阅读说明：本技术 用于监测捣固单元的载荷的方法和系统 (Method and system for monitoring the load of a tamping unit ) 是由 B·迈尔 A·普赫迈尔 J·麦克斯-托伊雷尔 于 2018-11-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于监测轨道维护机(1)的捣固单元(2)的载荷的方法,其中设置至少一个传感器(3)以检测所述捣固单元(2)的载荷。此处,在时间段(T)内将通过所述传感器(3)记录的测量数据存储在评估装置(5)中,其中,根据所存储的测量数据推导出捣固单元(2)向道碴床(10)中进行周期性穿透操作(17)的至少一个载荷-时间曲线。由此可以得出关于所述捣固单元(2)的载荷应力情况和所述道碴床(10)的状况的结论。(The invention relates to a method for monitoring the load of a tamping unit (2) of a track maintenance machine (1), wherein at least one sensor (3) is provided for detecting the load of the tamping unit (2). The measurement data recorded by the sensor (3) are stored in an evaluation device (5) over a period of time (T), wherein at least one load-time curve of the periodic penetration operation (17) of the tamping unit (2) into the ballast bed (10) is derived from the stored measurement data. Conclusions can be drawn about the load stress situation of the tamping unit (2) and the condition of the ballast bed (10).)

用于监测捣固单元的载荷的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于监测轨道维护机的捣固单元的载荷的方法，其中设置至少一个传感器以记录捣固单元上的载荷。本发明还涉及一种用于实施所述方法的系统。

背景技术

根据EP 2 154 497 A2已知一种装置，该装置用于借助于振动传感器对捣固单元的偏心轴进行轴承诊断。在此，振动传感器设置在偏心驱动器的壳体上。检测到的仅是在捣固单元位于道碴床外部的阶段中偏心驱动器的自由振动。根据在各时间间隔处记录的数据变化，可得出关于所述偏心轴的轴承的磨损状况的结论。

发明内容

本发明的目的是提供一种对开头所提及的类型的方法和系统的现有技术进行的改进。

根据本发明，这些目的是通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求12所述的系统来实现的。根据从属权利要求能够清楚对本发明的有利的进一步改进。

在此，在一时间段内将通过所述传感器记录的测量数据存储在评估装置中，其中，根据所存储的测量数据推导出捣固单元向道碴床中进行周期性穿透操作的至少一个载荷-时间曲线。通过这种方式，在载荷值的时间曲线中考虑作用于捣固单元上或捣固单元的部件上的外部或内部力。一方面，可以得出关于捣固单元的载荷应力状况的结论，以便规定维护措施或维护间隔。另一方面，由于根据所记录的载荷值的曲线可以得出关于由道碴床作用于捣固单元上的力的结论，因此可以对由捣固单元处理的道碴床进行评估。

本发明的实施例提议出根据载荷-时间曲线计算载荷谱。载荷谱能立即显示出在所记录的时间段内捣固单元承受了哪些载荷。通过与疲劳强度规格进行的比较，可以得到捣固单元或捣固单元的部件的可预测寿命。

对于操作员的当前载荷情况的评估，有利的是，能够通过输出设备显示根据载荷-时间曲线推导出的载荷情况。这样，可以立即对任何超过规定的载荷应力极限的情况做出反应。

在一种有利的方法中，监测设置在所述捣固单元的升降装置中的液压缸，其中将活塞行程和作用在所述液压缸中的液压压力记录为测量数据。基于这些测量数据，由所述评估装置计算针对每次穿透操作的穿透力。相应的载荷-时间曲线形成了用于所述捣固单元的载荷应力或道碴床质量的评估依据。

该方法的进一步改进提议出计算在所述捣固单元向所述道碴床中的穿透期间产生的穿透能量。在若干个捣固周期内的穿透能量的曲线被描述为相应的载荷-时间曲线。在此，有用的是能够形成平均值，以有效地减弱在记录测量数据期间时可能发生的异常。用于所述道碴床质量的一个重要评估参数是为了穿透到道碴床中所引起的穿透能量。

进一步有利的是，计算在所述捣固单元向所述道碴床中的穿透期间有效的穿透功率。根据所述穿透功率在连续工作时间段内的曲线可以得出有关所处理的轨道的质量的结论。此外，待引起的穿透功率是用于捣固单元的载荷应力的一个重要评估参数。

在本发明的另选实施例中，或作为上述方法的改进，提议出监测所述捣固单元的偏心驱动器，从而能够记录所述偏心驱动器在工作时间段内的功率。通过将所产生的偏心功率的曲线作为载荷-时间曲线，可以得出关于所述捣固单元的载荷应力状态或所述道碴床质量的结论。

在此有利的是，将所述捣固单元的液压偏心驱动器中的压力或压差和流量记录为测量数据，并根据所述测量数据推导出所述偏心驱动器的液压功率。另外，根据所测量的扭矩和转速也能推导出所述偏心驱动器的功率。

这同样适用于所述捣固单元具有电气偏心驱动器的实施例。这将有利于监测，使得能够将所施加的电压和电流记录为测量数据，其中，根据所述测量数据可推导出所述偏心驱动器的电气功率。

对于自动化的维护计划，有利的是，根据所述载荷-时间曲线由计算机单元规定用于所述捣固单元的维护或检查间隔。

此外，对于对道碴床状态进行自动化评估有利的是，根据所述载荷-时间曲线由计算机单元对所捣固的道碴床进行分类。

所述方法的改进提议出在输出装置中显示与实施时间和/或实施位置相关联的所述道碴床的分类。通过这种方式，可以立即清楚在特定的工作区域内存在哪种道碴床质量。

在根据本发明的用于实施上述方法之一的系统中，所述捣固单元包括至少一个用于记录载荷的传感器，其中所述传感器与评估装置相连接；并且其中所述评估装置被设计成用于根据所存储的测量数据来确定载荷-时间曲线。在此，所述评估装置位于所述捣固机上或者位于远程布置的系统中心内。测量数据通过信号线、内部车辆总线系统或无线通信装置被传输到所述评估装置。

在所述系统的有利实施例中，所述评估装置包括数据采集装置、微处理器以及用于向远程计算机系统或输出装置传输数据的通信装置。所述数据采集装置(DataAcquisition,DAQ)对模拟传感器信号进行数字化处理，以便通过所述微处理器从数字化的测量数据确定载荷-时间曲线。特别地，由所述微处理器识别特征信号区域，并且计算出相关的特征值。

该系统的进一步改进提议出机器控制器与所述捣固单元的驱动器或控制组件相连接，并且将测量数据提供给所述机器控制器以调整控制数据。由此实现了有效的控制回路，以避免所述捣固单元的任何过载。在此有用的是，所述机器控制器还与所述评估装置相连接，以将由所述评估装置计算出的特征值指定为用于所述机器控制器的控制参数。例如，通过这种方式，可以对道碴床质量的变化自动做出反应。

附图说明

下面将参照附图通过示例的方式描述本发明。在附图中：

图1示意地示出了具有捣固单元的捣固机；

图2示意地示出了捣固单元；

图3示意地示出了在两个捣固周期期间的信号曲线；

图4示意地示出了系统结构；

图5示意地示出了随时间变化的功率曲线；以及

图6示意地示出了输出装置中的显示器。

具体实施方式

通过示例所示的系统包括具有捣固单元2的捣固机1，在捣固单元2上设置有若干个传感器3，用于记录捣固单元2上的载荷。传感器信号经由信号线4传输至评估装置5。在评估装置5中，通过传感器3记录的测量数据在时间段T内被存储并且被评估。捣固机1可在轨道6上移动。轨道6包括由铁轨7、枕木8和铁轨紧固装置组成的铁轨网9，铁轨网9支撑在道碴床10上(如图1所示)。

在捣固轨道6期间，通过起拔单元11将铁轨网9放置到所需位置。为了稳定所述位置，捣固单元2的捣固工具12穿透到枕木8之间的道碴床10中。在此过程中，捣固工具12通过振动运动13驱动。该振动运动13由偏心驱动器14产生。与偏心驱动器14相连接的挤压缸15在下降位置中将捣固工具12向一起挤压，即，使捣固工具12朝向彼此移动(图2)。振动运动13继续叠加该挤压运动16，其中在穿透操作17期间的振动频率(例如，45Hz)通常被选择为高于在挤压操作18期间的振动频率(例如，35Hz)。这种方式有助于穿透到道渣中，这是因为：在增大的频率的情况下，振动中的道渣类似于流动介质。

偏心驱动器14设置在工具载架19上。此外，枢转臂20安装在工具载架19上。枢转臂在下端处配备有捣固工具12。枢转臂20在上端处经由挤压缸15与由偏心驱动器14提供动力的偏心轴耦合。工具载架19在组件框架21中被引导，并且通过升降装置22能够进行竖直移动。在此，升降装置22包括液压缸23。液压缸23被支撑在捣固机1的机架24中，并且在操作时，液压缸23在工具载架19上产生升降力F_Z。在此，由液压缸23在穿透操作17期间施加的升降力F_Z是作用在道碴床10上的穿透力F_E的一部分。

通过测量作用在液压缸23中的液压压力，可以以简单的方式确定升降力F_Z。为了确定穿透力F_E，应该考虑工具载架19(包括工具载架上安装的部件)的质量和加速度。在这种情况下，加速度可以根据测量的液压缸23的活塞行程x利用二重微分法来计算。因此，在已知移动部件的质量的情况下，为了确定穿透力F_E，仅需要对液压缸23进行压力和行程测量。

记录时间段T内的测量数据可以得出穿透力F_E在时间t内的曲线。通过这种方式，首先可以得到简单的载荷-时间曲线。为了进行进一步的评估，更特别的是，监测若干个捣固周期，并且存储在相应的穿透操作17期间各自的最大穿透力，从而使得载荷-时间曲线显示了在时间t内(即，在多个连续的捣固周期内)最大的穿透力。根据载荷-时间曲线或载荷-时间函数，可以以简单的方式确定载荷谱。通过该载荷谱，可以立即明确在所考虑的时间段T内，发生了哪些载荷应力。

为了进一步改进载荷-时间曲线，计算每次穿透操作17的穿透能量E_E：

或者 (1)

(2)，其中：

x₀：穿透路径的起点；

x₁：穿透路径的终点；

t₀：穿透操作17的起点；

t₁：穿透操作17的终点。

通过监测时间段T内的若干个穿透操作17，可以得到穿透能量E_E在时间t内的曲线。在这种情况下，若干个穿透操作17中的平均值的形成会减少在记录测量数据过程中可能出现的异常。

在进一步的过程中，可以有用的是确定在相应的穿透操作期间所产生的穿透功率P_E:

根据穿透功率P_E在连续工作时间段T内的曲线，可以得出关于捣固单元2的载荷应力情况以及在工作时间段T期间处理的道碴床10的质量的结论。在此，平均值的形成也是有用的。

在多次捣固的情况下，为了实现道碴床10的规定的压实度，而在轨道6的一个位置处进行若干次捣固操作(子周期)。在这种情况下，形成了若干个应力-时间曲线，即对应于子周期的顺序。例如，在双重捣固的情况下，对于所有的第一子周期和单独地对于所有的第二子周期来确定穿透力F_E、穿透能量E_E或穿透功率P_E的曲线。

提供了液压马达来例如作为用于产生振动的偏心驱动器14。在这种情况下，测量液压油流入与流出之间的压差Δp和液压油的流量Q，以确定偏心驱动器14的液压功率P_H。

P_H＝Δp·Q (4)。

偏心功率P_H在相应的捣固周期内取平均值。对于具有多个捣固周期的连续工作时间段T，可以得出偏心功率P_H在时间t内的曲线来作为振动应力-时间曲线。

图3以简化的方式示出了各个曲线。最上面的图示出了穿透路径x(穿透深度)在间t内的曲线。该曲线与所记录的液压缸23的活塞行程x相对应。在穿透路径的起点x₀处，捣固工具12的末端接触道碴床10的表面，在穿透路径的终点x₁处，捣固工具12到达了预期的最大穿透深度。在下面的图中，流量Q、压差Δp、所形成的偏心功率P_H值的曲线以及直到底部的贯穿力F_E的曲线都在相应的时间轴上显示。

如图4所示，评估装置5包括数据采集装置25、微处理器26和用于将数据传输到远程计算机系统28或输出装置29的通信装置27(例如调制解调器)。为了数据的中间存储，微处理器26方便地连接到存储设备30。远程计算机系统28还包括用于存储历史数据的数据库设备31。

将传感器3的输出信号提供给机器控制器32以形成控制回路(egelkreislaufs)。通过这种方式，可以有效地调整控制信号，以适应不断变化的系统条件。通过数据采集装置25的数字化，由传感器3的输出信号形成数字测量数据并且将数字测量数据提供给微处理器26。在此，测量数据的存储是在规定的时间段T内进行的。通过微处理器26，从测量数据中编译出载荷-时间曲线并对载荷-时间曲线进行评估。在此过程中，识别特征信号区域并计算相关的特征值，特征值例如为升降装置22和偏心驱动器14的载荷谱或道碴床10的分类。将特征值传输到机器控制器32中以便可以对控制参数进行调整。以这种方式，例如，使捣固参数适应于道碴床10的确定硬度。

有利的是，将远程计算机系统28设置在系统中心33中，以便分析当前记录的数据和历史数据，并规定根据当前记录的数据和历史数据推导出的用于捣固单元2的维护或检查间隔。作为这方面的标准，例如，可以使用将形成的载荷谱与规定的疲劳强度范围进行的比较。

图5示出了在连续工作时间段T内偏心功率P_H和穿透功率P_E的曲线的示例。在此，两种曲线之间的相似之处是显而易见的，因为道碴床10的质量对P_H和P_E两者都有影响。对于已有很长的使用寿命的较硬的道碴床10，则要求有更高的偏心功率P_H和更高的穿透功率P_E。但是，在具有新道碴的新轨道的情况下，待提供的功率P_H、P_E会较低。

为了将规定的质量等级(软的新层、中等的、硬的老化的)分配给道碴床10的相应处理部分，针对两个功率值P_H和P_E中的至少一个规定了相应的值范围。通过将确定的功率曲线与这些预先设定的值范围进行比较，而对处理过的道碴床部分进行自动分类。

有利的是，将与实施时间和实施位置相关的所确定的质量等级显示在输出装置29(计算机显示器，平板电脑等)中。在最简单的情况下，以表格的形式进行显示，该表格包括日期、施工场地名称、质量等级以及平均偏心功率P_H和平均穿透功率P_E。

图6中示出了信息含量较高的显示器34。在此，在电子地图36中绘制出施工场地35，其中对各个施工场地部分分配了不同标记的质量等级。这种标记以用于道碴床10的规定硬度等级37为基础。此外，日期和时间指示38显示在施工场地的显著部位处。