WO2008009314A1 - Verfahren und maschine zum stabilisieren eines gleises - Google Patents

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WO2008009314A1
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impact force
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machine
rotary shaft
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Inventor
Josef Theurer
Erwin Matzinger
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Franz Plasser Bahnbaumaschinen-Industriegesellschaft Mbh
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B27/00—Placing, renewing, working, cleaning, or taking-up the ballast, with or without concurrent work on the track; Devices therefor; Packing sleepers
    • E01B27/12—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track; Compacting track-carrying ballast
    • E01B27/20—Compacting the material of the track-carrying ballastway, e.g. by vibrating the track, by surface vibrators

Definitions

  • the invention relates to a method and a machine for stabilizing a track according to the features cited in the preamble of claims 1 and 6, respectively.
  • Such, generally also referred to as track stabilizer machine is in the article "experiences and results from the use of DyDnamischen track stabilizer" in the journal “Eisenbahntechnische Rundschau", October 1987, pages 663 - 667 described in more detail.
  • the stabilization units located between the rail drives are engaged in a form-fitting manner with the rails of the track during operation with the aid of a total of eight aggregate rollers and clamp rollers resting against the outside of the rail heads. With the machine continuously advancing, the two synchronized stabilization units move the track into horizontal, unidirectional transverse vibrations normal to the track longitudinal direction.
  • the oscillation frequency is adjustable from 0 to 45 Hz, the optimal working frequency is 30 Hz.
  • the track grid is simultaneously loaded vertically.
  • the maximum load is 360 kN. Due to the horizontal transverse vibrations with simultaneous vertical loading of the stabilization aggregates, the bed body is compressed between and underneath the sleepers. This compaction not only creates an artificially induced settlement of the track, but as an essential effect increased, flush friction between the sleepers and the high-density structure of the ballast bed and thus a maximum of the track lateral displacement resistance.
  • a hydrostatic drive acting on the imbalance masses of the stabilization units is designed to be infinitely variable.
  • the object of the present invention is now in the creation of a
  • FIGS. 2, 3 each show an enlarged, simplified cross-section through a stabilization unit.
  • FIG. 1 machine 1 for stabilizing a resting on gravel 24 track 2 has a movable rails 3 on rails 4 machine frame 5 with a drive 6 on.
  • a reference system 7 serves to control the track position.
  • two stabilization units 8 are arranged in the machine longitudinal direction hi ntrage. These are each connected by height drives 9 height adjustable with the machine frame 5. With the help of rolling on the rails 4 aggregate rollers 10 and reel pliers, each stabilization unit 8 can be positively engaged with the track 2 in engagement to put this at a certain vibration frequency in transverse vibrations.
  • the height drives 9 By the height drives 9, a static vertical load 20 is applied to the track.
  • each stabilization unit shown schematically 8 two imbalance masses 11, which by a vibratory drive 12 with a variable speed about a rotation shaft 13 with an axis 14 - to generate dynamic impact forces 15 - are rotatable.
  • Each unbalanced mass 11 is composed of a rotationally fixed manner connected to the rotary shaft 13 first mass member 16 and connected thereto and relatively movable to this second mass member 17.
  • the adjustment direction 18 is radial or normal to the axis 14.
  • a pressure medium 19 is assigned to produce an effective in the adjustment direction 18 displacement force.
  • FIGS. 2 and 3 one of the two end positions of the movable second mass part 17 is shown in FIGS. 2 and 3.
  • the apparent in Fig. 2 second mass parts 17 are automatically controlled in dependence on the rotational speed of the rotary shaft 13.
  • the second mass member 17 is displaced radially relative to the first mass member 16 due to the tensile force, wherein an effective as a pressure medium 19 coil spring 21 serves as a counter force.
  • an effective as a pressure medium 19 coil spring 21 serves as a counter force.
  • the mass parts 16, 17 rotate (180 ° out of phase) in motion, so there is at the beginning because of the low centrifugal force of the second mass part 17 only a small eccentricity and thus a reduced dynamic impact force 15 (see. Lower unbalanced mass 11 in Fig. 2).
  • With increasing speed automatically increases the eccentricity and thus the dynamic impact force 15. From a certain frequency is - with complete compression of the coil spring 21 - the full eccentricity and dynamic impact force 15 reached (see upper imbalance mass 11 in Fig. 2).
  • the second mass part 17 is displaceable relative to the first mass part 16 by a hydraulically controllable piston 22 mounted in a hydraulic cylinder 23.
  • a coil spring 21 is provided for the return of the piston 22 .
  • the displacement of the second mass member 17 may, for. B. measured via a built-in inductive distance meter and used as a controlled variable in a control loop. Control is via proportional or servo valves, but switching operation would also be possible.
  • the supply of hydraulic oil via a running in the axial direction of the rotary shaft 13 line.
  • the invention is very advantageous, for example, at different operating speeds.
  • the working speed has to be reduced to about a quarter.
  • This also increases the duration of action of the dynamic impact forces 15 on the track 2.
  • This has in practice too strong, unwanted track reduction result.
  • the inventive design can in this case - depending on the average operating speed of the machine 1 - very simply reduces the effectiveness of the stabilization aggregates 8 or adjusted by the dynamic impact force 15th is reduced accordingly at unchanged speed or vibration frequency.
  • the stabilizing effect can be easily adapted by the invention to different types of superstructures, working modes and track conditions. It eliminates the need to retrofit the stabilization units 8 by the manual conversion and installation of larger eccentric weights.
  • the desired dynamic impact force 15 can now be easily preset and set. Another possibility is to increase the stabilizing effect in the - after a ballast cleaning or after a track renewal repeatedly required - engine passages. Before the last one Stopfgang it is advantageous to drive with the maximum possible stabilizing effect to achieve the best possible compaction and great depth effect for the individual gravel layers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)

Abstract

Zum Stabilisieren eines Gleises (2) wird durch eine mit einer Drehzahl um eine Rotationswelle rotierende Unwuchtmasse eine Schwingungsfrequenz sowie eine dynamische Schlagkraft erzeugt. In Kombination mit einer statischen Auflast erfolgt eine kontrollierte Absenkung des Gleises (2) unter Verdichtung eines darunter liegenden Schotters. Die dynamische Schlagkraft (15) ist unabhängig von der Schwingungsfrequenz steuerbar. Damit ist eine optimale Anpassung an unterschiedliche Gleisabschnitte möglich.

Description

Beschreibung
[0001] VERFAHREN UND MASCHINE ZUM STABILISIEREN eines Gleises. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Maschine zum Stabilisieren eines Gleises gemäß den im Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 6 angeführten Merkmalen.
[0002] Eine derartige, allgemein auch als Gleisstabilisator bezeichnete Maschine wird in dem Artikel "Erfahrungen und Ergebnisse aus dem Einsatz des DyDnamischen Gleisstabilisators" in der Zeitschrift "Eisenbahntechnische Rundschau", Oktober 1987, Seiten 663 - 667, näher beschrieben. Die zwiDschen den Schienenfahrwerken befindlichen Stabilisationsaggregate werDden im Arbeitseinsatz mit Hilfe von insgesamt acht Aggregatrollen und an die Außenseite der Schienenköpfe anliegenden Zangenrollen formschlüssig mit den Schienen des Gleises in Eingriff gebracht. Unter kontinuierlicher Vorfahrt der Maschine versetzen die beiden synchronisierten StabilisationsagDgregate das Gleis in horizontale und normal zur GleislängsrichDtung verlaufende, gleichgerichtete Querschwingungen. Die Schwingfrequenz ist von 0 bis 45 Hz verstellbar, die optimale Arbeitsfrequenz liegt bei 30 Hz.
[0003] Über vier hydraulische Höhenantriebe, die sich gegen den MaDschinenrahmen gelenkig abstützen, wird der Gleisrost gleichzeitig vertikal belastet. Die maximale Auflast beträgt 360 kN. Durch die horizontalen Querschwingungen unter gleichzeitiger vertikaler Belastung der StabilisationsDaggregate erfolgt eine Verdichtung des Bettungskörpers zwischen und unDterhalb der Schwellen. Durch diese Verdichtung entsteht nicht nur eine künstlich herbeigeführte Setzung des Gleises, sondern als wesentlicher Effekt eine erhöhte, flächenbündige Haftreibung zwischen den Schwellen und der hochverdichteten Struktur des Schotterbettes und somit eine MaxiDmierung des Gleis-Querverschiebewiderstandes. Zur Anpassung des dynamiDschen Verdichtungseffektes an die jeweiligen Bettungsverhältnisse ist ein die Unwuchtmassen der Stabilisationsaggregate beaufschlagender hydrostatiDscher Antrieb stufenlos regelbar ausgebildet.
[0004] Durch die US Patente 4 064 807, 4 046 079, 4 046 078 und 5 617 794 sind weitere Maschinen zur Stabilisierung eines Gleises beschrieben.
[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung eines
Verfahrens bzw. einer MaDschine der eingangs beschriebenen Art, um auch bei unterschiedlichen Einsatzbedingungen eine optimale und gleichmäßige Stabilisierung zu erzielen.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der gattungsgemäßen Art durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 angeführten Merkmale gelöst.
[0007] Damit besteht die Möglichkeit, bedarfsweise, z. B. bei Brücken, Tunnels, die Schlagkraft rasch auf einen reduzierten Wert oder auch auf Null zu reduzieren und sofort nach Erreichen eines „normalen" Gleisabschnittes auf den ursprünglichen Wert anzuheben. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn während der Schlagkraftreduktion die Drehzahl der Rotationswelle für die Unwuchtmasse unverändert bleibt, da in diesem Fall eine besonders rasche Wiederherstellung der vollen Schlagkraft möglich ist.
[0008] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch mit einer Maschine der gattungsgemäßen Art durch die im Kennzeichen von Anspruch 4 angeführten Merkmale gelöst.
[0009] Durch diese Merkmalskombination ist die dynamische Schlagkraft mit einem
Minimum an konstruktivem Aufwand für eine optimale Anpassung an unterschiedliche Einsatzbedingen bzw. Gleisparameter veränderbar. Dies führt in vorteilhafter Weise auch dann zu einer gleichmäßigen Stabilisationswirkung, wenn sich z. B. in Verbindung mit einer Stopfmaschine eine unterschiedliche Arbeitsgeschwindigkeit ergibt. Ist in diesem Zusammenhang ein plötzlicher Maschinenstopp erforderlich, kann die Schlagkraft bedarfsweise rasch bis auf Null reduziert werden. Damit kann einerseits eine zu intensive Stabilisationswirkung zuverlässig vermieden und andererseits mit der Weiterfahrt sofort die volle Schlagkraft erreicht werden. Außerdem ist eine sehr einfache Anpassung der Schlagkraft an beispielsweise hinsichtlich des Schienenquerschnittes unterschiedliche Gleismassen erzielbar.
[0010] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und der Zeichnungsbeschreibung.
[0011] Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
[0012] Fig. 1 eine Seitenansicht einer Maschine zum Stabilisieren eines Gleises, Fig. 2, 3 je einen vergrößerten, vereinfacht dargestellten Querschnitt durch ein Stabilisati- onsaggregat .
[0013] Eine in Fig. 1 ersichtliche Maschine 1 zum Stabilisieren eines auf Schotter 24 ruhenden Gleises 2 weist einen durch Schienenfahrwerke 3 auf Schienen 4 verfahrbaren Maschinenrahmen 5 mit einem Fahrantrieb 6 auf. Ein Bezugssystem 7 dient zur Kontrolle der Gleislage. Zwischen den beiden endseitig positionierten Schienen- fahrwerken 3 sind zwei Stabilisationsaggregate 8 in Maschinenlängsrichtung hi ntereinander angeordnet. Diese sind jeweils durch Höhenantriebe 9 höhenverstellbar mit dem Maschinenrahmen 5 verbunden. Mit Hilfe von auf den Schienen 4 abrollbaren Aggregatrollen 10 und Rollenzangen kann jedes Stabilisationsaggregat 8 formschlüssig mit dem Gleis 2 in Eingriff gebracht werden, um dieses mit einer bestimmten Schwingungsfrequenz in Querschwingungen zu versetzen. Durch die Höhenantriebe 9 wird eine statische vertikale Auflast 20 auf das Gleis aufgebracht.
[0014] Wie in den Fig. 2 und 3 ersichtlich, weist jedes schematisch dargestellte Stabilisationsaggregat 8 zwei Unwuchtmassen 11 auf, die durch einen Vibrationsantrieb 12 mit einer variierbaren Drehzahl um eine Rotationswelle 13 mit einer Achse 14 - zur Erzeugung von dynamischen Schlagkräften 15 - drehbar sind. Jede Unwuchtmasse 11 setzt sich aus einem drehfest mit der Rotationswelle 13 verbundenen ersten Masseteil 16 und einem mit diesem verbundenen und relativ zu diesem verschiebbaren zweiten Masseteil 17 zusammen. Die Verstellrichtung 18 ist radial bzw. normal zur Achse 14. Zwischen beiden Masseteilen 16, 17 ist ein Druckmedium 19 zur Erzeugung einer in der Verstellrichtung 18 wirksamen Verschiebekraft zugeordnet. Zum besseren Verständnis ist in Fig. 2 und 3 jeweils eine der beiden Endpositionen des beweglichen zweiten Masseteiles 17 dargestellt.
[0015] Die in Fig. 2 ersichtlichen zweiten Masseteile 17 werden automatisch in Abhängigkeit von der Drehzahl der Rotationswelle 13 gesteuert. Dabei wird der zweite Masseteil 17 infolge der Riehkraft relativ zum ersten Masseteil 16 radial verschoben, wobei eine als Druckmedium 19 wirksame Schraubenfeder 21 als Gegenkraft dient. Setzen sich nun die Masseteile 16, 17 drehend (um 180° phasenverschoben) in Bewegung, so ergibt sich zu Beginn wegen der geringen Fliehkraft des zweiten Masseteiles 17 auch nur eine geringe Exzentrizität und somit eine reduzierte dynamische Schlagkraft 15 (s. untere Unwuchtmasse 11 in Fig. 2). Mit zunehmender Drehzahl erhöht sich automatisch die Exzentrizität und damit die dynamische Schlagkraft 15. Ab einer gewissen Frequenz ist - unter vollständiger Komprimierung der Schraubenfeder 21 - die volle Exzentrizität und dynamische Schlagkraft 15 erreicht (s. obere Unwuchtmasse 11 in Fig. 2).
[0016] Bei der in Fig. 3 ersichtlichen Ausführungsvariante eines Druckmediums 19 ist der zweite Masseteil 17 durch einen hydraulisch steuerbaren, in einem Hydraulikzylinder 23 gelagerten Kolben 22 relativ zum ersten Masseteil 16 verschiebbar. Für die Rückstellung des Kolbens 22 ist eine Schraubenfeder 21 vorgesehen. Der Verschiebeweg des zweiten Masseteiles 17 kann z. B. über einen eingebauten induktiven Abstandsmesser gemessen und als Regelgröße in einem Regelkreis verwendet werden. Die Ansteuerung erfolgt über Proportional- oder Servoventile, es wäre aber auch Schaltbetrieb möglich. Die Zuführung von Hydrauliköl erfolgt über eine in Achsrichtung der Rotationswelle 13 verlaufende Leitung.
[0017] Die Erfindung ist z.B. bei unterschiedlichen Arbeitsgeschwindigkeiten sehr vorteilhaft. Nähert sich die Maschine 1 einer Weiche, dann muss die Arbeitsgeschwindigkeit auf etwa ein Viertel reduziert werden. Damit erhöht sich gleichermaßen die Einwirkdauer der dynamischen Schlagkräfte 15 auf das Gleis 2. Dies hat in der Praxis eine zu starke, unerwünschte Gleisabsenkung zur Folge. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann in diesem Falle - abhängig von der mittleren Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine 1 - sehr einfach die Wirksamkeit der Stabilisations- aggregate 8 reduziert bzw. angepasst werden, indem die dynamische Schlagkraft 15 bei unveränderter Drehzahl bzw. Schwingungsfrequenz entsprechend reduziert wird.
[0018] Auch bei zyklisch bzw. nicht kontinuierlich arbeitenden Maschinen 1 sind besondere Vorteile erzielbar. Muss die Maschine 1 stehen bleiben oder plötzlich langsamer arbeiten, dann kann über die Drehzahl bei Überschreiten einer maximal eingestellten Einwirkdauer die dynamische Schlagkraft 15 zurückgenommen werden, ohne dass der Vibrationsantrieb 12 ständig ein- und ausgeschaltet werden muss. Falls die Maschine 1 stehen bleiben muss, ist es sehr vorteilhaft, wenn die Schlagkraft auf einen Wert Null reduziert wird, während die Drehzahl der Rotations welle 13 unverändert beibehalten wird. Dies ermöglicht bei Weiterfahrt der Maschine 1 ein sehr rasches Erreichen der optimalen Kombination von Schlagkraft 15 und Schwingungsfrequenz.
[0019] Mit der Möglichkeit der Schlagkraftänderung können nunmehr auch Rampen, das sind Gleisabschnitte, die zwischen nicht und voll stabilisiertem Gleisabschnitt liegen, ideal gebildet werden. Mit der bekannten Ausführung einer unveränderbaren Exzentrizität wurde der Frequenzbereich mit steigender Auflast über die Rampenlänge hochgefahren. Zwangsläufig werden dabei natürlich die Eigenfrequenzen des Gleises 2 durchfahren. Mit der neuen Ausführung hingegen kann das Stabilisationsaggregat 8 sofort auf die optimale Schwingungsfrequenz (z. B. 30 Hz, auch als Arbeitsfrequenz bezeichnet) und die gewünschte vertikale Auflast hochgefahren werden. Über eine bestimmte Gleisstrecke wird dann kontinuierlich die Exzentrizität bzw. die Schlagkraft 15 erhöht und damit eine ideale Rampe geschaffen. Bei diesen Überlegungen darf nicht vergessen werden, dass die mögliche Verdichtung des Schotterbettes (Resonanzen typisch um 20 Hz) wesentlich von der Schwingungsfrequenz abhängt (außerdem hängt die dynamische Schlagkraft 15 auch noch quadratisch von der Frequenz ab).
[0020] Es kann auch vorteilhaft sein, eine bestimmte Einwirkdauer auf das Gleis vorzugeben. Ist diese bei kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitenden Maschinen 1 erreicht, wird einfach die Exzentrizität ausgeschaltet, die Stabilisationsaggregate 8 laufen ohne dynamische Schlagkraft 15 im Leerlauf bei Arbeitsfrequenz weiter, ohne weitere Setzungen des Gleises 2 zu bewirken. Damit entfällt das unerwünschte Durchfahren des Gleises 2 in dessen Resonanzbereich.
[0021] Die Stabilisierwirkung kann durch die Erfindung einfach an verschiedene Oberbauformen, Arbeitsmoden und Streckenverhältnisse angepasst werden. Es entfällt die Notwendigkeit der Umrüstung der Stabilisationsaggregate 8 durch den manuellen Um- und Einbau von größeren Exzentergewichten. Die gewünschte dynamische Schlagkraft 15 kann nun einfach vorgegeben und eingestellt werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Erhöhung der Stabilisierwirkung bei den - nach einer Schotterreinigung oder nach einem Gleisumbau mehrfach erforderlichen - Maschinendurchfahrten. Vor dem letzten Stopfgang ist es von Vorteil, mit der maximal möglichen Stabilisierwirkung zu fahren, um eine möglichst gute Verdichtung und große Tiefenwirkung für die einzelnen Schotterlagen zu erzielen.

Claims

Ansprüche
[0001] Verfahren zum Stabilisieren eines Gleises (2), wobei durch eine mit einer
Drehzahl um eine Rotationswelle (13) rotierende Unwuchtmasse (11) eine Schwingungsfrequenz sowie eine dynamische Schlagkraft (15) erzeugt und in Kombination mit einer statischen Auflast eine kontrollierte Absenkung des Gleises (2) unter Verdichtung eines darunter liegenden Schotters () erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Schlagkraft (15) unabhängig von der Schwingungsfrequenz steuerbar ist.
[0002] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagkraft (15) von einem Maximalwert bis zu einem Wert Null veränderbar ist.
[0003] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Rotationswelle (13) unabhängig von der Schlagkraft (15) konstant gehalten wird.
[0004] Maschine (1) zum Stabilisieren eines Gleises (2), mit einem Schienenfahrwerke
(3) aufweisenden Maschinenrahmen (5) und einem höhenverstellbaren, durch Aggregatrollen (10) auf Schienen (4) abrollbaren Stabilisationsaggregat (8), das mit einer um eine Rotationswelle (13) mit einer Achse (14) drehbaren Unwuchtmasse (11) zur Erzeugung von - in einer Gleisebene sowie normal zu einer Gleislängsrichtung verlaufenden - Vibrationsschwingungen sowie mit Höhenantrieben (9) zur Erzeugung von auf das Gleis (2) wirksamen Auflasten (20) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmasse (11) aus einem drehfest mit der Rotationswelle (13) verbundenen ersten Masseteil (16) und aus einem mit diesem verbundenen und relativ zu diesem in einer radial bzw. normal zur Achse (14) verlaufenden Verstellrichtung (18) verschiebbaren zweiten Masseteil (17) zusammengesetzt ist, und dass zwischen beiden Masseteilen (16,17) ein Druckmedium (19) zur Erzeugung einer in der Verstellrichtung (18) wirksamen Verschiebekraft vorgesehen ist.
[0005] Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium
(19) als Schraubenfeder (21) ausgebildet ist, die der durch die Riehkraft bewirkten Verschiebung des zweiten Masseteiles (17) entgegenwirkt.
[0006] Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium
(19) als hydraulisch steuerbarer Kolben (22) ausgebildet ist.
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