CN108698620B - 铁道车辆的轴承监视装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的铁道车辆的轴承监视装置，是将具有车体及转向架的多个车辆彼此连结而成的铁道车辆的轴承监视装置，具备：轴承温度传感器，设于各所述转向架，直接或间接检测各所述转向架的轴承的温度；至少一个的状态传感器，设于所述多个车辆的至少一个的所述车体，用于算出所述轴承的负载或旋转速度；及存储器，设于所述多个车辆的至少一个车体，储存由所述轴承温度传感器及所述状态传感器检测出的各信号的各数据。

Description

铁道车辆的轴承监视装置
技术领域
本发明关于一种监视支持车体的转向架的轴承的铁道车辆的轴承监视装置。
背景技术
在铁道车辆的转向架，已知有如下的装置（例如，参见专利文献1）：藉由在轴箱中所容纳的轴承安装热电偶计(thermocouple gauge)、应变计及磁力传感器，检测轴承的温度、负载及旋转速度以侦测轴承的异常。
现有技术文献：
专利文献：
专利文献1：日本特开2010-121639号公报。
发明内容
发明要解决的问题：
然而，为了检测轴承的温度、负载及旋转速度，而必须就每一轴承安装由热电偶计、应变计及磁力传感器所构成的一组传感器群，且需在轴箱内的狭窄空间配置传感器群，将自传感器群起的配线导出至轴箱外。因此，需有与铁道车辆整体的轴承数量为相同数量的传感器群，而使装置成本变高，且设置作业亦变烦杂。
因此，本发明的目的在于：在取得轴承的温度以及轴承的负载及／或旋转速度以监视轴承的状态的装置中，降低装置成本及设置作业。
解决问题的手段
本发明的一形态的铁道车辆的轴承监视装置，是将具有车体及转向架的多个车辆彼此连结而成的铁道车辆的轴承监视装置，具备：轴承温度传感器，设于各所述转向架，直接或间接检测各所述转向架的轴承的温度；至少一个的状态传感器，设于所述多个车辆的至少一个的所述车体，用于算出所述轴承的负载或旋转速度；及存储器，设于所述多个车辆的至少一个车体，储存由所述轴承温度传感器及所述状态传感器检测出的各信号的各数据。
根据该构成，由于用于算出轴承的负载或旋转速度的状态传感器是设于车体而非转向架，因此无需将状态传感器安装在各个轴承，且无需将存储器与状态传感器之间的通信线配置在转向架，能够降低装置成本及设置作业。
根据本发明，能够在取得轴承的温度以及轴承的负载及／或旋转速度以监视轴承的状态的装置中，降低装置成本及设置作业。
附图说明
图1是搭载有实施形态的铁道车辆的轴承监视装置的列车编组的示意图；
图2是图1所示的轴承监视装置的框图；
图3是图2所示的轴承监视装置的诊断处理的流程图；
图4中（a）是显示监视值即温度值的第一可变阈值与负载／旋转速度的关系的图；（b）是显示监视值即温度上升率的第二可变阈值与负载／旋转速度的关系的图；
图5是显示特定的轴承负载及旋转速度中的监视值的产生频率的运用实绩的分布的例。
具体实施方式
以下，参见附图说明实施形态。
图1是搭载有实施形态的铁道车辆的轴承监视装置10的列车编组1的示意图。如图1所示，列车编组1，具备第一车辆11、与第一车辆11邻接的第二车辆12、与第二车辆12邻接的第三车辆13、及与第三车辆13邻接的第四车辆14。列车编组1，是这些车辆11～14通过连结器C串联连接而成。另外，在图1中，虽仅图示5辆以上的编组的4辆，但编组的车辆的数量并不限于此。
第一车辆11，具有第一车体21、及靠近第一车体21的长度方向的两端部配置并支持第一车体21的一对第一转向架31F、31R。第二车辆12，具有第二车体22、及靠近第二车体22的长度方向的两端部配置并支持第二车体22的一对第二转向架32F、32R。第三车辆13，具有第三车体23、及靠近第三车体23的长度方向的两端部配置并支持第三车体23的一对第三转向架33F、33R。第四车辆14，具有第四车体24、及靠近第四车体24的长度方向的两端部配置并支持第四车体24的一对第四转向架34F、34R。在第一～第四车辆11～14中，在介于各车体21～24与各转向架31F～34F、31R～34R之间分别设有第一～第四空气弹簧71～74。
在列车编组1，搭载铁道车辆的轴承监视装置10。轴承监视装置10，是监视各转向架31F～34F、31R～34R的轴箱BX内的轴承BR的温度、负荷载重（以下，简称负载）及旋转速度、侦测轴承BR的异常的装置。轴承监视装置10，具备第一～第四轴承温度传感器41F～44F、41R～44R、第一～第四无线信号发送机51F～54F、51R～54R、第一及第二无线信号接收机61F、61R、63F、63R、内藏有第一及第二加速度传感器91、93（状态传感器）的第一及第二数据处理装置81、83、第一及第二空气弹簧压力传感器101、103（状态传感器）、及第一及第二环境气氛温度传感器111、113。
第一～第四轴承温度传感器41F～44F、41R～44R，分别设于第一～第四转向架31F～34F、31R～34R的各轴箱BX，以检测轴箱BX内的轴承BR的温度。亦即，每一转向架设置4个轴承温度传感器，以检测各转向架的所有的轴承的温度。各轴承温度传感器41F～44F、41R～44R，接触轴承BR以直接检测轴承BR的温度。但是，各轴承温度传感器41F～44F、41R～44R，亦可不接触轴承BR而接触轴箱BX，藉由检测轴箱BX的温度而间接检测轴承BR的温度。
第一～第四无线信号发送机51F～54F、51R～54R，以分别对应第一～第四轴承温度传感器41F～44F、41R～44R的方式设置在各轴箱BX，将包含以各轴承温度传感器41F～44F、41R～44R检测出的温度信息的传感器信号分别进行无线发送。本实施形态中，无线信号发送机与轴承温度传感器一起被收纳在相同箱体内且该箱体安装在轴箱，从而使每一转向架的无线信号发送机的数量与轴承温度传感器同样为4个。
第一无线信号接收机61F、61R，在第一车体21的前部及后部各设置一个，第二无线信号接收机63F、63R，在第三车体23的前部及后部各设置一个。无线信号接收机每隔一辆设置，在第二车辆12及第四车辆14，未设置有无线信号接收机。亦即，列车编组1，是设置有无线信号接收机的车辆每隔一辆连结而成。第一无线信号接收机61F，设于第一车体21的长度方向一端部的下部，第一无线信号接收机61R，设于第一车体21的长度方向另一端部的下部。第二无线信号接收机63F，设于第三车体23的长度方向一端部的下部，第二无线信号接收机63R，设于第三车体23的长度方向另一端部的下部。
第一无线信号接收机61F，接收自4个无线信号发送机51F发出的传感器信号。第一无线信号接收机61R，接收自4个第一无线信号发送机51R及4个第二无线信号发送机52F发出的传感器信号。即，第一无线信号接收机61R，接收自身车辆的第一转向架31R的各传感器信号、与邻接车辆的第二转向架32F的各传感器信号。第二无线信号接收机63F，亦接收自4个第二无线信号发送机52R及4个第三无线信号发送机53F发出的传感器信号。第二无线信号接收机63R，亦接收自4个第三无线信号发送机53R及4个第四无线信号发送机54F发出的传感器信号。
第一数据处理装置81，设于第一车体21，第二数据处理装置83，设于第三车体23。在第二车辆12及第四车辆14，并未设置数据处理装置。即，数据处理装置，设于与设有连接该数据处理装置的无线信号接收机的车辆相同的车辆。第一数据处理装置81，通过通信线与第一无线信号接收机61F、61R连接。第二数据处理装置83，通过通信线与第二无线信号接收机63F、63R连接。第一及第二数据处理装置81、83中所保存的数据可从外部存取，例如，第一及第二数据处理装置81、83，构成为可通过未图标的通信线或记录媒体等将该数据取出。
第一数据处理装置81，具有安装在第一车体21的箱体121，且配置在第一车体21的地板下。第二数据处理装置83，具有安装在第三车体23的箱体123，且配置在第三车体23的地板下。根据此方式，由于在接近轴承温度传感器41F～44F、41R～44R与空气弹簧压力传感器101、103的两方的位置设置数据处理装置81、83，因此能够降低装置成本及设置作业，并且亦能够提高通信稳定性。此外，在第一数据处理装置81的箱体121，容纳第一加速度传感器91，在第二数据处理装置83的箱体123，容纳第二加速度传感器93。藉此，能够减少加速度传感器91、93的配线，且降低装置成本及设置作业。加速度传感器91、93，检测车辆长度方向的加速度、即车辆行进方向的加速度。如以下所述，加速度传感器91、93，在第一及第二数据处理装置81、83中使用于算出各转向架31F～34F、31R～34R的各轴承BR的旋转速度。
第一空气弹簧压力传感器101，设于第一车体21，检测设于第一车体21与第一转向架31F之间的第一空气弹簧71的内压值。第二空气弹簧压力传感器103，设于第三车体23，检测设于第三车体23与第三转向架33F之间的第三空气弹簧73的内压值。第一空气弹簧压力传感器101，与第一数据处理装置81连接，第二空气弹簧压力传感器103，与第二数据处理装置83连接。如以下所述，第一空气弹簧压力传感器101，在第一数据处理装置81中使用于算出第一转向架31F、31R的各轴承BR的负载。第二空气弹簧压力传感器103，在第二数据处理装置83中使用于算出第三转向架33F、33R的各轴承BR的负载。
如上所述，使用于算出轴承BR的旋转速度及负载的各传感器91、93、101、103，设于车体而非转向架，因此无需将这些传感器91、93、101、103安装在各个轴承BR，且无需将这些传感器91、93、101、103与数据处理装置81、83之间的通信线配置在转向架，能够降低装置成本及设置作业。
第一及第二环境气氛温度传感器111、113，分别与第一及第二数据处理装置81、83连接，检测列车编组1车外的环境气氛温度。第一及第二环境气氛温度传感器111、113，例如，通过第一及第二数据处理装置81、83的箱体121、123配置在第一及第二数据处理装置81、83的下方。以如此方式，使环境气氛温度传感器111、113充分地从车体21、23的地板往下方分离，且在车体21、23与环境气氛温度传感器111、113之间设置数据处理装置81、83，因此能够抑制自车体21、23辐射出的热对环境气氛温度传感器111、113的热影响。
图2是图1所示的轴承监视装置10的框图。另外，轴承监视装置10中，搭载在第一车辆11的构成与搭载在第三车辆13的构成实质上相同，因此图2中作为代表而针对搭载在第三车辆13的构成进行说明。如图2所示，数据处理装置83，在其箱体123内具有数据处理单元200及加速度传感器93。数据处理单元200，具有处理器、挥发性内存、非挥发性内存及I／O接口等。数据处理单元200，具有信号接收部201、存储部202、诊断部203及输出部204。信号接收部201及输出部204，藉由I／O接口实现。存储部202，藉由挥发性内存及非挥发性内存实现。诊断部203，依照保存在非挥发性内存的程序藉由处理器使用挥发性内存进行演算处理来实现。
信号接收部201，接收无线信号接收机63F、63R自无线信号发送机52R、53F、53R、54F所接收的16个轴承BR的各温度的信息。此外，信号接收部201，自加速度传感器93接收车辆行进方向的加速度数据。此外，信号接收部201，自空气弹簧压力传感器103接收空气弹簧73的内压值数据。此外，信号接收部201，自环境气氛温度传感器113接收车外的环境气氛温度数据。存储部202，保存信号接收部201接收的各数据。诊断部203，根据保存在存储部202的各数据来诊断4个转向架32R、33F、33R、34F的所有的轴承BR的状态。输出部204，将以诊断部203所判定的结果藉由规定的形态（例如，信号发送、显示、声音等）输出。
图3是图2所示的轴承监视装置10的诊断处理的流程图。如图2及图3所示，首先，诊断部203，自信号接收部201所接收的各轴承温度数据，算出用于监视各轴承BR的状态的监视值（步骤S1）。具体而言，诊断部203，算出自信号接收部201所接收的各轴承温度Tn （n为1～16的整数）减去环境气氛温度传感器113所检测出的环境气氛温度T0而得到的各温度值△Tn以作为第一监视值。藉此，能够防止因环境气氛温度的变动而使异常侦测的精度降低。此外，诊断部203，算出信号接收部201所接收的各轴承温度Tn的正的时间变化率即各温度上升率（d／dt）·△Tn以作为第二监视值。
接着，诊断部203，使用空气弹簧压力传感器103所检测出的空气弹簧73的内压值P算出各轴承BR所承受的铅直方向的负载F（步骤S2）。具体而言，诊断部203，是藉由以下的式1算出轴承BR的负载F。其中，A为空气弹簧的受压面积，W为转向架之中介于空气弹簧与轴承之间的构件（例如转向架框架等）的重量；
F＝（P·A＋W／2）／2 ·····（式1）。
如上述，自空气弹簧71、73的内压值算出施加在各轴承BR的负载，因此能够无需如以往般在各轴承BR安装应变计，且减少装置成本及设置作业。此时，考虑各车辆11～14的空气弹簧71～74的各内压值的差异小，因此，未搭载数据处理装置81、83的第二及第四车辆12、14的空气弹簧72、74的内压值，可以第一及第三车辆11、13的空气弹簧71、73的内压值代用。例如，在第二车辆12的各空气弹簧72之中第一车辆11侧的空气弹簧72的内压值，使用第一车辆11的空气弹簧71的内压值，在第二车辆12的各空气弹簧72之中第三车辆13侧的空气弹簧72的内压值，使用第三车辆13的空气弹簧73的内压值，藉此，能够防止车辆间的配线增加，且减少装置成本及设置作业。
接着，诊断部203，自加速度传感器93所检测出的车辆行进方向的加速度Acc算出轴承BR的旋转速度N（步骤S3）。具体而言，诊断部203，藉由以下的式2算出轴承BR的旋转速度N。其中，D为转向架的车轮直径，π为圆周率。如上述，自设置在车体的加速度传感器93所检测出的加速度算出轴承BR的旋转速度N，因此能够减少车体与转向架之间的配线，且减少装置成本及设置作业；
N＝∫Acc·dt／（πD） ·····（式2）。
接着，诊断部203，判定第一监视值（温度值△Tn）是否为固定阈值THX1、THX2 （THX1＜THX2）以下，且判定第二监视值（温度上升率（d／dt）·△Tn）是否为固定阈值THY1、THY2（THY1＜THY2）以下（步骤S4）。具体而言，诊断部203，在判定温度值△Tn超过固定阈值THX1，且该判定为规定转速或规定时间以上的情形（步骤S5）时，判定为轻度异常并自输出部204进行通知轻度异常的输出（步骤S6），并在存储部202进行其记录（步骤S10）。诊断部203，在判定温度值△Tn超过固定阈值THX2，且该判定为规定转速或规定时间以上的情形（步骤S5）时，判定为重度异常并自输出部204进行通知重度异常的输出（步骤S6），并在存储部202进行其记录（步骤S10）。
此外，同样地，诊断部203，在判定温度上升率（d／dt）·△Tn超过固定阈值THY1／THY2，且该判定为规定转速或规定时间以上的情形（步骤S5）时，判定为轻度／重度异常，自输出部204进行通知异常的输出（步骤S6），并在存储部202进行其记录（步骤S10）。如上述，在以步骤S4～S6进行了利用固定阈值进行异常侦测的情形时，不进行下述的监视值与可变阈值的比较（步骤S7）而直接至步骤S10。
步骤S4中，在温度值及温度上升率的两方被判定为均未超过固定阈值的情形时，诊断部203，判定第一监视值（温度值△Tn）是否为第一可变阈值THa以下，且判定第二监视值（温度上升率（d／dt）·△Tn）是否为第二可变阈值THb以下（步骤S7）。
如图4（a）所示，温度值用的第一可变阈值THa，设定为随着轴承BR的负载F减少而减少，且设定为随着轴承BR的旋转速度N减少而减少。如图4（b）所示，温度上升率用的第二可变阈值THb，亦设定为随着轴承BR的负载F减少而减少，且设定为随着轴承BR的旋转速度N减少而减少。在可变阈值THa、THb的设定时，就每一特定的轴承负载及旋转速度作成显示事先使列车编组1实际行走而获得的监视值（温度值／温度上升率）的产生频度的运用实绩的分布（参见图5），将从该监视值的产生频度中σ～3σ的范围选出的值决定为可变阈值THa、THb。
另外，可变阈值THa、THb，可以三维图表保存在存储部202，亦可藉由以轴承的负载及旋转速度作为输入的演算式求出。此外，虽例示可变阈值THa、THb是随着负载F／旋转速度N增加而呈一维函数状减少，但亦可呈非线性函数状减少，或阶段状减少。即，可变阈值THa、THb，只要设定为负载F／旋转速度N与第一值时相比第二值（第二值＜第一值）时较小的值即可。
步骤S7中，诊断部203，在判定第一监视值（温度值△Tn）超过第一可变阈值THa，且该判定为规定转速或规定时间以上的情形（步骤S8）时，判定为轻度异常，自输出部204进行通知轻度异常的输出（步骤S9），并在存储部202进行其记录（步骤S10）。此外，同样地，在步骤S7中，诊断部203，在判定第二监视值（温度上升率（d／dt）·△Tn）超过第二可变阈值THb，且该判定为规定转速或规定时间以上的情形（步骤S8）时，亦判定为轻度异常，自输出部204进行通知异常的输出（步骤S6），并在存储部202进行其记录（步骤S10）。
如上述，诊断部203，在轴承BR的负载F／旋转速度N减少而轴承BR难以过热的状况中，藉由降低可变阈值THa、THb，能够早期侦测轴承BR的异常的温度上升。另一方面，在轴承BR的负载F／旋转速度N增加而轴承BR容易过热的状况中，藉由提高可变阈值THa、THb，能够防止误侦测轴承BR的正常的温度上升。此外，诊断部203，由于在温度值或温度上升率的任一方超过可变阈值的阶段判定异常产生，因此能够更早期侦测轴承BR的异常的温度上升。例如，即使温度值未超过可变阈值，但温度上升率超过可变阈值的情形时，能够侦测异常，与仅监视温度值的情形相比，能够早期侦测故障的预兆。
另外，本发明并不限定于上述实施形态，可变更、追加、或删除其构成。在上述实施形态中，虽每隔一车辆设置一个空气弹簧压力传感器，算出一对转向架的各空气弹簧的内压值，但亦可在每个空气弹簧设置空气弹簧压力传感器。在第一及第三车辆的数据处理装置中，虽构成为不输入第二及第四车辆的空气弹簧的实际的内压值数据，但亦可构成为将第二及第四车辆的空气弹簧的内压值数据分别以有线或无线的方式输入至第一及第三车辆的两数据处理装置。加速度传感器，虽就每一数据处理装置设置，但亦可在列车编组设置一个加速度传感器，各数据处理装置共享该加速度传感器所检测出的加速度信息。环境气氛温度传感器，亦可容纳于数据处理装置的箱体。环境气氛温度传感器，亦可在数据处理装置的箱体内配置在数据处理单元的下方。监视值，亦可仅为温度值或温度上升率的一方。此外，温度值，亦可为轴承温度本身。诊断部203，亦可构成为不设于数据处理装置而设于车辆的外部（例如，远隔设置），并与数据处理装置进行通信。
符号说明
1：列车编组
10：轴承监视装置
11～14：车辆
21～24：车体
31F～34F、31R～34R：转向架
41F～44F、41R～44R：轴承温度传感器
51F～54F、51R～54R：无线信号发送机
61F、61R、63F、63R：无线信号接收机
71～74：空气弹簧
81、83：数据处理装置
91、93：加速度传感器
101、103：空气弹簧压力传感器
121、123：箱体
201：信号接收部（信号接收器）
202：存储部（存储器）
203：诊断部（诊断器）
BR：轴承。

Claims (8)

1.一种铁道车辆的轴承监视装置，所述铁道车辆是将具有车体及转向架的多个车辆彼此连结而成，其具备：
轴承温度传感器，设于各所述转向架，直接或间接检测各所述转向架的轴承的温度；
至少一个的状态传感器，设于所述多个车辆的至少一个的所述车体，用于算出所述轴承的负载或旋转速度；
存储器，设于所述多个车辆的至少一个车体，储存由所述轴承温度传感器及所述状态传感器检测出的各信号的各数据；及
根据保存在所述存储器的所述各数据诊断所述轴承的状态的诊断器。
2.根据权利要求1所述的铁道车辆的轴承监视装置，其特征在于，
所述诊断器诊断各所述转向架的所有的所述轴承的状态。
3.根据权利要求1或2所述的铁道车辆的轴承监视装置，其特征在于，
所述至少一个的状态传感器，包含检测介于所述车体与所述转向架之间的空气弹簧的内压值的空气弹簧压力传感器；
所述诊断器，自所述空气弹簧压力传感器所检测出的所述空气弹簧的内压值算出所述轴承的负载，根据所述负载与所述温度诊断所述轴承的状态。
4.根据权利要求3所述的铁道车辆的轴承监视装置，其特征在于，
所述多个车辆，包含具有第一车体及第一转向架的第一车辆、与具有第二车体及第二转向架的第二车辆；
所述存储器，设于所述第一车体；
所述轴承监视装置，进一步具备：
第一无线信号发送机，设于所述第一转向架，将包含设于所述第一转向架的所述轴承温度传感器所检测出的温度信息的信号进行无线发送；
第二无线信号发送机，设于所述第二转向架，将包含设于所述第二转向架的所述轴承温度传感器所检测出的温度信息的信号进行无线发送；及
无线信号接收机，设于所述第一车体，接收来自所述第一无线信号发送机及所述第二无线信号发送机所无线发送出的各信号，且能与所述存储器进行通信；
所述诊断器，使用设于所述第一车体的所述空气弹簧压力传感器所检测出的所述第一车辆的所述空气弹簧的内压值，决定所述第二车辆的所述空气弹簧的内压值。
5.根据权利要求1或2所述的铁道车辆的轴承监视装置，其特征在于，
所述至少一个的状态传感器，包含检测车辆行进方向的加速度的加速度传感器；
所述诊断器，自所述加速度传感器所检测出的车辆行进方向的加速度算出所述轴承的旋转速度，根据所述旋转速度与所述温度诊断所述轴承的状态。
6.根据权利要求5所述的铁道车辆的轴承监视装置，其特征在于，
所述加速度传感器与所述存储器收纳在同一箱体，所述箱体安装在所述车体。
7.根据权利要求1或2所述的铁道车辆的轴承监视装置，其特征在于，
进一步具备设于所述多个车辆的至少一个车体、用于检测环境气氛温度的环境气氛温度传感器；
所述存储器储存所述环境气氛温度传感器所检测出的信号的数据。
8.根据权利要求7所述的铁道车辆的轴承监视装置，其特征在于，
所述存储器配置在所述车体的地板下；
所述环境气氛温度传感器配置于比所述存储器靠近下方。
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