ES2929835T3 - Perfil de rueda - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un perfil de rueda para ruedas de vehículos sobre raíles con pestaña interior (2) y banda de rodadura (3). Esto debería permitir una vida útil más prolongada y menores costos de ciclo de vida para las ruedas de ferrocarril. Según la invención, esto se consigue porque la superficie de rodadura (3) presenta una primera sección de superficie de rodadura (31) orientada desde el plano del círculo de medición (A) en dirección a la pestaña interior de la rueda (2) con una primera pendiente positiva. , una primera sección de la superficie de rodadura (31) continuamente contigua y desde el plano del círculo de medición (A) en la dirección del borde exterior (4) de la segunda sección de la banda de rodadura orientada a la rueda (32) con una pendiente negativa y en esta segunda sección de la banda de rodadura (32) en la dirección del borde exterior (4) hacia la tercera sección de superficie de rodadura (33) contigua de forma continua con una segunda pendiente positiva. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Perfil de rueda

La invención se refiere a un perfil de rueda para ruedas de vehículos sobre raíles con una pestaña interior y una superficie de rodadura.

Perfiles de rueda de este tipo son conocidos por ejemplo por los documentos WO 2013/104458 A1, WO 2005/032852 A1, ES 2395542 A2, FR 2862254 A1 y EP 3431307 A1.

Las ruedas de ferrocarril que se utilizan como parte de un juego de ruedas de un vehículo sobre raíles presentan un perfil definido, que en cooperación con el perfil de raíl respectivo, influye decisivamente en el comportamiento dinámico de marcha del juego de ruedas sobre una vía férrea. En su forma más simple de implementación, el perfil de una rueda de ferrocarril está diseñado como cilindro o como un tronco de cono, en el que la superficie de rodadura se estrecha cónicamente comenzando desde la pestaña interior hacia el borde exterior de la rueda de ferrocarril. Un juego de ruedas formado por dos de tales ruedas está dimensionado con respecto a una vía férrea formada por dos raíles, de tal manera que el juego de ruedas se pueda desplazar en una dirección transversal a la vía para evitar bloqueos entre los dos raíles. Así, cuando el juego de ruedas rueda sobre la vía, los puntos de contacto de ambas ruedas con los raíles respectivos están a diferentes distancias de la pestaña interior respectiva en todos los instantes del proceso de rodadura. Esto tiene como resultado diferentes radios de rodadura en ambas ruedas del mismo juego de ruedas. Esta diferencia de radios de rodadura en ambas ruedas conduce a que un juego de ruedas que rueda sobre dos raíles no sólo realice un movimiento longitudinal a lo largo de los raíles, sino que también experimente un desplazamiento transversal, siendo el desplazamiento lateral del juego de ruedas con respecto a la vía o sus raíles una función de la diferencia de los radios de rodadura de ambas ruedas (y viceversa).

Sin embargo, los perfiles de rueda puramente cónicos están sometidos a un alto desgaste ya que la superficie de rodadura de la rueda ferroviaria toca al raíl en una zona muy pequeña del perfil de rueda. Para la reducción de tal desgaste causado por los perfiles de rueda cónicos son conocidos por el estado de la técnica los denominados "perfiles de desgaste", que permanecen con una forma estable durante el funcionamiento de la rueda ferroviaria (es decir, estos perfiles conservan una forma casi invariable en el curso del funcionamiento propenso al desgaste) y al mismo tiempo presentan características dinámicas de marcha constantes. Un perfil de rueda de este tipo es conocido por el estado de la técnica, por ejemplo como el llamado "perfil estándar S1002" de acuerdo con la directiva UIC (= "Union Internationale des Chemins de fer") 510-1 y la norma EN (= "Europaische Norm") 13715.

Sin embargo, las experiencias de la práctica de los últimos años ha mostrado que estos perfiles de desgaste conocidos no son lo suficientemente estables en cuanto a forma en todos los escenarios de aplicación debido a numerosas variables que influyen. Esto significa que la superficie de rodadura de una rueda de ferrocarril se desgasta de manera no uniforme durante el periodo de uso a pesar del empleo de un llamado "perfil de desgaste" y, como resultado, el perfil de rueda puede cambiar desfavorablemente. Esto crea un movimiento de lazo de ondas largas con excitaciones de baja frecuencia, que puede conducir a resonancias con modos propios de la construcción del vehículo respectivo, o a un movimiento de lazo de ondas cortas con excitaciones de alta frecuencia, que pueden conducir a una marcha inestable del vehículo. Estos efectos relevantes para la seguridad o la comodidad requieren que se lleven a cabo medidas adicionales de reperfilado en las ruedas de ferrocarril a intervalos más cortos. De ello no solo resultan altos costes y un gran esfuerzo para la planificación operativa y garantizar la disponibilidad de los vehículos sobre carriles, sino que también tiene efectos negativos sobre toda la vida útil, así como los costes del ciclo de vida de las ruedas ferroviarias.

Por tanto, la invención se basa en el objeto de proporcionar un perfil de rueda para ruedas de vehículos sobre raíles con una pestaña interior y una superficie de rodadura, que elimine estos inconvenientes mencionados anteriormente.

Según la invención este objeto se logra en relación con el preámbulo de la reivindicación 1, de modo que la superficie de rodadura tiene un primer sector de superficie de rodadura orientado desde un plano del circulo de medición en dirección a la pestaña interior con una primera pendiente positiva, un segundo sector de superficie de rodadura que se une continuamente a este primer sector de superficie de rodadura y orientado desde el plano del círculo de medición en dirección al borde exterior de la rueda con una pendiente negativa y un tercer sector de superficie de rodadura que sigue continuamente a este segundo sector de superficie de rodadura en dirección al borde exterior con una segunda pendiente positiva.

En el contexto de la invención se entiende por pendiente "positiva" una inclinación de la superficie de rodadura tal que el diámetro de la superficie de rodadura disminuya a lo largo de una dirección paralela al eje de rotación de la rueda de ferrocarril comenzando desde la pestaña interior hacia el borde exterior de la rueda de ferrocarril, o la superficie de rodadura de la rueda del ferrocarril se estrecha. En el contexto de la invención se entiende por pendiente "negativa" una inclinación de la superficie de rodadura opuesta a esta pendiente positiva, en la que el diámetro de la superficie de rodadura aumenta a lo largo de una dirección paralela al eje de rotación de la rueda ferroviaria partiendo de la pestaña interior hacia el borde exterior de la rueda de ferrocarril. Las pendientes positivas en los sectores primero y tercero de la superficie de rodadura tienen la misma orientación, pero no necesariamente la misma magnitud. Mientras que la primera pendiente positiva en el primer sector de la superficie de rodadura aumenta en dirección a la pestaña interior y forma una cavidad hueca redondeada, la segunda pendiente positiva en el tercer sector de superficie de rodadura es realizado preferiblemente constante. Por tanto, la idea central de la invención prevé un segundo sector de superficie de rodadura adicional con pendiente negativa, que está dispuesto en la zona de la superficie de rodadura orientada desde el plano del círculo de medición en la dirección al borde exterior de la rueda de raíl y en ambos lados, es decir, tanto en dirección a la pestaña interior como en dirección hacia el borde exterior de la rueda, se une, respectivamente, a un sector de superficie de rodadura con pendiente positiva. Tal aumento por sectores del diámetro de la superficie de rodadura representa una desviación del estado de la técnica actual, según el cual los perfiles de rueda en la zona de la superficie de rodadura tienen pendientes positivas continuas (es decir, se estrechan continuamente en dirección al borde exterior de la rueda de raíl o tienen un perfil esencialmente similar a un tronco de cono) o, en todo caso, tienen sectores parciales sin pendiente (es decir, con un perfil sustancialmente cilíndrico).

Mediante tal perfil de rueda según la invención se reduce la diferencia de radios de rodadura de las dos ruedas de un juego de ruedas que se ajusta durante los desplazamientos transversales del juego de ruedas con respecto al eje longitudinal de la vía. En este contexto se debe entender que la diferencia de los radios de rodadura es la diferencia de los radios del círculo de contacto de ambas ruedas de un juego de ruedas.

Esto se consigue porque cuando el juego de ruedas se desplaza perpendicularmente, tanto el punto de contacto de la primera rueda del juego de ruedas con el primer raíl de la vía, como el punto de contacto de la segunda rueda del juego de ruedas con el otro raíl de la misma vía se desplazan en sectores de superficie de rodadura que presentan una inclinación con la misma orientación entre sí. Si, por ejemplo, el punto de contacto de la primera rueda se mueve en dirección a su pestaña interior, es decir, se encuentra en su primer sector de superficie de rodadura con pendiente positiva, entonces el punto de contacto de la segunda rueda experimenta al mismo tiempo un movimiento transversal idéntico en dirección a su borde exterior y por lo tanto se encuentra en su segundo sector de superficie de rodadura con pendiente negativa. Sin embargo, dado que la segunda rueda está colocada en el juego de ruedas con simetría especular respecto de la primera rueda, ambos sectores de superficie de rodadura (es decir, el primer sector de superficie de rodadura en la primera rueda y el segundo sector de superficie de rodadura en la segunda rueda) tienen las inclinaciones con la misma orientación respecto a su entorno. Esto significa que cuando se utiliza un perfil de rueda según la invención en ambas ruedas del mismo juego de ruedas, tanto el primer punto de contacto de la primera rueda con el primer raíl de la vía, como el segundo punto de contacto de la segunda rueda con el segundo raíl de la misma vía en caso de desplazamientos transversales se encuentran en sectores de superficie de rodadura con la inclinación orientada igual. Por tanto, en caso de un desplazamiento transversal predeterminado del juego de ruedas, la diferencia de radios de rodadura entre las dos ruedas aumenta menos que en el caso de ruedas con perfiles de rueda convencionales conocidos por el estado de la técnica.

A la inversa, esto también significa que en caso de una diferencia cinemáticamente predeterminada de los radios de rodadura, el juego de ruedas debe desplazarse más en la dirección transversal (es decir, transversalmente al eje longitudinal de la vía) que cuando se usa un perfil de rueda convencional no según la invención. Por tal aumento del desplazamiento perpendicular del juego de ruedas se evita que los puntos de contacto entre la rueda y el raíl queden de forma duradera en zonas demasiado estrechas y provoquen allí un excesivo desgaste local del perfil de rueda. En lugar de eso, el proceso de desgaste se extiende a una zona mayor de la superficie de rodadura del perfil de rueda y, por lo tanto, finalmente se distribuye de manera más uniforme a través de este. Esto da como resultado una mejor estabilidad de forma del perfil de rueda según la invención. La invención permite por tanto que el perfil de rueda se desgaste de manera más uniforme a través de toda la zona de su superficie de rodadura.

De esta forma, la invención tiene un efecto positivo en particular en los vehículos sobre raíles para el transporte rápido de pasajeros, ya que la proporción de tramos de vía de trazado preferiblemente rectilíneo o solo ligeramente curvado en la red de vías recorrida por estos vehículos aumenta constantemente.

La invención prevé de forma ventajosa que el cambio del primer sector de superficie de rodadura al segundo sector de superficie de rodadura se realice en un rango de /- 20 mm a ambos lados del plano del círculo de medición. Igualmente es especialmente ventajoso que el primer y segundo sectores de superficie de rodadura se extiendan en una zona de, respectivamente, 45 mm como máximo a ambos lados del plano del círculo de medición. Estas zonas antes mencionadas demuestran ser particularmente ventajosas en combinación con los perfiles de raíl dados y las condiciones de trazado.

La invención prevé además que el segundo sector de superficie de rodadura presente una pendiente negativa de 1:10 como máximo. Sin embargo, esta no tiene por qué estar realizada constante. De esta forma, la amplitud y la frecuencia del movimiento de lazo de un juego de ruedas equipado con perfiles de rueda según la invención se mantienen casi constantes por un contacto rueda-raíl correspondiente, lo que tiene un efecto positivo en el comportamiento de marcha de un vehículo sobre raíles.

La presente invención se explica con más detalle a continuación con referencia a un ejemplo de realización y los dibujos asociados. Muestran:

Figura 1: representación esquemática de una rueda de ferrocarril con perfil de rueda según la invención,

Figura 2: representación esquemática de la geometría de contacto entre una rueda de ferrocarril con un perfil de rueda convencional (según el estado de la técnica) y un raíl de ferrocarril, y

Figura 3: representación esquemática de la geometría de contacto entre una rueda de ferrocarril con un perfil de rueda según la invención y un raíl de ferrocarril.

En la figura 1 está representada una rueda de ferrocarril con un perfil de rueda según la invención. De forma habitual, el perfil de rueda comprende una parte trasera de rueda (1), una pestaña interior (2), que esencialmente garantiza el guiado horizontal de la rueda sobre el raíl y por tanto la seguridad frente a un descarrilamiento de la rueda, y una superficie de rodadura (3) que soporta la rueda en dirección vertical contra el raíl. La superficie de rodadura se divide en tres sectores de superficie de rodadura (31,32, 33), de modo que un primer sector de superficie de rodadura (31), que es el más cercano a la pestaña interior (2), y un tercer sector de superficie de rodadura (33), que está más próximo al borde exterior (4) de la rueda de ferrocarril, presentan, respectivamente, pendientes positivas. Aunque las pendientes de los sectores primero y tercero de la superficie de rodadura tienen la misma orientación, por lo demás pueden diferir entre sí. Además, en la figura 1 están representados el plano de referencia vertical a través del círculo de medición (Z) y el plano de referencia horizontal (Y). Ambos planos de referencia (Y, Z) forman el sistema de coordenadas de la rueda. El círculo de medición es un círculo de corte que se sitúa paralelo a la parte trasera de la rueda (1) a través de la superficie de rodadura de la rueda, estando alineados los dos círculos de medición de las ruedas pertenecientes a un juego de ruedas común simétricamente con respecto al plano vertical en el centro del juego de ruedas. El plano de referencia horizontal (Y) está realizado perpendicular al plano del círculo de medición (Z) y lo corta en su punto de perfil (es decir, en el punto de intersección del plano del círculo de medición (Z) con el perfil de rueda). Este punto de intersección del plano del círculo de medición (Z) y el plano de referencia horizontal (Y) forma el punto cero para todos los datos de medición cuantitativos utilizados para la definición del perfil de rueda.

La invención se materializa en la existencia de un segundo sector de superficie de rodadura (32) que está dispuesto entre el primer y el segundo sector de superficie de rodadura (31, 33) y - a diferencia de estos - tiene una pendiente negativa. Esta pendiente negativa es como máximo de 1:10, no teniendo que estar realizado constante este valor de pendiente a través de todo el ancho del segundo sector de superficie de rodadura (32). La transición entre el primer sector de superficie de rodadura (31) y el segundo sector de la superficie de rodadura (32) es como máximo de 20 mm desde el plano del círculo de medición (A) hasta el borde exterior (4) de la rueda.

En la figura 2 está representada la geometría de contacto entre una rueda de ferrocarril con un perfil de rueda convencional conocido por el estado de la técnica y un raíl de ferrocarril. Durante el movimiento de lazo del juego de ruedas sobre el raíl, la zona de contacto entre la rueda y el raíl cambia continuamente, siendo L1 y L2 los puntos de contacto internos (en el sentido de "hacia la pestaña interior (2)") de la rueda derecha con el raíl al circular por una primera o segunda curva a la izquierda con diferentes radios de curvatura, y los puntos R1 y R2 representan los puntos de contacto exteriores (en el sentido de "hacia el borde exterior (4)") de la rueda derecha con el raíl al circular por una primera o segunda curva a la derecha con diferentes radios de curvatura. Esto da como resultado una primera zona de contacto (B1) para radios de curvatura pequeños (en el sentido de "curva estrecha") y una segunda zona de contacto (B2) para radios de curvatura grandes (en el sentido de "curva ancha").

En la figura 3 está representada la geometría de contacto entre una rueda de ferrocarril con un perfil de rueda según la invención y un raíl de ferrocarril. Por un lado, las posiciones de los puntos de contacto internos (L1, L2) se desplazan en dirección la pestaña interior, por otro lado también los puntos de contacto externos (R1, R2) se desplazan significativamente en dirección al borde exterior de la rueda. Por tanto, en un perfil de rueda según la invención los puntos de contacto entre la rueda y el raíl se distribuyen en una zona de contacto más amplia (B1, B2), lo que contrarresta un desgaste local excesivo del perfil de rueda y distribuye el desgaste de manera más uniforme a través de toda la superficie de rodadura de la rueda. Por tanto se posibilita un perfil de rueda correspondiente al desgaste.

Lista de referencias:

1 parte trasera de la rueda

2 pestaña interior

3 superficie de rodadura

31 primer sector de superficie de rodadura

32 segundo sector de superficie de rodadura

33 tercer sector de superficie de rodadura

4 borde exterior

Z plano de círculo de medición

Y plano de referencia horizontal

L límite por el lado izquierdo (o interior) de la zona de contacto entre la rueda y el raíl

R límite por el lado derecho (o exterior) de la zona de contacto entre la rueda y el raíl

B ancho de la zona de contacto

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Perfil de rueda para ruedas de vehículos sobre raíles con una pestaña interior (2) y una superficie de rodadura (3), caracterizado por que la superficie de rodadura (3) presenta un primer sector de superficie de rodadura (31) orientado desde un plano de círculo de medición (Z) en dirección a la pestaña interior (2) con una primera pendiente positiva, un segundo sector de superficie de rodadura (32), que se une de forma continua a este primer sector de superficie de rodadura (31) y orientado desde el plano de círculo de medición (Z) en dirección al borde exterior (4) de la rueda con una pendiente negativa, así como un tercer sector de superficie de rodadura ( 33), que se une de forma continua a este segundo sector de superficie de rodadura (32) en dirección al borde exterior (4) con una segunda pendiente positiva.

2. Perfil de rueda según la reivindicación 1, caracterizado por que el cambio del primer sector de superficie de rodadura (31) al segundo sector de superficie de rodadura (32) se realiza en una zona de /- 20 mm a ambos lados del plano del círculo de medición (Z).

3. Perfil de rueda según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el primer y el segundo sector de superficie de rodadura (31,32) se extienden, respectivamente, en una zona de 45 mm como máximo a ambos lados del plano del círculo de medición (Z) (A).

4. Perfil de rueda según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el segundo sector de superficie de rodadura (32) presenta una pendiente negativa de 1:10 como máximo.