ITTO20070443A1 - Elemento collassabile per assorbire energia in caso di urto in un veicolo ferroviario - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale

La presente invenzione è relativa ad un elemento collassabile per assorbire energia in caso di urto in un veicolo ferroviario.

Com'è noto, i vagoni e le motrici dei veicoli ferroviari hanno, alle proprie estremità, elementi o strutture preposti ad assorbire energia in caso di urto frontale. Ad esempio, è noto di prevedere una coppia di elementi collassabili, i guali sono montati a sbalzo all'estremità del vagone o della motrice lungo rispettivi assi orizzontali paralleli alla direzione longitudinale del veicolo, sono disposti in posizioni trasversalmente distanziate tra loro e, in genere, comprendono corpi scatolati che portano, ad una estremità, una piastra anti-sormonto o anticlimber. Gli assi orizzontali degli elementi collassabili sono ad un'altezza da terra tale per cui, in caso di incidente, le piastre anti-sormonto entrano in contatto contro corrispondenti piastre anti-sormonto del vagone urtato ed impediscono uno scorrimento relativo in direzione verticale per evitare un sollevamento dei vagoni.

Nel contempo, i corpi scatolati assorbono energia cinetica deformandosi, ossia convertendo tale energia cinetica in energia di deformazione plastica, fino a quando opportuni tamponi dì fine corsa limitano la deformazione.

In pratica, quando le piastre anti-sormonto entrano in contatto tra loro durante un urto, i rispettivi elementi collassabili non sono mai coassiali perfettamente tra loro, ma esiste uno scostamento o offset in direzione verticale. Tale scostamento genera una ripartizione asimmetrica del carico tra i corpi scatolati ed una rotazione della piastra anti-sormonto, per cui la quantità di energia complessiva effettivamente assorbita è minore di quella prevista a progetto. Per risolvere tale inconveniente, è possibile prevedere una sede di guida in una piastra posteriore fissa che sopporta i corpi scatolati per guidare uno stelo orizzontale fissato alla faccia posteriore della piastra antisormonto. Una soluzione di questo tipo, ad esempio, è descritta nella domanda di brevetto internazionale avente numero di pubblicazione W02006/024059A2.

Questo tipo di soluzione nota risulta essere relativamente ingombrante, in quanto richiede uno spazio libero relativamente grande dietro alla piastra posteriore fìssa per consentire a tutto lo stelo di scorrere liberamente durante l'urto e la deformazione plastica dei corpi scatolati. In particolare, in genere, tale tipo di soluzione non può essere utilizzata sui veicoli ferroviari già in funzione per sostituire gli elementi collassabili di tipo noto privi di dispositivo di guida, in quanto sarebbe alquanto complesso ricavare spazio libero aggiuntivo dietro agli elementi collassabili.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un elemento collassabile per assorbire energia in caso di urto in un veicolo ferroviario, il quale consenta di risolvere in maniera semplice ed economica i problemi sopra esposti.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un elemento collassabile per assorbire energia in caso di urto in un veicolo ferroviario; l'elemento comprendendo :

una struttura di assorbimento estendentesi lungo un asse sostanzialmente orizzontale, plasticamente deformabile per assorbire energia, collegabile ad un'estremità ad un supporto e portante, all'estremità opposta, una piastra antisormonto;

un dispositivo di guida comprendente:

a) uno stelo esténdentesi lungo il detto asse nella detta struttura di assorbimento e fissato ad una faccia posteriore della detta piastra antisormonto;

b) almeno una sede di guida impegnata dal detto stelo per guidare il detto stelo assialmente durante la deformazione della detta struttura di assorbimento;

caratterizzato dal fatto che la detta sede di guida è disposta in posizione intermedia tra le estremità della detta struttura di assorbimento.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica di una preferita forma di attuazione del elemento collassabile per assorbire energia in caso di urto in un veicolo ferroviario, secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una vista laterale schematica dell'elemento collassabile di figura 1 durante una prima fase di un urto contro un elemento collassabile corrispondente; e

la figura 3 è una vista prospettica che mostra una fase terminale dell'urto.

In figura 1, con 1 è indicato un elemento collassabile per assorbire energia in caso di urto in un veicolo ferroviario (non illustrato). L'elemento 1 si estende a sbalzo lungo un asse 2 sostanzialmente orizzontale e parallelo alla direzione longitudinale del veicolo, a partire da una traversa 3 trasversale di supporto (parzialmente illustrata), la quale è di tipo scatolato e costituisce parte dell'estremità di un vagone o carro o di una motrice del veicolo ferroviario.

L'elemento 1 è affiancato ad un tampone 4 di fine corsa sostanzialmente rigido e fissato alla traversa 3 e, complessivamente, ha una forma troncopiramidale che si allarga verso la traversa 3. L'elemento 1 comprende una piastra 6 terminale posteriore, la quale è fissata alla traversa 3 e ha un'apertura 7 centrale (figura 3) sostanzialmente rettangolare ed allungata in direzione verticale. L'elemento 1 comprende poi quattro corpi 8 tubolari o scatolati, i quali sono plasticamente deformabili a compressione, sono disposti lungo gli spigoli laterali dell'elemento 1, hanno una sezione trasversale quadrangolare, e hanno una forma sostanzialmente tronco-conica che si allarga verso la traversa 3 per incrementare l'energia assorbita con l'aumentare della corsa di compressione lungo l'asse 2.

L'elemento 1 comprende un rivestimento 9 lungo i quattro lati dell'elemento 1, per coprire i corpi 8.

Una piastra 10 anteriore verticale ha una faccia 11 posteriore fissata alle estremità dei corpi 8 ed una faccia 12 anteriore che porta in posizioni fisse una pluralità di nervature o denti 13 orizzontali, o altri accorgimenti equivalenti, per svolgere una funzione anti-sormonto quando la piastra 10 viene a contatto, durante un incidente, con una corrispondente piastra anti-sormonto di un vagone o carro urtato. Le dimensioni, la distanza reciproca ed il numero dei denti 13 è tale da limitare la possibilità di scorrimento reciproco in direzione verticale tra le piastre anti-sormonto: sono previsti otto denti 13 a sezione trasversale triangolare piena, saldati sulla faccia 12 in posizioni equidistanziate in direzione verticale, sporgenti di circa 25 mm rispetto alla faccia 12, ed aventi angolo al vertice pari a circa 60°.

L'elemento 1 comprende poi un dispositivo 15 di guida per vincolare la rotazione della piastra 10 durante l'urto e la deformazione plastica dei corpi 8, in modo tale che la piastra 10 ripartisca uniformemente il carico sui corpi 8, mettendo l'elemento 1 in condizione di funzionare correttamente e di assorbire la quantità di energia prevista a progetto.

Il dispositivo 15 comprende uno stelo 16, il quale è fissato alla faccia 11, ad esempio tramite saldatura, si estende lungo l'asse 2 tra i corpi 8 e ha una lunghezza assiale inferiore di quella dei corpi 8 (circa il 60%). Lo stelo 16 è tubolare cilindrico, con uno spessore di circa 6 mm e con un diametro esterno di circa 120 mm, e termina con una testa 17 troncoconica (figure 2 e 3).

Il dispositivo 15 comprende poi una pluralità di sedi 18 di guida, in particolare cinque, le quali sono coassiali tra loro e all'apertura 7, sono equidistanziate tra loro lungo l'asse 2, e sono portate da rispettivi setti 20 fissati ai corpi 8 e al rivestimento 9 tramite saldatura. Il diametro esterno dello stelo 16 approssima per difetto il diametro interno delle sedi 18 ed è inferiore alle dimensioni dell'apertura 7.

Almeno tre delle cinque sedi 18 sono impegnate dallo stelo 16 quando l'elemento 1 è in condizione indeformata, per garantire una buona stabilità nello scorrimento assiale dello stelo 16 e ripartire le sollecitazioni trasferite dalla piastra 10 sui setti 20 e quindi sui corpi 8 in maniera distribuita lungo l'asse 2 fin dall'inizio dell'urto e della deformazione plastica.

I setti 20 non sono piani ed a spessore costante, ma sono a spessore variabile: la periferia 21 ha uno spessore di circa 2 mm, mentre la porzione 22 centrale, attorno alle sedi 18 di guida, ha uno spessore di circa 6 mm. In altre parole, la porzione 22 centrale è rinforzata rispetto alla periferia 21. Per realizzare i setti 20, partendo da una lastra di 6 mm di spessore lo spessore in eccesso sulla periferia 21 viene asportato mediante fresatura di una faccia sola del setto 20. In questo modo, una delle due facce è piana, mentre quella fresata ha uno scalino che divide la periferia 21 dalla porzione 22 centrale.

Preferibilmente, le sedi 20 di guida sono definite da rispettivi collari 24, i quali sono accoppiati al bordo circolare interno delle porzioni 22 centrali e hanno uno spessore inferiore a quello delle porzioni 22, ad esempio uno spessore di 2 mm, per limitare la superficie di contatto con lo stelo 16 e ridurre gli attriti e l'insorgere, associato agli attriti, di eccessive forze longitudinali.

Le figure 2 e 3 mostrano una fase iniziale ed una fase finale di un urto tra due carri o vagoni che portano, ciascuno, una relativa coppia di elementi collassabili uguali tra loro. I componenti degli elementi collassabili sono indicati dai medesimi numeri di riferimento utilizzati in figura 1, ma per una delle due coppie tali numeri di riferimento sono seguiti da un pedice per questioni di chiarezza.

La distanza tra gli elementi 1 sulla traversa 3 è la medesima rispetto alla distanza tra gli elementi 1' sulla traversa 3' . Nelle condizioni di urto ipotizzate, gli assi 2 e 2' distano tra loro in direzione verticale di un offset o scostamento pari a circa 40 mm.

La figura 2 è relativa ad una condizione in cui sono trascorsi circa 3 millisecondi dall'inizio dell'urto: le piastre 10, 10' hanno assunto una leggera deformazione a forma di "S", la quale non tende a peggiorare ulteriormente grazie al dispositivo 15.

Infatti, durante l'urto l'elemento 1 si accorcia assialmente e lo stelo 16 entra in successione nei setti 20 posti nella parte posteriore dell'elemento 1: lo stelo 16 rimane sostanzialmente orizzontale e consente un accartocciamento uniforme tra i quattro corpi 8 lungo l'asse 2 grazie alla funzione di guida delle sedi 18. A causa dell'attrito di strisciamento degli steli 16, 16' contro i collari 24 ed a causa di inevitabili urti delle teste 17, 17' durante l'inserimento negli ultimi due setti 20, 20', i dispositivi 15, 15' genera forze longitudinali che sono comunque trascurabili.

Nella fase finale della deformazione degli elementi 1, 1', le teste 17, 17' degli steli 16, 16' si inseriscono nelle aperture 7, 7' delle piastre 6, 6', le quali svolgono anch'esse una funzione di guida, sebbene minima. Come deducibile dalla figura 3, alla fine dell'urto entrambi gli steli 16, 16' hanno subito una inclinazione trascurabile rispetto all'asse 2, 2' e hanno le rispettive teste 17 alloggiate nelle traverse 3, 3' scatolate. Inoltre, i tamponi portati dalle due traverse 3, 3' non arrivano a contatto tra loro, come accade invece nelle soluzioni dell'arte nota prive di dispositivo di guida. Le deformazioni finali degli elementi 1, 1' appaiono speculari e il funzionamento delle piastre 10, 10' è ottimale, in quanto non ci sono sollevamenti significativi dei carri e fenomeni di sormonto o scavalcamento.

La maggiore quantità di energia (circa 70%) è dissipata dalla deformazione dei corpi 8, 8'. La restante parte è dissipata dai rivestimenti 9 e dai cordoni di saldatura. Per quanto riguarda le traverse 3, 3', sono elementi strutturali sostanzialmente rigidi che non hanno funzioni di dissipazione di energia, ma garantiscono il supporto e il collegamento degli elementi 1, 1' ai rispettivi carri. In altre parole, gli elementi 1, 1' riescono da soli a dissipare tutta l'energia necessaria come previsto a progetto.

Pertanto, l'efficacia dell'elemento 1 è buona, e le accelerazioni trasmesse al carro sono relativamente basse ed hanno un andamento regolare.

Inoltre, come sopra già esposto, l'energia è completamente assorbita dall'elemento 1 come previsto a progetto, senza che venga deformata plasticamente la traversa 3. Il rischio di deragliamento è praticamente nullo rispetto alle soluzioni note, grazie al dispositivo 15 in combinazione con le caratteristiche dei denti 13 della piastra 10 antisormonto.

Il fatto di avere le sedi 18 disposte direttamente all'interno tra i corpi 8, consente di avere uno stelo 16 con lunghezza assiale contenuta e, quindi, di non avere la necessità di prevedere spazi liberi aggiuntivi dietro alla traversa 3 nel carro. Il fatto di avere una molteplicità di sedi 18, anziché una sola, consente di sfruttare la loro funzione di guida solo quando le sedi 18 sono impegnate effettivamente dallo stelo 16, senza creare intralcio o ingombri aggiuntivi, e irrigidendo anche l'elemento 1 per stabilizzare efficacemente la deformazione. Gli ingombri ridotti richiesti dall'elemento 1 consentono di installare l'elemento 1 anche su veicoli già in funzione in sostituzione di elementi assorbitori privi di dispositivo di guida.

La testa 17 di forma svasata agevola, durante la deformazione, il progressivo inserimento dello stelo 16 nelle due sedi 20 posteriori che non sono impegnate quando l'elemento 1 è indeformato, e l'inserimento finale nell'apertura 7 e, quindi, nella traversa 3 scatolata. La lunghezza dello stelo 16 è tale da evitare impatto assiale della testa 17 contro il fondo della traversa 3 prima che l'elemento 1 abbia assorbito tutta l'energia prevista. Lo stelo 16 lavora principalmente a flessione, e la sua sezione tubolare unisce leggerezza ad un modulo di resistenza flessionale elevato.

Da quanto precede appare, infine, evidente che all'elemento 1 descritto possono essere apportate modifiche e varianti che non esulano dal campo di protezione della presente invenzione.

In particolare, i corpi 8 tubolari potrebbero essere sostituiti da un'altra struttura scatolata collassabile di forma e/o dimensioni diverse; e/o gli elementi 1 potrebbero essere collegati a strutture di supporto diverse dalla traversa 3, ad esempio ad una struttura di supporto integrata nel telaio del vagone o carrozza; e/o i tamponi 4 potrebbero essere assenti.

Claims (1)

1. R IV E N D I C A Z I O N I 1.- Elemento collassabile (1) per assorbire energia in caso di urto in un veicolo ferroviario; l'elemento comprendendo: una struttura di assorbimento (8) estendentesi lungo un asse (2) sostanzialmente orizzontale, plasticamente deformabile per assorbire energia, collegabile ad una estremità ad un supporto (3) e portante, all'estremità opposta, una piastra antisormonto (10); un dispositivo di guida (15) comprendente: a) uno stelo (16) estendentesi lungo il detto asse (2) nella detta struttura di assorbimento (8) e fissato ad una faccia posteriore (11) della detta piastra anti-sormonto (10); b) almeno una sede di guida (18) impegnata dal detto stelo (16) per guidare il detto stelo (16) assialmente durante la deformazione della detta struttura di assorbimento (8); caratterizzato dal fatto che la detta sede di guida (18) è disposta in posizione intermedia tra le estremità della detta struttura di assorbimento (8). 2.- Elemento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il detto dispositivo di guida (15) comprende una pluralità di sedi di guida (18) disposte in posizioni intermedie tra le estremità assiali della detta struttura di assorbimento (8), distanziate tra loro, ed impegnate almeno in parte dal detto stelo (16). 3.- Elemento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto stelo (16) ha una lunghezza assiale inferiore di quella della detta struttura di assorbimento (8) ed impegna solamente parte delle dette sedi di guida (18). 4.- Elemento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il detto stelo (16) impegna almeno tre quinti delle dette sedi di guida (18). 5.- Elemento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che le dette sedi di guida (18) sono equidistanziate e coassiali tra loro lungo il detto asse (2). 6.- Elemento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che le dette sedi di guida (18) sono portate da rispettivi setti (20) verticali fissati alla detta struttura di assorbimento (8) in posizioni distanziate tra loro. 7.- Elemento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la detta struttura di assorbimento (8) comprende quattro corpi tubolari disposti in corrispondenza di rispettivi spìgoli laterali del detto elemento (1), e dal fatto che i detti setti (20) sono saldati ai detti corpi tubolari (8). 8.- Elemento secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che ciascun detto setto (20) comprende una porzione centrale (22) portante la relativa sede di guida (18) ed avente uno spessore maggiore rispetto alla periferia (21) del setto (20). 9.- Elemento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzato dal fatto che le dette sedi di guida (20) sono definite da rispettivi collari (24) accoppiati a rispettive porzioni centrali (22) dei detti setti (20) ed aventi spessore assiale minore di quello delle porzioni centrali (22) dei detti setti (20). 10.- Elemento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta piastra anti-sormonto (10) ha una faccia anteriore (12) portante una pluralità di denti (13) orizzontali a sezione trasversale triangolare piena, saldati sulla detta faccia anteriore (12) in posizioni equidistanziate verticalmente, sporgenti di circa 25 mm rispetto alla detta faccia anteriore (12), ed aventi angolo al vertice pari a circa 60°.