ES2931229T3 - Métodos para la evaluación de la contaminación y la limpieza de un raíl, en particular para un vehículo ferroviario - Google Patents
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Abstract
Se describe un método para la evaluación de la contaminación de un raíl, en particular de un vehículo ferroviario, que comprende los pasos de: imponer un primer valor deslizante (δ1) inferior a un primer umbral (t1) entre las ruedas (W1) de un primer eje controlado (A1) y el carril; siendo el primer eje controlado (A1) el eje delantero del vehículo ferroviario; imponer un segundo valor de deslizamiento (δ2) mayor que un segundo umbral (t2) entre las ruedas de un segundo eje controlado (A2) y el carril; siendo el segundo eje (A2) el eje que sigue al primer eje (A1) y siendo el segundo umbral (t2) mayor que el primer umbral (t1); determinar la tendencia de la curva de adherencia entre las ruedas (W) pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados (An) y el carril, en base a un primer valor de adherencia (μ1) entre las ruedas del primer eje (A1) y el carril, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Métodos para la evaluación de la contaminación y la limpieza de un raíl, en particular para un vehículo ferroviario
Sector técnico
La presente invención se refiere al campo de los métodos para controlar el valor de adherencia entre las ruedas de un vehículo ferroviario y un raíl. En particular, la invención se refiere a métodos para la evaluación de la contaminación y limpieza de un raíl, en particular, para un vehículo ferroviario.
Técnica anterior
Los sistemas electrónicos están instalados a bordo de la mayoría de los vehículos ferroviarios modernos, que típicamente incluyen subsistemas de control de derrape de las ruedas, destinados a intervenir tanto cuando el vehículo está en la fase de tracción como cuando está en la fase de frenado. Estos subsistemas se conocen como sistemas antiderrapantes o antideslizantes, o también sistemas WSP (protección antideslizante de ruedas).
En la figura 1 de los dibujos adjuntos se representa esquemáticamente un sistema de control de la adherencia de las ruedas, como función antiderrapante, de acuerdo con la técnica anterior, que se refiere a un vehículo de n ejes controlados Ai, A2, ..., An. Los ejes Ai, A2, ..., An comprenden un respectivo árbol Si, S2, ..., Sn y un respectivo juego de ruedas Wi, W2, ..., Wn integral en rotación con el mismo.
En los dibujos, sólo se ilustra generalmente una rueda de cada eje.
El sistema WSP de la figura 1 comprende una unidad de control electrónico ECU, típicamente basada en una arquitectura de microprocesador que recibe señales de tacómetro relacionadas con la velocidad angular de cada eje Ai, A2, ..., An desde los detectores SSi, SS2, ..., SSn respectivamente asociados con tales ejes. La unidad de control electrónico ECU también está conectada a los aparatos de control de par TCi, TC2, ..., TCn, cada uno asociado con un eje respectivo Ai, A2, ..., An.
La unidad de control electrónico ECU está preparada para realizar una modulación del par aplicado a cada eje de acuerdo con un algoritmo predeterminado si, en el caso de aplicar par durante la tracción o el frenado en una situación de adherencia degradada, las ruedas de uno o más ejes terminan en una posible condición de derrape incipiente. La modulación del par se realiza de forma que impida un bloqueo total de los ejes, eventualmente para poner cada eje en una situación de deslizamiento controlado con la intención de recuperar la adherencia y, en cualquier caso, durante toda la duración de la situación de adherencia degradada.
En la figura 2, las curvas i, 2 y 3 representan cualitativamente la tendencia de la adherencia de acuerdo con las condiciones ambientales: la curva i corresponde a una condición de adherencia en condiciones de contacto seco entre las ruedas y los raíles, la curva 2 corresponde a una condición de adherencia en el presencia de humedad entre las ruedas y los raíles, y la curva 3 representa una condición de adherencia en presencia de material viscoso entre las ruedas y los raíles, como aceite u hojas podridas (condición típica en el período de otoño), o incluso óxido mezclado con humedad (condiciones típicas en depósitos ferroviarios).
Se ha encontrado experimentalmente que los valores de 5 en los picos de adherencia ai, a2, a3 varían con el cambio en las condiciones de adherencia, moviéndose a lo largo de una curva como se indica en A en la figura 2.
La figura 3 es un diagrama que ilustra las fuerzas aplicadas a la rueda A de un eje. De esta figura queda claro que:
Fm - R = FA - R - J - < b (2)
donde:
donde:
donde Fm es la fuerza tangencial aplicada a una rueda por el sistema de tracción y/o frenado, R es el radio de la rueda, J es el momento de inercia del eje, m es la masa que descansa sobre el punto de contacto rueda-raíl, w es la aceleración angular instantánea del eje.
Está claro que, a la misma aceleración angular instantánea, la fuerza máxima aplicable Fm se obtiene en el valor máximo de adherencia |j, es decir, en los puntos que se encuentran en la curva A de la figura 2.
Si se decide deslizar el eje en condiciones como las correspondientes, por ejemplo, al punto b de la figura 2, el valor de la fuerza Fm disponible se reduce como resultado de la reducción del valor de adherencia j , pero se obtiene un fenómeno de inyección de energía en el punto de contacto rueda-raíl, proporcional al deslizamiento (diferencia) entre la velocidad del vehículo Vv y la velocidad tangencial Vr de la rueda, con una potencia (energía inyectada por unidad de tiempo):
La expresión (5) anterior indica cómo al aumentar 5 se obtiene un aumento de la potencia aplicada al punto de contacto rueda-raíl. Esta inyección de energía provoca un sobrecalentamiento de la rueda con el consiguiente efecto de limpieza del punto de contacto, mejorando el valor instantáneo de adherencia j para la siguiente rueda.
Se sabe además que en caso de humedad o lluvia se obtienen importantes efectos de limpieza, mientras que en presencia de lubricantes u hojas podridas, el efecto de limpieza es menos pronunciado.
Los sistemas actuales de recuperación de la adherencia entre las ruedas y los raíles imponen un valor fijo de deslizamiento 5, típicamente entre 0,2 y 0,3, siendo calibrado el valor específico de forma definitiva durante las pruebas de homologación del vehículo. Por lo tanto, se optimiza el valor seleccionado de 5 para el tipo de lubricante usado para provocar la condición de derrape durante las pruebas, como se prescribe, por ejemplo, en el documento EN 15595:2009+A1, Aplicaciones ferroviarias - Frenado - Protección contra deslizamiento de ruedas, párr. 6.4.2.1, y, por otro lado, no es óptimo para todo tipo de materiales que puedan provocar condiciones de derrape durante el servicio normal del vehículo.
El gráfico de la figura 4A muestra de forma cualitativa cómo varía el pico de la adherencia global de un vehículo de cuatro ejes con el cambio de 5: haciendo deslizar todos los ejes con adherencia correspondiente al valor 51, como en la figura 4A, no hay prácticamente factor de limpieza, por lo que las cuatro curvas de adherencia correspondientes a las cuatro ruedas coinciden sustancialmente entre sí y cada eje aprovecha el valor pico máximo de adherencia j(5 i).
Si, por el contrario, se lleva a los ejes a deslizar con una adherencia correspondiente al deslizamiento 52 como en la figura 4B, se obtendrá un factor de limpieza alto: sólo la curva j i correspondiente al primer eje del vehículo (en el sentido de la marcha) permanecerá invariable y equivalente al de la figura 4A, mientras que las curvas correspondientes a los siguientes ejes tendrán valores de adherencia crecientes debido al efecto de limpieza logrado por el eje anterior. De hecho, el valor j(52) para cada eje es inferior al valor j(5 i) correspondiente.
Como se muestra cualitativamente en la figura 4C, en el rango 5i < 5< 62, existe un valor pico medio de adherencia
global ? = E " H (6 V n .
Lo anterior se aplica, por extensión, a un vehículo o tren de n ejes.
Dado que las curvas que expresan la adherencia j en función del deslizamiento 5 pueden no formularse matemáticamente de forma analítica y varían continuamente con el cambio de las condiciones que provocan el deslizamiento, la geometría del punto de contacto y las condiciones ambientales externas, no es posible, a priori, calcular analíticamente el valor de deslizamiento óptimo 5.
Sin embargo, un excelente sistema de control de adherencia y posible recuperación debe ser capaz de analizar las condiciones instantáneas de adherencia en tiempo real y verificar la tendencia de la misma con el cambio en 5 e
identificar el valor de 5 tal que maximice M .^ Tal valor es el que permite la máxima de adherencia en caso de derrape, que es el valor que minimiza la distancia de frenado en caso de frenado en condiciones de adherencia degradadas.
Para obviar los problemas descritos anteriormente, el documento WO 2006/113954 A describe un control de deslizamiento para vehículos ferroviarios, implementado de forma continua en el tiempo, que requiere la identificación, en condiciones óptimas de adherencia, de los parámetros necesarios de cara al posterior rendimiento deseado en condiciones de derrape. Tal método requiere además que se conozca la desaceleración global del sistema.
Además, el proceso de ajuste de los valores de deslizamiento óptimos requiere tiempos significativamente largos. Este proceso de ajuste se implementa al comienzo de una fase de derrape, es decir, cuando el vehículo circula a alta velocidad, la distancia recorrida por este último aumenta considerablemente.
Además, los procesos y sistemas realizados de acuerdo con la técnica anterior se basan en la suposición de que las curvas de adherencia de la rueda son siempre curvas teniendo un pico de adherencia |jp a valores de deslizamiento pequeños, por ejemplo del orden de 1-2%.
En realidad, las curvas de adherencia de las ruedas no siempre son curvas teniendo un pico de adherencia jp a valores de deslizamiento pequeños; pueden ser curvas que tengan un pico de adherencia jp a valores de deslizamiento superiores, tales como valores del orden del 20-25%.
En este segundo caso, si se actúa erróneamente como si la curva fuera una curva con un pico de adherencia jp a pequeños valores de deslizamiento, es decir, se impone un pequeño valor de deslizamiento entre las ruedas y los raíles para obtener el pico de adherencia de las ruedas, el beneficio deseado no se logra. En efecto, en deslizamientos pequeños, esta curva, al tener un pico de adherencia de jp a valores de deslizamiento más altos, como por ejemplo valores del orden del 20-25%, presenta malos niveles de adherencia y malos efectos de limpieza del raíl (dado que el deslizamiento impuesto es bajo).
Por lo tanto, en este segundo caso, el valor de adherencia medio, considerando cada uno de los valores de adherencia de las ruedas, no será el óptimo.
El documento EP 2813409 A1 describe un método para evaluar la característica de fricción de un raíl basado en el valor de deslizamiento impuesto entre la rueda de un primer eje controlado de un vehículo ferroviario y el raíl.
Sumario de la invención
Un objeto de la presente invención es proponer un método para la evaluación de la contaminación de un raíl que permita determinar la posición del pico de adherencia a lo largo de la curva de adherencia de las ruedas pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados de un vehículo y, en consecuencia, obtener un mejor control y posible recuperación de la adherencia de las ruedas de un eje controlado de un vehículo ferroviario, y proponer un método de evaluación de la limpieza del raíl que permita proponer una mejor evaluación del efecto de limpieza entre los diversos ejes sucesivos de un vehículo ferroviario.
Lo anterior y otros objetos y ventajas se consiguen, de acuerdo con un aspecto de la invención, mediante un método para la evaluación de la contaminación de un raíl que tiene las características definidas en la reivindicación 1 y mediante un método para la evaluación de la limpieza de un raíl. que tiene las características definidas en la reivindicación 7.
Las realizaciones preferentes de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes, cuyo contenido se pretende que forme parte integrante de la presente descripción.
Breve descripción de las figuras
Otras características y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la descripción detallada que sigue, proporcionada únicamente a modo de ejemplo no limitativo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de control antiderrapante de las ruedas de un vehículo ferroviario; - la figura 2 es un gráfico que muestra cualitativamente la tendencia del coeficiente de adherencia j de las ruedas de un eje, mostrado en el eje y, en función del deslizamiento 5, mostrado en el eje x;
- la figura 3 es un diagrama que ilustra las fuerzas aplicadas a la rueda de un eje;
- las figuras 4A, 4B son gráficos que muestran cualitativamente las tendencias del coeficiente de adherencia j de las ruedas de cuatro ejes de un vehículo en dos condiciones de funcionamiento diferentes;
- la figura 4C ilustra la tendencia de una curva de adherencia media j alrededor del valor pico;
- la figura 5 es un gráfico que ilustra una curva de adherencia que tiene un pico de adherencia en un valor de deslizamiento inferior al primer umbral predeterminado;
- la figura 6 es un gráfico que ilustra una curva de adherencia que tiene un pico de adherencia en un valor de deslizamiento superior al segundo umbral predeterminado;
- la figura 7 muestra cuatro curvas de adherencia, respectivamente, de ruedas pertenecientes a cuatro ejes consecutivos, en el caso de que exista un efecto de limpieza del raíl;
- la figura 8 muestra cuatro curvas de adherencia respectivamente de ruedas pertenecientes a cuatro ejes consecutivos, en el caso de que el valor de deslizamiento se imponga para que corresponda con el pico de adherencia entre las ruedas de los ejes y el raíl, y en consecuencia no hay efecto de limpieza del raíl;
- la figura 9 muestra cuatro curvas de adherencia respectivamente de ruedas pertenecientes a cuatro ejes consecutivos, en el caso de que la curva de adherencia de ruedas pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados de un vehículo ferroviario presente un pico de adherencia en un valor de deslizamiento inferior al primer umbral predeterminado, y el valor de deslizamiento impuesto entre las ruedas de los ejes y los raíles es un valor de deslizamiento superior al segundo umbral predeterminado; y
- la figura 10 muestra cuatro curvas de adherencia respectivamente de ruedas pertenecientes a cuatro ejes consecutivos, en el caso de que las curvas de adherencia presenten un pico de adherencia a un valor de deslizamiento superior al segundo umbral predeterminado y al valor de deslizamiento impuesto entre las ruedas de los ejes y los raíles es un valor de deslizamiento más alto que el segundo umbral predeterminado.
Descripción detallada
Antes de describir en detalle una pluralidad de realizaciones de la invención, debe aclararse que la invención no se limita en su aplicación a los detalles de construcción o a la configuración de los componentes proporcionados en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos.
Como se verá más claramente a partir de lo siguiente, el método de acuerdo con la presente invención permite determinar la posición del pico de adherencia a lo largo de las curvas de adherencia de las ruedas pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados de un vehículo y, en consecuencia, obtener mejora del control y posible recuperación de la adherencia de las ruedas de un eje controlado de un vehículo ferroviario.
Inicialmente, en referencia a las curvas de adherencia como las de la figura 5, el pico de adherencia |jp se obtiene para pequeños valores de deslizamiento del orden de 1-2 %.
Definiendo 5p como el valor de deslizamiento para el cual se obtiene el pico de adherencia jp, está claro que:
- si se hace que el eje se deslice cerca de 5p (pequeño deslizamiento), habrá un efecto de limpieza insignificante en beneficio de la adherencia local que asume el valor pico jp.
- por el contrario, si se hace que el eje se deslice a valores de deslizamiento 5 superiores, se producirá una pérdida de adherencia local en beneficio de un posible efecto de limpieza para los ejes siguientes. Tal efecto será más o menos efectivo dependiendo del tipo y cantidad de contaminante presente. La eficacia de la limpieza es un dato desconocido a priori.
Por lo tanto, para maximizar la adherencia media de los ejes, la elección de los puntos de deslizamiento en los que hacer funcionar los ejes debe considerar, en general, dos factores:
1. El beneficio de la limpieza en los siguientes ejes (aumentando a medida que aumenta el deslizamiento local); y
2. El valor de adherencia local (disminuyendo a medida que aumenta el deslizamiento).
Por el contrario, en el caso de una curva de adherencia como la de la figura 6 , de la literatura y de los resultados de ensayos experimentales realizados en material de rodadura, surge que la tendencia de las curvas de adherencia depende de muchos factores, entre los cuales, el tipo de contaminante, la cantidad de contaminante y el peso del vehículo. No todas las curvas de adherencia exhiben necesariamente un pico de adherencia jp para valores de deslizamiento pequeños, como el de la figura 5. Hay casos en los que el pico de adherencia jp se obtiene para valores de deslizamiento mayores (5p = 20%), como la curva de la figura 6.
En tal caso:
- si se hace que el eje se deslice a pequeños valores de deslizamiento (por ejemplo, 5=1-2%), el efecto de limpieza será prácticamente nulo y la adherencia local se reducirá con respecto al valor pico.
- por el contrario, si se hace que el eje se deslice a valores más altos de 5 (por ejemplo, 5 = 20 %), habrá un beneficio tanto en la adherencia local como en un posible efecto de limpieza para los siguientes ejes.
En el caso de curvas de adherencia como las de la figura 6 , por tanto, independientemente de la eficacia de la limpieza, la elección más adecuada es llevar todos los ejes en grandes deslizamientos (5 = 20% = 5p) maximizando tanto la adherencia local como el posible efecto de limpieza. Basado en los conceptos anteriores, el método para la evaluación de la contaminación de un raíl, particularmente para un vehículo ferroviario, comprende los pasos de:
- imponer un primer valor de deslizamiento 6 i inferior a un primer umbral predeterminado ti entre las ruedas Wi de un primer eje controlado Ai de un vehículo ferroviario y el raíl, siendo el primer eje controlado Ai el eje delantero del vehículo ferroviario de acuerdo con el sentido de la marcha del vehículo ferroviario;
- imponer un segundo valor de deslizamiento 62 superior a un segundo umbral predeterminado t2 entre las ruedas de un segundo eje controlado A2 y el raíl, siendo el segundo eje A2 el eje que sigue a dicho primer eje Ai de acuerdo con el sentido de la marcha del tren, y el siendo el segundo umbral predeterminado ts superior a dicho primer umbral predeterminado ti;
- determinar la tendencia de la curva de adherencia entre las ruedas W pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados An del vehículo ferroviario y el raíl basándose un primer valor de adherencia |Ji entre las ruedas de dicho primer eje Ai y el raíl, y un segundo valor de adherencia J2 entre las ruedas de dicho segundo eje A2 y el raíl.
El paso de determinar la tendencia de la curva de adherencia entre las ruedas W pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados An del vehículo ferroviario y el raíl comprende además los pasos de medir el primer valor de adherencia j i entre las ruedas de dicho primer eje Ai y el raíl, y el segundo valor de adherencia J2 entre las ruedas de dicho segundo eje A2 y el raíl;
- si el segundo valor de adherencia J2 es superior al primer valor de adherencia j i , determinar que la curva de adherencia entre las ruedas W pertenecientes a la pluralidad de ejes controlados An de un vehículo ferroviario y el raíl es una curva de adherencia que tiene una tendencia que tiene un pico de adherencia jp en un valor de deslizamiento 6 p superior al segundo umbral predeterminado t2; y
- si el segundo valor de adherencia J2 es inferior al primer valor de adherencia j i , determinar que la curva de adherencia entre las ruedas W pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados An de un vehículo ferroviario y el raíl es una curva de adherencia que tiene una tendencia que tiene un pico de adherencia jp en un valor de deslizamiento 6 p inferior a dicho primer umbral predeterminado ti.
A modo de ejemplo, el primer umbral predeterminado ti puede coincidir con un valor de deslizamiento de alrededor del 5%, y el primer valor de deslizamiento 6 i menor que el primer umbral predeterminado entre las ruedas de un primer eje controlado Ai y un raíl puede ser de alrededor de i - 2%. El segundo umbral predeterminado ts puede coincidir con un valor de deslizamiento entre aproximadamente i5% y 25%, y el segundo valor de deslizamiento 62, superior al segundo umbral predeterminado entre las ruedas de al menos un segundo eje controlado A2 y el raíl puede ser alrededor de 20 % -25%.
Preferiblemente, el segundo valor de deslizamiento 62 no supera un valor de deslizamiento límite 5l¡m¡t igual a aproximadamente el 25%.
El método para la evaluación de la contaminación de un raíl, si se ha determinado que la curva de adherencia entre las ruedas W pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados An de un vehículo ferroviario y el raíl es una curva de adherencia que tiene una tendencia que muestra un pico de adherencia jp en un valor de deslizamiento superior al segundo umbral predeterminado t2, puede comprender el paso de:
- imponer un valor de deslizamiento 6 superior al segundo umbral predeterminado t2 entre las ruedas de todos los ejes controlados y el raíl.
Por otro lado, el método para evaluar la contaminación de un raíl, si se ha determinado que la curva de adherencia entre las ruedas W pertenecientes a la pluralidad de ejes controlados An de un vehículo ferroviario y el raíl es una curva de adherencia que tiene una tendencia que tiene un pico de adherencia jp en un valor de deslizamiento 6 p menor que el primer umbral predeterminado ti, puede comprender el paso de:
- calcular el valor de la diferencia de adherencia Ajslide por medio de la diferencia entre el primer valor de adherencia j i y el segundo valor de adherencia j 2;
- imponer el segundo valor de deslizamiento 62 superior a un segundo umbral predeterminado t2 entre las ruedas de al menos un tercer eje A3 y el raíl, siendo el tercer eje A3 el eje que sigue a dicho segundo eje A2 de acuerdo con el sentido de la marcha del tren;
- calcular el valor de la diferencia de adherencia Ajclean generada por el efecto de limpieza de las ruedas del segundo eje A2 en beneficio de las ruedas del tercer eje A3, obteniéndose dicho valor de la diferencia de adherencia Ajclean generada por el efecto de limpieza mediante la diferencia entre el valor de adherencia j3 entre las ruedas del tercer eje A3 y el raíl, y el valor de adherencia j 2 entre las ruedas del segundo eje A2 y el raíl;
- si el valor de la diferencia de adherencia Ajclean generada por el efecto de limpieza de las ruedas es predominante con respecto al valor de la diferencia de adherencia Ajslide multiplicado por un factor adaptativo Fad, cuyo valor es
inversamente proporcional al número de ejes, imponiendo un valor de deslizamiento 5 superior al segundo umbral predeterminado t2 entre las ruedas W de todos los ejes controlados A1, An y el raíl;
- si el valor de la diferencia de adherencia Ahelean generada por el efecto de limpieza de las ruedas no es predominante con respecto al valor de la diferencia de adherencia A|Jsl¡de multiplicado por un factor adaptativo Fad cuyo valor es inversamente proporcional al número de ejes, imponiendo un valor de deslizamiento 5 inferior al primer umbral predeterminado ti entre las ruedas W de todos los ejes controlados Ai, ..., An y el raíl.
El método para la evaluación de la contaminación de un raíl, si se ha determinado que la curva de adherencia de las ruedas W pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados An de un vehículo ferroviario es una curva de adherencia que tiene un pico de adherencia jp en un valor de deslizamiento 5p menor que el primer umbral predeterminado ti, puede comprender el paso de:
- después de haber impuesto un valor de deslizamiento 52 superior al segundo umbral predeterminado ts entre las ruedas de todos los ejes controlados Ai, ..., Ao y el raíl, debido a la no predominancia del valor de la diferencia de adherencia Ajclean generada por el efecto de limpieza de las ruedas con respecto al valor de la diferencia de adherencia Ajslide multiplicado por un factor adaptativo Fad cuyo valor es inversamente proporcional al número de ejes, si el valor de adherencia jn de las ruedas de un eje anterior An coincide con el valor de adherencia jn+1 de las ruedas del eje siguiente An+1, imponiendo un primer valor de deslizamiento 5i inferior al primer umbral predeterminado ti entre las ruedas de al menos un eje siguiente An+i, An+2, ... y el raíl.
Debido a este último paso descrito anteriormente, se puede notar que el efecto de limpieza del raíl que se presentaba en los primeros ejes de acuerdo con el sentido de la marcha ya no implica un aumento de adherencia para los siguientes ejes (por ejemplo, porque ahora el raíl está completamente limpio), por lo que conviene imponer a los ejes siguientes el valor de deslizamiento correspondiente al pico de adherencia y no un valor de deslizamiento útil para la limpieza del raíl.
A modo de ejemplo, considerando el segundo eje como eje anterior An y el tercer eje como eje siguiente An+i, después de haber impuesto un valor de deslizamiento 52 superior al segundo umbral predeterminado ts entre las ruedas de todos los ejes controlados y el raíl, debido a la no predominancia del valor de la diferencia de adherencia Ajclean generada por el efecto de limpieza de las ruedas con respecto al valor de la diferencia de adherencia Ajslide multiplicado por un factor adaptativo Fad, se podrá imponer un primer valor de deslizamiento 5i menos que el primer umbral predeterminado ti entre las ruedas de los ejes siguientes al tercero y el raíl, si el valor de adherencia J2 de las ruedas del segundo eje A2 (anterior eje An) coincide con el valor de adherencia J3 de las ruedas del tercer eje (siguiente eje An+i).
A modo de ejemplo, el método para evaluar la contaminación de un raíl puede repetirse después de un intervalo de tiempo predeterminado (por ejemplo, cada 30 segundos) o puede repetirse después de que el vehículo ferroviario haya recorrido una distancia predeterminada.
La invención comprende además un método para evaluar la limpieza de un raíl para un vehículo ferroviario, que comprende los pasos de:
- imponer un primer valor de deslizamiento 5i inferior a un primer umbral predeterminado ti entre las ruedas Wi de un primer eje controlado Ai de un vehículo ferroviario y el raíl; siendo el primer eje controlado Ai el eje delantero del vehículo ferroviario de acuerdo con el sentido de la marcha del vehículo ferroviario;
- imponer un segundo valor de deslizamiento 52 superior a un segundo umbral predeterminado ts entre las ruedas de un segundo eje controlado A2 y el raíl, siendo el segundo eje A2 el eje que sigue a dicho primer eje Ai según el sentido de la marcha del tren, y dicho siendo el segundo umbral predeterminado t2 superior a dicho primer umbral predeterminado ti;
- imponer un tercer valor de deslizamiento 53 igual a dicho segundo valor de deslizamiento 52 entre las ruedas de un tercer eje A3 controlado y el raíl, siendo el tercer eje A3 el eje que sigue a dicho segundo eje A2 de acuerdo con el sentido de la marcha del tren;
- determinar la eficacia de la limpieza del raíl generada por el deslizamiento del segundo eje A2 en beneficio del tercer eje A3 basándose un primer valor de adherencia J2 entre las ruedas de dicho segundo eje A2 y el raíl y un segundo valor de adherencia J3 entre las ruedas de dicho tercer eje A3 y el raíl.
El paso antes mencionado de determinar la efectividad de la limpieza del raíl comprende además los pasos de:
- medir el primer valor de adherencia J2 y el segundo valor de adherencia J3; y
- determinar la eficacia de la limpieza realizando una operación de resta entre el segundo valor de adherencia J3 y el primer valor de adherencia j 2.
A continuación se informa a modo de ejemplo, un caso ilustrativo en el que el número total de ejes del vehículo ferroviario es cuatro.
Considerando la figura 7, es posible evaluar la adherencia aplicada por los cuatro ejes que componen el vehículo ferroviario.
La adherencia j i disponible para el primer eje Ai no se ve influenciada por la limpieza, siendo dicho eje el primero en encontrar el raíl. La adherencia j 1 depende únicamente de las condiciones del raíl, es decir, las condiciones ambientales/contaminantes que se indicarán a continuación con "amb".
La adherencia j i aplicada por el primer eje será entonces función del deslizamiento local 6 i del primer eje sobre el raíl:
AE = f íH m a x 'S i ) = f i a m b . S J
Por el contrario, la adherencia j 2 disponible para el segundo eje depende de la limpieza que produzca el primer eje anterior (AJ12).
1*2,m a x l*m ax 3” ^f*12
La limpieza que produce el primer eje a favor del segundo eje AJ12 es función del deslizamiento 5i del primer eje sobre el raíl, así como de las características de limpieza propias del contaminante (contaminante más o menos fácil de eliminar con el mismo deslizante), que se indican en lo sucesivo con el término "cleaning".
La adherencia J2 aplicada por el segundo eje será entonces función del deslizamiento local 62 del segundo eje sobre el raíl.
AE = f{^2,max>S2) ~ f{am b, Slt cleaning, S2)
Asimismo, la adherencia J3 aplicada por el tercer eje depende del deslizamiento local 63 y de la limpieza que producen los ejes anteriores, por tanto de 61, 62 y de la limpieza.
Asimismo, la adherencia j4 aplicada por el cuarto eje depende del deslizamiento local 64 y de la limpieza que producen los ejes anteriores, por tanto de 61, 62, 63 y de la limpieza.
Según estas consideraciones:
1
Haverage = - * ( f(amb, <E) f(amb, Slt S2, cleaning ) f(amb, Sv S2, S3, cleaning )
f(amb, S1, S2, S3, S4, cleaning ) )
En el caso de una curva de adherencia como la ilustrada en la figura 5, y en el caso en que se imponga un deslizamiento correspondiente al pico de adherencia jp en todos los ejes, asumiendo (véase la figura 8 ) el control de todos los ejes en el pico de adherencia jp, es decir, en pequeños deslizamientos alrededor de 6 p, no se produce limpieza de raíles.
y por lo tanto
A* 2, m ax ~ A E ,m ax A E ,max ~ A* 1, m a x
Todos los ejes encuentran así la misma adherencia que encuentra el eje delantero (primer eje en el sentido de la marcha), ya que ningún eje limpia el raíl.
Así:
l*average L* 1 ,max
En el caso de una curva de adherencia como la de la figura 5, en la que en todos los ejes se impone un deslizamiento de 5 >> 5p, es posible obtener un efecto de limpieza (este efecto ciertamente no es a priori sino que depende de la efectividad de la limpieza sobre el contaminante en cuestión: parámetro previamente definido como limpieza).
Con referencia a la figura 9:
^ 1 2 = ¿/*23 = ^ ^ 34 = P e le a n
Por lo tanto:
1*2,max ~ 1*1,m ax 3* AfJ.ciean
f*i.m a x ~ 1*2,m ax 3" 2 * ^M c íe a n — f* l,m ax 3" A ficiean
1*4,m ax ~ 1*3,m ax 3” A flciean l* i,m ax 3" 3 * A[A.ciean
Al mismo tiempo, cada eje, al deslizarse a un 5 alejado del valor pico 5p, no explotará toda la adherencia |j disponible localmente.
Con referencia a la figura 9:
1*2 = 1*2,m a x ~ A U s lid e = f* l,m a x 3 " A f lc iea n — A fig n ^ g 1*3 — M3 ,m ax ~ ^A *s itd e — 1*1,m ax 3" 2 * A [ lciean — A n s n de
M4 1*4, max A fls u de — f¿i'Tnax 3" 3 * A f iciean — AfJ.s n ¿ e Calculando la adherencia media del vehículo:
Comparando la adherencia media obtenida en el caso de una curva de adherencia como la ilustrada en la figura 5, en el caso en que en todos los ejes se impone un deslizamiento correspondiente al pico de adherencia, y en el caso en que en todos los ejes se impone un deslizamiento de 5 >> 5p, se nota que:
- Si ^^clean > I A^siide ' conv¡ene controlar los ejes en grandes deslizamientos de 5 » 5P, es decir, con un deslizamiento superior al segundo umbral predeterminado t2.
Ahelean ^ * ^J^sfí<í£
- S i 3 , conviene controlar los ejes con deslizamiento reducido 5 = 5P, es decir, con un deslizamiento inferior al primer umbral predeterminado ti.
En los ejemplos dados arriba, el factor adaptativo es igual a 2/3. Por ejemplo, en el caso de cinco ejes, el factor adaptativo es igual a 1/2.
En el caso de curvas de adherencia como las de la figura 6 , independientemente de la eficacia de la limpieza, la elección más adecuada es llevar todos los ejes en grandes deslizamientos, es decir, con un deslizamiento superior al
segundo umbral predeterminado t2 (5 ~ 20% ~ 5p) maximizando así tanto la adherencia local como el posible efecto de limpieza.
De acuerdo con dicha gestión de los puntos de deslizamiento tenemos (véase la figura 10):
M i = M-l.max
M2 ~ Hl.max 3" A[¿ciean
Ms = Hi.max + 2 * Ahelean
M4 = M i ,max + 3 * Ahelean
Por lo tanto, la adherencia media a nivel del vehículo es:
H-average t¿l,max 3" 2 * ^M c /ea n
Del análisis de los casos anteriores, (caso de una curva de adherencia como la ilustrada en la figura 5 y donde sobre todos los ejes se impone un deslizamiento correspondiente al pico de adherencia, caso de una curva de adherencia como la de la figura 5 donde en todos los ejes se impone un deslizamiento de 5 >> 5p, y tratándose de curvas de adherencia como las de la figura 6 ), se puede notar que la elección del punto de deslizamiento óptimo (aquel que maximiza la adherencia media del vehículo) debe pasar por la evaluación de tres factores principales:
FACTOR 1: Tipo de curva de adherencia: es decir, si el pico de adherencia se obtiene para valores de deslizamiento pequeños (figura 5), es decir, para un deslizamiento inferior al primer umbral predeterminado ti, o para valores de deslizamiento grandes (figura 6 ), es decir, para un deslizamiento superior al segundo umbral predeterminado ts, cerca de 5limit.
FACTOR 2: A|Jsl¡de (parámetro definido solo para la curva ilustrada en la figura 5), es decir, diferencia de adherencia entre el pico de la curva y la adherencia comprometida con un deslizamiento cercano al deslizamiento límite (véase la figura 9).
FACTOR 3: Ajclean, es decir, la eficacia del efecto de limpieza del que se beneficia el eje (n+1) cuando se hace deslizar el eje n con un deslizamiento superior al segundo umbral predeterminado ts, cerca de 5limit.
En el caso de un vehículo ferroviario que circule sobre raíles, la evaluación de estos tres factores y la consiguiente elección del punto de deslizamiento, de acuerdo con los criterios descritos anteriormente, debe realizarse en tiempo real durante el frenado del vehículo para maximizar la adherencia media aplicada por el vehículo, maximizando así la desaceleración del vehículo y minimizando así la distancia de frenado del vehículo.
Por lo tanto, para evaluar la eficacia de la limpieza (FACTOR 3), es necesario imponer un deslizamiento significativo, es decir, un deslizamiento superior al segundo umbral predeterminado ts (5 = 5limit) sobre el eje n y verificar la ganancia potencial de adherencia sobre el eje (n+1).
Al mismo tiempo, al deslizar el eje con un deslizamiento superior al segundo umbral predeterminado ts, cerca de 5iimit, se modifican las condiciones del raíl para los ejes siguientes y se hace imposible evaluar el valor de adherencia relativo a deslizamientos pequeños, es decir, con un desliza menos que el primer umbral predeterminado ti (5 <5%). Por lo tanto, los factores 1 y 2 no pueden evaluarse.
El objeto de la invención es gestionar el deslizamiento de los ejes del vehículo de la siguiente manera:
PRIMER EJE: 51 = 1-2%
SEGUNDO EJE: 52 = 20%
TERCER EJE: 5a = 52 = 20%
CUARTO EJE: opcional
El primer eje, el eje delantero, se controla en un pequeño deslizamiento. De esta forma, midiendo la adherencia aplicada por el primer eje, se obtiene el valor de adherencia relativo a pequeños deslizamientos
sin producir limpieza, es decir, sin cambiar las características del raíl para los siguientes ejes.
El segundo eje, por el contrario, se controla en un deslizamiento significativo, es decir, superior al segundo umbral predeterminado t2. De esta forma, midiendo la adherencia aplicada por el segundo eje, se obtiene el valor de adherencia relativo a deslizamientos grandes
produciéndose una posible limpieza para el siguiente eje, limpieza que dependerá de las características del contaminante (factor de limpieza 3).
El tercer eje se controla con el mismo valor de deslizamiento impuesto para el segundo eje.
De esta forma, midiendo la adherencia aplicada por el tercer eje, es posible evaluar la eficacia de la limpieza calculando el factor de limpieza:
Además, comparando la adherencia medida para el primer y el segundo eje, se puede determinar el tipo de curva de adherencia (FACTOR 1) y posiblemente se puede calcular Ajslide (FACTOR 2).
Si ( j 2 > j i) , se trata de una curva de adherencia del tipo ilustrado en la figura 6.
La elección más adecuada es por tanto la de llevar todos los ejes en grandes deslizamientos, es decir, un deslizamiento superior al segundo umbral predeterminado t2 (5 = 20% = 5i¡mit);
Si ( j 2> j i) , se trata de una curva de adherencia del tipo ilustrado en la figura 5) y se puede calcular:
En este punto, anotando todos los factores, se puede elegir el punto de deslizamiento óptimo:
la elección más apropiada es, por tanto, la de llevar todos los ejes en grandes deslizamientos, es decir, un deslizamiento superior al segundo umbral predeterminado t2 (5 = 20% = 5limit);
la opción más apropiada es controlar los ejes en el pico de adherencia, es decir, con un deslizamiento inferior al primer umbral predeterminado ti (5 < 5%).
Naturalmente, sin alterar el principio de la invención, las realizaciones y los detalles de implementación pueden variar ampliamente con respecto a los descritos e ilustrados meramente a modo de ejemplo no limitativo, sin por ello apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (7)
1. - Un método para la evaluación de la contaminación de un raíl, en particular para un vehículo ferroviario, que comprende los pasos de:
- imponer un primer valor de deslizamiento (5i) inferior a un primer umbral predeterminado (ti) entre las ruedas (Wi) de un primer eje controlado (Ai) de un vehículo ferroviario y el raíl, siendo el primer eje controlado (Ai) el eje delantero del vehículo ferroviario de acuerdo con el sentido de la marcha del vehículo ferroviario;
- imponer un segundo valor de deslizamiento (62) superior a un segundo umbral predeterminado (t2) entre las ruedas de un segundo eje controlado (A2) y el raíl, siendo el segundo eje (A2) el eje que sigue a dicho primer eje (Ai) de acuerdo con el sentido de la marcha del tren, siendo el segundo umbral predeterminado (t2) superior a dicho primer umbral predeterminado (ti);
- determinar la tendencia de la curva de adherencia entre las ruedas (W) pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados (An) del vehículo ferroviario y el raíl, en base a un primer valor de adherencia (|Ji) entre las ruedas de dicho primer eje (Ai) y el raíl, y un segundo valor de adherencia (J2) entre las ruedas de dicho segundo eje (A2) y el raíl;
en donde dicho paso de determinar la tendencia de la curva de adherencia entre las ruedas (W) pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados (An) de un vehículo ferroviario y el raíl comprende los pasos de:
- medir el primer valor de adherencia ( j i ) entre las ruedas de dicho primer eje (Ai) y el raíl, y el segundo valor de adherencia (J2) entre las ruedas de dicho segundo eje (A2) y el raíl;
- si el segundo valor de adherencia (J2) es superior al primer valor de adherencia ( ji) , determinar que la curva de adherencia entre las ruedas (W) pertenecientes a la pluralidad de ejes controlados (An) de un vehículo ferroviario y el raíl es una curva de adherencia que tiene una tendencia que tiene un pico de adherencia (jp) en un valor de deslizamiento (6 p) superior al segundo umbral predeterminado (t2); y
- si el segundo valor de adherencia (J2) es inferior al primer valor de adherencia ( ji) , determinar que la curva de adherencia entre las ruedas (W) pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados (An) de un vehículo ferroviario y el raíl es una curva de adherencia que tiene una tendencia que tiene un pico de adherencia (jp) en un valor de deslizamiento (6 p) inferior a dicho primer umbral predeterminado (ti).
2. - Un método para la evaluación de la contaminación de un raíl de acuerdo con la reivindicación i, en el que: a) si se ha determinado que la curva de adherencia entre las ruedas (W) pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados (An) de un vehículo ferroviario y el raíl es una curva de adherencia que tiene una tendencia que tiene un pico de adherencia (jp ) en un valor de deslizamiento superior al segundo umbral predeterminado (t2 ), dicho método comprende el paso de:
- imponer un valor de deslizamiento (6 ) superior al segundo umbral predeterminado (t2) entre las ruedas de todos los ejes controlados y el raíl;
b) si se ha determinado que la curva de adherencia entre las ruedas (W) pertenecientes a la pluralidad de ejes controlados (An) de un vehículo ferroviario y el raíl es una curva de adherencia que tiene un pico de adherencia (jp) en un valor de deslizamiento (6 p) inferior al primer umbral predeterminado (ti), dicho método comprende además los pasos de:
- calcular el valor de la diferencia de adherencia (Ajslide) por medio de la diferencia entre el primer valor de adherencia ( j i ) y el segundo valor de adherencia ( j 2);
- imponer el segundo valor de deslizamiento (62) superior a un segundo umbral predeterminado (t2) entre las ruedas de al menos un tercer eje (A3) y el raíl; siendo el tercer eje (A3) el eje que sigue a dicho segundo eje (A2) de acuerdo con el sentido de la marcha del tren;
- calcular el valor de la diferencia de adherencia (Ajclean) generada por el efecto de limpieza de las ruedas del segundo eje (A2) en beneficio de las ruedas del tercer eje (A3); obteniéndose dicho valor de la diferencia de adherencia (Ajclean) generada por el efecto de limpieza mediante la diferencia entre el valor de adherencia (j3) entre las ruedas del tercer eje (A3) y el raíl, y el valor de adherencia ( j 2) entre las ruedas del segundo eje (A2) y el raíl;
- si el valor de la diferencia de adherencia (Ajclean) generada por el efecto de limpieza de las ruedas es predominante con respecto al valor de la diferencia de adherencia (Ajslide) multiplicado por un factor adaptativo (Fad) cuyo valor es inversamente proporcional al número de ejes, imponiendo un valor de deslizamiento (6) superior al segundo umbral predeterminado (t2) entre las ruedas (W) de todos los ejes controlados (Ai, ..., An) y el raíl;
i2
- si el valor de la diferencia de adherencia (A|Jciean) generada por el efecto de limpieza de las ruedas no es predominante con respecto al valor de la diferencia de adherencia (Ajslide) multiplicado por un factor adaptativo (Fad) cuyo valor es inversamente proporcional al número de ejes, imponiendo un valor de deslizamiento (5) inferior al primer umbral predeterminado (ti) entre las ruedas (W) de todos los ejes controlados (Ai, An) y el raíl.
3. - Un método para la evaluación de la contaminación de un raíl de acuerdo con la reivindicación 2, en el que si se ha determinado que la curva de adherencia de las ruedas (W) pertenecientes a una pluralidad de ejes controlados (An) de un vehículo ferroviario es una curva de adherencia que tiene un pico de adherencia (jp) en un valor de deslizamiento (5p) inferior al primer umbral predeterminado (ti), dicho método comprende además el paso de:
- después de haber impuesto un valor de deslizamiento (52) superior al segundo umbral predeterminado (t2) entre las ruedas de todos los ejes controlados (Ai, ..., An) y el raíl, debido a la no predominancia del valor de la diferencia de adherencia (Ajclean) generada por el efecto de limpieza de las ruedas con respecto al valor de la diferencia de adherencia (Ajslide) multiplicado por un factor adaptativo (Fad) cuyo valor es inversamente proporcional al número de ejes, si el valor de adherencia (jn) de las ruedas de un eje anterior (An) es coincidente con el valor de adherencia de las ruedas del eje siguiente, imponiendo un primer valor de deslizamiento (5i) inferior al primer umbral predeterminado (ti) entre las ruedas de al menos un eje siguiente y el raíl.
4. - Un método para la evaluación de la contaminación de un raíl de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el método para la evaluación de la contaminación de un raíl se repite después de un intervalo de tiempo predeterminado.
5. - Un método para la evaluación de la contaminación de un raíl de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones i a 3, en el que el método para la evaluación de la contaminación de un raíl se repite después de que el vehículo ferroviario haya recorrido una distancia predeterminada.
6. - Un método para la evaluación de la contaminación de un raíl de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el primer umbral predeterminado (ti) tiene un valor de deslizamiento inferior al 5%, y el segundo umbral predeterminado (t2) tiene un valor de deslizamiento entre i5 % y 25%.
7. - Un método para la evaluación de la limpieza de un raíl para un vehículo ferroviario, que comprende los pasos de: - imponer un primer valor de deslizamiento (5i) inferior a un primer umbral predeterminado (ti) entre las ruedas (Wi) de un primer eje controlado (Ai) de un vehículo ferroviario y el raíl, siendo el primer eje controlado (Ai) el eje delantero del vehículo ferroviario de acuerdo con el sentido de la marcha del vehículo ferroviario;
- imponer un segundo valor de deslizamiento (52) superior a un segundo umbral predeterminado (t2) entre las ruedas de un segundo eje controlado (A2) y el raíl; siendo el segundo eje (A2) el eje que sigue a dicho primer eje (Ai) de acuerdo con el sentido de la marcha del tren, y siendo dicho segundo umbral predeterminado (t2) superior a dicho primer umbral predeterminado (ti);
- imponer un tercer valor de deslizamiento (53) igual a dicho segundo valor de deslizamiento (52) entre las ruedas de un tercer eje controlado (A3) y el raíl; siendo el tercer eje (A3) el eje que sigue a dicho segundo eje (A2) de acuerdo con el sentido de la marcha del tren;
- determinar la eficacia de la limpieza del raíl generada por el deslizamiento del segundo eje (A2) en beneficio del tercer eje (A3) basándose un primer valor de adherencia (J2) entre las ruedas de dicho segundo eje (A2) y el raíl y un segundo valor de adherencia (J3) entre las ruedas de dicho tercer eje (A3) y el raíl;
en donde el paso de determinar la efectividad de la limpieza del raíl comprende los pasos de:
- medir el primer valor de adherencia (J2) y el segundo valor de adherencia (J3); y
- determinar la eficacia de la limpieza realizando una operación de resta entre el segundo valor de adherencia (J3) y el primer valor de adherencia (J2).
i3
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