JP2018534454A - 軌道を突き固めるタンピングユニットおよび軌道を突き固める方法 - Google Patents

Abstract

軌道を突き固めるタンピングユニット（１）であって、振動駆動装置（２）により振動させることが可能である、バラスト道床内へ差込み可能なタンピングツール（３）を備え、振動駆動装置（２）は、ハウジング（８）を有し、ハウジング（８）内で、シャフト（７）が、偏心体（１２）とともに、シャフト軸線（１１）を中心に回転可能に配置されており、偏心体（１２）上に、振動運動（１０）を伝達する伝達要素（９）が支承されている。偏心体（１２）は、回転接続式にかつ半径方向に移動可能にシャフト（７）と結合されており、シャフト（７）に対する偏心体（１２）の位置が半径方向で調節装置（１４）を用いて調節可能である。

Description

本発明は、軌道を突き固めるタンピングユニットであって、振動駆動装置により振動させることが可能である、バラスト道床内へ差込み可能なタンピングツールを備え、振動駆動装置は、ハウジングを有し、ハウジング内で、シャフトが、偏心体とともに、シャフト軸線を中心に回転可能に配置されており、偏心体上に、振動運動を伝達する伝達要素が支承されている、タンピングユニットに関する。さらに、本発明は、タンピングユニットを用いて軌道を突き固める方法であって、発生させた振動運動を、スクイーズシリンダを介してツールアームへ伝達する、方法に関する。

タンピングユニットがさらされる高い荷重に基づいて、振動駆動装置は、特別な要求を満たさなければならない。軌道のバラスト道床内へタンピングツールを差し込むとき、かつこれに続いてマクラギの下でバラストを締め固めるとき、振動駆動装置を必要とする継続的な負荷変動が生じる。特に、たいていは完全に固まっている、新しく交換されていないバラスト道床を突き固めるとき、振動駆動装置によって振幅運動させられるタンピングツールに高い反力が作用する。このように困難な使用条件でも、一定の突固め品質を確保するために、振動駆動装置は、ほぼ一定の振動振幅でタンピングツールの必要な振動を維持しなければならない。

したがって、タンピングユニットに使用するために、オーストリア国特許発明第３５００９７号明細書において公知の振動駆動装置が実証されており、この振動駆動装置では、往復式の振動運動を、被駆動の偏心体シャフトにより発生させる。このような構造では、振動振幅は、偏心軸シャフトの寸法設定によって固定に設定されている。したがって、スクイーズシリンダとツールアームとを介してタンピングツールへ伝達される振動運動は、バラスト道床の抵抗による影響をほとんど受けないままである。

オーストリア国特許発明第５１３９７３号明細書において公知の構造では、振動運動を、液圧リニア駆動装置によって発生させる。特別な手段がないと、この構造では、バラスト道床抵抗の増加が振動振幅の望ましくない縮小をもたらしてしまう。他方、液圧リニア駆動装置は、迅速な一連のスイッチオン動作およびスイッチオフ動作まで振動パラメータの簡単な適合を可能にしている。後者のスイッチオフ動作は、偏心体軸線を有する公知の振動駆動装置では、回転している質量の慣性に基づいて実行が困難である。

本発明の課題は、先行技術に対して改善された、冒頭で述べた振動駆動装置を提供することである。別の課題は、これに対応する、軌道を突き固める方法を提供することである。

本発明によれば、これらの課題は、請求項１に記載のタンピングユニットおよび請求項１２に記載の方法によって解決される。改良形態は、従属請求項において認められる。

本発明では、偏心体が、回転接続式にかつ半径方向に移動可能にシャフトと結合されており、シャフトに対する偏心体の位置が半径方向で調節装置を用いて調節可能である。動作中、シャフトにより、固有の構成部材として構成された偏心体へトルクが伝達される。この場合、伝達要素へ掛かる作用を、偏心体軸線とシャフト軸線との間の調節可能な軸線間隔が特定する。具体的には、伝達要素を用いて伝達可能な振動運動の振幅が無段階で調節可能である。したがって、偏心体駆動装置の利点を維持しつつ、振動パラメータを動作中に適合させることができる構成が提供される。この場合、偏心体軸線とシャフト軸線との間の間隔の変化により、振動振幅の変化だけではなく、トルクが一定のとき、振動駆動装置により及ぼされる打撃力の変化ももたらされる。

本発明の好適な改良形態によれば、伝達要素が、往復式の振動運動を伝達するための連接棒として構成されている。この場合、連接棒は、線形に案内されるピストンと結合可能であり、ピストンにより、振動が複数の構成部材へ伝達可能である。

簡単な構成では、シャフトが、周面に、対向する互いに平行の２つの扁平加工部を有しており、扁平加工部により、偏心体が、半径方向に案内されている。回転方向で、扁平加工部は、偏心体の、これに対応して構成された対向面と協働して、形状結合部を形成し、これにより、トルクが確実に伝達される。

さらに好適には、調節装置が、ピストンを有する少なくとも１つの液圧シリンダを有し、その際、ピストンにより、調節力を偏心体へ伝達可能である。これにより、シャフトに対して偏心体を調節するために、たいていは既存の液圧システムが使用可能である。

この場合、好適には、液圧シリンダがシャフト内に配置されている。このシリンダは、シャフト内に案内された液圧管路に接続されているので、調節装置のコンパクトで軽量化された構成が提供される。

好適には、液圧シリンダが、パイロット制御式の逆止弁により制御されている。これにより、シリンダが、調節動作後に、高い反力が偏心体に作用するときでも位置固定したままであることが保証される。

本発明の１つの改良形態によれば、調節装置が、偏心体を固定するかつ／または戻すためのピストンを有する別のシリンダを有する。したがって、偏心体は、その位置で、２つのピストンの間に挟み込まれており、これにより、特にしっかりした固定が得られる。この場合、第２のピストンも、好適にはパイロット制御式の逆止弁によって制御される。

調節装置が開ループおよび／または閉ループ式の制御装置に接続されていると、タンピングユニットの使用性が改善される。このようにすると、タンピングユニットの振動駆動装置は、変化した条件に、動作中に自動で適合可能になる。

調節動作後にフィードバックを行うために、好適には、振動駆動装置が、シャフト軸線と偏心体軸線との間の現在の軸線間隔を検出するセンサを有する。このようにすると、所定の軸線間隔が実際においても調節されたか、または動作中に維持されているか、チェック可能である。したがって、トラブルを迅速に認識することができる。

さらに好適には、振動駆動装置が、シャフトの角度位置および／または角速度を検出するセンサを有する。これにより、常時シャフトの実際回転数を確定し、例えば振動駆動装置に好適な開始位置または終了位置を設定することができる。さらに、このようにすると、複数の振動駆動装置を同期化して運転することができる。

簡単な駆動の変形形態によれば、シャフトが、可変液圧モータに接続されている。したがって、たいていは既存の液圧系を好適に使用することの他に、シャフトの回転数を変化させることにより、振動周波数の簡単な適合が可能である。

振動駆動装置のエネルギ消費量を低減するために、好適には、シャフトがフライホイールと連結されている。振動周期の間、つまり継続的に、減速されかつ加速される質量により、エネルギが放出されるかまたは消費される。フライホイールは、エネルギ変動を補整するために、中間貯え部として用いられる。

本発明に係る、前述のタンピングユニット用いて軌道を突き固める方法では、発生させた振動運動を、スクイーズシリンダとツールアームとを介して各々のツールアームへ伝達し、その際、調節装置を用いて、偏心体をシャフトに対して半径方向に調節することにより、振動運動を変化させる。具体的には、振動振幅の適合は、動作中に行われる。

方法の好適な改良形態によれば、１回の突固め周期を、相前後して進行する複数の位相（Phase）から形成し、開ループおよび／または閉ループ式の制御装置を用いて、少なくとも１つの位相において、シャフト軸線と偏心体軸線との間で別の１つの位相とは異なる軸線間隔を調節する。突固め周期の個々の位相は、例えばタンピングユニットの降下、タンピングツールのスクイージング、タンピングユニットの持ち上げ、およびタンピングユニットの新たな位置決めにより形成される。調節性により、振動駆動装置が各々の移動にとって最適に使用される。

この場合、好適には、突固め周期の少なくとも１つの位相において、軸線間隔がゼロに等しく調節され、これにより振動は、所望の期間に関するシャフトの回転数にかかわらず停止される。これは、特に騒音を低減し、かつ振動駆動装置のエネルギ消費量を低減するために、２つの突固め動作の間にタンピングユニットを新たに位置決めする間において有意義である。

加えて、好適には、突固め周期の間、シャフトを様々な回転数で駆動する。このようにすると、振動周波数は、突固め周期の間に様々な要求に適合可能である。差込み動作の間、例えばより高い回転数が設定される。というのも、より高い振動周波数により、バラスト道床の差込み抵抗が低減されるからである。

以下、本発明を例示して添付の図面に関して説明する。

２つのタンピングアームを有するタンピングユニットを概略的に示す。 図１のタンピングユニットの振動駆動装置を概略的に示す。 振動駆動装置を概略的に示す縦断面図である。 ゼロ位置にある偏心体を概略的に示す断面図である。 最大の軸線間隔を有する偏心体を概略的に示す断面図である。 代替的な調節装置を有する形態を概略的に示す。 図２のシャフトを概略的に示す斜視図である。

図１に示すタンピングユニット１は、対向する２つのタンピングツール３またはタンピングツール群を振動させるために、調節可能な振動駆動装置２を有する。各タンピングツール３は、ツールアーム４に取り付けられている。各々のツールアーム４は、降下可能なタンピングツール支持体５に旋回可能に枢着されていて、対応付けられたスクイーズシリンダ６のピストンロッドに接続されている。タンピングツール支持体５には、振動駆動装置２も取り付けられており、振動駆動装置２に、各ツールアーム４が、対応付けられたスクイーズシリンダ６を介して接続されている。したがって、発生させた振動が、各々のスクイーズシリンダ６を介して、各々のツールアーム４と、ツールアーム４に取り付けられたタンピングツール３とへ伝達される。

図２において看取されるように、振動駆動装置は、シャフト７を有し、シャフト７は、密閉されたジョイントを有するハウジング８内に軸支されている。少なくとも１つの別の密閉されたジョイントが、伝達要素９に対して設けられており、伝達要素９に、タンピングユニット１のスクイーズシリンダ６が接続されている。ハウジング８内のシャフト７の軸支は、好適には、転がり軸受を用いて行われる。振動駆動装置２のコンポーネントは、動作中、往復式の振動運動１０をもたらす。この場合、シャフト７は、シャフト軸線１１を中心に回転し、その際、回転接続式に（rotationsschluessig）偏心体１２と結合されている。

図３〜図６は、偏心体軸線１３とシャフト軸線１１との間で、調節装置１４を用いて、軸線間隔１５を調節可能であることを示している。軸線間隔１５がゼロより大きく調節されるとき、伝達要素９により、シャフト７および偏心体１２の回転運動１６が振動運動１０へと伝達される。本形態では、伝達要素９は、線形に案内されるピストン要素１７と枢着式に結合された連接棒として構成されている。ピストン要素１７を伝達要素９と結合するために、ピン１８が設けられている。

ピストン要素１７に、振動運動１０が加えられるべき各構成部材を接続可能である。簡単な変形形態では、各々のスクイーズシリンダが、直接に適切な接続部により直接に偏心体に軸支されており、それ自体は伝達要素９として機能する。図２に示した、伝達要素９と偏心体１２との間の油潤滑式の転がり軸受１９は、図３〜図６では図面を分かりやすくするために図示されていない。

調節装置１４は、好適には液圧シリンダ２０を有しており、液圧シリンダ２０は、シャフト７内に配置されていて、ピストン２１を、シャフト７に被せ嵌められた偏心体１２の内面に押圧する。この押圧力により、偏心体１２は、シャフト７に対して調節可能である。偏心体１２をその都度の位置で固定するかまたは戻すために、調節装置１４の別の要素が、偏心体１２の、対向する内面に反力を形成する。この反力は、例えばばね、または図３に示されているように別のシリンダ２３の別のピストン２２を用いてもたらされる。

液圧式の調節装置１４に対して代替的に、図示されていない機械式の調節装置が使用可能である。この調節装置は、シャフト７に対する偏心体１２の位置を変更するために、例えばシャフト７内に案内されるスピンドルまたはクランクシャフトを有する。

図４および図５は、簡略化された描画で、調節可能な偏心体１２の２つの終端位置を示している。図４では、シャフト軸線１１と偏心体軸線１３との間の軸線間隔１５は、ゼロに等しい。シャフト７および偏心体１２の回転運動１６は、ここでは振動運動をもたらさない。したがって、偏心体位置のこの調節は、振動を停止させるのに用いられる。

図５では、シャフト軸線１１と偏心体軸線１３との間で最大の軸線間隔１５が調節されている。この場合、連接棒として構成された伝達要素９は、最大の軸線間隔１５に対応する振動振幅を有する往復式の振動運動１０を伝達する。各々のスクイーズシリンダ６、各々のツールアーム４および各々のタンピングツール３の所定の運動力学的な配置により、タンピングツール３の自由端部に所望の振動振幅が生じる。

調節装置１４の相応の制御により、軸線間隔１５に関して、ゼロと最大値との間のあらゆる値を調節可能である。トルクが一定のとき、軸線間隔１５の縮小は、振動振幅を縮小させるだけではなく、振動駆動装置２の打撃力をも増加させる。このことは、タンピングユニット１の動作に関して、必要な場合に各々の振動するタンピングツール３の作用をバラスト道床に適合させるのに有利である。

図６に示す代替的な調節装置１４では、偏心体１２は、シャフト７上に被せ嵌められているのではなく、調節装置１４を介して回転接続式にかつ半径方向調節可能にシャフト７と結合されている。例えば、液圧式の形態の場合、ピストン２１，２２の自由端部は、偏心体１２の内面に設けられた各々の長手方向溝内に挿入されており、固定手段２４を用いて長手方向で固定されている。このようにして、ピストン２１，２２は、一方では、半径方向の調節に用いられ、他方では、シャフト７と偏心体１２との間の回転接続式の結合要素として用いられる。

図２の形態に基づく、図７に示されたシャフト７は、２つの扁平加工部２５を有し、扁平加工部２５を用いて、偏心体１２は、半径方向に案内されている。これらの扁平加工部２５の領域において、シャフト７内に、２つの液圧シリンダ２０，２３が、調節装置１４の要素として配置されている。ピストン２１，２２は、組み込まれた状態で、偏心体１２の内面を押圧し、これにより、偏心体１２は、シャフト軸線１１に対して半径方向に移動される。その際、偏心体１２の内面は、シャフト７の扁平加工部２５に沿って摺動する。

シャフト７内に配置された液圧管路を介して、各シリンダ２０，２３は、各々のパイロット制御式の逆止弁２６に接続されている。好適には、逆止弁２６は、同様にシャフト７内に配置されており、これにより、パイロット制御式の逆止弁２６とシリンダ２０，２３との間の極めて短い接続管路が確保される。これにより、調節装置１４の迅速な応答が実現される。さらに、圧縮し得る液量が最小限に減じられているので、使用される作動液の圧縮性を無視することができる。パイロット制御式の逆止弁２６を用いて制御される２つのシリンダ２０，２３を使用することで、シャフト７に対する偏心体１２の調節された位置に偏心体１２が確実に固定される。

調節装置１４の供給管路および制御管路は、例えばシャフト７の端面２７において外方へ導かれている。液圧系に対する回転するこの管路の接続は、既知のロータリジョイントを用いて行われる。

本発明に係る方法により、振動運動１０は、突固め周期の個々の位相に適合可能である。突固めサイクルの開始時点で、まずタンピングツール支持体５が降下される。この位相の間、タンピングツール３は、軌道のバラスト道床内へ差し込まれる。その際、タンピングツール３は、６０Ｈｚまでの振動周波数で振動し、振動駆動装置２において、シャフト軸線１１と偏心体軸線１３との間で最大の軸線間隔１５が調節されている。したがって、各々のタンピングツール３の自由端部に、可及的最大の振動周波数が生じる。

次の位相で、マクラギの下でバラストの締固めが行われる。各スクイーズシリンダ６が対応付けられたツールアーム４にトルクを及ぼすことにより、軌道方向で対向するタンピングツール３は、スクイーズ運動時に相互に近付く。その際、スクイーズ運動を、引き続き振動駆動装置２を用いて発生させた振動運動１０に重畳する。シャフト７の回転数の適合により、この位相で、振動周波数が３５Ｈｚへ調節される。

シャフト７がすでに最大トルクで駆動されると、この位相において、必要な場合、シャフト軸線１１と偏心体軸線１３との間の軸線間隔１５のわずかな縮小により、タンピングツール３の打撃力を高めることができる。そのような構成手段は、場合によっては強く固まったバラスト道床の場合に有意義である。この場合、軸線間隔１５は、単に、発生した、振動振幅の縮小が無視できる状態に維持されるまで低減される。

振幅運動期間中、スクイーズシリンダ６、ツールアーム４およびタンピングツール３の、振動状態にある質量は、まず一方向に加減速され、続いて逆方向に加減速される。したがって、この振動運動により、継続的に運動エネルギが受け渡される。この変動するエネルギの大部分は、連続的に、振幅運動状態にあるシャフト７および偏心体１２の回転質量に一時的に貯えられる。

好適には、シャフト７は、さらにフライホイールと連結されており、これにより、回転している質量の角速度は、回転駆動装置に依存せずに、振幅運動期にわたって一定に維持される。したがって、本発明に係る振動駆動装置２のエネルギ消費量は、例えば液圧シリンダを用いて振動を発生させる線形の振動駆動装置のエネルギ消費量よりも極めて小さい。

締固め動作が終了すると、タンピングツール３が、タンピングツール支持体５の上昇によりバラスト道床から直ちに引き出される。その際、スクイーズシリンダ６の戻しも行われる。突固め周期のこの位相において、シャフト軸線１１と偏心体軸線１３との間の軸線間隔１５がゼロに等しく調節されることにより、振動が、タンピングツール３の再度の突き入れまで停止される。

具体的には、振動振幅がゼロになるまで縮小され、その際、この縮小動作中、振動周波数は一定に維持される。本発明に係る偏心体の調節がないと、振動を停止させるためにシャフト７を減速しなければならない。この場合、振動駆動装置２は、強制的に低い周波数領域で作動することになる。タンピングユニット１を含むタンピング機械の構成部材または軌道区分の要素は、たいてい低い固有周波数を有するので、所望されない共鳴が生じてしまう。さらに、回転している質量の周期的な減速および加速が、振動駆動装置２のエネルギ消費量を大幅に高めてしまう。

突固め周期の個々の位相において行われる偏心体位置の変化を自動で実行するために、調節装置１４は、開ループおよび／または閉ループ式の制御装置を用いて制御される。実時間で周波数や振幅などの振動パラメータを検出して、閉ループおよび開ループ式の制御装置へ通知するために、タンピングユニット１に種々のセンサが取り付けられてよい。特に、シャフト軸線１１と偏心体軸線１３との間の現在の軸線間隔１５を検出するためのセンサが設けられていてよい。これにより、軸線間隔１５の特に精確な調節が実現可能である。

シャフト７は、タンピング機械に存在する液圧系を使用する液圧モータを用いて駆動される。これにより、十分に高いトルクが存在し、回転数は、無段階に調節可能である。

Claims (15)

1. 軌道を突き固めるタンピングユニット（１）であって、
   振動駆動装置（２）により振動させることが可能である、バラスト道床内へ差込み可能なタンピングツール（３）を備え、
   前記振動駆動装置（２）は、ハウジング（８）を有し、該ハウジング（８）内で、シャフト（７）が、偏心体（１２）とともに、シャフト軸線（１１）を中心に回転可能に配置されており、前記偏心体（１２）上に、振動運動（１０）を伝達する伝達要素（９）が支承されている、タンピングユニット（１）において、
   前記偏心体（１２）は、回転接続式にかつ半径方向に移動可能に前記シャフト（７）と結合されており、前記シャフト（７）に対する前記偏心体（１２）の位置が調節装置（１４）により半径方向で調節可能であることを特徴とする、タンピングユニット（１）。
2. 前記伝達要素（９）は、往復式の振動運動（１０）を伝達する連接棒として構成されている、請求項１記載のタンピングユニット（１）。
3. 前記シャフト（７）は、周面に、対向する相互に平行の２つの扁平加工部（２５）を有し、該扁平加工部（２５）により、前記偏心体（１２）は、半径方向に案内されていることを特徴とする、請求項１または２記載のタンピングユニット（１）。
4. 前記調節装置（１４）は、ピストン（２１）を有する少なくとも１つの液圧シリンダ（２０）を有し、前記ピストン（２１）により、前記偏心体（１２）に調節力を及ぼすことが可能であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のタンピングユニット（１）。
5. 前記液圧シリンダ（２０）は、前記シャフト（７）内に配置されていることを特徴とする、請求項４記載のタンピングユニット（１）。
6. 前記液圧シリンダ（２０）は、パイロット制御式の逆止弁（２６）により制御されていることを特徴とする、請求項４または５記載のタンピングユニット（１）。
7. 前記調節装置（１４）は、前記偏心体（１２）を固定するかつ／または戻すためのピストン（２２）を有する別のシリンダ（２３）を有することを特徴とする、請求項４から６までのいずれか１項記載のタンピングユニット（１）。
8. 前記調節装置（１４）は、開ループおよび／または閉ループ式の制御装置に接続されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のタンピングユニット（１）。
9. 前記振動駆動装置（２）は、前記シャフト軸線（１１）と偏心体軸線（１３）との間の現在の軸線間隔（１５）を検出するセンサを有することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のタンピングユニット（１）。
10. 前記振動駆動装置（２）は、前記シャフト（７）の角度位置および／または角速度を検出するセンサを有することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のタンピングユニット（１）。
11. 前記シャフト（７）は、可変液圧モータに接続されていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のタンピングユニット（１）。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項記載のタンピングユニット（１）を用いて軌道を突き固める方法であって、
    発生させた振動運動（１０）を、スクイーズシリンダ（６）を介してツールアーム（４）へ伝達する、方法において、
    前記調節装置（１４）を用いて、前記偏心体（１２）を、前記シャフト（７）に対して半径方向で調節することにより、前記振動運動（１０）を変化させることを特徴とする、方法。
13. １回の突固め周期を、相前後して進行する複数の位相から形成し、開ループおよび／または閉ループ式の制御装置を用いて、少なくとも１つの位相において、シャフト軸線（１１）と偏心体軸線（１３）との間で別の１つの位相とは異なる軸線間隔（１５）が調節されることを特徴とする、請求項１２記載の方法。
14. 前記突固め周期の少なくとも１つの位相において、軸線間隔（１５）をゼロに等しく調節することを特徴とする、請求項１３記載の方法。
15. １回の突固め周期の間、前記シャフト（７）を様々な回転数で駆動することを特徴とする、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。

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