedas del vehículo. Este mecanismo está fijado a unos puntos del bastidor del vehículo de tal modo que normalmente cuelga de dicho bastidor. En conjunto, este mecanismo suele denominarse “triángulo de freno”, debido a que la barra principal y las barras auxiliares conforman un triángulo situado en un plano horizontal. Así, tirando del vértice del triángulo correspondiente al punto de unión de las dos barras auxiliares, el conjunto completo se balancea de tal modo que las zapatas se acercan a las ruedas y provocan el efecto de frenado al comprimirse contra las mismas.
En un vehículo ferroviario capaz de cambiar de ancho de vía, sin embargo, las ruedas no tienen una posición fija, sino que pueden cambiar de posición a lo largo de una dirección transversal al desplazamiento en función del ancho de la vía en que se encuentre el vehículo. El ancho puede variar, por ejemplo, entre ancho internacional (1435 mm) y ancho ibérico (1668 mm). Esto obliga a que las zapatas se desplacen a lo largo de la barra principal o su prolongación de manera coordinada con las ruedas, de tal modo que cada zapata esté en todo momento situada frente a la rueda correspondiente. También es importante que las zapatas mantengan la orientación vertical para cualquiera de los posibles anchos de rueda.
Para resolver este problema, son conocidos mecanismos de freno dotados de zapatas deslizantes. La Fig. 1 muestra un ejemplo de un mecanismo de freno de este tipo donde se aprecia cómo la zapata (100) dispone de un par de placas (110) que sobresalen dentro de un plano vertical paralelo a la dirección de desplazamiento, de tal modo que quedan situadas una a cada lado de la rueda (120). Esto obliga a que, cuando la rueda (120) se desplaza entre un ancho y otro, la zapata (100) deslice con ella a lo largo de los elementos que constituyen los puntos de soporte del mecanismo de freno. En concreto, la zapata (100) está fijada a una portazapata (130). A su vez, la portazapata (130) está colgada del extremo inferior de una biela (140), estando el extremo superior de dicha biela (140) conectado de manera deslizante a un bulón de suspensión (150) horizontal rígidamente fijado al bastidor (160) del vehículo. La portazapata (130) está también conectada de manera deslizante a una mangueta (170), también horizontal, que constituye la prolongación del triángulo de freno. De ese modo, el triángulo de freno completo queda colgado de los dos bulones de suspensión (150) correspondientes a una pareja de ruedas.
Este mecanismo permite que la zapata (100) mantenga su actitud vertical en todo momento, manteniéndola separada de la rueda(120) cuando no se están aplicando esfuerzos de frenado al triángulo.
Sin embargo, este mecanismo presenta el grave inconveniente de que, al soportar la biela (140) el peso de todo el triángulo de freno, es decir, el peso de la barra principal y las barras auxiliares (no mostradas en estos dibujos), así como de los elementos descritos en las líneas anteriores (zapata, portazapata, etc.), el rozamiento entre el extremo superior de la biela (140) y el bulón de suspensión (150) cuando la zapata (100) se desplaza durante un cambio de ancho de vía es muy elevado. Además, las holguras necesarias en el montaje provocan que la biela (140) tienda a perder la perpendicularidad con el bulón de suspensión (150), lo que podría provocar un bloqueo del desplazamiento de la zapata (100) durante el cambio de ancho. Este efecto se agrava cuando se está aplicando fuerza de frenado durante el proceso de cambio de ancho, ya que ello provoca un importante incremento del rozamiento entre biela (140) y bulón (150). Por estos motivos, para evitar roturas en caso de tener que realizarse una parada durante el proceso de cambio de ancho, actualmente el sistema de frenado se desactiva durante dicho proceso de cambio de ancho.
Por otro lado los ejes ferroviarios gozan de libertad de movimiento con respecto al vehículo, que puede moverse libremente entre unas resbaladeras del bastidor o bogie para facilitar la inscripción en curva y el movimiento de autocentrado. Esta libertad de movimiento puede ocasionar que en caso de oscilaciones elevadas durante una operación de frenado, al quedar la biela bloqueada, las placas soporten elevadas cargas y lleguen a romper.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención describe un mecanismo de freno para vehículos ferroviarios con ejes de cambios de ancho de vía que resuelven los problemas anteriores gracias a la disposición de una biela adicional. De ese modo, gracias a una configuración adecuada de las dos bielas del mecanismo, una primera biela soporta los esfuerzos debidos al peso y la reacción durante la operación de frenado y una segunda biela solo soporta los esfuerzos directamente relacionados con el desplazamiento de la zapata. Esto reduce enormemente la probabilidad de roturas.
En este documento, cualquier referencia a términos de posición relativos tales como “superior’, “inferior’, “horizontal’, “vertical’, etc. se interpretan teniendo en cuenta la posición natural del mecanismo de la invención cuando está instalado en un vehículo ferroviario.
En este documento, el término “articulación doble’’ hace referencia a una articulación que permite la rotación alrededor de dos ejes perpendiculares entre sí. Por ejemplo, una junta cardan sería un caso particular de articulación doble.
El mecanismo de freno de la presente invención comprende una barra principal conectada a dos barras auxiliares de modo que forman un triángulo donde, a su vez, cada extremo de la barra principal comprende los siguientes elementos:
a) Una mangueta que constituye una prolongación de la propia barra principal.
b) Una biela de reacción que tiene un extremo inferior conectado de manera rotativa a la mangueta y un extremo superior configurado para su conexión de manera rotativa a un bastidor del vehículo ferroviario. Los ejes de rotación de la conexión rotativa de la biela de reacción con el bastidor y de la conexión rotativa de la biela de reacción con la mangueta son ambos paralelos a dicha mangueta.
c) Una zapata fijada a una portazapata que, a su vez, está conectada de manera deslizante a la mangueta. La portazapata comprende dos placas laterales configuradas de modo que están situadas a ambos lados de la rueda de un vehículo ferroviario, de tal modo que fuerzan el desplazamiento de la portazapata a lo largo de la mangueta cuando la rueda se desplaza durante un proceso de cambio de ancho de vía.
Hasta aquí se han descrito elementos conocidos de los mecanismos de freno convencionalmente utilizados en la técnica anterior, tal y como se ha descrito con anterioridad en este documento.
Sin embargo, el mecanismo de freno de la presente invención se diferencia de aquellos por que además comprende una biela de suspensión que tiene un extremo superior conectado de manera rotativa a la biela de reacción y un extremo inferior conectado mediante una articulación doble al portazapata. El eje de rotación de la conexión rotativa de la biela de suspensión con la biela de reacción es perpendicular a la mangueta, mientras que los ejes de rotación de la articulación doble que constituye la conexión de la biela de suspensión con el portazapata son respectivamente paralelo y perpendicular a la mangueta. La articulación doble puede ser, por ejemplo, una junta cardan. Además, uno de entre la conexión rotativa de la biela de suspensión con la biela de reacción y la conexión rotativa de la biela de suspensión con el portazapata comprende un orificio alargado configurado para permitir que el extremo de la biela de suspensión conectado a dicho orificio alargado ascienda o descienda cuando el portazapata se desplaza a lo largo de la mangueta.
Este nuevo mecanismo de freno resuelve los problemas anteriores debido a que, al independizar la trasmisión del peso propio del mecanismo y de las reacciones de los esfuerzos de frenado al portazapata, permite que dicha portazapata deslice sin problemas a lo largo de la mangueta en cualquier circunstancia, incluso ante una frenada de emergencia durante un proceso de cambio de ancho de vía. Además, la actitud vertical de la zapata se mantiene gracias a la biela de suspensión, que se mantiene en el mismo plano que la biela de reacción y que puede desplazarse lateralmente gracias al orificio alargado al que está conectada por uno de sus extremos.
En principio, el orificio alargado podría estar dispuesto en cualquiera de los dos extremos de la biela de suspensión siempre que permitiera el desplazamiento vertical de dicho extremo provocado por el desplazamiento del portazapata a lo largo de la mangueta. Sin embargo, en una realización particularmente preferida de la invención, el orificio alargado está dispuesto en la conexión entre el extremo superior de la biela de suspensión y la biela de reacción. Aún más preferentemente, el orificio alargado está dispuesto en una placa conectada al extremo superior de la biela de reacción. El orificio alargado puede ser un coliso recto orientado esencialmente en dirección vertical.
La conexión de la biela de reacción con la mangueta podría llevarse a cabo a través de cualquier medio de conexión rotativo adecuado, aunque en una realización particularmente preferida de la invención el extremo inferior de la biela de reacción está conectado a la mangueta a través de una orejeta, la cual puede estar situada en un extremo interior de dicha mangueta. En este contexto, el extremo interior hace referencia al extremo de la mangueta más cercano al plano central de simetría del mecanismo, es decir, el extremo más cercano al centro de la barra principal del triángulo de freno.
Por otra parte, aunque la biela de reacción podría implementarse de acuerdo con diferentes formas, según una realización preferida más de la invención comprende un cuerpo alargado dotado de dos orificios en los extremos, donde el eje del cuerpo alargado está inclinado con relación a un plano perpendicular a los ejes de dichos orificios. De ese modo, el extremo inferior de dicha biela de reacción está desplazado con relación a la vertical del extremo superior de la misma para dejar espacio al desplazamiento del portazapata a lo largo de la mangueta.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Fig. 1 muestra un detalle de un ejemplo de mecanismo de freno de acuerdo con la técnica anterior ya instalado en un vehículo ferroviario.
La Fig.2 muestra un ejemplo de mecanismo de freno de acuerdo con la presente invención.
La Fig. 3 muestra un detalle del ejemplo de mecanismo de freno según la presente invención.
La Fig. 4 muestra el triángulo formado por la barra principal y las barras auxiliares pertenecientes al ejemplo de mecanismo de freno según la presente invención.
La Fig. 5 muestra la biela de reacción perteneciente al ejemplo de mecanismo de freno según la presente invención.
La Fig. 6 muestra la biela de suspensión perteneciente al ejemplo de mecanismo de freno según la presente invención.
La Fig. 7 muestra la zapata y el portazapata pertenecientes al ejemplo de mecanismo de freno según la presente invención.
La Fig. 8 muestra el ejemplo de mecanismo de freno según la presente invención instalado en un vehículo ferroviario.
La Fig. 9 muestra una vista en perspectiva del ejemplo de mecanismo de freno según la presente invención.
Las Figs. 10a-10c muestran tres posiciones del ejemplo de mecanismo de freno según la presente invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Las Figs. 2 y 3 muestran respectivamente una vista general y un detalle de un mecanismo de freno (1) de acuerdo con la presente invención. Como se puede apreciar, el mecanismo de freno (1) comprende una barra principal (2) conectada a dos barras auxiliares (3) de tal modo que se conforma un triángulo. En cada extremo de la barra principal (2), a modo de prolongación, está dispuesta una mangueta (4). La mangueta (4) puede ser una pieza independiente conectada al triángulo formado por barra principal (2) y barras auxiliares (3), o bien puede formar parte de la propia barra principal (2).
En el extremo interior de la mangueta (4) está rígidamente fijada una orejeta (12) que tiene forma alargada, de manera que sobresale perpendicularmente al eje de la propia mangueta (4). Una biela (5) de reacción tiene un extremo inferior fijado a la orejeta (12) por medio de una unión rotativa cuyo eje es paralelo a la mangueta (4) y un extremo superior fijado al bastidor (200) también mediante una unión rotativa de eje paralelo a la mangueta (200).
El mecanismo (1) de la invención tiene además una biela de suspensión (9) que tiene un extremo superior fijado de manera rotativa al extremo superior de la biela de reacción (5) y un extremo inferior fijado mediante una articulación doble a un portazapata (7). La conexión rotativa entre la biela de suspensión (9) y la biela de reacción (5) se lleva a cabo a través de una placa (11) fijada al extremo superior de la biela de reacción (5) y su eje de rotación es perpendicular al eje de la mangueta (4). Más concretamente, la placa (11) dispone de un orificio alargado o coliso (10) en el que queda insertado un pasador de la unión rotativa. A su vez, la conexión entre la biela de suspensión (9) y el portazapata (7) es la mencionada articulación doble que tiene uno de sus ejes de rotación paralelo a la mangueta (4) y el otro de dichos ejes de rotación paralelo al eje de rotación de la conexión entre biela de suspensión (9) y biela de reacción (5) y, por tanto, perpendicular a la mangueta (4).
El portazapata (7) es similar a los utilizados en mecanismos de freno convencionales. Se trata de una pieza que está conectada a la mangueta (4) de manera deslizante y que está formada por una estructura triangular a la que está fijada la zapata (6) y de la cual sobresalen además unas placas (8) laterales que, cuando el mecanismo (1) está instalado en un vehículo ferroviario, quedan ubicadas a ambos lados de la rueda (300) del vehículo.
De ese modo, cuando la rueda (300) se desplaza lateralmente, es decir, en paralelo a la mangueta (4), empuja una de las placas laterales (8) y fuerza así el deslizamiento del portazapata (7) a lo largo de la mangueta (4). Durante este movimiento, la biela (9) de suspensión mantiene el portazapata (7) orientado de tal modo que la zapata (7) está siempre en posición vertical orientada hacia la rueda (300). El coliso (10) al que está conectado el extremo superior de la biela (9) de suspensión proporciona la holgura necesaria para que pueda producirse el desplazamiento del portazapata (7) sin que la biela de suspensión (9) bloquee el mecanismo. Durante este proceso, el peso de todo el mecanismo de freno (1) es soportado por la biela de reacción (5) y no por la biela de suspensión (9), evitando así los problemas que se producían en los mecanismos de freno conocidos con anterioridad.
A continuación, se describe brevemente cada uno de los elementos que conforman el mecanismo de freno (1) de la presente invención haciendo referencia a las Figs.4-7.
Barra principal (2)/auxiliares (3)/Mangueta (4): Como se muestra en la Fig. 4, la barra principal (2) y las barras auxiliares (3) se disponen de manera que conforman un triángulo con mangueta extendida (1). Esto permite el deslizamiento del portazapata (7) entre los distintos anchos de vía que pueda adoptar el eje de ancho variable. La mangueta (4) dispone además de orejetas (2) para la fijación de la biela de reacción (5) con el eje de rotación a la misma distancia de la mangueta (4) que el eje de la articulación doble de la conexión entre la biela de suspensión (9) y el portazapata que es paralelo a la mangueta (4).
Biela de reacción (5): Como se muestra en la Fig. 5, se trata de la biela (5) encargada de transmitir los esfuerzos de reacción al bastidor (200). La biela de reacción (5) es similar a una biela de suspensión convencional pero que tiene una configuración doblada para adaptarse a la sujeción del bastidor (200) de manera que no sea necesaria ninguna modificación de la misma. Es decir, la biela de reacción (5) tiene un cuerpo alargado (51) dotado de dos orificios (52, 53) en los extremos, estando el eje del cuerpo alargado (51) inclinado con relación a un plano perpendicular a los ejes de dichos orificios (52, 53). Además, la biela de reacción (5) tiene, en su extremo superior, una placa (11) dotada de un orificio coliso (2) orientado en dirección esencialmente vertical para la conexión con la biela de suspensión (9).
Biela de suspensión (9): Como se aprecia en la Fig. 6, es la biela (9) encargada de mantener la actitud de la zapata (6) de manera que no se gire y apoye en la rueda (300). La biela de suspensión (9) conecta la placa (11) dotada del orificio coliso (10) de la biela de reacción (5) con el portazapata (7) a través de la doble articulación. La biela de suspensión (9) solo soporta el momento de rotación del portazapata (7) debido a su propio peso, pero no transmite esfuerzos de frenado o reacción.
Portazapata (7): Como se observa en la Fig. 7, el portazapata (7) tiene un par de placas laterales (1) para confinar la rueda de manera que se desplace conjuntamente con ella y con una doble articulación fijada mediante un bulón para la conexión a la biela de suspensión (2)
La Fig. 8 muestra el mecanismo de freno (1) según la presente invención fijado a un vehículo ferroviario.
La Fig. 9 muestra una vista en perspectiva del mecanismo de freno (1) según la presente invención diferente de la mostrada en la Fig.3.
Las Figs. 10a-10c muestran tres posiciones diferentes el mecanismo de freno (1) según la presente invención. Como se puede apreciar, la configuración doblada de la biela de reacción (5) proporciona espacio para que el portazapata (7) se desplace a lo largo de la mangueta (4) para seguir a la rueda (300) en su desplazamiento durante un procedimiento de cambio de ancho de vía.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Mecanismo de freno (1) para vehículos ferroviarios con ejes de cambio de ancho de vía, que comprende una barra principal (2) conectada a dos barras auxiliares (3) de modo que forman un triángulo, donde cada extremo de la barra principal (2) comprende:
- una mangueta (4) que constituye una prolongación de dicha barra principal (2); - una biela de reacción (5) que tiene un extremo inferior conectado de manera rotativa a la mangueta (4) y un extremo superior configurado para su conexión de manera rotativa a un bastidor (200) del vehículo ferroviario, donde los ejes de rotación de la conexión rotativa de la biela de reacción (5) con el bastidor (200) y de la conexión rotativa de la biela de reacción (5) con la mangueta (4) son ambos paralelos a dicha mangueta (4); y - una zapata (6) fijada a una portazapata (7), donde la portazapata (7) está conectada de manera deslizante a la mangueta (4), y donde la portazapata (7) comprende dos placas laterales (8) configuradas de modo que están situadas a ambos lados de la rueda (300) de un vehículo ferroviario para forzar un desplazamiento de la portazapata (7) a lo largo de la mangueta (4) cuando la rueda (300) se desplaza durante un proceso de cambio de ancho de vía,
caracterizado por que
además comprende una biela de suspensión (9) que tiene un extremo superior conectado de manera rotativa a la biela de reacción (5) y un extremo inferior conectado mediante una articulación doble (13) al portazapata (7),
donde el eje de rotación de la conexión rotativa de la biela de suspensión (9) con la biela de reacción (5) es perpendicular a la mangueta (4), y los ejes de rotación de la articulación doble que constituye la conexión de la biela de suspensión (9) con el portazapata (7) son respectivamente paralelo y perpendicular a la mangueta (4), y donde uno de entre la conexión rotativa de la biela de suspensión (9) con la biela de reacción (5) y la conexión rotativa de la biela de suspensión (9) con el portazapata (7) comprende un orificio alargado (10) configurado para permitir que el extremo de la biela de suspensión (9) conectado a dicho orificio alargado (10) ascienda o descienda cuando el portazapata (7) se desplaza a lo largo de la mangueta (4).
2. Mecanismo de freno de acuerdo con la reivindicación 1, donde el orificio alargado (10) está dispuesto en la conexión entre el extremo superior de la biela de suspensión (9) y la biela de reacción (5).
3. Mecanismo de freno de acuerdo con la reivindicación 2, donde el orificio alargado (10) está dispuesto en una placa (11) conectada al extremo superior de la biela de reacción (5).
4. Mecanismo de freno de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el orificio alargado (10) es un orificio coliso recto orientado esencialmente en dirección vertical.
5. Mecanismo de freno de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el extremo inferior de la biela de reacción (5) está conectado a la mangueta (4) a través de una orejeta (12).
6. Mecanismo de freno de acuerdo con la reivindicación 5, donde la orejeta (12) está situada en un extremo interior de la mangueta (4).
7. Mecanismo de freno de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la articulación doble (13) es una junta cardan.
8. Mecanismo de freno de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la biela de reacción (5) comprende un cuerpo alargado (51) dotado de dos orificios (52, 53) en los extremos, estando el eje del cuerpo alargado (51) inclinado con relación a un plano perpendicular a los ejes de dichos orificios (52, 53), de tal manera que el extremo inferior de dicha biela de reacción (5) está desplazado con relación a la vertical del extremo superior de la misma para dejar espacio al desplazamiento del portazapata (7) a lo largo de la mangueta (4).
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