PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE MEDIDA PARA DETERMINAR EL PESO DE

VAGONES DE MERCANCIAS

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con el pesaje de vagones de mercancías de vehículos ferroviarios, proponiendo la invención un procedimiento y un dispositivo de medida que permite realizar el pesaje de los vagones de mercancías en movimiento y sin tener que emplear dispositivos de medida invasivos que obliguen a modificar la infraestructura de la vía, o que obliguen modificar la estructura de los vehículos.

Estado de la técnica

Los vagones de los vehículos ferroviarios transportan mercancías cuya carga resulta necesaria conocer, así como la distribución de la carga (por ejemplo, la carga por cada eje del vagón).

Esto es de relevancia en playas de vías y en zonas de carga/descarga (“marshalling yards”). Así, por ejemplo, resulta necesario conocer con exactitud la carga del vagón, ya que ésta debe ser distribuida en camiones para su posterior transporte por carretera. Los camiones están obligados a cumplir una normativa específica de peso, pero a su vez resulta preferible cargar los camiones al máximo del límite permitido para optimizar los costes de transporte.

Los dispositivos de medida empleados actualmente para el pesaje de los vagones suelen ser dispositivos que generalmente determinan el peso en estático, con el vagón parado, además de ser dispositivos invasivos, caros, y que requieren de una instalación compleja. Así, por ejemplo, se conocen las basculas de pesaje, que son una sección de vía instrumentada (“weigh bridges”) que reemplaza una sección de vía; los sensores de peso basados en galgas extensiométricas o celdas de carga que se disponen integrados en la vía ferroviaria (en los carriles, traviesas, ...); o los dispositivos de pesaje embarcados en los propios vagones.

De acuerdo con todo ello existe una necesidad por parte de los operadores de mercancías de conocer la distribución de carga de los vagones mediante un dispositivo de medida que sea portátil, de manera que su instalación no sea invasiva sobre la infraestructura ferroviaria, y que permita determinar el peso de los vagones en movimiento.

Objeto de la invención

La presente invención tiene por objeto un procedimiento de medida para determinar el peso de vagones de mercancías de vehículos ferroviarios cuando circulan sobre los carriles de una vía ferroviaria.

El procedimiento de medida comprende:

• determinar un desplazamiento de al menos un punto de uno de los carriles de la vía ferroviaria cuando el vagón circula sobre el carril, en donde el desplazamiento se determina empleando unos medios de medición no invasivos,

• comparar el desplazamiento de, al menos, el punto del carril, con un desplazamiento de referencia, estando el desplazamiento de referencia relacionado con un peso de referencia conocido, y

• determinar el peso del vagón que circula sobre el carril de la vía ferroviaria por la comparación del desplazamiento de, al menos, el punto del carril, con el desplazamiento de referencia.

Los medios de medición no invasivos permiten determinar el desplazamiento del punto del carril debido a la deformación que sufre el carril al paso del vagón por encima del carril, es decir con el vehículo ferroviario en movimiento. Además, al ser los medios de medición, unos medios de medición no invasivos, tal como por ejemplo medios láser, no existe la necesidad de tener que modificar la infraestructura ferroviaria para instalar dichos medios. Adicionalmente, los medios de medición no invasivos son portables, con lo que el procedimiento de medida se pueda realizar en cualquier punto de la vía ferroviaria.

En el sentido de la invención, por desplazamiento de referencia se entiende el desplazamiento que hubiera sufrido el punto del carril dado el peso de referencia conocido, es decir, el desplazamiento de referencia es conocido porque está directamente relacionado con un peso específico y también conocido. De esta manera, extrapolando el desplazamiento del punto del carril debido al paso del vagón de mercancías por encima del carril, se puede determinar con exactitud el peso del vagón. Preferentemente el desplazamiento se determina en los dos carriles de la vía ferroviaria, correspondiéndose cada desplazamiento con la deformación del carril provocada por el paso de una de las ruedas del eje del vagón sobre el carril. De esta forma, además del peso del vagón, se puede determinar la distribución del peso del vagón, concretamente el peso por cada eje del vagón.

Preferentemente se determina el desplazamiento de tres puntos del carril que definen una línea de referencia, de forma que se aumenta la precisión para la determinación del peso.

Aún más preferentemente, dos de los tres puntos del carril están alineados verticalmente con dos respectivas traviesas de la vía ferroviaria, y el otro punto del carril está dispuesto entre las dos traviesas. De esta manera, se emplea una disposición especifica de los puntos del carril en donde los desplazamientos debidos a la flexión del carril por el peso del vehículo muestran la mayor diferencia de desplazamiento posible entre los puntos, ya que el punto del carril dispuesto entre las dos traviesas no está directamente apoyado, de forma que se aumenta aún más la precisión para la determinación del peso.

Según un ejemplo de realización preferente del procedimiento de la invención, la determinación del peso del vagón comprende los pasos de:

• disponer los medios de medición no invasivos en la vía ferroviaria,

• hacer circular sobre la vía ferroviaria un vehículo ferroviario compuesto por un vehículo locomotor y al menos el vagón cuyo peso se requiere determinar, siendo el peso de referencia conocido el peso del vehículo locomotor,

• determinar el desplazamiento de referencia cuando el vehículo locomotor circula sobre el carril,

• determinar el desplazamiento de al menos el punto de uno de los carriles cuando el vagón circula sobre el carril

• comparar ambos desplazamientos para determinar el peso del vagón.

De esta manera, se emplea el vehículo locomotor como peso de referencia conocido. El peso por rueda y el peso por cada eje de rueda del vehículo locomotor es perfectamente conocido, de forma que en base a dicho peso se puede determinar con exactitud el peso que transporta cada uno de los vagones de mercancías que componen el vehículo ferroviario. Además, el procedimiento para la determinación del peso resulta notablemente sencillo, pudiendo llevarse a cabo por el propio maquinista del vehículo, el cual únicamente tiene que detener el vehículo en un tramo de la vía, apearse para colocar los medios de medición no invasivos, hacer circular el vehículo sobre el tramo de vía en donde se han dispuesto los medios para realizar el pesaje, y volver a aperase para recoger los medios de medición.

También es objeto de la presente invención un dispositivo de medida para determinar el peso de vagones de mercancías cuando circulan sobre los carriles de una vía ferroviaria.

El dispositivo de medida comprende:

• unos medios de medición no invasivos adaptados para determinar el desplazamiento de, al menos, un punto de uno de los carriles cuando el vagón circula sobre el carril, y

• una unidad de control adaptada para determinar el peso del vagón comparando el desplazamiento de, al menos, el punto del carril, con un desplazamiento de referencia, que está relacionado con un peso de referencia conocido.

Los medios de medición no invasivos son unos medios láser, de forma que no se requiere modificar la infraestructura ferroviaria para instalar dichos medios.

Según un primer ejemplo de realización del dispositivo de medida los medios de medición no invasivos comprenden al menos un dispositivo emisor para emitir, al menos, un haz láser, estando el dispositivo emisor dispuesto en el punto del carril, y, al menos, un dispositivo receptor para recibir el haz láser emitido por el dispositivo emisor, estando el dispositivo receptor dispuesto en un lado de la vía ferroviaria, tal que se emplea el haz láser recibido en el dispositivo receptor para determinar el desplazamiento del punto del carril.

Preferentemente los medios de medición no invasivos del primer ejemplo de realización comprenden tres dispositivos emisores para emitir tres respectivos haces láser, estando dos de los tres dispositivos emisores dispuestos en dos puntos del carril que están alineados verticalmente con dos respetivas traviesas de la vía ferroviaria, y estando el otro dispositivo emisor dispuesto en el punto del carril que está dispuesto entre las dos traviesas, y un dispositivo receptor para recibir los tres haces láser, estando el dispositivo receptor en un lado de la vía ferroviaria.

Aún más preferentemente, los medios de medición no invasivos comprenden seis dispositivos emisores, tres por cada carril de la vía ferroviaria, y dos dispositivos receptores, uno para cada carril de la vía ferroviaria. De esta forma, se puede determinar el peso del vagón, así como la distribución del peso del vagón.

Según un segundo ejemplo de realización del dispositivo de medida los medios de medición no invasivos comprenden al menos un perfilómetro láser para determinar el perfil del carril. Preferentemente los medios de medición no invasivos comprenden dos perfilómetros láser, uno por cada carril.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra un carril de un tramo de una vía ferroviaria en vacío.

La figura 2 muestra el carril del tramo de la vía de la figura anterior con carga cuando un vehículo ferroviario circula sobre el carril.

La figura 3 muestra un vehículo ferroviario con una locomotora y un vagón cuyo peso se pretende determinar.

La figura 4 es una gráfica que muestra el desplazamiento de un punto del carril debido al paso de cada eje de rueda del vehículo ferroviario de la figura anterior.

La figura 5 muestra una gráfica comparativa del desplazamiento de un punto del carril debido al paso de la locomotora de la figura 3, así como el desplazamiento de ese mismo punto debido al paso del vagón de la figura 3.

La figura 6 muestra una vista esquemática superior de un primer ejemplo de realización del dispositivo de medida de la invención.

La figura 7 muestra una vista esquemática lateral del dispositivo de la figura anterior dispuesto en un carril en vacío.

La figura 8 muestra una vista esquemática lateral del dispositivo de la figura 6 con el carril con carga. La figura 9 muestra una vista esquemática de un segundo ejemplo de realización del dispositivo de medida de la invención.

La figura 10 muestra una vista comparativa del perfil del carril en vacío y con carga.

Descripción detallada de la invención

En la figura 1 se representa una sección de un carril (r) de un tramo de una vía ferroviaria (t) en reposo, es decir sin aplicar una carga sobre el carril (r).

La sección del carril (r) está apoyada sobre dos traviesas (s1 , s2). En el carril (r) están representados tres puntos (A, B, C), dos de los tres puntos (A, C) del carril (r) están respectivamente alineados en verticalidad con las dos traviesas (s1 , s2) de la vía (t), y el otro punto (B) del carril (r) está dispuesto entre las dos traviesas (s1 , s2). El punto (B) del carril (r) está dispuesto en el medio de las dos traviesas (s1 , s2), es decir a la misma distancia de cada uno de los otros dos puntos (A, C).

La unión de los tres puntos (A, B, C) definen una línea de referencia (ref). Como se observa en la figura los tres puntos (A, B, C) están alineados tal que la línea de referencia (ref) es horizontal.

En la figura 2 se representa la sección del carril (r) cuando un vagón (w) de mercancías de un vehículo ferroviario está circulando sobre el carril (r).

El vehículo ferroviario está representado mediante una de sus ruedas (wh), quedando la rueda (wh) alineada verticalmente con el punto (B) del carril (r) que está dispuesto entre las dos traviesas (s1 , s2). En esta situación, al paso de la rueda (wh) sobre el carril (r), el carril (r) sufre un esfuerzo de flexión debido al peso del vagón (w), de forma que cada uno de los tres puntos (A, B, C) sufre un desplazamiento (d), esencialmente sufren un desplazamiento vertical en sentido descendente, de forma que la línea horizontal que unía los tres puntos (A, B, C) en la figura 1 , en la figura 2 es una curva (refe).

La invención propone determinar el desplazamiento (d) de al menos uno (B) de los puntos (A, B, C) del carril (r) cuando el vagón (w) circula sobre el carril (r), empleando para ello unos medios de medición no invasivos. Esencialmente la invención propone determinar el desplazamiento vertical de al menos el punto (B) del carril (r).

Preferentemente la invención propone determinar el desplazamiento vertical del punto (B) del carril (r) que está dispuesto entre las dos traviesas (s1 , s2), concretamente en el medio de las dos traviesas (s1 , s2), ya que, con esta disposición, el punto (B) no está directamente apoyado en su vertical, resultando por tanto el punto del carril que puede sufrir mayor desplazamiento, y por tanto el que mayor sensibilidad tiene para las medidas.

El desplazamiento del punto (B) es comparado con un desplazamiento de referencia, estando dicho desplazamiento de referencia relacionado con un peso de referencia conocido, de manera que mediante la comparación de ambos desplazamientos se puede determinar el peso del vagón (w) que circula sobre el carril (r).

En las figuras 3 a 5 se muestra un ejemplo de realización preferente del procedimiento llevado a cabo para determinar el peso del vagón (w).

En la figura 3 se representa un vehículo ferroviario a modo simplificado que está compuesto por una locomotora (I) y un vagón (w) cuyo peso se pretende determinar, pudiendo el vehículo disponer un numero indefinido de vagones (w), e incluso más de una locomotora (I). Tanto la locomotora (I) como el vagón (w) tienen dos bogies (b), y cada bogie (b) tiene dos pares de ruedas (wh), un par de ruedas (wh) por cada carril (r), estando cada par de ruedas (wh) unido por un eje. El sentido de desplazamiento del vehículo ferroviario está representado en la figura 3 por una flecha de izquierda a derecha.

La figura 4 muestra una gráfica del desplazamiento (d) del punto (B) del carril (r) de la figura 1 a lo largo del tiempo cuando el vehículo circula sobre dicho punto (B). Concretamente se representan seis desplazamientos verticales (d1 , ... , d6) debidos al paso de las cuatro ruedas (wh1 ,wh2,wh3,wh4) de la locomotora (I) y de las dos primeras ruedas (wh5,wh6) del vagón (w) sobre el carril (r).

La relación entre el desplazamiento del punto (B) del carril (r) y el peso se caracteriza previamente. Preferentemente esta caracterización previa se realiza en base al peso de la locomotora (I), cuya carga por rueda, y eje de rueda, es perfectamente conocida. Los medios de medición no invasivos se calibran in situ al paso de la locomotora (I), cuya carga por eje es conocida. La figura 5 muestra una gráfica de la evolución temporal del desplazamiento vertical del punto (B) debido al paso de las ruedas (wh1 , wh5) de la locomotora (I) y vagón (w) sobre el carril (r). El desplazamiento vertical debido a la rueda (wh1) de la locomotora (I) se identifica por la referencia (d1) y el desplazamiento vertical debido a la rueda (wh5) del vagón (w) se identifica por la referencia (d5). La diferencia entre el desplazamiento vertical del punto (B) debido al paso de las dos ruedas (wh1 , wh5) se emplea para determinar el peso que soporta la rueda (wh5) del vagón (w).

De esta manera, tomando como referencia el peso de la locomotora (I), que tiene un peso por rueda perfectamente conocido, y además tiene un peso equilibrado entre las ruedas de cada eje, se puede determinar el peso de cada rueda (wh) del vagón (w), así como el peso de cada eje del vagón (w).

Para determinar el peso de los vagones (w) de mercancías cuando circulan sobre los carriles (r, r’) de la vía ferroviaria (t) se emplea un dispositivo de medida que comprende los medios de medición no invasivos que están adaptados para determinar el desplazamiento (d) de al menos el punto (B, B’) de uno de los carriles (r, r’) cuando el vagón (w) circula sobre el carril (r, r’), y una unidad de control que está adaptada para determinar el peso del vagón (w) comparando el desplazamiento (d) de al menos el punto (B, B’) del carril (r, r’) con el desplazamiento de referencia, que está relacionado con el peso de referencia conocido.

En las figuras 6 a 10 se muestran dos ejemplos de realización del dispositivo de medida para determinar el peso de los vagones (w) de mercancías cuando circulan sobre los carriles (r, r’) de la vía ferroviaria (t).

Los medios de medición no invasivos del primer ejemplo de realización del dispositivo de medida representado en las figuras 6 a 8 están basados en medios láser. Los medios de medición no invasivos comprenden al menos un dispositivo emisor (11 , 12, 13, 11’, 12’, 13’) para emitir al menos un haz láser (L1 ,L2,L3, L1’,L2’,L3’), estando el dispositivo emisor (12) dispuesto en el punto (B) del carril (r), y al menos un dispositivo receptor (14,14’) para recibir el haz láser, tal que se emplea el haz láser recibido en el dispositivo receptor para determinar el desplazamiento (d) del punto (B, B’) del carril (r, r’).

Como se observa en la figura 6, los medios de medición no invasivos comprenden seis dispositivos emisores (11 ,12,13,11’, 12’, 13’), tres por cada carril (r, r’) de la vía ferroviaria (t), y - Si dos dispositivos receptores (14,14’), uno para cada carril (r, r’) de la vía ferroviaria (t).

Preferentemente, para cada carril (r, r’), dos (11 ,13) de los tres dispositivos emisores (11 ,12,13) están dispuestos en los dos puntos (A,C) del carril (r) que están alineados verticalmente con las dos traviesas (s1 , s2) de la vía ferroviaria (t), mientras que el otro dispositivo emisor (12) está dispuesto en el punto (B) del carril (r) que está dispuesto entre las dos traviesas (s1 , s2). Aún más preferentemente, los dispositivos receptores (14,14’) están situados uno a cada lado de la vía ferroviaria (t).

Las dos traviesas (s1 , s2) en las que se disponen los dos dispositivos emisores (11 ,13) son preferentemente dos traviesas consecutivas de la vía ferroviaria (t).

Los dispositivos receptores (14,14’) sobre los que se proyectan los haces láser son unas placas situadas a ambos lados de la vía ferroviaria (t), siendo la unidad de control de los medios de medición no invasivos la encargada de determinar la distancia desde cada dispositivo emisor (11 ,12,13,11’, 12’, 13’) hasta el respectivo dispositivo receptor (14,14’).

Las proyecciones de los haces láser cuando sobre el carril está en vacío, sin circulación ferroviaria, definen una línea de referencia (ref, ref), la cual se deforma al paso del vehículo ferroviario sobre los carriles (r, r’), de forma que mediante la comparación de la línea de referencia sin deformar (ref, ref) con la línea de referencia deformada (refe, refe’), se puede establecer el peso del vagón (w).

Los medios de medición no invasivos se calibran para que la línea de referencia (ref, ref) sobre cada dispositivo receptor (14,14’) sea una línea recta, de forma que se simplifica la comparación con la línea de referencia deformada (refe, efe’) debida el paso del vehículo ferroviario sobre los carriles (r,r’).

Las figuras 7 y 8 muestran una comparación del dispositivo de medición con la vía ferroviaria (t) en vacío (figura 7) y con carga (figura 8).

En la figura 7 se muestra la vía ferroviaria (t) en vacío, en donde los haces láseres (L2, L2’) se proyectan sobre la línea de referencia (ref, ref) de cada dispositivo receptor (14,14’).

En la figura 8 se muestra la vía ferroviaria (t) con carga, ya que un eje del vagón (w) y sus correspondientes ruedas (wh5) están sobre los carriles (r.r’) en donde están dispuestos los dispositivos emisores (12,12’), con lo que los carrieles (r.r’) se deforman. Los dispositivos emisores (12,12’) sufren un desplazamiento vertical (Ah, Ah’) ya que están directamente dispuestos en los carriles (r.r’), y por tanto los haces láseres (L2, L2’) se modifican según unos haces láseres modificados (Lm2, Lm2’). Así, con el vagón (w) circulando sobre el carril (r, r’), las proyecciones de los haces láseres modificados (Lm2, Lm2’) generan la línea de referencia deformada (refe, efe’) sobre cada dispositivo receptor (14,14’), determinándose el peso del vagón por la comparación de la línea de referencia sin deformar (ref, ref) con la línea de referencia deformada (refe, refe’).

Como se observa en la figura 8, en este caso el desplazamiento a determinar se corresponde con la diferencia (Ad, Ad’) entre la línea de referencia sin deformar (ref, ref) y la línea de referencia deformada (refe, refe’) del dispositivo receptor (14,14’), que está directamente relacionada con el desplazamiento vertical (Ah, Ah’) que sufren los dispositivos emisores, con lo que se mejora la sensibilidad del dispositivo de medida. Esto es debido a que esa diferencia (Ad, Ad’) entre las líneas de referencia es una magnitud mayor que el desplazamiento vertical (Ah, Ah’) de los dispositivos emisores.

Los medios de medición no invasivos del segundo ejemplo de realización del dispositivo de medida representado en las figuras 9 y 10 también están basados en medios láser. Los medios de medición no invasivos comprenden al menos un perfilómetro láser (21) para determinar el perfil del carril (r, r’). Preferentemente los medios de medición no invasivos comprenden dos perfilómetros láser (21), uno por cada carril (r,r’).

El procedimiento de medida para determinar el peso del vagón (w) comprendería comparar el perfil del carril (r) en vacío con el perfil con el perfil del carril (r) cuando el vagón (w) circula sobre el carril (r), de forma que se determina el desplazamiento de los puntos del carril cuando el vagón circula sobre el carril. El peso del vagón (w) se determina por la comparación del desplazamiento de los puntos del carril (r, r’) con el desplazamiento de referencia, tal y como se ha indicado anteriormente.

En la figura 10 se puede observar las secciones del perfil que se obtendrían en cada caso (en línea continua se ilustra el perfil del carril en vacío y en línea discontinua el perfil del carril flectado al paso del vagón (w). La unidad de control del dispositivo de medida comprende un módulo de comunicaciones para enviar la información de los medios de medición no invasivos a una unidad externa que dispone el operario del vehículo ferroviario (maquinista), tal como por ejemplo una Tablet o similar. En dicha unidad externa el operario puede configurar el dispositivo de medida y visualizar la información (por ejemplo, peso del vagón, distribución de carga por eje, ID vagón, etc). La propia unidad externa puede enviar la información a una base de datos remota en donde se almacena.