ES2925079T3 - Vehículo ferroviario provisto de un sistema de suspensión transversal y procedimiento de suspensión - Google Patents
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Abstract
Un vehículo sobre raíles (10) comprende una carrocería (12), al menos un tren de rodaje (14) y una suspensión para transmitir una carga que tiene una componente vertical estática L desde la carrocería del coche hasta el tren de rodaje (14), en el que la suspensión comprende medios de suspensión transversal pasivos (24) y medios actuadores transversales activos (26) en paralelo entre la carrocería (12) y el tren de rodaje (14). Los medios de suspensión transversal pasivos (24) tienen una rigidez relativamente alta tal que: (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Vehículo ferroviario provisto de un sistema de suspensión transversal y procedimiento de suspensión
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema de suspensión transversal para un vehículo ferroviario y a un vehículo ferroviario que incluye un sistema de suspensión transversal.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA
Con el fin de reducir la vibración de la carrocería de un vagón de ferrocarril, se ha propuesto en el documento GB 2 025 572 añadir varios accionadores neumáticos a una suspensión secundaria convencional provista de amortiguadores de aire. Más concretamente, se prevén dos accionadores neumáticos verticales y un accionador neumático transversal entre la carrocería de un vehículo ferroviario y cada uno de los mecanismos de rodaje delantero y trasero sobre los que se apoya la carrocería. Los accionadores neumáticos se controlan en función de las señales de aceleración medidas en la carrocería. Las vibraciones de guiñada están controladas principalmente por los accionadores neumáticos transversales proporcionados en los dos mecanismos de balanceo, mientras que las vibraciones de cabeceo y balanceo están controladas principalmente por los accionadores neumáticos verticales. Con tal disposición, los accionadores neumáticos transversales delantero y trasero se utilizan para contrarrestar las vibraciones y las cargas transversales cuasiestáticas. Por lo tanto, estos accionadores deben adaptarse para generar fuerzas cuasiestáticas de gran magnitud y fuerzas dinámicas a altas frecuencias. Para cumplir con estos requisitos en conflicto, los accionadores tienen que ser sobredimensionados en términos de energía y volumen. Los accionadores de alta energía requieren refrigeración externa y dan como resultado un sistema voluminoso, pesado y complejo en general. Además, no está disponible ningún modo de seguridad en caso de mal funcionamiento de los accionadores transversales.
Un vehículo ferroviario que tiene una carrocería, que se apoya en un mecanismo de rodaje mediante un dispositivo de resorte, y un dispositivo de compensación de balanceo, que está acoplado al mecanismo de rodaje y la carrocería, se describe en el documento US2012137926. El dispositivo de compensación de balanceo puede estar dispuesto cinemáticamente en paralelo al dispositivo de resorte. El dispositivo de compensación de balanceo contrarresta los movimientos de balanceo de la carrocería hacia el exterior de la curva alrededor de un eje de balanceo durante la circulación en curvas. El dispositivo de compensación de balanceo, para aumentar la comodidad de basculamiento, está diseñado para imponer, en un primer intervalo de frecuencia y bajo una primera desviación transversal de la carrocería, sobre la carrocería, un primer ángulo de balanceo alrededor del eje de balanceo, que corresponde a una curvatura actual de una sección actual de la vía que se está recorriendo.
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN
La invención tiene como objetivo abordar los problemas identificados anteriormente de la técnica anterior y proporcionar un sistema de suspensión simplificado que logre buenos resultados en términos de comodidad de marcha.
Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un vehículo ferroviario que comprende una carrocería, que tiene un peso 2L apoyado sobre dos mecanismos de rodaje espaciados longitudinalmente, comprendiendo cada uno de los mecanismos de rodaje un bastidor del mecanismo de rodaje, una suspensión primaria entre el bastidor del mecanismo de rodaje y dos juegos de ruedas, y una suspensión secundaria entre el bastidor del mecanismo de rodaje y la carrocería para transmitir una carga que tiene un componente vertical estático L desde la carrocería hasta el mecanismo de rodaje, en el que la carrocería es móvil con respecto a cada mecanismo de rodaje en una dirección transversal al mecanismo de rodaje en un intervalo de posiciones transversales que incluyen una posición centrada y cada suspensión secundaria comprende suspensión vertical elementos de suspensión, medios de suspensión transversal pasiva y medios accionadores transversales activos en paralelo entre la carrocería y el mecanismo de rodaje, caracterizado porque los medios de suspensión transversal pasiva tienen una rigidez k tal que:
sobre dicho intervalo de posiciones transversales.
A diferencia de los sistemas de suspensión de la técnica anterior, el sistema de suspensión de la invención combina una suspensión transversal pasiva rígida y unos medios accionadores transversales. La combinación particular permite reducir sustancialmente el tamaño de los medios accionadores transversales sin afectar negativamente a la comodidad de conducción. En caso de mal funcionamiento, el sistema de suspensión transversal de la invención funciona como una suspensión pasiva y proporciona un modo de funcionamiento a prueba de fallos.
Una suspensión secundaria típica de la técnica anterior tiene una rigidez transversal por fuelle de aproximadamente 200 kN/m. Este valor es un compromiso entre la comodidad de conducción (que favorece los muelles blandos) y los desplazamientos relativos (que favorece los muelles rígidos). Por el contrario, la rigidez transversal de la suspensión
transversal pasiva de la invención es sustancialmente mayor, en el intervalo de 400 kN/m o 500 kN/m en todo el intervalo de posiciones transversales, incluida la posición central. La suspensión transversal pasiva más rígida reduce el desplazamiento transversal relativo.
El intervalo de posición transversal puede estar limitado por topes transversales.
Los medios accionadores transversales activos están adaptados para generar fuerzas en la dirección transversal con una magnitud máxima Mmáx tal que:
M m a x ^ 1
L ~ 30
Esto contribuye a reducir el tamaño de los medios accionadores transversales, que no tienen que generar grandes fuerzas. Preferiblemente, los medios accionadores transversales activos están adaptados para generar fuerzas en la dirección transversal con una magnitud máxima Mmáx tal que:
Mmax < 10kN
y preferiblemente:
M m a x — $ k N
Según una realización, el vehículo ferroviario comprende además un controlador para controlar los medios accionadores transversales activos para generar fuerzas transversales que no tienen componente de baja frecuencia o un componente de baja frecuencia con una magnitud rms inferior a 100 daN por debajo de una frecuencia de corte f definida de la siguiente manera:
A frecuencias muy bajas por debajo de la frecuencia de corte, la suspensión reacciona como una suspensión pasiva rígida. Se requiere menos energía para accionar el accionador. Tal desplazamiento transversal de baja frecuencia se produce cuando el vehículo ferroviario negocia una curva o pasa por un desvío o cruce.
Ventajosamente, el vehículo ferroviario comprende además un transductor para medir una aceleración o una velocidad transversales de la carrocería y enviar una señal al controlador. La velocidad transversal se puede obtener mediante la integración de una señal de aceleración.
Según una realización, los medios accionadores transversales activos comprenden uno o más accionadores electrohidráulicos. También se prevén otros tipos de accionadores, p. ej., accionadores electroneumáticos. Los accionadores deberían poder seguir movimientos relativos transversales de baja frecuencia entre la carrocería y el mecanismo de rodaje, es decir, retraerse y expandirse, sin generar fuerzas de reacción.
En principio, los medios accionadores transversales pueden comprender más de un accionador transversal, p. ej., dos accionadores transversales. Sin embargo, según una realización preferida, los medios accionadores transversales activos consisten en un solo accionador.
Según una realización preferida, los elementos de suspensión constituyen al menos una parte de los medios de suspensión transversal pasiva. Los elementos de suspensión vertical soportan los componentes verticales estáticos y dinámicos de la carga aplicada por la carrocería sobre el mecanismo de rodaje. En particular, los elementos de suspensión vertical incluyen elementos de suspensión neumática y/o resortes helicoidales.
Según una realización preferida, los elementos de suspensión vertical proporcionan más de la mitad de la rigidez transversal k en más de la mitad de la carrera transversal de la carrocería con respecto al mecanismo de rodaje. Se pueden utilizar medios de suspensión transversal pasivos adicionales. Pueden incluir resortes transversales operativos a lo largo de la carrera transversal o topes de choque solo operativos en los extremos de la carrera transversal.
El sistema de suspensión puede incluir también un amortiguador transversal pasivo. Como alternativa o adicionalmente, los medios accionadores transversales activos pueden controlarse para generar una fuerza de amortiguación transversal, es decir, una fuerza proporcional a la velocidad transversal de la carrocería, que puede ser una fuerza reactiva (en una dirección opuesta a la dirección del movimiento) o proactivo, es decir, en la dirección del movimiento relativo).
Según una realización, cada uno o más mecanismos de rodaje tiene un par de juegos de ruedas equidistantes de un plano transversal medio vertical, y los medios accionadores transversales activos están unidos al mecanismo de rodaje en una ubicación más cercana al plano transversal medio vertical que a los juegos de ruedas, preferiblemente en el plano transversal mediano vertical geométrico. Los medios accionadores transversales activos no deberían verse
afectados por la rotación relativa entre el mecanismo de rodaje y la carrocería alrededor de un eje vertical.
Por razones similares, cada uno o más de los mecanismos de rodaje tiene un par de juegos de ruedas equidistantes de un plano transversal medio vertical, y los medios de suspensión transversal pasiva están fijados al mecanismo de rodaje en una ubicación más cercana al plano transversal medio vertical que a los juegos de ruedas, preferiblemente en el plano transversal mediano vertical geométrico.
El uno o más juegos de ruedas pueden ser juegos de ruedas o ruedas independientes.
Según otras realizaciones, la suspensión está dispuesta entre la carrocería y un mecanismo de rodaje sin suspensión primaria, o un mecanismo de rodaje sin bastidor, o un mecanismo de rodaje con ruedas independientes, o un mecanismo de rodaje con un solo juego de ruedas, p. ej., un eje portal.
Según otro aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para soportar una carrocería que tiene un peso 2L sobre dos mecanismos de rodaje espaciados longitudinalmente, cada uno de los cuales comprende un bastidor del mecanismo de rodaje, una suspensión primaria entre el bastidor del mecanismo de rodaje y dos juegos de ruedas, y una suspensión secundaria entre el bastidor del mecanismo de rodaje y la carrocería para transmitir una carga que tiene un componente vertical estático L desde la carrocería hasta el mecanismo de rodaje, comprendiendo el procedimiento dotar a cada suspensión secundaria de elementos de suspensión vertical, medios de suspensión transversal pasivos y medios accionadores transversales activos en paralelo entre la carrocería y el mecanismo de rodaje de manera que la carrocería pueda moverse con respecto a el mecanismo de rodaje en una dirección transversal de cada mecanismo de rodaje en un intervalo de posiciones transversales, incluida una posición centrada, en la que:
- los medios de suspensión transversal entre la carrocería y cada mecanismo de rodaje tienen una rigidez k tal que:
sobre dicho intervalo de posiciones transversales
- los medios accionadores transversales activos están adaptados para generar fuerzas en la dirección transversal con una magnitud máxima Mmáx tal que:
Mmax 1
L “ 30
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Otras ventajas y características de la invención resultarán más claramente evidentes a partir de la siguiente descripción de una realización específica de la invención proporcionada únicamente como ejemplos no restrictivos y representada en los dibujos adjuntos, en los que la figura 1 es una ilustración esquemática de un vehículo ferroviario según a una realización de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES PREFERIDAS
En referencia a la figura 1, un vehículo ferroviario 10 comprende una carrocería 12 apoyada en dos mecanismos de rodaje espaciados longitudinalmente 14. La carrocería define un plano longitudinal vertical 100. Cada uno de los mecanismos de rodaje 14 consta de un bastidor de mecanismo de rodaje 16, una suspensión primaria 18 entre el bastidor del mecanismo de rodaje 16 y dos juegos de ruedas 20, y una suspensión secundaria entre el bastidor del mecanismo de rodaje 16 y la carrocería 12, que comprende elementos de suspensión vertical 22, p. ej., elementos de suspensión neumática o resortes helicoidales, así como medios de suspensión transversal pasiva 24 y medios accionadores transversales activos 26 en paralelo entre la carrocería y el bastidor del mecanismo de rodaje.
En la posición centrada representada en la figura 1, el vehículo ferroviario está parado en una vía recta, y el plano vertical longitudinal 100 de la carrocería 12 coincide con un plano mediano vertical longitudinal 150 de cada bastidor del mecanismo de rodaje. Los dos juegos de ruedas 20 de cada mecanismo de rodaje 14 son equidistantes de un plano transversal medio vertical 200 del bastidor del mecanismo de rodaje 16. La intersección entre cada plano transversal medio vertical 200 y el plano vertical longitudinal 150 define un eje vertical de rotación del mecanismo de rodaje asociado. la carrocería 12 también puede moverse en relación con cada mecanismo de rodaje 14 en una dirección transversal perpendicular al plano mediano vertical longitudinal 150 del bastidor del mecanismo de rodaje 16 a cada lado de la posición centrada. El sistema de suspensión secundaria puede comprender también topes transversales 27, que pueden constituir una parte adicional de los medios de suspensión transversal pasiva 24 y se activan en los extremos de la carrera transversal de la carrocería 12 con respecto a cada bastidor del mecanismo de rodaje 16 para limitar el intervalo de posiciones transversales de la carrocería 12 relativo al bastidor del mecanismo de rodaje 16.
Tanto los medios de suspensión transversal pasiva 24 como los medios accionadores transversales activos 26 se fijan
preferiblemente al bastidor del mecanismo de rodaje 16 en una ubicación más cercana al plano transversal medio vertical 200 que a los juegos de ruedas 20, preferiblemente en el plano transversal mediano vertical geométrico 200. En la vista esquemática de la figura 1, los medios de suspensión transversal pasiva 24 se han representado como un medio separado individualizado. Sin embargo, los elementos de suspensión vertical 22 puede tener una rigidez transversal y puede constituir al menos parte de los medios de suspensión transversal pasiva 24, preferiblemente una parte preponderante, es decir, más de la mitad de la rigidez transversal. Los topes 27 también se pueden individualizar o incorporar a los medios de suspensión transversal pasiva 24.
Los medios accionadores transversales activos 26 comprenden uno o más accionadores electrohidráulicos, y preferiblemente solo un accionador.
Los medios accionadores transversales activos 26 de los dos mecanismos de rodaje 14 están conectados a un controlador común 28. Un transductor 30 para medir la aceleración transversal o la velocidad transversal de la carrocería 12 está conectado al controlador 28.
Si L denota la carga vertical estática en cada mecanismo de rodaje (es decir, 2L es el peso de la carrocería), los medios de suspensión transversal pasiva 24 tener una rigidez K alta tal que:
Como resultado, los medios accionadores transversales están adaptados para generar fuerzas en la dirección transversal con una magnitud máxima relativamente baja Mmáx tal que:
La magnitud máxima es preferiblemente tal que
M max ^ 1G kN o r M max ^ S k N
Además, los medios accionadores transversales activos 26 son controlados por el controlador 28 para generar fuerzas transversales que no tienen componente de baja frecuencia o un componente de baja frecuencia con una magnitud rms de menos de 100 daN por debajo de una frecuencia de corte / definida de la siguiente manera:
Como se mencionó anteriormente, toda o parte de esta rigidez transversal K puede ser proporcionada por los elementos de suspensión vertical 22.
La invención no se limita a mecanismos de rodaje convencionales con juego de ruedas. También se puede aplicar a mecanismos de rodaje con ruedas independientes o mecanismos de rodaje con un solo juego de ruedas, p. ej., ejes portales.
Claims (14)
1. Un vehículo ferroviario (10) que comprende una carrocería (12) que tiene un peso 2L soportado sobre dos mecanismos de rodaje espaciados longitudinalmente (14), comprendiendo cada uno de los mecanismos de rodaje (14) un bastidor del mecanismo de rodaje (16), una suspensión primaria (18) entre el bastidor del mecanismo de rodaje (16) y dos juegos de ruedas (20), y una suspensión secundaria entre el bastidor del mecanismo de rodaje (16) y la carrocería (12) para transmitir una carga que tiene un componente vertical estático L desde la carrocería (12) al mecanismo de rodaje (14), en la que la carrocería (12) es móvil con respecto a cada mecanismo de rodaje (14) en una dirección transversal al mecanismo de rodaje (14) en un intervalo de posiciones transversales que incluye una posición centrada y, cada suspensión secundaria comprende elementos de suspensión vertical (22), medios de suspensión transversal pasiva (24) y medios accionadores transversales activos (26) en paralelo entre la carrocería (12) y el mecanismo de rodaje (14), caracterizado por que los medios de suspensión transversal pasiva (24) tienen una rigidez k tal que:
sobre dicho intervalo de posiciones transversales y porque los medios accionadores transversales activos (26) están adaptados para generar fuerzas en la dirección transversal con una magnitud máxima Mmáx tal que:
Mmax 1
L
“ 30
2. El vehículo ferroviario de la reivindicación 1, en el que los medios accionadores transversales activos (26) están adaptados para generar fuerzas en la dirección transversal con una magnitud máxima Mmáx tal que:
Mmax <
10
kN
3. El vehículo ferroviario de la reivindicación 1, en el que los medios accionadores transversales activos (26) están adaptados para generar fuerzas en la dirección transversal con una magnitud máxima Mmáx tal que:
M -m ax — $ k N
4. El vehículo ferroviario de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un controlador (28) para controlar los medios accionadores transversales activos (26) para generar fuerzas transversales que no tienen un componente de baja frecuencia o un componente de baja frecuencia con una magnitud rms de menos de 100 daN por debajo de una frecuencia de corte f definida de la siguiente manera:
5. El vehículo ferroviario de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un transductor (30) para medir una aceleración o velocidad transversales de la carrocería (12) y enviar una señal al controlador (28).
6. El vehículo ferroviario de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios accionadores transversales activos (26) comprenden uno o más accionadores electrohidráulicos.
7. El vehículo ferroviario de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios accionadores transversales activos (26) consisten en un solo accionador.
8. El vehículo ferroviario de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos de suspensión vertical (22) constituyen al menos parte de los medios de suspensión transversal pasiva (24).
9. El vehículo ferroviario de la reivindicación 8, en el que los elementos de suspensión vertical (22) incluyen elementos de suspensión neumática y/o resortes helicoidales.
10. El vehículo ferroviario de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, en el que los elementos de suspensión vertical (22) proporcionan más de la mitad de la rigidez transversal k en más de la mitad de la carrera transversal de la carrocería (12) con respecto al mecanismo de rodaje (14).
11. El vehículo ferroviario de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de suspensión comprende topes de choque transversales, que constituyen al menos parte de los medios de suspensión transversal pasiva (24).
12. El vehículo ferroviario de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada uno o más mecanismos de rodaje (14) tiene un par de juegos de ruedas (20) equidistantes de un plano transversal medio vertical (200), y los
medios accionadores transversales activos (26) están unidos al tren de rodaje (14) en una ubicación más cercana al plano transversal medio vertical (200) que a los juegos de ruedas (20), preferiblemente en el plano transversal medio vertical geométrico (200).
13. El vehículo ferroviario de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada uno o más de los mecanismos de rodaje (14) tiene un par de juegos de ruedas (20) equidistantes de un plano transversal medio vertical (200), y los medios de suspensión transversal pasiva (24) están unidos al mecanismo de rodaje (14) en una ubicación más cercana al plano transversal medio vertical (200) que a los juegos de ruedas (20), preferiblemente en el plano transversal medio vertical geométrico (200).
14. Un procedimiento para soportar una carrocería (12) que tiene un peso 2L sobre dos mecanismos de rodaje separados longitudinalmente (14), comprendiendo cada uno de los mecanismos de rodaje (14) un bastidor del mecanismo de rodaje (16), una suspensión primaria (18) entre el bastidor del mecanismo de rodaje (16) y dos juegos de ruedas (20), y una suspensión secundaria entre el bastidor del mecanismo de rodaje (16) y la carrocería (12) para transmitir una carga que tiene una componente vertical estático L desde la carrocería (12) al mecanismo de rodaje (14), comprendiendo el procedimiento proporcionar cada suspensión secundaria con elementos de suspensión vertical (22), medios de suspensión transversal pasiva (24) y medios accionadores transversales activos (26) en paralelo entre la carrocería (12) y el mecanismo de rodaje (14) de manera que la carrocería (12) sea móvil con respecto al mecanismo de rodaje (14) en una dirección transversal de cada mecanismo de rodaje (14) en un intervalo de posiciones transversales que incluyen una posición centrada, en la que:
- los medios de suspensión transversal pasiva (24) entre la carrocería (12) y cada mecanismo de rodaje (14) tienen una rigidez k tal que:
sobre dicho intervalo de posiciones transversales,
- los medios accionadores transversales activos (26) están adaptados para generar fuerzas en la dirección transversal con una magnitud máxima Mmáx tal que:
Mmax 1
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