ITTO960230A1 - Apparecchiatura e procedimento per la correzione della regolazione termica di rotaie posate. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'Invenzione Industriale avente per titolo

APPARECCHIATURA E PROCEDIMENTO PER LA CORREZIONE DELLA

REGOLAZIONE TERMICA DI ROTAIE POSATE

La presente invenzione si riferisce ad un'apparecchiatura e ad un

procedimento per la correzione della regolazione termica di rotaie ferroviarie posate, prive di regolazione od aventi una regolazione imperfetta.

Quando un lungo tratto saldato di rotaia viene posata in condizioni

di dilatazione vincolata, secondo la tecnica attualmente preferita, per

prevenire gli inconvenienti·che, al variare della temperatura della rotaia,deriverebbero da un'eccessiva dilatazione o contrazione rispetto alle condizioni di posa,è necessario che la condizione di assenza di sollecitazione longitudinale (cosiddetta "tensione nulla") nella rotaia venga

fatta corrispondere ad una temperatura prefissata che, ad esempio, per s! certe reti ferroviarie è prescritta in 30 °C 3 °C. L'ottenimento di

questa condizione sarebbe immediato se si potesse procedere alla posa della rotaia ed al serraggio dei relativi organi di attacco alle traverse allorché la temperatura della rotaia corrisponde a tale temperatura prescritta,ma, siccome in generale non si verificano le condizioni ambientali opportune, e la temperatura effettiva di posa è inferiore a quella prescritta, tradizionalmente si procede alla cosiddetta "regolazione" della

rotaia, che consiste nell'applicare ad essa, mediante una sollecitazione meccanica, un allungamento calcolato in modo da suscitare nella rotaia le stesse condizioni di sollecitazione interna che si verificherebbero, nelle stesse condizioni„di temperatura, se la rotaia fosse stata posata alla temperatura prescritta.

Secondo un modo di procedere che si può considerare il più abituale, in occasione di una sostituzione delle rotaie vengono posti in opera, senza saldarli, dei tronchi di rotaia di lunghezza unitaria, quali provengono dalla trafilatura, normalmente nella lunghezza di 36 metri,costituendo un binario che viene provvisoriamente utilizzato in queste condizioni precarie. In un tempo successivo questi tronchi di rotaia vengono saldati tra loro a formare delle sezioni reciprocamente separate da una giunzione libera destinata a costituire il punto di regolazione, e gli organi di attacco della rotaia alle traverse vengono allentati. Nel punto di regolazione vengono posti in opera degli appositi morsetti tenditori, e per mezzo di essi le estremità affacciate delle sezioni vengono tirate una verso l'altra sino ad imporre alla sezione di rotaia un allungamento calcolato come il prodotto della lunghezza delle sezioni per il coefficiente di dilatazione termica della rotaia e per la differenza tra la temperatura della rotaia al momento dell'operazione e la temperatura prescritta. A questo punto le estremità affacciate delle sezioni di rotaia vengono saldate tra loro e vengono serrati tutti gli organi di attacco della rotaia alle traverse. Prescindendo dagli inconvenienti operativi di questo modo di procedere, i risultati di esso sono ben sovente insoddisfacenti, e la sezione di binario risulta regolata in modo imperfetto.

E1 anche noto di effettuare la regolazione delle rotaie costituenti un binario all'atto stesso della loro posa, riscaldando le rotaie sino ad

una temperatura maggiore di quella ambiente in modo tale che il serraggio

degli organi di attacco delle rotaie alle traverse abbia luogo proprio alla temperatura prescritta. A questo scopo è stato proposto di riscaldare

le rotaie in corso di posa con fiamme libere, con apparecchi di riscaldamento ad irraggiamento, oppure con mezzi di induzione elettrica, ma nessuno di questi mezzi consente di realizzare una sufficiente uniformità nel

riscaldamento delle rotaie su tutta la lunghezza della sezione interessata; inoltre le apparecchiature necessarie sono di costo eccessivo, ed i

risultati ottenuti ben sovente non sono soddisfacenti e danno luogo ad un

binario regolato in modo imperfetto.

Nella domanda di brevetto italiano n° TO 94 A 000679 e nella domanda

internazionale pubblicata sotto il n° W096/06981, lo stesso inventore ha

rivelato un'apparecchiatura per il riscaldamento di rotaie durante la loro 4 posa, comprendente un gruppo generatore di corrente continua, montato su

di un carro ferroviario; una coppia di prime morse di contatto portate da

detto carro,connesse all'uscita di detto gruppo generatore e suscettibili

di essere collegate ad una prima estremità delle due rotaie costituenti la

sezione di binario da riscaldare; un carrello dotato di una analoga coppia

di seconde morse di contatto,collegate tra loro e suscettibili di essere

collegate ad una seconda estremità delle due rotaie costituenti la sezione

di binario da riscaldare, opposta a detta prima estremità; e mezzi per regolare la potenza elettrica erogata da detto gruppo generatore in modo da

produrre nella sezione di binario considerata un riscaldamento sino ad una

temperatura prefissata.

Grazie a questa apparecchiatura si è data soluzione tecnicamente razionale ed economicamente conveniente al problema sopra indicato, realizzandò un'apparecchiatura per il riscaldamento delle rotaie ferroviarie all'atto della loro posa, che permette di ottenere una regolazione perfetta delle rotaie._Tuttavìa, esistono numerosi tratti di binario in esercizio, la cui regolazione non è stata effettuata, oppure è stata effettuata in modo non soddisfacente senza l'impiego dell'apparecchiatura sopra menzionata,nei quali sarebbe importante poter correggere la regolazione inesi stente od imperfetta, ma secondo lo stato attuale della tecnica ciò potrebbe essere fatto solo procedendo alla sostituzione delle rotaie esistenti con nuove rotaie posate con l'intervento della suddetta apparecchiatura. Ciò sarebbe, ovviamente, assai oneroso,

Lo scopo della presente invenzione è quello di dare soddisfazione all'esigenza di procedere ad una regolazione termica di rotaie già posate, senza peraltro dover procedere alla posa di nuove rotaie. A questo scopo, la presente invenzione fa ricorso allo stesso principio generale esposto nei documenti sopra menzionati, opportunamente modificato per poter essere applicato su rotaie già posate, anziché su rotaie in corso di posa.

Questo scopo si raggiunge, secondo la presente invenzione, per mezzo di un'apparecchiatura per il riscaldamento di una sezione di rotaie posate,comprendente un gruppo generatore di corrente continua, montato su di un carro ferroviario destinato a scorrere su dette rotaie ma isolato dalle rotaie di detta sezione, in modo da non stabilire un collegamento elettrico tra di esse; una coppia di prime morse di contatto portate da detto carro, connesse all'uscita di detto gruppo generatore e suscettibili di essere collegate ad una prima estremità delle due rotaie costituenti la sezione di binario di cui si vuole correggere la regolazione termica; un carrello dotato di una analoga coppia di seconde morse di contatto, collegate tra loro esuscettibili di essere collegate ad una seconda estremità delle due rotaie costituenti la sezione di binario di cui si vuole correggere la regolazione termica,opposta a detta prima estremità; e mezzi per regolare la potenza elettrica erogata da detto gruppo generatore in modo da produrre nella sezione di binario considerata un riscaldamento sino ad una temperatura prefissata.

Preferibilmente detto gruppo generatore di corrente continua comprende un motore, un alternatore azionato da detto motore, un trasformatore della corrente erogata da detto alternatore, ed un ponte raddrizzatore di potenza disposto per convertire la corrente alternata proveniente da detto trasformatore in una corrente continua da avviare a dette prime morse di contatto.

Detto motore può essere un motore diesel autonomo, oppure, alternativamente, può essere lo stesso motore di locomozione dell'apparecchiatura, se questa ne è dotata.

Preferibilmente detto alternatore è del tipo ad eccitazione controllata,e sono previsti sensori di corrente inseriti tra l'uscita di detto ponte raddrizzatore e dette prime morse di contatto, sensori di temperatura applicati ad un punto intermedio di detta sezione di.binario, ed un controllore di processo disposto per utilizzare i segnali emessi da detti sensori allo scopo di controllare l'eccitazione di detto alternatore.

Alternativamente, detto alternatore può essere di un tipo normale, ed un ponte di semiconduttori totalmente controllato può essere inserito tra l'alternatore ed il trasformatore per alimentare quest'ultimo nel modo più opportuno. Anche altri mezzi di generazione o/e di regolazione, del resto, possono essere impiegati per ottenere un'uscita in corrente continua che possa essere regolata in modo continuo in funzione delle condizioni operative.

Preferibilmente sono ancora previsti dei mezzi di controllo di sicurezza,collegati a detto controllore del processo per interrompere il funzionamento dell'apparecchiatura al verificarsi di situazioni anomale o suscettibili di produrre inconvenienti o pericoli.

Preferibilmente dette morse di contatto sono costituite da ganasce profilate corrispondentemente alla sezione delle rotaie ed azionate da attuatori idraulici.

L'impiego di questa apparecchiatura dà luogo ad un procedimento, sinora non disponibile, per correggere la regolazione termica, imperfetta o inesistente,di rotaie già posate, senza ricorrere alla posa di nuove rotale. Tale procedimento costituisce pertanto anch'esso un oggetto della presente invenzione.

Il procedimento secondo l'invenzione consiste nel definire una sezione di binario la cui regolazione deve essere corretta con l'impiego dell' apparecchiatura sopra descritta, nel tagliare (se necessario) le rotaie stesse per consentire la variazione di lunghezza della sezione considerata, nel1'allentare gli organi di attacco alle traverse delle rotaie facenti parte della sezione considerata, nell'operare per mezzo dell'apparecchiatura il riscaldamento delle rotaie della sezione considerata sino ad una temperatura adatta, ed infine nel serrare nuovamente gli organi di attacco delle rotaie alle traverse. L'operazione può quindi essere ripetuta su di una successiva sezione del binario, tagliata (se necessario) dal binario seguente,'spostata (se necessario) per portarla a contatto con la sezione precedentemente regolata, e saldata ad essa se ne era stata separata con un taglio.

Queste ed altre caratteristiche, scopi e vantaggi dell'oggetto della presente invenzione appariranno più chiaramente dalla seguente descrizione di una forma di realizzazione, esemplificativa e non limitativa, di un'apparecchiatura conforme all'invenzione, schematicamente rappresentata nel disegno annesso, nel quale l'unica figura rappresenta uno schema a blocchi dell'apparecchiatura secondo l'invenzione.

Allo scopo di poter modificare la regolazione di una sezione di binario, generalmente questa deve essere isolata materialmente dal rimanente della linea, per mezzo di un’interruzione I delle rotaie ad un estremo della sezione.

Con riferimento alla figura, una forma preferita di realizzazione dell'invenzione comprende,montati su di un carro ferroviario A (simbolicamente indicato nella figura da un riquadro A), i componenti rappresentati in detto riquadro A. Questi componenti includono anzitutto un motore 1 che aziona meccanicamente un alternatore 2, la cui corrente erogata può essere ammessa od intercettata per mezzo di un interruttore 3. Il motore 1 può essere, per esempio,un motore diesel autonomo, oppure, se il carro portante questa apparecchiatura è automotore, può essere lo stesso motore di locomozione. Nel caso rappresentato, l'alternatore 2 è un alternatore trifase, ed include un'eccitatrice trifase 2A col relativo induttore 2B, una ruota polare 2C comprendente un ponte raddrizzatore 2D ed un avvolgimento induttore 2É,e tre avvolgimenti statorici indotti 2F.

All'interruttore 3 fa seguito un trasformatore trifase 4, destinato a realizzare la tensione relativamente bassa richiesta per il funzionamento dell'apparecchiatura, mentre un ponte raddrizzatore di potenza 5, costituito da elementi statici,converte l'energìa elettrica localmente generata, sinora alternata trifase, in energìa continua. La corrente erogata viene misurata per mezzo di un sensore dì corrente 6, e quindi è avviata ad un gruppo di contatto 7 destinato a trasmetterla alle rotaie R costituenti il binario da riscaldare. Il gruppo di contatto 7 comprende a questo scopo due morse di contatto 7A e 7B, che vengono rispettivamente applicate alle due rotaie R del binario. In considerazione delle correnti elevate da trasmettere, queste morse di contatto sono preferibilmente costituite da ganasce profilate corrispondentemente alla sezione delle rotaie ed azionate da attuatori idraulici.

Il carro A deve essere elettricamente isolato rispetto alla sezione d1 binario di cui deve essere corretta la regolazione. Questo isolamento può essere ottenuto in qualunque modo, per esempio con l'impiego di assali isolati o con l'inserzione di elementi isolanti tra le ruote del carro e le rotaie, ovvero, quando esiste una interruzione I nelle rotaie, disponendo il carro dalla parte opposta alla sezione da trattare rispetto a tale interruzione.

L'apparecchiatura secondo l'invenzione comprende ancora un carrello ferroviario B (simbolicamente indicato nella figura da un riquadro), il quale porta un gruppo di contatto 13 analogo a quello 7 già descritto, e comprendente due morse di contatto 13A e 13B del tutto analoghe alle morse di contatto 7A e 78,ma che, invece di essere connesse ad un'alimentazione di energìa elettrica, sono collegate tra loro da un ponticello 14.

Come si comprende, se i due gruppi di contatto 7 e 13 vengono collegati alle rotaie R alle due opposte estremità del tratto di binario da riscaldare per correggerne la regolazione, il carro A viene isolato elettricamente dalle rotaie della sezione da trattare, e l'apparecchiatura viene messa in funzione, la corrente erogata attraverso il raddrizzatore 5 percorre una prima rotaia tra la morsa di contatto 7A e la morsa di contatto 13A, poi la seconda rotaia tra la morsa di contatto 13B e la morsa di contatto 7B, e riscalda queste rotaie R per effetto Joule. Siccome la corrente è continua, la conduzione ed il riscaldamento coinvolgono uniformemente l'intera sezione delle rotaie R.

Una fase della tensione trifase generata dagli avvolgimenti statorici indotti 2F dell'alternatore 2 alimenta, attraverso un trasformatore 11 ed un ponte di diodi 12, l'avvolgimento induttore 2B dell'eccitatrice 2A del-1'alternatore 2. Preferibilmente l'eccitazione viene controllata da un dispositivo 8 di controllo deil'eccitazione dell'alternatore, sotto il comando del segnale del sensore di corrente 6 e di un controllore di processo 9 a cui pervengono anche i segnali di sensori di temperatura 10 convenientemente applicati alle rotaie R in almeno un punto intermedio della sezione di binario da riscaldare. Al controllore di processo 9 può vantaggiosamente pervenire anche 11 segnale di un dispositivo 15 di controllo di allarme, installato sul carrello B ed avente lo scopo di interrompere il funzionamento dell1apparecchiatura al verificarsi di situazioni anomale o suscettibili di produrre inconvenienti o pericoli. Pertanto il controllore di processo 9, previo confronto dei valori di temperatura delle rotaie forniti dai sensori 10 con il valore impostato dall'operatore, e se abilitato dal dispositivo di controllo d'allarme 15, regola la potenza elettrica applicata alle rotaie R agendo sul controllo di eccitazione 8 dell'alternatore. Grazie al segnale proveniente dal sensore di corrente 6 la potenza erogata può essere regolata sino ad ottenere e mantenere nelle rotaie R la temperatura impostata dall'operatore.

Il procedimento per l'impiego dell'apparecchiatura descritta per correggere la regolazione di una sezione di binario consiste nel definire una sezione di binario in cui la regolazione delle rotaie deve essere corretta con l'impiego dell'apparecchiatura, nel tagliare (se necessario) le rotaie stesse per consentire la variazione di lunghezza della sezione considera4 ta, nell'allentare gli organi di attacco alle traverse delle rotaie facenti parte della sezione considerata, nell'operare per mezzo dell'apparecchiatura il riscaldamento delle rotaie della sezione considerata sino ad una temperatura adatta, ed infine nel serrare nuovamente gli organi di attacco delle rotaie alle traverse.

L'operazione può quindi essere ripetuta su di una successiva sezione del binario, tagliata (se necessario) dal binario seguente, spostata (se necessario) per portarla a contatto con la sezione precedentemente regola-’ ta, e saldata ad essa se ne era stata separata con un taglio.

L‘apparecchiatura secondo l'invenzione può essere inserita in un convoglio operatore comprendente tale apparecchiatura,mezzi per tagliare (se necessario) le rotaie,mezzi per allentare e serrare gli organi di attacco delle rotaie alle traverse, e apparecchiature di saldatura delle rotaie.

Sarà ora esposto un esempio delle condizioni operative di un'apparecchiatura secondò l'invenzione,restando tuttavia ben inteso che tali condizioni operative devono essere determinate caso per caso tenendo conto delle caratteristiche delle rotaie facenti parte della sezione di cui deve essere corretta la regolazione, e delle condizioni ambientali. L'esempio che segue si riferisce ad operazioni eseguite su rotaie del tipo 60 UNI e su un tratto di binario di 144 m.

Sezione della rotaia:7866 millimetri quadrati

Peso lineare: 60 chilogrammi/metro

Peso totale del tratto: 17'280 chilogrammi

Resistenza specifica:20,82 microohm/metro

Resistenza totale (circa):6 milliohm

Variazione di temperatura desiderata:45 gradi centigradi

Tempo di operazione desiderato: 15 minuti

Potenza necessaria (circa) : 408 chilowatt

Superficie lineare del tratto di binario:0,68 metri quadrati/metro Potenza dispersa : 246 watt/metro quadrato

Potenza specifica dispersa: 167 watt/metro

Potenza dispersa totale: 50 chilowatt

Potenza totale necessaria: 460 chilowatt

Intensità di corrente nel tratto di binario:8‘800 ampere Tensione massima ai capi del tratto di binario: 52 volt

Gradiente minimo di incremento di temperatura: 3 “C/minuto

Apparirà chiaro al tecnico del ramo, informato dalla presente descrizione sui principi e sulle caratteristiche dell'invenzione, come le condizioni operative sopra indicate a titolo di esempio debbano essere modificate quando siano differenti le condizioni di partenza.

L'applicazione dell'invenzione assicura la possibilità di effettuare una efficace regolazione termica di rotaie già posate e presentanti una regolazione inesistente od imperfetta, senza che sia necessario a tale scopo procedere alla sostituzione delle rotaie esistenti con nuove rotaie regolate all'atto della loro posa.

Sebbene sia stata descritta una sola forma di realizzazione dell'invenzione, apparirà chiaro al tecnico del ramo che essa è suscettibile di numerose modificazioni e sostituzioni di equivalenti tecnici, senza dipartirsi dall'ambito dell'invenzione e dalla portata del presente brevetto.

In particolare, qualunque mezzo può essere utilizzato per generare localmente e per controllare la corrente continua destinata ad essere applicata alle rotaie per effettuarne il riscaldamento.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 .Apparecchiatura per la correzione della regolazione termica di rotaie ferroviarie posate, prive di regolazione od aventi una regolazione imperfetta,caratterizzata dal fatto che comprende un gruppo generatore di corrente continua,montato su di un carro ferroviario destinato a scorrere su dette rotaie ma isolato dalle rotaie di detta sezione, in modo da non stabilire un collegamento elettrico tra di esse; una coppia di prime morse di contatto portate da detto carro, connesse all'uscita di detto gruppo generatore e suscettibili di essere collegate ad una prima estremità delle due rotaie costituenti la sezione di binario di cui si vuole correggere la regolazione termica; un carrello dotato di una analoga coppia di seconde morse di contatto, collegate tra loro e suscettibili di essere collegate ad una seconda estremità del-le due rotaie costituenti la sezione di binario di cui si vuole correggere la regolazione termica, opposta a detta prima estremità; e mezzi per regolare la potenza elettrica erogata da detto gruppo generatore in modo da produrre nella sezione di binario considerata un riscaldamento sino ad una temperatura prefissata. 2 .Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto gruppo generatore di corrente continua, per sé di qualunque genere, è predisposto per erogare una corrente suscettibile di essere regolata in modo continuo in funzione delle condizioni operative. 3 .Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto gruppo generatore di corrente continua comprende un motore, un alternatore azionato da detto motore, un trasformatore della corrente erogata da detto alternatore, ed un ponte raddrizzatore di potenza disposto per convertire la corrente alternata proveniente da detto trasformatore in una corrente continua da avviare a dette prime morse di contatto. 4 .Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto motore è un motore diesel autonomo. 5 .Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto motore è lo stesso motore di locomozione di cui è dotata l'apparecchiatura, avente carattere automotore. 6 .Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto alternatore è del tipo ad eccitazione controllata, e sono previsti sensori di corrente inseriti tra l'uscita di detto ponte raddrizzatore e dette prime morse di contatto, sensori di temperatura applicati ad un punto intermedio di detta sezione di binario, ed un controllore di processo disposto per utilizzare i segnali emessi da detti sensori allo scopo di controllare l'eccitazione di detto alternatore. 7 .Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3 o 6, caratterizzata ss dal fatto che detto alternatore è un alternatore trifase, ed include un' eccitatrice trifase col relativo induttore, una ruota polare comprendente un ponte raddrizzatore ed un avvolgimento induttore, e tre avvolgimenti statorici indotti. 8 .Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che un ponte di semiconduttori totalmente controllato è inserito tra l'alternatore ed il trasformatore per alimentare quest'ultimo in modo controllato. 9 . Apparecchiatura secondo l a rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che sono altresì previsti dei mezzi di controllo di sicurezza, collegati a detto controllore del processo per interrompere il funzionamento dell'apparecchiatura al verificarsi di situazioni anomale o suscettibili di produrre inconvenienti o pericoli. 10 .Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che dette morse di contatto sono costituite da ganasce profilate corrispondentemente alla sezione delle rotaie ed azionate da attuatori idraulici. 11 . Procedimento per la correzione della regolazione termica di rotaie ferroviarie posate, prive di regolazione od aventi una regolazione imperfetta, con l'impiego di un'apparecchiatura secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 8,caratterizzato dal fatto che consiste nel defini« re una sezione di binario la cui regolazione deve essere corretta con l'impiego di detta apparecchiatura, nel tagliare (se necessario) le rotaie «! stesse per consentire la variazione di lunghezza della sezione considerata, nell'allentare gli organi di attacco alle traverse delle rotaie facen«I ti parte della sezione considerata, nell'operare per mezzo dell’apparecchiatura il riscaldamento delle rotaie della sezione considerata sino ad una temperatura adatta,ed infine nel serrare nuovamente gli organi di attacco delle rotaie alle traverse, ed ove occorra nel ripetere tale operazione su di una successiva sezione del binario, tagliata (se necessario) dal binario seguente, spostata (se necessario) per portarla a contatto con la sezione precedentemente regolata,e saldata ad essa se ne era stata separata con un taglio. 12 .Apparecchiatura e procedimento per la correzione della regolazione termica di rotaie ferroviarie posate, prive di regolazione od aventi una regolazione imperfetta, caratterizzati dalle particolarità, disposizioni e funzionamento, quali appaiono dalla descrizione sopraestesa. e dal disegno annesso -o sostituiti da loro equivalenti tecnici , presi nel loro insieme, nelle loro varie combinazioni o separatamente.