CN112789379A - 线路上部工程机械和用于捣固轨道的轨枕的方法 - Google Patents

Abstract

一种线路上部工程机械，具有用于捣固轨道(5)的位于碎石道床(6)中的轨枕(7)的捣固机组(1)，所述捣固机组包括在机组框架(2)上高度可调节地支承的工具支架(8)，所述捣固工具(15)相对彼此可进给地布置在所述工具支架上，其中，所述工具支架(8)与借助控制装置(16)控制的高度调节驱动器(10)耦连。在此，为了调整所述工具支架(8)的下降运动(9)设有调节回路，所述调节回路具有调整器(18)、用于高度调节驱动器(10)的调节装置(19)和用于检测下降运动(9)的测量装置(20)。

Description

线路上部工程机械和用于捣固轨道的轨枕的方法

技术领域

本发明涉及一种线路上部工程机械，具有用于捣固轨道的位于碎石道床中的轨枕的捣固机组，所述捣固机组包括在机组框架上高度可调节地支承的工具支架，所述捣固工具相对彼此可进给地布置在所述工具支架上，其中，所述工具支架与借助控制装置控制的高度调节驱动器耦连。此外，本发明还涉及一种运行相应线路上部工程机械的方法。

背景技术

装备有捣固机组的线路上部工程机械用于建立或稳定期望的轨道位置。在此，线路上部工程机械在轨道上行驶，并且借助升高/定向机组将由轨枕和轨道形成的轨道联组升高到额定水平。通过借助捣固机组捣固轨枕来固定新的轨道位置。为此，捣固工具(捣固镐)处于振动中，在轨枕的两侧下降到碎石道床中并且相互挤压，以便在轨枕下方压实道碴。随后，捣固工具又从碎石道床升高并且相互运动分离。捣固机组定位在下一轨枕上方，并且开始新的捣固周期。

为了降低和升高捣固工具，不同的解决方案是已知的。例如，文献EP 1 233 108A1描述了一种用于捣固单元的升高和降低机构，其中，液压缸和升高装置与机组框架耦合。具有多个工具支架的捣固机组由文献EP 0 698 687 A1已知。在此，为每个工具支架分配自身的高度调节驱动器，以用于单独的下降和升高。

通常，为了预设下降运动，操作人员最多可选择三个速度等级，以便考虑到碎石道床的特性。在轨道新位置中，通常以与在由于磨损和环境影响而硬化的碎石道床中相比更小的速度下降。目标是在尽可能恒定的下降时间中快速达到预设的陷入深度。通过手动调节并且基于操作人员的经验进行相应的预设。

文献AT 519 195 A1公开了一种捣固机组，其中，捣固工具的下降运动与竖向的振动叠加，以便使捣固工具伸入硬化的碎石道床中变得容易。然而，在此还考虑到线路上部工程机械的附加的负载，因为竖向的振动也传输到固定有捣固机组的机械框架上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，改进前述类型的线路上部工程机械，从而捣固机组的捣固工具可以以优化的方式下降到碎石道床中。此外，还提供一种相应优化的用于运行线路上部工程机械的方法。

根据本发明，所述技术问题通过权利要求1和6的特征解决。本发明的有利的扩展方案由从属权利要求得到。

本发明规定，为了调整所述工具支架的下降运动设有调节回路，所述调节回路具有调整器、用于高度调节驱动器的调节装置和用于检测下降运动的测量装置。因此可以为下降运动设置最佳的进程。这涉及在捣固镐碰撞到碎石道床上时的加速度和伸入速度，以及在达到陷入深度时的制动变化曲线。利用调整可以使下降运动的各个阶段彼此相协调，从而总体上在同时保护线路上部工程机械和碎石道床时提供最小的下降时间。

有利地，所述测量装置包括用于检测工具支架的高度位置的位置传感器。调节回路的相应的调整参量以简单的方式是可预设的，并且实现稳定的调整。备选或附加地，可以检测工具支架或捣固工具的速度或加速度。

此外有利的是，用于适配调节回路的指令参量的预控制器或预滤波器连接在所述调整器之前。预控制器或预滤波器在此使用数学模型，所述数学模型具有用于优化地控制调节装置的调节参数，以便遵循下降运动的预设的进程和最小化的偏差。

在本发明的有利的设计方案中，所述高度调节驱动器包括液压缸，所述液压缸具有作为调节装置的液压阀。液压缸和液压阀允许利用较短的周期时间最佳地调整下降运动和升高运动并且提供较大的力。

所述液压阀在此有利地构造为预控制的调整阀。在此，预控制阀的高动态的和高精密的驱动能够以足够高的流量实现对主阶段的最佳的调整。作为备选方案，可以使用伺服阀或比例阀。

在根据本发明的用于利用前述的线路上部工程机械捣固轨道的位于碎石道床中的轨枕的方法中，捣固机组定位在轨道的捣固部位的上方，并且工具支架通过高度调节驱动器与伸入碎石道床中的捣固工具一起下降，并且通过经调整的运动参量实施下降运动。

为了在调整下降运动时使调整偏差最小化，有利的是，借助连接在调整器之前的预控制器或者借助连接在调整器之前的预滤波器修改指令参量。

所述方法的有利的扩展方案规定，将在捣固周期期间出现的调整差值输送至计算单元，并且基于该调整差值，在所述计算单元中借助迭代学习控制算法适配预控制器或预滤波器的至少一个参数。由此，对碎石道床的状态改变产生自动反应，其中，使针对随后的捣固周期的调整干预最小化。

有利地，借助位置传感器检测所述工具支架的下降运动。位置传感器要么布置在捣固机组上，要么布置在线路上部工程机械的其他的部位上，由此可以无接触地检测下降运动。

为了稳定的调整而有利的是，为所述调节回路预设与下降时间相关的指令参量。可以产生关于时间的函数作为下降运动的预设的进程。

在此有意义的是，关于下降时间的下降行程作为指令参量被预设给调节回路。在相应的时间-行程曲线中，可以直接说明期望的制动变化过程和预设的陷入深度。

在有利的扩展方案中，借助额定值发送器预设额定值变化曲线。因此，指令参量的自动化的预设是可能的。例如，在额定值发送器中存储有不同的额定值变化曲线，并且借助智能控制在假定轨道参数或多个参数的情况下进行选择。在此，操作人员对参数或额定值变化曲线的预设也可以是有意义的。

此外有利的是，将调节回路的反馈参量输送给构造为额定值发生器的额定值发送器，其中，根据反馈参量适配预设的下降运动。反馈参量在此是测量的调整参量，并且允许推断出碎石道床的特性。被强烈压实的碎石道床例如可以导致，尽管存在调整，但无法再达到预设的陷入深度。额定值发生器给调节回路预设具有更高沉入速度的下降运动。以该方式，总是最佳地使用调节装置的可用的调节范围。

改进的方法也规定，将在调节回路中被处理的参量中的至少一个参量输送给评估装置，并且借助所述评估装置根据所述至少一个参量推导出用于碎石道床的特征参量。调节参量、反馈参量或调整差值尤其允许推断出碎石道床的伸入特性，由此产生碎石道床的状态特征参量。

附图说明

以下以示例性的方式参考附图阐述本发明。在附图中：

图1示出捣固机组的侧视示意图，

图2示出调节回路的示意图，

图3示出指令参量变化曲线的示意图，

图4示出修改后的指令参量变化曲线的示意图，

图5示出具有预滤波器或预控制器的调节回路的示意图，

图6示出具有可适配的预滤波器或可适配的预控制器的调节回路的示意图，

图7示出具有用于产生变化的指令参量变化曲线的额定值发生器的调节回路的示意图。

具体实施方式

图1所示的捣固机组1包括机组框架2，所述机组框架固定在可在轨道5的钢轨4上行进的线路上部工程机械的机械框架3上。捣固机组1用于捣固碎石道床6，轨枕7支承在碎石道床上，所述轨枕具有固定在其上的轨道5的钢轨4。工具支架8高度可调节地在机组框架2中引导，其中，借助配属的高度调节驱动器10实现下降运动9或升高运动。

摆动驱动器11布置在工具支架8上，两个进给驱动器12连接至摆动驱动器。每个进给驱动器12与枢转杠杆13连接。两个枢转杠杆13彼此围绕相应水平的枢转轴线14可运动地支承在工具支架8上，并且具有捣固工具15(捣固镐)。借助控制装置16来控制驱动器10、11、12。

捣固工具15(鹤嘴锄板)的自由端部在捣固过程期间伸入碎石道床6中，直到达到轨枕下棱边以下，并且压实相关的轨枕7下方的碎石道碴。图1示出在捣固过程的这个阶段中的捣固机组1。随后，捣固工具15被复位，并且从碎石道床升高。捣固机组1朝下一个轨枕7运动，并且新的捣固周期从下降运动9开始。

在优化的下降运动9中，尽可能快速地达到捣固工具15的期望的陷入深度17，但其中出现的力没有导致对线路上部工程机械的干扰性的负载。此外，应该刚好达到并且没有超过陷入深度17，以便既不会损坏轨枕7，也不会损坏位于碎石道床6下方的路基。

根据本发明通过设定在线路上部工程机械中的调节回路实现优化的下降运动9，调节回路具有调整器18、用于高度调节驱动器10的调节装置19和用于检测下降运动9的测量装置20(图2)。为了预设下降运动9的进程，额定值发送器21例如提供了关于调整参量x的在图3中示出的额定值变化曲线。在此，在额定值发送器21中也可以存储多个额定值变化曲线。在假定至少一个轨道参数的情况下借助智能控制或通过操作人员进行选择。额定值发送器21的输出用作调节回路的指令参量w。工具支架8的下降行程s例如设置为调整参量x。工具支架8的速度和/或加速度也可考虑为调整参量x。

调整器18包括调整元件22并且提供调整器输出参量y，调整器输出参量输送至用于形成调节参量u的调节器23。用于高度调节驱动器10的液压缸的预控制的调整阀例如用作调节装置19。调节器23是该预控制的调整阀的调节驱动器，并且作为调节参量u控制调整阀的调节行程。当前的调整路线24包括作为调节元件25的调整阀的阀体和所有其他的影响下降运动9的部件。为此涉及高度调节驱动器10的液压缸和捣固机组1的所有下降的部件以及轨道5的被加工的区域的部件。在此尤其考虑到下降的部件的质量和碎石道床6的伸入阻力。

由调整元件22输出的调整器输出参量y基于由指令参量w减去反馈参量r得到的调整差值e。反馈参量r在此是利用测量装置20检测的调整参量x。具体地，调整器18从额定值(指令参量w的数值)和实际值(测量的调整参量x的数值)的差值确定数字调节值(调整器输出参量y的数值)，数字调节值被预设给调节器23。

干扰参量z对调整路线24产生影响。在此尤其涉及由于碎石道床6的特性的改变导致的伸入阻力的改变。调整参量x的通过伸入阻力的改变导致的干扰产生调整差值e。因此由调整器18和调节器23提供的调节参量u导致高度调节驱动器10的控制的改变，由此抵消干扰。

例如，在捣固工具15快速地伸入碎石道床6中时，减小由高度调节驱动器10作用到工具支架8上的力。在伸入太慢的情况下，提高该力。以该方式，在额定偏差的情况下，下降运动9总是根据预设的指令参量w被重新调整。捣固工具15在此以最佳的速度伸入碎石道床6中，并且精确地达到期望的伸入深度17。此外，在各个捣固周期中的伸入时间保持恒定。

为了最小化调整的干预而有意义的是，为指令参量w设置预控制器或预滤波器26(图5)。该措施的目的是修改后的指令参量w’，其预期到调整路线24的状况。例如，针对预设为调整参量x的下降行程s，在时间t内预设改变的变化曲线，如在图4中示出的那样。由捣固机组1和被加工的轨道5构成的系统遵循修改后的指令参量规范，而几乎没有任何调整干预。

在此，利用实线表示的变化曲线规定用于具有稍微压实的碎石道碴的较软的碎石道床6。另外的变化曲线相应于针对越来越压实的碎石道床6的规范，直到达到非常强地被压实的碎石道床6的虚线示出的变化曲线。为了在此在设定的时间内达到期望的伸入深度17，在伸入的开始阶段中需要更高的速度。

另外的改进方案规定预控制器或预滤波器26的参数适配，如在图6中示出的那样。为此设有计算单元27，给计算单元输送在捣固周期k期间出现的调整差值e_k。从未修改的指令参量w_k减去反馈参量r_k产生调整差值e_k。

所谓的迭代学习控制算法28在计算单元27中设置。该迭代学习控制算法用于借助调整差值e_k和正在观察的捣固周期k的修改后的指令参量w’_k提前推导出针对下一个捣固周期k+1的优化的修改后的指令参量w’_k+1。针对该计算，也可以考虑到多个之前的具有在此出现的调整差值e的捣固周期。

为了使用优化的修改后的指令参量w’_k+1，在下一步骤中改变预控制器或预滤波器26的调节参数。为此，相应的调节算法29在计算单元27中设置。改变的预控制器或改变的预滤波器26导致减少调整活动，由此，调整总体上变得更稳定。迭代学习控制算法28的起始条件要么通过操作人员预设，要么借助智能控制进行假定。随后，从该预设开始对参数进行迭代适配。在简单的变型方案中总是假定相同的起始条件。

参考图7阐述另外的改进方案。在此，额定值发送器21构造为额定值发生器。与轨迹发生器类似地，额定值发生器产生下降运动9的进程，例如作为下降行程s在时间t内的变化过程。额定值发生器以该方式为调整器18或者说预控制器或预滤波器26提供指令参量w。此外，向额定值发生器输送反馈参量r，以便检测与指令参量w的偏差。在此，起始条件也要么通过操作人员被预设，要么通过智能控制基于假定的轨道参数被预设。

越来越大的偏差表明，调整达到其极限，因为不能再达到产生的指令参量w。一旦偏差达到不能再忽略的程度，那么额定值发生器针对下降运动9产生新的规范。例如预设针对允许的偏差的极限值，从而额定值发生器在达到极限值时产生下降行程s在该时间t内的新的变化曲线。以该方式，对碎石道床6的改变的特性产生自动反应，而不会损害调整的稳定性和精度。

额定值发生器也可以用于投入作业开始时刻，以便预设下降运动9的开始进程。在此有利的是，实施多个试验捣固，以便将用于调整的规范适配于存在的条件。

调整用的电子部件、尤其额定值发送器21、调整器18和必要时计算单元26设置在单独的电子电路中或者集成在控制装置16中。例如直接在高度调节驱动器10上布置测量装置20，其中，具有集成的行程测量的液压缸是有意义的。

此外，在扩展的实施方式中设有评估装置30，向评估装置输送调节回路的至少一个参量u、e、r，以便推导出针对碎石道床6的特征参量。这样的特征参量例如说明了，是否存在新的碎石道碴或被强烈压实的和被污染的碎石道碴。

Claims (14)

1.一种线路上部工程机械，具有用于捣固轨道(5)的位于碎石道床(6)中的轨枕(7)的捣固机组(1)，所述捣固机组包括在机组框架(2)上高度可调节地支承的工具支架(8)，所述捣固工具(15)相对彼此可进给地布置在所述工具支架上，其中，所述工具支架(8)与借助控制装置(16)控制的高度调节驱动器(10)耦连，其特征在于，为了调整所述工具支架(8)的下降运动(9)设有调节回路，所述调节回路具有调整器(18)、用于高度调节驱动器(10)的调节装置(19)和用于检测下降运动(9)的测量装置(20)。

2.根据权利要求1所述的线路上部工程机械，其特征在于，所述测量装置(20)包括用于检测工具支架(8)的高度位置的位置传感器。

3.根据权利要求1或2所述的线路上部工程机械，其特征在于，预控制器(26)或预滤波器(26)连接在所述调整器(18)之前，借助所述预控制器或预滤波器能够适配指令参量(w)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的线路上部工程机械，其特征在于，所述高度调节驱动器(10)包括液压缸，所述液压缸具有作为调节装置(19)的液压阀。

5.根据权利要求4所述的线路上部工程机械，其特征在于，所述液压阀构造为预控制的调整阀。

6.一种运行根据权利要求1至5中任一项所述的线路上部工程机械的方法，其特征在于，捣固机组(1)定位在轨道(5)的捣固部位的上方，并且工具支架(8)通过高度调节驱动器(10)与伸入碎石道床(6)中的捣固工具(15)一起下降，并且通过经调整的运动参量(x、s)实施下降运动(9)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，借助连接在调整器(18)之前的预控制器(26)或者借助连接在调整器(18)之前的预滤波器(26)修改指令参量(w)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将在捣固周期(k)期间出现的调整差值(e_k)输送至计算单元(27)，并且基于该调整差值(e_k)，在所述计算单元(27)中借助迭代学习控制算法(28)适配预控制器(26)或预滤波器(26)的至少一个参数(p)。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，借助位置传感器检测所述工具支架(8)的下降运动(9)。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，为所述调节回路预设与下降时间(t)相关的指令参量(w)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，关于下降时间(t)的下降行程(s)作为指令参量(w)被预设给调节回路。

12.根据权利要求6至11中任一项所述的方法，其特征在于，借助额定值发送器(21)预设额定值变化曲线。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将调节回路的反馈参量(r)输送给构造为额定值发生器的额定值发送器(21)，并且根据反馈参量(r)适配预设的下降运动(9)。

14.根据权利要求6至13中任一项所述的方法，其特征在于，将在调节回路中被处理的参量中的至少一个参量输送给评估装置(30)，并且借助所述评估装置(30)根据所述至少一个参量推导出用于碎石道床(6)的特征参量。

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