JP2004093256A

JP2004093256A - Abnormalities diagnostic system

Info

Publication number: JP2004093256A
Application number: JP2002252877A
Authority: JP
Inventors: Takanori Miyasaka; 宮坂　孝範; Hirotoshi Aramaki; 荒巻　宏俊; Yasuyuki Muto; 武藤　泰之
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: CN1688874A; JP3874110B2; CN100541159C

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce maintenance/management cost for performing abnormality diagnosis by making it possible to decide whether abnormalities due to attrition and breakage of constituent of a rotator exist, with regular order of use without decomposing the rotator. <P>SOLUTION: The abnormalities diagnostic system is provided with a sensor unit 5 which is attached to a constitution member and detects physical quantity at the time of rotation of the rotator 3; an operation processing unit 7 which analyzes an output of the sensor unit 5 by prescribed arithmetic operation, compares analysis result with previously prepared reference data, and decides whether abnormalities of the rotator exist; and a control processing system 9 which indicates the analysis result and determination result of the processing unit 7 in a prescribed indicating form, and feeds back a control signal corresponding to the determination result to a control system for controlling operation of provision with which the rotator is incorporated. Thereby stable determination is enabled as compared with a case of visual inspection. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体を有する機械設備の異常診断システムに係り、特に、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する軸受装置のような回転体の異常発生の診断に使用される異常診断システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する軸受装置では、軸受部品の摩耗や破損による不都合の発生を防止するために、定期的に分解目視検査を実施するようにしている。
【０００３】
この分解目視検査では、車両を一定期間使用した後、軸受を車両から取り外して分解する。そして、熟練した専門の検査担当者が、分解した各構成部品を目視によって摩耗の度合いや傷の有無を確認する。検査担当者が、新品の部品にはない凹凸や摩耗などの異常を検出した場合には、新品に交換して、再度、軸受を組み立てる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この分解検査は、車両から軸受を取り外す分解作業や、検査済みの軸受部品を再度組み立て直す組み込み作業に多大な労力がかかり、車両の保守・管理コストの大幅な増大を招くという問題がある。
【０００５】
また、例えば、組み立て直す際に検査前には無かった打痕を軸受部品につけてしまうなど、検査自体により軸受に欠陥が生じる可能性もある。また、検査担当者は、限られた時間内で多数の軸受を目視で検査するため、欠陥を見落とす可能性がある。
更に、目視検査では、欠陥の程度の判断に個人差が生じ、実質的には欠陥がなくても欠陥有りと見なされて部品交換が行われてしまう場合があり、無駄にコストがかかることにもなる。
【０００６】
また、このような目視検査による不都合を解消するために、軸受が使用されている車両の車体上に、軸受の回転時に発生する音や振動を検出するセンサを備えて、そのセンサの検出信号に基づいて、軸受の摩耗や破損等による異常の検出を行うことも検討されている。
しかし、車体にセンサを取り付ける構成の場合は、軸受とセンサとの間の距離が離れることによって、センサの検出信号のＳＮ比が悪化し、高精度な検出・判定が難しいという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、保守・管理コストを低減させ、且つ、異常診断の信頼性を向上させることが可能な回転体を有する機械装置の異常診断システムを提供することをその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１によれば、回転体を有する機械設備の異常診断システムであって、
前記回転体の構成部品に組み付けられ、前記回転体の回転動作時の物理量を検出するセンサを有するセンサユニットと、
前記センサユニットの出力信号を分析し、分析結果を所定の基準データと比較して前記回転体の異常の有無を判定する演算処理装置と、
前記演算処理装置の判定結果を表示し、前記判定結果に応じて前記機械設備の動作を制御する制御処理装置と、を備えたことを特徴とする異常診断システムが与えられている。
【０００９】
回転体の回転動作時の物理量とは、回転体の回転状態に応じて変化する物理量で、例えば、回転体の発生する音、振動、ＡＥ、更には、回転数や温度、等が考えられる。分析結果と比較する基準データとは、前記回転体の正常時において前記センサから検出される物理量に基づくデータである。
【００１０】
このように構成された回転体の異常診断システムは、回転体の構成部品の摩耗や破損に起因した異常の有無を、予め回転体に組み込まれているセンサユニットの出力を分析し、分析結果を予め用意しておいた基準データと比較することで判定するため、その回転体を分解をせずに通常の使用状態のままで判定することができる。
【００１１】
従って、手間のかかる分解・組み立て作業の頻度を減少させて保守・管理コストを低減させることができる。
また、規定の演算処理による分析や比較で機械的に判定を行うため、従来の目視検査と比較すると、検査担当者の熟練度や個人差によって判定がばらつく虞がなく、異常の有無の診断の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、センサユニットが回転体の構成部品上に密着装備されているため、回転体の周囲の器物自体の発生する音や振動の周波数成分のピークが、センサユニットの検出する信号のＳＮ比に悪影響を及ぼす危険が低減し、センサユニットの出力信号のＳＮ比の改善によって、分析・判定の精度の向上を図ることができる。
【００１３】
請求項２記載の異常診断システムによれば、前記センサユニットは、前記センサの前記出力信号を増幅する出力増幅手段を備えている。このように構成された回転体の異常診断システムにおいては、センサユニットの出力信号が強いため、センサユニットと演算処理装置との間の信号伝達経路等で加わるノイズの影響を抑えることができ、ノイズによる処理精度の低下を防止して、異常の有無の診断の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
請求項３記載の異常診断システムによれば、前記センサユニットは、前記出力信号を前記演算処理装置に無線送信する無線通信手段を備えている。このように構成された回転体の異常診断システムにおいては、センサユニットの出力を、回転体を有する設備上に布設した信号線で演算処理装置に伝達する場合と比較すると、演算処理装置や制御処理装置の配置自由度が高まり、当該回転体の異常診断システムの設置が容易になる。
【００１５】
請求項４記載の異常診断システムによれば、前記演算処理装置及び制御処理装置は、前記回転体から離れた監視用基地局に設けられている。このように構成された回転体の異常診断システムにおいては、センサユニットが出力する信号に、個体識別情報（ＩＤ情報）を埋め込むことによって、基地局に設置された演算処理装置や制御処理装置を、複数個の回転体で共有させることができ、多数の回転体の異常の有無の診断を集中管理して、回転体の異常診断処理の効率化や、異常診断用の設備の低コスト化を図ることができる。
【００１６】
請求項５記載の異常診断システムによれば、前記センサユニットは、鉄道車両の軸受装置に取り付け、前記鉄道車両の前記軸受装置の異常を診断する。このように、前記センサユニットを鉄道車両に取り付け、請求項３及び４に記載のように、基地局に無線でデータを送信することにより、迅速に鉄道車両の異常診断を行うことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る異常診断システムの実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る第１実施形態の異常診断システム１を示す図である。異常診断システム１は、鉄道車両の車軸を支承する転がり軸受３中の各構成部品の摩耗や破損による異常の発生を検出するものである。異常診断システム１は、センサユニット５、演算処理装置７、及び、制御処理装置９を備えている。
【００１９】
転がり軸受３は、異常の有無の診断対象となる回転体である。一つの車両には、複数個の転がり軸受３が設けられており、それぞれの転がり軸受３の外輪に一つのセンサユニット５が組み付けられている。
【００２０】
センサユニット５は、センサケース５ａを有している。センサケース５ａの内部には、軸受３の回転状態に応じて変化する物理量である、音Ｊ１、振動Ｊ２、軸受の回転数Ｊ３、軸受温度Ｊ４、軸受外輪上に生じる歪みＪ５等、をそれぞれ検出する複数のセンサを有している。センサユニット５は、各センサの出力信号を増幅する出力増幅器を備えており、検出された各情報を増幅した後に演算処理装置７に送る。センサユニット５は、上記に加え、ひずみに起因するＡＥ等を検出するようにしてもよい。
【００２１】
演算処理装置７は、各センサユニット５の出力を所定の演算処理によって分析し、分析結果を予め用意しておいた基準データと比較して転がり軸受３における異常の有無を判定する。演算処理装置７が分析結果と比較する基準データとは、診断対象である軸受３の正常時において前記センサユニットから検出される各種の物理量の基準値である。具体的には、正常な軸受３の音情報、振動情報、軸受の回転数情報、軸受温度情報、軸受外輪上に生じる歪み情報等の他、軸受３の特定部位の摩耗や破損によって生じる周波数成分の情報等である。前記演算処理装置７は、分析部１３，１４，１５、データ蓄積部１７、内部データ蓄積部１９、比較判定部２１、及び、第２のデータ蓄積部２３を備えている。
【００２２】
第１のデータ蓄積部１７は、各センサユニット５から送信された検出データを一時的に蓄積すると共に、蓄積したデータをそのデータの種類に応じて分析部１３，１４，１５に分配する。
【００２３】
分析部１３，１４，１５は、それぞれ所定の物理量の分析を行うためのユニットである。具体的に、本実施形態では、分析部１３は、振動情報にエンベローブ処理を施し、エンベロープ処理後の振動情報を周波数解析するための周波数演算部、分析部１４は、回転情報を基に軸受３の回転数を算出する回転数算出部、分析部１５は、温度情報を基に軸受３の温度を算出する温度算出部である。分析部１３の前段には、振動情報が含む周波数帯のうち、所定の周波数帯のみを通過させるフィルタ処理部２５が設けられている。
【００２４】
内部データ蓄積部１９は、軸受３の諸元及び軸受３の正常動作時の回転数に対応する音や振動、正常時の温度等の各種の物理量を基準データとして蓄積している。内部データ蓄積部１９は、比較判定部２１からの要求に応じて、所定のデータを比較判定部２１に送出する。
【００２５】
比較判定部２１は、各分析部１３，１４，１５における分析結果を内部データ蓄積部１９に蓄積されている基準データと比較することによって、異常の有無の判定及び異常部位の特定を行う。
【００２６】
具体的に、比較判定部２１は、分析部１３から受け取った周波数データを内部データ蓄積部１９に蓄積されている正常動作時の周波数データと比較し、特定の周波数帯における異常なピークの有無を確認する。異常なピークが発生する周波数帯は、軸受の回転数に依存して変化するため、分析部１４から送られる回転数を参照しながら確認を行う。比較判定部２１は、ある特定の周波数帯の通常のピークレベルをしきい値として用い、ある特定の周波数帯のピークがしきい値を超えている場合には、異常が発生していると判定する。
【００２７】
さらに、比較判定部２１は、検出された温度と、データ蓄積部１９に蓄積されている正常動作時の温度を比較し、検出された温度が所定値よりも大きい場合には、異常昇温が発生していると判定する。
【００２８】
なお、分析部１３，１４，１５や比較判定部２１における具体的な処理は、上記の方法に限るものではなく、公知の種々の方法、或いは本願出願人が先に提案している各種の判定手法を流用することができる。
【００２９】
第２のデータ蓄積部２３は、各分析部１３，１４，１５における分析結果及び前記比較判定部２１における判定結果を蓄積する。第２データ蓄積部２３は、制御処理装置９からの要求に応じて、分析結果及び判定結果を制御処理装置９に送出する。
【００３０】
制御処理装置９は、演算処理装置７の分析結果や判定結果を所定の表示形態で表示すると共に転がり軸受３が組み込まれている設備である鉄道車両の動作を制御する制御系（図示略）に前記判定結果に応じた制御信号をフィードバックする。制御処理装置９は、演算処理装置７の分析結果や判定結果を所定の表示形態で表示する結果出力部２７と、軸受３が組み込まれている車両の動作を制御する制御系に前記比較判定部２１の判定結果に応じた制御信号Ｓ１をフィードバックする制御器２９とを備えている。
【００３１】
結果出力部２７は、モニターでの画像表示、又は、プリンタによる印刷出力によって、演算処理装置７の分析結果や判定結果を表示する他、演算処理装置７の判定結果が異常有りの場合には、警告灯の点滅や警報機の作動による通知を行う。
【００３２】
制御器２９は、演算処理装置７の判定結果が異常有りの場合に、異常の程度に応じて、車両の走行停止や、速度の減速等を示す制御信号Ｓ１を車両の走行制御系に送る。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態の異常診断システム１では、軸受３の構成部品の摩耗や破損に起因した異常の有無を、予め軸受３に組み込まれているセンサユニット５の出力を演算処理装置７の各分析部１３，１４，１５において分析する。そして、異常診断システム１は、内部データ蓄積部１９に予め用意しておいた基準データと分析結果を比較することで異常の有無を判定する。従って、異常診断システム１によれば、軸受３を分解することなく通常の使用状態のままで軸受３における異常の有無を判定することができるため、手間のかかる分解・組み立て作業の頻度を減少させて保守・管理コストを低減させることができる。
また、規定の演算処理による分析や比較で機械的に異常の有無の判定を行うため、従来の目視検査と比較すると、検査担当者の熟練度や個人差によって判定がばらつく虞がなく、異常診断の信頼性を向上させることができる。
【００３４】
また、センサユニットが回転体上に装備されているため、回転体の周囲の器物自体の発生する音や振動の周波数成分のピークが、センサユニットの検出する信号のＳＮ比に悪影響を及ぼす危険が低減する。
したがって、例えば、鉄道車両がレールの継ぎ目の上を通過する際に発生するノイズや、軸受３に関係の無い機器等から発生する振動等の周波数成分のピークによってセンサユニット５の検出信号が大きく歪む危険がなくなり、センサユニットの出力信号のＳＮ比の改善によって、計算負荷の軽減や、解析に要する時間のロスも少なくすることができ、分析・判定の精度の向上及び処理の迅速化を図ることができる。
【００３５】
また、本実施形態では、センサユニット５にセンサ出力を増幅する出力増幅器が内蔵されている。従って、センサユニット５の出力信号は、既に増幅され振幅が大きくなっているため、センサユニット５と演算処理装置７との間の信号伝達経路等で加わるノイズの影響を抑えることができる。これにより、ノイズによる処理精度の低下を防止して、異常診断の信頼性を向上させることができる。
【００３６】
図２は、本発明に係る回転体の異常診断システムの第２実施形態の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の回転体の異常診断システム３１は、第１の実施の形態の異常診断システム１において、車軸を支承するセンサ付軸受３に装備されるセンサユニットを改良すると共に、センサユニットの出力信号に基づいて一定の処理を行う演算処理装置７及び制御処理装置９の装備形態を工夫したものである。
【００３７】
演算処理装置７や制御処理装置９の具体的な構成や処理方法は、第１実施形態と同様であるので、共通する構成には第１の実施の形態と同じ番号を付すことによって、これらの演算処理装置７や制御処理装置９に関する説明は省略する。
【００３８】
本実施形態のセンサユニット５１は、軸受３に対して検出を行う物理量自体は、図示のように、音Ｊ１、振動Ｊ２、軸受の回転数Ｊ３、軸受温度Ｊ４、軸受外輪上に生じる歪みＪ５等で、これらの検出信号を図示せぬ出力増幅器によって増幅して出力する点は、第１の実施の形態と同様である。
【００３９】
本実施形態のセンサユニット５１は、出力増幅器を経た出力信号を無線送信する無線通信機を備えている。前記センサユニット５１の出力は、無線通信によって信号送受信装置３３に送出される。
【００４０】
信号送受信装置３３は、例えば、センサ付軸受３を搭載した鉄道車両３５の走行経路に沿って、無線出力の到達範囲内の適宜間隔で線路際や途中の駅などに、設置される。信号送受信装置３３は、センサユニット５１から受信した信号を有線又は無線通信を用いて情報処理センタ３７に送出する。
【００４１】
情報処理センタ３７は、演算処理装置７及び制御処理装置９を備えている。情報処理センター３７は、センサユニット５１の出力信号を、信号送受信装置３３を介して受信し、演算処理装置７の第１のデータ蓄積部１７に蓄積する。そして、第１のデータ蓄積部１７は、演算処理装置７内の各分析部１３，１４，１５に受信した信号を分配する。分配された信号は、各分析部１３，１４，１５にて、所定の処理が施される。
【００４２】
センサユニット５１の出力には、出力したセンサユニットを特定するための個体識別情報（ＩＤ情報）が埋め込まれている。演算処理装置７及び制御処理装置９は、この個体識別情報をもとに、受信した出力がどの軸受３から送られてきたものか判断し、軸受毎にデータを区別して処理・蓄積を行う。これにより、情報処理センター３７は、演算処理装置７や制御処理装置９を複数台の鉄道車両３５で共有させ、複数の軸受３の異常の有無の診断を集中管理する。
【００４３】
また、情報処理センター３７に設置された制御処理装置９には、鉄道車両３５の制御系に無線通信で制御信号をフィードバックする無線通信機（図示略）が追加されている。
【００４４】
以上の異常診断システム３１では、センサユニット５１の出力を、軸受を有する鉄道車両上に布設した信号線で演算処理装置に伝達する場合と比較して、演算処理装置７や制御処理装置９の配置自由度が高まり、当該回転体の異常診断システム１の設置が容易になる。
【００４５】
また、センサユニット５１が出力する信号に、個体識別情報（ＩＤ情報）を埋め込むことによって、情報処理センター３７に設置された演算処理装置７や制御処理装置９を、複数台の鉄道車両３５で共有させることができ、より多数の軸受３の異常の有無の診断を集中管理して、軸受３の異常診断処理の効率化や、異常診断用の設備の低コスト化を図ることができる。
【００４６】
図３は、本発明に係る回転体の異常診断システムの第３実施形態を示したものである。
この第３実施形態の回転体の異常診断システム４１は、鉄道車両３５の車軸を支承する軸受として、第１実施形態で示したセンサ付軸受３を使用し、この軸受３に組み込まれたセンサユニット５で検出したデータを、鉄道車両３５とは離れた情報処理センター３８に設置された演算処理装置４３及び制御処理装置４５によって分析・判定する。
【００４７】
演算処理装置４３は、センサユニット５が出力した信号を分析・判定するための構成手段は、第１実施形態と共通であるが、センサユニット５の出力データを一時蓄積すると共にデータ種類に応じて各分析部１３，１４，１５に分配する第１のデータ蓄積部１７が、容易に着脱できる構成になっている。
また、鉄道車両３５には、第１のデータ蓄積部１７を容易に着脱できる蓄積部接続部（図示略）が装備されている。この蓄積部接続部に装着された第１のデータ蓄積部１７は、各軸受３のセンサユニット５が出力した信号を蓄積することができる。
【００４８】
この異常診断システム４１は、センサユニット５の出力を蓄積した第１のデータ蓄積部１７を、鉄道車両３５から取り外して情報処理センター３８に搬入し、情報処理センター３８内の演算処理装置４３に接続することで、第１のデータ蓄積部１７に蓄積されている諸データの分析・判定を行い、演算処理装置４３における判定結果や分析結果を制御処理装置４５の結果出力部２７が、管理者等に通知する。
【００４９】
蓄積データの分析・判定を済ませた第１のデータ蓄積部１７は、必要に応じて使用済みデータの消去等の保守を実施した後に、鉄道車両３５に戻して再利用する。
【００５０】
以上の構成の異常診断システム４１は、リアルタイムの分析・判定には不向きであるが、第１のデータ蓄積部１７に蓄積されたデータを長期保管したり、或いは詳細に分析する場合に適している。
また、情報処理センター３８に設置される演算処理装置４３や制御処理装置４５は、第２実施形態の場合と同様に、多数の車両で共用することができるため、異常診断を行う設備費の削減にも適する。
【００５１】
なお、本発明に係る回転体は、上記実施形態で示した軸受に限らない。例えば鉄道車両における歯車や車輪など、取り外しや組付けに多大な手間がかかる各種の大型の回転体を、本発明の異常診断の対象とすることができる。
また、本発明に係る演算処理装置は、所謂、パーソナルコンピュータや汎用コンピュータを流用することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の回転体の異常診断システムによれば、回転体の構成部品の摩耗や破損に起因した異常の有無を、予め回転体に組み込まれているセンサユニットの出力を分析し、分析結果を予め用意しておいた基準データと比較することで判定するため、その回転体を分解をせずに通常の使用状態のままで判定することができる。
従って、手間のかかる分解・組み立て作業の頻度を減少させて保守・管理コストを低減させることができる。
また、規定の演算処理による分析や比較で機械的に判定を行うため、従来の目視検査と比較すると、検査担当者の熟練度や個人差によって判定がばらつく虞がなく、異常の有無の診断の信頼性を向上させることができる。
【００５３】
また、センサユニットが回転体に密着装備されているため、回転体の周囲の器物自体の発生する音や振動の周波数成分のピークが、センサユニットの検出する信号のＳＮ比に悪影響を及ぼす危険が低減し、センサユニットの出力信号のＳＮ比の改善によって、分析・判定の精度の向上を図ることができる。
【００５４】
また、請求項２に記載の構成によれば、センサユニットの出力信号が増幅されていて強いため、センサユニットと演算処理装置との間の信号伝達経路等で加わるノイズの影響を抑えることができ、ノイズによる処理精度の低下を防止して、異常の有無の診断の信頼性を向上させることができる。
【００５５】
また、請求項３に記載の構成によれば、センサユニットの出力を、回転体を有する設備上に布設した信号線で演算処理装置に伝達する場合と比較して、演算処理装置や制御処理装置の配置自由度が高まり、当該回転体の異常診断システムの設置が容易になる。
【００５６】
また、請求項４に記載の構成によれば、センサユニットが出力する信号に、個体識別情報（ＩＤ情報）を埋め込むことによって、基地局に設置された演算処理装置や制御処理装置を、複数個の回転体で共有させることができ、多数の回転体の異常の有無の診断を集中管理して、回転体の異常診断処理の効率化や、異常診断用の設備の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転体の異常診断システムの第１実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る回転体の異常診断システムの第２実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る回転体の異常診断システムの第３実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　異常診断システム
３　転がり軸受（回転体）
５　センサユニット
５ａ　センサーケース
７　演算処理装置
９　制御処理装置
１３，１４，１５　分析部
１７　第１のデータ蓄積部
１９　内部データ蓄積部
２１　比較判定部
２３　第２のデータ蓄積部
２５　フィルタ処理部
２７　結果出力部
２９　制御器
３１　異常診断システム
３３　信号送受信装置
３５　鉄道車両
３７，３８　情報処理センター（監視用基地局）
４１　異常診断システム
４３　演算処理装置
４５　制御処理装置
５１　センサユニット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an abnormality diagnosis system for mechanical equipment having a rotating body, and more particularly to an abnormality diagnosis system used for diagnosing occurrence of an abnormality in a rotating body such as a bearing device that rotatably supports an axle of a railway vehicle.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a bearing device that rotatably supports an axle of a railway vehicle, a disassembly visual inspection is periodically performed in order to prevent inconvenience due to wear or breakage of a bearing component.
[0003]
In this disassembly visual inspection, after using the vehicle for a certain period, the bearing is removed from the vehicle and disassembled. Then, a skilled professional inspector visually checks the disassembled components for the degree of wear and the presence or absence of flaws. If the inspector detects an abnormality such as unevenness or wear that is not present in the new part, replace it with a new part and reassemble the bearing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, this disassembly inspection requires a great deal of labor to disassemble the bearing from the vehicle and reassemble the inspected bearing parts, resulting in a significant increase in vehicle maintenance and management costs. .
[0005]
In addition, for example, when reassembling, the bearing itself may be defective due to the inspection itself, for example, a dent that was not made before the inspection may be made on the bearing component. In addition, the inspector visually inspects a large number of bearings within a limited time, and thus may overlook a defect.
Furthermore, in the visual inspection, there is an individual difference in the judgment of the degree of the defect, and even if there is substantially no defect, it may be considered that there is a defect and the parts may be replaced, which results in wasteful cost. Also.
[0006]
Also, in order to eliminate such inconvenience due to such a visual inspection, a sensor is provided on the body of the vehicle in which the bearing is used to detect a sound or vibration generated when the bearing rotates, and a detection signal of the sensor is provided. Based on this, it has been considered to detect an abnormality caused by wear or breakage of the bearing.
However, in the case of a configuration in which the sensor is mounted on the vehicle body, there is a problem that the distance between the bearing and the sensor is increased, thereby deteriorating the S / N ratio of the detection signal of the sensor, making it difficult to perform highly accurate detection and determination.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides an abnormality diagnosis system for a mechanical device having a rotating body capable of reducing maintenance and management costs and improving reliability of abnormality diagnosis. Its purpose is to:
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided an abnormality diagnosis system for mechanical equipment having a rotating body,
A sensor unit that is assembled to a component of the rotating body and has a sensor that detects a physical quantity during a rotating operation of the rotating body,
An arithmetic processing device that analyzes the output signal of the sensor unit and compares the analysis result with predetermined reference data to determine whether there is an abnormality in the rotating body,
An abnormality diagnosis system is provided, comprising: a control processing device that displays a determination result of the arithmetic processing device and controls an operation of the mechanical equipment according to the determination result.
[0009]
The physical quantity at the time of the rotating operation of the rotating body is a physical quantity that changes according to the rotating state of the rotating body. For example, the sound, vibration, AE, rotation speed, temperature, and the like generated by the rotating body can be considered. The reference data to be compared with the analysis result is data based on a physical quantity detected from the sensor when the rotating body is normal.
[0010]
The rotating body abnormality diagnosis system configured as described above analyzes the output of a sensor unit incorporated in the rotating body in advance to determine whether there is an abnormality due to wear or breakage of the rotating body component, and analyzes the analysis result. Since the determination is made by comparing with reference data prepared in advance, the determination can be made in a normal use state without disassembling the rotating body.
[0011]
Therefore, it is possible to reduce the frequency of laborious disassembly / assembly work and reduce maintenance / management costs.
In addition, since the judgment is made mechanically by analysis and comparison by prescribed arithmetic processing, there is no possibility that the judgment will vary due to the skill of the inspector and individual differences, and the diagnosis of the presence or absence of abnormality is not compared with the conventional visual inspection. Reliability can be improved.
[0012]
In addition, since the sensor unit is closely mounted on the component of the rotating body, the peak of the frequency component of the sound or vibration generated by the object itself around the rotating body has an adverse effect on the S / N ratio of the signal detected by the sensor unit. And the accuracy of analysis and determination can be improved by improving the SN ratio of the output signal of the sensor unit.
[0013]
According to the abnormality diagnosis system of the second aspect, the sensor unit includes an output amplifying unit that amplifies the output signal of the sensor. In the rotating body abnormality diagnosis system configured as described above, since the output signal of the sensor unit is strong, it is possible to suppress the influence of noise added on a signal transmission path or the like between the sensor unit and the arithmetic processing device. , The reliability of diagnosis of the presence or absence of an abnormality can be improved.
[0014]
According to the abnormality diagnosis system of the third aspect, the sensor unit includes a wireless communication unit that wirelessly transmits the output signal to the arithmetic processing device. In the rotating body abnormality diagnosis system configured as described above, the output of the sensor unit is compared with the case where the output of the sensor unit is transmitted to the arithmetic processing unit via a signal line laid on the equipment having the rotating body, and the arithmetic processing unit and the control processing are compared. The degree of freedom of arrangement of the device is increased, and the installation of the abnormality diagnosis system for the rotating body is facilitated.
[0015]
According to the abnormality diagnosis system of the fourth aspect, the arithmetic processing unit and the control processing unit are provided in a monitoring base station remote from the rotating body. In the rotating body abnormality diagnosis system configured as described above, by embedding the individual identification information (ID information) in the signal output by the sensor unit, the arithmetic processing device and the control processing device installed in the base station can be installed. It can be shared by multiple rotating bodies, centrally manages the diagnosis of the presence or absence of abnormalities in a large number of rotating bodies, and improves the efficiency of the abnormality diagnosis processing of rotating bodies and reduces the cost of equipment for abnormality diagnosis. be able to.
[0016]
According to the abnormality diagnosis system of the fifth aspect, the sensor unit is attached to a bearing device of a railway vehicle, and diagnoses an abnormality of the bearing device of the railway vehicle. In this way, by attaching the sensor unit to a railway vehicle and transmitting data wirelessly to the base station as described in claims 3 and 4, it is possible to quickly diagnose an abnormality of the railway vehicle. .
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an abnormality diagnosis system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0018]
FIG. 1 is a diagram showing an abnormality diagnosis system 1 according to a first embodiment of the present invention. The abnormality diagnosis system 1 detects the occurrence of an abnormality due to wear or breakage of each component in the rolling bearing 3 that supports an axle of a railway vehicle. The abnormality diagnosis system 1 includes a sensor unit 5, an arithmetic processing unit 7, and a control processing unit 9.
[0019]
The rolling bearing 3 is a rotating body to be diagnosed for abnormality. One vehicle is provided with a plurality of rolling bearings 3, and one sensor unit 5 is attached to the outer ring of each rolling bearing 3.
[0020]
The sensor unit 5 has a sensor case 5a. Inside the sensor case 5a, the physical quantities that change according to the rotational state of the bearing 3, such as the sound J1, the vibration J2, the rotational speed J3 of the bearing, the bearing temperature J4, and the distortion J5 generated on the outer ring of the bearing are detected. It has a plurality of sensors. The sensor unit 5 has an output amplifier that amplifies the output signal of each sensor, and sends the detected information to the arithmetic processing device 7 after amplifying the information. In addition to the above, the sensor unit 5 may detect AE or the like caused by distortion.
[0021]
The arithmetic processing unit 7 analyzes the output of each sensor unit 5 by a predetermined arithmetic processing, compares the analysis result with reference data prepared in advance, and determines whether there is an abnormality in the rolling bearing 3. The reference data compared with the analysis result by the arithmetic processing unit 7 is a reference value of various physical quantities detected from the sensor unit when the bearing 3 to be diagnosed is normal. Specifically, in addition to sound information, vibration information, bearing rotation speed information, bearing temperature information, distortion information generated on the bearing outer ring, etc., of the normal bearing 3, frequency components caused by wear or breakage of a specific portion of the bearing 3 Information. The arithmetic processing unit 7 includes analysis units 13, 14, 15, a data storage unit 17, an internal data storage unit 19, a comparison determination unit 21, and a second data storage unit 23.
[0022]
The first data storage unit 17 temporarily stores the detection data transmitted from each sensor unit 5, and distributes the stored data to the analysis units 13, 14, and 15 according to the type of the data.
[0023]
The analysis units 13, 14, and 15 are units for analyzing predetermined physical quantities. Specifically, in the present embodiment, the analysis unit 13 performs an envelope process on the vibration information, and a frequency calculation unit for frequency-analyzing the vibration information after the envelope process. The analysis unit 14 includes the bearing 3 based on the rotation information. The rotation speed calculation unit that calculates the rotation speed of the motor 3 and the analysis unit 15 are temperature calculation units that calculate the temperature of the bearing 3 based on the temperature information. A filter processing unit 25 that passes only a predetermined frequency band among the frequency bands included in the vibration information is provided at a stage preceding the analysis unit 13.
[0024]
The internal data storage unit 19 stores various physical quantities such as sound and vibration corresponding to the specifications of the bearing 3 and the number of revolutions of the bearing 3 in a normal operation, temperature in a normal state, and the like as reference data. The internal data storage unit 19 sends predetermined data to the comparison and determination unit 21 in response to a request from the comparison and determination unit 21.
[0025]
The comparing and judging unit 21 judges the presence or absence of an abnormality and specifies the abnormal part by comparing the analysis result of each of the analyzing units 13, 14 and 15 with the reference data stored in the internal data storage unit 19.
[0026]
Specifically, the comparison / determination unit 21 compares the frequency data received from the analysis unit 13 with the frequency data during normal operation stored in the internal data storage unit 19, and determines whether there is an abnormal peak in a specific frequency band. Confirm. Since the frequency band in which an abnormal peak occurs changes depending on the rotation speed of the bearing, the confirmation is performed with reference to the rotation speed sent from the analysis unit 14. The comparison determination unit 21 uses the normal peak level of a specific frequency band as a threshold, and determines that an abnormality has occurred if the peak of the specific frequency band exceeds the threshold. I do.
[0027]
Further, the comparison determination unit 21 compares the detected temperature with the temperature during normal operation stored in the data storage unit 19, and when the detected temperature is higher than a predetermined value, an abnormal temperature rise It is determined that an error has occurred.
[0028]
The specific processing in the analysis units 13, 14, 15 and the comparison determination unit 21 is not limited to the above method, but may be any of various known methods or various types of determination proposed by the applicant of the present invention. The technique can be diverted.
[0029]
The second data storage unit 23 stores the analysis results of the analysis units 13, 14, and 15 and the determination results of the comparison determination unit 21. The second data storage unit 23 sends an analysis result and a determination result to the control processing device 9 in response to a request from the control processing device 9.
[0030]
The control processing device 9 displays an analysis result and a determination result of the arithmetic processing device 7 in a predetermined display form, and controls a control system (not shown) for controlling the operation of a railway vehicle as a facility in which the rolling bearing 3 is incorporated. A control signal corresponding to the determination result is fed back. The control processing device 9 includes a result output unit 27 that displays the analysis result and the determination result of the arithmetic processing device 7 in a predetermined display form, and a comparison and determination unit that controls the operation of the vehicle in which the bearing 3 is incorporated. And a controller 29 that feeds back a control signal S1 according to the determination result of step 21.
[0031]
The result output unit 27 displays the analysis result and the determination result of the arithmetic processing device 7 by displaying an image on a monitor or printing out by a printer, and when the determination result of the arithmetic processing device 7 is abnormal, Notifications are made by flashing a warning light or activating an alarm.
[0032]
When the result of the determination by the arithmetic processing unit 7 is abnormal, the controller 29 sends a control signal S1 indicating a stop of the running of the vehicle, a reduction in the speed, and the like to the running control system of the vehicle according to the degree of the abnormality.
[0033]
As described above, in the abnormality diagnosis system 1 according to the present embodiment, the output of the sensor unit 5 incorporated in the bearing 3 in advance is used to determine whether there is an abnormality due to wear or breakage of the components of the bearing 3. The analysis is performed in each of the analysis units 13, 14, and 15. Then, the abnormality diagnosis system 1 determines the presence or absence of an abnormality by comparing the analysis result with reference data prepared in advance in the internal data storage unit 19. Therefore, according to the abnormality diagnosis system 1, it is possible to determine the presence or absence of an abnormality in the bearing 3 without disassembling the bearing 3 in a normal use state, thereby reducing the frequency of troublesome disassembly and assembly work. Maintenance and management costs can be reduced.
In addition, since the presence or absence of an abnormality is determined mechanically by analysis and comparison by prescribed arithmetic processing, there is no risk that the determination will vary depending on the skill level or individual differences of the inspector, and the abnormality diagnosis Reliability can be improved.
[0034]
In addition, since the sensor unit is mounted on the rotating body, there is a risk that the peak of the frequency component of the sound or vibration generated by the object itself around the rotating body will adversely affect the SN ratio of the signal detected by the sensor unit. Reduce.
Therefore, for example, the detection signal of the sensor unit 5 is greatly distorted due to noise generated when the railway vehicle passes over the joint of the rail or peaks of frequency components such as vibrations generated from devices unrelated to the bearing 3. Eliminate danger, improve the S / N ratio of the output signal of the sensor unit, reduce the computational load and reduce the loss of time required for analysis, and improve the accuracy of analysis and judgment and speed up the processing. Can be.
[0035]
In the present embodiment, the sensor unit 5 has a built-in output amplifier for amplifying the sensor output. Therefore, since the output signal of the sensor unit 5 has already been amplified and the amplitude has been increased, the influence of noise added on a signal transmission path between the sensor unit 5 and the arithmetic processing unit 7 can be suppressed. As a result, it is possible to prevent a reduction in processing accuracy due to noise and improve the reliability of abnormality diagnosis.
[0036]
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of a rotating body abnormality diagnosis system according to the present invention. The abnormality diagnosis system 31 for a rotating body according to the present embodiment is different from the abnormality diagnosis system 1 according to the first embodiment in that the sensor unit mounted on the sensor-equipped bearing 3 that supports the axle is improved and the output signal of the sensor unit is improved. The equipment forms of the arithmetic processing unit 7 and the control processing unit 9 for performing a certain process based on the above are devised.
[0037]
The specific configurations and processing methods of the arithmetic processing unit 7 and the control processing unit 9 are the same as those of the first embodiment, and the common configurations are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment. A description of the arithmetic processing device 7 and the control processing device 9 will be omitted.
[0038]
In the sensor unit 51 of the present embodiment, the physical quantity itself for detecting the bearing 3 includes a sound J1, a vibration J2, a rotational speed J3 of the bearing, a bearing temperature J4, a distortion J5 generated on the bearing outer ring, and the like as illustrated. The point that these detection signals are amplified by an output amplifier (not shown) and output are the same as in the first embodiment.
[0039]
The sensor unit 51 of the present embodiment includes a wireless communication device that wirelessly transmits an output signal that has passed through an output amplifier. The output of the sensor unit 51 is sent to the signal transmitting / receiving device 33 by wireless communication.
[0040]
The signal transmission / reception device 33 is installed, for example, along a traveling route of a railway vehicle 35 equipped with the sensor-equipped bearing 3 at an appropriate interval within a wireless output reachable range, near a railroad, at a station on the way, or the like. The signal transmission / reception device 33 sends the signal received from the sensor unit 51 to the information processing center 37 by using a wired or wireless communication.
[0041]
The information processing center 37 includes the arithmetic processing device 7 and the control processing device 9. The information processing center 37 receives the output signal of the sensor unit 51 via the signal transmitting / receiving device 33 and stores the output signal in the first data storage unit 17 of the arithmetic processing device 7. Then, the first data storage unit 17 distributes the received signal to each of the analysis units 13, 14, and 15 in the arithmetic processing device 7. The distributed signals are subjected to predetermined processing in the analysis units 13, 14, and 15.
[0042]
In the output of the sensor unit 51, individual identification information (ID information) for specifying the output sensor unit is embedded. Based on the individual identification information, the arithmetic processing unit 7 and the control processing unit 9 determine from which bearing 3 the received output is sent, and perform processing / accumulation by distinguishing data for each bearing. Thereby, the information processing center 37 shares the arithmetic processing device 7 and the control processing device 9 with the plurality of railway vehicles 35, and centrally manages the diagnosis of the presence or absence of the abnormality of the plurality of bearings 3.
[0043]
Further, a wireless communication device (not shown) that feeds back a control signal by wireless communication to the control system of the railway vehicle 35 is added to the control processing device 9 installed in the information processing center 37.
[0044]
In the above abnormality diagnosis system 31, the arrangement of the arithmetic processing unit 7 and the control processing unit 9 is compared with the case where the output of the sensor unit 51 is transmitted to the arithmetic processing unit via a signal line laid on a railway vehicle having a bearing. The degree of freedom is increased, and the installation of the abnormality diagnosis system 1 for the rotating body is facilitated.
[0045]
Also, by embedding the individual identification information (ID information) in the signal output by the sensor unit 51, the arithmetic processing device 7 and the control processing device 9 installed in the information processing center 37 are shared by a plurality of railway vehicles 35. It is possible to centrally manage the diagnosis of the presence / absence of an abnormality in a larger number of bearings 3, thereby improving the efficiency of the abnormality diagnosis processing of the bearing 3 and reducing the cost of the equipment for abnormality diagnosis.
[0046]
FIG. 3 shows a third embodiment of the rotating body abnormality diagnosis system according to the present invention.
The rotating body abnormality diagnosis system 41 of the third embodiment uses the sensor-equipped bearing 3 shown in the first embodiment as a bearing for supporting the axle of the railway vehicle 35, and a sensor unit incorporated in the bearing 3 The data detected in 5 is analyzed and determined by the arithmetic processing unit 43 and the control processing unit 45 installed in the information processing center 38 distant from the railway vehicle 35.
[0047]
The arithmetic processing unit 43 has the same configuration means for analyzing and determining the signal output by the sensor unit 5 as in the first embodiment, but temporarily stores the output data of the sensor unit 5 and according to the data type. The first data storage unit 17 distributed to the analysis units 13, 14, 15 is configured to be easily detachable.
In addition, the railway vehicle 35 is provided with a storage unit connection unit (not shown) that allows the first data storage unit 17 to be easily attached and detached. The first data storage unit 17 attached to the storage unit connection unit can store the signal output by the sensor unit 5 of each bearing 3.
[0048]
The abnormality diagnosis system 41 removes the first data storage unit 17 storing the output of the sensor unit 5 from the railway vehicle 35, carries the first data storage unit 17 into the information processing center 38, and connects to the arithmetic processing unit 43 in the information processing center 38. By doing so, the various data stored in the first data storage unit 17 are analyzed and determined, and the result output unit 27 of the control processing unit 45 outputs the determination result and the analysis result in the arithmetic processing unit 43 to the administrator or the like. Notify.
[0049]
The first data storage unit 17 that has completed the analysis and determination of the stored data returns to the railcar 35 for reuse after performing maintenance such as erasing used data as necessary.
[0050]
The abnormality diagnosis system 41 having the above configuration is not suitable for real-time analysis / determination, but is suitable for long-term storage of data accumulated in the first data accumulation unit 17 or for detailed analysis. .
Further, the arithmetic processing unit 43 and the control processing unit 45 installed in the information processing center 38 can be shared by a large number of vehicles as in the case of the second embodiment. Also suitable for.
[0051]
The rotating body according to the present invention is not limited to the bearing described in the above embodiment. For example, various large rotating bodies, such as gears and wheels in railway vehicles, which require a great deal of time to remove and assemble can be subjected to the abnormality diagnosis of the present invention.
Further, the arithmetic processing device according to the present invention can use a so-called personal computer or general-purpose computer.
[0052]
【The invention's effect】
According to the abnormality diagnosis system for a rotating body of the present invention, the presence or absence of an abnormality caused by wear or breakage of a component of the rotating body is analyzed by analyzing the output of a sensor unit incorporated in the rotating body in advance, and analyzing the analysis result in advance. Since the determination is made by comparing with the prepared reference data, the determination can be made in a normal use state without disassembling the rotating body.
Therefore, it is possible to reduce the frequency of laborious disassembly / assembly work and reduce maintenance / management costs.
In addition, since the judgment is made mechanically by analysis and comparison by prescribed arithmetic processing, there is no possibility that the judgment will vary due to the skill of the inspector and individual differences, and the diagnosis of the presence or absence of abnormality is not compared with the conventional visual inspection. Reliability can be improved.
[0053]
In addition, since the sensor unit is closely attached to the rotating body, there is a danger that the peak of the frequency component of the sound or vibration generated by the object itself around the rotating body will adversely affect the SN ratio of the signal detected by the sensor unit. By reducing and improving the S / N ratio of the output signal of the sensor unit, the accuracy of analysis / judgment can be improved.
[0054]
Further, according to the configuration of the second aspect, since the output signal of the sensor unit is amplified and strong, it is possible to suppress the influence of noise added on a signal transmission path between the sensor unit and the arithmetic processing device. In addition, it is possible to prevent a reduction in processing accuracy due to noise, and to improve the reliability of diagnosis of the presence or absence of an abnormality.
[0055]
Further, according to the configuration of the third aspect, the output of the sensor unit is compared with a case where the output of the sensor unit is transmitted to the arithmetic processing device by a signal line laid on the equipment having the rotating body, and the arithmetic processing device and the control processing device are compared. The degree of freedom of arrangement of the rotating body is increased, and installation of the abnormality diagnosis system for the rotating body becomes easy.
[0056]
According to the configuration of the fourth aspect, by embedding individual identification information (ID information) in a signal output by the sensor unit, a plurality of arithmetic processing units and control processing units installed in the base station can be provided. Rotators can be shared, and the diagnosis of the presence or absence of abnormalities in a large number of rotators can be centrally managed to improve the efficiency of diagnosing abnormalities of rotators and reduce the cost of equipment for diagnosing abnormalities. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a first embodiment of a rotating body abnormality diagnosis system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of a rotating body abnormality diagnosis system according to the present invention;
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of a rotating body abnormality diagnosis system according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Abnormality diagnosis system 3 Rolling bearing (rotating body)
Reference Signs List 5 Sensor unit 5a Sensor case 7 Arithmetic processing unit 9 Control processing unit 13, 14, 15 Analysis unit 17 First data storage unit 19 Internal data storage unit 21 Comparison determination unit 23 Second data storage unit 25 Filter processing unit 27 Result Output unit 29 Controller 31 Abnormality diagnosis system 33 Signal transmission / reception device 35 Railway vehicles 37, 38 Information processing center (monitoring base station)
41 abnormality diagnosis system 43 arithmetic processing unit 45 control processing unit 51 sensor unit

Claims

An abnormality diagnosis system for mechanical equipment having a rotating body,
A sensor unit that is assembled to a component of the rotating body and has a sensor that detects a physical quantity during a rotating operation of the rotating body,
An arithmetic processing device that analyzes the output signal of the sensor unit and compares the analysis result with predetermined reference data to determine whether there is an abnormality in the rotating body,
A control processing device that displays the analysis result of the arithmetic processing device and the determination result of the arithmetic processing device, and controls the operation of the mechanical equipment in accordance with the determination result. .

The abnormality diagnosis system according to claim 1, wherein the sensor unit includes an output amplifying unit that amplifies the output signal of the sensor.

The abnormality diagnosis system according to claim 1, wherein the sensor unit includes a wireless communication unit that wirelessly transmits the output signal to the arithmetic processing device.

The abnormality diagnosis system according to claim 3, wherein the arithmetic processing unit and the control processing unit are provided in a monitoring base station remote from the rotating body.

The sensor unit is attached to a railway vehicle bearing,
The abnormality diagnosis system according to claim 4, wherein the sensor unit diagnoses an abnormality of the bearing.