MX2012009531A - Forma de durmiente de ferrocarril de base polimerica diseñada para reducir el rebote del centro. - Google Patents

Abstract

Un durmiente de ferrocarril de una mezcla de polímeros inmiscible que tiene una parte del lado inferior curvo ortogonal al eje longitudinal del durmiente o curvo tanto ortogonal como paralelo al eje longitudinal del durmiente, que forma una forma de zapata, con los fines de reducir los problemas de rebote del centro que se enfrenta en los durmientes de ferrocarril sintéticos del arte previo.

Description

FORMA DE DURMIENTE DE FERROCARRIL DE BASE POLIMERICA DISEÑADA PARA REDUCIR EL REBOTE DEL CENTRO Solicitudes de Patentes Relacionadas Esta solicitud de patente reivindica prioridad de la Solicitud de Patente Provisoria Estadounidense Acta N° 61/305.386, presentada el 17 de febrero de 2010, que se incorpora en la presente como referencia en su totalidad.

Campo de la invención La presente invención se relaciona con durmientes de ferrocarril fabricados, y específicamente, con durmientes de ferrocarril compuestos de un material de compuesto al cual se le puede dar una forma para reducir el rebote del centro.

Antecedentes de la invención Los durmientes de ferrocarril típicos fabricados de madera necesitan un reemplazo frecuente debido a la exposición al medio ambiente, que incluye el clima, los insectos y los microorganismos, la totalidad de los cuales pueden acortar la duración de un durmiente de ferrocarril. Los durmientes de madera también se pueden tratar químicamente para prolongar su duración, pero dicho tratamiento puede suscitar preocupaciones ambientales y se suma al costo de la fabricación del durmiente. Se conoce la fabricación de durmientes de material plástico o de compuesto, lo cual alivia los problemas asociados a los durmientes de madera, pero que también ocasiona problemas que no están asociados a los durmientes de madera.

Los durmientes hechos de madera tienden a asentarse en el balasto, normalmente rocas, durante un período de tiempo y las cargas reiteradas, y, debido a que las propiedades de la madera ortogonal al eje largo del árbol y el durmiente son mucho más débiles que las propiedades a lo largo del eje, los durmientes presentan hendiduras en forma natural sobre la parte inferior cuando se asientan en el balasto. Las hendiduras y la interacción mecánica relacionada entre los durmientes de madera y el balasto tienden a contribuir a mantener el durmiente anclado en su lugar.

En Estados Unidos, un durmiente de ferrocarril típico tiene forma rectangular y tiene un corte transversal de 17,78 cm de altura por 22,86 cm de ancho. Los durmientes de ferrocarril fabricados de plásticos o compuestos normalmente tienen el mismo tamaño y forma que los durmientes hechos de madera y deben cumplir las mismas especificaciones estructurales que los durmientes de madera. Específicamente, el durmiente no debe permitir un aumento en el calibre de las vías férreas en más de 0,31 cm bajo una carga lateral de 10.800 kg y una carga vertical estática de 17.550 kg. Además, la masa del durmiente debe poder soportar una carga vertical dinámica de 63.000 kg.

Las propiedades mecánicas de los durmientes de plástico y de compuestos pueden impedir que estos durmientes presenten hendiduras y muescas con el balasto durante el transcurso del tiempo como ocurre con los durmientes de madera. Para resolverlo, los durmientes fabricados de plásticos o compuestos algunas veces tienen un diseño grabado en relieve o estampado sobre las partes inferiores y los lados para permitir una interacción mecánica aumentada con el balasto, tal como para imitar el efecto que ocurre naturalmente con los durmientes de madera .

Lamentablemente, estos durmientes de plástico y compuestos han demostrado una tendencia al "rebote del centro" que los hace propensos a agrietarse en el centro del durmiente. Un durmiente con rebote del centro es aquel que está sostenido por debajo con un terraplén más alto de balasto en el centro del durmiente que el que existe en los extremos del durmiente o debajo del eje. Esto hace que los durmientes se doblen a lo largo del eje longitudinal y, en una medida algo menor, a lo largo del eje ortogonal al eje longitudinal, cada vez que el durmiente recibe la carga de un tren que se mueve sobre la vía. Esto finalmente hace que el durmiente se agriete y como resultado el durmiente no es capaz de mantener el calibre con las vías. En consecuencia, sería ventajoso tener un durmiente compuesto de un material plástico o de compuesto que tenga una forma que alivie el problema del rebote del centro.

Extracto de la invención La presente invención proporciona un durmiente de ferrocarril de un material de compuesto que tiene una forma que reduce el rebote del centro. En una realización preferida, el durmiente de ferrocarril comprende un bloque con forma rectangular de un material de compuesto, superficies planas definidas sobre ambos extremos del lado inferior del durmiente, una parte central, definida sobre el lado inferior del durmiente entre dichas superficies planas, dicha parte central tiene una primera curvatura ortogonal al eje longitudinal del durmiente, dicha curvatura tiene un radio que varía a lo largo del'- eje longitudinal del durmiente, dicho radio tiene un mínimo en el centro de dicho durmiente que se estrecha hasta el infinito donde dicha parte central se cruza con dichas superficies planas.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 muestra una vista inferior de un durmiente ferrocarril fabricado de acuerdo con la presente invención.

La Figura 2 muestra una vista lateral del durmiente de ferrocarril de la Figura 1.

La Figura 3 muestra el corte transversal B-B del durmiente de ferrocarril de la Figura 2.

La Figura 4 muestra el corte transversal A-A del durmient ferrocarril de la Figura 2.

Descripción Detallada de la invención Una de las soluciones para el problema del rebote del centro, de acuerdo con la presente invención, es moldear el durmiente con el fondo debajo de las placas del durmiente y en los extremos del durmiente, pero moldear una forma de zapata en la parte inferior del durmiente entre las superficies de las placas de durmientes. Una forma de zapata tiene dos radios de curvatura, uno a lo largo del eje longitudinal del durmiente y el otro radio ortogonal al eje longitudinal del durmiente.

En Estados Unidos, el calibre típico utilizado en los ferrocarriles es de 1,43 m. Es deseable que las superficies superior e inferior del durmiente sean planas en la zona donde se apoyan las placas del durmiente, de manera que no interfieran con la superficie de clavadura del durmiente y que permitan los fondos que llevan la carga, planos, 2, desde la superficie hacia fuera hacia el extremo del durmiente. Esta superficie puede tener tanto como 7,62 cm desde el borde interior de cada vía, dejando una distancia máxima superior a 1,28 m sobre la parte inferior del durmiente en el cual formar una curvatura paralela al eje longitudinal del durmiente. La superficie se muestra como el número de referencia 4 de la Figura 1.

Como para no comprometer la integridad estructural del durmiente, también es deseable que el espesor del durmiente, que normalmente tiene 17,78 cm de altura, no se reduzca más de 2,54 cm por la curvatura paralela al eje longitudinal del durmiente. Sobre una distancia máxima de 1,28 m, un radio de curvatura paralelo al eje longitudinal del durmiente de 16,17 m deriva en una reducción del espesor del durmiente de 2,54 cm. Si el radio de curvatura aumenta a 63,50 m, la reducción del espesor en el centro del durmiente se reduce a 0,63 cm. En consecuencia, el radio de curvatura paralelo al eje longitudinal del durmiente no debe ser menor de 16,17 m.

En una segunda realización de la invención, puede no haber ninguna necesidad real de crear ninguna curvatura a lo largo de la longitud del durmiente, ya que la intención de la zapata es empujar rocas hacia fuera desde abajo del centro del durmiente por el camino más corto. Como el camino más corto es a lo largo de la dirección ortogonal al eje longitudinal del durmiente, la curvatura en esta dirección es más crítica que la curvatura a lo largo del eje longitudinal y, como resultado, en otras realizaciones de la invención, puede no haber ninguna curvatura a lo largo del eje longitudinal del durmiente. Obsérvese que el radio de curvatura de infinito deriva en una superficie plana paralela al eje longitudinal del durmiente. En consecuencia, el radio de curvatura a lo largo de la longitud del durmiente debe ser de entre 16,17 m y el infinito.

La curvatura ortogonal al eje longitudinal del durmiente por lo tanto es más crítica. Esta curvatura puede variar a lo largo del eje longitudinal del durmiente desde un máximo en el centro del durmiente, que se muestra en forma de corte transversal en la Figura 3, hasta cero (ninguna curvatura) en la superficie del durmiente fuera de la parte central de 1,28 m, que se muestra en forma de corte transversal en la Figura 4. Por lo tanto, el radio de curvatura ortogonal al eje longitudinal del durmiente también varía a lo largo de la longitud del durmiente, que tiene un mínimo de 11,43 cm en el centro del durmiente para mantener la reducción máxima en el espesor del durmiente de 2,54 cm. Preferentemente, el radio de curvatura se estrecha desde el mínimo en el centro hasta el infinito a lo largo de la longitud del durmiente fuera de la parte central de 1,28 m, para eliminar los bordes filosos, que podrían crear puntos de debilidad estructural en el durmiente.

El radio de curvatura mínimo en el centro del durmiente podría incrementarse a una gama de entre 22,86 cm y 45,72 cm, pero esto puede derivar en su menor eficacia para empujar el balasto hacia los costados del durmiente. En consecuencia, en las realizaciones preferidas de la invención, esta curvatura crítica debe tener entre 11,43 cm y 35,56 cm.

La superficie con forma de zapata formada sobre el lado inferior del durmiente servirá para aplicar algún componente de fuerza sobre el balasto que podría recogerse debajo del centro del durmiente para empujar el balasto fuera del camino y permitir que el durmiente se asiente con el soporte plano debajo de las placas del durmiente. Otro beneficio de esto es que el número de ensayos de empuje de durmiente único probablemente aumente a medida que se asienta el durmiente.

En otra realización, la superficie con forma de zapata se puede formar con hendiduras en ella para aumentar la interacción mecánica con el balasto, como se revela en la Patente Estadounidense 7.011.253, titulada "Durmientes de Ferrocarril Hechos a Máquina" que se incorpora en la presente como referencia .

Los durmientes del arte previo típicos están compuestos por un compuesto de HDPE (polietileno de alta densidad) y fibra de vidrio, mica, talco u otros materiales similares conocidos en el arte y esos compuestos son adecuados también para formar los durmientes revelados en la presente.

Preferentemente, sin embargo, los durmientes están compuestos por una mezcla de polímeros inmiscible que comprende (1) polietileno (PE) y (2) acrilamida-butadieno-etileno (ABS) , policarbonato (PC) , o una mezcla de ABS y PC. En las realizaciones preferidas, el PE es PE de alta densidad (HDPE) . Las mezclas de polímeros inmiscibles compuestas por PE combinado con PC y/o ABS o una mezcla de ellos tienden a aumentar la rigidez de un artículo fabricado con la mezcla. En el caso de los durmientes de ferrocarril, por ejemplo, los módulos E de la composición deben ser de por lo menos 170.000 y tener una resistencia de por lo menos 2500 psi. Por ejemplo, una mezcla que contiene un 10% de ABS y un 90% de HDPE tendría un módulo de 175.000.

Además, se pueden utilizar rellenos de refuerzo para mejorar adicionalmente las propiedades de la mezcla de polímeros inmiscible tales como la resistencia a la tracción, la resistencia al impacto, la rigidez y la distorsión térmica. Ejemplos de rellenos incluyen fibra de vidrio, amianto, wollastonita, bigotes, filamentos de carbón, talco, arcillas, mica, carbonato de calcio, cenizas volantes y cerámica. Preferentemente, los rellenos filamentosos tales como las fibras de vidrio se utilizan porque tienden a mejorar la rigidez sin reducir significativamente las propiedades de impacto o aumentar la densidad.

La invención se ha descrito en términos de mediciones basadas en los calibres de las vías utilizadas en Estados Unidos. Sin embargo, la invención también es aplicable a regiones del mundo donde se utilizan oros calibres de tamaños y tamaños diferentes de los durmientes de ferrocarril. Como se ha discutido en la presente, es deseable que, para que un durmiente tenga una altura de 17,78 cm, la altura total de la vía no se debe reducir en más de 2,54 cm. Esto se traduce en una reducción máxima en el tamaño del 15% de la altura total del durmiente. En consecuencia, si se están produciendo durmientes de alturas variables, se debe utilizar esta pauta general.

Obsérvese que el durmiente de ferrocarril de la presente invención se ha descrito en términos de un tamaño particular para su uso en Estados Unidos. Sin embargo, esta descripción es solamente un ejemplo y no intenta limitar la invención de ninguna manera. El alcance de la invención está definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES Un durmiente de ferrocarril formado de un material de compuesto, que comprende: un bloque con forma rectangular de dicho material de compuesto ; superficies planas definidas sobre algún extremo del lado inferior del durmiente; una parte central, definida sobre el lado inferior del durmiente entre dichas superficies planas, dicha parte central tiene una primera curvatura ortogonal al eje longitudinal de dicha curvatura que tiene un radio que varía a lo largo del eje longitudinal del durmiente, dicho radio tiene un mínimo en el centro de dicho durmiente que se estrecha hacia el infinito donde dicha parte central se cruza con dichas superficies planas. El durmiente de ferrocarril de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el durmiente tiene una altura de 17,78 cm y un ancho de 22,86 cm y en donde la parte de central tiene una longitud máxima de 1,28 m y además en donde dicho radio mínimo de dicha primera curvatura está en la gama de 11,43 cm a 35,56 cm. El durmiente de ferrocarril de acuerdo con la reivindicación 2, en donde dicho radio mínimo de dicha primera curvatura de 11,43 cm. El durmiente de ferrocarril de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha parte central tiene una segunda curvatura formada paralela al eje longitudinal de dicho durmiente. El durmiente de ferrocarril de acuerdo con la reivindicación 4, en donde dicha primera curvatura y dicha segunda curvatura forman una forma de zapata. El durmiente de ferrocarril de acuerdo con la reivindicación 4, en donde dicha segunda curvatura tiene un radio que reduce la altura del centro de dicha parte central un máximo del 15%. El durmiente de ferrocarril de acuerdo con la reivindicación 2, en donde dicha parte central tiene una segunda curvatura formada paralela al eje longitudinal de dicho durmiente. El durmiente de ferrocarril de acuerdo con la reivindicación 2, en donde dicha segunda curvatura tiene un radio que reduce la altura del centro de dicha parte central un máximo de 2,54 cm. 9. El durmiente de ferrocarril de acuerdo con la reivindicación _ 7, en donde dicho radio de dicha segunda curvatura es de un 5 mínimo de 16,17 m. 10. El durmiente de ferrocarril de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la segunda curvatura se extiende la totalidad de la longitud de dicha parte central. 11. El durmiente de ferrocarril de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho material de compuesto es polietileno de alta densidad que tiene un relleno. 12. El durmiente de ferrocarril de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho material de compuesto es una mezcla de polímeros inmiscibles que comprende: polietileno de alta densidad; y 0 acrilamida-butadieno-estireno, policarbonato o una mezcla de acrilonitrilo-butadieno-estireno y policarbonato. El durmiente de ferrocarril de acuerdo con la reivindicación 11, en donde dicha mezcla de polímeros inmiscibles además comprende un relleno.