CN118251529A - 用于操作捣固机的方法和用于执行该方法的捣固机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在轨道(4)上操作捣固机(1)的方法，该捣固机包括捣固组件(9)、起拨道组件(8)、带有测量值检测器(14)的测量系统(11)以及开环/闭环控制器单元(15)，其中起拨道组件(8)由开环/闭环控制器单元(15)根据借助于测量系统(11)记录的轨道位置进行控制，以便在提升时间内将处理过的轨道部分提升到期望水平。在开环/闭环控制器单元(15)中设置至少两个控制器(19、21)，使得第一控制器(19)在用于标准操作的第一提升模式下启动，第二控制器(21)在用于道岔的第二提升模式下启动。相应的控制器(19、21)针对指定的受控线路进行了优化。此外，本发明还涉及一种用于执行该方法的捣固机。

Description

用于操作捣固机的方法和用于执行该方法的捣固机

技术领域

本发明涉及一种用于在轨道上操作捣固机的方法，该捣固机包括捣固组件、起拨道组件、带有测量值检测器的测量系统、以及开环/闭环控制器单元，其中起拨道组件由开环/闭环控制器单元根据借助于测量系统记录的轨道位置进行控制，以便在提升时间期间将处理过的轨道区段提升到目标水平。本发明还涉及一种用于执行该方法的捣固机。

背景技术

捣固机早已被公知，并且用于创建或恢复支撑在道碴床中的轨道的预定轨道位置。在操作过程中，捣固机在轨道上行走，其中起拨道组件提升位于两个轨上行走机构之间的轨道区段。使用机器自身的测量系统对已完成的提升量进行记录。使用开环/闭环控制器单元来控制起拨道组件的提升驱动器，其中在控制电路中将轨道提升到预定的目标水平。例如从AT 369455B已知这种方法。

根据现有技术利用这种控制电路进行轨道提升，需要注意的是，当校正道岔位置时，由于重量较大，需要较长的提升持续时间才能达到预定目标水平。这意味着道岔的捣固周期也相应较长，因为只有在提升完成之后，才能通过捣固组件固定所期望的轨道位置。

发明内容

本发明的目的是改进上面提及的类型的方法，以便在道岔中也能进行有效的提升过程。本发明的另一个目的是提出一种相应的捣固机。

根据本发明，这些目的通过独立权利要求1和12的特征来实现。从属权利要求示出本发明的有利实施例。

在开环/闭环控制器单元中设置的至少两个控制器被选择为使得第一控制器在用于标准操作的第一提升模式下启动，并且第二控制器在用于道岔的第二提升模式下启动。相应的控制器针对所分配的受控线路进行优化。第一控制器用于简单的轨道上，在这种轨道中，由枕木和两个钢轨组成的轨排被提升。在受控线路具有不同特性的道岔中，使用第二控制器。这样实现了对于两种受控线路的提升持续时间和控制质量大致相同。此外，还可以对控制器进行调节，使得在两种提升模式下，机器和轨道或道岔都不会超载。例如，在第二提升模式下会出现较高的提升力，这可能会导致简单轨道中的超载或强烈摆动。

在该方法的进一步改进中，特别是P控制器作为第一控制器被启动，并且PD、PI或PID控制器作为第二控制器被启动。P控制器(比例控制器)用于道岔之间的轨道线路上。其易于设置并且能为标准操作提供足够好的结果。然而，在道岔中，该第一控制器会导致提升持续时间的破坏性增加。为此，在第二提升模式中使用PD、PI或PID控制器(具有比例分量和积分分量或具有积分分量和微分分量的控制器)。这样的控制器可以被更精确的调节到道岔中的主要条件，从而在保持质量相同的情况下，在较高的提升力下实现较短的提升持续时间。在另一个实施例中，将第一控制器设计为PD、PI或PID控制器也可以是有用的。必要时，这也可用于确保在线路区域中更精确地致动起拨道组件。

在进一步的改进中，将利用测量值检测器记录的轨道的提升量与预定阈值进行比较，其中一旦提升量达到所述阈值，则电子准许将捣固组件下降到轨道的道碴床中。这可以保护捣固组件和道碴床，因为只有当轨道提升到足够高时，才会开始其中捣固工具进行穿透和挤压的实际捣固过程。例如，当达到所期望的提升量的95％时才会进行准许。

在该改进的简单实施例中，通过准许信号向操作员报告准许下降捣固组件，操作员随即启动捣固组件的高度驱动器。例如，通过声音和/或光学方式通知操作员已经进行了所期望的提升或者已达到了根据所期望的提升量(例如90％)的预定阈值。

在另选的方法变型中，一旦开始下降捣固组件，则捣固组件的高度驱动器就会自动启动。如果该方法作为自动捣固过程的一部分或与辅助系统一起使用，则该变型非常有用。

在任何情况下，在捣固组件下降前不久生成警告信号都是有利的。这样，在捣固组件启动之前，所有机器人员都以声音或光学方式被警告。

有利的是，通过操作元件激活第一提升模式或第二提升模式。这样，操作员可以随时在两种提升模式之间切换。优选的是能向操作员显示哪种提升模式更适合当前情况。

附加地或另选地，有利的是记录从起拨道组件和/或必要时从附加的提升组件作用在轨道上的提升力和/或提升持续时间，其中当达到阈值时，自动地从一种提升模式切换到另一种提升模式。这样就减轻了操作员的负担，并且能快速且安全地选择正确的提升模式。

有用的是，通过比较器将所记录的提升力(Hebekraft)与提升力限值(Hebekraft-Grenzwert)进行比较，当达到预定的提升量(Hebung)时，比较器的输出端产生选择信号，使得当提升力测量值小于或等于提升力限值时，第一提升模式被激活，并且当超过提升力限值时，第二提升模式被激活。提升力作为选择提升模式的可靠参数。一旦机器进入道岔区，则所需的提升力增加，从而当超过限值时，就会切换到第二提升模式。相反，当离开道岔区时，从上方达到限值，并且会切换回到第一提升模式。

为了进一步改进该方法，开环/闭环控制器单元设置有轨道的位置数据，以从一种提升模式切换到另一种提升模式。通过将位置数据存储在电子存储器中并且与所记录的实际位置进行比较，能够可靠地在两种提升模式之间进行切换。

优选地，使用布置在捣固机上的传感器来识别道岔的起点和终点，并向开环/闭环控制器单元发送相应的信号。这实现了在很大程度上减轻用户负担的自动化水平。自动过程显示给用户以进行监控，必要时可对过程进行干预。

在根据本发明的用于执行所述方法之一的捣固机中，在开环/闭环控制器单元中设置至少两个控制器，其中第一控制器被分配给用于标准操作的第一提升模式，第二个控制器被分配给用于道岔的第二提升模式。使用这种类型的捣固机，在校正轨道位置时，可以对轨道系统的所有区段实施最佳的提升过程。

有利的是，特别是P控制器被设置为开环/闭环控制器单元中的第一控制器，并且PD、PI或PID控制器被设置为第二控制器。这两个控制器的设置方式都能使相应的受控线路实现较高的控制质量和较短的提升持续时间。这总体上使得轨道线路和道岔上的捣固周期时间和轨道维护时间都缩短。

第二控制器优选地包括并联连接的P单元、I单元和D单元。这使得第二控制器灵活地适应待处理的道岔。控制器的各个单元可以单独改变，以优化控制器的特性。

为了进一步改进捣固机，而在工作方向上在起拨道组件的的前面布置传感器以识别道岔，所述传感器特别是相机、二维激光扫描仪和/或三维激光扫描仪。利用这些附加装置，可以实现捣固过程的广泛自动化。特别是，可以识别道岔的起点和终点，从而实现在两种提升模式之间的自动切换。

附图说明

下面，将参照附图通过示例解释本发明。下面的图示意地示出了：

图1为轨道上的捣固机；

图2为比例控制器；

图3为带有第一控制器和第二控制器的控制器结构；

图4为自动选择提升模式的框图。

具体实施方式

图1中所示的捣固机1包括机架2，该机架2支撑在轨上行走机构3上，轨上行走机构3能够在轨道4上移动。轨道4具有轨排，该轨排由轨枕5和固定在轨枕5上的钢轨6组成，轨排支撑在道碴床7中。轨道4的各个区段被分成简单的轨道线路、道岔和交叉道口。在校正这种轨道系统的位置时，捣固机1必须处理不同的轨道区段、特别是简单的轨道线路和道岔。

捣固机1的机架2上布置有起拨道组件8和捣固组件9。附加的提升组件10用于提升道岔中的分岔钢轨。通过起拨道组件8以及必要时通过附加的提升组件10相对于机器自身的测量系统11提升轨道区段或道岔。在最简单的情况下，该测量系统11包括线弦12，该线弦12在轨道4上引导的测量轮轴13之间在每个钢轨6上方张紧。对于当前的方法也可使用其他测量系统11，特别是具有光学测量弦的光学测量系统以及具有模式识别功能的摄像系统。

在任何情况下，测量系统11都包括测量值检测器14，该测量值检测器14记录在起拨道组件8的区域中轨道4的高度。例如，布置有另外的测量轮轴13，利用该测量轮轴13，可以通过杆确定钢轨6相对于作为参考元件的线弦12的距离的变化。为此，测量值检测器14包括旋转电位器，该旋转电位器通过叉形传感器与相应的线弦12强健接合。在光学测量系统中，测量值检测器14例如是用于分析光学信号的图像传感器。

设置开环/闭环控制器单元15来控制起拨道组件8。该开环/闭环控制器单元15例如用于控制分配给起拨道组件8的液压提升驱动器16的比例阀。设置控制电路来提升轨道区段或道岔。由轨道或道岔和提升布置组成的系统形成受控线路，各种干扰变量可对该受控线路产生作用。

特别是，由测量值检测器14记录的提升量用作受控变量。提升量的相应测量值17被反馈回来并且与作为参考变量的目标提升值18进行比较。目标提升值18取决于所期望的轨道位置，并且例如通过主计算机为开环/闭环控制器单元15预先设定。测量值17和目标提升值18所产生的控制偏差作为控制器19的输入，控制器19例如设计为P控制器(图2)。在控制器19的输出端处施加致动信号20，该致动信号20例如为用于提升驱动器16的液压阀的致动电压。这样，在受控的提升过程中将当前正在处理的轨道区段提升到目标水平。

根据本发明，在开环/闭环控制器单元15中设置至少两个控制器19、21。相应的示例在图3中示出。如图1所示，控制器19、21的输入信号是由测量值17和目标提升值18形成的控制偏差。第一控制器19例如是P控制器(P单元22)，该P控制器在输出端处生成致动信号20，用于轨道区段的标准处理的第一提升模式。

第二控制器21例如是PID控制器，其中将P单元22、I单元23和D单元24并联连接。第二控制器21的这些单元22、23、24彼此匹配，以实现道岔的最佳提升。输出信号的总和形成由第二控制器21生成的致动变量20。

通过选择信号25和切换元件26，准许使用两个控制器19、21的输出之一，从而激活用于标准操作的第一提升模式或用于道岔的第二提升模式。在最简单的情况下，通过操作元件确定选择信号25。操作员27可以清楚地看到待被处理的线路。

有利的是，在捣固机1上设置技术装置以支持操作员27或使选择过程自动化。例如，用于记录轨道4的相机29在工作方向28上布置在起拨道组件8的前面。记录值被实时传输到安装有分析软件的计算机30中。使用模式识别来自动识别道岔区域的起点和终点。通过距离测量装置31可以知晓起拨道组件8以及附加的提升装置10相对于所识别的道岔的当前位置。

例如，定位在钢轨6上方的二维激光扫描仪32也可以作为识别道岔的传感器。这些二维激光扫描仪用于识别岔尖、分叉钢轨或公共交叉道口。布置在捣固机1的前部处的三维激光扫描仪(旋转扫描仪)33记录正在其上行驶的轨道区域的三维图像，也可以由此确定道岔的起点和终点。

另一个辅助设备是全球导航卫星系统(GNSS)接收器34，其用于通过导航卫星系统确定捣固机1的准确位置。道岔的位置数据存储在开环/闭环控制器单元15中，从而在机器1进入或离开道岔时与当前位置进行比较。

为了实现提升模式的自动切换，有用的是记录从起拨道组件8以及必要时从附加的提升组件10作用在轨道或道岔上的提升力和/或提升持续时间。当达到预定限值时，自动地从一种提升模式切换到另一种提升模式。例如，布置力测量单元(Kraftmesszelle)来测量提升力。测量起拨道组件8的液压提升驱动器中的液压压力的压力传感器35也适于用作检测提升力的传感器。例如，在标准操作中实现约100kN的提升力。这相当于约100巴的液压压力。在简单的轨道线路上，这导致提升持续时间为0.5至1秒。道岔中的提升力约为其两倍，因此使得提升持续时间为1至4秒。

参照图4对自动切换进行更详细的说明。比较器36将提升力测量值37与提升力限值38进行比较。通知信号39表示已达到预定的目标提升值18。一旦收到相应的通知，则立即设定提升模式。如果此时提升力测量值37小于或等于提升力限值38，则比较器36产生选择信号25，以激活用于标准操作的第一提升模式。然而，如果此时的提升力测量值37大于提升力限值38，则比较器36的输出端处存在用于激活用于道岔的第二提升模式的选择信号25。预定的提升力限值38例如在100kN至130kN的范围内、优选为110kN。

此外，在操作员驾驶室40中还布置了显示器41，在该显示器中显示传感器29、32、33、35的结果以及自动选择的提升模式。操作员27也可以通过声音通知了解某些过程。

此外，当提升量已达到预定阈值(例如95％)时，其被显示给操作员27，并准许使用捣固组件9。通过操作员27或自动地启动捣固组件9的高度驱动器42。因此，捣固组件9只有在提升量足够高时才会穿透道碴床7。这确保了连续的捣固过程，在该过程中，紧接着穿透过程，进行捣固工具43的挤压过程。这样，捣固组件9和道床7都能得到保护。

为了在捣固组件9启动之前向其他操作人员发出警告，而在捣固机1上布置了声音警告装置44。还可以安装光学警告装置45。这确保了自动顺序的捣固过程不会危及轨道4上的任何人员。

Claims (15)

1.一种用于在轨道(4)上操作捣固机(1)的方法，所述捣固机(1)包括捣固组件(9)、起拨道组件(8)、带有测量值检测器(14)的测量系统(11)、以及开环/闭环控制器单元(15)，其中所述起拨道组件(8)由所述开环/闭环控制器单元(15)根据借助于所述测量系统(11)记录的轨道位置进行控制，以便在提升时间期间将处理过的轨道区段提升到目标水平，其特征在于，在所述开环/闭环控制器单元(15)中设置的至少两个控制器(19、21)被选择为使得第一控制器(19)在用于标准操作的第一提升模式下启动，并且第二控制器(21)在用于道岔的第二提升模式下启动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，特别是P控制器作为所述第一控制器(19)被启动，并且PD、PI或PID控制器作为所述第二控制器(21)被启动。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将通过所述测量值检测器(14)记录的所述轨道(4)的提升量与预定阈值进行比较，并且一旦所述提升量达到阈值，则准许将所述捣固组件(9)下降到所述轨道(4)的道碴床(7)中。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过准许信号向操作员(27)报告准许下降所述捣固组件(9)，并且由操作员(27)启动所述捣固组件(9)的高度驱动器(42)。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，一旦准许下降所述捣固组件(9)，则所述捣固组件(9)的高度驱动器(42)自动启动。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述捣固组件(9)下降前不久生成警告信号。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，借助于操作元件激活所述第一提升模式或所述第二提升模式。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，记录从所述起拨道组件(8)以及必要时从附加的提升组件(10)作用在所述轨道(4)上的提升力和/或提升持续时间，并且当达到阈值时自动地从一种提升模式切换到另一种提升模式。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，借助于比较器(19)将所记录的提升力与提升力限值(38)进行比较，其中当达到预定提升量时，所述比较器(36)的输出端产生选择信号(25)，使得当提升力测量值(37)小于或等于所述提升力限值(38)时，所述第一提升模式被激活，并且当超过所述提升力限值(38)时，所述第二提升模式被激活。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述开环/闭环控制器单元(15)设置有所述轨道(4)的位置数据，以从一种提升模式切换到另一种提升模式。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，使用布置在所述捣固机(1)上的传感器(29、32、33)来识别道岔的起点或终点，并且将相应的信号传送到所述开环/闭环控制器单元(15)。

12.一种捣固机(1)，该捣固机用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，在所述开环/闭环控制器单元(15)中设置至少两个控制器(19、21)，所述第一控制器(19)被分配给用于标准操作的第一提升模式，并且所述第二控制器(21)被分配给用于道岔的第二提升模式。

13.根据权利要求12所述的捣固机(1)，其特征在于，特别是P控制器被设置为所述开环/闭环控制器单元(15)中的所述第一控制器(19)，并且PD、PI或PID控制器被设置为所述第二控制器(21)。

14.根据权利要求13所述的捣固机(1)，其特征在于，所述第二控制器(21)包括并联连接的P单元(22)、I单元(23)和D单元(24)。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的捣固机(1)，其特征在于，布置传感器以识别道岔，所述传感器特别是相机(29)和/或二维激光扫描仪(32)和/或三维激光扫描仪(33)。