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ES1220000U - Sistema de propulsión, estabilización y suspensión para trenes monorrailes - Google Patents

Sistema de propulsión, estabilización y suspensión para trenes monorrailes Download PDF

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ES1220000U ES201800582U ES201800582U ES1220000U ES 1220000 U ES1220000 U ES 1220000U ES 201800582 U ES201800582 U ES 201800582U ES 201800582 U ES201800582 U ES 201800582U ES 1220000 U ES1220000 U ES 1220000U
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  • Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)

Abstract

1. Sistema de propulsión, estabilización y suspensión para trenes monorrailes, del tipo que consiste en un tren monorrail con unos vagones ultraligeros tipo monocasco (1) y de perfiles transversales aerodinámicos, ovalados o semiovalados, que rodean a un rail acanalado o de sección de corona semicircular o semiovalada (30), excepto por su zona inferior, montado sobre una monoviga elevada y soportada sobre el suelo por columnas, las ruedas (20) discurren por el rail acanalado, y a los vagones se les reduce el peso o son levitados, caracterizado porque comprende: Unos vagones ultraligeros que rodean a un rail, excepto por su zona inferior; Un rail acanalado de sección de corona semicircular o semiovalada; Unos sistemas de atracción o sujeción entre vagones y rail, Unos sistemas de suspensión o levitación de los vagones, Unos sistemas de estabilización de los vagones; Unos sistemas de propulsión de los vagones; Un sistema de alimentación eléctrica; Unos sistemas de reducción de la resistencia frontal y trasera de los vagones y Un sistema de reducción de la fricción lateral de los vagones.

Description

La estabilidad lateral se consigue colocando el peso de la carga, instalaciones, combustible, etc. en la zona más baja del vagón, el centro de gravedad se coloca bajo el punto de apoyo o del raíl y puede actuar automáticamente como tren pendular. La estabilidad también se puede conseguir mediante giróscopos y acelerómetros. Unos sensores pueden medir la separación y actuar sobre electroimanes. Los vagones son autopropulsados o pueden usar una máquina 5 independiente.
Las ruedas magnéticas pueden estar integradas o formar parte de las ruedas actuales utilizadas sobre las vías o pueden ser unas ruedas independientes, complementarias de las convencionales. En ambos casos y sin frenar al vehículo, las ruedas magnéticas atraen las vías 10 y por tanto a estas contra el vagón. La atracción de las ruedas magnéticas sobre el raíl se suma al peso del vehículo. Y la atracción bajo, o bajo el lateral del raíl lo levitan o reducen el peso del vagón sobre el raíl. El contacto con el raíl siempre lo hacen con las ruedas convencionales o las adosadas a las magnéticas que hacen de límite.
15
Las ruedas magnéticas pueden girar en contacto con las vías o girar a una distancia de uno a varios centímetros de las mismas. Al girar las ruedas simultáneamente atraen e impulsan al vagón desplazándolo sobre las vías. De este modo se pueden utilizar vagones más ligeros de peso. Las ruedas magnéticas no producen gasto de energía y están formadas o tienen adosados imanes permanentes. 20
Las ruedas pueden de sección periférica circular o semicircular. El eje de las ruedas puede sobresalir por uno o ambos lados de la misma, pudiendo aplicar el correspondiente motor, cojinete y amortiguador.
25
Los raíles pueden ser verticales convencionales, de cabeza acanalada de sección de corona semicircular o semiovalada. Los raíles pueden tener como alma una viga de dos superficies laterales convergentes hacia la zona inferior.
Pueden usarse vagones monocasco abiertos por su zona inferior, esta zona se cubre con el 30 armazón o chasis del vagón.
Los vagones usados circulares u ovalados con la altura inferior a la anchura y tienen mayor relación longitud anchura de los mismos, siendo muy ligeros de peso utilizando fibra de carbono, vidrio, kevlar o aleaciones de aluminio o magnesio, mezclas de grafeno u de óxido de 35 grafeno, etc. de ese modo el peso por metro es mínimo y por lo tanto el de las vías. Puede reducirse aún más el peso usando dos o tres asientos por fila.
Los sistemas de propulsión consisten en unas ruedas laterales inclinadas o en unas ruedas magnéticas impulsadas con motores, que rodean al raíl aunque no contacten con él. Las 40 ruedas actúan sobre el raíl o sobre su viga de soporte. La propulsión puede efectuarse exclusivamente con los fanes, o puede realizarse con estos de forma complementaria.
La propulsión se consigue usando principalmente motores eléctricos, o de explosión, gasolina, diesel o turbinas. Todos los motores se pueden aplicar directamente a las ruedas magnéticas, 45 ruedas poleas neumáticos o ruedas de goma. La alimentación eléctrica se puede aplicar con baterías, con células de combustible, electrificando los raíles o con unas bandas y energía externa. La corriente eléctrica aplicada desde tierra se capta y envía por la vía y/o por una banda lateral aislada, recogiéndose con unas escobillas o elementos deslizantes. La corriente alterna también se puede enviar por los raíles y/o por unas bandas metálicas que actúan a 50 modo de condensadores transfiriendo la corriente alterna a través de los mismos. La energía eléctrica externa se puede aplicar en múltiples tramos con generadores independientes.
Opcionalmente se puede eliminar la resistencia frontal y trasera usando fanes o turbinas, los cuales succionan el aire en la zona frontal del vagón delantero y otras lo descargan en la posterior del último vagón. En este caso el vehículo no presiona sobre el aire y se puede considerar que los fanes delanteros actúan por tracción. La fricción lateral se reduce recubriendo con una capa deslizante o repelente del aire, con una superficie cubierta de 5 múltiples dentículos o utilizando doble pared y entre ellas una cámara presurizada cuyo aire se descarga al exterior con múltiples diminutas burbujas evitando la adherencia del flujo laminar.
Al avanzar las ruedas magnéticas girando a la misma velocidad tangencial respecto a los raíles, no frenan, pero si atraen al vagón. 10
Se usarán preferentemente imanes permanentes de tierras raras como el samario o el neodimio. Las ruedas pueden tener el flujo magnético distribuido radial o longitudinalmente o incluso inclinado respecto a las ruedas, pueden estar cubiertas por una capa elástica amortiguadora y pueden colocarse en el exterior de los vagones. 15
Unos sensores eléctricos detectan que las ruedas no hacen contacto con el raíl aumentando el flujo de corriente a través de las bobinas y reducen la separación de las ruedas de imanes permanentes.
20
Los raíles generalmente de sección tubular, pueden estar formados por múltiples láminas aisladas y adosadas longitudinal o transversalmente entre sí. Para evitar las corrientes de Foucault.
Los sistemas de ruedas magnéticas trabajan reduciendo la fuerza del peso de los vagones 25 sobre los raíles, pero sin llegar a levitarlo totalmente. Puede ser necesario que el alma o viga inferior del raíl sea de material no magnético.
Los vagones se pueden interconectar con un sistema de fuelle tipo oruga.
30
En emergencia unas baterías pueden accionar el sistema en caso de fallo.
Los vagones pueden utilizar unas ruedas laterales con el eje vertical y/o ligeramente inclinado morro abajo.
35
Mediante los chorros de aire entre la rueda y el raíl permite que no exista contacto entre ambos, pudiendo flotar el vehículo sin apenas rozamiento.
Puede usar amortiguación de caucho, neumática, de flejes o muelles helicoidales.
40
Paras lugares arenosos o para muy altas velocidades puede ir soterrado.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada de un vagón y vía o 45 raíl del sistema de la invención.
Las figuras 2 a la 4 muestran vistas esquematizadas y parcialmente seccionadas de vagones con variantes del sistema de la invención.
50
Las figura 5, 6, 7 y 13 muestran vistas esquematizadas y parcialmente seccionadas de raíles con variantes de ruedas.
Las figuras 8-10 muestran vistas esquematizadas, parciales y parcialmente seccionadas de dos variantes de raíl.
La figura 11 muestra una vista lateral y parcial de una rueda, el raíl e inyectores.
5
La figuras 14 muestra una vista esquematizada y en perspectiva de la unión o machihembrado de dos extremos de raíl.
La figuras 15 muestra una vista esquematizada y en planta de la unión o machihembrado de dos extremos de raíl. 10
La figura 16 muestra una vista esquematizada y en perspectiva del vehículo de la invención.
Las figuras 17 y 18 muestran vistas esquematizadas y frontales de variantes de dos tipos de vagones. 15
Las figuras 19 y 20 muestran vistas esquematizadas y en planta de variantes de dos tipos de vagones.
La figura 21 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada de la pared de un 20 vagón con un sistema de reducción de la fricción usando burbujas de aire.
La figura 22 muestra un sistema de captación de la corriente externa.
La figura 23 muestra un diagrama de bloques de un sistema de la invención. 25
Descripción más detallada de un modo de realización.
La figura 1 aporta un modo de realización de la invención, muestra el vagón (1) de un tren monocarril ultraligero con las ruedas (20) que pueden ser parcialmente magnéticas, de sección 30 periférica semicircular que se apoyan sobre el raíl de cabeza acanalada (30) de sección de corona semicircular o semiovalada y el raíl se soporta sobre los postes o columnas (4), atraen el raíl y evitan el descarrilamiento. Las ruedas laterales (5) evitan el vuelco y se pueden apoyar en los laterales del alma del raíl (10), que hace de viga, que obligan a las ruedas y por lo tanto al vagón a discurrir en la posición más baja posible. Las ruedas laterales (5) con el eje vertical 35 pueden estar ligeramente inclinadas morro abajo, hacen que durante su giro se mantenga en la unión entre la cabeza y el alma (10) del raíl. Permite un pequeño movimiento pendular. Los ejes de las ruedas principales con cojinetes de aire, son actuados por los motores y soportados por el chasis del vagón con unos amortiguadores, pueden apoyarse a ambos lados de la rueda y usar un eje para cada pareja de ruedas, esto no se muestra en la figura. Aplicando inyectores 40 de chorros de aire entre rueda y raíl elimina o reduce el rozamiento.
La figura 2 muestra el vagón (1) de un tren con las ruedas (20) que pueden ser parcialmente magnéticas, de sección periférica semicircular que se apoyan sobre el raíl de cabeza acanalada (30a) de sección de corona semicircular u semiovalada y el raíl sobre los postes o 45 columnas (4), atraen el raíl y evitan el descarrilamiento. Las ruedas laterales (5) evitan el vuelco y se pueden apoyar en los laterales inclinados del alma del raíl (10a), que hace de viga, que obligan a las ruedas y por lo tanto al vagón a discurrir en la posición más baja posible. Las ruedas laterales (5) con el eje vertical pueden estar ligeramente inclinadas morro abajo, hacen que durante su giro se mantenga en la unión entre la cabeza y el alma (10a) del raíl. Las 50 ruedas laterales inclinadas (5) evitan el vuelco y se pueden apoyar en los laterales inclinados del alma del raíl, evitan que el vagón se eleve.
La figura 3 muestra el vagón (1) de un tren monocarril ultraligero con las ruedas (20) que pueden ser parcialmente magnéticas, de sección periférica semicircular que se apoyan sobre el raíl de cabeza acanalada (30) de sección de corona semicircular u semiovalada y el raíl se soporta sobre los postes o columnas (4), atraen el raíl y evitan el descarrilamiento. Las ruedas laterales (5) evitan el vuelco y se pueden apoyar en los laterales de la cabeza acanalada (3) del 5 raíl, que obligan a las ruedas y por lo tanto al vagón a discurrir en la posición más baja posible. Las ruedas laterales (5) con el eje vertical pueden estar ligeramente inclinadas morro abajo. Permite un pequeño movimiento pendular.
La figura 4 muestra el vagón (1) de un tren monocarril ultraligero con las ruedas (20) que 10 pueden ser parcialmente magnéticas, de sección periférica semicircular que se apoyan sobre el raíl de cabeza acanalada (30) de sección de corona semicircular u semiovalada y el raíl se soporta sobre los postes o columnas (4), atraen el raíl y evitan el descarrilamiento. Las ruedas se sujetan del techo mediante las barras (14). Las ruedas laterales (5) evitan el vuelco y se pueden apoyar en el alma o viga (10), evitando el alabeo o balanceo lateral. 15
La figura 5 muestra sobre el canal del raíl la rueda (20) que puede ser parcialmente magnética, las ruedas magnéticas sustentadoras o levitadoras (2m), en las zonas lateral inferiores de la cabeza de la cabeza acanalada del raíl.
20
La figura 6 muestra sobre el canal del raíl la rueda (20) que puede ser parcialmente magnética, las ruedas laterales inferiores (2n) que evitan el descarrilamiento y permiten el balanceo o alabeo del vagón.
La figura 7 muestra sobre el canal (3) del raíl la rueda (20) que puede ser parcialmente 25 magnética, las ruedas laterales inferiores (2p) que apoyan entre el ángulo entre la cabeza acanalada y el alma. Muestra los orificios de desagüe (25), que evitan el descarrilamiento y permiten un pequeño movimiento pendular.
La figura 8 muestra el raíl (30), cuya alma o viga machihembra con la columna (4c). 30
La figura 9 muestra el raíl (30v), cuya alma o viga machihembra con la columna (4d).
La figura 10 muestra el raíl (30y), cuya alma o viga machihembra con la columna (4f).
35
La figura 11 muestra sobre el canal (30) del raíl la rueda (20) y entre ambos los inyectores (6) que aplican chorros de aire que evitan el contacto de la rueda con del raíl.
La figura 12 muestra la rueda magnética (2m) giratoria separada sobre el raíl (30). Puede aplicarse una o dos bobinas rodeando el eje, con el flujo de líneas de fuerza a través de dicho 40 eje o paralelo al mismo.
La figura 13 muestra la rueda magnética (2m) que rueda sobre la cabeza de sección circular del raíl (30), la cual porta en sus laterales y solidarias dos ruedas de límite de recorrido (9) que evitan que las magnéticas contacten con el raíl. Con la atracción magnética superior o inferior 45 se evita que el vehículo salte o se eleve por falta de peso.
La figura 14 muestra una unión por machihembrado para permitir la dilatación longitudinal de los raíles.
50
La figura 15 muestra una unión por machihembrado para permitir la dilatación longitudinal de los raíles.
La figura 16 muestra un vagón (1) de tren monorraíl, mostrando las ruedas (20), el raíl (30), las columnas de apoyo (4) y las aletas (12) fijas en el lateral del vagón con inclinación o sustentación negativa, deflectoras del aire de la marcha, o bien de control accionadas mediante señales enviadas por un microprocesador.
5
La figura 23 muestra un microprocesador el cual procesa las señales de: Giróscopos, acelerómetros, sensores de separación delanteros y traseros distribuidos alrededor del vehículo, mando de gases, frenos, detección fugas, peso de la zona delantera y el de la trasera, contador uniones de conductos, la de GPS puede ser opcional ya que no es válida para túneles. El microprocesador una vez procesados los datos, y con el correspondiente 10 algoritmo, proporciona y envía múltiples y repetitivas señales: Señales de control de estabilización delantera y otras traseras, señal o señales de levitación zona delantera y de la zona trasera enviadas a unos electroimanes o inyectores de chorros de aire que controlan la separación ruedas raíl, y señales de aviso de fallos del sistema, control de velocidad, frenado, propulsión e indicación de velocidad. Las señales de estabilización lateral están más bien 15 indicadas en los raíles de sección circular.
Para facilitar la interpretación de los dibujos no se muestran los motores, sensores de separación, amortiguadores, cojinetes o apoyos de las ruedas.
20

Claims (31)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sistema de propulsión, estabilización y suspensión para trenes monorraíles, del tipo que consiste en un tren monorraíl con unos vagones ultraligeros tipo monocasco (1) y de perfiles transversales aerodinámicos, ovalados o semiovalados, que rodean a un raíl acanalado o de 5 sección de corona semicircular o semiovalada (30), excepto por su zona inferior, montado sobre una monoviga elevada y soportada sobre el suelo por columnas, las ruedas (20) discurren por el raíl acanalado, y a los vagones se les reduce el peso o son levitados, caracterizado porque comprende:
    10
    Unos vagones ultraligeros que rodean a un raíl, excepto por su zona inferior;
    Un raíl acanalado de sección de corona semicircular o semiovalada;
    Unos sistemas de atracción o sujeción entre vagones y raíl, 15
    Unos sistemas de suspensión o levitación de los vagones,
    Unos sistemas de estabilización de los vagones;
    20
    Unos sistemas de propulsión de los vagones;
    Un sistema de alimentación eléctrica;
    Unos sistemas de reducción de la resistencia frontal y trasera de los vagones y 25
    Un sistema de reducción de la fricción lateral de los vagones.
  2. 2. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de atracción o sujeción consiste en unas ruedas magnéticas o de imanes permanentes (20, 2m) que ruedan sobre y 30 atraen los raíles ferromagnéticos.
  3. 3. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de atracción o sujeción consiste en tres o cuatro ruedas de goma maciza o neumáticos (2n) que portan los vagones y que ruedan y rodean tangencialmente al raíl. 35
  4. 4. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de atracción o sujeción consiste en múltiples alerones o aletas inclinables o inclinados (12) con sustentación negativa en los laterales de los vagones.
    40
  5. 5. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de suspensión o levitación consiste en unas ruedas magnéticas o de imanes permanentes (2m), que inciden bajo las zonas inferiores laterales del raíl.
  6. 6. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de suspensión o 45 amortiguación es de caucho, neumática, de flejes o muelles helicoidales.
  7. 7. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de estabilización consiste en unas ruedas distribuidas alrededor del raíl.
    50
  8. 8. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de estabilización se realiza con unos sensores que captan la separación y alimentan a unos electroimanes que automáticamente los centra.
  9. 9. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la propulsión se realiza con ruedas laterales inclinadas que presionan sobre el raíl o sobre su viga de soporte.
  10. 10. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la propulsión se realiza con unas ruedas magnéticas que rodean al raíl. 5
  11. 11. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque para la propulsión y reducción de la resistencia frontal y posterior se usan fanes succionadores delanteros e impulsores traseros, con unos conductos opcionales (48, 49) que encauzan el flujo de aire.
    10
  12. 12. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque para la propulsión se utilizan las ruedas-poleas.
  13. 13. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la propulsión se efectúa con motores eléctricos, explosión, gasolina, diésel o turbinas. 15
  14. 14. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los raíles acanalados portan unos orificios para el desagüe.
  15. 15. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las ruedas son toroidales o 20 semitoroidales.
  16. 16. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los vagones utilizan unas ruedas laterales con el eje vertical y ligeramente inclinado morro abajo (5).
    25
  17. 17. Sistema según reivindicación 3 y 5, caracterizado porque las ruedas magnéticas giran a una distancia de uno a varios centímetros de los raíles y portan unas ruedas solidarias (9, 9a) de límite de recorrido.
  18. 18. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los raíles consisten en múltiples 30 láminas ferromagnéticas aisladas y longitudinal o transversalmente.
  19. 19. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los raíles sobre los que se apoyan las ruedas tienen la cabeza de sección de corona semicircular y la zona inferior (3) o alma del raíl tiene dos caras o superficies inclinadas y convergentes hacia abajo, hasta alcanzar las 35 columnas donde se apoyan.
  20. 20. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las ruedas se apoyan o giran sobre cojinetes de aire, magnéticos o cajas de grasa.
    40
  21. 21. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los vagones son de fibra de carbono, vidrio o kevlar o aleaciones de aluminio o magnesio, o mezclas de grafeno o de óxido de grafeno.
  22. 22. Sistema según reivindicación 3 y 5, caracterizado porque los ejes de los motores se aplican 45 directamente a las ruedas magnéticas.
  23. 23. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la alimentación eléctrica se efectúa con batería o células de combustible.
    50
  24. 24. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la alimentación eléctrica se efectúa con corriente eléctrica alterna externa.
  25. 25. Sistema según reivindicación 24, caracterizado porque la corriente externa se envía por el raíl y/o por unas bandas metálica que actúan de condensador.
  26. 26. Sistema según reivindicación 2, 3, 5, 7 y 12, caracterizado porque unos inyectores (6) aplican unos chorros de aire entre las ruedas y el raíl, produciendo su levitación parcial que 5 evita el rozamiento.
  27. 27. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los vagones portan un microprocesador el cual procesa las señales de: Giróscopos, acelerómetros, sensores de separación delanteros y otros traseros distribuidos alrededor de los vagones, mando de gases, 10 frenos, peso delantero y trasero del vehículo, contador de las uniones del raíl y la señal de GPS, el microprocesador una vez procesados los datos, y con el correspondiente algoritmo, proporciona y envía múltiples y repetitivas señales: Señales de control de estabilización delantera y otras traseras, señal o señales de levitación zona delantera y de la zona trasera enviadas a unos electroimanes que controlan la separación ruedas raíl, y señales de aviso de 15 fallos del sistema, control de velocidad, frenado, propulsión e indicación de velocidad.
  28. 28. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la estabilidad lateral se consigue colocando el peso de la carga, instalaciones y combustible en la zona más baja de los vagones, colocando el centro de gravedad por debajo de la cabeza del raíl. 20
  29. 29. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque la reducción de la fricción lateral de los vagones se consigue usando doble pared y entre ellas una cámara presurizada cuyo aire se descarga al exterior con múltiples y diminutas burbujas, a través de la pared más externa que es muy porosa. 25
  30. 30. Sistema según reivindicación 24, caracterizado porque la energía eléctrica externa aplicada es de alta frecuencia y alto voltaje respecto al estándar de la red.
  31. 31. Sistema según reivindicación 24, caracterizado porque la energía eléctrica externa se 30 aplica en múltiples tramos con generadores independientes.
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