IT201600077791A1 - Pendino perfezionato per un filo di contatto sospeso di una linea ferroviaria e linea elettrica comprendente tale pendino - Google Patents
Pendino perfezionato per un filo di contatto sospeso di una linea ferroviaria e linea elettrica comprendente tale pendinoInfo
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Description
"PENDINO PERFEZIONATO PER UN FILO DI CONTATTO SOSPESO DI UNA LINEA FERROVIARIA E LINEA ELETTRICA COMPRENDENTE TALE PENDINO"
La presente invenzione è relativa a un pendino per un filo di contatto sospeso di una linea aerea di alimentazione ferroviaria e ad una linea aerea di alimentazione elettrica ferroviaria comprendente tale pendino.
Un pendino sostiene in sospensione un filo di contatto di alimentazione di una linea aerea ferroviaria di alimentazione. Il pendino è appeso a una fune portante lungo una campata fra due pali o portali successivi della linea di alimentazione elettrica ferroviaria oppure, in corrispondenza del palo, direttamente ad una mensola fissata al palo o portale.
Il filo di contatto teso è un conduttore elettrico lineare su cui poggia il pantografo di una carrozza di un convoglio ferroviario per alimentare un gruppo elettrico di trazione del convoglio ed, eventualmente, altri dispositivi di bordo del convoglio.
Il filo di contatto presenta una sezione trasversale predefinita che presenta, quando il cavo è in opera, un profilo bombato inferiore a contatto con il pantografo e un profilo superiore sagomato con sottosquadri, e.g. a coda di rondine, per un morsetto di connessione del pendino.
Il morsetto di connessione del pendino è preferibilmente di una lega di rame, ancor più preferibilmente di una lega comprendente anche Nichel e Silicio e viene fissato al profilo superiore del filo di contatto in accoppiamento di forma in modo da non interferire con il passaggio del pantografo.
E' sentita l'esigenza di limitare al minimo e, possibilmente, annullare i distacchi fra pantografo e filo di contatto sospeso durante la corsa del convoglio ferroviario. In particolare, una delle cause del distacco è il movimento del filo di contatto rispetto al terreno. Tale movimento è dovuto sia a cause naturali, come ad esempio al vento, che alle oscillazioni che si propagano lungo il filo di contatto al passaggio del convoglio stesso. Inoltre il filo di contatto, benché teso da contrappesi, presenta comunque una freccia fra due pendini adiacenti a causa del peso proprio.
In particolare, il pantografo è configurato per applicare al filo di contatto una pressione di contatto e tale pressione di contatto, in particolare sui treni ad alta velocità, causa uno spostamento verso l'alto del filo di contatto e, più in generale, una sollecitazione di una certa entità. In maggior dettaglio tale spostamento è localizzato e presenta il proprio massimo nella zona di contatto fra pantografo e filo di contatto.
Lo scopo della presente invenzione è di diminuire e possibilmente annullare i distacchi fra pantografo e filo di contatto di alimentazione con particolare riferimento ai treni ad alta velocità, cioè a quelli che presentano una velocità di crociera superiore a 200 km/h.
Lo scopo della presente invenzione è raggiunto tramite un pendino secondo la rivendicazione 1.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:
- la figura 1 è una vista schematica di una linea ferroviaria;
- la figura 2 è un dettaglio di un morsetto di un pendino secondo la presente invenzione;
- la figura 3 è uno schema di una prima forma di realizzazione di un pendino secondo la presente invenzione;
- la figura 4 è uno schema di una seconda forma di realizzazione di un pendino secondo la presente invenzione; e
- la figura 5 è un grafico delle forze di contatto fra filo di contatto e pantografo a seguito di una simulazione numerica.
La figura 1 illustra qualitativamente una linea aerea di alimentazione elettrica di un convoglio ferroviario. La linea aerea comprende una pluralità di pali o portali 1, una fune portante 2 fissata a mensole portate dai pali 1 per essere sospesa su binari 3 e un filo di contatto 4 collegato alla fune portate 2 tramite una pluralità di pendini 5 in modo da essere a contatto con un pantografo di un convoglio ferroviario a trazione elettrica.
La linea aerea comprende inoltre contrappesi (non illustrati) per tendere sia la fune portante 2 che il filo di contatto 4 in modo da ridurre la freccia statica del filo di contatto 4 fra due pendini 5 adiacenti. Tale freccia statica è dovuta al peso proprio del filo di contatto 4.
Il filo di contatto 4 è ottenuto per estrusione e presenta una sezione trasversale definita da normative nazionali. Tali normative prevedono che la sezione trasversale presenti un profilo inferiore convesso 6 rivolto in uso verso i binari 3 e un profilo superiore 7 a sottosquadro rivolto verso i pendini 5 e la fune portante 2. Allo scopo di fissare saldamente in direzione verticale il filo di contatto 4 alla fune portante 2, ciascun pendino 5 comprende un morsetto 8 che, dopo essere stretto tramite un bullone o altra chiusura equivalente, è in accoppiamento di forma con il filo di contatto 4 poiché stringe il profilo superiore 7. Ad esempio, secondo la normativa italiana, la sezione trasversale del filo di contatto 4 definisce, in corrispondenza del profilo superiore 7, un primo e un secondo sottosquadro a 'V' di ampiezza 78° disposti a coda di rondine (figura 2).
Secondo la presente invenzione, un pendino 5 viene modificato per comprendere un dispositivo elastico a rigidezza negativa 10 per immagazzinare energia oscillatoria.
Il dispositivo elastico 10 comprende un gruppo elastico pre-compresso 11 lungo una direzione A sostanzialmente parallela, in uso, al filo di contatto 4, e configurata per presentare un punto mobile 12 traslante in una direzione B trasversale, in particolare perpendicolare alla direzione A, per diminuire, in determinate condizioni, la precompressione del gruppo elastico pre-compresso 11. In particolare, il gruppo elastico 11, se considerato isolatamente rispetto al pendino 5, è pre-compresso e mantenuto in una condizione neutra di instabilità elastica a carico di punta (buckling) che, se turbata, origina il rilascio di energia potenziale elastica a seguito della traslazione del punto mobile 12.
Inoltre, il dispositivo elastico 10 comprende un elemento elastico 13 collegato al gruppo elastico pre-compresso 11 per applicare un'azione al punto mobile 12 lungo la direzione B e definire in modo stabile la posizione neutra.
L'elemento elastico 13 è collegato al morsetto 8 tramite un distanziale 14 per trasmettere sia trazione che compressione fra l'elemento elastico 13 e il morsetto 8.
Quando il gruppo elastico 11 rilascia parte del precarico di compressione tramite il movimento lungo la direzione B del punto mobile 12, il dispositivo elastico a rigidezza negativa 10 genera un'azione d'attrito preferibilmente a secco oppure isteretico interno del materiale elastico deformabile impiegato per la realizzazione del gruppo elastico 11 e/o dell'elemento elastico 13. Quando l'attrito è a secco, è possibile sfruttare l'attrito radente.
Tale attrito, relativamente basso, viene combinato con l'accumulo di energia elastica potenziale nel gruppo elastico pre-compresso 11 per fornire, nel complesso un'azione dissipativa elevata dei fenomeni ondulatori del filo di contatto 4, in particolare dei fenomeni ondulatori innescati dal passaggio del pantografo. L'attrito generato dal movimento del gruppo elastico 11 e/o dall'elemento elastico 13 può pertanto essere di entità relativamente contenuta e viene calibrato per combinarsi con l'azione derivante dall'accumulo di energia elastica nel gruppo elastico pre-compresso 11.
Secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, il gruppo elastico pre-compresso 11 comprende un meccanismo articolato 15 avente un primo e un secondo braccio o puntone 16, 17 incernierati fra loro nel punto mobile 12. La traslazione lungo la direzione B del punto mobile 12 è ottenuta tramite guide 18, 19 accoppiate in modo scorrevole al meccanismo articolato 15. Secondo un esempio di realizzazione, l'azione d'attrito viene generata durante l'interazione fra le guide 18, 19 e il meccanismo articolato 15. Inoltre, la posizione e/o la configurazione delle guide 18, 19 definisce la direzione A.
Preferibilmente l'elemento elastico 13 è incernierato al punto mobile 12 in modo da potersi auto-allineare a seguito dell'azione del filo di contatto 4 e dei relativi contrappesi di tensionamento.
Preferibilmente, inoltre, il gruppo elastico pre-compresso 11 e/o l'elemento elastico 13 comprendono molle a elica.
Nella forma di realizzazione secondo la figura 3, il meccanismo articolato 15 comprende inoltre un primo e un secondo cursore 20, 21 rispettivamente incernierati al primo e al secondo braccio 16, 17 per cooperare con le guide 18, 19 lungo la direzione A. Inoltre il gruppo elastico pre-compresso 11 comprende una prima e una seconda molla a elica 22, 23 compresse e rilasciate dai cursori 20, 21 e disposte in modo contrapposto una all'altra parallelamente alla direzione A per ottenere la pre-compressione.
Preferibilmente, i cursori 20, 21 si disimpegnano progressivamente dalle guide 18, 19 in modo da generare, durante il moto del punto mobile 12, un attrito variabile e progressivamente decrescente al diminuire della pre-compressione del gruppo elastico pre-compresso 11.
Secondo la particolare forma di realizzazione illustrata in figura 3, i cursori 20, 21 sono manicotti e le guide 18, 19 sono barre fisse impegnate nei manicotti 20, 21. Inoltre le molle 22, 23 circondano le barre 18, 19 e sono guidate da queste ultime per rimanere parallele, in particolare coassiali, alla direzione A. La direzione A coincide con gli assi delle barre 18, 19 e delle boccole 20, 21. Secondo tale forma di realizzazione, le molle 22, 23 sono fisse rispetto alla direzione A durante il movimento del punto mobile 12. Ciò diminuisce le masse mobili e, conseguentemente, eventuali contributi inerziali negativi.
Secondo la forma di realizzazione alternativa di figura 4, i bracci 16, 17 sono impegnati per generare attrito costante nelle guide 18, 19 indipendentemente dalla posizione del punto mobile 12.
In particolare, le guide 18, 19 sono boccole angolarmente orientabili impegnate, rispettivamente, coi bracci 16 e 17 e consentono il movimento angolare di questi ultimi quando il punto mobile 12 trasla lungo la direzione B.
Inoltre, le molle 22, 23 sono preferibilmente portate dai rispettivi bracci 16, 17 e, per comprimersi, poggiano rispettivamente contro le boccole orientabili 18, 19.
Vantaggiosamente, da parte opposta del punto mobile 12 rispetto alla relativa boccola orientabile 18, 19, ciascun braccio presenta un contrappeso 24, 25 in modo che ciascun braccio 16, 17, con la relativa molla 22, 23, rimanga in equilibro verticale rispetto alla relativa boccola 18, 19 quando il punto mobile 12 si trova lungo la direzione A.
Inoltre, i contrappesi 24, 25 presentano una dimensione tale da evitare che i bracci 16, 17 possano sfilarsi dalle boccole orientabili 18, 19.
Nella forma di realizzazione di figura 4, la linea che congiunge i centri di rotazione delle boccole 18, 19 definisce la direzione A.
In entrambe le forme di realizzazione, le guide 18, 19 sono portate da un telaio o involucro rigido 30 appeso o alla mensola del palo / portale 1 o alla fune portante 2 fra due pali / portali adiacenti.
Il telaio rigido 30 è preferibilmente aperto consentendo 1'ispezionabilità visiva dei componenti del dispositivo elastico a rigidezza negativa 10.
Il collegamento fra il telaio rigido e la mensola o la fune portante 2 deve consentire la trasmissione di trazione / compressione in direzione verticale.
Vantaggiosamente, il punto mobile 12, il morsetto 8 e una connessione 31 del pendino 5 contrapposta al morsetto 8 lungo la direzione B sono allineati. La connessione 31 viene fissata alla mensola e/o alla fune portante 2.
In uso, il pendino 5 secondo la presente invenzione viene montato in modo che, in condizioni statiche, il punto mobile 12 sia sostanzialmente allineato lungo la direzione A in una condizione in cui la compressione del gruppo elastico 11 è massima con riferimento alle altre condizioni d'uso.
Al passaggio del pantografo di un convoglio, l'elemento elastico 13 trasmette al punto mobile 12 una perturbazione lungo la direzione B sufficientemente grande da perturbare la posizione del punto mobile 12 provocando un conseguente rilascio di energia elastica del gruppo elastico pre-compresso 11. Preferibilmente, tale perturbazione è tale da consentire il rilascio dell'energia elastica e, allo stesso tempo, il movimento verso la fune portante 2 del punto mobile 12. Così facendo, l'energia introdotta nel dispositivo a rigidezza negativa 10 dall'arrivo del pantografo viene almeno parzialmente compensata dall'energia potenziale elastica rilasciata dal rilascio del pre-carico del gruppo elastico pre-compresso 11. Inoltre, l'energia elastica immagazzinata nel gruppo elastico pre-compresso 11 e nell'elemento elastico 13 quando il morsetto 8 riporta il punto mobile 12 nella posizione neutra viene sottratta a ulteriore fenomeni ondulatori del filo di contatto 4 . In questo modo migliorano le condizioni di contatto con il pantografo anche quando si tratta di un treno ad alta velocità .
In particolare, dopo il passaggio del pantografo, il filo di contatto 4, a seguito del tensionamento ottenuto tramite i contrappesi lungo la linea aerea di alimentazione, riporta il punto mobile 12 nella posizione neutra tramite l'azione dell'elemento elastico 13.
La figura 5 illustra i risultati di una simulazione comparativa tramite un modello agli elementi finiti di fune portante 2, pendini 5, fili di contatto 4 e a parametri concentrati del pantografo. La velocità simulata del pantografo è 350km/h.
La rigidezza di ciascuna molla 22, 23 è di 15 N/mm e la rigidezza dell'elemento elastico 13 è 12 N/mm, con riferimento allo schema di figura 3.
In particolare, la figura 5 mostra che in nessun caso la forza di contatto fra il pantografo e il filo di contatto 4 è nulla quando viene impiegato il pendino 5 secondo la presente invenzione (linea a tratto pieno). Ciò garantisce l'assenza di distacco rispetto a quando il pendino 5 secondo la presente invenzione non viene impiegato (linea tratteggiata).
I materiali preferiti per realizzare il morsetto 8 sono rame e relative leghe o acciaio e relative leghe, in particolare acciaio inossidabile e relative leghe.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Pendino (5) per linea aerea ferroviaria atto ad essere fissato fra una fune portante oppure una mensola e un filo di contatto di alimentazione (4), comprendente: un morsetto (8) per stringere una porzione a sottosquadro del filo di contatto, e un dispositivo elastico a rigidezza negativa (10) collegato al morsetto, il dispositivo elastico comprendendo: a. un gruppo elastico pre-compresso (11) lungo una prima direzione (A) e avente un punto mobile (12) per traslare in una seconda direzione (B) trasversale alla prima direzione (A) per diminuire la pre-compressione a seguito di un carico di perturbazione; b. Un elemento elastico (13) collegato al gruppo elastico pre-compresso (11) per applicare nella seconda direzione (B) un'azione al punto mobile (12) quando il morsetto (8) viene spostato al passaggio di un pantografo sul filo di contatto; c. Un distanziale (14) per collegare alla trazione / compressione il morsetto (8) all'elemento elastico (13); d. Un'azione di attrito calibrato essendo generata in occasione del movimento del punto mobile (12); il dispositivo elastico a rigidezza negativa (10) essendo configurato in modo che il punto mobile (12) abbia una posizione neutra quando il pendino (5) è fissato alla linea aerea e il filo di contatto è fermo, e in modo che il morsetto (8), agendo sull'elemento elastico (13) tramite il distanziale (14), riporti il punto mobile (12) nella posizione neutra per via della tensione longitudinale del filo di contatto dopo il passaggio del pantografo, il punto mobile (12) muovendosi lungo la seconda direzione (B) per rilasciare energia elastica del gruppo elastico (11) al passaggio del pantografo.
- 2. Pendino secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'azione d'attrito calibrato è definita tramite attrito a secco e/o attrito isteretico interno di un materiale elastico deformabile del gruppo elastico (11) e/o dell'elemento elastico (13).
- 3. Pendino secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il dispositivo elastico a rigidezza negativa (10) comprende un meccanismo articolato (15) avente un primo e un secondo puntone (16, 17) incernierati nel punto mobile (12) e scorrevoli lungo rispettive guide (18, 19) quando il punto mobile (12) trasla lungo la seconda direzione (B).
- 4. Pendino secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'attrito a secco è radente per movimento di traslazione dei puntoni (16, 17) rispetto alle guide (18, 19).
- 5. Pendino secondo una delle rivendicazioni 3 o 4, caratterizzato dal fatto che il meccanismo articolato (15) comprende cursori (20, 21) disimpegnantisi progressivamente dalle rispettive guide (18, 19) per definire un'azione d'attrito decrescente al decrescere della precompressione del gruppo elastico (11) quando il punto mobile (12) trasla.
- 6. Pendino secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che le guide (18, 19) sono fisse rispetto al meccanismo articolato (15) e dal fatto che il gruppo elastico pre-compresso (11) comprende molle contrapposte (22, 23) supportate dalle guide (18, 19) e compresse tramite i cursori (20, 21).
- 7. Pendino secondo una delle rivendicazioni 3 o 4, caratterizzato dal fatto che le guide (18, 19) sono boccole orientabili impegnatisi in un rispettivo puntone (16, 17).
- 8. Pendino secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il gruppo elastico pre-compresso (11) comprende molle contrapposte (22, 23) supportate dai puntoni (16, 17) e compresse tramite le boccole orientabili e dal fatto che, da parte opposta delle molle (22, 23) rispetto alle guide (18, 19), ciascun puntone (16, 17) comprende un contrappeso (24, 25).
- 9. Pendino secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un telaio o involucro (30) supportante il dispositivo elastico a rigidezza negativa (10) e aperto per ispezionare visivamente il dispositivo elastico a rigidezza negativa (10) e l'elemento elastico (13).
- 10. Pendino secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una porzione di connessione (31) per collegare il pendino alla mensola o alla fune portante (2) e dal fatto che la porzione di connessione (31), il punto mobile (12) e il morsetto (8) sono allineati.
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