CN112739872A - 用于捣固轨道的轨枕的捣固单元和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于捣固轨道的轨枕(5)下方的材料的捣固单元(1)，该捣固单元具有工具载架(6)，该工具载架在组件框架(2)上安装为使得其能够下降，并且在该工具载架上围绕相应的枢转轴线(12)可旋转地安装具有捣固工具(15)的两个枢转杆(11)，使得枢转杆(11)能够相对于彼此调节并且使得能够将振动施加到枢转杆，其中至少一个枢转杆(11)配属有传感器(16)，用于感测围绕相关联的枢转轴线(12)的枢转运动(21)的枢转角。传感器(16)由多个部分构成，其中第一传感器部分(18)紧固到工具载架(6)，并且第二传感器部分(19)紧固到枢转杆(11)。

Description

用于捣固轨道的轨枕的捣固单元和方法

技术领域

本发明涉及一种用于捣固轨道的轨枕的捣固单元，该捣固单元包括工具载架，该工具载架以可下降的方式支撑在组件框架上，两个具有捣固工具的枢转杆在该工具载架上安装成能够朝向彼此进给，并且通过振动致动的枢转杆能够围绕相应的旋转轴线旋转，其中，用于记录围绕相关的旋转轴线的枢转运动的枢转角的传感器与至少一个枢转杆相关联。本发明还涉及一种操作捣固单元的方法。

背景技术

为了恢复或保持预先设定的轨道位置，借助于捣固机定期地处理具有道碴床的轨道。在此期间，捣固机在轨道上行驶，并借助于起道/拨道单元将由轨枕和钢轨形成的轨排(Gleisrost)提升到目标水平。新的轨道位置的固定是通过借助于捣固单元捣固轨枕来进行的。在捣固过程期间，通过振动致动的捣固工具(捣固镐)在轨枕之间穿入到道碴床中，并通过将相对定位的捣固工具朝向彼此进给而压实在相应轨枕下方的道碴。在这种情况下，进给运动和叠加的振动运动遵循优化的运动模式，以实现道碴床的最佳可能压实结果。已经证明，在进给过程期间例如35Hz的振动频率是最佳的。因此，为了精确的运动控制，将当前捣固工具位置连续地报告给控制装置是有用的，以便能够在偏离最佳运动模式的情况下进行重新调节。

根据AT 518 025 A1，已知一种捣固单元，该捣固单元具有两个相对定位的枢转杆，在枢转杆上紧固有捣固工具。枢转杆被安装在可下降的工具载架上以能够围绕相应的旋转轴线旋转，并且枢转杆被耦接到进给驱动器以及振动驱动器。通过借助于布置在枢转轴线中的角度传感器确定相关联的枢转杆的角位置，来确定相应捣固工具的当前位置。在这种情况下，存在角度传感器承受高振动应力的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种对开始所述类型的捣固单元的相应捣固工具位置的改进记录。此外，将描述一种用于操作改进的捣固单元的方法。

根据本发明，这些目的通过根据权利要求1的捣固单元和根据权利要求14的方法来实现。从属权利要求示出了本发明的有利实施例。

在此提出，传感器是多部分设计，第一传感器部分紧固到工具载架，第二传感器部分紧固到枢转杆。以这种方式，第一传感器部分中的敏感传感器部件受到的应力减小，因为工具载架在捣固操作期间仅执行下降或升起运动。仅第二传感器部分与相关联的枢转杆一起移动，并受到振动和进给应力。总体上，与已知方案相比，传感器的使用寿命因此得以增加。

在有利的进一步改进中，第一传感器部分包括有源电子部件，第二传感器部分仅包括无源部件而没有任何电力供应。由于该措施，没有必要将供应电缆引到承受振动的枢转杆上。因此，不存在由于高机械应力而导致电缆断裂的危险。

有利地，第一传感器部分包括作为有源部件的磁性传感器，第二传感器部分包括作为无源部件永磁体。通过这种布置，确保了相应枢转杆的角位置的非常精确的配准。

通过使第一传感器部分包括运动传感器，实现了捣固单元的进一步改进。以这种方式，除了进给和振动运动之外，还能够借助于传感器来记录捣固工具或工具载架的下降运动和升起运动。传感器传送捣固单元连续运动监控所需的所有测量信号。

在这种情况下，有利的是，运动传感器被构造为集成部件。这可以节省空间地集成到传感器的结构配置中，并且可以对生成的运动数据进行简单的处理。

为了全面的地点和位置确定，有利的是，运动传感器包括三个加速度传感器和三个陀螺仪。这样，可以记录三维空间中所有可能的运动。还记录捣固单元的侧向运动或绕竖直轴线的旋转，以适应控制预设量(Steuerungsvorgaben)或记录捣固操作的进度。

有利地，第一传感器部分包括微控制器。通过微控制器，数据已经合并到传感器中并被预先评估。因此，产生了使所输出的测量数据或测量信号的处理适应控制装置的输入接口的可能性。

在传感器的特别坚固的设计中，第一传感器部分具有电路板，所述电路板布置在密封的外壳中并且浇铸在保护介质中。因此确保了可能传递到工具载架的振动对第一传感器部分没有影响。

在此有利的是，在电路板上布置有串行接口。在传感器使用之前以及任选地在浇注电路板之前，这可用于对传感器进行编程或配置。有利地，串行接口具有用于连接数据电缆的插头触点。

另外有利的是，第一传感器部分具有总线接口、特别是CAN接口。该接口可用于与控制装置进行数据交换。此外，该接口还可以设计用于编程或配置传感器。

合理地，总线接口连接至总线电缆，该总线电缆穿过密封的通道被引导出第一传感器部分的外壳。此措施还最大程度地降低了由于机械应力或由于诸如潮湿、灰尘等不利的环境影响而导致传感器损坏的危险。

在另一种改进中，第一传感器部分具有温度传感器。因此，存在使捣固单元的控制适应因温度而不利的操作条件的可能性。例如，在霜冻的情况下，在增加捣固工具的振动频率的情况下，进行进入道碴床中的下降过程。

根据本发明的用于操作所述捣固单元的方法提出，将传感器的测量数据或测量信号传输到控制装置，并且捣固单元的至少一个驱动器根据测量数据或测量信号由控制装置控制。立即识别出与最佳运动模式的偏差，并进行控制信号的调节，以抵消干扰影响或不利的操作条件。

此外，有用的是，在传感器的校准过程期间，以预先设定的运动顺序操作处于升高状态的捣固单元。在此校准模式下，在不受外部因素影响的情况下，运动以限定的方式进行，从而可以将由传感器传送的测量数据或测量信号与预期结果进行比较。

附图说明

以下将参照附图以示例的方式描述本发明。附图以示意的方式示出了：

图1为捣固单元的侧视图；

图2为传感器在工具载架处和枢转杆处的布置；

图3为没有盖的第一传感器部分的俯视图。

具体实施方式

图1中所示的捣固单元1包括组件框架2，该组件框架2被紧固至未进一步描述的轨道维护机的机架。在所示的示例中，紧固被设计成用于经由两个引导件3使捣固单元1相对于机架侧向移位。此外，组件框架2可以被紧固到机架上以便围绕竖直旋转轴线旋转，从而如果需要能够使捣固单元的位置适应轨道的倾斜地位于道碴床4中的轨枕5。

工具载架6以可下降的方式在组件框架2中被引导，其中，借助于相关联的提升驱动器8进行下降或升起运动。在工具载架6上布置有振动驱动器9，两个进给驱动器10连接至振动驱动器9。每个进给驱动器10均连接至枢转杆11。两个枢转杆11都支撑在工具载架6上，以能够围绕相应的水平枢转轴线12彼此移动。

例如，将可旋转的偏心驱动器用作振动驱动器9，其中，偏心率限定振动幅度并且可以是可调节的。旋转速度确定振动频率。相应的进给驱动器10被配置为液压缸并且将由振动驱动器9产生的振动传递到枢转杆11。此外，相应的进给驱动器10在捣固过程期间利用进给力致动相关联的枢转杆11。因此，在道碴床4的压实期间，振动运动14叠加在进给运动13上。作为所示变型的替代方案，每个进给驱动器10均与振动驱动器9一起能够被设计为液压缸。然后，缸活塞执行进给运动13以及振动运动14。

在枢转杆11的下端分别布置有捣固工具15(捣固镐)。在捣固过程期间，捣固工具15穿入道碴床4中直至轨枕下边缘的下方，并将道碴压实在相应轨枕5的下方。图1示出了在捣固操作这一阶段期间的捣固单元1。随后，将捣固工具15复位并从道碴床4上升起。将捣固单元1移动到下一个轨枕5，并且捣固过程再次开始。在复位、升起和向前移动期间，振动运动14可以被关闭。然而，在穿入道碴床床4期间，具有比进给期间更高的频率的振动运动14是有用的，以便减小抗穿透性。

所描述的运动顺序遵循优化的运动模式。为了能够识别运动偏差并及早采取应对措施，捣固单元1配备有至少一个用于检测运动的传感器16。该传感器将测量数据或测量信号传送到控制装置17，该控制装置17被设置用于控制捣固单元1。在所示实施例的示例中，传感器16与每个枢转杆11相关联。

在图2中可见传感器16的布置。传感器16包括紧固到工具载架6的第一传感器部分18。与该的第一传感器部分18物理上分开的第二传感器部分19紧固到相关联的枢转杆11。在第一传感器部分18和第二传感器部分19之间存在几毫米、理想地为5mm的空隙20。例如，第二传感器部分19布置在相关联的枢转杆11的外表面中、在枢转轴线12的区域中，使得其围绕相应的枢转轴线12执行纯枢转运动21。第一传感器部分18被布置为与第二传感器部分19相对。枢转运动21引导第二传感器部分19经过第一传感器部分18，而不会改变气隙20中的距离。

作为有源电子部件，第一传感器部分18包括面对第二传感器部分19的磁性传感器22。作为无源部件，第二传感器部分19包括永磁体23(径向磁体)。永磁体的南北取向(Nord-Süd-Ausrichtung)在相关联的枢转杆11的枢转运动21的方向上延伸。在该情况下，永磁体23在该永磁体23的当前紧固点处在枢转杆11的最大枢转区域(例如，最大22°)上延伸。因此，该永磁体23的表面在整个枢转区域上保持面对磁性传感器22。

磁性传感器22检测由磁体23产生的磁场的取向，并由此计算出磁体23或枢转杆11相对于磁性传感器22的瞬时角位置。在该情况下，通过配置菜单预先设定在配置模式下的零角度位置。另外，在磁体侧向安装的情况下，进行相应的线性化系数的输入。

在本发明的另一变型中，第一传感器部分18包括条形码扫描仪，并且第二传感器部分19设置有条形码。枢转杆11的枢转运动21使得条形码相对于条形码扫描仪移位。

捣固工具15的实际振动频率由借助于传感器16测量的角信号确定。在此期间，能够区分捣固循环的基本上三个阶段。在下降过程期间，预先设定大约45Hz的振动频率。在进给过程期间，振动频率降低到35Hz。在升起并向前移动捣固单元1期间，振动停止或进一步降低(例如降至20Hz)。借助于传感器16，连续地检查这些振动值，以便在发生偏差的情况下进行捣固单元1的控制变化。

图3详细地示出了具有磁性传感器22的第一传感器部分18。磁性传感器22被配置为集成部件，并且与微控制器24一起布置在电路板25上。另外，运动传感器26被布置在电路板25上。该运动传感器26用于记录捣固单元1的所有附加运动。这些运动主要是包括枢转杆11和捣固工具15的捣固单元1的下降或升起运动7。然而，捣固单元1的侧向运动、向前运动或旋转运动也由所述运动传感器26记录。

有利地，运动传感器26也被设计为集成部件，并且包括三个加速度传感器以及三个陀螺仪。运动传感器26包括DMP(数字运动处理器)和用于预处理所记录的数据的可编程数字低通滤波器。图3示出了运动传感器26的轴取向的示例。在这种情况下，根据右手螺旋规则得出正旋转方向。沿着x轴、y轴和z轴分别进行加速度测量。有用的是，可以为测量范围设置几个阶段(例如，±2g、4g、8g、16g)。测量围绕x轴、y轴和z轴的角速度。通过这些测量值，还有用的是能够设置各种测量范围(例如，±250、500、1000、2000dps)。

进一步布置在电路板25上的是串行接口27(例如，RS-232)的插头触点。可以将数据电缆连接到这些插头触点(Steckkontakte)，以便通过计算机对传感器进行编程或配置。在这种情况下，提供了合适的协议，由此借助于相应的启动命令将传感器16设置为配置模式。在配置之后，结束命令将导致返回到操作模式。

附加地，在电路板25上布置有总线接口28。总线电缆通过焊接触点或螺接触点而连接到该总线接口28，总线电缆经由外壳通道被引导到外部。通过该总线接口28与控制装置17进行数据通信。也可以通过该总线接口28对传感器16进行编程或重新配置。有利地，总线接口是一种CAN接口，以能够集成到轨道维护机的现有CAN总线中。在这种情况下，可以通过外部工具(CAN查看器)检查CAN接口是否起作用。

可以在总线接口上分开地并且以不同的时间间隔输出所有传感器值。在此期间，数字化的测量数据的输出的刷新率远高于捣固工具15的预先设定振动频率。任选地，传感器16也被设置用于输出模拟测量信号。例如，将相应的测量值作为0至10伏之间的电压值输出，其中在此也具有足够高的刷新率(例如1kHz)。

有利地，总线电缆29与用于第一传感器部分18的电流供应的供电线一起被引导穿过密封的外壳通道。经由该供电线，第一传感器部分18例如连接至轨道维护机的DC车载网络(例如24V DC)。而且，可以提供多极组合的供电和接口电缆。

包括布置在其上的部件22、24、26、27、28的电路板25被容纳在外壳30中。通过螺纹连接安装的盖31紧密地密封外壳30。例如，适合于总线电缆29的橡胶密封件被安装在盖的密封间隙中和外壳通道中。

另外，在封闭前用铸造树脂填充外壳是很有用的。以此方式，附加地保护第一传感器部分18的电路板25和电子部件22、24、26、27、28不受湿气、灰尘和振动的影响。

任选地布置在电路板25上的温度传感器32用于执行温度测量，并且在条件改变的情况下，用于调节捣固单元1的控制。在此期间，必要时应考虑电子部件22、24、26、27、28的散热。特别是在完全铸造的电路板25的情况下，由于散热受限而将温度偏移考虑在内可能是有用的。

传感器16的另一有利扩展涉及显示元件33。例如，不同的LED布置在电路板25上，这些LED通过外壳30的密封凹槽可见。这些LED指示传感器16是在正常操作模式下、在配置模式运行还是在故障模式下操作。而且，可以提供分离的显示装置，该显示装置通过电缆连接到传感器16。

各种传感器22、26、32和显示元件33通过电路板25的导体路径连接到微控制器24。微控制器24读取所连接的传感器22、26、32并对测量结果进行预处理。

Claims (15)

1.一种用于捣固轨道的轨枕(5)的捣固单元(1)，该捣固单元包括工具载架(6)，该工具载架以可下降的方式支撑在组件框架(2)上，两个具有捣固工具(15)的枢转杆(11)在所述工具载架(6)上安装成能够朝向彼此进给，并且通过振动致动的所述枢转杆能够围绕相应的旋转轴线(12)旋转，其中用于记录围绕相关的旋转轴线(12)的枢转运动(21)的枢转角的传感器(16)与至少一个枢转杆(11)相关联，其特征在于，所述传感器(16)是多部分设计，第一传感器部分(18)紧固到所述工具载架(6)，并且第二传感器部分(19)紧固到所述枢转杆(11)。

2.根据权利要求1所述的捣固单元(1)，其特征在于，所述第一传感器部分(18)包括有源电子部件(22、24、26、32、33)，并且所述第二传感器部分(19)仅包括无源部件(23)而没有任何电力供应。

3.根据权利要求2所述的捣固单元(1)，其特征在于，所述第一传感器部分(18)包括磁性传感器(22)，并且所述第二传感器部分(19)包括永磁体(23)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的捣固单元(1)，其特征在于，所述第一传感器部分(18)包括运动传感器(26)。

5.根据权利要求4所述的捣固单元(1)，其特征在于，所述运动传感器(26)被构造为集成部件。

6.根据权利要求4或5所述的捣固单元(1)，其特征在于，所述运动传感器(26)包括三个加速度传感器和三个陀螺仪。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的捣固单元(1)，其特征在于，所述第一传感器部分(18)包括微控制器(24)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的捣固单元(1)，其特征在于，所述第一传感器部分(18)具有电路板(25)，所述电路板(25)布置在密封的外壳(30)中并且浇铸在保护介质中。

9.根据权利要求8所述的捣固单元(1)，其特征在于，在所述电路板(25)上布置有串行接口(27)。

10.根据权利要求9所述的捣固单元(1)，其特征在于，所述串行接口(27)具有用于连接数据电缆的插头触点。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的捣固单元(1)，其特征在于，所述第一传感器部分(18)具有总线接口(28)、特别是CAN接口。

12.根据权利要求11所述的捣固单元(1)，其特征在于，所述总线接口(28)连接至总线电缆(29)，所述总线电缆(29)穿过密封的通道被引导出所述第一传感器部分(18)的外壳(30)。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的捣固单元(1)，其特征在于，所述第一传感器部分(18)具有温度传感器(32)。

14.一种用于操作根据权利要求1至13中任一项所述的捣固单元(1)的方法，其特征在于，将所述传感器(16)的测量数据或测量信号传输至控制装置(17)，并且所述捣固单元(1)的至少一个驱动器(8、9、10)根据所述测量数据或测量信号由所述控制装置(17)控制。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述传感器(16)的校准过程期间，以预先设定的运动顺序操作处于升高状态的所述捣固单元(1)。

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