ES2918025T3 - Actuador para controlar un juego de ruedas de un vehículo ferroviario - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un actuador para controlar un juego de ruedas de un vehículo ferroviario, exhaustivamente: una base del eje para unirse a un chasis o una ruta de rueda del vehículo ferroviar superficie, que es una de cada una de sus dos páginas planas, el cuerpo del eje tiene una varilla de pistón, y una carcasa que es móvil de la misma manera con un movimiento del cilindro de sincronización en relación con el cuerpo del eje, por el cual un resorte de pistón está dispuestos preferiblemente Al final de una varilla de pistón respectiva se convirtió en. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Actuador para controlar un juego de ruedas de un vehículo ferroviario

La presente invención hace referencia a un actuador para controlar un juego de ruedas de un vehículo ferroviario; un chasis de un vehículo ferroviario con un actuador de este tipo; así como, un procedimiento para el funcionamiento del actuador.

En los vehículos ferroviarios, para rebasar una curva, es necesario girar las ruedas de un juego de ruedas, que por lo general están acopladas de manera rígida a través de un eje, con respecto al chasis de un vehículo ferroviario. En el estado del arte están previstos, para ello, los así denominados como elementos de guía del juego de ruedas, que por lo general consisten en elementos de caucho y metal.

Para una mejor comprensión del presente tema, la figura 1 y la figura 2 muestran las diferentes posiciones de un actuador para controlar un juego de ruedas de un vehículo ferroviario en una marca en línea recta y en una marcha por una curva.

Para la marcha en línea recta que se muestra en la figura 1, resulta ventajoso que el actuador acople rígidamente el juego de ruedas al bastidor del chasis. Por el contrario, al rebasar una curva, es necesario que el actuador gire el juego de ruedas con respecto al bastidor del chasis para garantizar que un paso por las vías con el menor desgaste posible.

Los actuadores existentes en el estado del arte presentan una carrera limitada que no es suficiente para una rotación satisfactoria de un juego de ruedas. Además, dichos actuadores presentan una gran rigidez longitudinal, lo que implica grandes fuerzas de control. El acoplamiento de la rigidez longitudinal y transversal de los actuadores conocidos en el estado del arte también reduce la flexibilidad de la simulación de propiedades específicas del chasis. Con actuadores que están equipados con líneas hidráulicas, el riesgo de fugas también aumenta. Además, la fuerza de un actuador de este tipo suele estar limitada como resultado de las cargas sobre las piezas de caucho en el actuador.

La solicitud RU 2 562 659 C1 muestra un actuador convencional para el control de un juego de ruedas de un vehículo ferroviario, cuya desviación se genera con la ayuda de un cilindro síncrono. Una desventaja de esta implementación conocida de D1 consiste en el amplio espacio requerido, que resulta muy perturbador, especialmente en la dirección vertical, ya que el cilindro síncrono está dispuesto allí en el lado inferior de la carcasa del eje desviable.

La solicitud FR 2530567 A1 revela un procedimiento para el funcionamiento de un actuador, en el cual el ajuste del actuador para la rotación del juego de ruedas con respecto a un chasis se realiza en base a un ángulo de rotación del chasis con respecto a la carrocería del vehículo y el ajuste del actuador basado en el ángulo de rotación se realiza sólo después de que se haya excedido un primer valor umbral del ángulo de rotación.

El objeto de la presente invención consiste en superar las desventajas mencionadas anteriormente de un actuador conocido del estado del arte para controlar un juego de ruedas de un vehículo ferroviario.

Dicho objeto se logra con un actuador que presenta todas las características de la reivindicación 1. Un actuador de este tipo comprende un cuerpo de eje para la fijación a un chasis del vehículo ferroviario; un cilindro síncrono que está conformado en el cuerpo del eje y comprende una superficie de pistón que presenta un vástago de pistón que penetra en el cuerpo del eje en cada uno de sus dos lados planos; y una carcasa, que se puede mover en correspondencia con un movimiento del cilindro síncrono con respecto al cuerpo del eje; en el extremo opuesto a la superficie del pistón de un respectivo vástago de pistón, está dispuesto un elemento de resorte de pistón que conecta el respectivo vástago de pistón con la carcasa.

Por lo tanto, resulta posible que el actuador provoque un movimiento de la carcasa durante el ajuste del cilindro síncrono o el movimiento de los vástagos del pistón, lo que a su vez, se utiliza para provocar un movimiento de rotación del juego de ruedas. En este caso, el cuerpo del eje suele estar fijado de forma estacionaria al chasis, de modo que un movimiento relativo de la carcasa con respecto al cuerpo del eje se puede aprovechar para una carrera para el desvío de un juego de ruedas.

De acuerdo con una modificación opcional de la invención, el cuerpo del eje presenta una forma esencialmente alargada y el cilindro síncrono está dispuesto preferentemente en el centro longitudinal del cuerpo del eje.

Aquí puede estar previsto que los dos vástagos del pistón estén orientados perpendiculares a la dirección longitudinal del cuerpo del eje.

Según otro perfeccionamiento de la invención, el elemento de resorte del pistón dispuesto en el respectivo vástago del pistón consiste en un resorte laminado de caucho que presenta una forma preferentemente rectangular o cilíndrica y/o cuyas capas están apiladas en paralelo a la dirección longitudinal del respectivo vástago del pistón. Este tipo de resorte laminado de caucho está diseñado para simular o determinar la rigidez longitudinal de la guía del juego de ruedas. Además, puede estar previsto que un resorte laminado de caucho de este tipo se instale pretensado a través de un casquillo de cojinete. Además, tales resortes laminados de caucho pueden presentar una rigidez de corte muy baja, de modo que la carcasa del cojinete del juego de ruedas se puede someter a movimientos perpendiculares con respecto al eje longitudinal del pistón sin forzar significativamente el vástago del pistón y su guía. Cuando un actuador se instala en la orientación correcta en el chasis de un vehículo ferroviario, es posible realizar un movimiento transversal del juego de ruedas sin cargar significativamente el vástago del pistón, mientras que una fuerza de resorte deseada actúa en la dirección longitudinal.

También es posible que la carcasa se introduzca a presión en una guía de eje o se conecte directamente a una carcasa de cojinete de juego de ruedas, por ejemplo, con tornillos. Además, sin embargo, también se puede integrar directamente en la carcasa del cojinete del juego de ruedas.

Según otro perfeccionamiento de la invención, el actuador comprende al menos un elemento de resorte del cuerpo del eje que está dispuesto directamente entre el cuerpo del eje y la carcasa; en donde la dirección de resorte principal del elemento de resorte del cuerpo del eje está orientada en paralelo a una dirección longitudinal del cuerpo del eje, y preferentemente el elemento de resorte del cuerpo del eje es un resorte laminado de caucho, cuyas capas están apiladas paralelas a la dirección longitudinal del cuerpo del eje. En tal caso, puede estar previsto que el cuerpo del eje presente una simetría rotacional con respecto a su eje longitudinal. El cuerpo del eje también puede presentar simetría especular con respecto a un plano que es perpendicular al eje longitudinal del cuerpo del eje. En un estado correctamente orientado e instalado del actuador, el elemento de resorte del cuerpo del eje simula o determina la rigidez transversal de la guía del juego de ruedas. Resulta ventajoso que un elemento de resorte del cuerpo del eje de este tipo sea muy blando en una dirección perpendicular a la dirección del resorte principal, de modo que el actuador pueda realizar grandes recorridos de ajuste con un bajo consumo de energía.

Además, puede estar previsto en este caso que un par de elementos de resorte del cuerpo del eje estén proporcionados sólo en un lado del plano definido por la dirección longitudinal del vástago del pistón y una dirección longitudinal del cuerpo del eje y estén dispuestos de tal manera que existe un movimiento dirigido en la dirección longitudinal del cuerpo del eje de la carcasa con respecto al cuerpo del eje. En estado instalado del actuador de la suspensión, esto corresponde a un movimiento transversal del chasis con respecto al juego de ruedas.

De acuerdo con otra modificación opcional de la invención, el actuador presenta un elemento deslizante para el apoyo deslizante de la carcasa en el cuerpo del eje en un plano definido a través de la dirección longitudinal del vástago del pistón y una dirección longitudinal del cuerpo del eje; en donde preferentemente se proporciona un primer elemento deslizante sobre un primer lado del plano definido a través de la dirección longitudinal del vástago del pistón y una dirección longitudinal del cuerpo del eje y un segundo elemento deslizante, en el otro segundo lado. El elemento deslizante permite que la carcasa se mueva con respecto al cuerpo del eje en una dirección longitudinal del vástago del pistón. En un estado instalado del actuador, esta dirección de movimiento corresponde a una dirección longitudinal.

Según otra forma de ejecución ventajosa, el elemento deslizante presenta una superficie deslizante plana para permitir un movimiento en la dirección longitudinal del vástago del pistón, y en donde preferentemente está previsto un elemento con forma de segmento circular para permitir una rotación alrededor de la dirección normal al plano definido a través de la dirección longitudinal del vástago del pistón y una dirección longitudinal del cuerpo del eje. Esto permite obtener movimientos lo más libres posible de desgaste con bajos coeficientes de fricción. Además, puede estar previsto que el elemento deslizante esté pretensado radialmente. Además, de acuerdo con una versión de la invención, el elemento deslizante también puede estar configurado como un resorte laminado de caucho, similar a un resorte de capa de caucho que también se puede usar en el elemento de resorte del pistón.

Además, el actuador comprende preferentemente un sensor de desplazamiento que interactúa con un vástago del pistón y el cuerpo del eje para determinar el desplazamiento del cilindro síncrono desde una posición cero. Según otro perfeccionamiento opcional de la invención, el actuador también comprende una válvula, que conecta entre sí las dos cámaras del cilindro síncrono, y una válvula de control, que está diseñada para lograr un ajuste del cilindro síncrono permitiendo que el fluido hidráulico fluya desde una cámara hacia la otra cámara sólo en una dirección correspondiente al movimiento de ajuste deseado; en donde preferentemente, el actuador no usa ni presenta una unidad hidráulica para el accionamiento activo del cilindro síncrono.

La válvula se puede conmutar, por ejemplo, de tal manera que el fluido hidráulico sólo pueda fluir de una cámara a la otra cámara, pero que no sea posible un flujo de retorno desde la otra cámara a la primera cámara. Entonces, cuando sobre el vástago del pistón actúan fuerzas externas, que generan un correspondiente flujo de fluido hidráulico, el actuador se lleva a la posición deseada. Esto significa que las fuerzas sólo se pueden generar de forma indirecta o pasiva con el cilindro síncrono.

Según otra modificación opcional de la invención, la válvula del actuador está acoplada con otro cilindro síncrono de un actuador precedente o subsecuente; en donde el control de la válvula está diseñado para aprovechar el flujo de fluido hidráulico del actuador subsecuente para ajustar el actuador precedente según sea necesario; en donde, preferentemente, ni el actuador subsecuente ni el precedente usa o presenta una unidad hidráulica para el accionamiento activo del cilindro síncrono. Por lo general, existen múltiples de juegos de ruedas en un vehículo ferroviario, que están dispuestos uno detrás del otro o continuados unos con respecto a otros. Aquí puede resultar ventajoso acoplar el actuador de un correspondiente juego de ruedas con un actuador precedente o subsecuente. De acuerdo con un perfeccionamiento de la invención, el actuador también comprende una unidad hidráulica para el accionamiento de un cilindro síncrono, en donde la unidad hidráulica está dispuesta preferentemente sobre el chasis y/o en el lado frontal en un extremo longitudinal del cuerpo del eje.

Además, puede estar previsto que el actuador también comprenda una unidad generadora de energía para suministrar energía eléctrica al actuador, la cual genera energía eléctrica utilizando los cambios de presión que se producen en el cilindro síncrono cuando el vehículo ferroviario se desplaza o los flujos de fluido hidráulico del cilindro síncrono a partir de ello. Además, también puede estar previsto que la energía eléctrica generada de esta manera se almacene en una unidad de almacenamiento de energía y se suministre al actuador sólo cuando sea necesario. Debido a que incluso cuando un vehículo ferroviario se desplaza en línea recta, el juego de ruedas experimenta un ligero movimiento serpenteante continuo en la dirección de la marcha (el así denominado como movimiento sinusoidal), un actuador conectado al juego de ruedas experimenta cambios de presión en su cilindro síncrono, lo que se puede utilizar como fuente de energía eléctrica. A través de un generador que utiliza los cambios de presión o los flujos de fluido hidráulico basados en ellos para generar energía, se puede cargar una batería que asume la alimentación eléctrica del actuador y de los demás componentes opcionales del actuador, como la electrónica, los sensores, las válvulas o una unidad hidráulica. Por lo tanto, la unidad de generación de energía está diseñada para convertir los cambios de presión en el cilindro síncrono en energía eléctrica.

Como alternativa o adicionalmente, la unidad de generación de energía eléctrica puede estar diseñada para convertir un flujo de fluido hidráulico que se produce debido a los cambios de presión en el cilindro síncrono en energía eléctrica. Cuando entre las cámaras individuales del cilindro síncrono se conmuta una válvula, que puede conectar estas cámaras entre sí, se puede provocar un cambio de presión que genere energía mediante un correspondiente accionamiento de válvula. Además, puede estar previsto que la unidad generadora de energía eléctrica esté dispuesta en la propia carcasa del actuador o en el centro de un chasis del vehículo ferroviario. Lo mismo se aplica para la unidad de almacenamiento de energía eléctrica. En particular, cuando un vehículo sobre raíles viaja a baja velocidad, la unidad de generación de energía revela sus fortalezas debido a los cambios de presión en el cilindro síncrono y ofrece resultados convincentes.

La presente invención también hace referencia a un chasis de un vehículo ferroviario con un actuador según una de las variantes desarrolladas anteriormente, en donde el cuerpo del eje del actuador está conectado de manera rígida con el chasis, y la carcasa del actuador se introduce a presión en una guía del eje, se conecta con una carcasa de cojinete del juego de ruedas o se integra en una carcasa de cojinete del juego de ruedas.

Según un perfeccionamiento del chasis, está previsto sólo un actuador por cada juego de ruedas y/o, en un estado no accionado, el actuador presenta una amortiguación interna tan alta que permite la alineación automática del juego de ruedas cuando se desplaza sobre una sección de vía recta.

También resulta ventajoso cuando el actuador está dispuesto en el lado de un juego de ruedas que está alejado del accionamiento del árbol del juego de ruedas.

La presente invención también hace referencia a un procedimiento para el funcionamiento de un actuador de acuerdo con una de las variantes precedentes en donde, en el procedimiento, el ajuste del actuador para la rotación del juego de ruedas con respecto a un chasis se realiza en base a un ángulo de giro del chasis con respecto a una carrocería de vehículo transportada por el chasis; y el ajuste basado en el ángulo de giro del actuador sólo se realiza después de que se haya excedido un primer valor umbral del ángulo de giro; en donde preferentemente el actuador se ajusta proporcionalmente al ángulo de giro.

El ángulo de rotación del chasis con respecto a la carrocería del vehículo describe un desplazamiento angular que adopta el chasis con respecto a la carrocería del vehículo mientras el vehículo ferroviario rebasa una curva. Dependiendo de dicho ángulo de rotación, el juego de ruedas es activado a través del actuador sólo después de que se haya excedido un primer valor umbral.

Esto resulta particularmente ventajoso en el caso de la marcha sinusoidal que se produce generalmente cuando se conduce en línea recta, el movimiento serpenteante de los juegos de ruedas, ya que en este estado resulta ventajoso no controlar los actuadores en referencia a un ángulo de giro del chasis. Más bien, en tal estado, es ventajoso proporcionar un montaje rígido del juego de ruedas. Sólo cuando se excede el valor umbral se activa el juego de ruedas, de modo que el actuador sólo se activa en la marcha por curvas.

Según un perfeccionamiento del procedimiento, el actuador está conectado con otro actuador precedente o subsecuente del vehículo ferroviario para la rotación del juego de ruedas, en donde el actuador subsecuente se ajusta en base a los movimientos de ajuste del actuador precedente para eliminar los retrasos relacionados con el sistema al ajustar el actuador subsecuente. En general, resulta posible un ajuste aún más rápido del juego de ruedas sobre la vía.

Otras características, detalles y ventajas de la presente invención se explican de acuerdo a la descripción de las figuras a continuación. Las figuras muestran:

Figura 1: una posición óptima del actuador de un juego de ruedas cuando un vehículo ferroviario viaja en línea recta. Figura 2: una posición óptima de un actuador en una marcha por curvas.

Figura 3: una vista en corte de un actuador conforme a la invención, cuyo plano de corte es la dirección longitudinal y vertical en el estado instalado.

Figura 4: una vista en corte parcial del actuador conforme a la invención, cuyo plano de corte corresponde a la dirección longitudinal y transversal en el estado instalado,

Figura 5: una vista en corte del actuador conforme a la invención, cuyo plano de corte corresponde a la dirección de la anchura y de altura en el estado instalado del actuador.

Figura 6: un diagrama estructural que muestra la disposición del actuador en un chasis.

Figura 7: un dibujo estructural que muestra la disposición de un actuador conforme a la invención en un chasis de un vehículo ferroviario.

Figura 8: un dibujo funcional para mostrar el modo de funcionamiento del actuador conforme a la invención.

La figura 1 muestra la representación esquemática de dos juegos de ruedas 50 de un chasis 100, cada uno de los cuales está sujeto mediante múltiples actuadores 1 mientras el vehículo ferroviario viaja en línea recta. También se muestra esquemáticamente la oscilación de marcha típica de un vehículo ferroviario cuando viaja en línea recta, que se produce debido a la conicidad de las ruedas del juego de ruedas.

La figura 2 también muestra una representación esquemática de un vehículo ferroviario en la marcha por una curva, durante la cual los actuadores 1 de un juego de ruedas 50 rotan el juego de ruedas 50 con respecto al chasis 100 de un vehículo ferroviario.

La figura 3 muestra una vista en corte del actuador conforme a la invención en el plano X-Z en una instalación correctamente orientada en un vehículo ferroviario. El plano X corresponde entonces a la dirección longitudinal de un vehículo ferroviario, que corresponde a la dirección de avance durante una marcha en línea recta. La dirección Z es la dirección vertical del vehículo ferroviario. La dirección Y es la dirección que se presenta del plano de hoja, que es perpendicular a la dirección X y Z y describe así la dirección de anchura de un vehículo ferroviario. La vista en corte de la figura 3 muestra un actuador 1 que presenta un cuerpo de eje 2 que se desplaza en la dirección Y. Este cuerpo de eje 2 presenta un cilindro 3 en una sección central, que está diseñado en forma de cilindro síncrono. También se puede observar que el cuerpo del eje 2 presenta simetría rotacional con respecto a su eje longitudinal. Además, el cuerpo del eje 2 presenta simetría especular con respecto a un plano que está orientado perpendicularmente a su dirección longitudinal.

La superficie del pistón 4 del cilindro 3 presenta un vástago de pistón 5 en cada uno de sus dos lados planos, que atraviesa el cuerpo del eje 2. Los vástagos del pistón 5 están orientados en la dirección X. En los extremos del respectivo vástago del pistón 5 dispuestos en el exterior del cuerpo de eje 2, está dispuesto un elemento de resorte del vástago de pistón 7 que está conectado con una carcasa 6 del actuador 1.

Las cámaras del cilindro 31, 32 conformadas en el cuerpo del eje 2 están separadas entre sí a través de la superficie del pistón 4 del cilindro síncrono 3. El cilindro 3 se puede desplazar en la dirección X, que es perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo del eje 2 (dirección Y), con la ayuda de líneas de alimentación no mostradas, en las cámaras del cilindro 31, 32 o derivaciones correspondientes de las cámaras de cilindro 31, 32. De esta manera, no sólo se desplaza el vástago 5 y el elemento de resorte del vástago 7 dispuestos en un extremo del vástago 5, sino también la carcasa 6 conectada al elemento de resorte del vástago 7. Este se desliza a través de un elemento deslizante 9 en la dirección X a lo largo del cuerpo del eje 2.

En este caso pueden estar previstos múltiples elementos deslizantes 9, que preferentemente están dispuestos desplazados entre sí en la dirección vertical (dirección Z). Cada elemento deslizante 9 puede presentar un elemento 92 en forma de segmento de circular y una placa deslizante 91, de modo que la carcasa 6 también puede girar alrededor del eje Z (dirección vertical).

El elemento de resorte del vástago de pistón 7 se muestra como un resorte laminado de goma, que está diseñado para simular o determinar la rigidez longitudinal del juego de ruedas. Este puede presentar forma cilíndrica y se instala precargado a través de un casquillo de cojinete. Además, el elemento de resorte del pistón 7 presenta una rigidez de corte muy baja, de modo que la carcasa del cojinete del juego de ruedas puede realizar los movimientos alrededor del eje Y y los movimientos transversales sin una carga significativa del vástago del pistón 5 y de sus guías a través del cuerpo del eje 2.

Al mover el cilindro síncrono 3 en la dirección X, no sólo se mueve el vástago del pistón 5 correspondiente y el elemento de resorte del pistón 7, sino también la carcasa 6 dispuesta en el elemento de resorte del pistón 7. El elemento deslizante 9, que se puede proporcionar tanto en la parte superior como en la parte inferior del cuerpo del eje 2 en la dirección Z, apoya la libertad de movimiento de la carcasa en la dirección X así como un giro alrededor del eje Z.

La figura 4 muestra una vista en corte parcial en el plano X-Y. Cuando el actuador 1 está orientado según lo previsto, el plano X-Y corresponde a una vista en planta sobre el actuador 1 parcialmente al descubierto.

Se puede observar que de la carcasa 6 sobresalen en ambos lados secciones del cuerpo del eje 2, que están previstas para una fijación a un bastidor de chasis. La conexión fija del cuerpo del eje 2 a un chasis y la posibilidad de movimiento del cilindro con respecto al cuerpo del eje 2 da como resultado el movimiento relativo requerido del actuador 1 con respecto al chasis, que se utiliza para la rotación del juego de ruedas con respecto al chasis. Perpendicularmente al eje Y (dirección de anchura), el cilindro 3 y la carcasa 6 se desplazan a lo largo del eje X (dirección longitudinal). Además de los componentes ya presentados en la figura 3, el actuador de esta representación presenta un sensor de recorrido 10, que está diseñado para detectar la posición del cilindro. Para ello, el sensor de recorrido 10 está conectado al cuerpo del eje 2 y a un componente conectado con un vástago de pistón 5.

También se puede observar un elemento de resorte del cuerpo del eje 8, que se ocupa de una suspensión del resorte entre la carcasa 6 y el cuerpo del eje 2. La dirección de resorte principal de este elemento de resorte del cuerpo de eje 8 es paralela a la dirección longitudinal (dirección Y) del cuerpo del eje 2 y, por lo tanto, se usa esencialmente para simular o determinar la rigidez transversal de la guía del juego de ruedas. El elemento de resorte del cuerpo del eje 8 también puede estar diseñado como un resorte laminado de caucho, que es muy blando en la dirección X, para permitir grandes recorridos de ajuste con una fuerza de accionamiento reducida. El elemento de resorte del cuerpo del eje 8 se puede proporcionar en pares desplazados en la dirección Y entre el cuerpo del eje 2 y la carcasa 6. También se puede prever que los elementos de resorte del cuerpo del eje 8 se coloquen por pares sólo arriba o sólo debajo (en la dirección Z). El número y las posiciones de disposición de los elementos de resorte del cuerpo del eje 8 se proporcionan según los requisitos del actuador.

La figura 5 muestra una vista en corte del actuador 1 en un plano Y-Z. En una instalación correctamente orientada del actuador 1 en un vehículo ferroviario o en chasis de un vehículo ferroviario, esto corresponde a una vista desde atrás o desde adelante.

El cilindro síncrono 3, cuyos vástagos del pistón 5 ahora se pueden mover fuera del plano de la página o dentro del plano de la página, está orientado esencialmente perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo del eje 2. El cuerpo del eje 2 presenta una sección central que presenta una proyección en forma de brida para conformar superficies de contacto para los diferentes elementos de resorte 8 del cuerpo del eje. Además, en la sección central también están previstos elementos deslizantes 9 para el apoyo deslizante de la carcasa en el cuerpo del eje 2. En esta vista se puede observar que la carcasa 6 no presenta ningún punto de conexión directa con el cuerpo del eje 2, por lo cual está montada de manera desplazable con respecto a él. La posición de la carcasa 6 depende de la posición del cilindro síncrono 3 con respecto al cuerpo del eje 2. Para determinar la posición está previsto un sensor de recorrido 10, que interactúa con un vástago del pistón 5 del cilindro síncrono 3, de modo que se puede determinar la posición inmediata de la carcasa 6 o del pistón del cilindro 3.

La figura 6 muestra una representación esquemática del actuador, que presenta una unidad hidráulica 13 y una válvula 11 y el correspondiente control de válvula 12. El accionador 1 descrito en las figuras anteriores se puede ver unido rígidamente a un bastidor de chasis 100 o chasis con sus extremos longitudinales del cuerpo del eje 2. Además, la unidad hidráulica 13 está dispuesta en el lado frontal del cuerpo del eje 2 y está conectada a través de conductos hidráulicos con las cámaras 31, 32 del cilindro 3. Bombeando el fluido hidráulico en una de las dos cámaras y drenando el fluido hidráulico de la otra cámara, se puede realizar un movimiento de ajuste del cilindro. Esto conduce a que la carcasa del cojinete del juego de ruedas 120 se ajuste de acuerdo con el movimiento de ajuste del cilindro. Como resultado, esto conduce a un giro del juego de ruedas con respecto al chasis 100, lo que resulta ventajoso cuando un vehículo ferroviario rebasa una curva.

El número de referencia 14 indica un indicador de estado, que en una realización puede consistir en una luz LED de color. El mismo está fijado a la carcasa del actuador 1 de manera que es claramente visible y permite reconocer el estado con ayuda de un control visual. En este caso puede estar previsto que el concepto de reconocimiento del estado esté diseñado de la siguiente manera: Cuando funciona correctamente, la lámpara 14 permanece de forma continua de color verde, mientras que el color cambia a rojo en caso de un funcionamiento incorrecto. Cuando se debe mostrar un diagnóstico diferenciado, se pueden usar otros colores como el naranja, amarillo, etc., o no iluminar como un estado adicional. Ejemplo de otros estados pueden ser un corte de energía eléctrica, una falla del sensor, una línea de bomba.

Además, un dispositivo de diagnóstico inalámbrico 15 también puede interactuar con un actuador 1. Éste puede enviar información, como un dongle USB, al dispositivo móvil de un técnico con una transmisión de datos WIFI. Resulta ventajoso que esto también se pueda realizar durante la marcha del vehículo ferroviario, de modo que las variables de medición del chasis en cuestión se puedan registrar a lo largo de una ruta conocida y compararse con los datos correspondientes de un sistema que funcione correctamente. Es ventajoso cuando la transferencia de los datos se realiza al vagón en cuestión o a otro vagón del vehículo ferroviario o a la cabina del conductor. En este caso, se pueden registrar todos los datos existentes del sistema, como datos de sensores, datos de válvulas, datos sobre el motor y la bomba, la alimentación eléctrica y un indicador de estado. Con la ayuda de un software de diagnóstico, los datos del sistema se pueden registrar a lo largo del tiempo o la ruta y compararse con los datos de medición previamente almacenados para la misma ruta o la misma sección de la ruta. Con la ayuda de esta interfaz, es posible identificar las intervenciones correctivas necesarias y planificarlas en una etapa temprana.

Se puede observar que una alimentación de energía eléctrica 16 está conectada a la unidad hidráulica 13 y al control de válvula 12 para suministrar energía eléctrica a estas unidades.

La figura 7 muestra una representación esquemática del actuador en un estado montado de un vehículo ferroviario. El chasis 100 del vehículo ferroviario está montado de forma móvil con respecto a la carrocería 110 del vehículo ferroviario. Cuando se conduce por una curva, el chasis 100 se moverá por lo tanto en la curva, mientras que la carrocería mucho más larga gira con respecto al chasis 100. Este ángulo, denominado ángulo de giro, se determina con un dispositivo de medición 20 y se transmite al actuador 1 o a múltiples actuadores 1. Los juegos de ruedas de un chasis 100 giran con respecto al chasis 100 en base al ángulo de giro, que se determina con ayuda del dispositivo de medición 20.

El radio de arco al rebasar una curva se determina correspondientemente con la ayuda del dispositivo de medición 20, que está provisto, por ejemplo, de sensores de desplazamiento longitudinalmente en o sobre el amortiguador de guiñada o también por separado.

Los juegos de ruedas 50 se controlan entonces a través del actuador electrohidráulico 1, en donde, para cada juego de ruedas 50, está previsto en cada caso solamente un actuador 1. Por lo general, estos están dispuestos de manera simétrica entre sí, en donde el actuador 1 está dispuesto preferentemente en el extremo alejado del accionamiento del eje del juego de ruedas 50. Cuando sólo hay un actuador 1 por cada juego de ruedas 50, éste debe realizar mayores recorridos de ajuste, pero el número de componentes y los costes asociados se reducen considerablemente. Una disposición de este tipo también ofrece la ventaja de que el juego de ruedas 50 está posicionado unívocamente en la dirección longitudinal y, en el caso de juegos de ruedas accionadas, existen significativamente menos movimientos en el mecanismo de acoplamiento.

Resulta ventajoso cuando el actuador 1 presenta un alto nivel de auto-amortiguación en el estado pasivo o no accionado, ya que el juego de ruedas 50 puede entonces alinearse idealmente de forma independiente cuando se conduce en línea recta y la rigidez longitudinal efectiva de la guía del juego de ruedas sigue siendo alto y asegura un comportamiento de la de marcha estable.

La figura 8 muestra el concepto de control según una realización básica. El ángulo de giro, que determina el desplazamiento angular de una carrocería de vehículo 110 con respecto a un chasis 100, se mide con el dispositivo de medición 20. El actuador 1 se acciona entonces en base al ángulo de rotación. Esto sólo tiene lugar después de que se haya superado un valor umbral, de modo que el control no perjudique el comportamiento de marcha estable como resultado de una marcha sinusoidal o un movimiento de la carrocería del vehículo. En este caso, puede estar previsto que el actuador 1 esté controlado en el caso más sencillo de forma proporcional al ángulo de giro, es decir, también con respecto al radio del arco. Sin embargo, esto sólo después de un exceso del valor umbral mencionado anteriormente.

El accionamiento del actuador 1 se realiza a través de una válvula de 4/3 vías 11, que se acciona según la diferencia entre el recorrido deseado y el real.

De acuerdo con la invención, en este caso, puede estar previsto que en otros casos, el controlador también utilice otros criterios. A continuación se enumeran otros posibles criterios:

• Radios dependientes, decrecientes, progresivos, graduales, en donde cualquier función de transferencia es concebible;

• velocidad de conducción o aceleración transversal;

• fuerza de tracción, que se determina midiendo el movimiento longitudinal entre la carrocería del vehículo 110 y el chasis 100;

• la propia fuerza del actuador, que se determina midiendo la presión en el actuador 1, en donde se considera la calidad de la geometría de contacto entre la rueda y el raíl;

• un control individual de los juegos de ruedas, delanteros o traseros;

• un control en el rango de frecuencias más altas para estabilizar el chasis (prácticamente en fase con oscilación de marcha) de forma que se pueda prescindir del uso de un amortiguador de guiñada.

También puede estar previsto que la unidad hidráulica 13, que comprende bombas y un motor, se active sólo cuando sea necesario. Cuando se excede un segundo valor umbral de la desviación de la posición nominal/real, se puede activar la bomba y, por lo tanto, se puede reducir significativamente el consumo de energía eléctrica del actuador. Esto significa que la bomba prácticamente sólo tiene que encenderse en condiciones de vía con una geometría de contacto deficiente, mientras que con una geometría de contacto aceptable, el juego de ruedas 50 se mueve a la posición correcta sin fuerza adicional, ya que esto también es posible sólo con válvulas accionadas pasivamente sin activación adicional de la unidad hidráulica 13.

También puede estar previsto que los sistemas actuadores de dos o más chasis 100 estén conectados para utilizar la información de un chasis 100 precedente. Esto permite suprimir retrasos en el sistema cuando las bombas de la unidad hidráulica para los chasis subsecuentes se ponen en marcha. Esto también permite optimizar los métodos de control para el paso por curvas de transición o para cambios de aguja.

Preferentemente, el actuador se controla de forma autónoma desde cada chasis. Sólo se requiere una alimentación de energía eléctrica, mientras que el registro de datos, el procesamiento de datos y la activación en sí tienen lugar dentro de un chasis.

El actuador 1 está integrado en la guía del juego de ruedas, preferentemente en un cojinete de guía del eje o un cojinete de apoyo. En la figura 8 se proporcionan un motor, una bomba (ambos con el número de referencia 13), válvulas 11, sensores de desplazamiento y presión y una unidad de control para controlar el actuador 1. No se puede descartar que estén presentes otros sensores necesarios para procesos de control de nivel superior. Aquí se pueden utilizar, por ejemplo, sensores de aceleración o girómetros. La ventaja consiste en que no hay líneas hidráulicas externas, lo que reduce significativamente el riesgo de fugas y fallas.

El control del actuador 1 también está diseñado para ser a prueba de fallas, ya que el sistema se comporta como un juego de ruedas rígidas con alta amortiguación interna si fallan la electrónica, los sensores, la fuente de alimentación, la bomba y/o el motor. Esto significa que el chasis se comporta como un chasis clásico, sin control del juego de ruedas o con un control de acción muy lenta.

En caso de fugas y pérdida de rigidez longitudinal, el chasis se desplaza de manera inestable, lo que puede conducir a un funcionamiento inestable. Sin embargo, la amortiguación residual y la rigidez residual en el sistema impiden que se superen los valores límite relevantes para la seguridad de las fuerzas rueda-raíl.

Además, según una forma de ejecución preferida de la invención, se puede prever que el suministro de energía eléctrica sea autosuficiente. Para ello, se proporciona una unidad de generación de energía eléctrica, que genera su energía en función de los cambios de presión en el cilindro síncrono. Por ejemplo, para generar energía se puede utilizar un fluido hidráulico extraído del cilindro también. Incluso cuando se conduce en línea recta, las presiones en el cilindro cambian continuamente, por lo cual también se puede utilizar un actuador conmutado pasivamente como fuente de energía eléctrica. Esta energía se puede utilizar para asegurar la alimentación de la electrónica, los sensores, las válvulas y la bomba. La generación de energía eléctrica se puede maximizar accionando selectivamente las válvulas en diferentes condiciones de conducción.

Con tal suministro de energía autosuficiente, es ventajoso modificar el concepto de control del actuador 1. Este concepto también se puede usar si se desea un estado de control de energía particularmente bajo y no se limita necesariamente a un suministro de energía autónomo.

Cada actuador 1 se acciona individualmente cuando las válvulas permiten el flujo de aceite sólo en la dirección deseada hacia una posición del actuador que se deba adoptar. Cuando la geometría de contacto entre la rueda y el raíl es suficiente, un juego de ruedas sólo puede ajustarse de manera óptima en base a este control. Cuando, por otro lado, la calidad de la geometría de contacto no es suficiente para que el actuador se ajuste automáticamente a la posición deseada, resulta ventajoso acoplar mutuamente los dos cilindros del juego de ruedas precedente y subsecuente a través de líneas hidráulicas y válvulas adicionales, de modo que el flujo del fluido hidráulico del juego de ruedas subsecuente se pueda usar para controlar el juego de ruedas precedente.

Esta forma de ejecución resulta de particular interés cuando se trata de vehículos antiguos que no permiten la instalación de una fuente de alimentación eléctrica debido a la falta de espacio. El actuador controlable no disponte entonces de una unidad hidráulica, que comprende un motor y una bomba, sino únicamente válvulas entre las cámaras individuales del cilindro síncrono. Esto significa que sólo es posible dejar que el cilindro genere fuerzas de forma indirecta o pasiva. Esto sucede, por ejemplo, abriendo una válvula para permitir que un flujo entre las cámaras cuando se transmite una fuerza a través del raíl al juego de ruedas, lo que hace que el actuador funcione en la dirección deseada. Resulta ventajoso que las válvulas también se puedan controlar según diferentes criterios. Estos pueden ser, por ejemplo, el radio del arco de una curva, la fuerza de tracción, la posición radial de los dos juegos de ruedas y/o la fuerza del cilindro. Así, por ejemplo, resulta ventajoso bloquear el flujo de un fluido hidráulico del cilindro en ambas direcciones para evitar que el vehículo gire descentrado.

También puede estar previsto que las cámaras de los cilindros de los actuadores precedente y subsecuente estén acopladas a través de líneas hidráulicas para el control mutuo. Esto hace posible que el juego de ruedas delantero se controle mediante el movimiento del juego de ruedas trasero.

Una variante especialmente rentable de una forma de ejecución según la invención prevé que el actuador no presente un sensor de recorrido, sino un dispositivo de medición 20 para determinar el ángulo de giro o el radio del arco. Además, una unidad central presenta una electrónica, las válvulas, los generadores, un acumulador de energía y un indicador de estado. Las líneas hidráulicas también se extienden desde los cilindros hasta la unidad central, que a su vez está conectada a través de una conexión de cable al dispositivo de medición para determinar el ángulo de giro o el radio del arco.

Otra funcionalidad que resulta del actuador conforme a la invención consiste en la implementación de un diagnóstico de vía. Por su concepción, la presente invención permite un diagnóstico de la vía o del estado de los raíles con relativamente poco esfuerzo adicional. Las informaciones sobre el radio del arco y la posición individual de los juegos de ruedas están disponibles a partir del concepto de la presente invención. Cuando el sistema se complementa con sensores de presión, así como, con un sensor de aceleración transversal, se pueden derivar todas las variables relevantes que describen el estado de la vía. Las variables individuales se determinan como se muestra a continuación en la Tabla 1.

Tabla 1: Derivación de las variables que definen el estado de la vía

Preferentemente, el diagnóstico sólo debe estar previsto en aproximadamente dos o tres vagones de un vehículo ferroviario. En este contexto, resulta útil que exista una conexión constante entre los actuadores y un ordenador en el vagón o tren correspondiente con acceso a un sistema de evaluación de diagnóstico de la vía.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Actuador (1) para controlar un juego de ruedas (50) de un vehículo ferroviario (60) que comprende:

un cuerpo de eje (2) para la fijación a un chasis (100) del vehículo ferroviario (60);

un cilindro síncrono (3) que está conformado en el cuerpo del eje (2) y comprende una superficie de pistón (4) que presenta un vástago de pistón (5) que penetra en el cuerpo del eje (2) en cada uno de sus dos lados planos; y una carcasa (6), que es móvil en correspondencia con un movimiento del cilindro síncrono (3) con respecto al cuerpo del eje (2);

caracterizado porque

en el extremo opuesto a la superficie del pistón (4) de un respectivo vástago de pistón (5), está dispuesto un elemento de resorte de pistón (7) que conecta el respectivo vástago de pistón (5) con la carcasa (6).

2. Actuador (1) según la reivindicación 1, en donde el cuerpo del eje (2) presenta una forma esencialmente alargada y el cilindro síncrono (3) está dispuesto preferentemente en el centro longitudinal del cuerpo del eje (2).

3. Actuador (1) según la reivindicación 2, en donde los dos vástagos del pistón (5) están orientados perpendiculares a la dirección longitudinal del cuerpo del eje (2).

4. Actuador (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en donde el elemento de resorte del pistón (7) dispuesto en el respectivo vástago del pistón (5) consiste en un resorte laminado de caucho que presenta una forma preferentemente rectangular o cilíndrica y/o cuyas capas están apiladas en paralelo a la dirección longitudinal del respectivo vástago del pistón (5).

5. Actuador (1) según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un elemento de resorte del cuerpo del eje (8) que está dispuesto directamente entre el cuerpo del eje (2) y la carcasa (6); en donde la dirección de resorte principal del elemento de resorte del cuerpo del eje (8) está orientada en paralelo a una dirección longitudinal del cuerpo del eje (2), y preferentemente los elementos de resorte del cuerpo del eje (8) son resortes laminados de caucho, cuyas capas están apiladas paralelas a la dirección longitudinal del cuerpo del eje (2).

6. Actuador (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en donde un par de elementos de resorte del cuerpo del eje (8) están proporcionados en solo un lado del plano definido por la dirección longitudinal del vástago del pistón (5) y una dirección longitudinal del cuerpo del eje (2) y están dispuestos de tal manera que existe un movimiento dirigido en la dirección longitudinal del cuerpo del eje (2) de la carcasa (6) con respecto al cuerpo del eje (2).

7. Actuador (1) según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un elemento deslizante (9) para el apoyo deslizante de la carcasa (6) sobre el cuerpo del eje (2) en un plano definido a través del vástago del pistón (5) y una dirección longitudinal del cuerpo del eje (2); en donde preferentemente se proporciona un primer elemento deslizante (9) sobre un primer lado del plano definido a través del vástago del pistón (5) y una dirección longitudinal del cuerpo del eje (2) y un segundo elemento deslizante (9), en el otro segundo lado.

8. Actuador (1) según la reivindicación 7, en donde el elemento deslizante (9) presenta una superficie deslizante plana (91) para permitir un movimiento en la dirección longitudinal del vástago del pistón (5), y preferentemente presenta un elemento (92) con forma de segmento circular para permitir una rotación alrededor de la dirección normal al plano definido a través de la dirección longitudinal del vástago del pistón (5) y una dirección longitudinal del cuerpo del eje (2); que además comprende preferentemente un sensor de desplazamiento (10) que interactúa con un vástago del pistón (5) y el cuerpo del eje (2) para determinar el desplazamiento del cilindro síncrono (3) desde una posición cero.

9. Actuador (1) según la reivindicación 8, que también comprende:

una válvula (11), que conecta entre sí las dos cámaras (31, 32) del cilindro síncrono (3) entre sí, y una válvula de control (12), que está diseñada para lograr un ajuste del cilindro síncrono (3) permitiendo que el fluido hidráulico fluya desde una cámara (31) hacia la otra cámara (32) sólo en una dirección correspondiente al movimiento de ajuste deseado; en donde preferentemente, el actuador (1) no usa ni presenta una unidad hidráulica (13) para el accionamiento activo del cilindro síncrono (3);

en donde

preferentemente, la válvula del actuador (1) está acoplada con otro cilindro síncrono (3) de un actuador precedente o subsecuente (1); en donde el control de la válvula (12) está diseñado para usar el flujo de fluido hidráulico del actuador subsecuente (1) para ajustar el actuador precedente (1) según sea necesario; en donde, preferentemente, ni el actuador subsecuente ni el precedente (1) usa o presenta una unidad hidráulica (13) para el accionamiento activo del cilindro síncrono (3).

10. Actuador (1) según una de las reivindicaciones precedentes, que además comprende sensores que permiten un control y/o diagnóstico de nivel superior del chasis y/o del estado de la vía, preferentemente que comprende además una indicación de estado, preferentemente visual, que puede mostrar diferentes estados, particularmente que comprende además de manera preferida, una interfaz, preferentemente USB o WiFi, que puede comunicarse con un dispositivo móvil y permite el diagnóstico en línea.

11. Chasis (100) de un vehículo ferroviario (60) con actuador (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en donde

el cuerpo del eje (2) del actuador (1) está conectado de manera rígida con el chasis (100), y

la carcasa (6) del actuador (1) se introduce a presión en una guía del eje, se conecta con una carcasa de cojinete del juego de ruedas (120) o se integra en una carcasa de cojinete del juego de ruedas (120).

12. Chasis (100) según la reivindicación 11, en donde sólo está previsto un actuador (1) por cada juego de ruedas (50).

13. Chasis (100) según la reivindicación 11 ó 12, en donde el actuador (1) en un estado no accionado presenta una amortiguación interna tan alta que permite la alineación automática del juego de ruedas (50) cuando se desplaza sobre una sección de vía recta.

14. Procedimiento para el funcionamiento de un actuador de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes 1­ 10, en donde en el procedimiento:

el ajuste del actuador (1) para la rotación del juego de ruedas (50) con respecto a un chasis (100) se realiza en base a un ángulo de giro del chasis (100) con respecto a una carrocería de vehículo (110) transportada por el chasis (100); y

el ajuste basado en el ángulo de giro del actuador (1) sólo se realiza después de que se haya excedido un primer valor umbral del ángulo de giro; en donde preferentemente

el actuador (1) se ajusta proporcionalmente al ángulo de giro.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, en donde el actuador (1) está conectado con otro actuador precedente o subsecuente (1) del vehículo ferroviario (60) para la rotación del juego de ruedas (50), y el actuador subsecuente (1) se ajusta en base a los movimientos de ajuste del actuador precedente (1) para eliminar los retrasos relacionados con el sistema al ajustar el actuador subsecuente (1).