ES2889925T3 - Procedimiento y dispositivo para la compactación de un lecho de balasto - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la compactación de un lecho de balasto (5) mediante una unidad de bateo (7) dotada de sensores, que comprende dos herramientas de bateo opuestas (8) acopladas respectivamente a través de un brazo giratorio (10) a un accionamiento de aproximación (11) y a un accionamiento de oscilaciones (12), que en un proceso de bateo (9) se someten a oscilaciones (13) y se bajan al lecho de balasto (5) y que se desplazan la una hacia la otra con un movimiento de aproximación (18), caracterizado por que mediante sensores (20, 22, 24) dispuestos en al menos uno de los brazos giratorios (10) y/o la herramienta de bateo asignada (8) de la unidad de bateo (7) se registra, al menos para una de las herramientas de bateo (8) durante un ciclo de oscilaciones (29), una curva (28) de una fuerza de contacto horizontal (21) que actúa sobre la herramienta de bateo (8) en dirección al balasto (17) a lo largo de una distancia (23, 27) recorrida por la herramienta de bateo (8), y por que deriva de la misma al menos un parámetro (31- 40) por medio del cual se realiza una evaluación del proceso de bateo (9) y/o de un estado del lecho de balasto (5).

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y dispositivo para la compactación de un lecho de balasto

Campo de la tecnología

La invención se refiere a un procedimiento para la compactación de un lecho de balasto mediante una unidad de bateo, que comprende dos herramientas de bateo opuestas, sometidas a vibraciones durante un proceso de bateo, que descienden al lecho de balasto y se acercan la una a la otra con un movimiento de posicionamiento. La invención también se refiere a un dispositivo para la realización del procedimiento.

Estado de la técnica

Las líneas ferroviarias con superestructura de balasto requieren una corrección periódica de la posición de la vía, para lo cual se utilizan generalmente bateadoras de vía o bateadoras blandas o bateadoras universales. Estas máquinas, que pueden desplazarse de forma cíclica o continua a lo largo de la vía, suelen constar de un sistema de medición, una unidad de elevación/ajuste y una unidad de bateo. Mediante la unidad de elevación/ajuste, la vía se eleva a una posición predefinida. Para fijar esta nueva posición, el balasto se apisona y compacta desde ambos lados por debajo la respectiva traviesa de la vía con ayuda de herramientas de apisonado situadas en la unidad de apisonado.

En función del estado del balasto (nueva colocación, inicio de la vida útil, fin de la vida útil) o en función del índice de deterioro conviene una sobrecorrección correspondiente de la posición de la vía para que ésta adopte la posición final deseada mediante un asentamiento posterior. El asentamiento puede lograrse mediante la estabilización con un estabilizador dinámico de vía y, en cualquier caso, mediante la posterior carga regular del tráfico de trenes.

Se conocen varios diseños de unidades de bateo para apisonar las traviesas de una vía. Por ejemplo, en el documento AT 350097 B se revela una unidad de bateo en la que los accionamientos auxiliares hidráulicos están acoplados a un eje excéntrico giratorio para transmitir las vibraciones. El documento AT 339358 B describe una unidad de bateo con accionamientos hidráulicos que sirven en una función combinada como accionamientos auxiliares y como generadores de oscilación.

El documento AT 515801 A4 describe un procedimiento para la compactación de un lecho de balasto mediante una unidad de bateo, en el que se debe indicar una cifra de calidad para la dureza del lecho de balasto. Para ello, se registra una fuerza de aproximación de un cilindro de aproximación en función de una distancia de aproximación y se define un código a través de un consumo de energía derivado. Sin embargo, este código es poco representativo, puesto que no se tiene en cuenta una parte nada despreciable de la energía que se pierde en el sistema. Además, la energía total realmente introducida en el balasto durante un proceso de bateo no permitiría una evaluación fiable del estado del lecho de balasto.

Resumen de la invención

La invención tiene por objeto proponer una mejora frente al estado de la técnica para un procedimiento y un dispositivo del tipo anteriormente mencionado.

Según la invención, esta tarea se resuelve mediante un procedimiento según la reivindicación 1 y un dispositivo según la reivindicación 14. Las reivindicaciones dependientes indican formas de realización ventajosas de la invención. El procedimiento se caracteriza porque, mediante sensores dispuestos en la unidad de bateo, se registra, al menos para una herramienta de bateo, el desarrollo de una fuerza que actúa sobre la herramienta de bateo a lo largo de una distancia recorrida por la herramienta de bateo durante un ciclo de oscilación, bateo, derivándose del mismo al menos una variable característica mediante la cual se lleva a cabo una evaluación del proceso de bateo y/o de un estado del lecho de balasto de la vía. De este modo, la unidad de bateo se utiliza como dispositivo de medición durante el uso operativo para registrar una curva de fuerza-recorrido (diagrama de trabajo) de la herramienta de bateo y obtener un parámetro representativo.

En concreto, el proceso de trabajo se utiliza como procedimiento de medición para determinar el comportamiento carga-deformación del balasto de la vía y sus cambios in situ. Mediante el análisis de las variables medidas en tiempo real y la formación de al menos un parámetro, la calidad y compactación del balasto de la vía ya pueden evaluar en línea durante el proceso de compactación. Posteriormente, los parámetros del proceso de compactación y la posición corregida de la vía pueden adaptarse continuamente. Por ejemplo, de la evaluación de la calidad del lecho de balasto puede derivarse un valor por defecto para una sobrecorrección de la posición de la vía.

Además, es ventajoso que el valor característico se especifique como un parámetro para controlar la unidad de bateo. La adaptación automatizada del proceso de bateo logrado de esta manera permite una rápida reacción a una condición cambiante del lecho de balasto. Se pueden realizar, por ejemplo, varias operaciones de apisonado de forma automática hasta alcanzar un grado de compactación del balasto predeterminado.

Una forma de realización ventajosa de la invención prevé que, para evaluar un estado de balasto o un estado de compactación del lecho de balasto se derive, como primera variable característica, una fuerza máxima que actúa sobre la herramienta de bateo durante el ciclo de oscilación. Este primer parámetro tiene en cuenta que el balasto sólo puede oponer a la herramienta de bateo una fuerza limitada (fuerza de reacción). La fuerza máxima depende, por un lado, de la fase del proceso de bateo en la que se encuentra el ciclo de oscilación analizado y, por otro lado, del estado del balasto. Por lo tanto, el primer parámetro es un indicador representativo tanto del estado del balasto (el balasto nuevo ofrece mayor resistencia) como del estado de compactación (aumento a lo largo de la compactación).

En una variante adecuadamente perfeccionada se deriva, como segundo parámetro de la curva de fuerza-recorrido registrada, una amplitud de oscilación que se produce durante el ciclo de oscilación con el fin de evaluar un estado de compactación del lecho de balasto. Para la determinación de la amplitud, los puntos de inversión del movimiento dinámico de la herramienta de bateo pueden determinarse en coordenadas absolutas y/o en coordenadas relativas (trayectoria de oscilación dinámica). Al hacerlo, se tiene en cuenta que el recorrido tanto del movimiento auxiliar como del movimiento dinámico de la herramienta de bateo no se controlan exclusivamente en función del diseño.

Además, resulta ventajoso que, para evaluar un estado del lecho de balasto para el ciclo de oscilación, se determine una entrada de contacto entre la herramienta de bateo y el balasto, así como una pérdida de contacto entre la herramienta de bateo y el balasto, y que se derive de estos valores un tercer parámetro. En una fase de aproximación se produce una carga asimétrica pronunciada en la herramienta de bateo, por lo que el movimiento de aproximación proporciona una dirección de tratamiento del balasto en la dirección de la traviesa a calzar. La posición de un punto de entrada de contacto y la posición de un punto de pérdida de contacto dependen del estado del balasto. En la curva de fuerza-recorrido, una sección con contacto y una sección sin contacto son, por tanto, buenos indicadores de la calidad del balasto de la vía.

Otra evaluación ventajosa de la curva de fuerza-recorrido prevé que una inclinación de la curva durante una fase de carga de la herramienta de bateo se derive como un cuarto parámetro. Esta inclinación de la línea de trabajo en la rama de carga del diagrama de trabajo proporciona información sobre la capacidad de carga del balasto. La misma aumenta en el transcurso de la compactación del balasto y se utiliza como prueba acreditativa de compactación.

Ventajosamente, una inclinación de la curva durante una fase de descarga de la herramienta de bateo también se deriva como un quinto parámetro para la evaluación de la condición del balasto. Esta inclinación de la línea de trabajo en la rama de descarga del diagrama de trabajo debe considerarse como la rigidez de descarga. El balasto nuevo muestra un comportamiento parcialmente elástico durante la descarga y retrocede con la herramienta de bateo durante su movimiento hacia atrás hasta que se pierde el contacto. En cambio, el balasto viejo apenas reacciona elásticamente. Por lo tanto, la rigidez de descarga es un buen indicador del estado del balasto.

Para determinar un grado de utilización es ventajoso que de la curva registrada se derive un trabajo de deformación realizado por medio de la herramienta de bateo como sexto parámetro. Este trabajo de deformación corresponde a la zona delimitada por la línea de trabajo. Se trata de la parte del trabajo del accionamiento de la unidad de bateo que se transfiere al balasto de la vía para provocar la compactación, el recorrido, el flujo del balasto, etc. Este sexto parámetro permite derivar el trabajo de deformación mediante la herramienta de bateo. Con este sexto parámetro se puede optimizar de forma sencilla la eficiencia de la unidad de bateo de vías.

Otra mejora prevé que, para determinar una rigidez global del lecho de balasto, se derive una pendiente global de la vía como séptimo parámetro. En una fase de penetración en el balasto, la herramienta de bateo actúa en ambas direcciones, ya que también introduce fuerzas dinámicas en el suelo en su parte trasera debido a la falta de movimiento de aproximación. Debido a la actuación bilateral, el sentido físico de la rigidez de carga y descarga queda obsoleto y la rigidez total está representada por la inclinación de la línea de trabajo.

Se considera conveniente que la pendiente total se determine por regresión lineal de la curva registrada, por ejemplo, según el método del mínimo cuadrado de error.

En una forma de realización perfeccionada del procedimiento según la invención, la curva de la fuerza que actúa sobre la herramienta de bateo a lo largo del trayecto recorrido por la herramienta de bateo se registra para varios ciclos de oscilación de un proceso de bateo, determinándose para cada uno de estos ciclos de oscilación por cada variable característica un valor y realizándose por medio de una curva de estos valores característicos determinados o mediante una pluralidad de cursos de valores característicos un proceso de evaluación. En dependencia del valor característico utilizado se pueden sacar fácilmente conclusiones acerca del estado del balasto y/o del estado de compactación a partir de la curva del valor característico.

Además, resulta ventajoso que en un punto de la vía se lleven a cabo varios procesos de aproximación del balasto, determinándose para cada proceso de aproximación por cada variable característica un valor para un ciclo de oscilación o por cada variable característica una curva de valor característico para una pluralidad de ciclos de oscilación con el fin de evaluar un estado de compactación del lecho de balasto y realizándose otro proceso de aproximación en el supuesto de que no se alcanzara un estado de compactación predeterminado. Los valores característicos o las curvas de valores característicos muestran así claras diferencias entre los sucesivos procesos de aproximación.

Una mejora adicional del procedimiento prevé que para varios procesos de bateo se determine, en diferentes puntos a lo largo de una vía, respectivamente un valor característico y que a partir del mismo se realice una evaluación de un desarrollo espacial de un resultado positivo de la compactación y/o del estado del lecho de balasto. Esta curva de nivel superior de los valores característicos a lo largo de varios procesos de bateo proporciona información sobre la homogeneidad de la vía, el estado del balasto y el éxito de la compactación.

El dispositivo según la invención para llevar a cabo uno de los procedimientos mencionados comprende una unidad de bateo con dos herramientas de bateo opuestas acopladas mediante un brazo giratorio a un accionamiento de posicionamiento y a un accionamiento de oscilaciones, disponiéndose al menos en un brazo giratorio y/o en la herramienta de bateo asignado unos sensores para detectar la progresión de la fuerza que actúa sobre la herramienta de bateo a lo largo del recorrido cubierto por la herramienta de bateo, transmitiéndose las señales de medición de los sensores a un dispositivo de evaluación y diseñándose el dispositivo de evaluación para la determinación de una variable característica derivada de la curva.

Se considera ventajoso que en un portaherramientas de bateo se disponga al menos un sensor de medición de fuerza. De este modo, el sensor de medición de la fuerza está protegido de las influencias perturbadoras y mide las fuerzas que actúan sobre la herramienta de bateo con gran precisión. Una flexión de la herramienta de bateo se compensa de forma sencilla. Además, los sensores de aceleración o de recorrido se disponen para registrar el recorrido de la herramienta de bateo.

Breve descripción de los dibujos

La invención se explica a continuación a modo de ejemplo con referencia a las figuras adjuntas. Éstas muestran en representación esquemática:

Figura 1 una unidad de bateo;

Figura 2 la herramienta de bateo y el brazo giratorio con sensores;

Figura 3 la curva de fuerza-recorrido (diagrama de trabajo) con balasto nuevo;

Figura 4 la curva de fuerza-recorrido con balasto viejo;

Figura 5 la curva de fuerza-recorrido al penetrar en el balasto;

Figura 6 un diagrama en 3D de las curvas de fuerza-recorrido para varios ciclos de oscilación con balasto nuevo; Figura 7 un diagrama en 3D de las curvas fuerza-recorrido para varios ciclos de oscilación con balasto viejo;

Figura 8 cortes del diagrama en 3D según la figura 6;

Figura 9 cortes del diagrama en 3D según la figura 7;

Figura 10 curvas de la fuerza máxima en dos procesos de aproximación;

Figura 11 curvas de la rigidez de la carga en dos procesos de aproximación;

Figura 12 curvas de la rigidez de descarga en dos procesos de aproximación;

Figura 13 curvas de las posiciones del punto de entrada del contacto para dos procesos de inserción

Figura 14 curvas de las posiciones del punto de pérdida de contacto en dos procesos de aproximación;

Figura 15 la curva de la fuerza máxima con balasto nuevo;

Figura 16 la curva de la rigidez de la carga con balasto nuevo;

Figura 17 la curva de rigidez de descarga con balasto nuevo;

Figura 18 la curva de fuerza máxima con balasto viejo;

Figura 19 la curva de rigidez de la carga con balasto viejo;

Figura 20 la curva de la rigidez de descarga con balasto viejo.

Descripción de las formas de realización

La figura 1 muestra una vía 1 con un tramo de vía armado con sus traviesas 2, carriles 3 y elementos de fijación 4, que se apoya en un lecho de balasto 5. En un punto 6 de la vía 1 a tratar se encuentra una unidad de bateo 7. Ésta comprende dos herramientas de bateo opuestas 8 (piquetas de bateo) que durante un proceso de bateo 9 rodean la traviesa 2 que debe ser calzada. Normalmente se disponen a lo largo de una traviesa 2 cuatro pares de brazos giratorios con respectivamente dos pares de herramientas de bateo.

Cada herramienta de bateo está acoplada mediante un brazo giratorio 10 a un accionamiento de aproximación 11 y a un accionamiento de oscilaciones 12. Las vibraciones 13 se generan, por ejemplo, mediante un eje excéntrico rotatorio. Una carcasa del eje excéntrico junto con el accionamiento giratorio se fija en un portaherramientas abatible 14, al que se acoplan también de forma articulada los dos brazos giratorios 10. Alternativamente, también se puede disponer un accionamiento de oscilaciones 12 en el respectivo acoplamiento articulado. En una disposición de este tipo no mostrada, las herramientas de bateo 8 se mueven a lo largo de trayectorias elípticas.

Cada brazo giratorio 10 actúa a modo de palanca de dos brazos, fijándose la herramienta de bateo asociada 8 en un brazo de palanca inferior en un portaherramientas de bateo 15. Un brazo de palanca superior está acoplado a través del accionamiento de aproximación 11, configurado como cilindro hidráulico, al accionamiento de oscilaciones 12. Al batear la vía 1, el tramo de vía armado con sus traviesas 4 se levanta inicialmente, por lo que por debajo de las traviesas 2 se forman cavidades 16. La unidad de bateo 7 se posiciona en el punto a tratar 6 por encima de una traviesa 2 y por medio del accionamiento de oscilaciones 12 se aplican vibraciones 13 a las herramientas de bateo 8. En concreto, las vibraciones 13 generadas provocan una apertura y un cierre rápidos de las herramientas de bateo 8, que se mueven en forma de pinzas con una pequeña amplitud (oscilación). Aún no se produce ningún contacto con el balasto 17.

El proceso de bateo propiamente dicho 9 se divide en varias fases. En una primera fase, el portaherramientas 14 con las herramientas de bateo 8 se baja a los compartimentos de traviesa situados junto a la traviesa 2. La respectiva herramienta de bateo 8 penetra verticalmente en el lecho de balasto 5, por lo que las vibraciones 13 o los movimientos dinámicos facilitan el recorrido del balasto 17.

Todavía durante el descenso, se inicia en una segunda fase un movimiento de aproximación 18 y la respectiva herramienta de bateo 8 se acerca a la traviesa 2. El descenso termina en una profundidad de penetración definida y el movimiento de aproximación 18 continúa. Durante el movimiento de aproximación 18, el balasto 17 se coloca por medio de las herramientas de bateo 8 por debajo la traviesa 2, se compacta y, en su caso, se desplaza lateralmente. Durante este proceso, las vibraciones 13 (oscilación de unos 35 Hz) se superponen al movimiento de aproximación 18, que sirve principalmente para transportar el balasto. Con esta compactación dinámica del balasto 17 también se puede producir el llamado flujo de balasto.

Antes de que la respectiva herramienta de bateo 8 toque la traviesa 2, comienza en una tercera fase una inversión del movimiento. El portaherramientas 14 junto con las herramientas de bateo 8 se desplaza hacia arriba y un movimiento de retroceso 19 (movimiento de aproximación en sentido contrario) provoca una apertura de las herramientas de bateo 8 opuestas en forma de pinza.

En el portaherramientas de bateo 15 se dispone un sensor de medición de fuerza 20. Alternativamente, también se pueden disponer sensores (galgas extensométricas) en un vástago de una herramienta de bateo 2 prevista para las mediciones. Se registra una fuerza de contacto horizontal 21 con el balasto 17 (figura 2). Además, los brazos giratorios 10 están dotados de sensores de aceleración 22 (en función del tipo de máquina, se utilizan uno o dos sensores de aceleración 22 por cada brazo giratorio 10). Un recorrido de aproximación absoluto 23 se mide con un sensor de medición de recorrido 24 (por ejemplo, un sensor láser). Las bateadoras de vías presentan con frecuencia varias unidades de bateo 7. En este caso, cada una de estas unidades 7 presenta ventajosamente los sensores 20, 22, 24.

Las señales de medición 25 registradas por medio de los sensores 20, 22, 24 se transmiten a un dispositivo de evaluación 26. Este dispositivo de evaluación 26 se ha diseñado para el procesamiento de las señales de medición 25 con el fin de detectar una fuerza que actúa sobre la herramienta de bateo 2 en cuestión a lo largo de una distancia recorrida por la herramienta de bateo. En concreto, se determina la fuerza de contacto horizontal 21 a lo largo de una trayectoria de oscilación 27 como curva de recorrido-fuerza 28 (diagrama de trabajo).

Para especificar la trayectoria de oscilación dinámica 27, se determinan en primer lugar las trayectorias de oscilación de los sensores de aceleración 22 mediante la integración doble de las señales de aceleración. A través de las relaciones geométricas conocidas se determina la trayectoria de oscilación 27 en el extremo libre de la herramienta de bateo (placa de piqueta).

Por medio de la medición de la fuerza en el vástago de la herramienta de bateo 2 se determinan las fuerzas de corte (momentos, fuerza normal, fuerza transversal). A partir de estos valores, el dispositivo de evaluación 26 calcula la fuerza de contacto horizontal 21. Esta fuerza de contacto 21 corresponde a la fuerza de reacción del balasto 17 al recorrido que se le imprime. Una flexión de la herramienta de bateo 2 puede compensarse de forma sencilla con la fuerza medida. Mediante los movimientos determinados de la herramienta de bateo se procede además a una compensación de la fuerza de inercia de la masa de la herramienta de bateo 2.

El resultado de estas evaluaciones de la señal del sensor es la curva de fuerza-recorrido 28 para los distintos ciclos de oscilación 29 de un proceso de aproximación. Esta relación entre el movimiento de la herramienta de bateo y la fuerza de contacto 21 se utiliza posteriormente para evaluar el proceso de compactación y el estado del balasto 17 o del lecho de balasto 5.

En las figuras 3-5 se muestran a modo de ejemplo curvas de fuerza-recorrido 28 para un ciclo de oscilación 29. En una abscisa se indica la trayectoria de oscilación 27 y en una ordenada la fuerza de contacto 21. La propia curva de fuerza-recorrido 28 se muestra en forma de línea de trabajo 30. Estos diagramas de trabajo presentan características distintivas que permiten llegar a una conclusión clara acerca de las condiciones existentes durante la medición. En particular, se pueden extraer conclusiones sobre la respectiva fase de trabajo (descenso, aproximación o retroceso), el estado de compactación y el estado del balasto (balasto nuevo y recién triturado o balasto viejo, sucio y redondeado). La figura 3 muestra un diagrama de trabajo para balasto nuevo, que presenta bordes afilados y fuertemente dentados. La figura 4 muestra un diagrama de trabajo para balasto viejo con bordes redondeados, poco dentados, alta compactación y una elevada proporción de partículas finas. Las características distintivas (parámetros) de los diagramas de trabajo permiten una clasificación automatizada en categorías de estado, tales como balasto nuevo, balasto con una vida útil corta y balasto con una vida útil avanzada o final.

Las características distintivas que se pueden utilizar como parámetros son una fuerza máxima 31, una amplitud de oscilación 32, un punto de inversión anterior 33, un punto de inversión posterior 34, un punto de entrada en contacto 35, un punto de pérdida de contacto 36, una inclinación 37 de la línea de trabajo 30 durante una fase de carga (rigidez de carga), una inclinación 38 del conducto de trabajo 30 durante una fase de descarga (rigidez de descarga), una inclinación total 39 de la línea de trabajo y un trabajo de deformación realizado 40 como superficie rodeada por la línea de trabajo 30. Para la determinación de estos parámetros 31 -40 también se pueden utilizar, en lugar de las trayectorias de oscilación relativas 27, los recorridos de aproximación absolutos 23.

La medición y la determinación de parámetros integrados en el trabajo y la evaluación del estado del balasto basada en ellas permite un control de calidad continuo y la optimización de los parámetros del proceso de bateo 9. El estado del balasto de vía 17 puede evaluarse sobre la base de los dos extremos, el balasto nuevo procedente de una cantera y el balasto viejo al final de su vida útil técnica. En dependencia de la calidad del balasto, de la carga, de las influencias ambientales y de las condiciones del subsuelo, el estado del balasto pasa por todas las etapas intermedias, por lo que el tratamiento o la mezcla del balasto también puede tener lugar durante las medidas de mantenimiento. En concreto, se puede determinar que el balasto nuevo 17 está limpio, tiene bordes afilados y una distribución granulométrica definida. En cambio, el balasto viejo 17 está sucio, tiene bordes redondeados y presenta una distribución granulométrica modificada debido a la suciedad, la abrasión, la fragmentación del grano y las partículas finas del subsuelo.

Además, la determinación integrada en el trabajo de la rigidez del balasto y la evaluación del estado de compactación basada en ella permite un control de calidad continuo y la optimización de los parámetros del proceso de bateo 9. El estado de compactación del balasto de vía 17 puede evaluarse en función de las propiedades específicas del balasto. El balasto vertido a granel tiene un lecho suelto, un gran volumen de poros y una baja capacidad de carga. Cuando se carga, se producen deformaciones relativamente grandes, que en su mayoría son irreversibles. La rigidez de este tipo de balasto no compactado es baja. El balasto compactado, en cambio, tiene un lecho denso y un bajo volumen de poros. Debido a la compactación, las deformaciones se evitan de antemano en gran medida, por lo que sólo se producen pequeñas deformaciones bajo carga. Estas son predominantemente elásticos, es decir, reversibles. El balasto compactado tiene una gran rigidez.

Los parámetros definidos 31-40 de un ciclo de oscilación 29 caracterizan el proceso de bateo 9 de tal manera que se pueden hacer fácilmente afirmaciones sobre el estado del balasto y el proceso de compactación. Para ello, los parámetros 31 -40 o los diagramas de trabajo se muestran en un dispositivo de salida o se comparan con un esquema de evaluación predefinido. Algunos de los parámetros individuales 31 -40 se pueden especificar como parámetros para controlar la unidad de bateo 7. Con este fin, los datos se transfieren desde el dispositivo de evaluación 26 a un sistema de control de máquina 41.

En la siguiente descripción ejemplar de las correlaciones se procede, con el objeto de simplificar, a la interpretación de las curvas de fuerza-recorrido 28. Para una mejor comprensión, no se consideran las referencias cruzadas existentes. En cambio, se destacan los vínculos entre los parámetros 31-40 y los mecanismos evaluables con las correlaciones más evidentes.

La fuerza máxima 31 es un buen indicador tanto del estado del balasto como del estado de compactación. La amplitud de oscilación 32 está determinada por los puntos de inversión 33, 34 del movimiento dinámico de la herramienta de bateo. A medida que aumenta la resistencia del balasto 17, se produce una ligera reducción de la amplitud de oscilación 32, por lo que este segundo parámetro es un buen indicador del estado de compactación.

El punto de entrada en contacto 35 y el punto de pérdida de contacto 36 separan en la curva de fuerza - recorrido 28 una sección con contacto en arrastre de fuerza entre la herramienta de bateo 8 y el balasto 17 de una sección sin contacto. En el diagrama de trabajo se puede ver que la herramienta de bateo 8 incide en un movimiento de avance en el balasto 17, que la fuerza de contacto 21 aumenta hasta el máximo 31 y luego vuelve a bajar porque la herramienta de bateo 8 ha alcanzado el punto de inversión frontal 33 y comienza a moverse de nuevo hacia atrás. En este movimiento hacia atrás pierde el contacto con el balasto 17 presionado en la dirección de trabajo y realiza el resto del movimiento hacia atrás con una fuerza insignificante. Sólo después del cambio de dirección en el punto de inversión posterior 34, la herramienta de bateo 8 se desplaza de nuevo en la dirección de trabajo para entrar de nuevo en contacto con el balasto. Las figuras 3 y 4 muestran claramente que la posición de los puntos de contacto 35, 36 depende del estado del balasto. Por consiguiente, la posición de la línea de contacto y la línea de pérdida de contacto pueden utilizarse como indicadores de la calidad del balasto.

La rigidez de carga del balasto 17 es la relación entre la fuerza y la deformación correspondiente. En la curva de fuerza-recorrido 28, la misma se representa como inclinación de la línea de trabajo 30 en una rama de carga. La rigidez de la carga es un parámetro esencial para evaluar la capacidad de carga del balasto de la vía. La rigidez aumenta en el transcurso de la compactación del balasto y se utiliza como prueba acreditativa de la compactación.

La rigidez de descarga se representa como inclinación de la línea de trabajo 30 en una fase de descarga. En la figura 4, la fuerza de contacto 21 ya disminuye antes del punto de inversión 34 debido a la reducción de la velocidad de deformación, a pesar de que la deformación siga aumentando. Debido a este comportamiento inelástico, el balasto viejo 17 presenta una rigidez de descarga baja, a menudo incluso negativa. Por esta razón, la rigidez de descarga resulta adecuada como indicador del estado del balasto.

La superficie rodeada por la línea de trabajo 30 corresponde al trabajo de deformación 40. Con la trayectoria de oscilación relativa xrel, la fuerza de contacto F y una duración del ciclo de oscilación T, el trabajo de deformación W se calcula según la siguiente fórmula:

La eficacia del bateo de la vía se puede optimizar con este parámetro haciendo funcionar la unidad de bateo 7 de forma que se obtenga un máximo de trabajo de deformación 40.

La figura 5 muestra un diagrama de trabajo en la fase de penetración, en la que la herramienta de apriete 8 actúa aproximadamente de forma simétrica en ambas direcciones. La línea de trabajo 30 se asemeja a un óvalo. La resistencia del balasto 17 puede describirse mediante la rigidez, que se representa como la inclinación de este óvalo. En concreto, la inclinación total 39 se representa como la inclinación de una línea 42, que se determina por regresión lineal utilizando el método del mínimo cuadrado de error.

En una forma de realización ventajosa de la invención, se calculan todos los parámetros 31-40 para cada ciclo de oscilación 29 y se evalúa la progresión a lo largo de todo el proceso de aproximación. Las figuras 6 y 7 muestran estas curvas en un diagrama tridimensional. Un eje x y un eje y corresponden a la abscisa y a la ordenada de las figuras 3­ 5. En el tercer eje se indica un tiempo de aproximación 43 (secuencia de ciclos de oscilación 29). En la figura 6, por ejemplo, se puede ver claramente que con el nuevo balasto 17 la fuerza máxima 31 sube significativamente con el aumento del tiempo de aproximación 43.

La figura 8 muestra los mismos resultados de medición que la figura 6 y la figura 9 muestra los mismos resultados de medición que la figura 7. Sin embargo, en este caso la curva de fuerza se muestra como isolíneas 45 (isaritmos) de fuerza igual 21. La distancia entre estas líneas muestra la inclinación 37, 38 en el diagrama de trabajo (por ejemplo, la rigidez de la carga). La curva y la magnitud caracterizan el proceso de compactación en el balasto nuevo 17 (figura 8) y en el balasto viejo 17 (figura 9). También se trazan aquí una línea de las capas 46 de los puntos de entrada en contacto 35 y una línea de las capas 47 de los puntos de pérdida de contacto 36. Para la respectiva fuerza de contacto constante 21 se representa con el aumento del valor un rayado diferente. Una leyenda correspondiente se adjunta a la figura 8.

Las figuras 10-14 muestran curvas de valores característicos para una secuencia de varios ciclos de oscilación 29 con dos procesos de aproximación en un punto 6 de la vía 1. Se trata de curvas discretas de aquellos valores característicos (valores del respectivo parámetro 31-40) que se registran durante el respectivo ciclo de oscilación 29. Las curvas de valores característicos de un primer proceso de aproximación 48 y de un segundo proceso de aproximación 49 se muestran juntas en el diagrama correspondiente y comienzan en cada caso con el primer ciclo de oscilación 29 del respectivo proceso de aproximación 48, 49. La comparación de las curvas permite sacar conclusiones acerca de la compactación del balasto 17 y también sirve como criterio de decisión sobre cuántos procesos de bateo 9 son necesarios por punto de vía 6. La diferencia entre el primer y el segundo proceso de bateo 48, 49 es claramente visible y por lo tanto justifica el segundo proceso 49.

Las figuras 15-20 muestran curvas de valores característicos para una secuencia de varios procesos de bateo 9 o posiciones de traviesas en ubicaciones sucesivas 6 a lo largo de la vía 1 (evolución tridimensional). El respectivo diagrama muestra para cada proceso de bateo 9 nuevamente los valores característicos de dos procesos de aproximación 47, 48. Estas curvas proporcionan información sobre la homogeneidad de la vía 1, el estado del balasto y el éxito de la compactación.

Especialmente en el caso de las vías 1 con balasto viejo (figuras 18-20) y traviesas no asentadas, suele haber diferencias considerables y a pequeña escala entre las condiciones de apoyo de las distintas traviesas 2. Estas circunstancias también afectan al estado del balasto 17 y generalmente crean condiciones heterogéneas. A esta situación se puede reaccionar durante la ejecución de los procesos de bateo 9 mediante la especificación de parámetros modificados. Sin embargo, la heterogeneidad de la antigua vía 1 se mantiene. Por lo tanto, la heterogeneidad evaluada sobre la base de las curvas de valores característicos mostradas sirve como criterio para especificar los intervalos de bateo.

Por lo tanto, mediante una evaluación de los parámetros 31-40 para un tramo de vía es posible estimar cuándo será necesario el siguiente repaso (bateo) de este tramo de vía para mantener una posición de vía satisfactoria. Se obtiene así un indicador para una clasificación actual en el ciclo de vida de la vía 1. Con intervalos de bateo cada vez más cortos, la vía 1 se acerca al final de su vida útil y se tienen que adoptar medidas de saneamiento. El presente procedimiento proporciona de este modo parámetros 31-40 que también son adecuados para la planificación integral del mantenimiento de las vías.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la compactación de un lecho de balasto (5) mediante una unidad de bateo (7) dotada de sensores, que comprende dos herramientas de bateo opuestas (8) acopladas respectivamente a través de un brazo giratorio (10) a un accionamiento de aproximación (11) y a un accionamiento de oscilaciones (12), que en un proceso de bateo (9) se someten a oscilaciones (13) y se bajan al lecho de balasto (5) y que se desplazan la una hacia la otra con un movimiento de aproximación (18), caracterizado por que mediante sensores (20, 22, 24) dispuestos en al menos uno de los brazos giratorios (10) y/o la herramienta de bateo asignada (8) de la unidad de bateo (7) se registra, al menos para una de las herramientas de bateo (8) durante un ciclo de oscilaciones (29), una curva (28) de una fuerza de contacto horizontal (21) que actúa sobre la herramienta de bateo (8) en dirección al balasto (17) a lo largo de una distancia (23, 27) recorrida por la herramienta de bateo (8), y por que deriva de la misma al menos un parámetro (31 -40) por medio del cual se realiza una evaluación del proceso de bateo (9) y/o de un estado del lecho de balasto (5).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el parámetro (31-40) se establece como un parámetro para controlar la unidad de bateo (7).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que, para la evaluación de un estado del balasto o de un estado de compactación del lecho de balasto (5) se deriva como primera variable característica una fuerza máxima (31) que actúa sobre la herramienta de bateo (8) durante el ciclo de oscilaciones (29).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que, para la evaluación de un estado de compactación del lecho de balasto (5), se deriva como segunda variable característica una amplitud de oscilación (32) que se produce durante el ciclo de oscilaciones (29).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que, para la evaluación de un estado de balasto del lecho de balasto (5) para el ciclo de oscilaciones (29) se determina una entrada en contacto entre la herramienta de bateo (8) y el balasto (17), así como una pérdida de contacto entre la herramienta de bateo (8) y el balasto (17), y por que se deriva a partir de estos valores una tercera variable característica.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que, para la evaluación de una capacidad de carga del lecho de balasto (5), se deriva como cuarta variable característica una inclinación (37) de la curva (28) durante una fase de carga de la herramienta de bateo (8).

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que, para la evaluación de un estado de balasto del lecho de balasto (5), se deriva como quinta variable característica una inclinación (38) de la curva (28) durante una fase de descarga de la herramienta de bateo (8).

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que, para la determinación de un grado de utilización se deriva de la curva registrada (28), como sexta variable característica, un trabajo de deformación (40) realizado por medio de la herramienta de bateo (8).

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que, para la determinación de una rigidez global del lecho de balasto (5), se deriva, como séptima variable característica, una inclinación total (39) de la curva (28).

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por que la inclinación total (39) se determina por regresión lineal de la curva registrada (28).

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que la curva (28) de la fuerza (21) que actúa sobre la herramienta de bateo (8) se registra a través del recorrido (23, 27) de la herramienta de bateo para varios ciclos de oscilaciones (29) de un proceso de bateo (9), por que se determina un valor característico para cada uno de estos ciclos de oscilación (29) y porque se realiza un proceso de evaluación mediante una curva del valor característico.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que en el punto de vía (6) se realizan varios procesos de bateo (48, 49), por que para cada proceso de aproximación (48, 49) se determina un valor característico para un ciclo de oscilaciones (29) o una curva de valores característicos para varios de ciclos de oscilaciones (29) con el fin de evaluar un estado de compactación del lecho de balasto (5), y por que, en caso de no alcanzar un estado de compactación predeterminado, se realiza otro proceso de compactación.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que para varios procesos de bateo (9) se determina en diferentes puntos (6) a lo largo de una vía (1) respectivamente un valor característico para un ciclo de oscilaciones (29) o una curva de valores característicos para varios ciclos de oscilaciones (29), y por que a partir de a la vista de los mismos se procede a una evaluación de un desarrollo tridimensional de un éxito de compactación y/o del estado del lecho de balasto (5).

14. Dispositivo para la realización de un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, con una unidad de bateo (7) que presenta sensores y que comprende dos herramientas de bateo opuestas (8) acopladas respectivamente a través de un brazo giratorio (10) a un accionamiento de aproximación (11) y a un accionamiento de oscilaciones (12), caracterizado por que al menos en uno de los brazos giratorios (10) y/o en la herramienta de bateo correspondiente (8) se disponen sensores (20, 22, 24) para el registro de la curva (28) de la fuerza de contacto horizontal (21) que actúa sobre la herramienta de bateo (8) en dirección al balasto (17) a lo largo del recorrido (23, 27) de la herramienta de bateo, por que se prevé un dispositivo de evaluación (26) al que se transmiten las señales de medición (25) de los sensores (20, 22, 24), y por que el dispositivo de evaluación (26) está dispuesto para determinar un parámetro (31 -40) derivado de la curva (28).

15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado por que en un portaherramientas de bateo (15) se dispone al menos un censo de medición de fuerza (20).