JP2005351713A - 車輪摩耗検出装置及び車輪摩耗検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 車輪の摩耗量を常時リアルタイムに把握し、偏摩耗を早期に発見して適切な時期に車輪の研削を行うことができ、これにより、定期的な検査回数を減らして、車輪保守のための工数を減らすこと。
【解決手段】 車輪の摩耗を検出する際には、渦電流検出方式の摩耗検出センサー１０の内部の検出コイル１１に、交流電流が流される。摩耗検出センサー１０の内部の検出コイル１１に対向した車輪２の外周走行面３に、渦電流が流れて交流磁界が生じ、これが検出コイル１１に作用して、検出コイル１１のインピーダンスが変化する。これにより、車輪２の外周走行面３と摩耗検出センサー１０との間の距離を検出できる。この距離の検出信号に基づいて、車輪２の外周走行面３の摩耗量を常時リアルタイムに把握でき、偏摩耗を早期に発見して適切な時期に車輪２の研削を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車輪の摩耗量をリアルタイムに把握し、偏摩耗を早期に発見して適切な時期に車輪の研削を行うことができる車輪摩耗検出装置及び車輪摩耗検出方法に関する。

鉄道車両の車輪に於いては、車輪の走行距離が増大するにつれて、車輪の外周走行面に、摩耗や偏摩耗が徐々に生起してくることから、一定期間毎に、車輪の摩耗や偏摩耗を検査し、必要に応じて車輪の研削加工等を行っている。

即ち、車両を一定期間毎に整備工場に回送し、車輪の摩耗等を定期検査して、保守・点検を行っているが、このような検査方法は、時間や人手の工数がかかるといったことがある。

特許文献１では、車両を走行させながら、その車両の検査すべき特定箇所のそれぞれ対応して設置した撮像カメラに静止画像として取り込み、これらの取り込んだ静止画像の各々を予め設定されたしきい値で２値化画像に変換処理させた後、これらの２値化画像に表れた検査すべき特定箇所に対応したそれぞれの画像部分を、予め設定された対応する基準データに照らして比較することによって、車両の検査すべき特定箇所の外観異常を判別するように構成されている。また、車両の識別は、検査すべき特定箇所の画像と同様に撮像カメラで撮像される他、車両に搭載したＩＤタグ装置から伝送される識別コードを受信装置で受信して判別されるようになっている。

即ち、車輪の摩耗等に関しても、車両を走行させながら、撮像カメラにより、車輪の摩耗等を静止画像として取り込み、２値化画像に変換処理した後、基準データと比較して、車輪の摩耗等の外観異常を判別するように構成されている。
特開平５−１４３７１４号公報

しかしながら、特許文献１では、整備工場等のある特定の場所に車両を回送した場合にのみ、上記のような撮像カメラによる検査が可能になるのであって、通常時には、検査できないといったことがある。

すなわち、車輪の摩耗量を常時リアルタイムに把握できず、偏摩耗を早期に発見することができないことから、定期的な検査回数を減らすことができず、車輪の保守のための工数を減らすことができないといったことがある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、車輪の摩耗量を常時リアルタイムに把握し、偏摩耗を早期に発見して適切な時期に車輪の研削を行うことができ、これにより、定期的な検査回数を減らして、車輪保守のための工数を減らすことができる、車輪摩耗検出装置及び車輪摩耗検出方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る車輪摩耗検出装置は、鉄道車両の車輪の外周走行面の摩耗や偏摩耗を検出するための車輪摩耗検出装置であって、
前記車輪の外周走行面に、近接対向して配置した摩耗検出センサーと、
当該摩耗検出センサーからの検出信号に基づいて、前記車輪の外周走行面と前記摩耗検出センサーとの間の距離を演算して、前記車輪の外周走行面の摩耗量を得る演算手段と、を具備することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る車輪摩耗検出装置は、前記摩耗検出センサーは、渦電流検出方式センサー、ホールセンサー、磁気抵抗センサー、ＧＭＲセンサー、レーザ変位計、及び、超音波センサーのいずれかであることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る車輪摩耗検出装置は、
前記摩耗検出センサーは、車軸軸受のハウジングに取付けてあることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る車輪摩耗検出装置は、車軸に固定され一体となって回転する被検出対象に、近接対向して設置された車輪回転検出センサーを更に備え、
前記演算手段は、前記摩耗検出センサーからの検出信号に基づいて前記車輪の外周走行面の偏摩耗の摩耗量を得る際、当該車輪回転検出センサーからの検出信号に基づいて、前記車輪の外周走行面の周方向に沿った偏摩耗の長さを得ることを特徴とする。

本発明の請求項５に係る車輪摩耗検出方法は、鉄道車両の車輪の外周走行面の摩耗や偏摩耗を検出するための車輪摩耗検出方法であって、
前記車輪の外周走行面に近接対向して配置した摩耗検出センサーから、検出信号を取り出す工程と、
当該検出信号に基づいて、前記車輪の外周走行面と前記摩耗検出センサーとの間の距離を演算して、前記車輪の外周走行面の摩耗量を得る工程と、を具備することを特徴とする。

本発明の請求項６に係る車輪摩耗検出方法は、前記摩耗検出センサーは、渦電流検出方式センサー、ホールセンサー、磁気抵抗センサー、ＧＭＲセンサー、レーザ変位計、及び、超音波センサーのいずれかであることを特徴とする。

本発明の請求項７に係る車輪摩耗検出方法は、車軸に固定され一体となって回転する被検出対象に、近接対向して設置された車輪回転検出センサーから、検出信号を取り出す工程と、
前記摩耗検出センサーからの検出信号に基づいて前記車輪の外周走行面の偏摩耗の摩耗量を得る際、当該車輪回転検出センサーからの検出信号に基づいて、前記車輪の外周走行面の周方向に沿った偏摩耗の長さを得る工程と、を更に備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、車輪の外周走行面に近接しながら対向して配置した摩耗検出センサーからの検出信号に基づいて、車輪の外周走行面と摩耗検出センサーとの間の距離を演算して、車輪の外周走行面の摩耗量を得るように構成してあることから、車輪の摩耗量を常時リアルタイムに把握し、偏摩耗を早期に発見して適切な時期に車輪の研削を行うことができ、これにより、定期的な検査回数を減らして、車輪保守のための工数を減らすことができる。

以下、本発明の実施の形態に係る車輪摩耗検出装置及び車輪摩耗検出方法を図面を参照しつつ説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る車輪摩耗検出装置の摩耗検出センサーと車輪等を示す側面図である。図２は、本発明の第１実施の形態に係る車輪摩耗検出装置の摩耗検出センサーと鉄道車両の車軸等を示す断面図である。図３は、本発明の第１実施の形態に係る車輪摩耗検出装置の模式図である。

図２に示すように、車軸１には、車輪２が固定してあり、この車輪２の外周走行面３がレール４上を回転して走行できるようになっている。

車軸１には、車体へ取付けるための軸箱５（ハウジング）が設けてあり、この軸箱５内では、複列の円錐ころ軸受６により、車軸１が回転自在に支持されている。

軸箱５（ハウジング）からブラケット７が車輪２の上方に向けて延在してあり、ブラケット７の先端部には、摩耗検出センサー１０が取付けてある。この摩耗検出センサー１０は、車輪２の外周走行面３に、近接しながら対向して配置してある。

また、この摩耗検出センサー１０は、図１に示すように、車輪２の真上（即ち、レール４に対して９０°の方向）に位置するように配置してある。

さらに、摩耗検出センサー１０は、渦電流検出方式センサーであって、その内部に、検出コイル１１を備えている。

図３に示すように、摩耗検出センサー１０のための演算・検出回路（車輪摩耗信号処理装置）として、水晶発振器２１、同調増幅器２２、ＡＭ検波２３、及び、直流増幅器２４が設けてある。

以上から、車輪の摩耗を検出する際には、渦電流検出方式の摩耗検出センサー１０の内部の検出コイル１１に、交流電流が流される。

摩耗検出センサー１０の内部の検出コイル１１に対向した車輪２の外周走行面３には、渦電流が流れて交流磁界が生じ、これが検出コイル１１に作用して、検出コイル１１のインピーダンスが変化する。

この検出コイル１１のインピーダンス変化を演算・検出回路で検出することにより、車輪２の外周走行面３と摩耗検出センサー１０との間の距離を検出することができる。即ち、水晶発振器２１により、一定周波数で検出コイル１１を励磁し、同調増幅器２２とＡＭ検波２３により、距離の検出信号を、電気信号として取り出す。

この車輪２の外周走行面３と、摩耗検出センサー１０との間の距離の検出信号に基づいて、車輪２の外周走行面３の摩耗量を把握することができる。

従って、車輪２の外周走行面３の摩耗量を常時リアルタイムに把握し、偏摩耗を早期に発見して適切な時期に車輪２の研削を行うことができ、これにより、定期的な検査回数を減らして、車輪保守のための工数を減らすことができる。

また、車輪２の外周走行面３の偏摩耗の深さも、測定可能であるため、偏摩耗の小さい早期に研削でき、車輪２の損傷を少なくすることができる。

（第２実施の形態）
図４は、本発明の第２実施の形態に係る車輪摩耗検出装置の摩耗検出センサーと車輪回転検出センサーと車輪等を示す側面図である。図５は、偏摩耗の周方向長さの検出説明図である。

本実施の形態は、その基本的構造が上述した第１実施の形態と同様であり、相違する点についてのみ説明する。

本実施の形態では、摩耗検出センサー１０と同時に、車輪回転検出センサー３０を設置し、これら２つのセンサー１０，３０の検出信号から、車輪２の外周走行面３の偏摩耗の深さだけでなく、偏摩耗の周方向の長さも検出できるようになっている。

車輪回転検出センサー３０は、図５の下段に示すように、車輪２の回転速度に比例した周波数のパルスや正弦波を出力するものであって、図４に示すように、車輪２のパルス等の検出のための歯車３１に、近接しながら対向して配置してある。

車輪摩耗信号処理装置３２では、摩耗検出センサー１０からの検出信号に基づいて、車輪２の外周走行面３の偏摩耗（図４の符号Ａ）の箇所の摩耗量（深さ）を測定し、図５の上段に示すように、車輪回転検出センサー３０からの速度信号に対応して、この偏摩耗している（図４の符号Ａ）の箇所の外周走行面３の距離を測定する。

即ち、図５の上段に示すように、車輪回転検出センサー３０からの検出信号に基づいて、車輪２の外周走行面３の周方向に沿った偏摩耗（図４の符号Ａ）の箇所の長さを測定する。

従って、本実施の形態では、車輪２の外周走行面３の偏摩耗の深さと周方向長さも、測定可能であるため、偏摩耗の小さい早期に研削でき、車輪２の損傷を少なくすることができる。

（第３実施の形態）
図６は、本発明の第３実施の形態に係る車輪摩耗検出装置の摩耗検出センサーと車輪等を示す側面図である。

本実施の形態は、その基本的構造が上述した第１実施の形態と同様であり、相違する点についてのみ説明する。

本実施の形態では、摩耗検出センサー１０には、磁石４１と磁気センサー４２が設けてあり、これら磁石４１と磁気センサー４２を、車輪２の外周走行面３に、近接しながら対向して配置している。車輪２の外周走行面３と、磁気センサー４２との間の距離が変化することにより、磁束が変化することで、車輪２の外周走行面３と磁気センサー４２との間の距離を検出し、車輪２の外周走行面３の摩耗量を把握している。

なお、磁気センサー４２としては、ホールセンサー、磁気抵抗センサー、ＧＭＲセンサーなど磁束密度の測定できるセンサーであればよい。

（第４実施の形態）
図７は、本発明の第４実施の形態に係る車輪摩耗検出装置の摩耗検出センサーと車輪等を示す側面図である。

本実施の形態は、その基本的構造が上述した第１実施の形態と同様であり、相違する点についてのみ説明する。

本実施の形態では、摩耗検出センサー１０は、レーザ変位計であり、このレーザ変位計により、車輪２の外周走行面３とレーザ変位計との間の距離を測定して、車輪２の外周走行面３の摩耗量を把握している。

また、レーザ変位計に代えて、超音波センサーを用いてもよい。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

本発明の第１実施の形態に係る車輪摩耗検出装置の摩耗検出センサーと車輪等を示す側面図である。 本発明の第１実施の形態に係る車輪摩耗検出装置の摩耗検出センサーと鉄道車両の車軸等を示す断面図である。 本発明の第１実施の形態に係る車輪摩耗検出装置の模式図である。 本発明の第２実施の形態に係る車輪摩耗検出装置の摩耗検出センサーと車輪回転検出センサーと車輪等を示す側面図である。 偏摩耗の周方向長さの検出説明図である。 本発明の第３実施の形態に係る車輪摩耗検出装置の摩耗検出センサーと車輪等を示す側面図である。 本発明の第４実施の形態に係る車輪摩耗検出装置の摩耗検出センサーと車輪等を示す側面図である。

符号の説明

１ 車軸
２ 車輪
３ 外周走行面
４ レール
５ 軸箱（ハウジング）
６ 軸受
７ ブラケット
１０ 摩耗検出センサー
１１ 検出コイル
２１ 水晶発振器
２２ 同調増幅器
２３ ＡＭ検波
２４ 直流増幅器
３０ 車輪回転検出センサー
３１ 歯車
３２ 車輪摩耗信号処理装置
４１ 磁石
４２ 磁気センサー

Claims (7)

1. 鉄道車両の車輪の外周走行面の摩耗や偏摩耗を検出するための車輪摩耗検出装置であって、
   前記車輪の外周走行面に、近接対向して配置した摩耗検出センサーと、
   当該摩耗検出センサーからの検出信号に基づいて、前記車輪の外周走行面と前記摩耗検出センサーとの間の距離を演算して、前記車輪の外周走行面の摩耗量を得る演算手段と、を具備することを特徴とする車輪摩耗検出装置。
2. 前記摩耗検出センサーは、渦電流検出方式センサー、ホールセンサー、磁気抵抗センサー、ＧＭＲセンサー、レーザ変位計、及び、超音波センサーのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の車輪摩耗検出装置。
3. 前記摩耗検出センサーは、車軸軸受のハウジングに取付けてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の車輪摩耗検出装置。
4. 車軸に固定され一体となって回転する被検出対象に、近接対向して設置された車輪回転検出センサーを更に備え、
   前記演算手段は、前記摩耗検出センサーからの検出信号に基づいて前記車輪の外周走行面の偏摩耗の摩耗量を得る際、当該車輪回転検出センサーからの検出信号に基づいて、前記車輪の外周走行面の周方向に沿った偏摩耗の長さを得ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車輪摩耗検出装置。
5. 鉄道車両の車輪の外周走行面の摩耗や偏摩耗を検出するための車輪摩耗検出方法であって、
   前記車輪の外周走行面に近接対向して配置した摩耗検出センサーから、検出信号を取り出す工程と、
   当該検出信号に基づいて、前記車輪の外周走行面と前記摩耗検出センサーとの間の距離を演算して、前記車輪の外周走行面の摩耗量を得る工程と、を具備することを特徴とする車輪摩耗検出方法。
6. 前記摩耗検出センサーは、渦電流検出方式センサー、ホールセンサー、磁気抵抗センサー、ＧＭＲセンサー、レーザ変位計、及び、超音波センサーのいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の車輪摩耗検出方法。
7. 車軸に固定され一体となって回転する被検出対象に、近接対向して設置された車輪回転検出センサーから、検出信号を取り出す工程と、
   前記摩耗検出センサーからの検出信号に基づいて前記車輪の外周走行面の偏摩耗の摩耗量を得る際、当該車輪回転検出センサーからの検出信号に基づいて、前記車輪の外周走行面の周方向に沿った偏摩耗の長さを得る工程と、を更に備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の車輪摩耗検出方法。

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