ITTO930056A1 - Carrello ad assi sterzanti per veicoli ferro-tramviari. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Carrello ad assi sterzanti per veicoli ferrotramviari"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale ai carrelli per veicoli ferro-tramviari.

Occorre premettere che, nel corso della descrizione e delle rivendicazioni che seguono, con il termine "carrello" si intende l'insieme di due sale (ciascuna con due ruote) con le relative boccole, sospensioni e organi di collegamento, ecc., sia che questo insieme sia direttamente collegato alla cassa dei veicolo (veicolo a due assi) sia che esso sia collegato ad un telaio (in questo caso "telaio del carrello") per costituire un carrello propriamente detto e quindi un veicolo comprendente una cassa e due carrelli oppure n casse e n+1 carrelli (veicolo articolato).

I carrelli dei veicoli ferro-tramviari sono chiamati a soddisfare prestazioni sempre pi? elevate nell'ambito dello sviluppo dei servizi su rotaia e per essi sono dunque richiesti requisiti tendenti al raggiungimento di una qualit? sempre maggiore.

Al fine di migliorare la qualit? ? importante ottenere una riduzione dell'aggressivit?, cio? delle forze e del lavoro d'attrito scambiati fra ruote e rotaie, cosi da ridurre i fenomeni che da essi dipendono, come ad esempio l'usura dei profili delle ruote e delle rotaie, l'usura ondulatoria, la rumorosit? e le vibrazioni trasmesse al suolo ed al veicolo .

Nei carrelli di tipo classico, in cui le due ruote di ciascuna sala sono rigidamente collegate fra loro ed in cui i vari componenti sono tra loro collegati con elementi elastici di caratteristica fissa, le boccole delle sale possono essere connesse alla struttura del carrello in modo da consentirne la sterzatura durante la marcia in curva a causa delle coppie di sterzatura prodotte dalle forze di attrito longitudinali dovute all'inscrizione in curva, deformando elasticamente gli elementi elastici di collegamento sopra descritti .

Un'alternativa pi? generale, applicabile anche nei carrelli con ruote fra loro indipendenti (nei quali dette forze d'attrito longitudinali sono assenti), consiste nell'applicare agli assili, attraverso dispositivi di azionamento di vario genere, delle coppie di sterzatura in modo asservito all'angolo relativo che si origina fra cassa e carrello quando il veicolo percorre un tratto di rotaia curvilineo. Ci? pu? essere ottenuto, ad esempio,utilizzando dispositivi meccanici, in particolare leveraggi che applicano alle sale le forze e le coppie necessarie a vincere le forze elastiche fra sale e carrello cos? da ruotare le sale del carrello in modo da orientarsi verso il centro di curvatura delle rotaie.

In particolare l'invenzione riguarda un carrello ad assi sterzanti per veicoli ferro-tramviari, del tipo comprendente:

un telaio destinato ad essere collegato alla cassa di un veicolo in modo girevole intorno ad un asse principale sostanzialmente verticale,

mezzi di sospensione interposti sostanzialmente fra il telaio e la cassa del veicolo,

una coppia di traverse ciascuna delle quali porta una coppia di ruote, dette traverse essendo girevoli rispetto al telaio intorno a rispettivi assi di sterzatura sostanzialmente verticali, mezzi di collegamento atti a vincolare longitudinalmente, trasversalmente e verticalmente al telaio le traverse, detti mezzi di collegamento consentendo alle traverse di ruotare sostanzialmente intorno ai rispettivi assi di sterzatura, ed un cinematismo di comando della sterzatura di almeno una delle traverse rispetto al telaio, tale cinematismo essendo atto a comandare la suddetta sterzatura in conseguenza di una rotazione relativa fra la cassa del veicolo ed il telaio del carrello.

Lo scopo principale della presente invenzione ? appunto quello di consentire la realizzazione di un carrello eventualmente motore, con ruote azionabili separatamente, ad assi sterzanti che possa rispondere al meglio all?esigenza sopra specificata di riduzione dell?usura mediante variazioni, facilmente operabili in esercizio, dei parametri fondamentali costituiti dall'elasticit? dei collegamenti fra gli assi e la struttura del carrello o dei parametri geometrici dei meccanismi di sterzatura.

Questo scopo viene raggiunto secondo 1'invenzione grazie all'idea di soluzione definita nella parte caratterizzante dell'annessa rivendicazione 1

Grazie a tale idea di soluzione, il carrello secondo l'invenzione ? provvisto di un cinematismo particolarmente semplice che permette di ridurre considerevolmente le forze di attrito che si originano fra rotaie e ruote nei tratti curvi di rotaia, grazie all'orientamento pressoch? radiale delle sale del carrello, a tutto vantaggio della riduzione delle usure in esercizio.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti nel corso della descrizione dettagliata che segue, riferita ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, nei quali:

la figura 1 ? una vista prospettica schematica di un carrello ad assi sterzanti secondo l'invenzione,

la figura 2 ? una vista in pianta del carrello della figura 1, e

la figura 3 ? una vista in elevazione laterale parzialmente sezionata secondo la linea III-III della figura 2.

Con riferimento alle figure, con 1 ? indicato nel suo insieme un carrello particolarmente adatto ad essere utilizzato su veicoli tramviari provvisti di pianale ribassato.

Il carrello 1, che pu? essere provvisto di un meccanismo antirollio formante oggetto di una domanda parallela depositata in pari data a nome della stessa richiedente, comprende un telaio 2 associato ad una coppia di traverse 3, o falsi assili, girevoli intorno a rispettivi assi di sterzatura B sostanzialmente verticali e situati nel piano di simmetria longitudinale del carrello.

Ogni traversa 3, conformata sostanzialmente ad U, presenta una parte centrale allungata e ribassata 3b avente porzioni di estremit? 3a che portano ognuna un perno 4 sul quale ? girevole una rispettiva ruota 5, ad esempio provvista di un motore elettrico indipendente 6 e di un rispettivo disco freno 5a. I motori elettrici 6 sono indicati soltanto schematicamente in quanto di tipo per s? noto (ad esempio del tipo descritto nella domanda di brevetto italiana n. IT-20843-A/90), e pertanto non formano oggetto della presente invenzione.

Il telaio 2 comprende una parte centrale ribassata 2a e porzioni di estremit? longitudinali 2b atte ad essere collegate alle traverse 3, mediante l'interposizione di organi di sospensione elastica 7, realizzati ad esempio per mezzo di elementi elastomerici toroidali e costituenti la sospensione primaria del carrello 1.

Entrambe le porzioni centrali 3b delle traverse 3 e la porzione centrale 2a del telaio 2 sono disposte al disotto degli assi di rotazione delle ruote 5.

Alle estremit? trasversali della parte centrale 2a del telaio 2 possono essere presenti, secondo una soluzione generalmente utilizzata nella tecnica, pattini magnetici (non illustrati nelle figure) per la frenatura del veicolo.

Centralmente al telaio 2, in corrispondenza della sua parte centrale 2a, ? disposta una ralla cilindrica 8 sulla quale ? sopportato, in modo girevole intorno all'asse di rotazione principale e verticale A, un involucro 9 tramite l?interposizione del cuscinetto della ralla 8. L'involucro 9 comprende una coppia di semigusci 9a, 9b che racchiudono fra loro un organo di sospensione 24 realizzato, ad esempio, con una molla ad aria, che costituisce la sospensione secondaria del carrello 1.

Il semiguscio superiore 9a ? solidale con la cassa del veicolo ed entrambi i semigusci superiore 9a ed inferiore 9b sono fra loro collegati rispettivamente alle estremit? di aste 10 estendentisi lungo la direzione longitudinale del carrello 1, che realizzano un collegamento detto "a Z". Tale collegamento a Z permette di vincolare fra loro i semigusci 9a e 9b in modo tale per cui sono consentiti solo i movimenti relativi verticali lungo l'asse A e trasversali, mentre sono vincolati i movimenti relativi di rotazione intorno all'asse principale A e longitudinali. In tale modo ? realizzato un collegamento fra la cassa del veicolo ed il semiguscio inferiore 9b, che risulta flessibile nei confronti dei moti verticali e trasversali e che presenta una determinata rigidezza rispetto ai moti longitudinali ed alle rotazioni intorno all'asse principale A.

Le traverse 3 sono preferibilmente, ma non esclusivamente, collegate al telaio 2 per mezzo di una coppia di aste 12 aventi le opposte estremit? rispettivamente articolate in 13 al telaio 2 ed in 14 alle traverse 3 ed i cui assi giacciono su di un piano comune sostanzialmente orizzontale.

La rotazione di ogni traversa 3 attorno al rispettivo asse di rotazione B ? consentita per mezzo delle aste 12 i cui assi sono disposti in modo tale da convergere sostanzialmente verso il rispettivo asse di sterzatura B.

Una rispettiva asta 16 permette di collegare ulteriormente ognuna delle traverse 3 al telaio 2 in corrispondenza di una sua porzione di estremit? 2b. Ogni asta 16 ? articolata in 17 al telaio 2 ed in 18 alla rispettiva traversa 3 ed ? disposta preferibilmente con il suo asse convergente verso l'asse di sterzatura B della rispettiva traversa 3 ed in modo da essere sostanzialmente parallela al piano orizzontale definito dagli assi delle aste 12 collegate alla relativa traversa 3, e superiormente ad esso. In particolare le aste 16 giacciono sul piano di simmetria longitudinale del carrello 1 quando gli angoli di sterzatura delle traverse 3 sono nulli.

Le aste 12 e 16 permettono di trasmettere le forze di frenatura e di trazione fra il telaio 2 e le traverse 3 e, a causa della disposizione delle aste 16 ad altezza differente rispetto al piano contenente le aste 12, ? presente un braccio tra la asta 16 e le aste 12 associate ad una stessa traversa 3 cos? da originare un momento equilibratore della coppia di ribaltamento che si genera a causa del fatto che le forze di frenatura e di trazione sono applicate in corrispondenza dei perni di rotazione delle ruote 5 che si trovano ad un'altezza differente rispetto alle traverse 3.

Naturalmente tutti i punti di articolazione 13, 14, 17 e 18 sono preferibilmente realizzati per mezzo di boccole elastiche oppure per mediante snodi sferici.

In alternativa alle aste 12 e 16, i mezzi di collegamento fra il telaio 2 ed ogni traversa 3 possono essere costituiti ad esempio mediante uno snodo di un qualsiasi tipo noto.

Un cinematismo di comando, che nella presente forma d'attuazione ? associato ad entrambe le traverse 3 ma che potrebbe essere associato anche ad una sola di esse, permette di ruotare le traverse 3 rispetto ai rispettivi assi di sterzatura B in conseguenza di rotazioni relative fra la cassa del veicolo, e quindi del semiguscio superiore 9a dell'involucro 9, ed il telaio 2 del carrello 1 intorno all'asse principale A. Tale cinematismo comprende una biella 20 per ogni traversa 3, le cui estremit? sono rispettivamente articolate in 21 alla rispettiva traversa 3 e in 22 al semiguscio inferiore 9b dell'involucro 9. In corrispondenza

dei punti di articolazione 21 e 22 sono convenientemente presenti rispettivi snodi elastici.

Le bielle 20 sono inoltre disposte inferiormente al telaio 2 ed obliquamente rispetto al piano di simmetria longitudinale del carrello 1.

I punti di articolazione 21 e 22 dei cinematismi di comando della sterzatura sono individuati in modo da soddisfare contemporaneamente le seguenti condizioni:

a) ogni traversa deve poter ruotare di angoli sostanzialmente uguali ed opposti intorno al rispettivo asse di sterzatura B in conseguenza di rotazioni uguali ed opposte fra cassa e carrello intorno all?asse principale A;

b) le traverse devono ruotare intorno ai rispettivi assi di sterzatura B di angoli fra loro sostanzialmente simmetrici, in modo che ad una rotazione di una traversa di un determinato angolo in una direzione corrisponda una rotazione dell?altra traversa di uno stesso angolo nella direzione opposta;

c) i bracci di leva di ogni leva 20, cio? la distanza fra l'asse di rotazione principale A ed il punto di articolazione 22 e la distanza fra il punto di articolazione 21 ed il rispettivo asse di sterzatura B, devono essere scelti in rapporto tale da garantire un angolo di convergenza della rispettiva traversa proporzionale alla curvatura del binario;

d) i bracci di leva devono essere definiti in modo da rendere minimi gli sforzi necessari per la sterzatura delle traverse 3 (ossia devono essere il pi? grandi possibile).

Un cinematismo di comando della sterzatura che verifica le precedenti condizioni ? illustrato in particolare nella figura 2 annessa.

In corrispondenza dei punti di articolazione 13, 14, 17 e 18, rispettivamente delle aste 12 e 16 sono previsti snodi elastici aventi rigidezza radiale superiore agli snodi elastici predisposti nei punti di articolazione 21 e 22 delle bielle 20, in modo tale che le forze originate dagli spostamenti longitudinali e trasversali fra telaio e sale non generino coppie parassite tendenti a sterzare le sale.

Nella soluzione non esclusiva qui descritta, al fine di abbassare il pi? possibile il pianale del veicolo, che come detto in precedenza ? del tipo a pianale ribassato, sia le aste di collegamento 12 e 16 sia le bielle 20 sono tutte disposte inferiormente agli assi di rotazione delle ruote 5 del carrello ed in particolare al disotto del telaio 2.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Carrello ad assi sterzanti per veicoli ferrotramviari, del tipo comprendente: un telaio (2) destinato ad essere collegato alla cassa di un veicolo in modo girevole intorno ad un asse principale (A) sostanzialmente verticale, mezzi di sospensione (24) interposti sostanzialmente fra il telaio (2) e la cassa del veicolo, una coppia di traverse (3) ciascuna delle quali porta una coppia di ruote (5), dette traverse (3) essendo girevoli rispetto al telaio (2) intorno a rispettivi assi di sterzatura (B) sostanzialmente verticali , mezzi di collegamento (7,12, 16) atti a vincolare longitudinalmente, trasversalmente e verticalmente al telaio (2) le traverse (3), detti mezzi di collegamento (12, 16) consentendo alle traverse (3) di ruotare sostanzialmente intorno ai rispettivi assi di sterzatura (B), ed un cinematismo di comando della sterzatura di almeno una delle traverse (3) rispetto al telaio (2), tale cinematismo essendo atto a comandare la suddetta sterzatura in conseguenza di una rotazione relativa fra la cassa del veicolo ed il telaio (2) del carrello (1), caratterizzato dal fatto che i mezzi di collegamento di ogni traversa girevole (3) al telaio (2) vincolano la rispettiva traversa (3) a ruotare intorno ad un asse verticale (B) sostanzialmente situato nel piano di simmetria longitudinale del carrello (1), e dal fatto che il cinematismo comprende almeno una biella di azionamento (20), articolata alla traversa girevole (3) in modo da presentare un braccio di leva rispetto al suo asse di sterzatura (B), detta biella (20) essendo inoltre articolata ad un elemento intermedio (9) libero di ruotare rispetto al telaio (2) intorno al suddetto asse principale (A), vincolato alla cassa del veicolo in modo flessibile rispetto ai moti verticali e trasversali, e con rigidezza sostanzialmente maggiore rispetto ai moti longitudinali e nei confronti delle rotazioni intorno a tale asse principale (A).
2. 2. Carrello secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi di collegamento di ogni traversa girevole (3) al telaio (2) del carrello (1) comprendono almeno una coppia di organi di collegamento principali (12) articolati ognuno al telaio (2) ed alla rispettiva traversa (3), in cui gli assi congiungenti i punti di articolazione (13, 14) di ciascun organo di collegamento principale (12) sono contenuti in un piano sostanzialmente orizzontale e la loro intersezione definisce approssimativamente la traccia dell'asse di sterzatura (B) della rispettiva traversa (3) in detto piano.
3. 3. Carrello secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che tale elemento intermedio (9) ? un involucro comprendente un semiguscio superiore (9a) ed un semiguscio inferiore (9b) fra i quali sono interposti i suddetti mezzi di sospensione (24), essendo la cassa del veicolo solidale con il guscio superiore (9a) dell'involucro (9).
4. 4. Carrello secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i mezzi di collegamento di ogni traversa girevole (3) al telaio (2) del carrello (1) comprendono un organo di collegamento ausiliario (16) articolato al telaio (2) ed alla traversa girevole (3), rispettivamente, essendo l'asse congiungente i punti di articolazione (17, 18) dell'organo di collegamento ausiliario (16) disposto in modo da reagire alle coppie di trazione e di frenatura.
5. 5. Carrello secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che ogni organo di collegamento ausiliario (16) ? inoltre disposto in modo da convergere approssimativamente sull'asse di sterzatura (B) della rispettiva traversa (3).
6. 6. Carrello secondo la rivendicazione 4 oppure 5, caratterizzata dal fatto che ogni organo di collegamento ausiliario (16) ? disposto superiormente alla suddetta coppia di organi di collegamento principali (12).
7. 7. Carrello secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che gli organi di collegamento (12, 16) fra il telaio (2) ed ogni traversa (3) sono disposti inferiormente agli assi di rotazione delle ruote (5).
8. 8. Carrello secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ogni asta di azionamento (20) ? disposta inferiormente al telaio (2) del carrello (1).
9. 9. Carrello secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i punti di articolazione (21, 22) di ogni bi?lla (20) del cinematismo di comando della sterzatura sono posizionati in modo tale per cui sono verificate simultaneamente le seguenti condizioni : a) ogni traversa (3) ruota di angoli sostanzialmente uguali ed opposti intorno al rispettivo asse di sterzatura (B) in conseguenza di rotazioni uguali ed opposte fra cassa e carrello (1) intorno all'asse principale (A); b) le traverse (3) ruotano intorno ai rispettivi assi di sterzatura (B) di angoli fra loro sostanzialmente simmetrici; c) i bracci di leva di ogni biella (20) sono scelti in modo tale per cui ? garantito un angolo di convergenza della rispettiva traversa (3) proporzionale alla curvatura del binario; d) i bracci di leva di ogni biella (20) sono preferibilmente massimi in modo da rendere preferibilmente minimi gli sforzi necessari per la sterzatura delle traverse (3). Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.