Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria.

1. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria,

caracterizado por estar constituido por masas contrarrotantes (1).

2. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación 1ª, caracterizado porque el eje de giro de las masas contrarrotantes (2) es horizontal (giro en planos verticales).

3. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación 1ª, caracterizado porque el radio de giro (brazo, 3) y velocidad (4) son variables y controlables mediante el adecuado equipo de control.

4. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación 1ª, caracterizado por ir montado sobre un vagón ferroviario (5).

5. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación 1ª, caracterizado porque el vagón sobre el que va montado cuenta con un equipo hidráulico (6) capaz de transmitir la excitación a la infraestructura directamente, sin pasar por el sistema de rodadura del vagón, a través de falsas ruedas (7).

6. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación 1ª, caracterizado por ir montado sobre un vehículo de neumáticos.

7. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación 1ª, caracterizado porque el vehículo de neumáticos sobre el que va montado cuenta con un equipo hidráulico capaz de transmitir la excitación a la infraestructura directamente, sin pasar por el sistema de rodadura del vehículo, a través de falsas ruedas.

8. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación 1ª, caracterizado por contar con un equipo de control de carga (8) mediante sensores colocados en los actuadores sobre la infraestructura.

EXCITADOR PARA INDUCIR VIBRACIONES EN INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un excitador dinámico potente y transportable, montado en un vagón diseñado específicamente a tal uso que, mediante el giro de masas contrarrotantes verticalmente, con radio de giro (brazo) y velocidad variables, posibilite la transmisión de vibraciones de intensidad y frecuencia variables a la infraestructura ferroviaria.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Uno de los factores que más influencia tiene en la respuesta dinámica de los puentes y sobre el que, en cierto modo paradójicamente, más incertidumbres existen, es el amortiguamiento estructural. Los modelos de cálculo dinámico proporcionan previsiones de la respuesta estructural (deformaciones, vibraciones) que dependen fuertemente del valor de amortiguamiento estructural utilizado en el modelo. Modelos complejos de las estructuras, capaces de reproducir su comportamiento tridimensional, producen cálculos en los que influyen un número elevado de modos de vibración, cuya contribución a la respuesta puede ser excesiva si se les asigna una tasa de amortiguamiento demasiado conservadora o del lado de la seguridad. Ésta es una práctica habitual hoy en día por el desconocimiento existente de las tasas de amortiguamiento reales en modos superiores de vibración, y si bien dicha práctica está generalmente aceptada por considerarse que está del lado de la seguridad, no existe una valoración real, estudios fiables, sobre si dicho grado de conservadurismo puede resultar adecuado o (por el contrario) excesivo en cálculos dinámicos de viaductos para velocidades altas (hasta 350 km/h) y muy altas (superiores a 350 km/h) .

A tal efecto, resulta muy interesante contar con un sistema excitador para inducir vibraciones en los viaductos de intensidad comparable al paso de los trenes, pero que permita realizar el análisis modal experimental con una excitación controlada en diferentes puntos de la estructura. La posibilidad de realizar ensayos múltiples para conocer mejor los mecanismos del amortiguamiento estructural es, por lo tanto, de gran interés e importancia práctica. Un aparato de este tipo sería de gran utilidad para obtener tasas de amortiguamiento de múltiples modos de vibración, a amplitudes similares a las que produce el paso de ferrocarriles. Ello mejoraría los métodos que se utilizan actualmente, los cuales se basan en (1) excitaciones de tipo ambiental (fundamentalmente viento) de muy baja amplitud, por lo que la estructura se deforma muy poco y no se activan todos sus mecanismos de disipación de energía, o (11) vibraciones libres causadas por el paso de ferrocarriles, que son de duración muy breve y normalmente no excitan de igual modo todos los modos de vibración de interés (es incluso habitual tener que complementar el tiempo de muestreo de las vibraciones libres con un intervalo posterior de excitación ambiental para poder así obtener información fiable acerca de los distintos modos de vibración) .

La instrucción sobre las inspecciones técnicas en los puentes de ferrocarril (ITPF-05) marca las normas a seguir en las obligatorias pruebas de carga de recepción de obra nueva. En este sentido señala que en todos los puentes se realizarán siempre pruebas de carga que reproduzcan los estados de carga más desfavorables y que éstas serán estáticas y dinámicas a distintas velocidades. De acuerdo con la ITPF-05, las pruebas dinámicas deberían realizarse a velocidades cercanas a la velocidad de resonancia, que sería la situación más desfavorable en cuanto a respuesta dinámica de la estructura. Sin embargo, la máxima velocidad constante que es posible alcanzar teniendo en cuenta las exigencias de seguridad de las pruebas de carga está normalmente entre los 60 y los 100 km/h. Estas velocidades estarán en muchas ocasiones lejos de las velocidades resonantes, que podrían ser cercanas a la velocidad máxima de la línea, que a efectos de comprobación dinámica se toma un veinte por cierto superior a la velocidad de proyecto, y que en las nuevas líneas de alta velocidad puede ser de hasta 420 km/h. Un aparato excitador de este tipo sería de gran utilidad para ser utilizado en pruebas de carga con el objetivo de conseguir una excitación dinámica de una intensidad comparable a la que produce el tren a velocidades resonantes, lo que sería de gran ayuda a la hora de la recepción de la estructura cumpliendo con el espíritu de la normativa, lo cual es tan dificil de conseguir en la actualidad. Del mismo modo sería muy útil en la realización de pruebas de carga en estructuras en servicio, con un doble objetivo: (1) para ampliar el conocimiento del estado de la estructura mediante la evaluación de su respuesta dinámica, bien periódicamente o como consecuencia de inspecciones especiales que así lo aconsejen tras detección de daños en las inspecciones básicas; (I1) en el caso de acondicionamiento de líneas a nuevas condiciones de explotación, tanto en cuanto a las cargas (paso de tráfico exclusivo de pasajeros a tráfico mixto) como en cuanto a velocidades (acondicionamiento para mayores velocidades de explotación) .

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El excitador se compone de una serie de masas contrarrotantes (l) verticalmente, alrededor de un eje horizontal común (2) , con motores y accionadores adecuados para permitir variar tanto la distancia al eje (brazo de giro, 3) como la velocidad de giro (4) de las masas.

El valor de las masas, el rango de variación del brazo de giro y su velocidad, será función del tipo de infraestructura que se desee analizar mediante la aplicación del excitador, teniendo en cuenta las necesidades de carga y frecuencia para la excitación. El diseño del motor se adaptará a dichas necesidades.

El aparato excitador deberá ir montado sobre un vagón ferroviario (5) diseñado a tal efecto para poder transportarlo a través de las vías. Adicionalmente, contará con un equipo neumático (6) que posibilite la transmisión directa de las vibraciones a la infraestructura, de forma independiente del equipo de rodadura del vagón, a través de falsas ruedas (7) . Esto es necesario para evitar desgaste en los elementos de rodadura y para evitar la pérdida de energía de excitación en los elementos de suspensión del vagón (amortiguadores de la suspensión) .

El equipo se completa con el software y el hardware de control adecuados para la variación de intensidad y frecuencia de la excitación, mediante la variación de velocidad y brazo de giro.

Por último, el equipo irá equipado de los elementos de control de carga necesarios para conocer en cada instante la fuerza realmente transmitida a la infraestructura, mediante sensores (8) colocados en los actuadores sobre la infraestructura.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra un esquema del excitador. En ella se representan los elementos fundamentales que componen el excitador, esto es: masas contrarrotantes verticalmente (1) eje horizontal común de giro de las masas contrarorantes (2) , principio mecánico de variación de la excentricidad de las masas (3) principio mecánico de variación de la velocidad de giro de las masas (4) vagón ferroviario diseñado a tal efecto para poder transportar el excitador a través de las vías (5) equipo neumático que posibilite la transmisión directa de las vibraciones a la infraestructura (6) sistema de transmisión directa de las vibraciones a la infraestructura de forma independiente del equipo de rodadura del vagón, a través de falsas ruedas (7) elementos de control de carga mediante sensores colocados en los actuadores sobre la infraestructura (8) .

FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA

La forma de realización preferida, según se puede apreciar en la figura adjunta,

consistirá en el montaje sobre un vagón ferroviario (5) de un dispositivo generador de vibraciones constituido por masas contrarotantes (1) que giran mediante un eje horizontal

(2) al que se unen mediante elementos de sujección que permiten variar la excentricidad de las masas y accionado por motores (4) que permitan variar la velocidad de rotación de las masas. Las vibraciones generadas se transmitirán a la vía mediante un dispositivo neumático (6) que a través de unas falsas ruedas (7) permitan transmitir de manera directa las vibraciones a la vía de manera independiente al sistema de rodadura del vagón. Por último incorporará un software de control y medida de la fuerza y de la vibración ejercida a partir de los sensores colocados al efecto colocados en los actuadores sobre la vía (8) .

1. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, caracterizado por estar constituido por masas contrarrotantes (1) .

2. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación la, caracterizado por que el eje de giro de las masas contrarrotantes (2) es horizontal (giro en planos verticales) .

3. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación la, caracterizado por que el radio de giro (brazo, 3) y velocidad (4) son variables y controlables mediante el adecuado equipo de control.

4. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación la, caracterizado por ir montado sobre un vagón ferroviario (5) .

5. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la la, caracterizado por que el vagón sobre el que va montado cuenta con un equipo hidráulico (6) capaz de transmitir la excitación a la infraestructura directamente, sin pasar por el

sistema de rodadura del vagón, a través de falsas ruedas ( 7) .

6. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación la, caracterizado por ir montado sobre un vehículo de neumáticos.

7. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación 1 a, caracterizado por que el vehículo de neumáticos sobre el que va montado cuenta con un equipo hidráulico capaz de transmitir la excitación a la infraestructura directamente, sin pasar por el sistema de rodadura del vehículo, a través de falsas ruedas.

8. Excitador para inducir vibraciones en infraestructura ferroviaria, de acuerdo con la reivindicación la, caracterizado por contar con un equipo de control de carga (8) mediante sensores colocados en los actuadores sobre la infraestructura.

FIGURAl

~D~D~D~D~D~D~D~D~D~D~

o o ~ o o ~ o o ~ 00 o o o o o o o o o 00 ~ o o ~ o o ~ o o ~ 00° ~o oePo OO°, ..D 00° , ..D oePo oePo , ..o oePo &bn-.. &b&bn-.. °00 n-.. °00 &t& o~ °00 &b

o o ve ve o o ve o ~ oo o-V oo oo o-V o-V o o 00

o o o o o o o 00 o o 00 o o o o 00 o o 00° o o 00 o o o o o o 00 o o o o o o o