AT517843B1

AT517843B1 - Verfahren sowie Stopfaggregat zum Unterstopfen eines Gleises

Info

Publication number: AT517843B1
Application number: ATA758/2015A
Authority: AT
Original assignee: Plasser & Theurer Export Von Bahnbaumaschinen Gmbh
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-05-15
Also published as: CN108291370B; AT517843A4; US20180297081A1; US11179750B2; JP2018535342A; ES2753826T3; EP3380673B1; CN108291370A; JP6856643B2; EA201800176A1; EA034438B1; WO2017088943A1; PL3380673T3; EP3380673A1

Abstract

Zum Unterstopfung eines Gleises werden Stopfpickel durch einen Beistellzylinder (18) paarweise zueinander beigestellt. Einer linearen Hubbewegung eines im Beistellzylinder (18) bewegbaren Beistellkolbens (19) wird eine Vibration überlagert. Diese wird durch einen im Beistellzylinder (18) angeordneten und unabhängig vom Beistellkolben (19) bewegbaren Vibrationskolben (24) erzeugt.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Stopfaggregat zum Unterstopfen eines Gleises gemäß den im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 5 angeführten Merkmalen.

[0002] Durch EP 1 653 003 A1 ist ein derartiges Stopfaggregat bekannt, wobei zum Unterstopfen eines Gleises Stopfpickel paarweise zueinander bewegt werden. Diese Beistellbewegung zur Schotterverdichtung wird mit Hilfe eines hydraulisch beaufschlagbaren Beistellzylinders durchgeführt. Der linearen Beistellbewegung wird hydraulisch eine Vibration überlagert, um damit ein einfacheres Eindringen in den Schotter sowie eine verbesserte Verdichtung zu erzielen.

[0003] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung eines Verfahrens sowie eines Stopfaggregates der eingangs genannten Art, mit dem eine Verbesserung der hydraulischen Vibrationserzeugung möglich ist.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren bzw. Stopfaggregat der gattungsgemäßen Art durch die im Kennzeichen der Patentansprüche 1 bzw. 5 angeführten Merkmale gelöst. Mit der erfindungsgemäßen Merkmalskombination ist eine von der Beistellbewegung der Stopfpickel unabhängige Optimierung der für die Vibrationserzeugung erforderlichen Parameter möglich. Eine Verbesserung insbesondere hinsichtlich der Energiebilanz kann dann erzielt werden, wenn der Vibrationskolben als Feder-Masse-System wirksam ist. Mit einem derartigen Energiespeicher ist der an sich für die Erzeugung von Vibrationen benötigte hohe hydraulische Energieaufwand deutlich reduzierbar. Ein weiterer daraus resultierender Vorteil kann in einer geringeren Lärmemission gesehen werden.

[0005] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Zeichnungsbeschreibung.

[0006] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen: [0007] Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht einer Stopfmaschine mit einem Stopfag gregat zum Unterstopfen eines Gleises, [0008] Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Beistellantriebe aufweisenden Stopfa ggregates, und [0009] Fig. 3 bis 6 je eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäß ausgebildeten Bei stellantriebes.

[0010] Eine in Fig. 1 ersichtliche Stopfmaschine 1 weist einen durch Schienenfahrwerke 2 auf einem Gleis 3 verfahrbaren Maschinenrahmen 4 auf. Zwischen den beiden Schienenfahrwerken 2 ist ein durch einen Antrieb 5 höhenverstellbares Stopfaggregat 6 zum Unterstopfen von Schwellen 7 angeordnet.

[0011] Das in Fig. 2 vergrößert dargestellte Stopfaggregat 6 weist in einer Beistellbewegung 8 paarweise um eine Schwenkachse 9 zueinander bewegbare, an einem unteren Ende 10 mit Stopfpickeln 11 verbundene Stopfhebel 12 auf. Diese sind an einem oberen Ende 13 jeweils mit einem hydraulischen Beistellantrieb 14 verbunden, der sowohl zur Durchführung der linearen Beistellbewegung 8 als auch einer dieser überlagerten Vibration ausgebildet sind. Beide Stopfhebel 12 und die Beistellantriebe 14 sind auf einem durch den Antrieb 5 relativ zu einem Aggregatrahmen 15 höhenverstellbaren Träger 16 gelagert.

[0012] Die in den Fig. 3 bis 6 im Detail dargestellten Beistellantriebe 14 weisen jeweils einen entlang einer Achse 17 eines Beistellzylinders 18 bewegbaren Beistellkolben 19 und eine mit diesem verbundene Beistellkolbenstange 20 auf. Diese werden zur Ausführung der linearen Beistellbewegung 8 in der dargestellten Version hydraulisch jeweils von links nach rechts bewegt (siehe dazu die Hydraulikleitungen 21 mit einem Ventil 22 bzw. einem Druckbegrenzungsventil 23.

[0013] In jedem Beistellantrieb 14 bzw. Beistellzylinder 18 ist zusätzlich zu dem für die Beistellbewegung 8 vorgesehenen Beistellkolben 19 ein zur Erzeugung der Vibrationen ausgebildeter Vibrationskolben 24 angeordnet. Dieser ist in den beiden Varianten gemäß Fig. 3 und 4 jeweils zwischen dem Beistellkolben 19 und einem Zylinderboden 25 des Beistellantriebes 14 angeordnet.

[0014] Wie in Fig. 3 ersichtlich, ist eine mit dem Vibrationskolben 24 verbundene Kolbenstange 26 in einem am Zylinderboden 25 befestigten Zylinderring 27 zur Verschiebung entlang der Achse 17 des Beistellzylinders 18 angeordnet. In Hohlräumen 28 des Zylinderringes 27 sind den Vibrationskolben 24 kontaktierende Energiespeicher 29, vorzugsweise mechanische Federn 30, zur Ausübung von parallel zur Achse 17 wirksamen Kräften angeordnet.

[0015] Eine durch den Zylinderboden 25, den Zylinderring 27 und die Kolbenstange 26 des Vibrationskolbens 24 gebildete Ölkammer 31 ist über eine Hydraulikleitung 32 zur Erzeugung einer ersten Schwingbewegung 33 mit Hochdruck beaufschlagbar. Auf dem Vibrationskolben 24 und/oder auf dem Beistellkolben 19 ist eine Endlagendämpfung 34 angeordnet. Der Beistellkolben 19 wird mitsamt der Beistellkolbenstange 20 durch entsprechende Stellung des Ventils 22 und Beaufschlagung einer durch Beistell- und Vibrationskolben 19, 24 begrenzten Ölkammer 44 in Bewegung versetzt, die die beiden paarweise einander gegenüberliegenden Stopfpickel 11 im Rahmen der Beistellbewegung 8 zueinander führt (s. Fig. 1). Die dieser linearen Beistellbewegung überlagerte Oszillation mit konstanter Amplitude wird durch den unabhängig vom Beistellkolben 19 bewegbaren Vibrationskolben 24 erzeugt. Die Endlagendämpfung 34 verhindert, dass Vibrations- und Beistellkolben 24, 19 schlagartigen Kontakt haben.

[0016] Durch die Hydraulikleitung 32 wird der Volumenstrom für die Vibration bzw. die erste Schwingbewegung der Ölkammer 31 zugeführt. Durch ein schnell schaltendes Ventil 35 wird dabei die Vibration erzeugt. Dieses Ventil 35 kann impulsartig die Hochdruckseite durchschalten, wodurch der Vibrationskolben 24 nach rechts verschoben und die mechanische Feder 30 gespannt wird.

[0017] Bei Nullstellung des Ventils 35 wird eine Verbindung mit einem Speicherbehälter hergestellt. In dieser Position ist eine Schwimmstellung möglich. In weiterer Folge kann die Feder 30 den Vibrationskolben 24 nun zurückstellen (mit einer Bewegung in Richtung zum Zylinderboden 25) und das Hydrauliköl wird in den Speicherbehälter abgeführt. Die Aufgabe des Energiespeichers 29 wird somit durch die mechanische Feder 30 übernommen (alternativ kann der Energiespeicher 29 auch durch einen Blasenspeicher od. dgl. gebildet werden). Der Vibrationskolben 24 und die Federn 30 bilden somit ein Energieerhaltungssystem 36 in Form eines Feder-Masse-Systems. Idealerweise wird das System 36 in der Nähe der Resonanzfrequenz des Feder - Masse - Schwingers betrieben. Mit dem Druckbegrenzungsventil 23 wird ein Beistelldruck für die Beistellbewegung und damit ein dynamischer Gegenpolster aufgebaut.

[0018] Der Vorteil der hier beschriebenen Lösung gegenüber den bekannten vollhydraulischen Beistellantrieben besteht darin, dass die Vibrationsbewegung unabhängig von der Bewegung des Beistellkolbens 19 durchführbar ist. Es ist allgemein bekannt, dass beim bekannten Hydraulikantrieb durch die Überlagerung von Beistell- und Vibrationsbewegung der Volumenstrom so hoch wird, dass die Baugröße des Ventils unnötig steigt und der gesamte Volumenstrom der überlagerten Vibration in Wärme umgewandelt wird. Dies führt zu einem hohen Energieverbrauch.

[0019] Es ist weiter bekannt bzw. durch Messungen nachgewiesen, dass bei starker Verkrustung des zu unterstopfenden Schotters die Schwingungsamplitude bei einem bekannten vollhydraulischen System nicht beibehalten werden kann (eine Vermeidung dieses Nachteils ist nur durch eine gesteigerte Baugröße möglich). Der Grund liegt darin, dass keine Energie im System kurzfristig gespeichert werden kann.

[0020] Im Gegensatz zu den aufgezeigten Nachteilen bei den bekannten Ausführungen steht bei dem erfindungsgemäßen Antriebskonzept durch das Feder-Masse System (gebildet durch die Federn 30 und den Vibrationskolben 24) ein Energiespeicher zur Verfügung. Dies entspricht energetisch der Funktion einer aus dem Stand der Technik bekannten rotierenden Schwungmasse mit einem Exzenter-Antrieb zur Erzeugung einer Stopfpickelvibration. Außerdem kann in vorteilhafter Weise die Beistellbewegung unabhängig von der Schwingungsamplitude der Vibration ausgeführt werden. Dies hat eine vereinfachte Ausbildung des Ventils für den Beistellzylinder 18 zur Folge.

[0021] In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 ist der Vibrationskolben 24 durch die mechanischen Federn 30 mit einer Kolbenfläche 37 des Beistellkolbens 19 verbunden. Die Federn 30 könnten dabei auch weggelassen werden. Dies würde jedoch zur Erzeugung der Vibration einen höheren Hydraulikdruck erfordern und dadurch den Wirkungsgrad verschlechtern. Der Beistellkolben 19 sowie die mit diesem verbundene Beistellkolbenstange 20 weist eine vorzugsweise koaxial zur Achse 17 verlaufende Bohrung 38 zur Durchführung eines die erste Schwingbewegung 33 des Vibrationskolbens 24 erzeugenden Vibrationsimpulses auf (s. auch Fig. 5, 6). Die Vibration wird durch das Ventil 35 erzeugt, wobei die beiden Kolben 19, 24 auseinander bewegt werden. Die Beistellbewegung des Beistellkolbens 19 wird durch das Ventil 22 aktiviert und in einer Ölkammer 45 (begrenzt durch den Vibrationskolben 24 und den Zylinderboden 25) ausgeführt. Die zweite (der ersten entgegengesetzte) Schwingbewegung wird wiederum durch das aus Vibrationskolben 24 und Federn 30 zusammengesetzte Energieerhaltungssystem 36 aktiviert.

[0022] Bei den Ausführungen gemäß Fig. 5 und 6 ist der Vibrationskolben 24 jeweils als eine Öffnung 40 zur Durchführung der Beistellkolbenstange 20 aufweisender Ring 41 ausgebildet. Die mit dem Vibrationskolben 24 verbundenen mechanischen Federn 30 sind an einer kolbenstangenseitigen Kolbenfläche 42 des Beistellkolbens 19 (s. Fig. 5) oder an einem kolbenstangenseitigen Zylinderboden 43 des Beistellantriebes 14 befestigt (s. Fig. 6). Die Vibrationserzeugung erfolgt ebenso wie in der Ausführung gemäß Fig. 4 in einer durch Vibrations- und Beistellkolben 24, 19 begrenzten, die Federn 30 beinhaltenden Ölkammer 44.

[0023] Die Ansteuerung bzw. Regelung der vorliegenden Erfindung erfolgt durch einfache und robuste Sensoren und die notwendigen Größen für die Regelung bzw. Steuerung werden mittels modellprädiktiven Systems (Beobachter) ermittelt. Aus bekannten, einfach zu messenden physikalischen Größen bzw. der Stellgrößen werden die nicht gemessenen Größen eines beobachteten Referenzsystems ermittelt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Unterstopfung eines Gleises, mit durch einen Beistellzylinder (18) paarweise zueinander beistellbaren Stopfpickeln (11), wobei einer linearen Hubbewegung eines im Beistellzylinder (18) entlang einer Achse (17) bewegbaren Beistellkolbens (19) eine Vibration überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibration durch einen im Beistellzylinder (18) angeordneten und unabhängig vom Beistellkolben (19) bewegbaren Vibrationskolben (24) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsbewegungen des Vibrationskolbens (24) mithilfe eines aus dem Vibrationskolben (24) und einem Energiespeicher (29) zusammengesetzten Energieerhaltungssystems (36) unterstützt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schwingbewegung (33) durch einen auf den Vibrationskolben (24) wirkenden Druckmittelimpuls erzeugt wird, wobei mit der Bewegung des Vibrationskolbens (24) eine mit diesem verbundene, als Energiespeicher (29) wirksame mechanische Feder (30) entspannt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellung des Vibrationskolbens (24) in einer zur ersten Schwingbewegung (33) entgegen gerichteten zweiten Schwingbewegung durch eine Rückstellkraft der mechanischen Feder (30) durchgeführt wird.
5. Stopfaggregat zum Unterstopfen eines Gleises, mit in einer Beistellbewegung (8) paarweise um eine Schwenkachse (9) zueinander bewegbaren, an einem unteren Ende (10) mit Stopfpickeln (11) verbundenen Stopfhebeln (12), wobei diese an einem oberen Ende (13) mit einem zur Durchführung der Beistellbewegung (8) sowie einer dieser überlagerten Vibration ausgebildeten hydraulischen Beistellantrieb (14) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Beistellzylinder (18) des Beistellantriebes (14) zusätzlich zu einem für die Beistellbewegung (8) vorgesehenen Beistellkolben (19) ein zur Erzeugung der Vibrationen ausgebildeter Vibrationskolben (24) angeordnet ist.
6. Stopfaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationskolben (24) zwischen dem Beistellkolben (19) und einem Zylinderboden (25) des Beistellantriebes (18) angeordnet ist.
7. Stopfaggregat nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Vibrationskolben (24) verbundene Kolbenstange (26) in einem am Zylinderboden (25) befestigten Zylinderring (27) zur Verschiebung entlang einer Achse (17) des Beistellzylinders (18) angeordnet ist.
8. Stopfaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Hohlräumen (28) des Zylinderringes (27) den Vibrationskolben (24) kontaktierende Energiespeicher (29), vorzugsweise mechanische Federn (30), zur Ausübung von parallel zur Achse (17) wirksamen Kräften angeordnet sind.
9. Stopfaggregat nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den Zylinderboden (25), den Zylinderring (27) und die Kolbenstange (26) des Vibrationskolbens (24) gebildete Olkammer (31) über eine Hydraulikleitung (32) zur Erzeugung einer ersten Schwingbewegung (33) mit Hochdruck beaufschlagbar ist.
10. Stopfaggregat nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Vibrationskolben (24) und/oder auf dem Beistellkolben (19) eine Endlagendämpfung (34) angeordnet ist.
11. Stopfaggregat nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationskolben (24) durch mechanische Federn (30) mit einer Kolbenfläche (37) des Beistellkolbens (19) verbunden ist.
12. Stopfaggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Beistellkolben (19) sowie eine mit diesem verbundene Beistellkolbenstange (20) eine vorzugsweise koaxial zur Achse (17) verlaufende Bohrung (38) zur Durchführung eines die erste Schwingbewegung (33) des Vibrationskolbens (24) erzeugenden Vibrationsimpulses aufweisen.
13. Stopfaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationskolben (24) als eine Öffnung (40) zur Durchführung der Beistellkolbenstange (20) aufweisender Ring (41) ausgebildet ist.
14. Stopfaggregat nach Anspruch 5 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Vibrationskolben (24) verbundenen mechanischen Federn (30) an einer kolbenstangenseitigen Kolbenfläche (42) des Beistellkolbens (19) befestigt sind.
15. Stopfaggregat nach Anspruch 5 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Vibrationskolben (24) verbundenen mechanischen Federn (30) an einem kolbenstangenseitigen Zylinderboden (43) des Beistellantriebes (14) befestigt sind.
16. Stopfaggregat nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine für die Zuführung eines Druckmittelimpulses zur Vibrationserzeugung vorgesehene Ölkammer (44) einerseits durch den Beistellkolben (19) und andererseits durch den Vibrationskolben (24) begrenzt ist.
17. Stopfaggregat nach einem der Ansprüche 11 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine für eine Beistellbewegung (8) der Stopfpickel (11) zueinander vorgesehene Ölkammer (45) durch den Vibrationskolben (24) und den Zylinderboden (25) begrenzt ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen