WO2014023868A1 - Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada - Google Patents
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- B61F5/245—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes by active damping, i.e. with means to vary the damping characteristics in accordance with track or vehicle induced reactions, especially in high speed mode
Definitions
- the present invention is related to the suspensions of railway vehicles, proposing a system that allows to improve the dynamic stability of the vehicle in conditions of suspension degraded by a failure in some of its components, such as that which occurs when the pneumatic suspension is deflated.
- Rail vehicles must undergo a series of strict tests to achieve their approval, and must demonstrate, among other things, that they have adequate dynamic behavior, both with nominal performance of their suspension, and in degraded conditions in which any of the components of The suspension does not work properly.
- Some railway vehicles are provided with pneumatic suspensions formed by pneumatic springs, or air cushions, which are arranged between the vehicle's box and the bogies, whose main function is to isolate the passenger compartment from vibrations from the rolling elements and guarantee sufficient comfort during road traffic.
- shock-absorbing dampers provide a characteristic force-movement curve of its ends, designed to improve the dynamic stability of the vehicle, but which on the contrary exerts a negative effect when the vehicle is traveling at low speeds by curves of reduced radii, which results in an increase in wheel-rail efforts, causing a greater geometric deterioration of the track and an increase in the wear rate of wheels and rails. All this as a result of an increase in maintenance costs.
- suspensions of railway vehicles are also known that employ shock absorbers with two modes of operation, a mode with a stronger shock absorber characteristic and the other mode with a weaker shock absorber characteristic, so that these dampers provide a variable coupling between case and bogie.
- the shock absorbers are associated with controlled solenoid valves with a power supply, so that when the solenoid valves are energized, one of the modes of operation of the shock absorbers is operated, and when they are de-energized, one works with the other mode of operation.
- the activation and deactivation of the solenoid valves is carried out according to the speed at which the railway vehicle is traveling, so that at higher speeds the strongest operating mode of the shock absorbers is activated, and at low speeds the activation mode is activated. weaker performance.
- shock absorber has only been used to improve the dynamic performance of railway vehicles under conditions of nominal suspension not degraded and always in critical applications, such as trains Tilting or variable width trains.
- variable-characteristic anti-lag shock absorbers allow to guarantee the dynamic stability of the trains in degraded suspension conditions and without penalizing their performance, in all types of routes and circulation speeds, when the suspension is in nominal conditions.
- a system that allows stabilizing a railway vehicle when driving under degraded conditions is proposed, for example, when the air suspension springs are deflated.
- the stabilization system has anti-shock absorbers mounted between the bogie and the box, on both sides of the bogie according to the longitudinal direction of the vehicle's travel.
- the anti-link dampers are operated by electrovalves that allow them to switch between at least two modes of operation, one with a higher damping characteristic and the other with a lower damping characteristic.
- the stabilization system also has detection means that warn of the degradation of the suspension and send a fault signal to the control equipment which, in case of failure of the suspension, commands the solenoid valves to switch the anti-lag absorbers to the operating mode more strong.
- the detection means are pressure sensors that allow to know the inflation / deflation condition of the pneumatic springs.
- said means may be vibration sensors, preferably located in the bogie or in the box, and that, through the increase in vibrations induced by circulating at high speed in degraded conditions of the suspension, allow detecting and indirectly determine a possible deflation of the pneumatic springs or any other condition of degradation of the suspension.
- Figure 1 shows a scheme of the railway vehicle stabilization system proposed by the present invention.
- Figure 1 shows a scheme of the railway vehicle stabilization system proposed by the invention, which is used to ensure adequate dynamic stability of the vehicle.
- the usual suspension elements such as shock absorbers, coil springs, or pneumatic springs (4) (air cushions) belonging to the pneumatic suspension of the railway vehicle.
- anti-locking shock absorbers (5) are arranged, which at one end are attached to the bogie (1) and at the other end are attached to the box (3).
- Said antilazo dampers (5) have at least two modes of operation, a first mode of operation that provides a strong characteristic of damping force between box (3) and bogie (1), and a second mode of operation that provides a characteristic of minor damping force between box (3) and bogie (1).
- the anti-lasso dampers (5) are associated with solenoid valves (6), which allow switching between the modes of operation of those anti-lasso dampers (5), while the suspension elements that are susceptible to degradation and cause problems of dynamic stability, such as pneumatic springs (4), they are associated with detection means (7) that allow to know their status and detect if a malfunction has occurred (in the case of pneumatic suspension, a typical fault is deflation of said pneumatic springs (4)).
- speed sensors (8) arranged in the bogie (1) or in the box (3) measure the speed at which the railway vehicle is circulating and allow limiting the use of the strong characteristic of the anti-lag shock absorber to the range of speeds at which dynamic stability problems can occur.
- the detection means (7) can be pressure sensors that allow to know the condition of inflation / deflation of the pneumatic springs (4).
- Another non-limiting embodiment of the invention consists in using relative displacement sensors as detection means (7), by means of which the distance between the bogie (1) and the ca (3) can be known, so that An excessive approximation between the two is a symptom of a failure in the pneumatic suspension due to deflation of the pneumatic springs (4).
- the detection means (7) are vibration sensors arranged, preferably, in the bogie (1) or in the box (3), which through the vibration produced by the loss of Dynamic stability associated with the degradation of the suspension or through the general increase of vibrations produced by it, allow to detect and indirectly determine the condition of degradation of the suspension.
- the detection means (7) can be any sensor device that allows to detect the degradation of the suspension; as accelerometers located in the bogie (1) or in the box (3).
- the signals obtained by the detection means (7) and, where appropriate, by the speed sensors (8), are sent to a control equipment (9) which is responsible for processing the received signals and commanding the solenoid valves (6) associated with the anti-lag absorbers (5).
- the detection means (7) warns that the suspension has degraded, they send a fault signal to the control equipment (9), which electrically feeds the solenoid valves (6) to switch the anti-lag absorbers (5) to its stronger mode of operation and thus ensure adequate stability of the rail vehicle, even when driving in these degraded conditions at maximum speed.
- the solenoid valves (6) are deactivated and the suspension works with the anti-lag absorbers (5) in their weakest operating mode.
- the activation of the strongest operating mode of the anti-lag absorbers (5) is counterproductive, even when the suspension is degraded.
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Abstract
Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, para asegurar, cuando se circula en condiciones degradadas de la suspensión, la estabilidad entre un bogie (1) y la caja (3) de un vehículo ferroviario, entre los que van dispuestos unos amortiguadores antilazo (5) que son accionados por electroválvulas (6) para conmutar entre un modo de funcionamiento de característica de fuerza de amortiguación mayor y otro modo de funcionamiento de característica de fuerza de amortiguación menor, disponiéndose unos medios de detección (7) que advierten cuando se produce una condición degradada de la suspensión, enviando una señal de fallo a un equipo de control (9), el cual comanda las electroválvulas (6) para hacer conmutar a dichos amortiguadores antilazo (5) al modo de funcionamiento más adecuado para la circulación en tales condiciones.
Description
SISTEMA DE ESTABILIZACIÓN DE VEHÍCULOS FERROVIARIOS EN CONDICIONES DE SUSPENSIÓN DEGRADADA
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con las suspensiones de vehículos ferroviarios, proponiendo un sistema que permite mejorar la estabilidad dinámica del vehículo en condiciones de suspensión degradada por un fallo en alguno de sus componentes, como el que se produce cuando la suspensión neumática se encuentra desinflada .
Estado de la técnica
Los vehículos ferroviarios deben someterse a una serie de estrictas pruebas para lograr su homologación, debiendo demostrar, entre otras cosas, que presentan un comportamiento dinámico adecuado, tanto con prestaciones nominales de su suspensión, como en condiciones degradadas en las que alguno de los componentes de la suspensión no funcione adecuadamente.
Algunos vehículos ferroviarios van provistos de suspensiones neumáticas formadas por unos resortes neumáticos, o cojines de aire, que se disponen entre la caja del vehículo y los bogies, cuya función principal es aislar el habitáculo de pasajeros de las vibraciones provenientes de los órganos de rodadura y garantizar un confort suficiente durante la circulación por vía.
Cuando se produce un fallo en alguno de los componentes de la suspensión como, por ejemplo, cuando los resortes neumáticos se desinflan y la caja del vehículo pasa a apoyarse sobre unos resortes de
emergencia de goma dispuestos por debajo de los resortes neumáticos. En estas condiciones el margen de estabilidad dinámica se reduce de forma acusada, lo que resulta especialmente critico en trenes de alta velocidad en los que habitualmente no llegan a superarse los requisitos de homologación correspondientes a estas situaciones degradadas.
Para mejorar la estabilidad dinámica de los vehículos ferroviarios, se conocen soluciones basadas en aplicar restricciones al giro relativo entre la caja del vehículo y los bogies. La forma más habitual de aplicar esta restricción se basa en disponer unos amortiguadores antilazo montados entre la caja y los bogies en el sentido longitudinal de la marcha del vehículo, pudiendo haber dos amortiguadores en ambos costados del bogie (solución habitual en trenes de alta velocidad) , o un solo amortiguador en cada costado (solución habitual en el resto de los vehículos) .
Estos amortiguadores antilazo aportan una curva característica fuerza-movimiento de sus extremos, diseñada para mejorar la estabilidad dinámica del vehículo, pero que por el contrario ejerce un efecto negativo cuando el vehículo circula a bajas velocidades por curvas de radios reducidos, lo cual da lugar a un aumento de los esfuerzos rueda-carril, provocando un mayor deterioro geométrico de la vía y un aumento de la tasa de desgaste de ruedas y carriles. Todo ello con consecuencia de un incremento de los costes de mantenimiento .
Por otro lado, también se conocen suspensiones de vehículos ferroviarios que emplean amortiguadores antilazo con dos modos de funcionamiento, un modo con
una característica de fuerza del amortiguador más fuerte y el otro modo con una característica del amortiguador más débil, de manera que estos amortiguadores aportan un acoplamiento variable entre caja y bogie. Los amortiguadores van asociados a unas electroválvulas controladas con una alimentación eléctrica, de manera que cuando las electroválvulas están energizadas se trabaja con uno de los modos de funcionamiento de los amortiguadores, y cuando están desenergizadas se trabaja con el otro modo de funcionamiento. La activación y desactivación de las electroválvulas se realiza en función de la velocidad a la que circula el vehículo ferroviario, de manera que a velocidades de circulación elevadas se activa el modo de funcionamiento más fuerte de los amortiguadores, y a bajas velocidades se activa el modo de funcionamiento más débil.
Esta solución permite adaptar el modo de funcionamiento más adecuado de los amortiguadores en cada situación de circulación en vía. A velocidades altas en las que se requiere gran estabilidad dinámica y en las que no se circula por curvas de radio reducido, los amortiguadores antilazo presentan una característica de fuerza elevada, mientras que a velocidades bajas en las que el margen de estabilidad dinámica es mucho mayor y son a las que se circula por curvas cerradas, los amortiguadores antilazo funcionan con la característica de fuerza débil.
Hasta la fecha, este tipo de amortiguadores antilazo solo se han empleado para mejorar las prestaciones dinámicas de los vehículos ferroviarios bajo condiciones de suspensión nominal no degradadas y siempre en aplicaciones críticas, como son los trenes
basculantes o los trenes de ancho variable.
Por el contrario, en la presente invención se propone un sistema en el que los amortiguadores antilazo de característica variable permiten garantizar la estabilidad dinámica de los trenes en condiciones de suspensión degradada y sin penalizar sus prestaciones, en todo tipo de recorridos y velocidades de circulación, cuando la suspensión está en condiciones nominales.
Objeto de la invención
De acuerdo con la presente invención se propone un sistema que permite estabilizar un vehículo ferroviario cuando se circula en condiciones degradadas como, por ejemplo, cuando los resortes de la suspensión neumática se encuentran desinflados. El sistema de estabilización dispone de unos amortiguadores antilazo montados entre el bogie y la caja, a ambos lados del bogie según el sentido longitudinal de la marcha del vehículo. Los amortiguadores antilazo son accionados por unas electroválvulas que les permiten conmutar entre, al menos, dos modos de funcionamiento, uno con mayor característica amortiguadora y otro con menor característica amortiguadora. El sistema de estabilización dispone además de unos medios de detección que advierten la degradación de la suspensión y envían una señal de fallo al equipo de control el cual, en caso de fallo de la suspensión, comanda las electroválvulas para hacer conmutar a los amortiguadores antilazo al modo de funcionamiento más
fuerte. Y en caso de que la suspensión permanezca sin fallo, los amortiguadores antilazo presentan su característica nominal, más débil. En una realización no limitativa de la invención, aplicable a la degradación de suspensión neumática por desinflado de la misma, se ha previsto que los medios de detección sean unos sensores de presión que permitan conocer la condición de inflado/desinflado de los resortes neumáticos. Otra opción es que dichos medios puedan ser unos sensores de vibración, ubicados, preferentemente, en el bogie o en la caja, y que, a través del aumento de las vibraciones inducidas por circular a alta velocidad en condiciones degradadas de la suspensión, permitan detectar y determinar indirectamente un posible desinflado de los resortes neumáticos o cualquier otra condición de degradación de la suspensión. Descripción de las figuras
La figura 1 muestra un esquema del sistema de estabilización de vehículos ferroviarios propuesto por la presente invención.
Descripción detallada de la invención
En la figura 1 se muestra un esquema del sistema de estabilización de vehículos ferroviarios propuesto por la invención, el cual se emplea para asegurar una adecuada estabilidad dinámica del vehículo.
Entre el bogie (1), donde se encuentran los órganos de rodadura (2), y la caja (3), donde se encuentra el habitáculo de pasajeros, se disponen los
elementos habituales de suspensión, como amortiguadores, resortes helicoidales, o resortes neumáticos (4) (cojines de aire) pertenecientes a la suspensión neumática del vehículo ferroviario. Además, a ambos lados del bogie (1), en el sentido longitudinal de la marcha del vehículo, van dispuestos unos amortiguadores antilazo (5), los cuales por un extremo van unidos al bogie (1) y por el otro extremo se unen a la caja (3) . Dichos amortiguadores antilazo (5) presentan, al menos, dos modos de funcionamiento, un primer modo de funcionamiento que aporta una característica fuerte de fuerza amortiguadora entre caja (3) y bogie (1), y un segundo modo de funcionamiento que aporta una característica de fuerza amortiguadora menor entre caja (3) y bogie (1) .
Los amortiguadores antilazo (5) van asociados a unas electroválvulas (6), las cuales permiten conmutar entre los modos de funcionamiento de esos amortiguadores antilazo (5), mientras que los elementos de suspensión que son susceptibles de degradarse y provocar problemas de estabilidad dinámica, como son los resortes neumáticos (4), van asociados a unos medios de detección (7) que permiten conocer su estado y detectar si se ha producido un fallo en su funcionamiento (en el caso de la suspensión neumática, un fallo típico es el desinflado de dichos resortes neumáticos (4)) . Opcionalmente, unos sensores de velocidad (8) dispuestos en el bogie (1) o en la caja (3), miden la velocidad a la que está circulando el vehículo ferroviario y permiten limitar la utilización de la característica fuerte del amortiguador antilazo al rango de velocidades en el que se pueden producir problemas de estabilidad dinámica.
Según un ejemplo de realización no limitativo de la invención, en el caso de aplicarse el sistema de estabilización para prevenir la degradación por desinflado de la suspensión neumática, los medios de detección (7) pueden ser unos sensores de presión que permiten conocer la condición de inflado/desinflado de los resortes neumáticos (4) .
Otra forma no limitativa de realización de la invención consiste en utilizar como medios de detección (7) unos sensores de desplazamiento relativo, mediante los cuales se puede conocer la distancia entre el bogie (1) y la ca a (3), de manera que una aproximación excesiva entre ambos es síntoma de un fallo en la suspensión neumática por desinflado de los resortes neumáticos ( 4 ) .
Según otro ejemplo de realización no limitativo, los medios de detección (7) son unos sensores de vibración dispuestos, preferentemente, en el bogie (1) o en la caja (3), los cuales a través de la vibración producida por la pérdida de estabilidad dinámica asociada a la degradación de la suspensión o mediante el incremento general de vibraciones producido por la misma, permiten detectar y determinar indirectamente la condición de degradación de la suspensión.
En general, los medios de detección (7) pueden ser cualquier dispositivo sensor que permita detectar la degradación de la suspensión; como acelerómetros ubicados en el bogie (1) o en la caja (3) .
Con todo ello así, las señales obtenidas por los medios de detección (7) y, en su caso, por los sensores de velocidad (8), son enviadas a un equipo de control
(9) que se encarga de procesar las señales recibidas y comandar las electroválvulas (6) asociadas a los amortiguadores antilazo (5) . Cuando los medios de detección (7) advierten que la suspensión se ha degradado, envían una señal de fallo al equipo de control (9), el cual alimenta eléctricamente a las electroválvulas (6) para hacer conmutar a los amortiguadores antilazo (5) hacia su modo de funcionamiento más fuerte y asegurar así una adecuada estabilidad del vehículo ferroviario, incluso cuando se circula en esas condiciones degradadas a máxima velocidad. En condiciones normales de circulación, las electroválvulas (6) están desactivadas y la suspensión trabaja con los amortiguadores antilazo (5) en su modo de funcionamiento más débil.
A bajas velocidades, por ejemplo en circulación por curva, la activación del modo de funcionamiento más fuerte de los amortiguadores antilazo (5) es contraproducente, incluso cuando la suspensión se encuentra degradada. En estos casos, según una opción mejorada de la invención, en combinación con la información obtenida por los medios de detección (7), se tiene en cuenta la información de la velocidad del vehículo ferroviario obtenida por los sensores (8) de velocidad, de manera que el modo de funcionamiento más fuerte de los amortiguadores antilazo (5) sólo se activa cuando se produce un fallo en la suspensión y a partir de un cierto valor de la velocidad definido en función de las características dinámicas del vehículo ferroviario .
Claims
1. - Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, empleado para asegurar una adecuada estabilidad dinámica de un vehículo ferroviario, cuando se circula en condiciones degradadas de la suspensión, como la que se produce cuando unos resortes neumáticos (4) de la suspensión se encuentran desinflados, disponiendo además de unos amortiguadores antilazo (5) montados entre un bogie (1) y la caja (3) del vehículo ferroviario, a ambos lados del bogie (1) según el sentido longitudinal de la marcha del vehículo, los cuales amortiguadores antilazo (5) son accionados por unas electroválvulas (6) que les permiten conmutar entre, al menos, dos modos de funcionamiento, uno de característica de fuerza de amortiguación mayor y otro de característica de fuerza de amortiguación menor, caracterizado en que se disponen unos medios de detección (7) que advierten la condición degradada de la suspensión y envían una señal de fallo a un equipo de control (9), de manera que el equipo de control (9) comanda las electroválvulas (6) para hacer conmutar a los amortiguadores antilazo (5) al modo de funcionamiento más adecuado.
2. - Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que cuando la situación de suspensión degrada se produce por desinflado de la suspensión neumática, los medios de detección (7) son unos sensores de presión que permiten conocer la condición de inflado/desinflado de los resortes neumáticos (4) .
3. - Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que los medios de detección (7) son unos sensores de vibración, ubicados en el bogie (1) o en la caja (3) .
4. - Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que los medios de detección (7) son unos sensores de desplazamiento que miden la distancia relativa entre el bogie (1) y la caja (3) .
5. - Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que los medios de detección (7) son acelerómetros , ubicados en el bogie (1) o en la caja (3) .
6.- Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que los medios de detección (7) son acelerómetros, ubicados en el bogie (1) o en la caja (3) en sentido lateral respecto de la dirección de marcha.
7.- Sistema de estabilización de vehículos ferroviarios en condiciones de suspensión degradada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que se utilizan sensores que permiten medir la velocidad de marcha, siendo utilizada esta medida por el equipo de control (9) para activar la característica fuerte de los amortiguadores antilazo (5) solo por encima de un valor umbral mínimo de velocidad.
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Publications (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2446766A1 (es) | 2014-03-10 |
| ES2446766B1 (es) | 2014-11-05 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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