ES2934433T3 - Máquina de asiento de vías para el compactado de balasto - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una máquina de construcción de vías (1) para compactar balasto (7) bajo traviesas (8) de una vía (5), que tiene un bastidor de máquina (2) que se desplaza sobre la vía (5) mediante bogies. (3) y que tiene una unidad de bateo (6) que comprende un accionamiento eléctrico de vibración (11) para actuar vibratoriamente sobre las herramientas de bateo (12). Aquí está dispuesto un circuito intermedio eléctrico (14) que tiene un acumulador de energía eléctrica (15), en el que al menos un bogie (3) tiene asignada una máquina eléctrica (13) que está acoplada al circuito intermedio (14) para el funcionamiento regenerativo, y en el que el accionamiento de vibración eléctrica (11) está acoplado para alimentación al circuito intermedio (14). De esta manera, la energía de frenado se utiliza de manera óptima para el suministro del accionamiento de vibración (11). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Máquina de asiento de vías para el compactado de balasto
Campo de la tecnología
La invención se refiere a una máquina de asiento de vías para el compactado del balasto por debajo de las traviesas de una vía, con un bastidor de máquina que se puede desplazar sobre la vía por medio de un mecanismo de traslación y con una unidad de bateado que comprende un accionamiento eléctrico de vibraciones para la aplicación de vibraciones a las herramientas de bateado. La invención se refiere además a un procedimiento para el funcionamiento de la máquina de asiento de vías.
Estado de la técnica
Una máquina de asiento de vías con un grupo de bateado que comprende un accionamiento eléctrico de vibraciones para la aplicación de vibraciones a las herramientas de bateado se conoce, por ejemplo, por el documento DE 24 17 062 A1. Para la generación de las vibraciones se disponen en los brazos basculantes casquillos de cojinete excéntricos. A través de una transmisión por cadena, un eje de transmisión accionado por un motor eléctrico transmite un movimiento de giro a los casquillos de cojinete excéntricos.
Por la solicitud de patente austriaca A 179/2017 se conoce un grupo de bateado con un accionamiento de vibraciones central, transmitiéndose las vibraciones a través de cilindros agregados a las herramientas de bateado. El accionamiento de vibraciones eléctrico comprende un eje excéntrico montado junto con un rotor de un motor eléctrico únicamente en la carcasa excéntrica. Un estator del motor eléctrico se fija mediante bridas a la carcasa excéntrica por medio de una carcasa de motor.
El documento WO 2017/050414 A1 revela una máquina de asiento de vías con un sistema de alimentación de energía autónomo y redundante. En este caso, los grupos de trabajo reciben energía a través de un engranaje de distribución, ya sea mediante un motor de combustión interna o mediante un motor eléctrico alimentado desde una línea aérea. Por el documento US 2011/0083578 A1 se conoce también una máquina de asiento de vías con un sistema de alimentación de energía eléctrica, reconduciéndose la energía durante un proceso de frenado a un circuito de corriente continua.
Resumen de la invención
La invención tiene por objeto proponer para una máquina de asiento de vías y para un procedimiento del tipo inicialmente mencionado, una mejora con respecto al estado de la técnica.
Según la invención, esta tarea se resuelve mediante las reivindicaciones independientes 1 y 10. Otras formas de realización ventajosamente perfeccionadas de la invención resultan de las reivindicaciones dependientes.
En este caso, se dispone un circuito eléctrico intermedio con un depósito de energía eléctrica, asignándose a al menos un mecanismo de traslación una máquina eléctrica que un funcionamiento generador se acopla al circuito intermedio, conectándose el accionamiento eléctrico de vibraciones para la alimentación al circuito intermedio, y configurándose para la activación coordinada de los componentes acoplados al circuito intermedio de manera que la aplicación de vibraciones a las herramientas de bateado para la utilización directa de la energía comience ya durante un proceso de frenado. De este modo, la energía de frenado se aprovecha de forma óptima para la alimentación del accionamiento de vibraciones. Sólo es necesario almacenar temporalmente una parte de la energía eléctrica, ya que el consumo de energía del accionamiento de vibraciones ya se inicia durante un proceso de frenado de la máquina de asiento de vías.
En una variante de realización ventajosa de la invención, el depósito de energía eléctrica comprende un supercondensador. De esta manera se puede conseguir una gran densidad de potencia en poco espacio y con un peso reducido. Además, un supercondensador permite una descarga rápida y un número suficientemente grande de ciclos de carga y descarga, con lo que se apoya de forma óptima el accionamiento de vibraciones con picos de potencia recurrentes que aumentan a modo de salto.
Además, es conveniente que el depósito de energía eléctrica comprenda un acumulador. De este modo, la energía eléctrica se almacena de forma intermedia durante un periodo de tiempo más largo. Con un dimensionamiento adecuado del acumulador, se puede desconectar un dispositivo de alimentación adicional temporal (por ejemplo, una unidad de motor de combustión interna -generador) (por ejemplo, en túneles).
Una forma de realización ventajosamente perfeccionada prevé que la máquina eléctrica se configure como accionamiento de tracción y se conecte al circuito intermedio mediante un convertidor bidireccional. De este modo, la máquina de asiento de vías se desplaza durante un recorrido de trabajo, con ayuda de la máquina eléctrica, de una traviesa a otra para realizar el bateado cíclico de las traviesas.
Además, se considera conveniente que el accionamiento de vibraciones se conecte por medio de un ondulador controlado al circuito intermedio. Así se garantiza un diseño de circuito sencillo y robusto.
Otra mejora para incrementar la estabilidad y la eficiencia energética prevé que el accionamiento de vibraciones se configure en forma de motor eléctrico sin escobillas. Un diseño como motor torque con rotor interno proporciona pares muy elevados a velocidades relativamente bajas, eliminando la necesidad de un engranaje de transmisión. El gran par
de accionamiento de un motor torque permite grandes aceleraciones, ejerciendo la dinámica resultante del sistema un efecto positivo sobre un proceso de penetración del grupo de bateado.
Según la invención, para el funcionamiento eficiente de la máquina de asiento de vías resulta ventajoso que la unidad de control se diseñe para la activación coordinada de los componentes acoplados al circuito intermedio. La unidad de control también se puede utilizar para otras tareas de control, por ejemplo, para la activación de accionamientos agregados. Ventajosamente, los componentes a activar están conectados a la unidad de control a través de un sistema de bus.
Una forma de realización ventajosa de la invención prevé que el grupo de bateado se disponga en el bastidor de la máquina, con lo que se consigue un modo de funcionamiento cíclico de la máquina de asiento de vías. En este caso, toda la máquina se frena en cada traviesa para un proceso de bateado, quedando disponible la energía de frenado para la generación de vibraciones. En el funcionamiento continuo, en el que sólo un satélite de bateado se acelera y desacelera cíclicamente con el grupo de bateado, esta energía utilizable se reduce de manera correspondiente.
Para garantizar una alta disponibilidad de la máquina de asiento de vías conviene que el circuito intermedio para el suministro de energía adicional esté acoplado a una unidad de motor de combustión interna-generador. De este modo, el circuito intermedio dispone en todo momento de energía suficiente para el accionamiento de vibraciones y el accionamiento de marcha.
Alternativa o adicionalmente también puede ser ventajoso que el circuito intermedio esté acoplado a un circuito de conversión para el suministro de energía desde una línea aérea de la vía. Esto permite un funcionamiento sin contaminación y con un nivel de ruido reducido de la máquina de asiento de vías.
El procedimiento según la invención prevé que la máquina de asiento de vías se frene por medio de la máquina eléctrica al aproximarse a un punto de la vía que se va a batear, aportando energía eléctrica circuito intermedio y que el accionamiento de vibraciones reciba durante un proceso de bateado la energía eléctrica del circuito intermedio de manera que la aplicación de vibraciones a las herramientas de bateado para la utilización directa de energía ya se inicie durante el proceso de frenado. Así se garantiza un funcionamiento eficaz.
En un procedimiento perfeccionado, las herramientas de bateado se someten durante la penetración en el balasto a una frecuencia de vibración más elevada que durante un proceso de agregación. Esto permite una penetración más fácil en el lecho de balasto y, por tanto, ciclos de bateado más cortos. Además, la mayor frecuencia de las vibraciones y la consiguiente reducción de la resistencia del balasto tienen un efecto favorable sobre el desgaste de las herramientas de bateado.
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 en la:
Figura 1 una máquina de asiento de vías;
Figura 2 la estructura del circuito;
Figura 3 diagramas de desarrollo.
Descripción de las formas de realización
La máquina de asiento de vías 1 mostrada en la figura 1 comprende un bastidor de máquina 2 que por medio de mecanismos de traslación se 3 puede desplazar sobre los raíles 4 de una vía 5. En el bastidor de máquina 2 se ha dispuesto un grupo de bateado 6 para la compactación del balasto 7 por debajo de las traviesas 8 de la vía 5. Antes de un proceso de compactación, la vía 5 se lleva mediante una unidad de elevación y enderezamiento 9 a una posición teórica predeterminada por medio de un sistema de medición 10.
El grupo de bateado 6 comprende un accionamiento de vibraciones eléctrico 11 para la aplicación de vibraciones a las herramientas de bateado 12. Además, se prevén accionamientos hidráulicos para bajar o elevar, así como para agregar las herramientas de bateado 12. El accionamiento de vibraciones 11 se configura ventajosamente como motor eléctrico sin escobillas.
En el caso del ejemplo representado se trata de una máquina de asiento de vías 1 de funcionamiento cíclico, dado que durante un recorrido de trabajo toda la máquina de asiento de vías 1 se desplaza de una traviesa 8 a otra traviesa 8. En el proceso de parada, las herramientas de bateado 12 se introducen en las cajas situadas entre las traviesas 8. Alternativamente, se conocen máquinas de asiento de vías 1 de funcionamiento continuo, en las que sólo se mueve cíclicamente un denominado satélite de bateado. Por otra parte, la mayor parte de la máquina de asiento de vías 1 se puede desplazar de forma continua lo largo de la vía 5.
En cualquier caso, cada ciclo de bateado se inicia con un proceso de frenado para posicionar el grupo de bateado 12 por encima de la traviesa 8 a batear. Para ello, al menos un mecanismo de traslación 3 está provisto de una máquina eléctrica 13, que para un funcionamiento generador está acoplada a un circuito eléctrico intermedio 14. Al acercarse a un punto de bateado, la máquina eléctrica 13 genera un par de frenado. De este modo, una gran parte de la energía cinética de la bateadora de vías 1 o de un satélite de bateado se convierte durante un proceso de frenado en energía eléctrica y se suministra al circuito intermedio 14.
Según la invención, esta energía eléctrica se utiliza para alimentar el accionamiento de vibraciones eléctrico 11. Esto se considera ventajoso, ya que la aplicación de vibraciones a las herramientas de bateado 12 ya comienza durante el proceso de frenado, con lo que la energía se aprovecha directamente. Por consiguiente, un depósito de energía 15 dispuesto en el circuito intermedio 14 no tiene que almacenar temporalmente toda la energía de frenado, lo que significa que la necesidad de capacidad es menor.
Una estructura de circuito ventajosa se representa en la figura 2. Se han dispuesto dos máquinas eléctricas 13 que pueden funcionar tanto de forma generativa como motorizada. La respectiva máquina eléctrica 13 sirve también como accionamiento de marcha para la aceleración de la máquina de asiento de vías 1 después de un proceso de bateado. En este caso, se aporta al circuito intermedio 14 energía eléctrica adicional, por ejemplo, mediante una unidad de motor de combustión interna-generador 16 o a través de un circuito de conversión desde una línea aérea. Alternativamente, la aceleración hacia delante se puede conseguir por medio de un accionamiento separado.
La respectiva máquina eléctrica 13 se diseña ventajosamente a modo de motor trifásico y se conecta a través de un convertidor bidireccional 17 al circuito intermedio de corriente continua 14. El depósito de energía 15 comprende ventajosamente un supercondensador 18 y un acumulador 19. Además, se puede prever un cargador para suministrar al acumulador 19 una tensión de carga óptima.
La unidad de motor de combustión interna-generador opcional 16 se acopla a través de un rectificador 20 al circuito intermedio 14. En este caso, es conveniente que la energía se almacene, por medio de un acumulador 19, para varios ciclos de bateado. De este modo, se dispone, por ejemplo, en túneles, e incluso con la unidad de motor de combustión interna-generador 16 desconectada, de un suministro de energía para el accionamiento de vibraciones 11 y, en su caso, para el accionamiento de marcha.
El acoplamiento del accionamiento de vibraciones 11 al circuito intermedio 14 se produce con ayuda de un ondulador controlado 21. De este modo, la frecuencia de vibración se puede variar a lo largo de un ciclo de bateado. Al penetrar en el balasto 7, se aplica a las herramientas de bateado 12, por ejemplo, una frecuencia más alta. En este caso, el balasto vibrado 7 se asemeja a un fluido con baja resistencia a la inmersión. Durante la agregación, la frecuencia se reduce a unos 35 Hz para garantizar la estabilidad deseada en el balasto 7 que se va compactando.
Como se puede ver en la figura 3, el accionamiento de vibraciones 11 necesita durante la penetración la mayor cantidad de energía, debido al aumento de la frecuencia. Los diagramas muestran curvas sincronizadas a lo largo del tiempo 22. En la parte superior se representan las curvas de una profundidad de penetración 23 de las puntas de la herramienta de bateado en el balasto 7. Por debajo se encuentran las curvas de una velocidad de avance 24 de la máquina de asiento de vías 1 en dirección de trabajo 25, una potencia de motor 26 del accionamiento de vibraciones 11 y una potencia de accionamiento o de frenado 27 de la máquina eléctrica 13. En una variante simplificada, la potencia de accionamiento positiva 27 para la aceleración de avance de la máquina de asiento de vías 1 se puede cubrir por medio de un accionamiento separado.
La potencia de accionamiento o frenado negativa 27 se utiliza igualmente para la alimentación del accionamiento de vibraciones 11. En este caso se produce un solapamiento temporal de la energía 28 suministrada por la máquina eléctrica 13 (zona a rayas en el diagrama de potencia de accionamiento o frenado 27) y la energía 29 consumida por el accionamiento de vibraciones 11 (zona a rayas en el diagrama de potencia del motor 26). Debido a este solapamiento temporal, una parte considerable de la energía 28 suministrada al circuito intermedio 14 se consume inmediatamente sin cargar el depósito de energía 15.
Ventajosamente, el circuito intermedio 14 se dispone con el depósito de energía 15 en una unidad central de alimentación 30. Ésta comprende una unidad de control 31 para la activación coordinada de los componentes 16, 17, 20, 21 acoplados al circuito intermedio 14. Se prevé un sistema de bus 32 para la conexión de la unidad de control 31 a los componentes acoplados 16, 17, 20, 21.
De forma conveniente se aportan a la unidad de control 31 diversas señales de sensores. De este modo, se optimizan, mediante el registro permanente de una tensión del circuito intermedio 33, la acumulación de energía en el circuito intermedio 14 y la activación de los componentes acoplados 16, 17, 20, 21. La detección de las traviesas 8 o de los dispositivos de fijación de los raíles mediante sensores ópticos, capacitivos o inductivos permite además un frenado automatizado y el bateado de una traviesa 8 detectada.
Claims (11)
1. Máquina de asiento de vías (1) para la compactación de balasto (7) por debajo de las traviesas (8) de una vía (5), con un bastidor de máquina (2) desplazable mediante mecanismos de traslación (3) sobre la vía (5), y con un grupo de bateado (6) que comprende un accionamiento de vibraciones eléctrico (11) para la aplicación de vibraciones a las herramientas de bateado (12), caracterizada por que se dispone un circuito intermedio eléctrico (14) con un depósito de energía eléctrica (15), por que a al menos un mecanismo de traslación (3) se le asigna una máquina eléctrica (13) acoplada al funcionamiento generador al circuito intermedio (14), por que el accionamiento de vibraciones eléctrico (11) se acopla para la alimentación al circuito intermedio (14) y por que una unidad de control (31) se diseña para la activación coordenada de los componentes (16, 17, 20, 21) al circuito intermedio (14) de manera que la aplicación de vibraciones a las herramientas de bateado (12) para la utilización inmediata de la energía ya pueda comenzar durante un proceso de frenado.
2. Máquina de asiento de vías (1) según la reivindicación 1, caracterizada por que el depósito de energía eléctrica (15) comprende un supercondensador (18).
3. Máquina de asiento de vías (1) según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que el depósito de energía eléctrica (15) comprende un acumulador (19).
4. Máquina de asiento de vías (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que la máquina eléctrica (13) se ha diseñado a modo de accionamiento de marcha y conectado por medio convertidor bidireccional (17) al circuito intermedio (14).
5. Máquina de asiento de vías (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que el accionamiento de vibraciones (11) se conecta por medio de un ondulador (21) al circuito intermedio (14).
6. Máquina de asiento de vías (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que el accionamiento de vibraciones (11) se ha configurado a modo de motor eléctrico sin escobillas.
7. Máquina de asiento de vías (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que el grupo de bateado (6) se ha dispuesto en el bastidor de máquina (2).
8. Máquina de asiento de vías (1) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que el circuito intermedio (14) se acopla para el suministro de energía a una unidad de motor de combustión interna-generador (16).
9. Máquina de asiento de vías (1) según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que el circuito intermedio (14) está acoplado a un circuito de conversión para el suministro de energía eléctrica desde una línea aérea de la vía (5).
10. Procedimiento para el funcionamiento de una máquina de asiento de vías (1) según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que la máquina de asiento de vías (1) se frena al acercarse a un punto a batear de la vía (5) por medio de una máquina eléctrica (13) transmitiendo energía eléctrica (28) al circuito intermedio (14) y por que el accionamiento de vibraciones (11) recibe durante el proceso de bateado energía eléctrica (29) del circuito intermedio (14) de manera que la aplicación de vibraciones a las herramientas de bateado (12) para la utilización inmediata de la energía ya se inicia durante el proceso de frenado.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por que las herramientas de bateado (12) se someten durante la penetración en el balasto (7) a una frecuencia de vibración mayor que durante un proceso de agregación.
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