ES2220225A1 - Sistema integral de guiado de trenes, "caja rodante de guiado central" (r.b. "rolling box system"). - Google Patents
Sistema integral de guiado de trenes, "caja rodante de guiado central" (r.b. "rolling box system").Info
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Abstract
Sistema integral de guiado de trenes, "Caja rodante de guiado central". (R.B. "rolling box system). Descripción: Carril de guía (1) formado por dos perfiles doble T, de ala ancha, paralelos con separación de 500 mm. Caja rodante de guiado central (2) conjunto de cuatro ruedas de eje vertical situadas en los extremos de dos barras de acero que se cruzan en forma de aspa. El conjunto esta colocado entre dos placas de acero de 700 x 400 x 25 mm formando una caja de la que sobresalen lateralmente las ruedas de guiado para apoyar tangencialmente sobre el alma de los perfiles del carril de guía. Cilindro de anclaje pivotante (3) de doble función: Ancla la caja bajo el vehículo y transmite el giro de la caja para orientar las ruedas portantes. Reivindicaciones: Carril de guía antidescarrilamiento y antivuelco - Guiado central independiente de ruedas portantes - Presión y adherencia constantes de las ruedas de guiado - Orientación de las ruedas portante mediante la introducción de tecnología automovilística para guiado de trenes.
Description
Sistema integral de guiado de trenes, "caja
rodante de guiado central" (R.B. rolling box system).
La citada invención desarrolla un sistema de
guiado de vehículos de transporte de gran precisión y robustez,
que simplifica y mejora los procedimientos utilizados hasta la
fecha.
Con el fin de acotar el sector técnico de su
aplicación dentro del campo de los ferrocarriles, es conveniente
hacer una breve exposición de los sistemas de guiado
tradicionales.
El sistema de guiado más utilizado desde el
nacimiento del ferrocarril y extendido universalmente es el llamado
"rueda de pestaña" caracterizado porque las ruedas portantes
-sean o no motrices- realizan conjuntamente una doble función:
sustentación y guiado del vehículo.
La rueda de sección troncocónica, tiene una
pestaña de tres centímetros que desliza sobre un carril de guía e
impide el descarrilamiento.
Ha sido y es, el mas utilizado en los
ferrocarriles de todo el mundo, con diferentes anchuras de vía.
Otro grupo de sistemas de guiado se caracteriza
porque separa o disocia de las ruedas portantes la función de
guiado. Sustentación y guiado se realizan con mecanismos
independientes.
Dentro de este grupo los diferentes sistemas
también se distribuyen en dos clases:
a) Sistemas de guiado lateral, en los cuales el
guiado se efectúa mediante bandas o guías laterales situadas a
ambos lados del tren. Las bandas o carriles paralelos y externos a
las ruedas implican una complicada y demasiada visible
instalación.
b) Sistemas de guiado central, en los que el
guiado se realiza mediante una o dos guías situadas bajo el centro
del tren y a diferente altura en relación con el eje teórico o real
de las ruedas.
Dentro de esta segunda clase b), es donde procede
incluir el sistema de guiado central de la invención cuya patente
se solicita, con el fin de delimitar el sector en el que se debe
efectuar la investigación del preceptivo "Informe del estado de
la técnica".
El estudio comparado de los sistemas actualmente
en funcionamiento nos permite afirmar que los mecanismos de guiado
central actuales pueden ser superados mediante la aplicación de
notables innovaciones y con dicho fin, presentamos el Sistema
"Caja rodante de guiado central". que pretende resolver el
problema técnico planteado al disociar las funciones de
sustentación y guiado que estaban unidas en la rueda de pestaña y
que obligaba a instalar un nuevo mecanismo doble de guiado
independiente para cada lado, con los defectos señalados al
describir los sistemas citados en el apartado anterior.
La orientación de la caja de los vehículos y el
guiado de las ruedas, simultáneamente presentaban graves
dificultades, que se han resuelto eficazmente al integrar de modo
unitario en un sólido conjunto los mecanismos de guiado de ambos
lados, cuyos detalles se describen a continuación:
Se titula genéricamente como "Sistema
integral" porque coordina de modo global los tres conjuntos
mecánicos que forman una infraestructura de transporte guiado, tal
como se muestran en figura 1
1- Plataforma de circulación: Carril de guía.
2- Mecanismo de guiado: Caja rodante de
guiado
3- Instalación en vehículo: Cilindro de anclaje
giratorio
El mecanismo principal es el Sistema "Caja
rodante" que opera como un interfaz entre el vehículo y la
plataforma de rodadura, (carril de guía).
Aunque las tres partes son estructuralmente
independientes, su funcionamiento es forzosamente complementario y
por ello su descripción se realizara de modo escalonado para
exponer claramente sus características.
Básicamente esta formado por dos vigas o
perfiles de acero, doble T, de ala ancha de 260 mm, paralelos con
una separación de 500 mm entre las almas de cada perfil, según se
muestra en figura 2. (1)
Su eficacia mecánica para ser utilizados como
raíles laterales del carril de guía es el resultado de las
siguientes condiciones:
a) Características físicas. b) Su posición, c) Su
acoplamiento
a) Características físicas
- Composición del material: Acero de alta
dureza.
- Forma: Perfil doble T: Angular que ofrece la
máxima resistencia a los esfuerzos de torsión y flexión
- Dimensiones: De ala ancha, de longitud igual al
alma de la viga. (260 mm) que ofrecen superficie suficiente para
el apoyo de los mecanismos antidescarrilamiento y antivuelco de la
caja rodante
b) Posición: Paralelismo y verticalidad. Ambos
perfiles deben ser inalterablemente paralelos y con el alma en
situación vertical en relación con la plataforma de rodadura.
Paralelismo: Se consigue mediante el encaje y
sujeción del ala inferior de los perfiles en la estructura de
asiento y anclaje, representada en la fig. 3 que detallamos
seguidamente:
Las alas inferiores de cada perfil (1) encajan
exactamente en los cortes efectuados en las alas de dos viguetas
de acero doble T, de 100 mm paralelas (2) con una separación de
600 mm y perpendiculares al carril de guiado, fig. 5, (1), (2).
Ambas viguetas estarán unidas por dos placas de acero, paralelas
al carril y situadas en su parte exterior. fig. 4, (4). Forman un
rectángulo en cuyo interior estarán arriostradas por dos placas de
acero, de 100 mm de ancho que se cruzan en el centro diagonalmente
en forma de X, (5).
Este dispositivo es una estructura rectangular
muy sólida que asegura la equidistancia para mantener un perfecto e
inalterable paralelismo de los perfiles del carril.
Verticalidad: Se sostienen en posición vertical
mediante cuatro topes de acero, ( dos en cada vigueta transversal),
de sección trapezoidal o triangular que horizontalmente se asientan
en las viguetas transversales y verticalmente se apoyan en la cara
externa del alma del carril de guiado.
Figuras 3, (3) y Fig. 4, (2) y
(3)
Ambos elementos de paralelismo y verticalidad
permiten un ajuste exacto y rápido del carril de guiado sobre la
plataforma de rodadura con la máxima economía de tiempo y
materiales.
Acoplamiento: La continuidad de un carril de
guiado se realiza con la unión de sus varios elementos o tramos,
(raíles o perfiles), de longitudes transportables y manejables,
para construir líneas kilométricas.
En el Sistema que presentamos la unión o
acoplamiento de los tramos se consigue mediante el encaje
machihembrado del borde de los extremos de los perfiles doble T
que formaran el carril de guiado, según se muestra en Fig. 6, (1a)
en perspectiva isométrica.
Este tipo de unión ofrece la máxima seguridad
pues bloquea totalmente la separación de los tramos en sentido
transversal, (horizontal y vertical), que únicamente pueden ser
separados mediante tracción en sentido longitudinal. Esta
característica es muy importante pues se opone a las fuerzas que
provocarían el vuelco o el descarrilamiento al actuar
transversalmente sobre el carril de guiado.
El mecanismo de acoplamiento descrito permite un
rápido montaje del carril que refuerza el paralelismo y la
verticalidad, sin necesidad de soldadura o piezas de enlace para
unir los numerosos tramos de perfiles doble T, que lo
componen.
Su diseño básico consiste en un conjunto de
cuatro ruedas, (o rodillos) con rodamientos o cojinetes interiores,
cuyos ejes verticales (6) se sitúan en los extremos de dos barras
de acero, en posición horizontal (4) que se cruzan o articulan a
través de un eje central, (3) como diagonales de un cuadrado,
formando cuatro ángulos de 90 grados.
Este mecanismo estará colocado entre dos placas
de acero (2) para formar una especie de caja que realiza una
triple función:
- Sujeción complementaria de los ejes verticales
de las ruedas de guía.
- Centrado de los ejes o barras de acero
horizontales en su punto de cruce.
- Anclaje del conjunto mediante sujeción de la
caja en el puente o bogie que une las ruedas portantes del
tren.
Geométricamente, el cuadrado en cuyos vértices
se sitúan los ejes de las ruedas de guía, esta inscrito en una
placa rectangular de acero (2), de 700 x 500 mm, cuyos lados más
largos son paralelos al carril de guiado, de tal modo que cubren
las ruedas en su parte frontal y posterior. La altura de la caja,
debe ser inferior a la altura del alma de los perfiles del carril de
guía (260 mm), aproximadamente 210 mm según se representa en la
fig. 7.
Las ruedas de guiado (dos por cada lado) (9)
sobresalen lateralmente varios centímetros de las placas de acero,
(2) (superior e inferior), para apoyar tangencialmente sobre el
alma de dos vigas doble T, paralelas que forman el carril de
guiado. (1)
Los rodillos antivuelco (10), están colocados
sobre la cara externa de las placas superior e inferior de la caja
rodante y únicamente entran en contacto con las alas de los
perfiles del carril de guiado si se produce una inclinación
excesiva del vehículo, evitando un roce brusco y el vuelco
consiguiente. Su cantidad puede ser variable, pero en la fig. 8 se
han señalado seis en cada placa.
El anclaje del conjunto -Caja rodante- se sitúa
debajo del vehículo, en posición central, equidistante y a
diferente altura, según el sistema de tracción, de las ruedas
portantes.
El sistema descrito se muestra gráficamente en
los dibujos que se adjuntan a la presente Descripción, cuyas
características detallamos a continuación:
- Cada una de las ruedas de guía (9) de un lado,
esta unida con la del lado opuesto mediante un eje (4) que se cruza
en ángulo recto con el eje que sustenta el otro par de ruedas de
guía (9). De este modo se equilibran y compensan las fuerzas que
transmiten o soportan al dirigir el avance del vehículo.
- La sujeción complementaria de las placas
superior e inferior (2) de la caja, aumenta la precisión y firmeza
de la posición de los ejes de las ruedas de guía con doble efecto:
"isostático", (igual situación) e "isodinámico", (igual
presión en cada lado).
- Es un conjunto integral, compacto e
indeformable; una caja de tipo modular, abierta lateralmente, con
dos ruedas de guía por cada lado.
- Por su diseño modular permite el montaje de
uno o dos módulos por cada puente o eje de ruedas portantes,
(incluso independientemente), lo que a L duplicar la cantidad de
puntos de guía (ocho ruedas de guía, cuatro en cada lado) aumenta
la firmeza del guiado, especialmente intensa en alta velocidad.
- El sistema de anclaje del conjunto y las
reducidas dimensiones de la caja rodante permiten una gran
flexibilidad de instalación en altura, en relación con el piso de
los vagones y de la superficie de rodadura. Su montaje puede
realizarse en tres niveles:
a) Inferior a la superficie de rodadura: Los
raíles de guiado, (carril) estarían colocados bajo rasante, en
forma de canal o ranura.
b) Sobre la superficie de rodadura, pero debajo
o a la misma altura del eje o bogie de las ruedas portantes.
c) En posición superior al eje teórico, (no hay
eje físico) de las ruedas portantes independientes.
Esta flexibilidad de anclaje ofrece una gran
compatibilidad con todo tipo de vehículo de transporte guiado, y
con cualquier sistema motriz o clase de ruedas (metálicas o
neumáticos)
- Ruedas de guiado (9): Sobresalen lateralmente
en varios centímetros, de las placas superior e inferior (2), para
apoyar tangencialmente sobre el alma de las vigas doble T del
carril de guía (1). También pueden utilizarse rodillos. La
diferencia con las ruedas consiste en que aunque ambas piezas,
ruedas y rodillos, son cilíndricas, en los rodillos la altura del
cilindro es mayor que el diámetro de la base, lo que da una mayor
superficie de contacto y de guiado. El diámetro de las ruedas debe
ser superior a 150 mm y su grosor debe ser mayor de 50 mm.
El material de las ruedas puede ser metálico,
plástico o cerámico, con el grado de dureza y elasticidad que
se consideren más convenientes.
- Estructura modular que integra en un solo
conjunto los diferentes elementos del sistema y permite su
aplicación múltiple sin tener que aumentar las dimensiones de la
caja (700 x 400 mm.), o la anchura del carril (500 mm. entre
vigas doble T), para reforzar el efecto de guiado. Es más eficaz
instalar dos cajas por cada par de ruedas portantes.
- Anclaje de los ejes verticales: Eje central y
cuatro ejes de ruedas de guiado.
- Eje Central: Es un grueso cilindro de acero 70
mm (3) que centra y sujeta los dos anillos de los ejes
horizontales portantes.(4)
En sus extremos, superior e inferior se adelgaza
para formar un prisma de base cuadrada que se inserta exactamente
en una perforación de igual forma y dimensión de las placas de
acero de la caja.
Ese prisma se prolonga también en un vástago
roscado que sobresale de las placas como tomillo de una fuerte
tuerca hexagonal que bloquea el conjunto.
- Ejes verticales de las ruedas de guiado: Tienen
un doble anclaje. En los brazos de las horquillas (5) situadas en
los extremos de los ejes horizontales portadores y en las placas
superior e inferior de la caja. (2)
Las ruedas giran en torno a los ejes (6) mediante
cojinetes o rodamientos axiales (7), que permanecen fijos con sus
extremos alojados en las horquillas y en las placas. También, como
el eje central, se adelgazan en sus extremos en forma de prisma de
base cuadrada y vástago final roscado, con tuerca hexagonal.
Es importante señalar que en el alojamiento de
los ejes en las placas se incluye un silenbloc (8) en forma de
anillo elástico o junta homocinética para amortiguar las
dilataciones o vibraciones que pudieran producirse.
- Mecanismo de reglaje de presión y adherencia
constante:
Consiste en una barra con un tornillo intermedio
(11), que acorta o alarga milimétricamente su longitud. Se sitúa
entre dos brazos portantes de las ruedas guía (4), cuyo movimiento
de tijera, (limitado por topes), permite una mínima desviación del
ángulo de 90 grados que se traduce en un variación de la distancia
entre los puntos de tangencia de las ruedas de cada lado.
Una desviación de 0,5 grados equivale 2,7 mm. y
0,25 grados equivalen a 1,4 mm de distancia entre puntos de
tangencia, lo que supone una tolerancia suficiente para compensar
las dilataciones o desgaste de los materiales de guiado, sin que
por ello varie la presión pues el tornillo de reglaje compensa las
variaciones que pudieran producirse.
En el ángulo opuesto y a igual distancia entre
ejes se coloca un muelle o amortiguador que mantiene una
adherencia constante de las ruedas guía contra el carril de
guiado.
Este mecanismo también puede ser substituido por
un procedimiento de reglaje de presión automático mediante la
instalación de dos amortiguadores telescópicos de presión regulable
completado con dos muelles, similares a los utilizados en los
automóviles.
El modelo que hemos descrito de Caja rodante de
guiado central es el único sistema que con un solo mecanismo
modular compensa y equilibra simultáneamente la presión y
adherencia de las cuatro ruedas de guiado.
Es un conjunto extraordinariamente robusto y
sometido únicamente a fuerzas transversales de guiado, puesto que n
o es un elemento portante del peso del vehículo.
Su reducido tamaño y fácil montaje y extracción
permiten efectuar rápidamente los trabajos de revisión, reparación
engrase y limpieza de la caja rodante.
Introducción: Los diferentes modelos de anclaje
posibles son complementarios del mecanismo principal del Sistema
Caja rodante, pero según sus efectos de guiado se pueden distinguir
dos grupos:
I- Anclaje rígido o semirígido y II- Anclaje
giratorio, (pivotante)
- El anclaje rígido obliga al vehículo a seguir
la trayectoria marcada por la caja rodante, sin que produzca
orientación de ejes, ni de ruedas portantes.
- El anclaje semirígido permite un leve
movimiento giratorio del conjunto
caja-eje-ruedas, sin orientación de
ruedas portantes.
Ambos modelos no son subsistemas del sistema
"Caja rodante", sino mecanismos integrantes de su instalación,
sin efectos autónomos.
- El anclaje giratorio puede considerarse como
un subsistema en sentido estricto, para optimizar los efectos de
guiado de la caja rodante según exponemos seguidamente:
Concepto: Es un mecanismo que transmite el
movimiento de giro de la caja rodante, a las ruedas portantes, al
adaptarse al carril de guía, con un efecto de guiado igual al de la
dirección de los vehículos automóviles.
Esta formado por tres componentes básicos: fig. 9
y fig. 10
- El cilindro de anclaje y orientación. (1). Es
una robusta pieza de acero, perforada en el centro para permitir el
paso del eje o "pivote de anclaje". Se une firmemente mediante
tomillos a la placa superior de la caja rodante.
- El eje central o "pivote" de anclaje (2),
alrededor del cual gira el cilindro de orientación, que se apoya en
dos rodamientos (3) situados en la parte superior e inferior de su
interior.
El eje en su extremo inferior tiene un reborde en
el que se asienta un rodamiento y en su extremo superior esta
roscado o tallado para permitir su sujeción en el bastidor o eje
del vehículo y su reglaje en altura. (2a)
- Collarín dentado o (cremallera) circular (4),
situado en la cara externa del cilindro de orientación, a la altura
conveniente para engranar con los mecanismos de orientación de las
ruedas portantes, ( piñón, tomillo sin fin o ruedas dentadas)
Su finalidad es convertir el movimiento circular
de la caja rodante en un movimiento rectilíneo, mediante el
cilindro de orientación, cuyo collarín dentado actúa sobre un
conjunto de engranajes, varillas y rotulas que mueven las manguetas
de las ruedas portantes para hacer que giren en torno a su diámetro
vertical.
En este punto es conveniente señalar que la
orientación de dichas ruedas se consigue con dos mecanismos
funcionalmente complementarios, pera constructivamente
diferentes:
a) El mecanismo de anclaje pivotante. Transmite
el movimiento giratorio de la caja rodante de guiado y es un
conjunto técnicamente original y patentable. Este mecanismo engrana
mediante el collarín dentado con
b) El mecanismo de dirección de las ruedas,
conjunto de piezas indicada anteriormente que componen el sistema
generalmente usado en vehículos automóviles y que no consideramos
patentable.
El cilindro de anclaje pivotante es el mecanismo
referente para medir el ángulo de desviación de la caja rodante de
guiado con relación al eje longitudinal del vehículo.
La carrocería o chasis de los trenes,
teóricamente siguen una trayectoria rectilínea que se adapta
progresivamente al trazado en curvas, mas o menos forzadamente
según sea el carril de guiado, (birraíl o monocarril).
En el sistema "Caja rodante de guiado
central" el ángulo de desviación de las ruedas portantes,
respecto del eje longitudinal del vehículo, debe ser igual al
ángulo de desviación de la caja de guiado.
La desviación de las ruedas, (orientación) se
consigue mediante el giro del cilindro de anclaje que conecta con
el mecanismo b) cuyas piezas formar un trapecio articulado que
actúa sobre los extremos del diámetro horizontal de las ruedas para
que giren en torno a su eje vertical.
El ángulo de desviación de la caja al entrar en
curva se mide en relación con el eje longitudinal del vehículo. El
cilindro de anclaje giratorio marca la desviación en grados, que se
inicia desde 0° al principio de la curva hasta alcanzar un valor
máximo,en su centro y desde este punto tiende a 0°, que se alcanza
cuando sale de la curva. En este momento el ángulo de desviación se
anula al coincidir geométricamente el eje longitudinal del vehículo
con el eje del trazado o carril de guiado.
La medición del ángulo de desviación se consigue
mediante sensores ópticos, de tal modo que con una función
matemática integral se puede conocer en cada momento el valor
angular de la desviación, su oscilación de 0° a 0° y el radio de
curvatura del trazado.
En conjunto y por sus efectos el subsistema de
anclaje giratorio, pivotante es semejante a los sistemas de
dirección utilizados en la industria automovilística, pero más
seguro pues sus componentes son más robustos y están sometidos a
menores esfuerzos dinámicos. Incluso permite intercalar
dispositivos o "cajas de multiplicación" para hacer más
sensible su movimiento.
Brevemente podemos resumir su sencilla eficacia
al decir que permite la orientación de las ruedas portantes al
sustituir la caja de dirección normal de los vehículos automóviles
por el cilindro de anclaje y orientación descrito
anteriormente.
Observación: En la presente Descripción del
sistema no hemos señalado dimensiones concretas, porque su validez
conceptual no se altera, aunque se realice con diferentes medidas,
siempre que se conserven las formas indicadas.
La descripción efectuada anteriormente de los
distintos componentes del Sistema, se complementa con su
representación gráfica, mediante una serie de dibujos en
proyecciones ortogonales y axonométricas que facilitan la
comprensión de su estructura y funcionamiento.
Figura 1: Sección en alzado frontal. Vista
general el Sistema: (1) Carril de guía. (2) Caja rodante de guiado
central. (3) Cilindro anclaje.
Figura 2: Perspectiva cónica central. (1) Carril
de guía formado por dos perfiles paralelos, de acero doble T, de
ala ancha; dimensiones ala = alma.
Figura 3: Sección en alzado frontal. Sistema de
asiento y sujeción del carril en plataforma: (1) Carril. (2)
Vigueta de acero doble T normal. Perpendicular al carril, con
cortes en alas para asiento y encaje paralelo de los perfiles del
carril. (3) Topes de acero para posición vertical.
Figura 4: Vista en planta de la Figura anterior,
mostrando: (1) Carril de guía. (2) Viguetas de anclaje y
paralelismo. (3) Topes de verticalidad. (4) Placas de
arriostramiento externo, (5) Placas de arriostramiento interno.
Figura 5: Sección en alzado lateral. Detalle de
la Figura anterior mostrando: (1) Carril de guía. (2) Viguetas
transversales.
Figura 6: Perspectiva isométrica: (1) Corte de
raíl de guía. (2) Detalle de: bordes machihembrados del perfil que
permite encaje sin soldadura.
Figura 7: Sección en alzado frontal del Sistema
Caja Rodante de guiado Central: (1) Carril de guía. (2) Placas de
cierres de la Caja rodante. (3) Eje central vertical. (4) Ejes
horizontales, articulados en tijera, portadores de las ruedas de
guiado. (5) Horquillas portadoras de los ejes verticales de las
ruedas de guiado. (6) Ejes verticales de las ruedas de guiado. (7)
Rodamientos axiales de las ruedas de guiado. (8) Silemblocs de los
ejes verticales, situados en las placas superior e inferior de la
Caja rodante. (9) Ruedas de guiado tangentes a los perfiles del
carril de guiado. (10) Rodillos antivuelco.
Figura 8: Vista en planta de los mismos elementos
de la Figura anterior, con igual numeración, mas n° (11) que señala
muelle y barra con tomillo de reglaje de presión de ruedas sobre
carril.
Figura 9: Sección en alzado frontal. Vista
general del Subsistema de anclaje giratorio: (1) Cilindro de
anclaje pivotante. (2) Eje pivotante. (2a) Extremo roscado del eje
anterior para "ajuste fino" de reglaje en altura. (3)
Rodamientos axiales. (4) Collarín dentado.
Figura 10: Vista en planta de los elementos de la
Figura anterior.
Figura 11: Vista expansiva axonométrica. Despiece
del Subsistema: (1) Cilindro de anclaje. (2) Eje pivotante. (2a)
Extremo roscado del eje. (3) Rodamientos. (4) Collarín dentado.
Figura 12: Perspectiva axonométrica. Vista
general del Subsistema: (1) Cilindro giratorio. (2) Collarín
dentado.
Figura 13: Vista en planta de esquema comparativo
de los efectos de guiado de tres tipos de anclaje:
a) Anclaje rígido sin orientación de ejes ni de
ruedas portantes. El eje real o teórico (ruedas independientes)
permanece perpendicular al eje longitudinal del vehículo. Es
adecuado para ejes traseros.
b) Anclaje semirígido: El eje real o teórico gira
con la caja rodante, pero permanece perpendicular al plano vertical
de las ruedas portantes. Permite una pequeña orientación del
conjunto eje -ruedas mediante una corona o rodamiento. Es
recomendable para vehículos remolcados.
c) Anclaje giratorio (pivotante): El giro de la
caja se transmite a las ruedas portantes, pero el eje o bastidor
de sujeción, permanece perpendicular al eje longitudinal del
vehículo. El efecto de guiado es igual al de la dirección de los
automóviles.
Figura 14: Alzado frontal de esquema comparativo
de instalación en vehículos del Sistema Caja rodante de guiado
central:
a) Instalación bajo eje real o teórico de eje
delantero de ruedas portantes.
b) Instalación sobre plinto en nivel superior al
eje teórico de ruedas portantes.
c) Instalación bajo eje real o teórico de eje
trasero de ruedas portantes dobles.
El sistema de guiado central descrito
anteriormente: Caja rodante y carril de guiado, admite variaciones
en su construcción, en cuanto a la utilización de materiales y
dimensiones del conjunto. Esta versatilidad no altera su. concepto
mecánico ni desvirtúa su funcionamiento. fig. 7 y fig. 8
La estructura básica: loes ejes portantes
horizontales (4), que se cruzan en ángulo recto y en cuyos extremos
se anclan los ejes verticales (6) de las ruedas de guiado pueden
ser barras o perfiles metálicos de sección variable, sin que esta
variación influya en su firmeza estructural ni en su
funcionamiento.
También algunos elementos pueden estar integrados
en una sola pieza o formados por varias partes, especialmente los
ejes horizontales portantes, que pueden ser de montaje rígido o
articulado.
El modo de realización que presentamos se
caracteriza por su sencillez constructiva y lo titularemos como
"Caja rodante de guiado con ejes compuestos, roscados en anillo
central"
- Dos barras de acero de sección circular, (tipo
palier), (4) diagonales de un cuadrado geométrico de 40
centímetros de lado; divididas cada una en dos partes iguales, se
atornillan en dos gruesos anillos en torno a un eje de acero,
vertical que centra el conjunto, de tal modo que respectivamente
tienen un movimiento de tijera que les permite un mínimo
desplazamiento angular inferior a un grado.
- Entre cada dos brazos y en sentido
perpendicular al carril de guía se instalan dos barras y muelles de
amortiguación (11), que forman el mecanismo de adherencia y de
presión de las ruedas de guiado (9) que se describe
posteriormente.
- En los extremos opuestos y también roscados, se
atornillan cuatro fuertes horquillas (5), que sujetan los ejes
verticales (6) de las ruedas de guiado, situados en los vértices
del cuadrado geométrico. Es una estructura en forma de aspa, cuyos
brazos forman ángulos de 90 grados. Ver Figura 4.
- Este mecanismo se coloca entre dos placas de
acero de grueso variable (2) (20 a 30 mm.) que sujetan los cinco
ejes verticales de la caja: Un eje central y cuatro ejes de las
ruedas guía.
Ambas placas son rectangulares con dimensiones
de 700 x 400 cms de lado, colocadas de forma que los lados más
largos son paralelos a los carriles de guía y sobresalen 5 cms
sobre el cuadrado geométrico de 40 x 40 cms en cuyos vértices se
colocan los ejes verticales de las ruedas de guiado.
El anclaje giratorio para orientación de ruedas
portantes admite variaciones en su modo de realización sin que por
ello se altere su concepto estructural y funcional. Sin embargo
básicamente hay dos modos constructivos claramente diferenciados
por la forma y dimensiones del eje central o pivote de anclaje, que
detallamos a continuación:
a) Anclaje con eje central único. Es una sola
pieza de acero, que atraviesa la caja rodante de guiado y el
cilindro de anclaje y orientación fijado en su placa superior, cuyo
extremo final roscado se aloja en el bastidor o chasis del
vehículo. Es un eje común a la caja y a su anclaje. Fig. 9 (2)
b) Anclaje con eje de dos piezas independientes.
Son dos ejes distintos pero alineados verticalmente en el centro
geométrico de la caja:
- Eje de la caja rodante. Esta tiene su propio
eje que sirve como árbol de las horquillas que sostienen las
ruedas de guiado y no tiene movimiento independiente. Es un eje que
gira con la caja.
- Eje del cilindro de anclaje giratorio. En su
base inferior y mediante un rodamiento sirve de apoyo al cilindro
al que atraviesa verticalmente para quedar fijo e inmovilizado en
el bastidor del vehículo. Este eje no gira; es un pivote en torno
del cual gira el cilindro de anclaje unido solidamente a la
caja.
Como modelo de realización presentaremos este
ultimo tipo de anclaje con eje de dos piezas independientes, pues
su descripción grafica permite visualizar fácilmente su estructura
y funcionamiento, al estar exenta de otros elementos del sistema de
caja rodante, tal como detallamos seguidamente:
Cilindro de anclaje y orientación: Es una pieza
de acero de 200 mm. de diámetro y 200 mm de altura. Fig. 9
(1)
Tiene una perforación central de 70 mm para
permitir el paso del eje pivotante, el cual esta centrado mediante
dos rodamientos axiales (3) alojados en la parte superior e
inferior del cilindro.
En su parte inferior externa tiene un reborde de
25 mm de anchura por 50 mm de altura con varias perforaciones
para ser atornillado en la placa superior de la caja, de tal modo
que esta gira solidariamente con el cilindro en torno al eje de
anclaje.
Eje central o pivote de anclaje: Es una pieza
cilíndrica de 70 mm de diámetro, que en su extremo inferior tiene
un reborde de 35 mm de ancho por 25 mm de alto para servir de
asiento del rodamiento en el que se apoya el cilindro de
orientación.
Su longitud es mayor que la del cilindro al que
atraviesa y se prolonga con un final roscado que ancla el
conjunto y permite su reglaje en altura. El centro de este pivote
esta alineado geométricamente con el eje de la caja rodante.
Collarín dentado o cremallera circular: Es un
anillo de acero (4) que ciñe la cara externa del cilindro de
anclaje, situado a la altura adecuada para permitir su acoplamiento
con los engranajes, (piñones o ruedas dentadas) del sistema de
dirección (orientación) de las ruedas portantes.
El conjunto es un mecanismo robusto y seguro que
convierte el movimiento angular de la caja rodante en un movimiento
rectilíneo orientador de las ruedas portantes del vehículo de modo
similar al utilizado en la industria automovilística, utilizando
todos los mecanismos complementarios: propulsión suspensión
amortiguación y frenado sin necesidad de modificaciones.
Ambos mecanismos, Sistema y Subsistema se
integran formando un conjunto fuerte y compacto que se instala
fácilmente con una sola operación de anclaje en cualquier vehículo
de transporte guiado colectivo:
- Todo tipo de vehículos, de carga o viajeros y
cualquier sistema de propulsión: motriz, remolcado o tracción
distribuida.
- Cualquier tipo de acoplamiento rodante: bogies,
ejes, diferenciales o ruedas, independientes.
- Cualquier tipo de ruedas portantes: metálicas o
neumáticas, de cualquier medida.
- Cualquier cantidad y disposición de ruedas:
Pares, con eje o sin eje, dobles pares, en posición longitudinal o
paralelas
- Cualquier potencia, carga o velocidad.
La exposición del Sistema contenida en la
presente Descripción indica que sus mecanismos son innovadores en
relación con el estado de la técnica en el sector del transporte
guiado al que pertenece.
- También se deduce que la actividad inventiva
realizada por su creación no es consecuencia del estado de la
técnica hasta el momento actual.
- Y por último, señala su amplia compatibilidad
para ser aplicado en el sector ferroviario mediante la introducción
de técnicas de la industria automovilística en los transportes
guiados colectivos generando la construcción de nuevos vehículos
híbridos de trenes y automóviles.
Claims (15)
1. Sistema integral de guiado de trenes "Caja
rodante de guiado central", (R.B. rolling box system),
caracterizado porque comprende los tres conjuntos mecánicos
que forman una infraestructura de transporte de guiado de trenes.
(Fig. 1)
- Carril de guía.
- Caja rodante de guiado central
- Cilindro de anclaje y orientación de
ruedas.
2. Sistema integral de guiado de trenes, según
reivindicación 1, caracterizado porque el Carril de guía:
esta formado básicamente por dos vigas de acero, perfil doble T de
ala ancha (longitud de ala igual a longitud de alma), de 260 mm,
paralelas con una separación de 500 mm entre las almas de ambos
perfiles. Su forma angular ofrece en una misma pieza el apoyo
vertical y horizontal para los mecanismos antidescarrilamiento y
antivuelco de la caja rodante. Por su sección y dimensiones tienen
la máxima resistencia frente a las fuerzas de torsión y flexión,
necesaria en un carril de guiado. (Fig. 2)
3. Sistema integral de guiado de trenes, según
reivindicación 2, caracterizado porque el paralelismo de
los perfiles se consigue mediante su encaje y sujeción en una
estructura metálica (representada en las Fig. 3 y 5), de forma que
las alas inferiores de cada perfil encajan exactamente en los
cortes efectuados en las alas de dos viguetas de acero, doble T
normales (de dimensiones 120 mm de ancho por 900 mm de longitud.)
paralelas, con una separación entre almas de 600 mm. y
perpendiculares al carril de guía.
Ambas viguetas están unidas por dos placas de
acero, (120 x 25 mm) paralelas al carril y situadas en su parte
exterior. Internamente están arriostradas por dos placas de acero
de las mismas dimensiones, que se cruzan diagonalmente en forma de
aspa. (Fig. 4)
Este dispositivo es una estructura rectangular
muy sólida que asegura la equidistancia para mantener un perfecto e
inalterable paralelismo de los perfiles del carril.
4. Sistema integral de guiado de trenes, según
reivindicación 2 caracterizado porque la perfecta
verticalidad del alma de los perfiles del carril, se consigue con
el apoyo de cuatro topes de acero, (dos en cada vigueta
transversal), de sección trapezoidal o triangular, que
horizontalmente se asientan en las viguetas transversales y
verticalmente en la cara exterior del carril de guía, (Fig. 3 y
Fig. 4).
Ambos dispositivos de Paralelismo y Verticalidad
permiten un ajuste exacto y rápido del carril de guía sobre la
plataforma de rodadura con ahorro de tiempo y materiales.
5. Sistema integral de guiado de trenes, según
reivindicación 2 caracterizado porque el acoplamiento de
tramos y la continuidad del carril se consigue mediante el encaje
machihembrado del borde de los extremos de los perfiles doble T,
que formaran el carril de guía. Fig. 6, (1a), y cuyo efecto
mecánico impide la separación de los tramos en sentido transversal
y únicamente pueden ser desacoplados mediante tracción en sentido
longitudinal.
El mecanismo de acoplamiento descrito permite un
rápido montaje del carril, sin necesidad de soldadura o piezas de
enlace para unir los numerosos tramos de perfil doble T que
compondrían un carril de guía de longitud kilométrica.
6. Sistema integral de guiado de trenes, según
reivindicación 1 Caja rodante de guiado central que actúa como un
interfaz entre el carril de guía y el vehículo guiado,
caracterizado por ser una estructura modular que integra en
un solo bloque mecánico compacto, los diferentes elementos del
sistema. (Fig. 7 y Fig. 8) que detallamos seguidamente:
Conjunto de cuatro ruedas o rodillos (9), con
rodamientos axiales interiores (7), cuyos ejes verticales (6), se
sujetan en horquillas (5) situadas en los extremos de dos barras
o ejes de acero horizontales (4) que se cruzan o articulan a
través de un eje central (3), como diagonales de un cuadrado o
rectángulo. Estará colocado entre dos placas de acero (2),
rectangulares de 700 x 400 mm y un grueso de 20 a 30 mm, que
sujetan los cinco ejes verticales de la caja rodante: un eje
central (3) y los cuatro ejes (6) de las ruedas de guiado.
Las ruedas de guiado, (9) (dos por cada lado),
sobresalen lateralmente varios centímetros de las placas de acero
(superior e inferior) para apoyar tangencialmente sobre el alma de
los perfiles doble T paralelos que forman el carril de guía. Sus
dimensiones aproximadas deben ser: Diámetro no inferior a 150 mm y
grosor no inferior a 50 mm.
La altura de la Caja debe ser inferior a la
altura del alma de los perfiles del carril, (260 mm.),
aproximadamente 210 mm. y su anclaje se sitúa debajo del vehículo
en posición central, equidistante de las ruedas portantes.
7. Sistema integral de guiado de trenes, según
reivindicación 6: caracterizado porque cada una de las
ruedas de guiado de un lado esta unida con la del lado opuesto
mediante un eje horizontal (4) que se cruza con el eje que sustenta
el otro par de ruedas de guiado, consiguiendo la compensación
estática y dinámica de las fuerzas transversales contrarias que
actúan en los puntos de tangencia con el carril de guía. El cruce de
los ejes horizontales permite un limitado movimiento de tijera
para compensar y equilibrar las fuerzas que transmiten o soportan
al dirigir el avance del vehículo y también se amortiguan las
dilataciones o desgastes que pueda sufrir el material, con un doble
efecto: Isostático e Isodinámico.
8. Sistema integral de guiado de trenes, según
Reivindicación 6: caracterizado porque el Eje central, (3)
es un grueso cilindro de acero (70 mm) que centra los ejes
horizontales (4) portadores de las ruedas de guiado (9) y sujeta
las placas superior e inferior (2) de la caja actuando como nexo de
unión de todos sus componentes y compensa y equilibra todas las
fuerzas que coinciden en el centro geométrico de la Caja
rodante.
9. Sistema integral de guiado de trenes, según
reivindicación 6: Doble anclaje elástico de los ejes verticales
(6) de las ruedas portantes, caracterizado por su fijación
en las horquillas (5) de los ejes horizontales, con movimiento de
tijera (de apertura limitada) y por su anclaje en las placas
superior e inferior (2) mediante silemblocs (8) o anillos
elásticos que absorben los movimientos y vibraciones generados al
efectuar el guiado.
10. Sistema integral de guiado de trenes, según
Reivindicación 6: Presión y adherencia constantes de las ruedas de
guiado sobre los perfiles del carril de guía caracterizado
por la instalación de un mecanismo de reglaje de presión,
consistente en una barra (11) con un tornillo intermedio que
alarga o acorta milimétricamente su longitud, situada entre los
brazos
de dos ejes horizontales (4) portantes de las ruedas de guiado.
de dos ejes horizontales (4) portantes de las ruedas de guiado.
En el ángulo opuesto y a igual distancia de ejes
se coloca un muelle o amortiguador que mantiene una adherencia
constante de las ruedas contra el carril de guía.
11. Sistema integral de guiado de trenes, según
Reivindicación 6: Mecanismo antivuelco, caracterizado por
la colocación de varios rodillos (10) sobre la cara externa de las
placas superior e inferior de la caja rodante, bajo las alas de los
perfiles del carril de guía. Únicamente entran en contacto con
dichas alas, si se produce una inclinación excesiva del vehículo
evitando un roce brusco e impidiendo su vuelco. Su cantidad puede
ser variable, pero en la Fig. 8, se han señalado seis en cada cara.
(10).
12. Sistema integral de guiado de trenes, según
Reivindicaciones 1 y 6: Cilindro de anclaje y orientación de
ruedas, es un mecanismo de doble efecto:
a) Anclaje o fijación de la caja rodante de
guiado central en los vehículos (función pasiva)
b) Orientación de las ruedas, (función
activa).
caracterizado por la instalación de una
pieza cilíndrica de acero de 200 mm de diámetro y 200 mm de
altura. (dimensiones variables). (1) Fig. 9, 10, 11 y
12.
Tiene una perforación central de 70 mm para
permitir el paso del eje pivotante (2), el cual esta centrado
mediante dos rodamientos axiales, (3). En su parte inferior tiene
un reborde de 25 mm de anchura por 50 mm de altura con varias
perforaciones para ser atornillado en la placa superior de la caja
rodante, de tal modo que esta gira solidariamente con el cilindro en
torno al eje pivotante.
13. Sistema integral de guiado de trenes, según
reivindicación 12: Reglaje en altura del anclaje de la caja
rodante en el vehículo, caracterizado por la longitud
variable, (adaptable a la altura de los vehículos) del eje central
o pivote de anclaje (2)
Es una pieza cilíndrica de 70 mm de diámetro que
en su extremo inferior tiene un reborde de 35 mm de ancho por 25
mm de alto para servir de asiento del rodamiento en el que se
apoya el cilindro de orientación (1). Su longitud es mayor que la
altura del cilindro que atraviesa y se prolonga en un final roscado
que ancla el conjunto en el vehículo.
Este dispositivo permite un doble reglaje en
altura: a) Reglaje normal dependiente de la longitud del eje
pivotante, b) Ajuste fino, milimétrico efectuado por el extremo
roscado del eje (Fig. 1, 2a), para que coincidan las ruedas de
guiado con el centro del perfil lateral del carril de guía. (Fig.
14.) Esquema comparativo de anclaje en diferentes alturas.
14. Sistema integral de guiado de trenes, según
Reivindicación 12, caracterizado por la conversión del
movimiento angular de la caja rodante de guiado en movimiento
rectilíneo y su transmisión al mecanismo de dirección de las ruedas
portantes, mediante un dispositivo formado por un collarín dentado
(4) o cremallera circular de acero, que ciñe la cara externa del
cilindro de anclaje (1), situado a la altura conveniente para
permitir su acoplamiento con los engranajes, (ruedas dentadas o
piñones) del sistema convencional de dirección (orientación)
utilizado en la industria del automóvil. (Fig. 9,10,11,12)
15. Sistema integral de guiado de trenes, según
Reivindicaciones anteriores que introduce un concepto innovador
de guiado caracterizado porque el Sistema se adapta al
diferente comportamiento mecánico, (estático y dinámico), de los de
ejes de ruedas portantes según sea su posición en el vehículo :
traseros, intermedios o delanteros. (Fig. 13) Esquema comparativo
de anclajes.
a) Anclaje rígido, (sin giro): Efectúa el guiado
del vehículo sin variar la posición del conjunto
eje-ruedas portantes. (Ejes traseros).
b) Anclaje semirigido: Permite una pequeña
orientación del conjunto eje-ruedas, respecto del
eje longitudinal del vehículo, (Ejes secundarios y vehículos
remolcados.)
c) Anclaje giratorio que orienta las ruedas
portantes del eje delantero, real o teórico, ( sin giro de este) de
modo igual al de los sistemas de dirección de los vehículos
automóviles.
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