ITBS20090119A1 - DEVICE FOR DETECTING MECHANICAL DEFORMATIONS IN CONTINUOUSLY OF A MOUNTED RAILWAY ROOM - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
del BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: of the PATENT FOR INDUSTRIAL INVENTION entitled:
“DISPOSITIVO DI RILEVAMENTO DELLE DEFORMAZIONI â € œDEFORMATION DETECTION DEVICE
MECCANICHE IN CONTINUO DI UNA SALA MONTATA CONTINUOUS MECHANICS OF A ASSEMBLED ROOM
FERROVIARIA †RAILWAY ⠀
Campo dell’Invenzione Field of Invention
La presente invenzione riguarda il settore dei veicoli ferroviari e si riferisce in particolare a una sala montata. The present invention relates to the railway vehicle sector and refers in particular to an assembly hall.
Stato della Tecnica State of the art
Con il termine sala montata si intende abitualmente l’insieme costituito da due ruote, dal corrispondente asse o assale e da eventuali organi di trasmissione e frenatura di un rotabile ferroviario. The term wheelhouse usually refers to the assembly consisting of two wheels, the corresponding axle or axle and any transmission and braking components of a railway rolling stock.
Quando un rotabile ferroviario à ̈ sottoposto a carichi statici e dinamici ogni relativa sala montata viene ad essere sottoposta, per svariate cause e in dipendenza delle criticità dei percorsi, a diverse sollecitazioni meccaniche che comportano stress e deformazioni fisiche dei suoi componenti e che a lungo andare possono portare ad affaticamento dei materiali e diventare causa di disfunzioni o guasti. Ai fini della sicurezza del veicolo sarebbe quindi conveniente rilevare attendibilmente tali sollecitazioni per trarre dalle informazioni che ne possono derivare indicazioni sullo stato del materiale e pianificare interventi di tipo ispettivo e/o manutentivo da effettuarsi. When a railway rolling stock is subjected to static and dynamic loads, each relative wheelhouse is subjected, for various causes and depending on the criticalities of the routes, to different mechanical stresses that involve stress and physical deformations of its components and that in the long run they can lead to material fatigue and cause malfunctions or failures. For the purposes of vehicle safety, it would therefore be convenient to reliably detect such stresses in order to draw from the information that may derive indications on the state of the material and plan inspection and / or maintenance interventions to be carried out.
Invero, secondo lo stato attuale della tecnica, dei tentativi in questa direzione sono stati fatti con l’impiego di sensori di deformazione meccanica, quali estensimetri, applicati a parti della sala montata, però saltuariamente e per brevi periodi o per lo più solo attraverso una simulazione delle condizioni di carico e di esercizio del veicolo. Indeed, according to the current state of the art, attempts in this direction have been made with the use of mechanical deformation sensors, such as strain gauges, applied to parts of the wheelset, but occasionally and for short periods or mostly only through a simulation of the vehicle's load and operating conditions.
Pertanto, per quanto a coscienza, attualmente non appare disponibile alcun sistema che consenta di monitorare con affidabilità lo stato fisico di una sala montata, continuamente per monitorarne le condizioni con il veicolo ferroviario in movimento. Therefore, as far as we know, currently no system appears to be available that allows the physical state of a wheelhouse to be reliably monitored, continuously to monitor its conditions with the railway vehicle in motion.
Scopi e Sommario dell’Invenzione Aims and Summary of the Invention
Uno scopo della presente invenzione à ̈ di ovviare ad una tale mancanza e corrispondentemente di creare le condizioni per una continuità nella rilevazione delle condizioni fisiche di una sala montata durante il suo normale esercizio e per fornire segnali significativi e processabili delle deformazioni meccaniche immediatamente al loro verificarsi. An object of the present invention is to obviate such a lack and correspondingly to create the conditions for a continuity in the detection of the physical conditions of a wheelhouse during its normal operation and to provide significant and processable signals of the mechanical deformations immediately upon their occurrence. .
Un altro scopo dell’invenzione, quindi, à ̈ di fornire un dispositivo per rilevare le deformazioni meccaniche nell’ambito di una sala montata configurato per rimanere ed operare permanentemente, senza interventi dall’esterno, nell’ambito dell’assale, comunque senza interferenze con questo, per comunicare con un’apparecchiatura di elaborazione a bordo del veicolo stesso e con la possibilità , inoltre, di localizzare le parti di un percorso dove si verificano sollecitazioni che vanno oltre una certa soglia di sicurezza. Another purpose of the invention, therefore, is to provide a device for detecting mechanical deformations in the context of a wheelhouse configured to remain and operate permanently, without external intervention, in the context of the axle, in any case without interference with this, to communicate with a processing equipment on board the vehicle itself and with the possibility, moreover, of locating the parts of a route where stresses that go beyond a certain safety threshold occur.
Un ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ dotare ogni sala montata di una strumentazione che ne consenta un monitoraggio continuo in quanto a deformazioni meccaniche, potendo così elaborare dati statistici rappresentativi del livello di sollecitazione meccanica dell’assale per programmare tempestivamente opere di manutenzione, incrementare la sicurezza del sistema rotabile, specialmente per le alte velocità , e meglio gestire gli interventi da effettuarsi con riduzione dei costi. A further purpose of the invention is to equip each wheelhouse with an instrumentation that allows continuous monitoring of mechanical deformations, thus being able to process statistical data representative of the level of mechanical stress of the axle to promptly schedule maintenance works. , increase the safety of the rolling system, especially for high speeds, and better manage the interventions to be carried out with a reduction in costs.
Detti scopi e gli impliciti vantaggi che ne derivano sono ottenuti mediante un dispositivo di rilevamento in dinamica delle deformazioni meccaniche, quindi dell’affaticamento fisico, di ogni sala montata di veicoli ferroviari, che comprende essenzialmente dei sensori di deformazione meccanica, applicati permanentemente sulla superficie dell’assale della sala montata, destinati ad emettere segnali rappresentativi delle deformazioni rilevate, un apparato elettronico, pure applicato all’assale, configurato per ricevere e misurare in continuo i segnali provenienti da detti sensori e processare in tempo reale i segnali stessi con lo scopo di aggiornare di volta in volta relativi dati di distribuzione statistica delle sollecitazioni meccaniche misurate ed inviarli periodicamente, insieme ad informazioni specifiche relative ad eventuali sovra-sollecitazioni, ad un sistema di analisi posto a bordo del veicolo ferroviario, configurato per fornire informazioni in tempo reale sui carichi statici e dinamici dell’assale e calibrare gli interventi di ispezione della sala montata in dipendenza dell’affaticamento fisico rilevato, nonché un metodo secondo la rivendicazione 7. Said purposes and the implicit advantages deriving from them are obtained by means of a dynamic detection device of the mechanical deformations, therefore of the physical fatigue, of each wheel set of railway vehicles, which essentially comprises mechanical deformation sensors, permanently applied on the surface. of the wheelset axle, intended to emit signals representative of the deformations detected, an electronic device, also applied to the axle, configured to receive and continuously measure the signals coming from said sensors and process the signals in real time with the purpose of updating the relative statistical distribution data of the mechanical stresses measured from time to time and sending them periodically, together with specific information relating to any overstressing, to an analysis system placed on board the railway vehicle, configured to provide information in time real on st loads dynamic and dynamic of the axle and calibrate the inspection interventions of the wheelset according to the physical fatigue detected, as well as a method according to claim 7.
Breve Descrizione dei Disegni Brief Description of the Drawings
Ulteriori dettagli dell’invenzione risulteranno comunque evidenti dal seguito della descrizione fatta con riferimento agli allegati disegni, indicativi e non limitativi, nei quali: Further details of the invention will in any case become evident from the following description made with reference to the attached drawings, indicative and not limiting, in which:
la Fig.1 mostra una vista schematica di una sala montata; Fig.1 shows a schematic view of an assembly hall;
la Fig.2 mostra un dettaglio ingrandito della sala montata in Fig.1; e la Fig.3 mostra una vista schematica di un veicolo ferroviario. Descrizione Dettagliata dell’Invenzione Fig.2 shows an enlarged detail of the wheelhouse in Fig.1; and Fig.3 shows a schematic view of a railway vehicle. Detailed Description of the Invention
Ogni sala montata 1, o assile, per un veicolo ferroviario quale mostrato nella Fig. 3 comprende una coppia di ruote, rigidamente collegate tra loro a mezzo di un assale al quale possono essere calettati anche i dischi di un sistema frenante, come mostrato schematicamente nella Fig. 1, e/o eventuali sistemi di trasmissione (i.e. motoriduttori). Each wheelbase 1, or axle, for a railway vehicle as shown in Fig. 3 comprises a pair of wheels, rigidly connected to each other by means of an axle to which the discs of a braking system can also be keyed, as shown schematically in Fig. 1, and / or any transmission systems (i.e. gearmotors).
Secondo l’invenzione, a ciascuna sala montata 1 à ̈ associato in forma permanente un dispositivo destinato a rilevarne le deformazioni meccaniche. Tale dispositivo comprendente essenzialmente almeno uno, ma preferibilmente una pluralità di sensori di deformazione meccanica 2, in opportuna configurazione, in connessione con un apparato elettronico 3, un sistema di alimentazione elettrica esterno 4 ed un sistema di trasmissione dati 5 verso un sistema di analisi 6 dei dati provenienti dai detti sensori. According to the invention, each wheelhouse 1 is permanently associated with a device designed to detect its mechanical deformations. This device essentially comprising at least one, but preferably a plurality of mechanical deformation sensors 2, in a suitable configuration, in connection with an electronic apparatus 3, an external electrical power supply system 4 and a data transmission system 5 towards an analysis system 6 of the data coming from said sensors.
I sensori di deformazione meccanica 2, possono essere nella forma di estensimetri, opportunamente collocati sulla superficie di una o più parti della sala montata 1 –Fig.2- e comunque idonei a generare e a fornire in continuo all’apparto elettronico 16 dei segnali indicativi delle deformazioni meccaniche di volta in volta in atto, dunque dell’affaticamento meccanico, delle parti monitorate. The mechanical strain sensors 2, can be in the form of strain gauges, suitably placed on the surface of one or more parts of the wheelset 1 - Fig. 2- and in any case suitable for generating and continuously supplying the electronic apparatus 16 with signals indicative of the mechanical deformations in action from time to time, therefore of mechanical fatigue, of the monitored parts.
L’apparato elettronico 3, anch’esso a bordo della sala montata à ̈ configurato per : The electronic device 3, also on board the wheelhouse, is configured for:
- ricevere in entrata i segnali provenienti dai sensori di deformazione 2, - receive the signals coming from the deformation sensors 2 as input,
- effettuare una misura continuativa in dinamica di tali segnali, - elaborare i segnali ricevuti per ottenere i valori di sollecitazione meccanica, - carry out a continuous dynamic measurement of these signals, - process the received signals to obtain the mechanical stress values,
- processare questi ultimi, attraverso un algoritmo statistico dedicato, aggiornando, in una memoria locale prevista al suo interno, determinati valori di distribuzione statistica delle sollecitazioni ed eventuali condizioni di sovra-sollecitazione, - inviare i corrispondenti dati di informazione al sistema di analisi 6. Il sistema di alimentazione elettrica 4 delle parti del dispositivo a bordo dell’assale può essere, per esempio, di tipo induttivo, comunque studiato in modo da non interferire con la normale funzionalità dell’assale e provvisto anche di una batteria tampone per non pregiudicare il funzionamento del dispositivo stesso nell’eventuale, momentanea mancanza di alimentazione. - process the latter, through a dedicated statistical algorithm, updating, in a local memory provided within it, certain statistical distribution values of the stresses and any over-stress conditions, - send the corresponding information data to the analysis system 6. The electrical power supply system 4 of the parts of the device on board the axle can be, for example, of the inductive type, however designed so as not to interfere with the normal functionality of the axle and also equipped with a buffer battery to avoid jeopardize the operation of the device itself in the event of a momentary power failure.
Da parte sua, il sistema di trasmissione 5 dall’apparato elettronico al sistema di analisi 6 dei dati di informazione, corrispondenti alle deformazioni meccaniche intervenute e rilevate, à ̈ vantaggiosamente del tipo wireless, vale a dire senza fili. For its part, the transmission system 5 from the electronic apparatus to the analysis system 6 of the information data, corresponding to the mechanical deformations which have occurred and detected, is advantageously of the wireless type, ie wireless.
Il sistema di analisi dati 6 à ̈ collocato di preferenza a bordo veicolo –Fig. 1- e può essere predisposto per ricevere e gestire i segnali provenienti dai dispositivi di rilevamento applicati a più assali dello stesso veicolo. Esso à ̈ configurato per: The data analysis system 6 is preferably placed on board the vehicle - Fig. 1- and can be set up to receive and manage the signals coming from the detection devices applied to several axles of the same vehicle. It is configured for:
- fornire informazioni in tempo reale sulle condizioni di affaticamento degli assali derivate dai valori ricevuti di distribuzione statistica delle sollecitazioni; - provide information in real time on the fatigue conditions of the axles derived from the received values of the statistical distribution of the stresses;
- fornire informazioni in tempo reale sull’eventuale superamento di valori di soglia prestabiliti; - provide information in real time on any exceeding of pre-established threshold values;
- localizzare, mediante un rilevatore GPS integrato – non rappresentato – i tratti dell’infrastruttura ove i valori soglia sono stati superati, per esempio possibili scambi danneggiati, anomalie in tratti di binario o simili; - locate, using an integrated GPS detector - not shown - the sections of the infrastructure where the threshold values have been exceeded, for example possible damaged switches, anomalies in sections of track or the like;
- calibrare dinamicamente, attraverso un algoritmo dedicato, intervalli di ispezione. - dynamically calibrate inspection intervals through a dedicated algorithm.
Sostanzialmente, l’elaborazione delle deformazioni meccaniche misurate a livello dei sensori 2 avviene tramite un algoritmo matematico atto a determinare relativi valori di distribuzione statistica che vengono costantemente aggiornati per una durata minima paragonabile al ciclo di revisione generale dell’assale. Tali valori statistici possono essere conservati nella memoria locale dell’apparato elettronico ed estratti periodicamente dall’apparato stesso tramite un dispositivo esterno di comunicazione wireless –non mostrato. Basically, the processing of the mechanical deformations measured at the level of the sensors 2 takes place by means of a mathematical algorithm designed to determine the relative statistical distribution values which are constantly updated for a minimum duration comparable to the general overhaul cycle of the axle. These statistical values can be stored in the local memory of the electronic device and periodically extracted from the device itself through an external wireless communication device - not shown.
Tali valori sono altresì trasmessi in tempo reale all’apposito sistema diagnostico predisposto a bordo del veicolo. These values are also transmitted in real time to the specific diagnostic system set up on board the vehicle.
Per la sua installazione sull’assale, l’apparato elettronico 3 à ̈ previsto di dimensioni limitate, con una massa trascurabile per non interferire con la normale funzionalità dell’assale e con un’elevata resistenza agli urti e alle sovra-sollecitazioni a cui à ̈ sottoposto l’assale di veicoli ferroviari che, per alte velocità , possono raggiungere velocità di percorrenza dell’ordine 450 Km/h. For its installation on the axle, the electronic system 3 is provided of limited dimensions, with a negligible mass in order not to interfere with the normal functionality of the axle and with a high resistance to shocks and stresses to which the axle of railway vehicles is subjected which, for high speeds, can reach travel speeds of the order of 450 Km / h.
L’apparato elettronico rimane sempre funzionante e autonomo, senza richiedere manutenzioni o interventi esterni per il suo funzionamento, ferma restando la possibilità di verificarne periodicamente la corretta funzionalità . The electronic device always remains functional and autonomous, without requiring maintenance or external interventions for its operation, without prejudice to the possibility of periodically checking its correct functionality.
I valori statistici determinati dall’apparato elettronico rappresentano una descrizione dettagliata del livello di affaticamento meccanico subito dall’assale durante il suo funzionamento operativo e sono la base per l’elaborazione successiva di un piano di ispezione preventiva commisurato alle effettive condizioni di operatività del veicolo ferroviario. The statistical values determined by the electronic apparatus represent a detailed description of the level of mechanical fatigue suffered by the axle during its operational operation and are the basis for the subsequent elaboration of a preventive inspection plan commensurate with the actual operating conditions of the railway vehicle.
La calibrazione dinamica del piano di intervalli di ispezione avviene, note le sollecitazioni reali, attraverso un algoritmo che tiene conto di: The dynamic calibration of the inspection interval plan takes place, once the real stresses are known, through an algorithm that takes into account:
- caratteristiche avanzate di meccanica della frattura relative al materiale dell’assale in oggetto; - advanced fracture mechanics characteristics relating to the material of the axle in question;
- fattori di intensificazione degli sforzi legati alla particolare geometria dell’assale; - stress intensification factors linked to the particular geometry of the axle;
- affidabilità del controllo in esercizio definito nel piano di manutenzione; e - reliability of the control in operation defined in the maintenance plan; And
-spettro di carico teorico. - theoretical load spectrum.
L’indicazione del successivo intervallo di controllo viene, pertanto, aggiornata dinamicamente rispetto alla prescrizione standard basata sugli spettri di carico teorici. The indication of the next control interval is therefore dynamically updated with respect to the standard prescription based on the theoretical load spectra.
Il localizzatore GPS integrato nel sistema diagnostico di bordo 21 permette di localizzare le criticità del percorso collegando gli eventi nei quali si sono superate le soglie di massima sollecitazione impostate con le coordinate GPS del veicolo all’atto dell’evento. The GPS locator integrated into the on-board diagnostic system 21 makes it possible to locate the criticalities of the route by connecting the events in which the maximum stress thresholds set with the GPS coordinates of the vehicle at the time of the event have been exceeded.
Claims (9)
Priority Applications (1)
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| ITBS2009A000119A IT1397321B1 (en) | 2009-06-26 | 2009-06-26 | DEVICE FOR DETECTING MECHANICAL DEFORMATIONS IN CONTINUOUSLY OF A MOUNTED RAILWAY ROOM |
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| US3718040A (en) * | 1971-09-07 | 1973-02-27 | Bessemer And Lake Erie Railway | Method and apparatus for evaluating railroad track structure and car performance |
| US20050017602A1 (en) * | 2003-03-05 | 2005-01-27 | Arms Steven W. | Shaft mounted energy harvesting for wireless sensor operation and data transmission |
-
2009
- 2009-06-26 IT ITBS2009A000119A patent/IT1397321B1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3718040A (en) * | 1971-09-07 | 1973-02-27 | Bessemer And Lake Erie Railway | Method and apparatus for evaluating railroad track structure and car performance |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RODERICK A. SMITH: "Railway fatigue failures: an overview of a long standing problem", MATERIALWISSENSCHAFT UND WERKSTOFFTECHNIK, vol. 36, no. 11, 22 November 2005 (2005-11-22), pages 697 - 705, XP002564794, DOI: 10.1002/mawe.200500939 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT1397321B1 (en) | 2013-01-10 |
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