ES2397739A1

ES2397739A1 - máquina y método de mantenimiento de vía férrea para nivelación, alineación, compactación y estabilicación de vía, con capacidad de operar sin interrupciones en su avance.

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Publication number: ES2397739A1
Application number: ES201101252A
Authority: ES
Inventors: José Antonio IBÁÑEZ LATORRE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2013-03-11
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: US20140318407A1; EP2784219A4; US9382668B2; ES2397739B1; ES2397739A8; EP2784219B1; WO2013076332A8; WO2013076332A1; EP2784219A1

Abstract

Máquina y método de mantenimiento de vía férrea para nivelación, alineación, compactación y estabilización de vía, con capacidad de operar sin interrupciones en su avance. La invención se refiere tanto a una máquina como a un método para nivelar, alinear y estabilizar la vía, y compactar el lecho de balasto, produciendo sobreelevaciones controladas, para que la carga aplicada en el asentamiento de la vía a su posición teórica quede comprendida dentro de un rango establecido, trabajando de forma continua. Para ello, la máquina está constituida por dos bogies con capacidad de tracción (2), y tres cabinas de mando: una delantera (3), una trasera (4) y una central (5). Existen dos carros tensores de medición, el trasero (10) y el delantero (6). La máquina tiene un grupo de sobreelevación, cuyo movimiento relativo con el resto de la máquina está comandado por el cilindro longitudinal total (11). Los cilindros de alineación (18) generan un movimiento transversal para provocar la alineación de la vía. Detrás de este grupo según el sentido de trabajo (27), se sitúa un grupo estabilizador formado por dos carros estabilizadores (25 y 26). En la parte delantera de la máquina se sitúa el georadar (28). A partir de esta estructuración, se consigue un nivelado, alineado, compactado y estabilizado de la vía sumamente efectivo y preciso.

Description

OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere tanto a una máquina como a un método para nivelar, alinear y estabilizar la vía, y compactar el lecho de balasto, produciendo sobreelevaciones controladas, para que la carga aplicada en el asentamiento de la vía a su posición teórica quede comprendida dentro de un rango establecido, trabajando de forma continua.

SECTOR DE LA TÉCNICA La invención se encuadra en el sector técnico del mantenimiento de vías férreas. Más concretamente en lo relativo a los procesos de adquisición, tratamiento e interpretación de datos de la geometría de la vía, y la aplicación de los mismos para su nivelación, alineación y estabilización.

ESTADO DE LA TÉCNICA El paso de los distintos vehículos que circulan por las vías férreas y su exposición a las condiciones meteorológicas, modifican las cualidades de la vía y del resto de elementos sobre los que se asienta. Para corregir la pérdida de estas cualidades y evitar la imposibilidad del uso de la vía, es necesario llevar a cabo una serie de trabajos de mantenimiento. Con la técnica existente en la actualidad, el proceso de alineación y nivelación de vía es realizado por máquinas equipadas con grupos de nivelación y alineación, calzando las traviesas con grupos de bateo. La estabilización se realiza con máquinas equipadas con grupos estabilizadores que aumentan la resistencia transversal de la vía. Las principales patentes que explican los elementos y métodos que son objeto de mejora por esta memoria son las siguientes.

Por la memoria AT-PS 345 881 se conoce una máquina de mantenimiento de vía designada como estabilizador de vías, móvil sobre ruedas continuamente para compactar el lecho de balasto. Esta máquina está equipada con uno o más equipos de estabilización de vías, regulables en altura y dotados de herramientas rodantes que permiten su fijación transversal sin holgura y el desplazamiento longitudinal con respecto a la vía. Mediante dos accionamientos hidráulicos verticales unidos con el bastidor de la máquina, se efectúa la aplicación de una sobrecarga estática regulable sobre el equipo de estabilización que pone a la vía bajo oscilaciones horizontales con la ayuda de vibradores. Con la combinación de la sobrecarga estática y las oscilaciones horizontales se consigue una compactación del lecho de balasto y un descenso de la vía. Para el control del descenso de la vía se prevé un sistema de referencia de nivelación constituido por alambres tensados.

Por la memoria ES 2 030 362 se conoce una máquina para compactar el lecho de balasto, que, en función de, al menos, uno de los siguientes parámetros del grupo estabilizador; sobrecarga vertical, frecuencia de vibración o velocidad longitudinal de la máquina, realiza un descenso controlado de la situación en altura de la vía de la posición existente a la posición teórica. El control de la nivelación consta de una base de referencia de nivelación y un eje de rueda de medición con transmisor de valor medido en altura, caracterizado porque se le ha previsto de un eje de rueda de medición dispuesto detrás del equipo/s de estabilización de vías, según el sentido de desplazamiento de la máquina. Por esta misma memoria se conocen también un perfeccionamiento ventajoso de la invención, por el que se añade uno o más ejes de rueda de medición, adelantados longitudinalmente según el sentido de trabajo. Dicho perfeccionamiento permite una compensación automática de los errores medidos en la altura de la vía, derivados de los apoyos de la máquina en zonas aún sin nivelar.

Por la memoria AT-PS 380 280 se conoce una máquina para obra ferroviaria configurada como una máquina bateadora de vías con un bastidor de herramientas con equipos bateadores, elevadores y alineadores en su parte delantera según el sentido de trabajo, y dotada con equipos estabilizadores en la parte posterior. Ambos equipos están complementados por diversos mecanismos medidores, que permiten controlar los desplazamientos transversales de la vía ejercido por el equipo alineador de la máquina bateadora de vías.

Hasta la actualidad, todos los procesos de mantenimiento en vía que requieren su elevación o la de alguno de sus tramos, son llevados a cabo por máquinas provistas de al menos un grupo de bateo. Existe una gran variedad de estas máquinas o agrupación de máquinas, entre ellas, las citadas en las memorias anteriores. El inconveniente de trabajar con grupos de bateo es que obliga a realizar levantes mayores que la desviación a corregir. Además, para garantizar dicho levante, se requiere un aporte de balasto nuevo sobre la banqueta. Este aporte extra de material aumenta el coste y el tiempo de la operación, que generalmente es llevado a cabo por, al menos, otra máquina capaz de distribuir y perfilar la banqueta de nuevo. La repetición de sucesivos procesos de levante con aporte de balasto en el mismo tramo provoca que la distancia en altura desde el carril a la catenaria, se vaya acortando. Una vez sobrepasado un valor umbral para esta distancia la vía pasa a ser no apta para su uso. Este hecho conlleva la necesidad de, o bien desguarnecer la vía,

o subir la altura de la catenaria.

Otro inconveniente de las máquinas de nivelación y alineación actuales que utilizan grupos de bateo para calzar las traviesas, es que no tienen la posibilidad de medir la calidad de compactación del proceso, y por consiguiente de corregir los errores que se deriven de él. Es posteriormente, durante el proceso de estabilización, cuando se detecta el inconveniente.

Existe también una técnica por la cual se pretende estabilizar la banqueta y la vía sin efectuar esfuerzos sobre ésta última, sino aplicándolos exclusivamente a la zona de balasto entre traviesas. Una máquina capaz de realizar este trabajo se conoce por la memoria ES 2 169279 T3. En ella se expone un ejemplo de ejecución en el que se utiliza un coche automotor que comprende una primera unidad de percusión constituida por partes de herramientas hidráulicas vibradoras que están soportadas por un bastidor en forma del pórtico del coche, y que pueden estar dispuestas de modo que se colocan a ambos lados de cada una de las traviesas y en los extremos de dichas traviesas.

En cuanto al modo y método de utilización de estas máquinas para llevar a cabo estos procesos de mantenimiento, que también es objeto de esta invención, la tecnología existente en la actualidad permite elegir entre dos opciones de corrección de la posición de la vía, según el levante producido. La primera opción incluye una corrección en altura con nivelación por levante al punto alto, en la que el proceso de estabilización está precedido por un proceso de bateo, que deja la vía a una altura de referencia, SIempre mayor que la altura máxima registrada del carril correspondiente. La segunda, opción incluye una corrección de altura con nivelación al punto bajo, y está definida en la memoria ya citada AT-PS 345 881.

Los métodos y máquinas de mantenimiento de vía usados hasta ahora trabajan con límites teóricos o empíricos de la capacidad de cada máquina para modificar el perfil longitudinal de la vía, bien sea en procesos de levante o de descenso, pero no tienen en cuenta ninguna magnitud correspondiente al estado real del lecho de balasto. Estos métodos tampoco incluyen ningún tipo de control que relacione el nivel de compactación del lecho de balasto con la nivelación deseada.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención consiste en una mejora del actual proceso de nivelación, alineación y estabilización de vía y compactación del lecho de balasto, así como una máquina para llevar acabo dicho proceso de una forma eficiente.

En resumen, se ha concebido una máquina capaz de desplazarse a 10 largo de una vía férrea con una serie de grupos de trabajo. El primer grupo de trabajo es el llamado de sobreelevación, capaz de manipular la posición de la vía para llevarla y calzarla en la posición deseada, previa al proceso de estabilización. Más atrasado con respecto al sentido de trabajo de la máquina, se encuentra el grupo estabilizador, formado por dos carros estabilizadores, similares a los existentes en la actualidad, con capacidad de hacer descender la posición de la vía al perfil teórico de una forma controlada, y mejorando su estabilización mediante la aplicación de cargas verticales con una componente vibratoria sobre la vía. La calidad del resultado de este proceso depende de varios factores de la acción en sí, como los

5: valores estáticos y vibratorios de la carga y el tiempo de aplicación, pero también depende de la posición de partida de la vía sobre el perfil teórico y del grado de compactación del lecho del balasto. La máquina también dispone de varios elementos habituales en la técnica de medición de flechas longitudinales y transversales, para determinar la posición de la vía en todo momento.

1O: En adelante, en lo referente a la máquina y el proceso objeto de esta invención, se va a usar el término "sobreelevación" para definir el valor de levante adicional al perfil teórico de la vía que necesitan los grupos estabilizadores para descender esta magnitud dentro de los parámetros óptimos de carga de estabilización establecidos. La máquina regula este valor con un ciclo realimentado y modifica el perfil teórico y/o la sobreelevación en caso necesario, como se detallará más adelante.

15 20: Primero nos centraremos en las mejoras referentes a la máquina como tal. La primera de ellas es la concepción una máquina capaz de nivelar la vía, con o sin levante, sin el uso de grupos de bateo y por lo tanto, sin necesidad de aporte de balasto nuevo, o en su defecto con el mínimo posible. Como se ha expuesto en el apartado anterior, la técnica de bateo actual conlleva una serie de desventajas en cuanto a tiempo de trabajo, coste del proceso y vida útil de la vía. En su lugar se equipa la máquina con lo que en adelante llamaremos grupo de sobreelevación, que se compone de un carro compactador y un carro de levante y alineación.

25: El carro de levante y alineación es el encargado de posicionar la vía en el punto de partida para el asentamiento óptimo que produce, posteriormente, el grupo estabilizador. Se ha concebido de una forma similar a los existentes en la actualidad.

30: Utiliza un par de rodillos con capacidad de fijarse a la cabeza del carril mediante accionamientos hidráulicos y tirar de él. La fuerza necesaria para levantar la vía se aplica mediante dos cilindros dispuestos verticalmente, con capacidad de pivotar sobre un punto fijo del bastidor de la máquina. Otro par de cilindros horizontales, también pivotantes sobre el bastidor, modifican la posición lateral de la vía.

El carro compactador consta, principalmente, de un bastidor sobre el que se sostienen y articulan unos cuerpos en forma de cuña denominados compactadores,

que transmiten las cargas de compactación al lecho de balasto. La carga vertical del carro compactador compacta la zona del lecho de balasto entre, al menos, dos traviesas, y su componente vibratoria provoca una migración del balasto a la zona bajo las traviesas, libre de cargas. Puesto que la traviesa ha sido levantada junto con la vía por acción del carro de levante y alineación, se produce un ascenso del nivel del balasto bajo la traviesa, hasta topar con ella. Para poder desarrollar su función correctamente, el carro compactador se sitúa inmediatamente detrás del carro de levante y alineación. Para una mejor comprensión de la estructura y funcionamiento de este carro, véase la sección de descripción de dibujos.

Como se ha dicho, el proceso de compactación y el consecuente ascenso del lecho de balasto requiere la aplicación de una carga vertical oscilante durante un cierto periodo de tiempo en el mismo punto. Por 10 tanto, si se quiere trabajar de forma continua y sin detener la máquina, es necesario que haya un movimiento longitudinal relativo entre el grupo de sobreelevación y el bastidor de la máquina. Para ello, el grupo se apoya sobre la vía con dos ruedas en el extremo trasero, y sobre columnas guías, fijas a la máquina en el lado delantero. El movimiento entre ambos cuerpos es controlado por un cilindro hidráulico. Con el fin de dotar de mayor versatilidad a la máquina, se ha dotado al grupo de sobreelevación con un sistema que permite un movimiento longitudinal relativo entre el carro compactador y el carro de levante y alineación. Para ello, se unen estos carros a través de un sistema telescópico, accionado por un cilindro hidráulico.

Otra mejora significativa de esta invención consiste en que los cilindros que transmiten la fuerza a los carros del grupo de sobreelevación pivotan sobre un punto fijo del bastidor de la máquina, simplificando la estructura del grupo.

Otro punto característico de la invención de esta máquina es la utilización de un sistema auscultador del estado real de la infraestructura. En este caso se ha optado por el uso de un georadar que mide y registra el grado de compactación del balasto. Esta mejora aporta un dato real con el que se pueden calcular los valores límite de aceptación de la calidad del proceso y de capacidad de la máquina. Conocido el grado de compactación del balasto se puede determinar el asentamiento necesario en cada punto de la vía que garantice un grado de compactación mínimo. A su vez, conocida también la carga máxima aplicable por los grupos estabilizadores, se puede calcular el asentamiento máximo obtenible por la máquina. De esta manera, esta invención aporta a la técnica actual la posibilidad de establecer un perfil teórico coherente con las necesidades de la infraestructura y la capacidad de la máquina.

Las reivindicaciones referentes al proceso de mantenimiento se basan en las mejoras de la capacidad de decisión de la máquina para conseguir un rendimiento óptimo en su trabajo. Anteriormente se ha explicado la cualidad de la máquina de realizar cálculos teóricos en función de variables reales del estado de la infraestructura medidas directamente. Estas variables permiten calcular el perfil teórico de la vía más eficiente, con la certeza de que se encuentra dentro de la capacidad de asentamiento de la máquina. Este perfil óptimo está caracterizado porque se obtiene nivelando sin efectuar ningún levante ni aportación de balasto, o en su defecto, con los mínimos posibles. En las siguientes secciones se da una explicación más detallada de las directrices que adopta la máquina para determinar y llevar la vía al perfil óptimo, en función de los distintos escenarios que puedan aparecer durante el proceso de mantenimiento.

Como es evidente, pueden aparecer desviaciones entre las magnitUdes calculadas previamente y las obtenidas durante el proceso de trabajo de la máquina. Para complementar esta mejora, y la automatización del proceso de mantenimiento de vía, se ha diseño un sistema de control que asegure que la carga aplicada por el grupo estabilizador durante el asentamiento de la vía al perfil teórico se mantenga dentro del rango óptimo establecido. Para poder garantizar este control, se registra de manera continua la carga necesaria para llevar la vía a su posición calculada. Hay que tener en cuenta que, debido a la disposición de los grupos de trabajo en la máquina, existe un tramo de vía aun sin estabilizar por el que ya ha pasado el grupo de sobreelevación. Por 10 tanto, si se registra un valor de carga en el grupo estabilizador fuera de los márgenes óptimos en este tramo, ya no sería posible corregir su posición de partida, que fija el valor de su sobreelevación. Para evitar tener que detener la máquina y dar marcha atrás, se establece un valor umbral mínimo y uno máximo más restrictivos que los límites establecidos y que el límite

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de carga de la máquina. De esta forma, si el valor de la carga del grupo estabilizador queda por debajo del umbral mínimo, significa que el proceso de estabilización se está llevando a cabo desde una posición más baja de la necesaria, de acuerdo al grado de compactación presente en ese punto de la vía. Para evitar llegar a un asentamiento no óptimo, se ejerce una sobreelevación o se aumenta su valor, según corresponda, en el siguiente punto de trabajo del grupo de sobreelevación. Se establece unlazo cerrado de control para ajustar este valor al mínimo/necesario para

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mantener la mayor efectividad posible en el proceso. Por el contrario, si la carga real aplicada sobrepasa el umbral máximo, significa que el proceso de compactación se está llevando a cabo desde una posición demasiado elevada, de acuerdo al grado de compactación presente en ese punto de la vía. Para evitar el error que surgiría en caso de sobrepasar el límite establecido, se disminuye el valor de la sobreelevación en los puntos posteriores. En caso de que no se esté realizando ningún levante adicional es necesario elevar el perfil teórico de la vía para los puntos que aún no han: sido tratados. El paso de un perfil a otro se realiza sin necesidad de detener la máquina, y generando una rampa de transición suave. El sistema de control explicado, almacena el histórico de las correcciones que han sido necesarias durante el proceso para aplicarlas en condiciones similares futuras. Para una explicación más exhaustiva del flujo de decisiones de la máquina, véase el apartado de la explicación detallada de un modo de realización de la invención y el flujo de decisión de la máquina (figuras 9 y 10).

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.-Muestra una vista de perfil de una máquina para nivelar, alinear, estabilizar la vía y compactar el lecho de balasto realizada de acuerdo con el objeto de la presente invención.

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La figura 2.-Muestra un detalle en perspectiva del grupo de sobreelevación que participa en la máquina de la figura anterior.

La figura 3.-Muestra, en una serie de secuencias 3.1, 3.2, 3.3 Y 3.4, las fases u operaciones de trabajo del grupo de sobreelevación, en el caso que no hay movimiento relativo entre el carro compactador y el carro de levante y alineación.

La figura 4.-Muestra los perfiles de la vía así como otras variables calculadas para la máquina, tales como el perfil de la vía sin tratar, el perfil del asentamiento óptimo mínimo calculado, el perfil teórico calculado en base a ese punto, el "asentamiento máximo calculado en relación a la capacidad máxima de la máquina en cada punto y la sobreelevación calculada correspondiente al perfil teórico calculado en el caso idóneo, en el que la máquina tiene capacidad de descender toda la vía al perfil teórico calculado y, además, la vía sin tratar se encuentra siempre por encima de la sobreelevación calculada. Por lo tanto no es necesario producir levante a la vía en ninguna circunstancia.

La figura 5.-Muestra una gráfica similar a la de la figura 4, pero correspondiente al caso en el que no tiene capacidad de asentar la vía al perfil teórico calculado, siendo necesario la modificación del mismo. (perfil teórico modificado).

Las figuras 6 y 7.-Muestran sendas gráficas similares a las de las figuras 4 y 5, en las que se representa cómo actúa la máquina ante una desviación entre los valores calculados previamente y los que se obtienen realmente durante el trabajo de la misma. De forma mas concreta, en la figura 6, se representa un caso en el que la capacidad real de asentamiento de la máquina es menor que el calculado, mientras que en la figura 7 se representa una situación en que el asentamiento óptimo mínimo necesario es mayor que el calculado.

La figura 8.-Muestra una gráfica similar a la de las figuras 4 a 7, pero correspondiente a un proceso de mantenimiento o construcción de vía con valores absolutos, en el que la máquina recibe los datos del perfil absoluto.

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Las figuras 9 y 10.-Representan sendos diagramas de decisión de la máquina durante el proceso de trabajo. La figura 9 corresponde a un trabajo de mantenimiento absoluto, es decir, en el que la máquina conoce de antemano la posición a la que debe quedar la vía. La figura 10 representa el flujo en mantenimientos relativos, y sirve como resumen de las figuras 4 al 7.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras reseñadas, y más concretamente de la figura 1, puede observarse como la máquina (1) que se preconiza está formada por dos bogies con capacidad de tracción (2), y tres cabinas de mando: una delantera (3), una trasera (4) y una central (5). Existen dos carros tensores de medición, el trasero (10) y el delantero (6). Los números del 7 al 9 cOfTesponden a los otros tres carros de medición. La máquina tiene un grupo de sobreelevación que aparece representado con mayor detalle en la figura 2, cuyo movimiento relativo con el resto de la máquina está comandado por el cilindro longitudinal total (11). Los cilindros de alineación (18) generan un movimiento transversal para provocar la alineación de la vía. Detrás de este grupo según el sentido de trabajo (27), se sitúa un grupo estabilizador formado por dos carros estabilizadores (25 y 26). En la parte delantera de la máquina se sitúa el georadar (28).

Así pues, el sistema de medición está compuesto por cinco carros de medición (6, 7, 8, 9 Y 10 ) Y tres hilos de medición paralelos al eje longitudinal de la máquina, tensados entre los carros 6 y 10. El primer carro de medición, el delantero (6) está ubicado en la parte delantera de la máquina por delante del bogie delantero (2), según el sentido de trabajo. El segundo carro (7) está integrado en el carro de levante y alineación (34). El tercer carro (8) se encuentra entre los dos carros de estabilización (25 y 26). El cuarto carro (9) de medición se sitúa entre el carro de estabilización (26) y el bogie trasero (2). El último carro (10) se ubica detrás del bogie trasero de la máquina, según el sentido de trabajo. La disposición de los tres hilos de medición es; 1 hilo central usado para medir la alineación de la vía, y dos hilos externos, uno por carril, que miden su nivelación. Para efectuar la medición se equipa cada carro de medición (6, 7, 8, 9 y 10) con sus correspondientes sensores. La máquina registra las flechas de nivelación de cada hilo, así como las flechas de

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alineación en planta. Durante el proceso de trabajo, se registra el peralte con el carro

(6) yel grado de compactación del lecho de balasto (24) con el georadar (28).

De forma más concreta, y de acuerdo ya con la figura 2, el grupo de sobreelevación consta de dos carros, el carro compactador (35) y el de levante y alineación (34). El carro compactador (35) se compone de un bastidor principal, compuesto por dos vigas, una transversal (31) Y otra longitudinal telescópica, con una viga deslizante

(30) dentro de una fija (14). El movimiento relativo entre estas dos vigas 10 comanda el cilindro longitudinal parcial (17). Los cilindros de compactación (20) se sitúan simétricamente con respecto al eje longitudinal de la vía, articulados al bastidor de la máquina en el extremo superior y al bastidor del carro (31) en el inferior. Estos cilindros gobiernan el movimiento de subida y bajada del carro, y ejercen la carga vertical de compactación. La carga oscilatoria la ejerce un actuador de vibración (29) alojado en el bastidor principal del carro. Los compactadores (16) se componen de cuatro cuerpos unidos y articulados al bastidor (31). Su forma, en planta, se adapta a la zona entre las traviesas (22) de la vía, salvando la zona que ocupa el carril (23). El bastidor del carro de levante y alineación (34) se compone de un cuerpo principal transversal (33) y uno longitudinal (13). Bajo él se acoplan dos ruedas (32) que le permiten transcurrir por los carriles de la vía (23). Los cilindros de levante (19) se sitúan simétricamente con respecto al eje longitudinal de la vía, articulados al bastidor de la máquina en el extremo superior y al bastidor del carro (33) en el inferior. Articulados al cuerpo bastidor del carro, se encuentra dos juegos de rodillos de levante (15), uno por carril, con capacidad de cerrarse sobre la cabeza del carril (23), que limitan el movimiento relativo entre estos cuerpos en el plano transversal de la vía. El carro compactador y el de levante y alineación se encuentran unidos por una rótula (12). El desplazamiento existente entre estos carros y el bastidor de la máquina 10 comanda el cilindro longitudinal total (11).

En la figura 3, y tal y como se ha comentado anteriormente, se representa la secuencia de trabajo del grupo de sobreelevación en el caso que no hay movimiento relativo entre el carro compactador (35) yel carro de levante y alineación (34). En el primer paso, el mostrado en la figura 3.1, el carro de levante y alineación se sitúa de tal manera que los compactadores (16) queda en el vano entre las traviesa (36 y 22). Los rodillos (15) se aferran a la cabeza de la vía (23). Ya en la figura 3.2, por acción del cilindro de levante (19) sobre la viga (33) del bastidor del carro, se posiciona la vía (23) en el punto deseado. En esta figura solo se aprecia la variación de altura de la vía (23), pero a su vez se realiza la alineación, según la dirección transversal. En la figura 3.3 se hace descender el carro compactador para que los compactadores (16) ejerzan presión sobre el lecho de balasto (24). Una vez se ha calzado la vía en la posición deseada, tal corno muestra la figura 3.4, se finaliza el proceso, levantando el carro compactador (35) y avanzando el grupo de sobreelevación hasta la siguiente zona entre traviesas.

Se pueden distinguir dos casos de funcionamiento para el carro de levante y alineación (34) y el carro compactador (35), en función del valor del levante adicional de la vía requerida en el punto de trabajo: (en adelante, usaremos las siglas CC para el carro compactador y CLA para el de levante y alineación) .

Opción 1) levantes superiores a 10mm:

El proceso de mantenimiento se realiza con un desplazamiento continuo longitudinal de la máquina (1) sobre la vía (23). En este caso no existe movimiento relativo en la dirección longitudinal entre el CLA (34) y el CC (35). El ciclo de trabajo correspondiente es el siguiente:

a) desplazamiento del CLA (34) a su posición más adelantada con respecto a la máquina (1 ) b) Los rodillos fijadores (15) se cierran sobre la cabeza del carril. c) Accionamiento del cilindro de posicionamiento longitudinal total (11), de tal forma que la velocidad del CLA (34) y del CC (35) con respecto al carril (23) sea nula, mientras que el resto de la máquina continúa su avance de trabajo d) Simultáneamente al paso c), se realiza el levante y la alineación de la vía (23) a la posición deseada en ese punto. e) Simultáneamente al paso c) el CC (35) desciende, aplicando la fuerza vertical oscilante sobre la zona del lecho de balasto (24) entre las traviesas (22). La aplicación de esta fuerza hace que el balasto fluya hacia las zonas libres de carga, en este caso, la zona situada bajo las traviesas. Esta situación se mantiene el tiempo necesario para calzar la vía en la nueva posición. En caso de ser necesario, la velocidad de avance del resto de la máquina se adecua al tiempo requerido en este proceso. f) finalizados los procesos d) ye) se abren los rodillos fijadores (15) y se eleva el CC (35). g) vuelta al punto a), donde el CC (35) yel CLA (34) avanzan a su posición mas adelantada mediante el cilindro (11).

Opción 2) levantes inferiores a 10mm:

El proceso es similar al explicado en la opción 1, pero solo existe un desplazamiento relativo entre el CC (35) yel resto de la máquina (1), moviéndose el CLA (34) solidariamente al bastidor de ésta. Durante todo el proceso, la vía (23) se mantiene suspendida. De esta manera, el ciclo de trabajo correspondiente es:

a) desplazamiento del CC (35) y el CLA (34) a su posición más adelantada. Por lo tanto, tanto el cilindro de posicionamiento longitudinal parcial (17) como el total (11), están recogidos. b) Accionamiento del cilindro de posicionamiento longitudinal parcial (17), de tal forma que la velocidad del CC (35) con respecto a la vía sea nula, mientras que el resto de la máquina continúa su avance de trabajo. c) Simultáneamente al paso b), el CC (35) desciende, aplicando la fuerza vertical oscilante sobre la zona del lecho de balasto (24) entre las traviesas (22). La aplicación de esta fuerza hace que el balasto fluya hacia las zonas libres de carga, en este caso, la zona situada bajo las traviesas. Esta situación se mantiene el tiempo necesario para calzar la vía en la nueva posición. En caso de ser necesario, la velocidad de avance del resto de la máquina se adecua al tiempo requerido en este proceso. d) finalizados los procesos b) y c) se sube el CC e) vuelta al punto a) donde el CC (35) avanzan a su posición mas adelantada mediante el cilindro (17).

Pasando ahora a analizar el contenido de las figuras 4 a 7, en la misma se representan los perfiles de la vía y de las variables calculadas de la máquina para 4 escenarios posibles de trabajo en mantenimiento relativo, es decir, sin datos previos. Para todos estos casos podemos definir una primera etapa común, en el que primero se realiza un registro de la "vía sin tratar" (37). Posteriormente, la máquina genera el perfil del "asentamiento óptimo mínimo calculado" (40), cuyo punto más bajo es A, y establece el "perfil teórico calculado" (41) en base a ese punto. A continuación se establece también el "asentamiento máximo calculado" (43), en relación a la capacidad máxima de la máquina en cada punto y la "sobreelevación calculada" correspondiente al "perfil teórico calculado".

Por simplicidad de los dibujos, se ha usado siempre un perfil teórico horizontal y recto, pero esta forma de razonar se puede extrapolar a tramos con desnivel y cambios de rasante. También se han exagerado las variaciones de altura de la "vía sin tratar" (37), para facilitar la comprensión de la toma de decisiones de la máquina.

De forma más concreta, en la figura 4 se representa el caso idóneo (caso 1.a), en el que la máquina tiene capacidad de descender toda la vía al "perfil teórico calculado" (41) y, además, la vía sin tratar se encuentra siempre por encima de la "sobreelevación calculada" (38). Por lo tanto, no es necesario producir levantes a la vía en ninguna circunstancia.

Por su parte, en la figura 5 se representa el caso 1.b, en el que la máquina no tiene capacidad de asentar la vía al "perfil teórico calculado" (41) ya que queda por debajo del "asentamiento máximo calculado" (43) en algún tramo. En este caso, el fenómeno se da desde el principio del tramo hasta el punto B y desde el e hasta el final. La máquina genera el "perfil teórico modificado" (42), en base al punto D, que corresponde al más alto del "asentamiento máximo calculado" (43). También se regenera la "sobreelevación calculada (38). Según estos perfiles, la máquina comenzará el proceso de trabajo solo con asentamiento y alineación hasta llegar al punto E, en el que la "vía sin tratar" (37) requiere un levante adicional. Por lo tanto, en todo el tramo E-F la máquina provoca una sobreelevación previa a la estabilización.

Las figuras 6 y 7 representan cómo actúa la máquina ante una desviación entre los valores calculados previamente y los que se obtienen realmente durante el trabajo de la misma. En la figura 6, se representa un caso análogo al caso 1.a.1, en el que la capacidad real de asentamiento de la máquina es menor que el calculado. Como consecuencia, puede ocurrir que el "asentamiento máximo obtenible" (44) quede por encima del "perfil teórico calculado" (41 ) (tramo C-E). La máquina se anticipa a este problema y genera el "perfil teórico modificado" (42) con una rampa de transición B-D. Esta modificación del perfil puede llevar a un caso similar a el de la figura 5, en los que habría que sobreelevar la vía en el tramo F-G y desde H hasta el final.

De forma más concreta, la figura 7 representa una situación en que el "asentamiento óptimo mínimo necesario" (39) es mayor que el "calculado" (40), análogo al caso

1.a.2. De ocurrir esto, se llegaría al tramo B-C en el que el "perfil teórico (41 =42)" queda por encima del "asentamiento óptimo mínimo necesario" (39). La máquina evita este error aumentando, según sea necesario, el valor de la "sobreelevación calculada" (38) en el tramo B'-C'.

En la figura 8 se representa un proceso de mantenimiento o construcción de vía absoluto, en el que la máquina recibe los datos del "perfil absoluto" (45). La máquina empieza a trabajar con sobreelevaciones calculadas (38) según los datos del georadar, controlando el valor de la carga vertical registrada en el grupo estabilizador (46). En caso de que ésta sobrepase los límites superiores o inferiores de seguridad establecidos para conseguir una compactación óptima (48 y 49) modifica la sobreelevación calculada (38), en los tramos I-J y K-L. De esta manera nos aseguramos que la máquina no sobrepasa su capacidad máxima (47) ni el mínimo valor de calidad de compactación permitido (50).

Las figuras 9 y 10 representan el diagrama de decisión de la máquina durante el proceso de trabajo. La figura 9 corresponde a un trabajo de mantenimiento absoluto, es decir, en el que la máquina conoce de antemano la posición a la que debe quedar la vía. La figura 10 representa el flujo en mantenimientos relativos, y sirve como resumen de las figuras 4 al 7.

Pues bien, a partir de estas figuras, se pueden dar los siguientes casos de trabajo:

1) Mantenimiento relativo de la vía.

El proceso de mantenimiento incluye la optimización de la geometría de la vía sin aportación de datos sobre el perfil teórico por parte de la entidad encargada de su mantenimiento. Por 10 tanto, el primer paso requerido es determinar el perfil teórico óptimo al que nivelar la vía, y que cumpla con los requisitos de calidad impuestos por la administración correspondiente. Para todos estos casos podemos definir una primera etapa común, donde la máquina, en velocidad de hasta 30 kmIh registra las flechas longitudinales y transversales de ambos carriles de la "vía sin tratar" (37) de forma independiente, así como el grado de compactación real del lecho de balasto.

Con estos datos se calcula, punto a punto, la altura a la que haría falta posicionar la vía para alcanzar un valor óptimo de la carga de estabilización, que es proporcional al grado de compactación del. lecho de balasto. La unión de todos estos puntos genera el perfil del "asentamiento óptimo mínimo calculado" (40). La eficiencia del proceso es mayor cuánto menores sean los valores de levante aplicado a la vía, ya que no se requiere aportación de balasto ni se modifica la posición de la vía con respecto a la catenaria. De esta forma, se busca un perfil teórico que no requiera levantar ningún punto. Dada la definición del "asentamiento óptimo mínimo calculado"(40), cualquier perfil teórico que se establezca por debajo de él cumplirá con el requisito mínimo de calidad para la carga de estabilización aplicada. Para no perder eficiencia en el trabajo, se establece el "perfil teórico calculado" (41) en base al punto más bajo del "asentamiento óptimo mínimo calculado" (punto A). Al mismo tiempo se calcula, punto a punto, el asentamiento máximo que se puede conseguir con la máquina en función del grado de compactación del lecho de balasto y las características técnicas de la propia máquina (presión de trabajo y dimensiones de los cilindros de carga del estabilizador). La unión de estos valores genera el "asentamiento máximo calculado" (43). Tras una comparación punto a

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punto entre esta magnitud y el perfil teórico calculado (41), la máquina determina si tiene capacidad de descender la vía hasta esta rasante. Esto conlleva dos posibles escenanos:

1.a) (ver figura 4) En este caso, la máquina ha determinado que tiene capacidad de hacer un asentamiento al perfil teórico calculado (41) en todo el tramo, que se realiza sin levantar la vía. Se comienza el proceso de mantenimiento de la vía, en la que el grupo de sobree1evación solo realiza la alineación, mientras que los carros estabilizadores (25 y 26) nivelan la vía asentándola a la posición requerida. En todo momento la máquina registra los valores de la carga vertical aplicada en los carros estabilizadores (25 y 26). Para asegurar que su valor no sobrepasa los límites de máxima capacidad (47, figura 8) y mínima calidad (50, figura 8), el sistema establece unos valores máximos y mínimos de seguridad (48 Y 49, figura 8), más restrictivos que los anteriores. Estos valores de seguridad son usados por la máquina como valores umbrales para elevar el perfil teórico calculado (caso 1.a.1) o realizar levantes adicionales para que la fuerza aplicada de los grupos estabilizadores vuelva dentro del rango (caso 1.a.2). Estas modificaciones se realizan de manera automática y sin necesidad de interrumpir el ciclo de trabajo.

1.a.1) (ver figura 6) Puede ocurrir que la capacidad real de la máquina "asentamiento máximo obtenible" (44)-, sea menor que el "asentamiento máximo calculado" (43). La máquina podría llegar a un estado de incapacidad para dejar la vía en el "perfil teórico calculado" (41, tramo C-E). Antes de llegar al punto C, el valor de la carga aplicado por los grupos estabilizadores supera el umbral máximo de seguridad establecido (punto B). En este momento la máquina genera el "perfil teórico modificado" (42) a una altura superior para el tramo de la vía que aun no ha sido estabilizado. La transición a este nuevo perfil se realiza con una rampa de trabajo dentro de los valores límites de variación de pendiente y pendiente máxima establecidos por la entidad encargada del mantenimiento de la vía. Esta rampa se mantiene hasta que el valor de la carga vuelva a estar dentro del umbral máximo de seguridad (tramo B-D). Al nivelar según el "perfil teórico modificado" (42), es posible que en el tramo de vía que falta por tratar (37) haya puntos que pasen a estar por debajo del nuevo perfil, o que no tengan suficiente sobreelevación para llegar a un nivel óptimo de estabilización (tramo F-G y desde H hasta el final). En este caso, la máquina procede de la manera que se ve en el siguiente punto.

l.a.2) (ver figura 7) En caso de que el "asentamiento mínimo necesario (39) sea mayor que el calculado (40), se podría llegar a un estado en que no se asegure la compactación mínima exigida por la administración (tramo B-C). Antes de llegar al punto B, el valor de la carga aplicado por los grupos estabilizadores queda por debajo del umbral mínimo de seguridad establecido (B'). En este momento se modifica el valor de la "sobree1evación calculada" (38), según indican las flechas de la figura. Este valor se va aumentando progresivamente hasta que la carga vuelve a estar dentro del umbral mínimo de seguridad. Una vez dentro del umbral se disminuye progresivamente el valor de la sobree1evación calculada, siempre y cuando la carga de estabilización quede por encima del umbral mínimo. Se establece así un ciclo de control que asegura que el levante aplicado a la vía por el grupo de sobreelevación sea el mínimo posible, preferiblemente nulo, y que hace que el asentamiento al perfil teórico (41) o modificado (42) sea óptimo.

2) Mantenimiento absoluto de la vía (ver figuras 8 y 9)

En este segundo caso, la entidad encargada del mantenimiento de la vía facilita el perfil absoluto (45) donde ha de ser posicionada la vía. Este perfil absoluto siempre se sitúa por encima de la vía sin tratar (37). Para nivelar la vía al perfil absoluto (45) con un grado de compactación óptimo, se requiere levantarla a una posición superior, previa al asentamiento. Este valor viene dado por la sobreelevación calculada (38), que se determina en función de los datos aportados por el georadar y la magnitud de11evante.

Una vez obtenidos los datos teóricos, se da comienzo el proceso de trabajo y se registran los valores de la carga vertical aplicada en los carros estabilizadores (25 y 26). Para asegurar que su valor no sobrepasa los límites de máxima capacidad (47, figura 8) y mínima calidad (50, figura 8), el sistema establece unos valores máximos y mínimos de seguridad (48 y 49, figura 8), más restrictivos que los anteriores. Estos valores de seguridad son usados por la máquina como valores umbrales para disminuir (tramo I-J, figura 8) o aumentar (tramo K-L) la sobreelvación calculada (38), de manera análoga a los casos l.a.l) y l.a.2) vistos anteriormente.

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Claims

REIVINDICACIONES

1.-Máquina de mantenimiento de vía férrea para nivelación, alineación, compactación y estabilización de vía, con capacidad de operar sin interrupciones en su avance, caracterizada porque está constituida a partir de los siguientes elementos, según el sentido de trabajo:

-

Un georadar orientado para captar el grado de compactación de la zona del lecho de balasto situada debajo de él. -Un grupo de sobreelevación con capacidad de pnsicionar y calzar la vía en la posición requerida, que a su vez se compone de

-

Un carro de levante y alineación provisto de rodillos que, mediante una serie de accionamientos, se cierran alrededor de la cabeza del carril, dotado de medios de desplazamiento en la dirección longitudinal de la vía.

-

Una serie de accionamientos, que están articulados' en puntos fijos del bastidor de la máquina y el carro de levante y alineación, desplazadores de la vía hasta la posición requerida en dirección vertical y horizontal de su plano transversal. -Un carro compactador provisto de cuerpos en forma de cuña. -Una serie de accionamientos, articulados en puntos fijos del bastidor de la máquina y el carro compactador, desplazadores de los cuerpos en forma de cuña sobre el lecho de balasto y aplicadores de una carga vertical sobre este. -Un accionamiento hidráulico situado en el bastidor del carro compactador, generador de una componente oscilatoria de frecuencia variable en la carga aplicada sobre el lecho de balasto. -Una serie de accionamientos, de movilización relativa longitudinal entre el carro de levante y alineación y el carro compactador. -Una serie de accionamientos de movilización relativa longitudinal entre el grupo de sobreelevación y el bastidor de la máquina.

-

Un grupo estabilizador dotado de medios de asentamiento de la vía en la posición requerida. -Un sistema de medición de los parámetros geométricos de la vía, compuesto por cinco carros de medición situados de la siguiente manera; el primero en el frontal de la máquina, delante del georadar. El segundo entre el carro de levante y alineación y el carro compactador. El tercero entre los dos carros del grupo estabilizador. El cuarto detrás del carro estabilizador, por delante del bogie trasero. El último está situado detrás del bogie trasero.

2a._ Máquina de mantenimiento de vía férrea para nivelación, alineación, compactación y estabilización de vía, con capacidad de operar sin interrupciones en su avance, según reivindicación la, caracterizada porque el grupo estabilizador está formado por dos carros estabilizadores, que a su vez se componen de:

Un bastidor provisto de rodillos, que mediante una serie de accionamientos,

se apoyan sobre la cabeza del carril.

Una serie accionamientos, fijos al bastidor de la máquina y al carro

estabilizador, que aplican una carga vertical regulable sobre la vía

Un accionamiento hidráulico situado en el bastidor del carro estabilizador,

generador de una componente oscilatoria de frecuencia variable en la carga

aplicada sobre la vía.

3a._ Método de mantenimiento de vía férrea para nivelación, alineación, compactación y estabilización de vía, con capacidad de operar sin interrupciones en su avance, según la máquina de la reivindicación la, caracterizado porque cuando el posicionamiento de la vía se realiza en base a un perfil absoluto, predeterminado por la administración encargada, en el mismo se establecen las siguientes fases operativas:

1-Se provoca el avance continuo de la máquina. 11-Simultáneamente, se registra el grado de compactación del lecho de balasto mediante el georadar. 111-El carro de levante y ripado posiciona la vía en un punto con el levante requerido para alcanzar el perfil absoluto. A este levante se le añade un valor de sobreelevación, que coincide con el asentamiento que provocará el grupo· estabilizador en su posterior paso por este punto. Es directamente proporcional a un factor determinado por el levante requerido y al grado de compactación registrado previamente. IV-El carro compactador ejerce una fuerza vertical oscilante sobre el lecho de balasto entre las traviesas, y el balasto sobrante fluye a la zona bajo traviesas, calzando la vía. V-El carro de medición, situado entre estos dos carros, verifica y controla la posición de la vía en el punto de trabajo. Este paso y el anterior se realizan accionando el cilindro (17), de tal manera que el carro compactador permanece fijo con respecto a la vía, mientras que el resto de la máquina avanza de forma continua. En caso de que el levante a aplicar sea mayor de 10mm, el cilindro (17) permanece fijo y recogido, se acciona el cilindro (11), de tal manera que el carro de levante y alineación también permanece fijo con respecto a la vía, mientras que el resto de la máquina avanza de forma continua. (paso 3). Una vez calzada, se llevan todos los carros a su posición más adelantada para buscar el siguiente punto de trabajo. VI-Simultáneamente los grupos estabilizadores asientan la vía al perfil teórico. En todo momento se registra el valor de la carga vertical que ha sido requerida para llevar la vía a su posición. Previamente se han establecido unos valores umbrales máximo y mínimo para esta fuerza. El umbral mínimo es más restrictivo que el grado mínimo de compactación permisible. El umbral máximo es menor que la capacidad de carga del estabilizador, limitada por las características técnicas de la máquina. VII a-En caso de que la carga aplicada quede por debajo del umbral mínimo, se aumenta el factor de proporcionalidad de la sobreelevación para los puntos situados a partir de la posición del carro de levante y alineación. Vllb-En caso de que la carga aplicada supere el umbral máximo, se disminuye el factor de proporcionalidad de la sobreelevación para los puntos situados a partir de la posición del carro de levante y alineación.

4a._ Método de mantenimiento de vía férrea para nivelación, alineación, compactación y estabilización de vía, con capacidad de operar sin interrupciones en su avance, según la máquina de la reivindicación la, caracterizado porque cuando el posicionamiento de la vía se realiza en base a un perfil teórico, calculado por la máquina, en el mismQ se establecen las siguientes fases operativas:

1-Se realiza una pasada previa a velocidad de hasta 30 km/h por el tramo de vía a tratar. En esta pasada se registra punto a punto: -El grado de compactación de11echo de balasto mediante el georadar. -Las flechas longitudinales y transversales de ambos carriles y su peralte. Estos valores determinan la posición de la vía sin tratar. 11-Se calcula el asentamiento necesario en cada punto de la vía, para que la carga a aplicar por los carros estabilizadores sea igual al valor mínimo establecido por la administración ferroviaria. Este asentamiento es proporcional al grado de compactación registrado previamente. La unión de todos estos puntos genera el perfil del asentamiento óptimo mínimo calculado. 111-Se establece el perfil teórico calculado de la vía, en base al punto más bajo del asentamiento óptimo mínimo calculado. Una vez establecido el perfil teórico, se da comienzo al proceso de mantenimiento como tal; IV-Se provoca el avance continuo de la máquina. V-El carro de levante y ripado posiciona la vía transversalmente, sin provocar levantes. VI-Simultáneamente los grupos estabilizadores asientan la vía al perfil teórico. En todo momento se registra el valor de la carga vertical que ha sido requerida para llevar la vía a su posición. Previamente se han establecido unos valores umbrales máximo y mínimo para esta fuerza. El umbral mínimo es más restrictivo que el grado mínimo de compactación permisible. El umbral máximo es menor que la capacidad de carga del estabilizador, limitada por las características técnicas de la máquina. Vlla-En caso de que la carga aplicada quede por debajo del umbral mínimo, se empiezan a generar valores de sobreelevación para los puntos situados por delante del carro de levante y alineación. En caso de que se ya esté dando, se aumenta su valor. Para ello, el carro de levante y ripado posiciona la vía en el nuevo punto. El carro compactador ejerce una fuerza vertical oscilante sobre el lecho de balasto entre las traviesas, compactando el lecho. El balasto sobrante fluye a la zona bajo traviesas, minetras que el carro de medición, situado entre estos dos carros, verifica y controla la posición de la vía en el punto de trabajo. Este paso se realiza accionando el cilindro (17), de tal manera que el carro compactador permanece fijo con respecto a la vía, mientras que el resto de la máquina avanza de forma continua.

En caso de que el levante a aplicar ser mayor de 10mm, el cilindro (17) permanece fijo y recogido y se acciona el cilindro (11), de tal manera que el carro de levante y alineación también permanece fijo con respecto a la vía, mientras que el resto de la máquina avanza de forma continua. Una vez calzada la vía, se llevan todos los

5 carros a su posición más adelantada para buscar el siguiente punto de trabajo. VIIla-Se aumenta progresivamente el valor de la sobreelevación, hasta que la carga del grupo estabilizador vuelve a estar dentro del umbral mínimo de seguridad. IXa-Una vez dentro del umbral, se disminuye progresivamente el valor de la sobreelevación, siempre y cuando la carga de estabilización quede por encima del

10 umbral mínimo. Se establece así un ciclo de control, que asegura que el levante aplicado a la vía por el grupo de sobreelevación sea el mínimo posible. VIIb-En caso de que la carga aplicada supere el umbral máximo, se disminuye el valor de la sobreelevación calculada. VIIIb-Si se da el caso Vllb, y no se puede reducir el valor de la sobreelevación,

15 porque el levante aplicado es nulo, la maquina determina un perfil teórico modificado (42). Se genera desde su predecesor en el punto de trabajo del grupo estabilizador. Se caracteriza por partir con una rampa de entrada suave, con una pendiente menor que el máximo admisible. IXb-Se mantiene la rampa hasta que el valor de la carga de estabilización vuelva a

20 quedar por debajo del umbral máximo. Xb-En este momento se realiza una rampa de salida suave al perfil teórico modificado.

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FIGURA 1

23 22 30 16

FIGURA 2

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Perfil teórico modificado (42) -v-v-Asentamiento máximo calculado (43) _,,_x_,,_ Asentamiento máximo obtenible (44)

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FIGURA 9

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FIGURA 10