EP0047558B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der bei Gleiskorrekturarbeiten ausgeführten Gesamtverstellung des Gleises - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der bei Gleiskorrekturarbeiten ausgeführten Gesamtverstellung des Gleises Download PDF

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EP0047558B1
EP0047558B1 EP81200973A EP81200973A EP0047558B1 EP 0047558 B1 EP0047558 B1 EP 0047558B1 EP 81200973 A EP81200973 A EP 81200973A EP 81200973 A EP81200973 A EP 81200973A EP 0047558 B1 EP0047558 B1 EP 0047558B1
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EP
European Patent Office
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track
reference point
levelling
displacement
point
Prior art date
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EP81200973A
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English (en)
French (fr)
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EP0047558A3 (en
EP0047558A2 (de
Inventor
Ivo Cicin-Sain
Yvan Deliyski
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Matisa Materiel Industriel SA
Original Assignee
Matisa Materiel Industriel SA
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Publication date
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Priority to AT81200973T priority Critical patent/ATE12127T1/de
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Publication of EP0047558A3 publication Critical patent/EP0047558A3/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B35/00—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B35/00—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes
    • E01B35/02—Applications of measuring apparatus or devices for track-building purposes for spacing, for cross levelling; for laying-out curves
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2203/00—Devices for working the railway-superstructure
    • E01B2203/16—Guiding or measuring means, e.g. for alignment, canting, stepwise propagation

Definitions

  • the track correction machine For track correction work, i.e. leveling by lifting or sideways straightening of the tracks, it is known that the track correction machine with its leveling, straightening and track tamping tools advances step by step from threshold to threshold, and with each work stop the rails are moved to the respective work station using the Correction tools adjusted until a measuring point defined on the track falls on a reference line defining the desired route.
  • This reference line which thus simulates the theoretically desired route, represents a measurement base and is defined, for example, by a reference element arranged on the machine and possibly on additional auxiliary vehicles or measuring undercarriages.
  • This reference element which can be, for example, a tensioned wire or a rod, extends from at least one track reference point behind the machine in the track area that has already been corrected to a track reference point in front of the machine in the track area that is still to be corrected (GB-PS 14 23 574 , AT-PS 305 333).
  • the reference line is of course a straight line, while in track curves it is defined by an arc that runs through at least two track reference points in the corrected track area and one track reference point in the track area that is still to be corrected.
  • the amount by which the track was adjusted during the correction operation can be determined with suitable measuring devices at each work station, but not the effective value of the total track correction by which the rail at one point has been moved from its original, uncorrected position to its corrected position.
  • the track station there is no longer in its original, uncorrected position, but is already more or less adjusted as a result of the previous work operations that were carried out on the sleepers behind it, i.e. either raised and / or been moved sideways.
  • the effective total adjustment of the track carried out at each work station should be recorded or registered during track correction work, a condition which, for the reasons explained above, has not yet been easily met because with the values that can be determined with the aid of the reference line or the measurement base, only the current track adjustment carried out at each work station can be determined.
  • the effective overall adjustment of the track it has so far been forced to first mark the original position of the track by means of a stakeout fixed in the ground, to measure the new track position at this point after performing the track correction and to add the difference to the mark of the stakeout determine.
  • This method is, of course, cumbersome and uneconomical and can be carried out with reasonable effort, if need be, at larger track intervals, but not at every threshold or at every work station.
  • the invention has for its object to make a very simple and economical method available, with which the effective overall adjustment of the track at the individual work stations can be determined in each case with casting correction work, and furthermore to create a simple measuring arrangement for carrying out the method.
  • this object is achieved in that the amount of the track adjustment (q N or q Ft ) carried out there during the work operation is measured and for determining the effective total adjustment (r N or r R ) in the case of leveling with a leveling coefficient (K N ) and in the case of a lateral alignment is multiplied by a directional coefficient (K R ) and that for these coefficients, each for a specific track correction machine from the known machine parameters and for a specific section of the route from the known track parameters depending on the maximum size the track adjustment, but can be calculated by neglecting the influence of the respective ballast bed condition, constant values are used under normal track and maintenance conditions.
  • the method according to the invention is therefore very simple, since the measured values of the track elevation or track displacement carried out at each individual work station need only be multiplied by a generally constant leveling or directional coefficient.
  • the leveling or directional coefficient can be calculated from the known machine and track parameters as a function of the overall adjustment of the rails, for which purpose simulated parametric calculations using a bar model (see FIGS. 3a to 3c) have proven to be particularly useful. Such calculations show that the changes in the coefficients mentioned are only slight, depending on the overall adjustment of the track, up to a total elevation or total displacement of at most about 40 mm.
  • the coefficients can be applied as constant values with an approximation that is sufficient for practical use.
  • a constant leveling or directional coefficient can be used as the multiplication factor, the error of the determined effective overall adjustment of the track being 5% to a maximum of 10% at most, which satisfies the required accuracy.
  • variable ballast condition which in itself plays a much greater role in the lateral alignment of the track than in lifting the track, has proven to be negligible because - apart from the very first work operation on a route to be corrected - each one of the Tools detected, to be adjusted track point has already been more or less loosened by the previous correction operations in the ballast bed and because furthermore the rails are initially lifted during a correction and thus somewhat detached from the ballast bed before the lateral alignment takes place.
  • the sought-after values of the effective total track adjustment proportional to the instantaneous track adjustment measured in each work operation can be applied, and that the proportionality factor, i.e. the calculable leveling or directional coefficient, can be regarded as a good approximation as a constant.
  • the required coefficients can be determined without difficulty with the aid of a computer program which has been set up and into which the known parameters mentioned are incorporated.
  • the track section shown with a solid line has three sections, namely the uncorrected track area 1 in front of the track correction machine advancing in the direction of the horizontal arrow or in front of the work tools, the correction area 2 and finally the already corrected track area 3 behind the machine.
  • the track correction machine moves step by step from threshold to threshold or, if two adjacent sleepers are processed simultaneously, from threshold pair to threshold pair.
  • Three successive work stations are indicated in Figure 1 by measuring points B ', B and B ", which are defined in a known manner, for example by a measuring chassis or a measuring roller of the machine, on the track and are in the immediate vicinity of the leveling tools.
  • Reference point A lying on the track, which follows the course of the uncorrected track, and a reference point C lying on the track in the corrected track area 3 define a reference straight line in a known manner as a measuring base.
  • Point C and, in the uncorrected, serve to define these reference straight lines Track area usually a point A s lying at a constant distance d A perpendicularly above the track reference point A.
  • d A For the distance d A , one generally chooses an average height such that the reference line AC traveling with the machine is always a few millimeters above the track section to be leveled , also above the highest to be determined beforehand Point of this route. This avoids that a measuring point B can lie above the reference line and would theoretically have to be lowered for the purpose of correction.
  • the track experiences a corresponding predetermined increase on average in this way.
  • the reference points A and C can be defined in a known manner at the ends of the machine (FIG. 3a) or, for example, by measuring trolleys which are arranged in front of or behind the machine.
  • the leveling operation at each work station, in the example considered at the measuring point B, consists in raising this point B to such an extent that it falls on the reference line AC, that is to say reaches the point Bg according to FIG.
  • the elevation of the track point B to the location designated by B s at the relevant work station, designated as q N in FIG. 1, can now be measured by comparing the difference between the distances of the point B or before and after the leveling operation.
  • B s forms from the reference line AC.
  • an angle measuring device is preferably installed on measuring point B on the track correction machine. With this angle measuring device, the angle ⁇ 1 between the lines A, B and BC is measured before the operation and after the operation the angle a 2 between the lines A 3 B 3 and BgC is measured, which in the case of imperfect correction, i.e. if the machine is working optimally, vanishingly small and is therefore not marked in FIG. 1.
  • the amount of the increase q N follows using known trigonometric relationships. This result can be automatically delivered by the measuring arrangement, which is known to be equipped with corresponding elements and electronic circuits.
  • the effective total increase in the case of leveling is equal to the sum of the known increase q N and the unknown “pre-increase” P N , which occurs during the previous work operations at the workplaces behind, in particular at the raising of point B 'of the track section 2' shown in dashed lines at the work station immediately behind it.
  • FIG. 1 also shows the “pre-lifting” of the track section 2 "in front, which is shown in dash-dot lines, when the point B is raised by the amount q N , which in this case has already been raised to the point B" at the location of the following work position becomes.
  • K N represents a leveling coefficient which, as explained in the introduction to the description, from the known machine and track parameters tern can be calculated using an appropriate computer program and viewed as a constant under normal track and maintenance conditions. A model for its calculation will be shown later with the help of fig. 3a-3c and 4 explained in more detail.
  • FIG. 2a which relates to the lateral alignment of a track represented by a strong line in a curve
  • the reference line forming the measuring base is, in a known manner, a circular arc which passes through the two reference points C and D located in the corrected track area 3 and through the reference point A located in the not yet corrected track area 1, which follows the track section to be processed.
  • the track at measuring point B of the relevant work station must be moved to the circular arc ACD, i.e. up to point B s .
  • the angle ⁇ 1 between the straight lines AB and BC lying on bow chords and the angle P 2 between the straight lines ABg and B sC are used with an angle measuring device installed at B before the displacement measured. From this and from the known lengths AB and BC, the relevant bow heights at B and at B s are obtained in a known manner and from their difference the sought value q R.
  • the effective total displacement of the track in turn depends on the “pre-adjustment” P R already explained with reference to FIG. 1, that is to say on the “pre-displacement” brought about by the preceding straightening operations, which is due to the conventional measurements mentioned using the measurement base is not detectable.
  • Figure 2b illustrates for the otherwise same alignment as in the example of Figure 2a, a different position of the angle measuring device, which is located this time at point C, which is cheaper and more convenient for spatial reasons.
  • the angle ⁇ 1 between the straight lines BC and CD and after the shift the angle ⁇ 2 between the straight lines BgC and CD are measured, the relevant arc heights at C and from their difference the value sought q R derived.
  • the value r R in turn follows by multiplication by the directional coefficient K R.
  • the front reference point located in the uncorrected track area, through which the reference arc runs, can be used in a known manner, analogously to the leveling illustrated in FIG. 1, at a predetermined distance from the track on one side or the other.
  • Figure 3a shows schematically a track correction machine 4, which moves with its trolleys 5 and the points A, B, C and D on the track on the track in the direction of the arrow.
  • the reference point A is in the not yet corrected track area 1 at the front end of the machine, the measuring point B in the correction area 2 in the immediate vicinity of the not shown correction tools at the working point under the middle part of the machine, the reference point C in the corrected track area 3 at the end of the machine and the
  • additional reference point D which can be defined by a measuring chassis coupled behind the machine 4, is required at a constant, fixed distance behind the reference point C.
  • the model of a flexible beam 8 is used to calculate the leveling or directional coefficient, which simulates the track section to be corrected below the machine 4 and to which the known machine and track parameters are applied.
  • the machine parameters are the machine weight acting on the chassis 5 at the support points 7, the distance 1 1 between the two support points 7, the distance 1 2 between the measuring point and the rear support point 7 and the center distance 1 3 between the axles of a chassis 5.
  • 1 1 8 580 mm
  • 1 2 2 750 mm
  • 1 3 1 520 mm. Consequently, the model is shown in FIG 3b from a bar 8 of length 1 1 of which corresponding to both ends in a weight at the support 7 is clamped manner.
  • the track parameters i.e.
  • the rear support point 7 or anchoring point with the relevant beam end is now raised in the model by a distance r N corresponding to the total elevation of the track, as shown in FIG. 3c, and at a distance of 1 2 , i.e. at the Measuring point B, the “pre-raising” P N of the bar is calculated, which cannot be determined by measurements on the track.
  • the only thing that can be measured is the instantaneous increase q N at the measuring point B during the leveling operation, which is also indicated in FIG. 3c.
  • the leveling coefficient K N which is dependent on r N , is the slope of the curve, which represents r N as a function of q N.
  • FIG. 4 shows an example of such a curve 11, which was calculated for a track correction machine with the characteristic distances indicated in connection with FIG. 3a and for a track laid on concrete sleepers with typical track parameters using the model mentioned above.
  • curve 11 has a continuously increasing gradient for increasing r N or q N values, but only for r N values of up to approximately 30-40 mm, corresponding to qN values of approximately 14-18 mm varies so slowly that it can be replaced in this area with an approximation sufficient for practical use by a constant mean slope tg ⁇ 0 , the angle ⁇ 0 being defined by the straight line 12.
  • the directional coefficient KR which is given by the mean slope of the corresponding r R curve as a function of q R , can also be calculated in an analog manner, introducing the track parameters that are important for the track alignment, this mean value in turn up to at rR values of a maximum of 30 to 40 mm.
  • an average coefficient K R 2.32 was found as the average slope of the r R curve.

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Description

  • Bei Gleiskorrekturarbeiten, also beim Nivellieren durch Anheben oder beim seitlichen Richten der Gleise, rückt bekanntlich die Gleiskorrekturmaschine mit ihren Nivellier-, Richt-und Gleisstopfwerkzeugen schrittweise von Schwelle zu Schwelle vor, und bei jedem Arbeits-Stopp werden die Schienen an der jeweiligen Arbeitsstelle mittels der Korrekturwerkzeuge soweit verstellt, bis ein am Gleis definierter Messpunkt auf eine die gewünschte Trasse definierende Bezugslinie fällt. Diese Bezugslinie, die also den theoretisch gewünschten Streckenverlauf nachbildet, stellt eine Messbasis dar und wird beispielsweise durch ein auf der Maschine und gegebenenfalls auf weiteren Hilfsfahrzeugen bzw. Messfahrwerken angeordnetes Bezugselement definiert. Dieses Bezugselement, bei dem es sich zum Beispiel um einen gespannten Draht oder eine Stange handeln kann, erstreckt sich von wenigstens einem Gleisbezugspunkt hinter der Maschine im bereits korrigierten Gleisbereich zu einem Gleisbezugspunkt vor der Maschine im noch zu korrigierenden Gleisbereich (GB-PS 14 23 574, AT-PS 305 333).
  • Im Falle eines geradlinig verlaufenden Gleisabschnittes ist die Bezugslinie natürlich eine gerade Linie, während sie in Gleiskurven durch einen Kreisbogen definiert wird, welcher durch wenigstens zwei Gleisbezugspunkte im korrigierten Gleisbereich und einen Gleisbezugspunkt im noch zu korrigierenden Gleisbereich verläuft.
  • Es ist auch bekannt, mit einem am Messpunkt befindlichen optischen Winkelmessgerät, dessen optische Achse als Bezugslinie dient, und mit Lichtquellen an den Gleisbezugspunkten zu arbeiten und deren Lage zur optischen Achse durch Winkelmessungen zu bestimmen (CH-PS 510 171).
  • Bei den vorstehend erwähnten Korrekturarbeiten mit Hilfe der Bezugslinie bzw. der Messbasis kann zwar mit geeigneten Messgeräten an jeder Arbeitsstelle der Betrag bestimmt werden, um den das Gleis während der Korrekturoperation verstellt worden ist, nicht jedoch der effektive Wert der gesamten Gleiskorrektur, um den die Schiene an einer Stelle aus ihrer ursprünglichen, unkorrigierten Lage in ihre korrigierte Lage bewegt worden ist. Bei Ankunft der Arbeitswerkzeuge an einer Arbeitsstelle befindet sich nämlich die dortige Gleisstelle nicht mehr in ihrer ursprünglichen, unkorrigierten Lage, sondern ist bereits infolge der vorhergehenden Arbeitsoperationen, die an den dahinter liegenden Schwellen durchgeführt wurden, mehr oder weniger verstellt, also entweder angehoben und/oder seitlich verschoben worden. Bildlich gesprochen schieben die Arbeitswerkzeuge während des Betriebs eine im Gleis entstehende « Verstell-Welle », also eine « Hebungs-Welle bzw. eine « Richt-Welle », vor sich her, weiche bei jeder Arbeitsoperation an einer Arbeitsstelle eine « Vor-Verstellung », also eine « Vor-Anhebung bzw. eine « Vor-Verschiebung •, im Sinne der gewünschten Korrektur an der folgenden Arbeitsstelle bewirkt. Die Grösse dieser « Vor-Verstellung ist jedoch mittels der erwähnten Messbasis und der daraus ableitbaren Daten nicht bestimmbar.
  • Nun kann es jedoch wünschenswert oder sogar von der Eisenbahnverwaltung vorgeschrieben sein, dass bei Gleiskorrekturarbeiten die an jeder Arbeitsstelle durchgeführte effektive Gesamtverstellung des Gleises erfasst bzw. registriert werden soll, eine Bedingung, die aus den oben erläuterten Gründen bisher nicht ohne weiteres erfüllbar ist, weil mit den Werten, die unter Zuhilfenahme der Bezugslinie bzw. der Messbasis ermittelt werden können, nur die an jeder Arbeitsstelle ausgeführte momentane Gleisverstellung bestimmbar ist. Um die effektive Gesamtverstellung des Gleises zu bestimmen, ist man bisher gezwungen, zunächst die ursprüngliche Lage des Gleises durch eine in der Erde befestigte Absteckung zu markieren, nach Ausführung der Gleiskorrektur an dieser Stelle die neue Gleislage zu messen und die Differenz zur Marke der Absteckung zu bestimmen. Diese Methode ist natürlich umständlich und unwirtschaftlich und lässt sich mit vertretbarem Aufwand allenfalls in grösseren Gleisabständen, nicht jedoch an jeder Schwelle bzw. an jeder Arbeitsstelle durchführen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sehr einfaches und wirtschaftliches Verfahren verfügbar zu machen, mit dem bei Gieiskorrekturarbeiten jeweils die effektive Gesamtverstellung des Gleises an den einzelnen Arbeitsstellen ohne grossen Aufwand bestimmt werden kann, und ferner eine einfache Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass an einer Arbeitsstelle der Betrag der dort während der Arbeitsoperation erfolgten Gleisverstellung (qN bzw. qFt) gemessen und zur Ermittlung der effektiven Gesamtverstellung (rN bzw. rR) im Falle einer Nivellierung mit einem Nivellierkoeffizienten (KN) und im Falle einer seitlichen Ausrichtung mit einem Richtkoeffizienten (KR) multipliziert wird und dass für diese Koeffizienten, die jeweils für eine bestimmte Gleiskorrekturmaschine aus den bekannten Maschinenparametern und für einen bestimmten Streckenabschnitt aus den bekannten Gleisparametern in Abhängigkeit von der maximalen Grösse der Gleisverstellung, jedoch unter Vernachlässigung des Einflusses des jeweiligen Schotterbettzustandes berechenbar sind, unter normalen Gleis- und Instandhaltungsbedingungen konstante Wert verwendet werden.
  • Das Verfahren nach der Erfindung ist also denkbar einfach, da die gemessenen Werte der an jeder einzelnen Arbeitsstelle ausgeführten Gleisanhebung bzw. Gleisverschiebung nur mit einem im allgemeinen konstanten Nivellier- bzw. Richtkoeffizienten multipliziert zu werden brauchen.
  • Diese Koeffizienten tragen also der erwähnten, nicht ohne weiteres erfassbaren «Vor-Anhebung bzw. « Vor-Verschiebung Rechnung; die Faktoren, von denen diese Koeffizienten abhängen, sind die folgenden :
    • a) Die bekannten konstanten Parameter der Gleiskorrekturmaschine, das sind das auf den Fahrgestellen ruhende Gewicht der Maschine, der Abstand zwischen den beiderseits der Korrekturwerkzeuge befindlichen Fahrgestellen, welche die Abstützpunkte bilden, und schliesslich der Abstand der Angriffspunktes der Werkzeuge von einen bzw. anderen dieser Abstützpunkte.
    • b) Die ebenfalls bekannten, konstanten Gleisparameter ; das sind Gewicht, Querschnitt, Elastizität und Trägheits- bzw. Biegemomente der Schienen, ferner Material, Gewicht, Abmessungen und Abstände der Schwellen sowie die Art der Schienenbefestigung.
    • c) Die variable Grösse der jeweiligen Schienenverstellung, bei der es sich also um einen veränderlichen, jedoch erfassbaren Parameter handelt.
    • d) Der variable jeweilige Zustand des Schotter- bzw. Gleisbettes, für welchen im wesentlichen der Verdichtungsgrad des Schotters wichtig ist und welcher einen variablen, nicht erfassbaren Parameter darstellt.
  • Es hat sich nun gezeigt, dass für die praktischen Bedürfnisse der Einfluss des variablen Schotterparameters auf den Wert des Nivellier- bzw. Richtkoeffizienten vernachlässigbar ist und dass der Einfluss der variablen jeweiligen Gesamtverstellung des Gleises bis zu einem Betrag von maximal etwa 30 bis 440 mm als konstant angesetzt werden kann. Daher ist überraschenderweise der Nivellier- bzw. Richtkoeffizient aus den bekannten Maschinen- und Gleisparametern als Funktion der Gesamtverstellung der Schienen berechenbar, wozu sich simulierte parametrische Berechnungen anhand eines Balkenmodells (man vergleiche Figuren 3a bis 3c) als-besonders zweckmässig erwiesen haben. Derartige Berechnungen zeigen, dass die Aenderungen der erwähnten Koeffizienten in Abhängigkeit von der Gesamtverstellung des Gleises bis zu einer Gesamtanhebung bzw. Gesamtverschiebung von maximal etwa 40 mm nur gering sind. Da nun unter normalen Gleis- und Instandsetzungsbedingungen eine maximale Gesamtgleisverstellung von etwa 40 mm praktisch nicht überschritten wird, lassen sich die Koeffizienten mit einer für die Praxis ausreichenden Näherung als konstante Grössen ansetzen. Unter den normalerweise auftretenden Verhältnissen kann also ohne weiteres mit einem konstanten Nivellier- bzw. Richtkoeffizienten als Multiplikationsfaktor gearbeitet werden, wobei der Fehler der ermittelten effektiven Gesamtverstellung des Gleises bei 5 % bis maximal allenfalls 10 % liegen kann, was der geforderten Genauigkeit genügt.
  • Sollte bei Gleiskorrekturarbeiten der erwähnte maximale Verstellwert von etwa 40 mm überschritten werden, dann ist es natürlich im Prinzip ohne weiteres möglich, entsprechend korrigierte Koeffizientenwerte zu berechnen, falls das verlangt oder gewünscht wird ; da jedoch bei ungewöhnlich grossen Gleiskorrekturen, welche etwa 40 mm übersteigen, im allgemeinen auch ein grösserer prozentualer Fehler bei der Bestimmung der Totalverstellung des Gleises zulässig ist, lohnt sich im allgemeinen nicht der Aufwand einer Neuberechnung der Koeffizienten, so dass also auch in diesen nur selten auftretenden Ausnahmefällen mit demselben konstanten Wert der Koeffizienten gearbeitet werden kann.
  • Der jeweilige variable Schotterzustand, welcher an sich bei der seitlichen Ausrichtung des Gleises eine wesentlich grössere Rolle spielt als bei der Gleisanhebung, hat sich deshalb als vernachlässigbar erwiesen, weil - wenn man von der allerersten Arbeitsoperation auf einer zu korrigierenden Strecke absieht - die jeweils von den Werkzeugen erfasste, zu verstellende Gleisstelle bereits durch die vorangehenden Korrekturoperationen im Schotterbett mehr oder weniger gelockert worden ist und weil ferner die Schienen bei einer Korrektur zunächst angehoben und damit etwas aus dem Schotterbett gelöst werden, bevor die seitliche Ausrichtung erfolgt.
  • Da die Gesamtanhebung und die seitliche Gesamtverschiebung des Gleises von teilweise unterschiedlichen Faktoren beeinflusst werden, ergeben sich natürlich für die berechneten Nivellier-und Richtkoeffizienten im allgemeinen unterschiedliche Werte.
  • Bei der Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe wurde also überraschenderweise erkannt, dass trotz der zahlreichen, zum Teil variablen Parameter, welche die erwähnte « Vor-Verstellung des Gleises beeinflussen und von denen auf den ersten Blick scheinbar viele gar nicht hinreichend genau berücksichtigt werden können, unter normalen Gleis- und Instandsetzungsverhältnissen die gesuchten Werte der effektiven Gesamtverstellung des Gleises proportional zu der bei jeder Arbeitsoperation gemessenen momentanen Gleisverstellung angesetzt werden können, und dass der Proportionalitätsfaktor, also der berechenbare Nivellier- bzw. Richtkoeffizient, in guter Näherung als Konstante betrachtet werden kann. Mit Hilfe eines einmal aufgestellten Rechenprogramms, in welches die erwähnten bekannten Parameter eingehen, lassen sich die erforderlichen Koeffizienten ohne Schwierigkeiten bestimmen.
  • Bevorzugte, auf einer Gleiskorrekturmaschine zu installierende Messanordnungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, das heisst zur Messung der bei jeder Arbeitsoperation an der betreffenden Arbeitsstelle erfolgten momentanen Gleisverstellung, sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.
  • Das Verfahren und die Messanordnung nach der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :
    • Figur 1 schematisch das Prinzip der Messung bei einer Nivellierung,
    • Figur 2a und 2b ebenfalls schematisch das Prinzip der Messung bei einer seitlichen Gleisausrichtung für zwei unterschiedliche Messanordnungen,
    • Figur 3a, 3b und 3c schematische Darstellungen der Gleiskorrekturmaschine und eines Balkenmodells zur Berechnung der Koeffizienten und,
    • Figur 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der effektiven Gesamtverstellung des Gleises und der bei einer Arbeitsoperation erfolgten momentanen Verstellung.
  • In Figur 1, die sich auf die Nivellierung eines geradlinig verlaufenden Gleises bezieht, weist die mit einer starken ausgezogenen Linie dargestellte Gleisstrecke drei Abschnitte auf, nämlich den unkorrigierten Gleisbereich 1 vor der in Richtung des horizontalen Pfeils vorrückenden Gleiskorrekturmaschine bzw. vor den Arbeitswerzeugen, den Korrekturbereich 2 und schliesslich den bereits korrigierten Gleisbereich 3 hinter der Maschine. Die Gleiskorrekturmaschine bewegt sich bekanntlich schrittweise von Schwelle zu Schwelle bzw., wenn jeweils zwei benachbarte Schwellen gleichzeitig bearbeitet werden, von Schwellenpaar zu Schwellenpaar. Drei aufeinanderfolgende Arbeitsstellen sind in Figur 1 durch Messpunkte B', B und B" angedeutet, welche in bekannter Weise, zum Beispiel durch ein Messfahrgestell oder eine Messrolle der Maschine, am Gleis definiert werden und in unmittelbarer Nähe der Nivellierwerkzeuge liegen. Ein im unkorrigierten Gleisbereich 1 auf dem Gleis liegender Bezugspunkt A, der dem Verlauf des unkorrigierten Gleises folgt, und ein auf dem Gleis liegender Bezugspunkt C im korrigierten Gleisbereich 3 definieren in bekannter Weise als Messbasis eine Bezugsgerade. Zur Festlegung dieser Bezugsgeraden dienen der Punkt C und, im nicht korrigierten Gleisbereich, üblicherweise ein im konstanten Abstand dA senkrecht über dem Gleisbezugspunkt A liegender Punkt As. Für den Abstand dA wählt man im allgemeinen eine mittlere Höhe derart, dass die mit der Maschine mitwandernde Bezugsgerade AC stets um einige Millimeter oberhalb der zu nivellierenden Gleisstrecke, also auch oberhalb des zuvor zu ermittelnden höchsten Punktes dieser Strecke, liegt. Dadurch wird vermieden, dass ein Messpunkt B über der Bezugsgeraden liegen kann und zwecks Korrektur theoretisch abgesenkt werden müsste. Gleichzeitig erfährt das Gleis auf diese Weise im Mittel eine entsprechende vorbestimmte Anhebung.
  • Die Bezugspunkte A und C können in bekannter Weise an den Enden der Maschine (Figur 3a) oder zum Beispiel durch Messfahrwerke, die vor bzw. hinter der Maschine angeordnet sind, definiert werden. Die Nivellieroperation an jeder Arbeitsstelle, im betrachteten Beispiel am Messpunkt B, besteht darin, diesen Punkt B soweit anzuheben, dass er auf die Bezugsgerade AC fällt, also nach Figur 1 den Punkt Bg erreicht.
  • Bei jeder Nivellieroperation kann nun die an der betreffenden Arbeitsstelle stattfindende, in Figur 1 mit qN bezeichnete Anhebung des Gleispunktes B auf die mit Bs bezeichnete Stelle gemessen werden, indem man die Differenz der vor und nach der Nivellieroperation gemessenen Abstände des Punktes B bzw. Bs von der Bezugsgeraden AC bildet. Zu diesem Zwecke wird auf der Gleiskorrekturmaschine vorzugsweise ein Winkelmessgerät am Messpunkt B installiert. Mit diesem Winkelmessgerät wird vor der Operation der Winkel α1 zwischen den Geraden A,B und BC und nach der Operation der Winkel a2 zwischen den Geraden A3B3 und BgC gemessen, welcher bei unvollkommener Korrektur, wenn also die Maschine optimal arbeitet, verschwindend klein und daher in Figur 1 nicht markiert ist. Aus der Winkeldifferenz α1-α2 und aus den bekannten konstanten Abständen zwischen den Punkten As und B einerseits sowie B und C andererseits folgt mittels bekannter trigonometrischer Beziehungen der Betrag der Anhebung qN. Dieses Ergebnis kann von der in an sich bekannterweise mit entsprechenden Elementen und elektronischen Schaltungen ausgerüsteten Messanordnung automatisch geliefert werden.
  • Bisher ist nun jedoch keine Möglichkeit bekannt geworden, unter Zuhilfenahme der Bezugsgeraden und der üblichen Messgeräte die effektive gesamte Gleisanhebung aus der ursprünglichen unnivellierten Lage in die nivellierte Lage zu messen oder abzuleiten. Es besteht jedoch ein erhebliches Interesse, und es wird bereits von einigen Eisenbahnverwaltungen verlangt, diese effektive Gesamtverstellung an den einzelnen Arbeitsstellen zu kontrollieren, zu erfassen und/ oder zu registrieren.
  • Die im Falle einer Nivellierung im Folgenden mit rN bezeichnete effektive Gesamtanhebung ist nach Figur 1 gleich der Summe aus der bekannten Anhebung qN und der unbekannten « Vor-Anhebung » PN, welche während der vorangehenden Arbeitsoperationen an den dahinterliegenden Arbeitsstellen entsteht, insbesondere bei der Anhebung des Punktes B' des gestrichelt dargestellten Gleisabschnitts 2' an der unmittelbar dahinterliegenden Arbeitsstelle. In gleicher Weise ist in Figur 1 auch die bei der Anhebung des Punktes B um den Betrag qN stattfindende « Vor-Anhebung » des davorliegenden, strichpunktiert gezeichneten Gleisabschnitts 2" dargestellt, welcher hierbei am Ort der folgenden Arbeitsstelle bereits auf den Punkt B" angehoben wird.
  • Dieser unbekannten, sozusagen voreilenden Anhebung PN, welche von den in der Beschreibungseinleitung erwähnten Parametern abhängt, wird nun erfindungsgemäss dadurch in einfacher Weise Rechnung getragen, dass die oben angegebene Summe für rN wie folgt in ein Produkt umgewandelt wird :
    Figure imgb0001
  • KN stellt einen Nivellierungskoeffizienten dar, der, wie in der Beschreibungseinleitung erläutert, aus den bekannten Maschinen- und Gleisparametern mittels eines entsprechenden Rechenprogramms berechnet und unter normalen Gleis-und Instandhaltungsverhältnissen als Konstante betrachtet werden kann. Ein Modell zu seiner Berechung wird später anhand der fig. 3a-3c und 4 näher erläutert.
  • In Figur 2a, die sich auf die seitliche Ausrichtung eines durch eine starke Linie dargestellten Gleises in einer Kurve bezieht, sind wiederum der unkorrigierte Gleisbereich 1, der Korrekturbereich 2 und der bereits korrigierte Gleisbereich 3 dargestellt. Die die Messbasis bildende Bezugslinie ist in diesem Falle in bekannter Weise ein Kreisbogen, welcher durch die beiden im korrigierten Gleisbereich 3 liegenden Bezugspunkte C und D und durch den im noch nicht korrigierten Gleisbereich 1 liegenden Bezugspunkt A geht, weicher der zu bearbeitenden Gleisstrecke folgt. Zwecks Ausrichtung ist das Gleis am Messpunkt B der betreffenden Arbeitsstelle auf den Kreisbogen ACD, also bis zum Punkt Bs, zu verschieben.
  • Um die bei dieser Korrekturoperation erfolgte Verschiebung qR zu bestimmen, werden mit einem bei B installierten Winkelmessgerät vor der Verschiebung der Winkel β1 zwischen den auf Bogensehnen liegenden Geraden AB und BC und nach der Verschiebung der Winkel P2 zwischen den Geraden ABg und BsC gemessen. Hieraus und aus den bekannten Längen AB und BC ergeben sich in bekannter Weise die betreffenden Bogenhöhen bei B bzw. bei Bs und aus deren Differenz der gesuchte Wert qR.
  • Die effektive Gesamtverschiebung des Gleises hängt jedoch wiederum von der bereits anhand der Figur 1 erläuterten « Vor-Verstellung » PR ab, also von der durch die vorangehenden Richtoperationen bewirkten « Vor-Verschiebung •, welche durch die erwähnten, konventionellen Messungen mit Hilfe der Messbasis nicht erfassbar ist. Erfindungsgemäss wird, wie im Falle der Nivellierung nach Figur 1, der Wert der effektiven Gesamtverschiebung rR bei einer Gleisausrichtung durch das Produkt
    Figure imgb0002
    dargestellt, wobei KR als Richtkoeffizient bezeichnet wird, der wie der Nivellierungskoeffizient aus bekannten Parametern berechenbar ist und unter normalen Gleis- und Instandhaltungsbedingungen in guter Näherung als konstant angenommen werden kann.
  • Figur 2b veranschaulicht für die sonst gleiche Ausrichtung wie im Beispiel nach Figur 2a eine andere Position des Winkelmessgeräts, das sich diesmal am Punkte C befindet, was aus räumlichen Gründen günstiger und bequemer ist. In diesem Falle werden zur Bestimmung von qR vor der Verschiebung der Winkel γ1 zwischen den Geraden BC und CD und nach der Verschiebung der Winkel γ2 zwischen den Geraden BgC und CD gemessen, die betreffenden Bogenhöhen bei C und aus deren Differenz der gesuchte Wert qR abgeleitet. Der Wert rR folgt wiederum durch Multiplikation mit dem Richtkoeffizienten KR.
  • Wenn bei Richtoperationen mit Absteckpfählen gearbeitet wird, welche die gewünschte Trasse markieren, dann kann in bekannter Weise der vordere, im nicht korrigierten Gleisbereich befindliche Bezugspunkt, durch den der Bezugskreisbogen verläuft, analog wie bei der in Figur 1 veranschaulichten Nivellierung in einem vorgegebenen Abstand vom Gleis, auf der einen oder anderen Seite, liegen.
  • An Hand der Fig. 3a, 3b, 3c und 4 soll das Modell zur Berechnung der Koeffizienten KN und KR erläutert werden.
  • Figur 3a zeigt schematisch eine Gleiskorrekturmaschine 4, die sich mit ihren Fahrwerken 5 und den am Gleis anliegenden Punkten A, B, C und D auf dem Gleis in Pfeilrichtung bewegt. Der Bezugspunkt A liegt im noch nicht korrigierten Gleisbereich 1 am vorderen Ende der Maschine, der Messpunkt B im Korrekturbereich 2 in unmittelbarer Nähe der nicht gezeigten Korrekturwerkzeuge am Arbeitspunkt unter dem Mittelteil der Maschine, der Bezugspunkt C im korrigierten Gleisbereich 3 am Ende der Maschine und der beim Gleisrichten benötigte weitere Bezugspunkt D, der durch ein hinter der Maschine 4 angekuppeltes Messfahrwerk definiert sein kann, im konstanten festen Abstand hinter dem Bezugspunkt C. Die für die Bestimmung der bei jeder Arbeitsoperation erfolgten Gleisverstellungen qN bzw. qR benötigten konstanten Abstände zwischen den erwähnten Punkten sind in Figur 3a angegeben und können beispielsweise IAB = 8 230 mm, IBC =. 5 505 mm und ICD = 4515mm betragen.
  • Zur Berechnung des Nivellier- oder Richtkoeffizienten wird nach Figur 3b das Modell eines biegsamen Balkens 8 verwendet, der den zu korrigierenden Gleisabschnitt unterhalb der Maschine 4 simuliert und auf den die bekannten Maschinen- und Gleisparameter angewendet werden. Die Maschinenparameter sind das auf die Fahrgestelle 5 an den Abstützpunkten 7 wirkende Maschinengewicht, der Abstand 11 zwischen den beiden Abstützpunkten 7, der Abstand 12 zwischen dem Messpunkt und dem hinteren Abstützpunkt 7 und der Achsabstand 13 zwischen den Achsen eines Fahrgestells 5. Im betrachteten Beispiel betragen 11 = 8 580 mm, 12 = 2 750 mm und 13 = 1 520 mm. Folglich geht das Modell nach Figur 3b von einem Balken 8 mit der Länge 11 aus, welcher an beiden Enden in einer dem Gewicht an den Abstützpunkten 7 entsprechenden Weise eingespannt ist. Die Gleisparameter, also im wesentlichen Gewicht, Elastizität und Trägheits- bzw. Biegemomente der Schienen, Gewicht und Abstand der Schwellen sowie Typ der Schienenbefestigung werden dadurch simuliert, dass man einerseits dem Balken 8 die erwähnten Schieneneigenschaften, insbesondere die entsprechenden Momente, zuordnet, und dass man andererseits die in Figur 3b durch Pfeile 9 angedeuten Kräfte einführt, welche den Balken 8 belasten und die vom Gewicht der Schienen und Schwellen herrührenden Kräfte nachbilden. Natürlich wird bei den Berechnungen auch berücksichtigt, dass sich die Balkenenden bei Biegung des Balkens um die Verankerungspunkte 7 drehen können, wie in Figur 3b schematisch durch die Winkel 10 angedeutet.
  • Zur Berechnung des Nivellierkoeffizienten wird nun im Modell die hintere Abstützstelle 7 bzw. Verankerungsstelle mit dem betreffenden Balkenende um eine der Gesamtanhebung des Gleises entsprechende Strecke rN angehoben, wie in Figur 3c dargestellt, und die dabei im Abstand 12, das heisst also an der Messstelle B, stattfindende « Vor-Anhebung » PN des Balkens berechnet, welche durch Messungen am Gleis nicht erfassbar ist. Messbar ist lediglich, wie erwähnt, die am Messpunkt B während der Nivellieroperation erfolgende momentane Anhebung qN, welche in Figur 3c ebenfalls angedeutet ist.
  • Der von rN abhängige Nivellierkoeffizient KN ergibt sich als Steigung der Kurve, welche rN als Funktion von qN darstellt. Figur 4 zeigt als Beispiel eine solche Kurve 11, die für eine Gleiskorrekturmaschine mit den in Verbindung mit Figur 3a angegebenen charakteristischen Abständen und für ein auf Betonschwellen verlegtes Gleis mit typischen Gleisparametern mit Hilfe des vorstehend erwähnten Modells berechnet wurde. Man sieht, dass die Kurve 11 für wachsende rN- bzw. qN-Werte eine stetig zunehmende Steigung aufweist, die jedoch für rN-Werte bis etwa 30-40 mm, entsprechend qN-Werten von etwa 14-18 mm, nur so langsam variiert, dass sie in diesem Bereich mit einer für die Praxis ausreichenden Näherung durch eine konstante mittlere Steigung tg φ0 ersetzt werden kann, wobei der Winkel φ0 durch die Gerade 12 definiert ist. Im Beispiel nach Figur 4 wurde der Mittelwert der Kurvensteigung bis zu einem Wert qN von etwa 35 mm genommen, und es ergab sich die mittlere Steigung tg φ0 = KN 2,12. Mit diesem Nivellierungskoeffizienten ergaben sich bei der praktischen rN-Berechnung mittels der gemessenen qN-Werte Fehler, die für rN-Werte von etwa 35 mm bei maximal etwa 9 bis 10 % lagen und für kleinere rN-Werte geringer ausfielen. So lag beispielsweise für rN = 25 mm der maximale Fehler bei 7 bis 8 %.
  • Anhand des gleichen, vorstehend erläuterten Modells lässt sich unter Einführung der für die Gleisausrichtung wesentlichen Gleisparameter in analoger Weise auch der Richtkoeffizient KR berechnen, welcher durch die mittlere Steigung der entsprechenden rR-Kurve als Funktion von qR gegeben ist, wobei dieser Mittelwert wiederum bis zu rR-Werten von maximal 30 bis 40 mm gebildet wird. Im Falle des vorstehend betrachteten Beispiels ergab sich als mittlere Steigung der rR-Kurve ein Richtkoeffizient KR = 2,32.
  • Da unter normalen Gleis- und Instandsetzungsbedingungen eine effektive Gesamtverstellung des Gleises von mehr als 40 mm praktisch kaum vorkommt, liefern die für eine bestimmte Gleiskorrekturmaschine und eine zu korrigierende Gleisstrecke einmal berechneten, konstanten Nivellier- und Richtkoeffizienten auf einfache Weise Ergebnisse mit der in der Praxis geforderten Genauigkeit.

Claims (4)

1. Verfahren zur Bestimmung der bei Gleis-Nivellier- und/oder Gleisrichtarbeiten ausgeführten effektiven Gesamtverstellung des Gleises zwischen der unkorrigierten und der korrigierten Gleislage, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Arbeitsstelle der Betrag der dort während der Arbeitsoperation erfolgten Gleisverstellung (qN bzw. qR) gemessen und zur Ermittlung der effektiven Gesamtverstellung (rN bzw. rR) im Falle einer Nivellierung mit einem Nivellierkoeffizienten (KN) und im Falle einer seitlichen Ausrichtung mit einem Richtkoeffizienten (KR) multipliziert wird und dass für diese Koeffizienten, die jeweils für eine bestimmte Gleiskorrekturmaschine aus den bekannten Maschinenparametern und für einen bestimmten Streckenabschnitt aus den bekannten Gleisparametern in Abhängigkeit von der Grösse der maximalen Gleisverstellung, jedoch unter Vernachlässigung des Einflusses des jeweiligen Schotterbettzustands berechenbar sind, unter normalen Gleis- und Instandhaltungsbedingungen konstante Wert verwendet werden.
2. Gleiskorrekturmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwecks Bestimmung der während einer Niveltieroperation erfolgten Gleisanhebung (qN) wenigstens ein Winkelmessgerät aufweist, das dazu eingerichtet ist, den Winkel (α1 bzw. α2 zwischen den beiden Geraden, die den Gleismesspunkt (B bzw. Bs) an der jeweiligen Arbeitsstelle einerseits mit einem Bezugspunkt (As) im noch nicht korrigierten Gleisbereich (1) und andererseits mit einem Bezugspunkt (C) im bereits korrigierten Gleisbereich (3) verbinden, vor und nach der Nivellieroperation zu messen.
3. Gleiskorrekturmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwecks Bestimmung der während einer Richtoperation erfolgten Gleisverschiebung (qR) wenigstens ein weiteres Winkelmessgerät aufweist, das an einem ersten Bezugspunkt (C) im jeweils bereits korrigierten Gleisbereich (3) angeordnet und dazu eingerichtet ist, den Winkel (γ1 bzw. γ2 zwischen den Geraden, welche den ersten Bezugspunkt (C) einerseits mit dem Gleismesspunkt (B bzw. Bg) und andererseits mit einem zweiten Bezugspunkt (D), der im bekannten Abstand vom ersten Bezugspunkt (C) ebenfalls im bereits korrigierten Gleisbereich (3) liegt, verbinden, vor und nach der Richtoperation zu messen.
4. Gleiskorrekturmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwecks Bestimmung der während einer Richtoperation erfolgten Gleisverschiebung (qR) wenigstens ein weiteres Winkelmessgerät aufweist, das am Gleismesspunkt (B bzw. Bs) angeordnet und dazu eingerichtet ist, den Winkel (β1 bzw. β2 zwischen den Geraden, welche den Gleismesspunkt (B bzw. Bg) an der jeweiligen Arbeitsstelle einerseits mit einem Bezugspunkt (A) im noch nicht korrigierten Gleisbereich (1) und andererseits mit einem Bezugspunkt (C) im bereits korrigierten Gleisbereich (3) verbinden, vor und nach der Richtoperation zu messen.
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