ES2364635B2 - Máquina automática de nivelación y alineación de vía ferroviaria en placas, previas al hormigonado. - Google Patents

Abstract

Máquina automática de nivelación y alineación de vía ferroviaria en placa, previas al hormigonado, que presenta una estructura (1) que se desplaza a lo largo de la vía, provista de elementos de sujeción para, una vez situada en la sección de vía a posicionar, agarrar firmemente ambos carriles (10) manteniendo la vía en suspensión mientras efectúa movimientos milimétricos de desplazamiento hasta situarla en la posición final deseada, tanto en planta como en altura de los carriles y peralte; dicha máquina dispone de un sistema de medición, que incluye sensores de inclinación (11) y una estación total (12), de tipo topográfica o GPS, que permiten identificar la posición real de la vía, en tiempo real. Dispone asimismo de un sistema de control que incluye un software de proceso de los datos de posición adquiridos por los dispositivos de medición (11-12), a partir de los cuales determina los movimientos requeridos que ha de realizar para alcanzar la posición de la vía final deseada.

Description

ciones topográficas mediante aparatos de medición y

Máquina automática de nivelación y alineación de vía ferroviaria en placa, previas al hormigonado. Objeto de la invención

La invención, como su propio título indica, se refiere a una máquina destinada a nivelar y alinear de forma automática y con precisión una vía ferroviaria en placa antes de proceder a su hormigonado. Partiendo de la posición inicial de los carriles -o el conjunto formado por los carriles fijados ya a las traviesas en lo que se denomina “vía premontada” o “vía en esqueleto”-previamente tendidos sobre una base previa -solera de la futura vía en placa-, la máquina es capaz de sujetarlos y desplazarlos con los movimientos necesarios para conseguir desde esa posición de partida la posición final deseada, siendo una vez posicionados con precisión fijados mediante unos medios de sustentación en esa posición suspendida, pudiéndose proceder entonces a hormigonar el conjunto sobre la base previa sobre la que se ha asentado, constituyendo la losa de hormigón formada el medio soporte que sustituye al balasto de una vía tradicional.

Una vía férrea en placa está formada de forma genérica por dos carriles unidos a través de sujeciones a unas traviesas, bloques individuales, bastidores o simplemente sujeciones directas en su parte inferior, existiendo multitud de tipologías. En una vía en placa se colocan los carriles y las traviesas/bloques/sujeciones directas, y una vez que este conjunto se ha posicionado adecuadamente con las estrictas tolerancias requeridas, se fija en su posición definitiva y se hormigona para conseguir la llamada vía hormigonada. La posición de la vía viene definida por un trazado y una sección. El trazado queda definido por una altimetría y una planimetría. En cuanto a la sección transversal, se define mediante un peralte en cada posición, además de una serie de condicionantes: las cabezas de los dos carriles forman un plano de rodadura, la distancia entre los dos carriles debe ser fija y simétrica respecto al eje central de la vía, y su eje vertical debe tener habitualmente una inclinación respecto al eje vertical perpendicular al plano de rodadura definido. Las tolerancias de estos parámetros son, en general, muy estrictas, y todo esto hace que se trate de un sistema geométricamente complejo.

Partiendo de la vía en esqueleto -es decir, una vez asentados y fijados los carriles sobre las traviesas/bloques/sujeciones, estos a su vez asentados sobre la base previa o solera-, la construcción de “vía en placa” requiere el empleo de medios de nivelación y alineación que realicen los desplazamientos necesarios para establecer la posición exacta del conjunto carriles-sujeciones, momento en el cual, previa fijación del conjunto de forma definitiva en esa posición final exacta alcanzada a través de unos medios de sustentación, se procede a hormigonar el conjunto sobre la base previa, constituyendo la losa de hormigón formada el medio soporte de los carriles, sustituyendo al balasto de la vía tradicional. Se requieren procesos de nivelación, alineación y fijación de la vía en su posición de una elevada precisión, por lo que esta actividad es fundamental en el proceso de construcción de vías férreas de este tipo. Antecedentes de la invención

El proceso de nivelación y alineación de la vía en placa hoy en día es un proceso manual, muy poco automatizado, que se realiza efectuando aproximaciopersonal de topografía externos, que debe ir midiendo y transmitiendo la posición que van adquiriendo los carriles durante el proceso para que ésta pueda ir corrigiéndose mediante el procedimiento habitual empleando gatos, husillos alineadores o niveladores, hasta llegar finalmente a la posición definitiva. Es decir, comenzando por un primer levante de aproximación, y tras la correspondiente comprobación topográfica externa de la posición conseguida, la información obtenida de la medición efectuada debe ser transmitida por parte del personal de topografía al personal encargado del posicionado físico de la vía, momento en el cual se puede volver a corregir de nuevo de forma manual la posición y a comprobar nuevamente, y así sucesivamente hasta que se verifica que la posición de la vía está dentro de las tolerancias exigidas, momento en el que, tras fijar firmemente la posición, se puede hormigonar. La posición de los carriles se mide generalmente mediante una estación topográfica y un prisma soportado por un operario sobre la cara activa del carril -pudiendo utilizarse además una regla de peralte-, o bien mediante la utilización de un carrito auscultador de vía, o empleando un sistema topográfico mixto entre ambas opciones.

Una alternativa a este proceso, que también se suele utilizar, consiste en el mareaje previo en referencias fijas de la posición final cada cierta longitud de vía. En este caso, el trabajo topográfico se realiza con antelación, y el acercamiento a la posición final marcada en cada sección de vía se realiza tomando como referencia esos datos previamente marcados realizando comprobaciones manuales sucesivas.

Estos métodos, así como otros existentes, todos ellos manuales y nada automatizados, suponen que el proceso actual sea extremadamente lento y tenga un coste elevado. Descripción de la invención

El objeto de la presente invención es una máquina capaz de nivelar y alinear la vía mediante un sistema hidráulico hasta dejarla en su posición exacta, de una forma completamente automática y sin la intervención humana, en un solo paso, de forma que en ese momento se pueda fijar la vía y proceder posteriormente al hormigonado. La máquina está formada por una estructura metálica móvil constituida por varios cuerpos, un sistema hidráulico y eléctrico y un sistema de control y de medición de vía propios que posibilitan sus movimientos y desplazamiento, de forma que, una vez posicionada sobre los carriles en una sección determinada de la vía premontada -en esqueletoa posicionar, es capaz de sujetar firmemente ambos carriles de la vía mediante unos elementos de sujeción, y desplazarla hasta su posición final: levantando cada uno de los carriles hasta la altura necesaria y desplazándolos lateralmente, hasta alcanzar la posición definitiva, todo ello de forma automática.

Para permitir el movimiento automático se ha desarrollado e incorporado un sistema de control, un software y un sistema propio de medida. Mediante el sistema de medida propio la máquina es capaz de medir y obtener la posición real de la vía en el espacio en tiempo real. A través del software, es capaz de comparar esta posición real instantánea con la posición final teórica previamente introducida o definida, obteniendo en tiempo real la diferencia entre ambas, y por lo tanto los desplazamientos necesarios para alcanzar esta última. A través de los elementos integrantes del sistema de control estos datos de desplazamiento necesario son procesados y transmitidos a los cilindros del sistema hidráulico, que realizan físicamente los movimientos requeridos. Al ser todo este proceso en tiempo real, la nueva posición una vez iniciado el movimiento es detectada por el sistema de medida y procesada por el software y el sistema de control. Los nuevos datos de desplazamiento requerido, es decir, la nueva diferencia recalculada entre la nueva posición real y la posición final teórica, es transmitida nuevamente al sistema hidráulico. Se trata por tanto de un proceso cíclico en tiempo real. Este proceso cíclico da comienzo una vez se ha situado la máquina en la sección de vía a posicionar y ha sujetado los carriles mediante los elementos de sujeción. En ese momento da comienzo el ciclo de posicionado: la captación de datos se produce de forma continua, así como su posterior tratamiento, procesado, transmisión al sistema motriz y materialización de los movimientos, dando lugar a un proceso de realimentación continuo -aproximando la vía paulatinamente a su posición teórica final en cada ciclo-repitiéndose hasta que la vía alcance finalmente la posición teórica deseada dentro de las tolerancias exigidas, momento en que se interrumpirá el proceso y el movimiento, dando por finalizado el proceso cíclico, y por tanto el posicionado. Se constituye por lo tanto un ciclo cerrado de control automático, siendo, una vez comienza el proceso, la posición de la vía cada vez más próxima a la posición final objetivo hasta alcanzar finalmente esa posición, momento en que se interrumpe el proceso y por tanto el movimiento.

Una vez posicionada la vía en esa sección, la máquina suelta los carriles abriendo los dispositivos de sujeción, cierra los cilindros de elevación permitiendo que el peso de la máquina apoye sobre las ruedas, y avanza hasta una nueva posición, es decir, hasta una nueva sección de la vía, desplazándose longitudinalmente sobre ella. Una vez alcanzada la nueva sección debe estacionarse, sujetar los carriles mediante el sistema de sujeción, e iniciar de nuevo el proceso cíclico automático de posicionamiento de la vía.

En el diseño de la máquina se ha tenido en cuenta que ha de ser robusta como para manipular los elevados pesos que supone el conjunto carril-traviesas/bloques/sujeciones (vía premontada) y el peso propio, sujetando la vía por los dos carriles, pero a la vez lo suficientemente precisa como para lograr desplazamientos de décimas de milímetro en todos sus movimientos. Físicamente, la máquina está integrada por una estructura metálica móvil y un sistema hidráulico y eléctrico que posibilitan los movimientos físicos necesarios. La máquina ha de poder desplazarse longitudinalmente a lo largo de la vía, preferentemente sobre ruedas ferroviarias -también podrían ser orugas laterales sobre la plataforma, a ambos lados de la vía-tanto para acceder a la sección de vía a posicionar como para retirarse de ella.

La máquina integra un sistema de medición que combinando la utilización de sensores de posición (sensores de inclinación, etc.) y estaciones topográficas robotizadas (u otros dispositivos de medida como GPS, etc.) permite realizar la adquisición de los datos de posición de la vía necesarios de forma completamente automática y con la extrema precisión requerida. Este sistema de medición está formado por un lado por sensores, ubicados en la propia máquina, que proporcionan la posición relativa de la vía en tiempo real, y a su vez recibe datos recogidos por una estación total u otro aparato de topografía -preferentemente aunque no de forma exclusiva una estación topográfica robotizada, estándar o un GPS-, que proporciona la posición absoluta. Los datos adquiridos, que identifican la posición real de la vía son transmitidos mediante equipos de comunicación a un PC en el que está instalado el software, para poder ser procesados.

Los movimientos de la máquina están gobernados por un sistema de control que constituye una de las partes esenciales para su funcionamiento automático y autónomo, sin intervención humana. Este sistema de control físicamente está constituido por un PC y/o un PLC, o un equipo alternativo capaz de proporcionar esta misma funcionalidad. Esta unidad de control incorpora una unidad de comunicaciones capaz de transmitir de forma instantánea y con la suficiente rapidez el flujo de datos, procesándolos y transformándolos en señales que son transmitidas al sistema hidráulico para que este pueda efectuar los movimientos físicos requeridos. Asimismo incluye un software que permite procesar los datos de posición real adquiridos por el sistema de medición, comparándolos con los de la posición final teórica definidos o introducidos previamente, realizando esta operación múltiples veces por segundo y en tiempo real, obteniendo como resultado los datos de salida, que identifican la diferencia entre la posición final deseada y la real en cada instante, es decir, el movimiento que es necesario que realice el sistema mecánico e hidráulico para alcanzar la posición deseada final.

La máquina objeto de la invención aporta una nueva metodología de nivelación y alineación de vía en placa, totalmente automatizada, que permite nivelar y alinear la vía de forma completamente automática, dejándola en su posición definitiva para su posterior fijación y hormigonado. Se trata por tanto de un “sistema mecánico integral” que permite posicionar la vía, alineándola y nivelándola de forma totalmente automática y sin la intervención humana, desde la posición inicial aleatoria hasta la posición final teórica exacta, de forma automática y en un solo paso, verificando y validando la posición definitiva al final del movimiento. Para ello se ha recurrido a la ingeniería de control, empleando sensores para medir los resultados (parámetros de salida) del dispositivo que está siendo controlado y usar esas medidas para proporcionar una realimentación a las entradas de los actuadores, que a su vez realizan las correcciones de posición hacia la salida deseada. Descripción de las figuras

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Las figuras 1 a 4 representan vistas en alzado frontal de la máquina de la invención en distintas fases de, partiendo de una posición inicial de reposo o de avance sobre la vía, hasta las posiciones operativas de nivelación mostradas en las figuras3y4.

La figura 5 es una vista en planta de la máquina anterior.

La figura 6 es una vista en alzado lateral de la misma máquina.

La figura 7 representa una vista esquemática del conjunto de la máquina, que incluye la estructura física de la misma (1), una serie de sensores y una unidad de control. Algunos de estos elementos pueden estar separados de la estructura física de la misma, pero son imprescindibles para su funcionamiento por lo que es consideran todos ellos como un todo.

La figura 8 muestra un diagrama de bloques del funcionamiento del sistema de control de la máquina. Realización preferente de la invención

La estructura de la máquina se observa claramente en las figuras 1, 5 y 6. Está constituida por dos cuerpos estructurales (2-3) diferenciados y con movimiento relativo entre ellos:

El cuerpo principal (2) está constituido por una estructura metálica. Lleva fijados en su interior los dos cilindros hidráulicos de elevación (4), a través de los cuales el peso del conjunto vía-máquina se transmite al suelo. Además, a través del accionamiento de estos dos cilindros (4), que se expanden y comprimen de forma independiente, proporciona la altura de ambos carriles y el peralte (diferencia de altura entre los carriles en una sección perpendicular al eje de la vía) adecuado a la vía -a través del segundo cuerpo de la máquina-, es decir, la diferencia de altura entre los dos carriles dentro de una determinada sección de vía. El funcionamiento de este cuerpo es asimilable al de un pórtico estructural rígido con los pilares de longitud variable.

La parte inferior de los cilindros de elevación (4), en contacto con el suelo, disponen de una rótula (5) que permite el giro del cuerpo cuando uno de los cilindros se abre más que el otro para conseguir una diferencia de altura en los carriles. (Ver figura 4).

Lateralmente lleva incorporados un conjunto de rodillos (6), situados tanto en la parte superior como en la inferior y en la parte frontal como en la trasera. La función de estos rodillos es la de permitir el movimiento relativo entre este cuerpo principal (2) y el cuerpo secundario (3), además de guiar este último sobre el primero, obligando a que el movimiento del segundo cuerpo (3) sea paralelo y alineado con el principal (2), y por lo tanto con el mismo ángulo respecto a la horizontal que gracias a la diferente apertura de los dos cilindros de elevación ha adquirido la superficie del cuerpo principal.

El movimiento relativo se logra gracias a dos cilindros hidráulicos (7) que denominaremos “de ripado”, fijados por lo tanto por sus extremos a ambos cuerpos (2-3). Estos cilindros (7) están situados en la parte superior del cuerpo principal (2) preferentemente aunque no de forma exclusiva, a ambos lados, y en dirección perpendicular al eje de la vía, movimiento este del que son responsables como se ha explicado.

El segundo cuerpo (3) está constituido por una estructura metálica. Dispone a ambos lados de sendos pares de ruedas (8), preferentemente ferroviarias, que servirán para permitir el desplazamiento de la máquina sobre la vía. Estas ruedas (8) están motorizadas. Además este cuerpo secundario (3) incorpora el sistema de sujeción de los carriles, compuesto por sendas pinzas (9), cuya función es la de sujetar los dos carriles (10) de la vía. Estas pinzas (9) se accionan gracias al sistema hidráulico, mediante sendos cilindros. Una vez cerradas las pinzas, los carriles (10) en esa sección de vía quedan fijados al cuerpo secundario (3) de la máquina, y por tanto se moverán de forma solidaria al mismo, lo que permite posicionarlos tanto en altura de cada uno de ellos como en peralte en esa sección.

El cierre de estos dispositivos de sujeción (9) de los carriles es firme, es decir, no permite movimiento relativo durante el posicionamiento, momento en el que se está suspendiendo toda la carga de la vía de manera puntual sobre ellos.

La posición de los carriles (10) y por lo tanto de la vía se consigue mediante la combinación de una variación del peralte y la altura (cilindros de elevación) por un lado y un movimiento transversal, propiciado por los cilindros de ripado (7), por otra. Esto se realiza de la siguiente manera: Una vez situada la máquina en la sección de vía a posicionar (ver figura 1), las pinzas (9) que conforman el dispositivo de sujeción se cierran sobre ambos carriles (10) (ver figura 2), siendo el cuerpo secundario (3) y la vía solidarios a partir de ese momento. Mediante la diferente apertura de los cilindros de elevación (4) se consigue la oscilación del cuerpo principal entorno al centro de giro (centro de rotación de una de las dos rótulas de bola (5) en contacto con el suelo en la parte inferior de los cilindros de elevación). Al oscilar se comporta en la sección a posicionar como un pórtico rígido, confiriendo el peralte requerido a la parte horizontal de la máquina (es decir, al dintel superior del pórtico). El cuerpo secundario (3), alineado con esa parte horizontal del principal (2) a través de los rodillos (6), adquiere por lo tanto en ese momento ese mismo peralte, y por lo tanto lo adquiere también la vía, que es solidaria a este cuerpo secundario (3) a través de las pinzas de los dispositivos de sujeción (9).

El movimiento transversal se consigue accionando los cilindros de ripado (7), con el desplazamiento relativo alineado del cuerpo secundario (3) (y por lo tanto de la vía fijada solidariamente) sobre el cuerpo principal (2) a través de los rodillos (6).

Una vez posicionada la vía en esa sección a través de la combinación de estos movimientos, se procede a la fijación de la misma empleando medios convencionales, que no son objeto de la presente invención. Una vez fijada se procede a la apertura de las pinzas

(9) del sistema de sujeción y al cierre o compresión de los cilindros de elevación (4), lo que permite que la máquina apoye completamente su peso sobre las ruedas ferroviarias (8). En ese momento puede avanzar sobre la vía hasta la nueva sección a posicionar sobre esas ruedas motorizadas.

A efectos de conseguir todos los movimientos descritos, la máquina está dotada de un sistema hidráulico y un sistema eléctrico diseñados y dimensionados a tal efecto. El sistema eléctrico es además el encargado de alimentar los diferentes equipos de medida y de control.

La máquina integra un sistema de medida, de adquisición de datos, sensores y estación topográfica (o GPS), que constituye una parte fundamental para su funcionamiento. Como se ha indicado en la descripción previa es necesario emplear simultáneamente dos tipos de dispositivos de medida y de adquisición de datos de posición, que determinen la posición absoluta y relativa de la máquina en todo momento.

El primer dispositivo (12) nos permitirá conocer la posición absoluta del sistema en el espacio, será preferentemente aunque no de forma exclusiva una estación total topográfica. Además se tratará preferentemente de una estación robotizada -este tipo de estación es capaz de seguir un prisma en movimiento de manera automática sin necesidad de la intervención humana-.

El prisma (13) está colocado en la propia máquina en una posición conocida, fija e invariable, calibrada y perfectamente referenciada al carril en su posición de “sistema de sujeción accionado y pinzas cerradas sobre el carril”. De esta forma, en esa situación, la posición del prisma, que es la identificada por la estación total, identifica de forma inequívoca la posición absoluta del carril, pudiéndose deducir una a partir de la otra de forma inequívoca.

El sistema de soporte del prisma (13) puede estar configurado por una pequeña estructura para el soporte del prisma y un palpador lateral en contacto permanente con un punto del carril-preferentemente la cara activa-. Entre el conjunto palpador-prisma y la propia estructura existe un elemento tipo muelle, amortiguador de gas o similar, que asegurará siempre el contacto del conjunto palpador-prisma con la cara activa del carril. Gracias a ello el prisma tendrá una posición siempre fija y conocida respecto de la cara activa del carril, y por tanto se podrá deducir la posición del carril de la lectura del prisma de manera inequívoca.

Por lo tanto, la estación total (12), estacionada de forma adecuada según los procedimientos topográficos y en una posición desde la que la máquina y el prisma son visibles, toma de forma continua valores de la posición absoluta del prisma. Una vez situada la máquina en la sección a posicionar y cerradas las pinzas (el cuerpo secundario es solidario en ese momento con la vía) -momento en el que comienza el ciclo automático de posicionado -la estación toma el prisma obteniendo las coordenadas de posición absoluta del mismo, de las que son deducibles -como se ha explicado-las coordenadas absolutas del carril.

Una vez iniciado el ciclo automático de posicionado, cuando se produzca el movimiento de los hidráulicos, la vía y el prisma se desplazarán, siendo este último seguido por la estación robotizada que proporcionará en todo momento la posición instantánea del mismo en su movimiento. Puede emplearse un GPS u otro equipo de medida que proporcione coordenadas absolutas en lugar de la estación total.

El segundo dispositivo (11) se emplea para conocer la posición relativa de la vía en cada momento, para lo cual es necesario proporcionar una serie de medidas relativas. Para ello se utilizan preferentemente sensores de inclinación.

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Para medir el peralte real de la vía -diferencia de altura entre ambos carriles en el plano perpendicular al eje de la vía (plano de posicionamiento)-se utiliza un sensor de inclinación colocado en la alineación exacta de los carriles en esta sección transversal, o en una posición de la máquina referenciada inequívocamente a esta alineación.

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En caso de medirse la inclinación longitudinal de la máquina respecto a la horizontal, se empleará un sensor de inclinación en el plano vertical de la máquina que contiene al eje de la vía en esa sección de posicionamiento. Este sensor se colocará en una posición paralela a la superficie vertical de la máquina y por tanto de los dispositivos de sujeción.

La máquina ha de incorporar también un sistema de control automático (14), capaz de materializar el ciclo automático de posicionamiento de la vía, controlando en todo momento todos los movimientos de la máquina, sin intervención humana, desde la posición inicial aleatoria de la vía hasta la posición teórica deseada. Para ello, trabajando siempre en tiempo real, sus funciones son:

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Recibir los datos procedentes de todos los dispositivos de medida (11-12) de adquisición de datos (estación total o similar y sensores de inclinación o similares). Estos datos de entrada definen la posición instantánea de la vía.

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El sistema de control (14) procesa los datos, a través de un modelo matemático geométrico y un software asociado, obteniendo tras el tratamiento de los mismos los parámetros de desplazamiento de los puntos del sistema en los tres ejes definidos en el espacio, y los movimientos que deben realizar los cilindros hidráulicos para obtener esa posición. A partir de esos datos, el sistema genera unas señales de salida adecuadas que sirven como señales de entrada para el sistema hidráulico.

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Debe transmitir las señales generadas al sistema hidráulico, de forma que los actuadores físicos puedan realizar los desplazamientos necesarios hacia la posición teórica deseada.

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Siempre en tiempo real, debe recibir nuevamente los datos procedentes de los dispositivos de adquisición de datos, correspondientes a las nuevas posiciones, sincronizarlas y adecuarlas para que puedan ser procesadas de nuevo.

Se trata de un proceso cíclico automático en tiempo real, en el que la captación de datos se produce de forma continua, así como su posterior tratamiento, procesado, transmisión al sistema motriz y materialización de los movimientos, dando lugar a un proceso de realimentación continuo que se repetirá hasta que todos los puntos del sistema alcancen la posición teórica deseada dentro de las tolerancias exigidas.

El software de cálculo unido al sistema de control permite calcular todos los movimientos necesarios en el espacio para alcanzar la posición objetivo, y realizarlos en cualquier orden deseado, o bien todos ellos simultáneamente, especificándose esto en el software

o bien en un autómata programable (PLC). El movimiento es por lo tanto un movimiento global hacia el objetivo, descompuesto en los diferentes movimientos de los hidráulicos. El accionar los hidráulicos manualmente de forma secuencial no permitiría alcanzar correctamente de forma directa la posición objetivo, ya que unos movimientos afectarían a los otros: es decir, una variación de ángulo afectaría a la altura de los carriles, lo mismo que un movimiento de ripado, etc. El esquema del sistema de control se muestra en la figura 8.

El sistema de control incorpora un mecanismo de comunicaciones con:

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La estación robotizada (12) se comunica vía radio preferentemente con el procesador y el software de tratamiento de los datos ubicado en la máquina. La estación envía de forma continua los datos de la coordenadas absolutas de la vía, leyendo para ello el prisma situado y referenciado en la máquina.

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Los sensores (11) igualmente se comunican con el procesador. Al estar ambos situados en la máquina, la comunicación se puede hacer por cable o vía radio u otro medio (bluetooth, etc...) enviando de forma continua los datos de medida de las inclinaciones del sistema en los diferentes ejes.

El software recibe datos de entrada, por un lado, datos relativos a la posición real de la vía en un instante determinado: coordenadas y ángulos suministrados por el sistema de medida (estación total y sensores de inclinación). Por otro lado datos referentes a la geometría teórica de la vía. Estos datos pueden haber sido introducidos previamente antes del inicio del trabajo a través del trazado teórico. Esta posición teórica final de la vía se puede introducir en forma de los ejes (planimetría y altimetría) y los peraltes en cada sección, o bien en cualquier otra forma y en cualquier tipo de formato. Para conocer el punto de la vía en que se encuentra en ese momento y obtener de los ejes o listados introducidos la posición teórica requerida en ese punto, el software emplea la posición suministrada por el sistema de medida.

Una característica interesante para este software es su compatibilidad con cualquier otro sistema de software existente de trazado para poder importar los datos teóricos objetivo.

La función del software es la de comparar ambos bloques de datos de entrada, es decir, comparar la posición real medida por el sistema de adquisición de datos con la posición teórica objetivo, materializando los cálculos necesarios para obtener como datos de salida los desplazamientos requeridos de la vía para conseguir alcanzar la posición final deseada, y los desplazamientos necesarios para ello de cada cilindro del sistema hidráulico (esto último puede ser obtenido bien directamente por el software en el PC o bien a través de una transformación en el propio PLC a partir de los datos de desplazamientos requeridos para la vía).

El software está configurado de forma que se posibilite la comunicación de éste con todo tipo de hardware -sensores, estaciones totales, etc.

El soporte físico del software será un procesador, un PC convencional, especial o similar ubicado preferentemente en la máquina, aunque también puede situarse o transportarse fuera de ella.

Estos datos de salida obtenidos por el software son transmitidos a un autómata programable (PLC), que es el encargado de procesarlos y generar las señales a transmitir al sistema hidráulico.

En cuanto a estos soportes físicos, se pueden configurar de diferentes formas: el PC y el PLC pueden ser independientes, como se ha descrito aquí, o bien podrían emplearse equipo/s alternativo/s capaces de proporcionar esta misma funcionalidad descrita. Asimismo el procesamiento de datos incluido completamente en el software según la descripción efectuada, podría realizarse completamente en el propio PLC, o en los equipos alternativos, de forma flexible siempre cumpliendo la funcionalidad descrita.

Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la invención que se reivindican a continuación.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

   1. Máquina automática de nivelación y alineación de vía ferroviaria en placa, previas al hormigonado, que comprende:

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   una estructura (1) constituida por varios cuerpos y un sistema hidráulico y eléctrico que posibilitan sus movimientos y desplazamiento a lo largo de la vía, sobre ruedas ferroviarias u orugas laterales a la vía, tanto para acceder a la sección de vía a posicionar como para retirarse de ella, constituida asimismo por dos elementos de sujeción para agarrar firmemente ambos carriles, una vez situada en dicha sección, manipulando el conjunto de carriles y traviesasbloques-sujeciones que conforman la vía premontada, manteniéndola en suspensión por los dos carriles (10) y efectuando los movimientos milimétricos necesarios desplazando la vía, levantando para ello cada uno de los carriles hasta la altura necesaria y desplazándolos lateralmente, nivelándola y alineándola hasta situarla en la posición final deseada;

   -

   un sistema de medición, formado por una parte por una serie de sensores de inclinación (11) que proporcionan la posición relativa de la vía en tiempo real, y por otra parte al menos por una estación total (12), de tipo topográfica o GPS, que realiza la adquisición de los datos referentes a la posición absoluta de la vía, determinando en combinación de ambas medidas de forma automática y con extrema precisión la posición real de la vía, en tiempo real;

   -

   un sistema de control, que comprende una serie de equipos electrónicos de control (14), que incluye un software de proceso de los datos de posición de la vía adquiridos por los dispositivos de medición (11-12), comparándolos con los de la posición final teórica, definidos o introducidos previamente, realizando esta operación reiteradamente y en tiempo real, obteniendo como resultado la diferencia entre la posición de la vía final deseada y la posición real en cada instante, a través de la cual determina el movimiento que es necesario que realice la máquina para alcanzar la posición deseada final, transformando estos datos en señales que son transmitidas al sistema hidráulico de la máquina para que éste efectúe los movimientos requeridos.

2. 2. Máquina, según la reivindicación 1, caracterizada porque su estructura está constituida por dos cuerpos estructurales (2-3) que tienen un movimiento relativo entre ellos:

   -

   un cuerpo principal (2) constituido por una estructura metálica que incorpora dos cilindros de elevación (4), a través de los cuales el conjunto vía-máquina se apoya en el suelo, proporcionando al expandirse y comprimirse ambos cilindros la altura de ambos carriles de forma independiente y por lo tanto también el peralte de la vía en esa sección; dichos cilindros presentan en la parte inferior, en contacto con el suelo, una rótula (5) que permite el giro de los mismos, para que al expandirse más un cilindro que otro se incline este cuerpo principal, confiriendo así el peralte a la vía en una sección concreta de la misma; lateralmente incorpora un conjunto de rodillos (6), que permiten el movimiento del cuerpo secundario (3), que es guiado sobre el primero (2), en paralelo y alineado con éste y por lo tanto con el mismo ángulo respecto a la horizontal definido por la apertura de los dos cilindros de elevación (4), mientras que el movimiento de ripado del cuerpo secundario (3) se obtiene gracias a unos cilindros (7) fijados por sus extremos a ambos cuerpos (2-3);

   -

   un segundo cuerpo (3) constituido por una estructura metálica que dispone en ambos lados de sendos pares de ruedas (8), que permiten el desplazamiento de la máquina sobre la vía, y lateralmente de sendas pinzas (9) por medio de las cuales se sujetan firmemente los dos carriles (10) de la vía, fijándolos al cuerpo secundario (3) de la máquina para que se muevan de forma solidaria al mismo, consiguiéndose la posición deseada de los carriles (10) y por lo tanto de la vía mediante la combinación de movimientos de los cilindros de elevación (4) para determinar la altura y el peralte por un lado, y por otro lado de los cilindros de ripado

   (7) para efectuar su posicionamiento en sentido transversal.
3. 3. Máquina, según la reivindicación 1, caracterizada porque los dispositivos de medición asociados a la misma son al menos de dos tipos:

   -

   un dispositivo (12) que permite conocer la posición absoluta del sistema en el espacio, preferentemente constituido por una estación total topográfica robotizada, o similar, capaz de seguir un prisma en movimiento de manera automática, estando situado dicho prisma (13) en la propia máquina en una posición conocida e invariable, calibrada con respecto al carril cuando está sujeto por las pinzas de la máquina, de forma que, en esa situación, la posición del prisma identifica la posición absoluta del carril

   o de la propia vía;

   -

   al menos un dispositivo tipo sensor (11), ubicado en la propia máquina, que determina la posición relativa de la vía en cada momento, constituido preferentemente por: sensores de inclinación en sentido transversal que permiten determinar el peralte de la vía, y sensores de inclinación colocados longitudinalmente al plano vertical de la máquina que contiene al eje de la vía en esa posición, que determinan la pendiente que presenta la vía en esa zona.

4. 4. Máquina, según la reivindicación 1, caracterizada por disponer de un sistema de control automático (14), que controla en todo momento los movimientos de la máquina y que está constituido por un PC y/o un PLC, o un equipo alternativo capaz de proporcionar esta misma funcionalidad, así como una serie de dispositivos electrónicos y eléctricos, e incluye:

   -

   un software de proceso, que es capaz de procesar los datos recibidos procedentes del sistema de medida, que definen la posición real instantánea de la vía, comparándolos con la posición final teórica previamente introducida o definida, obteniendo en tiempo real la diferencia entre ambas, obteniendo por tanto tras el tratamiento de los mismos los parámetros de desplazamiento de los puntos del sistema en los tres ejes definidos en el espacio, y los movimientos que deben realizar los cilindros hidráulicos para obtener esa posición, generando señales de salida adecuadas como señales de control para el sistema hidráulico de la máquina;

   -

   unos medios o equipos de comunicaciones con la estación robotizada (12) que envía de forma continua los datos de la coordenadas absolutas de la vía, leyendo para ello el prisma (13) situado y referenciado en la máquina, y con los sensores (11) situados en la máquina, que le comunican de forma continua los datos de medida de las inclinaciones del sistema en los diferentes ejes.

5. 5. Máquina, según la reivindicación 3, caracterizada porque el prisma (13) que sigue la estación topográfica (12) para determinar la posición absoluta de la vía está situado sobre la estructura de la máquina (1), sobre un palpador lateral en contacto permanente con un punto del carril, a través de un elemento tipo muelle, o similar, que asegura el contacto permanente del conjunto con la cara activa del carril, gracias a lo cual el prisma tendrá una posición siempre fija y conocida respecto al carril, para poder deducir la posición del mismo de la lectura del prisma.

   OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

   N.º solicitud: 201130426

   ESPAÑA

   Fecha de presentación de la solicitud: 24.03.2011

   Fecha de prioridad:

   INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

   51 Int. Cl. : E01B29/05 (2006.01)

   DOCUMENTOS RELEVANTES

   Categoría

   Documentos citados Reivindicaciones afectadas

   A

   CN 101701440 A (CHENGDU TONGLIAN FINE CHEMICAL) 05.05.2010, figuras & Resumen de la base de datos WPI (Recuperado de EPOQUE; AN 2010-F27288). 1-5

   A

   CN 101705650 A (CHINA RAILWAY NO 5 SURVEY & DE) 12.05.2010, figuras & Resumen de la base de datos WPI (Recuperado de EPOQUE; AN 2010-F54754). 1-5

   A

   CN 201187021 Y (2TH ENGINEERING CO LTD) 28.01.2009, figuras & resumen de la base de datos WPI (Recuperado de EPOQUE; AN 2009-F3722). 1-5

   A

   EP 1103657 A2 (GSG KNAPE GLEISSANIERUNG GMBH) 30.05.2001, descripción; figuras. 1-5

   A

   WO 9950502 A1 (SPIE BATIGNOLLES T P et al.) 07.10.1999, descripción; figuras. 1-5

   A

   DE 19733633 C1 (GLUMANN MASCHINENBAU AG) 01.10.1998, descripción; figuras. 1-5

   A

   GB 2312703 A (PLASSER BAHNBAUMASCH FRANZ) 05.11.1997, descripción; figuras. 1-5

   Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

   El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

   Fecha de realización del informe 22.08.2011

   Examinador I. Rodríguez Goñi Página 1/4

   INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

   Nº de solicitud: 201130426

   Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) E01B, B61D Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

   búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI

   Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

   OPINIÓN ESCRITA

   Nº de solicitud: 201130426

   Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 22.08.2011

   Declaración

   Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

   Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO

   Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

   Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO

   Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

   Base de la Opinión.-

   La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

   Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

   OPINIÓN ESCRITA

   Nº de solicitud: 201130426

   1. Documentos considerados.-

   A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

   Documento

   Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

   D01

   CN 101701440 A (CHENGDU TONGLIAN FINE CHEMICAL) 05.05.2010

   D02

   CN 101705650 A (CHINA RAILWAY NO 5 SURVEY & DE) 12.05.2010

6. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

   El objeto de la invención es una máquina de nivelación y alineación de vía ferroviaria en placa.

   El problema técnico que se pretende resolver es la falta de automatización que existe en el proceso de nivelación y alineación de la vía en placa, que se realiza efectuando aproximaciones sucesivas mediante el uso de diversos aparatos de medición y que requiere la participación de diversas personas en el proceso, lo que hace que dicho proceso sea lento y tenga un coste elevado.

   La solución técnica planteada es una máquina automática que mediante una estructura mecánica móvil, dotada con un sistema hidráulico y eléctrico, constituida por varios cuerpos así como un sistema de medición y un sistema de control, realiza el proceso de nivelación y alineación de la vía ferroviaria en placa de una manera automática.

   Hay que señalar que en el estado de la técnica sí se conocen diversos dispositivos que permiten automatizar el proceso, y en este sentido habría que decir que el problema técnico que se pretende resolver sí está resuelto. Sin embargo, no se conoce un dispositivo como el reivindicado, y tampoco se deduce del estado de la técnica, por lo que estaríamos hablando de una alternativa no evidente y que por lo tanto implica actividad.

   En el estado de la técnica se conoce el documento D01 que divulga un vehículo hacer el ajuste fino de la vía, en el caso de vía ferroviaria en placa. El vehículo consta de: -Bastidores orientables y desplazables, anterior y posterior -Bastidor provisto de vigas cruzadas y vigas verticales -Cabina de potencia -Carrocería -Soportes -Manipuladores de elevación -Manipuladores de agarre -Manipuladores de localización

   Este vehículo realiza el ajuste y la fijación del raíl de manera automática.

   El vehículo divulgado, no obstante, es conceptualmente muy diferente de la máquina que se describe en la reivindicación 1, tanto por la propia estructura con diversos cuerpos, que aunque puede tener ciertas semejanzas con el conjunto de bastidores divulgados en D01, mientras en la reivindicación 1 se habla de una máquina desplazable, en D01se divulga un vehículo ferroviario. También se aprecian diferencias en lo que se refiere al sistema de medición y al sistema de control.

   Se conoce así mismo el documento D02, que desde un punto de vista de configuración tiene parecidos con la máquina reivindicada, en lo que se refiere a la estructura mecánica móvil, pero aún así bien hay diferencias importantes en los elementos de elevación y desplazamiento. D02 no obstante, divulga una máquina orientada al ajuste de la propia placa de vía.

   Hay que señalar así mismo que la máquina reivindicada no se deduce de una manera evidente de otros documentos conocidos en el estado de la técnica, y que para el experto en la materia se trataría por tanto de una alternativa no evidente a las máquinas ya conocidas.

   Por todo lo expuesto se considera que la reivindicación 1 es nueva (Art. 6.1 LP 11/1986) y que implica actividad inventiva (Art. 8.1 LP 11/1986).

   Las reivindicaciones 2 a 5 son dependientes, por lo que así mismo son nuevas (Art. 6.1 LP 11/1986) e implican actividad inventiva (Art. 8.1 LP 11/1986).

   Informe del Estado de la Técnica Página 4/4