CN111511990A

CN111511990A - 用于对轨道进行自动位置校正的方法

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Publication number: CN111511990A
Application number: CN201980006482.2A
Authority: CN
Inventors: B.利希特伯格
Original assignee: HP3 Real GmbH
Current assignee: HP3 Real GmbH
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2039-08-12
Also published as: JP7348178B2; RU2757104C1; AU2019326255B2; PL3841250T3; EP3841250A1; WO2020037343A1; EP3841250B1; AU2019326255A1; CN111511990B; AT521263B1; AT521263A4; US11982056B2; JP2021535294A; US20210222373A1

Abstract

描述了一种利用轨道捣固设备(2)对轨道的个别缺陷(H(n))进行自动位置校正的方法，轨道由铁轨(16)和轨枕(9)形成。在借助惯性测量单元(11)对左侧和右侧铁轨进行独立的测量之后，在考虑轨道的纵向方向(s)上的最大伸展(s_max)和个别缺陷的极限值(F_LIM)的情况下，确定要校正的个别缺陷(TAMP,S,E)的长度和位置。将捣固设备(s)的捣固机组(7)刚好定位在起点(S)处，并且捣固在所确定的轨道校正区段(TAMP)的终点(E)处结束。同时对两个轨条(F_LI,F_RE)进行捣固和纠正。

Description

用于对轨道进行自动位置校正的方法

技术领域

本发明涉及一种用于对由铁轨和轨枕形成的铁路轨道的个别缺陷进行校正的方法。

背景技术

从EP1 028 193 B1中已知一种用于对个别缺陷进行位置校正的方法。在2010年发表的“Handbuch Gleis(轨道手册)”；Dr.Bernhard Lichtberger,DVV Media Group GmbH/Eurailpress(ISBN 978-3-7771-0400-3)第3版中，在第472页，利用“UNIMAT Sprinter”，描述了一种个别缺陷消除设备。

轨道捣固设备的捣固机组利用捣固工具，在轨枕的支座区域中的两个轨枕(中间嵌板)之间的区域中，在铁轨下方的路渣中，穿过轨道道床的路渣，并且在可相对于彼此进给的相对的捣固镐之间，通过捣固镐的动态振动，压实路渣。从轨枕到轨枕对轨道的压实越均匀，则在维护工作之后获得的几何轨道位置越持久。在路渣的使用时间长(长的铺设时间一般超过10年)的情况下，路渣通常被严重污染并且磨损。一方面，路渣粒在粒尖端折断，然后折断的部分处于路渣粒之间。在此期间，石粉聚集(路渣粒在交通负荷下磨损)。这导致，从轨枕到轨枕，存在不同的路渣状况和刚度。在车轮负荷下，根据轨枕下方的路渣的刚度，出现不同的下沉。车轮以车轮力波动对此做出反应，车轮力波动一方面对火车的行走特性产生负面影响，另一方面对轨道和车辆提出了高要求。这使车轮和行走机构的磨损增大。其也导致轨道位置的快速的质量衰退。

实践中的结果表明，在运行的铁线路上，估计每公里轨道大约出现一个个别缺陷。其显示与轨道几何形状没有关联。个别缺陷在直线、弧线或过渡弧线中大约同样频繁地发生。在EP1 028 193 B1中描述的、利用个别缺陷消除设备“UNMAT Sprinter”执行的位置校正表明，如此校正后的个别缺陷中的50-60％之间不能被持久地消除，并且在短时间的运行负荷之后，它们又以先前的大小出现。因为与轨道几何元件不存在明显的联系，因此应当在路渣特性或者地基中寻找重复出现个别缺陷的原因。利用迄今为止的根据已知的现有技术的方法，在消除个别缺陷之后，不能给出客观的质量证明的意义上以及所消除的个别缺陷或路渣状态的持久性方面的指示。

个别缺陷的触发源经常是个别的轨道不连续，例如不平整的铁轨接头或者空心的轨枕。驶过这种不平整处的火车施加大的动态力。由此，这些区域下方的路渣承受大的负荷，在边缘处断裂、变圆，细小的部分填充路渣粒之间的空隙。缺陷不仅越来越大，而且由于轮轨的相互作用，还在纵向方向上延伸。由于车身被激励(被轨道缺陷激励的伸展和再次收缩)，导致形成具有一般更小并且逐渐减小的缺陷大小的后续个别缺陷。

从EP1 028 193 B1中已知的用于进行个别缺陷消除的方法具有以下缺点：

执行电子平滑处理，由此仅近似地检测在轨道中存在的实际缺陷。

仅在各个铁轨侧的相应的缺陷长度上，对左侧和右侧铁轨进行捣固。如果这些缺陷相对于彼此在纵向方向上明显错开，则嵌入了扭曲缺陷。这种方法在没有隆起的情况下，在相应地确定的起点处(在高点处)，以通过对轨道进行捣固的位置校正开始。根据检查知道，尤其是在没有隆起的情况下进行捣固时，在火车的负荷下产生5mm的沉降。按照根据EP1028 193 B1的方法，这产生多达四个连续的相应地多达5mm的扭曲缺陷(以常见的3m的扭曲基数计算)。进行轨道纠正所需的介入阈值接近该值。也就是说，就扭曲而言，留下的轨道几何形状已经成为了极限值。

捣固的开始和结束准确地位于高点上。轨道的高点由特别牢固地铺设的轨枕形成。如果这些轨枕保持其极其牢固的铺设，则在进行捣固之后，在硬(在轨道缺陷之前)和软(在轨道缺陷的长度上)之间留下突然的过渡。这使高动态的轮轨相互作用保持。纠正后的缺陷将很快再次出现。

根据EP1 028 193 B1的方法的缺点还在于，在实际工作之前，不针对预期的扭曲缺陷，对所确定的额定几何形状进行检查，并且可能要对草案进行校正。

缺点还在于，多次捣固的使用或者捣固参数的选择使设备操作员的负担过重，并且这可能根据感觉来进行。不检测当前的路渣状态，并且在轨道额定几何形状的草案的规划中，不考虑当前的路渣状态。

作为对所执行的工作的质量的检查，根据EP1 028 193 B1，仅仅记录留下的轨道几何形状。留下的轨道几何形状不给出关于轨道校正的持久性的情况，也不给出关于缺陷区域中的路渣状况的说明。

已知为捣固设备设置控制计算机，可以利用控制计算机来记录并且存储轨道几何形状。利用惯性系统或者基于北的导航系统，除了高度位置缺陷之外，还可以记录方向缺陷和轨道弧度

也已知具有全液压捣固驱动器的捣固机组，这些捣固机组通过测量压实力和压实路径，来检测道床硬度。这些捣固机组通过检测道床硬度和通过捣固实现的对路渣的压实(压实力)，来提供关于路渣的污染和路渣状态的陈述。如果例如在进行捣固时，仅测得很小的压实力(一般为10-30kN的压实力，道床硬度<150Nm)，则路渣在那里被碾碎并且成圆形。不能实现路渣粒的充分的交错。捣固将没有持久性。校正过的个别缺陷将很快(一般在1-2Mio Lto以内)再次出现。根据现有技术，按照缺陷的大小，来使用多次捣固。在同一轨枕处，对于超过40mm的轨道隆起，例如使用两次捣固，或者从60mm起，使用三次捣固。

从WO2018082798(A1)中，已知一种借助轨道捣固设备和动态轨道稳定器对轨道的垂直位置缺陷进行校正的方法，其中，从检测到的实际轨道位置出发，对于处理的轨道地点，预先给定过度隆起值，利用该过度隆起值，使轨道提高到临时的过度隆起轨道位置，并且进行捣固，随后借助动态稳定化，使轨道下降到产生的结束轨道位置。根据实际轨道位置的曲线，形成平滑的实际位置曲线，并且对于处理的轨道地点，依据实际轨道位置的曲线，关于平滑的实际位置曲线，预先给定过度隆起值。从EP 0 930 398(A1)中，已知另一种用于对轨道进行位置校正的方法，轨道由并排布置的轨道区段和将其彼此连接的分岔轨道构成，其中，基于由额定位置和实际位置确定的轨道校正值，在同步进行提高和/或侧向移动的情况下，进行轨道位置校正。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，给出一种用于对极端的纵向高度个别缺陷进行轨道位置校正的方法，与迄今为止已知的方法相比，所述方法使消除了个别缺陷的轨道位置的持久性明显提高，并且提供通过进行客观测量来预测持久性的可能性。

根据本发明，上述技术问题利用特征在于以下步骤的方法来解决：

借助惯性测量系统或基于北的导航测量系统，测量左侧和右侧铁轨的幅值高度曲线和阶段保真的不失真的高度曲线、方向缺陷以及弧度。

确定左侧和右侧铁轨的要纠正的高度缺陷长度。

通过计算左侧和右侧铁轨的要执行的隆起，来确定左侧和右侧铁轨的参考高度线。

将起点选择为个别缺陷之前的高点之前的N个轨枕(一般是6个)，并且将终点选择为个别缺陷之后的高点之后的M个轨枕(一般是6个)。

检查是否遵守确定和规划的两个高度位置的额定几何形状的允许的扭曲。

将捣固机组准确地定位在所确定的起点处，并且准确地在所确定的终点处结束捣固。

在同时独立地调节和校正左侧和右侧轨条的高度位置的情况下，执行轨道位置校正。

根据本发明，可以通过试验捣固来扩展所述方法，试验捣固用于利用捣固机组来确定道床硬度。为此，例如当在现在已知的缺陷区域中进行轨道几何形状测量之后，在没有隆起的情况下，执行试验捣固，以确定路渣道床硬度和压实力，由此确定路渣状态。然后，可以依据路渣状态，使轨道过度隆起，以获得更好的持久性。

根据本发明，在这种在个别缺陷的区域中通过试验对路渣状态的确定之后，如果需要，可以利用携带的设备去除破损的路渣，并且通过新的路渣代替破损的路渣，以便能够排除轨道缺陷的重复出现。

根据本发明，在轨道位置校正期间，在每个轨枕处，测量并且记录路渣状态(道床硬度、压实力)。通过这些值，可以对消除了个别缺陷的区域中的轨道几何形状的持久性进行预测。然后，可以使用这些测量数据，来规划对轨枕下方的破损的路渣的路渣替换，以便能够通过消除可预期的短时间内的个别缺陷重新消除，来持续地实现消除。

根据本发明，除了主要的纵向高度缺陷之外，还同时对方向缺陷和弧度进行纠正。类似地从IMU测量推导出方向缺陷，并且向设备控制系统预先给定由此产生的校正值。将弧度纳入对两个铁轨的参考高度的计算中。

根据本发明的方法的主要优点在于：对个别缺陷的准确的相位和幅值保真的测量，垂直刚度的均衡化，消除了个别缺陷的轨道几何形状的持久性的延长，在处理的各个轨枕中借助道床硬度和压实力的质量证明，以及基于此的关于轨道缺陷校正的可预期的持久性的陈述。在此，小的道床硬度(W…weich(软)、N…normal(正常)、H…hart(硬))是路渣破损并且捣固的持久性明显降低的指示。

附图说明

在附图中描述根据本发明的方法。

图1示意性地示出了个别缺陷捣固设备，

图2示意性地示出了测量的轨条的个别缺陷，

图3示意性地示出了左侧和右侧铁轨的示出的测量的个别缺陷曲线，

图4示出了曲线图，该曲线图与隆起有关地示出了沉降的曲线，以及示出了轨道中的剩余的隆起的曲线，

图5示意性地示出了个别缺陷、轨道的过度隆起的曲线和(在完全沉降之后)在轨道稳定化之后形成的轨道位置，

图6示意性地示出了个别缺陷和个别缺陷的长度上的道床硬度的曲线。

具体实施方式

图1示出了个别缺陷捣固设备(捣固机)2。用W给出了工作方向。借助升降驱动器3和定向驱动器4，通过升降矫直装置13，将轨道提升至额定位置并且矫直。利用沉入路渣中并且压实轨枕9下方的路渣的捣固工具8、15和捣固机组7，来校正轨道位置。在工作和行驶期间，利用驱动电机5对设备2供应能量。设备2实施为，使得其也可以消除道岔(Weiche)中的个别缺陷。为此，所述设备装备有可摆动的捣固镐8、15、分头捣固机组7和用于捣固机组7的转动设备6。设备2可以通过转向架12在轨道16上行驶。铁轨16靠在位于路渣道床中的横向轨枕9上。设备自己的控制和调节系统由两个测量车10和后方的IMU测量车11构成。设备控制和测量系统通常实施为弦式测量系统(Sehnenmesssystem)。在此，一个弦针对标准位置(Richtlage)居中地延伸，并且两个另外的弦针对纵向高度位置在铁轨16上延伸。用于检测纵向高度和方向的传感器位于中间的测量车10上。后方的测量车11实施为，使得构建在其上的惯性单元或基于北的导航系统可以与路径有关地记录两个轨道的纵向高度、标准位置和横向高度。在测量行驶期间，通过里程表来记录路径s。以等距离的方式，在车载计算机上用显示器18记录、显示和存储测量值。车辆具有两个驾驶舱17。

图2示例性地示出了左侧铁轨沿着轨道的弧长s的个别缺陷曲线F_Li。利用F_Lim给出了为了将缺陷视为要消除的个别缺陷，缺陷必须低于的极限。用于确定个别缺陷的大小和高点的一种简单的数学上的可能性，是寻找最大值(MAX)和最小值(MIN)。明显的个别缺陷的一般的长度L_Typ在12-15m之间。如果低于极限值F_Lim的另外的最小值(MIN₁、MIN₂、MIN₃)位于检测到的第一个别缺陷附近，则仅当这些另外的最小值处于最大长度s_max(例如一般为35-40m)以内时，才考虑这些另外的最小值。由此避免代替消除危险的个别缺陷，对整个路线段进行线路大修。根据本发明，目标是以计算机支持的方式自动确定有缺陷的捣固区域和捣固参数。仅当在不消除的情况下将导致轨道封锁或慢速行驶位置的有危险的个别缺陷的情况下，进行机械化的个别缺陷消除。因为应当尽快消除这些个别缺陷，因此对更长的区段进行线路大修将是低效的。设置F_Lim，使得一起消除如下个别缺陷，这些个别缺陷与实际进行触发的个别缺陷几乎具有相同的数量级。这是高效的，因为否则这些缺陷在不久的将来将发展成为严重的缺陷。H(n)给出了轨枕n上的隆起值。连接最大值(MAX₁、MAX₂、MAX₃)的虚线是左侧铁轨的参考高度线，通过校正，使铁轨达到该参考高度线。为了在纵向方向上获得均匀的垂直刚度曲线(使硬高点区域软化)，从高点MAX₁之前的N个轨枕(一般为6个)开始进行捣固，并且在最后的高点MAX₃之后的M个轨枕(一般为6个)结束捣固。因为具有最小值MIN₄的轨道缺陷位于缺陷极限F_Lim以上(即更小)，因此对于校正，不考虑该轨道缺陷，并且在轨道中保持未纠正。S表示捣固的起点，并且E表示结束。设备操作者借助控制计算机18上的图形显示，可以在起点S处进行准确的定位。

图3在上方示例性地示出了左侧铁轨的个别缺陷曲线F_Li，并且在下方示出了右侧铁轨的个别缺陷曲线F_Re。右侧铁轨通常具有增大的弧度

u(x)。也就是说，个别缺陷位于过渡弧线

中。如前面所描述的，首先对于两个铁轨，针对起点和终点，分开对个别缺陷进行处理。对于左侧铁轨，得到参考线REF_Li，并且对于弧度增大的右侧铁轨，得到根据弧度斜面u(s)增大的参考线REF_Re。因为在进行捣固之后，在没有隆起的情况下，也出现5mm的沉降，因此虽然在左侧和右侧，分开根据高度来消除个别缺陷，但是总是同时对两侧进行捣固。于是在两个铁轨侧均匀地实现沉降，以便不产生扭曲缺陷。将在纵向方向上首先检测到的、要纠正的纵向高度缺陷作为起点S，并且将检测到的、要纠正的最后的纵向高度缺陷作为终点E。为了检查是否出现了可能的不允许的扭曲缺陷，计算3m的扭曲的一般的基本长度B上的弧度的差。

扭曲V以如下方式计算：V＝[u(n)+h(n)]-[u(n+B)+h(n+B)]，其中，n表示所观察的轨枕。对于在起点处(或者B＝3m之前)开始、直到终点(或者直到B＝3m之后)的所有位置，计算扭曲，并且检查对扭曲的减小极限值的遵守。如果没有遵守减小极限值，则相应地修正参考高度线。如在接下来的图像中所示出的，这尤其是在如下情况下是必须的，即，由于轨道位置的更高的持久性的原因，使轨道过度隆起，以便在轨道的稳定化阶段期间的可预期的沉降之后，使轨道适应最佳的直线的参考线。

图4示意性地与前面执行的隆起H‘有关地示出了沉降S(用三角形表示的线)。由此，可以给出轨道中的剩余的隆起v的曲线(持续的纠正)(用点表示的线)。在不同的公开文献中再现了这种曲线。其中一个可以在“Handbuch Gleis”，作者:Dr.BernhardLichtberger,DVV Media Group GmbH/Eurailpress(ISBN 978-3-7771-0400-3),2010第3版，463页上的图287中找到。

可以以简化的方式，如下与隆起H有关地给出沉降S：

对于

对于

对于剩余的隆起H‘，与轨道缺陷F有关地适用：

F≤15mm H′＝(F+5)·3

如从这些公式和曲线图中可以看到的，在隆起0、即H＝0处，轨道沉降S＝5mm。其原因是，捣固工具8、15占据空间，并且仅通过将镐沉入路渣中，就已经挤掉了一部分路渣。这对应于轨枕的区域中的路渣的松动，轨枕随后在交通负荷下开始沉降。

图5作为示例示出了个别缺陷g的曲线(用点表示的线)。为了使轨道位置更持久，或者为了考虑可预期的沉降，利用上面的公式

来计算所需要的隆起H‘(用圆表示的线)。铁轨的高度的参考线现在不是在最大值之间延伸的直线，而是弯曲的线(用菱形表示的线)。轨道在列车的负荷下沉降，并且在完全稳定化之后，呈现参考高度线(用三角形表示的线)。在起始区域和结束区域R处，经由斜坡(长度例如一般是3m)来建立隆起值H‘。因为隆起值开始是零或非常小，因此轨道沉降到零参考线以下。在开始和结束时，这对应于小的纵向高度剩余缺陷，其不可避免，但是在实践中可忽略。示出了过度隆起ü、沉降s和稳定化之后的轨道位置l。

图6作为示例示出了根据前面的曲线图的个别缺陷e的曲线(用圆表示的线)。在该曲线图中，记录了在捣固期间利用全液压捣固机组确定的道床硬度b。所标出的区域W中的道床硬度很小。原因是无法再充分地压实(交错)的碾碎的圆形的路渣。如果在线路大修之前不进行路渣替换，则一定要使该区域过度隆起，以便得到轨道位置的更长的持久性。相反，在轨道缺陷的区域N中，呈现良好的正常的道床硬度。在此，可以考虑进行持久的捣固。因此，借助在捣固期间确定的道床硬度，可以给出可预期的个别缺陷消除的持久性。在所示出的示例中，基础设施运营方应当在所标出的轨枕W的区域中，将路渣换成新的可使用的路渣。在测量行驶之后，可以通过(至少在隆起最大的区域中，即在该示例中，在轨枕17处以及在轨枕32处)进行试验捣固，来测量道床硬度或者可达到的压实力。为此，在没有隆起的情况下对测试轨枕进行捣固，并且确定道床硬度和压实力以及进给路径(捣固镐8、15运动的距离)。从由此已知的情况出发，可以使轨道过度隆起。如果可以用来预先执行路渣替换的设备位于现场，则在捣固过程之前执行路渣替换。在进行路渣替换之后，必须重新执行用于规划个别缺陷消除的测量行驶。在线路大修之后，可以通过动态轨道稳定器对轨道位置进行人工稳定(沉降)。通过利用动态轨道稳定器进行稳定化，轨道稳定器使过度隆起的值的一部分减小并且平滑。在不使用轨道稳定器的情况下，将通过带有负荷的列车来进行这种沉降(轨道稳定器的作用对应于大约150000Lto的等效铁路交通)。

所使用的附图标记：

1 捣固机组

2 捣固设备

3 升降缸

4 矫直缸

5 柴油电机

6 捣固机组的转动设备

7 捣固工具

8 捣固镐

9 轨枕

10 中间的测量车

11 IMU测量车

12 转向架

13 升降矫直机组

14 工作舱

15 捣固镐

16 铁轨

17 驾驶舱

18 控制计算机

W 软道床，设备的工作方向

N 正常道床

R 起始-结束斜坡

B 扭曲的基本长度

S 起点

E 终点

MIN 高度位置中的最小值

MAX 高度位置中的最大值

s 弧长

M 再捣固长度

N 预捣固长度

H(n) 隆起

u(n) 弧度

F_lim 危险的缺陷的极限值

TAMP 捣固区域

REF 隆起的参考线

S_max 最大个别缺陷长度的极限区域

Claims

1.一种利用轨道捣固设备(2)对轨道进行自动位置校正的方法，所述轨道由铁轨(16)和轨枕(9)形成，其特征在于如下步骤：

·借助惯性测量单元(11)以及计算和控制单元(18)，彼此独立地对轨道区段的左侧和右侧铁轨(16)进行测量，以确定并且记录实际高度位置(F_LI,F_RE)、轨道方向和轨道弧度(u(n))，

·在考虑轨道的纵向方向上的最大伸展(s_max)和个别缺陷的极限值(F_LIM)的情况下，确定左侧和右侧铁轨的要消除的个别缺陷(H(n))的起点(S)和终点(E)，

·依据更靠近的铁轨的个别缺陷的曲线来选择起点(S)，并且依据在纵向方向上最远的铁轨的个别缺陷的曲线来选择终点(E)，

·在考虑弧度的情况下，确定左侧铁轨(REF_LI)和右侧铁轨(REF_RE)的高度参考线，

·将捣固设备(2)的捣固机组(7)刚好定位在所确定的轨道校正区段(TAMP)的个别缺陷(H(n))的起点(S)处，其中，同时对两个轨条(F_LI,F_RE)进行纠正，并且除了纵向高度个别缺陷之外，还对轨道方向进行校正，并且其中，在终点(E)处结束捣固。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在测量行驶之后，在出现最大缺陷的区域中执行试验捣固，以确定道床硬度，并且基于道床硬度(H,W,N)，在考虑预期的沉降(S)的情况下，使轨道过度隆起(H‘)，以改善轨道位置纠正的持久性。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，依据通过试验捣固确定的道床硬度(H,W,N)和升降校正高度(H(n))，通过捣固设备(2)以如下运行方式来控制轨道：一次捣固、多次捣固、自动优化捣固或者高压捣固。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，依据通过试验捣固确定的道床硬度(H,W,N)，借助路渣替换设备来替换磨损并且破旧的路渣，随后重新进行测量行驶，并且随后进行个别缺陷纠正。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，捣固的起点(S)位于实际的个别缺陷(H(n))之前的区域(N)中，并且终点位于个别缺陷(H(n))的实际结束之后的区域(M)中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，从起点(S)开始通过斜坡(R)构建隆起，并且在终点(E)之前通过斜坡(R)逐渐消除隆起。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在确定两个铁轨(16)的高度参考线(REF_LI,REF_RE)之后，根据公式V＝[u(n)+h(n)]-[u(n+B)+h(n+B)]，相对于彼此计算两个铁轨(16)的具有所选择的基本长度(B)的预期的扭曲，并且检查是否遵守最大允许扭曲，并且在超过极限值时，改变高度参考线(REF_LI,REF_RE)，使得不超过最大允许扭曲。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，紧接在个别缺陷消除之后，利用动态轨道稳定器，对轨道进行处理。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在每一次在每个轨枕(9)处进行捣固时，确定道床硬度(H,W,N)，并且作为质量证明进行记录和存储，并且用于预测个别缺陷纠正的持久性。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在监视器(18)上，相对于轨道(16)显示捣固机组(7,n)的相应的位置。