ITTO20000307A1 - Dispositivo antiserpeggio per veicoli ferroviari. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal tìtolo: "Dispositivo antiserpeggio per veicoli ferroviari"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale ai veicoli ferroviari aventi una cassa e una coppia di carrelli collegati ciascuno alla cassa in modo girevole intorno ad un'asse verticale.

Più in particolare, l'invenzione riguarda un dispositivo antiserpeggio per siffatti veicoli ferroviari, del tipo comprendente una coppia di elementi allungati che collegano longitudinalmente i fianchi opposti di ogni carrello con la cassa e la cui lunghezza è variabile all'atto di una rotazione relativa fra carrello e cassa intorno a detto asse verticale in un senso o nel senso opposto, in modo tale che all'estensione di uno di detti elementi allungati corrispondente la contrazione dell'altro elemento allungato.

Siffatti dispositivi antiserpeggio svolgono una duplice funzione: migliorare la stabilità laterale dei carrelli durante la marcia del veicolo in rettilineo, e migliorare l'inserzione dei carrelli in curva.

Tradizionalmente i suddetti elementi allungati del disposito antiserpeggio sono costituiti da smorzatori dissipativi, tipicamente idraulici. Nell'impiego, questi smorzatori si deteriorano relativamente rapidamente, per cui la loro funzionalità viene compromessa dopo un periodo di esercizio più o meno breve. Inoltre, anche in condizioni operative ottimali, la loro caratteristica di smorzamento è costantemente la medesima al variare delle condizioni che possono determinare l'instabilità laterale del carrello, ovvero al variare delle modalità di inserzione in curva del carrello stesso.

Per questi motivi i dispositivi antiserpeggio convenzionali risultano scarsamente affidabili e non consentono di garantire la necessaria sicurezza di marcia del veicolo in tutte le condizioni. Inoltre, a causa della facilità con la quale tali dispositivi noti sono soggetti a deterioramento, e quindi come diretta conseguenza della loro inefficacia funzionale, le forze orizzontali trasmesse tra le ruote del carrello e i binari della rotaia ferroviaria comportano seri problemi di usura.

I suddetti problemi sono particolarmente critici nel caso di veicoli ferroviari ad alta velocità e/o con inserzione in curva con elevata accelerazione laterale non compensata dalla soprelevazione della rotaia esterna del binario.

Lo scopo della presente invenzione è quello di ovviare ai suddetti inconvenienti.

Secondo l'invenzione, questo scopo viene raggiunto grazie al fatto che, in un dispositivo antiserpeggio del tipo definito all'inizio, l'estensione e la contrazione dei suddetti elementi allungati sono comandate positivamente.

In altre parole, gli elementi allungati del dispositivo antiserpeggio secondo l'invenzione consistono in smorzatori resi attivi nel piano di serpeggio del carrello.

Secondo la forma preferita di attuazione dell'invenzione, i suddetti elementi allungati includono ciascuno uno stelo a vite e madrevite con motore di azionamento elettrico, e mezzi di controllo del motore elettrico in funzione delle condizioni di marcia del veicolo ferroviario.

Grazie a questa idea di soluzione, il dispositivo antiserpeggio secondo l'invenzione permette di conseguire una serie di importanti vantaggi .

In primo luogo gli elementi allungati a comando positivo assicurano una ben maggiore affidabilità di funzionamento nei confronti degli smorzatori indraulici tradizionali, ed in ogni caso tale funzionalità può essere facilmente monitorata da parte degli stessi mezzi di controllo.

In secondo luogo l'intervento del dispositivo antiserpeggio, la cui caratteristica di smorzamento è in ogni caso variabile e graduabile in funzione delle effettive condizioni di marcia del veicolo, può essere selettivamente escluso qualora tali condizioni non ne richiedano l'intervento. Ad esempio, a velocità medio-basse l'inattività del dispositivo antiserpeggio secondo l'invenzione consente, rispetto agli smorzatori idrauli convenzionali, di limitare la trasmissione delle vibrazioni dal carrello alla cassa, e di assicurare una migliore inserzione in curva per la mancanza di coppia resistente.

Un terzo vantaggio consiste nel fatto che il dispositivo antiserpeggio può anche essere attivato per migliorare l'inserzione in curva del carrello, per effetto della generazione di una coppia sterzante tra cassa e carrello, anch'essa variabile in funzione delle condizioni di marcia. Ciò si traduce in una sensibile riduzione delle forze orizzontali trasmesse tra ruote e rotaie in curva, e conseguentemente in rapporti di svio più bassi. Ciò si traduce, in definitiva, in un'apprezzabile miglioramento della sicurezza di marcia del veicolo non solo in rettilineo ma anche in curva.

Il dispositivo antiserpeggio secondo l'invenzione presenta inoltre una conformazione relativamente semplice ed economica, che ne consente anche un'applicazione relativamente agevole ai veicoli già esistenti, in sostituzione dei tradizionali smorzatori idraulici.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti nel corso della dettagliata descrizione che segue, con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, nei quali:

la figura 1 è una vista schematica in elevazione laterale di un carrello per veicoli ferroviari equipaggiato con un dispositivo antiserpeggio secondo l'invenzione, e

la figura 2 è una vista in pianta dal basso, diagrammatica parziale e semplificata, della figura 1 .

Nei disegni, con 1 è indicato nel suo insieme un carrello per veicoli ferroviari avente un'architettura generalmente convenzionale.

Notoriamente il veicolo ferroviario, la cui cassa è indicata schematicamente con C nella figura 2, è equipaggiato con una coppia di carrelli 1 identici, disposti rispettivamente anteriormente e posteriormente rispetto alla direzione di avanzamento del veicolo. La descrizione che segue si applica identicamente ad entrambi i carrelli.

Il carrello 1 include un telaio 2 con un assile anteriore 3 e un assile posteriore 4 e rispettive ruote 5, 6. Centralmente il telaio 2 del carrello 1 è predisposto per il collegamento alla cassa C, normalmente tramite una traversa 7, in modo girevole intorno ad un'asse verticale A.

Il carrello 1 è inoltre dotato di organi di sospensione primaria e secondaria, per sè noti, e di un dispositivo antiserpeggio che costituisce l'oggetto specifico dell'invenzione.

Tale dispositivo antiserpeggio comprende una coppia di elementi allungati 8, 9 che collegano longitudinalmente, in modo articolato, i fianchi opposti del telaio 2 del carrello 1 con la cassa C, ovvero con la traversa 7.

I due elementi allungati 8, 9 presentano una conformazione longitudinalmente estensibile e contraibile, normalmente a struttura telescopica, e come è indicato nella figura 2 sono posizionati in una configurazione reciprocamente contrapposta.

Tali elementi allungati 8, 9 consistono, secondo l'invenzione, in smorzatori attivi: in altre parole la loro estensione e contrazione è comandata positivamente, secondo una logica che verrà descritta più in dettaglio nel seguito.

Ciascun elemento allungato 8, 9 è in pratica costituito, nel caso dell'esempio illustrato, da uno stelo a vite e madrevite in cui la vite, indicata rispettivamente con 8a, 9a è traslante e connessa al telaio 2 del carrello, e la madrevite, schematizzata rispettivamente con 8b e 9b, è rotante e azionata in rotazione attraverso un rispettivo motore elettrico 8c, 9c.

I motori elettrici 8c, 9c sono convenientemente del tipo asincrono senza spazzole ("brushless") a bassa inerzia, e azionano le rispettive madriviti 8b, 9b tramite opportuni riduttori ad ingranaggi, non illustrati in quanto alla portata del tecnico del ramo. Le viti 8a, 9a sono convenientemente del tipo a ricircolazione di sfere.

I motori 8c, 9c sono a loro volta comandati attraverso un sistema di controllo, raffigurato schematicamente con 10 nella figura 2.

Tale sistema include un elaboratore e può convenientemente utilizzare anche componenti già normalmente disponibili a bordo del carrello 1 o comunque a bordo del veicolo ferroviario. Nel caso di treni ad alta velocità, tali componenti includono normalmente almeno un traduttore di accelerazione laterale del carrello, un giroscopio, ed un rilevatore tachimetrico. I segnali di questi componenti vengono tipicamente inviati all'elaboratore il quale provvede al pilotaggio dei motori 8c, 9c, in modo da realizzare variazioni in lunghezza degli steli 8, 9 all'atto di rotazioni relative fra il carrello 1 e la cassa C intorno all'asse verticale A in un senso o nel senso opposto, in modo tale che all'estensione di uno degli steli 8, 9 corrisponde la contrazione dell'altro stelo 9, 8.

Il pilotaggio avviene attraverso la logica seguente .

Nel caso di marcia in rettilineo del veicolo, quando il carrello 1 è prossimo all'instabilità (moto oscillatorio nel piano orizzontale con frequenza di circa 4-6 Hz), il sistema 10 attiva tramite gli steli 8, 9 una forza periodica con frequenza tipica dell'oscillazione del carrello, sfasata di 90° rispetto all'eccitazione e con ampiezza tale da annullare o comunque ridurre il moto critico di oscillazione.

Se i traduttori (accelerometri) posizionati sul carrello 1 non segnalano alcuna situazione di instabilità, il sistema 10 mantiene gli steli 8, 9 inattivi. Ad esempio a velocità medio-basse il sistema permane inattivo consentendo, rispetto ai convenzionali dispositivi antiserpeggio idraulici, di ridurre la trasmissione delle vibrazioni dal carrello alla cassa, ed anche di migliorare l'inserzione in curva grazie all'assenza di coppia resistente .

Nel caso di marcia in curva, il sistema di controllo 10 attiva gli steli 8, 9 in modo da generare una coppia sterzante tra carrello e cassa di ampiezza opportuna, in funzione dell'accelerazione laterale nonché del raggio della curva e della posizione del carrello rispetto all'avanzamento del veicolo.

La coppia sterzante consente sia di ridurre sensibilmente le forze di "ripage", ovvero le forze orizzontali trasmesse fra ruote e rotaie, il che consente di migliorare la sicurezza di marcia e di ridurre l'usura delle ruote e delle rotaie, sia di ottenere minori rapporti di svio (rapporti tra le forze orizzontali tra ruote e rotaie e le forze verticali) .

Come appare evidente da quanto precede, il dispositivo antiserpeggio consente di migliorare apprezzabilmente sia la stabilità laterale del carrello durante la marcia in rettilineo del veicolo, sia 1' inserzione in curva del carrello stesso. Questi vantaggi sono tanto più apprezzabili nel caso di applicazione a veicoli ferroviari ad alta velocità e/o con inserzione in curva con elevata accelerazione laterale non compensata.

Naturalmente, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione cosi come definita nelle rivendicazioni che seguono.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo antiserpeggio per veicoli ferroviari aventi una cassa (C) ed una coppia di carrelli (1) collegati ciascuna alla cassa (C) in modo girevole intorno ad un'asse verticale (A), detto dispositivo includendo una coppia di elementi allungati (8, 9) che collegano longitudinalmente i fianchi opposti di ogni carrello (1) con la cassa (C) e la cui lunghezza è variabile all'atto di una rotazione relativa fra carrello (1) e cassa (C) intorno a detto asse verticale (A) in un senso o nel senso opposto, in modo tale che all'estensione di uno di detti elementi allungati (8, 9) corrisponde la contrazione dell'altro elemento allungato (8, 9) caratterizzato dal fatto che l'estensione e la contrazione di detti elementi allungati (8, 9) sono comandate positivamente.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti elementi allungati includono ciascuno uno stelo (8, 9) a vite (8a, 9a) e madrevite (8b, 9b) con motore di azionamento elettrico (8c, 9c), e mezzi di controllo (10) di detto motore elettrico (8c, 9c) in funzione delle condizioni di marcia del veicolo ferroviario.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui il veicolo ferroviario è equipaggiato con traduttori accelerometrici , giroscopici e tachimetrici, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (10) utilizzano detti traduttori.
4. 4. Disposivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (10) sono predisposti per applicare tramite detti elementi allungati {8, 9): durante la marcia in rettilineo di detto veicolo ferroviario, in condizioni del carrello prossime all'instabilità in relazione a moti oscillatori nel piano orizzontale, forze periodiche con frequenza tipica dell'oscillazione del carrello stesso e sfasate di 90° rispetto all'eccitazione, ed ampiezza tale da contrastare il moto oscillatorio, - durante la marcia in curva di detto veicolo l'attivazione di una coppia sterzante tra carrello e cassa .
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo sono inoltre predisposti per no generare detta forza periodica e/o detta coppia sterzante in funzione delle condizioni di marcia del veicolo rilevato da detti traduttori.
6. 6. Dispositivo sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.