ES2230885T3

ES2230885T3 - Dispositivo de soporte para railes de via ferrea.

Info

Publication number: ES2230885T3
Application number: ES99944178T
Authority: ES
Inventors: Patrick Vanhonacker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2005-05-01
Anticipated expiration: 2019-09-17
Also published as: US6325301B1; EP1068396B1; ATE282735T1; DE69921978D1; WO2000046448A1; BE1012466A5; DE69921978T2; EP1068396A1

Abstract

Dispositivo de soporte de raíl para vía férrea, que comprende una suela antivibratoria (17) sobre la cual descansa una placa de apoyo metálica (19) para soportar un raíl, y unos medios de fijación regulables que actúan directamente sobre la placa de apoyo para fijar la placa de apoyo (19) y la suela antivibratoria (17) sobre una estructura de soporte, aplicando los medios de fijación regulables un esfuerzo de pretensado a la suela antivibratoria (17), caracterizado porque los medios de fijación regulables comprenden por lo menos dos dispositivos elásticos, comprendiendo cada uno de ellos un vástago fileteado (18) y un conjunto de pretensado regulable que actúa verticalmente (20), comprendiendo dicho conjunto de pretensado (20) un primer resorte (21) que tiene una primera rigidez, un segundo resorte (23) dispuesto alrededor del primer resorte (21) y que tiene una segunda rigidez más elevada que la del primer resorte (21), y unos medios de retención (27, 29) para retener dichos primero y segundo resortes de manera que cada uno de ellos actúe independientemente del otro.

Description

Dispositivo de soporte para raíles de vía férrea.

Campo de la invención

La presente invención se inscribe en el campo del montaje de raíles de vía férrea. La misma se refiere más particularmente a un dispositivo para fijar los raíles en colocación directa sobre una solera o sobre traviesas.

Estado de la técnica

Los dispositivos de fijación de raíl clásicos comprenden por lo menos una suela de material elástico que da elasticidad al conjunto rueda/raíl de manera que se obtenga un cierto aislamiento del entorno con respecto a las vibraciones producidas por los esfuerzos dinámicos aplicados sobre los raíles cuando tiene lugar el paso de los vehículos.

Directamente debajo del raíl se encuentra casi siempre dispuesto un dispositivo elástico constituido por una suela relativamente rígida. Una segunda suela más flexible se encuentra a menudo dispuesta debajo de una suela metálica o de una traviesa. Esta segunda suela asegura el aislamiento antivibratorio.

La primera frecuencia de resonancia en flexión del conjunto rueda/raíl está condicionada por la rigidez dinámica de las suelas. Esta frecuencia de resonancia es inversamente proporcional a la característica antivibratoria del sistema de fijación del raíl: una frecuencia de resonancia baja da un mejor aislamiento antivibratorio que una frecuencia de resonancia elevada.

Con unas suelas que tienen una rigidez dinámica baja, se reduce la primera frecuencia de resonancia del conjunto rueda/raíl, lo que da lugar a una buena filtración antivibratoria. La mejor filtración se obtiene por tanto con la rigidez dinámica más baja para las suelas.

Hay sin embargo un límite físico inferior para esta rigidez dinámica de las suelas utilizadas en los sistemas de fijación de raíl actuales. La rigidez dinámica está en relación directa con la rigidez estática de las suelas. La rigidez estática de las suelas no puede ser demasiado baja puesto que influye directamente sobre la deflexión del raíl cuando tiene lugar el paso de un vehículo sobre los raíles. Esta deflexión de los raíles está en general limitada a 3 mm aproximadamente. Este límite de deflexión estática del raíl impone una rigidez estática mínima, y así mismo una rigidez dinámica mínima de la suela antivibratoria. Este fenómeno limita las características de aislamiento antivibratorio de los sistemas de fijación de raíl clásicos. Para la mayor parte de los dispositivos de fijación conocidos, la frecuencia de resonancia se sitúa entre 35 y 60 Hz.

La publicación WO 97/42376 describe un dispositivo de fijación de un raíl sobre una placa de apoyo metálica con interposición de una suela antivibratoria, estando la placa de apoyo a su vez colocada sobre una segunda suela antivibratoria y estando fijada sobre un soporte por medios de fijación regulables constituidos por dispositivos de apriete elásticos que actúan directamente sobre la placa de apoyo a fin de fijar la placa de apoyo y la segunda suela antivibratoria sobre el soporte de manera que apliquen a la segunda suela antivibratoria un esfuerzo de compresión predeterminado para que se encuentre en estado de pretensado. Este dispositivo de fijación permite limitar la deformación estática del raíl a un valor aceptable.

La presente invención tiene por objeto realizar unos dispositivos de fijación de raíles en colocación directa no solamente sobre solera sino también sobre acero o traviesa sobre una solera de hormigón o en el balasto, que tienen unas características de aislamiento antivibratorias próximas a las que se obtienen con una losa flotante y que aseguran al mismo tiempo una buena estabilidad para los raíles.

Resumen de la invención

El dispositivo de soporte de raíl según la invención comprende una placa de apoyo metálica que descansa sobre una suela antivibratoria y unos medios de fijación regulables que actúan directamente sobre la placa de apoyo para fijar la placa de apoyo y la suela antivibratoria sobre una estructura de soporte, comprendiendo los medios de fijación regulables por lo menos dos dispositivos elásticos, comprendiendo cada uno de ellos un vástago fileteado de un conjunto de pretensado regulable que actúa verticalmente. El conjunto de pretensado comprende un primer resorte que tiene una primera rigidez, un segundo resorte dispuesto alrededor del primer resorte que tiene una segunda rigidez más elevada que la del primer resorte, siendo el segundo resorte más largo que el primer resorte, unos medios de retención para retener los primero y segundo resortes de manera que cada uno de ellos actúe independientemente del otro.

Según un modo de realización particular, los medios de retención de los resortes comprenden una arandela de soporte que soporta un primer extremo del primer resorte, una cubierta que cubre el primer resorte, cooperando dicha cubierta con el segundo extremo del primer resorte y estando dispuesta para cooperar además con un primer extremo del segundo resorte, y una arandela de retención que coopera con el segundo extremo del segundo resorte.

En el caso en que la suela antivibratoria descansa sobre una placa de base, con eventualmente interposición de un intermedio, los medios de fijación regulables fijan la placa de apoyo a la placa de base y tiran una hacia la otra.

Cuando una rueda pasa sobre el raíl por encima de un dispositivo de fijación, el pretensado aplicado a la suela antivibratoria por la disposición de los dos resortes mantiene el punto de funcionamiento de la suela antivibratoria en la zona de comportamiento casi lineal de su curva de deflexión. El esfuerzo de pretensado resulta muy pequeño cuando tiene lugar el paso de la rueda y las deflexiones estáticas del raíl se encuentran limitadas mientras que el aislamiento antivibratorio deseado está asegurado.

El dispositivo según la invención asegura así, para la fijación del raíl, una rigidez estática aparente elevada combinada con una rigidez dinámica baja. Otra aplicación del dispositivo según la invención es la colocación de dos raíles en curva, permitiendo la invención reducir el ruido de rechinamiento.

Breve descripción de los dibujos

Fig. 1 muestra una sección de un dispositivo de fijación de raíl típico según la invención;

Fig. 2 representa un dispositivo de pretensado según la invención;

Fig. 3 muestra una curva de deflexión estática típica de una suela antivibratoria;

Fig. 4 muestra una curva de puesta en carga tipo de una suela antivibratoria con un dispositivo de fijación según la invención;

Fig. 5 muestra la curva de rigidez estática de un ejemplo de apoyo para raíl;

Fig. 6 muestra la curva de rigidez dinámica de un ejemplo de apoyo para raíl;

Fig. 7 muestra la curva de puesta en carga de los resortes de pretensado en un dispositivo según la invención;

Fig. 8 muestra la curva de puesta en carga estática de un dispositivo según la invención;

Fig. 9 muestra unos gráficos de ensayo de compresión para un dispositivo según la invención;

Fig. 10 a 13 ilustran las rigideces dinámicas observadas con un dispositivo según la invención para cuatro escalones de carga sobre los apoyos para una muestra de raíl fijado con un dispositivo según la invención.

Descripción de un modo de realización de la invención

Haciendo referencia a la Fig. 1, se ve un dispositivo de soporte de raíl que comprende una placa de base 11 fijada sobre una solera de hormigón o una traviesa (no representada) por unos bulones 12, con eventualmente un intermedio que tiene un espesor elegido para permitir la puesta a nivel. El intermedio 13 sirve para nivelar la cabeza de las tuercas de fijación 12 y los relieves de la placa de base 11. El intermedio 15 sirve para recubrir las perforaciones en el intermedio 13. Sobre el intermedio 15 está dispuesta una suela antivibratoria 17 que tiene unas dimensiones elegidas en función de la frecuencia propia de la vía y sobre la suela antivibratoria 17 está colocada una placa de apoyo 19 destinada a la fijación del raíl. El signo de referencia 14 designa un tope lateral para la placa de apoyo 19 y el signo de referencia 16 designa un elemento de regulación lateral.

De acuerdo con la invención, la placa de apoyo 19 está fijada a la placa de base 11 por medio de tornillos, por ejemplo unos tornillos de cabeza de martillo tales como el tornillo 18, y de dispositivos de pretensado 20 cuya función es poner la suela antivibratoria 17 en estado de pretensado. Cuando no está prevista la placa de base 11, la placa de apoyo 19 citada está fijada en la solera, una traviesa o una estructura de soporte cualquiera.

El dispositivo de pretensado 20 está representado a mayor escala en la Fig. 2. Según la invención, este dispositivo 20 comprende un conjunto integrado por dos resortes 21 y 23: el resorte 21 se elige con una rigidez menor que la del resorte 23 que está dispuesto alrededor del primero. El resorte 21 tiene por ejemplo una rigidez de 1800 N/cm mientras que el resorte 23 tiene por ejemplo una rigidez de 50 a 150 kN/cm. El resorte 21 está envuelto por una cubierta 25 de chapa para facilitar la regulación del pretensado y el retorno del resorte de mayor rigidez 23. El conjunto es retenido entre dos arandelas escalonadas 27 y 29. El resorte 23 está completamente libre de pretensado cuando tiene lugar el paso de una rueda sobre el raíl. En este momento, el resorte 23 no contribuye por tanto a la rigidez dinámica del conjunto rueda/raíl/sistema de fijación.

Debe observarse que existen ya unos sistemas de fijación de raíl con dos etapas elásticas con resortes, pero estos sistemas conocidos tienen como único objetivo mantener mecánicamente la placa de apoyo o la traviesa en posición y permitir la deflexión de la placa de apoyo. Además, en estos sistemas conocidos, el pretensado aplicado sobre los resortes sólo es de algunos millares de Newtons (N). En el dispositivo según la invención, por el contrario, se encuentra aplicado un esfuerzo importante (del orden de 10 kN) a la suela antivibratoria.

Las suelas antivibratorias tienen una curva de deflexión estática tal como la representada en la Fig. 3. En esta curva se distinguen tres zonas:

(a): una zona no lineal de puesta en carga (A);

(b): una zona casi lineal (B) en la cual el producto debe trabajar;

(c): una zona no lineal (C), no explotable.

En servicio, la carga real aplicada sobre un apoyo del raíl cuando tiene lugar el paso de una rueda de vehículo sobre el raíl es casi estática y rápida. A fin de evitar que el punto de funcionamiento de la suela antivibratoria pase cada vez por la zona no lineal de puesta en carga de su curva de deflexión, es importante que la suela antivibratoria trabaje de manera continua en la zona no lineal de la curva. Es por lo que, cuando tiene lugar la fijación de un raíl, el dispositivo de pretensado según la invención es regulado de manera que aplique a la suela antivibratoria un pretensado importante tal que la suela trabaje siempre en la zona de comportamiento lineal (B).

De acuerdo con un aspecto de la invención, sobre la base de los datos técnicos del asiento de la vía y del material rodante, el dispositivo de pretensado es regulado teniendo en cuenta en primer lugar unas características de aislamiento antivibratorio (frecuencia de resonancia rueda/raíl) requeridas. Estas características imponen en general una rigidez dinámica baja. De esta rigidez dinámica se deduce la rigidez estática requerida, la cual es función del material del cual está constituida la suela antivibratoria. Con esta rigidez estática, se obtienen en general unos desplazamientos estáticos del raíl importantes, que no son tolerados. El dispositivo de pretensado es entonces regulado de manera que aplique a la suela antivibratoria un pretensado tal que la diferencia entre el desplazamiento del raíl antes del pretensado y el desplazamiento del raíl después del pretensado quede inferior al desplazamiento del raíl tolerado (en general 3 mm). Preferentemente, la suela se elige de manera que trabaje en la zona casi lineal de su curva de deflexión con el pretensado y la carga suplementaria que le es aplicada cuando tiene lugar el paso de una rueda.

Para un sistema de fijación de raíl del tipo UIC 60, por ejemplo, sobre hormigón con unos tramos de 60 cm, una masa no suspendida del vehículo de 1000 kg., una carga en el eje de 180 kN y una frecuencia de resonancia del conjunto rueda/raíl de 22 Hz (aislamiento similar al que se realiza por una losa flotante), es precisa una rigidez dinámica de la suela antivibratoria en el sistema de fijación de aproximadamente 10 kN/mm (determinada por el procedimiento de los elementos acabados). Utilizando entonces para la suela antivibratoria un producto que tiene una rigidez estática igual a la rigidez dinámica, con la carga en el eje considerada (180 kN), se obtiene una deflexión del raíl de 4,5 mm (Fig. 3). Se puede por ejemplo utilizar para la suela antivibratoria un producto microcelular casi isótropo tal como el poliuretano de estructura mixta.

Si el dispositivo de pretensado 20 está regulado de manera que aplique a la suela antivibratoria un pretensado del orden de 30 kN con dos resortes 23 de 15 kN/mm comprimidos ambos en 1 mm, la deflexión del raíl en el momento del paso de una rueda es del orden de 1,5 mm, lo que es totalmente aceptable. Cuando tiene lugar el paso de la rueda, los dos resortes 23 no ejercen ya esfuerzo de pretensado. Solamente los resortes de retorno 21 ejercen entonces un pequeño esfuerzo de pretensado y el sistema permanece así dinámicamente muy flexible.

La Fig. 4 muestra una curva de puesta en carga tipo de una suela antivibratoria conveniente para una carga en el eje de 100 a 120 kN aproximadamente, por ejemplo. Teniendo en cuenta la carga estática por eje sobre el apoyo antivibratorio, se obtiene por ejemplo una carga mínima de 20 kN sobre la suela antivibratoria. El pretensado aplicado por el dispositivo 20 se elige entonces igual a esta carga mínima. Cuando tiene lugar el paso de una unidad, la carga puede variar entre 20 y 30 kN. El pretensado elegido (20 kN por ejemplo) fija el punto mínimo de funcionamiento del sistema, para el cual se produce una deflexión del raíl de \pm4,5 mm. Este pretensado es realizado por ejemplo con dos resortes 23 de 10 kN/mm que están ambos comprimidos en 1 mm.

En el caso de que una unidad aplique una carga por eje de 100 kN, el impacto medio sobre cada apoyo es del orden de 25 kN y esto produce una deflexión suplementaria del raíl de \pm1,3 mm. Para una carga aplicada de 120 kN por eje, el impacto medio sobre el apoyo es del orden de 30 kN, lo que produce una deflexión suplementaria del raíl de \pm3,1 mm. El punto de funcionamiento del sistema según la invención se comporta así dinámicamente para producir una deflexión de:

: 4,5 mm para una carga aplicada de 20 kN,

: 5,8 mm para una carga aplicada de 25 kN,

: 7,6 m para una carga aplicada de 30 kN.

Se observará que los dos resortes de pretensado 23 en el dispositivo de pretensado 20 según la invención se liberan completamente cuando tiene lugar el paso de la rueda. La invención permite así realizar unas condiciones de funcionamiento óptimas sobre apoyos antivibratorios, es decir una rigidez dinámica muy baja limitando al mismo tiempo la deflexión del raíl al valor tolerado, por ejemplo \pm3 mm (en lugar de \pm8 mm).

Se han realizado unos ensayos en una porción de raíl de aproximadamente 6 m de longitud con siete puntos de fijación equipados con dispositivo de pretensado según la invención a fin de verificar el comportamiento estático y dinámico del conjunto. Los apoyos utilizados son del tipo SYL.S65.XS/300.180.50. La curva de la Fig. 5 muestra que la rigidez estática de la muestra por debajo de una carga de 15,0 kN es como mediana de 3600 N/mm y la deflexión bajo una carga de 25 kN es de aproximadamente de 8 mm. La curva de la Fig. 6 muestra que la rigidez dinámica es del orden de 5600 N/m. El esfuerzo de compresión máximo medido es de 25 kN aproximadamente. El pretensado ha sido fijado a 15 kN.

Las Figs. 8 a 13 ilustran los resultados de los ensayos efectuados después del montaje del sistema. La curva de la Fig. 8 ilustra la puesta en carga estática del sistema. Se constata que la rigidez estática es del orden de:

: 8600 N/mm para una carga inferior a 15.0 kN

: 3600 N/mm para una carga superior a 15,0 kN.

La deflexión residual a 25 kN es del orden de 5 mm para una carga lenta. La deflexión estática es siempre más importante que una subida en carga rápida: la Fig. 3 muestra en efecto que, para una subida de 25 kN, la deflexión es del orden de 3 mm.

El comportamiento dinámico de la muestra está ilustrado por los gráficos de las Figs. 10 a 13 para unos escalones de carga situados a 10, 15, 20 y 25 kN. Estos gráficos muestran que la rigidez dinámica es del orden de:

: 8600 N/mm para una carga inferior a 15.0 kN,

: 5600 N/mm para una carga superior a 15.0 kN.

Estos resultados confirman el excelente comportamiento dinámico del dispositivo de fijación según la invención, limitando al mismo tiempo la deflexión del raíl a \pm3 mm.

Claims

1. Dispositivo de soporte de raíl para vía férrea, que comprende una suela antivibratoria (17) sobre la cual descansa una placa de apoyo metálica (19) para soportar un raíl, y unos medios de fijación regulables que actúan directamente sobre la placa de apoyo para fijar la placa de apoyo (19) y la suela antivibratoria (17) sobre una estructura de soporte, aplicando los medios de fijación regulables un esfuerzo de pretensado a la suela antivibratoria (17), caracterizado porque los medios de fijación regulables comprenden por lo menos dos dispositivos elásticos, comprendiendo cada uno de ellos un vástago fileteado (18) y un conjunto de pretensado regulable que actúa verticalmente (20), comprendiendo dicho conjunto de pretensado (20) un primer resorte (21) que tiene una primera rigidez, un segundo resorte (23) dispuesto alrededor del primer resorte (21) y que tiene una segunda rigidez más elevada que la del primer resorte (21), y unos medios de retención (27, 29) para retener dichos primero y segundo resortes de manera que cada uno de ellos actúe independientemente del otro.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de retención de los resortes comprenden una arandela de soporte (27) que soporta un primer extremo del primer resorte (21), una cubierta (25) que cubre el primer resorte (21), cooperando dicha cubierta (25) con el segundo extremo del primer resorte (21) y estando dispuesta para cooperar además con un primer extremo del segundo resorte (23), y una arandela de tope que coopera con el segundo extremo del segundo resorte (23).

3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además una placa de base (11) dispuesta por debajo de la suela antivibratoria (17), con eventualmente interposición de un intermedio (13) para nivelar los relieves, estando la placa de base (11) citada destinada a ser fijada a una estructura de soporte, tirando los medios de fijación regulables (18, 20) citados la placa de apoyo (19) y la placa de base (11) una hacia la otra.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizada porque la placa de base (11) está fijada a la estructura de soporte con interposición de un intermedio que tiene un espesor elegido para poner la vía a nivel.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque la placa de base (11) presenta unos resaltes laterales y porque el dispositivo comprende además unos medios (14, 16) que cooperan con dichos resaltes laterales para bloquear y regular lateralmente la posición de la placa de apoyo (19) sobre la placa de base (11).

6. Dispositivo de pretensado para la fijación de un dispositivo de soporte de raíl de vía férrea, caracterizado porque comprende un vástago fileteado (18) y un conjunto de pretensado regulable (20) que actúa verticalmente, comprendiendo dicho conjunto de pretensado (20) un primer resorte (21) que tiene una primera rigidez, un segundo resorte (23) dispuesto alrededor del primer resorte y que tiene una segunda rigidez más elevada que la del primer resorte (21), y unos medios de retención (27, 29) para retener los primer y segundo resortes citados de manera que cada uno de ellos actúe independientemente del otro.

7. Dispositivo de pretensado según la reivindicación 6, caracterizado porque los medios de retención de los resortes (21, 23) comprenden una arandela de soporte (27) que soporta un primer extremo del primer resorte (21), una cubierta (25) que cubre el primer resorte (21), cooperando dicha cubierta (25) con el segundo extremo de dicho primer resorte (21) y estando dispuesta para cooperar además con un primer extremo del segundo resorte (23), y una arandela de tope (29) que coopera con el segundo extremo del segundo resorte (23).