FI87752B - Anordning foer detektering av hjulskador - Google Patents

Description

87752 5

Laitteisto pyörävaurioiden havaitsemiseksi Anordning för detektering av hjulskador

Esillä olevan keksinnön kohteena on laite kiskoajoneuvojen pyörien ns. litteiden kohtien ja päällehitsausten ilmaisemista varten.

10

Kiskoilla kulkevien ajoneuvojen pyörien liukupintaviat aiheuttavat usein niiden epäsäännöllisen vierinnän. Tällaisia vikoja voivat olla: - materiaalivirheistä, materiaalin rikkoutumisesta ja kiinteiden jarrujen 15 kulumisesta aiheutuvat tasaiset litteät kohdat, ja - materiaalikasautumat (ns. päällehitsaukset), jotka pitemmän ajan kuluessa liukuvien jarrujen johdosta tarttuvat kiinni pyörän kehällä jarru-leukamateriaaliin ja/tai kuluttavat pyörän laippaa.

20 Pyörien kiskoilla kulkemisen tällä tavoin aiheutuneet epäsäännöllisyydet voivat olla välittömänä tai välillisenä syynä kyseisen ajoneuvon käyttö-esteisiin. Siten voi esimerkiksi syntyä akselilaakerivaurioita aina samaan kohtaan jaksottaisesti vaikuttavien kiihdytyskuormitusten johdosta. Kiskot voivat kuitenkin myös murtua, mikä tapahtuu erityisesti alhaisten 25 lämpötilojen yhteydessä. Joka tapauksessa tällaiset käyntiepäsäännölli-syydet johtavat ympäristöllisiin meluhaittoihin. Kaikki nämä vaikutukset huonontavat suoranaisesti tarvittavien korjausten tai (meluntorjuntaa varten tarkoitettujen) suojatoimenpiteiden johdosta kiskoilla kulkevan ajoneuvon käyttötaloudellisuutta.

30

Aikaisemmin on siten tutkittu ja myös osaksi toteutettu erilaisia mittausjärjestelyjä mitoiltaan erilaisten tietyssä, kuitenkin vähintään pyöräteliin asetetussa pyörässä olevien litteiden kohtien ilmaisemiseksi. Nykyisin käytetään esimerkiksi tekniikkaa, jonka yhteydessä käytetään 35 hyväksi tällaisten käyntiepäsäännöllisyyksien paikantamiseksi suurtaa-juuksisten tasavirtapiirien värähtelylaajuksia tällaisen litteän kohdan sisältävää pyörää ajettaessa, jolloin mittausvaikutus ilmenee raiteen molempien kiskojen välisenä vastusmuutoksena pyörän "hypätessä" pois 2 87752 1 kiskolta. Lisäksi käytetään mittauslaitteita, esimerkiksi venymämittaus-kaistaleita (DMS), jotka on kiinnitetty kiskoon ja joiden vastus muuttuu, kun kisko taipuu vaakasuorassa suunnassa pyörän litteän kohdan esiintyessä. Litteän kohdan kiskoon aiheuttama isku voidaan muös todeta kis-5 koon kiinnitetyn pietsosähköisen kiihdytyslaitteen välityksellä.

Näille kaikille laitteille on yhteistä se, että niiden herkkyys kisko-kappaleen pituudella on erittäin epälineaarinen (suurtaajuuksinen tasavirtapiiri) tai että mittauslaite on riittävän herkkä vain laitteen 10 asennuskohdan ympärillä olevalla sangen kapealla alueella (muutamia senttimetrejä laitteen kummallakin puolella) kiskoa pitkin. Tämä mittausmenetelmän fyysisistä ominaisuuksista johtuva tosisasia muodostaa sangen suuren rajoituksen pyörävian luotettavalle ilmaisemiselle tai sen luokittelemiselle, koska vioittunut kohta voi sijaita missä tahansa 15 pyörän kehällä ja siten sen kosketuskohta kiskoon on ilmaisimen asennon suhteen määrittelemätön.

Tätä asiantilaa pyritään siten korjaamaan nykyisen tekniikan tasolla joko sangen työläiden laskenta-algoritmien avulla mittaustuloksen tietyn line-20 aarisuuden saavuttamiseksi (esimerkiksi suurtaajuuksisen tasavirtapiirin yhteydessä) tai asettamalla ilmaisinrivit toisiaan koskettavilla tai llmittäisillä herkkyysalueilla varustettuina kiskoa pitkin. Tämäkään menetelmä ei ole tyydyttävä vaivalloisen asennusprosessin, sangen huomattavien ilmaisinkustannuksien ja siten näitä lukuisia ilmaisimia varten 25 tarvittavan mittauslaitteen johdosta. Tämä pitää erityisesti paikkansa : DMS:n ja paikallisesti toimivan kiihdytysmittauslaitteen yhteydessä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa kuvatunlaiset rajoi-tykset ja haitat.

30 Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisesti patenttivaatimuksessa 1 ilmoitettujen tunnusmerkillisten ominaisuuksien avulla.

Keksinnön mukaisessa järjestelyssä käytetään uudentyyppistä ilmaisinta, 35 jolla on lineaarinen venymä ja jonka herkkyys käytännöllisesti katsoen mielivaltaisella pituudella pysyy samana ja korkeana. Tämä ilmaisin 3 87752 * 1 käsittää kiihdytystuntokärjen, joka kiinnitetään kiskonkappaleen pituudelle kiskon kulutuspinnan alapuolelle.

Käytännössä tulevat tällaisena ilmaisimena kysymykseen esimerkiksi pietso-5 kaapeli, jonka yhteydessä tekokumiin sekoitettua pietsosähköistä kera-miikkajauhetta on lisätty kaapeliin, tai käyttämällä sopivia kalvojen tai kaapelien muodossa olevia polymeerejä, kuten esimerkiksi PVDF:ää, polyvinyylifluoridia tai polyvinyylikloridia, joilla on myös pietsosäh-köinen vaikutus.

10

Keksinnön mukainen järjestely käsittää pelkästään tällaisen venytetyn ilmaisimen kiinnittämisen kiskon sopivaan kohtaan siten, että ilmaisin· on koko pituudeltaan liitetty mekaanisesti kestävästi kiskoon, jolloin kiskon kiihdytysvaikutukset voivat siirtyä ilmaisimeen sen jokaisessa 15 kohdassa. Tällöin limaisin voidaan kiinnittää kiskoon sen pään alle, kiskon kaulaan painopisteen läpi kulkevalle linjalle tai kiskon jalkaan.

Kiinnitys voi tapahtua liimaamalla tai hitsaamalla.

20 Keksinnön erästä sovellutusmuotoa on kuvattu seuraavissa piirustuksissa, joissa:

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti ilmaisinlaitteen periaatteellista kytkentäkaaviota; 25

Kuvio 2 esittää kaavamaisesti klihdytysmittauslaitteen kiinnittämistä kiskoon;

Kuviot 3a ja 3b esittävät kaavamaisesti mahdollisia pyörävikoja ja niiden 30 aiheuttamia signaallmuotoja;

Kuvio 4 esittää kaavamaisesti taajuussuodatinvaiheella varustetun ilmaisinlaitteen periaatteellista kytkentäkaaviota; ja 35 Kuvio 5 esittää kaavamaisesti signaalin taajuusanalyysillä varustetun ilmaisinlaitteen periaatteellista kytkentäkaaviota.

4 87752 1 Kuviossa 1 on esitetty kaavamaisesti ilmaisinlaite. Numerolla 1 on merkitty kiihdytysmittauslaitetta, jolla on lineaarinen venymä. Siihen on liitetty varausherkkä vahvistin 2, jonka jälkeen on kytketty mittaus-elektroniikka 3 ja näyttölaite 4.

5

Mittauselektroniikkaa voidaan tällöin käyttää kiihdytysmlttauslaitteesta 1 saadun signaalin sekä värähtelylaajuuden että polaarisuuden seuraus-mittaukseen.

10 Kiihdytyslaitteen 1 kiinnitys kiskoon on esitetty kuviossa 2. Kiskoa on merkitty numerolla 5, ja siihen voidaan eri kohtiin kiinnittää kiihdy-tysmittauslaite 1 kuviossa esitetyllä tavalla esimerkiksi liimaamalla. Kiinnitystavalla ei ole mitään merkitystä, kunhan laite tulee vain lujasti liitetyksi kiskoon.

15

Kuvatunlaisen ilmaisinlaitteen avulla tapahtuva ilmaisuprosessi perustuu siihen, että kiihdytysmittauslaite synnyttää esitetyllä tavalla sähkö-varauksen Q, joka muunnetaan varausherkan vahvistimen 2 välityksellä mittausjännitteeksi, joka on jatkuvasti lineaarinen laajalla kiihdytys- 20 alueella (muutamista g-arvoista tuhansiin g-arvoihin asti) muodostaen mitan esiintyvälle kiihdytykselle. Mittausvastauksen ja mittaussuureen lineaarista riippuvuutta voidaan käyttää edullisesti hyväksi silloin, kun pyörän vikakohdan iskiessä missä tahansa kiskoon, kiihdytysmittaus-laitteen herkkyys pysyy samana. Tämä tilanne voidaan saavuttaa vain 25 käyttämällä esitetyssä laitejärjestelyssä olevaa kuvatunlaista kiihdytysmittauslaitetta. Tämän tuloksena on vain suhteellisen yksinkertainen yksikanavainen mittausprosessi, joka toisista tärkeistä parametreistä, kuten esimerkiksi ajoneuvon nopeudesta ja painosta riippuen ja niihin matemaattisesti liittyneenä antaa pyörävian suuruuden sallitut rajat.

30

Lisäksi antaa periaatteeltaan kuvattu laitejärjestely mahdollisuuden pyörävian laatua kuvaavien mittausignaalien määrättyjen ominaisuuksien ____ lisäanalyysiin. Siten voidaan mitata signaalin värähtelylaajuuden lisäksi myös sen polaarisuus pyörävian ilmaisemiseksi. Jos esimerkiksi 35 pyörässä oleva päällehitsaus osuu kiskoon kiihdytysmittauslaitteen yläpuolella, painuu kisko lähes pystysuorasti alaspäin ja heilahtaa sen jälkeen taas sangen nopeasti ylöspäin ennen kuin pyörän tasainen kulutus- 1 pinta tulee uudelleen kiskon päälle. Tämä aiheuttaa mittauspulssln määrätyn polaarisuuden sekä siihen liittyvän varauksen, so. etumerkin muutoksen (kuvio 3b).

5 87752 5 Tilanne on päinvastainen pyörän litteän kohdan esiintyessä. Tällöin kisko kevenee äkkiä pyörän "hypätessä" ja heilahtaa ylöspäin, palaten taas pystysuorasti alaspäin litteän kohdan reunan osuessa kiskoon. Tässä tapauksessa lähettää kiihdytyslaite myös kaksipolaarlsen signaalin, kuitenkin tarkalleen päinvastaisilla etumerkeillä varustettuna. Tällöin 10 voidaan pyörävian luonne arvioida helposti sopivalla tavalla mittauksen yhteydessä (kuvio 1 sekä kuvio 3a). Kuten edellä on jo mainittu, voidaan tätä mittausmenetelmää käyttää vain silloin, kun kiilidytysmittauslait-teella on vakioherkkyys vähintään tällaisen viallisen pyörän vierintä-pituudella.

15

Lisäksi voidaan edellä mainitun laitejärjestelyn avulla saada käyttöön lisäkriterioita vian laajuuden yksityskohtaisempaa määrittelyä varten. Siten olennaisen tärkeitä vian laajuuden määrittämiseen liittyviä parametrejä ovat esimerkiksi pyörän nopeus ja pyöräkuormitus sekä 20 kiihdytyspulssin taajuusspektri. Tällöin on edullista käyttää mittausmenetelmää, jonka avulla sopivien taajuussuodatinvaiheiden (kuvio A) ja/tai nykyaikaisia nopeita mikroprosessoreja käyttäen nopeasti ja luotettavasti toteutettavissa olevan FFT-analyysin (kuvio 5) välityksellä voidaan mittaussignaalista saada käyttöön llsäkriteerioita, jotka 25 ovat tunnusomaisia määrätyille pyörätyypeille.

Tätä mittausmenetelmää varten sopii kuvatunlainen laitejärjestely käytettäväksi sen johdosta, että kiihdytysmlttauslaitteiden ehdotetut tyypit ovat viritettävissä signaalien lähettämistä varten laajalla taa-30 juusalueella, mitttausjärjestelmän herkkyyden kuitenkin sangen pian kadotessa venytetyn kiihdytysmittauslaitteen kummassakin päässä. Kiihdytys-mittauslaitteen herkkyys tarkoin määrätyllä pituudella on olennaisena edellytyksenä tällaisen taajuusanalyysin suorittamista varten, koska taas kiskoon kiinnitetyn kiihdytysmittauslaitteen ulkopuolella ei aiheu-35 teta mittaussignaalia ja siten riittävä signaalikohinaetäisyys taataan. Tämä tekee ehdotetun laitteen ja menetelmän olennaisesti muita laitejär-jestelyjä ja menetelmiä, kuten esimerkiksi kiskon runkokaikuakustlikkaa, 6 87752 1 käyttävän menetelmää paremmaksi, koska viimeksimainitussa tapauksessa kiskossa esiintyvät laajat kaikuvalkutukset joudutaan ottamaan myös vastaan, jolloin esimerkiksi useammilla viallisilla pyörillä varustettu juna synnyttää pitkällä matkalla sekavan kaikuvaikutusten sekoituksen 5 tällaiseen ilmaisimeen, mikä tekee tarkoituksenmukaisen mittauksen suorittamisen käytännössä mahdottomaksi.

10 15 20 25 30 35

Claims (5)

7 87752

1. Laite kiskoajoneuvojen pyörien geometrisen muodon epäsäännöllisyyksien ilmaisemista varten, tunnettu siitä, että se käsittää veny-5 mältään lineaarisen kiihdytysmittauslaitteen (1) kiinnitettynä lujasti pituussuunnassaan kiskon (5) kulutuspinnan alapuolelle pituudelle, joka on vähintään sama tai suurempi kuin suurimman ilmaistavan pyörän ympärysmitta.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että sanottuna kiihdytysmittauslaitteena (1) on pietsokaapeli.

3. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että sanotun kiihdytysmittauslaitteen (1) jälkeen on kytketty varaus- 15 herkkä vahvistin (2) signaalisarjan (+/1 tai -/+ *= litteä kohta tai pääl-lehitsaus) polaarisuuden tunnistamiseksi sekä mittauselektroniikka (3).

4. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että sanotun kiihdytysmittauslaitteen (1) jälkeen on kytketty varaus- 20 herkkä vahvistin (2), taajuussuodatln ja elektroninen rakenne-elementti taajuuden mittaamista varten.

5. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että sanotun kiihdytysmittauslaitteen (1) jälkeen on kytketty varaus- 25 herkkä vahvistin (2) ja elektroninen rakenne-elementti FFT-analyysin suorittamista varten. 30 35 8 87752