EP4437183A1 - Verfahren zum betreiben einer stopfmaschine und stopfmaschine zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer stopfmaschine und stopfmaschine zur durchführung des verfahrens

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EP4437183A1
EP4437183A1 EP22818664.9A EP22818664A EP4437183A1 EP 4437183 A1 EP4437183 A1 EP 4437183A1 EP 22818664 A EP22818664 A EP 22818664A EP 4437183 A1 EP4437183 A1 EP 4437183A1
Authority
EP
European Patent Office
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lifting
controller
track
tamping
activated
Prior art date
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Application number
EP22818664.9A
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English (en)
French (fr)
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EP4437183B1 (de
EP4437183C0 (de
Inventor
Marc DEMML
Harald Daxberger
Milos JELIC
Christian KOCZWARA
Johann Halbartschlager
Florian Auer
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Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Original Assignee
Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
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Filing date
Publication date
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Application granted granted Critical
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Publication of EP4437183C0 publication Critical patent/EP4437183C0/de
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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
    • E01B27/13—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track
    • E01B27/16—Sleeper-tamping machines
    • E01B27/17—Sleeper-tamping machines combined with means for lifting, levelling or slewing the track
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2203/00—Devices for working the railway-superstructure
    • E01B2203/12—Tamping devices
    • E01B2203/125—Tamping devices adapted for switches or crossings

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a tamping machine on a track, comprising a tamping unit, a lifting/aligning unit, a measuring system with a sensor and a control/regulating device, the lifting/aligning unit depending on a detected track position is controlled with the control / regulating device in such a way that a processed track section is raised to a target level during a lifting time. Furthermore, the invention relates to a tamping machine for carrying out the method.
  • Tamping machines have been known for a long time and are used to produce or repair a predetermined track position of a track mounted in a ballast bed.
  • the track is driven over with the tamping machine, with a lifting/aligning unit lifting a track section located between two rail chassis.
  • the completed lifting is recorded using the machine's own measuring system.
  • the lifting drives of the lifting/straightening unit are controlled with a control/regulating device, the track being raised to a predetermined target level in a control loop.
  • Such a method is known from AT 369455 B, for example.
  • the object of the invention is to improve a method of the type mentioned at the outset in such a way that an efficient lifting process can also be carried out in a switch. It is also an object of the invention to specify a corresponding tamping machine.
  • the first controller is activated in a first lifting mode for standard operation and the second controller is activated in a second lifting mode for points.
  • the respective controller is optimized for the assigned controlled system.
  • the first regulator is used on a simple track, where the track grid consisting of sleepers and two rails is lifted.
  • the second controller is used in a switch where the controlled system has different characteristics. This achieves approximately the same lifting duration and control quality for both control systems.
  • the controllers can be adjusted in such a way that there is no overstressing of the machine and the track or points in both lifting modes. For example, higher lifting forces occur in the second lifting mode, which could lead to overstressing or severe overshooting in single track.
  • a P controller is activated as the first controller and a PD, PI or PID controller is activated as the second controller.
  • the P controller proportional controller
  • the PD, PI or PID controller controller with proportional part and integrating part or with integrating and differentiating part
  • the first controller can also make sense for the first controller to be in the form of a PD, PI or PID controller. In this way, a more precise control of the lifting/straightening unit can also be ensured in the track area.
  • an elevation of the track detected by the sensor is compared with a predetermined threshold value, with an electronic release for lowering the tamping unit into a ballast bed of the track being generated as soon as the elevation reaches the threshold value.
  • the release for lowering the tamping unit is reported to an operator by means of a release signal, whereupon a vertical drive of the tamping unit is activated by the operator.
  • a vertical drive of the tamping unit is activated by the operator.
  • the operator is informed acoustically and/or visually that the desired lift has taken place or that a predetermined threshold depending on the desired lift (e.g. 90%) has been reached.
  • a vertical drive of the tamping unit is activated automatically as soon as the release for lowering the tamping unit is given. This variant makes sense if the method is used as part of an automated tamping process or using an assistance system.
  • the first lifting mode or the second lifting mode is advantageously activated by means of an operating element. In this way, an operator can switch back and forth between the two lifting modes at any time become. In this case, the operator is preferably shown which lifting mode is more suitable for the situation at hand.
  • a lifting force and/or a lifting duration acting on the track from the lifting/aligning unit and, if necessary, from an additional lifting unit is advantageously recorded, with automatic switching from one lifting mode to the other lifting mode when a threshold value is reached. This relieves the operator and leads to a quick and safe selection of the right lifting mode.
  • the control/regulating device is given position data of the track for switching from one lifting mode to the other lifting mode.
  • position data stored in an electronic memory and a comparison with a recorded actual position, switching between the two lifting modes can be carried out reliably.
  • a sensor arranged on the tamping machine is preferably used to detect the start or end of a switch, with a corresponding signal being forwarded to the control/regulating device. This achieves a degree of automation that largely relieves a user. The processes that are running automatically are displayed to the user for monitoring, with it being possible to intervene in a process if necessary.
  • at least two controllers are set up in the control/regulating device, the first controller being assigned to a first lifting mode for standard operation and the second controller being assigned to a second lifting mode for switches. With such a tamping machine, an optimal lifting process can be carried out when correcting the track position for all sections of a track system.
  • a P controller is advantageously set up as the first controller in the control/regulating device and a PD, PI or PID controller is set up as the second controller. Both controllers are set up in such a way that high control quality with a short rise time is achieved for the respective controlled system. Overall, this leads to short tamping cycle times and short processing times both on a track section and in a switch.
  • the second controller preferably comprises a parallel connection of a P element, an I element and a D element. This allows flexible adjustment of the second controller to the points to be processed. The individual members of the controller can be changed separately in order to optimize the controller's characteristics.
  • a sensor in particular a camera, a 2D laser scanner and/or a 3D laser scanner, is arranged in a working direction in front of the lifting/aligning unit to detect points.
  • the tamping process can be largely automated. In particular, the beginning and end of a switch is recognized so that a switchover between the two lifting modes takes place automatically.
  • Fig. 1 tamping machine on a track
  • the tamping machine 1 shown in FIG. 1 comprises a machine frame 2 which is supported on rail chassis 3 and can be moved on a track 4 .
  • the track 4 has a track grid formed from sleepers 5 and rails 6 fastened thereon, which is mounted in a ballast bed 7 . Sections of track 4 are divided into simple track sections, switches and crossings. When correcting the position of such a track system, the tamping machine 1 has to process different sections of track, in particular simple track sections and points.
  • a lifting/aligning unit 8 and a tamping unit 9 are arranged on the machine frame 2 of the tamping machine 1 .
  • An additional lifting unit 10 is used to lift a branching line in a switch.
  • a section of track or a switch is lifted by the lifting/straightening unit 8 and, if necessary, by the additional lifting unit 10 in relation to a machine-specific measuring system 11.
  • this measuring system 11 comprises wire cords 12, which are guided over each rail 6 between the track 4 Measuring wheel axles 13 are stretched.
  • Other measuring systems 11 can also be used for the present method, in particular optical measuring systems which have optical measuring chords and camera systems with pattern recognition.
  • the measuring system 11 includes a sensor 14, which detects the height of the track 4 in the area of the lifting/aligning unit 8.
  • a further measuring wheel axle 13 is arranged, with which changes in distance of the rails 6 relative to the wire tendons 12 serving as reference elements are determined via linkage.
  • the measuring value transmitter 14 comprises a rotary potentiometer which is positively engaged with the respective wire tendon 12 via fork-shaped sensors.
  • the measuring value transmitter 14 is, for example, an image sensor for evaluating optical signals.
  • a control/regulating device 15 is provided for controlling the lifting/aligning unit 8 .
  • the hydraulic lifting drives 16 of the lifting / straightening unit 8 are assigned.
  • a control circuit is set up to raise a track section or a switch. The system of track or points and the lifting arrangement forms a controlled system that can be affected by various disturbances.
  • a lift which is detected by means of the measuring value sensor 14, is used in particular as a controlled variable.
  • a corresponding measured value 17 of the lift is fed back and compared with a target lift value 18 as a reference variable.
  • the target lifting value 18 results from a desired track position and is specified to the control/regulating device 15, for example by means of a master computer.
  • the control deviation resulting from measured value 17 and setpoint lifting value 18 serves as an input for a controller 19, which is designed, for example, as a P controller (Fig. 2).
  • a control signal 20 is present at the output of the controller 19, for example a control voltage for a hydraulic valve of the lifting drive 16. In this way, the track section currently being worked on is raised to a desired level in a controlled lifting process.
  • the input signal for the controllers 19, 21 is a control deviation formed from the measured value 17 and the setpoint lifting value 18.
  • the first controller 19 is, for example, a P-controller (P-element 22), which generates an actuating signal 20 at the output for the first lifting mode for standard processing of track sections.
  • the second controller 21 is a PID controller, for example, with a parallel connection of a P element 22, an I element 23 and a D element 24. These elements 22, 23, 24 of the second controller 21 are matched to one another, in order to achieve an optimal lifting of a point. The sum of the output signals forms the manipulated variable 20 generated by the second controller 21.
  • a selection signal 25 and a switching element 26 By means of a selection signal 25 and a switching element 26, one of the outputs of the two controllers 19, 21 is activated so that either the first lifting mode for standard operation or the second lifting mode for switches is activated.
  • the selection signal is 25 by means of a control element.
  • an operator I has a clear view of the route to be processed.
  • a camera 29 for detecting the track 4 is arranged in a working direction 28 in front of the lifting and straightening unit 8 .
  • the recordings are transmitted in real time to a computer 30 in which analysis software is set up. Pattern recognition is used to automatically recognize where a switch area begins and where it ends.
  • the current positions of the lifting/aligning unit 8 and the additional lifting unit 10 with respect to a recognized switch are known via a path measuring device 31 .
  • 2D laser scanners 32 which are positioned above the rails 6, also serve as sensors for detecting a switch. This means that switch tongues, branching rails or switch hearts are detected.
  • a 3D laser scanner (rotation scanner) 33 arranged on the front side of the tamping machine 1 captures a three-dimensional image of the track area traveled on, from which the start and end of a switch can also be determined.
  • Another tool is a GNSS receiver 34, with which the exact position of the tamping machine 1 is determined via a navigation satellite system. Position data from switches are stored in the control/regulating device 15, so that a comparison with the current position detects when the machine 1 enters a switch or leaves it.
  • a load cell for example, is arranged to measure the lifting force.
  • a pressure sensor 35 which measures the hydraulic pressure in the hydraulic lifting drives of the lifting/aligning unit 8 is also suitable as a sensor for detecting the lifting force. For example, in standard operation, a lifting force of approx. 100 kN reached. This corresponds to a hydraulic pressure of approx. 100 bar. On a simple stretch of track, this results in a lifting time of 0.5-1 seconds. Approximately double the lifting force is achieved in a switch, resulting in a lifting time of 1-4 seconds.
  • a comparator 36 compares a measured lifting force value 37 with a lifting force limit value 38.
  • a message signal 39 indicates that a predetermined target lifting value 18 has been reached. As soon as a corresponding message is received, the lifting mode is determined. If at this point in time the lifting force measured value 37 is less than or equal to the lifting force limit value 38, the comparator 36 produces a selection signal 25 for activating the first lifting mode for standard operation. However, if the lifting force measured value 37 is greater than the lifting force limit value 38 at this point in time, a selection signal 25 for activating the second lifting mode for switches is present at the output of the comparator 36 .
  • the predetermined lifting force limit value 38 is, for example, in a range from 100 kN to 130 kN, preferably 110 kN.
  • a display 41 is arranged in an operator's cabin 40, in which the results of the sensors 29, 32, 33, 35 and the automated selection of the lifting modes are displayed.
  • the operator I can also be made aware of certain processes by means of acoustic messages.
  • the operator ZI is displayed when a lift has reached a predetermined threshold value (e.g. 95%) and the tamping unit 9 is released.
  • a vertical drive 42 of the tamping unit 9 is activated either by the operator ZI or automatically.
  • the tamping unit 9 thus only dives into the ballast bed 7 when the lifting has progressed sufficiently. This ensures a continuous tamping process, in which the immersion process is immediately followed by a process of adding the tamping tools 43 . In this way, both the tamping unit 9 and the ballast bed 7 are protected.
  • An acoustic warning device 44 is arranged on the tamping machine 1 in order to warn further operating personnel before activation of the tamping unit 9 .
  • an optical warning device 45 can be attached be. This ensures that an automated tamping process does not endanger anyone on track 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Stopfmaschine (1) auf einem Gleis (4), umfassend ein Stopfaggregat (9), ein Hebe-/Richtaggregat (8), ein Messsystem (11) mit einem Messwertgeber (14) und eine Steuer-/Regeleinrichtung (15), wobei das Hebe-/Richtaggregat (8) in Abhängigkeit einer mittels des Messsystems (11) erfassten Gleislage mit der Steuer-/Regeleinrichtung (15) in der Weise angesteuert wird, dass ein bearbeiteter Gleisabschnitt während einer Hebezeit auf ein Sollniveau gehoben wird. Dabei wird in der Weise zwischen zumindest zwei in der Steuer-/Regeleinrichtung (15) eingerichteten Reglern (19, 21) ausgewählt, dass der erste Regler (19) in einem ersten Hebemodus für einen Standardbetrieb aktiviert wird und dass der zweite Regler (21) in einem zweiten Hebemodus für Weichen aktiviert wird. Der jeweilige Regler (19, 21) ist für die zugeordnete Regelstrecke optimiert. Darüber hinaus gibt es auch eine Stopfmaschine zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER STOPFMASCHINE UND STOPFMASCHINE ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS
Technisches Gebiet
[01] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Stopfmaschine auf einem Gleis, umfassend ein Stopfaggregat, ein Hebe-/Richtaggregat, ein Messsystem mit einem Messwertgeber und eine Steuer-/Regeleinrichtung, wobei das Hebe-/Richtaggregat in Abhängigkeit einer mittels des Messsystems erfassten Gleislage mit der Steuer-/Regeleinrichtung in der Weise angesteuert wird, dass ein bearbeiteter Gleisabschnitt während einer Hebezeit auf ein Sollniveau gehoben wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Stopfmaschine zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
[02] Stopfmaschinen sind seit langem bekannt und dienen zur Herstellung oder Instandsetzung einer vorgegebenen Gleislage eines in einem Schotterbett gelagerten Gleises. Im Betrieb wird das Gleis mit der Stopfmaschine befahren, wobei ein Hebe-/Richtaggregat einen zwischen zwei Schienenfahrwerken befindlichen Gleisabschnitt anhebt. Dabei wird die vollzogene Hebung mittels eines maschineneigenen Messsystems erfasst. Die Ansteuerung von Hebeantrieben des Hebe-/Richtaggregat erfolgt mit einer Steuer- /Regeleinrichtung, wobei in einem Regelkreis das Gleis auf ein vorgegebenes Sollniveau gehoben wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der AT 369455 B bekannt.
[03] Bei einem solchen Regelkreis für die Gleishebung nach dem Stand der Technik ist zu beachten, dass bei der Lagekorrektur von Weichen aufgrund des höheren Gewichts eine längere Hebedauer auftritt, um ein vorgegebenes Sollniveau zu erreichen. Somit dauert in einer Weiche ein Stopfzyklus entsprechend länger, weil die gewünschte Gleislage erst nach erfolgter Hebung mittels eines Stopfaggregats fixiert werden kann. Darstellung der Erfindung
[04] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass auch in einer Weiche ein effizienter Hebevorgang durchführbar ist. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Stopfmaschine anzugeben.
[05] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 12. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
[06] Dabei wird in der Weise zwischen zumindest zwei in der Steuer- /Regeleinrichtung eingerichteten Reglern ausgewählt, dass der erste Regler in einem ersten Hebemodus für einen Standardbetrieb aktiviert wird und dass der zweite Regler in einem zweiten Hebemodus für Weichen aktiviert wird. Der jeweilige Regler ist für die zugeordnete Regelstrecke optimiert. Auf einem einfachen Gleis, wo der aus Schwellen und zwei Schienen bestehende Gleisrost gehoben wird, kommt der erste Regler zum Einsatz. In einer Weiche, wo die Regelstrecke eine andere Charakteristik aufweist, kommt der zweite Regler zum Einsatz. Damit wird für beide Regelstrecken eine annähernd gleiche Hebedauer und Regelqualität erreicht. Zudem sind die Regler so einstellbar, dass es in beiden Hebemodi zu keinen Überbeanspruchungen der Maschine und des Gleises bzw. der Weiche kommt. Beispielsweise treten beim zweiten Hebemodus höhere Hebekräfte auf, die im einfachen Gleis zu Überbeanspruchungen oder zu einem starken Überschwingen führen könnten.
[07] In einer Weiterbildung des Verfahrens wird als erster Regler insbesondere ein P-Regler aktiviert und als zweiter Regler wird ein PD-, PI- oder ein PID-Regler aktiviert. Der P-Regler (Proportionalregler) kommt auf einer Gleisstrecke zwischen Weichen zum Einsatz. Er ist einfach einzustellen und bringt für den Standardbetrieb ausreichend gute Ergebnisse. In einer Weiche führt dieser erste Regler jedoch zu störenden Verlängerungen der Hebedauer. Deshalb wird im zweiten Hebemodus der PD-, PI- oder PID-Regler (Regler mit proportionalem Anteil und integrierenden Anteil oder mit integrierenden und differenzierenden Anteil) verwendet. Ein solcher Regler ist genauer auf die in einer Weiche herrschenden Verhältnisse einstellbar, sodass bei gleichbleibender Qualität eine kürzere Hebedauer bei hohen Hebekräften erzielt wird. In einer weiteren Ausprägung kann auch die Ausbildung des ersten Reglers als PD-, PI- oder PID-Regler sinnvoll sein. Damit lässt sich gegebenenfalls auch im Streckenbereich eine genauere Ansteuerung des Hebe-/Richtaggregats sicherstellen.
[08] Bei einer weiteren Verbesserung wird eine mit dem Messwertgeber erfasste Hebung des Gleises mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen, wobei eine elektronische Freigabe für ein Absenken des Stopfaggregats in ein Schotterbett des Gleises generiert wird, sobald die Hebung den Schwellenwert erreicht. Damit wird eine Schonung des Stopfaggregats und des Schotterbetts erreicht, weil der eigentliche Stopfvorgang mit dem Eintauchen und Beistellen der Stopfwerkzeuge erst dann beginnt, wenn die Hebung des Gleises ausreichend fortgeschritten ist. Beispielsweise erfolgt eine Freigabe, wenn 95% der gewünschten Hebung erreicht sind.
[09] In einer einfachen Ausprägung dieser Verbesserung wird die Freigabe zum Absenken des Stopfaggregats einem Bediener mittels eines Freigabesignals gemeldet, woraufhin ein Höhenantrieb des Stopfaggregats durch den Bediener aktiviert wird. Zum Beispiel wird der Bediener akustisch und/oder optisch darauf hingewiesen, dass die gewünschte Hebung erfolgt ist oder dass eine vorgegebene Schwelle abhängig von der gewünschten Hebung (z.B. 90%) erreicht wurde.
[10] Bei einer alternativen Verfahrensvariante wird ein Höhenantrieb des Stopfaggregats automatisch aktiviert, sobald die Freigabe zum Absenken des Stopfaggregats erfolgt. Diese Variante ist sinnvoll, wenn das Verfahren im Rahmen eines automatisierten Stopfprozesses oder unter Nutzung eines Assistenzsystems zum Einsatz kommt.
[11] Jedenfalls ist es von Vorteil, wenn kurz vor dem Absenken des Stopfaggregats ein Warnsignal erzeugt wird. Auf diese Weise wird das gesamte Maschinenpersonal akustisch und/oder optisch vor einer Aktivierung des Stopfaggregats gewarnt.
[12] Vorteilhafterweise wird der erste Hebemodus oder der zweite Hebemodus mittels eines Bedienelements aktiviert. Auf diese Weise kann von einem Bediener jederzeit zwischen den beiden Hebemodi hin und her geschaltet werden. Dabei wird dem Bediener vorzugsweise angezeigt, welcher Hebemodus für die vorliegende Situation besser geeignet ist.
[13] Zusätzlich oder alternativ dazu wird günstigerweise eine vom Hebe- /Richtaggregat und gegebenenfalls von einem Zusatzhebeaggregat auf das Gleis wirkende Hebekraft und/oder eine Hebedauer erfasst, wobei beim Erreichen eines Schwellenwerts automatisch von dem einen Hebemodus in den anderen Hebemodus geschaltet wird. Das entlastet den Bediener und führt zu einer raschen und sicheren Auswahl des richtigen Hebemodus.
[14] Dabei wird sinnvollerweise die erfasste Hebekraft mittels eines Komparators mit einem Hebekraft-Grenzwert verglichen, wobei bei Erreichung einer vorgegebenen Hebung der Ausgang des Komparators in der Weise ein Auswahlsignal ergibt, dass bei einem Hebekraft-Messwert kleiner oder gleich dem Hebekraft-Grenzwert der erste Hebemodus und bei überschrittenem Hebekraft-Grenzwert der zweite Hebemodus aktiviert wird. Die Hebekraft dient hierbei als verlässliche Größe für die Auswahl des Hebemodus. Sobald die Maschine in einen Weichenbereich einfährt, steigen die notwendigen Hebekräfte, sodass bei Grenzwertüberschreitung die Umschaltung in den zweiten Hebemodus erfolgt. Umgekehrt wird bei Verlassen eines Weichenbereichs der Grenzwert von oben her erreicht und in den ersten Hebemodus zurückgeschaltet.
[15] Zur weiteren Verbesserung des Verfahrens werden der Steuer- /Regeleinrichtung Positionsdaten des Gleises für eine Umschaltung von dem einen Hebemodus in den anderen Hebemodus vorgegeben. Mit den in einem elektronischen Speicher hinterlegten Positionsdaten und einem Vergleich mit einer erfassten Ist-Position ist die Umschaltung zwischen den beiden Hebemodi verlässlich durchführbar.
[16] Vorzugsweise wird mittels eines an der Stopfmaschine angeordneten Sensors ein Beginn oder ein Ende einer Weiche erkannt, wobei ein entsprechendes Signal an die Steuer-/Regeleinrichtung weitergeleitet wird. Damit wird ein Automatisierungsgrad erreicht, der einen Benutzer weitgehend entlastet. Die automatisiert ablaufenden Vorgänge werden dem Benutzer zur Überwachung angezeigt, wobei gegebenenfalls in einen Ablauf eingegriffen werden kann. [17] Bei der erfindungsgemäßen Stopfmaschine zur Durchführung eines der beschriebenen Verfahren sind in der Steuer-/Regeleinrichtung zumindest zwei Regler eingerichtet, wobei der erste Regler einem ersten Hebemodus für einen Standardbetrieb zugeordnet ist und wobei der zweite Regler einem zweiten Hebemodus für Weichen zugeordnet ist. Mit einer solchen Stopfmaschine ist bei einer Gleislagekorrektur für alle Abschnitte einer Gleisanlage ein optimaler Hebevorgang durchführbar.
[18] Vorteilhafterweise ist in der Steuer-/Regeleinrichtung als erster Regler insbesondere ein P-Regler eingerichtet und als zweiter Regler ist ein PD-, Pl- oder ein PID-Regler eingerichtet. Beide Regler sind so eingerichtet, dass für die jeweilige Regelstrecke eine hohe Regelungsqualität mit einer kurzen Hebedauer erreicht wird. Das führt insgesamt zu kurzen Stopfzykluszeiten und kurzen Durcharbeitungszeiten sowohl auf einer Gleisstrecke als auch in einer Weiche.
[19] Dabei umfasst der zweite Regler vorzugsweise eine Parallelschaltung eines P- Glieds, eines I-Glieds und eines D-Glieds. Damit ist eine flexible Anpassung des zweiten Reglers an zu bearbeitende Weichen möglich. Die einzelnen Glieder des Reglers sind separat veränderbar, um die Charakteristik des Reglers zu optimieren.
[20] Zur weitere Verbesserung der Stopfmaschine ist in einer Arbeitsrichtung vor dem Hebe-/Richtaggregat ein Sensor, insbesondere eine Kamera, ein 2D- Laserscanner und/oder ein 3D-Laserscanner zur Erkennung von Weichen angeordnet. Mit diesen Zusatzeinrichtungen ist eine weitgehende Automatisierung des Stopfprozesses realisierbar. Insbesondere wird ein Beginn und ein Ende einer Weiche erkannt, damit automatisiert eine Umschaltung zwischen den beiden Hebemodi erfolgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[21] Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 Stopfmaschine auf einem Gleis
Fig. 2 Proportionalregler
Fig. 3 Reglerstruktur mit einem ersten Regler und einem zweiten Regler Fig. 4 Blockschaltbild für automatische Auswahl des Hebemodus
Beschreibung der Ausführungsformen
[22] Die in Fig. 1 dargestellte Stopfmaschine 1 umfasst einen Maschinenrahmen 2, der auf Schienenfahrwerken 3 abgestützt auf einem Gleis 4 verfahrbar ist. Das Gleis 4 weist einen aus Schwellen 5 und darauf befestigten Schienen 6 gebildeten Gleisrost auf, der in einem Schotterbett 7 gelagert ist. Abschnitte des Gleises 4 teilen sich in einfache Gleisstrecken, Weichen und Kreuzungen auf. Bei einer Lagekorrektur einer solchen Gleisanlage muss die Stopfmaschine 1 verschiedene Streckenabschnitte bearbeiten, insbesondere einfache Gleisstrecken und Weichen.
[23] Am Maschinenrahmen 2 der Stopfmaschine 1 sind ein Hebe-/Richtaggregat 8 und ein Stopfaggregat 9 angeordnet. Ein Zusatzhebeaggregat 10 dient zum Heben eines abzweigenden Strangs in einer Weiche. Die Hebung eines Gleisabschnitts bzw. einer Weiche durch das Hebe-/Richtaggregat 8 und gegebenenfalls durch das Zusatzhebeaggregat 10 erfolgt in Bezug zu einem maschineneignen Messsystem 11. Im einfachsten Fall umfasst dieses Messsystem 11 Drahtsehnen 12, die über jeder Schiene 6 zwischen am Gleis 4 geführten Messradachsen 13 gespannt sind. Für das vorliegende Verfahren sind auch andere Messsysteme 11 einsetzbar, insbesondere optische Messsysteme, die optische Messsehnen sowie Kamerasysteme mit Mustererkennung aufweisen.
[24] Jedenfalls umfasst das Messsystem 11 einen Messwertgeber 14, der die Höhenlage des Gleises 4 im Bereich des Hebe-/Richtaggregats 8 erfasst. Beispielsweise ist eine weitere Messradachse 13 angeordnet, mit der über Gestänge Abstandsänderungen der Schienen 6 relativ zu den als Bezugselemente dienenden Drahtsehnen 12 bestimmt werden. Dazu umfasst der Messwertgeber 14 ein Drehpotentiometer, das über gabelförmige Fühler formschlüssig mit der jeweiligen Drahtsehne 12 in Eingriff steht. Bei einem optischen Messsystem ist der Messwertgeber 14 beispielsweise ein Bildsensor zur Auswertung von optischen Signalen.
[25] Zur Ansteuerung des Hebe-/Richtaggregats 8 ist eine Steuer- /Regeleinrichtung 15 vorgesehen. Damit werden beispielsweise Proportionalventile angesteuert, die hydraulischen Hebeantrieben 16 des Hebe-/Richtaggregats 8 zugeordnet sind. Zur Hebung eines Gleisabschnitts bzw. einer Weiche ist ein Regelkreis eingerichtet. Dabei bildet das System aus Gleis bzw. Weiche und der Hebeanordnung eine Regelstrecke, auf die verschiedene Störgrößen einwirken können.
[26] Als Regelgröße dient insbesondere eine Hebung, die mittels des Messwertgebers 14 erfasst wird. Ein einsprechender Messwert 17 der Hebung wird rückgeführt und mit einem Soll-Hebewert 18 als Führungsgröße verglichen. Der Soll-Hebewert 18 ergibt sich aus einer gewünschten Gleislage und wird der Steuer-/Regeleinrichtung 15 beispielsweise mittels eines Leitcomputers vorgegeben. Die sich aus Messwert 17 und Soll-Hebewert 18 ergebende Regelabweichung dient als Eingang für einen Regler 19, der z.B. als P-Regler ausgebildet ist (Fig. 2). Am Ausgang des Reglers 19 liegt ein Stellsignal 20 an, beispielsweise eine Ansteuerspannung für ein Hydraulikventil des Hebeantriebs 16. Auf diese Weise wird der aktuell bearbeitete Gleisabschnitt in einem geregelten Hebevorgang auf ein Sollniveau gehoben.
[27] Erfindungsgemäß sind in der Steuer-/Regeleinrichtung 15 zumindest zwei Regler 19, 21 eingerichtet. Ein entsprechendes Beispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Wie in Fig. 1 ist das Eingangssignal für die Regler 19, 21 eine aus dem Messwert 17 und dem Soll-Hebewert 18 gebildete Regelabweichung. Der erste Regler 19 ist beispielsweise ein P-Regler (P-Glied 22), der am Ausgang ein Stellsignal 20 für den ersten Hebemodus zur Standardbearbeitung von Gleisabschnitten erzeugt.
[28] Der zweite Regler 21 ist beispielsweise ein PID-Regler, mit einer Parallelschaltung eines P-Glieds 22, eines I-Glieds 23 und eines D-Glieds 24. Diese Glieder 22, 23, 24 des zweiten Reglers 21 sind aufeinander abgestimmt, um eine optimale Hebung einer Weiche zu erzielen. Die Summe der Ausgangssignale bildet die mittels des zweiten Reglers 21 erzeugte Stellgröße 20.
[29] Mittels eines Auswahlsignals 25 und eines Schaltelements 26 wird einer der Ausgänge der beiden Regler 19, 21 freigeschaltet, damit entweder der erste Hebemodus für den Standardbetrieb oder der zweite Hebemodus für Weichen aktiviert wird. Im einfachsten Fall wird das Auswahlsignal 25 mittels eines Bedienelements bestimmt. Dazu hat ein Bediener I freie Sicht auf die zu bearbeitende Strecke.
[30] Vorteilhafterweise sind zur Unterstützung des Bedieners ZI oder zur Automatisierung des Auswahlvorgangs an der Stopfmaschine 1 technische Einrichtungen vorgesehen. Beispielsweise ist in einer Arbeitsrichtung 28 vor dem Hebe-Richtaggregat 8 eine Kamera 29 zur Erfassung des Gleises 4 angeordnet. In Echtzeit erfolgt eine Übertragung der Aufnahmen auf einen Computer 30, in dem eine Analysesoftware eingerichtet ist. Mittels Mustererkennung wird automatisiert erkannt, wo ein Weichenbereich beginnt und wo ein solcher endet. Über eine Wegmesseinrichtung 31 sind die aktuellen Positionen des Hebe-/Richtaggregats 8 und des Zusatzhebeaggregats 10 bezüglich einer erkannten Weiche bekannt.
[31] Als Sensoren zur Erkennung einer Weiche dienen zum Beispiel auch 2D- Laserscanner 32, die über den Schienen 6 positioniert sind. Damit werden Weichenzungen, abzweigende Schienen oder Weichenherzen erkannt. Ein an der Stirnseite der Stopfmaschine 1 angeordneter 3D-Laserscanner (Rotationscanner) 33 erfasst ein dreidimensionales Bild des befahrenen Gleisbereiches, aus dem ebenfalls der Beginn und das Ende einer Weiche ermittelbar ist.
[32] Ein weiteres Hilfsmittel ist ein GNSS-Empfänger 34, mit dem über ein Navigationssatellitensystem die genaue Position der Stopfmaschine 1 ermittelt wird. In der Steuer-/Regeleinrichtung 15 sind Positionsdaten von Weichen hinterlegt, sodass durch einen Vergleich mit der aktuellen Position erkannt wird, wenn die Maschine 1 in eine Weiche einfährt oder diese verlässt.
[33] Zur automatischen Umschaltung der Hebemodi ist es sinnvoll, die vom Hebe- /Richtaggregat 8 und gegebenenfalls vom Zusatzhebeaggregat 10 auf das Gleis bzw. die Weiche wirkende Hebekraft und/oder eine Hebedauer zu erfassen. Bei Erreichung eines vorgegebenen Grenzwertes erfolgt automatisch eine Umschaltung von einem Hebemodus zum anderen. Zur Messung der Hebekraft ist beispielsweise eine Kraftmesszelle angeordnet. Als Sensor zur Erfassung der Hebekraft ist auch ein Drucksensor 35 geeignet, der den Hydraulikdruck in hydraulischen Hebeantrieben des Hebe-/Richtaggregats 8 misst. Beispielsweise wird im Standardbetrieb eine Hebekraft von ca. 100 kN erreicht. Das entspricht einem Hydraulikdruck von ca. 100 bar. Auf einer einfachen Gleisstrecke ergibt sich damit eine Hebedauer von 0,5-1 Sekunden. In einer Weiche wird ungefähr die doppelte Hebekraft erreicht, wobei sich eine Hebedauer von 1-4 Sekunden ergibt.
[34] Mit Bezug auf Fig. 4 wird die automatisierte Umschaltung näher erläutert. Ein Komparator 36 vergleicht einen Hebekraft-Messwert 37 mit einem Hebekraft- Grenzwert 38. Ein Meldesignal 39 zeigt an, dass ein vorgegebener Soll- Hebewert 18 erreicht wurde. Sobald eine entsprechende Meldung erfolgt, wird der Hebemodus festgelegt. Ist zu diesem Zeitpunkt der Hebekraft- Messwert 37 kleiner oder gleich dem Hebekraft-Grenzwert 38, ergibt der Komparator 36 ein Auswahlsignal 25 zur Aktivierung des ersten Hebemodus für den Standard betrieb. Ist jedoch zu diesem Zeitpunkt der Hebekraft- Messwert 37 größer als der Hebekraft-Grenzwert 38, liegt am Ausgang des Komparators 36 ein Auswahlsignal 25 zur Aktivierung des zweiten Hebemodus für Weichen an. Der vorgegebene Hebekraft-Grenzwert 38 liegt beispielsweise in einem Bereich von 100 kN bis 130 kN, vorzugsweise bei 110 kN.
[35] Zusätzlich ist in einer Bedienerkabine 40 eine Anzeige 41 angeordnet, in der die Ergebnisse der Sensoren 29, 32, 33, 35 und die automatisierte Auswahl der Hebemodi angezeigt werden. Der Bediener I kann auch mittels Akustikmeldungen auf bestimmte Vorgänge aufmerksam gemacht werden.
[36] Des Weiteren wird dem Bediener ZI angezeigt, wenn eine Hebung einen vorgegebenen Schwellenwert (z.B. 95%) erreicht hat und eine Freigabe des Stopfaggregats 9 erfolgt. Dabei wird eine Höhenantrieb 42 des Stopfaggregats 9 entweder durch den Bediener ZI oder automatisiert aktiviert. Das Stopfaggregat 9 taucht somit erst dann in das Schotterbett 7 ein, wenn die Hebung ausreichend fortgeschritten ist. Das stellt einen kontinuierlichen Stopfvorgang sicher, bei dem auf den Eintauchvorgang unmittelbar ein Beistellvorgang der Stopfwerkzeuge 43 folgt. Auf diese Weise werden sowohl das Stopfaggregat 9 als auch das Schotterbett 7 geschont.
[37] Um weiteres Betriebspersonal vor einer Aktivierung des Stopfaggregats 9 zu warnen, ist an der Stopfmaschine 1 eine akustische Warneinrichtung 44 angeordnet. Zusätzlich kann eine optische Warneinrichtung 45 angebracht sein. Damit wird sichergestellt, dass ein automatisierter Ablauf des Stopfvorgangs keine am Gleis 4 befindlichen Personen gefährdet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Stopfmaschine (1) auf einem Gleis (4), umfassend ein Stopfaggregat (9), ein Hebe-/Richtaggregat (8), ein Messsystem (11) mit einem Messwertgeber (14) und eine Steuer-/Regeleinrichtung (15), wobei das Hebe- /Richtaggregat (8) in Abhängigkeit einer mittels des Messsystems (11) erfassten Gleislage mit der Steuer-/Regeleinrichtung (15) in der Weise angesteuert wird, dass ein bearbeiteter Gleisabschnitt während einer Hebezeit auf ein Sollniveau gehoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Weise zwischen zumindest zwei in der Steuer-/Regeleinrichtung (15) eingerichteten Reglern (19, 21) ausgewählt wird, dass der erste Regler (19) in einem ersten Hebemodus für einen Standardbetrieb aktiviert wird und dass der zweite Regler (21) in einem zweiten Hebemodus für Weichen aktiviert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Regler (19) insbesondere ein P-Regler aktiviert wird und dass als zweiter Regler (21) ein PD-, PI- oder ein PID-Regler aktiviert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Messwertgeber (14) erfasst Hebung des Gleises (4) mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird und dass eine Freigabe für ein Absenken des Stopfaggregats (9) in ein Schotterbett (7) des Gleises (4) generiert wird, sobald die Hebung den Schwellenwert erreicht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabe zum Absenken des Stopfaggregats (9) einem Bediener (27) mittels eines Freigabesignals gemeldet wird und dass ein Höhenantrieb (42) des Stopfaggregats (9) durch den Bediener (27) aktiviert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Höhenantrieb (42) des Stopfaggregats (9) automatisch aktiviert wird, sobald die Freigabe zum Absenken des Stopfaggregats (9) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass kurz vor dem Absenken des Stopfaggregats (9) ein Warnsignal erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hebemodus oder der zweite Hebemodus mittels eines Bedienelements aktiviert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Hebe-/Richtaggregat (8) und gegebenenfalls von einem Zusatzhebeaggregat (10) auf das Gleis (4) wirkende Hebekraft und/oder eine Hebedauer erfasst wird und dass bei Erreichung eines Schwellenwerts automatisch von dem einen Hebemodus in den anderen Hebemodus geschaltet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Hebekraft mittels eines Komparators (19) mit einem Hebekraft-Grenzwert (38) verglichen wird, wobei bei Erreichung einer vorgegebenen Hebung der Ausgang des Komparators (36) in der Weise ein Auswahlsignal (25) ergibt, dass bei einem Hebekraft- Messwert (37) kleiner oder gleich dem Hebekraft-Grenzwert (38) der erste Hebemodus und bei überschrittenem Hebekraft-Grenzwert (38) der zweite Hebemodus aktiviert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, der Steuer-/Regeleinrichtung (15) Positionsdaten des Gleises (4) für eine Umschaltung von dem einen Hebemodus in den anderen Hebemodus vorgegeben werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, mittels eines an der Stopfmaschine (1) angeordneten Sensors (29, 32, 33) ein Beginn oder ein Ende einer Weiche erkannt wird und dass ein entsprechendes Signal an die Steuer-/Regeleinrichtung (15) weitergeleitet wird.
12. Stopfmaschine (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer-/Regeleinrichtung (15) zumindest zwei Regler (19, 21) eingerichtet sind, dass der erste Regler (19) einem ersten Hebemodus für einen Standardbetrieb zugeordnet ist und dass der zweite Regler (21) einem zweiten Hebemodus für Weichen zugeordnet ist.
13. Stopfmaschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer-/Regeleinrichtung (15) als erster Regler (19) insbesondere ein P-Regler eingerichtet ist und dass als zweiter Regler (21) ein PD-, PI- oder ein PID-Regler eingerichtet ist.
14. Stopfmaschine (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Regler (21) eine Parallelschaltung eines P-Glieds (22), eines I-Glieds (23) und eines D-Glieds (24) umfasst.
15. Stopfmaschine (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor, insbesondere eine Kamera (29) und/oder ein 2D- Laserscanner (32) und/oder ein 3D-Laserscanner (33) zur Erkennung von Weichen angeordnet ist.
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