CN104603361B - 用于在钢轨上进行侧面仿形的方法和设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明的方法和适用于此的设备用于借助铁路机车车辆上的多种设备单元的侧面仿形件进行控制。通过附加地使用来自轨距空槽(12)的现有信息、例如有关护轮轨(30)或翼轨或尖轨(31、33)的信息，设备单元可以尽可能精确地追踪钢轨实际外形、尤其是在轨缝间隙或铁路道口区域的钢轨实际外形，以便对铺设的钢轨进行作业和/或分析。钢轨(10)的侧面仿形和对剩余轨距空槽(12)的仿形利用至少一个双重功能的或多个单重或双重功能的扫描单元或传感器单元(20)完成。

Description

用于在钢轨上进行侧面仿形的方法和设备

本发明涉及一种用于分析、材料剥落或材料涂覆的设备单元在铺设的钢轨上受控地进行侧面仿形的方法和设备。所述方法和设备尤其用于在出现待驶过的轨缝间隙的情况下、例如在钢轨接缝、道岔局部区域和交叉局部区域、甚至铁路道口和槽型轨的情况下进行设备单元的追踪。

目的在于得到尽可能精确地追踪钢轨形状的设备单元。

对铺设的铁路或地铁轨道或路面电车轨道的钢轨作业是已知的，例如在专利文献EP 0952255 A1中有所提及。

通常在钢轨作业过程中所定义的目的在于，根据钢轨状态在尽可能低的材料损失的情况下同时实现尽可能多的故障位置或裂纹的剔除，并实现在纵向型廓及横向型廓方面尽可能良好的表面质量和尺寸限制。在此，打磨通常应用在剥落程度较小的区域中，而铣削通常应用在较大横向进给深度的区域中。此外，刨削对于钢轨的再成型来说是已知的。

为了从行进中的列车形成较少噪声的角度实现最小化的滚动噪声，在作业精度以及表面质量方面的要求则越来越高。这成为对作业方法尤其在作业工具的钢轨追踪方面的更宽的且新的前提条件，以便满足上述要求。

为了对作业工具进行精确的追踪，在现有技术中已知多种方案建议，原则上可以分成两种。一方面，为了进行追踪可以使用固定或可替换的导引元件，所述导引元件以导轨导引的方式偏转或替换作业工具，如在专利文献AT 366437以及DE 3015230 A1中所提及的。另一方面，通过合适的测量器件、例如接触件或非接触的测量元件检测钢轨位置，并相应地再调整作业工具，如在专利文献DD 283850以及EP 0552473 A1中所提及的。为了驶过带有轨缝间隙的钢轨区域、例如在绕开辙叉区域以及横穿单或双辙叉区域时，在现有技术中同样也已知多种方案建议，例如，通过位于导轨之内或之外的导引件自动控制地提升作业工具，如在专利文献DD 275837 A5中所提及的，或更换到线路上的对置钢轨上进行侧面仿形，或更换到待作业钢轨的外部区域上进行侧面仿形，如在专利文献AT 510566 B1中所提及的。

为了使作业工具不会丢失相对于各个钢轨的准确位置，应争取与各个待作业钢轨的钢轨内缘相对应。尤其为了在作业结果的准确性方面不会产生质量损失，对轨段的考虑是很重要的，因为轨头宽度由于制造公差而发生波动，并且在内侧和外侧扫描时导致误差。

此外，当更换两个钢轨时，要注意作为误差来源的不同的轨距，所述轨距同样也具有公差。这些偏差可能分别为数毫米，而且是不被允许的。

对钢轨的作业应在对准钢轨的关键的内边和相关的轨距空槽之后进行。

同样由现有技术可知，不能自动标记钢轨中断处的端部，并且作业工具和/或分析工具的重新接合一直以来都是操作者所要解决的技术问题。

这一方面得到了人们更高的关注，然而也导致了相对较大的无法作业的区域，因为出于安全原因，只有在完全去除钢轨中断处之后才能重新开始作业。

由此本发明所要解决的技术问题在于，消除在构成的系统中的上述弊端和由此在钢轨作业和/或钢轨处理中所带来的问题，并提供一种方法以及设备，所述方法和设备借助一个或多个受控的侧面仿形件通过对各个设备的被调节的追踪、尤其通过对轨缝间隙的及时识别以及在驶过包括护轮轨和翼轨和尖轨的各个轨距空槽后的可靠复位，从而优化地控制钢轨作业和/或钢轨处理。

上述技术问题通过一种用于在铺设的钢轨出现待驶过的轨缝间隙的情况下进行设备单元的追踪的方法解决，所述方法利用至少一个用于轨头内侧的位置检测的仿形件来对设备单元进行位置控制，其中，所述仿形件在测量偏移超出预定的干预极限时沿轨道中线的方向检测在轨距空槽中的加装结构的内侧，并且在随后的测量偏移超出预定的第二干预极限时重新检测轨头内侧的位置。

其中，至少两个成对布置的仿形件不仅扫描轨头内侧，还扫描所出现的护轮轨或翼轨或尖轨的内侧。

优选地，使用至少一个能同时从轨距空槽两侧提供几何形状信息的仿形件。

优选地，至少两个依次布置的仿形件分别扫描轨头内侧。

优选地，分别至少一个仿形件沿推进方向观察布置在所述设备单元之前，而至少另一个仿形件布置在所述设备单元之后。

优选地，其它信息通过附加的竖向的传感器检测。

上述技术问题还通过一种用于实施根据上述方法的设备解决，所述仿形件能够在用于检测铺设的钢轨的轨头内侧的位置与用于沿轨道中线的方向检测在轨距空槽中的加装结构的位置之间移动。

优选地，所述设备具有至少一个能在轨距空槽的两侧上提供几何形状信息的仿形件。

优选地，所述设备具有至少两个成对布置的仿形件，所述仿形件不仅扫描轨头内侧，还扫描所出现的护轮轨或翼轨或尖轨的内侧。

优选地，所述设备使用至少一个能同时从轨距空槽两侧提供几何形状信息的仿形件。

优选地，所述设备具有至少两个依次布置的仿形件，所述仿形件分别扫描轨头内侧。

优选地，分别至少一个仿形件沿推进方向观察布置在所述设备单元之前，而至少另一个仿形件布置在所述设备单元之后。

优选地，所述仿形件具有至少一个扫描位置和至少一个静止位置。

优选地，所述仿形件相互间具有取决于最大轨缝间隙距离并与仿形件的总数相关的间距。

优选地，所述仿形件实施为具有扫描功能的滚动件和/或杆件和/或滑动件。

以下结合多个实施例对根据本发明的方法以及根据本发明的设备进行描述。

在根据本发明的方法中，如基本上在现有技术中已知的，侧面仿形件在每个轨段上分别布置在各个钢轨的内侧上。侧面仿形件配属于钢轨侧面或轨头内侧的几何局部区域，并且相互独立地控制分别配属于钢轨的设备单元。如在现有技术中已知的，在此可以将接触件或传感器与设备单元固定相连。然而在实践中，对接触件或传感器的运行路程的测量被证明是有意义的，因为通过程序技术能较为容易地处理较少的不规律情况，并且当不符合期望或没有意义时可以轻易停止对设备单元的追踪。

此外，通过非接触式系统(例如借助摄像机、激光甚至电容式或电感式接收器进行的光学检测)进行位置检测或追踪也是可行的。此外，较大设备单元的结构尺寸同样也是已知的，这是因为，例如在测量钢轨位置时，由于狭小的空间特性或干扰几何形状，两个侧面仿形件会通过程序技术相互相关地同时对两个作业机组产生影响。

为了便于理解，在以下的实施方式中仅对一个轨段和相关的轨距空槽进行阐述。相对置的轨段的设备独立于第一轨段根据要求实施类似的或不同的流程，其中，例如可以在复轨的时间点上通过程序技术进行对两个轨段的两个设备单元的连接，以便检测钢轨位置。

因为在绕开轨缝间隙时传递出强烈偏移的用于控制的测量结果，并且当在偏移的位置上继续行进到达干扰边缘时、例如在到达辙叉或钢轨接缝边缘时会产生对侧面仿形件的机械方面的损伤或产生对钢轨作业在横向型廓作业方面的扭曲，必须及时识别钢轨中断、道岔或交叉，并且在已经驶过轨缝间隙之后可靠地复位。

根据本发明的方法通过在控制中考虑有关轨距空槽的其他信息扩展了上述侧面仿形件。可以在护轮轨、翼轨或尖轨、甚至铁路道口或槽型轨处使用所述信息，用于对设备单元的精确定位。在此，首先仅分别获得有关所配属的待作业钢轨和/或待分析钢轨的轨距空槽的信息。此外，根据本发明的方法还可以利用轨距空槽的信息通过识别尖轨区域来自动检测道岔的开始，尖轨或道岔尖轨为简明起见被称为尖轨区域，其相对于行驶钢轨保持间距。

还可以具有多种优选的实施方案，结合所述实施方案对本发明进行更详尽的阐述。

图1至图3用于更好地阐述，在附图中：

图1示出根据本发明的设计在通过道岔过程中仿形件的示意性布置；

图2示出根据本发明的第二种设计在通过道岔过程中仿形件的示意性布置；

图3示出带有放置的仿形件和y轴图示的轨头的示意性侧视图；

附图标记表示：

10 钢轨

11 轨头内侧

12 轨距空槽

13 护轮轨的内侧

20 仿形件(以下为侧面仿形件)

30 护轮轨

31 翼轨

32 辙叉

33 尖轨

为便于理解而描述侧面仿形件(20)。

就此一方面理解为接触件，然而也可以理解为无接触的传感器，所述传感器以机械连接的方式或通过电子技术将位置信息传递给作业工具、维修设备、分析设备或控制器。

所述元件的安放或回收可以通过弹性负载、或甚至气动、液压或伺服电机或通过所述多种方案的组合来完成。例如可以通过弹性负载进行按压，通过伺服电机或其他任意组合方式进行回收。

接触件可以被实施为滚动件、杆件或滑动件。

相对于钢轨(10)沿y方向示出了侧面仿形件(20)的相关位置。铁路机车车辆在规定的推进过程中由于沿y方向的移动而产生了偏差，所述偏差位于当前钢轨弯道的确定范围之外。当在y方向上的该偏差超出特定的规定距离(被称为预定干预极限)时，会触发反应。

侧面仿形用于对设备单元相对于钢轨(10)进行精确定位。

所述设备单元可以是用于对钢轨(10)进行质量测定的分析单元、尤其是用于图像检测的摄像机、用于扫描裂纹的传感器、以及用于确定表面粗糙度和/或表面波度的传感器。

所述设备单元同样也可以是材料覆层装置。材料覆层例如可以指焊接设备、甚至也可以是指其他材料覆层设备。

此外，所述设备单元也可以是材料剥离设备。在此，作业过程可以是例如用于材料剥离的打磨、铣削和刨削。

当然，在铁路机车车辆上也可以安装多种不同或相同类型的设备单元。

轨距空槽(12)是指由钢轨侧面轮廓构成的朝向轨道中间方向的结构空间。尤其在图3中示出了该轨距空槽(12)。

在路面电车钢轨、也即大多在槽形轨的情况下，仅在未被干扰的钢轨走向(10)的区域内，轨距空槽是有意义的。在铁路钢轨或地铁钢轨的情况下，该轨距空槽(12)在道岔和交叉、以及在铁路上跨立体交叉中被考虑，所述轨距空槽在从钢轨(10)到轨道中线的最高至150mm的宽度上延伸，因为在此还能通过所出现的翼轨或尖轨(31、33)、护轮轨(30)和其他结构元件涉及关于钢轨状态的信息。

在根据本发明的第一实施方案中，侧面仿形件(20)在轨头内侧(11)的方向上这样运行，从而不仅能使待作业的钢轨(10)的内侧而且还能使配属于该钢轨(10)的护轮轨侧(30)或翼轨侧(31)的轨距空槽(12)的内侧沿轨道中线的方向被接触。如果在驶过轨段(10)时出现更高的偏差(达到规定的干预极限)，则这是由于该轨段(10)上的不规则。这样，在轨缝间隙处的侧面仿形件(20)就会导致更大的测量偏移，并且随之沿相反方向朝轨道中间偏移，从而使侧面仿形件贴靠在护轮轨侧(30)和翼轨侧(31)上。侧面仿形件(20)由此防止首先出现的干扰位置、例如辙叉(32)。

如果侧面仿形件(20)没有接触并且侧面仿形件(20)一直偏转到沿轨道中线方向所规定的最终位置上，在此情况下，驶过轨缝间隙则不涉及轨距空槽交叉，如道岔的辙叉(32)或交叉的单线辙叉(32)或双线辙叉，而是由于没有达到起始轮廓而驶过钢轨接缝。通过铁路机车车辆的至少50mm的推进位移(通常情况下已经考虑到反应时间和移动时间)，侧面仿形件(20)重新安置在钢轨(10)上。

当达到翼轨(31)或护轮轨(30)时，侧面仿形件(20)分别保留在其轨距空槽内侧(13)上直至预定的干预极限。当达到第二干预极限时，也即翼轨(31)的端部上的侧面仿形件继续向轨道中间移动时，已经成功地驶过钢轨中断处，并且由此能够将侧面仿形件(20)重新可靠地贴靠在钢轨(10)的轨头内侧(11)上。在双辙叉的情况下，如果相对于预定的行进路程朝轨道中间的方向最大偏转的位置第二次出现，则刚好避开双辙叉区域，所述预定的行进路程是通过轨距和交叉斜度得出的。侧面仿形件(20)沉入对置的轨道线路的钢轨区域中。同样可以重新进行复位。这是通过进一步的切换得到的。侧面仿形件(20)当前则重新贴靠在待作业的轨头内侧(11)上。

在该驶过过程中，设备还可以在没有干预的情况下与钢轨(10)形成作用位置、也即发挥功能或形成复位位置。

因为例如在欧洲范围内在一般的钢轨系统中，标准轨距中的护轮轨(30)的轨距空槽(12)规定为38mm，被认为有利的是，机械式侧面仿形滑动件(20)的结构实施方式具有最大宽度约为30mm的必要侧面间隙。该滑动件(20)可以分别被分开使用或一起使用，用于贴靠在轨头内侧(11)以及护轮轨或翼轨(31)的轨距空槽内侧(13)上。此外，仿形件(20)还可以被设计为滚动件。

在根据本发明的第二实施方式中，侧面仿形件(20)被这样设计，从而使在轨头内侧(11)上的放置和在护轮轨(30)的和翼轨或尖轨(31、33)的轨距空槽(12)上的放置通过两个相互独立或相结合的接触件(20)完成。由此得到了如下不同的方法，即，通过沿护轮轨(30)和翼轨(31)的方向安装的接触件(20)，在到达辙叉(32)区域或双辙叉区域中的钢轨中断处之前，在到达尖轨(33)时就已经开始通过护轮轨(30)或翼轨(31)的导入区域进行接触件(20)的偏转。置于内侧的接触件(20)在钢轨走向(10)未受干扰的情况下关闭功能，该接触件朝所属的轨头内侧(11)的方向发生偏移。由此驶过例如护轮轨(30)或翼轨或尖轨(31、33)。

护轮轨(30)和翼轨或尖轨(31、33)与轨头内侧(11)之间的测量结果可以被尺寸准确地观察和计算。当前或最晚在离开轨头内侧(11)时便可以立即对轨头内侧(11)的侧面仿形件(20)的偏移运动作出反应。当对被放置的翼轨或尖轨和护轮轨(30、31、33)进行扫描时未出现中断处，也即钢轨(10)的侧面仿形件未改变其位置，则仅涉及纯粹的护轮轨布置(30)或尖轨区域(33)或在连贯的钢轨(10)中的铁路道口。当基于轮廓和开放的对置轨段侧的尺寸变化识别出尖轨(33)时，可以对作业工具或设备的调整和复位产生影响。如果不是这种情况，则没有必要继续反应。

如果护轮轨(30)或翼轨(31)上的接触件再次一直朝轨道中线的方向偏转预定的尺寸，则再次安全地离开辙叉区域(32)，并且侧面仿形(20)可以再次贴靠在待作业钢轨(10)的轨头内侧(11)上。

此外，在此还可以设计双辙叉区域。为了安全起见，在护轮轨(30)和翼轨(31)上的侧面仿形件(20)由此转移至隔离开的复位位置，并且一旦在铁路机车车辆行驶约500mm之后就被重新安放。为了如上所述地增大侧面仿形(20)的结构尺寸，接触件(20)可以既布置在钢轨(10)上，又倾斜地布置在护轮轨(30)或翼轨或尖轨(31、33)上，并且甚至还扫描和涵盖轨头的侧面和半径之间的过渡区域。在该实施例中，接触件(20)仅具有一个滑动区域，并且能够在轨缝间隙中回位到保险的复位位置上。分别贴靠的接触件(20)在偏移状态下通过检测到的测量结果发挥控制功能。

此外，不论是对轨头内侧(11)的侧面扫描还是对在翼轨侧或尖轨侧(31、33)以及护轮轨侧(30)上的轨距空槽(12)的内侧的侧面扫描都可以如下被补充，即，通过沿行驶方向观察竖向布置的且能从上方确定钢轨中断处的传感器或接触件发挥对偏移运动的控制功能。

根据这种思想，在类似的根据本发明的实施方式中还可能的是，两个区域、也即轨头内侧(11)以及在轨距空槽(12)中的额外加装结构(翼轨或尖轨(31、33)、护轮轨(30)/铁路道口/……)的内侧通过发挥双重功能且宽度可变的侧面仿形件(20)被检测。这种侧面仿形件(20)可以同时扫描或光学检测两个侧面，并且在其宽度上是可变的。可变的宽度发挥作用，使得例如在护轮轨(30)中，在锥形导入区中进行第一啮合，随后宽度随着轨距空槽宽度而变小，并且在锥形出口处重新提升。

这两个第一方法和第一设备特别适合于在当前的现有技术中有关道岔或交叉的作业，因为辙叉区域(32)(例如根据德国铁路标准(DB-Richtlinie)RIL824.4016的规定)被排除在可行进的钢轨作业机械的作业以外，并且及时识别该区域以便能自动用于引导作业工具的有针对性的行进运动。然而，此外还可以利用两个已经提到的方法，通过用于钢轨作业和/或分析的设备如此实现铁路机车车辆驶过辙叉区域(32)，从而不仅相对于轻微复位的设备使钢轨位置是已知的，而且在重要区域之后可以再次自动识别并引导立时的继续应用。由此，设备单元不必通过重新找寻钢轨而重新复轨。此外，通过本发明的方法不必转换到轨距空槽之外的、例如钢轨(10)或对置钢轨(10)的外侧。此外，还可以自动识别道岔的尖轨(33)区域，并且在设备上引导相应的措施。

在另一种根据本发明的实施方案中，已经提到的方法被如下拓展，相对于钢轨(10)邻近的位置也可以位于钢轨中断处的区域中、尤其在辙叉(32)处。根据本发明如此实现，使至少两个侧面仿形件(20)相对于同一钢轨(10)依次实施。在驶向道岔或交叉处时，所述两个侧面仿形件贴靠在同一轨头内侧(11)上。侧面仿形件(20)在此也可以如前述那样实施。接触件沿y方向的位置是基于理论位置确定的并且在运行中进行对比。通过预定的啮合窗口可以确定在轨缝间隙中的插入。该啮合窗口得出了在预定的前行过程中相应的y方向位置的偏移。此外，在此还可以考虑之前已经描述过的竖向布置的用于识别轨缝间隙的传感器和接触件。依次布置的侧面仿形相互保持间隔地布置，从而在不损伤轨头内侧(11)的情况下顺利驶过最大空缺。如果接触件也即侧面仿形件(20)位于轨缝间隙的位置上，设备的控制则被切换至对仍保留在轨头内侧(11)上的其他接触件上。一旦第一侧面仿形件(20)重新复位到轨头内侧(11)上，则第一侧面仿形件的测量信号就被重新用于控制。通过利用所述其他竖向的接触件或传感器检测辙叉(32)，可以提前进行第一侧面仿形(20)的复位。由此可以使依次布置的侧面仿形件(20)的间距被选择得稍大于所出现的最大空缺间距。该空缺间距在可控情况下最大为1600mm。

在根据本发明的方法的另一种优选实施方案中，三个或多个侧面仿形件(20)布置在每个轨段(10)上依次且在同一轨头内侧(11)上。该实施方式以及流程是按上述方案实现的，其中，实施对设备单元的实际位置控制的侧面仿形件(20)连接在至少一个侧面仿形件(20)之前，并且连接在至少另一个侧面仿形件(20)之后。通过这种布置可以使追踪运动和准确性改善，甚至在设备单元的啮合位置上的轨缝间隙也能被驶过。在此，必要的信息始终由贴靠在钢轨(10)内侧的侧面仿形件(20)发出。

显然，所述实施方案在本身具有多个设备单元的铁路机车车辆中也是可行的，其与多种不同的钢轨仿形的方案相结合。

此外，也可以仅对一个或多个设备单元加装根据本发明的侧面仿形件(20)，而安装在车辆上的其他设备单元通过已知系统被控制。

还可以沿行驶方向在侧面仿形件和/或设备单元之前使用所谓的轨距空槽清扫器，所述轨距空槽清扫器去除或至少扫描预料之外的并且不属于钢轨系统的异物。

由此可以利用本发明确保对设备单元的优化的钢轨维护，并且由此确保了在带有轨缝间隙的区域中的优化的钢轨控制和钢轨维修。

Claims (15)

1.一种用于在铺设的钢轨(10)出现待驶过的轨缝间隙的情况下进行设备单元的追踪的方法，所述方法利用至少一个用于轨头内侧(11)的位置检测的仿形件(20)来对设备单元进行位置控制，其特征在于，所述仿形件在测量偏移超出预定的干预极限时，也即超出特定的规定距离时，沿轨道中线的方向检测在轨距空槽(12)中的加装结构的内侧(13)，并且在随后的测量偏移超出预定的第二干预极限时，也即翼轨的端部上的仿形件继续向轨道中间移动时，重新检测轨头内侧(11)的位置，其中，轨距空槽(12)是指由钢轨侧面轮廓构成的朝向轨道中间方向的结构空间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少两个成对布置的仿形件(20)不仅扫描轨头内侧(11)，还扫描所出现的护轮轨或翼轨或尖轨的内侧。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用至少一个能同时从轨距空槽(12)两侧提供几何形状信息的仿形件(20)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少两个依次布置的仿形件(20)分别扫描轨头内侧(11)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别至少一个仿形件(20)沿推进方向观察布置在所述设备单元之前，而至少另一个仿形件布置在所述设备单元之后。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其它信息通过附加的竖向的传感器检测。

7.一种用于实施根据上述权利要求1至6任一项所述方法的设备，其特征在于，所述仿形件能够在用于检测铺设的钢轨(10)的轨头内侧(11)的位置与用于沿轨道中线的方向检测在轨距空槽(12)中的加装结构的位置之间移动。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备具有至少一个能在轨距空槽(12)的两侧上提供几何形状信息的仿形件(20)。

9.根据权利要求7或8所述的设备，其特征在于，所述设备具有至少两个成对布置的仿形件(20)，所述仿形件不仅扫描轨头内侧(11)，还扫描所出现的护轮轨或翼轨或尖轨的内侧。

10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备使用至少一个能同时从轨距空槽(12)两侧提供几何形状信息的仿形件(20)。

11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备具有至少两个依次布置的仿形件(20)，所述仿形件(20)分别扫描轨头内侧(11)。

12.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，分别至少一个仿形件(20)沿推进方向观察布置在所述设备单元之前，而至少另一个仿形件布置在所述设备单元之后。

13.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述仿形件(20)具有至少一个扫描位置和至少一个静止位置。

14.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述仿形件(20)相互间具有取决于最大轨缝间隙距离并与仿形件的总数相关的间距。

15.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述仿形件(20)实施为具有扫描功能的滚动件和/或杆件和/或滑动件。