IT202000013867A1 - Carrozza ferroviaria motrice comprendente uno o piu' carrelli alleggeriti - Google Patents

Description

CARROZZA FERROVIARIA MOTRICE COMPRENDENTE UNO O PI?

CARRELLI ALLEGGERITI

CAMPO TECNICO

La presente descrizione riguarda una carrozza ferroviaria motrice e un treno comprendente una pluralit? di tali carrozze.

INQUADRAMENTO DELLA DESCRIZIONE

Una tipica carrozza ferroviaria viaggia su carrelli pivotanti, liberi di ruotare rispetto alla cassa della carrozza che viaggia sospesa su di essi tramite sospensioni. I carrelli comprendono due coppie di sale montate per ciascun carrello. Una sala montata ? l?insieme delle ruote e dell?asse, chiamato assile, che connette le due ruote. Entrambe le ruote di una sala montata sono solidali fra loro, essendo calettate a forza sull?assile per mezzo di un proprio mozzo. Le sale montate sono collegate in modo rotativo al carrello per mezzo di cuscinetti all?interno di boccole integralmente connesse ad un telaio del carrello. Il peso delle masse non sospese, cio? non attaccate alla cassa della carrozza per l?interposizione del molleggio, si ripercuote sul veicolo in proporzione alla loro massa, influendo sul comfort di viaggio e sulla qualit? di marcia, ma anche sul consumo stesso delle ruote e dei binari di transito e quindi sui costi di manutenzione in generale. L?utilizzo di molle e ammortizzatori ? utile per migliorare, il comfort della vettura. Anche l?apporto dall?assorbimento di energia oscillatoria da parte delle rotaie, e della massicciata fra le rotaie, contribuisce a mitigare le problematiche sopra esposte. Oltretutto piattaforme sperimentali pi? rigide e apparentemente pi? durature, soffrono di rotture negli attacchi per fenomeni di fatica dei materiali. In conclusione, il peso del carrello e dei suoi componenti rimane ancora oggi un fattore determinante su cui ? opportuno intervenire per migliorare il comfort di viaggio e il consumo dei materiali.

Per quanto riguarda i sistemi frenanti di comune utilizzo nelle carrozze ferroviarie, tipicamente vengono calettati sugli assili e fra le ruote fino a quattro dischi frenanti con apposite ganasce d?attrito e leveraggi per garantire una buona frenatura e soprattutto una durata accettabile delle pasticche frenanti la cui sostituzione causa degli onerosi fermi in officina per la loro frequente sostituzione e manutenzione. Questo sistema serve a garantire la frenatura completa anche in assenza della frenatura elettrica in contro corrente da parte del motore di trazione del locomotore. Tuttavia, il peso dell?insieme dei dischi freno, ganasce frenanti, leveraggi, cilindri pneumatici e condutture pneumatiche relative, tipicamente pu? superare i 400 kg per ogni sala montata. L?insieme di tutti gli organi suddetti, e degli sforzi da essi esercitati, rende necessaria una struttura del telaio del carrello molto robusta perch? possa resistere alle forze in gioco. Di conseguenza, i problemi sopra esposti relativi al peso delle masse non sospese sono molto accentuati dalla presenza dei sistemi frenanti.

Un ulteriore problema legato al peso delle masse non sospese ? presente nei carrelli ferroviari motori: generalmente uno o pi? motori di trazione, sono posizionati nello spazio interno fra le due sale montate contribuendo notevolmente ad aumentare ulteriormente i problemi relativi al peso del carrello.

Per quanto riguarda l'aerodinamica di un treno ad alta velocit?, non sembra possibile un miglioramento ulteriore della superficie esterna superiore visto che essa si avvicina ormai alle caratteristiche aeronautiche. Per quanto riguarda, invece, l?aerodinamica del sotto-cassa, si susseguono, nelle carrozze in utilizzo oggi, grosse barriere e resistenze aerodinamiche costituite proprio dai carrelli e relativi complessi, solo in parte mitigate dall?utilizzo di apposite carenature. Inoltre, non ? trascurabile l?effetto di turbolenza causato dalla vicinanza della cassa al suolo, il quale ? reso estremamente scabroso dai binari e dai loro accessori e soprattutto dalla massicciata di sassi su cui poggiano le traverse.

SOMMARIO DELLA DESCRIZIONE

Scopo della presente descrizione ? pertanto quello di fornire una carrozza ferroviaria caratterizzata dalla riduzione del peso gravante sul carrello in modo da ottenere:

- una riduzione delle sollecitazioni strutturali di flessione sulle sale montate;

- un miglioramento della qualit? di marcia della vettura;

- una riduzione dei tempi e costi di manutenzione ferroviaria derivanti da una minore usura delle ruote

Un altro scopo, ? quello di fornire una carrozza ferroviaria caratterizzata da un acceso agevolato alle varie componenti legate alla manutenzione come motore, freno e carrello, per operazioni di controllo e smontaggio.

Un ulteriore scopo ? quello di fornire una carrozza ferroviaria caratterizzata da una riduzione degli ingombri e della resistenza aerodinamica del sotto-cassa della vettura.

Questi scopi vengono conseguiti con una carrozza motrice le cui caratteristiche principali sono specificate nelle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Ulteriori vantaggi e caratteristiche della carrozza ferroviaria motrice secondo la presente descrizione risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente descrizione dettagliata e non limitativa di una sua forma realizzativa con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la figura 1 mostra una vista laterale di una porzione di una carrozza ferroviaria motrice;

- la figura 2 mostra una vista frontale di un carrello della carrozza ferroviaria motrice di figura 1;

- la figura 3 mostra una vista dall?alto del carrello di figura 2; e

- la figura 4 mostra una sezione del freno della carrozza ferroviaria motrice di figura 1.

FORME REALIZZATIVE ESEMPLIFICATIVE

Facendo riferimento alle figure 1-4, una carrozza ferroviaria motrice secondo la presente descrizione definisce un asse di sviluppo longitudinale C, che coincide con la direzione di movimento lungo i binari della carrozza, e un asse di sviluppo trasversale D perpendicolare all?asse di sviluppo longitudinale C. La carrozza comprende almeno un carrello 1 vincolato al sotto cassa 8 di una cassa della carrozza (non rappresentata) in modo rotativo. Il carrello 1 comprende a sua volta due sale montate 13, aventi ciascuna un assile 12, parallelo all?asse di sviluppo trasversale D, e due ruote 2 calettate sull?assile 12 tramite rispettivi mozzi.

Le sale montate 13 sono connesse in modo rotativo a longheroni 16 tramite boccole 3, 3? in corrispondenza di rispettive estremit? dell?assile 12. I longheroni 16 hanno uno sviluppo longitudinale principale secondo un asse di longherone X, X?, parallelo all?asse di sviluppo longitudinale C. I longheroni 16 sono configurati per accoppiare le due sale montate 13 e permetterne il movimento di rotazione attorno a rispettivi assi di rotazione sale Y, Y?, passanti per detti assili 12 e paralleli all?asse di sviluppo perpendicolare D. Pi? in particolare, due boccole 3, 3?, sono comprese in ciascun longherone 16, preferibilmente poste a rispettive estremit? di tali longheroni 16. Le boccole 3, 3? sono configurate per alloggiare i fuselli, i.e. le estremit? degli assili 12, in modo che le sale montate siano libere di ruotare rispetto ai longheroni 16. Due boccole 3?, una per ciascun longherone 16, sono inoltre configurate per ricevere una estremit? di un albero cardanico 4 atto a trasmettere potenza motrice a una rispettiva sala montata 13 per la movimentazione della carrozza. Le boccole 3?, cos? configurate, sono disposte diagonalmente opposte rispetto al carrello 1. In altre parole, considerando i quattro quadranti in cui viene diviso il carrello dall?asse di sviluppo longitudinale C e da quello di sviluppo perpendicolare D, le boccole 3?, configurate per ricevere l?estremit? dell?albero cardanico 4, sono poste rispettivamente in un primo e terzo quadrante, oppure in un secondo e quarto quadrante.

La carrozza secondo la presente descrizione comprende inoltre almeno due motori 11, disposti esternamente al carrello, uno per lato, e aventi uno sviluppo principale longitudinale secondo l?asse di longherone X, X?. In altre parole, dal punto di vista aereodinamico, i motori 11 sono allineati con i longheroni 16 e quindi hanno un ingombro, secondo la direzione di marcia della carrozza, sostanzialmente pari a quello dei longheroni. I motori 11 sono configurati per trasmettere potenza meccanica a rispettive sale montate 13 in modo da portarle in rotazione. In altre parole, ciascun motore 11 trasmette potenza ad una sola sala montata 13. I motori 11 sono configurati per trasmettere potenza meccanica alle rispettive sale montate 13 per mezzo di rispettivi alberi cardanici 4. Tali alberi 4 sono disposti anch?essi secondo l?asse di longherone X, X?. I motori 11 sono vantaggiosamente vincolati al sotto cassa 8 della carrozza per mezzo di supporti 9. In questo modo il loro peso non grava sul carrello 1. I motori 11 sono preferibilmente posizionati diagonalmente opposti rispetto al carrello 1, allo stesso modo delle boccole 3? che ricevono le estremit? degli alberi cardanici 4.

Secondo un aspetto, la carrozza ferroviaria comprende almeno due freni 5, ciascuno disposto lungo un rispettivo asse di longherone X, X?, coassialmente a un albero motore 23 avente uno sviluppo secondo il rispettivo asse di longherone X, X?. Ciascuno di questi freni 5 ? disposto a ridosso del rispettivo motore 11, in corrispondenza di un?estremit? 23a dell?albero motore 23 opposta, rispetto al motore 11, al rispettivo albero cardanico 4. Pi? in particolare, ciascun freno 5 comprende una carcassa 17, all?interno della quale ? compresa almeno la suddetta estremit? dell?albero motore 23, e una pluralit? di componenti interni del freno: uno o pi? dischi frenanti non rotanti 18, uno o pi? dischi frenanti rotanti 19, un disco di chiusura 20 e un attuatore 21. Analogamente ai motori 11, la carcassa 17 presenta uno sviluppo principale longitudinale secondo l?asse di longherone X, X? ed ? allineata al rispettivo longherone 16. In questo modo anche la carcassa 17 presenta sostanzialmente lo stesso ingombro, secondo la direzione di marcia della carrozza, del motore 11 e del longherone 16. I dischi frenanti non rotanti 18 sono coassiali al rispettivo asse di longherone X, X? e sono configurati per essere rotativamente vincolati sempre rispetto al rispettivo asse di longherone X, X? e per potersi muovere lungo la direzione di tale asse, scorrendo attorno all?albero motore 23. I dischi frenanti rotanti 19 sono sempre coassiali al rispettivo asse di longherone X, X? e sono invece configurati per essere rotativamente solidali all?albero motore 23; anch?essi sono configurati per muoversi lungo la direzione del rispettivo asse di longherone X, X?, scorrendo lungo l?albero motore 23. I dischi frenanti rotanti 19 comprendono, inoltre, uno o pi? elementi frenanti 19a di materiale ad alto coefficiente di attrito, i.e. le pastiglie del freno. Tali elementi frenanti 19a sono preferibilmente fissati ai dischi frenanti rotanti 19 in modo da formare scanalature a raggiera attorno all?albero motore 23, per assicurare un?opportuna ventilazione. Il disco di chiusura 20 ? anch?esso coassiale al rispettivo asse di longherone X, X? ed ? fisso, ossia configurato per essere vincolato rotativamente rispetto al rispettivo asse di longherone X, X? e rispetto alla traslazione lungo la direzione del rispettivo asse di longherone X, X?. L?attuatore 21 ? configurato per generare una coppia frenante, spingendo i dischi frenanti rotanti 19 e i dischi frenanti non rotanti 18 verso il disco di chiusura 20 durante l?operazione di frenata. Tale attuatore 21, pu? , ad esempio, essere costituito da un pistone anulare pneumatico, un elettromagnete o un motore elettrico.

Secondo un aspetto, i componenti del freno 5 appena descritti sono configurati per essere assemblati all?interno della carcassa 17 nel modo seguente: l?attuatore 21 si trova pi? vicino al motore 11 e uno o pi? dischi frenanti sono inseriti nella carcassa 17 attorno all?estremit? 23a dell?albero motore, alternando un disco frenante rotante 19 a un disco frenante non rotante 18. Il disco di chiusura 20 chiude la successione di dischi frenanti 18, 19 e si trova in corrispondenza della parte terminale dell?estremit? dell?albero motore 23a. In questo modo, vantaggiosamente, i componenti interni alla carcassa 17 del freno 5 sono facilmente accessibili per le operazioni di manutenzione, dovendo smontare solo il disco di chiusura 20 per accedere ai componenti interni del freno 5.

Secondo un aspetto, il freno 5 comprende uno o pi? mezzi elastici 22, ad esempio molle elicoidali coassiali all?albero motore 23. Le molle 22 sono preferibilmente interposte tra i dischi rotanti 19, i dischi non rotanti 18, il disco di chiusura 20 e l?attuatore 21 cos? da mantenere gli stessi opportunamente distanziati in fase di riposo, ossia quando non ? in atto un?operazione di frenata.

Secondo un aspetto, il carrello 1 comprende una struttura piana profilata 15, avente uno sviluppo principale secondo l?asse trasversale D. Tale struttura collega i longheroni 16 ed ? collegata a detto sotto cassa per mezzo di una sua appendice 10 configurata per permettere la rotazione e i movimenti reciproci fra il carrello e la cassa della carrozza. La struttura piana profilata 15 ? vantaggiosamente configurata per essere alla stessa distanza rispetto al suolo di detti assili 12. In questo modo, dal punto di vista dell?aereodinamica della carrozza, l?ingombro del carrello, secondo la direzione di marcia della carrozza, ? sostanzialmente pari a quello degli assili. La struttura piana profilata 15 comprende inoltre il vano di alloggiamento per i normali complessi accessori di collegamento cassa-carrello 14.

Secondo un aspetto, ciascun longherone 16 comprende sospensioni primarie 6 fra le boccole 3, 3? e le rispettive estremit? del longherone 16. A titolo esemplificativo, ma non esaustivo, le sospensioni primarie 6 sono molle ad elica. Ciascun longherone 16 comprende inoltre sospensioni secondarie 7 fra il sotto cassa della carrozza 8 e il longherone 16. Infine, i longheroni 16 sono configurati per ospitare un ammortizzatore e un?asta per la barra stabilizzatrice di torsione, preferibilmente anch?essa sospesa al sottocassa .

Secondo un aspetto, la ruota ? associata ad un mozzo di dimensioni opportune, profilato per non risultare sporgente dalla ruota in corrispondenza del fusello. In questo modo la rigidit? torsionale del mozzo corrisponde a quella dell?assile affinch?, nella parte iniziale, si deformi elasticamente nella stessa quantit? dell?assile, distribuendo cos? lo sforzo su tutta la superficie. Un mozzo cos? configurato, consente vantaggiosamente un consistente accorciamento del fusello e una conseguente riduzione del momento flettente sull?assile. Da un opportuno sondaggio di calcolo preliminare, effettuato con analisi agli elementi finiti, ? risultato che ci? permette una importante riduzione di peso dell?assile con tutti i vantaggi che ne conseguono.

Un vantaggio della carrozza ferroviaria motrice secondo la presente descrizione ? pertanto quello di essere caratterizzata dall?alleggerimento delle masse non sospese. Infatti il peso dei motori e degli organi frenanti non grava pi? sul carrello, portando a minori sollecitazioni strutturali di flessione sulle sale montate e al miglioramento della qualit? di marcia della vettura.

Un ulteriore vantaggio ? dato dalla riduzione dei tempi e dei costi di manutenzione derivanti da una minore usura delle ruote grazie ad un minor peso gravante su di esse e da una minor sollecitazione delle rotaie. Inoltre, ? particolarmente vantaggiosa la posizione dei motori, dei freni e degli organi di trasmissione motore che ne garantisce un accesso agevolato per operazioni di controllo e smontaggio. In questo modo non ? necessario ricorrere alle fosse di visita interne alle rotaie negli impianti di manutenzione ferroviaria tipicamente in uso oggi.

Ancora, un significativo vantaggio della carrozza ferroviaria motrice secondo la presente descrizione ? dato dalla riduzione degli ingombri e della resistenza aerodinamica al di sotto del sotto cassa della carrozza.

? da intendersi che ? possibile comporre, anche solo parzialmente, un treno di carrozze ferroviarie secondo la presente descrizione. In questo modo si ottiene il miglioramento dell?efficienza in accelerazione e frenata di un treno cos? composto, rispetto a un treno avente un minor numero di sale motrici, oltre a tutti i vantaggi derivanti dall?uso di una carrozza ferroviaria motrice secondo la presente descrizione.

Particolarmente vantaggioso pu? anche essere l?utilizzo delle carrozze secondo la presente descrizione anche su linee adatte solo a treni con ridotto peso assiale. Questo ? reso possibile grazie all?assenza di un locomotore, con il suo maggior peso assiale, e alla facilit? con cui ? possibile variare la composizione treno, aggiungendo o eliminando carrozze.

La presente invenzione ? stata fin qui descritta con riferimento a sue forme di realizzazione preferite. ? da intendersi che possono esistere altre forme realizzative che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell?ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1. Carrozza ferroviaria motrice, definente un asse di sviluppo longitudinale (C) e un asse trasversale (D) perpendicolare a detto asse di sviluppo longitudinale (C), comprendente:

- almeno un carrello (1) vincolato, al sotto cassa (8) di una cassa della carrozza, in modo rotativo, detto carrello (1) comprendente due sale montate (13), aventi ciascuna un assile (12), parallelo a detto asse di sviluppo trasversale (D), e due ruote (2) calettate su detto assile (12) tramite rispettivi mozzi, dette sale montate (13) essendo connesse in modo rotativo a longheroni (16) tramite boccole (3, 3?), in corrispondenza di rispettive estremit? di detto assile (12), detti longheroni (16) avendo uno sviluppo longitudinale principale secondo un asse di longherone (X, X?) parallelo all?asse di sviluppo longitudinale (C), in cui due boccole (3?) di dette boccole (3, 3?), diagonalmente opposte rispetto a detto carrello (1), sono inoltre configurate per ricevere una estremit? di un albero cardanico (4) atto a trasmettere potenza motrice a una rispettiva sala montata (13) per la movimentazione della carrozza;

- almeno due motori (11), aventi uno sviluppo principale longitudinale secondo detto asse di longherone (X, X?), configurati per trasmettere potenza meccanica a rispettive sale montate (13) per mezzo di detto albero cardanico (4), disposto anch?esso secondo detto asse di longherone (X, X?), detti motori essendo posizionati diagonalmente opposti rispetto a detto carrello ed essendo vincolati al sotto cassa (8) di detta cassa della carrozza per mezzo di supporti (9).

2. Carrozza ferroviaria motrice secondo la rivendicazione 1, comprendente almeno due freni (5), ciascuno disposto lungo un rispettivo asse di longherone (X, X?), coassialmente a un albero motore (23) avente uno sviluppo secondo il rispettivo asse di longherone (X, X?), detti freni essendo disposti in corrispondenza di un?estremit? (23a) dell?albero motore (23) opposta, rispetto al motore (11), al rispettivo albero cardanico (4).

3. Carrozza ferroviaria motrice secondo la rivendicazione 2, in cui detti freni (5) comprendono:

- una carcassa (17);

- uno o pi? dischi frenanti non rotanti (18), coassiali al rispettivo asse di longherone (X, X?), contenuti all?interno della carcassa (17) e configurati per essere rotativamente vincolati rispetto al rispettivo asse di longherone (X, X?) e per potersi muovere lungo la direzione di tale asse;

- uno o pi? dischi frenanti rotanti (19), coassiali al rispettivo asse di longherone (X, X?), contenuti all?interno della carcassa (17) e configurati per essere rotativamente solidali a detto albero motore (23) e per potersi muovere lungo la direzione del rispettivo asse di longherone (X, X?), tali uno o pi? dischi frenanti rotanti (19) comprendono uno o pi? elementi frenanti (19a) di materiale ad alto coefficiente di attrito;

- Un disco di chiusura (20), coassiale al rispettivo asse di longherone (X, X?), contenuto all?interno della carcassa (17) e configurato per essere vincolato rotativamente rispetto al rispettivo asse di longherone (X, X?) e vincolato rispetto alla traslazione secondo la direzione del rispettivo asse di longherone (X, X?);

- Un attuatore (21), configurato per generare una coppia frenante, spingendo i dischi frenanti rotanti (19) e i dischi frenanti non rotanti (18) verso il disco di chiusura (20);

4. Carrozza ferroviaria motrice secondo la rivendicazione 3, in cui detti freni (5) comprendono uno o pi? mezzi elastici (22) interposti fra i dischi frenanti rotanti (19) e i dischi frenanti non rotanti (18), fra i dischi frenanti rotanti (19) e l?attuatore (21) e fra i dischi frenanti rotanti (19) e il disco di chiusura (20).

5. Carrozza ferroviaria motrice secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui il carrello (1) comprende una struttura piana profilata (15) che collega detti longheroni (16) ed ? collegata a detto sotto cassa per mezzo di un? appendice (10), detta struttura piana profilata (15) essendo configurata per essere alla stessa distanza rispetto al terreno di detti assili (12).

6. Carrozza ferroviaria motrice secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun longherone (16) comprende sospensioni primarie 6 fra dette boccole (3, 3?) e rispettive estremit? del longherone (16).

7. Carrozza ferroviaria motrice secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun longherone (16) del carrello (1) comprende sospensioni secondarie (7) fra detto sotto cassa della carrozza (8) e detto longherone (16).

8. Carrozza ferroviaria motrice secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun longherone (16) ? configurato per ospitare un ammortizzatore e un?asta per la barra stabilizzatrice di torsione.

9. Carrozza ferroviaria motrice secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mozzi sono configurati per non risultare sporgenti dalle rispettive ruote (2) in corrispondenza del fusello.

10. Treno comprendente una pluralit? di carrozze ferroviarie motrici secondo le rivendicazioni 1-9.