PT736437E - Sistema de controlo do rolamento da carrocaria de um veiculo ferroviario com carrocaria com inclanacao longitudinal - Google Patents

Description

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Descrição “Sistema de controlo do rolamento da carroçaria de um veículo ferroviário com carroçaria com inclinação longitudinal” A presente invenção refere-se, genericamente, a veículos ferroviários que têm uma carroçaria com equilíbrio longitudinal variável, isto é, adaptada para ser rodada em tomo do eixo longitudinal, quando o veículo se desloca em trajectos em curva, da via férrea, no sentido do interior da curva, como está descrito genericamente na patente US-A-3 868 911. Estas rotações ou rolamentos da carroçaria permitem, em particular do caso dos veículos ferroviários de alta velocidade, melhorar de maneira apreciável o conforto dos passageiros, devido ao faço de a aceleração transversal sentida no interior da carroçaria enquanto o veículo está a deslocar-se numa curva, ser relativamente limitada.

As variações da inclinação da carroçaria são tradícionalmente servocomandadas por meio de um sistema de controlo do rolamento da carroçaria. A patente US 3 844 225, concedida à Fiat Spa descreve um tal sistema de controlo para um veículo ferroviário, que inclui duas “boggies” e meios de suspensão elásticos entre a carroçaria e as “boggies”. Este sistemas de controlo compreende dois pares de actuadores lineares de fluido comprimido, interpostos substancialmente verticalmente entre a carroçaria e as extremidades opostas das duas “bogies”, uma fonte de fluido sob pressão, meios de válvulas para controlar a comunicação entre os referidos meios actuadores e a referida fonte de fluido sob pressão, através de condutas de fluido respectivas, uma unidade electrómca de regulação, associada operativamente aos referidos meios de válvulas, e meios transdutores para detectar a aceleração centrífuga não compensada que actua na carroçaria do veículo e para transmitir sinais de saída correspondentes para a referida unidade electrónica de regulação, para dirigir os referidos meios de válvulas, de modo a realizar, enquanto o veículo está a deslocar-se numa curva, rotações da carroçaria em tomo de um eixo longitudinal, com tendência para compensar a referida aceleração centrífuga.

No sistema de controlo convencional do tipo atrás referido, os circuitos do fluido dos pares de actuadores associados às duas “bogies” do veículo são diferentes e separados um do outro, isto é, na prática independentes uns dos outros, proporcionando-se dois conjuntos autónomos de válvulas electromagnéticas, comandadas pela unidade electrónica de regulação, na sequência do processamento dos sinais de saída fornecidos pelos meios transdutores.

Quando o veículo se desloca ao longo de um trajecto em linha recta, os dois conjuntos de válvulas electromagnéticas mantêm o actuador de um ou do outro pares isolados. Logo que o veículo entre na secção parabólica de transição de entrada numa curva, tem de encarar-se o problema seguinte.

Ao encontrar-se uma obliquidade das calhas, isto é, da inclinação em projecção vertical, do carril exterior em relação ao carril interior, em correspondência com a secção de transição de entrada da sobrelevação curva, a “bogie” dianteira, relativamente ao sentido de marcha, rola no plano vertical e transmite à carroçaria um binário de rotação, através da suspensão secundária correspondente. Nessa condição, a suspensão situada em correspondência com o lado da “bogie” que é elevado, devido à obliquidade da calha, é contraída, enquanto que a suspensão situada em correspondência com o lado oposto tende a ficar menos carregada. Produz-se assim, na zona da “bogie” dianteira, um binário de contra- -reacção, que gera um binário oposto de acção na “bogie” traseira, através da suspensão secundária correspondente. Portanto, a obliquidade da reacção de transição à entrada da curva, produz normalmente uma distribuição desequilibrada da carga nas suspensões secundárias das duas “bogies” e portanto um efeito de “descarga” não uniforme dos eixos respectivos.

Simultaneamente, enquanto o veículo está a entrar na secção de transição na entrada da curva, é iniciada a actuação do sistema de controlo do rolamento da carroçaria, por meio dos sinais de saída gerados pelos meios actuadores, isto é os actuadores das duas “bogies” são operados. Como, como foi indicado, os dois circuitos de fluido destes actuadores, de acordo com a técnica anterior, são independentes um do outro, devido às diferenças hidráulicas ou de controlo ou de outros tipos das variações ou não-simetrias, os binários aplicados correspondentes pelos actuadores nas “bogies” serão normalmente diferentes. Estes binários diferentes carregam de maneiras diferentes os eixos das “bogies” e, por conseguinte um eixo (e, portanto, os contactos roda-carril correspondentes) pode ser excessivamente descarregado. Na prática, esta situação corresponde à auto-geração pelo próprio veículo de uma obliquidade adicional que, realmente, não existe, isto é, de uma “obliquidade autogénea”, que toma a situação atrás descrita, que deriva da presença real de uma obliquidade das calhas na secção de transição na entrada da curva, notavelmente pior.

Esta situação, que afecta negativamente a condição de actuação do sistema de controlo, também quando o veículo está a deslocar-se numa curva complexa, bem como ao longo da secção de transição para a curva, sobretudo reduz a segurança intrínseca da marcha do veículo durante a operação do sistema de controlo do rolamento da carroçaria.

Da patente WO91/00 815 é também conhecido um dispositivo para inclinar um veículo sobre carris, nas curvas da via, que compreende dois actuadores lineares para a primeira “bogie” e dois actuadores lineares para a segunda “bogie”, no qual cada actuador é um cilindro de duplo efeito, que possui câmaras superior e inferior respectivas. As câmaras inferiores dos cilindros da esquerda estão interligados entre si e ligadas também às câmaras superiores dos cilindros da direita Correspondentes, as câmaras inferiores dos cilindros da direita estão interligados entre si e ligadas às câmaras superiores dos cilindros da esquerda. Uma servo-válvula única está ligada de um lado às câmaras superiores dos cilindros da esquerda e as câmaras inferiores dos cilindros da direita, e do outro lado às câmaras inferiores dos cilindros da esquerda e às câmaras superiores dos cilindros da direita. Por conseguinte, todos os quatro cilindros são forçados a cooperar para inclinar a carroçaria do veículo, por meio de um movimento de rotação coordenado. Designadamente, a inclinação da carroçaria num ou no outro sentidos é realizada por retracção positiva dos cilindros da direita (ou, respectivamente, dos cilindros da esquerda) e por extensão positiva simultânea dos cilindros da esquerda (ou, respectivamente, dos cilindros da direita).

Esta solução conhecida tem os seguintes inconvenientes: - do ponto de vista estrutural, são necessárias condutas de ligação do fluido transversais, entre os cilindros da esquerda e da direita de cada “bogie”, o que implica problemas de instalação, devido ao espaço limitado disponível entre o pavimento da carroçaria e as “bogies”, em particular no caso dos veículos ferroviários com pavimento rebaixado. Além disso, os cilindros de duplo efeito são geralmente mais volumosos e menos fiáveis que os cilindros de simples efeito, 5

- do ponto de vista funcional, visto que estes cilindros são operados positivamente, tanto nos sentidos de tracção como no sentido de empurrão da carroçaria, esta última fica sujeita a enormes tensões nos pontos de fixação dos cilindros. Por outro lado, o tempo de vida operacional dos cilindros de duplo efeito é selectivamente curto e exige conservação frequente. Além disso, os derrames dos fluidos de uma ou de outra das câmaras de um ou mais dos cilindros pode conduzir a uma operação de inclinação da carroçaria total não simétrica, o que implica assim tensões adicionais e desequilibradas na estrutura da carroçaria. Estes derrames podem afectar também a taxa de inclinação, visto que um nível de operação a uma pressão estabelecida será atingido mais tarde na câmara de impulso com derrame do ou dos cilindros em causa, o que implica um atraso que o ângulo de inclinação máximo de cerca de 8 o tem de ser atingido dentro de 1 segundo, o que afectará negativamente o conforto dos passageiros durante as fases de entrada e de saída das curvas. O objecto da presente invenção consiste em vencer os inconvenientes atrás indicados e, mais particularmente, evitar a geração de “obliquidade autogénea” e os efeitos negativos relacionados de ulteriormente descarregar os eixos do veículo nas condições atrás descritas.

De acordo com a invenção, este objectivo é atingido por meio de um sistema de rolamento da carroçaria num veiculo ferroviário com carroçaria com equilíbrio longitudinal variável, tal como se descreve na reivindicação 1 e por um veículo ferroviário que tem um sistema de controlo do rolamento da carroçaria, como se descreve na reivindicação 2.

Devido a esta ideia de solução, os actuadores de cada um dos lados do 6 veículo são mantidos sob ligação isobárica de um com o outro, o que permite, na condição de actuação do sistema de controlo de rolamento da carroçaria, evitar os fenómenos de geração de “obliquidade autogénea”, obtendo-se assim um grau de segurança intrínseca mais elevado, sempre que o veículo está a deslocar-se num trajecto em curva.

Além disso, a ligação isobárica dos actuadores toma o sistema de controlo do rolamento da carroçaria substancialmente menos rígido, em comparação com os sistemas de controlo tradicionais.

Outras características e vantagens da invenção tomar-se-ão evidentes na descrição seguinte, feita com referência aos desenhos anexos, dados a título puramente limitativo e cujas figuras representam: A fig. 1, um corte transversal vertical esquemático e simplificado, em correspondência com uma “bogie” de uma carroçaria com equilíbrio longitudinal variável de um veículo ferroviário equipado com um sistema de controlo do rolamento da carroçaria de acordo com a invenção, e A fig. 2, uma vista de cima em perspectiva, esquemática, do sistema do veículo representado na fig. 1.

Com referência às fig. 1 e 2, um veículo ferroviário (F) é constituído essencialmente por uma carroçaria (1), suportada, na proximidade das suas extremidades opostas, por duas “bogies” (2, 3), cada uma das quais inclui, de uma maneira conhecida em si, uma armação (4), duas rodas e conjuntos de eixos (5) e um componente transversal (6) oscilante. Os componentes transversais oscilantes (6) estão montados sobre as “bogies” (2, 3) substancialmente em correspondência com a linha central das mesmas, cada um com interposição de molas helicoidais verticais 7

(7), que constituem a suspensão vertical e lateral do veículo. A carroçaria (1) do veículo (F) está ligada, também de uma maneira conhecida em si, aos componentes transversais oscilantes (6). A ligação entre cada um dos componentes transversais e a respectiva viga de carga transversal (8), fixada rigidamente sob o pavimento da carroçaria, é feita, também de uma maneira conhecida em si, por meio de dois suportes de suspensão (9).

Nota-se que a representação da fig. 1 deve ser considerada puramente como um esquema funcional de princípio, sem correspondência real com a construção dos componentes ilustrados.

Entre cada um dos componentes transversais oscilantes (6) e os lados da carroçaria (1), dispõem-se respectivamente actuadores lineares de fluido comprimido (10a, 10b), por exemplo constituídos por macacos hidráulicos. Em alternativa, podem também usar-se macacos do tipo pneumático. A disposição ilustrada nos desenhos é puramente esquemática, também no que respeita à disposição dos macacos (10a, 10b): de facto, na construção real do veículo, estes macacos estão em regra interpostos entre extremidades correspondentes dos componentes transversais oscilantes (6) e as vigas de apoio da carga (8), fixadas no pavimento da carroçaria (1).

Os lados superiores dos cilindros dos macacos hidráulicos (10a, 10b) definem respectivamente câmaras de impulsionamento (11a, 11b), ligadas, da maneira que adiante se explica, a um sistema de controlo do rolamento electro-hidráulico, da carroçaria (1) em tomo de um eixo horizontal, de modo a variar o seu equilíbrio longitudinal, quando o veículo se desloca num trajecto em curva. A rotação da carroçaria (1) em tomo do seu eixo longitudinal ao longo de uma curva permite, de 8 uma maneira conhecida em si, a compensação da força centrífuga que actua nos passageiros por meio da componente lateral do peso, de modo que os passageiros são afectados, mesmo no caso do deslocamento a alta velocidade, por uma aceleração transversal relativamente limitada. O sistema de controlo do rolamento da carroçaria compreende, também de uma maneira conhecida em si, uma fonte de fluido hidráulico sob pressão, ou gerador de potência (212), que está adaptado para ser ligado às câmaras de impulsionamento (11a, 11b) dos macacos hidráulicos (10A, 10B), através de uma única unidade de válvulas electromagnéticas (12), comum para os dois pares de actuadores (10a, lOf). A unidade de válvulas electromagnéticas (13), que pode ser constituída por uma válvula de pressão ou de fluxo, é controlada por uma unidade electrónica de regulação (14), também de um tipo geralmente convencional, a qual, por sua vez, está ligada operativamente a transdutores (15, 16), proporcionados para detectar a condição de marcha do veículo ao longo do trajecto em curva e a aceleração centrífuga não compensada, que actua na carroçaria (1), na curva, respectivamente, e para transmitir os sinais de saída correspondentes para a unidade electrónica de regulação (14), para controlar a unidade de válvula electromagnéticas (13). Os transdutores (15) e (16) podem incluir, tradicionalmente, por exemplo um giroscópio e um ou mais acelerómetros.

De acordo com uma característica fundamental da invenção, as câmaras de impulsionamento (11a) dos dois macacos (10a) correspondentes a um dos lados do veículo são ligados entre si através de uma conduta comum respectiva (17a) e as câmaras de impulsionamento (Ub) dos dois macacos (10b) correspondentes ao outro lado do veículo são ligadas entre si, através de uma conduta comum respectiva (17b), sendo, por sua vez, as condutas (17a, 17b) ligadas à unidade de válvulas (13), através de condutas de fluido respectivas (18a, 18b).

Devido à disposição atrás apresentada do sistema de controlo do rolamento da carroçaria (1), os actuadores (10a) e (10b) que correspondem respectivamente a um e ao outro lado do veículo, são mantidos numa condição isobárica. Quando o veículo se deslocar no trajecto rectilíneo, que corresponde à situação representada na fig. 1 e na qual as condutas (18a, 18b) estão ambas mterceptadas pela unidade de válvulas (13), isso resulta numa maior rigidez da ligação entre os componentes transversais oscilantes, em comparação com os sistemas de controlo do rolamento convencionais, nos quais não existe qualquer comunicação entre os mesmos actuadores.

Quando o veículo entrar na secção de transição parabólica da curva, efectua-se a activação do sistema de controlo do rolamento pela unidade electrónica (14). As câmaras de impulsionamento (11a) dos actuadores (10a) (ou, respectivamente as câmaras (11b) dos actuadores (10b)), correspondentes ao lado do veículo voltado para o interior da curva, são postos em comunicação com o gerador de potência (12), enquanto as câmaras (11b) dos actuadores (10b) (ou as câmaras (11a) dos actuadores (10a), respectivamente) correspondentes ao lado do veículo voltado para o exterior da curva, são ligados a uma descarga, por meio da actuação correspondente da unidade de válvulas (13), realizada pela unidade electrónica de regulação (14), em resposta aos sinais de saída dos transdutores (15) e (16). Por conseguinte, a carroçaria (1) é rodada em tomo do seu eixo longitudinal, no sentido do interior da curva, limitando assim a aceleração transversal sentida pelos passageiros no interior da carroçaria. A actuação do sistema de controlo do rolamento da carroçaria (1) é 10 mantida enquanto o veículo se deslocar ao longo de toda a curva e até ao fim da sua secção de transição de saída.

Na condição de actuação do sistema de controlo do rolamento da carroçaria ao longo da curva e ao longo da secção de transição, a ligação mútua entre as câmaras de impulsionamento (11a, 11b) dos actuadores (10a, 10b) correspondentes a cada um dos lados do veículo permite que se evite a geração do fenómeno de “obliquidade autogénea”, obtendo-se assim um grau de segurança do veículo intrínseca, a alta velocidade.

Naturalmente, os pormenores de construção da forma de realização podem ser muito variados em relação ao que foi descrito e ilustrado, apenas a título de exemplo, sem que por isso os afastemos do escopo da invenção, tal como é definido nas reivindicações anexas.

Lisboa, 3 de Agosto de 2001 f£/í O Açjpni© Oficial da Propriedade Industriai

1269-063 LISBOA

Claims (2)

1. Reivindicações 1. Sistema de controlo do rolamento, para um veiculo ferroviário (F), que possui uma carroçaria com equilíbrio longitudinal variável (1), no qual o veículo (F) inclui uma primeira e uma segunda “bogie” (2, 3), que têm lados esquerdo e direito opostos e meios de suspensão elástico (7), entre a carroçaria (1) e as “bogies” (2, 3), compreendendo o referido sistema de controlo dois pares de actuadores (10a, 10b), respectivamente esquerdo e direito, lineares, de fluido sob pressão, interpostos substancialmente verticalmente entre a carroçaria (1), respecti vamente o lado esquerdo e o lado direito das referidas primeira e segunda “bogies” (2, 3), uma fonte de fluido sob pressão (12), meios de válvula (13), que controlam a ligação entre os referidos actuadores (10a, 10b) e a referida fonte de fluido sob pressão (12), através de condutas do fluido respectivas (18a, 18b), uma unidade electrónica de regulação (14), associada operativamente aos referidos meios de válvula (13), e meios transdutores (15, 16), para detectar a aceleração centrífuga não compensada que actua na carroçaria (1) do referido veículo (F) e para transmitir sinais de saída correspondentes para a referida unidade electrónica de regulação (14), para comandar os referidos meios de válvula (13), de modo a realizar, enquanto o veículo (F) está a deslocar-se ao longo de uma curva, rotações da referida carroçaria (1) em tomo de um eixo longitudinal, que tendem a compensar a referida aceleração centrífuga, caracterizado por cada um dos actuadores da esquerda e da direita (10a, 10b) compreender um cilindro de efeito simples, que possui uma única câmara de impulsionamento (11a, 11b), estando a câmara de impulsíonamento (11a) de cada um dos cilindros de efeito simples da esquerda (10a) em comunicação apenas com a câmara de impulsionamento (1 la) do outro cilindro de efeito simples da esquerda (10a) e a câmara de impulsionamento (11b) de cada cilindro de efeito simples da direita (11b) em comunicação apenas com a câmara de impulsionamento (11b) do outro cilindro de efeito simples da direita (10b); e por os referidos meios de válvula compreenderem uma única unidade de válvulas (13), ligada às referidas câmaras de impulsionamento únicas (11a, 11b) quer dos referidos cilindros de efeito simples da esquerda, quer dos da direita (10a, 10b).
2. 2. Veículo ferroviário (F), que tem uma carroçaria (1) com equilíbrio longitudinal variável, uma primeira e uma segunda “bogies”, que têm lados direito e esquerdo respectivos, meios de suspensão elásticos (7) entre a carroçaria (1) e as “bogies” (2) e um sistema de controlo do rolamento da carroçaria que compreende dois pares, respectivamente esquerdo e direito, de actuadores lineares, fluido sob pressão (10a, 10b), interpostos substancialmente verticalmente entre a carroçaria (1) e os lados esquerdo e, respectivamente, direito das referidas primeira e segunda “bogie” (2, 3), uma fonte de fluido sob pressão (12), meios de válvulas (13), que controlam a ligação entre os referidos actuadores (10a, 10b) e a referida fonte de fluido sob pressão (12), através das condutas de fluido respectivas (18a, 18b), uma unidade electrónica de regulação (14), associada operativamente aos referidos meios de válvula (13) e meios transdutores (15, 16), para detectar a aceleração centrífuga não compensada que actua na carroçaria (1) do referido veículo (F) e para transmitir sinais de saída correspondentes para a unidade electrónica de regulação (14), para comandar os referidos meios de válvula (13) de modo a realizar, enquanto o veículo (F) está a deslocar-se ao longo de uma curva, rotações da referida carroçaria (1), em tomo do seu eixo longitudinal, tendentes a compensar a referida aceleração centrífuga, caracterizado por cada um dos actuadores (10a, 10b), da esquerda e da 3 direita, compreender um cilindro de efeito simples, que possui uma câmara de impulsionamento (11a, 11b), estando a câmara de impulsionamento (11a) de cada um dos cilindros de efeito simples da esquerda (10a) em comunicação apenas com a câmara de impulsionamento (11a) do outro cilindro de acção simples da esquerda (11a) e estando a câmara de impulsionamento (11b) de cada cilindro de efeito simples da direita (10b) em comunicação apenas com a câmara de accionamento (1 lb) do outro cilindro de efeito simples da direita (10b); e por os referidos meios de válvulas compreenderem uma unidade de válvulas única (13), ligada às referidas câmaras de impulsionamento únicas (11a, 11b) quer dos cilindros de acção simples da esquerda, quer da direita (10a, 10b). Lisboa, 3 de Agosto de 2001

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