ES2890246T3 - Procedimiento y dispositivo para la compactación de un lecho de balasto - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la compactación de un lecho de balasto Download PDF

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Procedimiento para la compactación de un lecho de balasto (2) mediante una unidad de bateo (1) que comprende dos herramientas de bateo opuestas (6) que, solicitadas con una vibración, descienden en el lecho de balasto (2) durante un proceso de bateo y se desplazan la una hacia la otra con un movimiento de aproximación, caracterizado por que por medio de un sistema de control (19) se preestablece un desarrollo de al menos una magnitud de vibración (16, 23) en dependencia de un tiempo de penetración (13) de las herramientas de bateo (6) en el lecho de balasto (2), y por que, de acuerdo con esta dependencia predeterminada, la magnitud de vibración se modifica automáticamente durante un proceso de penetración con un aumento del tiempo de penetración hasta alcanzarse una profundidad de penetración requerida de las herramientas de bateo (6).

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo para la compactación de un lecho de balasto
Ámbito de la técnica
La invención se refiere a un procedimiento para la compactación de un lecho de balasto mediante una unidad de bateo que comprende dos herramientas de bateo opuestas que, solicitadas con una vibración, descienden en el lecho de balasto durante un proceso de bateo y se desplazan la una hacia la otra con un movimiento de aproximación. La invención se refiere además a un dispositivo para la realización del procedimiento.
Estado de la técnica
Ya se conocen varias unidades de bateo para el bateado debajo de las traviesas, por ejemplo, por los documentos AT 500 972 B1 o AT 513 973 B1. Las vibraciones que actúan sobre las herramientas de bateo pueden generarse mecánicamente por medio de un eje excéntrico o mediante impulsos hidráulicos en un motor lineal. En este caso, un operador tiene a su disposición distintas posibilidades de ajuste. Por el documento DE 31 44 485 A1 se conoce una unidad de bateo en la que se puede preestablecer una limitación de amplitud de un desplazamiento lateral de una unidad de bateo. Por el documento AT 339358 B se conoce un ajuste de la vibración de las herramientas de bateo. De este modo es posible adaptar la frecuencia de vibración, la amplitud y las fuerzas de vibración a las condiciones respectivas del balasto.
El documento AT 515801 B1 describe un procedimiento para la compactación de un lecho de balasto mediante una unidad de bateo, debiéndose identificar una cifra de calidad para una dureza del lecho de balasto. Para ello se registra una fuerza de aproximación de un cilindro de ajuste en dependencia de una distancia de aproximación y se define un número indicativo a través de un consumo de energía derivado de la misma. Sin embargo, este número indicativo no resulta muy relevante, ya que no se tiene en cuenta una parte considerable de energía que se pierde en el sistema. Además, la energía total realmente aplicada al balasto durante un proceso de bateo no permitiría una evaluación fiable de un estado del lecho de balasto. Además, para una determinación de una amplitud o de una frecuencia óptimas desde un punto de vista energético es necesario, en primer lugar, identificar la superestructura, lo que requiere mucho tiempo y conlleva unos costes elevados en el proceso de bateo.
Resumen de la invención
La invención se basa en el objetivo de proponer una mejora con respecto al estado de la técnica para un procedimiento y un dispositivo del tipo citado al principio.
Según la invención, esta tarea se resuelve mediante un procedimiento según la reivindicación 1 y mediante un dispositivo según la reivindicación 7. Las reivindicaciones dependientes proponen configuraciones ventajosas de la invención.
El procedimiento se caracteriza por que, por medio de un sistema de control, se preestablece un desarrollo de al menos una magnitud de vibración en dependencia de un tiempo de penetración en el lecho de balasto, y por que, de acuerdo con esta dependencia predeterminada, la magnitud de vibración se modifica automáticamente durante un proceso de penetración con un aumento del tiempo de penetración hasta alcanzarse una profundidad de penetración requerida de las herramientas de bateo. De este modo se consigue una penetración optimizada en cuanto a la energía de las herramientas de bateo. En este caso, la magnitud de vibración cambia automáticamente con el aumento del tiempo de penetración, de manera que el proceso de penetración se ajuste siempre a las condiciones reales del lecho de balasto. Esto significa que no es necesario identificar de antemano una superestructura y su dureza de balasto o su resistencia. Sobre la base del tiempo de penetración, simplemente se extrae una conclusión sobre la dureza del balasto.
En una realización sencilla del procedimiento, la magnitud de vibración se modifica para ello mediante una tabla y/o curva almacenada en un sistema de control. Así es posible llevar a cabo una adaptación rápida de la magnitud de vibración con una potencia de cálculo reducida.
Además, resulta ventajoso que la dependencia preestablecida de la magnitud de vibración con respecto al tiempo de penetración se modifique en tiempo real. De este modo es posible reaccionar rápidamente a condiciones especiales, por ejemplo, mediante un incremento más rápido de la magnitud de vibración al aumentar el tiempo de penetración. Además, un operador de la máquina de trabajo tiene la posibilidad de optimizar, en cualquier momento y en tiempo real, las especificaciones para un proceso de bateo.
Ventajosamente, como magnitud de vibración se prestablece una amplitud creciente. En caso de un lecho de balasto suelto (capa nueva) con poca resistencia, una amplitud reducida es suficiente para la penetración de las herramientas de bateo. En el caso de este lecho de balasto suelto no es necesario aumentar la amplitud. La masa de la unidad de bateo es suficiente para bajar las herramientas de bateo hasta la profundidad de mecanizado requerida. En caso de un lecho de balasto duro (largo tiempo de reposo), la penetración de las herramientas de bateo dura más tiempo debido a una mayor resistencia del balasto. En función del tiempo de penetración, la amplitud aumenta para contrarrestar y superar la mayor resistencia a la penetración.
Otra mejora prevé preestablecer una frecuencia variable como magnitud de vibración. Una dependencia de la frecuencia del tiempo de penetración tiene un efecto de optimización de la energía en la unidad de bateo. Por ejemplo, se puede mantener una frecuencia más baja en caso de un lecho de balasto suelto. Sólo en el caso de un lecho de balasto duro, la frecuencia y, por consiguiente, la energía a consumir, aumentan con una prolongación del tiempo de penetración.
Resulta además ventajoso que el tiempo de penetración y la energía empleada para la penetración en el lecho de balasto se registren en un dispositivo de evaluación. Mediante un registro de la energía necesaria para cada proceso de penetración se proporciona una documentación sencilla que puede utilizarse para una mayor optimización de los intervalos de mantenimiento.
El dispositivo según la invención para la realización de uno de los procedimientos antes citados comprende una unidad de bateo que presenta dos herramientas de bateo opuestas acopladas respectivamente, a través de un brazo pivotante, a un accionamiento de aproximación y a un accionamiento de vibración, preestableciéndose en un sistema de control del dispositivo una dependencia de al menos una magnitud de vibración del tiempo de penetración.
En este caso resulta ventajoso prever un dispositivo de evaluación para registrar el tiempo de penetración y/o una energía consumida. Mediante el registro y la evaluación se mejora aún más un balance energético de la unidad de bateo.
Una variante perfeccionada adicional del dispositivo prevé configurar el sistema de control para ser capaz de aprender, de manera que permita incluir procesos de bateo previamente registrados en una optimización de energía, a fin de adaptar automáticamente la dependencia predeterminada de la magnitud de vibración del tiempo de penetración para la optimización energética. Un sistema de control inteligente puede, por ejemplo, configurarse para ser capaz de aprender, a fin de incluir los procesos de bateo previamente registrados en la optimización de la energía.
Resulta además ventajoso acoplar el sistema de control a una unidad de mando para cambiar la dependencia preestablecida de la magnitud de vibración del tiempo de penetración en tiempo real. De este modo, el operador sigue teniendo la posibilidad, en cada proceso de bateo, de intervenir en un control de la unidad de bateo y, por lo tanto, en el proceso de bateo.
Breve descripción de los dibujos
La invención se explica a continuación a modo de ejemplo con referencia a las figuras adjuntas. Se muestra en una representación esquemática:
Figura 1 Unidad de bateo
Figura 2 Diagrama del comportamiento de penetración optimizado
Descripción de las formas de realización
La figura 1 muestra una unidad de bateo 1, representada de forma simplificada, para el bateo de un lecho de balasto 2 por debajo de las traviesas 3 de una vía 4 con un portaherramientas abatible 5 y pares de dos herramientas de bateo opuestas 6. Cada herramienta de bateo 6 está unida, a través de un brazo pivotante 7, a un accionamiento de aproximación hidráulico 8 que sirve al mismo tiempo como accionamiento de vibración 9. El respectivo brazo pivotante 7 presenta un eje pivotante superior 10 en el que se aloja el accionamiento de aproximación 8. El respectivo brazo pivotante 7 se apoya en el portaherramientas 5 de forma giratoria alrededor de un eje pivotante inferior 11. Una unidad de bateo 1 de este tipo está prevista para su instalación en una bateadora o en un satélite de bateo desplazables por una vía 4.
En la figura 2 se representa en un diagrama 12 un desarrollo de la vibración de una herramienta de bateo 6 durante un proceso de penetración. El tiempo de penetración 13 se muestra en el eje de abscisa. El eje de ordenada indica los valores para las desviaciones de vibración 14 (oscilación) de las herramientas de bateo 6. Una curva envolvente 15 de las desviaciones de vibración 14 muestra un desarrollo de la amplitud de vibración 16. Con esta curva envolvente 15, la amplitud 16 es, en el presente ejemplo, una magnitud de vibración variable en dependencia del tiempo de penetración 13.
Concretamente, en dependencia del tiempo de penetración 13, la amplitud 16 aumenta por medio de la curva 15 hasta alcanzar la profundidad de penetración requerida (la amplitud 16 es una función del tiempo de penetración 13). De este modo, en función del tiempo de penetración 13 y, por consiguiente, de la resistencia del lecho de balasto 2, se preestablece automáticamente la amplitud de vibración 16 óptima desde un punto de vista energético. No es necesaria ninguna identificación previa de la superestructura ni de su dureza de balasto. La curva 15 representada en la figura 2 presenta un desarrollo lineal a modo de ejemplo.
En el diagrama, las dos líneas verticales 17, 18 muestran respectivamente el alcance de una profundidad de penetración preestablecida. La primera línea vertical 17 corresponde a un lecho de balasto suelto 2 con una resistencia reducida. Aquí, el proceso de penetración ya se ha completado tras un breve tiempo de penetración 13, manteniéndose una pequeña amplitud de vibración 16.
La segunda línea vertical 18 corresponde a un lecho de balasto duro 2 con una alta resistencia. Durante el tiempo de penetración más largo 13, la amplitud 16 aumenta conforme a la curva 15 hasta que el proceso de penetración se completa con una desviación máxima de las herramientas de bateo 6. En caso de un lecho de balasto 2 más duro, el proceso de penetración dura más tiempo y, como consecuencia, se preestablece automáticamente la amplitud óptima 16.
Por ejemplo, la curva 15 se almacena como una función o en forma de tabla en una memoria de un sistema de control 19. También se pueden almacenar varias curvas 15, pudiéndose llevar a cabo, a través de una unidad de mando 20, una selección o una modificación de los parámetros de curva. Con un sistema de control inteligente existe la posibilidad de realizar automáticamente en tiempo real ajustes de la curva 15 preestablecida. En este caso se evalúan, por ejemplo, los procesos de penetración realizados en ese momento, a fin de optimizar el consumo de energía para la penetración de las herramientas de bateo 6. También es posible sacar conclusiones sobre el estado del lecho de balasto 2.
El ajuste de la curva preestablecida 15 también puede referirse a la forma. Por ejemplo, es posible desplazar un inicio de elevación 21 y un final de elevación 22 de un aumento lineal de la amplitud de vibración 16. Los cambios no lineales de las magnitudes de vibración también pueden resultar útiles para reaccionar de forma óptima a las condiciones existentes (por ejemplo, aumento senoidal). Además, las especificaciones de cambio coordinadas para la amplitud 16 y la frecuencia o el período de duración 23 son convenientes para optimizar el movimiento vibratorio de las herramientas de bateo 6 durante un proceso de penetración.
Con esta finalidad, el dispositivo comprende un dispositivo de evaluación 24 acoplado al sistema de control 19. Por medio de este dispositivo de evaluación 24 se determina, por ejemplo, la energía necesaria para un proceso de penetración. Aquí, en caso de una generación de vibraciones hidráulica, a la potencia mecánica se le aplica mediante un cilindro de aproximación la siguiente relación:
Figure imgf000004_0001
p0... presión de alimentación hidráulica [bar]
Figure imgf000004_0002
Q...caudal necesario de los cilindros de aproximación.
El caudal de los cilindros de aproximación puede estimarse con la siguiente fórmula:
Q = (.A¿ + A g 'j .a . f
AA . ..Superficie grande del cilindro de aproximación, [m2].
AB. ..Superficie pequeña del cilindro de aproximación, [m2]
a...Amplitud 16 del cilindro de aproximación, [m]
Figure imgf000004_0003
f... Frecuencia del movimiento de vibración.
En tal caso, la energía necesaria para la penetración por proceso de penetración es la siguiente:
Figure imgf000004_0004
t0...Inicio del tiempo de penetración 13 [s],
t inmersión...Final del tiempo de penetración 13 [s].
En caso de unidades de bateo con un accionamiento excéntrico para la generación de vibraciones, la frecuencia de vibración puede preestablecerse en primer lugar del modo antes descrito. En las variantes con una amplitud de vibración ajustable 16, ésta también puede predeterminarse en dependencia del tiempo de penetración 13 (véase a este respecto la solicitud de patente austríaca con el número de referencia A 60/2017 de la empresa solicitante o la solicitud AT 517999 A1).

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la compactación de un lecho de balasto (2) mediante una unidad de bateo (1) que comprende dos herramientas de bateo opuestas (6) que, solicitadas con una vibración, descienden en el lecho de balasto (2) durante un proceso de bateo y se desplazan la una hacia la otra con un movimiento de aproximación, caracterizado por que por medio de un sistema de control (19) se preestablece un desarrollo de al menos una magnitud de vibración (16, 23) en dependencia de un tiempo de penetración (13) de las herramientas de bateo (6) en el lecho de balasto (2), y por que, de acuerdo con esta dependencia predeterminada, la magnitud de vibración se modifica automáticamente durante un proceso de penetración con un aumento del tiempo de penetración hasta alcanzarse una profundidad de penetración requerida de las herramientas de bateo (6).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la magnitud de vibración (16, 23) se modifica mediante una tabla y/o una curva (15) almacenadas en un sistema de control (19).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la dependencia preestablecida de la magnitud de vibración (16, 23) del tiempo de penetración (13) se modifica en tiempo real.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que como magnitud de vibración se preestablece una amplitud creciente (16).
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que como magnitud de vibración se preestablecen una frecuencia o un período de tiempo variables (23).
6. Procedimiento para la compactación de un lecho de balasto según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el tiempo de penetración (13) y una energía consumida para la penetración en el lecho de balasto (2) se registran en un dispositivo de evaluación (24).
7. Dispositivo configurado para la realización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, con una unidad de bateo (1), que comprende dos herramientas de bateo opuestas (6) acopladas respectivamente mediante un brazo pivotante (7) a un accionamiento de aproximación (8) y a un accionamiento de vibración (9), así como con un sistema de control (19), caracterizado por que en el sistema de control (19) del dispositivo se preestablece una dependencia de al menos una magnitud de vibración (16, 23) del tiempo de penetración (13), de manera que el desarrollo de la magnitud de vibración (16, 23) cambie automáticamente con un aumento del tiempo de penetración (13) de las herramientas de bateo (6) en el lecho de balasto (2).
8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado por que se prevé un dispositivo de evaluación (24) para el registro del tiempo de penetración (13) y/o de una energía consumida.
9. Dispositivo según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que el sistema de control (19) se configura para ser capaz de aprender, de manera que permita incluir procesos de bateo previamente registrados en una optimización de energía, a fin de adaptar automáticamente la dependencia preestablecida de la magnitud de vibración (16, 23) del tiempo de penetración (13) para la optimización de la energía.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que el sistema de control (19) se acopla a una unidad de mando (20) para la variación en tiempo real de la dependencia preestablecida de la magnitud de vibración (16, 23) del tiempo de penetración (13).
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