JP7206278B2 - 軌道構築機械の突固めユニットを操作する方法ならびに道床締固め用の突固め装置および軌道構築機械 - Google Patents

Description

本発明は、軌道構築機械の突固めユニットを操作する方法、さらに道床締固め用の突固め装置ならびに軌道構築機械に関する。

背景技術
レールを通行する軌道構築機械が、道床の保守に用いられる。このような軌道構築機械は、道床締固め用に、変位可能な突固めユニットを備えた突固め装置を有している。突固めユニットは運転中繰り返し、突固めユニットが道床との係合外にある戻し位置と、突固めユニットが道床に係合している係合位置との間で移動する。この場合、突固めユニットには高い静的な荷重と動的な荷重とが作用する。突固めユニットの、高い荷重が加わる部分の機能性を維持するために、時間とコストがかかる管理保守作業が定期的に実施される。

発明の概要
本発明の根底を成す課題は、突固めユニットの性能および経済性を向上させる、軌道構築機械の突固めユニットを操作する方法を提供することにある。

この課題は、請求項１記載の特徴を有する方法によって解決される。本発明により、突固めユニットと道床との間で、特に突固めユニットの変位方向に沿って作用するバラスト力が、突固めユニットに対する主な荷重であり、この荷重は、駆動力および加速度に基づき正確に求めることができることが判った。バラスト力を求めて評価することにより、突固めユニットを効率的かつ経済的に操作することができる。例えば、大きな荷重が加わる部分を特定し、荷重に適するように設計すると共に保守することができる。道床の処理は、さらに処理速度とエネルギ消費量との間の高い比率を保証しかつ摩耗に関して重要なバラスト力を考慮して行うこともでき、これにより、想定される、保守作業による停止時間が減少する。つまり、バラスト力を求めて評価することにより、軌道構築機械の性能および経済性を向上させることができる。

突固めユニットの、道床に対する変位は、少なくとも、特にもっぱら、鉛直方向に行われる。突固めユニットの変位は、好適には戻し位置と係合位置との間で行われる。戻し位置では、突固めユニットは持ち上げられており、道床との係合外にある。特に戻し位置における突固めユニットは、鉛直方向において完全に軌道まくらぎおよび／または軌道の上側に位置決めされるように配置されていてよい。好適には、突固めユニットは、少なくとも２つ、特に少なくとも４つの突固めピッケルを有している。係合位置では、突固めユニット、特に少なくとも２つの突固めピッケルは、道床中に進入している。戻し位置と係合位置との間に配置された送り位置において、突固めユニットは道床に接触する。道床締固めは、送り位置から係合位置まで変位する間に行うことができる。

バラスト力を求めるために、突固めユニットに作用する、変位に必要とされる駆動力が求められる。駆動力とは、突固めユニットを戻し位置と係合位置との間で、特に鉛直方向に変位させるために必要とされる力を意味する。駆動力は、例えば力センサによって検出することができる。駆動力は、突固めユニットおよび／またはユニットキャリアおよび／または突固めユニットとユニットキャリアとの間に作用する駆動装置において検出することができる。

突固めユニットに作用する加速度を求めるために、加速度センサを使用することができる。加速度は、突固めユニットおよび／または駆動装置において検出することができる。

バラスト力は、駆動力と加速度とに基づき求められる。バラスト力とは、道床と突固めユニット、特に少なくとも２つの突固めピッケルとの間に作用し、戻し位置と係合位置との間の変位に沿って、特に鉛直方向に向けられた力を意味する。突固めユニットの駆動力と加速度の両方を考慮することにより、厳しい使用条件にもかかわらず、バラスト力を確実かつ正確に求めることができる。

請求項２記載の方法は、軌道構築機械の性能および経済性の向上を保証する。特に鉛直方向における突固めユニットの位置を、特に確実かつ頑丈に検出することができる。突固めユニットの変位には位置センサを使用することができ、これにより、追加的なセンサの組込みが省かれる。つまり、加速度の検出は特に経済的である。位置は、駆動装置において検出することができる。位置は、突固めユニットをユニットキャリアに対して支承している軸受装置においても検出することができる。位置は、位置センサ、特にポテンショメータまたはホールセンサまたはワイヤ長さセンサの形態の距離センサまたは回転センサによって検出することができる。時間的な位置変化を検出するために、位置の時間的な推移が、評価ユニットにより時間に応じて区分されるか、または断続的な時間ステップにわたる位置変化が求められてよい。時間的な位置変化、つまり速度から、時間的な速度変化として加速度が求められる。好適には、ユニットキャリアに対する位置ひいては加速度が検出される。重力加速度を考慮して、突固めユニットの絶対加速度を求めることができる。

請求項３記載の方法は、軌道構築機械の性能および経済性の向上を保証する。質量に応じた慣性力を考慮して、バラスト力を特に正確に求めることができる。突固めユニットの質量は、軌道構築機械への組込み前にまたは軌道構築機械に取り付けられた状態で量られてよい。代替的に、突固めユニットの質量は、戻し位置において駆動力を検出することにより求められてもよい。加速されていない状態では、駆動力に基づき重力ひいては突固めユニットの質量を求めることができる。

請求項４記載の方法は、軌道構築機械の性能および経済性の向上を保証する。流体作動式の駆動装置は、運転時に頑丈であり、道床の処理に必要な出力の提供を保証する。駆動装置に作用する少なくとも１つの流体圧の検出による駆動力の算出は、特に頑丈に行うことができる。圧力調整に必要な複数の圧力センサを使用して冗長化を回避することにより、突固めユニットを特に経済的に製造することができる。駆動装置は、好適には少なくとも１つの液圧シリンダおよび／または少なくとも１つの空圧シリンダを有している。各シリンダ内を通るピストンは、ピストンロッドに結合されており、ピストンロッドに面したピストン環状面と、ピストン環状面とは反対の側のピストン面とを有している。好適には、ピストン面に作用するピストン圧および／またはピストン環状面に作用するピストン環状圧を検出することにより、流体圧の検出が行われる。

請求項５記載の方法は、軌道構築機械の性能および経済性の向上を保証する。軌道構築機械の運転時に、突固めユニット、特に少なくとも２つの突固めピッケルは、駆動装置および軸受装置に、機械的に大きな荷重を加える。突固めユニットに対する主な荷重はバラスト力である。バラスト力に基づく荷重を評価することにより、軌道構築機械を頑丈に設計し、効率的かつ経済的に運転することができる。

請求項６記載の方法は、軌道構築機械の性能および経済性の向上を保証する。突固めユニットが戻し位置と係合位置との間で変位する際に、突固めユニットに作用するバラスト力は大幅に変化する。バラスト力の時間的な推移に基づき荷重を求めることにより、バラスト力の変化を考慮することができる。好適には、突固めユニットに対する荷重を、少なくとも１回の突固めサイクルにわたって求める。１回の突固めサイクルには、戻し位置から係合位置への突固めユニットの変位および係合位置から戻し位置に戻る突固めユニットの変位が含まれる。突固めユニットに対する荷重は、突固めユニットの運転時間全体にわたって求められてもよい。好適には、突固めユニット、特に少なくとも２つの突固めピッケルに対する荷重が、少なくとも１回の突固めサイクルの継続時間にわたり、特に複数回の突固めサイクルにわたり、特に運転時間全体にわたり、求められる。静的な荷重の他に、バラスト力の時間的な推移も、突固めユニットに対する動的な荷重の推量を保証する。動的な荷重が判ると、保守サイクルを最適化すると共に、保守にかかる手間を減らすことができる。

請求項７記載の方法は、軌道構築機械の性能および経済性の向上を保証する。処理しようとする道床に応じて、異なる各突固めサイクル中および各突固めサイクル間のバラスト力は変化する。突固めユニットに対する荷重に関しては、バラスト力振幅、すなわち変化するバラスト力の振幅が重要であるということが判った。バラスト力振幅を求めるためには、第１の測定点と第２の測定点との間でのバラスト力の時間的な推移が検出されてよく、この場合、第１の測定点および第２の測定点におけるバラスト力は同じ大きさであり、このバラスト力に初めて再到達することにより、第２の測定点が求められている。バラスト力振幅は、第１の測定点と第２の測定点との間の、最大バラスト力値と最小バラスト力値との間の差として求められる。

請求項８記載の方法は、軌道構築機械の性能および経済性の向上を保証する。合成負荷を求めるために、バラスト力振幅の累積頻度を求める。好適には、生じるバラスト力振幅の帯域幅を、まず複数のバラスト力振幅区分に分ける。合成負荷を求めることには、各バラスト力振幅区分に属す、発生するバラスト力振幅の頻度が含まれていてよい。つまり、突固めユニットに作用する、変化する荷重の大きさおよび頻度は、合成負荷に基づき解明される。よって、合成負荷は、突固めユニットに作用する動的な荷重の評価に、特に適している。

請求項９記載の方法は、軌道構築機械の性能および経済性の向上を保証する。道床中に少なくとも２つの突固めピッケルが進入すると、突固めユニットと道床との間でバラスト仕事量が伝達される。バラスト仕事量は、突固めユニットに対する荷重に関連している。バラスト仕事量を用いて、突固めユニットに対する荷重を特に効率的に求めることができる。バラスト仕事量を求めるために、所定の時間ステップの後に、バラスト力と位置とがそれぞれ求められてよい。次いで、この時間ステップにわたる位置変化に、バラスト力、特にこの時間ステップにわたる平均的なバラスト力を乗じることができる。代替的に、バラスト力が位置にわたって積分されてもよい。

請求項１０記載の方法は、軌道構築機械の性能および経済性の向上を保証する。摩耗状態を求めるために、突固めユニットに作用する荷重と、最大許容荷重とを比較することができる。摩耗状態に基づき、故障が生じる前、特に突固めユニットの個々の構成部材が故障する前に、突固めユニットがあとどの位の期間運転可能なのかという診断を下すことができる。摩耗状態に基づき、保守作業、特に突固めユニットの交換の必要性を推量することもできる。摩耗状態が判ると、軌道構築機械、特に突固めユニットを、実際の耐用年数が尽きた状態でより長く運転することができ、これにより停止時間が減少すると共に、保守費用も低下する。

請求項１１記載の方法は、軌道構築機械の性能および経済性の向上を保証する。荷重に基づき突固めユニットを制御するための少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することで、突固めユニットに対する荷重に影響を及ぼすことが保証される。プロセスパラメータとして例えば、少なくとも１つの突固めピッケルに伝達される振動成分および／または変位成分の周波数および／または振幅、戻し位置と係合位置との間での突固めユニットの作動速度、突固めユニットの加速度および駆動装置に作用する流体圧が考慮される。これにより有利には、少なくとも１つのプロセスパラメータが、処理されるべき道床および各道床の状態に基づき生じる荷重に応じて調整可能であるということが達成される。つまり、道床に応じて、突固めユニットに作用する荷重を考慮しつつ、エネルギ消費量および処理速度を最適化することができる。

請求項１２記載の方法は、軌道構築機械の性能および経済性の向上を保証する。荷重の閾値を超過した場合には少なくとも１つのプロセスパラメータを変更することにより、突固めユニットの過剰負荷と、極度に低い道床処理速度の両方に抗して制御することができる。好適には、上側の閾値を超過した場合には少なくとも１つのプロセスパラメータを減少させ、突固めユニットに対する荷重を低下させる。下側の閾値を下回った場合には少なくとも１つのプロセスパラメータを変更して、荷重を増大させることができる。有利には、上側の閾値と下側の閾値との間の差に基づき、少なくとも１つのプロセスパラメータが絶えず変化されることはなくなる。

請求項１３記載の方法は、軌道構築機械の性能および経済性の向上を保証する。荷重の限界値を超過しないように少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することにより、突固めユニット、特に少なくとも２つの突固めピッケルの故障を確実に防ぐことができる。荷重の限界値は、突固めユニット、特に突固めユニットの個々の構成部材の、特に実験により求められる静的な強度値および／または動的な強度値であってよい。少なくとも１つのプロセスパラメータは、荷重に基づき連続的に変更可能であるか、または変更は断続的なステップで行われてよい。例えば、少なくとも２つの突固めピッケルの振動周波数を、３０Ｈｚ～５０Ｈｚの間で連続的に変更することができる。代替的に、振動周波数は、第１モードでは３５Ｈｚであり、第２モードでは４５Ｈｚである。突固めユニットは、第１モードおよび第２モードで操作することができ、この場合は荷重に基づき、第１モードと第２モードとの間で切替えられてよい。突固めユニットは、３つ以上の操作モードで操作可能であってもよい。各操作モードは、他の操作モードと少なくとも１つのプロセスパラメータにおいて異なっている。

バラスト力および／または荷重に基づき、異なる形式の突固めユニットを互いに比較し、評価することができる。バラスト力および／または荷重は、突固めユニット、特に運動機構および／または軸受および／または使用される材料および／または構造的な構成の最適化にも使用することができる。

本発明の根底を成す課題はさらに、性能および経済性が向上した、道床締固め用の突固め装置を提供することにある。

この課題は、請求項１４記載の特徴を有する突固め装置によって解決される。本発明による突固め装置の利点は、本発明による方法の利点に一致する。突固め装置は、特に請求項１から１３までの少なくとも１項記載の特徴によって改良することができる。好適には、突固めユニットは、ユニットキャリアに、鉛直方向に移動可能に支持されている。駆動装置は、液圧シリンダを有していてよい。道床に係合するために、突固めユニットは、好適には少なくとも２つ、特に少なくとも４つの突固めピッケルを有している。駆動力センサ系は、少なくとも１つの圧力センサおよび／または少なくとも１つの力センサを有していてよい。加速度センサ系は、少なくとも１つの速度センサおよび／または少なくとも１つの位置センサおよび／または少なくとも１つの加速度センサを有していてよい。位置センサは、非接触式センサとして形成されていてよい。位置センサは、突固めユニットとユニットキャリアとの間で、特に駆動装置に配置されていてよい。好適には、少なくとも１つの位置センサは、ポテンショメータおよび／またはホールセンサおよび／またはワイヤ長さセンサとして形成されている。

本発明の根底を成す課題はさらに、性能および経済性が向上した、突固め装置を備えた軌道構築機械を提供することにある。

この課題は、請求項１５記載の特徴を有する軌道構築機械によって解決される。本発明による軌道構築機械の利点は、本発明による突固め装置の利点と一致する。軌道構築機械は、特に請求項１から１４までの少なくとも１項記載の特徴によって改良することができる。

本発明の別の特徴、利点および詳細は、以下の実施例の説明から明らかである。

道床締固め用の突固め装置を備えた、レールを通行する軌道構築機械の概略図である。 図１に示した突固め装置の概略的な正面図であって、突固め装置は、４つの突固めピッケルを備えた突固めユニットを有しており、突固めピッケルは道床に係合している。 図１に示した突固め装置の概略的な側面図であって、突固めユニットに、駆動力、慣性力およびバラスト力が作用している。 １回の突固めサイクルの時間にわたる、駆動力、慣性力およびバラスト力の推移を示す図である。 ６回の突固めサイクルの時間にわたる、バラスト力の推移を示す図である。 所定の荷重繰返し回数にわたり検出された、バラスト力の荷重振幅の推移を示す図である。 時間にわたる、突固めユニットの位置、バラスト力およびバラスト作業の推移を示す図である。

軌道構築機械１は、機械フレーム２と、機械フレーム２に支承された少なくとも２つの車軸３と、機械駆動装置４と、道床締固め用の突固め装置５とを有している。車軸３は、水平なｘ方向に沿って相互間隔をあけて軌道構築機械１に配置されている。ｘ方向は、鉛直なｚ方向および水平なｙ方向と共に、機械固定座標系を形成している。車軸３には、レールを通行可能な車輪６が回転可能に支承されている。機械駆動装置４は、車軸３のうちの少なくとも１つの車輪６を回転駆動するように形成されている。

突固め装置５は、ユニットキャリア７と、ユニットキャリア７に対してｚ方向に支持された突固めユニット８とを有している。突固めユニット８は、４つの突固めピッケル８ａと、１つの締固め駆動装置８ｂとを有している。突固めピッケル８ａは、それぞれ突固めピッケルキャリア８ｃに取り付けられており、突固めピッケルキャリア８ｃを介してキャリア軸線８ｄを中心として回動可能に支承されている。締固め駆動装置８ｂにより、突固めピッケルキャリア８ｃを、各キャリア軸線８ｄを中心として回動駆動可能である。

突固め装置５は、ユニットキャリア７を介して機械フレーム２に取り付けられている。突固めユニット８は、ユニットキャリア７に対して変位可能である。このために、ユニットキャリア７と突固めユニット８との間には、リニア軸受１０が形成されている。リニア軸受１０は、ユニットキャリア７に取り付けられた軸受レール１１と、突固めユニット８に結合された軸受スリーブ１２とを有している。

突固め装置はさらに、駆動装置９を有している。駆動装置９は、液圧シリンダ１３を有している。液圧シリンダ１３は、ユニットキャリア７と突固めユニット８との間で作用する。液圧シリンダ１３内には、ピストンロッド１５が取り付けられた液圧ピストン１４が直線移動可能に支持されている。液圧ピストン１４は、ピストンロッド１５に面した側のピストン環状面積Ａ_ＫＲならびにピストンロッド１５とは反対の側のピストン面積Ａ_Ｋを有している。この場合、液圧シリンダ１３内の液圧液のピストン圧ｐ_Ｋが、ピストン面積Ａ_Ｋに作用する。ピストン環状面積Ａ_ＫＲには、液圧液のピストン環状圧ｐ_ＫＲが作用する。ピストン面積Ａ_Ｋに作用するピストン圧ｐ_Ｋと、ピストン環状面積Ａ_ＫＲに作用するピストン環状圧ｐ_ＫＲとから、全体としてピストンロッド１５を介して突固めユニット８に伝達される駆動力Ｆ_Ａが生じる。

突固め装置１は、駆動力Ｆ_Ａに対応する第１の測定値ｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ，Ｆ_Ａを検出するための駆動力センサ系を有している。駆動力センサ系には、ピストン圧ｐ_Ｋを検出するピストン圧センサ１６と、ピストン環状圧ｐ_ＫＲを検出するピストン環状圧センサ１７とが含まれる。ピストン面積Ａ_Ｋに作用するピストン圧ｐ_Ｋと、ピストン環状面積Ａ_ＫＲに作用するピストン環状圧ｐ_ＫＲとから、全体としてピストンロッド１５を介して突固めユニット８に作用する駆動力Ｆ_Ａを推量することができる。駆動力Ｆ_Ａは、次式のように算出される。
Ｆ_Ａ＝ｐ_ＫＲ・Ａ_ＫＲ－ｐ_Ｋ・Ａ_Ｋ （１）

突固め装置１は、突固めユニット８の加速度ａ_ｚに対応する第２の測定値、すなわち位置ｚおよび／または速度ｖ_ｚを検出するための加速度センサ系を有している。加速度センサ系は、距離センサ１８の形態で形成されている。距離センサ１８は、ユニットキャリア７と突固めユニット８とに取り付けられている。距離センサ１８は、ユニットキャリア７に対するｚ方向の突固めユニット８の位置ｚおよび速度ｖ_ｚを検出するように形成されている。

突固めユニット８に作用するバラスト力Ｆ_Ｓを求めるために、突固め装置５は、評価ユニット１９を有している。評価ユニット１９は、ピストン圧センサ１６、ピストン環状圧センサ１７ならびに距離センサ１８と信号接続されている。さらに、評価ユニット１９は、圧力調整器２０と信号接続されている。圧力調整器２０は、ピストン圧ｐ_Ｋおよびピストン環状圧ｐ_ＫＲをそれぞれの目標値に調整するように形成されている。ピストン圧ｐ_Ｋおよびピストン環状圧ｐ_ＫＲの各目標値は、評価ユニット１９により設定可能である。

次に、軌道構築機械１の操作および突固めユニット８の操作を説明する。

道床２１を構築しかつ／または保守するために、軌道構築機械１は機械駆動装置４により、軌道２２上をｘ方向に沿って走行する。この場合、突固め装置５の中心軸線２３は、道床２１上に配置されて軌道２２を支持している軌道まくらぎ２４の中央上部に位置決めされる。

道床締固めの手順を開始するために、突固めユニット８は戻し位置２５に位置する。軸受スリーブ１２は、リニア軸受１０の上端部に位置しており、ピストンロッド１５は液圧ピストン１４内に十分に進入している。突固めユニット８に取り付けられた突固めピッケル８ａは、道床２１との係合外にある。ピストン面積Ａ_Ｋにはピストン圧ｐ_Ｋが加えられ、ピストン環状面積Ａ_ＫＲにはピストン環状圧ｐ_ＫＲが加えられている。評価ユニット１９により、液圧ピストン１４から突固めユニット８に作用する駆動力Ｆ_Ａが求められる。このために、ピストン圧ｐ_Ｋにピストン面積Ａ_Ｋが乗じられ、ピストン環状圧ｐ_ＫＲにピストン環状面積Ａ_ＫＲが乗じられる。よって、駆動力Ｆ_Ａは、
Ｆ_Ａ＝ｐ_ＫＲ・Ａ_ＫＲ－ｐ_Ｋ・Ａ_Ｋ （２）
となる。

戻し位置２５では、突固めユニット８はユニットキャリア７に対して休止しており、突固めユニット８には重力加速度ｇだけが作用するに過ぎない。ユニットキャリア７に対する突固めユニット８の加速度ａ_ｚはａ_ｚ＝０であり、バラスト力Ｆ_ＳはＦ_Ｓ＝０である。突固めユニット８におけるｚ方向に沿った力の均衡は、
ΣＦ_ｚ＝Ｆ_Ａ＋Ｆ_Ｔ＋Ｆ_Ｓ＝Ｆ_Ａ－ｍ＊（ａ_ｚ＋ｇ）＋Ｆ_Ｓ＝０ （３）
となる。

突固め装置５の動作を記録する前に、戻し位置２５で評価ユニット１９により、突固めユニットの質量ｍが求められる。戻し位置２５における主な周辺条件を考慮すると、質量ｍは、
ｍ＝Ｆ_Ａ／ｇ （４）
となる。

突固めユニット８の質量ｍは、評価ユニット１９のメモリ素子に記憶される。

道床２１の締固めは、複数回の個別の突固めサイクルに分けられている。突固めユニット８は、突固めサイクル中にｚ方向に沿って戻し位置２５から送り位置２６に変位し、さらに係合位置２７に変位する。送り位置２６で突固めピッケル８ａは、道床２１に接触するが、道床２１中に進入してはいない。突固めピッケル８ａは、係合位置２７で道床２１中に進入する。突固めユニット８が係合位置２７から送り位置２６を経て戻し位置２５に再び戻されると、突固めサイクルは終了する。評価ユニット１９により、慣性力Ｆ_Ｔと駆動力Ｆ_Ａとから、バラスト力Ｆ_Ｓが求められる。慣性力Ｆ_Ｔを求めるためには、まずｚ方向におけるユニットキャリア７に対する突固めユニット８の速度ｖ_ｚが、時間ｔにわたる位置ｚの変化量として求められる。加速度ａ_ｚもやはり、時間ｔにわたる速度ｖ_ｚの変化量として求められる。よって、加速度ａ_ｚは次式のように算出される。

突固めサイクルの開始と共に、時間ｔに関連したバラスト力Ｆ_Ｓ（ｔ）の評価が開始される。バラスト力Ｆ_Ｓ（ｔ）は、駆動力Ｆ_Ａ（ｔ）および加速度ａ_ｚ（ｔ）ならびにわかっている質量ｍおよび重力加速度ｇに基づき、次式のように求められる。
Ｆ_Ｓ（ｔ）＝Ｆ_Ｔ（ｔ）－Ｆ_Ａ（ｔ）＝ｍ［ａ_ｚ（ｔ）＋ｇ］－Ｆ_Ａ（ｔ） （６）

突固めユニット８を戻し位置２５からｚ方向とは逆の送り位置２６に変位させるために、まず駆動装置９が作動する。このとき、ピストン圧ｐ_Ｋは上がり、ピストン環状圧ｐ_ＫＲは下がる。ピストンロッド１５を介して突固めユニット８に作用する駆動力Ｆ_Ａは、ｚ方向とは逆方向に上昇する。駆動力Ｆ_Ａに基づき、突固めユニット８に作用する加速度ａ_ｚが生じ、加速度ａ_ｚは、ｚ方向とは逆方向を向き、道床２１に向かう突固めユニット８の速度ｖ_ｚを上昇させる。突固めユニット８は、ｚ方向とは逆方向に変位する。駆動力Ｆ_Ａとは逆方向に、同じ大きさの慣性力Ｆ_Ｔが作用する。バラスト力Ｆ_Ｓは、突固めピッケル８ａが道床２１に接触する前はゼロである。

送り位置２６で、突固めピッケル８ａは道床２１と係合した状態になる。送り位置２６と係合位置２７との間では、４つの突固めピッケル８ａを介して追加的に、部分的なバラスト力Ｆ_Ｓ１，Ｆ_Ｓ２，Ｆ_Ｓ３およびＦ_Ｓ４がｚ方向で突固めユニット８に作用する。部分的なバラスト力Ｆ_Ｓ１，Ｆ_Ｓ２，Ｆ_Ｓ３およびＦ_Ｓ４が加算されてバラスト力Ｆ_Ｓになる。送り位置と係合位置２７との間での変位を経て、バラスト力Ｆ_Ｓはゼロではなくなる。

駆動力Ｆ_Ａ、慣性力Ｆ_Ｔおよびバラスト力Ｆ_Ｓの推移が、図４に１回の突固めサイクルの継続時間ｔにわたって詳細に示されている。戻し位置２５と係合位置２７との間での突固めユニット８の変位は、送り段階２８において行われる。送り段階２８に対して時間間隔をあけて、戻し段階２９が続いている。

戻し段階２９では、突固めユニット８が係合位置２７から送り位置２６を経て戻し位置２５に戻るように変位する。このために、駆動装置９が、ピストン圧ｐ_Ｋが下がりかつピストン環状圧ｐ_ＫＲが上がるように、作動される。これにより、液圧シリンダ１３が、ｚ方向に向いた駆動力Ｆ_Ａを生じさせる。突固めユニット８は、駆動力Ｆ_Ａに基づきｚ方向に加速される。加速度ａ_ｚはｚ方向を向いており、結果としてｚ方向に増大する速度ｖ_ｚと、ｚ方向での突固めユニット８の変位とが生じることになる。係合位置２７と送り位置２６との間で、突固めユニット８にはバラスト力Ｆ_Ｓが作用する。送り位置２６と戻し位置２５との間では、駆動力Ｆ_Ａならびに逆方向を向いた同じ大きさの慣性力Ｆ_Ｔだけが突固めユニット８に作用するに過ぎず、このとき、バラスト力Ｆ_Ｓはゼロである。

突固めサイクル中、突固めピッケル８ａは、締固め駆動装置８ｂが作動することにより、振動する。このために、締固め駆動装置８ｂは、実質的に水平方向に突固めピッケルキャリア８ｃを駆動し、これにより突固めピッケルキャリア８ｃと、突固めピッケルキャリア８ｃに取り付けられた突固めピッケル８ａとを、各キャリア軸線８ｄを中心として回動させる。各キャリア軸線８ｄを中心とした突固めピッケル８ａの運動には、実質的に２つの運動成分が含まれている。振動成分が、各キャリア軸線８ｄを中心とした突固めピッケル８ａの極小さな回動振幅を生じさせ、このときの振動周波数ｆ_ｓは３５Ｈｚ～４５Ｈｚである。振動成分は、突固めサイクル全体にわたり突固めピッケル８ａに作用する。振動成分に対して追加的に、変位成分が突固めピッケル８ａに加えられる。変位成分は、振動成分よりも大きな回動振幅と、約０．５Ｈｚの変位周波数とを有している。この場合、突固めピッケル８ａは係合位置２７で各キャリア軸線８ｄを中心として回動され、これにより、ｘ方向に相互間隔をあけて配置された突固めピッケル８ａは、互いに接近することになる。戻り位置２５では、変位成分は、突固めピッケル８ａが再び互いに離れるように方向付けられている。変位段階３０に従って、突固めピッケル８ａに変位成分が加えられる。突固めピッケル８ａに加えられる振動成分と変位成分との重畳に基づき、道床２１の締固めが行われる。

突固めユニット８が再び戻し位置２５に位置すると直ちに、突固めサイクルが終了する。道床２１を引き続き締め固めるためには、中心軸線２３がｘ方向において次の軌道まくらぎ２４の中央上部に配置されるまで、軌道構築機械１がｘ方向に移動し、この軌道まくらぎ２４において突固めサイクルが繰り返される。時間ｔにわたるバラスト力Ｆ_Ｓの推移が、６回の連続した突固めサイクルについて図５に示されている。

評価ユニット１９により、突固め装置５に加えられる荷重が、バラスト力Ｆ_Ｓの時間的な推移に基づき求められる。荷重は、バラスト力Ｆ_Ｓのバラスト力振幅Ｓ_Ｆｓに基づき求められる。バラスト力Ｆ_Ｓは、時間的に可変の振動負荷である。バラスト力振幅Ｓ_Ｆｓは、１回の振動における最大バラスト力Ｆ_Ｓと最小バラスト力Ｆ_Ｓとの差として求められる。バラスト力振幅Ｓ_Ｆｓに対して追加的に、各バラスト力振幅Ｓ_Ｆｓの累積頻度Ｎ_Ｆｓも求められる。荷重を求めるために、累積頻度Ｎ_Ｆｓに基づき合成負荷が求められる。

図６には、累積頻度Ｎ_Ｆｓにわたるバラスト力振幅Ｓ_Ｆｓの推移が示されている。累積頻度Ｎ_Ｆｓにわたるバラスト力振幅Ｓ_Ｆｓの推移を、バラスト力振幅Ｓ_Ｆｓの最大許容累積頻度Ｎ_Ｆｓと比較することにより、突固めユニット８の摩耗状態が求められる。摩耗状態は、突固めピッケル８ａ、駆動装置９およびリニア軸受１０等の、突固めユニット８の個々の構成部材に関しても、突固めユニット８全体に関しても、求められる。

荷重に応じて、突固めユニット８を操作するための少なくとも１つのプロセスパラメータｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ，ｆ_ｓが、評価ユニット１９により調整される。このために、評価ユニット１９は、振動周波数ｆ_ｓを制御する締固め駆動装置８ｂと、ピストン圧ｐ_Ｋおよびピストン環状圧ｐ_ＫＲを制御する圧力調整器２０とに信号接続されている。荷重の閾値ＳＷを超過すると、少なくとも１つのプロセスパラメータｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ，ｆ_ｓが変更される。このために、評価ユニット１９によりバラスト力Ｆ_Ｓが閾値ＳＷと比較され、上側の閾値ＳＷ_１を超過した場合には、少なくとも１つのプロセスパラメータｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ，ｆ_ｓが変更されてバラスト力Ｆ_Ｓを低下させ、下側の閾値ＳＷ_２を下回った場合には、少なくとも１つのプロセスパラメータｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ，ｆ_ｓが変更されてバラスト力Ｆ_Ｓを上昇させる。バラスト力Ｆ_Ｓは、振動周波数ｆ_ｓの上昇ならびにピストン圧ｐ_Ｋとピストン環状圧ｐ_ＫＲとの圧力差の減少により低下し、逆の方法では増大する。プロセスパラメータｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ，ｆ_ｓが評価ユニット１９により変更されることで、突固め装置５に対する小さな荷重と、道床２１の大きな処理速度との間での最適化が行われる。

荷重を求めるために合成負荷を求めることに対して代替的に、評価ユニット１９によりバラスト仕事量Ｗ_Ｓが求められてもよい。バラスト仕事量Ｗ_Ｓは、バラスト力Ｆ_Ｓと、突固めユニット８の位置ｚの変化とから求められる。バラスト仕事量Ｗ_Ｓは、突固めピッケル８ａを介して道床２１にもたらされる仕事量に相当する。この場合、位置ｚの変化は、断続的な時間にわたり検出される。次いで、位置ｚのこの変化にバラスト力Ｆ_Ｓが乗じられる。バラスト仕事量Ｗ_Ｓは、バラスト力Ｆ_Ｓと、位置ｚの変化との積の和として求められる。

図７には、時間ｔにわたる１回の突固めサイクルの位置ｚ、バラスト力Ｆ_Ｓおよびバラスト仕事量Ｗ_Ｓが示されている。バラスト仕事量Ｗ_Ｓは、位置ｚにわたるバラスト力Ｆ_Ｓの推移に基づく面積を意味していてもよい。評価ユニット１９により、突固めユニット８に作用するバラスト力Ｆ_Ｓを求めることで、突固めユニット８に対する荷重を推量することができる。バラスト力Ｆ_Ｓを、駆動力Ｆ_Ａおよび追加的に加速度ａ_ｚを考慮して求めることにより、バラスト力Ｆ_Ｓを求めるためにもっぱら駆動力Ｆ_Ａのみを考慮する場合に比べ、大幅に正確になる。つまり、突固めユニット８に対する荷重を確実に求めることができると共に、突固めユニット８の摩耗状態も確実に求めることができる。少なくとも１つのプロセスパラメータｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ，ｆ_ｓを荷重に応じて適合させることにより、軌道構築機械の効率的かつ経済的な運転が可能になる。この場合は特に最適化により、突固めユニット８の高い処理速度、少ないエネルギ消費量および低下された荷重が達成される。

Claims (13)

1. 軌道構築機械の突固めユニットを操作する方法であって、
   道床（２１）上に、突固めユニット（８）を備えた軌道構築機械（１）を準備するステップと、
   前記突固めユニット（８）を、前記道床（２１）に対して変位させるステップと、
   前記突固めユニット（８）に作用する、変位に必要とされる駆動力（Ｆ_Ａ）を求めるステップと、
   前記突固めユニット（８）に作用する加速度（ａ_ｚ）を求めるステップと、
   前記駆動力（Ｆ_Ａ）および前記加速度（ａ_ｚ）に基づき、前記突固めユニット（８）と前記道床（２１）との間に作用するバラスト力（Ｆ_Ｓ）を求めるステップと、
   前記バラスト力（Ｆ_Ｓ）を評価するステップと、
   を含み、
   前記突固めユニット（８）に作用する荷重が前記バラスト力（Ｆ _Ｓ ）に基づき求められるように、前記評価を行い、前記荷重に基づき、前記突固めユニット（８）の摩耗状態を求める、軌道構築機械の突固めユニットを操作する方法。
2. 前記突固めユニット（８）の位置（ｚ）の時間的な変化を検出することにより、前記加速度（ａ_ｚ）を求める、請求項１記載の方法。
3. 前記バラスト力（Ｆ_Ｓ）を求めるために、前記加速度（ａ_ｚ）に基づき前記突固めユニット（８）に作用する慣性力（Ｆ_Ｔ）を求める、請求項１または２記載の方法。
4. 前記突固めユニット（８）の変位を、流体作動式の駆動装置（９）により行い、前記駆動力（Ｆ_Ａ）を求めるために、前記駆動装置（９）に作用する少なくとも１つの流体圧（ｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ）を検出する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記バラスト力（Ｆ_Ｓ）の時間的な推移に基づき前記荷重を求める、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記バラスト力（Ｆ_Ｓ）のバラスト力振幅（Ｓ_Ｆｓ）に基づき前記荷重を求める、請求項５記載の方法。
7. 前記荷重を求めるために、前記バラスト力振幅（Ｓ_Ｆｓ）の累積頻度（Ｎ_Ｆｓ）に基づき合成負荷を求める、請求項６記載の方法。
8. 前記荷重を求めるために、前記バラスト力（Ｆ_Ｓ）と、前記突固めユニット（８）の位置(ｚ)の変化とからバラスト仕事量（Ｗ_Ｓ）を求める、請求項５から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記突固めユニット（８）を制御するための少なくとも１つのプロセスパラメータ（ｆ_ｓ，ｖ_ｚ，ａ_ｚ，ｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ）を、前記荷重に応じて調整する、請求項５から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 前記荷重の閾値を超過または下回った場合には、前記少なくとも１つのプロセスパラメータ（ｆ_ｓ，ｖ_ｚ，ａ_ｚ，ｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ）を変更する、請求項９記載の方法。
11. 前記荷重が所定の荷重限界値を超過しないように、前記少なくとも１つのプロセスパラメータ（ｆ_ｓ，ｖ_ｚ，ａ_ｚ，ｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ）を調整する、請求項９または１０記載の方法。
12. 道床締固め用の突固め装置であって、
    ユニットキャリア（７）と、
    前記ユニットキャリア（７）に支持された突固めユニット（８）と、
    駆動力（Ｆ_Ａ）を提供しかつ前記突固めユニット（８）を前記ユニットキャリア（７）に対して変位させる駆動装置（９）と、
    前記駆動力（Ｆ_Ａ）に対応する第１の測定値（ｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ，Ｆ_Ａ）を検出する駆動力センサ系と、
    前記突固めユニット（８）の加速度（ａ_ｚ）に対応する第２の測定値（ｚ，ｖ_ｚ，ａ_ｚ）を検出する加速度センサ系と、
    前記第１の測定値（ｐ_Ｋ，ｐ_ＫＲ，Ｆ_Ａ）および前記第２の測定値（ｚ，ｖ_ｚ，ａ_ｚ）に基づき前記突固めユニット（８）に作用するバラスト力（Ｆ_Ｓ）を求める評価ユニット（１９）と、
    を有し、
    前記評価ユニット（１９）は、前記突固めユニット（８）に作用する荷重が前記バラスト力（Ｆ _Ｓ ）に基づき求められるように、評価を行い、前記荷重に基づき、前記突固めユニット（８）の摩耗状態を求める、道床締固め用の突固め装置。
13. 軌道構築機械であって、
    機械フレーム（２）と、
    前記機械フレーム（２）に支承され、レールを通行可能な車輪（６）が配置された少なくとも２つの車軸（３）と、
    少なくとも１つの前記車軸（３）の前記車輪（６）を回転駆動する機械駆動装置（４）と、
    前記機械フレーム（２）に取り付けられた、請求項１２記載の少なくとも１つの突固め装置（５）と、
    を有する、軌道構築機械。

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