ES2364635A1 - Máquina automática de nivelación y alineación de vía ferroviaria en placas, previas al hormigonado. - Google Patents
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Abstract
Máquina automática de nivelación y alineación de vía ferroviaria en placa, previas al hormigonado, que presenta una estructura (1) que se desplaza a lo largo de la vía, provista de elementos de sujeción para, una vez situada en la sección de vía a posicionar, agarrar firmemente ambos carriles (10) manteniendo la vía en suspensión mientras efectúa movimientos milimétricos de desplazamiento hasta situarla en la posición final deseada, tanto en planta como en altura de los carriles y peralte; dicha máquina dispone de un sistema de medición, que incluye sensores de inclinación (11) y una estación total (12), de tipo topográfica o GPS, que permiten identificar la posición real de la vía, en tiempo real. Dispone asimismo de un sistema de control que incluye un software de proceso de los datos de posición adquiridos por los dispositivos de medición (11-12), a partir de los cuales determina los movimientos requeridos que ha de realizar para alcanzar la posición de la vía final deseada.
Description
Máquina automática de nivelación y alineación de
vía ferroviaria en placa, previas al hormigonado.
La invención, como su propio título indica, se
refiere a una máquina destinada a nivelar y alinear de forma
automática y con precisión una vía ferroviaria en placa antes de
proceder a su hormigonado. Partiendo de la posición inicial de los
carriles -o el conjunto formado por los carriles fijados ya a las
traviesas en lo que se denomina "vía premontada" o "vía en
esqueleto"- previamente tendidos sobre una base previa -solera de
la futura vía en placa-, la máquina es capaz de sujetarlos y
desplazarlos con los movimientos necesarios para conseguir desde esa
posición de partida la posición final deseada, siendo una vez
posicionados con precisión fijados mediante unos medios de
sustentación en esa posición suspendida, pudiéndose proceder
entonces a hormigonar el conjunto sobre la base previa sobre la que
se ha asentado, constituyendo la losa de hormigón formada el medio
soporte que sustituye al balasto de una vía tradicional.
Una vía férrea en placa está formada de forma
genérica por dos carriles unidos a través de sujeciones a unas
traviesas, bloques individuales, bastidores o simplemente sujeciones
directas en su parte inferior, existiendo multitud de tipologías. En
una vía en placa se colocan los carriles y las
traviesas/bloques/sujeciones directas, y una vez que este conjunto
se ha posicionado adecuadamente con las estrictas tolerancias
requeridas, se fija en su posición definitiva y se hormigona para
conseguir la llamada vía hormigonada. La posición de la vía viene
definida por un trazado y una sección. El trazado queda definido por
una altimetría y una planimetría. En cuanto a la sección
transversal, se define mediante un peralte en cada posición, además
de una serie de condicionantes: las cabezas de los dos carriles
forman un plano de rodadura, la distancia entre los dos carriles
debe ser fija y simétrica respecto al eje central de la vía, y su
eje vertical debe tener habitualmente una inclinación respecto al
eje vertical perpendicular al plano de rodadura definido. Las
tolerancias de estos parámetros son, en general, muy estrictas, y
todo esto hace que se trate de un sistema geométricamente
complejo.
Partiendo de la vía en esqueleto -es decir, una
vez asentados y fijados los carriles sobre las
traviesas/bloques/sujeciones, estos a su vez asentados sobre la base
previa o solera-, la construcción de "vía en placa" requiere el
empleo de medios de nivelación y alineación que realicen los
desplazamientos necesarios para establecer la posición exacta del
conjunto carriles-sujeciones, momento en el cual,
previa fijación del conjunto de forma definitiva en esa posición
final exacta alcanzada a través de unos medios de sustentación, se
procede a hormigonar el conjunto sobre la base previa, constituyendo
la losa de hormigón formada el medio soporte de los carriles,
sustituyendo al balasto de la vía tradicional. Se requieren procesos
de nivelación, alineación y fijación de la vía en su posición de una
elevada precisión, por lo que esta actividad es fundamental en el
proceso de construcción de vías férreas de este tipo.
El proceso de nivelación y alineación de la vía
en placa hoy en día es un proceso manual, muy poco automatizado, que
se realiza efectuando aproximaciones sucesivas, y que requiere de
sucesivas comprobaciones topográficas mediante aparatos de medición
y personal de topografía externos, que debe ir midiendo y
transmitiendo la posición que van adquiriendo los carriles durante
el proceso para que ésta pueda ir corrigiéndose mediante el
procedimiento habitual empleando gatos, husillos alineadores o
niveladores, hasta llegar finalmente a la posición definitiva. Es
decir, comenzando por un primer levante de aproximación, y tras la
correspondiente comprobación topográfica externa de la posición
conseguida, la información obtenida de la medición efectuada debe
ser transmitida por parte del personal de topografía al personal
encargado del posicionado físico de la vía, momento en el cual se
puede volver a corregir de nuevo de forma manual la posición y a
comprobar nuevamente, y así sucesivamente hasta que se verifica que
la posición de la vía está dentro de las tolerancias exigidas,
momento en el que, tras fijar firmemente la posición, se puede
hormigonar. La posición de los carriles se mide generalmente
mediante una estación topográfica y un prisma soportado por un
operario sobre la cara activa del carril -pudiendo utilizarse además
una regla de peralte-, o bien mediante la utilización de un carrito
auscultador de vía, o empleando un sistema topográfico mixto entre
ambas opciones.
Una alternativa a este proceso, que también se
suele utilizar, consiste en el mareaje previo en referencias fijas
de la posición final cada cierta longitud de vía. En este caso, el
trabajo topográfico se realiza con antelación, y el acercamiento a
la posición final marcada en cada sección de vía se realiza tomando
como referencia esos datos previamente marcados realizando
comprobaciones manuales sucesivas.
Estos métodos, así como otros existentes, todos
ellos manuales y nada automatizados, suponen que el proceso actual
sea extremadamente lento y tenga un coste elevado.
El objeto de la presente invención es una
máquina capaz de nivelar y alinear la vía mediante un sistema
hidráulico hasta dejarla en su posición exacta, de una forma
completamente automática y sin la intervención humana, en un solo
paso, de forma que en ese momento se pueda fijar la vía y proceder
posteriormente al hormigonado. La máquina está formada por una
estructura metálica móvil constituida por varios cuerpos, un sistema
hidráulico y eléctrico y un sistema de control y de medición de vía
propios que posibilitan sus movimientos y desplazamiento, de forma
que, una vez posicionada sobre los carriles en una sección
determinada de la vía premontada -en esqueleto- a posicionar, es
capaz de sujetar firmemente ambos carriles de la vía mediante unos
elementos de sujeción, y desplazarla hasta su posición final:
levantando cada uno de los carriles hasta la altura necesaria y
desplazándolos lateralmente, hasta alcanzar la posición definitiva,
todo ello de forma automática.
Para permitir el movimiento automático se ha
desarrollado e incorporado un sistema de control, un software y un
sistema propio de medida. Mediante el sistema de medida propio la
máquina es capaz de medir y obtener la posición real de la vía en el
espacio en tiempo real. A través del software, es capaz de comparar
esta posición real instantánea con la posición final teórica
previamente introducida o definida, obteniendo en tiempo real la
diferencia entre ambas, y por lo tanto los desplazamientos
necesarios para alcanzar esta última. A través de los elementos
integrantes del sistema de control estos datos de desplazamiento
necesario son procesados y transmitidos a los cilindros del sistema
hidráulico, que realizan físicamente los movimientos requeridos. Al
ser todo este proceso en tiempo real, la nueva posición una vez
iniciado el movimiento es detectada por el sistema de medida y
procesada por el software y el sistema de control. Los nuevos datos
de desplazamiento requerido, es decir, la nueva diferencia
recalculada entre la nueva posición real y la posición final
teórica, es transmitida nuevamente al sistema hidráulico. Se trata
por tanto de un proceso cíclico en tiempo real. Este proceso cíclico
da comienzo una vez se ha situado la máquina en la sección de vía a
posicionar y ha sujetado los carriles mediante los elementos de
sujeción. En ese momento da comienzo el ciclo de posicionado: la
captación de datos se produce de forma continua, así como su
posterior tratamiento, procesado, transmisión al sistema motriz y
materialización de los movimientos, dando lugar a un proceso de
realimentación continuo -aproximando la vía paulatinamente a su
posición teórica final en cada ciclo- repitiéndose hasta que la vía
alcance finalmente la posición teórica deseada dentro de las
tolerancias exigidas, momento en que se interrumpirá el proceso y el
movimiento, dando por finalizado el proceso cíclico, y por tanto el
posicionado. Se constituye por lo tanto un ciclo cerrado de control
automático, siendo, una vez comienza el proceso, la posición de la
vía cada vez más próxima a la posición final objetivo hasta alcanzar
finalmente esa posición, momento en que se interrumpe el proceso y
por tanto el movimiento.
Una vez posicionada la vía en esa sección, la
máquina suelta los carriles abriendo los dispositivos de sujeción,
cierra los cilindros de elevación permitiendo que el peso de la
máquina apoye sobre las ruedas, y avanza hasta una nueva posición,
es decir, hasta una nueva sección de la vía, desplazándose
longitudinalmente sobre ella. Una vez alcanzada la nueva sección
debe estacionarse, sujetar los carriles mediante el sistema de
sujeción, e iniciar de nuevo el proceso cíclico automático de
posicionamiento de la vía.
En el diseño de la máquina se ha tenido en
cuenta que ha de ser robusta como para manipular los elevados pesos
que supone el conjunto
carril-traviesas/bloques/sujeciones (vía premontada)
y el peso propio, sujetando la vía por los dos carriles, pero a la
vez lo suficientemente precisa como para lograr desplazamientos de
décimas de milímetro en todos sus movimientos. Físicamente, la
máquina está integrada por una estructura metálica móvil y un
sistema hidráulico y eléctrico que posibilitan los movimientos
físicos necesarios. La máquina ha de poder desplazarse
longitudinalmente a lo largo de la vía, preferentemente sobre ruedas
ferroviarias -también podrían ser orugas laterales sobre la
plataforma, a ambos lados de la vía- tanto para acceder a la sección
de vía a posicionar como para retirarse de ella.
La máquina integra un sistema de medición que
combinando la utilización de sensores de posición (sensores de
inclinación, etc.) y estaciones topográficas robotizadas (u otros
dispositivos de medida como GPS, etc.) permite realizar la
adquisición de los datos de posición de la vía necesarios de forma
completamente automática y con la extrema precisión requerida. Este
sistema de medición está formado por un lado por sensores, ubicados
en la propia máquina, que proporcionan la posición relativa de la
vía en tiempo real, y a su vez recibe datos recogidos por una
estación total u otro aparato de topografía -preferentemente aunque
no de forma exclusiva una estación topográfica robotizada, estándar
o un GPS-, que proporciona la posición absoluta. Los datos
adquiridos, que identifican la posición real de la vía son
transmitidos mediante equipos de comunicación a un PC en el que está
instalado el software, para poder ser procesados.
Los movimientos de la máquina están gobernados
por un sistema de control que constituye una de las partes
esenciales para su funcionamiento automático y autónomo, sin
intervención humana. Este sistema de control físicamente está
constituido por un PC y/o un PLC, o un equipo alternativo capaz de
proporcionar esta misma funcionalidad. Esta unidad de control
incorpora una unidad de comunicaciones capaz de transmitir de forma
instantánea y con la suficiente rapidez el flujo de datos,
procesándolos y transformándolos en señales que son transmitidas al
sistema hidráulico para que este pueda efectuar los movimientos
físicos requeridos. Asimismo incluye un software que permite
procesar los datos de posición real adquiridos por el sistema de
medición, comparándolos con los de la posición final teórica
definidos o introducidos previamente, realizando esta operación
múltiples veces por segundo y en tiempo real, obteniendo como
resultado los datos de salida, que identifican la diferencia entre
la posición final deseada y la real en cada instante, es decir, el
movimiento que es necesario que realice el sistema mecánico e
hidráulico para alcanzar la posición deseada final.
La máquina objeto de la invención aporta una
nueva metodología de nivelación y alineación de vía en placa,
totalmente automatizada, que permite nivelar y alinear la vía de
forma completamente automática, dejándola en su posición definitiva
para su posterior fijación y hormigonado. Se trata por tanto de un
"sistema mecánico integral" que permite posicionar la vía,
alineándola y nivelándola de forma totalmente automática y sin la
intervención humana, desde la posición inicial aleatoria hasta la
posición final teórica exacta, de forma automática y en un solo
paso, verificando y validando la posición definitiva al final del
movimiento. Para ello se ha recurrido a la ingeniería de control,
empleando sensores para medir los resultados (parámetros de salida)
del dispositivo que está siendo controlado y usar esas medidas para
proporcionar una realimentación a las entradas de los actuadores,
que a su vez realizan las correcciones de posición hacia la salida
deseada.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las
características de la invención, se acompaña a la presente memoria
descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo
y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Las figuras 1 a 4 representan vistas en alzado
frontal de la máquina de la invención en distintas fases de,
partiendo de una posición inicial de reposo o de avance sobre la
vía, hasta las posiciones operativas de nivelación mostradas en las
figuras 3 y 4.
La figura 5 es una vista en planta de la máquina
anterior.
La figura 6 es una vista en alzado lateral de la
misma máquina.
La figura 7 representa una vista esquemática del
conjunto de la máquina, que incluye la estructura física de la misma
(1), una serie de sensores y una unidad de control. Algunos de estos
elementos pueden estar separados de la estructura física de la
misma, pero son imprescindibles para su funcionamiento por lo que es
consideran todos ellos como un todo.
La figura 8 muestra un diagrama de bloques del
funcionamiento del sistema de control de la máquina.
La estructura de la máquina se observa
claramente en las figuras 1, 5 y 6. Está constituida por dos cuerpos
estructurales (2-3) diferenciados y con movimiento
relativo entre ellos:
El cuerpo principal (2) está constituido por una
estructura metálica. Lleva fijados en su interior los dos cilindros
hidráulicos de elevación (4), a través de los cuales el peso del
conjunto vía-máquina se transmite al suelo. Además,
a través del accionamiento de estos dos cilindros (4), que se
expanden y comprimen de forma independiente, proporciona la altura
de ambos carriles y el peralte (diferencia de altura entre los
carriles en una sección perpendicular al eje de la vía) adecuado a
la vía -a través del segundo cuerpo de la máquina-, es decir, la
diferencia de altura entre los dos carriles dentro de una
determinada sección de vía. El funcionamiento de este cuerpo es
asimilable al de un pórtico estructural rígido con los pilares de
longitud variable.
La parte inferior de los cilindros de elevación
(4), en contacto con el suelo, disponen de una rótula (5) que
permite el giro del cuerpo cuando uno de los cilindros se abre más
que el otro para conseguir una diferencia de altura en los carriles.
(Ver figura 4).
Lateralmente lleva incorporados un conjunto de
rodillos (6), situados tanto en la parte superior como en la
inferior y en la parte frontal como en la trasera. La función de
estos rodillos es la de permitir el movimiento relativo entre este
cuerpo principal (2) y el cuerpo secundario (3), además de guiar
este último sobre el primero, obligando a que el movimiento del
segundo cuerpo (3) sea paralelo y alineado con el principal (2), y
por lo tanto con el mismo ángulo respecto a la horizontal que
gracias a la diferente apertura de los dos cilindros de elevación ha
adquirido la superficie del cuerpo principal.
El movimiento relativo se logra gracias a dos
cilindros hidráulicos (7) que denominaremos "de ripado",
fijados por lo tanto por sus extremos a ambos cuerpos
(2-3). Estos cilindros (7) están situados en la
parte superior del cuerpo principal (2) preferentemente aunque no de
forma exclusiva, a ambos lados, y en dirección perpendicular al eje
de la vía, movimiento este del que son responsables como se ha
explicado.
El segundo cuerpo (3) está constituido por una
estructura metálica. Dispone a ambos lados de sendos pares de ruedas
(8), preferentemente ferroviarias, que servirán para permitir el
desplazamiento de la máquina sobre la vía. Estas ruedas (8) están
motorizadas. Además este cuerpo secundario (3) incorpora el sistema
de sujeción de los carriles, compuesto por sendas pinzas (9), cuya
función es la de sujetar los dos carriles (10) de la vía. Estas
pinzas (9) se accionan gracias al sistema hidráulico, mediante
sendos cilindros. Una vez cerradas las pinzas, los carriles (10) en
esa sección de vía quedan fijados al cuerpo secundario (3) de la
máquina, y por tanto se moverán de forma solidaria al mismo, lo que
permite posicionarlos tanto en altura de cada uno de ellos como en
peralte en esa sección.
El cierre de estos dispositivos de sujeción (9)
de los carriles es firme, es decir, no permite movimiento relativo
durante el posicionamiento, momento en el que se está suspendiendo
toda la carga de la vía de manera puntual sobre ellos.
La posición de los carriles (10) y por lo tanto
de la vía se consigue mediante la combinación de una variación del
peralte y la altura (cilindros de elevación) por un lado y un
movimiento transversal, propiciado por los cilindros de ripado (7),
por otra. Esto se realiza de la siguiente manera: Una vez situada la
máquina en la sección de vía a posicionar (ver figura 1), las pinzas
(9) que conforman el dispositivo de sujeción se cierran sobre ambos
carriles (10) (ver figura 2), siendo el cuerpo secundario (3) y la
vía solidarios a partir de ese momento. Mediante la diferente
apertura de los cilindros de elevación (4) se consigue la oscilación
del cuerpo principal entorno al centro de giro (centro de rotación
de una de las dos rótulas de bola (5) en contacto con el suelo en la
parte inferior de los cilindros de elevación). Al oscilar se
comporta en la sección a posicionar como un pórtico rígido,
confiriendo el peralte requerido a la parte horizontal de la máquina
(es decir, al dintel superior del pórtico). El cuerpo secundario
(3), alineado con esa parte horizontal del principal (2) a través de
los rodillos (6), adquiere por lo tanto en ese momento ese mismo
peralte, y por lo tanto lo adquiere también la vía, que es solidaria
a este cuerpo secundario (3) a través de las pinzas de los
dispositivos de sujeción (9).
El movimiento transversal se consigue accionando
los cilindros de ripado (7), con el desplazamiento relativo alineado
del cuerpo secundario (3) (y por lo tanto de la vía fijada
solidariamente) sobre el cuerpo principal (2) a través de los
rodillos (6).
Una vez posicionada la vía en esa sección a
través de la combinación de estos movimientos, se procede a la
fijación de la misma empleando medios convencionales, que no son
objeto de la presente invención. Una vez fijada se procede a la
apertura de las pinzas (9) del sistema de sujeción y al cierre o
compresión de los cilindros de elevación (4), lo que permite que la
máquina apoye completamente su peso sobre las ruedas ferroviarias
(8). En ese momento puede avanzar sobre la vía hasta la nueva
sección a posicionar sobre esas ruedas motorizadas.
A efectos de conseguir todos los movimientos
descritos, la máquina está dotada de un sistema hidráulico y un
sistema eléctrico diseñados y dimensionados a tal efecto. El sistema
eléctrico es además el encargado de alimentar los diferentes equipos
de medida y de control.
La máquina integra un sistema de medida, de
adquisición de datos, sensores y estación topográfica (o GPS), que
constituye una parte fundamental para su funcionamiento. Como se ha
indicado en la descripción previa es necesario emplear
simultáneamente dos tipos de dispositivos de medida y de adquisición
de datos de posición, que determinen la posición absoluta y relativa
de la máquina en todo momento.
El primer dispositivo (12) nos permitirá conocer
la posición absoluta del sistema en el espacio, será preferentemente
aunque no de forma exclusiva una estación total topográfica. Además
se tratará preferentemente de una estación robotizada -este tipo de
estación es capaz de seguir un prisma en movimiento de manera
automática sin necesidad de la intervención humana-.
El prisma (13) está colocado en la propia
máquina en una posición conocida, fija e invariable, calibrada y
perfectamente referenciada al carril en su posición de "sistema de
sujeción accionado y pinzas cerradas sobre el carril". De esta
forma, en esa situación, la posición del prisma, que es la
identificada por la estación total, identifica de forma inequívoca
la posición absoluta del carril, pudiéndose deducir una a partir de
la otra de forma inequívoca.
El sistema de soporte del prisma (13) puede
estar configurado por una pequeña estructura para el soporte del
prisma y un palpador lateral en contacto permanente con un punto del
carril-preferentemente la cara activa-. Entre el
conjunto palpador-prisma y la propia estructura
existe un elemento tipo muelle, amortiguador de gas o similar, que
asegurará siempre el contacto del conjunto
palpador-prisma con la cara activa del carril.
Gracias a ello el prisma tendrá una posición siempre fija y conocida
respecto de la cara activa del carril, y por tanto se podrá deducir
la posición del carril de la lectura del prisma de manera
inequívoca.
Por lo tanto, la estación total (12),
estacionada de forma adecuada según los procedimientos topográficos
y en una posición desde la que la máquina y el prisma son visibles,
toma de forma continua valores de la posición absoluta del prisma.
Una vez situada la máquina en la sección a posicionar y cerradas las
pinzas (el cuerpo secundario es solidario en ese momento con la vía)
-momento en el que comienza el ciclo automático de posicionado -la
estación toma el prisma obteniendo las coordenadas de posición
absoluta del mismo, de las que son deducibles -como se ha explicado-
las coordenadas absolutas del
carril.
carril.
Una vez iniciado el ciclo automático de
posicionado, cuando se produzca el movimiento de los hidráulicos, la
vía y el prisma se desplazarán, siendo este último seguido por la
estación robotizada que proporcionará en todo momento la posición
instantánea del mismo en su movimiento. Puede emplearse un GPS u
otro equipo de medida que proporcione coordenadas absolutas en lugar
de la estación total.
El segundo dispositivo (11) se emplea para
conocer la posición relativa de la vía en cada momento, para lo cual
es necesario proporcionar una serie de medidas relativas. Para ello
se utilizan preferentemente sensores de inclinación.
- -
- Para medir el peralte real de la vía -diferencia de altura entre ambos carriles en el plano perpendicular al eje de la vía (plano de posicionamiento)- se utiliza un sensor de inclinación colocado en la alineación exacta de los carriles en esta sección transversal, o en una posición de la máquina referenciada inequívocamente a esta alineación.
- -
- En caso de medirse la inclinación longitudinal de la máquina respecto a la horizontal, se empleará un sensor de inclinación en el plano vertical de la máquina que contiene al eje de la vía en esa sección de posicionamiento. Este sensor se colocará en una posición paralela a la superficie vertical de la máquina y por tanto de los dispositivos de sujeción.
La máquina ha de incorporar también un sistema
de control automático (14), capaz de materializar el ciclo
automático de posicionamiento de la vía, controlando en todo momento
todos los movimientos de la máquina, sin intervención humana, desde
la posición inicial aleatoria de la vía hasta la posición teórica
deseada. Para ello, trabajando siempre en tiempo real, sus funciones
son:
- -
- Recibir los datos procedentes de todos los dispositivos de medida (11-12) de adquisición de datos (estación total o similar y sensores de inclinación o similares). Estos datos de entrada definen la posición instantánea de la vía.
- -
- El sistema de control (14) procesa los datos, a través de un modelo matemático geométrico y un software asociado, obteniendo tras el tratamiento de los mismos los parámetros de desplazamiento de los puntos del sistema en los tres ejes definidos en el espacio, y los movimientos que deben realizar los cilindros hidráulicos para obtener esa posición. A partir de esos datos, el sistema genera unas señales de salida adecuadas que sirven como señales de entrada para el sistema hidráulico.
- -
- Debe transmitir las señales generadas al sistema hidráulico, de forma que los actuadores físicos puedan realizar los desplazamientos necesarios hacia la posición teórica deseada.
- -
- Siempre en tiempo real, debe recibir nuevamente los datos procedentes de los dispositivos de adquisición de datos, correspondientes a las nuevas posiciones, sincronizarlas y adecuarlas para que puedan ser procesadas de nuevo.
Se trata de un proceso cíclico automático en
tiempo real, en el que la captación de datos se produce de forma
continua, así como su posterior tratamiento, procesado, transmisión
al sistema motriz y materialización de los movimientos, dando lugar
a un proceso de realimentación continuo que se repetirá hasta que
todos los puntos del sistema alcancen la posición teórica deseada
dentro de las tolerancias exigidas.
El software de cálculo unido al sistema de
control permite calcular todos los movimientos necesarios en el
espacio para alcanzar la posición objetivo, y realizarlos en
cualquier orden deseado, o bien todos ellos simultáneamente,
especificándose esto en el software o bien en un autómata
programable (PLC). El movimiento es por lo tanto un movimiento
global hacia el objetivo, descompuesto en los diferentes movimientos
de los hidráulicos. El accionar los hidráulicos manualmente de forma
secuencial no permitiría alcanzar correctamente de forma directa la
posición objetivo, ya que unos movimientos afectarían a los otros:
es decir, una variación de ángulo afectaría a la altura de los
carriles, lo mismo que un movimiento de ripado, etc. El esquema del
sistema de control se muestra en la figura 8.
El sistema de control incorpora un mecanismo de
comunicaciones con:
- -
- La estación robotizada (12) se comunica vía radio preferentemente con el procesador y el software de tratamiento de los datos ubicado en la máquina. La estación envía de forma continua los datos de la coordenadas absolutas de la vía, leyendo para ello el prisma situado y referenciado en la máquina.
- -
- Los sensores (11) igualmente se comunican con el procesador. Al estar ambos situados en la máquina, la comunicación se puede hacer por cable o vía radio u otro medio (bluetooth, etc...) enviando de forma continua los datos de medida de las inclinaciones del sistema en los diferentes ejes.
El software recibe datos de entrada, por un
lado, datos relativos a la posición real de la vía en un instante
determinado: coordenadas y ángulos suministrados por el sistema de
medida (estación total y sensores de inclinación). Por otro lado
datos referentes a la geometría teórica de la vía. Estos datos
pueden haber sido introducidos previamente antes del inicio del
trabajo a través del trazado teórico. Esta posición teórica final de
la vía se puede introducir en forma de los ejes (planimetría y
altimetría) y los peraltes en cada sección, o bien en cualquier otra
forma y en cualquier tipo de formato. Para conocer el punto de la
vía en que se encuentra en ese momento y obtener de los ejes o
listados introducidos la posición teórica requerida en ese punto, el
software emplea la posición suministrada por el sistema de
medida.
Una característica interesante para este
software es su compatibilidad con cualquier otro sistema de software
existente de trazado para poder importar los datos teóricos
objetivo.
La función del software es la de comparar ambos
bloques de datos de entrada, es decir, comparar la posición real
medida por el sistema de adquisición de datos con la posición
teórica objetivo, materializando los cálculos necesarios para
obtener como datos de salida los desplazamientos requeridos de la
vía para conseguir alcanzar la posición final deseada, y los
desplazamientos necesarios para ello de cada cilindro del sistema
hidráulico (esto último puede ser obtenido bien directamente por el
software en el PC o bien a través de una transformación en el propio
PLC a partir de los datos de desplazamientos requeridos para la
vía).
El software está configurado de forma que se
posibilite la comunicación de éste con todo tipo de hardware
-sensores, estaciones totales, etc.
El soporte físico del software será un
procesador, un PC convencional, especial o similar ubicado
preferentemente en la máquina, aunque también puede situarse o
transportarse fuera de ella.
Estos datos de salida obtenidos por el software
son transmitidos a un autómata programable (PLC), que es el
encargado de procesarlos y generar las señales a transmitir al
sistema hidráulico.
En cuanto a estos soportes físicos, se pueden
configurar de diferentes formas: el PC y el PLC pueden ser
independientes, como se ha descrito aquí, o bien podrían emplearse
equipo/s alternativo/s capaces de proporcionar esta misma
funcionalidad descrita. Asimismo el procesamiento de datos incluido
completamente en el software según la descripción efectuada, podría
realizarse completamente en el propio PLC, o en los equipos
alternativos, de forma flexible siempre cumpliendo la funcionalidad
descrita.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza
de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se
hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma,
tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser
modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las
características esenciales de la invención que se reivindican a
continuación.
Claims (5)
1. Máquina automática de nivelación y alineación
de vía ferroviaria en placa, previas al hormigonado, que
comprende:
- -
- una estructura (1) constituida por varios cuerpos y un sistema hidráulico y eléctrico que posibilitan sus movimientos y desplazamiento a lo largo de la vía, sobre ruedas ferroviarias u orugas laterales a la vía, tanto para acceder a la sección de vía a posicionar como para retirarse de ella, constituida asimismo por dos elementos de sujeción para agarrar firmemente ambos carriles, una vez situada en dicha sección, manipulando el conjunto de carriles y traviesas-bloques-sujeciones que conforman la vía premontada, manteniéndola en suspensión por los dos carriles (10) y efectuando los movimientos milimétricos necesarios desplazando la vía, levantando para ello cada uno de los carriles hasta la altura necesaria y desplazándolos lateralmente, nivelándola y alineándola hasta situarla en la posición final deseada;
- -
- un sistema de medición, formado por una parte por una serie de sensores de inclinación (11) que proporcionan la posición relativa de la vía en tiempo real, y por otra parte al menos por una estación total (12), de tipo topográfica o GPS, que realiza la adquisición de los datos referentes a la posición absoluta de la vía, determinando en combinación de ambas medidas de forma automática y con extrema precisión la posición real de la vía, en tiempo real;
- -
- un sistema de control, que comprende una serie de equipos electrónicos de control (14), que incluye un software de proceso de los datos de posición de la vía adquiridos por los dispositivos de medición (11-12), comparándolos con los de la posición final teórica, definidos o introducidos previamente, realizando esta operación reiteradamente y en tiempo real, obteniendo como resultado la diferencia entre la posición de la vía final deseada y la posición real en cada instante, a través de la cual determina el movimiento que es necesario que realice la máquina para alcanzar la posición deseada final, transformando estos datos en señales que son transmitidas al sistema hidráulico de la máquina para que éste efectúe los movimientos requeridos.
2. Máquina, según la reivindicación 1,
caracterizada porque su estructura está constituida por dos
cuerpos estructurales (2-3) que tienen un movimiento
relativo entre ellos:
- -
- un cuerpo principal (2) constituido por una estructura metálica que incorpora dos cilindros de elevación (4), a través de los cuales el conjunto vía-máquina se apoya en el suelo, proporcionando al expandirse y comprimirse ambos cilindros la altura de ambos carriles de forma independiente y por lo tanto también el peralte de la vía en esa sección; dichos cilindros presentan en la parte inferior, en contacto con el suelo, una rótula (5) que permite el giro de los mismos, para que al expandirse más un cilindro que otro se incline este cuerpo principal, confiriendo así el peralte a la vía en una sección concreta de la misma; lateralmente incorpora un conjunto de rodillos (6), que permiten el movimiento del cuerpo secundario (3), que es guiado sobre el primero (2), en paralelo y alineado con éste y por lo tanto con el mismo ángulo respecto a la horizontal definido por la apertura de los dos cilindros de elevación (4), mientras que el movimiento de ripado del cuerpo secundario (3) se obtiene gracias a unos cilindros (7) fijados por sus extremos a ambos cuerpos (2-3);
- -
- un segundo cuerpo (3) constituido por una estructura metálica que dispone en ambos lados de sendos pares de ruedas (8), que permiten el desplazamiento de la máquina sobre la vía, y lateralmente de sendas pinzas (9) por medio de las cuales se sujetan firmemente los dos carriles (10) de la vía, fijándolos al cuerpo secundario (3) de la máquina para que se muevan de forma solidaria al mismo, consiguiéndose la posición deseada de los carriles (10) y por lo tanto de la vía mediante la combinación de movimientos de los cilindros de elevación (4) para determinar la altura y el peralte por un lado, y por otro lado de los cilindros de ripado (7) para efectuar su posicionamiento en sentido transversal.
3. Máquina, según la reivindicación 1,
caracterizada porque los dispositivos de medición asociados a
la misma son al menos de dos tipos:
- -
- un dispositivo (12) que permite conocer la posición absoluta del sistema en el espacio, preferentemente constituido por una estación total topográfica robotizada, o similar, capaz de seguir un prisma en movimiento de manera automática, estando situado dicho prisma (13) en la propia máquina en una posición conocida e invariable, calibrada con respecto al carril cuando está sujeto por las pinzas de la máquina, de forma que, en esa situación, la posición del prisma identifica la posición absoluta del carril o de la propia vía;
- -
- al menos un dispositivo tipo sensor (11), ubicado en la propia máquina, que determina la posición relativa de la vía en cada momento, constituido preferentemente por: sensores de inclinación en sentido transversal que permiten determinar el peralte de la vía, y sensores de inclinación colocados longitudinalmente al plano vertical de la máquina que contiene al eje de la vía en esa posición, que determinan la pendiente que presenta la vía en esa zona.
4. Máquina, según la reivindicación 1,
caracterizada por disponer de un sistema de control
automático (14), que controla en todo momento los movimientos de la
máquina y que está constituido por un PC y/o un PLC, o un equipo
alternativo capaz de proporcionar esta misma funcionalidad, así como
una serie de dispositivos electrónicos y eléctricos, e incluye:
- -
- un software de proceso, que es capaz de procesar los datos recibidos procedentes del sistema de medida, que definen la posición real instantánea de la vía, comparándolos con la posición final teórica previamente introducida o definida, obteniendo en tiempo real la diferencia entre ambas, obteniendo por tanto tras el tratamiento de los mismos los parámetros de desplazamiento de los puntos del sistema en los tres ejes definidos en el espacio, y los movimientos que deben realizar los cilindros hidráulicos para obtener esa posición, generando señales de salida adecuadas como señales de control para el sistema hidráulico de la máquina;
- -
- unos medios o equipos de comunicaciones con la estación robotizada (12) que envía de forma continua los datos de la coordenadas absolutas de la vía, leyendo para ello el prisma (13) situado y referenciado en la máquina, y con los sensores (11) situados en la máquina, que le comunican de forma continua los datos de medida de las inclinaciones del sistema en los diferentes ejes.
5. Máquina, según la reivindicación 3,
caracterizada porque el prisma (13) que sigue la estación
topográfica (12) para determinar la posición absoluta de la vía está
situado sobre la estructura de la máquina (1), sobre un palpador
lateral en contacto permanente con un punto del carril, a través de
un elemento tipo muelle, o similar, que asegura el contacto
permanente del conjunto con la cara activa del carril, gracias a lo
cual el prisma tendrá una posición siempre fija y conocida respecto
al carril, para poder deducir la posición del mismo de la lectura
del prisma.
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