ES2556824T3 - Procedimiento de detección de un defecto o defectos en una vía de ferrocarril, y un vehículo ferroviario para ser usado en un procedimiento de este tipo - Google Patents

Procedimiento de detección de un defecto o defectos en una vía de ferrocarril, y un vehículo ferroviario para ser usado en un procedimiento de este tipo Download PDF

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Abstract

Vehículo ferroviario (1) que tiene ruedas ferroviarias (3, 4) acomodadas para guiar el vehículo ferroviario (1) a lo largo de una vía de ferrocarril (2) y comprendiendo el citado vehículo (1) medios para la detección de un defecto o defectos en la vía de ferrocarril (2), estando provisto el citado vehículo ferroviario (1) de un vibrómetro sin con- tacto (9, 10) que está dispuesto para medir el movimiento vibratorio de la superficie de la vía de ferrocarril (2), en el que cada una de las ruedas (3, 4) está conectada al vehículo (1) por una caja de ejes intermedia (7, 8) proporcionando un soporte para la rueda (3, 4), caracterizado porque la citada caja de ejes (7, 8) está provista de al menos un acelerómetro, y porque están presentes medios de análisis (12) dispuestos sobre o exteriores al vehículo (1) para comparar las vibraciones de superficie de la vía del ferrocarril (2), medidas con el vibrómetro sin contacto ( 9, 10), con las señales vibratorias procedentes del al menos un acelerómetro.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de deteccion de un defecto o defectos en una v^a de ferrocarril, y un vehnculo ferroviario para ser usado en un procedimiento de este tipo
La invencion se refiere a un procedimiento de deteccion de un defecto o defectos en la via del ferrocarril, y a un vehnculo ferroviario para ser utilizado en un procedimiento de este tipo.
Un procedimiento de deteccion de los principales defectos de los rafles en una via de ferrocarril por medio de la medicion de una senal de la aceleracion de la caja de ejes del vehnculo ferroviario es conocido por la patente holan- desa NL 2 003 351. Tales defectos de la parte superior del rail son desviaciones geometricas verticales cortas locales que pueden causar impactos entre los rafles de la via de ferrocarril y las ruedas giratorias de un vehnculo ferroviario. A no ser que se repare, un pequeno defecto de la parte superior del rail o escuadrado, crecera convirtiendose en un defecto moderado, y, posteriormente, en un defecto grave. La fractura del rail y los danos a su fijacion, a las placas de asiento del rail, a las traviesas y al balasto (o plancha) se pueden producir finalmente, si no se toman medidas correctivas.
La invencion se refiere a tratar con una gama de problemas mas amplia que solamente los escuadrados. Las vfas de ferrocarril tienen una superestructura y una subestructura. La superestructura comprende rafles, cambios de via y pasos a nivel (S & C), juntas aisladas (IJ), sujetadores, traviesas y balasto (o plancha). Debido a la interaccion entre las ruedas del ferrocarril y la via, las fuerzas dinamicas se producen entre las ruedas y los rafles. Como consecuen- cia de ello surgen esfuerzos y tensiones en y entre los componentes de la via, lo que resulta en el desgaste, defor- macion, y, finalmente, posiblemente la ruptura de la superestructura ferroviaria debido a la fatiga (del metal).
En terminos generales, las fuerzas dinamicas hacen que se degraden la calidad y el rendimiento de los componentes y el sistema de vfas en su conjunto. Los componentes que estan sujetos a degradacion (gradual) incluyen los rafles, los cambios de via y pasos a nivel, las juntas aislantes, las placas de asiento de los rafles, las sujeciones (sueltas y perdidas), las traviesas (danadas o colgantes). Tambien una calidad local pobre del balasto y de las plan- chas es una preocupacion.
Es un objeto de la invencion detectar una degradacion del sistema de este tipo, de manera que la calidad y el rendimiento de los componentes y del sistema se puedan restaurar.
Es un objeto adicional de la invencion que la deteccion se realice tan pronto como sea posible por al menos tres razones principales: asegurar la seguridad, evitar las interrupciones y limitar los costes. Si, por ejemplo, una degradacion se detecta demasiado tarde de manera que se produce una rotura del rail en los cambios de via y pasos a nivel, esto puede conducir a un descarrilamiento y hara que la via no este disponible para el trafico. La seguridad de los pasajeros esta en riesgo, y los viajes de los pasajeros seran interrumpidos o tendran que ser desviados. Una reparacion no planificada y tardfa de este tipo tambien se traduce en altos costos.
El documento US2007/163352, que representa la tecnica anterior mas proxima de acuerdo con las caractensticas del preambulo de la reivindicacion independiente 1, desvela un procedimiento para la deteccion de un defecto o defectos en una via de ferrocarril, por lo cual un vehnculo ferroviario con ruedas ferroviarias acomodadas para guiar el vehnculo ferroviario a lo largo de la via de ferrocarril se mueve a lo largo de la via del ferrocarril excitando la via de ferrocarril para que vibre, y en el que el movimiento de vibracion de la superficie de la via de ferrocarril se mide con un vibrometro sin contacto. Convencionalmente cada una de las ruedas se conectara al vehnculo por medio de una caja de ejes intermedia proporcionando un soporte para las ruedas. El vehnculo ferroviario esta provisto ademas del citado vibrometro sin contacto que esta dispuesto para medir el movimiento de vibracion de la superficie de la via de ferrocarril.
Para promover los objetos de la invencion se proponen un procedimiento y un vehnculo ferroviario de acuerdo con una o mas de las reivindicaciones adjuntas.
En un primer aspecto de la invencion se propone un vehnculo ferroviario en el que la caja de ejes esta provista de al menos un acelerometro, y en el que hay medios de analisis sobre, o externos al vehnculo para comparar las vibra- ciones de la superficie de la via de ferrocarril tal como se miden con el vibrometro sin contacto con las senales vibra- torias del al menos un acelerometro.
De acuerdo con el procedimiento de la invencion, el vehnculo ferroviario se desplaza a lo largo de la via del ferrocarril excitando la via del ferrocarril para que vibre, de manera que el movimiento de vibracion de la superficie de la via de ferrocarril se pueda medir con el vibrometro sin contacto, y las vibraciones de la superficie de la via de ferrocarril tal como se miden con el vibrometro sin contacto se comparan con las senales vibratorias derivadas de un acelerome- tro de la caja de ejes del vehnculo. Asf, de acuerdo con el procedimiento de la invencion, es posible inspeccionar de forma automatica y continua y supervisar las condiciones de los componentes de la via y de la superestructura como un todo, en un estado de degradacion temprano, medio y severo, mediante el control de la interaccion dinamica de las ruedas del vehnculo con la via del ferrocarril y la medicion de las respuestas de la via de ferrocarril.
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De acuerdo con la invencion, el vibrometro sin contacto, en principio, puede estar montado en cualquier material rodante ferroviario en servicio o en un vehnculo de medicion especializado. El vibrometro se puede colocar en cualquier lugar adecuado, en particular en el propio vehnculo, en el bogie o en la caja de ejes. Que pueda ser instalado en un vetnculo en servicio hace que sea no intrusivo, puesto que no requiere que otros trenes le cedan el paso. La naturaleza continua y no intrusiva lo hace ideal para la monitorizacion y para que no pierda las degradaciones de rapido desarrollo.
Con este sistema y vetnculo ferroviario de la invencion, y el procedimiento de su funcionamiento, la fiabilidad y la disponibilidad de la infraestructura ferroviaria puede ser muy mejorada. Tambien reduce en gran medida las condi- ciones de trabajo inseguras de los inspectores de la via, el trabajo de los cuales se puede evitar en gran medida.
La invencion del procedimiento y el vetnculo ferroviario propuesto se basa en la idea de que las anomalfas en la via del ferrocarril se produciran debido a las degradaciones causadas por las fuerzas, esfuerzos y tensiones en y entre los componentes de la via del ferrocarril, y que tales fuerzas, esfuerzos y tensiones son finalmente el resultado de la interaccion rueda - rail. Las degradaciones haran que la respuesta de los componentes y del sistema se desarrollen y se desvfen de su respuesta original, dependiendo de donde y como las degradaciones han tenido lugar. En este sentido, se hace notar que los diferentes componentes del sistema de via estan disenados para cumplir con sus respectivas funciones en el sistema con diferente rigideces, amortiguaciones y caractensticas de longitudes de onda. Exhiben correspondientemente diferentes contenidos de frecuencias y magnitudes en sus respuestas. Los estados del sistema y de los componentes de este modo se pueden evaluar mediante un analisis de vibracion de las respuestas, que se desarrollan en lmea con la degradacion de los componentes y la interaccion entre estos componentes, lo que resulta en diferentes relaciones de entrada - respuesta. Mediante la comparacion de los estados actuales del sistema y de los componentes tal como son identificados a partir de las respuestas con los estados de diseno / referencia, las anomalfas en el sistema y los componentes pueden ser detectadas e identificadas.
Se ha encontrado que es beneficioso que las vibraciones superficiales de la via de ferrocarril tal como son medidas con el vibrometro sin contacto se comparen con las senales vibratorias derivadas de un acelerometro de la caja de ejes del vehnculo. De acuerdo con la invencion, hay medios de analisis en el vehnculo, para comparar las vibraciones de la superficie de la via de ferrocarril tal como son medidas con el vibrometro sin contacto con las senales vibratorias de al menos un acelerometro de caja de ejes del vehnculo. Esto mejora la sensibilidad, resolucion, precision y fiabilidad de la deteccion de la degradacion de los componentes y del sistema.
La invencion en la presente memoria descriptiva y a continuacion se explicara adicionalmente con referencia al dibu- jo de una unica figura que proporciona una vista esquematica de un vehnculo de acuerdo con la invencion en movi- miento sobre una via de ferrocarril.
Un vehnculo 1 se desplaza con una cierta velocidad por una via 2 con o sin anomalfas. La interaccion dinamica rueda - rail es excitada porque las ruedas en movimiento 3, 4 excitan la vibracion de los rafles 2 y del suelo 5. Si hay balasto (o plancha) 14 estos quizas tambien puedan seran inducidos a vibrar. El soporte discreto de las traviesas 6 que soportan los rafles 2 excita la vibracion periodica de los citados rafles 2 con una frecuencia de paso y sus armo- nicos correspondientes a la velocidad del vehnculo 1 y la separacion de las traviesas 6. Ciertas irregularidades de onda corta excitan sus respectivos modos de vibracion y las anomalfas que se han desarrollado hacen que ciertos contenidos de frecuencia se desvfen de sus modos normales.
Las vibraciones tales como pueden ser monitorizadas sobre la superficie de la cabeza de rail de los rafles 2 pueden ser recogidas por los acelerometros (que son conocidos per se y no se muestra explfcitamente en la figura) en las cajas de ejes 7, 8, y por un vibrometro sin contacto 9, 10 montado en el vehnculo 1, por ejemplo en su lado inferior. Un vibrometro sin contacto particularmente util es un vibrometro de laser Doppler que se realiza con un transductor 9 para emitir una senal de laser a la superficie superior del rail y un receptor 10 para la recepcion de la senal laser despues de la reflexion por la superficie superior del rail. Se observa sin embargo que esto es simplemente una realizacion posible; tambien es posible implementar el vibrometro con un unico transmisor / receptor unitario. Las senales obtenidas de esta manera se procesan en medios informaticos 11 para proporcionar las mediciones de vibracion en relacion con la superficie del rail.
Se hace notar que los acelerometros de las cajas de ejes 7, 8 pueden proporcionar senales correspondientes a las vibraciones de los cojinetes de las ruedas y de las ruedas 3, 4, la compresion dinamica del contacto rueda - rail, la irregularidad de la geometna de la rueda 3, 4 y las superficies del rail 2, asf como la vibracion de la via como es medida tambien por el vibrometro sin contacto 9, 10 montado en el vehnculo 1. Se observa una vez mas que este vibrometro sin contacto tambien puede estar en el bogie o en la caja de ejes. Preferiblemente externamente sobre, o en el vehfculo 1, se encuentran los medios de analisis 12 para comparar vibraciones de la via de ferrocarril 2 como son medidas con el vibrometro sin contacto 9, 10 y determinadas por los medios informaticos 11, con las senales vibratorias de al menos un acelerometro de una caja de ejes 7, 8 que son procesadas por medios informaticos 13. Los medios de analisis 12 tambien puede incluir medios de almacenamiento que permite el procesamiento posterior de las senales de medicion.
La fuerza de contacto dinamico de las ruedas del ferrocarril se puede derivar de los acelerometros de la caja de ejes 7, 8 despues de la eliminacion del componente de vibracion de la via y de la eliminacion del ruido introducido por la vibracion del juego de ruedas y posiblemente tambien de los cojinetes. La eliminacion del citado ruido puede conse- guirse de acuerdo con el procedimiento que se describe en el documento en NL 2 003 351. Los componentes de 5 vibracion de la via se pueden eliminar haciendo uso de la medicion por el vibrometro sin contacto 9, 10. De esta manera el vehfculo instrumentado 1 llevara a cabo una prueba similar a un martillo dirigida a detectar fallos de la pista / anomalfas / discontinuidades en el rail 2 tales como agujas de los cambios de via y pasos a nivel, de las juntas aislantes y escuadrados en los que la fuerza de impacto de banda ancha se produce en el contacto rueda - rail, actuando las ruedas como martillos. El vehfculo 1 actuara mas como un vehfculo de carga sobre via en una via 10 lineal normal, siendo de nuevo la rueda 3, 4 la que acciona y siendo la frecuencia de accionamiento la frecuencia de paso de las traviesas 6. En irregularidades de diseno de la via como aquellas de los cambios de via y pasos a nivel, la situacion sera una combinacion de ambos tipos de excitaciones. En anomalfas en la via de ferrocarril 2, la interac- cion entre los componentes de via y entre la rueda 3, 4 y el rail 2 son anormales, causando una desviacion en sus modos de vibracion respectivos. Por medio de la comparacion de los modos de vibracion con sus valores de diseno 15 respectivos, las anomalfas pueden ser identificadas. Las localizaciones de las anomalfas se pueden determinar con un sistema de posicionamiento global acompanante.

Claims (2)

  1. 10
    15
    REIVINDICACIONES
    1. Vefnculo ferroviario (1) que tiene ruedas ferroviarias (3, 4) acomodadas para guiar el vefnculo ferroviario (1) a lo largo de una via de ferrocarril (2) y comprendiendo el citado vefnculo (1) medios para la deteccion de un defecto o defectos en la via de ferrocarril (2), estando provisto el citado vefnculo ferroviario (1) de un vibrometro sin con- tacto (9, 10) que esta dispuesto para medir el movimiento vibratorio de la superficie de la via de ferrocarril (2), en el que cada una de las ruedas (3, 4) esta conectada al vefnculo (1) por una caja de ejes intermedia (7, 8) proporcionando un soporte para la rueda (3, 4), caracterizado porque la citada caja de ejes (7, 8) esta provista de al menos un acelerometro, y porque estan presentes medios de analisis (12) dispuestos sobre o exteriores al vefnculo (1) para comparar las vibraciones de superficie de la via del ferrocarril (2), medidas con el vibrometro sin contacto ( 9, 10), con las senales vibratorias procedentes del al menos un acelerometro.
  2. 2. Procedimiento de deteccion de un defecto o defectos en una via de ferrocarril (2), mediante el cual un vefnculo ferroviario (1) se mueve a lo largo de la via de ferrocarril (2) para excitar la via de ferrocarril (2) para que pro- duzca vibraciones y el movimiento de vibracion de la superficie de la via de ferrocarril (2 ) es medido con un vibrometro sin contacto (9, 10) provisto en el vefnculo ferroviario (1), caracterizado porque las vibraciones de la superficie de la via del ferrocarril (2) tal como son medidas con el vibrometro sin contacto (9, 10) se comparan con las senales vibratorias derivadas del acelerometro de una caja de ejes (7, 8) del vefnculo (1).
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