WO2020083584A1 - Gleisbaumaschine und verfahren zum unterstopfen von schwellen eines gleises - Google Patents

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tamping
track
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tool carrier
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Thomas Philipp
Reinhard BÖCK
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Plasser & Theurer Export Von Bahnbaumaschinen Gmbh
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    • E01B27/02—Placing the ballast; Making ballastway; Redistributing ballasting material; Machines or devices therefor; Levelling means

Definitions

  • the invention relates to a track construction machine with a tamping unit for tamping sleepers of a track lying in a ballast bed, comprising a height-adjustable tool carrier mounted on an aggregate frame, on which tamping tools can be provided to one another, the tool carrier being connected to one another by means of a
  • Control device controlled height adjustment drive is coupled.
  • the invention relates to a method for operating a
  • a track construction machine equipped with a tamping unit is used to produce or stabilize a desired track position.
  • the track construction machine travels the track and lifts the track grate, which is formed from sleepers and rails, to a target level using a lifting / straightening unit.
  • the new track position is fixed by tamping the sleepers with the tamping unit.
  • tamping tools tamping picks
  • tamping picks are set in vibration, lowered into the ballast bed on both sides of a sleeper and added to each other in order to compact the ballast under the sleeper.
  • the tamping tools are then lifted out of the ballast bed and moved apart.
  • the tamping unit is positioned over the next threshold and a new tamping cycle begins.
  • EP 1 233 108 A1 describes a lifting and lowering mechanism for a tamping unit, in which a hydraulic cylinder and a lever arrangement are coupled to an assembly frame.
  • a tamping unit with several tool carriers is known from EP 0 698 687 A1 known. Each tool holder is assigned its own height adjustment drive for separate lowering and lifting.
  • AT 519 195 A1 discloses a tamping unit in which a vertical vibration is superimposed on the lowering movement of the tamping tools in order to facilitate penetration of the tamping tools into a hardened ballast bed.
  • a vertical vibration is superimposed on the lowering movement of the tamping tools in order to facilitate penetration of the tamping tools into a hardened ballast bed.
  • an additional load on the track construction machine is accepted because the vertical vibration also affects you
  • the invention is based on the object of a track construction machine
  • the invention provides that to regulate a lowering movement of the
  • Tool holder a control loop with a controller, an adjusting device for the height adjustment drive and a measuring device for detecting the lowering movement is set up. It is possible for that
  • the measuring device advantageously includes a position transmitter for detecting a height position of the tool holder.
  • a corresponding control variable of the control loop can be predefined in a simple manner and leads to stable control.
  • a position transmitter for detecting a height position of the tool holder.
  • controller is preceded by a pilot control or a pre-filter for adapting a reference variable of the control loop.
  • the pilot control or the pre-filter uses a mathematical model with setting parameters for an optimized
  • Control of the actuating device in order to follow a predetermined sequence of the lowering movement with minimized deviations.
  • Hydraulic cylinder and hydraulic valve allow optimal control of the lowering movement and the lifting movement with short
  • the hydraulic valve is advantageously designed as a pilot-controlled control valve.
  • a highly dynamic and high-precision drive of a pilot valve enables optimal control of the main stage with a sufficiently high flow capacity.
  • a servo valve or a proportional valve can be used.
  • the tamping unit is positioned over a tamping point of the track and the tool carrier via the height adjustment drive with tamping tools penetrating into the ballast bed lowered, the lowering movement being carried out with a regulated movement quantity.
  • Control difference occurring during a stuffing cycle is fed to a computing unit and that based on the control difference in the
  • Computing unit is adapted by means of an iterative learning control algorithm at least one parameter of the pre-control or the pre-filter. This automatically reacts to changes in the state of the ballast bed, minimizing the control interventions for subsequent tamping cycles.
  • a position encoder This is either arranged on the tamping unit or at another location on the track construction machine, from which contactless detection of the lowering movement is possible.
  • control loop is given a reference variable that is dependent on a lowering time.
  • a predefined sequence of a lowering movement can then generate a function over time.
  • Lowering time is specified as a reference variable.
  • a desired braking curve In a corresponding time-distance curve, a desired braking curve and the
  • a setpoint curve is generated by means of a
  • Setpoint generator specified This makes it possible to automatically specify the reference variable. For example, in the setpoint generator
  • the trained setpoint generator a feedback variable of the control loop is supplied, the predetermined lowering movement is adjusted depending on the feedback variable.
  • the feedback variable is the measured control variable and allows conclusions to be drawn about the nature of the ballast bed. For example, a highly compacted ballast bed can result in a predetermined immersion depth no longer being achieved despite the regulation.
  • the setpoint generator then gives the control loop one
  • An improved method also provides that at least one of the im
  • Control loop processed quantities is supplied to an evaluation device and that a characteristic variable for the ballast bed is derived from the at least one size by means of the evaluation device.
  • a characteristic variable for the ballast bed is derived from the at least one size by means of the evaluation device.
  • the manipulated variable, the feedback variable or the control difference allow
  • Fig. 6 control loop with adjustable pre-filter or adjustable
  • Fig. 7 control loop with setpoint generator for generating a modified
  • the tamping unit 1 shown in FIG. 1 comprises a unit frame 2 which is fastened to a machine frame 3 of a track construction machine which can be moved on rails 4 of a track 5.
  • the tamping unit 1 is used for tamping a ballast bed 6 on which sleepers 7 with the rails 4 of the track 5 fastened thereon are mounted.
  • a tool carrier 8 is guided in a height-adjustable manner in the unit frame 2, a lowering movement 9 or lifting movement being carried out by means of an associated height adjustment drive 10.
  • an oscillation drive 11 is arranged, to which two auxiliary drives 12 are connected.
  • Each auxiliary drive 12 is connected to a pivot lever 13. Both swivel levers 13 are
  • the drives 10, 11, 12 are controlled by means of a
  • FIG. 1 shows the tamping unit 1 during such a phase of the tamping process.
  • the tamping tools 15 are then reset and lifted out of the ballast bed 6.
  • the tamping unit 1 is moved to the next threshold 7 and a new tamping cycle begins with a lowering movement 9.
  • the desired immersion depth 17 of the tamping tools 15 is reached as quickly as possible, however, the forces occurring do not cause disruptive loads on the track construction machine.
  • the immersion depth 17 should be reached exactly and not exceeded, in order to neither the thresholds 7 nor one below the
  • This optimized lowering movement 9 is achieved according to the invention by a control circuit set up in the track-laying machine with a controller 18, an adjusting device 19 for the height adjustment drive 10 and a measuring device 20 for detecting the lowering movement 9 (FIG. 2).
  • a control circuit set up in the track-laying machine with a controller 18, an adjusting device 19 for the height adjustment drive 10 and a measuring device 20 for detecting the lowering movement 9 (FIG. 2).
  • Setpoint generator 21 is a setpoint curve shown in FIG. 3 for a
  • Controlled variable x Several can also be set in the setpoint generator 21
  • Setpoint curves must be stored. A selection is made using a
  • the output of the setpoint generator 21 serves as a reference variable w of the control loop.
  • a lowering path s of the tool carrier 8 is provided as the controlled variable x.
  • the speed and / or the acceleration of the tool carrier 8 can also be used as the controlled variable x.
  • the controller 18 comprises a control element 22 and supplies one
  • Controller output variable y which is fed to an actuator 23 to form a manipulated variable u.
  • a pilot-controlled control valve for a hydraulic cylinder of the flute adjustment drive 10 is used, for example, as the actuating device 19.
  • the actuator 23 is then an actuator of this pilot-controlled control valve and controls a control path of the control valve as a manipulated variable u.
  • a present controlled system 24 comprises as actuator 25 the valve body of the control valve and all other components influencing the lowering movement 9. These include the hydraulic cylinder of the flute adjustment drive 10 and all lowered components of the tamping unit 1 as well as components of the processed area of the track 5. In particular, the masses of the lowered components and the resistance to penetration of the ballast bed 6 come into play here.
  • the controller output variable y output by the control element 22 is based on a control difference e which results from the reference variable w minus a feedback variable r.
  • the feedback variable r is the controlled variable x detected by the measuring device 20.
  • the controller 18 determines a numerical manipulated variable (numerical value of) from a difference between a target value (numerical value of the command variable w) and an actual value (numerical value of the measured control variable x)
  • Controller output variable y which is given to the actuator 23.
  • the manipulated variable u then supplied by the controller 18 and the actuator 23 causes the height adjustment drive 10 to be actuated differently, as a result of which the malfunction is counteracted.
  • Tool carrier 8 acting force reduced. If the penetration is too slow, the force is increased. In this way, the lowering movement 9 is always readjusted to the specified command variable w in the event of target deviations.
  • the tamping tools 15 penetrate the ballast bed 6 at the optimum speed and reach the desired penetration depth 17 exactly.
  • the penetration time in the individual tamping cycles is also kept constant.
  • Command variable w to provide a pilot control or a prefilter 26 (FIG. 5).
  • the aim of this measure is a modified reference variable w ', which anticipates the conditions of the controlled system 24. For example, for the lowering path s given as control variable x, a modified curve profile is given over time t, as shown in FIG. 4. The system consisting of tamping unit 1 and processed track 5 then follows this modified reference variable specification with almost no control intervention.
  • a computing unit 27 is provided, to which a control difference e k occurring during a stuffing cycle k is supplied. This control difference e k results from the unmodified reference variable W k minus the
  • Algorithm 28 set up. This is used to use the
  • Control difference e k and the modified command variable w ' k of the stuffing cycle k in question derive an optimized modified command variable w' k + i for the next stuffing cycle k + 1. For this calculation, several past tamping cycles with the ones that occur can also be used
  • Control differences e can be used.
  • Precontrol or prefilter 26 changed.
  • a corresponding setting algorithm 29 is set up in the computing unit 27.
  • the changed pilot control or the changed prefilter 26 brings about a reduction in the control activity, as a result of which the control as a whole is more stable.
  • Initial conditions for the iterative learning control algorithm 28 are either specified by an operator or an assumption is made using an intelligent control.
  • the setpoint generator 21 is designed as a setpoint generator. Similar to one
  • this setpoint generator generates a course of the lowering movement 9, for example as a course of the lowering path s over time t.
  • the setpoint generator supplies the control variable w to the controller 18 or the pilot control or the prefilter 26.
  • the feedback variable r is fed to the setpoint generator in order to detect deviations from the reference variable w.
  • initial conditions are specified either by an operator or by intelligent control based on assumed track parameters.
  • Deviations predefined so that the setpoint generator generates a new course of the lowering path s over time t when the limit value is reached. In this way it is automated to a changed
  • the setpoint generator can also be used at the start of a work assignment
  • Setpoint generator 21, controller 18 and possibly computing unit 26 are set up in a separate electronic circuit or integrated in control device 16.
  • the arrangement of the measuring device 20 takes place, for example, directly on the height adjustment drive 10, with a
  • Hydraulic cylinder with integrated distance measurement makes sense.
  • an evaluation device 30 is provided, to which at least one variable u, e, r of the control loop is supplied in order to derive a parameter for the ballast bed 6.
  • a parameter indicates, for example, whether it is new ballast or heavily compacted and contaminated ballast.

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  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
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Abstract

Gleisbaumaschine mit einem Stopfaggregat (1) zum Unterstopfen von in einem Schotterbett (6) liegenden Schwellen (7) eines Gleises (5), das Stopfaggregat (1) umfassend einen auf einem Aggregatrahmen (2) höhenverstellbar gelagerten Werkzeugträger (8), auf dem Stopfwerkzeuge (15) zueinander beistellbar angeordnet sind, wobei der Werkzeugträger (8) mit einem mittels einer Steuerungseinrichtung (16) angesteuerten Höhenverstellantrieb (10) gekoppelt ist. Dabei ist zum Regeln einer Absenkbewegung (9) des Werkzeugträgers (8) ein Regelkreis mit einem Regler (18), einer Stelleinrichtung (19) für den Höhenverstellantrieb (10) und einer Messeinrichtung (20) zur Erfassung der Absenkbewegung (9) eingerichtet.

Description

Beschreibung
Gleisbaumaschine und Verfahren zum Unterstopfen von Schwellen eines Gleises
Gebiet der Technik
[01] Die Erfindung betrifft eine Gleisbaumaschine mit einem Stopfaggregat zum Unterstopfen von in einem Schotterbett liegenden Schwellen eines Gleises, umfassend einen auf einem Aggregatrahmen höhenverstellbar gelagerten Werkzeugträger, auf dem Stopfwerkzeuge zueinander beistellbar angeordnet sind, wobei der Werkzeugträger mit einem mittels einer
Steuerungseinrichtung angesteuerten Höhenverstellantrieb gekoppelt ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer
entsprechenden Gleisbaumaschine.
Stand der Technik
[02] Eine mit einem Stopfaggregat ausgestattete Gleisbaumaschine wird dazu verwendet, eine gewünschte Gleislage herzustellen oder zu stabilisieren. Dabei befährt die Gleisbaumaschine das Gleis und hebt den aus Schwellen und Schienen gebildeten Gleisrost mittels eines Hebe-/Richtaggregats auf ein Sollniveau. Eine Fixierung der neuen Gleislage erfolgt durch Unterstopfen der Schwellen mittels des Stopfaggregats. Dazu werden Stopfwerkzeuge (Stopfpickel) in Vibration versetzt, auf beiden Seiten einer Schwelle in das Schotterbett abgesenkt und zueinander beigestellt, um den Schotter unter der Schwelle zu verdichten. Anschließend werden die Stopfwerkzeuge wieder aus dem Schotterbett gehoben und auseinander bewegt. Das
Stopfaggregat wird über der nächsten Schwelle positioniert und ein neuer Stopfzyklus beginnt.
[03] Für das Absenken und Heben der Stopfwerkzeuge sind verschiedene
Lösungen bekannt. Beispielsweise beschreibt EP 1 233 108 A1 einen Hebe- und Absenkmechanismus für eine Stopfeinheit, bei der ein Hydraulikzylinder und eine Hebelanordnung mit einem Aggregatrahmen gekoppelt sind. Ein Stopfaggregat mit mehreren Werkzeugträgern ist aus EP 0 698 687 A1 bekannt. Dabei ist jedem Werkzeugträger zum separaten Absenken und Heben ein eigener Höhenverstellantrieb zugeordnet.
[04] Für eine Vorgabe der Absenkbewegung stehen einer Bedienperson in der Regel bis zu drei Geschwindigkeitsstufen zur Auswahl, um die
Beschaffenheit des Schotterbettes zu berücksichtigen. Bei einer
Gleisneulage erfolgt das Absenken gewöhnlich mit einer geringeren
Geschwindigkeit als bei einem durch Verschleiß und Umwelteinflüsse verhärteten Schotterbett. Ziel ist ein rasches Erreichen einer vorgegebenen Eintauchtiefe bei möglichst konstanter Absenkzeit. Eine entsprechende Vorgabe erfolgt durch manuelle Einstellung und basiert auf den Erfahrungen der Bedienperson.
[05] AT 519 195 A1 offenbart ein Stopfaggregat, bei dem der Absenkbewegung der Stopfwerkzeuge eine vertikale Vibration überlagert ist, um ein Eindringen der Stopfwerkzeuge in ein verhärtetes Schotterbett zu erleichtern. Allerdings wird dabei auch eine zusätzliche Belastung der Gleisbaumaschine in Kauf genommen, weil sich die vertikale Vibration auch auf einen
Maschinenrahmen überträgt, an dem das Stopfaggregat befestigt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
[06] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleisbaumaschine der
eingangs genannten Art weiterzubilden, damit die Stopfwerkzeuge des Stopfaggregats in optimierter Weise in ein Schotterbett absenkbar sind. Zudem soll ein entsprechend optimiertes Verfahren zum Betreiben der Gleisbaumaschine angegeben werden.
[07] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der
Ansprüche 1 und 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[08] Die Erfindung sieht vor, dass zum Regeln einer Absenkbewegung des
Werkzeugträgers ein Regelkreis mit einem Regler, einer Stelleinrichtung für den Höhenverstellantrieb und einer Messeinrichtung zur Erfassung der Absenkbewegung eingerichtet ist. Damit ist es möglich, für die
Absenkbewegung einen optimalen Ablauf vorzusehen. Das betrifft eine Beschleunigung ebenso wie eine Eindringgeschwindigkeit beim Auftreffen der Stopfpickel auf das Schotterbett sowie einen Bremsverlauf beim
Erreichen der Eintauchtiefe. Mit der Regelung sind einzelne Phasen der Absenkbewegung aufeinander abstimmbar, sodass insgesamt eine minimale Absenkzeit bei gleichzeitiger Schonung der Gleisbaumaschine und des Schotterbettes gegeben ist.
[09] Vorteilhafterweise umfasst die Messeinrichtung einen Positionsgeber zur Erfassung einer Höhenposition des Werkzeugträgers. Eine entsprechende Regelgröße des Regelkreises ist in einfacher Weise vorgebbar und führt zu einer stabilen Regelung. Alternativ oder zusätzlich kann eine
Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung des Werkzeugträgers bzw. der Stopfwerkzeuge erfasst werden.
[10] Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn dem Regler eine Vorsteuerung oder ein Vorfilter zur Anpassung einer Führungsgröße des Regelkreises vorgeschaltet ist. Die Vorsteuerung oder der Vorfilter nutzt dabei ein mathematisches Modell mit Einstellparametern für eine optimierte
Ansteuerung der Stelleinrichtung, um einem vorgegebenen Ablauf der Absenkbewegung mit minimierten Abweichungen zu folgen.
[11] In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung umfasst der
Höhenverstellantrieb einen Hydraulikzylinder mit einem Hydraulikventil als Stelleinrichtung. Hydraulikzylinder und Hydraulikventil erlauben eine optimale Regelung der Absenkbewegung und der Hebebewegung mit kurzen
Zykluszeiten und Bereitstellung hoher Kräfte.
[12] Das Hydraulikventil ist dabei günstigerweise als vorgesteuertes Regelventil ausgebildet. Dabei ermöglicht ein hochdynamischer und hochpräziser Antrieb eines Vorsteuerventils eine optimale Regelung der Hauptstufe mit ausreichend hoher Durchflusskapazität. Als Alternative ist ein Servoventil oder ein Proportionalventil einsetzbar.
[13] Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Unterstopfen von in einem
Schotterbett liegenden Schwellen eines Gleises mit einer oben
beschriebenen Gleisbaumaschine wird das Stopfaggregat über einer Stopfstelle des Gleises positioniert und der Werkzeugträger über den Höhenverstellantrieb mit in das Schotterbett eindringenden Stopfwerkzeugen abgesenkt, wobei die Absenkbewegung mit einer geregelten Bewegungsgröße durchgeführt wird.
[14] Um bei der Regelung der Absenkbewegung Regelabweichungen zu
minimieren ist es von Vorteil, wenn mittels einer dem Regler vorgeschalteten Vorsteuerung oder mittels eines dem Regler vorgeschalteten Vorfilters eine Führungsgröße modifiziert wird.
[15] Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Verfahrens sieht vor, dass eine
während eines Stopfzyklus auftretende Regeldifferenz einer Recheneinheit zugeführt wird und dass ausgehend von der Regeldifferenz in der
Recheneinheit mittels eines Iterative Learning Control Algorithmus zumindest ein Parameter der Vorsteuerung oder des Vorfilters angepasst wird. Damit wird automatisch auf Zustandsänderungen des Schotterbettes reagiert, wobei die Regeleingriffe für nachfolgende Stopfzyklen minimiert werden.
[16] Günstigerweise wird die Absenkbewegung des Werkzeugträgers mittels
eines Positionsgebers erfasst. Dieser ist entweder am Stopfaggregat angeordnet oder an einer sonstigen Stelle der Gleisbaumaschine, von der aus eine berührungslose Erfassung der Absenkbewegung möglich ist.
[17] Für eine stabile Regelung ist es von Vorteil, wenn dem Regelkreis eine von einer Absenkzeit abhängige Führungsgröße vorgegeben wird. Als
vorgegebener Ablauf einer Absenkbewegung ist dann eine Funktion über der Zeit generierbar.
[18] Dabei ist es sinnvoll, wenn dem Regelkreis ein Absenkweg über der
Absenkzeit als Führungsgröße vorgegeben wird. In einer entsprechenden Zeit-Weg-Kurve kann direkt ein gewünschter Bremsverlauf und die
vorgesehene Eintauchtiefe angegebene werden.
[19] In einer vorteilhaften Weiterbildung wird ein Sollwertverlauf mittels eines
Sollwertgebers vorgegeben. Damit ist eine automatisierte Vorgabe der Führungsgröße möglich. Beispielsweise sind im Sollwertgeber
unterschiedliche Sollwertverläufe hinterlegt und eine Auswahl erfolgt mittels einer intelligenten Steuerung unter Annahme eines Gleisparameters oder mehrerer Parameter. Dabei kann auch die Vorgabe von Parametern oder eines Sollwertverlaufs durch eine Bedienperson sinnvoll sein. [20] Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn dem als Sollwertgenerator
ausgebildeten Sollwertgeber eine Rückführungsgröße des Regelkreises zugeführt wird, wobei die vorgegebene Absenkbewegung in Abhängigkeit der Rückführungsgröße angepasst wird. Die Rückführungsgröße ist dabei die gemessene Regelgröße und erlaubt Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Schotterbettes. Beispielsweise kann ein stark verdichtetes Schotterbett dazu führen, dass eine vorgegebene Eintauchtiefe trotz Regelung nicht mehr erreicht wird. Der Sollwertgenerator gibt dann dem Regelkreis eine
Absenkbewegung mit höherer Eintauchgeschwindigkeit vor. Auf diese Weise wird der zur Verfügung stehenden Stellbereich der Stelleinrichtung immer optimal genutzt.
[21] Ein verbessertes Verfahren sieht auch vor, dass zumindest eine der im
Regelkreis verarbeiteten Größen einer Auswerteeinrichtung zugeführt wird und dass mittels der Auswerteeinrichtung aus der zumindest einen Größe eine Kenngröße für das Schotterbett abgeleitet wird. Insbesondere die Stellgröße, die Rückführungsgröße oder die Regeldifferenz erlauben
Rückschlüsse auf ein Eindringverhalten des Schotterbettes, woraus sich eine Zustandskenngröße des Schotterbettes ergibt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[22] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer
Darstellung:
Fig. 1 Stopfaggregat in Seitenansicht
Fig. 2 Regelkreis
Fig. 3 Führungsgrößenverlauf
Fig. 4 Modifizierte Führungsgrößenverläufe
Fig. 5 Regelkreis mit Vorfilter bzw. Vorsteuerung
Fig. 6 Regelkreis mit anpassbarem Vorfilter bzw. anpassbarer
Vorsteuerung
Fig. 7 Regelkreis mit Sollwertgenerator zur Generierung eines geänderten
Führungsgrößenverlaufes Beschreibung der Ausführungsformen
[23] Das in Fig. 1 dargestellte Stopfaggregat 1 umfasst einen Aggregatrahmen 2, der an einem Maschinenrahmen 3 einer auf Schienen 4 eines Gleises 5 fahrbaren Gleisbaumaschine befestigt ist. Das Stopfaggregat 1 dient zum Stopfen eines Schotterbettes 6, auf dem Schwellen 7 mit den darauf befestigten Schienen 4 des Gleises 5 gelagert sind. Im Aggregatrahmen 2 ist ein Werkzeugträger 8 höhenverstellbar geführt, wobei eine Absenkbewegung 9 bzw. Hebebewegung mittels eines zugeordneten Höhenverstellantriebs 10 erfolgt.
[24] Am Werkzeugträger 8 ist ein Schwingungsantrieb 11 angeordnet, an den zwei Beistellantriebe 12 angeschlossen sind. Jeder Beistellantrieb 12 ist mit einem Schwenkhebel 13 verbunden. Beide Schwenkhebel 13 sind
zueinander um eine jeweils horizontale Schwenkachse 14 bewegbar am Werkzeugträger 8 gelagert und weisen Stopfwerkzeuge 15 (Stopfpickel) auf. Angesteuert werden die Antriebe 10, 11 , 12 mittels einer
Steuerungseinrichtung 16.
[25] Die freien Enden der Stopfwerkzeuge 15 (Pickelplatten) dringen während eines Stopfvorgangs bis unter eine Schwellenunterkante in das Schotterbett 6 ein und verdichten den Schotter unter der betreffenden Schwelle 7. Fig. 1 zeigt das Stopfaggregat 1 während einer solchen Phase des Stopfvorgangs. Im Anschluss daran werden die Stopfwerkzeuge 15 rückgestellt und aus dem Schotterbett 6 gehoben. Das Stopfaggregat 1 wird zur nächsten Schwelle 7 bewegt und ein neuer Stopfzyklus beginnt mit einer Absenkbewegung 9.
[26] Bei einer optimierten Absenkbewegung 9 wird die gewünschte Eintauchtiefe 17 der Stopfwerkzeuge 15 schnellstmöglich erreicht, wobei jedoch die auftretenden Kräfte keine störenden Belastungen der Gleisbaumaschine hervorrufen. Zudem soll die Eintauchtiefe 17 genau erreicht und nicht überschritten werden, um weder die Schwellen 7 noch ein unter dem
Schotterbett 6 befindliches Planum zu beschädigen.
[27] Erreicht wird diese optimierte Absenkbewegung 9 erfindungsgemäß durch einen in der Gleisbaumaschine eingerichteten Regelkreis mit einem Regler 18, einer Stelleinrichtung 19 für den Höhenverstellantrieb 10 und einer Messeinrichtung 20 zur Erfassung der Absenkbewegung 9 (Fig. 2). Um den Ablauf der Absenkbewegung 9 vorzugeben, liefert beispielsweise ein
Sollwertgeber 21 einen in Fig. 3 dargestellten Sollwertverlauf für eine
Regelgröße x. Dabei können im Sollwertgeber 21 auch mehrere
Sollwertverläufe hinterlegt sein. Eine Auswahl erfolgt mittels einer
intelligenten Steuerung unter Annahme zumindest eines Gleisparameters oder durch eine Bedienperson. Die Ausgabe des Sollwertgebers 21 dient als Führungsgröße w des Regelkreises. Als Regelgröße x ist beispielsweise ein Absenkweg s des Werkzeugträgers 8 vorgesehen. Auch die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Werkzeugträgers 8 sind als Regelgröße x heranziehbar.
[28] Der Regler 18 umfasst ein Regelglied 22 und liefert eine
Reglerausgangsgröße y, die einem Steller 23 zur Bildung einer Stellgröße u zugeführt ist. Als Stelleinrichtung 19 dient beispielsweise ein vorgesteuertes Regelventil für einen Hydraulikzylinder des Flöhenverstellantriebs 10. Der Steller 23 ist dann ein Stellantrieb dieses vorgesteuerten Regelventils und steuert als Stellgröße u einen Stellweg des Regelventils. Eine vorliegende Regelstrecke 24 umfasst als Stellglied 25 den Ventilkörper des Regelventils und alle sonstigen die Absenkbewegung 9 beeinflussenden Komponenten. Dazu zählen der Hyd raulikzylinder des Flöhenverstellantriebs 10 und alle abgesenkten Komponenten des Stopfaggregats 1 ebenso wie Komponenten des bearbeiteten Bereichs des Gleises 5. Insbesondere kommen hier die Massen der abgesenkten Komponenten und ein Eindringwiderstand des Schotterbettes 6 zum Tragen.
[29] Die vom Regelglied 22 ausgegebene Reglerausgangsgröße y basiert auf einer Regeldifferenz e, die sich aus der Führungsgröße w abzüglich einer Rückführungsgröße r ergibt. Die Rückführungsgröße r ist dabei die mit der Messeinrichtung 20 erfasste Regelgröße x. Konkret bestimmt der Regler 18 aus einer Differenz eines Sollwertes (nummerischer Wert der Führungsgröße w) und eines Istwertes (nummerischer Wert der gemessenen Regelgröße x) einen nummerischen Stellwert (nummerischer Wert der
Reglerausgangsgröße y), der dem Steller 23 vorgegeben wird.
[30] Auf die Regelstrecke 24 wirken Störgrößen z ein. Dabei handelt es sich
insbesondere um eine Änderung des Eindringwiderstands infolge einer sich ändernden Beschaffenheit des Schotterbettes 6. Die durch einen
veränderten Eindringwiderstand verursachte Störung der Regelgröße x ergibt eine Regeldifferenz e. Die daraufhin vom Regler 18 und Steller 23 gelieferte Stellgröße u bewirkt eine veränderte Ansteuerung des Höhenverstellantriebs 10, wodurch der Störung entgegengewirkt wird.
[31] Zum Beispiel wird bei einem zu schnellen Eindringen der Stopfwerkzeuge 15 in das Schotterbett 6 eine vom Höhenverstellantrieb 10 auf den
Werkzeugträger 8 wirkende Kraft reduziert. Bei zu langsamen Eindringen wird die Kraft erhöht. Auf diese Weise wird die Absenkbewegung 9 bei Sollabweichungen immer der vorgegebenen Führungsgröße w nachgeregelt. Die Stopfwerkzeuge 15 dringen dabei mit optimaler Geschwindigkeit in das Schotterbett 6 ein und erreichen exakt die gewünschte Eindringtiefe 17.
Zudem wird die Eindringzeit in den einzelnen Stopfzyklen konstant gehalten.
[32] Um die Eingriffe der Regelung zu minimieren ist es sinnvoll, für die
Führungsgröße w eine Vorsteuerung bzw. einen Vorfilter 26 vorzusehen (Fig. 5). Ziel dieser Maßnahme ist eine modifizierte Führungsgröße w‘, welche die Gegebenheiten der Regelstrecke 24 vorwegnimmt. Beispielsweise wird für den als Regelgröße x vorgegebenen Absenkweg s über der Zeit t ein veränderter Kurvenverlauf vorgegeben, wie in Fig. 4 dargestellt. Das System aus Stopfaggregat 1 und bearbeitetem Gleis 5 folgt dann dieser modifizierten Führungsgrößenvorgabe nahezu ohne Regelungseingriffe.
[33] Dabei ist der mit durchgezogener Linie gezeichnete Verlauf für ein weiches Schotterbett 6 mit schwach verdichtetem Schotter vorgesehen. Die weiteren Verläufe entsprechen Vorgaben für ein zunehmend verdichtetes Schotterbett 6, bis hin zum punktiert eingezeichneten Verlauf für ein sehr stark
verdichtetes Schotterbett 6. Um hier in der vorgesehenen Zeit die
gewünschte Eindringtiefe 17 zu erreichen, ist eine höhere Geschwindigkeit in der Startphase des Eindringens erforderlich.
[34] Eine weitere Verbesserung sieht eine Parameteranpassung der
Vorsteuerung bzw. des Vorfilters 26 vor, wie in Fig. 6 dargestellt. Dazu ist eine Recheneinheit 27 vorgesehen, der eine während eines Stopfzyklus k auftretende Regeldifferenz ek zugeführt ist. Diese Regeldifferenz ek ergibt sich aus der nicht modifizierten Führungsgröße Wk abzüglich der
Rückführungsgröße rk.
[35] In der Recheneinheit 27 ist ein sogenannter Iterative Learning Control
Algorithmus 28 eingerichtet. Dieser wird genutzt, um mittels der
Regeldifferenz ek und der modifizierten Führungsgröße w’k des betrachteten Stopfzyklus k vorab eine optimierte modifizierte Führungsgröße w‘k+i für den nächsten Stopfzyklus k+1 abzuleiten. Für diese Berechnung können auch mehrere vergangene Stopfzyklen mit den dabei auftretenden
Regeldifferenzen e herangezogen werden.
[36] Damit die optimierte modifizierte Führungsgröße w‘k+i zur Anwendung
kommt, werden in einem nächsten Schritt die Einstellparameter der
Vorsteuerung bzw. des Vorfilters 26 geändert. Dazu ist in der Recheneinheit 27 ein entsprechender Einstellalgorithmus 29 eingerichtet. Die geänderte Vorsteuerung bzw. der geänderte Vorfilter 26 bewirkt eine Verringerung der Regelungsaktivität, wodurch die Regelung insgesamt stabiler wird.
Anfangsbedingungen für den Iterative Learning Control Algorithmus 28 werden entweder durch eine Bedienperson vorgegeben oder es wird mittels einer intelligenten Steuerung eine Annahme getroffen. Die iterative
Anpassung der Parameter startet dann von dieser Vorgabe. In einer einfachen Variante wird immer von gleichen Anfangsbedingungen
ausgegangen.
[37] Eine weitere Verbesserung wird mit Bezug auf Fig. 7 erläutert. Hier ist der Sollwertgeber 21 als Sollwertgenerator ausgebildet. Ähnlich einem
Trajektoriengenerator generiert dieser Sollwertgenerator einen Ablauf der Absenkbewegung 9, beispielsweise als Verlauf des Absenkwegs s über der Zeit t. Der Sollwertgenerator liefert auf diese Weise dem Regler 18 bzw. der Vorsteuerung oder dem Vorfilter 26 die Führungsgröße w. Zudem ist dem Sollwertgenerator die Rückführungsgröße r zugeführt, um Abweichungen von der Führungsgröße w zu erfassen. Auch hier werden Anfangsbedingungen entweder durch eine Bedienperson oder durch eine intelligente Steuerung auf Basis angenommener Gleisparameter vorgegeben.
[38] Zunehmende Abweichungen deuten darauf hin, dass die Regelung an ihre Grenzen stößt, weil die generierte Führungsgröße w nicht mehr erreichbar ist. Sobald die Abweichungen ein nicht mehr vernachlässigbares Ausmaß erreichen, generiert der Sollwertgenerator eine neue Vorgabe für die
Absenkbewegung 9. Beispielsweise ist ein Grenzwert für zulässige
Abweichungen vorgegeben, sodass der Sollwertgenerator beim Erreichen des Grenzwertes einen neuen Verlauf des Absenkweges s über der Zeit t generiert. Auf diese Weise wird automatisiert auf eine geänderte
Beschaffenheit des Schotterbettes 6 reagiert, ohne die Stabilität und
Genauigkeit der Regelung zu beeinträchtigen.
[39] Der Sollwertgenerator kann auch zu Beginn eines Arbeitseinsatzes zur
Anwendung kommen, um einen Startablauf der Absenkbewegung 9 vorzugeben. Dabei ist es günstig, wenn mehrere Probestopfungen
durchgeführt werden, um die Vorgaben für die Regelung an die
herrschenden Bedingungen anzupassen.
[40] Die elektronischen Komponenten der Regelung, insbesondere der
Sollwertgeber 21 , der Regler 18 und gegebenenfalls die Recheneinheit 26, sind in einer separaten elektronischen Schaltung eingerichtet oder in der Steuerungseinrichtung 16 integriert. Die Anordnung der Messeinrichtung 20 erfolgt beispielsweise direkt am Höhenverstellantrieb 10, wobei ein
Hydraulikzylinder mit integrierter Wegmessung sinnvoll ist.
[41] Zudem ist in einer erweiterten Ausführungsform eine Auswerteeinrichtung 30 vorgesehen, der zumindest eine Größe u, e, r des Regelkreises zugeführt ist, um eine Kenngröße für das Schotterbett 6 abzuleiten. Eine solche
Kenngröße gibt beispielsweise an, ob es sich um neuen Schotter oder um stark verdichteten und verschmutzten Schotter handelt.

Claims

Patentansprüche
1. Gleisbaumaschine mit einem Stopfaggregat (1 ) zum Unterstopfen von in einem Schotterbett (6) liegenden Schwellen (7) eines Gleises (5), umfassend einen auf einem Aggregatrahmen (2) höhenverstellbar gelagerten Werkzeugträger (8), auf dem Stopfwerkzeuge (15) zueinander beistellbar angeordnet sind, wobei der
Werkzeugträger (8) mit einem mittels einer Steuerungseinrichtung (16)
angesteuerten Höhenverstellantrieb (10) gekoppelt ist, dadurch
gekennzeichnet, dass zum Regeln einer Absenkbewegung (9) des
Werkzeugträgers (8) ein Regelkreis mit einem Regler (18), einer Stelleinrichtung (19) für den Höhenverstellantrieb (10) und einer Messeinrichtung (20) zur Erfassung der Absenkbewegung (9) eingerichtet ist.
2. Gleisbaumaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (20) einen Positionsgeber zur Erfassung einer Höhenposition des Werkzeugträgers (8) umfasst.
3. Gleisbaumaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regler (18) eine Vorsteuerung (26) oder ein Vorfilter (26) vorgeschaltet ist, mittels derer eine Führungsgröße (w) anpassbar ist.
4. Gleisbaumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Höhenverstellantrieb (10) einen Hydraulikzylinder mit einem Hydraulikventil als Stelleinrichtung (19) umfasst.
5. Gleisbaumaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil als vorgesteuertes Regelventil ausgebildet ist.
6. Verfahren zum Betreiben einer Gleisbaumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopfaggregat (1 ) über einer
Stopfstelle des Gleises (5) positioniert wird und dass der Werkzeugträger (8) über den Höhenverstellantrieb (10) mit in das Schotterbett (6) eindringenden Stopfwerkzeugen (15) abgesenkt und die Absenkbewegung (9) mit einer geregelten Bewegungsgröße (x, s) durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer dem Regler (18) vorgeschalteten Vorsteuerung (26) oder mittels eines dem Regler (18) vorgeschalteten Vorfilters (26) eine Führungsgröße (w) modifiziert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine während eines Stopfzyklus (k) auftretende Regeldifferenz (ek) einer Recheneinheit (27) zugeführt wird und dass ausgehend von der Regeldifferenz (ek) in der Recheneinheit (27) mittels eines Iterative Learning Control Algorithmus (28) zumindest ein
Parameter (p) der Vorsteuerung (26) oder des Vorfilters (26) angepasst wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkbewegung (9) des Werkzeugträgers (8) mittels eines
Positionsgebers erfasst wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Regelkreis eine von einer Absenkzeit (t) abhängige Führungsgröße (w) vorgegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem
Regelkreis ein Absenkweg (s) über der Absenkzeit (t) als Führungsgröße (w) vorgegeben wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwertverlauf mittels eines Sollwertgebers (21 ) vorgegeben wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem als Sollwertgenerator ausgebildeten Sollwertgeber (21 ) eine Rückführungsgröße (r) des Regelkreises zugeführt wird und dass die vorgegebene Absenkbewegung (9) in Abhängigkeit der Rückführungsgröße (r) angepasst wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der im Regelkreis verarbeiteten Größen einer
Auswerteeinrichtung (30) zugeführt wird und dass mittels der Auswerteeinrichtung (30) aus der zumindest eine Größe eine Kenngröße für das Schotterbett (6) abgeleitet wird.
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