ITTO950274A1 - "veicolo ferroviario con cassa ad assetto variabile" - Google Patents

Abstract

Veicolo ferroviario (F) con cassa (1) ad assetto variabile, comprendente due carrelli (2, 2) con rispettive travi oscillanti (5) collegate in modo articolato alla cassa (1), ed un sistema di comando della rotazione della cassa (1) intorno al suo asse longitudinale, tramite attuatori lineari (11) interposti fra le travi oscillanti (5) e i lati opposti della cassa (1) ed azionati tramite un'unità elettronica di regolazione (5) connessa a primi mezzi trasduttori (16) per rilevare l'accelerazione centrifuga non compensata agente sulla cassa (1), e secondi mezzi trasduttori comprendenti almeno due trasduttori angolari (17) per il rilevamento dell'angolo istantaneo relativo fra ciascuna delle travi oscillanti (5) e la cassa (1).(figura unica).

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo :

"Veicolo ferroviario con cassa ad assetto variabile"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ai veicoli ferroviari con cassa ad assetto variabile, del tipo comprendente due carrelli con rispettivi telai e travi oscillanti, mezzi di sospensione elastica fra i telai dei carrelli e le relative travi oscillanti, mezzi di collegamento articolato fra ciascuna trave oscillante e la cassa, ed un sistema di comando della rotazione della cassa comprendente mezzi attuatori interposti fra dette travi oscillanti ed la cassa, un’unità elettronica di regolazione operativamente associata a detti mezzi attuatori, e primi e secondi mezzi trasduttori atti a rilevare rispettivamente l’accelerazione centrifuga non compensata agente sulla cassa del veicolo e la condizione di marcia del veicolo lungo raccordi di ingresso e di uscita di curva, ed a trasmettere corrispondenti segnali a detta unità elettronica di regolazione per il pilotaggio di detti mezzi attuatori in modo da realizzare, durante la marcia in curva del veicolo, rotazioni della cassa intorno al suo asse longitudinale tendenti a compensare detta accelerazione centrifuga.

Le rotazioni della cassa operate dal sistema di comando del veicolo consentono, in particolare nei veicoli ferroviari ad alta velocità, di migliorare apprezzabilmente il comfort per i viaggiatori, grazie al fatto che l’accelerazione trasversale risentita all'interno della cassa durante la marcia del veicolo in curva risulta relativamente limitata.

Il brevetto U.S.A. n. 3,844,225

descrive un sistema di rotazione della cassa per un veicolo ferroviario del tipo sopra definito, nel quale i primi mezzi trasduttori per il rilevamento dell'accelerazione centrifuga agente sulla cassa comprendono un accelerometro. Poiché il segnale di uscita dell'accelerometro è molto disturbato dai moti trasversali del veicolo anche in rettilineo, a causa di fenomeni di serpeggio, per evitare un inaccettabile succedersi di interventi intempestivi del sistema di comando di rotazione della cassa occorre filtrare il segnale accelerometrico a frequenze molto basse. Ciò comporta come conseguenza un ritardo nella trasmissione del comando utile per la rotazione della cassa, ed una riduzione del tempo a disposizione per eseguirne la variazione di assetto.

Per limitare questo ritardo, il brevetto statunitense sopra menzionato prevede l'impiego di un giroscopio sensibile alla rotazione trasversale di una sala del carrello anteriore del veicolo, allorché questo si immette sui raccordi parabolici di entrata e di uscita delle curve del binario. Tale rotazione è dovuta al fatto che in questi raccordi parabolici la rotaia esterna del binario si innalza gradualmente rispetto alla rotaia interna fino a raggiungere la sua altezza massima nel tratto di curva a raggio costante, per poi ritornare al livello della rotaia interna alla fine del raccordo di uscita .

I dispositivi giroscopici presentano però l'inconveniente di essere delicati e dunque di durata limitata, oltre che costosi, e necessitano inoltre di complessi circuiti di trattamento e condizionamento dei relativi segnali.

Per ovviare a questo inconveniente è stato proposto nel brevetto italiano n. 1.071.565 di impiegare, in luogo del giroscopio, un traduttore d'angolo atto a rilevare l'angolo istantaneo relativo formato in un piano trasversale fra almeno due sale del veicolo ed a generare un corrispondente segnale elettrico, proporzionale a tale angolo, per il sistema di comando per la rotazione della cassa.

I vantaggi derivanti dall'impiego del trasduttore d'angolo consistono essenzialmente nel fatto che tale trasduttore è meno costoso, più robusto e perciò di maggior durata nei confronti del giroscopio, e garantisce al tempo stesso una sufficiente prontezza di segnale.

La soluzione secondo il brevetto italiano sopra menzionato prevede l'applicazione del trasduttore d'angolo direttamente fra le due sale di uno stesso carrello, oppure fra due sale appartenenti rispettivamente all'uno ed all'altro carrello .

In entrambi i casi il montaggio del trasduttore d'angolo è costruttivamente complesso, in quanto esso richiede l'impiego di alberi di trasmissione e relativi giunti cardanici e telescopici fra gli elementi induttore e indotto del trasduttore.·Inoltre, in entrambi i casi il segnale del ' trasduttore d’angolo è influenzato assai negativamente, ovvero "sporcato", dai moti della· sospensione secondaria interposta fra i carrelli e la cassa.

Lo scopo della presente invenzione è quello di ovviare ai suddetti inconvenienti, ed in particolare di realizzare un veicolo ferroviario ad assetto variabile del tipo definito all'inizio, in cui il sistema di comando della rotazione della cassa sia esente dà interventi indesiderati dovuti ad irregolarità della linea, riconoscendo tempestivamente durante la marcia i raccordi di ingresso e uscita delle curve ed assicurando al tempo stesso un'elevata prontezza di attuazione. ·

Secondo l'invenzione, tale scopo venne raggiunto essenzialmente grazie al fatto che i suddetti secondi mezzi trasduttori comprendono almeno una coppia di trasduttori angolari per il rilevamento dell'angolo istantaneo relativo fra dette travi oscillanti dei due carrelli e la cassa.

Normalmente i mezzi di collegamento fra ciascuna trave oscillante e la cassa comprendono pendini articolati alle loro ' estremità rispettivamente alla trave oscillante e ad una trave portante fissata alla cassa, intorno a rispettivi assi sostanzialmente longitudinali rispetto al veicolo. Secondo l'invenzione, detti trasduttori angolari comprendono convenientemente ciascuno un trasduttore d'angolo costituito da un elemento induttore ed un elemento indotto girevoli uno rispetto all'altro ed associati operativamente ad una delle estremità di articolazione di uno di detti pendini della rispettiva trave oscillante.

Nel veicolo ferroviario ad assetto variabile secondo l'invenzione, il segnale di riconoscimento della curva per il consenso all'intervento del sistema di comando di rotazione della cassa è vantaggiosamente basato sulla differenza dei segnali di angolo corrispondenti all'uno ed all'altro carrello.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento al disegno annesso, fornito a puro titolo di esempio non limitativo, che rappresenta una vista in sezione verticale trasversale schematica e semplificata in corrispondenza in uno dei carrelli di un veicolo ferroviario ad assetto variabile secondo l'invenzione.

Con riferimento al disegno, un veicolo ferroviario F comprende essenzialmente una cassa 1 sopportata in prossimità delle sue estremità da due carrelli 2 (uno solo dei quali è rappresentato nella figura), comprendenti ciascuno in modo per se noto un telaio 3, due sale montate 4 ed una trave oscillante 5. Ciascuna trave oscillante 5 è .montata sul relativo carrello 2 sostanzialmente in corrispondenza dell'asse trasversale mediano di questo, con l’interposizione di molle elicoidali verticali 6 costituenti la sospensione secondaria verticale e laterale del veicolo.

Sulle travi oscillanti 5 è sospesa, pure in modo per se noto, la cassa 1 del veicolo F. La connessione fra ciascuna trave oscillante 5 e una rispettiva trave portante 7 rigidamente fissata al fondo della cassa 1 è realizzata, pure in modo per se noto, attraverso una coppia di pendini 8 ciascuno dei quali è articolato superiormente in 9 alla trave oscillante 5, ed inferiormente in 10 alla trave portante 7. Gli assi di articolazione sono normalmente diretti sostanzialmente parallelamente all'asse longitudinale del veicolo F.

Occorre rilevare che la rappresentazione della figura deve considerarsi puramente come uno schema funzionale di principio, senza un'espressa corrispondenza con l'effettiva realizzazione strutturale dei componenti illustrati.

Fra ciascuna trave oscillante 5 e le fiancate della cassa 1 sono disposti due rispettivi attuatori lineari a fluido sotto pressione 11, ad esempio costituiti da martinetti idraulici. In alternativa, i martinetti potrebbero essere di tipo pneumatico. In ogni caso l'invenzione è anche applicabile a sistemi di rotazione della cassa 1 utilizzanti, in luogo di martinetti a fluido sotto pressione, attuatori elettrici o di qualsiasi altro tipo.

Anche per quanto riguarda la disposizione dei martinetti 11 la raffigurazione del disegno è da considerarsi puramente schematica: nella realizzazione costruttiva del veicolo tali martinetti sono infatti di norma interposti fra le estremità corrispondenti della trave oscillante 6 e della trave portante 7 fissata al fondo della cassa 1.

I lati superiori dei cilindri delle due coppie di martinetti idraulici 11 definiscono rispettive camere di spinta 12 collegate con un sistema elettroidraulico di comando della rotazione della cassa 1 intorno ad un’asse longitudinale, in modo da variarne l'assetto durante la marcia in curva del veicolo F. Tale rotazione in curva della cassa 1 intorno all'asse longitudinale permette, in modo per se noto, di compensare con la componente laterale del peso la forza centrifuga che agisce sui viaggiatori, in modo da far loro risentire, anche nel caso di marcia ad elevata velocità, un’accelerazione trasversale relativamente limitata.

II sistema di comando della rotazione della cassa 1 comprende, pure in modo generalmente noto, una sorgente di alimentazione di fluido idraulico sotto pressione o generatore di potenza 13 collegabile con le camere di spinta 12 dei martinetti idraulici 11 attraverso un sistema elettrovalvolare 14. Il sistema elettrovalvolare 14, che può essere costituito da una o più valvole regolatrici di pressione o di portata, è pilotato da un’unità elettronica di regolazione 15, anch'essa di tipo generalmente convenzionale, a sua volta operativamente connessa a dispositivi trasduttori 16, 17 atti a rilevare l'accelerazione centrifuga non compensata agente sulla cassa 1 e la condizione di marcia in curva del veicolo F, rispettivamente, ed a trasmettere corrispondenti segnali all'unità elettronica di regolazione 15 per il pilotaggio del sistema elettrovalvolare 14.

I dispositivi trasduttori 16 sono costituiti in modo convenzionale da accelerometri applicati al telaio 3 di ciascun carrello 2 in sostanziale corrispondenza della rispettiva mezzeria.

Secondo la caratteristica fondamentale dell'invenzione, i dispositivi trasduttori 17 sono costituiti da almeno due trasduttori angolari per il rilevamento dell'angolo istantaneo relativo fra la trave oscillante 5 di ciascun carrello 2 e la cassa 1.

Più in particolare, il trasduttore 17 associato al carrello 2 rappresentato nel disegno è costituito da un trasduttore d’angolo formato, in modo generalmente convenzionale, da un elemento induttore e da un elemento indotto girevoli uno rispetto all'altro, associati operativamente ad una delle estremità di articolazione (nell’esempio illustrato l'estremità di articolazione superiore 9) di uno dei pendini 8 (nell'esempio illustrato quello di destra con riferimento al disegno). Il trasduttore d'angolo 17 è collegato con l'unità elettronica di regolazione 15.

Un analogo trasduttore d'angolo 17, anch'esso collegato con l'unità elettronica dii regolazione 15, è disposto in corrispondenza dell'estremità di articolazione 9 di uno dei pendini 8 (ad esempio quello di sinistra con riferimento al disegno) che collegano la trave oscillante 5 dell'altro carrello 2 alla trave portante 7 della cassa 1.

La conformazione dell'elemento induttore e dell'elemento indotto di ciascun , trasduttore d'angolo 17 non è illustrata in dettaglio ne verrà per brevità descritta particolareggiatamente, in quanto generalmente convenzionale.

Nel funzionamento, i due trasduttori d'angolo 17 producono segnali proporzionali agli angoli relativi fra i rispettivi pendini 8 e le travi oscillanti 5, ovvero fra le travi oscillanti 5 e le travi portanti 7. Dal confronto e dall'elaborazione dei segnali provenienti dai due trasduttori angolari 17 dei due carrelli 2, l’unità elettronica di regolazione 15 è in grado di riconoscere la condizione di marcia in curva del veicolo F. Più in particolare,, dalla differenza di tali segnali l'unità 15 permette di determinare la condizione di marcia del veicolo sui raccordi a rampa parabolica di ingresso e di uscita delle curve e, conseguentemente, di pilotare l'intervento degli attuatori 11 per la rotazione della cassa 1. Per discriminare l'effettiva presenza di un raccordo di ingresso o uscita di curva da una semplice irregolarità (sghembo) di binario, ed evitare quindi interventi indesiderati del sistema di comando della rorazione della cassa, è sufficiente stabilire un valore di soglia della differenza fra i segnali dei trasduttori d'angolo 17 anteriore e posteriore, al di sotto del quale l'unità 15 non produce il consenso all'intervento del sistema.

Al di sopra di tale valore di soglia, in risposta ai valori dell'accelerazione centrifuga non compensata ottenuti attraverso i segnali accelerometrici provenienti dal o dai trasduttori 16, le camere di spinta 12 dei martinetti 11 corrispondenti alla fiancata della cassa 1 situata verso l'interno della curva vengono quindi poste in comunicazione con il generatore di potenza 13, mentre le camere 12 degli attuatori 11 corrispondenti alla fiancata situata verso l'esterno della curva vengono collegate a scarico, attraverso il sistema valvolare 14. In tal modo la cassa 1 viene ruotata intorno al suo asse longitudinale verso l'interno della curva, limitando cosi l'accelerazione trasversale risentita dai viaggiatori all'interno della cassa .

L'impiego dei due trasduttori d'angolo 17, posizionati al di sopra delle molle 6 della sospensione secondaria, consente di evitare interventi del sistema di comando della rotazione della cassa 1 dovuti a semplici irregolarità di linea, nonché di predisporre di segnali più puliti, stabili e tali da assicurare una sufficiente prontezza di attuazione della rotazione della cassa in curva.

Naturalmente i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto .descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione, cosi come definita nelle rivendicazioni che seguono. In particolare, come già chiarito in precedenza, sebbene l'esempio di attuazione decritto ed illustrata si riferisca ad un sistema di comando con attuatori lineari a fluido, l invenzione è parimenti applicabile a sistemi di comando che utilizzano attuatori di tipo diverso, ad esempio elettrico.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Veicolo ferroviario (F) con cassa (1) ad assetto variabile, comprendente due carrelli (2,2) con rispettivi telai (3) e travi oscillanti (5), mezzi di sospensione elastica (6) fra i telai (3) dei carrelli (2,2) e le rispettive travi oscillanti (5), mezzi di collegamento articolato (Θ) fra ciascuna trave oscillante (5) e la cassa (1), ed un sistema di domando della rotazione della cassa (1) comprendente mezzi attuatori (11) interposti fra dette travi oscillanti (5) ed la cassa (1), un'unità elettronica di regolazione (15) operativamente associata a detti mezzi attuatori (11), e primi e secondi mezzi trasduttori (16,17) atti a rilevare rispettivamente l'accelerazione centrifuga non compensata agente sulla cassa (1) del veicolo (F) e la condizione di marcia del veicolo (F) lungo raccordi di ingresso e di uscita di curva, ed a trasmettere corrispondenti segnali a detta unità elettronica di regolazione (15) per il pilotaggio di detti mezzi attuatori (11) in modo da realizzare, durante la marcia in curva del veicolo (F), rotazioni della cassa (1) intorno al suo asse longitudinale tendenti a compensare detta accelerazione centrifuga, caratterizzato dal fatto che i suddetti secondi mezzi trasduttori comprendono almeno una coppia di trasduttori angolari (17) per il ' rilevamento dell'angolo istantaneo relativo fra dette travi oscillanti (5) dei due carrelli (2,2) e la cassa ( 1 ) 2 Veicolo ferroviario secondo la rivendicazione 1, in cui detti', mezzi di collegamento fra ciascuna trave oscillante (5) e la cassa (1) comprendono pendini (8) articolati alle loro estremità (9,10) rispettivamente alla trave oscillante (5) e ad una trave portante (7) fissata alla cassa (1), caratterizzato dal fatto che detti trasduttori angolari (17)'comprendono ciascuno un trasduttore d'angolo costituito da un elemento induttore ed un elemento indotto girevoli uno rispetto all'altro e associati operativamente ad una delle estremità di articolazione (9) di uno di detti pendini (8) della rispettiva trave oscillante (5). 3. Veicolo ferroviario sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati .