JP2007015484A - Abnormality detection method and device of truck steering mechanism for articulated railway vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、前後2台の車体間に1台の台車を共有する連接式鉄道車両の台車操舵機構に発生した異常を検出する検出方法及び装置に関する。 The present invention relates to a detection method and an apparatus for detecting an abnormality occurring in a bogie steering mechanism of an articulated railway vehicle that shares one bogie between two front and rear vehicle bodies.
鉄道車両の運用においては、通常折り返し運転する場合が圧倒的に多い。このような折り返し運転をするときに、連接式鉄道車両の台車がボルスタレス台車である場合に、曲線路走行時に、レールに対する旋回モーメントが大きくなって、外軌横圧及び脱線係数が高くなって曲線路走行性能が低下することがある。 In the operation of a railway vehicle, there are overwhelmingly many cases of normal return operation. When such a turn-back operation is performed, if the cart of the articulated railway vehicle is a bolsterless cart, the turning moment with respect to the rail becomes large, the external gauge lateral pressure and the derailment coefficient become high when running on a curved road. Road running performance may deteriorate.
このため、一方の車体と台車との間及び他方の車体と台車との間をそれぞれ2基の油圧シリンダで結合し、一方の車体のシリンダと他方の車体のシリンダとを対角線に連通させ、進行方向前側になる車体の回動に応じて前側のシリンダから後側のシリンダに油を移送させて、後側車体に対して台車を水平面内相対回動させる操舵機構により、レールに対する旋回モーメントを小さくして、外軌横圧及び脱線係数を低減するものがある(例えば、特許文献1参照。)。 For this reason, two hydraulic cylinders are connected between one vehicle body and the bogie and between the other vehicle body and the bogie, and the cylinder of one vehicle body and the cylinder of the other vehicle body communicate with each other in a diagonal line. A steering mechanism that moves oil from the front cylinder to the rear cylinder according to the rotation of the vehicle body on the front side of the direction and relatively rotates the carriage in the horizontal plane with respect to the rear vehicle body to reduce the turning moment with respect to the rail. And there exists what reduces an outer gauge lateral pressure and a derailment coefficient (for example, refer to patent documents 1).
また、一方の車体と台車との間及び他方の車体と台車との間をそれぞれダンパで結合し、進行方向前側になる車体のダンパは非作動状態に、後側になる車体のダンパは作動状態にして、進行方向前側になる車体に前記台車を追随させ、進行方向後側となる車体を前記台車と水平面内相対回動させる操舵機構により、レールに対する旋回モーメントを小さくして、外軌横圧及び脱線係数を低減するものがある(例えば、特許文献2参照。)。
ところが、特許文献1の操舵機構では、前後のシリンダを連通する配管に破損が生じて油が漏れた場合、また、特許文献2の操舵機構では、前側のダンパが非作動状態にならない場合や後側のダンパが作動状態にならない場合には、いずれも操舵機構が作用せず、曲線路走行時の外軌横圧及び脱線係数が高くなる可能性があるため、これらの異常を早期に検出する必要がある。
However, in the steering mechanism disclosed in
そこで本発明は、台車操舵機構が正常な場合は、車体と台車の枕梁との間の相対ヨー角は、進行方向前側車体と台車の枕梁との間の相対ヨー角が小さく、進行方向後側車体と台車の枕梁との間の相対ヨー角が大きいことに着目し、両信号の一方を監視することにより、台車操舵機構の異常を早期に検出する連接式鉄道車両の台車操舵機構の異常検出方法及び装置を提供することを目的としている。 Therefore, in the present invention, when the cart steering mechanism is normal, the relative yaw angle between the vehicle body and the pillow beam of the cart is small in the traveling direction, and the relative yaw angle between the front vehicle body and the pillow beam of the cart is small. Paying attention to the fact that the relative yaw angle between the rear body and the pillow beam of the bogie is large, the bogie steering mechanism of the articulated railcar detects the malfunction of the bogie steering mechanism at an early stage by monitoring one of the two signals. It is an object of the present invention to provide an abnormality detection method and apparatus.
上記した目的を達成するため、本発明は、2台の車体間に1台の台車を配設し、各車体と前記台車との間に、進行方向前側になる車体に前記台車を追随させ、進行方向後側となる車体を前記台車と相対回動させる台車操舵機構を備えた連接式鉄道車両において、台車操舵機構の異常検出方法は、連接式鉄道車両の通常走行時における曲線路走行時に、いずれか一方の車体と前記台車の枕梁とにそれぞれ設けたヨー角速度測定器にて車体と台車のそれぞれのヨー角速度を測定し、前記車体のヨー角速度と前記台車のヨー角速度との差を積分して相対ヨー角速度を算出し、求めた相対ヨー角速度と通過曲線の曲率の比の相対度数分布を算出し、予め複数回の走行にて採取した前記操舵機構の正常作動時における曲線路走行時の相対度数分布を記憶させ、該正常作動時の相対度数分布と前記通常走行時の相対度数分布との差の絶対値の和が設定値以上であるときに、前記操舵機構の異常であると判定することを特徴としている。 In order to achieve the above-described object, the present invention is arranged such that one carriage is disposed between two bodies, and the carriage follows the body on the front side in the traveling direction between each body and the carriage. In the articulated railway vehicle provided with the cart steering mechanism that rotates the vehicle body on the rear side in the traveling direction relative to the cart, the abnormality detection method of the cart steering mechanism is when traveling on a curved road during normal running of the articulated rail vehicle. Measure the yaw angular velocity of the vehicle body and the bogie with the yaw angular velocity measuring device provided on either one of the car body and the pillow beam of the bogie, and integrate the difference between the yaw angular velocity of the car body and the yaw angular velocity of the bogie The relative yaw angular velocity is calculated, the relative frequency distribution of the ratio of the calculated relative yaw angular velocity and the curvature of the passing curve is calculated, and the curve mechanism travels during normal operation of the steering mechanism previously sampled by a plurality of travels. Remember relative frequency distribution of And determining that the steering mechanism is abnormal when the sum of absolute values of differences between the relative frequency distribution during normal operation and the relative frequency distribution during normal running is equal to or greater than a set value. Yes.
また、異常検出装置は、いずれか一方の車体と前記台車の枕梁とにそれぞれ設けられて曲線路走行時における車体と台車のそれぞれのヨー角速度を測定するヨー角速度測定器と、両ヨー角速度測定器が測定した前記車体のヨー角速度と前記台車のヨー角速度との差を積分して相対ヨー角速度を算出する相対ヨー角速度算出部と、求めた相対ヨー角速度と通過曲線の曲率の比の相対度数分布を算出する相対度数分布算出部と、前記操舵機構の正常作動時における曲線路走行時の相対度数分布を記憶する記憶部と、通常走行時の相対度数分布と前記正常作動時の相対度数分布との差の絶対値の和が設定値以上であるときに前記操舵機構の異常であると判定する判定部とで構成されていることを特徴としている。 The anomaly detection device includes a yaw angular velocity measuring device for measuring a yaw angular velocity of each of the vehicle body and the carriage when traveling on a curved road, and a yaw angular velocity measurement. A relative yaw angular velocity calculation unit that calculates a relative yaw angular velocity by integrating the difference between the yaw angular velocity of the vehicle body measured by the instrument and the yaw angular velocity of the carriage, and the relative frequency of the ratio of the calculated relative yaw angular velocity and the curvature of the passing curve. A relative frequency distribution calculating unit that calculates a distribution; a storage unit that stores a relative frequency distribution during traveling on a curved road during normal operation of the steering mechanism; a relative frequency distribution during normal traveling; and a relative frequency distribution during normal operation And a determination unit that determines that the steering mechanism is abnormal when the sum of the absolute values of the differences is equal to or greater than a set value.
以上説明したように、本発明は、連接式鉄道車両の台車操舵機構の異常を早期に検出して、曲線路通過時の安全性を高めることができる。また、台車操舵機構の明らかな異常の検出だけでなく、部品の劣化等によって徐々に進行する異常の検出も可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to detect an abnormality in the bogie steering mechanism of the articulated railway vehicle at an early stage, and to improve safety when passing through a curved road. Moreover, not only the obvious abnormality of the cart steering mechanism can be detected, but also the abnormality that gradually progresses due to the deterioration of parts or the like can be detected.
以下、本発明を図面に示される実施形態例に基づいて説明する。連接式鉄道車両1は、一方の車体2と他方の車体3との間に配置された連接台車4は、台車中央部左右に配置された空気バネ5,5にて門型フレーム6を上部に備えた枕梁7を支持している。前記門型フレーム6は、車体2,3間の中間に配置され、前記枕梁7の心皿8に、一方の車体2の連結梁9と他方の車体3の連結梁10とを回動自在に連結し、前記門型フレーム6の上部と他方の車体3の上部とをゴムブッシュ11を介して連結している。
Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in the drawings. In the articulated
この連接式鉄道車両1には、連接台車4の操舵機構が備えられている。この操舵機構は、前記一方の車体2の車体下部左右にそれぞれ垂設したブラケット12と前記枕梁7とに結合されるダンパ13,13と、前記他方の車体3の車体下部左右に垂設したそれぞれブラケット14と前記枕梁7に結合されるダンパ15,15とで構成されている。これらのダンパ13,13,15,15は、曲線路走行時に、前記一方の車体2が進行方向前側となる場合は、前記ダンパ13,13が非作動状態(固定状態)になり、後側となる前記ダンパ15,15が作動状態(可動状態)となり、前記他方の車体3が進行方向前側となる場合は、前記ダンパ15,15が非作動状態(固定状態)になり、後側となる前記ダンパ13,13が作動状態(可動状態)となる。これにより、前記連接台車4は、進行方向前側となる車体に追随して走行し、進行方向後側となる車体は、前記連接台車4に対して水平面内相対回動するから、旋回抵抗モーメントが小さく、外軌横圧及び脱線係数は低くなる。
The articulated
また、この連接式鉄道車両1には、前記操舵機構の異常を検出する異常検出装置20が搭載されている。この異常検出装置20は、前記連接台車4の枕梁7に設けられる枕梁ヨー角速度測定器21と、前記他方の車体3に設けられる車体ヨー角速度測定器22と、車輪の回転量に応じたパルス信号を出力する速度発電機23と、両ヨー角速度測定器21,22が測定した前記車体3のヨー角速度と前記連接台車4の枕梁7のヨー角速度との差を積分して相対ヨー角速度を算出する相対ヨー角速度算出部24と、前記車体ヨー角速度測定器21が測定した前記車体3のヨー角速度を前記速度発電機23の一定時間内のパルス信号をカウントして算出された走行速度で除して曲線路の曲率を算出する曲率算出部25と、求めた相対ヨー角速度と通過曲線の曲率の比の相対度数分布を算出する相対度数分布算出部26と、前記操舵機構の正常作動時における曲線路走行時における相対度数分布を記憶する記憶部27と、通常走行時の相対度数分布と前記正常作動時の相対度数分布との差の絶対値が設定値以上であるときに前記操舵機構の異常であると判定する判定部28とで構成されている。前記枕梁ヨー角速度測定器21及び車体ヨー角速度測定器22としては、例えば、ジャイロセンサが好適である。
The articulated
この異常検出装置20は、台車操舵機構が正常な場合は、車体と枕梁との間の相対ヨー角は、進行方向前側車体と枕梁との間の相対ヨー角が小さく、進行方向後側車体と枕梁との間の相対ヨー角が大きいことに着目し、両信号の一方を監視することにより、台車操舵機構の異常を検出するものである。
In the
すなわち、図4に示されるように、車体と枕梁間相対ヨー角と曲率との間に比例関係があることから、図5に示す車体と枕梁間相対ヨー角と曲率の比に着目すれば、前記連接台車4の操舵機構が正常(進行方向前側ダンパ=非作動状態、進行方向後側ダンパ=作動状態)の場合では、進行方向前側相対ヨー角<進行方向後側相対ヨー角となり、操舵機構が異常1(進行方向前側ダンパ=作動状態、進行方向後側ダンパ=作動状態)の場合では、進行方向前側相対ヨー角>進行方向後側相対ヨー角となり、操舵機構が異常2(進行方向前側ダンパ=作動状態、進行方向後側ダンパ=非作動状態)の場合では、進行方向前側相対ヨー角>進行方向後側相対ヨー角となる。
That is, as shown in FIG. 4, since there is a proportional relationship between the relative yaw angle and the curvature between the vehicle body and the pillow beam, if attention is paid to the ratio of the relative yaw angle and the curvature between the vehicle body and the pillow beam shown in FIG. When the steering mechanism of the articulated
したがって、車体と連接台車間相対ヨー角と曲率の比の相対度数分布と連接台車操舵の状態とに相関関係があることから、図6に示されるように、前記相対度数分布の形状を基に台車操舵機構の異常検出を行う。 Therefore, since there is a correlation between the relative frequency distribution of the relative yaw angle between the vehicle body and the articulated carriage and the curvature and the state of the articulated carriage steering, as shown in FIG. 6, based on the shape of the relative power distribution. Abnormality detection of the cart steering mechanism is performed.
異常検出は次の手順で行う。 Anomaly detection is performed according to the following procedure.
a.車体ヨー角速度[deg/s]を等時間サンプリングする。 a. The vehicle body yaw angular velocity [deg / s] is sampled at the same time.
b.枕梁ヨー角速度[deg/s]を等時間サンプリングする。 b. The pillow beam yaw angular velocity [deg / s] is sampled for an equal time.
c.走行速度[m/s]を等時間サンプリングする。 c. The traveling speed [m / s] is sampled for an equal time.
d.aの車体ヨー角速度を走行速度で除し、曲線路の曲率を算出する。曲率[1/m]=ヨー角速度[deg/s]*π/180/走行速度[m/s]
e.a、bのヨー角速度の差を積分し、車体と枕梁間の相対ヨー角[deg]を算出する。
d. The curvature of the curved road is calculated by dividing the vehicle body yaw angular velocity of a by the traveling speed. Curvature [1 / m] = Yaw angular velocity [deg / s] * π / 180 / Running speed [m / s]
e. The relative yaw angle [deg] between the vehicle body and the pillow beam is calculated by integrating the difference between the yaw angular velocities of a and b.
f.d、eで求めた曲率及び車体−枕梁間の相対ヨー角をローパスフィルター(LPF)処理する。 f. The curvature obtained by d and e and the relative yaw angle between the vehicle body and the pillow beam are subjected to low-pass filter (LPF) processing.
g.fにてLPF処理した曲率及び車体−枕梁間の相対ヨー角の比を求める。 g. The curvature of LPF processing at f and the ratio of the relative yaw angle between the vehicle body and the pillow beam are obtained.
h.gで求めた比の度数分布を求める。 h. Obtain the frequency distribution of the ratio obtained in g.
i.hで求めた度数分布を全体度数で除し、相対度数を求める。 i. The frequency distribution obtained by h is divided by the overall frequency to obtain the relative frequency.
j.予め複数回の走行にて採取した前記強制操舵機構の正常作動時における曲線路走行時の相対度数分布の平均から求めた基準分布とiで求めた相対度数分布との差に重み付けをし、絶対値の和(異常判定指数)を求める(下式参照)。なお、重み付けは、基準分布とのずれが大きい程、下式の計算結果を大きくすることを目的としている。
ここで、
E:異常判定指数(=基準分布と被異常判定分布との差の絶対値の和)
fb(x):基準分布
f(x):被異常判定分布
Wx:重み
x:確率変数(=曲率と車体−枕梁間相対ヨー角の比)
k.jで求めた異常判定指数が設定値を超えた場合に異常とする。
here,
E: Abnormality determination index (= sum of absolute values of differences between reference distribution and abnormality determination distribution)
fb (x): reference distribution f (x): abnormality determination distribution Wx: weight x: random variable (= ratio of curvature and relative yaw angle between body and pillow)
k. An abnormality is determined when the abnormality determination index obtained in j exceeds a set value.
このように、車体−枕梁間の相対ヨー角の一方を監視することにより、台車操舵機構の異常を検出できるから、台車操舵機構の異常を早期に検出して、連接式鉄道車両の曲線路通過時の安全性を高めることができる。また、台車操舵機構の明らかな異常の検出だけでなく、部品の劣化等によって徐々に進行する異常の検出も可能である。 In this way, by monitoring one of the relative yaw angles between the vehicle body and the pillow beam, it is possible to detect the abnormality of the cart steering mechanism, so that the abnormality of the cart steering mechanism is detected at an early stage and the articulated railway vehicle passes through the curved road. The safety at the time can be increased. Moreover, not only the obvious abnormality of the cart steering mechanism can be detected, but also the abnormality that gradually progresses due to the deterioration of parts or the like can be detected.
図9及び図10は、一方の車体2と他方の車体3との間に配置された連接台車4は、台車中央部左右に配置された空気バネ5,5にて枕梁7を支持し、該枕梁7が他方の車体3の端部下部に配置され、枕梁7の心皿8に、一方の車体2の連結梁9と他方の車体3の連結梁10とを回動自在に連結して、両車体2,3を連接し、台車操舵機構として、前記車体2と前記枕梁7とをダンパ13,13で、前記車体3と前記枕梁7とをダンパ15,15とで結合したものである。
9 and 10, the articulated
この連接車両でも、前記連接台車4の枕梁7に枕梁ヨー角速度測定器21を、前記車体3に車体ヨー角速度測定器22をそれぞれ設けることにより、前記異常検出装置20にて台車操舵機構の異常を検出することができる。
Even in this articulated vehicle, a pillow beam yaw angular
本発明は、上述のダンパによる台車操舵機構はもとより、一方の車体と台車との間及び他方の車体と台車との間をシリンダで結合する台車操舵機構にも適用可能である。 The present invention can be applied not only to the above-described trolley steering mechanism using a damper, but also to a trolley steering mechanism in which a cylinder is connected between one vehicle body and the trolley and between the other vehicle body and the trolley.
1…連接式鉄道車両、2…一方の車体、3…他方の車体、4…連接台車、5…空気バネ、7…枕梁、13,15…ダンパ、20…異常検出装置、21…枕梁ヨー角速度測定器、22…車体ヨー角速度測定器、23…速度発電機、24…相対ヨー角速度算出部、25…曲率算出部、26…相対度数分布算出部、27…記憶部、28…判定部
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