ES2794248B2 - Conexion articulada para transmision de torsor en un eje ferroviario de ancho variable - Google Patents

Conexion articulada para transmision de torsor en un eje ferroviario de ancho variable Download PDF

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Description

DESCRIPCIÓN
CONEXIÓN ARTICULADA PARA TRANSMISIÓN DE TORSOR EN UN EJE
FERROVIARIO DE ANCHO VARIABLE
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención pertenece en general al campo ferroviario, y más particularmente a los dispositivos empleados para el cambio de ancho de un eje ferroviario.
El objeto de la presente invención es una nueva conexión entre las ruedas y el eje para transmitir el torsor en un eje ferroviario de ancho variable
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los ejes ferroviarios de ancho variable están diseñados para adaptarse a varios anchos de vía diferentes. Para ello, estos ejes disponen de un mecanismo diseñado para permitir que las ruedas deslicen a lo largo del eje entre dos o más posiciones correspondientes a respectivos anchos de vía. Una vez situadas en la posición correspondiente al ancho deseado, un sistema de fijación bloquea la posición de las ruedas. Por tanto, a diferencia de los ejes ferroviarios convencionales, en un eje ferroviario de ancho variable las ruedas no están caladas a los ejes.
Puesto que las ruedas no están caladas a los ejes, los mecanismos de unión de los ejes ferroviarios de ancho variable deben disponer de un sistema de unión capaz de transmitir el torsor de las ruedas al eje. En efecto, debido a las cargas que soporta el eje ferroviario, así como a los esfuerzos de frenado a los que se ve sometido durante su vida normal, aparece un esfuerzo de torsión que tiende a desalinear las ruedas y el eje. Sistemas de unión convencionales que no permiten la posibilidad de cabeceo entre ejes y ruedas, como por ejemplo estriados o machihembrados, se deterioran con rapidez debido a la acumulación de cargas de fatiga. En este contexto, nótese que se produce un ciclo de fatiga por cada revolución de la rueda. Teniendo en cuenta que un eje ferroviario tiene una vida útil de varios millones de kilómetros, el número de ciclos de fatiga a los que se ve sometido el eje puede superar los 109. Por tanto, aunque las cargas en cada ciclo sean pequeñas, el sistema de unión entre las ruedas y el eje puede romperse por fatiga. En definitiva, el problema de la transmisión del torsor en ejes ferroviarios de ancho variable es un aspecto clave para su viabilidad.
La patente ES2428239B1, del inventor de la presente solicitud, describe un eje ferroviario adaptable a varios anchos de vía. En este documento, el problema de la transmisión del torsor se soluciona mediante un sistema de unión formado por dos semicompases respectivamente fijados el eje y a la rueda y articulados de manera que pueden abrirse o cerrarse para adaptarse a las diferentes posiciones de la rueda, así como cabecear para absorber las desalineaciones entre rueda y eje, transmitiendo el torsor sin holguras en todas las posiciones de la rueda con respecto al eje.
Las Figs. 1a y 1b muestran vistas en sección de una conexión (100) de acuerdo con la patente ES2428239B1. Como se puede apreciar, los compases articulados están formados por dos semicompases (103a, 103b) que tienen dos brazos en un extremo y un único brazo en el otro, estando conectados por el lado dotado de un único brazo mediante unas rótulas (104a, 104b) y unidos mediante un eje (106). Concretamente, el semicompás (103a) aloja el eje (106) que apila las cazoletas (105a, 105b), las rótulas (104a, 104b) y el semicompás (103b).
Supongamos fijados el semicompás (103a) al eje de la rueda (no mostrado) y el semicompás (103b) a la rueda (no mostrada). Si estamos transmitiendo torsor del semicompás (103a) al semicompás (103b), el semicompás (103a) transmite el esfuerzo al eje (106), este transmite por contacto el torsor hacia la cazoleta (105a), que también por presión la transmite a la rótula (104a) y al semicompás (103b), que finalmente la transmite a la rueda. Este es el itinerario óptimo para la transmisión de momento torsor, ya que siempre se transmite por presión entre las superficies en contacto.
Sin embargo, en el caso de que el torsor sea transmitido en sentido contrario arrastrando el semicompás (103a) al semicompás (103b) en su movimiento, el semicompás (103a) transmite el esfuerzo al eje (106) a través de la rosca, y este lo transmite por tracción a la cazoleta de la rótula más alejada que transmite el esfuerzo por presión entre superficies a la cazoleta (105b) y desde la rótula (104b) hasta el semicompás (103b).
Es este segundo caso, el itinerario seguido implica hacer trabajar el eje (106) que une los semicompases (103a, 103b) a tracción y también, debido al rozamiento en la entre rótula y cazoleta, a flexión, acumulando en cada vuelta un ciclo de esfuerzo. Al ser el eje que une los semicompases la parte más débil del sistema, la acumulación de cargas de fatiga podría llegar a provocar una rotura del eje y es una problema para sistemas que requieran una mayor transmisión de esfuerzos como en el caso de ejes tractores o con frenos de disco incorporados en la zona central del eje.
Por otro lado, como se muestra en la Fig. 1b, existe el inconveniente que el eje (106) está fijado a las cazoletas (105a, 105b) y atraviesa el orificio de las rótulas (104a, 104b). Debido a ello, el movimiento de cabeceo entre ambos semicompases (103a, 103b) está limitado por la diferencia de diámetros entre eje (106) y orificio de rótula (104a, 104b), imponiendo así un límite mecánico que restringe el movimiento y obliga a mayor precisión en el montaje. Además, en caso de contactar el eje (106) con la rótula (104a, 104b) en las zonas marcadas en la Fig. 1b, podría producirse una rotura del mismo.
La rotura de la rótula de unión de un solo conjunto de semicompases no sería catastrófica, ya que normalmente se montan dos o más sistemas de unión de este tipo. Sin embargo, causaría una sobrecarga en los sistemas de unión restantes que, en condiciones muy adversas, podría provocar la rotura del resto de sistemas de unión. Este riesgo aumenta en caso de que el eje sea motriz, ya que en ese caso además de transmitir el torsor debido al autocentrado en la vía deberá además transmitir esfuerzos de tracción y frenado.
En definitiva, existe aún en la técnica la necesidad de un sistema de unión entre rueda y eje ferroviario que resuelva los problemas anteriores.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención describe una conexión articulada para la unión entre eje y rueda en un eje ferroviario de ancho variable que soluciona los problemas anteriores. El concepto principal consiste en el uso de una rótula esférica que conecta dos horquillas que, a su vez, están conectadas respectivamente a la rueda y el eje. Esta rótula esférica permite la desalineación entre las dos horquillas y, por tanto, también entre la rueda y el eje ferroviario.
Más concretamente, la conexión de la presente invención comprende fundamentalmente los siguientes elementos:
a) Primera horquilla
Se trata de una horquilla que comprende un lado interior y un lado exterior.
El extremo del lado exterior está conectado a uno de entre la rueda y el eje ferroviario de manera giratoria alrededor de un eje transversal a dicha rueda o eje. Por ejemplo, en una realización particularmente preferida, la conexión entre el extremo del lado exterior de la primera horquilla a la rueda o el eje comprende un bulón orientado según el eje transversal que atraviesa unos orificios dispuestos en los extremos de dos ramas de dicho lado periférico.
b) Segunda horquilla
La segunda horquilla tiene un lado interior y un lado exterior.
El extremo del lado exterior está conectado al otro de entre la rueda y el eje ferroviario de manera giratoria alrededor de un eje transversal a dicha rueda o eje. Al igual que en la primera horquilla, aquí la conexión entre el extremo del lado exterior de la segunda horquilla a la rueda o el eje preferentemente comprende un bulón orientado según el eje transversal que atraviesa unos orificios dispuestos en los extremos de dos ramas de dicho lado periférico.
c) Articulación esférica
La articulación esférica conecta entre sí los extremos de los lados interiores de la primera y segunda horquillas. De ese modo, se proporciona un grado de libertad adicional a la unión entre ambas horquillas que permite desalineaciones entre la rueda y el eje ferroviario, reduciendo así el desgaste que se produce durante la vida útil de dicho eje ferroviario.
En principio, la articulación esférica puede implementarse de diferentes modos siempre que permita dichas desalineaciones. Concretamente, de acuerdo con una realización particularmente preferida de la invención, la articulación esférica comprende un brazo central del lado interior de la primera horquilla dispuesto entre dos brazos laterales del lado interior de la segunda horquilla. Además, caras opuestas del extremo del brazo central de la primera horquilla comprenden dos rótulas esféricas abrazadas por dos cazoletas fijadas mediante dos correspondientes soportes roscados a unos orificios dispuestos en los extremos de los dos brazos laterales de la segunda horquilla. Es decir, las rótulas esféricas fijadas a las caras del extremo del brazo central de la primera horquilla se alojan en el interior de unas cavidades esféricas de las cazoletas que, a su vez, están fijadas a los brazos laterales de la segunda horquilla. De ese modo, se puede producir una desalineación entre los ejes de giro respectivamente de la primera y la segunda horquillas, y por tanto también entre los ejes de la rueda y el eje ferroviario.
De acuerdo con una realización particularmente preferida de la invención, cada soporte comprende un primer tramo de apoyo contra la cazoleta, un segundo tramo roscado para su fijación al orificio del extremo del brazo de la segunda horquilla, un tercer tramo roscado para recibir una tuerca de fijación, y un cuarto tramo de forma poligonal para ajustar la cazoleta en su posición. Estos soportes permiten un montaje y desmontaje sencillo de la articulación esférica.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Las Figs. 1a y 1b muestran una vista en sección de una conexión de acuerdo con la técnica anterior.
La Fig. 2 muestra una vista en perspectiva de un eje ferroviario con las ruedas acopladas y dotado de una conexión según la presente invención.
La Fig. 3 muestra una vista en perspectiva de una conexión según la presente invención.
Las Figs. 4a y 4b muestran sendas vistas en perspectiva de una conexión según la presente invención en estado parcialmente desmontado.
La Fig. 5 muestra una vista en perspectiva de una conexión según la presente invención donde se aprecia la desalineación entre ambas horquillas.
La Fig. 6 muestra una vista en perspectiva que muestra el acoplamiento entre la conexión de la invención y la rueda del eje ferroviario.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Se describe a continuación un ejemplo de conexión (1) de acuerdo con la presente invención haciendo referencia a las figuras adjuntas, en las cuales se aprecian las diferentes partes que la componen.
La conexión (1) está formada fundamentalmente por una primera horquilla (2) y una segunda horquilla (3) que están conectadas mediante una articulación esférica.
La primera horquilla (2) tiene un lado interior (21) y un lado exterior (22). En el lado exterior (22) dispone de dos ramas (221) esencialmente paralelas dotadas de sendos orificios alineados para su acoplamiento de manera giratoria al eje ferroviario (100). Como se aprecia con claridad en la Fig. 6, el acoplamiento se realiza haciendo pasar un bulón o árbol a través de dichos orificios alineados y de unos orificios correspondientes dispuestos en una pieza solidaria con el eje ferroviario (100). Así, el lado exterior (22) de la primera horquilla (2) queda articulado al eje ferroviario (100) alrededor de un eje (E2a) que está contenido en un plano transversal a dicho eje ferroviario (100). Esta articulación es rígida, ya que únicamente permite un grado de libertad.
Por otra parte, el lado interior (21) de la primera horquilla (2) dispone de un brazo central (211) esencialmente paralelo a las ramas (221) del lado interior (22). En las caras laterales del extremo del brazo central (211) de dicho lado interior (21) se fijan unas rótulas esféricas (4). Concretamente, cada una de estas rótulas (4) comprende una porción esférica, por ejemplo esencialmente una semiesfera.
La segunda horquilla (3) tiene también un lado interior (31) y un lado exterior (32). El lado exterior (32) de la segunda horquilla (3) es similar al de la primera horquilla (2), y dispone de dos ramas (321) esencialmente paralelas y dotadas de respectivos orificios alineados para su acoplamiento de manera giratoria a la rueda (200). Como muestra la Fig. 6, el acoplamiento se realiza por medio de un bulón (8) que atraviesa dichos orificios y unos orificios correspondientes de una pieza solidaria con la rueda (200). El lado exterior de la segunda horquilla (3) queda así también articulado a la rueda (200) alrededor de un eje (E3a) que está contenido en un plano transversal al eje de rotación de la rueda (200). Esta articulación también es rígida, ya que únicamente permite un grado de libertad.
El lado interior (31) de la segunda horquilla (3) comprende dos brazos (311) esencialmente paralelos entre sí y paralelos a las ramas (321) de su lado exterior (32). Estos brazos (311) disponen en su extremo de sendos orificios alineados, y en las caras interiores de dichos extremos están configuradas para el apoyo de unas cazoletas (5). Cada cazoleta (5) tiene una cavidad esencialmente esférica que es complementaria con la forma de las rótulas (4).
Así, es posible colocar el extremo del brazo central (211) de la primera horquilla (2) entre los dos extremos de los brazos (311) de la segunda horquilla (3) de tal manera que las rótulas (4) quedan alojadas en el interior de las cazoletas (5), conformando así la articulación esférica que conecta la primera horquilla (2) y la segunda horquilla (3). Para completar la articulación, unos soportes (6) roscados a los orificios dispuestos en los extremos del lado interior (31) de los brazos (311) comprimen las cazoletas (5) contra las rótulas (4). Estos soportes (6) disponen fundamentalmente de cuatro partes o tramos: un primer tramo (61) que tiene un diámetro diseñado para encajar en una cavidad cilíndrica dispuesta en una cara de la cazoleta (5) opuesta a aquella en la que se encuentra la cavidad esférica; un segundo tramo (62) roscado que se fija mediante rosca al orificio del extremo del brazo (311) correspondiente; un tercer tramo (63) también roscado para la fijación mediante rosca de una tuerca (7) de fijación del conjunto; y un cuarto tramo (64) ubicado en el extremo y que tiene forma poligonal, de modo que es posible hacer girar el soporte (6) en conjunto para ubicar adecuadamente la cazoleta (5).
Gracias a esta configuración, esta conexión (1) permite una cierta desalineación entre la primera horquilla (2) y la segunda horquilla (3). La Fig. 5 muestra una situación de este tipo donde el eje (E2b) que pasa por el orificio del extremo del brazo central (211) de la primera horquilla (2) y el eje (E3b) que pasa por los orificios de los extremos de los brazos (311) laterales de la segunda horquilla (3) forman un ángulo a. Por tanto, esta conexión (1) permite que la rueda (200) y el eje ferroviario (100) se desalineen cuando sea necesario en función de las solicitaciones a las que están sometidos durante su vida útil, evitando así roturas producidas por cargas de fatiga.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Conexión (1) articulada para transmisión de torsor en un eje ferroviario de ancho variable, que comprende:
- una primera horquilla (2) que comprende un lado interior (21) y un lado exterior (22), donde un extremo del lado exterior (22) está conectado a uno de entre una rueda (200) y un eje ferroviario (100) de manera giratoria alrededor de un eje transversal (E2a) a dicha rueda (200) o eje ferroviario (100);
- una segunda horquilla (3) que tiene un lado interior (31) y un lado exterior (32), donde un extremo del lado exterior (32) está conectado al otro de entre la rueda (200) y el eje ferroviario (100) de manera giratoria alrededor de un eje transversal (E3a) a dicha rueda (200) o eje ferroviario (100);
caracterizada por que unos extremos de los lados interiores (21, 31) de la primera y segunda horquillas (2, 3) están conectados entre sí mediante una articulación esférica, y donde la articulación esférica comprende un brazo central (211) del lado interior (21) de la primera horquilla (2) dispuesto entre dos brazos laterales (311) del lado interior (31) de la segunda horquilla (3), donde caras opuestas del extremo del brazo central (211) de la primera horquilla (2) comprenden dos rótulas esféricas (4) abrazadas por dos cazoletas (5) fijadas mediante dos correspondientes soportes (6) roscados a unos orificios dispuestos en los extremos de los dos brazos laterales (311) de la segunda horquilla (3).
2. Conexión (1) de acuerdo con la reivindicación 1, donde cada soporte (6) comprende un primer tramo (61) de apoyo contra la cazoleta (5), un segundo tramo (62) roscado para su fijación al orificio del extremo del brazo (311) de la segunda horquilla (3), un tercer tramo (63) roscado para recibir una tuerca (7) de fijación, y un cuarto tramo (64) de forma poligonal para ajustar la cazoleta (5) en su posición.
3. Conexión (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la conexión entre los extremos de los lados exteriores (22, 32) de la primera y la segunda horquillas (2, 3) a la rueda (200) o el eje ferroviario (100) comprende un bulón (8) orientado según el eje transversal (E2a, E3a) que atraviesa unos orificios dispuestos en los extremos de dos ramas (221,321) de dicho lado exterior (22, 32).
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