ES2307945T3 - Disco para rueda de vehiculo ferroviario. - Google Patents
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Abstract
Una rueda de vehículo ferroviario, que tiene su plano central (P1) perpendicular a su eje de rotación (Z) de la rueda, rueda que comprende una llanta de rueda (1) formada por una superficie de rodadura (2) y un reborde (3), una placa de rueda (4) y un cubo de rueda (5), donde el perfil transversal de la placa de rueda (4) está situado a lo largo de la línea central teórica, línea central que corre entre un primer punto (A) situado en el lugar de transición (6) en el que la placa de rueda (4) se transforma en la llanta de rueda (1), y un punto central (C), punto central (C) que está situado en el lado opuesto del plano central (P1) respecto del reborde (3), en la posición de máximo pandeo axial de la placa de rueda (4), y un segundo punto (B) situado en la posición (7) donde la placa de rueda (4) se transforma en el cubo de rueda (5), caracterizada porque el primer punto (A) y el segundo punto (B) de la línea central de la placa de rueda (4) están situados en un plano (P2), plano (P2) que es perpendicular al eje de rotación (Z) de la rueda, está desplazado respecto al plano central (P1) en dirección al borde externo (8) de la llanta de rueda (1), y donde la distancia (H3) entre el plano (P2) y el punto central (C) de la línea central de la placa de rueda (4), es como mucho 0,5 veces la anchura (H1) de la llanta de la rueda (1), donde las partes individuales de la línea central de la placa de la rueda (4) están formadas mediante curvas cúbicas o están formadas mediante arcos circulares, de forma que la sección desde el primer punto (A) hasta el punto central (C), consiste en una curvatura que tiene un primer radio externo (R5) de la curva, y en otra curvatura que tiene un primer radio interno (R6) de la curva mediante lo que, en esta sección, el primer radio interno (R6) es mayor el primer radio externo (R5), y una sección desde el segundo punto (B) hasta el punto central (C), que consiste en una curvatura que tiene un segundo radio externo (R8) de la curva, y en una curvatura de un segundo radio interno (R7) de la curva, mediante lo que el segundo radio interno (R7) en esta sección, es mayor que el radio externo (R8).
Description
Disco para rueda de vehículo ferroviario
La presente invención se refiere al diseño de
una rueda de vehículo ferroviario, rueda de vehículo ferroviario
que siempre está algo deformada debido al sustancial esfuerzo
térmico y el subsiguiente enfriamiento, en combinación con cargas
por fuerzas de la rueda, cuando la rueda es frenada mediante una
zapata de freno.
Las ruedas de vehículo ferroviario constan de
tres partes principales, un cubo de la rueda, una llanta de la
rueda y una placa de la rueda, placa de la rueda que proporciona la
transición entre el cubo de la rueda y la llanta de la rueda. En el
arte, se conoce ruedas que tienen una placa de rueda plana. Sin
embargo, las utilizadas con mayor frecuencia son las ruedas ligeras
con varias placas curvas y perfiladas, donde la placa de rueda
influye en la resistencia de la rueda frente a las cargas mecánicas
y térmicas.
El diseño estándar, y aun el más frecuente, en
el funcionamiento de vehículos ferroviarios, es la rueda con una
placa formada por un perfil tangencial, la denominada rueda
UIC-ORE. Esta rueda puede resistir elevadas
temperaturas en la llanta de la rueda. Sin embargo, su desventaja es
una alta tensión en la llanta de la rueda tras su enfriamiento, y
la aparición de deformaciones plásticas debido a la baja
elasticidad. Las desventajas limitan sustancialmente el uso de
presiones superiores del eje, presiones que por lo tanto son
insuficientes en particular en el caso de vagones de mercancías de
vehículos ferroviarios.
Otra rueda de vehículo ferroviario conocida y
utilizada con frecuencia, es una rueda diseñada con forma de
campana según la patente DE 3 117 572. En este diseño, la línea
central de la rueda, es decir su eje, está formada por una curva
regular definida por una función coseno. En la práctica, a menudo
tres radios de curvatura idénticos aproximan la curva. En el caso
de esta rueda, la ventaja es un peso inferior de la rueda, y una
tensión residual inferior en la llanta cuando esta se enfría tras la
frenada. Sin embargo, para ser utilizado a presiones de eje
superiores, tal diseño de rueda necesita tener una placa de rueda
reforzada, mediante lo que se pierde la ventaja de un peso menor, y
además el nivel de tensiones residuales en la llanta de la rueda es
peor, junto con deformaciones superiores en la llanta de la rueda
con respecto al cubo de la rueda.
Las desventajas mencionadas arriba son
eliminadas sustancialmente mediante una rueda de vehículo
ferroviario, que tiene su plano central perpendicular al eje de
rotación de la rueda, rueda que comprende una llanta de rueda
formada por una superficie de rodadura y un reborde, una placa de
rueda y un cubo de rueda, donde el perfil transversal de la placa
de rueda está situado a lo largo de la línea central teórica, línea
central que corre entre un primer punto situado en el lugar de
transición, donde la placa de rueda se transforma en la llanta de
la rueda, un punto central, punto central que está situado en el
lado opuesto del plano central, respecto del reborde, en el lugar
de máximo pandeo axial de la placa de la rueda, y un segundo punto
situado en el lugar en que la placa de la rueda se transforma en el
cubo de la rueda, rueda de vehículo ferroviario la cual consiste en
que el primer punto y el segundo punto de la línea central de la
placa de la rueda están situados en un plano, plano que es
perpendicular al eje de rotación de la rueda, está desplazado
respecto del plano central en la dirección hacia el borde externo
de la llanta de la rueda, y donde la distancia entre el plano y el
punto central de la línea central de la placa de la rueda, es como
mucho 0,5 veces la anchura de la llanta de la rueda, donde las
partes individuales de la línea central de la placa de la rueda,
están formadas mediante curvas cúbicas o están formadas mediante
arcos circulares, de modo que la sección desde el primer punto
hasta el punto central, consiste en una curvatura que tiene un
primer radio externo de la curva, y otra curvatura que tiene un
primer radio interno de la curva mediante lo que, en esta sección,
el primer radio interno es mayor que el primer radio externo, y una
sección desde el segundo punto hasta el punto central, consiste en
una curvatura que tiene un segundo radio externo de la curva, y en
una curvatura de un segundo radio interno de la curva, de modo que
el segundo radio interno en esta sección es mayor que el segundo
radio externo.
El plano central de la placa de la rueda corre a
través de la llanta de la rueda, en la posición del denominado
círculo de la banda de rodadura, donde teóricamente la superficie de
rodadura de la rueda contacta con el centro de la cabeza de un
rail. La curvatura de la línea central de la placa de la rueda con
el primer radio externo, está situada más próxima a la llanta de la
rueda que la curvatura con el primer radio interno, y la curvatura
con el segundo radio externo está situada más próxima al cubo la
rueda, que la curvatura con el segundo radio interno.
Considerando el diseño de carretón de vagón
ferroviario, y la guía y las separaciones de flancos en un conjunto
de ruedas de un carretón, el máximo pandeo axial de la placa de
rueda se selecciona preferentemente de forma que la superficie de
la placa de rueda no exceda el borde externo de la llanta de la
rueda. Preferentemente, la rueda está diseñada de forma que la
distancia entre el primer punto de la línea central de la placa de
la rueda, y el eje de rotación, están el rango entre 0,7 a 0,85
veces el diámetro externo de la rueda de vehículo ferroviario, y la
distancia desde el segundo punto de la línea central de la placa de
la rueda, hasta el eje de rotación de la rueda, está entre 0,3 a
0,45 veces el diámetro externo de la rueda de vehículo
ferroviario.
Para alcanzar los resultados más preferibles
desde el punto de vista de las mínimas deformaciones, se recomienda
también formar la línea central de la placa de la rueda, mediante
dos pares de piezas dimensionalmente idénticas, de curvas cúbicas o
arcos circulares, es decir de tal forma que ambos radios internos
sean del mismo tamaño y ambos radios externos serán también del
mismo tamaño, mediante lo cual, en cada una de las secciones de la
línea central de la placa de rueda, el tamaño de los radios internos
es de 1,5 a 3,5 veces el tamaño de los radios externos de la
sección.
Además, una realización preferible de la rueda
de vehículo ferroviario, es tal que la línea central de la placa de
rueda está formada mediante una combinación de arcos circulares o
curvas cúbicas, y secciones en línea recta. Puede situarse
secciones lineales cortas, en una o ambas posiciones de transiciones
mutuas entre las curvaturas internas y externas, de arcos
circulares o curvas cúbicas.
Además, una realización preferible de la rueda
de vehículo ferroviario es tal que el grosor del perfil transversal
de la placa de la rueda a lo largo de la línea central, es constante
o disminuye homogéneamente, o eventualmente de acuerdo con una
curva cónica o cúbica, comenzando en el segundo punto hasta el
primer punto.
Además, una realización preferible de la rueda
de vehículo ferroviario es tal que el grosor del perfil transversal
de la placa de la rueda, a lo largo de la línea central de la placa
de la rueda disminuye homogéneamente, o eventualmente de acuerdo
con una curva cónica o cúbica, desde el segundo punto hasta el punto
central, punto desde el cual sube constantemente hasta el primer
punto.
Una ventaja de esta rueda de vehículo
ferroviario, es que exhibe valores de tensión tangencial muy bajos
en la llanta de la rueda, y sobretodo bajos valores de
deformaciones plásticas permanentes cuando se mantiene un peso
óptimo de la rueda. Esto permite utilizar tales ruedas no solo para
vagones de mercancías de vehículo ferroviario, sino también para
todos los vehículos ferroviarios con frenos de zapata que actúan
sobre la superficie de rodadura, incluyendo los vehículos de
tracción y las locomotoras, puesto que es posible cargar con fuerzas
verticales de la rueda de hasta 15 toneladas métricas por cada
rueda, que es un valor sustancialmente superior al de las ruedas
actualmente utilizadas. La rueda puede estar fabricada de acero de
cualquier calidad, utilizando en la industria ferroviaria y
fabricado de acuerdo con los estándares técnicos conocidos, mediante
laminación y forjadura o eventualmente mediante fundición. En una
frenada por medio de una zapata de freno, la rueda es capaz de
absorber repetidamente ciclos de frenada, con fuerzas de frenado de
55 kW durante 45 minutos, sin ninguna consecuencia negativa de
deformación de la llanta de la rueda, ni de incremento en las
tensiones tangenciales de tracción en la llanta de la rueda, en el
enfriamiento de la llanta de la rueda posterior a su calentamiento
provocado por la frenada. Por lo tanto, no tiene lugar ningún cambio
en el calibre ni en la distancia entre un conjunto de ruedas en un
eje de un vehículo ferroviario, lo que incrementa la seguridad
durante la marcha a través de cambios de vía y cruces, y limita la
posibilidad de descarrilamiento del vagón del vehículo
ferroviario.
Ahora se describirá la invención en sus diversos
aspectos, con referencia a un dibujo de esta, en el cual la figura
1 muestra la mitad de una rueda de vehículo ferroviario, vista en
sección.
En la figura 1, una rueda de vehículo
ferroviario tiene un radio externo R1 y comprende una llanta 1 de la
rueda, con una superficie de rodadura 2 y un reborde 3, de una
placa de la rueda 4, de un cubo de la rueda 5, de una primera
transición 6 de la placa de la rueda 4 a la llanta de la rueda 1, y
de una segunda transición 7 de la placa de la rueda 4 al cubo de la
rueda 5. La llanta de la rueda 1 está limitada por un borde externo
8 y un borde interno 9, y tiene una anchura H1. Sobre la línea
central del perfil transversal de la placa de la rueda 4, hay un
primer punto A situado a un radio R2, un punto central C situado a
un radio R3, y un segundo punto B situado a un radio R4. La línea
central de la placa 4 de la rueda consiste en la sección AC,
sección AC que está formada por un arco circular que tiene un primer
radio externo R5, y un arco circular que tiene un primer radio
interno R6, y en la sección CB, sección CB que está formada por un
arco circular que tiene un segundo radio interno R7, y un arco
circular que tiene un segundo radio externo R8, mediante lo que los
radios internos R6 y R7 tienen el mismo tamaño y son mayores que los
radios externos idénticos R5 y R8. Un plano P2 es perpendicular a
un eje de rotación Z de la rueda, y está desplazado respecto del
plano central P1, plano central P1 que está situado a la distancia
H5 respecto del borde interno 9 de la llanta de rueda 1, en la
dirección del borde externo 8 de la llanta de rueda 1, a una
distancia H2. Tanto el primer punto A como el segundo punto B de la
línea central de la placa de rueda 4, están situados en el plano P2.
La distancia H4 entre el primer punto A y el segundo punto B de la
línea central de la placa de rueda 4 en el plano P2, está dada por
la diferencia entre los radios R2 y R4, mediante lo que el radio R2
es 0,8 veces en radio externo R1 y el radio R4 es 0,4 veces el
radio externo R1. La distancia H3 entre el plano P2 y el punto
central C de la línea central de la placa de rueda 4, está diseñada
de forma que la superficie de la placa de rueda 4 no excede el
borde externo 8 de la llanta de la rueda 1. La placa de rueda 4
tiene un grosor T2 en la posición del segundo punto B, y el grosor
disminuye homogéneamente a través del punto central C donde el
grosor es T3, y hasta el punto A donde grosor es T1.
La rueda de vehículo ferroviario que tiene un
bajo nivel de tensión y deformaciones, puede ser utilizada para
todos los modelos de vehículos ferroviarios con frenos de zapata que
actúan sobre la superficie de rodadura, en particular por vagones
de mercancías, vehículos motrices y locomotoras. Considerando la
buena compatibilidad radial y la suficiente resistencia a la fatiga
en el punto crítico de la rueda, es decir en la transición de la
placa de la rueda al cubo de la rueda, es posible utilizar este
diseño de rueda también en vehículos ferroviarios en los que, en
lugar de la zapata de freno, se utilice discos de frenos separados,
como es el caso en los vagones de vehículo ferroviario para
transporte de pasajeros.
\vskip1.000000\baselineskip
\bullet DE 3 117 572 [0004]
Claims (4)
1. Una rueda de vehículo ferroviario, que tiene
su plano central (P1) perpendicular a su eje de rotación (Z) de la
rueda, rueda que comprende una llanta de rueda (1) formada por una
superficie de rodadura (2) y un reborde (3), una placa de rueda (4)
y un cubo de rueda (5), donde el perfil transversal de la placa de
rueda (4) está situado a lo largo de la línea central teórica,
línea central que corre entre un primer punto (A) situado en el
lugar de transición (6) en el que la placa de rueda (4) se
transforma en la llanta de rueda (1), y un punto central (C), punto
central (C) que está situado en el lado opuesto del plano central
(P1) respecto del reborde (3), en la posición de máximo pandeo
axial de la placa de rueda (4), y un segundo punto (B) situado en
la posición (7) donde la placa de rueda (4) se transforma en el cubo
de rueda (5), caracterizada porque el primer punto (A) y el
segundo punto (B) de la línea central de la placa de rueda (4) están
situados en un plano (P2), plano (P2) que es perpendicular al eje
de rotación (Z) de la rueda, está desplazado respecto al plano
central (P1) en dirección al borde externo (8) de la llanta de rueda
(1), y donde la distancia (H3) entre el plano (P2) y el punto
central (C) de la línea central de la placa de rueda (4), es como
mucho 0,5 veces la anchura (H1) de la llanta de la rueda (1), donde
las partes individuales de la línea central de la placa de la rueda
(4) están formadas mediante curvas cúbicas o están formadas mediante
arcos circulares, de forma que la sección desde el primer punto (A)
hasta el punto central (C), consiste en una curvatura que tiene un
primer radio externo (R5) de la curva, y en otra curvatura que tiene
un primer radio interno (R6) de la curva mediante lo que, en esta
sección, el primer radio interno (R6) es mayor el primer radio
externo (R5), y una sección desde el segundo punto (B) hasta el
punto central (C), que consiste en una curvatura que tiene un
segundo radio externo (R8) de la curva, y en una curvatura de un
segundo radio interno (R7) de la curva, mediante lo que el segundo
radio interno (R7) en esta sección, es mayor que el radio externo
(R8).
2. Rueda de vehículo ferroviario acorde con la
reivindicación 1, caracterizada porque el plano central de la
placa de rueda (4), está formado por una combinación de arcos
circulares o curvaturas cúbicas, y secciones lineales situadas
entre la curvatura interna y la curvatura externa de la placa de la
rueda (4).
3. Una rueda de vehículo ferroviario acorde con
las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque a lo largo
de la línea central de la placa de rueda (4), el grosor del perfil
transversal de la placa de rueda (4) es constante, o disminuye
proporcionalmente o de acuerdo con una curva cónica o cúbica, que
comienza en el segundo punto (B) y termina en el primer punto
(A).
4. Una rueda de vehículo ferroviario acorde con
las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque a lo largo
de la línea central de la placa de rueda (4), el grosor del perfil
transversal de la placa (4) disminuye proporcionalmente o de
acuerdo con una curva cónica o cúbica, que comienza en el segundo
punto (B) y termina en el punto central (C), y a continuación es
constante desde el punto central (C) hasta el primer punto (A).
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