JP4710455B2

JP4710455B2 - Abnormality diagnosis device for axle support device of railway vehicle

Info

Publication number: JP4710455B2
Application number: JP2005206509A
Authority: JP
Inventors: 孝範宮坂; 謹次湯川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-07-15
Also published as: JP2007024663A

Description

この発明は、鉄道車両の車軸支持装置を分解する事なく、この車軸支持装置の異常等を診断可能とする、鉄道車両の車軸支持装置の異常診断装置の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in an abnormality diagnosis device for an axle support device of a railway vehicle that can diagnose an abnormality of the axle support device without disassembling the axle support device of the railway vehicle.

従来から、鉄道車両の車軸支持装置では、転がり軸受等を構成する部品の摩耗や破損による不具合の発生を防止する為に、定期的に分解目視検査が実施されている。この分解目視検査は、装置の一定期間の使用後に、転がり軸受等を装置から取り外して分解し、熟練した専門の検査担当者が目視によって各構成部品の摩耗の度合いや傷の有無等を確認する事により行なう。検査担当者は、新品の構成部品にはない凹凸や磨耗等の異常を確認した場合には、新品に交換した後、再度組み立てを行なう。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an axle support device for a railway vehicle, a disassembled visual inspection is regularly performed in order to prevent occurrence of problems due to wear or breakage of components constituting a rolling bearing or the like. In this visual disassembly inspection, after using the device for a certain period of time, the rolling bearings and the like are removed from the device and disassembled, and a skilled professional inspector visually checks the degree of wear of each component, the presence or absence of scratches, etc. By doing things. If the person inspecting the inspection confirms an abnormality such as unevenness or wear that is not found in the new component, it is replaced with a new one and then reassembled.

ところが、上述の様な分解目視検査では、装置の分解及び再組立の作業に多大な労力を要し、保守コストが嵩むと言う問題がある。又、再組立の際に、検査前にはなかった打痕を各構成部品に付けてしまう等、検査自体が各構成部品の欠陥を生む原因となる可能性がある。又、限られた時間内で多数の構成部品を目視で検査する為、欠陥を見落とす可能性が残ると言う問題もある。更に、この欠陥の程度の判断も個人差があり、実質的には欠陥がなくても部品交換が行われる等、無駄なコストがかかると言う問題もある。 However, the disassembly visual inspection as described above has a problem that a great deal of labor is required for disassembling and reassembling the apparatus, and the maintenance cost increases. Also, during reassembly, the inspection itself may cause defects in each component, such as attaching a dent that was not present before the inspection to each component. In addition, since many components are visually inspected within a limited time, there is a problem that the possibility of missing a defect remains. Further, the determination of the degree of this defect also varies from person to person, and there is a problem that wasteful costs are incurred, such as replacement of parts even if there is substantially no defect.

この様な不都合を解消できる発明として、特許文献１〜２には、鉄道車両の車軸支持装置に組み付けた異常診断装置により、この車軸支持装置を分解する事なく、この車軸支持装置を構成する部品に摩耗や破損等の異常が生じているか否かを診断し、且つ、何れの部品に異常が生じているのかを特定できる発明が記載されている。ところが、これら特許文献１、２に記載された発明は、上述した様な異常の診断等を行なえるに止まるものである。これに対し、近年、鉄道車両に関しては、より高度の安全運行が要求されており、特に、曲線走行する際の脱線事故を確実に防止できる様にする事が望まれている。この様な脱線事故は、上述した様な部品の摩耗や破損等の異常の有無とは関係なく、曲線走行の際に鉄道車両に作用する遠心力に基づいて発生する。この為、この様な脱線事故を確実に防止できる様にすべく、異常診断装置の改良が望まれている。 As an invention that can eliminate such inconveniences, Patent Documents 1 and 2 describe parts that constitute an axle support device without disassembling the axle support device by an abnormality diagnosis device assembled to the axle support device of a railway vehicle. Describes an invention that can diagnose whether or not an abnormality such as wear or breakage has occurred and identify which part has an abnormality. However, the inventions described in these Patent Documents 1 and 2 are limited to the above-described abnormality diagnosis and the like. On the other hand, in recent years, more advanced safe operation is required for railway vehicles, and in particular, it is desired to reliably prevent derailment accidents when traveling on a curve. Such a derailment accident occurs on the basis of the centrifugal force acting on the railway vehicle when traveling on a curve, regardless of whether there is an abnormality such as wear or damage of the parts as described above. For this reason, improvement of the abnormality diagnosis apparatus is desired in order to surely prevent such a derailment accident.

特開２００５−１７１２８号公報JP 2005-17128 A 特開２００５−６２１５４号公報JP 2005-62154 A

本発明は、上述の様な事情に鑑み、鉄道車両の脱線事故の防止に寄与し得る、鉄道車両の車軸支持装置の異常診断装置を実現すべく発明したものである。 In view of the circumstances as described above, the present invention has been invented to realize an abnormality diagnosis device for an axle support device of a railway vehicle that can contribute to the prevention of a railroad car derailment accident.

本発明の鉄道車両の車軸支持装置の異常診断装置は、ハウジングの内側に車軸を回転自在に支持する為の転がり軸受を備えた鉄道車両の車軸支持装置の異常診断装置であって、転がり軸受を構成する内輪と共に回転する部分にこの内輪と同心に設けられ、被検出面である外周面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とを円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置し、且つ、これら第一、第二両被検出部の境界を、軸方向に対し傾斜させると共に、この境界の軸方向に対する傾斜方向を、軸方向中間部を境に互いに逆方向にしたエンコーダと、それぞれの検出部を上記被検出面の軸方向中間部を挟んだ両側部分に対向させた状態で回転しない部分に支持され、それぞれがこの被検出面の特性変化のパターンに対応して出力信号のパターンを変化させる１対のセンサと、これら両センサの出力信号に基づいて上記転がり軸受を構成する外輪に対する内輪の回転速度を算出する回転速度演算器と、上記両センサの出力信号のパターンに基づいて上記外輪と上記内輪との間に作用しているアキシアル荷重を算出する荷重演算器と、上記車軸支持装置から発生する所定の物理量｛例えば、振動、音、ＡＥ（Acoustic Emission ）、ひずみ等｝に関する信号を検出する検出処理手段と、この検出処理手段が検出した信号に対し、必要に応じて所定の処理を施した後に周波数分析処理を施し、この周波数分析処理を施した結果と、上記車軸支持装置の異常の有無の診断基準となる、上記回転速度をパラメータとする第一基準値とを比較する事に基づき、上記車軸支持装置の異常の有無を診断すると共に異常部位を特定し、且つ、上記測定したアキシアル荷重と、このアキシアル荷重に関する第二基準値とを比較する事に基づき、上記車軸支持装置の異常の有無を診断する演算処理手段とを備える。 An abnormality diagnosis device for an axle support device for a railway vehicle according to the present invention is an abnormality diagnosis device for an axle support device for a railway vehicle provided with a rolling bearing for rotatably supporting an axle inside a housing. provided in the inner ring concentric to the part that rotates with the inner ring which constitutes the outer peripheral surface is a surface to be detected, and a first detected portion has different characteristics and a second detected portion alternately in the circumferential direction The boundary between the first and second detected parts is inclined with respect to the axial direction, and the inclination direction of the boundary with respect to the axial direction is opposite to each other with the axial intermediate part as the boundary. The encoder and each detector are supported by the non-rotating parts facing each other on both sides of the axially intermediate part of the detected surface, each corresponding to the characteristic change pattern of the detected surface Then output Pattern of issue of a pair of sensors to change the pattern, the rotational speed calculator for calculating the rotational speed of the inner ring relative to the outer ring constituting the rolling bearing on the basis of the output signals of both sensors, the output signals of the two sensors A load calculator for calculating an axial load acting between the outer ring and the inner ring based on the above, and a predetermined physical quantity (for example, vibration, sound, AE (Acoustic Emission), strain) generated from the axle support device. , Etc.}, a detection processing means for detecting a signal, and a signal detected by the detection processing means, after performing a predetermined processing as necessary, a frequency analysis processing, and a result of performing the frequency analysis processing, Based on the comparison with the first reference value using the rotational speed as a parameter, which is a diagnostic criterion for the presence or absence of abnormality of the axle support device, the presence or absence of abnormality of the axle support device is determined. Identifying an abnormal site as well as diagnosing and, the axial load that the measurement, based on comparing the second reference value for this axial load, and processing means for diagnosing the presence or absence of abnormality in the axle support device Is provided.

上述の様な本発明の鉄道車両の車軸支持装置の異常診断装置によれば、前述の特許文献１、２に記載された従来技術の場合と同様、車軸支持装置を分解する事なく、この車軸支持装置を構成する部品に摩耗や破損等の異常が生じているか否かを診断できると共に、何れの部品に異常が生じているのかを特定できる。更に、本発明の場合には、転がり軸受を構成する外輪と内輪との間に作用しているアキシアル荷重を測定し、このアキシアル荷重の大きさに基づく、車軸支持装置の異常の有無を判定できる。この為、鉄道車両が曲線走行する際の脱線事故の防止に寄与できる。即ち、鉄道車両が曲線走行する際には、車体に遠心力が作用する事に伴い、車軸を支持する転がり軸受に、その遠心力の大きさに見合った大きさのアキシアル荷重が作用する。従って、このアキシアル荷重を測定し、このアキシアル荷重が、例えば予め定めておいたアキシアル荷重に関する第二基準値を越えた場合に異常有りとの判定を行なえば、その後、鉄道車両の走行速度を低下させる等により、脱線事故を防止できる。更に、本発明の場合には、車軸支持装置を構成する部品に摩耗や破損等の異常が生じているか否かを診断する為に必要な情報である、上記内輪の回転速度を測定する為に使用する１対のセンサ及びエンコーダにより、上記アキシアル荷重を測定する。この為、異常診断装置の小型化及び低コスト化を十分に図れる。 According to the abnormality diagnosis device for a railcar axle support device of the present invention as described above, the axle support device is not disassembled as in the case of the prior art described in Patent Documents 1 and 2 described above, without disassembling the axle support device. It is possible to diagnose whether or not an abnormality such as wear or damage has occurred in the parts constituting the support device, and it is possible to specify which part has an abnormality. Further, in the case of the present invention, it is possible to measure the axial load acting between the outer ring and the inner ring constituting the rolling bearing, and to determine whether or not the axle support device is abnormal based on the magnitude of this axial load. . For this reason, it can contribute to prevention of a derailment accident when the railway vehicle travels on a curve. That is, when the railway vehicle travels in a curve, an axial load corresponding to the centrifugal force acts on the rolling bearing that supports the axle as the centrifugal force acts on the vehicle body. Therefore, if this axial load is measured, and it is determined that there is an abnormality when the axial load exceeds, for example, a predetermined second reference value related to the axial load , then the traveling speed of the railway vehicle is reduced. By doing so, derailment accidents can be prevented. Furthermore, in the case of the present invention, in order to measure the rotational speed of the inner ring, which is information necessary for diagnosing whether or not there is an abnormality such as wear or breakage in the parts constituting the axle support device. The axial load is measured by a pair of sensors and encoders used. For this reason, the abnormality diagnosis apparatus can be sufficiently reduced in size and cost.

本発明の鉄道車両の車軸支持装置の異常診断装置を実施する場合には、好ましくは、請求項２に記載した様に、検出処理手段が検出した信号に対し、必要に応じて施す所定の処理として、少なくともＡ／Ｄ変換処理と、フィルタ処理と、エンベロープ（包絡線）処理とを実施する。
より好ましくは、請求項３に記載した様に、第一基準値のパラメータとして、外輪に対する内輪の回転速度に加え、これら外輪と内輪との間に作用するアキシアル荷重を採用する。
この様にすれば、車軸支持装置の異常診断をより正確に行なえる。 When the abnormality diagnosis device for an axle support device for a railway vehicle according to the present invention is implemented, preferably, as described in claim 2 , a predetermined processing to be performed on a signal detected by the detection processing means as necessary. At least A / D conversion processing, filtering processing, and envelope (envelope) processing are performed.
More preferably, as described in claim 3 , in addition to the rotational speed of the inner ring relative to the outer ring, an axial load acting between the outer ring and the inner ring is employed as the parameter of the first reference value.
In this way, the abnormality diagnosis of the axle support device can be performed more accurately.

又、本発明の鉄道車両の車軸支持装置の異常診断装置を実施する場合に、具体的には、例えば請求項４に記載した様に、上記エンコーダが永久磁石製であって、上記第一被検出部がＮ極であり、上記第二被検出部がＳ極である、と言った構成を採用する事ができる。
或は、例えば請求項５に記載した様に、上記第一被検出部が透孔若しくは凹部であり、上記第二被検出部が円周方向に隣り合う透孔若しくは凹部同士の間に存在する間部分である、と言った構成を採用する事ができる。 Further, when the abnormality diagnosis device for an axle support device for a railway vehicle according to the present invention is implemented, specifically, for example , as described in claim 4 , the encoder is made of a permanent magnet, and the first cover is used. A configuration in which the detection unit is an N pole and the second detected portion is an S pole can be employed.
Alternatively, for example, as described in claim 5 , the first detected portion is a through hole or a recess, and the second detected portion exists between adjacent through holes or recesses in the circumferential direction. It is possible to adopt a configuration that says that it is an intermediate part.

図１〜８は、請求項１、２、４に対応する、本発明の実施例１を示している。図１に示す様に、車軸支持装置は、ハウジング１の内側に車軸２の端部を、複列円すいころ軸受３により回転自在に支持している。この複列円すいころ軸受３は、外輪４と、１対の内輪５、５と、複数個の円すいころ６、６と、１対の保持器７、７と、円筒状の間座８とを備える。このうちの外輪４は、内周面に複列の円すい凹面状の外輪軌道９、９を有し、上記ハウジング１に内嵌した状態で、使用時にも回転しない。又、上記各内輪５、５はそれぞれ、外周面に円すい凸面状の内輪軌道１０を有し、上記車軸２の端部に外嵌固定した状態で、使用時にこの車軸２と共に回転する。又、上記各円すいころ６、６は、上記各外輪軌道９、９と上記各内輪軌道１０、１０との間にそれぞれ複数個ずつ、上記各保持器７、７により保持された状態で、転動自在に設けられている。又、上記間座８は、上記１対の内輪５、５同士の間に挟持した状態で、上記車軸２の端部に外嵌している。尚、図１に示した部分よりも右方に存在する、この車軸２の中間部両端寄り部分には、それぞれ車輪（図示せず）を外嵌固定している。又、この車軸２の図示しない中間部には、図２に略示する様な大歯車１１を外嵌固定している。そして、この大歯車１１に噛合させた小歯車１２を、図示しない駆動軸に外嵌固定する事により、この駆動軸から上記車軸２への回転力の伝達を行なえる様にしている。 1 to 8 show a first embodiment of the present invention corresponding to claims 1, 2, and 4. FIG. As shown in FIG. 1, the axle support device supports the end portion of the axle 2 on the inner side of the housing 1 by a double row tapered roller bearing 3 so as to be rotatable. This double-row tapered roller bearing 3 includes an outer ring 4, a pair of inner rings 5, 5, a plurality of tapered rollers 6, 6, a pair of cages 7, 7, and a cylindrical spacer 8. Prepare. Of these, the outer ring 4 has double-row conical concave outer ring raceways 9, 9 on the inner peripheral surface, and does not rotate during use while being fitted in the housing 1. Each of the inner rings 5 and 5 has a conical convex inner ring raceway 10 on the outer peripheral surface, and rotates together with the axle 2 during use in a state of being fitted and fixed to the end of the axle 2. Further, a plurality of each of the tapered rollers 6, 6 is held between the outer ring raceways 9, 9 and the inner ring raceways 10, 10 while being held by the retainers 7, 7. It is provided freely. The spacer 8 is externally fitted to the end of the axle 2 while being sandwiched between the pair of inner rings 5 and 5. Incidentally, wheels (not shown) are respectively fitted and fixed to the portions near the both ends of the middle portion of the axle 2 that exist on the right side of the portion shown in FIG. A large gear 11 as schematically shown in FIG. 2 is externally fitted and fixed to an intermediate portion (not shown) of the axle 2. The small gear 12 meshed with the large gear 11 is externally fixed to a drive shaft (not shown) so that the rotational force can be transmitted from the drive shaft to the axle 2.

又、上記間座８の軸方向中間部には、永久磁石により円筒状に構成したエンコーダ１３を外嵌固定している。これと共に、上記外輪４の軸方向中間部で複列に配置された上記各円すいころ６、６の間部分に１対のセンサ１４、１４を、それぞれの検出部を、被検出面である上記エンコーダ１３の外周面に近接対向させた状態で設けている。図３〜５に示す様に、このエンコーダ１３の外周面には、Ｎ極に着磁した部分とＳ極に着磁した部分とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これらＮ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分との境界は、上記エンコーダ１３の軸方向に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この軸方向に対する傾斜方向を、このエンコーダ１３の軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。従って、上記Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分とは、軸方向中間部が円周方向に関して最も突出した（又は凹んだ）、「く」字形となっている。 In addition, an encoder 13 formed in a cylindrical shape by a permanent magnet is externally fitted and fixed to an intermediate portion in the axial direction of the spacer 8. At the same time, a pair of sensors 14 and 14 are provided between the tapered rollers 6 and 6 arranged in a double row at the axially intermediate portion of the outer ring 4, and each detection unit is a surface to be detected. The encoder 13 is provided so as to be close to and opposed to the outer peripheral surface of the encoder 13. As shown in FIGS. 3 to 5, on the outer peripheral surface of the encoder 13, portions magnetized in the N pole and portions magnetized in the S pole are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction. . The boundary between the part magnetized in the N pole and the part magnetized in the S pole is inclined by the same angle with respect to the axial direction of the encoder 13, and the inclination direction with respect to the axial direction of the encoder 13 is changed. The axial directions are opposite to each other at the intermediate portion. Therefore, the portion magnetized in the N pole and the portion magnetized in the S pole have a “<” shape with the axially middle portion protruding (or recessed) most in the circumferential direction.

又、上記各センサ１４、１４は、検出部に、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ、ＧＭＲ等の磁気検知素子を組み込んでいる。この様な両センサ１４、１４の検出部が上記エンコーダ１３の外周面に対向する位置は、このエンコーダ１３の円周方向に関して同じ位置としている。言い換えれば、上記両センサ１４、１４の検出部は、上記外輪４の中心軸を含む同一の仮想平面上に配置されている。又、この外輪４と上記各内輪５、５との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、上記Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分との軸方向中間部で円周方向に関して最も突出した部分（境界の傾斜方向が変化する部分）が、上記両センサ１４、１４の検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材１３、１４、１４の設置位置を規制している。この様に、上記境界の傾斜方向が変化する部分を上記中央位置に存在させる事で、内外輪の温度差や熱膨張等の変形による誤差（変位が生じていなくても内外輪の温度差によって位相差が生じる、所謂オフセット）を小さく抑えられる様にしている。尚、本実施例の場合には、上記エンコーダ１３として永久磁石製のものを使用している為、上記両センサ１４、１４側に永久磁石を組み込んではいない。 Each of the sensors 14 and 14 incorporates a magnetic detection element such as a Hall IC, a Hall element, MR, or GMR in the detection unit. The positions at which the detection portions of the sensors 14 and 14 face the outer peripheral surface of the encoder 13 are the same with respect to the circumferential direction of the encoder 13. In other words, the detection units of both the sensors 14 and 14 are arranged on the same virtual plane including the central axis of the outer ring 4. Further, in a state where an axial load does not act between the outer ring 4 and the inner rings 5 and 5, a circular portion is provided at an axially intermediate portion between the portion magnetized at the N pole and the portion magnetized at the S pole. Installation of the members 13, 14, and 14 is such that the most protruding portion in the circumferential direction (the portion where the inclination direction of the boundary changes) is just at the center position between the detection portions of the sensors 14, 14. The position is regulated. In this way, by making the portion where the inclination direction of the boundary changes in the center position, errors due to temperature difference between the inner and outer rings and deformation due to thermal expansion (even if no displacement occurs, the temperature difference between the inner and outer rings The so-called offset, which causes a phase difference, can be kept small. In the present embodiment, since the encoder 13 is made of a permanent magnet, no permanent magnet is incorporated on the both sensors 14 and 14 side.

本実施例の場合、上記外輪４と上記各内輪５、５との間にアキシアル荷重が作用すると、上記エンコーダ１３が回転した場合に得られる、上記両センサ１４、１４の出力信号が変化する位相が互いにずれる。即ち、上記外輪４と上記各内輪５、５との間にアキシアル荷重が作用していない状態では、上記両センサ１４、１４の検出部は、図５の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記最も突出した部分から軸方向に同じだけずれた部分に対向する。従って、上記両センサ１４、１４の出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。これに対し、上記エンコーダ１３と同期して回転及び軸方向変位する上記各内輪５、５に、図５の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用し（上記外輪４と上記各内輪５、５とがアキシアル方向に相対変位し）た場合には、上記両センサ１４、１４の検出部は、図５の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ１４、１４の出力信号の位相は、同図の（Ｂ）に示す様にずれる。更に、上記エンコーダ１３と同期して回転及び軸方向変位する上記各内輪５、５に、図５の（Ａ）で上向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ１４、１４の検出部は、図５の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが、逆方向に互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ１４、１４の出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。 In the case of this embodiment, when an axial load is applied between the outer ring 4 and the inner rings 5 and 5, the phase obtained by changing the output signals of the sensors 14 and 14 when the encoder 13 rotates is obtained. Are shifted from each other. That is, in the state where an axial load is not acting between the outer ring 4 and the inner rings 5 and 5, the detection parts of the sensors 14 and 14 are shown as solid lines A and B in FIG. That is, it faces a portion that is shifted from the most protruding portion by the same amount in the axial direction. Therefore, the phases of the output signals of the two sensors 14 and 14 coincide as shown in FIG. On the other hand, a downward axial load acts on the inner rings 5 and 5 that rotate and axially displace in synchronization with the encoder 13 in FIG. 5A (the outer ring 4 and the inner rings 5 and 5. Are relatively displaced in the axial direction), the detectors of the two sensors 14, 14 relate to the broken line B, B, ie, the axial direction from the most projecting portion in FIG. Opposing portions where the shifts are different from each other. In this state, the phases of the output signals of the sensors 14 and 14 are shifted as shown in FIG. Furthermore, when an upward axial load is applied to the inner rings 5 and 5 that rotate and axially displace in synchronization with the encoder 13 in FIG. 5A, the detecting portions of the sensors 14 and 14 are used. 5A is opposed to the portions different from each other in the opposite direction in the axial direction from the most protruding portion. In this state, the phases of the output signals of the sensors 14 and 14 are shifted as shown in FIG.

上述の様に本実施例の場合には、上記両センサ１４、１４の出力信号の位相が、上記外輪４と上記各内輪５、５との間に加わるアキシアル荷重の方向に応じた方向にずれる。又、このアキシアル荷重により上記両センサ１４、１４の出力信号の位相がずれる程度（変位量）は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。そこで、本実施例の場合には、上記両センサ１４、１４の出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその方向及び大きさに基づいて、上記外輪４と上記各内輪５、５との間に作用しているアキシアル荷重の方向及び大きさを、図示しない荷重演算器により算出する。又、上記各センサ１４、１４の出力信号の周波数は、上記エンコーダ１３及び各内輪５、５の回転速度に応じて変化する。そこで、本実施例の場合には、上記各センサ１４、１４のうちの少なくとも一方のセンサ１４の出力信号の周波数に基づいて、上記各内輪５、５の回転速度を、後述する回転速度演算器である回転分析部２１（図７）により算出する。 As described above, in the case of the present embodiment, the phases of the output signals of the sensors 14 and 14 are shifted in the direction corresponding to the direction of the axial load applied between the outer ring 4 and the inner rings 5 and 5. . In addition, the degree of displacement (displacement amount) of the output signals of the sensors 14 and 14 due to the axial load increases as the axial load increases. Therefore, in the case of the present embodiment, the outer ring 4 and the respective inner rings 5, based on the presence / absence of the phase shift of the output signals of both the sensors 14, 14 and the direction and magnitude of the shift, if any. 5 is calculated by a load calculator (not shown). The frequency of the output signals of the sensors 14 and 14 changes according to the rotational speeds of the encoder 13 and the inner rings 5 and 5. Therefore, in the case of the present embodiment, based on the frequency of the output signal of at least one of the sensors 14, 14, the rotational speed of the inner rings 5, 5 is calculated as a rotational speed calculator described later. Is calculated by the rotation analysis unit 21 (FIG. 7).

又、本実施例の異常診断装置は、上述した様なエンコーダ１３及びセンサ１４、１４等の他、図６に示す様に、それぞれが検出処理手段である１対の検出処理部１５、１５と、それぞれが演算処理手段である１対の演算処理部１６、１６と、制御処理部１７とを備える。このうちの各検出処理部１５、１５は、前記複列円すいころ軸受３の各円すいころ列近傍で発生する振動を電気信号として出力する、それぞれが振動センサである加速度センサ１８、１８を備える。即ち、本実施例の場合、前記ハウジング１の外周面の円周方向一部で、それぞれが軸方向に関して上記各円すいころ列の中央部に対応する部分に、図１に示す様に１対の凹部１９、１９を形成している。そして、これら各凹部１９、１９に、上記各加速度センサ１８、１８を収容している。又、本実施例の場合、これら各加速度センサ１８、１８は、円周方向に関して上記複列円すいころ軸受３の負荷圏と同位相の部分に設置している。これにより、例えば、前記外輪、内輪各軌道９、１０や前記各円すいころ６、６の転動面に損傷が発生した場合に、その損傷部が相手面と転がり接触した際に発生する振動を、感度良く検出できる様にしている。 In addition to the encoder 13 and the sensors 14 and 14 as described above, the abnormality diagnosis apparatus according to the present embodiment includes a pair of detection processing units 15 and 15 each serving as a detection processing unit, as shown in FIG. , Each of which includes a pair of arithmetic processing units 16 and 16 that are arithmetic processing means, and a control processing unit 17. Each of the detection processing units 15 and 15 includes acceleration sensors 18 and 18, each of which is a vibration sensor that outputs vibration generated near each tapered roller row of the double row tapered roller bearing 3 as an electrical signal. That is, in the case of the present embodiment, a part of the outer peripheral surface of the housing 1 in the circumferential direction is a pair corresponding to the central portion of each tapered roller row in the axial direction, as shown in FIG. Recesses 19 and 19 are formed. The acceleration sensors 18 and 18 are accommodated in the recesses 19 and 19, respectively. In the case of the present embodiment, each of the acceleration sensors 18 and 18 is installed in the same phase as the load zone of the double row tapered roller bearing 3 in the circumferential direction. As a result, for example, when damage occurs on the rolling surfaces of the outer ring, the inner ring raceways 9 and 10 and the tapered rollers 6 and 6, the vibration generated when the damaged part rolls and contacts the mating surface. , So that it can be detected with good sensitivity.

又、上記各演算処理部１６、１６は、車軸支持装置を構成する各部品に摩耗や破損等の異常が生じているか否かを診断し、且つ、異常が生じている部品を特定する為に、上記各加速度センサ１８、１８の出力した電気信号等を演算処理するもので、ＣＰＵ等が搭載されたＩＣチップ、メモリ等から成るマイクロコンピュータ（マイコン）である。これら各演算処理部１６、１６はそれぞれ、図７に示す様に、データ蓄積分配部２０と、回転分析部２１と、フィルタ処理部２２と、振動分析部２３と、比較判定部２４と、データ保存部２５とを備える。 In addition, each of the arithmetic processing units 16 and 16 diagnoses whether or not an abnormality such as wear or breakage has occurred in each component constituting the axle support device, and identifies the component in which the abnormality has occurred. A microcomputer (microcomputer) comprising an IC chip, a memory and the like on which a CPU and the like are mounted, which performs arithmetic processing on the electrical signals and the like output from the acceleration sensors 18 and 18. As shown in FIG. 7, each of the arithmetic processing units 16 and 16 includes a data storage / distribution unit 20, a rotation analysis unit 21, a filter processing unit 22, a vibration analysis unit 23, a comparison determination unit 24, a data And a storage unit 25.

このうちのデータ蓄積分配部２０は、上記加速度センサ１８及び前記少なくとも一方のセンサ１４の出力信号（電気信号）を受け取り、一時的に蓄積すると共に、上記加速度センサ１８の出力信号を上記振動分析部２３に、上記センサ１４の出力信号を上記回転分析部２１に、それぞれ振り分ける。尚、上記データ蓄積分配部２０に送られる、上記各センサ１８、１４の出力信号は、それぞれ図示しないＡ／Ｄ変換器によりディジタル化され、且つ、図示しない増幅器により増幅されたものである。又、上記回転分析部２１は、上記少なくとも一方のセンサ１４からの出力信号を基に、前記各内輪５、５及び車軸２の回転速度を算出し、算出した回転速度を上記比較判定部２４に送信する。 Among these, the data accumulation / distribution unit 20 receives and temporarily accumulates output signals (electrical signals) of the acceleration sensor 18 and the at least one sensor 14, and simultaneously outputs the output signal of the acceleration sensor 18 to the vibration analysis unit. 23, the output signal of the sensor 14 is distributed to the rotation analysis unit 21. The output signals of the sensors 18 and 14 sent to the data storage / distribution unit 20 are digitized by an A / D converter (not shown) and amplified by an amplifier (not shown). The rotation analysis unit 21 calculates the rotation speeds of the inner wheels 5 and 5 and the axle 2 based on the output signal from the at least one sensor 14, and the calculated rotation speed is sent to the comparison determination unit 24. Send.

上記フィルタ処理部２２は、上記加速度センサ１８の出力信号から所定の周波数を切り出し、切り出した周波数帯のみを含む出力信号を、上記振動分析部２３に送信する。又、この振動分析部２３は、上記フィルタ処理部２２から送られてきた信号を基に、上記車軸支持装置で発生した振動の周波数分析を行なう。具体的には、送られてきた信号に前処理としてエンベロープ処理を施し、診断に必要な周波数成分のみに変換した後、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行なって、振動の周波数スペクトルを算出する。そして、算出した周波数スペクトル（エンベロープスペクトル）を、必要に応じて上記エンベロープ処理後のエンベロープデータと共に、上記比較判定部２４に送信する。尚、上記振動分析部２３による周波数分析に於いては、サンプリング時間に応じて、フーリエ変換可能な最大の周波数（ナイキスト周波数）が決まる為、ナイキスト周波数以上の周波数は、振動信号中に含まれていない事が好ましい。この様な理由から、本実施例では、上記データ蓄積分配部２０と上記振動分析部２３との間に上記フィルタ処理部２２を設け、このフィルタ処理部２２で必要な周波数を切り出し、切り出された周波数帯のみを含む振動信号を上記振動分析部２３に送信する様に構成している。 The filter processing unit 22 cuts out a predetermined frequency from the output signal of the acceleration sensor 18 and transmits an output signal including only the cut-out frequency band to the vibration analysis unit 23. Further, the vibration analysis unit 23 performs frequency analysis of vibration generated in the axle support device based on the signal sent from the filter processing unit 22. Specifically, envelope processing is applied to the transmitted signal as preprocessing, and only the frequency components necessary for diagnosis are converted, and then FFT (Fast Fourier Transform) is performed to calculate the frequency spectrum of vibration. Then, the calculated frequency spectrum (envelope spectrum) is transmitted to the comparison / determination unit 24 together with the envelope data after the envelope processing as necessary. In the frequency analysis performed by the vibration analysis unit 23, the maximum frequency (Nyquist frequency) that can be Fourier-transformed is determined according to the sampling time. Therefore, a frequency higher than the Nyquist frequency is included in the vibration signal. Preferably not. For this reason, in the present embodiment, the filter processing unit 22 is provided between the data storage / distribution unit 20 and the vibration analysis unit 23, and a necessary frequency is cut out by the filter processing unit 22. The vibration signal including only the frequency band is configured to be transmitted to the vibration analysis unit 23.

尚、一般に、転がり軸受を構成する各部品の異常（軌道、転動面、保持器の損傷等）に起因して回転時に発生する異常振動周波数は、回転速度及び軸受の設計諸元に依存して決まっている。即ち、転がり軸受を構成する各部品毎の異常振動周波数は、下記の表１の様に示される。

この表１中の符号の意味は、下記の通りである。
ｆ_r ：内輪（５、５）の回転速度［Hz］
ｆ_c ：保持器（７、７）の回転速度［Hz］
ｆ_i ：ｆ_r −ｆ_c ［Hz］
ｆ_b ：転動体（６、６）の自転速度［Hz］
ｄ_m ：転動体（６、６）のピッチ円直径［mm］
Ｚ：転動体（６、６）の総数［個］
Ｄ_a ：転動体（６、６）の直径［mm］
α：接触角 In general, the abnormal vibration frequency that occurs during rotation due to abnormalities in the components that make up a rolling bearing (damage to the raceway, rolling surface, cage, etc.) depends on the rotational speed and the design specifications of the bearing. It has been decided. That is, the abnormal vibration frequency for each part constituting the rolling bearing is shown in Table 1 below.

The meanings of the symbols in Table 1 are as follows.
f _r : rotational speed of inner ring (5, 5) [Hz]
f _c : Revolving speed [7] of the cage (7, 7)
f _i : f _r −f _c [Hz]
f _b : rotation speed [Hz] of the rolling elements (6, 6)
d _m : Pitch circle diameter [mm] of the rolling elements (6, 6)
Z: Total number of rolling elements (6, 6) [pieces]
D _a : Diameter of rolling element (6, 6) [mm]
α: Contact angle

又、前記大歯車１１と前記小歯車１２との噛み合いの異常に起因して回転時に発生する異常振動周波数ｆ_m は、次の（１）式で示される。
ｆ_m ＝Ｚ₁ ・（Ｎ₁ ／６０）＝Ｚ₂ ・（Ｎ₂ ／６０） −−−−−（１）
Ｚ₁ ：大歯車１１の歯数［個］
Ｚ₂ ：小歯車１２の歯数［個］
Ｎ₁ ：大歯車１１の回転速度［min^-1 ］
Ｎ₂ ：小歯車１２の回転速度［min^-1 ］
更に、前記車軸２の両端寄り部分に固定した車輪等の回転体の異常（摩耗、回転アンバランス等）に起因して回転時に発生する異常振動周波数も、それぞれこの回転体の設計諸元等に依存して決まる。 Further, the abnormal vibration frequency f _m which is generated when an abnormality attributable to the rotation of the engagement between the large gear 11 and the pinion 12 is expressed by the following equation (1).
_{_{f m = Z 1 · (N}} 1/60) = Z 2 · (N 2/60) ----- (1)
Z ₁ : Number of teeth of the large gear 11 [pieces]
Z ₂ : Number of teeth of the small gear 12 [pieces]
N ₁ : rotational speed of the large gear 11 [min ⁻¹ ]
N ₂ : rotational speed of the small gear 12 [min ⁻¹ ]
Furthermore, abnormal vibration frequencies generated during rotation due to abnormalities (wear, rotational imbalance, etc.) of a rotating body such as a wheel fixed to both ends of the axle 2 are also included in the design specifications of the rotating body. It depends on you.

又、前記比較判定部２４は、上記振動分析部２３で分析された結果と、車軸支持装置の異常の有無の診断基準となる情報とを比較照合し、この車軸支持装置の異常の有無を診断する。具体的には、上記比較判定部２４は、前記回転分析部２１で算出した回転速度と、上記車輪支持装置を構成する各部位の設計諸元とに基づき、上記表１中の計算、並びに、上記（１）式の計算等を行なう事により、診断すべき各部品毎の異常振動周波数を求める。そして、上記振動分析部２３で算出した周波数スペクトルから、上記各部品毎の異常振動周波数に対応する、周波数成分を抽出する。これと共に、上記比較判定部２４は、上記回転速度をパラメータとする、上記各部品毎の異常振動周波数成分の第一基準値を算出する。尚、これら各第一基準値は、上記各部品に異常が発生しているか否かを診断する為の指標であり、上記回転速度に応じてどの程度の大きさにするかは任意に決定できるが、例えば前記特許文献１に記載されている様に、上記エンベロープデータの実効値等を算出する等に基づいて決定する事ができる。そして、上記比較判定部２４は、上述の様に抽出した各部品毎の異常振動周波数成分が、それぞれ対応する第一基準値以下である場合には、異常無しと判定し、何れかの部品の異常振動周波数成分が対応する第一基準値より大きい場合には、当該部品に異常有りと判定する。そして、この判定結果を、必要に応じて上記回転分析部２１及び振動分析部２３の分析結果と共に、前記データ保存部２５に記憶させ、且つ、前記制御処理部１７に送信する。 The comparison / determination unit 24 compares the result analyzed by the vibration analysis unit 23 with information serving as a diagnostic criterion for the presence or absence of an abnormality in the axle support device, and diagnoses the presence or absence of the abnormality in the axle support device. To do. Specifically, the comparison determination unit 24 calculates based on the rotation speed calculated by the rotation analysis unit 21 and the design specifications of each part constituting the wheel support device, The abnormal vibration frequency for each component to be diagnosed is obtained by calculating the above equation (1). Then, a frequency component corresponding to the abnormal vibration frequency for each component is extracted from the frequency spectrum calculated by the vibration analysis unit 23. At the same time, the comparison / determination unit 24 calculates a first reference value of the abnormal vibration frequency component for each of the components, using the rotation speed as a parameter. Each of these first reference values is an index for diagnosing whether or not an abnormality has occurred in each of the above-mentioned parts, and it can be arbitrarily determined how much it is made according to the rotational speed. However, as described in Patent Document 1, for example, it can be determined based on calculating an effective value or the like of the envelope data. Then, the comparison determination unit 24 determines that there is no abnormality when the abnormal vibration frequency component extracted for each part as described above is equal to or less than the corresponding first reference value. If the abnormal vibration frequency component is larger than the corresponding first reference value, it is determined that there is an abnormality in the part. The determination result is stored in the data storage unit 25 together with the analysis results of the rotation analysis unit 21 and the vibration analysis unit 23 as necessary, and is transmitted to the control processing unit 17.

又、本実施例の場合、上記比較判定部２４には、前述した図示しない荷重演算器により算出したアキシアル荷重を送信する様にしている。そして、上記比較判定部２４は、このアキシアル荷重と、上記データ保存部２５に記憶されている、予め定めておいたアキシアル荷重に関する第二基準値とを比較する。そして、上記アキシアル荷重がこの第二基準値以下である場合には、異常無しと判定し、上記アキシアル荷重がこの第二基準値よりも大きい場合には、異常有りと判定する。そして、この判定結果を、必要に応じて上記アキシアル荷重と共に、上記データ保存部２５に記憶させ、且つ、上記制御処理部１７に送信する。 In this embodiment, the axial load calculated by the load calculator (not shown) is transmitted to the comparison / determination unit 24. Then, the comparison / determination unit 24 compares the axial load with a second reference value relating to the predetermined axial load stored in the data storage unit 25. If the axial load is less than or equal to the second reference value, it is determined that there is no abnormality. If the axial load is greater than the second reference value, it is determined that there is an abnormality. Then, the determination result is stored in the data storage unit 25 together with the axial load as necessary, and is transmitted to the control processing unit 17.

又、この制御処理部１７は、上述した様な各演算処理部１６、１６の分析結果やアキシアル荷重や判定結果を所定の表示形態で表示する結果出力部２６と、鉄道車両の駆動機構の動作を制御する制御系に対し、上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器２７を備える。このうちの結果出力部２６は、具体的には、モニターや画像表示やプリンタへの印刷出力によって、上記各演算処理部１６、１６の分析結果やアキシアル荷重や判定結果を通知する他、これら各演算処理部１６、１６の判定結果が異常有りの場合には、警告灯やブザー等の警報装置による通知を行なう。又、上記制御器２７は、例えば、上記各演算処理部１６、１６の判定結果が異常有りの場合に、異常の程度に応じて、鉄道車両の走行停止や減速等を示す制御信号を、図示しないこの鉄道車両の走行制御器に送信する。尚、前記各検出処理部１５、１５及び前記各センサ１４、１４と、上記各演算処理部１６、１６と、上記制御処理部１７との間での信号の伝達方式は、信号の送受信を的確に行なえるのであれば、有線方式を利用する他、ネットワークを考慮した無線方式を利用しても良い。 The control processing unit 17 includes a result output unit 26 that displays the analysis results, axial loads, and determination results of the arithmetic processing units 16 and 16 as described above in a predetermined display form, and the operation of the driving mechanism of the railway vehicle. The control system 27 is provided with a controller 27 that feeds back a control signal corresponding to the determination result. Specifically, the result output unit 26 notifies the analysis results, axial loads, and determination results of the arithmetic processing units 16 and 16 through a monitor, image display, and print output to a printer. When the determination results of the arithmetic processing units 16 and 16 are abnormal, a notification is given by an alarm device such as a warning light or a buzzer. In addition, the controller 27, for example, when the determination result of each of the arithmetic processing units 16 and 16 has an abnormality, shows a control signal indicating a stop or deceleration of the railcar according to the degree of abnormality. Do not send to the travel controller of this railway vehicle. The signal transmission method between the detection processing units 15 and 15 and the sensors 14 and 14 and the arithmetic processing units 16 and 16 and the control processing unit 17 is suitable for signal transmission / reception. If it can be performed, a wired system may be used, or a wireless system considering a network may be used.

次に、上述の様に構成する本実施例の異常診断装置を使用して行なう異常診断の流れを、図８に示したフローチャートを参照しつつ説明する。本実施例の異常診断を行なう際には、先ず、前記各加速度センサ１８、１８により、前記複列円すいころ軸受３を構成する各円すいころ列付近の振動を検出する（ステップ１）。次いで、この振動の検出信号（アナログ信号）を、前記Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換した後、前記増幅器により増幅する（ステップ２）。尚、これら変換と増幅とは、順序が逆であっても構わない。次いで、この様に変換及び増幅を行なった信号に対し、前記フィルタ処理部２２によりフィルタ処理を施す（ステップ３）。次いで、この様にフィルタ処理を施した信号に対し、前記振動分析部２３により、エンベロープ処理を施し（ステップ４）、更にＦＦＴを行ない、上記振動の周波数スペクトルを算出する（ステップ５）。又、これらステップ１〜５の流れと並行して、前記エンコーダ１３に対向させた上記各センサ１４、１４の出力信号に基づき、前述した図示しない荷重演算器により外輪４と各内輪５、５との間に作用しているアキシアル荷重を算出すると共に、前記回転分析部２１により上記各内輪５、５の回転速度を算出する。 Next, the flow of abnormality diagnosis performed using the abnormality diagnosis apparatus of the present embodiment configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG. When the abnormality diagnosis of this embodiment is performed, first, vibrations in the vicinity of the tapered roller rows constituting the double row tapered roller bearing 3 are detected by the acceleration sensors 18 and 18 (step 1). Next, the vibration detection signal (analog signal) is converted into a digital signal by the A / D converter and then amplified by the amplifier (step 2). Note that the order of the conversion and amplification may be reversed. Next, the filter processing unit 22 performs filter processing on the signal thus converted and amplified (step 3). Next, the vibration analysis unit 23 performs envelope processing on the signal thus filtered (step 4), and further performs FFT to calculate the frequency spectrum of the vibration (step 5). In parallel with the flow of these steps 1 to 5, the outer ring 4 and the inner rings 5, 5 are connected to each other by the load calculator (not shown) based on the output signals of the sensors 14, 14 facing the encoder 13. The axial load acting during the period is calculated, and the rotational speed of the inner rings 5 and 5 is calculated by the rotation analysis unit 21.

次いで、前記比較判定部２４により、上記回転分析部２１で算出した回転速度と、車輪支持装置を構成する各部位の設計諸元とに基づき、前記表１中の計算、並びに、前記（１）式の計算等を行なう事により、診断すべき各部品毎の異常振動周波数を求める（ステップ６）。尚、この様な各部品毎の異常振動周波数は、予め算出しておいた（図７に示したデータ保存部２５に保存しておいた）結果を利用しても良い。次いで、上記ステップ５で得た周波数スペクトル（エンベロープスペクトル）から、上記ステップ６で得た各部品毎の異常振動周波数に対応する、周波数成分｛軸受成分Ｓ_B （前記表１のＳ_Bi、Ｓ_Bo、Ｓ_Bb、Ｓ_Bcに関する成分）、歯車成分Ｓ_G （前記大歯車１１及び小歯車１２の噛み合い部に関する成分）、回転体成分Ｓ_R （前記車輪等に関する成分）｝を抽出する（ステップ７）。又、これらステップ６〜７の流れと並行して、上記比較判定部２４により、上記各部品毎の異常振動周波数の第一基準値を算出する（ステップ８）。 Next, based on the rotation speed calculated by the rotation analysis unit 21 and the design specifications of each part constituting the wheel support device by the comparison / determination unit 24, the calculation in Table 1 above and (1) An abnormal vibration frequency for each component to be diagnosed is obtained by calculating an expression or the like (step 6). Note that such abnormal vibration frequency for each component may be calculated in advance (stored in the data storage unit 25 shown in FIG. 7). Next, from the frequency spectrum (envelope spectrum) obtained in step 5 above, the frequency component {bearing component S _B (S _Bi , S _{Bo in} Table 1 above) corresponding to the abnormal vibration frequency for each part obtained in step 6 above. , S _Bb , S _Bc component), gear component S _G (component relating to the meshing part of the large gear 11 and small gear 12), and rotating body component S _R (component relating to the wheel etc.)} are extracted (step 7). . In parallel with these steps 6 to 7, the comparison / determination unit 24 calculates a first reference value of the abnormal vibration frequency for each of the components (step 8).

次いで、やはり上記比較判定部２４により、上記ステップ７で抽出した各部品毎の異常振動周波数成分（Ｓ_B 、Ｓ_G 、Ｓ_R ）と、上記ステップ８で算出した各第一基準値とを比較する（ステップ９）。そして、上記総ての部品の異常振動周波数成分（Ｓ_B 、Ｓ_G 、Ｓ_R ）が対応する第一基準値以下である場合には、異常無しと判定し、何れかの部品の異常振動周波数成分（Ｓ_B 、Ｓ_G 、Ｓ_R ）が対応する第一基準値より大きい場合には、当該部品に異常有りと判定する（ステップ１０）。又、これと並行して、上記比較判定部２４により、上記荷重演算器により算出したアキシアル荷重と、予め定めておいたアキシアル荷重に関する第二基準値とを比較し、上記アキシアル荷重がこの第二基準値以下である場合には、異常無しと判定し、上記アキシアル荷重がこの第二基準値よりも大きい場合には、異常有りと判定する（ステップ１１）。そして、これらステップ１０、１１の判定結果を、前記結果出力部２６により、必要に応じて上記各分析部２１、２３の分析結果及び上記アキシアル荷重と共に所定の表示形態で表示する（ステップ１２）。更には、前記制御器２７により、上記判定結果（及び分析結果やアキシアル荷重）を利用して鉄道車両の走行制御を行なう。本実施例の場合、この様な表示及び走行制御は、鉄道車両の走行中、リアルタイムで連続的に行なう。 Next, the comparison determination unit 24 compares the abnormal vibration frequency components (S _B , S _G , S _R ) for each part extracted in step 7 with the first reference values calculated in step 8. (Step 9). When the abnormal vibration frequency components (S _B , S _G , S _R ) of all the parts are equal to or less than the corresponding first reference value, it is determined that there is no abnormality, and the abnormal vibration frequency of any part is determined. If the component (S _B , S _G , S _R ) is larger than the corresponding first reference value, it is determined that there is an abnormality in the part (step 10). In parallel with this, the comparison / determination unit 24 compares the axial load calculated by the load calculator with a second reference value relating to the predetermined axial load, and the axial load is compared with the second load. If it is below the reference value, it is determined that there is no abnormality, and if the axial load is greater than the second reference value, it is determined that there is an abnormality (step 11). Then, the determination result of steps 10 and 11 is displayed in a predetermined display form by the result output unit 26 together with the analysis results of the analysis units 21 and 23 and the axial load as required (step 12). Further, the controller 27 performs traveling control of the railway vehicle using the determination result (and analysis result and axial load). In the case of the present embodiment, such display and traveling control are continuously performed in real time while the railway vehicle is traveling.

上述した様な本実施例の鉄道車両の車軸支持装置の異常診断装置によれば、車軸支持装置を分解する事なく、複列円すいころ軸受３の各構成部品、大歯車１１と小歯車１２との噛み合い部、車輪等に摩耗や破損等の異常が生じているか否かを診断できると共に、何れの部品に異常が生じているのかを特定できる。又、本実施例の場合には、上記複列円すいころ軸受３を構成する外輪４と各内輪５、５との間に作用しているアキシアル荷重を測定する事に基づき、鉄道車両が脱線しない為の走行制御を行なえる。更に、本実施例の場合には、車軸支持装置を構成する部品に摩耗や破損等の異常が生じているか否かを診断する為に必要な情報である、上記各内輪５、５の回転速度を測定する為に使用するエンコーダ１３及びセンサ１４、１４により、上記アキシアル荷重を測定する。この為、異常診断装置の小型化及び低コスト化を十分に図れる。 According to the abnormality diagnosis device for an axle support device of a railway vehicle of the present embodiment as described above, each component of the double row tapered roller bearing 3, the large gear 11 and the small gear 12, without disassembling the axle support device. It is possible to diagnose whether or not an abnormality such as wear or breakage has occurred in the meshing part, wheel or the like, and it is possible to identify which part has an abnormality. Further, in the case of the present embodiment, the railway vehicle does not derail based on measuring the axial load acting between the outer ring 4 and the inner rings 5 and 5 constituting the double row tapered roller bearing 3. Can be controlled for the purpose. Furthermore, in the case of the present embodiment, the rotational speeds of the inner rings 5 and 5 are information necessary for diagnosing whether or not abnormality such as wear or breakage has occurred in the components constituting the axle support device. The axial load is measured by the encoder 13 and the sensors 14 and 14 used to measure the above. For this reason, the abnormality diagnosis apparatus can be sufficiently reduced in size and cost.

図９〜１４は、請求項１〜３及び５に対応する、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合、複列円すいころ軸受３を構成する間座８に外嵌固定するエンコーダ１３ａとして、図１０〜１１に示す様なものを使用する。このエンコーダ１３ａは、磁性金属板により全体を円筒状に構成しており、被検出面である外周面に、スリット状の透孔２８ａ、２８ｂと柱部２９ａ、２９ｂとを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これら各透孔２８ａ、２８ｂと各柱部２９ａ、２９ｂとは、上記エンコーダ１３ａの軸方向に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この軸方向に対する傾斜方向を、このエンコーダ１３ａの軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。即ち、このエンコーダ１３ａは、軸方向片半部に、上記軸方向に対し所定方向に同じだけ傾斜した透孔２８ａ、２８ａを形成すると共に、軸方向他半部に、この所定方向と逆方向に同じ角度だけ傾斜した透孔２８ｂ、２８ｂを形成している。尚、図示の例では、スリットである透孔２８ａ、２８ｂを「ハ」字形に設けているが、頂部を連結させた「く」字状の透孔にしても、同様の作用を得られる。 9 to 14 show a second embodiment of the present invention corresponding to claims 1 to 3 and 5 . In the case of the present embodiment, as shown in FIGS. 10 to 11 is used as the encoder 13a that is externally fitted and fixed to the spacer 8 constituting the double row tapered roller bearing 3. This encoder 13a is entirely formed of a magnetic metal plate in a cylindrical shape, and slit-shaped through holes 28a and 28b and column portions 29a and 29b are alternately arranged in the circumferential direction on the outer peripheral surface which is a detected surface. And at equal intervals. The through holes 28a, 28b and the column portions 29a, 29b are inclined by the same angle with respect to the axial direction of the encoder 13a, and the inclined direction with respect to the axial direction is bounded by the axial intermediate portion of the encoder 13a. Are in opposite directions. That is, the encoder 13a is formed with through holes 28a, 28a inclined in the same direction in the predetermined direction with respect to the axial direction in one half of the axial direction, and in the opposite direction to the predetermined direction in the other half of the axial direction. The through holes 28b and 28b inclined by the same angle are formed. In the illustrated example, the through holes 28a and 28b, which are slits, are provided in a "C" shape, but the same effect can be obtained by using a "U" shape through hole connected to the top.

そして、上記エンコーダ１３ａの外周面に、外輪４の軸方向中間部に設置した１対のセンサ１４ａ、１４ａの検出部を近接対向させている。これら両センサ１４ａ、１４ａの検出部が上記エンコーダ１３ａの外周面に対向する位置は、このエンコーダ１３ａの円周方向に関して同じ位置としている。又、上記外輪４と１対の内輪５、５との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、上記各透孔２８ａ、２８ｂ同士の間に位置し、全周に連続するリム部３０が、上記両センサ１４ａ、１４ａの検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材１３ａ、１４ａ、１４ａの設置位置を規制している。尚、本実施例の場合には、上記エンコーダ１３ａが単なる磁性材製である為、上記両センサ１４ａ、１４ａの側に永久磁石を組み込んでいる。 And the detection part of a pair of sensors 14a and 14a installed in the axial direction intermediate part of the outer ring | wheel 4 is made to oppose and approach the outer peripheral surface of the said encoder 13a. The positions where the detection parts of these sensors 14a and 14a face the outer peripheral surface of the encoder 13a are the same in the circumferential direction of the encoder 13a. Further, the rim portion 30 that is located between the through holes 28a and 28b and is continuous over the entire circumference without any axial load acting between the outer ring 4 and the pair of inner rings 5 and 5 The installation positions of the members 13a, 14a, and 14a are restricted so that the sensors 14a and 14a are located at the center position between the detection units. In this embodiment, since the encoder 13a is made of a simple magnetic material, permanent magnets are incorporated on the two sensors 14a and 14a.

本実施例の場合、上記外輪４と上記各内輪５、５との間にアキシアル荷重が作用し、これら外輪４と各内輪５、５とがアキシアル方向に相対変位すると、上述した実施例１の場合と同様に、上記両センサ１４ａ、１４ａの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪４と上記各内輪５、５との間にアキシアル荷重が作用していない状態では、上記両センサ１４ａ、１４ａの検出部は、図１２の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記リム部３０から軸方向に同じだけずれた部分に対向する。従って、上記両センサ１４ａ、１４ａの出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。これに対し、上記エンコーダ１３ａと共に回転及び軸方向変位する上記各内輪５、５に、図１２の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ１４ａ、１４ａの検出部は、図１２の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記リム部３０からの軸方向に関するずれが互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ１４ａ、１４ａの出力信号の位相は、同図の（Ｂ）に示す様にずれる。更に、上記エンコーダ１３ａと共に回転及び軸方向変位する上記各内輪５、５に、図１２の（Ａ）で上向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ１４ａ、１４ａの検出部は、図１２の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記リム部３０からの軸方向に関するずれが、逆方向に互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ１４ａ、１４ａの出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。 In the case of the present embodiment, when an axial load acts between the outer ring 4 and the inner rings 5 and 5 and the outer ring 4 and the inner rings 5 and 5 are relatively displaced in the axial direction, the above-described first embodiment. Similarly to the case, the phase in which the output signals of the sensors 14a and 14a change is shifted. That is, in the state where an axial load is not acting between the outer ring 4 and the inner rings 5 and 5, the detection portions of the sensors 14a and 14a are shown by solid lines A and B in FIG. That is, it faces a portion that is shifted from the rim portion 30 by the same amount in the axial direction. Therefore, the phases of the output signals of the two sensors 14a and 14a coincide with each other as shown in FIG. On the other hand, when a downward axial load is applied to the inner rings 5 and 5 that rotate and axially move together with the encoder 13a in FIG. 12A, the detection parts of the sensors 14a and 14a are 12A, the broken lines B and B in FIG. 12A, that is, opposite to the portions where the deviations in the axial direction from the rim portion 30 are different from each other. In this state, the phases of the output signals of the sensors 14a and 14a are shifted as shown in FIG. Further, when an upward axial load is applied to the inner rings 5 and 5 that rotate and axially displace with the encoder 13a in FIG. 12A, the detecting portions of the sensors 14a and 14a are 12 (A) chain lines C, C, that is, the deviation in the axial direction from the rim portion 30 opposes different portions in the opposite direction. In this state, the phases of the output signals of the sensors 14a and 14a are shifted as shown in FIG.

上述の様に本実施例の場合も、上述の実施例１の場合と同様に、上記両センサ１４ａ、１４ａの出力信号の位相が、上記外輪４と上記各内輪５、５との間に加わるアキシアル荷重の方向に応じた方向にずれる。又、このアキシアル荷重により上記両センサ１４ａ、１４ａの出力信号の位相がずれる程度（変位量）は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。そこで、本実施例の場合も、上記両センサ１４ａ、１４ａの出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその方向及び大きさに基づいて、上記外輪４と上記各内輪５、５との間に作用しているアキシアル荷重の方向及び大きさを、図示しない荷重演算器により算出する。又、上記各センサ１４ａ、１４ａの出力信号の周波数に基づいて、上記各内輪５、５の回転速度を、回転分析部２１（図７参照）により算出する。 As described above, also in the case of the present embodiment, as in the case of the above-described first embodiment, the phases of the output signals of both the sensors 14a and 14a are applied between the outer ring 4 and the inner rings 5 and 5. The direction deviates according to the axial load direction. Further, the degree to which the phase of the output signals of both the sensors 14a and 14a is shifted by this axial load (displacement amount) increases as the axial load increases. Therefore, also in this embodiment, the outer ring 4 and the inner rings 5, 5, based on the direction and size of the output signals of the sensors 14 a, 14 a, based on the presence and absence of the phase deviation. The direction and magnitude of the axial load acting between the two are calculated by a load calculator (not shown). Further, based on the frequency of the output signal of each of the sensors 14a, 14a, the rotational speed of the inner rings 5, 5 is calculated by the rotation analysis unit 21 (see FIG. 7).

又、本実施例の場合には、図１３に示す様に、加速度センサ１８、１８を含んだ検出処理部１５、１５とマイクロコンピュータから成る演算処理部１６、１６とを組み合わせた、単一の処理ユニットを、車軸支持装置に組み込んでいる。これにより、異常診断装置の小型化を図っている。又、本実施例の場合には、図１４に示す様に、異常診断を行なう際には、検出されたアキシアル荷重をも考慮して、各部品毎の異常周波数の第一基準値を算出する（ステップ８）。この様にアキシアル荷重をも考慮して第一基準値を決定する事により、車軸支持装置を構成する各部品の異常診断をより正確に行なえる様にしている。その他の構成及び作用は、上述した実施例１の場合と同様である。 Further, in the case of this embodiment, as shown in FIG. 13, a single combination of detection processing units 15 and 15 including acceleration sensors 18 and 18 and arithmetic processing units 16 and 16 comprising a microcomputer is combined. The processing unit is incorporated in the axle support device. As a result, the abnormality diagnosis apparatus is miniaturized. In the case of this embodiment, as shown in FIG. 14, when performing abnormality diagnosis, the first reference value of the abnormal frequency for each component is calculated in consideration of the detected axial load. (Step 8). Thus, by determining the first reference value in consideration of the axial load, the abnormality diagnosis of each component constituting the axle support device can be performed more accurately. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment described above.

尚、本発明を実施する場合、車軸支持装置で発生する振動を検出する為のセンサの種類は、特に問わない。例えば、上記各実施例で採用した加速度センサの他、ＡＥセンサ、超音波センサ、ショックパルスセンサや、速度、ひずみ、応力、変位型等、振動を電気信号化できるセンサであれば良い。特に、ノイズが多い個所に取り付ける場合には、絶縁型を使用した方が、ノイズの影響を受けにくくできる為、好ましい。又、圧電素子等の振動検出素子を合成樹脂等にモールドして振動検出センサの形にしても良い。又、設置する振動検出センサの数も、特に問わない。更に、設置位置に対する振動検出センサの固定方法は、ボルト固定、接着、モールド材による埋め込み等、適宜の方法を採用できる。このうち、モールド材による埋め込みを採用する場合には、振動検出センサの防水性及び耐震性を十分に確保できる。 When implementing the present invention, the type of sensor for detecting the vibration generated in the axle support device is not particularly limited. For example, in addition to the acceleration sensor employed in each of the above embodiments, an AE sensor, an ultrasonic sensor, a shock pulse sensor, a sensor that can convert vibration into an electrical signal, such as a speed, strain, stress, or displacement type, may be used. In particular, when mounting at a location with a lot of noise, it is preferable to use an insulation type because it is less susceptible to noise. Alternatively, a vibration detection element such as a piezoelectric element may be molded into a synthetic resin or the like to form a vibration detection sensor. The number of vibration detection sensors to be installed is not particularly limited. Furthermore, as a method for fixing the vibration detection sensor to the installation position, an appropriate method such as bolt fixing, adhesion, or embedding with a molding material can be employed. Among these, when embedding with a mold material is employed, the waterproofness and earthquake resistance of the vibration detection sensor can be sufficiently secured.

又、得られた分析結果及び判定結果は、リアルタイムでの表示や走行制御に供するだけでなく、データ保存部２５等に大量に蓄積しておき、プログラム等を利用して異常診断に関する管理レポートを作成する事もできる。 Moreover, the obtained analysis results and determination results are not only used for real-time display and travel control, but also stored in a large amount in the data storage unit 25, etc., and a management report on abnormality diagnosis is made using a program or the like. It can also be created.

本発明の実施例１を示す、異常診断装置を組み込んだ鉄道車両の車軸支持装置の断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Sectional drawing of the axle shaft support apparatus of the railway vehicle which integrated the abnormality diagnosis apparatus which shows Example 1 of this invention. 車軸に固定する大歯車と駆動軸に固定する小歯車とを示す略側面図。The schematic side view which shows the large gear fixed to an axle shaft, and the small gear fixed to a drive shaft. エンコーダの斜視図。The perspective view of an encoder. このエンコーダの外周面の展開図。FIG. 3 is a development view of the outer peripheral surface of the encoder. 変位に伴う１対のセンサの出力信号の変化状態を示す線図。The diagram which shows the change state of the output signal of a pair of sensor accompanying a displacement. 異常診断装置のブロック図。The block diagram of an abnormality diagnosis apparatus. 異常診断装置を構成する演算処理部のブロック図。The block diagram of the arithmetic processing part which comprises an abnormality diagnosis apparatus. 異常診断手順を示すフローチャート。The flowchart which shows an abnormality diagnosis procedure. 本発明の実施例２を示す、異常診断装置を組み込んだ鉄道車両の車軸支持装置の断面図。Sectional drawing of the axle shaft support apparatus of the railway vehicle incorporating the abnormality diagnosis apparatus which shows Example 2 of this invention. エンコーダの斜視図。The perspective view of an encoder. このエンコーダの外周面の展開図。FIG. 3 is a development view of the outer peripheral surface of the encoder. 変位に伴う１対のセンサの出力信号の変化状態を示す線図。The diagram which shows the change state of the output signal of a pair of sensor accompanying a displacement. 異常診断装置のブロック図。The block diagram of an abnormality diagnosis apparatus. 異常診断手順を示すフローチャート。The flowchart which shows an abnormality diagnosis procedure.

１ハウジング
２車軸
３複列円すいころ軸受
４外輪
５内輪
６円すいころ
７保持器
８間座
９外輪軌道
１０内輪軌道
１１大歯車
１２小歯車
１３、１３ａエンコーダ
１４、１４ａセンサ
１５検出処理部
１６演算処理部
１７制御処理部
１８加速度センサ
１９凹部
２０データ蓄積分配部
２１回転分析部
２２フィルタ処理部
２３振動分析部
２４比較判定部
２５データ保存部
２６結果出力部
２７制御器
２８ａ、２８ｂ透孔
２９ａ、２９ｂ柱部
３０リム部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Axle 3 Double row tapered roller bearing 4 Outer ring 5 Inner ring 6 Tapered roller 7 Cage 8 Spacer 9 Outer ring raceway 10 Inner ring raceway 11 Large gear 12 Small gear 13, 13a Encoder 14, 14a Sensor 15 Detection processing unit 16 Arithmetic processing Unit 17 Control processing unit 18 Acceleration sensor 19 Recess 20 Data accumulation / distribution unit 21 Rotation analysis unit 22 Filter processing unit 23 Vibration analysis unit 24 Comparison determination unit 25 Data storage unit 26 Result output unit 27 Controllers 28a and 28b Through holes 29a and 29b Pillar part 30 Rim part

Claims

An abnormality diagnosis device for an axle support device of a railway vehicle provided with a rolling bearing for rotatably supporting an axle on the inner side of a housing, provided concentrically with the inner ring at a portion that rotates together with the inner ring constituting the rolling bearing. The first detected parts and the second detected parts having different characteristics are arranged alternately and at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface that is the detected surface , and the first and second An encoder in which the boundary between the two detection parts is inclined with respect to the axial direction, and the inclination direction of the boundary with respect to the axial direction is opposite to each other with the intermediate part in the axial direction as a boundary, and each detection part is connected to the detection surface A pair of sensors that are supported by non-rotating portions facing both side portions sandwiching the intermediate portion in the axial direction , and each change the pattern of the output signal in accordance with the characteristic change pattern of the detected surface. , this A rotation speed calculator that calculates a rotational speed of the inner ring relative to the outer ring constituting the rolling bearing on the basis of the output signal of the Luo both sensors, between the outer ring and the inner ring based on a pattern of the output signal of the two sensors A load calculator for calculating the acting axial load , a detection processing means for detecting a signal relating to a predetermined physical quantity generated from the axle support device, and a signal detected by the detection processing means, if necessary. After performing the above processing, the frequency analysis processing is performed, and the result of the frequency analysis processing is compared with the first reference value using the rotational speed as a parameter, which is a diagnostic criterion for the presence or absence of abnormality of the axle support device. based on the fact that, to identify an abnormal site as well as diagnosing the presence or absence of an abnormality in the axle support device, and a axial load above measurement, related to the axial load Based on comparing the second reference value, the abnormality diagnostic device of the axle support device of the railway vehicle having an arithmetic processing means for diagnosing the presence or absence of an abnormality in the axle support device.

The axle support of a railway vehicle according to claim 1 , wherein at least an A / D conversion process, a filter process, and an envelope process are performed as a predetermined process performed on the signal detected by the detection processing unit as necessary. Device abnormality diagnosis device.

The railway vehicle according to any one of claims 1 to 2 , wherein an axial load acting between the outer ring and the inner ring is adopted as a parameter of the first reference value in addition to the rotational speed of the inner ring with respect to the outer ring. An abnormality diagnosis device for an axle support device.

The axle of the railway vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein the encoder is made of a permanent magnet, the first detected portion is an N pole, and the second detected portion is an S pole. Anomaly diagnosis device for bearing equipment.

The first detected part is a through hole or a recessed part, and the second detected part is a part between the through holes or recessed parts adjacent to each other in the circumferential direction . The abnormality diagnosis device for a bearing device for an axle of a railway vehicle according to item 1 .