ES2994732T3 - Brake system for a rail vehicle - Google Patents

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ES2994732T3 ES22155085T ES22155085T ES2994732T3 ES 2994732 T3 ES2994732 T3 ES 2994732T3 ES 22155085 T ES22155085 T ES 22155085T ES 22155085 T ES22155085 T ES 22155085T ES 2994732 T3 ES2994732 T3 ES 2994732T3
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Abstract

Un vehículo ferroviario (100) tiene un sistema de frenos que contiene un actuador de frenos (120) y una unidad de frenos (200). El actuador de frenos (120) recibe una orden de frenado (cmdp) y produce una señal de fuerza de frenado eléctrica resultante (BF). La unidad de frenos (200) contiene un primer y un segundo elemento de presión (211) y un elemento giratorio (110) que está unido mecánicamente a al menos una rueda (105) del vehículo ferroviario (100). Al recibir la señal de fuerza de frenado eléctrica (BF), la unidad de frenos (200) hace que el primer y el segundo elemento de presión (211) apliquen una fuerza de frenado al elemento giratorio (110). Un conjunto de engranajes (220) en la unidad de frenos (200) actúa mecánicamente sobre el primer y el segundo elemento de presión (211). Un motor paso a paso (230), a su vez, actúa sobre el conjunto de engranajes (120) en respuesta a la señal de fuerza de frenado eléctrica (BF), haciendo así que el primer y segundo elemento de presión (211) se muevan hacia o desde el elemento giratorio (110) y alcancen una interrelación de posición especificada. Basándose en una señal de posición (P) que indica una posición angular del eje de transmisión de potencia del motor paso a paso (230), la unidad de freno (200) determina si se ha alcanzado la interrelación de posición especificada; y si es así, deja de producir la señal de fuerza de frenado eléctrica (BF) para permitir que un mecanismo de autobloqueo bloquee el primer y segundo elemento de presión (211). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de frenos para un vehículo ferroviario
Campo técnico
La presente invención se refiere en general a la inmovilización de vehículos ferroviarios. Especialmente, la invención se refiere a un sistema de frenos para un vehículo ferroviario de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Antecedentes
Durante la operación de un vehículo ferroviario potenciado eléctricamente, los motores a bordo suelen utilizarse como generadores para desacelerar el vehículo ferroviario. Sin embargo, por motivos de eficiencia y seguridad, no se puede confiar únicamente en esta estrategia de frenado. En particular, siempre será necesaria una función de freno para garantizar la funcionalidad de frenado de emergencia y que el vehículo ferroviario permanezca estacionario después de haberse detenido.
En muchos casos, las mismas unidades de freno se utilizan para diferentes tipos de funciones de frenado, tal como frenado de servicio, frenado de emergencia y frenado de estacionamiento. Los frenos de los vehículos ferroviarios actuales se caracterizan por utilizar frenos regulados neumáticamente. Esto es desventajoso, entre otras cosas, por su regulación lenta e imprecisa, pero también por el riesgo de fugas y el consiguiente mal funcionamiento.
Recientemente se han presentado frenos controlados eléctricamente como alternativa a los frenos regulados neumáticamente. Por ejemplo, el documento US 2020/0198605 describe un sistema de frenado electromecánico controlado por microordenador que contiene un dispositivo de control de frenado electromecánico y una unidad de freno electromecánico. El dispositivo de control de frenado electromecánico incluye una unidad de control de microordenador de frenado, una unidad de control electromecánico y un módulo de suministro de potencia de reserva. La unidad de control del microordenador de frenado recibe una señal de instrucción de frenado enviada por un conductor o un sistema de conducción automático, realiza el cálculo de una fuerza de frenado objetivo y la gestión de frenado. Si el freno electromagnético está apagado, una disposición de tornillo y tuerca bloquea el freno para mantener la fuerza de frenado. Cuando el rotor de un motor de torque gira en sentido inverso, la tuerca realiza una traslación inversa y se libera la fuerza de frenado. El documento DE 299 23 681 U1 describe otro freno de disco electromecánico de tipo pinza, de última generación, con bloqueo de estacionamiento independiente y sensor de fuerza, potenciado por un motor eléctrico convencional mediante accionamiento por correa.
Así, se conoce un sistema de frenado electromecánico que tiene un mecanismo de bloqueo para mantener la fuerza de frenado si falla el suministro de potencia al freno. Sin embargo, dado que el diseño conocido no puede verificar que los elementos de fricción del freno se mantengan realmente en la posición de frenado prevista, con o sin electricidad, hay margen para mejorar la fiabilidad de los sistemas de frenado.
Resumen
Por lo tanto, el objeto de la presente invención es ofrecer una solución que resuelva el problema anterior y garantice que siempre permanezca aplicada una fuerza de frenado específica, por ejemplo también si se interrumpe el suministro de potencia eléctrica a los frenos.
De acuerdo con la invención, el objeto se soluciona mediante un sistema de frenos para un vehículo ferroviario, que contiene un actuador de freno, una unidad de freno, un ensamblaje de engranaje, un mecanismo de autobloqueo, un motor paso a paso y un sensor de posición. El actuador de freno está configurado para recibir un comando de freno y, en respuesta a ella, producir una señal eléctrica de fuerza de freno. La unidad de freno incluye miembros de presión primero y segundo y un miembro giratorio que está enlazado mecánicamente al menos a una rueda del vehículo ferroviario. La unidad de freno está configurada para recibir la señal eléctrica de fuerza de frenado y, en respuesta a ella, hacer que el primer y segundo miembros de presión apliquen una fuerza de frenado al miembro giratorio. El ensamblaje de engranajes está dispuesto para operar mecánicamente sobre los miembros de presión primero y segundo. En respuesta a la señal de fuerza de frenado eléctrica, el motor paso a paso está configurado para actuar sobre el ensamblaje de engranajes para hacer que los miembros de presión primero y segundo se acerquen o se alejen del miembro giratorio y alcancen una interrelación de posición especificada. El mecanismo de autobloqueo está configurado para bloquear automáticamente los miembros de presión primero y segundo si falla el suministro de potencia eléctrica a la unidad de freno. El sensor de posición está configurado para producir una señal de posición que indica una posición angular de un árbol de transmisión de potencia del motor paso a paso. La unidad de freno está configurada además para recibir la señal de posición y, basándose en ella, determinar si se ha alcanzado la interrelación de posición especificada. Si es así, la unidad de freno está configurada para dejar de producir la señal eléctrica de fuerza de frenado, permitiendo así que el mecanismo de autobloqueo bloquee los miembros de presión primero y segundo en la interrelación de posición especificada.
El sistema de frenos anterior es ventajoso porque el motor paso a paso es capaz de proporcionar un posicionamiento muy preciso de su árbol de transmisión de potencia. Además de eso, el sensor de posición proporciona una confirmación de que realmente se ha alcanzado la interrelación de posición especificada del primer y segundo miembros de presión. En combinación con la función de autobloqueo, se consigue un freno extremadamente fiable. Además, cualquier mal funcionamiento de la unidad de freno puede identificarse inmediatamente comparando una posición comandada al motor paso a paso con la señal de posición recibida desde el sensor de posición.
De acuerdo con una realización de la invención, la unidad de freno también contiene un sensor de celda de carga configurado para producir una señal de sensor que representa la magnitud de una fuerza aplicada por los miembros de presión primero y segundo sobre el miembro giratorio. Además, el actuador de freno está configurado para recibir la señal del sensor y, con base en ella, generar un mensaje de estado que confirma que se ha efectuado el comando de freno. De este modo se ofrece una confirmación adicional de una frenada exitosa.
Preferiblemente, el mecanismo de autobloqueo está configurado para permitir exclusivamente que la interrelación de posición especificada entre los miembros de presión primero y segundo se altere en respuesta a la acción del motor paso a paso, acción que, a su vez, es provocada por la señal eléctrica de fuerza de frenado. Así, por ejemplo, un freno de mano aplicado sólo puede soltarse mediante un comando de negación del freno de mano.
De acuerdo con una realización de la invención, el ensamblaje de engranajes contiene una disposición de engranaje helicoidal con una relación de engranaje tal que la interrelación de posición especificada de facto no puede alterarse mediante un movimiento inverso, es decir, mediante la acción sobre los miembros de presión primero y segundo. Por tanto, la disposición de engranaje helicoidal constituye el mecanismo de autobloqueo. Esto es rentable y proporciona un diseño compacto general.
De acuerdo con otra realización de la invención, el mecanismo de autobloqueo contiene un mecanismo de bloqueo hidráulico, un mecanismo de bloqueo del eje del motor o un mecanismo de bloqueo de rueda dentada que está dispuesto en un árbol de transmisión de potencia del motor paso a paso. Esto permite tipos alternativos de ensamblajes de engranajes, por ejemplo, engranajes planetarios, que generalmente son más eficientes que la disposición de engranajes helicoidales.
Específicamente, si el mecanismo de autobloqueo contiene el mecanismo de bloqueo hidráulico, este mecanismo, a su vez, puede incluir un cilindro hidráulico con un primer y un segundo compartimentos de fluido separados por un miembro de pared que está enlazado mecánicamente a un actuador operado a través del árbol de transmisión de potencia del motor paso a paso. El mecanismo de bloqueo hidráulico incluye además un conducto de derivación que interconecta los compartimentos de fluido primero y segundo y una válvula de contrapeso dispuesta en el conducto de derivación. En un estado abierto, la válvula de contrapeso está configurada para permitir que el fluido hidráulico pase entre el primer y segundo compartimentos de fluido y así permitir que el miembro de pared se mueva a lo largo del cilindro hidráulico. En un estado cerrado, la válvula de contrapeso está configurada para evitar que el fluido hidráulico pase entre los compartimentos de fluido primero y segundo, bloqueando así el miembro de pared en una posición particular con respecto al cilindro hidráulico. De este modo, al cerrar la válvula de contrapeso cuando se ha alcanzado la relación de posición especificada, se garantiza un bloqueo seguro en esta posición.
Específicamente, si el mecanismo de autobloqueo contiene el mecanismo de bloqueo del eje motor, este mecanismo, a su vez, puede incluir una placa giratoria enlazada mecánicamente al árbol de transmisión de potencia, y al menos un pasador de bloqueo configurado para bloquear selectivamente la placa giratoria contra una parte fija del motor paso a paso o permitir que la placa giratoria gire libremente alrededor de un eje de simetría del árbol de transmisión de potencia. De este modo, al bloquear la placa giratoria contra la parte fija del motor paso a paso cuando se ha alcanzado la interrelación de posición especificada, se garantiza un bloqueo seguro en esta posición de una manera alternativa y mediante un diseño muy compacto.
Específicamente, si el mecanismo de autobloqueo contiene el mecanismo de bloqueo de rueda dentada, este mecanismo, a su vez, puede incluir anillos dentados primero y segundo. El primer anillo dentado no puede girar y el segundo anillo dentado está enlazado mecánicamente al árbol de transmisión de potencia. Al menos uno de los anillos dentados primero y segundo está configurado para moverse a lo largo de un eje de simetría del árbol de transmisión de potencia, para provocar selectivamente que un primer conjunto de dientes del primer anillo dentado se enganche o no con un segundo conjunto de dientes del segundo anillo dentado. En el primer caso, se evita un giro del árbol de transmisión de potencia, y en el último caso, se permite que el árbol de transmisión de potencia gire libremente alrededor de su eje de simetría. De este modo, al hacer que los anillos primero y segundo se enganchen cuando se ha alcanzado la interrelación de posición especificada, se garantiza un bloqueo seguro en esta posición de una manera alternativa y mediante otro diseño altamente compacto.
De acuerdo con otra realización más de la invención, el sistema de frenos contiene una unidad de potencia de respaldo configurada para recibir potencia eléctrica desde una línea de potencia en el vehículo ferroviario durante la operación del vehículo ferroviario y acumular la potencia eléctrica recibida. La unidad de potencia de respaldo está configurada además para proporcionar la potencia eléctrica acumulada al actuador de freno y a la unidad de freno en caso de un corte de potencia eléctrica en la línea de potencia. Por lo tanto, el sistema de frenos también puede operar cuando el vehículo ferroviario no recibe potencia de entrada.
Por ejemplo, la unidad de potencia de respaldo puede contener al menos una batería recargable y un cargador de batería conectado a la línea de potencia y configurado para transferir potencia eléctrica recibida desde la línea de potencia al menos a una batería recargable. La al menos una batería recargable está configurada para alimentar potencia eléctrica al actuador de freno y a la unidad de freno si falla la potencia eléctrica en la línea de potencia. Alternativa, o adicionalmente, la unidad de potencia de respaldo puede contener al menos un elemento capacitivo y un rectificador conectado a la línea de potencia y configurado para transferir potencia eléctrica recibida desde la línea de potencia al menos a un elemento capacitivo. El al menos un elemento capacitivo está dispuesto para alimentar potencia eléctrica al actuador de freno y a la unidad de freno si falla la potencia eléctrica en la línea de potencia.
De acuerdo con otra forma de realización de la invención, el actuador de freno está conectado con al menos un bus de datos en el vehículo ferroviario. El al menos un bus de datos está configurado para controlar señales y/o mensajes de estado. Por ejemplo, el actuador de freno puede configurarse para recibir el comando de freno como una señal de control a través del bus de datos. Por lo tanto, el freno puede controlarse de una manera globalmente eficiente y fiable.
Otras ventajas, características beneficiosas y aplicaciones de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de los dibujos
La invención se explicará ahora con más detalle mediante ejemplos de realización preferidos, que se divulgan a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1 ilustra esquemáticamente un vehículo ferroviario equipado con un sistema de frenos de acuerdo con una realización de la invención;
La figura 2 muestra una unidad de freno de acuerdo con una realización de la invención;
La figura 3 ilustra cómo se puede implementar un ensamblaje de engranajes de acuerdo con una realización de la invención;
Las figuras 4 a 6 ejemplifican diferentes mecanismos de autobloqueo de acuerdo con realizaciones de la invención;
La figura 7 muestra una unidad de potencia de respaldo de acuerdo con una primera realización de la invención; y
La figura 8 muestra una unidad de potencia de respaldo de acuerdo con una segunda realización de la invención;
Descripción detallada
La figura 1 ilustra esquemáticamente un vehículo 100 ferroviario equipado con un sistema de frenos de acuerdo con una realización de la invención. En la figura 2; Vemos una unidad 200 de freno de acuerdo con una realización de la invención.
El sistema de freno propuesto contiene un actuador 120 de freno, una unidad 200 de freno, un ensamblaje 220 de engranajes, un motor 230 paso a paso, un sensor 235 de posición y un mecanismo de autobloqueo.
El actuador 120 de freno está configurado para recibir un comando de freno cmd<p>, por ejemplo en forma de una señal de control CS a través de un bus 150 de datos en el vehículo 100 ferroviario.
En respuesta al comando de freno cmd<p>, el actuador 120 de freno está configurado para producir una señal eléctrica de fuerza de frenado BF. El comando de freno cmd<p>puede, al menos indirectamente, especificar una fuerza de freno a aplicar.
La unidad 200 de freno incluye miembros 211 y 212 de presión primero y segundo respectivamente y un miembro 110 giratorio que está enlazado mecánicamente al menos a una rueda 105 del vehículo 100 ferroviario. La unidad 200 de freno está configurada para recibir la señal eléctrica de fuerza de frenado BF. En respuesta a la señal eléctrica de fuerza de frenado BF, la unidad 200 de freno está configurada para realizar una operación de frenado. Normalmente, el comando de freno cmd<p>está configurado para hacer que los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo apliquen una fuerza de frenado al miembro 110 giratorio para reducir la velocidad de giro de al menos una rueda 105. En una situación de freno de mano, el comando de freno cmd<p>está configurado para hacer que al menos una rueda 105 permanezca inmóvil. Cuando el vehículo ferroviario reanude su movimiento, se produce un comando de negación del freno de mano cmd<p>que está configurada para hacer que los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo liberen una fuerza de frenado ya aplicada al miembro 110 giratorio para permitir que el miembro 110 giratorio y al menos una rueda 105 giren de nuevo.
El ensamblaje 220 de engranajes está dispuesto para operar mecánicamente sobre los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo respectivamente. Funcionalmente, el ensamblaje 220 de engranajes está ubicado entre el motor 230 paso a paso y los miembros 211 y 212 de presión.
En respuesta a la señal eléctrica de fuerza de frenado BF, el motor 230 paso a paso está configurado para actuar sobre el ensamblaje 220 de engranajes para hacer que los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo se muevan hacia o alejándose del miembro 110 giratorio y alcancen una interrelación de posición especificada. Aquí, una primera interrelación de posición especificada puede corresponder a un estado liberado para el freno, es decir, en donde el miembro 110 giratorio y al menos una rueda 105 pueden girar; y una segunda interrelación de posición especificada puede corresponder a un estado frenado, en donde los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo aplican una fuerza de frenado al miembro 110 giratorio para mantener inmóvil la al menos una rueda 105. Naturalmente, de acuerdo con la invención son concebibles cualquier número de estados intermedios entre el primer y el segundo estado, estados intermedios que corresponden a diversas magnitudes de la fuerza de frenado que se aplica a la al menos una rueda 105.
El motor 230 paso a paso es ventajoso porque proporciona un posicionamiento muy preciso de su árbol de transmisión de potencia sin requerir un sensor de posición para retroalimentación. El motor 230 paso a paso es típicamente un motor eléctrico de DC sin escobillas que divide un giro completo en un número de pasos iguales, digamos 100, que pueden ser proporcionados por un rotor de hierro en forma de engranaje con 25 dientes que dan 3.6 grados de giro por paso. El motor 230 paso a paso puede ser comandado a que se mueva y mantenga una posición en uno de estos pasos mediante control de bucle abierto siempre que el motor esté adaptado a la aplicación con respecto al torque y la velocidad.
Sin embargo, debido a diversas perturbaciones mecánicas, por ejemplo causadas por nieve, hielo, suciedad y/o arenilla, es posible que no siempre se consiga la posición a la que es comandado el árbol de transmisión de potencia. Además, o alternativamente, diversos componentes de la unidad 200 de freno pueden fallar, por ejemplo, pueden caerse piezas de revestimientos 210 de freno y/o los casquillos pueden romperse. Por lo tanto, de acuerdo con la invención, un sensor 235 de posición está configurado para producir una señal P de posición que indica una posición angular del árbol de transmisión de potencia. El sensor 235 de posición puede estar dispuesto, por ejemplo, en el árbol de transmisión de potencia del motor 230 paso a paso. La señal P de posición puede estar representada aquí por un número de impulsos eléctricos u ópticos, donde el número de impulsos es proporcional a un ángulo de giro del árbol de transmisión de potencia.
La unidad 200 de freno está configurada para recibir la señal P de posición. Con base en esto, la unidad 200 de freno está configurada para determinar si se ha alcanzado la interrelación de posición especificada.
Si la unidad 200 de freno determina que se ha alcanzado la interrelación de posición especificada, la unidad 200 de freno está configurada para dejar de producir la señal eléctrica de fuerza de frenado BF, lo que permite que el mecanismo de autobloqueo bloquee los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo en la interrelación de posición especificada.
Sin embargo, si la unidad 200 de freno determina que no se ha alcanzado la interrelación de posición especificada, la unidad 200 de freno está configurada para continuar produciendo la señal eléctrica de fuerza de frenado BF hasta que se haya alcanzado la interrelación de posición especificada.
De acuerdo con una realización de la invención, la unidad 200 de freno contiene además un sensor 250 de celda de carga configurado para producir una señal F de sensor que representa la magnitud de una fuerza aplicada por los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo sobre el miembro 110 giratorio. El sensor 250 de celda de carga puede ser un tipo de sensor de torsión anular dispuesto en un primer eje A1 incluido en un enlace mecánico entre el ensamblaje 220 de engranajes y el primer miembro 211 de presión. Además, o alternativamente, el sensor 250 de celda de carga puede estar dispuesto en un segundo eje A2 incluido en un enlace mecánico entre el ensamblaje 220 de engranajes y el segundo miembro 212 de presión.
Además, o alternativamente, se pueden disponer uno o más sensores de celda de carga, por ejemplo, de tipo flexión, corte, compresión y/o tensión, en los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo.
En cualquier caso, el actuador 120 de freno está configurado para recibir la señal del sensor F y, con base en ella, generar un mensaje SS de estado que confirma que se ha efectuado el comando de freno cmd<p>.
El mecanismo de autobloqueo, que se discutirá en detalle a continuación con referencia a las figuras 2 a 6, está configurado para bloquear los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo en la interrelación de posición especificada cuando se ha alcanzado la interrelación de posición especificada y mantener esta condición independientemente de si se suministra o no potencia W eléctrica a la unidad 200 de freno.
Preferiblemente, por razones de seguridad, el mecanismo de autobloqueo está configurado para permitir exclusivamente que la interrelación de posición especificada entre los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo se altere en respuesta a la acción del motor 230 paso a paso, cuya acción, a su vez, es provocada por la señal eléctrica de fuerza de frenado BF. En la práctica, esto significa que la única manera de liberar un freno de mano una vez que se ha aplicado es generar un comando de freno negativo cmd<p>al actuador 120 de freno. El comando de negación del freno de mano cmd<p>hace que el actuador 120 de freno produzca una señal eléctrica de fuerza de frenado BF tal que se altera la interrelación de posición especificada entre los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo al estado en el que el miembro 110 giratorio y al menos una rueda 105 están libres para girar.
Como se mencionó anteriormente, el comando de freno cmd<p>puede enviarse como una señal de control CS a través de un bus 150 de datos en el vehículo 100 ferroviario. De acuerdo con una realización de la invención, el vehículo 100 ferroviario contiene al menos un primer bus 150 de datos configurado para comunicar la señal de control CS. Preferiblemente, el vehículo 100 ferroviario también contiene al menos un segundo bus 160 de datos configurado para comunicar mensajes SS de estado, que reflejan, por ejemplo, un estado actual del freno, y/o la interrelación de posición entre los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo.
La figura 3 muestra un ejemplo del ensamblaje 220 de engranajes de acuerdo con una realización de la invención, donde el ensamblaje 220 de engranajes se implementa mediante una disposición 300 de engranaje helicoidal.
Aquí, la potencia mecánica entra a través de un árbol 310 de transmisión de potencia del motor 230 paso a paso. El motor 230 paso a paso está configurado para girar el árbol 310 de transmisión de potencia en una dirección hacia adelante RF o hacia atrás RB. Como resultado, una plataforma 350 de carga es alimentada hacia afuera o hacia adentro, por ejemplo entre la primera y segunda posiciones P1 y P2 respectivamente por la acción de un dispositivo helicoidal 320 de entrada en un engranaje 330 helicoidal que actúa sobre un tornillo 340 de elevación. Preferiblemente, la disposición 300 de engranaje helicoidal incluye además tubos 315 y 345 de protección primero y segundo que cubren el dispositivo helicoidal 320 de entrada y el tornillo 340 de elevación respectivamente.
De acuerdo con esta realización de la invención, la disposición 300 de engranaje helicoidal tiene una relación de engranaje tal que el movimiento en la dirección opuesta es de facto imposible, es decir, empujar/tirar de la plataforma 350 de carga para hacer que el árbol 310 de transmisión de potencia gire en las direcciones RF/RB hacia adelante o hacia atrás. En consecuencia, la interrelación de posición especificada entre los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo no puede alterarse mediante el movimiento los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo. En otras palabras, en esta realización, la disposición 300 de engranaje helicoidal también constituye el mecanismo de autobloqueo.
Las figuras 4a y 4b ilustran una segunda realización de acuerdo con la invención, en donde el mecanismo de autobloqueo contiene un mecanismo 400 de bloqueo hidráulico dispuesto en un actuador 425 operado a través del árbol 310 de transmisión de potencia del motor 230 paso a paso. Por ejemplo, en la figura 4, el actuador 425 corresponde al tornillo 340 de elevación en la figura 3.
El mecanismo 400 de bloqueo hidráulico incluye un cilindro 410 hidráulico, un conducto 430 de derivación y una válvula 435 de contrapeso.
El cilindro 410 hidráulico contiene un miembro 420 de pared que separa el interior del cilindro 410 hidráulico en compartimentos de fluido primero y segundo, ambos llenos de fluido hidráulico M. El miembro 420 de pared está enlazado mecánicamente al actuador 425 y se opera directa o indirectamente a través del árbol 310 de transmisión de potencia.
El conducto 430 de derivación interconecta el primer y segundo compartimentos de fluido fuera del cilindro 410 hidráulico.
La válvula 435 de contrapeso está dispuesta en el conducto 430 de derivación. En un estado abierto LS(0), la válvula 435 de contrapeso está configurada para permitir que el fluido hidráulico M pase entre el primer y segundo compartimentos de fluido. Por lo tanto, se permite que el miembro 420 de pared se mueva hacia atrás B y hacia adelante F a lo largo del cilindro 410 hidráulico, permitiendo así que el actuador 425 siga estos movimientos. En un estado cerrado LS(1), la válvula 435 de contrapeso está configurada para evitar que el fluido hidráulico M pase entre el primer y el segundo compartimentos de fluido. Como resultado, el miembro 420 de pared queda bloqueado en una posición Px particular con respecto al cilindro 410 hidráulico, y el actuador425 también queda inmovilizado. Cuando se ha alcanzado la interrelación de posición especificada, la válvula 435 de contrapeso se controla al estado cerrado LS(1), y los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo se bloquean en esta posición.
La figura 5 ilustra una tercera realización de acuerdo con la invención, en donde el mecanismo de autobloqueo contiene un mecanismo 500 de bloqueo del eje del motor dispuesto en el árbol 310 de transmisión de potencia del motor 230 paso a paso. El mecanismo 500 de bloqueo del eje del motor incluye una placa 540 giratoria y al menos un pasador 530 de bloqueo.
La placa 540 giratoria está enlazada mecánicamente al árbol 310 de transmisión de potencia.
El al menos un pasador 530 de bloqueo está configurado para bloquear selectivamente la placa 540 giratoria o permitir que la misma gire libremente alrededor de un eje A de simetría del árbol 310 de transmisión de potencia.
El motor 230 paso a paso contiene al menos una cavidad, por ejemplo, en un yugo 510 del motor 230 paso a paso, cuya al menos una cavidad en un estado L bloqueado está configurada para recibir el al menos un pasador 530 de bloqueo y de ese modo mantener estacionarios la placa 540 giratoria y el árbol 310 de transmisión de potencia. En un estado F desbloqueado, el al menos un pasador 530 de bloqueo se extrae de al menos una cavidad. Como resultado, se permite que la placa 540 giratoria y el árbol 310 de transmisión de potencia giren libremente alrededor de un eje A de simetría del árbol 310 de transmisión de potencia. Cuando se ha alcanzado la interrelación de posición especificada, al menos un pasador 530 de bloqueo se controla al estado L bloqueado, y los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo se bloquean en esta posición.
La figura 6 ilustra una cuarta realización de la invención, en donde el mecanismo de autobloqueo contiene un mecanismo 600 de bloqueo de rueda dentada dispuesto en el árbol 310 de transmisión de potencia del motor 230 paso a paso.
El mecanismo 600 de bloqueo de rueda dentada incluye anillos 610 y 620 dentados primero y segundo respectivamente. El primer anillo 610 dentado no puede girar, por ejemplo fijándose a una parte estacionaria del motor 230 paso a paso. El segundo anillo 620 dentado está enlazado mecánicamente al árbol 310 de transmisión de potencia para poder girar junto con el árbol 310 de transmisión de potencia alrededor de su eje A de simetría. Al menos uno de los anillos 610 y/o 620 dentados primero y segundo está configurado para moverse a lo largo del eje A de simetría del árbol 310 de transmisión de potencia para provocar selectivamente que un primer conjunto de dientes del primer anillo 610 dentado se enganche con un segundo conjunto de dientes del segundo anillo 620 dentado, o se desenganche del segundo conjunto de dientes.
Dicho enganche representa un estado L bloqueado, en donde se evita un giro del árbol 310 de transmisión de potencia; y dicho desenganche representa un estado F desbloqueado, en donde se permite que el árbol 310 de transmisión de potencia gire libremente alrededor del eje A de simetría. Cuando se ha alcanzado la interrelación de posición especificada, los anillos 610 y 620 dentados primero y segundo se controlan al estado L bloqueado, y los miembros 211 y 212 de presión primero y segundo se bloquean en esta posición.
Las figuras 7 y 8 muestran una unidad 130 de potencia de respaldo de acuerdo con realizaciones de la invención. La unidad 130 de potencia de respaldo está configurada para recibir potencia W eléctrica desde una línea 140 de potencia en el vehículo 100 ferroviario durante la operación del vehículo 100 ferroviario. Normalmente, la potencia W eléctrica se alimenta al vehículo 100 ferroviario a través de una línea aérea externa y un colector de corriente a bordo. La unidad 130 de potencia de respaldo está configurada para acumular la potencia W eléctrica recibida y alimentar al menos una porción de la potencia eléctrica acumulada al actuador 120 de freno y a la unidad 200 de freno en caso de un corte de potencia W eléctrica en la línea 140 de potencia.
En la realización mostrada en la figura 7, la unidad 130 de potencia de respaldo está conectada entre la línea 140 de potencia y el actuador 120 de freno/unidad 200 de freno. La unidad 130 de potencia de respaldo contiene un cargador 731 de batería y una batería 733 recargable.
Durante la operación normal del vehículo 100 ferroviario, la potencia W eléctrica recibida de la línea 140 de potencia pasa a través de la unidad 130 de potencia de respaldo. Al mismo tiempo, el cargador 731 de batería recibe la potencia W eléctrica entrante y carga la batería 733. En caso de un corte de potencia eléctrica en la línea 140 de potencia, la potencia eléctrica acumulada desde la batería 733 se enviará al actuador 120 de freno y a la unidad 200 de freno. Por lo tanto, independientemente de si hay potencia W eléctrica en la línea 140 de potencia, siempre habrá potencia eléctrica disponible para el actuador 120 de freno y la unidad 200 de freno.
La figura 8 muestra la unidad 130 de potencia de respaldo de acuerdo con una segunda realización de la invención. Aquí, la unidad 130 de potencia de respaldo contiene un rectificador 831 y al menos un elemento 833 capacitivo. De manera análoga a lo anterior, en la realización mostrada en la figura 8, la unidad 130 de potencia de respaldo está conectada entre la línea 140 de potencia y el actuador 120 de freno/unidad 200 de freno.
Durante la operación normal del vehículo 100 ferroviario, la potencia W eléctrica recibida de la línea 140 de potencia pasa a través de la unidad 130 de potencia de respaldo. Al mismo tiempo, el rectificador 831 envía la potencia W eléctrica entrante al menos a un elemento 833 capacitivo. En caso de un corte de potencia eléctrica en la línea 140 de potencia, la potencia eléctrica acumulada en al menos un elemento 833 capacitivo se enviará al actuador 120 de freno y a la unidad 200 de freno. Por lo tanto, independientemente de si hay potencia W eléctrica en la línea 140 de potencia, siempre habrá potencia eléctrica disponible para el actuador 120 de freno y la unidad 200 de freno.
Los expertos en la técnica pueden comprender y realizar variaciones a las realizaciones divulgadas al poner en práctica la invención reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, la divulgación y las reivindicaciones adjuntas.
La expresión "comprende/que comprende" cuando se utiliza en esta especificación se toma para especificar la presencia de características, números enteros, pasos o componentes indicados. La expresión no excluye la presencia o adición de uno o más elementos, características, números enteros, pasos o componentes adicionales o grupos de los mismos. El artículo indefinido “un” o “uno, una” no excluye la pluralidad. En las reivindicaciones, la expresión "o" no debe interpretarse como un o exclusivo (a veces denominado "XOR"). Por el contrario, expresiones tales como “A o B” abarcan todos los casos “A y no B”, “B y no A” y “A y B”, salvo que se indique lo contrario. El mero hecho de que determinadas medidas se mencionen en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de esas medidas no pueda utilizarse con fines ventajosos. Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no debe interpretarse como limitativo del alcance.
También cabe señalar que las características de las diversas realizaciones descritas en este documento se pueden combinar libremente, a menos que se indique explícitamente que dicha combinación sería inadecuada.
La invención no se limita a las realizaciones descritas en las figuras, sino que puede variarse libremente dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de frenos para un vehículo (100) ferroviario, cuyo sistema de frenos comprende:
un actuador (120) de freno configurado para recibir un comando de freno (cmd<p>), y en respuesta al mismo producir una señal eléctrica de fuerza de frenado (BF), y
una unidad (200) de freno que comprende miembros (211, 212) de presión primero y segundo y un miembro (110) giratorio que está enlazado mecánicamente al menos a una rueda (105) del vehículo (100) ferroviario, cuya unidad (200) de freno está configurada para recibir la señal eléctrica de fuerza de frenado (BF), y en respuesta a la misma hace que los miembros (211, 212) de presión primero y segundo apliquen una fuerza de frenado al miembro (110) giratorio,
un ensamblaje (220) de engranajes dispuesto para operar mecánicamente en los miembros (211; 212) de presión primero y segundo, y
un mecanismo (300, 400, 500, 600) de autobloqueo configurado para bloquear los miembros (211; 212) de presión primero y segundo si falla el suministro de potencia (W) eléctrica a la unidad (200) de freno, caracterizado porque la unidad (200) de freno comprende:
un motor (230) paso a paso configurado para actuar sobre el ensamblaje (220) de engranajes en respuesta a la señal eléctrica de fuerza de frenado (BF), para hacer que los miembros (211; 212) de presión primero y segundo se muevan hacia o alejándose del miembro (110) giratorio y alcancen una interrelación de posición especificada, y
un sensor (235) de posición configurado para producir una señal (P) de posición que indica una posición angular de un árbol de transmisión de potencia del motor (230) paso a paso,
en donde la unidad (200) de freno está configurada para recibir la señal (P) de posición y, con base en ella, determinar si se ha alcanzado la interrelación de posición especificada; y si es así, dejar de producir la señal eléctrica de fuerza de frenado (BF) permitiendo que el mecanismo (300, 400, 500, 600) de autobloqueo bloquee los miembros (211; 212) de presión primero y segundo en la interrelación de posición especificada.
2. El sistema de frenos de acuerdo con la reivindicación 1, en donde:
la unidad (200) de freno comprende además un sensor (250) de celda de carga configurado para producir una señal (F) de sensor que representa la magnitud de una fuerza aplicada por los miembros (211,212) de presión primero y segundo sobre el miembro (110) giratorio, y
el actuador (120) de freno está configurado para recibir la señal (F) de sensor y, con base en ello, generar un mensaje (SS) de estado que confirma que se ha efectuado el comando de freno (cmd<p>).
3. El sistema de frenos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el mecanismo (300, 400, 500, 600) de autobloqueo está configurado para permitir exclusivamente que la interrelación de posición especificada entre los miembros (211; 212) de presión primero y segundo se altere en respuesta a la acción del motor (230) paso a paso, cuya acción es causada por la señal eléctrica de fuerza de frenado (BF).
4. El sistema de frenos de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el ensamblaje (220) de engranajes comprende una disposición (300) de engranaje helicoidal con una relación de engranaje configurada para evitar de facto que la interrelación de posición especificada sea alterada por el movimiento de los miembros (211; 212) primero y segundo de presión, estando constituido así el mecanismo de autobloqueo por la disposición (300) de engranaje helicoidal.
5. El sistema de frenos de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el mecanismo de autobloqueo comprende uno de:
un mecanismo (400) de bloqueo hidráulico,
un mecanismo (500) de bloqueo del eje del motor, y
un mecanismo (600) de bloqueo de rueda dentada
dispuestos en el árbol (310) de transmisión de potencia del motor (230) paso a paso.
6. El sistema de frenos de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el mecanismo de autobloqueo comprende el mecanismo (400) de bloqueo hidráulico, que, a su vez, comprende además:
un cilindro (410) hidráulico con compartimentos de fluido primero y segundo separados por un miembro (420) de pared que está enlazado mecánicamente a un actuador (425) operado a través del árbol (310) de transmisión de potencia,
un conducto (430) de derivación que interconecta el primer y segundo compartimentos de fluido, y una válvula (435) de contrapeso dispuesta en el conducto 430 de derivación, cuya válvula (435) de contrapeso está configurada para, en un estado abierto LS(0), permitir que el fluido (M) hidráulico pase entre el primer y segundo compartimentos de fluido permitiendo así que el miembro (420) de pared se mueva (B/F) a lo largo del cilindro (410) hidráulico; y en un estado cerrado (LS (1)), evita que el fluido (M) hidráulico pase entre el primer y segundo compartimentos de fluido bloqueando así el miembro (420) de pared en una posición (Px) particular con respecto al cilindro (410) hidráulico.
7. El sistema de frenos de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el mecanismo de autobloqueo comprende el mecanismo (500) de bloqueo del eje del motor, que, a su vez, comprende además:
una placa (540) giratoria enlazada mecánicamente al árbol (310) de transmisión de potencia, y
al menos un pasador (530) de bloqueo configurado para bloquear selectivamente la placa (540) giratoria contra una parte (510) fija del motor (230) paso a paso, o permitir que la placa (540) giratoria gire libremente alrededor de un eje (A) de simetría del árbol (310) de transmisión de potencia.
8. El sistema de frenos de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el mecanismo de autobloqueo comprende el mecanismo (600) de bloqueo de rueda dentada, que, a su vez, comprende además:
siendo un primer anillo (610) dentado no giratorio, y
estando enlazado mecánicamente un segundo anillo (620) dentado al árbol (310) de transmisión de potencia, en donde al menos uno de los anillos (610, 620) dentados primero y segundo está configurado para moverse a lo largo de un eje (A) de simetría del árbol (310) de transmisión de potencia para provocar selectivamente que un primer conjunto de dientes del primer anillo (610) dentado se enganche con un segundo conjunto de dientes del segundo anillo (620) dentado, evitando así un giro del árbol (310) de transmisión de potencia; o desenganchar el primer y segundo conjunto de dientes, permitiendo así que el árbol (310) de transmisión de potencia gire libremente alrededor del eje (A) de simetría.
9. El sistema de frenos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una unidad (130) de potencia de respaldo configurada para:
recibir potencia (W) eléctrica desde una línea (140) de potencia en el vehículo (100) ferroviario durante la operación del vehículo (100) ferroviario;
acumular la potencia (W) eléctrica recibida; y
proporcionar la potencia eléctrica acumulada al actuador (120) de freno y a la unidad (200) de freno en caso de un corte de potencia (W) eléctrica en la línea (140) de potencia.
10. El sistema de frenos de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la unidad (130) de potencia de respaldo comprende:
al menos una batería (733) recargable, y
un cargador (731) de batería conectado a la línea (140) de potencia
y configurado para transferir potencia (W) eléctrica recibida desde la línea (140) de potencia al menos a una batería (733) recargable, en donde al menos una batería (733) recargable está dispuesta para alimentar potencia eléctrica al actuador (120) de freno y a la unidad (200) de freno si falla la potencia (W) eléctrica en la línea (140) de potencia.
11. El sistema de frenos de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la unidad (130) de potencia de respaldo comprende:
al menos un elemento (833) capacitivo, y
un rectificador (831) conectado a la línea (140) de potencia y configurado para transferir potencia (W) eléctrica recibida desde la línea (140) de potencia al menos a un elemento (833) capacitivo,
en donde al menos un elemento (833) capacitivo está dispuesto para alimentar potencia eléctrica al actuador (120) de freno y a la unidad (200) de freno si falla la potencia (W) eléctrica en la línea (140) de potencia.
12. El sistema de frenos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el actuador (120) de freno está conectado al menos a un bus (150, 160) de datos en el vehículo (100) ferroviario, en el que al menos un bus 150, 160) de datos está configurado para comunicar al menos una de las señales (CS) de control y mensajes (SS) de estado.
13. El sistema de frenos de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el actuador (120) de freno está configurado para recibir el comando de freno (cmd<p>) como una de al menos una señal (CS) de control a través de uno de al menos un bus (150) de datos.
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