IT201900010578A1 - Dispositivo di smorzamento per pantografi ferroviari, e veicolo ferroviario utilizzante tale dispositivo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo di smorzamento per pantografi ferroviari, e veicolo ferroviario utilizzante tale dispositivo"

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo di smorzamento per pantografi ferroviari, in particolare a smorzamento semi-attivo o attivo, e ad un veicolo ferroviario equipaggiato con tale dispositivo di smorzamento.

Nell’esercizio delle reti ferroviarie è ben noto l’utilizzo di sistemi di trazione elettrica che si basano sull’interazione dinamica tra una linea elettrica aerea, la cosiddetta catenaria, e uno o più pantografi, montati sulle motrici o sulle carrozze dei treni in transito, che captano l’enegia elettrica dalla catenaria per alimentare i treni stessi.

In tali sistemi, l’interazione ottimale tra pantografi e catenaria riveste un ruolo fondamentale per ottenere delle prestazioni efficaci.

In caso contrario infatti, ad esempio a causa di eccessivi effetti di interazione dinamica tra questi componenti, la qualità della captazione da parte del pantografo viene influenzata negativamente, imponendo una diminuzione della velocità massima che un treno potrebbe altrimenti raggiungere, o causando un degrado prematuro e/o non uniforme dei contatti di strisciamento utilizzati sulla testa dei pantografi nonché delle associate funi di contatto delle catenarie stessa, o altri inconvenienti ancora.

Tali aspetti sono stati resi ancor più problematici dallo sviluppo di reti nazionali ad alta velocità e dalla tendenza, ad esempio in Europa, ad interconnettere le varie reti ferroviarie nazionali.

In tali circostanze infatti, un sistema catenariapantografo deve soddisfare determinati standard di interoperabilità e di qualità della captazione, come ad esempio stabilito dalla norma EN50367, trovandosi ad operare su infrastrutture ferroviarie diverse tra loro, per quanto riguarda le modalità di trasmissione della potenza elettrica, e.g. in corrente continua o alternata, per le diverse tensioni e frequenze di alimentazione, et cetera.

Un’altra problematica rilevante per questi sistemi di trazione ferroviaria è rappresentata dalla captazione multipla, cioé quando due o più pantografi sono in esercizio simultaneamente. Tale condizione operativa avviene quando vengono accoppiati due o più treni per formare un unico convoglio, ad esempio per garantire maggiore flessibilità di esercizio e incrementare nelle ore di punta la capacità di passeggeri trasportati.

In tali configurazioni, per effetto della perturbazione della fune di contatto indotta dal passaggio del primo pantografo, i parametri che ottimizzano l’interazione dinamica del pantografo posteriore con la fune di contatto sono molto diversi da quelli ottimali del pantografo anteriore, cosicché in molti casi la massima velocità di esercizio del convoglio è limitata dall’eccessivo peggioramento della qualità di captazione del pantografo posteriore, anche laddove la geometria della linea e l’armamento nel suo complesso permetterebbero maggiori velocità di marcia.

Allo stato attuale della tecnica, la soluzione comunemente adottata per affrontare tali problematiche, ed in particolare per ottenere un’adeguata interazione tra pantografo e catenaria e migliorare la captazione di corrente, prevede l’utilizzo di smorzatori passivi accoppiati alla struttura del pantografo in modo da ammortizzare i movimenti del pantografo rispetto alla catenaria.

Ad esempio, una soluzione classica prevede l’utilizzo di molle che vengono accoppiate alla testa del pantografo per assorbirne le escursioni di movimento.

In aggiunta, o in alternativa, degli smorzatori passivi sono montati ad esempio in corrispondenza della base di fissaggio del pantografo sul tetto di un treno.

Tali soluzioni, pur garantendo un certo miglioramento, non sono del tutto soddisfacenti ed efficaci in quanto forniscono un valore di smorzamento pressoché costante e calibrato, in sede di progetto, per una predefinita condizione operativa o al massimo per un range ristretto di condizioni operative; pertanto, tale valore prescelto non è sempre ottimale e puo’ risultare addirittura inadeguato in funzione delle molteplici e differenti condizioni operative in cui il sistema pantografo-catenaria si trova ad operare.

Da quanto sopra evidenziato risulta evidente come ancor oggi vi sia la necessità di trovare delle nuove soluzioni che permettano un ulteriore e significativo miglioramento rispetto allo stato attuale dell’arte.

Pertanto, scopo principale della presente invenzione è quello di fornire una soluzione che permetta di mitigare, almeno parzialmente, uno o più degli inconvenienti sopra citati, ed in particolare di migliorare complessivamente la qualità della captazione di energia elettrica del pantografo nelle molteplici e tra loro diverse condizioni di esercizio.

Questo scopo, nonché altri che risulteranno maggiormente dalla descrizione seguente, viene raggiunto da un dispositivo di smorzamento secondo la rivendicazione 1.

Modi di realizzazione particolari del dispositivo secondo l’invenzione formano oggetto delle rivendicazioni dipendenti annesse, il cui contenuto è da intendersi come parte integrante della presente descrizione.

Questo scopo viene anche raggiunto da un veicolo ferroviario comprendente almeno un primo pantografo e caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo di smorzamento secondo una o più delle rivendicazioni annesse, e come in particolare descritto di seguito.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione appariranno maggiormente dalla seguente descrizione dettagliata di possibili forme realizzative, illustrate a puro titolo di esempi non limitativi, e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la Figura 1 è uno schema a blocchi illustrante schematicamente un dispositivo di smorzamento secondo la presente invenzione;

la Figura 2 è una vista schematica illustrante un esempio di veicolo ferroviario accoppiato a due pantografi ed equipaggiato con un dispositivo di smorzamento secondo la presente invenzione;

la Figura 3 è una vista prospettica illustrante più in dettaglio un esempio di pantografo accoppiato ad uno smorzatore semiattivo utilizzato nel dispositivo di smorzamento secondo la presente invenzione.

Si noti che nella descrizione dettagliata che segue, componenti identici o simili, dal punto di vista strutturale e/o funzionale, saranno indicati dagli stessi numeri di riferimento, indipendentemente dal fatto che siano mostrati in differenti forme di realizzazione o in componenti diversi della presente descrizione; si noti inoltre che per descrivere in modo chiaro e conciso la presente invenzione, i disegni non sono necessariamente in scala e certe caratteristiche della descrizione possono essere mostrate in una forma alquanto schematica.

Inoltre, quando il termine "adattato" o "configurato" o "sagomato", o simile, viene usato nel presente contesto facendo riferimento ad un qualsiasi componente nel suo complesso, o a qualsiasi parte di un componente, esso deve essere inteso come comprendente corrispondentemente la struttura, e/o la configurazione, e/o la forma e/o il posizionamento del componente o parte a cui si riferisce.

In particolare, quando tali termini si riferiscono a mezzi elettronici hardware o software, sono da intendersi come includenti circuiti o parti di circuiti elettronici, nonchè software/firmware, quali ad esempio algoritmi, routines e programmi in genere, in esecuzione e/o residenti in un qualsivolgia supporto di memorizzazione.

In figura 1 é illustrato schematicamente un esempio di dispositivo di smorzamento secondo la presente invenzione, indicato complessivamente dal numero di riferimento 100, e destinato ad essere applicato a pantografi per veicoli ferroviari.

Con la definizione di veicolo ferroviaro è qui da intendersi un veicolo formato da un qualsivoglia numero di vagoni e locomotrici, sia esso ad esempio un singolo treno, o un convoglio formato da due o più treni collegati in sequenza.

Il dispositivo 100 comprende almeno uno smorzatore 1 atto ad essere accoppiato ad un pantografo, un cui esempio realizzativo è indicato nelle figure 2 e 3 dal numero di riferimento 200; il pantografo 200 è a sua volta destinato ad essere montato su un veicolo ferroviario 300, come illustrato in figura 3 dove è illustrato parzialmente un convoglio formato da due treni accoppiati.

In particolare, secondo forme ampiamente note e per questo ivi non descritte in dettaglio, il pantografo 200 comprende un quadrilatero superiore 201 ed un quadrilatero inferiore 202 collegati tra loro tramite una o più cerniere 203.

Sul quadrilatero superiore 202 è montata la testa del pantografo 200 provvista di uno o più elementi striscianti di contatto 204 con la catenaria, la cui fune di contatto è schematicamente illustrata in figura 2 dal numero di riferimento 301.

Il quadrilatero inferiore 202 e’ connesso alla base di fissaggio 205 del pantografo sul tetto del veicolo associato 300.

Vantaggiosamente, nel dispositivo 100 secondo l’invenzione lo smorzatore 1 è configurato in modo da applicare uno smorzamento variabile al pantografo 200, ed il dispositivo 100 comprende inoltre almeno una unità elettronica di comando e controllo 10, o controllore, configurata in modo da pilotare l’almeno uno smorzatore 1 e regolare il valore di smorzamento da esso applicato al pantografo 200, ad esempio all’asta 206, in funzione di uno o più segnali ricevuti in ingresso I<IN >dall’unità elettronica di comando e controllo stessa 10, ed indicativi di parametri operativi attuali del veicolo ferroviario 300 e/o del pantografo 200.

L’unità elettronica di comando e controllo 10 puo’ essere costituita da, o compresa in, una centralina di controllo già utilizzata per controllare il funzionamento del veicolo o parte di esso, ad esempio una centralina che controlla il sollevamento o l’abbassamento dei pantografi, opportunamente dotata della circuiteria elettronica e/o dei moduli software necessari per espletare le funzionalità innovative previste nell’ambito della presente invenzione.

Alternativamente, è possibile utilizzare un’unità elettronica 10 separata e configurata ad hoc per espletare tali funzionalità.

In entrambi i casi, l'unità elettronica di comando e controllo 10 puo’ comprendere ad esempio uno o più processori o dispositivi controllori basati su processore, e puo’ essere di qualsiasi tipo adatto o adattabile allo scopo concepito nell’ambito della presente invenzione.

Secondo una possibile forma realizzativa, detti uno o più segnali ricevuti in ingresso I<IN>, indicativi di parametri operativi attuali del veicolo ferroviario 300 e/o del pantografo 200 su di esso montato, comprendono almeno un segnale indicativo di un parametro operativo selezionato nel gruppo comprendente, preferibilmente ma non limitatamente: la velocità attuale del veicolo ferroviario 300; il tipo di linea ferroviaria e\o di catenaria lungo cui il veicolo ferroviario 300 sta viaggiando; il senso di marcia del veicolo ferroviario 300 lungo una linea ferroviaria; la localizzazione attuale del veicolo ferroviario 300 lungo una linea ferroviaria 300; la configurazione a singola o multipla captazione del veicolo ferroviario 300, vale a dire se si è in presenza di più di un pantografo associato al veicolo 300; un comando di sollevamento/abbassamento del pantografo 200.

Tali uno o più segnali in ingresso IIN possono essere forniti tramite uno o più sensori operativamente e direttamente connessi all’unità elettronica 10, e/o possono essere trasmessi mediante un bus di communicazione dati presente a bordo del veicolo (MVB o ethernet), schematicamente rappresentati in figura 2 dal numero di riferimento cumulativo 310; sulla base di tali segnali ricevuti in ingresso, l’unità elettronica 10 elabora i segnali di comando ICOM per il pilotaggio dello smorzatore 1 e la conseguente variazione del coefficiente o valore di smorzamento da applicare al pantografo 200.

Secondo una possibile forma di realizzazione, e come illustrato schematicamente in figura 1, l’unità elettronica di comando e controllo 10 comprende una memoria 11 in cui sono preregistrati una pluralità di valori di smorzamento di riferimento predefiniti e precalcolati in funzione di corrispondenti valori di uno o più dei parametri operativi attuali del veicolo ferroviario 300 e/o del pantografo 200 su di esso montato.

Esempi di tali valori sono riportati nelle tabelle 1-2 seguenti, in cui si riportano a titolo esemplificativo alcuni valori di smorzamento da caricare nella memoria 11 in funzione di alcuni parametri operativi tra quelli prima indicati, quali ad esempio tipo di catenaria, singola o doppia captazione, velocità, senso di marcia. Quest’ultimo parametro permette di definire il pantografo anteriore e posteriore nel caso di captazione con due pantografi in presa. I valori numerici riportati si riferiscono ad un’applicazione per bassa velocità (Tabella 1) e alta velocità (Tabella 2), ed hanno meramente valore esemplificativo.

Tabella 1: -Singola captazione.

Tabella 2- doppia captazione.

Secondo una possibile forma di realizzazione, lo smorzatore 1 è uno smorzatore semiattivo o adattativo.

Alternativamente, lo smorzatore 1 è uno smorzatore attivo; in tal caso quindi lo smorzatore 1 è dimensionato in modo da generare un’azione positiva ed è in grado quindi di fungere anche da attuatore, per permettere ad esempio il normale sollevamento/abassamento del pantografo 200 sotto il controllo dell’unità elettronica 10 o di altra unità logica di controllo.

Tali operazioni possono effettuarsi ad esempio sulla base della retroazione di un segnale dinamico del pantografo 200 fornito all’unità elettronica 10, e.g. la sua velocità, accelerazione, forza di contatto, et cetera, e variando i parametri di controllo in funzione dei parametri operativi sopra elencati.

Secondo una possibile forma di realizzazione, lo smorzatore 1 comprende una valvola 2 di controllo comandata dall’unità elettronica di comando e controllo 10.

Preferibilmente, la valvola di controllo 2 è una valvola a comando pneumatico.

Secondo tale forma di realizzazione, lo smorzatore 1 è preferibilmente uno smorzatore pneumatico o uno smorzatore idraulico.

Come illustrato schematicamente in figura 1, lo smorzatore 1 è ad esempio uno smorzatore lineare, a semplice o doppio effetto, e comprende una camera di compressione 3, una camera di rimbalzo 4, ed un bypass 5 che è disposto tra la camera di compressione 3 e la camera di rimbalzo 4 e lungo cui è disposta la valvola di controllo 2 regolabile. In pratica, l’unità elettronica 10, in funzione dei segnali ricevuti in ingresso I<IN>, emette segnali di comando ICOM e pilota la valvola 2 in modo da variare l’apertura di una strozzatura del bypass 5 agendo cosi’ direttamente sulla caratteristica smorzante del dispositivo. In tal modo è possibile ottenere un valore di smorzamento ottimale in relazione alle specifiche ed attuali condizioni operative.

Alternativamente, e secondo forme realizzative di per sé note o facilmente alla portata di un tecnico del ramo, lo smorzatore 1 è uno smorzatore ad esempio lineare a semplice o doppio effetto di tipo elettromagnetico, e.g. basato sull’uso di elettromagneti, e/o che sfrutta funzionalmente correnti parassite, e/o un fluido magnetoreologico, et cetera.

In tal caso, per esempio l’unità elettronica 10 emette dei segnali atti a generare dei campi magnetici controllati agendo su un elemento di controllo, che puo’ essere rappresentato da un solenoide o bobina di eccitazione.

In figura 3 è illustrato parzialmente un esempio di un veicolo ferroviario 300 rappresentato nella fattispecie da un convoglio formato da due treni. Tale veicolo 300 comprende almeno un primo pantografo 200 montato sul tetto della locomotrice di testa 302 ed un dispositivo di smorzamento 100 secondo quanto precedentemente descritto ed in particolare rivendicate nelle annesse rivendicazioni, che è operativamente associato almeno al primo pantografo 200 stesso.

Nel caso in cui il veicolo ferroviario 300 sia nella sua configurazione complessiva un veicolo a captazione multipla, come illustrato nella forma realizzativa di figura 2, comprendente cioé almeno un secondo pantografo 200 montato ad esempio sulla locomotrice 302 del secondo treno agganciato in coda al treno di testa, il dispositivo di smorzamento 100 comprende un secondo smorzatore 1 atto ad essere accoppiato con ed applicare anche al secondo pantografo 200 uno smorzamento variabile. In tal caso, secondo una possibile forma di realizzazione, il dispositivo di smorzamento 100 comprende una ulteriore unità elettronica di comando e controllo 10, o controllore, configurata in modo da pilotare il secondo smorzatore 1 e regolare il coefficiente o valore di smorzamento da esso applicato al secondo pantografo 200 in funzione di uno o più segnali ricevuti in ingresso indicativi di parametri operativi attuali del veicolo ferroviario 300 e/o del secondo pantografo 200.

Questa ulteriore unità di comando e controllo 10, come anche il secondo smorzatore 1 e le relative modalità di funzionamento, sono del tutto analoghi a quanto precedentemente descritto in relazione alla prima unità elettronica di comando e controllo 10 e al primo smorzatore, e pertanto quanto precedentemente decritto è qui applicabile mutatis mutandis e non viene ripetuto per semplicità descrittiva.

In tale configurazione le due unità elettroniche possono lavorare in maniera del tutto indipendente l’una dall’altra, possono essere tra loro coordinate, ad esempio mediante una configurazione master-slave, oppure possono essere coordinate tramite un’altra unità di supervisione di entrambe le unità 10, e.g. una logica di controllo del veicolo 300 o di parte di esso.

Alternativamente, il dispositivo 100 puo’ comprendere un’unica unità elettronica di comando e controllo 10 configurata in modo da pilotare entrambi gli smorzatori 1 e regolare il valore di smorzamento da essi applicato al primo pantografo 200 e rispettivamente al secondo pantografo 200 in funzione di uno o più segnali ricevuti in ingresso indicativi di parametri operativi attuali del veicolo ferroviario 300 e/o del primo e secondo pantografi 200.

Nel caso di multicaptazione con più di due pantografi 200, quanto precedentemente detto è applicabile in maniera del tutto analoga, usando ad esempio una sola unità elettronica 10, o due o più unità 10 tra loro opportunamente coordinate e/o supervisionate.

Si è in pratica constatato come il dispositivo 100 ed il corrispondente veicolo ferroviario 300 secondo la presente invenzione assolvono lo scopo prefissato in quanto permettono di mitigare significativamente gli inconvenienti delle soluzioni note, ed in particolare di migliorare la qualità di captazione, non solo in una prefissata condizione operativa ma anche al variare di tali condizioni ed in tempo pressoché reale.

In particolare, il dispositivo 100 puo’ essere vantaggiosamente utilizzato su veicoli a multicaptazione,vale a dire con due o più pantografi, e permette di differenziare il valore di smorzamento tra il pantografo anteriore e quelli posteriori, consentendo cosi’ di estendere il range di velocità di esercizio di convogli in multipla captazione, con evidente beneficio per gli operatori ferroviari.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione definito dalle rivendicazioni allegate. Ad esempio, ogni smorzatore 1 potrebbe essere posizionato diversamente da quanto illustrato, oppure potrebbe essere di tipo diverso rispetto a quelli precedentemente menzionati, o potrebbe essere formato da più unità di smorzamento o smorzatori tra loro opportunamente accoppiati; ogni pantografo 200 potrebbe essere diversamente configurato e/o posizionato su una motrice del veicolo o su un qualsiasi vagone; ogni unità elettronica 10 potrebbe essere costituita da un componente unico, oppure da più parti o moduli separati ed eventualmente remoti tra loro.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di smorzamento (100) di pantografi per veicoli ferroviari, caratterizzato dal fatto di comprendere: - almeno uno smorzatore (1) atto ad essere accoppiato ad un pantografo (200) montato su un veicolo ferroviario (300), detto almeno uno smorzatore (1) essendo configurato in modo da applicare uno smorzamento variabile al pantografo (200); - almeno una unità elettronica di comando e controllo (10) configurata in modo da pilotare detto almeno uno smorzatore (1) e regolare il valore di smorzamento da esso applicato al pantografo (200) in funzione di uno o più segnali ricevuti in ingresso indicativi di parametri operativi attuali del veicolo ferroviario (300) e/o del pantografo (200) su di esso montato.
2. 2. Dispositivo di smorzamento (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detta unità elettronica di comando e controllo (10) comprende una memoria (11) in cui sono registrati una pluralità di valori di smorzamento di riferimento predefiniti in funzione di corrispondenti valori di uno o più di detti parametri operativi attuali del veicolo ferroviario (300) e/o del pantografo (200) su di esso montato.
3. 3. Dispositivo di smorzamento (100) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti uno o più segnali ricevuti in ingresso indicativi di parametri operativi attuali del veicolo ferroviario (300) e/o del pantografo (200) su di esso montato, comprendono almeno un segnale indicativo di un parametro operativo selezionato nel gruppo comprendente la velocità attuale del veicolo ferroviario (300), il tipo di linea lungo cui il veicolo ferroviario (300) sta viaggiando e/o della catenaria ad essa associata, il senso di marcia del veicolo ferroviario (300) lungo una linea ferroviaria, la localizzazione attuale del veicolo ferroviario (300) lungo una linea ferroviaria (300), la configurazione a singola o multipla captazione del veicolo ferroviario (300), un comando di sollevamento/abbassamento del pantografo (200).
4. 4. Dispositivo di smorzamento (100) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto smorzatore (1) è uno smorzatore semiattivo o attivo.
5. 5. Dispositivo di smorzamento (100) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto smorzatore (1) comprende una valvola (2) di controllo comandata da detta unità elettronica di comando e controllo (10).
6. 6. Dispositivo di smorzamento (100) secondo la rivendicazione 5 in cui detta valvola di controllo (2) è una valvola a comando pneumatico.
7. 7. Dispositivo di smorzamento (100) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, carratterizzato dal fatto che detto smorzatore (1) è uno smorzatore pneumatico.
8. 8. Dispositivo di smorzamento (100) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che detto smorzatore (1) è uno smorzatore idraulico.
9. 9. Dispositivo di smorzamento (100) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto smorzatore (1) è uno smorzatore lineare e comprende una camera di compressione (3), una camera di rimbalzo (4), ed un bypass (5) che è disposto tra detta camera di compressione (3) e detta camera di rimbalzo (4) e lungo cui è posizionata detta valvola di controllo (2).
10. 10. Dispositivo di smorzamento (100) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detto smorzatore (1) è uno smorzatore elettromagnetico.
11. 11. Veicolo ferroviario (300) comprendente almeno un primo pantografo (200), caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo di smorzamento (100) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti accoppiato a detto almeno un primo pantografo (200).
12. 12. Veicolo ferroviario (300) secondo la rivendicazione 11, comprendente inoltre almeno un secondo pantografo (200) ed in cui detto dispositivo di smorzamento (100) comprende almeno un secondo smorzatore (1) atto ad essere accoppiato con ed applicare al secondo pantografo (200) uno smorzamento variabile.
13. 13. Veicolo ferroviario (300) secondo la rivendicazione 12, in cui detto dispositivo di smorzamento (100) comprende un’unica unità elettronica di comando e controllo (10) configurata in modo da pilotare detti primo e secondo smorzatori (1) e regolare il valore di smorzamento da essi applicato al primo pantografo (200) e rispettivamente al secondo pantografo (200) in funzione di uno o più segnali ricevuti in ingresso indicativi di parametri operativi attuali del veicolo ferroviario (300) e/o del primo e secondo pantografi (200).
14. 14. Veicolo ferroviario (300) secondo la rivendicazione 12, in cui detto dispositivo di smorzamento (100) comprende una ulteriore unità elettronica di comando e controllo (10) configurata in modo da pilotare detto secondo smorzatore (1) e regolare il valore di smorzamento da esso applicato al secondo pantografo (200) in funzione di uno o più segnali ricevuti in ingresso indicativi di parametri operativi attuali del veicolo ferroviario (300) e/o del secondo pantografo