ES2913409T3 - Un sistema para determinar una velocidad angular de un eje de un vehículo ferroviario y método correspondiente - Google Patents

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Abstract

Sistema para determinar una velocidad angular (Vw) de un eje (1) de un vehículo ferroviario, que comprende: - un circuito de detección de deformaciones (10) acoplado al eje (1) del vehículo ferroviario; estando dicho circuito de detección de deformaciones (10) dispuesto para detectar la tendencia en el tiempo de un valor de deformación por flexión del eje (1) debido a un valor de una carga normal ejercida por el eje sobre el carril; - medios de control dispuestos para estimar un valor de velocidad angular (Yw) del eje en función de una frecuencia f derivada de la tendencia en el tiempo del valor de deformación por flexión del eje (1) detectado por el circuito de detección de deformaciones (10).

Description

DESCRIPCIÓN
Un sistema para determinar una velocidad angular de un eje de un vehículo ferroviario y método correspondiente Campo técnico
La presente invención se refiere, en general, al campo de los sistemas y sensores para monitorizar la velocidad angular de un eje de un vehículo ferroviario; en particular, la invención se refiere a un sistema para determinar una velocidad angular de un eje de un vehículo ferroviario y a un método correspondiente.
Técnica anterior
En los sistemas y métodos conocidos que suelen usarse a bordo de trenes, para medir la velocidad angular o de un eje, suele proporcionarse la presencia de al menos una rueda fónica dentada solidaria con el eje, y la presencia de un sensor adaptado para detectar la frecuencia de paso de los dientes de rueda fónica delante del sensor (sensor de velocidad).
El intervalo de tiempo entre el paso de dos dientes consecutivos delante del sensor puede denominarse “periodo de diente” (Tdiente). El número de dientes que componen la rueda fónica puede denominarse ndientes.
Multiplicando Tdiente por Ndientes se obtiene el periodo de rotación de la rueda fónica, es decir, el periodo de rotación del eje y las ruedas.
Trueda _ Tdiente * ndientes
La velocidad angular o de la rueda se calcula a partir de su periodo de rotación mediante la siguiente relación.
2n
orueda= ------------- —
Trueda
Desventajosamente, tales sistemas requieren componentes dedicados (ad hoc) usados exclusivamente con el propósito de detectar la velocidad angular del eje. Estos componentes proporcionan una rueda fónica, un sensor, electrónica y software de adquisición, una serie de cableado eléctrico protegido frente al ruido electromagnético (ruido que puede distorsionar la medición de frecuencia del sensor). Estos componentes se usan con el único fin de detectar la velocidad angular del eje con los consiguientes inconvenientes en cuanto a costes y tiempo de instalación.
Además, es técnica anterior instalar una o más galgas extensiométricas (en diversas configuraciones, por ejemplo, puente de Wheatstone completo, “medio puente” o “cuarto de puente”) en el eje y/o rueda de un vehículo ferroviario para estimar las fuerzas de contacto entre las ruedas y el carril, a partir de la deformación del eje.
En el documento WO 2006/128878 A1 se proporcionan ejemplos de lo anterior.
Actualmente, la estimación de las fuerzas de contacto rueda-carril tiene como único objetivo principal el de monitorizar la infraestructura y el material de rodamiento y la programación de las intervenciones de mantenimiento y/o corrección relativa (tal como se ilustra en el diagrama de bloques de la figura 4).
En la actualidad, por tanto, los sistemas y procedimientos conocidos que permiten la instalación de una o más galgas extensométricas en el eje y/o rueda de un vehículo ferroviario no permiten la posibilidad de usar las medidas realizadas por medio de dichas una o más galgas extensométricas para determinar la velocidad angular del eje y, por consiguiente, la velocidad de traslación del vehículo.
Sumario de la invención
Por tanto, un objeto de la presente invención es permitir una medición de la velocidad angular de un eje y, por consiguiente, el cálculo de la velocidad de traslación del vehículo sin el uso de sensores de velocidad angular adicionales dedicados.
Para obtener este resultado, se propone un sistema para determinar la velocidad angular del eje de un vehículo ferroviario.
Este sistema comprende un circuito de detección de deformaciones acoplado a un eje del vehículo ferroviario. El circuito de detección de deformaciones se proporciona para detectar la tendencia en el tiempo de un valor de deformación por flexión del eje debido a un valor de carga normal ejercida por el eje sobre el carril.
El sistema para determinar un valor de velocidad angular comprende además medios de control dispuestos para estimar la velocidad angular del eje en función de una frecuencia derivada de la tendencia en el tiempo del valor de deformación por flexión del eje que se detecta por el circuito de detección de deformaciones.
Los objetos y ventajas anteriores y otros se logran, según un aspecto de la invención, mediante un sistema para determinar la velocidad angular de un eje de vehículo ferroviario que tiene las características definidas en la reivindicación 1 y mediante un método para determinar la velocidad angular de un eje de un vehículo ferroviario que tiene las características definidas en la reivindicación 8. Realizaciones preferidas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de los dibujos
Ahora se describirán las características funcionales y estructurales de algunas realizaciones preferidas de un sistema y un método para determinar la velocidad angular de un eje de un vehículo ferroviario según la invención. Se hará referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 ilustra un eje de un vehículo ferroviario al que se acopla un circuito de detección de deformaciones; - la figura 2 ilustra a modo de ejemplo la señal generada por el circuito de detección de deformaciones sometido a una deformación por flexión, durante el movimiento del tren;
- la figura 3A ilustra a modo de ejemplo el caso en el que el circuito de detección de deformaciones está ubicado en la superficie inferior del eje (parte inferior) y la fuerza de carga produce una deformación por alargamiento; - la figura 3B ilustra a modo de ejemplo el caso en el que el circuito de detección de deformaciones está ubicado en la superficie superior del eje (parte superior) y la fuerza de carga produce una deformación por compresión; y - la figura 4 ilustra un diagrama de bloques que ilustra las etapas realizadas habitualmente por los sistemas implementados según la técnica anterior.
Descripción detallada
Antes de explicar en detalle una pluralidad de realizaciones de la invención, debe señalarse que la invención no se limita en su aplicación a los detalles de construcción y a la configuración de los componentes presentados en la siguiente descripción o mostrados en los dibujos. La invención puede tomar otras realizaciones e implementarse o llevarse a cabo en la práctica de diferentes maneras. También debe entenderse que la fraseología y la terminología tienen fines descriptivos y no deben interpretarse como limitativas. El uso de “incluir” y “comprender” y variaciones de los mismos pretende incluir los elementos mencionados a continuación y sus equivalentes, así como elementos adicionales y equivalentes de los mismos.
Además, en la totalidad de la presente descripción y en las reivindicaciones, los términos y expresiones que indican posiciones y orientaciones, tales como “longitudinal”, “transversal”, “vertical” u “horizontal”, se refieren al sentido de marcha del tren.
Con referencia inicialmente a la figura 1, se ilustra a modo de ejemplo un eje de un vehículo ferroviario al que se acopla un circuito de detección de deformaciones 10 pertenecientes al sistema para determinar una velocidad angular de un vehículo ferroviario según la invención.
En una primera realización de la invención, el sistema para determinar una velocidad angular Vm de un eje de un vehículo ferroviario comprende un circuito de detección de deformaciones 10 acoplado a un eje 1 del vehículo ferroviario.
El circuito de detección de deformaciones 10 está acoplado a un eje 1 del vehículo ferroviario y se proporciona para detectar la tendencia en el tiempo de un valor de deformación por flexión del eje 1 que se debe a un valor de carga normal ejercida por el eje sobre el carril.
El sistema para determinar una velocidad angular Vm de un vehículo ferroviario comprende además medios de control proporcionados para estimar un valor de velocidad angular Vm del eje en función de una frecuencia f derivada de la tendencia en el tiempo del valor de deformación por flexión del eje 1 detectado por el circuito de detección de deformaciones 10.
Partiendo del hecho de que dos ruedas que tienen un radio R están acopladas al eje 1 y dichos medios de control pueden estar dispuestos adicionalmente para convertir dicho valor de velocidad angular Vm del eje en un valor de velocidad tangencial Vtang del vehículo ferroviario según el radio de las ruedas R.
La fórmula usada para estimar la velocidad angular Vm del eje en función de la frecuencia f derivada de la tendencia en el tiempo del valor de deformación por flexión del eje 1 detectado por el circuito de detección de deformaciones 10 puede ser, por ejemplo, la siguiente:
V*, = 2* 71 * f
La fórmula utilizada para convertir dicho valor de velocidad angular del eje Vm en un valor de velocidad tangencial Vtang puede ser, por ejemplo, el siguiente:
Vtang = Vm * Radio de la rueda
Los medios de control pueden estar dispuestos, por ejemplo, localmente en las proximidades de o directamente en el circuito de detección de deformaciones 10. Alternativamente, los medios de control pueden estar dispuestos a distancia con respecto al circuito de detección de deformaciones 10 en otras unidades de control a bordo del vehículo o en estaciones de control a distancia con respecto al vehículo ferroviario. Por tanto, los medios de control pueden recibir datos procedentes del circuito de detección de deformaciones 10 ya sea a través de un cableado específico o a través de una conexión inalámbrica.
Los medios de control pueden ser, por ejemplo, pero no necesariamente, una unidad de control, un procesador o un microcontrolador.
Con referencia a la figura 2, a partir de la señal generada por el circuito de detección de deformaciones 10 cuando se somete a una deformación por flexión, durante el movimiento del vehículo ferroviario, el sistema para determinar una velocidad angular Vm de un eje de un vehículo ferroviario puede estimar la velocidad tangencial Vtang del vehículo.
El circuito de detección de deformaciones 10 puede comprender al menos medios de sensor de galga extensométrica y/o al menos medios de sensor piezoeléctrico.
Los medios de sensor de galga extensométrica o de sensor piezoeléctrico pueden estar dispuestos en paralelo al eje 1.
Los medios de sensor de galgas extensométricas y/o de sensor piezoeléctrico también pueden ser más de uno, para aumentar la precisión de la medición.
Con el vehículo estacionario, la deformación por flexión del eje está correlacionada con la carga estática del vehículo sobre el propio eje.
Con referencia a las figuras 3A y 3B, en caso en que el circuito de detección de deformaciones 10 esté ubicado en la superficie superior del eje 1 (parte superior), la fuerza de carga produce una deformación por compresión. En caso de que el circuito de detección de deformaciones 10 esté ubicado en la superficie inferior del eje (parte inferior), la fuerza de carga produce una deformación por alargamiento.
Cuando el vehículo ferroviario está en movimiento, la rotación del eje 1 provocará que el circuito de detección de deformaciones 10, que está asociado permanentemente a dicho eje 1, conmute cíclicamente de estar en la superficie superior del eje (parte superior) a estar en la superficie inferior del eje (parte inferior).
Entonces, durante el desplazamiento del vehículo ferroviario, la señal de salida del circuito de detección de deformaciones 10 (atribuible a una fuerza vertical, Fvert) será de tipo sinusoidal con un valor medio igual a cero, una frecuencia f igual a la frecuencia de rotación del eje del vehículo y una amplitud proporcional a los esfuerzos de flexión a los que está sometido el eje (“sacudidas”).
Tal como se ilustra en la figura 2, T es un ejemplo de un periodo de la señal de salida procedente del circuito de detección de deformaciones 10. La frecuencia f corresponderá al recíproco del periodo T. Este periodo T varía según la velocidad del vehículo ferroviario.
La frecuencia f de la señal de salida procedente del circuito de detección de deformaciones 10, indicativa de la tendencia en el tiempo del valor de deformación por flexión del eje 1, es la frecuencia f que puede usarse para estimar un valor de velocidad angular Vm del eje.
Puede usarse una elaboración de esta señal para estimar la velocidad angular Vm del eje y por tanto, conocido el radio de la rueda, de la velocidad tangencial Vtang del vehículo ferroviario.
Dicho de otro modo, los medios de control pueden estar dispuestos para determinar la velocidad tangencial Vtang del vehículo ferroviario según la frecuencia f derivada de la tendencia en el tiempo del valor de deformación por flexión del eje 1 detectado por el circuito de detección de deformaciones 10 y del radio de la rueda R.
La presente invención también se refiere a un método para determinar una velocidad angular Vm de un eje de un vehículo ferroviario que comprende las etapas de:
- detectar la tendencia en el tiempo de un valor de deformación por flexión del eje 1 debido a un valor de carga normal ejercida por el eje sobre el carril;
- estimar un valor de velocidad angular Vm del eje en función de una frecuencia f derivada de la tendencia en el tiempo del valor detectado de deformación por flexión del eje 1.
Además, partiendo del supuesto de que en el eje 1 se acoplan dos ruedas que tienen un radio R, el procedimiento para determinar una velocidad angular Vm de un eje de un vehículo ferroviario puede comprender además la etapa de:
- convertir dicho valor de velocidad angular Vm del eje en un valor de velocidad tangencial Vtang del vehículo ferroviario en función del radio de las ruedas R.
También con respecto al procedimiento para determinar la velocidad angular de un eje de un vehículo ferroviario, la fórmula usada para estimar un valor de velocidad angular Vm del eje en función de una frecuencia f derivada de la tendencia en el tiempo de un valor de deformación por flexión del eje 1 detectado por el circuito de detección de deformaciones 10 y la fórmula usada para convertir dicho valor de velocidad angular Vm del eje en un valor de velocidad tangencial Vtang pueden ser por ejemplo las descritas anteriormente para el sistema para la determinación de una velocidad angular de un eje de un vehículo ferroviario.
La ventaja lograda es la de permitir, mediante el uso de un circuito de detección de deformaciones, una estimación de la velocidad angular de un eje de un vehículo ferroviario a partir de las deformaciones por flexión del eje.
Se han descrito diversos aspectos y realizaciones de un sistema para determinar una velocidad angular Vm de un eje de un vehículo ferroviario, y de un método para determinar una velocidad angular Vm de un eje de un vehículo ferroviario, para un vehículo ferroviario según la invención. Además, la invención no se limita a las realizaciones descritas, sino que puede variar dentro del alcance definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Sistema para determinar una velocidad angular (Vm) de un eje (1) de un vehículo ferroviario, que comprende:
- un circuito de detección de deformaciones (10) acoplado al eje (1) del vehículo ferroviario; estando dicho circuito de detección de deformaciones (10) dispuesto para detectar la tendencia en el tiempo de un valor de deformación por flexión del eje (1) debido a un valor de una carga normal ejercida por el eje sobre el carril;
- medios de control dispuestos para estimar un valor de velocidad angular (Ym) del eje en función de una frecuencia f derivada de la tendencia en el tiempo del valor de deformación por flexión del eje (1) detectado por el circuito de detección de deformaciones (10).
2. Sistema para determinar una velocidad angular (Vffl) de un eje de un vehículo ferroviario según la reivindicación 1, en el que dos ruedas que tienen un radio (R) están acopladas al eje (1) y dichos medios de control están además dispuestos para convertir dicho valor de velocidad angular (Vffl) del eje en un valor de velocidad tangencial (Vtang) del vehículo ferroviario según el radio de las ruedas (R).
3. Sistema para determinar una velocidad angular (Vffl) de un eje de un vehículo ferroviario según la reivindicación 1 o 2, en el que la fórmula usada para estimar un valor de velocidad angular (Vffl) del eje en función de la frecuencia f derivada de la tendencia en el tiempo del valor de deformación por flexión del eje (1) detectado por el circuito de detección de deformaciones (10) es:
Vcu ~ 2 * 71 * f
4. Sistema para determinar una velocidad angular (Vffl) de un eje de un vehículo ferroviario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fórmula usada para convertir el valor de velocidad angular (Vffl) del eje en un valor de velocidad tangencial (Vtang) del vehículo ferroviario es:
Vtang = Vra * Radio de la rueda
5. Sistema para determinar una velocidad angular (Vffl) de un eje de un vehículo ferroviario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el circuito de detección de deformaciones (10) comprende al menos medios de sensor de galga extensométrica.
6. Sistema para determinar una velocidad angular (Vffl) de un eje de un vehículo ferroviario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el circuito de detección de deformaciones (10) comprende al menos medios de sensor piezoeléctrico.
7. Sistema para determinar una velocidad angular (Vffl) de un eje de un vehículo ferroviario según la reivindicación 5 o 6, en el que los medios de sensor de galga extensiométrica o los medios de sensor piezoeléctrico están dispuestos en paralelo al eje (1).
8. Método para determinar un valor de velocidad angular (Vffl) de un eje de un vehículo ferroviario (1), que comprende las etapas de:
- detectar la tendencia en el tiempo de un valor de deformación por flexión del eje (1) debido a un valor de carga normal ejercida por el eje sobre el carril;
- estimar un valor de velocidad angular (Vm) del eje en función de una frecuencia f derivada de la tendencia en el tiempo del valor detectado de deformación por flexión del eje (1).
9. Método para determinar un valor de velocidad angular (Vffl) de un eje de un vehículo ferroviario según la reivindicación 8, en el que dos ruedas que tienen un radio (R) están acopladas al eje (1) y el método comprende además la etapa de:
- convertir dicho valor de velocidad angular (Vm) del eje en un valor de velocidad tangencial (Vt an g) en función del radio (R) de las ruedas.
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