ES2248836T3 - Dispositivo para toma de fuerza electrica para trenes basculantes. - Google Patents

Dispositivo para toma de fuerza electrica para trenes basculantes.

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ES2248836T3
ES2248836T3 ES97500111T ES97500111T ES2248836T3 ES 2248836 T3 ES2248836 T3 ES 2248836T3 ES 97500111 T ES97500111 T ES 97500111T ES 97500111 T ES97500111 T ES 97500111T ES 2248836 T3 ES2248836 T3 ES 2248836T3
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Juan Felix Garcia Amigot
Asier Jauregi Benito
Nicolas Moliner Loriente
Rafael Aranzabal Corta
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Abstract

UN ENSAMBLAJE DE TOMA DE ENERGIA ELECTRICA QUE COMPRENDE UN PANTOGRAFO (4) ENSAMBLADO SOBRE UNA PLATAFORMA (1), SIENDO CAPAZ DICHA PLATAFORMA DE MOVERSE EN UNA DIRECCION TRANSVERSAL EN RELACION AL VEHICULO (3) Y QUE ESTA CONECTADO A UN CARRETON (1516) DE DICHO VEHICULO A TRAVES DE UNO O MAS CONTROLES FLEXIBLES (12) QUE COMPRENDEN UN RECUBRIMIENTO FIJO Y UNA BOBINA MOVIL QUE ESTA CONECTADA A LA PLATAFORMA (1) A TRAVES DE UN MECANISMO REDUCTOR/AMPLIFICADOR (13) Y AL CARRETON A TRAVES DE UNOS DISPOSITIVOS DE TIRANTE (14) QUE TRASMITEN A LA BOBINA (12) DE CONTROL LOS MOVIMIENTOS BASCULANTES DEL CARRETON.

Description

Dispositivo para toma de fuerza eléctrica para trenes basculantes.
La presente invención se refiere a una instalación para toma de fuerza eléctrica para trenes basculantes, que comprende un pantógrafo que puede moverse respecto de la caja del vehículo ferroviario en el que va montado, de modo que no se vea afectado por los movimientos de basculación aplicados a dicha caja, manteniéndose en posición prácticamente fija respecto del bastidor del bogie de dicho vehículo.
La tendencia de acortar los tiempos de viaje dentro del transporte por ferrocarril ha suscitado un interés por diseñar vehículos ferroviarios que hagan efectivo este objetivo sin necesidad de construir nuevos trazados preparados para la circulación a alta velocidad. Dentro de este tipo de trenes están los que se denominan basculantes. Un tren basculante es aquel que, mediante un dispositivo incorporado en el mismo, produce un peralte adicional al de la vía, a su paso por las curvas. Este peralte adicional es función de la velocidad de marcha y de las características de la curva. Gracias a él el vehículo puede circular por curvas a mas velocidad evitando, además, los tiempos perdidos en la deceleración y aceleración
posterior.
Los métodos de basculación que se conocen aplican un giro relativo entre el bogie y la caja del vehículo. A los trenes eléctricos basculantes se les presenta el problema adicional de cómo conseguir una toma de fuerza a través del pantógrafo sobre un vehículo que sufre grandes giros de balanceo provocados por el sistema de basculación. Es necesario instalar un dispositivo que ayude a que el pantógrafo no se despegue de la catenaria de alimentación eléctrica del tren debido a los movimientos de basculación.
A lo largo de los últimos años se han desarrollado varios tipos de trenes basculantes eléctricos que han resuelto el problema de la toma de fuerza de maneras diversas. A continuación se exponen brevemente las soluciones adoptadas.
a) Pantógrafo instalado en locomotora no basculante. En esta solución el tren basculante se compone de varios coches de pasajeros que basculan remolcados por una locomotora que no bascula. En esta locomotora se instala el o los pantógrafos convencionales sobre el techo del vehículo. Esta solución presenta los inconvenientes de que, por una parte, los maquinistas que van en la locomotora sufren unos niveles de aceleración lateral muy elevados en comparación a los que experimentan los pasajeros; y por otra, la necesidad de utilizar una locomotora obliga a que la composición del tren tenga un número de coches elevado (mas de tres) o bien resulta necesario arrastrar un peso inútil si la composición es mas
corta.
b) Pantógrafo unido a la estructura del bogie. Esta solución se utiliza en trenes automotores, es decir, unidades de tren para pasajeros que incorporan el motor en uno o varios coches. El pantógrafo se instala en la parte superior del vehículo amarrado a una estructura que va solidaria con la parte de bogie que no bascula. De esta manera se consigue que el pantógrafo siga en todo momento los movimientos del bogie sin que el giro de la basculación que se aplica sobre la caja del vehículo le afecte. Esta solución presenta varios inconvenientes. Por una parte, la necesidad de instalar una estructura desde el bogie hasta el techo del coche obliga a reducir el espacio útil del mismo donde va incorporado, perdiendo plazas para pasajeros y lugar para la instalación de equipos auxiliares del tren. Por otra parte, hay un incremento considerable de peso, debido a la estructura adicional que hay que instalar para el pantógrafo. Como ventajas hay que indicar que la instalación de un sistema puramente mecánico para sujetar el pantógrafo aporta al sistema un nivel de fiabilidad muy elevado.
c) Pantógrafo unido al bogie mediante un dispositivo de sirgas. Este sistema mantiene el pantógrafo aproximadamente sobre el mismo eje vertical del bogie mientras que la caja puede bascular por debajo sin influir sobre su posición. Un pantógrafo con este sistema se describe en la patente europea con n° de publicación 485.273. Según se describe en dicha patente, el pantógrafo está colocado sobre una plataforma que rueda sobre el techo del coche. La plataforma está unida con el bastidor del bogie mediante unas sirgas que deslizan sobre unas poleas situadas en la caja. Las sirgas son tensadas mediante tambores que se sitúan en la plataforma móvil. Las ventajas de este sistema son dos: reducción considerable de peso y aumento del espacio útil dentro de la caja. En este caso se sustituye toda la estructura metálica de la solución anterior por unas sirgas que van instaladas por la periferia de la caja. Entre los inconvenientes hay que indicar que la configuración de sirgas transmite al pantógrafo no solo el movimiento de basculación, sino también todos los movimientos que la suspensión secundaria tiene en su funcionamiento habitual. Estos movimientos, en comparación con los de basculación que son cuasi-estáticos, se producen durante la marcha del vehículo y tienen un contenido en frecuencia superior. Por lo tanto, todo el sistema del pantógrafo está sometido a solicitaciones de tipo cuasi-estático y dinámico que reducen la vida del sistema
completo.
Además, en JAPAN ABSTRACTS OF JAPAN vol. 17, no. 479 (M-1471) [31], 31 August 1993 (1993-08-31) & JP 05 115104 A (RAILWAY
TECHINCAL RESEARCH INSTITUTE), 7 May 1993 (1993-05-07) se describen mandos para transmisiones flexibles que comprenden una carcasa exterior o camisa y un alma interior móvil, en la cual los medios de anclaje están montados entre el bastidor del bogie y la caja del mismo. Esta configuración particular de los medios de anclaje provoca que el mecanismo transmita no sólo el movimiento de basculación sino también el movimiento completo de la suspensión secundaria al pantógrafo con el resultado de un empeoramiento en las condiciones de funcionamiento.
La presente invención se refiere a una instalación para toma de fuerza eléctrica para trenes basculantes compuesta por un pantógrafo del tipo últimamente citado, unido al bogie mediante un dispositivo de sirgas, cuyo objetivo fundamental es eliminar los inconvenientes señalados, de modo que al pantógrafo se transmitan solamente los movimientos debidos a la basculación y no los debidos a la suspensión secundaria.
Otros objetivos de la invención son simplificar el sistema y asegurar un adecuado funcionamiento de la misma.
El dispositivo de la invención comprende un pantógrafo instalado sobre una plataforma situada sobre el techo de un vehículo ferroviario, cuya plataforma puede moverse respecto de dicho techo en dirección perpendicular al eje del vehículo y está relacionada con el bogie del mismo a través de al menos un mando de transmisión flexible que transmite a dicha plataforma el movimiento de basculación de la caja del vehículo. El mecanismo de basculación consiste en una configuración cinemática compuesta de varios brazos oscilantes que se instalan entre el bastidor del bogie y la traviesa basculante del bogie. En este caso, la suspensión secundaria está situada por encima del bogie. Las características básicas de esta instalación, de acuerdo con la presente invención, son que el mando o mandos de transmisión flexibles se conectan al bogie en puntos situados por debajo de los elementos de suspensión, de modo que a la plataforma serán transmitidos sólo los movimientos debidos a la basculación, mientras que los desplazamientos debidos a la suspensión secundaria no se transmitirán, siendo absorbidos, al igual que en un vehículo no basculante, por el sobreancho del patín del pantó-
grafo.
Según otras características de la invención, el mando o mandos de transmisión flexibles del sistema están compuestos por una funda o carcasa fija y un alma móvil respecto de dicha carcasa. Este mando o mandos van conectados a la plataforma sobre la que se monta el pantógrafo a través de un mecanismo reductor/amplificación del movimiento del alma del mando o mandos de transmisión flexibles, mientras que se conectan al bogie a través de dispositivos de anclaje que van montados entre la traviesa y el bastidor del bogie y transmiten al alma del mando o mandos sólo los movimientos de basculación entre bastidor y traviesa de dicho bogie.
El alma del mando o mandos de transmisión flexibles puede desplazarse linealmente respecto de la carcasa de dichos mandos y trabajar solo a tracción o bien a tracción y compresión. En el primer caso será necesario disponer al menos dos mandos de transmisión, mientras que en el segundo será suficiente con disponer uno. También el alma del mando o mandos de transmisión pueden ser giratorios respecto de la carcasa y trabajar con solicitaciones de par en un solo sentido o en los dos sentidos. En el primer caso habría que disponer al menos dos mandos de transmisión, mientras que en el segundo caso sería suficiente con disponer un solo mando.
La plataforma irá montada, de acuerdo con la invención, sobre cuatro cojinetes articulados desplazables sobre sendas guías rectas y coplanarias, que van dispuestas transversalmente sobre el techo del vehículo, en posición simétrica respecto del tramo longitudinal medio del mismo, con inclinación ascendente hacia el interior.
Las características expuestas, así como otras propias de la invención, se exponen seguidamente con mayor detalle con ayuda de los dibujos adjuntos, en los que se muestra, de forma esquemática y a título de ejemplo no limitativo, una posible forma de realización.
En los dibujos:
La figura 1 es una sección transversal esquemática de un vehículo de ferrocarril, en posición normal, dotado de la invención para toma de fuerza eléctrica.
La figura 2 es una sección similar a la figura 1, con el vehículo en posición inclinada.
La figura 3 es un alzado frontal del pantógrafo incluido en la invención.
La figura 4 corresponde al detalle A de la figura 3, a mayor escala y parcialmente seccionado.
La figura 5 muestra un mecanismo reductor/amplificador para conexión entre los mandos de transmisión flexibles y la plataforma del pantógrafo, ocupando la situación que corresponde a la posición del vehículo mostrada en la figura 1.
La figura 6 es una vista similar a la figura 5, mostrando al mecanismo en la situación que ocupará cuando el vehículo se encuentre en la posición de la figura 2.
La figura 7 muestra un dispositivo de tensado a través del que se conectará el alma de los mandos de transmisión flexibles a la plataforma del pantógrafo.
La figura 8 muestra, en sección diametral, un dispositivo de anclaje del mando o mandos de transmisión flexibles al bogie.
Según puede apreciarse en las figuras 1 y 2, la instalación de la invención incluye una plataforma 1 que va situada sobre el techo 2 de un vehículo ferroviario 3. La plataforma puede girar y trasladarse sobre el techo respecto de la caja del vehículo 3 mediante un sistema de guiado, cuya constitución se explicará más abajo con referencia a las figuras 3 y 4. Sobre la plataforma 1 va instalado el pantógrafo 4 con todos sus componentes.
Como mejor se aprecia en la figura 3, la plataforma 1 dispone de brazos inferiores 6 que van articulados a respectivos cojinetes 7 deslizables sobre guías 8 rectas instaladas sobre el techo 2 del vehículo.
Los cojinetes 7, tal y como se muestra en la figura 4, pueden incluir rodillos superiores 9 e inferiores 10 que apoyan y ruedan sobre las guías 8. El rodillo inferior 10 puede estar montado sobre un vástago desplazable en dirección perpendicular a la guía 8, cuya posición puede regularse mediante un tornillo de precarga 11.
La instalación de la invención incluye además, según se muestra en las figuras 1 y 2, uno o mas mandos 12 de transmisión flexibles que se conectan a la plataforma 1 del pantógrafo a través de un mecanismo reductor/amplificador 13. La conexión de los mandos de transmisión al bogie del vehículo se realiza a través de dispositivos de anclaje 14 que van montados entre el bastidor 15 y la traviesa 16 del bogie, en la que quedan incluidos los elementos de suspensión
17.
Con esta constitución, el movimiento de la plataforma 1, que tiene lugar en dirección transversal del eje longitudinal del vehículo, será proporcional al giro relativo entre la traviesa 16 del bogie y el bastidor 15 del mismo. De este modo, solo serán transmitidos los movimientos debidos a la basculación y no los debidos a la suspensión secundaria 17 que, de forma igual que en un vehículo no basculante, serán absorbidos por el sobreancho del patín 18, figura 3, del pantógrafo.
El mando o mandos 12 de transmisión flexibles estarán compuestos por una camisa o carcasa y un alma desplazable respecto de dicha camisa. El mando o mandos de transmisión serán flexibles para que puedan ser instalados a través de la estructura del tren, adaptándose al espacio libre existente y a los desplazamientos relativos entre la caja 3 del vehículo y la traviesa 16 del bogie, debidos a la flexibilidad de la suspensión 17. Su misión consistirá en convertir el movimiento de giro de basculación que se produce entre el bastidor 15 y traviesa 16 del bogie en un movimiento relativo entre la plataforma 1 del pantógrafo y el techo 2 del vehículo. Este movimiento puede ser transmitido de dos maneras diferentes a través del mando de transmisión flexible, dependiendo de la naturaleza o constitución de este.
Puede utilizarse por ejemplo un mando de transmisión flexible de traslación. Para este caso de configuración el alma del mando tendrá un desplazamiento longitudinal respecto de la carcasa exterior, de uno a otro extremo de la misma. Por otro lado, podría utilizarse un mando de transmisión flexible de rotación, en el que el alma del mando tendrá una rotación respecto de la carcasa o camisa exterior.
En el caso de mando de transmisión flexible de traslación, el alma puede trabajar con solicitaciones de fuerza solo de tracción, o bien de tracción y compresión.
En el primer caso será necesario instalar al menos dos mandos de transmisión, tal y como se representa en las figuras 1 y 2, para que cada uno absorba únicamente solicitaciones de tracción en un sentido, mientras que en el segundo caso seria suficiente disponer de un solo mando flexible.
Del mismo modo, en el caso de mandos flexibles de transmisión de rotación, el alma puede trabajar con solicitaciones de par en un solo sentido o en dos sentidos de giro. En el primer caso habría que instalar dos mandos de transmisión flexibles, mientras que en el segundo caso seria suficiente disponer de un solo mando de transmisión flexible.
Con el fin de mejorar la fiabilidad del sistema podrían instalarse mandos de transmisión flexibles duplicados.
Como los movimientos del pantógrafo 4 deben ser proporcionales a los del bogie, es preciso colocar el mecanismo reductor/amplificador 13 de desplazamiento o de giro para conseguir la relación de reducción/amplificación de desplazamientos o de giros adecuadas.
Este mecanismo puede estar constituido, tal y como se representa en las figuras 5 y 6, por una palanca 19 que va articulada al techo 2 del vehículo por uno de sus extremos, mientras que por el extremo opuesto se articula a una biela 20. El extremo libre del biela está articulado por su extremo libre a un pie central 21 solidario de la plataforma 1 que soporta el pantógrafo. A un punto intermedio 22 de la palanca 19 se conecta el alma 23 del mando o mandos 12 de transmisión flexibles, mientras que la carcasa 24 de dichos mandos de transmisión flexibles se amarra al techo 2 del vehículo mediante un soporte 25. Cuando el alma 23 se alarga o encoge una cantidad L_{M}, provoca el giro de la palanca 19 y con ello el desplazamiento de la biela 20 una longitud L_{P}, respecto del techo 2 del vehículo. La selección adecuada del punto 22 de articulación del alma 23 a la palanca 19 determina el factor de amplificación aplicado sobre L_{M}:
L_{p} = (L_{2}/ L_{1}) * L_{M}
El factor de amplificación aplicado a cada vehículo dependerá de la relación geométrica existente entre los movimientos relativos bogie/caja/pantógrafo.
Cuando se disponen dos o mas mandos 12 de transmisión flexibles, figura 1, la conexión de la biela 20, figura 5, al pie central 21 de la plataforma 1 puede realizarse a través de un dispositivo de tensado como el mostrado en la figura 7. El mismo está compuesto por un tensor elástico 26 y un dispositivo de centrado 27 convencional, que se colocan entre sí en serie. Utilizando esta disposición, en el caso de mandos flexibles de traslación (no rotativos), se asegura que el alma de estos mandos trabaje siempre a tracción y en el caso de mandos flexibles de rotación, se asegura que el alma trabaje siempre con un par de torsión del mismo sentido. Además este dispositivo de tensado absorbería las diferencias de desplazamiento existentes entre los mandos durante el desplazamiento de la plataforma 1.
En la figura 8 se representa una posible forma de realización del dispositivo de anclaje 14 de los mandos 12 de transmisión flexibles al bogie. Este dispositivo está compuesto por una carcasa 28 y un vástago 29, ambos acoplados y desplazables telescópicamente entre sí. La carcasa 28 y el vástago 29 incluyen articulaciones 30 y 31 para su conexión al bastidor 15 y traviesa 16 del bogie. La carcasa 24 del mando de transmisión flexible se ancla mediante las tuercas 32 a la carcasa 28, mientras que el alma 23 del mando de transmisión flexible se fija al vástago 29. Este dispositivo puede utilizarse para transmitir el movimiento de basculación entre el bastidor 15 y traviesa 16 del bogie al alma 23 del mando de transmisión flexible.
Con la constitución descrita, cuando debido a un movimiento de basculación la traviesa 16 del bogie comienza a inclinarse respecto del bastidor 15, pasando por ejemplo de la posición representada en la figura 1 a la posición representada en la figura 2, el dispositivo de anclaje 14 se alarga (o se acorta en función del sentido del giro), desplazando el alma 23 del mando 12 de transmisión flexible respecto de la carcasa 24 del mismo una longitud L_{M}. En la parte superior del sistema (techo), el mando flexible, a través del mecanismo reductor/amplificador 13, convierte el desplazamiento relativo del mando flexible L_{M} en un desplazamiento relativo equivalente plataforma de pantógrafo 1/techo 2, designado por L_{p} en las figuras 5 y 6, de forma que la plataforma 1 del pantógrafo se mantiene aproximadamente en su posición centrada respecto al bogie, girando y desplazándose sobre las guías rectas 8, figura 3, a través de los cojinetes articulados 7. Al recuperar el vehículo la posición de la figura 1, los desplazamientos descritos se producirán en sentido inverso.

Claims (7)

1. Dispositivo, para toma de fuerza eléctrica para trenes basculantes, que comprende un pantógrafo (4) instalado sobre una plataforma (1) situada sobre el techo (2) de un vehículo ferroviario (3), cuya plataforma puede moverse en dirección transversal respecto del eje longitudinal del vehículo y está conectada mecánicamente con el bogie (15,16) del mismo a través de al menos un mando (12) de transmisión flexible que transmite a dicha plataforma el movimiento de basculación de la caja (3) del vehículo, comprendiendo el mando o mandos (12) de transmisión flexibles una funda o carcasa fija (24) y un alma (23) móvil respecto de dicha carcasa, caracterizada porque el mando o mandos (12) están conectados a la plataforma (1) a través de un mecanismo (13) reductor/amplificador del movimiento del alma (23) y conectado al bogie (15,16) a través de un dispositivo de anclaje (14) montado entre el bastidor (15) del bogie y la traviesa (16) del bogie, cuyo movimiento relativo está afectado solo por la basculación, transmitiendo el dispositivo de anclaje (14) únicamente los movimientos de basculación del bogie al alma (23) del mando o mandos (12) de transmisión.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el alma (23) del mando o mandos (12) de transmisión flexibles es desplazable linealmente respecto de la carcasa (24) de los mandos de transmisión.
3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el alma (23) del mando o mandos (12) de transmisión flexibles es giratorio con respecto de la carcasa (24) de dichos mandos.
4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la plataforma (1) va montada sobre cuatro cojinetes (7) articulados desplazables sobre guías rectas (8), que van dispuestas transversalmente sobre el techo (2) del vehículo (3), con inclinación ascendente hacia el interior.
5. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el mecanismo (13) reductor/ampli-
ficador comprende una palanca (19) que va articulada por un extremo al techo (2) del vehículo y por el opuesto a una biela (20) que se conecta por su extremo libre a la plataforma (1), estando la carcasa (24) del mando (12) de transmisión flexible unida a un soporte (25) fijado al techo (2) del vehículo, mientras que el alma (23) se conecta a un punto intermedio de la palanca (19).
6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque intercalado entre la biela (20) y la plataforma (1) se inserta un dispositivo tensor que comprende un tensor elástico (26) y un dispositivo de centrado (27), que están conectados entre sí en serie.
7. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de anclaje (14) comprende una carcasa (28) y un vástago (29) acoplados y desplazables entre sí telescópicamente, estando los puntos (30,31) de dicha carcasa (28) y vástago (29) conectados, de forma articulada, entre el bastidor (15) y la traviesa (16) del bogie, estando la carcasa (24) y alma (23) del mando (12) de transmisión flexible anclados, respectivamente, a la carcasa (28) y al vástago (29) del dispositivo de anclaje (14).
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