EP2902546A1 - Vorrichtung zum Verdichten der Schotterbettung eines Gleises - Google Patents

Vorrichtung zum Verdichten der Schotterbettung eines Gleises Download PDF

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EP2902546A1
EP2902546A1 EP14153245.7A EP14153245A EP2902546A1 EP 2902546 A1 EP2902546 A1 EP 2902546A1 EP 14153245 A EP14153245 A EP 14153245A EP 2902546 A1 EP2902546 A1 EP 2902546A1
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EP
European Patent Office
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track
cylinder
stabilization unit
hydraulic
piston
Prior art date
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EP14153245.7A
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EP2902546B2 (de
EP2902546B1 (de
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Bernhard Lichtberger
Hans Jörg Hofer
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HP3 Real GmbH
Original Assignee
System7 Railsupport GmbH
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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B27/00—Placing, renewing, working, cleaning, or taking-up the ballast, with or without concurrent work on the track; Devices therefor; Packing sleepers
    • E01B27/12—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track; Compacting track-carrying ballast
    • E01B27/20—Compacting the material of the track-carrying ballastway, e.g. by vibrating the track, by surface vibrators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/18—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid
    • B06B1/183—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid operating with reciprocating masses
    • 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
    • E01B2203/12—Tamping devices
    • E01B2203/127—Tamping devices vibrating the track surface
    • 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
    • E01B2203/14—Way of locomotion or support
    • E01B2203/141—Way of locomotion or support on the track to be treated

Definitions

  • the invention relates to a device for compacting the ballast bedding of a track, with a machine frame, which is movable on a track running on rollers on the track and equipped with a vibratory drive for generating a vibration in a track-parallel plane, stabilization unit on the track Stabilization unit is preferably equipped with the rail head encompassing idlers and wherein the stabilization unit with a Anstellantrieb articulated height adjustable hinged on the machine frame and under load against the track is adjustable.
  • the machine has wheel flange rollers and clamping rollers which can be unrolled on rails, whereby the wheel flange rollers are pressed against the rails via telescopic axles in order to be able to guide the stabilization unit practically without play on the track.
  • Known stabilization units are currently vibration units that are equipped with a mechanical vibration drive, which has two opposite circumferentially eccentric masses.
  • the two rotating eccentric masses are coupled via gears so that a gegentechnische rotation of the masses is guaranteed to associated axes.
  • the oscillatory force components cancel each other in the vertical direction and reinforce the oscillatory force components in the horizontal direction, ie in a track-parallel plane transverse to the track longitudinal direction.
  • Gesteinshauftechnike in particular from railway ballast, can be in particular by acting horizontally Compacting vibrations efficiently, especially when the frequency is chosen such that the ballast assumes an elasto-liquid behavior, which is the case at frequencies greater than 30 hertz.
  • Dynamic track stabilization units are used to compensate for irregular initial settlements of the track on the ballast bed by a purposeful controlled anticipation by being taken away from the outset. The durability of the geometric track position is thereby significantly increased.
  • it is also known to obstruct two in the track longitudinal direction successively arranged Exzenterschwingaggregate each other in a stabilization unit, wherein both vibrating units are then usually coupled via a propeller shaft, so that these run frequency and phase synchronous.
  • the friction power is calculated by measuring the ballast as a normal force and the coefficient of friction of the threshold on the ballast, which is also referred to as a transverse displacement resistance.
  • the displacement resistance is therefore not measured directly, but indirectly.
  • the lateral displacement resistance is the decisive, safety-critical factor for the warp resistance of a continuously welded track.
  • the transverse displacement resistance is determined at a displacement of 2 mm.
  • the typical vibration amplitudes of the track in the case of dynamic sliding stabilizers are approximately 2 to 3 mm.
  • the transverse displacement resistance is one of the important safety-critical sizes in track construction and is usually determined by complex single threshold measurements usually under an undesirable track lock.
  • the vertical rigidity of the track is determined by measuring the force that must be expended for a particular track depression. Measuring devices intended for this purpose are based on the principle of applying a static load, usually by means of hydraulic cylinders acting on railway wheel sets. The value of the force by depression then gives the vertical stiffness, which is an important measure for the assessment of the track quality and the track behavior under repeated train loads. Strongly fluctuating track stiffness leads to irregular subsidence under tensile loads and thus to corresponding track geometry errors. Since the vertical stiffnesses are highly non-linear, the statically measured vertical stiffness is only of limited significance.
  • the invention has for its object to provide a device of the type described above, which has a simpler, more compact design and thereby allows a particularly effective stabilization of a track on a ballast bed.
  • the transverse sliding resistance and the vertical rigidity of a track should be able to be measured as simply as possible.
  • an introduction of resonance frequencies in a track should be avoided avoided or the periods for introducing the resonance frequency should be kept as small as possible.
  • the oscillating drive comprises at least one cylinder vibrator, which is controlled by a proportional valve or a servovalve and is formed by a hydraulic cylinder.
  • the inventive measures results in comparison to the prior art much simpler structure, since only at least one oscillating cylinder instead of two bearing and opposite eccentric waves must be provided. Thus, a gear and Kardantrieb for driving the eccentric shaft is obsolete.
  • the complex eccentric adjustment for adjusting the impact force can be omitted, which is set in the cylinder vibrator simply by specifying the appropriate amplitude.
  • the complex mechanical vibration generation can be omitted by counter-rotating eccentric masses and the complex adjustment of the vibratory force by hydraulic adjustment of these eccentric masses.
  • the vibratory force is determined in the invention by the amplitude and frequency of the particularly compact-built cylinder vibrators and thus by the oscillating mass.
  • the hydraulic cylinder of the cylinder vibrator is supported on the stabilization unit and forms and / or carries the piston of the hydraulic cylinder the oscillating mass (s).
  • the control or regulation of the cylinder vibrator complies with a proportional valve or servo valve attached to the cylinder.
  • the desired amplitude and frequency is specified by a controller or controller.
  • the cylinder vibrator is equipped with a sensor measuring the piston position of the piston assigned to the hydraulic cylinder. Whether the sensor determines the position of the piston directly or the position of a piston rod assigned to the piston or a mass or the like assigned to the piston is the responsibility of a person skilled in the art.
  • a hydraulic pressure measuring pressure sensor is assigned.
  • the oscillating force can be amplified by auxiliary masses attached to the cylinder rods.
  • the cylinder vibrator of the oscillating drive, in particular the hydraulic cylinder and / or its piston, at least one auxiliary mass for amplifying the dynamic force is assigned.
  • To increase the oscillatory energy of the vibratory drive may comprise two or more coupled hydraulic cylinders, each with integrated Kolbenwegdom.
  • the vibration modes are preferably freely definable by a controller or control.
  • the oscillating drive is formed at least one of a synchronizing cylinder, in particular one with two piston rods.
  • the stabilization unit is articulated vertically adjustable, preferably vertically aligned, hydraulic adjusting cylinder on the machine frame and under load against the track adjustable and vibration excitable, the adjusting also form a controlled by a proportional or servo valve cylinder vibrator.
  • the adjusting cylinders are preferably in turn each equipped with at least one sensor which measures the position of the piston and is preferably equipped to detect a static and dynamic vertical rigidity of the track with the hydraulic pressure measuring pressure sensors. All proportional or servo valves are preferably always mounted directly on the associated cylinder to any pressure losses and vibrations in the supply lines so to be kept as low as possible.
  • the pressures in the vertical and horizontal cylinders are measured by pressure sensors.
  • the respective forces and subsequently the dynamic and the static vertical stiffness can be determined.
  • the static force acts as a shift of the operating point on the vertical stiffness line.
  • the static and dynamic lateral displacement resistance can be measured. Since the acting horizontal force on the cylinder is measured via the hydraulic pressure, the displacement resistance can be determined directly.
  • two oscillating cylinders can be connected in parallel.
  • the amplitude and phase synchronicity of a plurality of cylinder vibrators or stabilizing units arranged one behind the other in the longitudinal direction of the track is implemented electronically via control circuits.
  • a device allows particularly high control speeds of the system.
  • the direct generation of the oscillation frequency according to the invention makes it possible to avoid passing through resonance frequencies during startup and shutdown of the stabilization unit or to keep it particularly short.
  • cylinder vibrators have a small size and height, they can be installed practically very close to the height of the rail top, whereby a nearly pure horizontal force can be introduced into the track.
  • the conventional, known from the prior art systems build because of the superposed eccentric shafts much higher, which due to the superimposed torques and vertical components are introduced into the track, which act considerably irregular on the track and cause an undesirable side effect.
  • the device according to the invention can also be easily retrofitted to existing track-laying machines, as well as ballast plows or the like.
  • the fast control time of the device according to the invention avoids Nachvibrieren after switching off and expiry of the eccentric shafts, which is particularly uncomfortable when working on bridges, as this is regularly passed through the natural frequency band of the bridges.
  • the waveform can be chosen freely. It could sinusoidal, triangular, trapezoidal, rectangular or the like. Vibration forms are selected, as well as various fundamental vibrations with superimposed harmonics. A vertical vibration of the supercharging cylinders not only leads to an improved controllability of the settlement differences between the left and right side of the track, but in general to a higher compression effect and better settlements, which also increases the durability of the geometric track position.
  • An apparatus for compacting the ballast bed of a track 1 comprises a machine frame 2, which is in particular part of a railroad train or the like, running with a running on rollers 3 on the track 1, with a vibrating drive 4 for generating a vibration in a track-parallel plane E.
  • the track level is denoted by G
  • equipped stabilization unit 5 on the track 1 is movable.
  • the stabilization unit 5 is constructed on a frame 6, on rollers equipped with wheel rims 3 on track 1 and equipped with the rail head encompassing tension rollers 7, which are equipped with a pivot drive 8 to release the track head to release the stabilization unit 5 of the track 1 and take off.
  • the stabilization unit 5 is articulated with a Anstellantrieb 9, two hydraulic cylinders, height adjustable on the machine frame 2 and under load against the track 1 employed.
  • the rollers 3 are equipped with telescopic axes 10, which press the rollers 3 to the rails, where can be compensated by variations in the track widths and a backlash-free guiding of the stabilization unit 5 is ensured on the track transverse to the direction of travel.
  • the oscillating drive 4 comprises at least one cylinder vibrator 12 which is controlled by a proportional or servo valve 11 and is formed by a hydraulic cylinder.
  • the cylinder vibrator 12 is formed by a synchronizing cylinder with two piston rods 13, each carrying an auxiliary mass 14.
  • the cylinder vibrator 12 is equipped with a sensor 15 measuring the piston position of the hydraulic cylinder piston, a displacement sensor. The sensor 15 measures either directly the piston position, the piston rod or possibly the auxiliary mass position.
  • the hydraulic cylinder of the cylinder vibrator 12 is associated with a hydraulic pressure measuring pressure sensor 16 to subsequently calculate the static and dynamic lateral displacement resistance of the track 1 can.
  • the stabilization unit 5 is vertically adjustable on the Anstellantrieb 9 forming vertically aligned hydraulic Anstellzylinder hinged on the machine frame 2 and under load against the track 1 adjustable and vibration excitable. On the adjusting cylinder thus that force is adjustable, with the stabilization unit 5 under support on the machine frame. 2 pressed against the track 1.
  • the adjusting cylinder also form a controlled by a proportional or servo valve 11 or controlled cylinder vibrator.
  • the position of the Anstellzylinderkolbens is again measured with a sensor 15 and the Anstellzylindern is assigned to determine a static and dynamic vertical stiffness of the track a hydraulic pressure measuring pressure sensor 16.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram relating to the vertical stiffness of the track. This is composed of various individual stiffnesses, such as rail elasticity, elasticity of the intermediate layer, a possible elastic threshold soling of the elasticity of the sleepers, the gravel, the rigidity of the subgrade and / or the antifreeze layer and the rigidity of the underlying soil. This characteristic is highly nonlinear, as shown by the schematic curve. If a static force is applied by the vertical load, then the track grid lowers under this load. This depression is measured by means of the sensors associated with the displacement transducer 15. The cylinder force measurement can also be used to determine the force used for this purpose. From this data, the vertical stiffness indicated in the diagram can be calculated back.
  • various individual stiffnesses such as rail elasticity, elasticity of the intermediate layer, a possible elastic threshold soling of the elasticity of the sleepers, the gravel, the rigidity of the subgrade and / or the antifreeze layer and the rigidity of the underlying soil. This characteristic is highly nonlinear, as shown by
  • the so-called operating point A is obtained. Since the adjusting cylinders are also dynamically excited, a dynamic force fluctuation F DYN results around this operating point, which corresponds to a vertical stiffness fluctuation. By dividing the stiffness fluctuation by the amount of force fluctuation F DYN , the dynamic vertical stiffness s DYN is obtained , which corresponds approximately to the tangent or the slope of the curve at the operating point.
  • Fig. 5 shows a schematic cross-displacement diagram of a track.
  • the excitation amplitude of the vibration unit or the vibration path of the track in the ballast bed is specified.
  • the drawn area under the curve corresponds to the friction work performed.
  • Vertical is the horizontal force applied, which must be applied to move the track grate.
  • the way is over the attached to the cylinder vibrator Displacement sensor measured, the force is determined by the hydraulic pressure measurement in the cylinder.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Verdichten der Schotterbettung eines Gleises, mit einem Maschinenrahmen vorgeschlagen, der mit einem auf Laufrollen auf dem Gleis laufenden und mit einem Schwingantrieb zur Erzeugung einer Schwingung in einer gleisparallelen Ebene ausgestatteten, Stabilisationsaggregat auf dem Gleis verfahrbar ist, wobei das Stabilisationsaggregat vorzugsweise mit den Schienenkopf umgreifenden Spannrollen ausgestattet ist und wobei das Stabilisationsaggregat mit einem Anstellantrieb höhenverstellbar am Maschinenrahmen angelenkt und unter Auflast gegen das Gleis anstellbar ist. Um vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass der Schwingantrieb wenigstens einen, über ein Proportional- oder ein Servoventil angesteuerten, von einem Hydraulikzylinder gebildeten, Zylindervibrator umfasst.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verdichten der Schotterbettung eines Gleises, mit einem Maschinenrahmen, der mit einem auf Laufrollen auf dem Gleis laufenden und mit einem Schwingantrieb zur Erzeugung einer Schwingung in einer gleisparallelen Ebene ausgestatteten, Stabilisationsaggregat auf dem Gleis verfahrbar ist, wobei das Stabilisationsaggregat vorzugsweise mit den Schienenkopf umgreifenden Spannrollen ausgestattet ist und wobei das Stabilisationsaggregat mit einem Anstellantrieb höhenverstellbar am Maschinenrahmen angelenkt und unter Auflast gegen das Gleis anstellbar ist. Die Maschine weist auf Schienen abrollbare Spurkranzrollen und Einspannrollen auf, wobei die Spurkranzrollen über Teleskopachsen an die Schienen angepresst werden, um das Stabilisationsaggregat praktisch spielfrei auf dem Gleis führen zu können.
  • Bekannte Stabilisationsaggregate, sogenannte dynamische Gleisstabilisatoren, sind derzeit Schwingungsaggregate, die mit einem mechanischen Schwingungsantrieb ausgestattet sind, der über zwei gegengleich umlaufend exzentrische Massen verfügt. Die beiden umlaufenden exzentrischen Massen sind dabei über Zahnräder derart gekoppelt, dass eine gegengleiche Rotation der Massen um zugeordnete Achsen gewährleistet ist. Mit dieser Anordnung heben sich die Schwingkraftkomponenten in Vertikalrichtung auf und verstärken sich die Schwingkraftkomponenten in Horizontalrichtung, also in einer gleisparallelen Ebene quer zur Gleislängsrichtung. Gesteinshaufwerke, wie insbesondere aus Eisenbahnschotter, lassen sich insbesondere durch Einwirken horizontaler Schwingungen effizient verdichten, vor allem dann, wenn die Frequenz derart gewählt wird, dass der Schotter ein elasto-liquides Verhalten annimmt, was bei Frequenzen von größer als 30 Hertz der Fall ist. Dynamische Gleisstabilisationsaggregate dienen dazu, unregelmäßige Anfangssetzungen des Gleises auf dem Schotterbett durch eine gezielte gesteuerte Vorwegnahme auszugleichen, indem sie von Vornherein weggenommen werden. Die Haltbarkeit der geometrischen Gleislage wird dadurch merklich erhöht. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, zwei in Gleislängsrichtung hintereinander angeordnete Exzenterschwingaggregate miteinander in einem Stabilisationsaggregat zu verbauen, wobei beide Schwingaggregate dann üblicherweise über eine Kardanwelle gekoppelt sind, damit diese Frequenz- und Phasensynchron laufen. Um zu vermeiden, dass das Stabilisationsaggregat auf der Schiene frei herumrutscht und dabei gegebenenfalls Rattermarken bzw. übermäßigen Verschleiß an den Schienen verursachen, ist es notwendig, die Aggregate statisch über Hydraulikzylinder gegen den Maschinenrahmen abzustützen und zusätzlich zu Spurkranzrollen auch Einspannrollen vorzusehen, welche das Stabilisationsaggregat am Gleis praktisch spielfrei halten.
  • Zur Steuerung der in den Gleisunterbau eingebrachten Energie ist es bekannt, die umlaufenden exzentrischen Massen verstellbar auszuführen, wobei ein Verschieben der exzentrischen Masse nach außen bei gleichbleibender Frequenz eine Erhöhung der dynamisch wirkenden Kräfte zur Folge hat. Es existieren auch Messeinrichtungen, die eine Abweichung von einer gegebenen Solleinsenkung des Gleises in Längsrichtung des Gleisbettes anzeigen. Ebenso sind Messeinrichtungen zum Messen der Querhöhenneigung, z. B. mit Hilfe von Inklinometern oder physikalischen Pendeln, in Verwendung. Ebenfalls bekannt ist eine kontinuierliche dynamische Querverschiebewiderstandsmesseinrichtung, die auf dem Prinzip der Messung der hydraulischen Antriebsleistung des mechanischen Schwingaggregates und einer Gleichsetzung mit der Reibleistung des Gleises auf dem Schotter beruht. Die Reibleistung ist dabei durch Messung der Auflast als Normalkraft und dem Reibwert der Schwelle auf dem Schotter, der auch als Querverschiebewiderstand bezeichnet wird, berechenbar. Dabei wird der Verschiebewiderstand also nicht direkt gemessen, sondern indirekt. Der Querverschiebewiderstand ist die bestimmende, sicherheitskritische Größe für die Verwerfungssicherheit eines durchgehend geschweißten Gleises. Üblicherweise wird der Querverschiebewiderstand bei 2 mm Verschiebeweg bestimmt. Die typischen Schwingamplituden des Gleises bei dynamischen Gleitstabilisatoren liegen bei etwa 2 bis 3 mm. Der Querverschiebewiderstand ist im Gleisbau eine der wichtigen sicherheitskritischen Größen und wird meist durch aufwendige Einzelschwellenmessungen in der Regel unter einer unerwünschten Gleissperre ermittelt.
  • Die vertikale Steifigkeit des Gleises wird durch das Messen der Kraft ermittelt, die für eine bestimmte Einsenkung des Gleises aufgewandt werden muss. Dafür vorgesehene Messeinrichtungen basieren auf dem Prinzip des Aufbringens einer statischen Last, meist mithilfe von Hydraulikzylindern, die auf Eisenbahnradsätze einwirken. Der Wert der Kraft durch Einsenkung ergibt dann die vertikale Steifigkeit, die ein wichtiges Maß für die Beurteilung der Gleisqualität und des Gleisverhaltens unter wiederholt verkehrenden Zuglasten ist. Stark schwankende Gleissteifigkeiten führen zu unregelmäßigen Setzungen unter Zuglasten und damit zu entsprechenden Gleisgeometriefehlern. Da die vertikalen Steifigkeiten stark unlinear sind, ist die statisch gemessene vertikale Steifigkeit nur bedingt aussagekräftig.
  • Ausgehend von einem Stand der Technik der vorgenannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die einen einfacheren, kompakteren Aufbau aufweist und dabei eine besonders effektive Stabilisation eines Gleises auf einem Schotterbett erlaubt. Nach einer Weiterbildung der Erfindung sollen der Querschiebewiderstand und die Vertikalsteifigkeit eines Gleises möglichst einfach gemessen werden können. Zudem soll ein Einbringen von Resonanzfrequenzen in ein Gleis vermieden vermieden bzw. die Zeitspannen für ein Einbringen der Resonanzfrequenz möglichst klein gehalten werden.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Schwingantrieb wenigstens einen, über ein Proportional- oder ein Servoventil angesteuerten, von einem Hydraulikzylinder gebildeten, Zylindervibrator umfasst.
  • Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich ein gegenüber dem Stand der Technik wesentlich einfacherer Aufbau, da nur wenigstens ein Schwingzylinder statt je zwei gelagerten und gegenläufigen Exzenterwellen vorgesehen werden muss. Somit ist auch ein Getriebe und Kardantrieb für den Antrieb der Exzenterwelle hinfällig. Zudem kann die aufwendige Exzenterverstellung zur Verstellung der Schlagkraft entfallen, die beim Zylindervibrator einfach durch Vorgabe der entsprechenden Amplitude eingestellt wird. Mit der Erfindung können die aufwendige mechanische Schwingungserzeugung durch gegengleich umlaufende exzentrische Massen und die aufwendige Verstellung der Schwingkraft durch hydraulische Verstellung dieser exzentrischen Massen entfallen. Die Schwingkraft wird bei der Erfindung durch Amplitude und Frequenz der besonders kompakt bauenden Zylindervibratoren und somit durch die schwingende Masse bestimmt. Beispielsweise stützt sich der Hydraulikzylinder des Zylindervibrators am Stabilisationsaggregat ab und bildet und/oder trägt der Kolben des Hydraulikzylinders die schwingende(n) Masse(n). Die Steuerung bzw. Regelung des Zylindervibrators erfülgt über ein an den Zylinder angebautes Proportionalventil bzw. Servoventil. Die gewünschte Amplitude und Frequenz wird von einer Steuerung bzw. Regelung vorgegeben.
  • Um dabei eine möglichst exakte Steuerung bzw. Regelung vornehmen zu können und auch in weiterer Folge einfach Rückschlüsse auf Querverschiebewiderstand ziehen zu können, ist es von Vorteil wenn der Zylindervibrator mit einem die Kolbenlage des dem Hydraulikzylinder zugeordneten Kolbens messenden Sensor ausgerüstet ist. Ob der Sensor dabei die Lage des Kolbens direkt oder die Lage einer dem Kolbens zugeordneten Kolbenstange bzw. einer dem Kolben zugeordneten Masse oder dgl. bestimmt, obliegt einem Fachmann.
  • Ebenso empfiehlt es sich, wenn dem Hydraulikzylinder des Zylindervibrators zur Ermittlung eines statischen und dynamischen Querverschiebewiderstandes des Gleises, ein den Hydraulikdruck messender Drucksensor zugeordnet ist. Die Schwingkraft kann über an die Zylinderstangen angebauten Hilfsmassen verstärkt werden. Dazu ist dem Zylindervibrator des Schwingantriebes, insbesondere dem Hydraulikzylinder und/oder seinem Kolben, wenigstens eine Hilfsmasse zur Verstärkung der dynamischen Kraft zugeordnet.
  • Zur Erhöhung der Schwingenergie kann der Schwingantrieb zwei oder auch mehrere gekoppelte Hydraulikzylinder mit jeweils integrierter Kolbenwegmessung umfassen.
  • Die Schwingformen, zu denen Schwingantrieb und/oder Anstellantrieb anregbar sind, sind vorzugsweise von einer Steuerung bzw. Regelung frei vorgebbar. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung wird der Schwingantrieb wenigstens einem von einem Gleichlaufzylinder, insbesondere einem mit zwei Kolbenstangen, gebildet. Mit einer derartigen Vorrichtung kann sichergestellt werden, dass beide Schienenstränge des Gleises während der Stabilisation gleich belastet bzw. mit gleichem Energieeintrag versehen werden.
  • Zusätzlich empfiehlt es sich, wenn das Stabilisationsaggregat über, vorzugsweise vertikal ausgerichtete, hydraulische Anstellzylinder höhenverstellbar am Maschinenrahmen angelenkt und unter Auflast gegen das Gleis anstellbar und schwingungserregbar ist, wobei die Anstellzylinder ebenfalls einen von einem Proportional- oder Servoventil geregelten Zylindervibrator bilden. Die Anstellzylinder sind dabei vorzugsweise wiederum je mit wenigstens einem die Lage des Kolbens messendenSensor ausgerüstet und vorzugsweise zur Ermittlung einer statischen und dynamischen Vertikalsteifigkeit des Gleises mit den Hydraulikdruck messenden Drucksensoren ausgestattet. Alle Proportional- bzw. Servoventile werden vorzugsweise stets direkt an den zugeordneten Zylinder angebaut, um etwaige Druckverluste und Schwingungen in den Zuleitungen so gering wie möglich zu halten. Die Drücke in den Vertikalzylindern und in den Horizontalzylindern werden von Drucksensoren gemessen.
  • Über die Messung der dynamischen Amplituden der Anstellzylinder und des Hydraulikzylinders des Kolbenvibrators können die jeweiligen Kräfte und in weiterer Folge die dynamische und die statische Vertikalsteifigkeit ermittelt werden. Dabei wirkt die statische Kraft wie eine Verschiebung des Arbeitspunktes auf der vertikalen Steifigkeitslinie. Durch Messung der Horizontalkraft können der statische und der dynamische Querverschiebewiderstand gemessen werden. Da die wirkende Horizontalkraft am Zylinder über den Hydraulikdruck gemessen wird, kann der Verschiebewiderstand direkt ermittelt werden. Natürlich können auch zwei Schwingzylinder parallel geschaltet werden. Die Amplitudenund Phasensynchronizität mehrerer, in Längsrichtung des Gleises hintereinander angeordneter Zylindervibratoren bzw. Stabilisierungsaggregate wird über Regelkreise elektronisch realisiert. Damit lassen sich mit der Erfindung eine einfache Messung des statischen und dynamischen Querverschiebewiderstands sowie der statischen und dynamischen Vertikalsteifigkeit realisieren.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt besonders hohe Regelgeschwindigkeiten des Systems. Demgegenüber weisen traditionelle Exzentersysteme mit hydraulischer Exzenterverstellung aufgrund hoher Zeitkonstanten eine erhebliche Verstelldauer auf. Durch die erfindungsgemäße direkte Erzeugung der Schwingungsfrequenz kann ein Durchfahren von Resonanzfrequenzen beim Hochfahren und Niederfahren des Stabilisationsaggregates vermieden bzw. besonders kurz gehalten werden. Da Zylindervibratoren eine geringe Baugröße und Bauhöhe aufweisen, können diese praktisch sehr nahe der Höhe der Schienenoberkante eingebaut werden, womit eine nahezu reine Horizontalkraft in das Gleis eingebracht werden kann. Die konventionellen, aus dem Stand der Technik bekannten Systeme bauen wegen der übereinander angeordneten Exzenterwellen wesentlich höher, wodurch aufgrund der überlagerten Drehmomente auch Vertikalkomponenten in das Gleis eingebracht werden, die erheblich unregelmäßig auf das Gleis einwirken und einen unerwünschten Nebeneffekt bedingen. Aufgrund der geringen Bauhöhe durch die Verwendung von Zylindervibratoren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei bestehenden Gleisbaumaschinen, wie auch Schotterpflügen oder dgl. problemlos nachgerüstet werden. Die schnelle Regelzeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermeidet ein Nachvibrieren nach dem Abschalten und Auslaufen der Exzenterwellen, was eben bei Arbeiten auf Brücken besonders unangenehm ist, da dabei regelmäßig das Eigenfrequenzband der Brücken durchfahren wird.
  • Die Schwingungsform kann frei gewählt werden. Es könnten sinusförmige, dreieckförmige, trapezförmige, rechteckförmige oder dgl. Schwingungsformen gewählt werden, wie auch diverse Grundschwingungen mit überlagerten Oberschwingungen. Eine vertikale Vibration der Auflastzylinder führt nicht nur zu einer verbesserten Regelbarkeit der Setzungsunterschiede zwischen linker und rechter Gleisseite, sondern überhaupt zu einer höheren Verdichterwirkung und zu besseren Setzungen, was die Haltbarkeit der geometrischen Gleislage zudem erhöht.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßen Stabilisationsaggregat,
    Fig. 2
    eine Vorderansicht auf das erfindungsgemäße Stabilisationsaggregat aus Fig. 1,
    Fig. 3
    ein auf einem Maschinenrahmen aufgebautes Stabilisationsaggregat aus Fig. 1 und 2 in kleinerem Maßstab,
    Fig. 4
    ein schematisches Diagramm für die vertikale Gleissteifigkeit über der Auflast und
    Fig. 5
    ein schematisches Diagramm für die Querverschiebekraft über der Amplitude.
  • Eine Vorrichtung zum Verdichten der Schotterbettung eines Gleises 1 umfasst einen Maschinenrahmen 2, der insbesondere Teil eines Schienenbauzuges oder dgl., ist, der mit einem auf Laufrollen 3 auf dem Gleis 1 laufenden, mit einem Schwingantrieb 4 zur Erzeugung einer Schwingung in einer gleisparallelen Ebene E, die Gleisebene ist mit G bezeichnet, ausgestatteten Stabilisationsaggregat 5 auf dem Gleis 1 verfahrbar ist. Das Stabilisationsaggregat 5 ist auf einem Rahmen 6 aufgebaut, auf mit Radkränzen ausgestattete Laufrollen 3 am Gleis 1 verfahrbar und mit den Schienenkopf umgreifenden Spannrollen 7 ausgestattet, die mit einem Schwenkantrieb 8 zur Freigabe des Gleiskopfes ausgestattet sind, um das Stabilisationsaggregat 5 von dem Gleis 1 freigeben und abheben zu können.
  • Zudem ist das Stabilisationsaggregat 5 mit einem Anstellantrieb 9, zwei Hydraulikzylindern, höhenverstellbar am Maschinenrahmen 2 angelenkt und unter Auflast gegen das Gleis 1 anstellbar. Die Laufrollen 3 sind mit Teleskopachsen 10 ausgestattet, welche die Laufrollen 3 an die Schienen andrücken, wo durch Variationen in der Spurweiten ausgeglichen werden können und ein spielfreies Führen des Stabilisationsaggregates 5 auf dem Gleis quer zur Fahrtrichtung gewährleistet ist.
  • Zur Schaffung besonders einfacher und kompakter Bauverhältnisse umfasst der Schwingantrieb 4 wenigstens einen über ein Proportional- oder Servoventil 11 angesteuerten, von einem Hydraulikzylinder gebildeten Zylindervibrator 12. Der Zylindervibrator 12 wird von einem Gleichlaufzylinder mit zwei Kolbenstangen 13 gebildet, die je eine Hilfsmasse 14 tragen. Der Zylindervibrator 12 ist mit einem die Kolbenlage des Hydraulikzylinderkolbens messenden Sensor 15, einem Wegsensor ausgerüstet. Der Sensor 15 misst dazu entweder direkt die Kolbenlage, die Kolbenstange oder aber gegebenenfalls die Hilfsmassenlage. Zudem ist dem Hydraulikzylinder des Zylindervibrators 12 ein den Hydraulikdruck messender Drucksensor 16 zugeordnet, um in weiterer Folge den statischen und dynamischen Querverschiebewiderstand des Gleises 1 berechnen zu können.
  • Das Stabilisationsaggregat 5 ist über den Anstellantrieb 9 bildende vertikal ausgerichtete hydraulische Anstellzylinder höhenverstellbar am Maschinenrahmen 2 angelenkt und unter Auflast gegen das Gleis 1 anstellbar und schwingungserregbar. Über die Anstellzylinder ist somit jene Kraft einstellbar, mit der das Stabilisationsaggregat 5 unter Abstützung am Maschinenrahmen 2 gegen das Gleis 1 gepresst wird. Die Anstellzylinder bilden dabei ebenfalls einen von einem Proportional- oder Servoventil 11 geregelten bzw. gesteuerten Zylindervibrator. Die Lage des Anstellzylinderkolbens wird wiederum mit einem Sensor 15 gemessen und den Anstellzylindern ist zur Ermittlung einer statischen und dynamischen Vertikalsteifigkeit des Gleises ein den Hydraulikdruck messender Drucksensor 16 zugeordnet.
  • Figur 4 zeigt ein schematisches Diagramm betreffend die Vertikalsteifigkeit des Gleises. Diese setzt sich aus verschiedenen Einzelsteifigkeiten, wie Schienenelastizität, Elastizität der Zwischenlage, einer eventuellen elastischen Schwellenbesohlung der Elastizität der Schwellen, dem Schotter, der Steifigkeit des Planums und/oder der Frostschutzschicht und der Steifigkeit des darunter anstehenden Bodens zusammen. Diese Kennlinie ist eine stark nichtlineare, wie die abgebildete schematische Kurve zeigt. Wird durch die vertikale Auflast eine statische Kraft aufgebracht, dann senkt sich der Gleisrost unter dieser Last ab. Diese Einsenkung wird mittels der den Zylindern zugeordneten Wegaufnehmer, den Sensoren 15, gemessen. Über die Zylinderdruckmessung kann auch die dazu aufgewendete Kraft bestimmt werden. Aus diesen Daten kann auf die im Diagramm angegebene vertikale Steifigkeit zurückgerechnet werden. Bei einer bestimmten statischen Auflast FSTAT ergibt sich dann der sogenannte Arbeitspunkt A. Da die Anstellzylinder auch dynamisch erregt werden, ergibt sich um diesen Arbeitspunkt eine dynamische Kraftschwankung FDYN, die einer vertikalen Steifigkeitsschwankung entspricht. Durch eine Division der Steifigkeitsschwankung durch das Maß der Kraftschwankung FDYN ergibt sich die dynamische Vertikalsteifigkeit sDYN, die näherungsweise der Tangente bzw. der Steigung der Kurve im Arbeitspunkt entspricht.
  • Fig. 5 zeigt ein schematisches Querverschiebungsdiagramm eines Gleises. Auf der horizontalen ist die Erregeramplitude des Schwingungsaggregates bzw. der Schwingweg des Gleises im Schotterbett angegeben. Die eingezeichnete Fläche unter der Kurve entspricht der geleisteten Reibarbeit. Vertikal ist die horizontal wirkende Kraft aufgetragen, die zum Verschieben des Gleisrostes aufgebracht werden muss. Der Weg wird über den am Zylindervibrator angebauten Wegaufnehmer gemessen, die Kraft wird über die Hydraulikdruckmessung im Zylinder ermittelt. Im Eisenbahnwesen ist es üblich, den Querverschiebewiderstand aus einer Verschiebekraft zu bestimmen, die für eine Verschiebung des Gleises um 2 mm aus der Null-Lage erforderlich ist. Da die entsprechenden Parameter wie Weg und Kraft gemessen werden, ist es möglich aus den Messwerten den statischen Querverschiebewiderstand bei 2 mm und die Steigung der Tangente in diesem Arbeitspunkt, den dynamischen Querverschiebewiderstand, zu bestimmen.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Verdichten der Schotterbettung eines Gleises, mit einem Maschinenrahmen (2), der mit einem auf Laufrollen (3) auf dem Gleis (1) laufenden und mit einem Schwingantrieb (4) zur Erzeugung einer Schwingung in einer gleisparallelen Ebene (E) ausgestatteten, Stabilisationsaggregat (5) auf dem Gleis (1) verfahrbar ist, wobei das Stabilisationsaggregat (5) vorzugsweise mit den Schienenkopf umgreifenden Spannrollen (7) ausgestattet ist und wobei das Stabilisationsaggregat (5) mit einem Anstellantrieb höhenverstellbar am Maschinenrahmen (2) angelenkt und unter Auflast gegen das Gleis (1) anstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingantrieb (4) wenigstens einen, über ein Proportional- oder ein Servoventil (11) angesteuerten, von einem Hydraulikzylinder gebildeten, Zylindervibrator (12) umfasst.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylindervibrator (12) mit einem die Kolbenlage des dem Hydraulikzylinder zugeordneten Kolbens messenden Sensor (15) ausgerüstet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass dem Hydraulikzylinder des Zylindervibrators (12), zur Ermittlung eines statischen und dynamischen Querverschiebewiderstandes des Gleises (1), ein den Hydraulikdruck messender Drucksensor (16) zugeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisationsaggregat (5) über, vorzugsweise vertikal ausgerichtete, hydraulische Anstellzylinder höhenverstellbar am Maschinenrahmen (2) angelenkt und unter Auflast gegen das Gleis (1) anstellbar und schwingungserregbar ist, wobei die Anstellzylinder ebenfalls einen von einem Proportionaloder ein Servoventil (11) geregelten Zylindervibrator bilden.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstellzylinder mit einem die Lage seines Kolbens messenden Sensor (15) ausgerüstet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Anstellzylindern, zur Ermittlung einer statischen und dynamischen Vertikalsteifigkeit des Gleises (1), den Hydraulikdruck messende Drucksensoren (16) zugeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zylindervibrator (12) des Schwingantriebes (4), insbesondere dem Hydraulikzylinder und/oder seinem Kolben, wenigstens eine Hilfsmasse (14) zur Verstärkung der dynamischen Kraft zugeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingantrieb (4) zwei mechanisch gekoppelte Hydraulikzylinder, mit jeweils integrierter Kolbenwegmessung, umfasst.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingformen, zu denen Schwingantrieb (4) und/oder Anstellantrieb (9) anregbar sind, von einer Steuerung/Regelung frei vorgebbar sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingantrieb (4) wenigstens einen von einem Gleichlaufzylinder, insbesondere mit zwei Kolbenstangen (13), gebildeten, Zylindervibrator (12) umfasst.
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