PT2226232E - Sistema pneumático de inclinação controlada em veículos dos caminhos de ferro - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

SISTEMA PNEUMÁTICO DE INCLINAÇÃO CONTROLADA EM VEÍCULOS DOS

CAMINHOS DE FERRO

Campo da Técnica A presente invenção está relacionada com o controlo da inclinação dos veículos ferroviários de passageiros por meios pneumáticos, propondo um sistema pneumático de inclinação controlada que é simples, robusto e confiável.

Estado da Técnica São conhecidos sistemas que tentam resolver os problemas existentes com respeito à limitação da velocidade dos veículos de passageiros de transporte ferroviário que é condicionada pela aceleração lateral que o passageiro sente quando o veículo entra numa curva, sendo esta aceleração causada pela aceleração centrípeta não compensada pela superelevação da pista.

Em algumas das soluções para veículos de passageiros as suspensões são formadas por duas molas pneumáticas por bogie, ligadas por meio de um tubo a dois tanques auxiliares, de modo a que as referidas molas pneumáticas dão origem à rigidez vertical da suspensão com vista a melhorar o conforto do passageiro.

Os comboios convencionais tendo este tipo de suspensão realizam o controlo da altura por meio de três ou quatro 1 válvulas de nivelamento por carro, dependendo do tipo de comboio. A operação das válvulas de nivelamento consiste em introduzir ou em extrair o ar das molas pneumáticas para manter a altura do corpo constante em relação ao bogie.

Até agora, para fazer o controlo da altura, cada válvula de nivelamento incorpora uma alavanca na extremidade livre da qual está unida uma haste de comprimento ajustável, sendo capaz de ser montada em duas maneiras diferentes, dependendo do tipo de veiculo em questão.

No primeiro caso, a válvula é ligada à bogie ao passo que a haste é unida ao corpo numa extremidade e à alavanca oscilante na outra extremidade. 0 outro conjunto consiste em providenciar a válvula no corpo e a haste unida numa extremidade à alavanca oscilante e na outra extremidade para à bogie.

Dois tipos de suspensões pneumáticas convencionais são conhecidos, caracterizados pelo tipo de válvulas de nivelamento que têm.

As válvulas de baixo fluxo de nivelamento são geralmente utilizadas as quais, quando implementadas em comboios, enchem e esvaziam as molas pneumáticas lentamente, não deixando tempo para compensar a altura entre o corpo e a bogie, durante o percurso curvo, onde ocorre a inclinação.

Assumindo o caso em que sao utilizadas as válvulas de alto fluxo de nivelamento, quando o comboio entra numa curva as 2 válvulas são activadas por enchimento mais rapidamente da mola pneumática da parte exterior e por esvaziamento da parte interna, com um efeito que é oposto ao rolamento natural do veiculo. No entanto, dado que todas as válvulas de nivelamento têm uma pequena margem de erro ou de compensação em que elas não são activadas, quando o comboio está a viajar em uma curva há uma certa inclinação no corpo com respeito à bogie.

Os comboios pendulares tentam resolver este problema por meio de geração de uma superelevação adicional da pista que inclina o veiculo para o interior da curva de tal modo que a inclinação gerada é compensada, e dois métodos são essencialmente utilizados para fazer isso. 0 método mais simples é a inclinação assim chamada passiva ou pendulação natural, que consiste em providenciar o centro de gravidade da suspensão acima do centro de gravidade do corpo do veiculo, dispondo as molas pneumáticas ao nivel do topo do corpo.

Esta solução tem o inconveniente de que, quando o centro de rotação está localizado acima e num ponto alto, um corpo com dimensões menores na parte inferior deve ser concebido para evitar ter problemas de calibre, o que obriga à concepção de um corpo muito mais complexo e de uma bogie, fazendo com que o produto seja mais caro. 0 outro método utilizado é a inclinação activa, ver por exemplo o documento EP-A1-1 190 925, o qual envolve a colocação de actuadores entre o corpo e a bogie que desempenham a inclinação do corpo, para além da adição de mecanismos adicionais que permitem que se defina o percurso 3 desejado para o movimento do corpo com respeito à bogie, até 8o de inclinação serem alcançados.

Existem dois tipos de controlos para a inclinação activa; a um primeiro utiliza sinais de aceleração medidos no veiculo, o que geralmente resulta no retardar da devida inclinação devido à filtragem necessária e ao tempo de resposta do veiculo real e do sistema de actuação . 0 segundo controlo é baseado no uso da informação correspondente ao esquema da rota e para a posição do comboio na mesma, de tal modo que, se o comboio sabe em todos os momentos as caracteristicas da pista, se inclina de antemão para descrever a inclinação óptima para o passageiro.

No entanto, o principal problema da inclinação activa, independentemente do método de controlo implementado, é a enorme complexidade do sistema, o que faz com que a concepção, a construção, o desenvolvimento e a manutenção do caminho de ferro sejam mais caros.

Objecto da Invenção

De acordo com a presente invenção é proposto um sistema de inclinação pneumático que, como um resultado das suas caracteristicas construtivas e/ou funcionais, é verdadeiramente vantajoso para a sua aplicação em comparação com as soluções convencionais. 0 sistema proposto pode ser aplicado em bogies convencionais sem a necessidade de adicionar elementos complexos como ocorria nas previamente indicadas soluções pendulantes 4 activas e sem complicar as características da bogie ou do corpo.

Esta solução é baseada no enchimento e esvaziamento das molas pneumáticas como num comboio convencional, de tal modo que quando a altura e a inclinação são controlados a partir da parte inferior, os problemas de calibre que ocorreram em inclinação passiva ou em comboios com pendulação natural são impedidos.

Para esse é implementado um dispositivo mecânico que incorpora uma parte rotativa, tornando o sistema robusto e fiável, e o fluxo da válvula de nivelamento é aumentado para obter uma maior velocidade de resposta.

Este aumento do fluxo pode ser controlado por meio de três métodos diferentes, o primeiro, dependendo da aceleração lateral ao nível da bogie, o segundo dependendo da aceleração lateral ao nível do corpo e o terceira dependendo do movimento entre o corpo e a bogie.

Para o controlo por meio da aceleração lateral ao nível da bogie, o dispositivo inclui, além da parte rotativa, uma massa sísmica disposta em cada bogie do comboio definido e junto à parte rotativa por meio de uma haste, sendo a parte rotativa fixada em um dos seus lados na bogie. Além disso, a massa sísmica é unida à bogie por meio de uma mola e de um absorvedor de choque. Em uma variante, o conjunto de massa da mola é substituído com um equivalente a um pêndulo.

Portanto, quando há uma aceleração lateral a massa sísmica move-se, fazendo o ponto de ancoragem da haste de nivelamento de um dos lados deslocar-se para cima e a do outro lado 5 mover-se para baixo, operando as válvulas de ambos os lados em direcções opostas, pelo que o corpo se inclina de tal forma que a dita aceleração lateral é compensada.

Para o controlo por meio da aceleração lateral ao nivel do corpo, a parte rotativa é acoplada de um lado à massa sísmica, montada sobre o corpo, por meio da haste, no outro lado, à válvula de nivelamento, e na outra extremidade por meio de molas e uma haste está ligada à bogie. As ditas molas significam que, com um máximo de aceleração do corpo, é obtido o movimento máximo desejado da mola pneumática (mola de ar) .

Para o controlo, por meio do movimento lateral entre o corpo e a bogie, nenhuma massa sísmica está disposta uma vez que o corpo em si age como a massa sísmica. Para esse fim, a parte rotativa acoplada à bogie em uma extremidade está acoplada ao corpo na outra extremidade por meio de uma haste adicional e é acoplada à alavanca de operação da válvula de nivelamento da mola pneumática com uma outra haste.

Descrição dos Desenhos

As Figuras IA e 1B mostram dois estados, em uma rota recta e uma rota curva, respectivamente, de uma suspensão convencional por meio de molas pneumáticas com válvulas de baixo fluxo de nivelamento, cuja resposta não permite compensar a tendência natural do veículo.

As Figuras 2A a 2C mostram os diferentes estados, em uma rota recta, ao entrar na curva e ao descrever a curva, de uma suspensão convencional por meio de molas pneumáticas com válvulas de alto fluxo de nivelamento 6 que permitem compensar parcialmente a inclinação natural do veiculo.

As Figuras 3A a 3C mostram os diferentes estados de um sistema de inclinação pneumático de acordo com a invenção com base no controlo por meio da aceleração lateral da bogie.

As Figuras 4A e 4B mostram formas de realização respectivas do dispositivo mecânico do sistema da invenção.

As Figuras de 5A a 5C mostram os diferentes estados de um sistema de inclinação pneumático de acordo com a invenção com base no controlo por meio da aceleração lateral do corpo.

As Figuras de 6A a 6C mostram os diferentes estados de um sistema de inclinação pneumático de acordo com a invenção com base no controlo por meio do movimento lateral entre o corpo e a bogie.

As Figuras de 7A a 9B mostram as três formas de realização da invenção implementadas num comboio definido tendo as válvulas de nivelamento na bogie.

Descrição Detalhada da Invenção

De acordo com a presente invenção é proposto um sistema de inclinação pneumático para veículos ferroviários que, por meio da incorporação de um dispositivo mecânico, permite a realização da inclinação controlada, robusta e fiável em comparação com as soluções convencionais. 7 0 sistema de suspensão convencional de um conjunto de comboio é formado por molas pneumáticas ou molas de ar (1.1, 1.2), dispostas entre a bogie (2) e o corpo (4) do veiculo, cada uma delas tendo uma válvula de nivelamento de baixo fluxo (3.1, 3.2) dispostas no corpo (4) e que é operado por meio de uma alavanca (5.1, 5.2) ligada à bogie (2) por meio de uma haste (6.1, 6.2), tal como pode ser visto na Figura IA.

Quando o veiculo se desloca numa curva, devido à aceleração lateral (Ac), o corpo (4) move-se lateralmente e tende a inclinar-se para o exterior da curva em relação à bogie (2), como mostrado na Figura 1B. Quando o corpo (4) se inclina, a haste (6.2) opera a válvula externa (3.2), de tal modo que a mola pneumática correspondente (1.2) enche-se, enquanto que a outra haste (6,1) opera a outra válvula de interior (3,1), provocando o esvaziamento a mola (1,1). Neste caso, como anteriormente indicado, a compensação não é eficaz porque a resposta das válvulas é muito lenta.

As Figuras de 2A a 2C mostram um outro sistema convencional de inclinação incorporando válvulas de nivelamento (7.1, 7.2) com dinâmica rápida. Quando o comboio entra na curva, devido à aceleração lateral (Ac), ocorre o movimento e a rotação relativa entre o corpo (4) e do bogie (2) . Esta rotação do corpo (4) gera uma diferença de altura (hl), que neste caso é praticamente corrigida com o enchimento e esvaziamento das molas pneumáticas (1.1, 1.2).

Com este sistema, apesar do facto de a deformação ser praticamente corrigida, há um intervalo de altura (h2), que corresponde com o deslocamento das válvulas de nivelamento (7.1, 7.2) que não é compensado, como pode ser visto na Figura 2C. 8 0 sistema de inclinação objecto da invenção baseia-se na incorporação de uma nova parte rotativa (8.1, 8.2), juntamente com uma massa sísmica (9.1, 9.2) para cada mola pneumática (1.1, 1.2), utilizando uma válvula de nivelamento (7.1, 7.2) com dinâmica rápida.

Este novo sistema de inclinação permite controlar a inclinação dependendo da aceleração lateral (Ac) ao nível do corpo (4), ao nível da bogie (2) ou, dependendo do movimento entre o corpo (4) e da bogie (2), para os quais são fornecidos os tipos de conexões diferentes dos dispositivos mecânicos incorporados.

Em uma forma de realização com o controlo da aceleração lateral (Ac) ao nível da bogie (2), ver Figuras de 3A a 3C, as massas sísmicas (9.1, 9.2) são dispostas na bogie (2), unida a uma das extremidades das partes rotativas (8.1, 8.2), sendo as referidas partes rotativas (8,1, 8,2) unidas de forma articulada à bogie (2) que actua como um pêndulo e acoplado a outra das suas extremidades por meio de hastes (6.1, 6.2) para as alavancas (5.1, 5.2) das válvulas de nivelamento (7.1, 7.2) localizadas no corpo (4) do veículo.

Nestas condições, quando o comboio viaja em uma rota recta, como mostrado na Figura 3A, a articulação entre as hastes (6.1, 6.2) unida às partes rotativas (8.1, 8.2) e às alavancas (5.1, 5.2) das válvulas (7.1, 7.2) forma um ângulo de 9 0°.

No entanto, quando o veículo entra numa curva, como mostrado na Figura 3B, a aceleração lateral (Ac) provoca a deformação lateral e faz com que o corpo (4) se incline em relação à bogie (2) com uma altura (h3). Além disso, as massas sísmicas 9 (9.1, 9.2) movem-se na mesma direcção que a aceleração lateral (Ac), fazendo as partes rotativas (8.1, 8.2) rodar e operar as alavancas (5.1, 5.2) das válvulas de nivelamento (7.1, 7.2), de tal forma que uma das molas pneumáticas (1.1) se esvazia e a outra mola pneumática (1.2) se enche.

Como uma das molas (1.1) se esvazia e a outra (1,2) está a encher, a diferença de alturas entre o corpo (4) e a bogie (2) em ambos os lados é compensada, uma diferença de alturas entre ambas as molas de ar (h4) vai finalmente ser atingida e equilibrada numa curva, que inclina o corpo (4) com respeito à bogie (2) no sentido oposto à deformação natural, reduzindo a aceleração lateral que o passageiro sente. 0 dispositivo mecânico pode ser implementado de outras maneiras, por exemplo, como mostrado na Figura 4A, onde em vez da massa sísmica (9.1, 9.2), existe um pêndulo (10) disposto, junto a uma parte rotativa (8) que é acoplada através da haste (6) à válvula de nivelamento (7). O movimento do pêndulo é, assim, amplificado, e como resultado, o sistema ocupa menos espaço para atingir o mesmo grau de inclinação. Outra forma de realização do dispositivo mecânico é mostrada na Figura 4B, em que em vez da massa sísmica (9.1, 9.2) está disposta uma massa (11), e uma mola (12) e um absorvedor de choques (12.1), junto à parte rotativa (8).

Na forma de realização com o controlo da aceleração lateral (Ac) ao nível do corpo (4), ver Figuras de 5A a 5C, as massas sísmicas (9.1, 9.2) são incorporadas no interior de um compartimento fechado (15) montado no corpo (4), e o óleo pode ser introduzido no compartimento (15) ou um absorvedor de choques de outro tipo poderia ser fornecido para dar mais amortecimento ao sistema. Além disso, as partes rotativas 10 (8.1, 8.2) são articuladas para as válvulas de nivelamento (7.1, 7.2) de tal forma que uma das suas extremidades está ligada entre as molas (13 e 14), que são fixadas à bogie (2) por meio de uma haste, enquanto que a outra extremidade das partes rotativas (8.1, 8.2) é acoplada à massa sísmica respectiva (9.1, 9.2) por meio de uma haste (6.1, 6.2).

Nestas condições, quando o comboio entra numa curva, as massas sísmicas (9.1, 9.2) movem-se devido à aceleração lateral (Ac), actuando através das hastes (6.1, 6.2) sobre as peças rotativas (8.1, 8.2), as quais giram comprimindo as molas (13 ou 14), a mola pneumática (1.1) localizada no interior da curva de ser esvaziada e a mola pneumática (1.2), localizada no exterior da curva a ser cheia, ver Figura 5B.

Enquanto equilibradas em uma curva, ver Figura 5C, quando as molas pneumáticas (1.1, 1.2) mudaram de altura, as molas (13 e 14) compensam a força das massas sísmicas causando o seu movimento para a sua posição inicial e o fecho das válvulas de nivelamento (7.1, 7.2), de modo a que o corpo (4) do conjunto de comboio se incline no sentido oposto ao da aceleração lateral (Ac) .

Nesta forma de realização, as molas (13 e 14) limitam o movimento ascendente ou descendente do corpo (4), em que as ditas molas (13 e 14) apresentam uma deslocação equivalente ao movimento máximo desejado numa direcção e na outra.

Numa outra forma de realização, para o controlo por meio do movimento lateral entre o corpo (4) e da bogie (2), ver Figuras 6A a 6C, as partes rotativas (8.1, 8.2) são articuladas em relação à bogie (2) e juntas por meio das suas hastes respectivas (6.1, 6.2) às alavancas (5.1, 5.2) das 11 válvulas de nivelamento (7.1, 7.2), e por meio de outras hastes (16.1, 16.2) ao corpo (4), que neste caso actua como a massa sísmica das formas de realização anteriores.

Com este arranjo, quando o comboio entra numa curva, o corpo (4) recebe uma força lateral causada pela aceleração lateral (Ac) , movendo-o para o exterior da curva, fazendo com que o movimento das partes rotativas (8.1, 8.2) que operam as alavancas (5.1 e 5.2) das válvulas de nivelamento (7.1, 7.2), fazendo com que a mola pneumática externa (1.2) se encha de ar e a mola pneumática interna (1.1) se vaze, adicionando uma superelevação adicional da faixa reduzindo a aceleração lateral que o passageiro sente (ver Figura 6C).

Nesta forma de realização, a inclinação máxima e mínima é limitada pelas paragens laterais da suspensão e pelas dimensões das partes rotativas (8.1, 8.2).

As formas de realização mostradas acima para aceleração lateral ao nível da bogie (2) e ao nível do corpo (4), e do movimento lateral entre o corpo (4) e a bogie (2), podem também ser implementadas em veículos que tenham as válvulas de nivelamento (7.1, 7.2) na bogie (2).

As Figuras 7A e 7B mostram a implementação da solução com as válvulas localizadas na bogie (2) com o controlo por meio da aceleração lateral ao nível do corpo (4), onde é mostrado como as válvulas de nivelamento (7.1, 7.2) estão localizados na bogie (2), através da qual as partes rotativas (8.1, 8.2) estão dispostas no corpo (4) do veículo.

As Figuras 8A e 8B mostram a implementação da forma de realização para a aceleração lateral ao nível da bogie (2), 12 onde é mostrado como as válvulas de nivelamento (7.1, 7.2) estão localizadas na bogie (2) e as massas sísmicas (9.1, 9.2) estão dispostas na bogie (2) do veículo.

As Figuras 9A e 9B mostram a aplicação da forma de realização para o movimento lateral entre o corpo (4) e a bogie (2) para um conjunto de comboio com as válvulas de nivelamento (7.1, 7.2) na bogie (2), sendo as peças de rotação (8.1, 8.2) nesta forma de realização articuladas ao corpo (4) do veículo, enquanto que as hastes (16.1, 16.2) são unidas à bogie (2). 26-07-2012 13

Claims (9)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Um sistema pneumático de inclinação controlada em veículos ferroviários, do tipo que usa válvulas de abertura e de corte para as molas pneumáticas da suspensão para controlar a altura do corpo (4) com respeito à bogie (2), caracterizado pelo facto de a operação das válvulas de nivelamento (7.1, 7.2) de cada uma das molas pneumáticas (1.1, 1.2) da suspensão incorporar um dispositivo mecânico formado por uma parte rotativa (8.1, 8.2) ligada a uma massa sísmica (9.1, 9.2) , de tal modo que quando o veículo entra numa curva os referidos dispositivos mecânicos agem sobre as válvulas (7.1, 7.2) , em que um movimento de inclinação lateral de cada massa sísmica (9.1, 9.2) é transmitido, sobre cada peça rotativa (8.1, 8.2) para cada válvula (7,1, 7.2) operando diferencialmente as válvulas (7.1, 7.2) e a inclinação do corpo (4) no sentido oposto ao da aceleração lateral (Ac), controlando tanto a altura das molas como do ângulo de inclinação e, como resultado, reduz a aceleração lateral que o passageiro sente numa curva.
2. 2. 0 sistema pneumático de inclinação controlada em veículos ferroviários de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de que a altura e o ângulo de inclinação são controlados através da aplicação dos dispositivos mecânicos das válvulas (7.1, 7.2) ao nível da bogie (2).
3. 3. 0 sistema pneumático de inclinação controlada em veículos ferroviários de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo facto de estarem dispostas nos dispositivos mecânicos aplicados ao nível das bogie (2) massas sísmicas (9.1, 9.2) unidas a partes rotativas (8 .1, 8.2), que por sua vez são unidas de forma articulada à bogie 1 (2) e estão acopladas a outra das suas extremidades por meio de hastes respectivas (6.1, 6.2) às alavancas (5.1, 5.2) das válvulas (7.1, 7.2) que estão no corpo (4) do veiculo.
4. 4. 0 sistema pneumático de inclinação controlada em veículos ferroviários de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de o dispositivo mecânico poder ser formado por um pêndulo (10) unido a uma peça rotativa (8) ligada através de uma haste (6) à respectiva válvula de nivelamento de controlo (7).
5. 5. 0 sistema pneumático de inclinação controlada em veículos ferroviários de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de o dispositivo mecânico poder ser formado por uma massa (11) e por uma mola (12) unidas a uma peça rotativa (8) ligada através de uma haste (6) à respectiva válvula de controlo de nivelamento (7) .
6. 6. O sistema pneumático de inclinação controlada em veículos ferroviários de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de que a altura e o ângulo de inclinação são controlados através da aplicação dos dispositivos mecânicos das válvulas (7.1, 7.2) ao nível do corpo (4) do veículo.
7. 7. 0 sistema pneumático de inclinação controlada em veículos ferroviários de acordo com as reivindicações 1 e 6, caracterizado pelo facto de que os dispositivos mecânicos aplicados ao nível do corpo (4) as massas sísmicas (9.1, 9.2) são dispostas no interior de um compartimento (15) disposto no corpo (4) do veículo com óleo ou um absorvedor de choque adicional, sendo as peças rotativas (8.1, 8.2) articuladas nas válvulas de nivelamento (7.1, 7.2) e ligadas com uma das 2 suas extremidades entre as molas (13 e 14) que são fixadas na bogie (2) por meio de uma haste, enquanto que a outra extremidade das ditas peças rotativas (8.1, 8.2) é acoplado à massa sísmica correspondente (9.1, 9.2) por meio de uma haste respectiva (6.1, 6.2).
8. 8. 0 sistema pneumático de inclinação controlada em veículos ferroviários de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a altura e o ângulo de inclinação serem controlados pelo movimento entre o corpo (4) e a bogie (2), sendo as partes rotativas (8.1, 8.2) articuladas com respeito à bogie (2) e juntas por meio de hastes respectivas (6.1, 6.2) às alavancas (5.1, 5.2) das válvulas (7.1, 7.2) e por meio de outras hastes (16) ao corpo (4) do veículo, que actua como a massa sísmica.
9. 9. 0 sistema pneumático de inclinação controlada em veículos ferroviários de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por as soluções de controlo da aceleração lateral ao nível da bogie (2), ao nível do corpo (4) e de movimento lateral entre o corpo (4) e a bogie (2), poderem ser implementadas em conjuntos de comboio tendo as suas válvulas de nivelamento (7) na bogie (2) do conjunto de comboio. 27-07-2012 3