DE19843585B4

DE19843585B4 - Gleisbaumaschine mit einem Bezugsystem zur Steuerung eines Arbeitsaggregates und Verfahren zum Erfassen von die Gleislage definierenden Gleismesswerten

Info

Publication number: DE19843585B4
Application number: DE19843585.1A
Authority: DE
Inventors: Josef Theurer; Dr. Lichtberger Bernhard
Original assignee: Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Current assignee: Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1998-09-23
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2018-09-24
Also published as: AU8791698A; JP4046867B2; JPH11217801A; FR2770859A1; GB2330166A; GB9901373D0; CN1102975C; FR2770859B1; PL192536B1; IT1302221B1; CN1213723A; CH693571A5; RU2149940C1; AU730672B2; CZ290385B6; GB9816763D0; DE19843585A1; US6158352A; ATA168797A; CZ294398A3

Abstract

Gleisbaumaschine, mit einem auf Fahrwerken (2) abgestützten Maschinenrahmen (3), der sich aus einem bezüglich der Arbeitsrichtung vorderen und einem hinteren, durch ein Gelenk (6) miteinander verbundenen Rahmenteil (5, 7) zusammensetzt, sowie mit einem Bezugsystem (15) zur Steuerung wenigstens eines am Maschinenrahmen (3) angeordneten Arbeitsaggregates (8), wobei das am vorderen Rahmenteil (5) befindliche Bezugsystem (15) aus einer zwischen zwei Fahrwerken (2) in Maschinenlängsrichtung verlaufenden Bezugsgeraden (16) und einer auf dem Gleis abrollbaren Messachse (17) mit einer die in Maschinenquerrichtung verlaufende Relativbewegung zwischen Bezugsgerade (16) und Messachse (17) erfassenden Messeinrichtung (18) gebildet ist, und wobei eine Winkelmesseinrichtung (21) für die Erfassung eines durch beide Rahmenteile (5, 7) bezüglich einer horizontalen bzw. zu Radaufstandspunkten der Fahrwerke (2) parallel verlaufenden Ebene eingeschlossenen Ist-Rahmenwinkels (b) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelmesseinrichtung (21) ein die beiden Rahmenteile (5, 7) in vertikaler Richtung miteinander verbindendes Seilzugpotentiometer (36) zur Erfassung der Verwindung zwischen beiden Rahmenteilen (5, 7) zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleisbaumaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren nach Anspruch 3.
Aus der GB 2 268 021 A ist eine Gleisbaumaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Ein Laserbezugsystem dient zur Erfassung der Längsneigung des Gleises im Bereich des vorderen Rahmenteiles, um durch diese Messung am zweiten Rahmenteil befindliche Arbeitsaggregate höhenmäßig steuern zu können. Dazu ist ein Lasersender vorgesehen, der permanent in einer horizontalen Lage gehalten wird. Am vorderen Schienenfahrwerk des ersten Rahmenteiles ist ein Laserempfänger angeordnet, der durch Bezugnahme auf die horizontale Laserbezugsebene zur Erfassung der Längsneigung des ersten Rahmenteiles dient. Der über einen Algorithmus errechnete Längsneigungswert wird zeitversetzt an einen weiteren, auf einer Räumkette am zweiten Rahmenteil befindlichen Laserempfänger abgegeben, um damit die Höhenlage der Räumkette steuern zu können.
Weiterhin ist aus der GB 2 268 529 A eine Schotterreinigungsmaschine bekannt, bei der sowohl auf einem ersten als auch auf einem zweiten Rahmenteil jeweils ein Längs- und Querneigungsmesser befestigt ist. Die im Bereich des ersten Rahmenteiles gemessene Längsneigung des Gleises wird als Sollwert gespeichert und zeitversetzt zur Steuerung der Höhenlage einer Räumkette abgegeben. Dazu muss die vom Längsneigungsmesser des zweiten Rahmenteiles erfasste Ist-Neigung berücksichtigt werden. Zur Steuerung der Höhenlage der Räumkette ist zwischen dem zweiten Rahmenteil und der Räumkette ein Seilzugpotentiometer vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleisbaumaschine der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, dass unter Zuhilfenahme einfacher Mittel eine relativ genaue Wiederherstellung der durch den Einsatz von Arbeitsaggregaten zerstörten Gleislage möglich ist und ein Verfahren zum Erfassen von die Gleislage definierenden Gleismesswerten anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einer Gleisbaumaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Das Verfahren zum Erfassen von die Gleislage definierenden Gleismesswerten wird durch die Merkmale des Anspruches 3 definiert.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die Möglichkeit geschaffen, unter relativ geringem konstruktivem Aufwand die Gleis-Istlage unmittelbar vor ihrer Zerstörung aufzumessen und über die Winkelrelation des hinteren Rahmenteiles in Bezug auf den vorderen, permanent auf der Gleis-Istlage befindlichen Rahmenteil die erfasste Gleis-Istlage für die Steuerung von Arbeitsaggregaten zu reproduzieren. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass in der durch die aufgemessenen Gleismesswerte zu bildenden, der Gleis-Istlage entsprechenden Ortskurve die theoretische Soll-Lage des hinteren Rahmenteiles einfach zu errechnen ist. Da über die Winkelmesseinrichtung auch die Ist-Lage des hinteren Rahmenteiles eruierbar ist, können durch Differenzbildung die zur Steuerung der Arbeitsaggregate erforderlichen Verschiebewerte sehr einfach und zuverlässig errechnet werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 2.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine vereinfachte Seitenansicht einer Gleisbaumaschine zur Schotterbettreinigung mit einem Seitenlagefehler des Gleises messenden Bezugsystem zur Steuerung von Arbeitsaggregaten,
2 ein Koordinatensystem mit einer durch Pfeilhöhenmessung gebildeten Ortskurve,
3 eine weitere für den Gleisumbau geeignete Gleisbaumaschine, und
4 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Winkelmeßeinrichtung.
Die in 1 dargestellte Maschine 1 weist einen auf schienengängigen Fahrwerken 2 abgestützten Maschinenrahmen 3 auf. Dieser setzt sich aus einem bezüglich der Arbeitsrichtung (Pfeil 4) vorderen Rahmenteil 5 und einem mit diesem über ein Gelenk 6 verbundenen hinteren Rahmenteil 7 zusammen. Am hinteren Rahmenteil 7 befinden sich verschiedene Arbeitsaggregate 8 in Form einer Räumkette 9 sowie einer Gleishebeeinrichtung 10. Die Arbeitsaggregate 8 sind durch Antriebe 11 relativ zum hinteren Rahmenteil 7 verstellbar. Der durch die endlose Räumkette 9 aus der Gleisbettung aufgenommene Schotter wird über ein Förderband 12 einer der Einfachheit halber nicht dargestellten Siebanlage auf einen an den hinteren Rahmenteil 7 angekuppelten Siebwagen transportiert, dort gereinigt und über eine Förderbandanordnung 13 zur Wiederherstellung der Gleisbettung auf ein Gleis 14 bzw. ein freigelegtes Erdplanum abgeworfen.
Am vorderen Rahmenteil 5 befindet sich ein Bezugsystem 15 zur Erfassung von Seitenlagefehlern der Gleis-Istlage. Dieses Bezugsystem 15 setzt sich aus einer in Maschinenlängsrichtung verlaufenden, bezüglich der Gleisquerrichtung mittig angeordneten, aus einer Stahlsehne gebildeten Bezugsgeraden 16, einer am Gleis 14 abrollbaren Meßachse 17 und einer mit dieser verbundenen Meßeinrichtung 18 zusammen. Diese besteht aus einem in Maschinenquerrichtung verschiebbaren Linearpotentiometer zum Erfassen der Relativverschiebung zwischen Meßachse 17 und der Bezugsgeraden 16. Die über Spurkranzrollen 19 am Gleis 14 abrollbare und am Rahmenteil 5 befestigte Meßachse 17 wird über einen nicht dargestellten Antrieb in Maschinenquerrichtung gegen eine der beiden Schienen des Gleises 14 angepreßt, um somit dem genauen seitlichen Gleisverlauf unter Ausschaltung eines Spurspieles folgen zu können. Zur Erfassung der von der Maschine 1 zurückgelegten Wegstrecke ist eine Wegmeßeinrichtung 20 vorgesehen. Zur Erfassung eines durch beide Rahmenteile 5, 7 – bezüglich einer horizontal bzw. zu Radaufstandspunkten der Fahrwerke 2 parallel verlaufenden Ebene – eingeschlossenen Ist-Rahmenwinkels β (2) ist im Bereich des Gelenkes 6 eine Winkelmeßeinrichtung 21 vorgesehen. Wenn parallel zur Erfassung der Gleisseitenlage auch die Erfassung der Gleishöhenlage gewünscht wird, ist eine zusätzliche Anordnung einer Winkelmeßeinrichtung 21 zur Erfassung eines bezüglich einer vertikalen Ebene zwischen beiden Rahmenteilen 5, 7 eingeschlossenen Höhenwinkels erforderlich.
Ein in 2 ersichtliches Koordinatensystem zeigt auf der x-Achse den von der Wegmeßeinrichtung 20 der Maschine 1 erfaßten Gleisweg x und auf der y-Achse die Seitenlageabweichungen (Richtfehler) einer die Gleis-Istlage darstellenden Ortskurve 22. Aus den durch die Meßeinrichtung 18 des Bezugsystems 15 am vorderen Rahmenteil 5 gemessenen Pfeilhöhen f läßt sich die genannte Ortskurve 22 des Gleises 14 in Verbindung mit einem in strichpunktierten Linien dargestellten Polygonzug 23 nähern.
Der Drehzapfenabstand der beiden vorderen, zur Abstützung des vorderen Rahmenteiles 5 dienenden Fahrwerke 2 zueinander beträgt 12 Meter. Die Meßachse 17 befindet sich mittig zwischen den beiden Fahrwerken 2, so daß die Pfeilhöhenmessung in Abständen von 6 Metern erfolgt (ergibt eine Polygonlänge von 6 m). Der Drehzapfenabstand zwischen den beiden hinteren, den hinteren Rahmenteil 7 abstützenden Fahrwerken 2 beträgt 24 Meter, wodurch die Entwicklung entsprechender Rechenformeln zur Ermittlung der Steuerungsgrößen für die Arbeitsaggregate 8 wesentlich vereinfacht wird. Vor Arbeitsbeginn sollte bis zur Arbeitsstelle bereits eine Maschinenlänge (das sind 36 Meter) aufgemessen werden, so daß mit den sich daraus ergebenden fünf Pfeilhöhen f bereits eine Ortskurve 22 (2) vorliegt. Das Gelenk 6 der beiden Rahmenteile 5, 7 liegt aufgrund der erwähnten Geometrie in der Ortskurve 22 exakt bei y₃, ein vorderer Drehzapfen 24 des Maschinenrahmens 3 bei y₅. Ein hinterer Drehzapfen des hinteren Rahmenteiles 7 ist mit 25 bezeichnet. β zeigt den durch beide Rahmenteile 5, 7 eingeschlossenen und durch die Winkelmeßeinrichtung 21 erfaßten Ist-Rahmenwinkel. α₂ zeigt den durch die theoretische Soll-Lage des hinteren Rahmenteiles 7 mit dem vorderen Rahmenteil 5 eingeschlossenen Soll-Rahmenwinkel in Form einer Steigung (k₂).
Wie in 2 ersichtlich, erfolgt mit Hilfe des Bezugsystems 15 während der Arbeitsvorfahrt der Maschine 1 eine kontinuierliche Erfassung von Pfeilhöhen f₁, f₂, f₃ ... in Abständen von 6 Metern. Sobald insgesamt fünf Pfeilhöhen f innerhalb des Maschinenrahmens 3 bekannt sind, kann die Ortskurve 22 aufgrund des Polygonzuges 23 genähert werden. In diese Ortskurve 22 wird die Stellung der Maschine 1 hineingerechnet, wobei sich das Gelenk 6 exakt bei y₃ befindet. Da sich der vordere Rahmenteil 5 immer auf der Gleis-Ist-Lage befindet, liegt sowohl das Gelenk 6 als auch der vordere Drehzapfen 24 auf der Ortskurve 22. Eine weitere bekannte Größe ist die Länge des hinteren Rahmenteiles 7. Aus diesen Gegebenheiten läßt sich sehr einfach die theoretische Soll-Lage (mit der strichlierten Linie 26 angedeutet) des hinteren Rahmenteiles 7 errechnen, bei der der hintere Drehzapfen 25 auf der Ortskurve 22 liegen muß.
Aus der theoretischen Soll-Lage des hinteren Rahmenteiles 7 kann der mit dem vorderen Rahmenteil 5 eingeschlossene Soll-Rahmenwinkel Δα ermittelt werden, der zweckmäßigerweise in Form einer Steigung (k) angegeben wird. Der durch die Winkelmeßeinrichtung 21 erfaßbare Ist-Rahmenwinkel β ist ebenfalls zweckmäßigerweise als Steigung Δy/Δx anzugeben. Die Abweichung bzw. Fehllage des hinteren Rahmenteiles 7 in bezug auf die theoretische Soll-Lage kann durch Differenzbildung zwischen dem Ist-Rahmenwinkel β und dem Soll-Rahmenwinkel Δα bzw. der Ist- und Soll-Steigung (k₁, k₂) des hinteren Rahmenteiles 7 angegeben werden. Die seitliche Abweichung von der Soll-Lage, z. B. beim hinteren Drehzapfen 25, ergibt sich dann einfach durch Multiplikation der Steigungsdifferenz mit der Maschinenlänge. Durch entsprechende Beaufschlagung des Antriebes 11 erfolgt eine Verdichtung relativ zum hinteren Rahmenteil 7, bis sich das Arbeitsaggregat 8 in der Soll-Lage (entsprechend der vor dem Arbeitseinsatz der Arbeitsaggregate 8 vorhanden gewesenen Ist-Lage) zur Wiederherstellung der im vorderen Rahmenteil 5 aufgemessenen Gleis-Ist-Lage befindet.
Im folgenden wird näher auf die Rechenformel eingegangen. Für die y-Werte der Ortskurve 22 ergeben sich die folgenden Formeln: y₁ = 2·f₁ y₂ = 2·(2f₁ + f₂) y₃ = 2·(3f₁ + 2f₂ + f₃) y₄ = 2·(4f₁ + 3f₂ + 2f₃ + f₄) y₅ = 2·(5f₁ + 4f₂ + 3f₃ + 2f₄ + f₅)
Für die Steigungsdifferenz Δk = Δy/Δx ergeben sich die folgenden Formeln (genau dann, wenn eine neue Pfeilhöhe bei 6 m gemessen wird):
s = Länge vorderer Rahmenteil 5, 2 s = Länge hinterer Rahmenteil 7.
Bei der Weiterfahrt zwischen zwei gemessenen Pfeilhöhen f werden die folgenden Formeln zur Interpolation verwendet (x = Weg, jeweils von 0–6 m):
y'₅ = 2·(5f₁ + 4f₂ + 3f₃ + 2f₄ + f'₅(x))
Damit sich die Steigungen einheitenunabhängig ergeben, müssen die Pfeilhöhen, die Sehnen und der Ort in derselben Einheit, z. B. in [m], in die Berechnungsformeln eingesetzt werden.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Maschine 1 dargestellt, die für einen Gleisumbau geeignet ist. Der Einfachheit halber sind funktionsgleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie in 1 versehen. Ein Maschinenrahmen 3 ist ebenfalls zweiteilig ausgebildet, wobei ein vorderer Rahmenteil 5 durch ein Gelenk 6 mit einem hinteren Rahmenteil 7 verbunden ist. Der vordere Rahmenteil 5 ist mit einem Bezugsystem 15, einer Bezugsgeraden 16 sowie einer Meßachse 17 zum Erfassen der Seitenlage eines Gleises 14 ausgestattet. Am Gelenk 6 ist eine Winkelmeßeinrichtung 21 vorgesehen. Der hintere Rahmenteil 7 stützt sich am hinteren Ende über ein Raupenfahrwerk 27 auf einer planierten Schotterbettung 28 ab. Als Arbeitsaggregate 8 sind eine höhen- und seitenverstellbare Planiereinrichtung 29 sowie eine Einrichtung 34 zur Ablage von Neuschwellen 30 vorgesehen. Eine weitere Einrichtung 31 dient zur Aufnahme von Altschwellen 32. Für die Wiederherstellung der Gleislage ist es auch möglich, zur Lenkung des Raupenfahrwerkes 27 dienende Antriebe 33 in Abhängigkeit der mit Hilfe des Bezugsystems 15 und der Winkelmeßeinrichtung 21 ermittelten Steuerungsgröße zu beaufschlagen, da mit der Lenkung des Raupenfahrwerkes 27 automatisch auch die Arbeitsaggregate 8 zentrierbar sind.
Die in 4 vereinfacht und vergrößert dargestellte Winkelmeßeinrichtung 21 weist ein im Bereich des Gelenkes 6 angeordnetes und mit beiden Rahmenteilen 5, 7 verbundenes Seilzugpotentiometer 35 auf, um damit einen bezüglich einer horizontalen Ebene eingeschlossenen Ist-Rahmenwinkel (β) zu erfassen. Zur Kombination der Verwindung der beiden Rahmenteile 5, 7 zueinander ist ein in vertikaler Richtung verlaufendes und beide Rahmenteile 5, 7 miteinander verbindendes Seilzugpotentiometer 36 vorgesehen.
In einer Ausführungsvariante könnte die Bezugsgerade 16 natürlich auch in Form eines Laserstrahls gebildet sein. Ebenso könnte anstelle eines Gelenkes 6 zur Verbindung der beiden Rahmenteile 5, 7 auch eine normale Wagenkupplung eingesetzt werden.

Claims

Gleisbaumaschine, mit einem auf Fahrwerken (2) abgestützten Maschinenrahmen (3), der sich aus einem bezüglich der Arbeitsrichtung vorderen und einem hinteren, durch ein Gelenk (6) miteinander verbundenen Rahmenteil (5, 7) zusammensetzt, sowie mit einem Bezugsystem (15) zur Steuerung wenigstens eines am Maschinenrahmen (3) angeordneten Arbeitsaggregates (8), wobei das am vorderen Rahmenteil (5) befindliche Bezugsystem (15) aus einer zwischen zwei Fahrwerken (2) in Maschinenlängsrichtung verlaufenden Bezugsgeraden (16) und einer auf dem Gleis abrollbaren Messachse (17) mit einer die in Maschinenquerrichtung verlaufende Relativbewegung zwischen Bezugsgerade (16) und Messachse (17) erfassenden Messeinrichtung (18) gebildet ist, und wobei eine Winkelmesseinrichtung (21) für die Erfassung eines durch beide Rahmenteile (5, 7) bezüglich einer horizontalen bzw. zu Radaufstandspunkten der Fahrwerke (2) parallel verlaufenden Ebene eingeschlossenen Ist-Rahmenwinkels (b) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelmesseinrichtung (21) ein die beiden Rahmenteile (5, 7) in vertikaler Richtung miteinander verbindendes Seilzugpotentiometer (36) zur Erfassung der Verwindung zwischen beiden Rahmenteilen (5, 7) zugeordnet ist.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmesseinrichtung (21) durch ein im Bereich des Gelenkes (6) angeordnetes und mit beiden Rahmenteilen (5, 7) verbundenes zweites Seilzugpotentiometer (35) zur Erfassung des Ist-Rahmenwinkels (b) gebildet ist.
Verfahren zum Erfassen von die Gleislage definierenden, auf Pfeilhöhen (f) für die Gleisseitenlage und/oder auf die Gleislängsneigung für die Gleishöhenlage bezugnehmenden Gleismesswerten zur Wiederherstellung der Gleislage unmittelbar nach deren durch den Einfluss von Arbeitsaggregaten (8) bedingten Zerstörung, wobei die Arbeitsaggregate (8) auf einem bezüglich einer Arbeitsrichtung einer Maschine (1) hinteren Rahmenteil (7) angeordnet sind, der über ein Gelenk (6) mit einem vorderen Rahmenteil (5) verbunden ist, mit folgenden Schritten: a) Erfassung der Gleis-Istlage durch kontinuierliches Aufmessen von Pfeilhöhen (f) und/oder der Gleislängsneigung im Bereich des vorderen Rahmenteiles (5), b) Errechnung einer der Gleis-Istlage entsprechenden und in ein gleiswegabhängiges Koordinatensystem eingebundenen Ortskurve (22) unter Zugrundelegung der erfassten Gleismesswerte, c) der Maschinenrahmen (3) wird bezüglich dreier Punkte, nämlich des Gelenkes (6) und der beiden diesem benachbarten Fahrwerke (2), rechnerisch auf die Ortskurve (22) gelegt und somit die theoretische Soll-Lage des hinteren Rahmenteiles (7) in bezug auf die Ortskurve (22) eruiert, d) Errechnung eines durch die theoretische Soll-Lage des hinteren Rahmenteiles (7) mit dem vorderen Rahmenteil (5) eingeschlossenen Soll-Rahmenwinkels (Δα), e) Errechnung der Ist-Lage des hinteren Rahmenteiles (7) bezüglich der Ortskurve (22) unter Zugrundelegung des Ist-Rahmenwinkels (β), f) Ermittlung der Steuerungsgröße für das Arbeitsaggregat (8) durch Differenzbildung zwischen theoretischer und tatsächlicher Lage des hinteren Rahmenteiles (7), g) Beaufschlagung eines Antriebes (11) zur Relativverschiebung des Arbeitsaggregates (8) in bezug auf den hinteren Rahmenteil (7) entsprechend der ermittelten Steuerungsgröße.