ITFI20120182A1 - "assieme di attacco per operare controllo e movimentazione degli aghi di un deviatoio" - Google Patents

Description

ASSIEME DI ATTACCO PER OPERARE CONTROLLO E MOVIMENTAZIONE

DEGLI AGHI DI UN DEVIATOIO

Ambito dell’invenzione

Il campo tecnico della presente invenzione à ̈ relativo ai dispositivi ferroviari che gestiscono la movimentazione dei binari di un deviatoio.

In particolare l’invenzione si riferisce ad un innovativo assieme di attacco che gestisce il controllo e la movimentazione degli aghi. Tale assieme, in accordo all’invenzione, risulta particolarmente duraturo e poco soggetto a fenomeni di usura quali il fretting.

Brevi cenni alla tecnica nota

Sono oramai installate da tempo, lungo i binari di percorrenza di un treno, delle zone di scambio che consentono al treno di variare il suo percorso dirottandolo su un ramo deviato. A tal scopo sono previsti i così detti deviatoi come ad esempio mostrato nella figura 1A di Prior Art.

Il deviatoio mostra dunque un tracciato corretto ed un ramo deviato. La deviatura à ̈ consentita grazie ad una struttura dei binari che, sempre come mostrato in figura 1A, comprende un ago sinistro, posto in prossimità della sua controrotaia o contro-ago, ed un ago destro posto in prossimità della sua controrotaia o contro-ago che forma il tracciato corretto. Il termine “Ago†à ̈ un gergo tecnico che indica un binario di predeterminata lunghezza e la cui estremità à ̈ progressivamente sempre più rastremata per consentire alla ruota del treno di impegnarsi su di essa. Gli aghi (ago destro e ago sinistro di figura 1A) sono mobili attraverso un apposito apparato di manovra e controllo che termina con due tiranti accoppiati ogni uno ad un ago. La traslazione dei tiranti, ad opera di apposito apparato, causa un moto traslatorio dell’ago destro e sinistro per cui movimentando il deviatoio da destra verso sinistra o viceversa.

Generalmente, in punta all’ago, viene posto un apparato come detto che ha funzione sia da manovra che da controllo. Tuttavia la lunghezza degli aghi di un deviatoio può essere elevata.

In tal senso, al fine di controllare e movimentare correttamente gli aghi del deviatoio per tutta la sua lunghezza, à ̈ necessario predisporre, a predeterminati intervalli di lunghezza, degli apparati di manovra e controllo intermedi che coadiuvano l’apparato di testa consentendo la corretta movimentazione degli aghi, aumentando di fatto affidabilità disponibilità e sicurezza dell’intero sistema deviatoio.

Tale apparato à ̈ strutturalmente similare a quello di testa ed à ̈ anche esso fondamentalmente costituito da una coppia di tiranti che si collegano all’ago destro e sinistro attraverso l’assieme di attacco terminate con una zampa metallica.

La figura 2A mostra un assieme di attacco di arte nota che serve a collegare di fatto i tiranti all’ago. La figura mostra un solo assieme di attacco in quanto il secondo, cioà ̈ quello che si attacca all’altro ago contrapposto, à ̈ assolutamente speculare. La figura in questione mostra dunque un componente (Z) dell’assieme di attacco, in gergo tecnico denominato zampa, il quale tramite bullonatura si collega rigidamente al suo ago attraverso una faccia piana di connessione. La zampa à ̈ poi movimentata attraverso un gancio di attacco (G) a sua volta connesso al tirante (non mostrato in figura per semplicità descrittiva). La zampa (Z) à ̈ forata assialmente per consentire il passaggio di un perno (P) che funge da elemento di connessione tra il gancio (G) e la zampa (Z). In questa maniera si crea una catena cinematica di trasmissione del moto tale per cui, durante la traslazione dei tiranti, il gancio (G) ha possibilità di ruotare relativamente al perno (P) e trasmettere la traslazione alla zampa (Z). In questa maniera l’ago viene movimentato per avvicinarsi o allontanarsi dal suo contro-ago.

Tale soluzione dell’assieme attacco di arte nota soffre però di vari inconvenienti tecnici, subito di seguito elencati.

Innanzitutto il primo problema che si evidenzia à ̈ quello per cui l’assieme tradizionale descritto à ̈ particolarmente soggetto a rottura improvvisa dovuta essenzialmente al fenomeno del fretting o usura superficiale. Il movimento relativo tra due componenti, anche se con ordini minimi di scorrimento assimilabili a micro vibrazioni, porta alla rimozione progressiva di materiale e dunque alla riduzione progressiva della sezione resistente dei componenti. I punti di contatto tra i diversi componenti sottoposti ai carichi di esercizio possono arrivare a plasticizzarsi e a saldarsi tra loro, portando al successivo distacco di parti del materiale più debole sotto movimentazione relativa imposta dal dispositivo di manovra stesso. La progressiva riduzione di sezione resistente porta inevitabilmente alla rottura del componente eroso. Il sistema descritto in figura 1A à ̈ particolarmente soggetto al fretting in quanto non solo non à ̈ ottimizzato attraverso l’opportuna scelta di materiale idoneo, ma strutturalmente non consente il così detto “lavaggio†dei componenti in contatto. Per lavaggio si intende la rimozione dei residui di materiale dovuto allo sfregamento e generalmente detti trucioli. La soluzione di figura 2A ha una forma strutturale tale per cui i residui (come anche l’eventuale sporco presente nell’ambiente operativo insufflato tra i componenti al passaggio dei convogli) rimangono intrappolati tra i componenti e non à ̈ favorita la loro espulsione, per cui viene accelerato il processo di usura ed amplificato l’effetto negativo del fretting stesso durante lo sfregamento reciproco tra componenti mutuamente in contatto. Ad esempio l’accoppiamento gancio (G)- perno (P) non consente una espulsione per gravità delle impurità che si formano nell’area di contatto tra le parti, il tutto causando fretting.

Un altro inconveniente tecnico riguarda il fatto che la soluzione descritta di arte nota non riesce in maniera efficiente a compensare eccessive variazioni dimensionali dovute ad effetti termici ed a tolleranze costruttive. Ad esempio, sempre con riferimento alla figura 2A, nel caso di dilatazioni termiche che portano a distorsioni poco regolari, ad esempio inflessione degli aghi, la connessione tra gancio e perno inizia a soffrire di forti tensioni. In particolare il gancio (G), nel caso di inflessione dell’ago, si oppone a detta inflessione agendo contro il perno. Tutto ciò non solo aggrava il fenomeno del fretting per aumento locale delle pressioni ma innesca tensioni aggiuntive che possono portare alla rottura per fatica.

La problematica dei limitati gradi di libertà delle soluzioni attuali à ̈ evidente anche nel caso in cui al sollevamento della rotaia, a seguito di una sostituzione di normali cuscinetti di supporto con cuscinetti a rulli (aumento della quota di posizionamento di 4mm), si sommino gli errori di forature e allineamento dei componenti durante tutta la fase di montaggio e foratura del deviatoio. Se tali disassamenti non sono compensabili dai gradi di libertà consentiti dal sistema di attacco, allora si innestano stati tensionali che possono accelerare di molto il sopraggiungimento di condizioni critiche, come la rottura dei componenti meccanici.

In definitiva i gradi di libertà dell’assieme attacco di Prior Art descritto à ̈ del tutto inadeguato a ricoprire le innumerevoli varianti legate all’ambiente di lavoro, il tutto non solo amplificando il fenomeno del fretting ma anche causando tensioni aggiuntive che contribuiscono alla rottura degli organi di attacco stessi.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire un assieme di attacco 1 che risolva almeno in parte i suddetti inconvenienti tecnici.

In particolare à ̈ scopo della presente invenzione fornire un assieme di attacco per l’apparato di manovra e controllo 1 strutturato in modo tale da ridurre il fenomeno del fretting, consentire il lavaggio, compensare errori e tolleranze di montaggio e variazioni termiche, in modo tale da ridurre quanto più possibile, e preferibilmente annullare del tutto, tutti gli eventuali stati tensionali indotti.

Questi e altri scopi sono dunque ottenuti con il presente assieme di attacco 1 in accordo alla rivendicazione 1.

Un assieme (2, 3) per un apparato (1) di manovra e controllo degli aghi (A, B) di un deviatoio e comprendente:

− Un elemento di attacco (3) all’ago comprendente una superficie (3’) di connessione all’ago e, dalla parte opposta, una sede (40);

− Un tirante (2) che si inserisce nella sede (40) attraverso una sua estremità (2’) presentante una asolatura (10) che corre longitudinalmente nella direzione di lunghezza del tirante (2);

− La sede (40) essendo delimitata superiormente da una superficie superiore (5’) ed inferiormente da una superficie inferiore (5’’), le due superfici (5’, 5’’) presentando entrambe ulteriormente una asolatura (6’, 6’’);

− Un perno verticale (4) passante attraverso le asolature (6’, 6’’) delle superfici superiore (5’) ed inferiore (5’’) e l’asolatura (10) dell’estremità (2’) del tirante e che connette girevolmente, intorno al suo asse, il tirante (2) all’elemento di attacco (3).

Questo tipo di connessione consente la risoluzione del problema tecnico del fretting in quanto questa configurazione, con tale predisposizione delle asole, consente un “lavaggio†e dunque la fuoriuscita dei residui.

Vantaggiosamente il perno (4) à ̈ di dimensione tale da risultare scorrevole lungo le asolature (6’, 6’’) e contestualmente lungo l’asolatura (10) del tirante.

Questa soluzione consente di compensare le dilatazioni termiche e l’effetto di ricoprimento dell’apparato.

Vantaggiosamente à ̈ previsto ulteriormente un elemento (11) in materiale plastico provvisto di un foro passante per il passaggio del perno (4) e predisposto scorrevolmente lungo l’asola (10) del tirante (2).

Vantaggiosamente l’elemento à ̈ in forma di dado e preferibilmente in poliammide.

La forma a facce piane del dado elimina la rotazione relativa tra dado e sede di scorrimento del tirante.

Vantaggiosamente il perno (4) à ̈ girevole rispetto all’elemento (11).

L’accoppiamento metallo-plastica tra perno e dado durante la rotazione relativa riduce ulteriormente il fenomeno del fretting.

Vantaggiosamente la superficie superiore (5’) e quella inferiore (5’’) sono orizzontali e tra loro distanziate di una quantità tale per cui l’estremità (2’) del tirante, quando inserita nella sede (40), ha un predeterminato gioco verticale nella direzione dell’asse del perno (4).

Il gioco verticale consente una compensazione in caso di variazione di quota dell’ago.

Vantaggiosamente l’estremità (2’) del tirante à ̈ fresata superiormente ed inferiormente.

Questa soluzione facilita l’inserimento del tirante nella sede.

E’ anche qui descritto un apparato di controllo e manovra comprendente un assieme come descritto.

E’ infine qui descritto un deviatoio comprendente un apparato di manovra e controllo.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente assieme di attacco, secondo l’invenzione, risulteranno più chiaramente con la descrizione che segue di alcune forme realizzative, fatte a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, in cui: − le figure 1A e 2A descrivono la Prior Art;

− La figura 1 mostra una vista assonometrica dell’apparato complessivo 1 di manovra e controllo della movimentazione aghi del deviatoio;

− La figura 2 mostra in vista assonometrica il dettaglio dell’assieme di attacco tirante-zampa destra o sinistra; − Le figure 3 à ̈ un esploso dei componenti di figura 2; − La figura 4, sempre in vista assonometrica, dettaglia la sola zampa provvista di perno e dado;

− La figura 5 mostra in vista laterale sempre l’assieme zampa-tirante e con la zampa connessa al suo ago;

− La figura 6 e la figura 7 mostrano una vista dall’alto dell’intero apparato di manovra e controllo;

− La figura 8 mostra un dettaglio del solo dado.

Descrizione di alcune forme realizzative preferite La figura 1 descrive dunque l’apparato 1 di manovra e controllo comprendente l’assieme di attacco in accordo all’invenzione. In particolare sono evidenziati il tirante destro ed equivalentemente il tirante sinistro 2 entrambi collegati alla rispettiva zampa 3. La zampa si collega poi tramite comuni bullonature al proprio rispettivo ago.

Sempre la figura 1 mostra poi, coperto da un carter 300, l’apparato idraulico che consente appunto la movimentazione dei tiranti attraverso l’immissione di olio in pressione. Detto apparato à ̈ ben noto nello stato della tecnica e non oggetto dell’invenzione per cui non à ̈ ulteriormente dettagliato.

Come descritto nella figura 1 assonometrica, l’apparato 1 comprende dunque l’assieme di attacco realizzato dall’accoppiamento tirante-zampa destro e sinistro tra loro identici. La figura 2 dettaglia dunque uno solo di detti due accoppiamenti oggetto del presente brevetto. In particolare viene evidenziata la zampa 3, il tirante 2 e la loro connessione che avviene attraverso un perno 4 montato girevole rispetto ad entrambi i componenti (2, 3).

L’esploso di figura 3 meglio dettaglia tutti i componenti.

Con riferimento alla sola zampa 3, questa prevede una superficie piana verticale 3’ per il collegamento all’ago. A tal scopo detta superficie 3’ à ̈ forata per il passaggio della bullonatura di connessione. La figura 4, per chiarezza, mostra appunto il passaggio della bullonatura ed un insieme di piastrine di connessione.

Sempre come mostrato sia in figura 3 che in figura 4, la zampa, dalla parte opposta alla superficie 3’, prevede una sede 40 di inserimento e connessione del tirante. Tale sede à ̈ delimitata attraverso due piani paralleli sovrapposti (5’, 5’’) e tra loro distanziati opportunamente. Sia il piano superiore 5’ che quello inferiore 5’’ presentano una asola di passaggio (6’, 6’’) per l’inserimento del perno 4 evidenziato in figura 3.

L’asola viene selezionata di opportune dimensioni (lunghezza e larghezza) in modo tale che la sua lunghezza risulti maggiore di diametro del perno 4. Questo fa sì da creare una sede di scorrimento del perno 4 e dunque un moto relativo di traslazione lungo la direzione dell’asola tra tirante e zampa.

Questo tipo di connessione ha dunque un primo vantaggio tecnico che à ̈ quello appunto di compensare agevolmente le dilazioni termiche degli aghi, in funzione del posizionamento dell’apparato 1 lungo il deviatoio, e dunque traslazioni locali delle zampe a mezzo degli aghi, rispetto ai tiranti.

Continuando nella descrizione strutturale dell’invenzione, il tirante 2 di figura 2 prevede, in corrispondenza della sua estremità di connessione entro la sede 4 della zampa, una ulteriore asola 10 ricavata nella direzione longitudinale del tirante (dunque ortogonale alle asole 6’ e 6’’). In particolare l’estremità 2’ à ̈ fresata in modo tale da avere superfici piane atte all’inserimento entro la sede 4.

La connessione dunque tra il tirante 2 e la zampa 3 avviene, come detto, attraverso il perno 4 che dunque si inserisce entro le asole (6’, 6’’, 10) come evidenziato nell’esploso di figura 3 e nella vista di figura 2.

La funzionalità tecnica dell’asola 10 à ̈ importante per ottimizzare il funzionamento dell’assieme e verrà di seguito descritta.

Sempre con riferimento alla figura 3, à ̈ poi previsto un dado 11, preferibilmente in materiale morbido come la plastica (ad esempio poliammide con sigla identificativa PA66) e di dimensione tale da potersi inserire scorrevolmente entro l’asola 10 del tirante (vedi ad esempio la vista laterale di figura 5 o sempre esploso di figura 3). Il dado, di forma più o meno cubica, à ̈ dunque forato assialmente per consentire l’inserimento del gambo del perno 4 (vedi figura 4). Il particolare l’accoppiamento cilindrico tra perno e dado tale per cui permette di fatto rotazioni relative tra gli stessi componenti durante la movimentazione degli aghi.

In particolare la zampa à ̈ girevole rispetto al tirante intorno all’asse del perno 4.

Questa soluzione ha un notevolissimo vantaggio tecnico in quanto consente di compensare distorsioni che causano una rotazione relativa tra zampa e tirante. Ad esempio la vista dall’alto di figura 6 e 7, seppur in maniera minima, fa apprezzare un certo disassamento che c’à ̈ tra zampa e tirante destro rispetto all’accoppiamento sinistro dovuto alla rotazione dell’ago, sul piano della vista, a seguito dell’avvenuta manovra.

Come poi mostrato nella vista laterale di figura 5, preferibilmente l’altezza della sede 4 della zampa attacco à ̈ maggiore rispetto all’altezza della estremità fresata 2’ del tirante. In questa maniera, come si può evincere dalla figura 5, esiste un gioco verticale che consente di compensare le variazioni di altezza della zampa in caso ad esempio di cambio dei cuscinetti di supporto da strisciamento con quelli a rullo. Inoltre permette di compensare gli errori di allineamento dovuti alla foratura dell’ago per il montaggio della zampa stessa.

Tale soluzione consente dunque di compensare bene la variazione di quota in quanto la zampa ha modo di sollevarsi lungo il perno all’interno della sede 4 per cui mantenendo una buona complanarità tra zampa e tirante ed evitando l’innesto di fenomeni di tensione.

Tornando alla figura 3, i componenti strutturali rimanenti sono costituiti da due anelli distanziali e da una pinza di fermo che servono a mantenere in posizione il perno una volta montato.

La soluzione descritta (vedi ad esempio la figura 4) ha l’ulteriore grosso vantaggio di ridurre al minimo il fenomeno del fretting per i seguenti motivi.

Innanzitutto la selezione del dado in plastica riduce notevolmente il fenomeno delle micro saldature e dunque del fretting. In aggiunta questa soluzione, a differenza dell’arte nota descritta, consente il lavaggio in quanto tutte le eventuali impurità presenti nelle aree di contatto tra perno ed asole (6’, 6’’) cadono via per gravità. Alla stessa maniera qualsiasi eventuale residuo tra le aree di contatto del dado e dell’asola 10 cadono via per gravità.

Il vantaggio tecnico di una asolatura 10 ricavata sul tirante à ̈ invece il seguente.

Con riferimento alla figura 7 à ̈ mostrato un tratto di deviatoio su cui à ̈ appunto installato l’apparato 1 contemplante l’assieme di attacco oggetto della presente invenzione. La figura mostra la tubazione attraverso cui avviene l’invio di olio in pressione per azionare i tiranti. Il meccanismo di movimentazione dei tiranti, ben noto nello stato della tecnica, à ̈ tale per cui i due aghi si muovono contemporaneamente solo per un breve tratto di traslazione. In particolare, con riferimento alla figura 7 e nell’ipotesi che l’ago A e l’ago B si muovano da sinistra verso destra (vedi verso di freccia), ciò che accade à ̈ che inizialmente trasla il solo ago A verso destra mentre l’ago B rimane fermo. Questo perché l’apparato di punta effettua una prefissata corsa di “ricoprimento†di sicurezza. In sostanza il meccanismo à ̈ tale da risultare folle per un breve tratto per cui l’ago B rimane fermo. Eliminato il ricoprimento dall’apparato di punta, entrambi gli aghi A, B si muoveranno solidalmente sino a quanto l’ago A non arriva a fine corsa. La stessa cosa accade sull’ago A nel moto di ritorno inverso.

La funzione della asola 10 à ̈ dunque adesso chiara. La figura 7 evidenzia il perno 4 dalla parte dell’ago A e che si trova a contatto con il fine corsa posteriore dell’asola 10 in modo tale da movimentare la zampa quando il tirante spinge nella direzione della freccia. Il perno della zampa opposta (relativa all’ago B) si trova invece sempre entro l’asola ma dalla parte opposta (vedi asola 10’ in trasparenza). Quando avviene dunque la movimentazione da sinistra verso destra (vedi sempre verso di freccia) l’asola permette una corsa del tirante sinistra senza che questo si tiri dietro la zampa sinistra per la lunghezza equivalente di asola (6’, 6’’) che si ha a disposizione. In tal maniera, durante il ricoprimento di sicurezza dell’apparato in punta ad ago fermo, il tirante sinistro ha un tratto di corsa libera equivalente alla lunghezza dell’asola o meglio alla lunghezza residua dell’asola dato che una parte à ̈ occupata dal diametro del perno 4. In questa maniera l’eliminazione del ricoprimento ad ago fermo dell’apparato di testa avviene senza impedimenti o resistenze indotte dall’apparato 1 con conseguenti abbattimenti e dei tempi di manovra degli aghi e delle forze in gioco.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un assieme (2, 3) per un apparato (1) di manovra e controllo degli aghi (A, B) di un deviatoio e comprendente: − Un elemento di attacco (3) all’ago (A, B) comprendente una superficie (3’) di connessione all’ago e, dalla parte opposta, una sede (40); − Un tirante (2) che si inserisce nella sede (40) attraverso una sua estremità (2’) presentante una asolatura (10) che corre longitudinalmente nella direzione di lunghezza del tirante (2); − La sede (40) essendo delimitata superiormente da una superficie superiore (5’) ed inferiormente da una superficie inferiore (5’’), le due superfici (5’, 5’’) presentando entrambe ulteriormente una asolatura (6’, 6’’); − Un perno verticale (4) passante attraverso le asolature (6’, 6’’) delle superfici superiore (5’) ed inferiore (5’’) e l’asolatura (10) dell’estremità (2’) del tirante e che connette girevolmente, intorno al suo asse, il tirante (2) all’elemento di attacco (3).
2. 2. Un assieme (2, 3), secondo la rivendicazione 1, in cui il perno (4) à ̈ di dimensione tale da risultare scorrevole lungo le asolature (6’, 6’’) e contestualmente lungo l’asolatura (10) del tirante.
3. 3. Un assieme (2, 3), secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui à ̈ previsto ulteriormente un elemento (11) in materiale plastico provvisto di un foro passante per il passaggio del perno (4) e predisposto scorrevolmente lungo l’asola (10) del tirante (2).
4. 4. Un assieme (2, 3), secondo la rivendicazione 3, in cui detto elemento à ̈ in forma di dado e preferibilmente in poliammide.
5. 5. Un assieme (2, 3), secondo una o più rivendicazioni precedenti, in cui il perno (4) à ̈ girevole rispetto all’elemento (11).
6. 6. Un assieme (2, 3), secondo una o più rivendicazioni precedenti, in cui la superficie superiore (5’) e quella inferiore (5’’) sono orizzontali e tra loro distanziate di una quantità tale per cui l’estremità (2’) del tirante, quando inserita nella sede (40), ha un predeterminato gioco verticale nella direzione dell’asse del perno (4).
7. 7. Un assieme (2, 3), secondo una o più rivendicazioni precedenti, in cui l’estremità (2’) del tirante à ̈ fresata superiormente ed inferiormente.
8. 8. Un apparato di controllo e manovra comprendente un assieme come da una o più rivendicazioni precedenti.
9. 9. Un deviatoio comprendente un apparato come da rivendicazione 8.