WO2011015687A1 - Method for diagnosing the level of transmission of vibrations from a rail transportation system and testing area for the implementation thereof - Google Patents
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Abstract
The method is based on the measurement of the intensity of vibration in a nearby zone foreseen to be the rail transportation system, and from a distant zone, yet to be evaluated, being susceptible to the vibration. In said distant zone, a measurement is taken during the passage of vehicles and in the absence of vehicular transit, in order to obtain the comparison from the intensity of vibration measurement, the vibration transference function being from the train crossing zone to said distant zone. The method comprises creating in the testing zone for the rail transport, random vibrations with an analog frequency derived from the vibrations produced by the circulation of the rail transport; and the magnitude of said vibrations being controlled to ensure that the vibrations produced are detected in said distant zone.
Description
MÉTODO PARA EL DIAGNÓSTICO DEL NIVEL DE TRANSMISIÓN DE METHOD FOR THE DIAGNOSIS OF THE TRANSMISSION LEVEL OF
VIBRACIONES DESDE UNA SUPERFICIE DE TRÁNSITO DE VEHÍCULOSVIBRATIONS FROM A VEHICLE TRANSIT SURFACE
FERROVIARIOS Y BANCO DE ENSAYO PARA SU IMPLEMENTACIÓN Campo de Ia invención RAILWAYS AND TEST BANK FOR IMPLEMENTATION Field of the invention
La presente invención concierne a un método para el diagnóstico del nivel de transmisión de vibraciones a través del terreno desde una superficie de tránsito de vehículos ferroviarios a una zona distante, en general una zona habitada o con instalaciones a proteger, susceptible de ser afectada por tales vibraciones sin necesidad de un tránsito real de vehículos ferroviarios. The present invention concerns a method for diagnosing the level of vibration transmission through the ground from a transit surface of railway vehicles to a distant area, in general an inhabited area or with facilities to be protected, susceptible to being affected by such vibrations without the need for real transit of rail vehicles.
La presente invención también concierne a un banco de ensayo para generar vibraciones análogas a las producidas por el paso de trenes y transmitirlas a tal superficie de tránsito de modo que las vibraciones pueden ser medidas en Ia zona distante en ausencia de un tránsito real de vehículos ferroviarios. The present invention also concerns a test bench to generate vibrations analogous to those produced by the passage of trains and transmit them to such a transit surface so that the vibrations can be measured in the distant area in the absence of a real transit of railway vehicles .
El banco de ensayo puede ser transportado y adaptado a distintos emplazamientos y regulado para simular vibraciones producidas por diferentes tipos de trenes o vehículos ferroviarios, Io que permite predecir el nivel de vibración ocasionado por el paso de los vehículos ferroviarios antes de que se produzca una circulación real de los mismos e incluso antes de que las vías u otras superestructuras estén instaladas, evitando así los ensayos con vehículos o prototipos reales. The test bench can be transported and adapted to different locations and regulated to simulate vibrations produced by different types of trains or rail vehicles, which allows to predict the level of vibration caused by the passage of rail vehicles before a traffic occurs of the same and even before the tracks or other superstructures are installed, thus avoiding tests with real vehicles or prototypes.
El método basado en el uso de tal banco de ensayo permite así caracterizar el terreno en relación con el nivel de transmisión de vibraciones generadas por el paso de trenes desde tales superficies de tránsito a zonas próximas, proporcionando un diagnóstico particularmente útil para decidir el tipo de vía más adecuado a instalar en dicha superficie de tránsito con el fin de garantizar una atenuación de las vibraciones en las zonas próximas a proteger, en particular para cumplir las normativas nacionales e internacionales relacionadas con el impacto ambiental, Ia contaminación acústica generada por las vibraciones transmitidas, etc. The method based on the use of such a test bench thus allows characterizing the terrain in relation to the level of transmission of vibrations generated by the passage of trains from such transit surfaces to nearby areas, providing a particularly useful diagnosis to decide the type of most suitable way to install on said transit surface in order to guarantee an attenuation of vibrations in the areas close to being protected, in particular to comply with national and international regulations related to environmental impact, the noise pollution generated by transmitted vibrations , etc.
La invención encuentra una aplicación en general en plataformas, túneles y puentes de vías férreas próximas a zonas habitadas (edificios de viviendas) o instalaciones a proteger, y más en particular en túneles de ferrocarril suburbano. The invention finds a general application in platforms, tunnels and railway bridges near inhabited areas (residential buildings) or facilities to be protected, and more particularly in suburban rail tunnels.
Antecedentes de Ia invención Background of the invention
El estudio de las vibraciones provocadas por el paso de un tren suburbano (metro) u otros tipos de trenes es muy importante dado que tales vibraciones pueden provocar molestias a los habitantes de zonas próximas, tanto por Ia percepción directa
de las vibraciones como por el ruido que las mismas inducen por resonancias en cristales, paneles, falsos techos, etc., pudiendo generar en los casos más extremos desperfectos en los edificios y estructuras próximos a Ia vía ferroviaria debidos tanto a las vibraciones transmitidas directamente como a las vibraciones incluidas. The study of the vibrations caused by the passage of a suburban train (subway) or other types of trains is very important since such vibrations can cause discomfort to the inhabitants of nearby areas, both by direct perception of the vibrations as by the noise that they induce by resonances in crystals, panels, false ceilings, etc., being able to generate in the most extreme cases damages in the buildings and structures close to the railway track due to both the vibrations transmitted directly as to the vibrations included.
El análisis de las vibraciones es complejo y requiere tener en cuenta distintos parámetros, tales como el tipo de fuente que ocasiona Ia vibración y las condiciones del terreno que define el camino de propagación. En el caso de un ferrocarril suburbano o de otro tipo, Ia fuente que genera Ia vibración se puede considerar una fuente multipuntüal, donde cada uno de los bogíes actúa como una fuente en movimiento, incrementando ello Ia complejidad del análisis. Además se ha de tener en consideración Ia variabilidad de las características geológicas del terreno así como Ia influencia de Ia frecuencia de Ia vibración en el proceso de atenuación durante Ia propagación de Ia vibración en el terreno. The analysis of the vibrations is complex and requires taking into account different parameters, such as the type of source that causes the vibration and the ground conditions that define the propagation path. In the case of a suburban or other railroad, the source that generates the vibration can be considered a multi-point source, where each of the bogies acts as a source in motion, thereby increasing the complexity of the analysis. In addition, the variability of the geological characteristics of the terrain as well as the influence of the frequency of the vibration in the attenuation process during the propagation of the vibration in the terrain must be taken into consideration.
En Ia actualidad, el estudio de Ia propagación de vibraciones generadas, por ejemplo, por un ferrocarril suburbano se realiza cuando tanto Ia infraestructura (túnel y Ia plataforma) está construida como Ia superestructura (vías, catenaria o carriles de suministro de corriente y otros equipos), está instalada y permite el tránsito de vehículos ferroviarios. Se suelen realizar dos series de mediciones, una primera serie se realiza durante el paso de un tren suburbano y Ia otra serie se realiza en ausencia de circulación de trenes, para poder distinguir las vibraciones ocasionadas por Ia circulación de vehículos ferroviarios de las vibraciones derivadas de otras causas, como por ejemplo las actividades industriales locales o el tránsito de vehículos por las calles. Como es conocido, los vehículos que circulan por las calles con- ruedas neumáticas no generan apenas vibraciones, salvo en los casos en que existan juntas o escalones en Ia calle, aunque incluso en este último caso el problema principal es el ruido. At present, the study of the propagation of vibrations generated, for example, by a suburban railway is carried out when both the infrastructure (tunnel and platform) is constructed as the superstructure (tracks, catenary or current supply rails and other equipment ), is installed and allows the transit of railway vehicles. Two series of measurements are usually made, a first series is made during the passage of a suburban train and the other series is performed in the absence of train circulation, in order to distinguish the vibrations caused by the circulation of railway vehicles from the vibrations derived from other causes, such as local industrial activities or the transit of vehicles through the streets. As is known, the vehicles that circulate on the streets with pneumatic wheels do not generate vibrations, except in cases where there are joints or steps in the street, although even in the latter case the main problem is noise.
Por los documentos BE1014836, GB275373, EP688902 y WO 02/02383, se conocen diversas alternativas para el problema citado, si bien siempre están basados en unidades embarcadas en un vehículo ferroviaria, aunque sea muy simple, Io que hace necesario que Ia superestructura esté instalada, por Io que dichas propuestas son completamente distintas de Ia que1 es objeto de esta invención. Various alternatives for the problem mentioned are known from documents BE1014836, GB275373, EP688902 and WO 02/02383, although they are always based on units embarked on a railway vehicle, although it is very simple, which makes it necessary for the superstructure to be installed , so that these proposals are completely different from that 1 is the subject of this invention.
Así, a diferencia del banco de ensayo descrito en Ia BE1014836, una de las principales ventajas del banco de ensayo propuesto es que permite hacer el análisis y las medidas de las vibraciones sin necesidad de que ningún vehículo ferroviario esté circulando, por Io que Ia preparación de Ia superficie o terreno a diagnosticar es mínima. Esto por un lado supone una reducción del tiempo necesario para tomar las
mediciones, y por otro permite hacer el estudio de vibraciones antes de que Ia línea ferroviaria se ponga en funcionamiento, permitiendo incluso realizar las mediciones (en el punto de instalación y en Ia zona distante a evaluar) sin necesidad de haber realizado Ia instalación previa de Ia vía en Ia superficie (por ejemplo dentro de un túnel). Por Io tanto el método y el banco de ensayo de Ia presente invención tienen un elevado potencial de aplicación durante Ia fase de construcción de nuevas líneas ferroviarias, tanto de ferrocarril suburbano como de superficie. Thus, unlike the test bench described in BE1014836, one of the main advantages of the proposed test bench is that it allows the analysis and measurement of vibrations without the need for any railway vehicle to be circulating, so that the preparation of the surface or terrain to be diagnosed is minimal. This on the one hand means a reduction in the time needed to take the measurements, and on the other hand it allows the study of vibrations before the railway line is put into operation, allowing even the measurements (at the point of installation and in the distant area to be evaluated) without the need to have performed the previous installation of The track on the surface (for example inside a tunnel). Therefore, both the method and the test bench of the present invention have a high application potential during the construction phase of new railway lines, both suburban and surface railway.
Breve exposición de Ia invención Brief exposition of the invention
La invención aporta un método para caracterización de superficies en relación con el nivel de vibraciones transmitido por el paso de trenes, en donde se utiliza un banco de ensayo, transportable, que simula el comportamiento de un vehículo ferroviario. The invention provides a method for characterizing surfaces in relation to the level of vibrations transmitted by the passage of trains, where a test bench, transportable, which simulates the behavior of a railway vehicle is used.
El método para el diagnóstico del nivel de transmisión de vibraciones de Ia presente invención utiliza, según una técnica conocida, Ia toma de unas mediciones de intensidad de vibración en una zona inmediata a Ia prevista para el paso de vehículos ferroviarios y en un punto distante, a evaluar (en general una zona habitada, edificio, o instalación), susceptible de ser afectado por Ia vibración, tomándose en este último punto unas primeras mediciones durante el paso de los vehículos ferroviarios y unas segundas en ausencia de su tránsito para obtener ulteriormente, por comparación de las intensidades de vibración de dichas primeras y segundas medidas Ia función de transferencia de vibración desde Ia zona de paso de vehículos ferroviarios al citado punto distante. The method for diagnosing the level of vibration transmission of the present invention uses, according to a known technique, the taking of vibration intensity measurements in an immediate area to that foreseen for the passage of railway vehicles and at a distant point, to be evaluated (in general an inhabited area, building, or installation), susceptible to being affected by the vibration, taking in this last point some first measurements during the passage of the rail vehicles and some second ones in the absence of their transit to obtain later, by comparing the vibration intensities of said first and second measurements, the function of transferring vibration from the passage zone of railway vehicles to said distant point.
El método de Ia presente invención comprende generar mediante un banco de ensayo transportable unas vibraciones aleatorias en una zona de Ia superficie prevista para el paso de los vehículos ferroviarios, teniendo dichas vibraciones un contenido frecuencial análogo al derivado de las vibraciones producidas por Ia circulación de un vehículo ferroviario real (en general comprendidas entre 10 y 200 Hz y preferentemente entre 10 y 80 Hz) y una magnitud controlada para garantizar que las vibraciones generadas puedan ser detectadas en el citado punto distante por unos instrumentos de medida en sí conocidos. El nivel de Ia vibración generada, representado por el valor eficaz de Ia velocidad de vibración, se encuentra en general comprendido entre 0,09 y 0,20 mm/s, The method of the present invention comprises generating, by means of a transportable test bench, random vibrations in an area of the surface provided for the passage of railway vehicles, said vibrations having a frequency content analogous to that derived from the vibrations produced by the circulation of a real rail vehicle (in general between 10 and 200 Hz and preferably between 10 and 80 Hz) and a controlled magnitude to ensure that the vibrations generated can be detected at the aforementioned distant point by some known measuring instruments. The level of the vibration generated, represented by the effective value of the speed of vibration, is generally between 0.09 and 0.20 mm / s,
De acuerdo con Ia invención, Ia generación de vibraciones en el citado banco de ensayo será producida por rodadura.
Como es bien sabido, Ia generación de vibraciones por causa del contacto rueda-carril proviene de las fluctuaciones de Ia fuerza de contacto provocadas por las irregularidades de perfil tanto de Ia rueda como del carril. Los parámetros que afectan a Ia magnitud de esta fluctuación son Ia carga por eje y en menor magnitud Ia velocidad del tren. Pero principalmente el estado de las ruedas. La existencia de zonas planas en el perfil de las ruedas ocasionadas por frenadas bruscas y desgastes irregulares generan fuertes fluctuaciones de fuerza que provocan vibraciones. In accordance with the invention, the generation of vibrations in said test bench will be produced by rolling. As is well known, the generation of vibrations due to wheel-rail contact comes from fluctuations in the contact force caused by irregularities in the profile of both the wheel and the rail. The parameters that affect the magnitude of this fluctuation are the axle load and to a lesser extent the train speed. But mainly the state of the wheels. The existence of flat areas in the profile of the wheels caused by sudden braking and irregular wear generate strong fluctuations of force that cause vibrations.
La presente invención también aporta un banco de ensayo transportable, que se instala en ía 'superficie del terreno a diagnosticar prevista para Ia circulación de vehículos ferroviarios, fijándolo a Ia misma. Dicho banco de ensayo opera para simular un mecanismo de generación de vibraciones análogo al que está presente en el contacto rueda-carril en cada uno de los ejes de un tren real, generando por rodadura dichas vibraciones aleatorias de una magnitud controlada por variación de Ia velocidad de giro y Ia carga de al menos un elemento rodante soportado sobre rodillos de giro libre. The present invention also provides a transportable test bench, which is installed on the surface of the land to be diagnosed for the circulation of railway vehicles, fixing it thereto. Said test bench operates to simulate a vibration generating mechanism similar to that present in the wheel-rail contact in each of the axes of a real train, generating by rolling said random vibrations of a magnitude controlled by variation of the speed of rotation and the load of at least one rolling element supported on free-rotating rollers.
Breve exposición de los dibujos Brief exposition of the drawings
Las anteriores y otras características y ventajas se comprenderán más plenamente a partir de Ia siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización del banco de ensayo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: The foregoing and other features and advantages will be more fully understood from the following detailed description of an example of embodiment of the test bench with reference to the attached drawings, in which:
Ia Fig. 1 es una vista en perspectiva de un banco de ensayo de acuerdo con un ejemplo de realización de Ia presente invención utilizable para Ia ¡mplementación de un método para el diagnóstico del nivel de transmisión de vibraciones desde una superficie de tránsito de vehículos ferroviarios a una zona distante; Fig. 1 is a perspective view of a test bench according to an embodiment of the present invention usable for the implementation of a method for diagnosing the level of transmission of vibrations from a transit surface of railway vehicles to a distant area;
Ia Fig. 2 es una vista frontal del banco de ensayo de Ia Fig. 1; Fig. 2 is a front view of the test bench of Fig. 1;
Ia Fig. 3 es una vista lateral del banco de ensayo de Ia Fig. 1; y Fig. 3 is a side view of the test bench of Fig. 1; Y
Ia Fig. 4 es una vista en planta del banco de ensayo de Ia Fig. 1 con algunas partes recortadas para mayor claridad del dibujo. Descripción detallada de un ejemplo de realización Fig. 4 is a plan view of the test bench of Fig. 1 with some parts cut out for clarity of the drawing. Detailed description of an embodiment example
Haciendo referencia a las figuras en general, en banco de ensayo de acuerdo con un ejemplo de realización de Ia presente invención comprende una bancada transportable que incluye un bastidor inferior 1 , el cual soporta dos pares de rodillos 3, que pueden girar libremente, y un bastidor superior 2 que soporta un eje 4 en los extremos del cual están instaladas un par de ruedas 5. Los ejes de los rodillos 3 son
coplanarios y paralelos a dicho eje 4 y cada una de las ruedas 5 está dispuesta para rodar sobre uno de dichos pares de rodillos 3. Referring to the figures in general, in a test bench according to an embodiment of the present invention comprises a transportable bed that includes a lower frame 1, which supports two pairs of rollers 3, which can rotate freely, and a upper frame 2 supporting an axle 4 at the ends of which a pair of wheels 5 are installed. The axles of the rollers 3 are coplanaries and parallel to said axle 4 and each of the wheels 5 is arranged to roll on one of said pairs of rollers 3.
El mencionado bastidor inferior 1 comprende una estructura metálica provista de unas patas 6 terminadas en unas placas de apoyo 7 provistas de agujeros a través de los cuales pueden ser instalados unos elementos de fijación, tales como unos tornillos, para Ia unión rígida del bastidor inferior 1 a una superficie de tránsito de vehículos ferroviarios. Said lower frame 1 comprises a metal structure provided with legs 6 terminated in support plates 7 provided with holes through which fixing elements, such as screws, can be installed for the rigid connection of the lower frame 1 to a transit surface of railway vehicles.
El eje 4 está soportado por sus extremos en el bastidor superior 2 mediante unos dispositivos de suspensión 8 provistos de unos medios elásticos comprimibles, tales como elementos de elastómero, muelles o similares. En el ejemplo ilustrado, el eje 4 tiene sus extremos acoplados en unos correspondientes cojinetes instalados en unos soportes flotantes 16 dispuestos por debajo de unos respectivos travesanos 2a del bastidor superior 2, y dichos dispositivos de suspensión 8 están dispuestos entre dichos travesanos 2a del bastidor superior 2 y dichos soportes flotantes 16 de manera que una fuerza producida por Ia deformación de los medios elásticos comprimibles de los dispositivos de suspensión 8 empuja a las ruedas 5 contra los rodillos 3. The shaft 4 is supported at its ends in the upper frame 2 by means of suspension devices 8 provided with compressible elastic means, such as elastomeric elements, springs or the like. In the illustrated example, the shaft 4 has its ends coupled in corresponding bearings installed in floating supports 16 arranged below respective crossbars 2a of the upper frame 2, and said suspension devices 8 are arranged between said crossbars 2a of the upper frame 2 and said floating supports 16 so that a force produced by the deformation of the compressible elastic means of the suspension devices 8 pushes the wheels 5 against the rollers 3.
El bastidor inferior 1 y el bastidor superior 2 tienen en sus esquinas unas respectivas pletinas 9, 10 enfrentadas, las cuales están provistas de unos respectivos agujeros a través de los cuales están instalados unos elementos de fijación regulables, tales como unos conjuntos de tornillo y tuerca 11 , para Ia unión del bastidor superior 2 al bastidor inferior 1. Cuando las ruedas 5 están simplemente apoyadas sobre los rodillos 3, los medios elásticos comprimibles de los dispositivos de suspensión 8 están poco deformados y las respectivas pletinas enfrentadas, 9, 10 de los bastidores inferior y superior 1 , 3 están relativamente separadas unas de otras. Apretando los mencionados conjuntos de tornillo y tuerca 11 las pletinas enfrentadas 9, 10 se aproximan entre sí y los medios elásticos comprimibles de los dispositivos de suspensión 8 resultan más deformados, con Io que aumenta Ia presión ejercida por las ruedas 5 sobre los rodillos 3. The lower frame 1 and the upper frame 2 have respective faces 9, 10 facing each other at their corners, which are provided with respective holes through which adjustable fasteners, such as screw and nut assemblies, are installed 11, for the connection of the upper frame 2 to the lower frame 1. When the wheels 5 are simply supported on the rollers 3, the compressible elastic means of the suspension devices 8 are poorly deformed and the respective plates facing each other, 9, 10 of the Lower and upper racks 1, 3 are relatively separate from each other. By tightening the aforementioned screw and nut assemblies 11, the opposite plates 9, 10 approach each other and the compressible elastic means of the suspension devices 8 are more deformed, thereby increasing the pressure exerted by the wheels 5 on the rollers 3.
Sobre el eje 4 está fijada coaxialmente una rueda dentada 12 engranada con un piñón 13 conectado al eje de salida de un grupo motor 14 soportado en el bastidor superior 2, así como un dispositivo de freno 15. Mediante el accionamiento controlado del grupo motor 14 y del dispositivo de freno 15 se pueden simular diversas condiciones de velocidad, aceleración y desaceleración en el giro de las ruedas 5. En Ia realización ilustrada, el grupo motor 14 está fijado a una placa 17 fijada a unos soportes de cojinete 18 en los que están instalados unos rodamientos dispuestos alrededor del eje 4. Desde el bastidor inferior 1 se extiende un soporte antigiro 19 que
hace contacto con Ia placa 17 para impedir que ésta gire alrededor del eje 4. El grupo motor 14 incluye, por ejemplo, un electromotor trifásico. A gearwheel 12 meshed with a pinion 13 connected to the output shaft of a motor group 14 supported on the upper frame 2, as well as a brake device 15, is coaxially fixed on the axis 4, by controlled drive of the motor group 14 and of the brake device 15, various conditions of speed, acceleration and deceleration in the rotation of the wheels 5 can be simulated. In the illustrated embodiment, the motor group 14 is fixed to a plate 17 fixed to a bearing supports 18 in which they are installed bearings arranged around the axis 4. From the lower frame 1 extends an anti-rotation support 19 which makes contact with the plate 17 to prevent it from rotating around the axis 4. The motor group 14 includes, for example, a three-phase electric motor.
Preferiblemente, el eje 4, las ruedas 5 y los dispositivos de suspensión 8 están configurados y dimensionados en el banco de ensayo de acuerdo con las formas y dimensiones de un eje con dos ruedas y sus correspondientes dispositivos de suspensión de un vehículo ferroviario real, y los dos pares de rodillos 3 están configurados y dimensionados para simular los dos carriles de una vía de ferrocarril real. Opcionalmente, en el banco de ensayo pueden usarse el eje, las ruedas y los dispositivos de suspensión de un vehículo ferroviario real. Así el banco de ensayo transportable instalado en un emplazamiento estacionario es capaz de simular un mecanismo de generación de vibraciones análogo al que se encuentra presente en el contacto rueda-carril en los vehículos ferroviarios reales, y con ello las vibraciones generadas mediante el banco de ensayo tienen un rango de frecuencias y una amplitud análogos los que presentan las vibraciones generadas por vehículos ferroviarios reales. Preferably, the axle 4, the wheels 5 and the suspension devices 8 are configured and sized in the test bench according to the shapes and dimensions of a two-wheel axle and its corresponding suspension devices of a real railway vehicle, and The two pairs of rollers 3 are configured and sized to simulate the two rails of a real railway track. Optionally, the axle, wheels and suspension devices of a real railway vehicle can be used on the test bench. Thus the transportable test bench installed in a stationary location is capable of simulating a mechanism for generating vibrations similar to that present in the wheel-rail contact in real rail vehicles, and with it the vibrations generated by the test bench similar frequencies and amplitudes have those that present the vibrations generated by real rail vehicles.
La fluctuación de Ia fuerza de contacto entre Ia rueda y el carril, Ia cual es Ia principal causa de generación de vibraciones, depende fundamentalmente de las irregularidades en el perfil o superficie de rodadura de Ia rueda. Cuantos más defectos presenta el perfil de Ia rueda más importante es Ia fluctuación de Ia fuerza de contacto y más importante es el nivel de Ia vibración generada. Por consiguiente, en el banco de ensayo se ha previsto que las ruedas 5 presenten unas irregularidades en su superficie de rodadura suficientemente acentuadas como para generar un nivel de vibración requerido. En las ruedas de los vehículos ferroviarios reales, el tipo de irregularidades más frecuente son zonas planas provocadas por frenadas súbitas que pueden haber bloqueado el giro del eje. En el banco de ensayo tales zonas planas pueden ser creadas artificialmente, por ejemplo mediante muelas abrasivas adecuadas. Así, en el banco de ensayo las ruedas 5 tienen irregularidades superficiales conocidas, o predeterminadas. Alternativamente o adicionalmente, uno o más de los rodillos 3 también puede tener irregularidades en su superficie de rodadura para simular irregularidades en el carril. The fluctuation of the contact force between the wheel and the rail, which is the main cause of generation of vibrations, depends fundamentally on the irregularities in the profile or rolling surface of the wheel. The more defects the profile of the wheel presents, the more important is the fluctuation of the contact force and the more important is the level of the vibration generated. Accordingly, it is envisaged in the test bench that the wheels 5 have irregularities in their tread surface sufficiently accentuated to generate a required level of vibration. On the wheels of real rail vehicles, the most frequent type of irregularities are flat areas caused by sudden braking that may have blocked the rotation of the axle. In the test bench such flat areas can be created artificially, for example by suitable grinding wheels. Thus, in the test bench the wheels 5 have known or predetermined surface irregularities. Alternatively or additionally, one or more of the rollers 3 may also have irregularities in its tread surface to simulate irregularities in the rail.
Otros parámetros que intervienen significativamente en Ia magnitud de Ia fuerza fluctuante en un vehículo ferroviario real son Ia masa suspendida de Ia suspensión primaria existente entre el eje y el bogí, y que constituye Ia masa vibrante de Ia que depende Ia vibración transmitida al entorno, y Ia carga estática que soporta un eje, Ia cual proviene de Ia parte del peso del vehículo ferroviario que soporta el eje y que presiona las ruedas contra el carril influyendo en el valor de Ia fuerza de
contacto entre rueda y carril. Cuanto mayor es Ia fuerza de contacto mayor es Ia fluctuación de Ia fuerza y el nivel de vibración. En el banco de ensayo, Ia masa suspendida está constituida esencialmente por las masas del eje 4, las ruedas 5, el grupo motor 14, el engranaje 12, 13, el dispositivo de freno 15, y correspondientes soportes y cojinetes, cuyas masas están conectadas a los dispositivos de suspensión 8 y son soportadas por los rodillos 3, mientras que Ia carga estática es simulada precargando las ruedas 5 contra los rodillo 3 mediante el apriete de los conjuntos de tornillo y tuerca 11 para ocasionar un acercamiento del bastidor superior 2 al bastidor inferior 1 y una consiguiente deformación de los dispositivos de suspensión 8. Other parameters that intervene significantly in the magnitude of the fluctuating force in a real railway vehicle are the suspended mass of the primary suspension existing between the axle and the bogi, and that constitutes the vibrating mass on which the vibration transmitted to the environment depends, and The static load that supports an axle, which comes from the part of the weight of the railway vehicle that supports the axle and that presses the wheels against the rail influencing the value of the force of wheel and rail contact. The greater the contact force, the greater the fluctuation of the force and the level of vibration. In the test bench, the suspended mass is essentially constituted by the masses of the axle 4, the wheels 5, the motor group 14, the gear 12, 13, the brake device 15, and corresponding supports and bearings, whose masses are connected to the suspension devices 8 and are supported by the rollers 3, while the static load is simulated by preloading the wheels 5 against the rollers 3 by tightening the screw and nut assemblies 11 to cause an approach of the upper frame 2 to the frame lower 1 and consequent deformation of the suspension devices 8.
Para su funcionamiento, el banco de ensayo de Ia presente invención sólo requiere una línea eléctrica trifásica de potencia para alimentar el grupo motor 14, aunque Ia invención se podría implementar mediante otro tipo de motor. Las medidas y el peso del conjunto permiten que el banco de ensayo sea transportado mediante una carretilla elevadora o similar, por ejemplo a Ip largo de un túnel o cualquier otra plataforma o superficie prevista para el tránsito de vehículos ferroviarios, hasta un emplazamiento donde se desee hacer un ensayo experimental. Una vez en el emplazamiento deseado, el bastidor inferior 1 se fija rígidamente a Ia base de hormigón del túnel o plataforma, por ejemplo mediante tornillos y tacos en cooperación con los agujeros provistos en las placas de apoyo 7. For its operation, the test bench of the present invention only requires a three-phase power line to power the motor group 14, although the invention could be implemented by another type of motor. The measures and the weight of the set allow the test bench to be transported by a forklift or similar, for example along a tunnel or any other platform or surface intended for the transit of railway vehicles, to a location where desired Do an experimental trial. Once in the desired location, the lower frame 1 is rigidly fixed to the concrete base of the tunnel or platform, for example by screws and plugs in cooperation with the holes provided in the support plates 7.
Si bien Ia energía de vibración generada mediante el único eje 4 en el banco de ensayo de Ia presente invención es inferior a Ia generada por todo el conjunto de ejes de un tren real al pasar por un sitio predeterminado, hay que tener en cuenta que las vías de ferrocarril disponen usualmente de elementos aislantes para atenuar el nivel de las vibraciones transmitidas al entorno mientras que Ia unión rígida entre el bastidor inferior 1 y Ia plataforma garantiza una buena transmisión de vibraciones al entorno de Ia zona en donde queda fijado dicho banco. Así, Ia ausencia de elementos aislantes para atenuación de vibraciones entre el bastidor inferior 1 y Ia plataforma o piso de soporte compensa el hecho de que Ia energía de vibración generada sea menor en comparación con Ia generada por el paso de un tren real. Although the vibration energy generated by the single axis 4 in the test bench of the present invention is lower than that generated by the whole set of axes of a real train when passing through a predetermined site, it must be taken into account that Railroad tracks usually have insulating elements to attenuate the level of the vibrations transmitted to the environment while the rigid connection between the lower frame 1 and the platform guarantees a good transmission of vibrations to the surroundings of the area where said bank is fixed. Thus, the absence of insulating elements for attenuation of vibrations between the lower frame 1 and the platform or support floor compensates for the fact that the vibration energy generated is lower compared to that generated by the passage of a real train.
Una vez instalado y conectado, el banco de ensayo se puede hacer funcionar mediante un accionamiento controlado del grupo motor 14 y del dispositivo de freno 15 para generar un nivel de vibración predeterminado. Once installed and connected, the test bench can be operated by a controlled drive of the motor group 14 and the brake device 15 to generate a predetermined vibration level.
El banco de ensayo coopera con un dispositivo de medición de vibraciones de tipo convencional (LMS Engineering Innovation por Ej. que proporciona una solución móvil de alta precisión para el análisis de vibraciones torsionales de máquinas rotativas de uno o más ejes), incluyendo por ejemplo un ordenador equipado con un
software adecuado y conectado a un sistema de captación y medición de vibraciones ubicado en un sitio distante en el cual se desea realizar un análisis de vibraciones. La medición de las vibraciones y el análisis de los valores obtenidos pueden hacerse de acuerdo con cualquiera de los métodos conocidos. The test bench cooperates with a conventional vibration measurement device (LMS Engineering Innovation, for example, which provides a high-precision mobile solution for the analysis of torsional vibrations of rotating machines with one or more axes), including for example a computer equipped with a adequate software and connected to a vibration measurement and capture system located at a distant site where you want to perform a vibration analysis. The measurement of the vibrations and the analysis of the obtained values can be done according to any of the known methods.
El banco de ensayo anteriormente descrito es adecuado para Ia implementación de un método, aportado por esta invención, para el diagnóstico del nivel de transmisión de vibraciones a través del terreno desde una superficie de tránsito de vehículos ferroviarios a una zona distante. The test bench described above is suitable for the implementation of a method, provided by this invention, for the diagnosis of the level of transmission of vibrations through the ground from a transit surface of railway vehicles to a distant area.
Este método está basado en Ia toma de unas mediciones de intensidad de vibración en una zona inmediata a Ia prevista para el paso de vehículos ferroviarios y en un punto distante, a evaluar, susceptible de ser afectado por Ia vibración, tomando en este último unas mediciones durante el paso de los vehículos y en ausencia de su tránsito para obtener por comparación de las intensidades de vibración mediciones Ia función de transferencia de vibración desde Ia zona de paso de trenes al citado punto distante. El método de Ia presente invención está caracterizado porque comprende generar mediante un banco de ensayo instalado en Ia zona prevista para el paso de los vehículos ferroviarios unas vibraciones aleatorias, con un contenido frecuencial análogo al derivado de las vibraciones producidas por Ia circulación de un vehículo ferroviario real y con una magnitud de dichas vibraciones controlada para asegurar que las vibraciones generadas mediante el banco de ensayo puedan ser detectadas en el citado punto distante, por ejemplo mediante un dispositivo de medición de vibraciones de tipo convencional. This method is based on the taking of vibration intensity measurements in an immediate area to that foreseen for the passage of railway vehicles and at a distant point, to be evaluated, susceptible to being affected by the vibration, taking in the latter some measurements during the passage of the vehicles and in the absence of their traffic to obtain, by comparison of the vibration intensities, measurements of the vibration transfer function from the train passage zone to said distant point. The method of the present invention is characterized in that it comprises generating, by means of a test bench installed in the area provided for the passage of railway vehicles, random vibrations, with a frequency content analogous to that derived from the vibrations produced by the circulation of a railway vehicle real and with a controlled magnitude of said vibrations to ensure that the vibrations generated by the test bench can be detected at the aforementioned distant point, for example by means of a conventional vibration measurement device.
Un experto en Ia técnica será capaz de efectuar modificaciones y variaciones a partir del ejemplo de realización mostrado y descrito sin salirse del alcance de Ia presente invención. Por ejemplo, en una realización alternativa, el banco de ensayo podría funcionar con una única rueda 5 apoyada en un único par de rodillos 3, o con dos eje llevando cada uno un par de ruedas apoyadas en correspondientes pares de rodillos para simular las condiciones de un bogí completo. Asimismo, el dispositivo para variar el grado de deformación de los dispositivos de suspensión 8 podría ser omitido y reemplazado por una construcción que proporcionara un grado de deformación fijo preestablecido. Tal como se ha indicado el motor de accionamiento podría adoptar diferentes configuraciones y tipologías. A person skilled in the art will be able to make modifications and variations from the exemplary embodiment shown and described without departing from the scope of the present invention. For example, in an alternative embodiment, the test bench could operate with a single wheel 5 supported on a single pair of rollers 3, or with two axles each bearing a pair of wheels supported on corresponding pairs of rollers to simulate the conditions of A complete bogí. Also, the device for varying the degree of deformation of the suspension devices 8 could be omitted and replaced by a construction that would provide a predetermined fixed degree of deformation. As indicated, the drive motor could adopt different configurations and typologies.
El alcance de Ia presente invención está definido en las reivindicaciones adjuntas.
The scope of the present invention is defined in the appended claims.
Claims
1.- Método para el diagnóstico del nivel de transmisión de vibraciones desde una superficie de tránsito de vehículos ferroviarios, basado en Ia toma de unas mediciones de intensidad de vibración en una zona inmediata a Ia prevista para el paso de vehículos ferroviarios y en un punto distante, a evaluar, susceptible de ser afectado por Ia vibración, tomando en este último unas mediciones durante el paso de los vehículos y en ausencia de su tránsito para obtener por comparación de las intensidades de vibración mediciones Ia función de transferencia de vibración desde Ia zona de paso de trenes al citado punto distante, caracterizado porque comprende generar en Ia zona prevista para el paso de los vehículos ferroviarios unas vibraciones aleatorias, con un contenido frecuencial análogo al derivado de las vibraciones producidas por Ia circulación de un vehículo ferroviario y con una magnitud de dichas vibraciones controlado para asegurar que las vibraciones generadas puedan ser detectadas en el citado punto distante. 1.- Method for the diagnosis of the level of transmission of vibrations from a transit surface of railway vehicles, based on the taking of some measurements of vibration intensity in an area immediate to that foreseen for the passage of railway vehicles and at a point distant, to be evaluated, susceptible to being affected by the vibration, taking in the latter some measurements during the passage of the vehicles and in the absence of their transit to obtain by comparison of the vibration intensities measurements the function of transfer of vibration from the area of passing trains to the aforementioned distant point, characterized in that it comprises generating random vibrations in the area provided for the passage of railway vehicles, with a frequency content analogous to that derived from the vibrations produced by the circulation of a railway vehicle and with a magnitude of said controlled vibrations to ensure that the generated vibrations can n be detected at the aforementioned distant point.
2.- Método según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque dicha generación de vibraciones se realiza mediante un banco de ensayo transportable, que se instala, fijándolo al piso o superficie del terreno en Ia zona de interés de circulación de vehículos ferroviarios, operando dicho banco de ensayo simulando el mismo mecanismo de generación de vibraciones presente en el contacto rueda-carril en cada uno de los ejes de un tren real, generando por rodadura dichas vibraciones aleatorias de una magnitud controlada por variación de Ia velocidad de giro y carga de al menos un elemento rodante. 2. Method according to claim 1, characterized in that said generation of vibrations is carried out by means of a transportable test bench, which is installed, fixing it to the floor or surface of the land in the area of interest of railway vehicles, said bank operating test simulating the same mechanism of generation of vibrations present in the wheel-rail contact in each of the axes of a real train, generating by rolling said random vibrations of a magnitude controlled by variation of the speed of rotation and load of at least one rolling element.
3.- - Método según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque dicha vibración se genera por rodadura de al menos una rueda (5) con un perfil de rodadura con una serie de irregularidades conocidas o predefinidas, haciendo girar dicha rueda (5) con apoyo de su perfil de rodadura en un par de rodillos (3) de giro libre y ejes paralelos, accionada por un electromotor (14) a velocidades, aceleraciones y desaceleraciones controladas, para control de Ia magnitud de Ia vibración. 3. - Method according to claim 1, characterized in that said vibration is generated by rolling at least one wheel (5) with a rolling profile with a series of known or predefined irregularities, rotating said wheel (5) with the support of its rolling profile in a pair of rollers (3) of free rotation and parallel axes, driven by an electric motor (14) at controlled speeds, accelerations and decelerations, to control the magnitude of the vibration.
4.- Método según Ia reivindicación 2, caracterizada porque dicho piso es un piso de un túnel ferroviario. 4. Method according to claim 2, characterized in that said floor is a floor of a railway tunnel.
5.- Método según Ia reivindicación 2, caracterizado porque dicho piso es un piso de una vía férrea en cuya vecindad existen edificaciones o instalaciones diversas a controlar. 5. Method according to claim 2, characterized in that said floor is a floor of a railway track in whose neighborhood there are various buildings or facilities to control.
6.- Método según una cualquiera de las• reivindicaciones anteriores, caracterizado porque Ia gama de frecuencias de las vibraciones aleatorias generadas está comprendida entre 10 y 200 Hz. 6. Method according to any one of the preceding • claims, characterized in that the frequency range of the random vibrations generated is between 10 and 200 Hz.
7.- Método según Ia reivindicación 6, caracterizado porque dicha gama de frecuencias de las vibraciones está comprendida entre 10 y 80 Hz. 7. Method according to claim 6, characterized in that said frequency range of the vibrations is between 10 and 80 Hz.
8.- Banco de ensayo para generación controlada de vibraciones, que • comprende: 8. Test bench for controlled generation of vibrations, which • comprises:
una bancada transportable (1 , 2) configurada para una firme vinculación a una superficie de tránsito de vehículos ferroviarios mediante elementos de fijación amovibles; a transportable bench (1, 2) configured for a firm connection to a transit surface of railway vehicles by means of removable fasteners;
al menos una rueda (5) asociada a un eje (4) soportado en dicha bancada transportable (1 , 2); at least one wheel (5) associated with an axle (4) supported on said transportable bed (1, 2);
al menos un par de rodillos de giro libre (3) distanciados soportados en Ia bancada transportable (1 , 2) y sobre los cuales se apoya Ia citada rueda (5); at least one pair of distance rollers (3) spaced apart supported on the transportable bed (1, 2) and on which the said wheel (5) rests;
unos medios elásticos comprimibles dispuestos entre dicho eje (4) y Ia bancada transportable (1 , 2) para empujar las rueda (5) contra los rodillos (3); y compressible elastic means arranged between said axis (4) and the transportable bed (1, 2) to push the wheel (5) against the rollers (3); Y
unos medios de accionamiento (12, 13, 14) para accionar en giro el citado eje (4) a velocidades, aceleraciones y desaceleraciones controladas. drive means (12, 13, 14) for driving said axis (4) in rotation at controlled speeds, accelerations and decelerations.
9.- Banco de ensayo, según Ia reivindicación 8, caracterizado porque dicha rueda (5) y/o al menos uno de dichos rodillos (3) tiene unas irregularidades conocidas o predeterminadas en su superficie de rodadura. 9. Test bench, according to claim 8, characterized in that said wheel (5) and / or at least one of said rollers (3) has known or predetermined irregularities in its tread surface.
10.- Banco de ensayo, según Ia reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque incluye unos medios de regulación para regular el grado de deformación de dichos medios elásticos comprimibles y con ello variar Ia presión ejercida por Ia rueda (5) contra los rodillos (3). 10. Test bench, according to claim 8 or 9, characterized in that it includes regulation means to regulate the degree of deformation of said compressible elastic means and thereby vary the pressure exerted by the wheel (5) against the rollers (3 ).
11- Banco de ensayo, según Ia reivindicación 10, caracterizado porque Ia bancada transportable (1 , 2) comprende un bastidor inferior (1) previsto para ser fijado al suelo y que soporta los rodillos (3), y un bastidor superior (2) conectado a dicho bastidor inferior (1) y que soporta el eje (4), Ia ruada (5), los medios elásticos comprimibles, y dichos medios de accionamiento, estando dichos medios regulables configurados para variar una distancia de separación entre el bastidor superior (2) y el bastidor inferior (1) y con ello el grado de deformación de los medios elásticos comprimibles. . 11- Test bench, according to claim 10, characterized in that the transportable bench (1, 2) comprises a lower frame (1) intended to be fixed to the ground and that supports the rollers (3), and an upper frame (2) connected to said lower frame (1) and supporting the shaft (4), the rim (5), the compressible elastic means, and said actuating means, said adjustable means being configured to vary a separation distance between the upper frame ( 2) and the lower frame (1) and with it the degree of deformation of the compressible elastic means. .
12.- Banco de ensayo, según Ia reivindicación 8, caracterizado porque dicha bancada transportable (1 , 2) soporta en dos zonas extremas opuestas un par de dichas ruedas (5) unidas a dicho eje (4), el cual tiene fijada una rueda dentada (12) engranada con un piñón (13) accionado por un electromotor (14) sustentado por unos soportes intermedios de Ia citada bancada (1 , 2), estando cada rueda (5) soportada sobre un correspondiente par de dichos rodillos (2). 12. Test bench, according to claim 8, characterized in that said transportable bench (1, 2) supports in two opposite extreme zones a pair of said wheels (5) attached to said axle (4), which has a wheel fixed toothed (12) geared with a pinion (13) driven by an electric motor (14) supported by intermediate supports of said bench (1, 2), each wheel (5) being supported on a corresponding pair of said rollers (2).
13.- Banco de ensayo según Ia reivindicación 8, caracterizado porque dicha bancada transportable (1 , 2) soporta dos de dichos ejes (4) paralelos, cada uno asociado a dos de dichas ruedas (5) en sus extremos, descansando cada rueda (5) en un correspondiente par de dichos rodillos (3), los cuales está instalados en unas zonas extremas opuestas de Ia bancada. 13. Test bench according to claim 8, characterized in that said transportable bed (1, 2) supports two of said parallel axles (4), each associated with two of said wheels (5) at their ends, each wheel resting ( 5) in a corresponding pair of said rollers (3), which are installed in opposite extreme areas of the bed.
14.- Banco de ensayo según Ia reivindicación 8, caracterizado porque Ia citada rueda (15), que es al menos una, es una rueda de ferrocarril, y los citados rodillos (2) donde apoya son rodillos metálicos. 14. Test bench according to claim 8, characterized in that said wheel (15), which is at least one, is a railroad wheel, and said rollers (2) where it supports are metal rollers.
15.- Banco de ensayo según Ia reivindicación 12, caracterizado porque dicho electromotor (14) es un motor trifásico. 15.- Test bench according to claim 12, characterized in that said electric motor (14) is a three-phase motor.
16.- Banco de ensayo según Ia reivindicación 11 , caracterizado porqué el eje (4) tiene unos extremos soportados en unos soportes flotantes (16) dispuestos por debajo de unos respectivos travesanos (2a) del bastidor superior (2), y dichos medios elásticos comprimibles están incorporados en .unos dispositivos de suspensión (8) dispuestos entre dichos travesanos (2a) del bastidor superior (2) y dichos soportes flotantes (16). 16. Test bench according to claim 11, characterized in that the shaft (4) has ends supported on floating supports (16) arranged below respective crossbars (2a) of the upper frame (2), and said elastic means Tablets are incorporated in .a suspension devices (8) arranged between said crossbars (2a) of the upper frame (2) and said floating supports (16).
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