ES3049509T3 - Rail vehicle chassis with a device for controlling a wheel axle - Google Patents
Rail vehicle chassis with a device for controlling a wheel axleInfo
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Abstract
La invención se refiere a un chasis de un vehículo ferroviario con eje de rueda y a un dispositivo para controlar dicho eje. El dispositivo comprende un actuador fluídico que acopla el eje de rueda al chasis y permite ajustar el ángulo de giro del mismo. Según la invención, el chasis incluye un dispositivo de amortiguación con rigidez dinámica dependiente de la frecuencia, pero sin rigidez estática, que acopla el eje de rueda al chasis en paralelo al actuador. La invención se refiere además a un dispositivo para controlar el eje de rueda de un chasis según la invención y a un vehículo ferroviario con un chasis según la invención. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The invention relates to a railway vehicle chassis with a wheel axle and a device for controlling said axle. The device comprises a fluidic actuator that couples the wheel axle to the chassis and allows adjustment of its steering angle. According to the invention, the chassis includes a damping device with frequency-dependent dynamic stiffness, but without static stiffness, which couples the wheel axle to the chassis parallel to the actuator. The invention further relates to a device for controlling the wheel axle of a chassis according to the invention and to a railway vehicle with a chassis according to the invention.
Description
[0001] DESCRIPCIÓN[0001] DESCRIPTION
[0003] Chasis de vehículo ferroviario con dispositivo para controlar un eje de rueda[0003] Railway vehicle chassis with device for controlling a wheel axle
[0005] La presente invención se refiere al chasis de un vehículo ferroviario según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un dispositivo para controlar un eje de rueda de dicho chasis según el preámbulo de la reivindicación 13.[0005] The present invention relates to the chassis of a railway vehicle according to the preamble of claim 1 and to a device for controlling a wheel axle of said chassis according to the preamble of claim 13.
[0006] En los vehículos ferroviarios, la forma perfilada de las ruedas generalmente provoca que el juego de ruedas del chasis gire sinusoidalmente durante el desplazamiento. Si los ejes de rueda no están firmemente conectados al bastidor del chasis, el juego de ruedas se volverá inestable a altas velocidades.[0006] In railway vehicles, the profiled shape of the wheels generally causes the chassis wheelset to rotate sinusoidally during travel. If the wheel axles are not firmly connected to the chassis frame, the wheelset will become unstable at high speeds.
[0008] La patente de EE. UU. núm. US 2021/139057 A1, por ejemplo, describe un sistema hidromecánico de control de juegos de ruedas para un vehículo ferroviario, que comprende un juego de ruedas delantero y un juego de ruedas trasero, dispuesto detrás del juego de ruedas delantero en una dirección de marcha, presentando el juego de ruedas trasero la característica de que adopta una posición favorable en una curva de un bastidor de chasis y par de raíles que cooperan entre sí. Este sistema de control de juegos de ruedas, conocido en el estado de la técnica, se caracteriza por un control de juegos de ruedas conectado al juego de ruedas delantero y al juego de ruedas trasero, diseñado para desviar hidráulicamente el juego de ruedas delantero en función de la deflexión del juego de ruedas trasero, preferiblemente en la misma magnitud que el juego de ruedas trasero, pero en dirección opuesta.[0008] U.S. Patent No. US 2021/139057 A1, for example, describes a hydromechanical wheelset control system for a railway vehicle, comprising a front wheelset and a rear wheelset, the latter arranged behind the front wheelset in a direction of travel. The rear wheelset is characterized by its positioning advantageous on a curve of a chassis frame and a pair of rails cooperating with each other. This wheelset control system, known in the prior art, is characterized by a wheelset control connected to the front and rear wheelsets, designed to hydraulically deflect the front wheelset based on the deflection of the rear wheelset, preferably by the same magnitude as the rear wheelset, but in the opposite direction.
[0010] Además, el documento WO 2017/157740 A1 describe un chasis para vehículo ferroviario con al menos un primer par de ruedas o un primer juego de ruedas, así como con un control activo de ruedas o un control de juego de ruedas. En el chasis se dispone al menos una unidad actuadora y, conectado operativamente en paralelo con la unidad actuadora, al menos un cojinete elástico pasivo con rigidez estática y dinámica incrementada dependientes de la frecuencia y la amplitud, ajustando la unidad actuadora, bajo carga cuasiestática, la posición y, en particular, la orientación del primer par de ruedas o del primer juego de ruedas, y acoplando el cojinete elástico el primer par de ruedas o el primer juego de ruedas con rigidez dinámica.[0010] Furthermore, WO 2017/157740 A1 describes a railway vehicle chassis with at least a first pair of wheels or a first set of wheels, as well as with active wheel control or wheelset control. The chassis includes at least one actuator unit and, operatively connected in parallel with the actuator unit, at least one passive elastic bearing with frequency- and amplitude-dependent increased static and dynamic stiffness. The actuator unit, under quasi-static load, adjusts the position and, in particular, the orientation of the first pair of wheels or the first set of wheels, and the elastic bearing engages the first pair of wheels or the first set of wheels with dynamic stiffness.
[0011] El documento DE 102017 002 926 A1 da a conocer una unidad de actuador hidráulico para el control activo de ruedas o ejes montados en el chasis de un vehículo ferroviario. Esta unidad se caracteriza principalmente por su forma cilíndrica, que permite sustituir directamente un cojinete de dirección de eje convencional por el actuador descrito. Además, el actuador se distingue por no tener rigidez estática básica. Por lo tanto, no se requiere energía ni fuerza para accionar el actuador. Sin embargo, la falta de rigidez básica presenta una desventaja en caso de fallo, ya que una fuga provoca la pérdida total de aceite. En este caso, los ejes de rueda del vehículo ferroviario ya no están conectados al chasis con la suficiente rigidez, lo que puede provocar un funcionamiento inestable del juego de ruedas.[0011] Document DE 102017 002 926 A1 discloses a hydraulic actuator unit for the active control of wheels or axles mounted on the chassis of a railway vehicle. This unit is characterized primarily by its cylindrical shape, which allows a conventional axle steering bearing to be directly replaced by the described actuator. Furthermore, the actuator is distinguished by its lack of basic static rigidity. Therefore, no energy or force is required to operate the actuator. However, this lack of basic rigidity presents a disadvantage in the event of a failure, as a leak results in the complete loss of oil. In this case, the railway vehicle's wheel axles are no longer connected to the chassis with sufficient rigidity, which can lead to unstable wheelset operation.
[0013] Además, se conocen cojinetes elásticos o bujes hidráulicos para el acoplamiento amortiguado de los ejes de rueda al chasis. Sin embargo, estos no son ajustables activamente y presentan una rigidez estática básica, de modo que, incluso en caso de fuga de aceite de un buje hidráulico, se mantiene cierta rigidez residual, garantizando así la función de seguridad.[0013] In addition, elastic bearings or hydraulic bushings are known for the damped coupling of wheel axles to the chassis. However, these are not actively adjustable and have a basic static rigidity, so that even in the event of an oil leak from a hydraulic bushing, some residual rigidity is maintained, thus ensuring the safety function.
[0015] En general, se puede concluir que los sistemas de control activo del juego de ruedas no proporcionan suficiente seguridad en la conducción en determinados casos de fallo, especialmente a velocidades de conducción más altas.[0015] In general, it can be concluded that active wheel play control systems do not provide sufficient driving safety in certain failure cases, especially at higher driving speeds.
[0017] La presente invención se basa por tanto en el objeto de proporcionar un control activo de rueda o juego de ruedas que supere las desventajas mencionadas anteriormente.[0017] The present invention is therefore based on the object of providing active wheel or wheelset control that overcomes the disadvantages mentioned above.
[0019] Este objeto se consigue según la invención mediante un chasis que tiene las características de la reivindicación 1 y un dispositivo que tiene las características de la reivindicación 13. Formas de realización ventajosas de la invención surgen de las reivindicaciones subordinadas y de la siguiente descripción.[0019] This object is achieved according to the invention by means of a chassis having the characteristics of claim 1 and a device having the characteristics of claim 13. Advantageous embodiments of the invention arise from the subordinate claims and the following description.
[0021] Por consiguiente, por un lado, se propone un chasis de vehículo ferroviario con un eje de rueda y un dispositivo para controlar el eje de rueda, comprendiendo el dispositivo un actuador fluídico que acopla el eje de rueda al chasis y permite ajustar el ángulo de dirección del eje de rueda. El eje de rueda puede formar parte de un juego de ruedas del chasis o representar el propio juego de ruedas.[0021] Accordingly, on the one hand, a railway vehicle chassis is proposed with a wheel axle and a device for controlling the wheel axle, the device comprising a fluidic actuator that couples the wheel axle to the chassis and allows adjustment of the steering angle of the wheel axle. The wheel axle may be part of a wheelset of the chassis or represent the wheelset itself.
[0023] Según la invención, el chasis comprende un dispositivo de amortiguación que acopla el eje de rueda al chasis en paralelo al actuador. El término "paralelo" no debe entenderse en sentido geométrico, sino funcional. El dispositivo de amortiguación, según la invención, se caracteriza por tener una rigidez dinámica o equivalente dependiente de la frecuencia, pero no estática. En otras palabras, el dispositivo de amortiguación tiene una rigidez que depende de la frecuencia de excitación o vibración (en particular, la rigidez aumenta con la frecuencia de excitación), mientras que en el caso estático no existe rigidez básica, por lo que no es necesario aplicar fuerza. Esto significa que el actuador para ajustar el ángulo de dirección del eje de rueda no tiene que actuar contra la rigidez básica estática del dispositivo de amortiguación, sino solo contra su rigidez dinámica, lo que requiere una energía significativamente menor para posicionar el eje de rueda.[0023] According to the invention, the chassis comprises a damping device that couples the wheel axle to the chassis parallel to the actuator. The term "parallel" is to be understood not in a geometric sense, but in a functional one. The damping device, according to the invention, is characterized by having a frequency-dependent, but not static, dynamic or equivalent stiffness. In other words, the damping device has a stiffness that depends on the excitation or vibration frequency (in particular, the stiffness increases with the excitation frequency), whereas in the static case there is no basic stiffness, so it is not necessary to apply force. This means that the actuator for adjusting the steering angle of the wheel axle does not have to act against the static basic stiffness of the damping device, but only against its dynamic stiffness, which requires significantly less energy to position the wheel axle.
[0025] La disposición paralela del actuador y el dispositivo de amortiguación, según la invención, permite el uso del control activo del juego de ruedas incluso a altas velocidades, lo que garantiza la seguridad de la conducción incluso en caso de avería. Se puede utilizar un actuador ya conocido en el estado de la técnica, por ejemplo, a partir del documento DE 102017 002 926 A1, sin necesidad de hacer que el sistema de control del juego de ruedas sea a prueba de fallos mediante un rediseño complejo.[0025] The parallel arrangement of the actuator and the damping device, according to the invention, allows the use of active wheelie control even at high speeds, thus ensuring driving safety even in the event of a breakdown. An actuator already known in the prior art, for example, from document DE 102017 002 926 A1, can be used without the need to make the wheelie control system fail-safe through a complex redesign.
[0027] El actuador puede ser un actuador neumático o hidráulico, siendo preferida esta última forma de realización.[0027] The actuator can be a pneumatic or hydraulic actuator, the latter embodiment being preferred.
[0028] La característica de que la rigidez equivalente del dispositivo de amortiguación depende de la frecuencia debe interpretarse de forma amplia y no limitarse a una forma específica de dependencia. En el caso más simple, esto puede significar meramente que la rigidez a una frecuencia de excitación cero (caso estático) también es cero (rigidez básica nula), mientras que la rigidez a frecuencias superiores a cero asume un valor constante. Este puede ser, por ejemplo, un valor constante. También es concebible una curva lineal o no lineal de la rigidez en función de la frecuencia de excitación. Sin embargo, la rigidez equivalente aumenta preferiblemente con la frecuencia de excitación, en particular de forma lineal, para proporcionar una rigidez suficiente, especialmente a altas velocidades de conducción asociadas con frecuencias de excitación más altas.[0028] The characteristic that the equivalent stiffness of the damping device depends on the frequency should be interpreted broadly and not limited to a specific form of dependence. In the simplest case, this can merely mean that the stiffness at zero excitation frequency (static case) is also zero (zero basic stiffness), while the stiffness at frequencies above zero assumes a constant value. This could be, for example, a constant value. A linear or nonlinear stiffness curve as a function of the excitation frequency is also conceivable. However, the equivalent stiffness preferentially increases with the excitation frequency, particularly linearly, to provide sufficient stiffness, especially at the high driving speeds associated with higher excitation frequencies.
[0030] Según la forma de realización según la invención, el actuador tiene un primer modo de funcionamiento en el que funciona como elemento de amortiguación pasiva con una rigidez dinámica dependiente de la frecuencia, no presentando el actuador rigidez estática. En este primer modo, el actuador solo amortigua pasivamente el eje de rueda, proporcionando el efecto de amortiguación en paralelo con el dispositivo de amortiguación. Ventajosamente, las rigideces del actuador y del dispositivo de amortiguación se suman.[0030] According to the embodiment of the invention, the actuator has a first operating mode in which it functions as a passive damping element with frequency-dependent dynamic stiffness, the actuator having no static stiffness. In this first mode, the actuator only passively dampens the wheel axle, providing the damping effect in parallel with the damping device. Advantageously, the stiffnesses of the actuator and the damping device are additive.
[0032] En un segundo modo de funcionamiento, el actuador funciona como un mecanismo de ajuste mediante el cual se puede ajustar activamente el ángulo de dirección del eje de rueda.[0032] In a second mode of operation, the actuator functions as an adjustment mechanism by which the steering angle of the wheel axle can be actively adjusted.
[0034] Además, según la invención, el actuador dispone de un tercer modo de funcionamiento en el que está fijo, en particular bloqueado fluídicamente. Esto puede utilizarse, por ejemplo, durante la tracción activa del vehículo ferroviario o al mantener una posición. En este tercer modo de funcionamiento, el actuador no es ajustable ni tiene una función de amortiguación principal.[0034] Furthermore, according to the invention, the actuator has a third operating mode in which it is fixed, in particular fluidly locked. This can be used, for example, during active traction of the rail vehicle or when holding a position. In this third operating mode, the actuator is neither adjustable nor does it have a primary damping function.
[0036] En una posible forma de realización, los distintos modos de funcionamiento del actuador pueden seleccionarse o activarse mediante una válvula de control. De este modo, se puede cambiar entre los modos de funcionamiento mediante la válvula de control. La válvula de control puede ser una válvula hidráulica, como una válvula de control direccional, o un conjunto de válvulas.[0036] In one possible embodiment, the various operating modes of the actuator can be selected or activated by means of a control valve. In this way, switching between operating modes is possible via the control valve. The control valve can be a hydraulic valve, such as a directional control valve, or a set of valves.
[0038] Preferiblemente, la válvula de control puede conmutarse mediante una unidad de control. Para ello, la unidad de control puede recibir señales de uno o más sensores y, basándose en dichas señales, conmutar la válvula de control a una posición de conmutación específica correspondiente a un modo de funcionamiento específico del actuador.[0038] Preferably, the control valve can be switched by means of a control unit. For this purpose, the control unit can receive signals from one or more sensors and, based on these signals, switch the control valve to a specific switching position corresponding to a specific operating mode of the actuator.
[0040] La válvula de control puede conectar las entradas y salidas de fluido del actuador, que están conectadas en particular a las cámaras de fluido correspondientes del actuador, a una fuente de fluido; es decir, la válvula de control está conectada entre la fuente de fluido y el actuador. La fuente de fluido puede estar compuesta por un motor hidráulico y una o más bombas hidráulicas. En el caso de un actuador neumático, la fuente de fluido puede estar compuesta por uno o más acumuladores de alta presión.[0040] The control valve can connect the fluid inlets and outlets of the actuator, which are connected in particular to the corresponding fluid chambers of the actuator, to a fluid source; that is, the control valve is connected between the fluid source and the actuator. The fluid source can consist of a hydraulic motor and one or more hydraulic pumps. In the case of a pneumatic actuator, the fluid source can consist of one or more high-pressure accumulators.
[0042] En el segundo modo de funcionamiento, la fuente de fluido se conecta preferiblemente a las entradas y salidas fluídicas del actuador de modo que se pueda lograr un ajuste o posicionamiento deseado del actuador aplicando la presión adecuada.[0042] In the second mode of operation, the fluid source is preferably connected to the fluidic inlets and outlets of the actuator so that a desired adjustment or positioning of the actuator can be achieved by applying the appropriate pressure.
[0044] En el primer modo de funcionamiento, las entradas y salidas de fluido del actuador pueden separarse de la fuente de fluido o conectarse entre sí mediante un dispositivo de estrangulación. Este dispositivo de estrangulación puede proporcionar un efecto de amortiguación similar al de un amortiguador de vibraciones hidráulico.[0044] In the first operating mode, the actuator's fluid inlets and outlets can be isolated from the fluid source or connected together by a throttling device. This throttling device can provide a damping effect similar to that of a hydraulic vibration damper.
[0046] En el tercer modo de funcionamiento, las entradas y salidas fluídicas del actuador pueden separarse de la fuente de fluido y entre sí.[0046] In the third mode of operation, the fluidic inputs and outputs of the actuator can be separated from the fluid source and from each other.
[0048] En otra posible forma de realización, se prevé que la unidad de control esté configurada para conmutar la válvula de control a una posición correspondiente al primer modo de funcionamiento cuando el vehículo ferroviario circula en línea recta. Alternativa o adicionalmente, la unidad de control puede configurarse para conmutar la válvula de control a una posición correspondiente al segundo modo de funcionamiento cuando el vehículo ferroviario toma una curva. Alternativa o adicionalmente, la unidad de control puede configurarse para conmutar la válvula de control a una posición correspondiente al tercer modo de funcionamiento al detectar un estado definido, que puede ser, por ejemplo, la marcha de tracción o una posición específica del vehículo ferroviario, o también una acción manual, por ejemplo, del conductor u operador del vehículo ferroviario.[0048] In another possible embodiment, the control unit is configured to switch the control valve to a position corresponding to the first operating mode when the rail vehicle is traveling in a straight line. Alternatively or additionally, the control unit can be configured to switch the control valve to a position corresponding to the second operating mode when the rail vehicle is turning. Alternatively or additionally, the control unit can be configured to switch the control valve to a position corresponding to the third operating mode upon detecting a defined state, which may be, for example, traction gear, a specific position of the rail vehicle, or a manual action, for example, by the driver or operator of the rail vehicle.
[0049] La unidad de control está configurada preferiblemente además para detectar automáticamente el desplazamiento en línea recta o en curvas (o el estado definido anteriormente para el tercer modo operativo) basándose en señales de al menos un sensor y para conmutar y/o regular la válvula de control en consecuencia.[0049] The control unit is preferably further configured to automatically detect straight-line or curved displacement (or the state defined above for the third operating mode) based on signals from at least one sensor and to switch and/or regulate the control valve accordingly.
[0051] En general, las señales de sensores de posición, sensores de ángulo, sensores de presión, sensores de velocidad, sensores de aceleración o similares se pueden utilizar para controlar o regular la válvula de control o el actuador (es decir, para seleccionar el modo de funcionamiento correspondiente, pero posiblemente también para controlar el eje de rueda en el segundo modo de funcionamiento, es decir, para el control selectivo del actuador para posicionar el eje de rueda). Por ejemplo, se puede medir la velocidad de conducción o la aceleración lateral. También es posible determinar la fuerza de tracción midiendo el movimiento longitudinal entre el chasis y una carrocería o un vagón conectado giratoriamente al chasis. La fuerza del actuador se puede registrar midiendo la presión en el actuador. También es posible realizar una medición de presión en el dispositivo de amortiguación utilizando un sensor de presión integrado, que se pone a disposición de la unidad de control. Esto podría, si es necesario, combinarse con la medición de presión correspondiente en el actuador.[0051] In general, signals from position sensors, angle sensors, pressure sensors, speed sensors, acceleration sensors, or similar devices can be used to control or regulate the control valve or actuator (i.e., to select the corresponding operating mode, but possibly also to control the wheel axle in the second operating mode, i.e., for selective control of the actuator to position the wheel axle). For example, driving speed or lateral acceleration can be measured. It is also possible to determine the tractive force by measuring the longitudinal movement between the chassis and a body or wagon rotatably connected to the chassis. The actuator force can be recorded by measuring the pressure on the actuator. It is also possible to perform a pressure measurement on the damping device using an integrated pressure sensor, which is made available to the control unit. This could, if necessary, be combined with the corresponding pressure measurement on the actuator.
[0052] En otra posible forma de realización, el dispositivo de amortiguación comprende al menos un elemento de amortiguación pasivo. Este elemento de amortiguación representa preferiblemente un cuerpo Maxwell o elemento Maxwell (es decir, una conexión en serie de un resorte de Hooke y un amortiguador en el modelado reológico). Preferiblemente, todo el dispositivo de amortiguación representa un elemento Maxwell.[0052] In another possible embodiment, the damping device comprises at least one passive damping element. This damping element preferably represents a Maxwell body or Maxwell element (i.e., a series connection of a Hooke's spring and a damper in rheological modeling). Preferably, the entire damping device represents a Maxwell element.
[0054] El dispositivo de amortiguación puede comprender únicamente un único elemento de amortiguación pasivo o una conexión en serie de varios de dichos elementos de amortiguación pasivos. En este último caso, se pueden activar o encender uno o más elementos de amortiguación según sea necesario, si es necesario a través de la unidad de control descrita anteriormente o a través de una unidad de control separada.[0054] The damping device may comprise either a single passive damping element or a series connection of several such passive damping elements. In the latter case, one or more damping elements may be activated or switched on as required, if necessary, either via the control unit described above or via a separate control unit.
[0056] En otra posible forma de realización, un elemento de amortiguación del dispositivo de amortiguación está diseñado como un amortiguador fluídico, en particular hidráulico, y preferiblemente no incluye un elemento de resorte mecánico. Dicho elemento de amortiguación, a diferencia de un buje hidráulico convencional, por ejemplo, no presenta rigidez estática básica.[0056] In another possible embodiment, a damping element of the damping device is designed as a fluid damper, particularly a hydraulic one, and preferably does not include a mechanical spring element. Such a damping element, unlike a conventional hydraulic bushing, for example, does not have basic static stiffness.
[0058] Según la invención, el dispositivo de amortiguación en sí carece de rigidez estática básica. Sin embargo, es posible utilizar el dispositivo de amortiguación junto con un buje hidráulico, por ejemplo, para montar el dispositivo de amortiguación en el chasis o en el eje de rueda. En este caso, el buje hidráulico se puede diseñar con una rigidez residual menor, lo que aumenta significativamente su rendimiento.[0058] According to the invention, the damping device itself lacks basic static rigidity. However, it is possible to use the damping device in conjunction with a hydraulic hub, for example, to mount the damping device to the chassis or wheel axle. In this case, the hydraulic hub can be designed with lower residual rigidity, which significantly increases its performance.
[0060] Otra posible forma de realización prevé que un elemento amortiguador del dispositivo de amortiguación esté conectado permanentemente en paralelo al actuador, es decir, su efecto amortiguador o rigidez actúa permanentemente sobre el eje de rueda paralelo al actuador. En caso de fallo del actuador, como una fuga, el elemento amortiguador puede seguir proporcionando suficiente rigidez para soportar el eje de rueda. Solo en el extremadamente improbable caso de fallo o fuga en el actuador y el elemento amortiguador paralelo (doble fallo), se produciría un fallo total, aunque esto representa un riesgo residual aceptable.[0060] Another possible embodiment provides that a damping element of the damping device is permanently connected in parallel to the actuator, i.e., its damping effect or stiffness acts continuously on the wheel axle parallel to the actuator. In the event of a failure of the actuator, such as a leak, the damping element can continue to provide sufficient stiffness to support the wheel axle. Only in the extremely unlikely event of failure or leak in both the actuator and the parallel damping element (double failure) would total failure occur, although this represents an acceptable residual risk.
[0062] Como alternativa o adicionalmente, se puede activar un elemento amortiguador del dispositivo de amortiguación según sea necesario. Esto puede deberse, por ejemplo, a un comportamiento de amortiguación deseado en determinadas condiciones, como una velocidad de conducción determinada. Preferiblemente, el elemento amortiguador se activa al detectar un fallo en el actuador. Este fallo se produce, en particular, en caso de fuga en el actuador, que se puede registrar preferiblemente detectando una caída de presión mediante un sensor de presión integrado en el actuador. En caso de fuga, el actuador por sí solo no puede proporcionar la rigidez suficiente para soportar el eje de rueda, lo que puede provocar un funcionamiento inestable de la rueda, especialmente a altas velocidades. En este caso, el elemento amortiguador activado puede asumir el control y proporcionar la rigidez suficiente.[0062] Alternatively or additionally, a damping element of the damping device can be activated as required. This may be due, for example, to desired damping behavior under certain conditions, such as a specific driving speed. Preferably, the damping element is activated upon detecting a fault in the actuator. This fault occurs, in particular, in the event of a leak in the actuator, which can preferably be detected by a pressure drop using a pressure sensor integrated into the actuator. In the event of a leak, the actuator alone cannot provide sufficient rigidity to support the wheel axle, which can lead to unstable wheel operation, especially at high speeds. In this case, the activated damping element can take over and provide the necessary rigidity.
[0064] En otra forma de realización posible, se prevé que el actuador comprenda un sensor de presión mediante el cual se puede detectar una caída de presión en el actuador, estando el elemento de amortiguación conmutable preferiblemente acoplado fluídicamente (en particular hidráulicamente) al actuador de tal manera que se "activa" o enciende automáticamente en caso de una caída de presión.[0064] In another possible embodiment, the actuator is provided to comprise a pressure sensor by means of which a pressure drop in the actuator can be detected, the switchable damping element preferably being fluidly (particularly hydraulically) coupled to the actuator in such a way that it is "activated" or switched on automatically in the event of a pressure drop.
[0066] En otra posible forma de realización, el dispositivo de amortiguación acopla el eje de rueda al chasis paralelo al actuador, de modo que las rigideces del actuador y del dispositivo de amortiguación se suman, preferiblemente no presentando el sistema que comprende el actuador y el dispositivo de amortiguación rigidez estática ni rigidez básica. La combinación de actuador y dispositivo de amortiguación puede, por ejemplo, tener una rigidez dinámica equivalente a la de un buje hidráulico convencional (excepto la rigidez residual, que es mayor que cero para un buje hidráulico e igual a cero para el dispositivo según la invención).[0066] In another possible embodiment, the damping device couples the wheel axle to the chassis parallel to the actuator, so that the stiffnesses of the actuator and the damping device are additive, preferably with the system comprising the actuator and the damping device having neither static stiffness nor basic stiffness. The combination of actuator and damping device may, for example, have a dynamic stiffness equivalent to that of a conventional hydraulic hub (except for the residual stiffness, which is greater than zero for a hydraulic hub and equal to zero for the device according to the invention).
[0068] En otra posible forma de realización, el eje de rueda está montado de forma giratoria sobre una suspensión de rueda, estando tanto el actuador como el dispositivo de amortiguación acoplados a la suspensión de rueda. Preferiblemente, el actuador está conectado a un brazo oscilante de la suspensión de rueda. Alternativa o adicionalmente, el dispositivo de amortiguación puede conectarse a una tapa de cojinete del eje de la suspensión de rueda. También es posible que el actuador y el dispositivo de amortiguación estén conectados a un brazo oscilante común.[0068] In another possible embodiment, the wheel axle is rotatably mounted on a wheel suspension, with both the actuator and the damping device coupled to the wheel suspension. Preferably, the actuator is connected to a swing arm of the wheel suspension. Alternatively or additionally, the damping device may be connected to a bearing cap of the wheel suspension axle. It is also possible for the actuator and the damping device to be connected to a common swing arm.
[0070] Preferiblemente, el dispositivo de amortiguación se conecta a través de la mencionada tapa del cojinete del eje, que a su vez está conectada al brazo oscilante. Esta conexión del dispositivo de amortiguación y de la tapa del cojinete del eje facilita el reequipamiento de chasis existentes. En particular, evita la necesidad de ajustar todo el brazo oscilante o la suspensión de las ruedas durante el reequipamiento.[0070] Preferably, the damping device is connected via the aforementioned axle bearing cap, which in turn is connected to the swing arm. This connection of the damping device and the axle bearing cap facilitates the retrofitting of existing chassis. In particular, it eliminates the need to adjust the entire swing arm or wheel suspension during retrofitting.
[0072] En otra posible forma de realización, el eje longitudinal del dispositivo de amortiguación, que discurre a lo largo de la dirección de amortiguación, intersecta el eje de rotación (es decir, el eje longitudinal que discurre centralmente a lo largo del eje de rueda) del eje de rueda. Con este diseño, no se aplica par adicional a través del dispositivo de amortiguación. En particular, con la conexión del dispositivo de amortiguación a través de la tapa del cojinete del eje, descrita anteriormente, no se aplica par adicional al brazo oscilante.[0072] In another possible embodiment, the longitudinal axis of the damping device, which runs along the damping direction, intersects the axis of rotation (i.e., the longitudinal axis running centrally along the wheel axle) of the wheel axle. With this design, no additional torque is applied through the damping device. In particular, with the connection of the damping device through the axle bearing cap, as described above, no additional torque is applied to the swing arm.
[0074] En otra posible forma de realización, se integra al menos un sensor de desplazamiento o de posición en el actuador y/o en el dispositivo de amortiguación, mediante el cual se puede determinar preferiblemente una longitud de extensión del actuador y/o una longitud de extensión del dispositivo de amortiguación y/o una posición (por ejemplo, la posición angular) del eje de rueda y, en particular, ponerla a disposición de una unidad de control para controlar y/o regular la posición del eje. La integración del sensor de desplazamiento para el control activo del juego de ruedas en el dispositivo de amortiguación permite proteger el sensor de las condiciones ambientales cercanas al juego de ruedas. Además, en caso de fallo del sensor, la sustitución del sensor de desplazamiento es mucho más sencilla que si estuviera integrado en el actuador. Esto reduce los costes de mantenimiento y aumenta la fiabilidad.[0074] In another possible embodiment, at least one displacement or position sensor is integrated into the actuator and/or the damping device. This sensor preferably determines the extension length of the actuator and/or the extension length of the damping device and/or the position (e.g., the angular position) of the wheel axle and, in particular, makes this information available to a control unit for monitoring and/or regulating the axle position. Integrating the displacement sensor for active wheelset control into the damping device protects the sensor from environmental conditions near the wheelset. Furthermore, in the event of sensor failure, replacing the displacement sensor is much simpler than if it were integrated into the actuator. This reduces maintenance costs and increases reliability.
[0076] En otra posible forma de realización, el actuador comprende un cuerpo de eje fijado al chasis, un cilindro síncrono fluídico y una carcasa acoplada al eje de rueda que se mueve en correspondencia con el movimiento del cilindro síncrono con respecto al cuerpo de eje. El cilindro síncrono está preferiblemente formado o integrado en el cuerpo de eje y comprende un pistón con un vástago de pistón que penetra el cuerpo de eje por cada uno de sus dos lados planos. Cada vástago de pistón que penetra el cuerpo de eje está conectado a la carcasa, en particular en su extremo opuesto a la superficie del pistón, mediante un elemento de resorte de pistón.[0076] In another possible embodiment, the actuator comprises an axle body fixed to the chassis, a fluid synchronous cylinder, and a housing coupled to the wheel axle that moves in correspondence with the movement of the synchronous cylinder relative to the axle body. The synchronous cylinder is preferably formed or integrated into the axle body and comprises a piston with a piston rod that penetrates the axle body on each of its two flat sides. Each piston rod that penetrates the axle body is connected to the housing, particularly at its end opposite the piston surface, by means of a piston spring element.
[0078] Con un actuador de este tipo, es posible inducir un movimiento de la carcasa ajustando el cilindro síncrono o moviendo los vástagos del pistón, lo que a su vez se utiliza para inducir un movimiento pivotante del eje de rueda acoplado al actuador. El cuerpo del eje suele estar fijado al chasis, de modo que un movimiento relativo de la carcasa con respecto al cuerpo del eje permite crear una carrera que desvía el eje de rueda.[0078] With an actuator of this type, it is possible to induce a movement of the housing by adjusting the synchronous cylinder or moving the piston rods, which in turn is used to induce a pivoting movement of the wheel axle coupled to the actuator. The axle body is usually fixed to the chassis, so that a relative movement of the housing with respect to the axle body allows for the creation of a stroke that deflects the wheel axle.
[0080] Preferiblemente, el actuador corresponde al actuador descrito en el documento DE 102017002926 A1, siendo cada una de las formas de realización descritas en el mismo adecuada para el actuador de la presente invención. La enseñanza del documento DE 10 2017 002 926 A1 se incorpora plenamente a la presente divulgación en lo que respecta al posible diseño del actuador.[0080] Preferably, the actuator corresponds to the actuator described in document DE 102017002926 A1, each of the embodiments described therein being suitable for the actuator of the present invention. The teaching of document DE 10 2017 002 926 A1 is fully incorporated into this disclosure with respect to the possible design of the actuator.
[0082] La presente invención se refiere además a un dispositivo para controlar el eje de una rueda de un chasis. El dispositivo comprende un actuador fluídico según la invención y un dispositivo de amortiguación según la invención, que pueden diseñarse según uno de los ejemplos de realización descritos anteriormente. El actuador puede acoplarse al eje de rueda, por un lado, y al chasis, por otro. El dispositivo de amortiguación puede acoplarse en paralelo al actuador al eje de rueda, por un lado, y, por otro, al chasis. Esto, obviamente, ofrece las mismas ventajas y propiedades que el chasis de la invención, por lo que se omite su descripción.[0082] The present invention further relates to a device for controlling the axle of a chassis wheel. The device comprises a fluidic actuator according to the invention and a damping device according to the invention, which can be designed according to one of the embodiments described above. The actuator can be coupled to the wheel axle on one side and to the chassis on the other. The damping device can be coupled in parallel to the actuator to the wheel axle on one side and to the chassis on the other. This obviously offers the same advantages and properties as the chassis of the invention, and therefore its description is omitted.
[0084] El dispositivo de amortiguación puede ser un componente independiente del actuador. Sin embargo, también es posible integrar el dispositivo de amortiguación y el actuador en una carcasa común. Esto es aplicable no solo al dispositivo según la invención, sino también al chasis según la invención. Esto simplifica aún más el montaje y desmontaje, por ejemplo, para el reequipamiento de chasis existentes de vehículos ferroviarios.[0084] The damping device can be a separate component from the actuator. However, it is also possible to integrate the damping device and the actuator into a common housing. This applies not only to the device according to the invention but also to the chassis according to the invention. This further simplifies assembly and disassembly, for example, for retrofitting existing railway vehicle chassis.
[0085] La presente invención se refiere además a un vehículo ferroviario con un chasis según la invención. Esto, obviamente, también ofrece las mismas ventajas y propiedades que el chasis según la invención, por lo que se omite su descripción.[0085] The present invention also relates to a railway vehicle with a chassis according to the invention. This obviously also offers the same advantages and properties as the chassis according to the invention, and therefore its description is omitted.
[0087] Otras características, detalles y ventajas de la invención se desprenderán de los siguientes ejemplos de realización, explicados con referencia a las figuras. Se muestra en la:[0087] Other features, details, and advantages of the invention will become apparent from the following embodiments, explained with reference to the figures. It is shown in the:
[0088] Figura 1: una vista esquemática en planta del chasis según la invención según un ejemplo de realización;[0088] Figure 1: a schematic plan view of the chassis according to the invention according to an embodiment example;
[0090] Figura 2: un diagrama de circuito equivalente reológico de un ejemplo de realización del dispositivo según la invención con el actuador en el primer modo de funcionamiento (izquierda) y una representación esquemática de las rigideces dinámicas correspondientes (derecha);[0090] Figure 2: an equivalent rheological circuit diagram of an example embodiment of the device according to the invention with the actuator in the first operating mode (left) and a schematic representation of the corresponding dynamic stiffnesses (right);
[0092] Figura 3: un diagrama de circuito equivalente reológico de un buje hidráulico convencional (izquierda) y una representación esquemática de su rigidez dinámica (derecha);[0092] Figure 3: an equivalent rheological circuit diagram of a conventional hydraulic bushing (left) and a schematic representation of its dynamic stiffness (right);
[0094] Figura 4: las representaciones según la Figura 2 en caso de una fuga del actuador;[0094] Figure 4: the representations according to Figure 2 in case of an actuator leak;
[0096] Figura 5: las representaciones según la Figura 3 en caso de fuga en el buje hidráulico;[0096] Figure 5: the representations according to Figure 3 in case of leakage in the hydraulic bushing;
[0098] Figura 6: las representaciones según la Figura 2 en caso de fuga en el dispositivo de amortiguación;[0098] Figure 6: the representations according to Figure 2 in case of leakage in the damping device;
[0099] Figura 7: las representaciones según la Figura 2 en el caso de fuga simultánea del actuador y del dispositivo de amortiguación;[0099] Figure 7: the representations according to Figure 2 in the case of simultaneous leakage of the actuator and the damping device;
[0101] Figura 8: el diagrama de circuito equivalente reológico del dispositivo según la invención según la Figura 2 con el actuador en el tercer modo de funcionamiento; y[0101] Figure 8: the rheological equivalent circuit diagram of the device according to the invention of Figure 2 with the actuator in the third operating mode; and
[0103] Figura 9: el diagrama de circuito equivalente reológico del dispositivo según la invención según la Figura 2 con el actuador en el segundo modo de funcionamiento.[0103] Figure 9: The rheological equivalent circuit diagram of the device according to the invention according to Figure 2 with the actuator in the second operating mode.
[0105] En la Figura 1 se muestra una vista esquemática en planta de un ejemplo de realización del chasis 10 según la invención. La Figura muestra parte de la carrocería o vagón 1 del vehículo ferroviario en curva (las vías se muestran como líneas curvas). La parte mostrada del vagón 1 comprende un chasis 10 con dos ejes 12 de rueda orientables, que juntos forman un juego de ruedas del chasis 10. Cada eje 12 de rueda consta de dos ruedas conectadas entre sí de forma rígida o no giratoria mediante un eje y que descansan sobre las vías. La dirección o el control de los ejes 12 de rueda o del juego de ruedas se realiza mediante un control activo del juego de ruedas, que se describe con más detalle a continuación.[0105] Figure 1 shows a schematic plan view of an exemplary embodiment of chassis 10 according to the invention. The figure shows part of the body or wagon 1 of the curved railway vehicle (the tracks are shown as curved lines). The shown part of wagon 1 comprises a chassis 10 with two steerable wheel axles 12, which together form a wheelset of the chassis 10. Each wheel axle 12 consists of two wheels rigidly or non-rotatingly connected to each other by a shaft and resting on the tracks. Steering or control of the wheel axles 12 or the wheelset is achieved by active wheelset control, which is described in more detail below.
[0107] En el ejemplo de realización aquí mostrado, cada eje 12 de rueda es ajustable en un lado mediante un actuador 22, estando los ejes 12 de rueda acoplados a los actuadores 22 en lados diferentes. Alternativamente, los ejes 12 de rueda podrían estar acoplados a un actuador 22 en cada lado. El objetivo principal del control activo del juego de ruedas es aplicar presión a los actuadores 22, lo que provoca que los ejes 12 de rueda giren sobre sus ejes verticales.[0107] In the embodiment shown herein, each wheel axle 12 is adjustable on one side by means of an actuator 22, the wheel axles 12 being coupled to the actuators 22 on opposite sides. Alternatively, the wheel axles 12 could be coupled to an actuator 22 on each side. The primary purpose of the active wheelset control is to apply pressure to the actuators 22, causing the wheel axles 12 to rotate about their vertical axes.
[0109] En este ejemplo de realización, los actuadores 22 son actuadores hidráulicos. Preferiblemente, se trata de actuadores que se describen en el documento DE 10 2017 002 926 A1. Por supuesto, también se pueden utilizar otros actuadores 22 para el control activo del juego de ruedas.[0109] In this embodiment, the actuators 22 are hydraulic actuators. Preferably, they are actuators described in document DE 10 2017 002 926 A1. Of course, other actuators 22 can also be used for active wheelset control.
[0111] Los actuadores 22 están fijados, por un lado, a un bastidor 18 del chasis del chasis 10, que solo se indica esquemáticamente mediante una línea en la Figura 1. Las partes móviles de los actuadores 22 están acopladas cada una a un brazo 14 oscilante de una suspensión de rueda del eje 12 de rueda asociado. Al accionar el actuador 22, que acopla el brazo 14 oscilante correspondiente al bastidor 18 del chasis, se pivota el eje 12 de rueda respectivo.[0111] The actuators 22 are fixed, on one side, to a frame 18 of the chassis 10, which is only indicated schematically by a line in Figure 1. The moving parts of the actuators 22 are each coupled to a swing arm 14 of a wheel suspension of the associated wheel axle 12. When the actuator 22, which couples the corresponding swing arm 14 to the chassis frame 18, is actuated, the respective wheel axle 12 pivots.
[0113] En el lado opuesto al actuador 22, cada eje 12 de rueda también está conectado al bastidor 18 del chasis a través de otro brazo 14 oscilante y un cojinete 19. El cojinete 19 puede ser, por ejemplo, un cojinete mecánico o un buje hidráulico.[0113] On the opposite side of the actuator 22, each wheel axle 12 is also connected to the chassis frame 18 via another swing arm 14 and a bearing 19. The bearing 19 can be, for example, a mechanical bearing or a hydraulic bushing.
[0115] Según la invención, se dispone un dispositivo 24 de amortiguación o amortiguador 24 de eje (ambos términos se utilizan como sinónimos en adelante) paralelo a cada actuador 22, que también acopla el brazo 14 oscilante al marco 18 del chasis. De este modo, cada eje 12 de rueda se monta en el chasis 10 y se ajusta activamente mediante un dispositivo 20 compuesto por un actuador 22 y un dispositivo 24 de amortiguación. Al mismo tiempo, el dispositivo 20 amortigua el eje 12 de rueda correspondiente para garantizar un funcionamiento suave.[0115] According to the invention, a damping device 24 or axle damper 24 (both terms are used synonymously hereafter) is arranged parallel to each actuator 22, which also couples the swing arm 14 to the chassis frame 18. In this way, each wheel axle 12 is mounted on the chassis 10 and actively adjusted by a device 20 comprising an actuator 22 and a damping device 24. At the same time, the device 20 dampens the corresponding wheel axle 12 to ensure smooth operation.
[0116] Como alternativa al ejemplo de realización aquí mostrado, también se podrían acoplar dos ejes de rueda a través de un actuador 22 común, pudiendo además fijarse el actuador al chasis 10. En este caso, también se acoplaría un dispositivo 24 de amortiguación a los dos ejes de rueda en paralelo al actuador 22.[0116] As an alternative to the embodiment shown here, two wheel axles could also be coupled via a common actuator 22, and the actuator could also be fixed to the chassis 10. In this case, a damping device 24 would also be coupled to the two wheel axles in parallel to the actuator 22.
[0118] El dispositivo 24 de amortiguación adicional, según la invención, se caracteriza por no tener una rigidez base estática, sino únicamente una rigidez dependiente de la frecuencia, dinámica o equivalente. Esta rigidez aumenta con la frecuencia de excitación. A diferencia de un amortiguador con rigidez residual estática, como ocurre, por ejemplo, con los bujes hidráulicos convencionales, el actuador 22 no tiene que actuar contra la rigidez residual estática del dispositivo 24 de amortiguación, por lo que se requiere menos fuerza para ajustar el eje 12 de rueda.[0118] The additional damping device 24, according to the invention, is characterized by not having a static base stiffness, but only a frequency-dependent, dynamic, or equivalent stiffness. This stiffness increases with the excitation frequency. Unlike a damper with static residual stiffness, such as conventional hydraulic bushings, for example, the actuator 22 does not have to act against the static residual stiffness of the damping device 24, and therefore less force is required to adjust the wheel axle 12.
[0120] El dispositivo 24 de amortiguación también está fijado al bastidor 18 del chasis y acoplado al eje 12 de rueda mediante una tapa 16 de cojinete del eje, que a su vez está conectada al brazo 14 oscilante. El eje longitudinal del dispositivo 24 de amortiguación intersecta el eje 12 de rueda, de modo que no se aplica par adicional al brazo 14 oscilante a través del dispositivo 24 de amortiguación.[0120] The damping device 24 is also fixed to the chassis frame 18 and coupled to the wheel axle 12 by means of an axle bearing cap 16, which in turn is connected to the swing arm 14. The longitudinal axis of the damping device 24 intersects the wheel axle 12, so that no additional torque is applied to the swing arm 14 through the damping device 24.
[0122] La conexión del dispositivo 24 de amortiguación a través de la tapa 16 de cojinete del eje facilita el reequipamiento del chasis 10 existente. Esto elimina la necesidad de ajustar todo el brazo 14 oscilante durante el reequipamiento. Sin embargo, también es posible conectar el dispositivo 24 de amortiguación al brazo 14 oscilante sin intersecar los ejes del eje 12 de rueda ni el dispositivo 24 de amortiguación.[0122] Connecting the damping device 24 via the axle bearing cap 16 simplifies retrofitting the existing chassis 10. This eliminates the need to adjust the entire swing arm 14 during retrofitting. However, it is also possible to connect the damping device 24 to the swing arm 14 without intersecting the wheel axle 12 or the damping device 24.
[0124] Si para el control del juego de ruedas se requiere la detección de la posición en el actuador 22, se puede integrar un sensor correspondiente, por ejemplo, en forma de soluciones técnicamente probadas, en el dispositivo 24 de amortiguación paralelo. Esto permite proteger el sensor de desplazamiento o de posición de las condiciones ambientales cerca del juego de ruedas y, además, facilita la sustitución del sensor.[0124] If position detection at actuator 22 is required for wheelset control, a corresponding sensor, for example, in the form of technically proven solutions, can be integrated into the parallel damping device 24. This protects the displacement or position sensor from environmental conditions near the wheelset and also facilitates sensor replacement.
[0126] El dispositivo 24 de amortiguación puede constar de un solo elemento de amortiguación o de una combinación de diferentes elementos de amortiguación. Estos pueden estar todos conectados permanentemente en paralelo con el actuador 22, o bien, uno o más elementos de amortiguación pueden activarse o conectarse en caso de fallo en el actuador 22 (en particular, en caso de fuga de fluido).[0126] The damping device 24 may consist of a single damping element or a combination of different damping elements. These may all be permanently connected in parallel with the actuator 22, or one or more damping elements may be activated or connected in the event of a failure of the actuator 22 (in particular, in the event of a fluid leak).
[0128] La Figura 2 muestra en la imagen izquierda un diagrama de circuito equivalente reológico de un ejemplo de realización del dispositivo 20 según la invención que comprende el actuador 22 y el dispositivo 24 de amortiguación y en la imagen derecha una representación esquemática de la rigidez ceq equivalente correspondiente del actuador 22 (línea discontinua superior), del dispositivo 24 de amortiguación (línea discontinua inferior) y de su combinación (línea continua) en función de la frecuencia f de excitación.[0128] Figure 2 shows on the left an equivalent rheological circuit diagram of an example embodiment of the device 20 according to the invention comprising the actuator 22 and the damping device 24 and on the right a schematic representation of the corresponding equivalent ceq stiffness of the actuator 22 (upper dashed line), the damping device 24 (lower dashed line) and their combination (solid line) as a function of the excitation frequency f.
[0130] En este ejemplo de realización, el actuador 22 tiene tres modos de funcionamiento: en un primer modo, mostrado en la Figura 2, el actuador 22 representa un elemento de amortiguación pasivo con una rigidez equivalente dependiente de la frecuencia y una rigidez residual nula. Este primer estado o modo de funcionamiento se asume preferiblemente cuando el vehículo ferroviario circula en línea recta. Para ello, el actuador 22 se mueve a la posición de conmutación seleccionada mediante un circuito de válvulas externo del control del juego de ruedas. En este estado de conmutación, el actuador 22 actúa como un elemento de Maxwell.[0130] In this embodiment, the actuator 22 has three operating modes: in the first mode, shown in Figure 2, the actuator 22 acts as a passive damping element with a frequency-dependent equivalent stiffness and zero residual stiffness. This first operating state or mode is preferably assumed when the rail vehicle is traveling in a straight line. To achieve this, the actuator 22 is moved to the selected switching position by an external valve circuit of the wheelset control. In this switching state, the actuator 22 acts as a Maxwell element.
[0132] La Figura 3 muestra el diagrama del circuito equivalente de un buje 30 hidráulico convencional a modo de comparación. Como se puede observar en la imagen derecha de la Figura 3, el buje 30 hidráulico tiene una rigidez equivalente que aumenta con la frecuencia y una rigidez residual mayor que cero. La rigidez de punto cero del buje 30 hidráulico corresponde a la rigidez c<2>básica estática.[0132] Figure 3 shows the equivalent circuit diagram of a conventional hydraulic bushing 30 for comparison. As can be seen in the right-hand image of Figure 3, the hydraulic bushing 30 has an equivalent stiffness that increases with frequency and a residual stiffness greater than zero. The zero-point stiffness of the hydraulic bushing 30 corresponds to the basic static stiffness c<2>.
[0134] La rigidez equivalente del dispositivo 20 según la invención, es decir la disposición paralela del actuador 22 y del dispositivo 24 de amortiguación, se selecciona en este ejemplo de realización de tal manera que sea equivalente a la rigidez equivalente del buje 30 hidráulico, con la excepción de la rigidez en el punto cero, que es cero en el dispositivo según la invención.[0134] The equivalent stiffness of the device 20 according to the invention, i.e. the parallel arrangement of the actuator 22 and the damping device 24, is selected in this embodiment in such a way as to be equivalent to the equivalent stiffness of the hydraulic bushing 30, with the exception of the zero-point stiffness, which is zero in the device according to the invention.
[0136] Si se produce una fuga de aceite en el actuador 22 del dispositivo 20 según la invención, el efecto de amortiguación lo sigue proporcionando el amortiguador 24 de eje paralelo. Su rigidez equivalente proporciona suficiente rigidez o amortiguación, especialmente a altas velocidades de desplazamiento, de modo que se evita el funcionamiento sinusoidal del juego de ruedas.[0136] If an oil leak occurs in the actuator 22 of the device 20 according to the invention, the damping effect is still provided by the parallel-axis damper 24. Its equivalent stiffness provides sufficient rigidity or damping, especially at high travel speeds, so as to prevent sinusoidal operation of the wheelset.
[0138] Este caso de falla se muestra en el diagrama de circuito equivalente en la Figura 4. Las curvas de rigidez equivalente (imagen derecha) muestran que para el buje 30 hidráulico la rigidez c<2>estática, en caso de fuga en el actuador 22, se conserva la rigidez equivalente del amortiguador 24 de eje. En caso de fuga en el actuador 22, la inestabilidad del juego de ruedas se compensa con la rigidez equivalente del amortiguador 24 de eje. Dado que la inestabilidad solo se produce a altas velocidades, es decir, a altas frecuencias de excitación, solo se requiere una rigidez equivalente a frecuencias más altas. Un buje 30 hidráulico, por otro lado, debido a su diseño utiliza su rigidez c<2>estática básica en caso de fuga, para contrarrestar la inestabilidad del juego de ruedas.[0138] This failure scenario is shown in the equivalent circuit diagram in Figure 4. The equivalent stiffness curves (right image) show that for the hydraulic hub 30, the static stiffness c<2>, in the event of a leak in the actuator 22, is maintained by the equivalent stiffness of the axle damper 24. In the event of a leak in the actuator 22, the instability of the wheelset is compensated for by the equivalent stiffness of the axle damper 24. Since the instability only occurs at high speeds, i.e., at high excitation frequencies, equivalent stiffness is only required at higher frequencies. A hydraulic hub 30, on the other hand, due to its design, uses its basic static stiffness c<2> in the event of a leak to counteract the instability of the wheelset.
[0140] Gracias a la disposición paralela del actuador 22 y del amortiguador 24 de eje según la invención, el sistema de control del juego de ruedas presenta los siguientes estados en caso de producirse un error de fuga:[0140] Thanks to the parallel arrangement of the actuator 22 and the axle damper 24 according to the invention, the wheelset control system presents the following states in case of a leakage error:
[0142] i) Fuga en el actuador 22 (véase la Figura 2): se elimina la trayectoria de carga a través del actuador 22. El amortiguador 24 de eje genera una rigidez equivalente mediante la excitación externa del juego de ruedas, garantizando así un funcionamiento estable. El valor de esta rigidez equivalente debe ser al menos igual al valor de la rigidez estática de un buje hidráulico para los rangos de velocidad pertinentes. Esto crea una situación comparable a la del buje hidráulico actual.[0142] i) Leakage in actuator 22 (see Figure 2): The load path through actuator 22 is eliminated. The axle damper 24 generates equivalent stiffness by externally exciting the wheelset, thus ensuring stable operation. The value of this equivalent stiffness must be at least equal to the static stiffness value of a hydraulic hub for the relevant speed ranges. This creates a situation comparable to that of the actual hydraulic hub.
[0143] ii) Fuga en el dispositivo 24 de amortiguación (véase la Figura 6): se elimina la trayectoria de carga a través del amortiguador 24 de eje. Cuando el vehículo ferroviario circula en línea recta, el actuador 22 asume el flujo de fuerza y estabiliza el juego de ruedas.[0143] ii) Leakage in damping device 24 (see Figure 6): The load path through the axle damper 24 is eliminated. When the rail vehicle is traveling in a straight line, the actuator 22 takes over the force flow and stabilizes the wheel set.
[0144] iii) Fuga simultánea del actuador 22 y del dispositivo 24 de amortiguación (véase la Figura 7): este caso requiere un fallo doble de dos dispositivos o componentes independientes. El riesgo residual asociado es ampliamente aceptado; un ejemplo es el diseño doble de los dispositivos estabilizadores en trenes de alta velocidad. La realización de un control activo del juego de ruedas mediante la disposición paralela de un actuador 22 y un dispositivo 24 de amortiguación tiene la ventaja de que el actuador 22 solo tiene que trabajar contra el dispositivo 24 de amortiguación durante el posicionamiento del eje 12 de rueda. Por el contrario, cuando se utiliza un buje 30 hidráulico, el actuador tendría que controlar tanto la amortiguación como la rigidez c<2>básica del buje 30 hidráulico durante el posicionamiento, lo que significa que se debe gastar una cantidad de energía significativamente mayor para posicionar el juego de ruedas.[0144] iii) Simultaneous failure of actuator 22 and damping device 24 (see Figure 7): This case requires a double failure of two independent devices or components. The associated residual risk is widely accepted; an example is the dual design of stabilizer devices on high-speed trains. Implementing active wheelset control by the parallel arrangement of an actuator 22 and a damping device 24 has the advantage that the actuator 22 only has to work against the damping device 24 during wheel axle 12 positioning. In contrast, when using a hydraulic hub 30, the actuator would have to control both the damping and the basic stiffness c<2> of the hydraulic hub 30 during positioning, meaning that a significantly greater amount of energy must be expended to position the wheelset.
[0145] El segundo modo de funcionamiento del actuador 22 se muestra en la Figura 9. En este modo, el actuador puede ajustarse activamente y, por lo tanto, modificar específicamente la posición del eje 12 de rueda acoplado. Esto también se realiza mediante el circuito de válvulas externas del control del juego de ruedas. Para ello, el actuador 22 puede contar con un cuerpo de eje firmemente conectado al bastidor 18 del chasis y en el que se forma un cilindro hidráulico síncrono que ajusta el eje 12 de rueda al accionarse, como se describe, por ejemplo, en el documento DE 102017002926 A1.[0145] The second operating mode of the actuator 22 is shown in Figure 9. In this mode, the actuator can be actively adjusted and thus specifically modify the position of the coupled wheel axle 12. This is also accomplished by means of the external valve circuit of the wheelset control. For this purpose, the actuator 22 may have an axle body firmly connected to the chassis frame 18 and in which a synchronous hydraulic cylinder is formed that adjusts the wheel axle 12 when actuated, as described, for example, in document DE 102017002926 A1.
[0146] En un tercer modo de funcionamiento, el actuador 22 se bloquea hidráulicamente (véase la Figura 8). Este estado de funcionamiento puede adoptarse, por ejemplo, durante la tracción activa o al mantener una posición de aproximación.[0146] In a third operating mode, the actuator 22 is hydraulically locked (see Figure 8). This operating state can be adopted, for example, during active traction or when maintaining an approach position.
[0147] El control y/o regulación del circuito de válvulas externas se realiza preferiblemente de forma automática, basándose en los datos de los sensores. En particular, se detecta automáticamente la conducción en línea recta o en curvas, y el circuito de válvulas se controla y/o regula en consecuencia.[0147] The control and/or regulation of the external valve circuit is preferably performed automatically, based on sensor data. In particular, straight-line or curved driving is automatically detected, and the valve circuit is controlled and/or regulated accordingly.
[0148] La función de amortiguación del dispositivo 24 de amortiguación se puede integrar alternativamente directamente en el actuador 22. Sin embargo, debido al espacio limitado disponible en el actuador 22, se prefiere una disposición separada, y el dispositivo 24 de amortiguación se muestra fuera del actuador 22 en las Figuras 2, 4 y 6-9.[0148] The damping function of the damping device 24 can alternatively be integrated directly into the actuator 22. However, due to the limited space available in the actuator 22, a separate arrangement is preferred, and the damping device 24 is shown outside the actuator 22 in Figures 2, 4 and 6-9.
[0149] Lista dei signos de referencia:[0149] List of reference signs:
[0150] 1 Vagón[0150] 1 Wagon
[0151] 10 Chasis[0151] 10 Chassis
[0152] 12 Eje de rueda[0152] 12 Wheel axle
[0153] 14 Brazo oscilante[0153] 14 Swing arm
[0154] 16 Tapa de cojinete del eje[0154] 16 Shaft bearing cover
[0155] 18 Bastidor del chasis[0155] 18 Chassis frame
[0156] 19 Cojinete[0156] 19 Bearing
[0157] 20 Dispositivo[0157] 20 Device
[0158] 22 Actuador[0158] 22 Actuator
[0159] 24 Dispositivo de amortiguación / amortiguador de eje[0159] 24 Damping device / axle damper
[0160] 30 Buje hidráulico[0160] 30 Hydraulic Bushing
Claims (14)
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE102022103096.2A DE102022103096A1 (en) | 2022-02-10 | 2022-02-10 | Rail vehicle chassis with a device for controlling a wheel axle |
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|---|---|
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