JP2009255822A - Derailment detector and lift detector of rolling stock - Google Patents
Derailment detector and lift detector of rolling stock Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009255822A JP2009255822A JP2008109020A JP2008109020A JP2009255822A JP 2009255822 A JP2009255822 A JP 2009255822A JP 2008109020 A JP2008109020 A JP 2008109020A JP 2008109020 A JP2008109020 A JP 2008109020A JP 2009255822 A JP2009255822 A JP 2009255822A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- derailment
- axle
- band
- frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
- F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
- F16C19/38—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers
- F16C19/383—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone
- F16C19/385—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone with two rows, i.e. double-row tapered roller bearings
- F16C19/386—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone with two rows, i.e. double-row tapered roller bearings in O-arrangement
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2326/00—Articles relating to transporting
- F16C2326/10—Railway vehicles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
- F16C41/007—Encoders, e.g. parts with a plurality of alternating magnetic poles
Abstract
Description
この発明は、鉄道車両が脱線した事、或いは断線に繋がる、レールからの車輪の浮き上りが発生した事をいち早く検知して、迅速且つ適切な対応をできる様にする事で、脱線或いは浮き上りがより重大な事故に繋がらない様にする、鉄道車両の脱線乃至は浮き上り検知装置の改良に関する。 The present invention quickly detects that a railway vehicle has derailed, or has caused a wheel lift from the rail, leading to a disconnection, so that it can be promptly and appropriately dealt with. The present invention relates to an improvement in a railcar derailment or lift detection device that prevents the occurrence of a serious accident.
鉄道車両が脱線した場合、そのまま走行を続けると、転覆等の、より重大な事故に繋がる。一方、脱線は、運転席のある1両目で発生するとは限らず、多両連結の列車で、中間乃至後方の車両のみが脱線する場合もある。この様な場合に、運転手が気付かずに走行し続けると、初めに脱線した車両以外の車両迄もが脱線したり、更には転覆したりする、より重大な事故に繋がる。この様な、より重大な事故を未然に防止する為に従来から、例えば特許文献1〜4に記載された構造が知られている。 If a railway vehicle derails, continuing to run will lead to more serious accidents such as capsizing. On the other hand, derailment does not always occur at the first car where the driver's seat is located, and only a middle or rear vehicle may derail in a multi-car train. In such a case, if the driver continues to run without noticing, the vehicle other than the vehicle that was initially derailed may be derailed or even overturned, leading to a more serious accident. Conventionally, for example, structures described in Patent Documents 1 to 4 are known in order to prevent such a more serious accident.
図4は、このうちの特許文献1に記載された鉄道車両の脱線検知装置を示している。車体1、1は、それぞれ1対ずつの台車2、2上に載っており、これら各台車2、2には、それぞれ1対ずつの車軸が、転がり軸受により回転自在に支持されている。又、これら各車軸の両端部には、それぞれ車輪3、3が固定されており、これら各車輪3、3が、それぞれレール4上を、転動しつつ走行する様になっている。前記特許文献1に記載された鉄道車両の脱線検知装置の場合には、前記各台車2、2に、脱線検知装置5、5を設置している。これら各脱線検知装置5、5は、振動センサを備えたもので、この振動センサが測定する、前記各台車2、2の振動が閾値を越えた場合に、当該台車2に支持された車輪3、3がレール4から外れた(脱線した)と判定する。
FIG. 4 shows a derailment detection device for a railway vehicle described in Patent Document 1 among them. The vehicle bodies 1 and 1 are respectively mounted on a pair of
この様な特許文献1に記載された鉄道車両の脱線検知装置は、運転者の感覚に頼るよりも、遥かに迅速且つ確実に脱線を検知できるが、より迅速且つ確実な脱線検知を行う面からは、改良の余地がある。この理由は、前記各脱線検知装置5、5を前記各台車2、2に設置している事に伴って、これら各脱線検知装置5、5を構成する振動センサにより前記脱線に基づく振動を、必ずしも感度良く検知できない為である。即ち、台車は車輪に比べて質量が大きく、この台車を振動させる為に要するエネルギが大きくなる。しかも、両端部に車輪を固定した車軸と台車との間には(台車と車体との間のばねとは別に)ばねを設ける場合がある為、この車軸の振動がこの台車に伝わる迄に或る程度の緩衝作用が働く事がある。この結果、脱線の初期に発生する振動が比較的小さい場合に、この振動を検出できない可能性がある。
Such a derailment detection device for a railway vehicle described in Patent Document 1 can detect derailment much more quickly and reliably than relying on the driver's sense, but from the aspect of detecting derailment more quickly and reliably. There is room for improvement. The reason for this is that the vibrations based on the derailment are caused by the vibration sensors constituting the derailment detection devices 5, 5 as the derailment detection devices 5, 5 are installed in the
又、特許文献2、3には台車よりも上側に作用する上下方向加速度により、特許文献4には軸箱支持部と台車枠との間に作用する上下方向荷重により、それぞれ脱線を検知する装置が記載されている。これら特許文献2〜4に記載された従来構造の場合も、運転者の感覚に頼るよりも、遥かに迅速且つ確実に脱線を検知できるにしても、構造が複雑になったり、脱線の態様によってはこれを初期段階で検知しにくい等の問題がある。
Further,
一方、特許文献5には、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットに、振動センサを含む複数種類のセンサを組み込み、この転がり軸受ユニットが寿命に達した事を検出する等、この転がり軸受ユニットの運転状態を検知する構造が記載されている。図5は、この様な特許文献5に記載された従来構造の1例を示している。本発明の鉄道車両の脱線検知装置は、この特許文献5に記載された構造を利用するので、先ず、この構造に就いて簡単に説明する。 On the other hand, Patent Document 5 incorporates a plurality of types of sensors including vibration sensors in a rolling bearing unit for rotatably supporting an axle of a railway vehicle, and detects that the rolling bearing unit has reached the end of its life. The structure for detecting the operating state of the rolling bearing unit is described. FIG. 5 shows an example of the conventional structure described in Patent Document 5 as described above. Since the railcar derailment detection device of the present invention uses the structure described in Patent Document 5, first, this structure will be briefly described.
鉄道車両の台車2(図4参照)に設置された軸受箱6の内径側に車軸7の端部を、転がり軸受である、複列円すいころ軸受ユニット8により、回転自在に支持している。車輪3(図4参照)は、前記車軸7の一部で、この複列円すいころ軸受ユニット8よりも少しだけ中央寄り部分に固定(一般的には車軸7と一体に成形)している。この複列円すいころ軸受ユニット8を構成する外輪9の内周面と内輪10の外周面との間で、複数個の転動体(円すいころ)11を設置した軸受内部空間12の外端開口部に、内径側環体13と外径側環体14とを組み合わせた、ラビリンスシールユニット15を設けている。このうちの内径側環体13は、前記車軸7の端部に外嵌固定している。又、前記外径側環体14の基部は、前記外輪9の外端部に内嵌固定している。
An end portion of the axle 7 is rotatably supported by a double row tapered roller bearing
前記外径側環体14は、十分な強度及び剛性を有する金属板を曲げ形成する事により、全体を円環状としたもので、径方向中間部に形成した円輪部16の外側面にセンサユニット17を、複数本のボルト18とナットプレート19とにより結合固定している。このセンサユニット17は、センサケース20内に設置したプリント基板21に、それぞれが検出素子と処理回路とをIC化した、回転速度センサ22と、温度センサ23と、振動センサ24とを設けて成る。又、この回転速度センサ22により前記車軸7の回転速度検出を可能にする為に、この車軸7の端部に螺着したナット筒25の外周面内半部に歯車状の凹凸部26を形成して、当該部分にトーンホイールとしての機能を持たせている。前記回転速度センサ22は、前記センサケース20に形成した透孔27部分に設置されて、検出部を前記凹凸部26に近接対向させている。
The outer diameter
前記各センサ22〜24のうち、回転速度センサ22の測定信号からは、前記車軸7の回転速度が分かる。又、この回転速度は、鉄道車両の走行速度を求める為に利用できる他、前記振動センサ24が検出した、前記複列円すいころ軸受ユニット8の振動との関係で、この複列円すいころ軸受ユニット8の異常の有無の判定に利用できる。又、前記温度センサ23の測定信号からは、この複列円すいころ軸受ユニット8の温度が分かる。そして、この温度が異常に上昇した場合には、この複列円すいころ軸受ユニット8に、焼き付きに結び付く様な重大な損傷が発生していると判定できる。更に、前記振動センサ24の測定信号からは、前記複列円すいころ軸受ユニット8の運転に伴う振動(大きさ及び周波数)が分かる。そして、この振動に基づき(必要に応じて前記回転速度検出センサ22の測定信号を勘案しつつ)、前記複列円すいころ軸受ユニット8に剥離等の損傷が発生しているか否かが分かる。
Of the
上述の様な特許文献5に記載された構造を脱線検知に利用すれば、前記振動センサの感度を向上させて、脱線の初期に発生する振動を検出できるものと考えられる。但し、単に前記特許文献5に記載された構造を脱線検知に利用しただけでは、必ずしも脱線に基づいて発生した振動を確実に検知できない可能性がある。即ち、前記図5に示した構造で前記振動センサ24が検出する振動には、前記複列円すいころ軸受ユニット8部分で発生する振動もある。ポイント通過時の様な低速走行時に、脱線が緩やかに発生した場合、この脱線に基づく振動が、前記複列円すいころ軸受ユニット8部分で発生する振動に紛れて(埋もれて)、把握できない可能性がある。
If the structure described in Patent Document 5 as described above is used for derailment detection, it is considered that the sensitivity of the vibration sensor can be improved to detect vibrations generated at the initial stage of derailment. However, simply using the structure described in Patent Document 5 for derailment detection may not necessarily detect vibrations generated based on derailment. That is, the vibration detected by the
又、多くの場合、脱線の先立って一方の車輪をレール上に載せた状態のまま、他方の車輪がレールから浮き上がる、所謂浮き上りが発生する。この様な浮き上りの状態を検知して、「駆動停止→制動」等の措置を講じられれば、脱線を未然に防ぐ事ができて、鉄道事故の防止上、より効果的である。 In many cases, so-called lifting occurs, in which one wheel is lifted off the rail while one wheel is placed on the rail prior to derailment. If such a floating state is detected and measures such as “driving stop → braking” are taken, derailment can be prevented in advance, which is more effective in preventing a railway accident.
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、脱線に基づいて発生する振動を確実に検知できて、鉄道車両が脱線した事をいち早く検知できる鉄道車両の脱線検知装置を、更には脱線に繋がる浮き上りを検知できる鉄道車両の浮き上り検知装置を実現すべく発明したものである。 In view of the circumstances as described above, the present invention can reliably detect the vibration generated based on the derailment, and can quickly detect that the railcar has derailed. The present invention was invented to realize a lift detection device for a railway vehicle that can detect a lift.
本発明の鉄道車両の脱線乃至は浮き上り検知装置のうち、請求項1に記載した鉄道車両の脱線検知装置は、転がり軸受と、振動センサと、判定器と、回転速度センサと、バンドパスフィルタとを備える。
このうちの転がり軸受は、両端部に車輪を固定した鉄道車両の車軸を、台車に対し回転自在に支持する。
又、前記振動センサは、前記転がり軸受の一部(一般的には回転しない外輪)に、直接、又はシールケース等の他の部材を介して支持固定されていて、前記車輪の状態に応じて変化する振動を測定する。
又、前記判定器は、前記振動センサの測定信号に基づいて脱線の有無を判定する。
又、前記回転速度センサは、同じ列車(1両編成の場合には同じ車両)に設けられた別の車軸の回転速度を測定する。
更に、前記バンドパスフィルタは、前記振動センサと前記判定器との間に設けられたもので、この振動センサの測定信号のうちの所定の帯域の周波数のみを通過させる。又、このバンドパスフィルタが通過させる前記所定の帯域の周波数は、前記転がり軸受の構成部品から発生する周波数とする。そして、この所定の帯域の周波数を、前記回転速度センサの測定信号に基づいて変化させる。
更に、前記判定器は、前記所定の帯域の周波数の振動の大きさが所定値以上でない場合に、当該車輪が脱線したと判定する。
この様な請求項1に記載した鉄道車両の脱線検知装置の発明を実施する場合に好ましくは、請求項2に記載した発明の様に、前記別の車軸を、脱線を検知すべき車輪を固定した車軸とは別の台車に(更に好ましくは、複数両編成の列車で別の車両の台車に)支持された車軸とする。
Of the railcar derailment or lift detection device according to the present invention, the railcar derailment detection device according to claim 1 includes a rolling bearing, a vibration sensor, a determination device, a rotation speed sensor, and a bandpass filter. With.
Of these, the rolling bearings support the axle of a railway vehicle having wheels fixed to both ends thereof so as to be rotatable with respect to the carriage.
The vibration sensor is supported and fixed to a part of the rolling bearing (generally, an outer ring that does not rotate) directly or via another member such as a seal case, depending on the state of the wheel. Measure the changing vibration.
The determination unit determines the presence or absence of derailment based on the measurement signal of the vibration sensor.
The rotational speed sensor measures the rotational speed of another axle provided on the same train (the same vehicle in the case of a one-car train).
Furthermore, the bandpass filter is provided between the vibration sensor and the determination device, and allows only a frequency in a predetermined band of measurement signals of the vibration sensor to pass. The frequency of the predetermined band that is passed by the bandpass filter is a frequency generated from the components of the rolling bearing. Then, the frequency of the predetermined band is changed based on the measurement signal of the rotational speed sensor.
Further, the determination unit determines that the wheel has derailed when the magnitude of vibration of the frequency in the predetermined band is not equal to or greater than a predetermined value.
When the invention of the derailment detection device for a railway vehicle described in claim 1 is implemented, preferably, the wheel for detecting derailment is fixed to the other axle as in the invention described in
一方、請求項4に記載した、鉄道車両の浮き上り検知装置は、1対の転がり軸受と、1対の振動センサと、判定器とを備える。
このうちの1対の転がり軸受は、両端部に車輪を固定した鉄道車両の車軸の両端部を台車に対し、回転自在に支持する。
又、前記両振動センサは、前記両転がり軸受の一部に支持固定されて、前記両車輪の状態に応じて変化する振動を測定する。
更に、前記判定器は、前記両振動センサの測定信号を比較し、これら両振動センサの測定信号同士の間の大きさ(振幅)の相違が所定値以上である場合に、何れかの(振動センサの測定信号が低い側の)車輪がレールから浮き上がったと判定する。
On the other hand, the lift detection apparatus for a railway vehicle according to claim 4 includes a pair of rolling bearings, a pair of vibration sensors, and a determination device.
Of these, the pair of rolling bearings rotatably supports both ends of the axle of the railway vehicle with the wheels fixed at both ends with respect to the carriage.
The both vibration sensors are supported and fixed to a part of the both rolling bearings, and measure vibrations that change depending on the state of the both wheels.
Further, the determination device compares the measurement signals of the two vibration sensors, and when the difference in magnitude (amplitude) between the measurement signals of the two vibration sensors is equal to or greater than a predetermined value, It is determined that the wheel (on the side where the sensor measurement signal is low) has lifted off the rail.
この様な請求項4に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項5に記載した発明の様に、前記車軸(請求項1に記載した発明とは異なり、浮き上りの発生を検知すべき車輪を固定した車軸)の回転速度を測定する為の回転速度センサを設ける。又、前記1対の振動センサと前記判定器との間にそれぞれ、所定の帯域の周波数の振動のみを通過させる、1対のバンドパスフィルタを設ける。そして、これら両バンドパスフィルタが通過させる、前記所定の帯域の周波数を、両転がり軸受の構成部品から発生する周波数とし、この所定の帯域の周波数を、前記回転速度センサの測定信号に基づいて変化させる。 When the invention described in claim 4 is carried out, it is preferable to detect the occurrence of the lift (unlike the invention described in claim 1) as in the invention described in claim 5. A rotation speed sensor is provided for measuring the rotation speed of the axle with the power wheel fixed. In addition, a pair of band-pass filters that pass only vibrations having a predetermined frequency band are provided between the pair of vibration sensors and the determination unit. The frequency of the predetermined band that is passed by both the bandpass filters is the frequency generated from the components of the rolling bearings, and the frequency of the predetermined band is changed based on the measurement signal of the rotational speed sensor. Let
上述の様に構成する本発明の鉄道車両の脱線乃至は浮き上り検知装置のうち、請求項1に記載した鉄道車両の脱線検知装置によれば、脱線に基づく振動の変化を確実に検知できる為、鉄道車両が脱線した事をいち早く検知できる。
即ち、本発明の鉄道車両の脱線検知装置の場合には、前記振動を測定する為の振動センサを、車輪との間にバネを設けた台車ではなく、転がり軸受の一部に支持固定している為、この転がり軸受により回転自在に支持された車輪に関する振動が前記振動センサに確実に伝わり、この振動を確実に検知できる。
Of the railcar derailment or lift detection device according to the present invention configured as described above, the railcar derailment detection device according to claim 1 can reliably detect a change in vibration based on the derailment. It is possible to quickly detect that the railcar has derailed.
That is, in the railcar derailment detection device according to the present invention, the vibration sensor for measuring the vibration is supported and fixed to a part of a rolling bearing, not a cart provided with a spring between the wheels. Therefore, the vibration relating to the wheel rotatably supported by the rolling bearing is reliably transmitted to the vibration sensor, and this vibration can be detected reliably.
しかも本発明の場合には、バンドパスフィルタにより、前記転がり軸受部分で発生する振動の周波数のみを通過させる。即ち、バンドパスフィルタが通過させる周波数帯域は、前記転がり軸受部分で発生する振動の周波数帯域であり、この転がり軸受部分で発生する振動の周波数帯域は、この転がり軸受の回転速度に応じて変化する(この回転速度に比例する)。一方、一部の車輪が脱線した状態では、当該車輪(及びこの車輪を固定した車軸)の回転速度は、未だレール上に乗っている車輪の回転速度とは異なった値になり、しかも激しく変動する。上記バンドパスフィルタの通過周波数は、脱線検知の対象とは別の車輪の回転速度に応じて設定されるので、一部の車輪が脱線した状態では、当該車輪を固定した車軸を支持した転がり軸受の振動を表す信号は、前記バンドパスフィルタを通過できなくなる。そこで、判定器は、この転がり軸受の振動を表す信号が観察されないか、仮に観察された場合でも所定値(閾値)未満である(安定して所定値以上の振動値を維持しない)場合に、前記一部の車輪が脱線したと判定する。尚、脱線の検知対象の車輪と、回転速度の測定対象の車輪とが、同時に脱線した場合でも、これら両車輪の回転速度が一致する事は稀である。従って、この場合でも、安定して所定値以上の振動値を維持する事はなく、脱線の発生を検知できる。但し、請求項2に記載した発明の構成を採用すれば、同時に脱線する可能性を低く抑えて、脱線検知の信頼性向上を図れる。
In addition, in the case of the present invention, only the frequency of vibration generated in the rolling bearing portion is passed by the band pass filter. That is, the frequency band that the band-pass filter passes is the frequency band of the vibration generated in the rolling bearing part, and the frequency band of the vibration generated in the rolling bearing part changes according to the rotation speed of the rolling bearing. (Proportional to this rotational speed). On the other hand, when some of the wheels are derailed, the rotational speed of the wheel (and the axle to which this wheel is fixed) is still different from the rotational speed of the wheel on the rail, and fluctuates dramatically. To do. Since the pass frequency of the bandpass filter is set according to the rotational speed of a wheel different from the target of derailment detection, when some wheels are derailed, the rolling bearing supports the axle that fixes the wheel. The signal representing the vibration of the signal cannot pass through the bandpass filter. Therefore, when the signal indicating the vibration of the rolling bearing is not observed, or when it is observed, the determiner is less than a predetermined value (threshold value) (a vibration value not stably maintained above the predetermined value). It determines with the said one part wheel having derailed. It should be noted that even when the derailment detection target wheel and the rotational speed measurement target wheel are derailed at the same time, the rotational speeds of these two wheels rarely coincide. Therefore, even in this case, it is possible to detect the occurrence of derailment without stably maintaining a vibration value of a predetermined value or more. However, if the configuration of the invention described in
一方、請求項4に記載した鉄道車両の浮き上り検知装置の場合には、車軸の両端部を支持している1対の転がり軸受のうち、浮き上がった車輪側の転がり軸受に加わるラジアル荷重が、レール上に乗ったままの車輪側の転がり軸受に加わるラジアル荷重よりも極端に小さくなる事で、脱線に繋がる浮き上りの発生を検知できる。即ち、転がり軸受の運転に伴って発生する振動は、当該転がり軸受に加わるラジアル荷重が大きい程大きくなる。そこで、前記両転がり軸受部分で発生する振動の大きさを表す測定信号を比較し、これら両振動に関する測定信号同士の間の大きさの相違(差の絶対値或いは比)が所定値以上であるか否かを見れば、車輪の浮き上りが発生したか否かを検知できる。
この場合に、請求項5に記載した発明の様に、前記両振動センサの測定信号をバンドパスフィルタを通過させれば、前記両転がり軸受で発生する振動以外の振動を除いて、前記両振動センサの測定信号同士の間の大きさの相違に基づく浮き上りの有無を、精度良く判定できる。
On the other hand, in the case of the lift detection device for a railway vehicle according to claim 4, the radial load applied to the wheel-side rolling bearing that is lifted out of the pair of rolling bearings that support both ends of the axle, By making it extremely smaller than the radial load applied to the rolling bearing on the wheel side while riding on the rail, it is possible to detect the occurrence of lift that leads to derailment. That is, the vibration generated with the operation of the rolling bearing increases as the radial load applied to the rolling bearing increases. Therefore, the measurement signals representing the magnitudes of vibrations generated at the both rolling bearing portions are compared, and the magnitude difference (absolute value or ratio of the difference) between the measurement signals relating to both the vibrations is a predetermined value or more. It can be detected whether or not the lifting of the wheel has occurred.
In this case, if the measurement signal of the both vibration sensors is passed through a band-pass filter as in the invention described in claim 5, the vibrations other than vibrations generated by the rolling bearings are excluded. The presence or absence of lifting based on the difference in magnitude between the sensor measurement signals can be accurately determined.
[実施の形態の第1例]
図1〜2により、請求項1〜2に対応する、本発明の実施の形態の第1例に就いて説明する。尚、本例を含め、本発明を実施する場合には、前述の図5に示した特許文献5に記載した従来構造の様に、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットに、振動センサ24を含む複数種類のセンサ22〜24を組み込んだ、センサ付の複列円すいころ軸受ユニット8の構造を利用する。前記従来構造の場合には、前記各センサ22〜24の測定データを、前記複列円すいころ軸受ユニット8の運転状態を検知する為にのみ利用していたのに対して、本例の場合には、この運転状態に加えて、脱線を検知する為に利用する。前記センサ付の複列円すいころ軸受ユニット8の構造に就いては、前記特許文献5に記載された通りであるから、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。尚、本例の場合には、振動を測定する車軸7と、回転速度を測定する車軸7とを、互いに異ならせる。図1は、後述する実施の形態の第2例と共通の図面である為、1本の車軸7の両端部を支持した1対の複列円すいころ軸受ユニット8、8にそれぞれセンサユニット17、17を設けているが、本例の場合には、1本の車軸7に設けるセンサユニット17は1個のみでも足りる。
[First example of embodiment]
A first example of an embodiment of the present invention corresponding to
本例の鉄道車両の脱線検知装置は、前記特許文献5に記載された従来構造と同様、前記図5に示す様に、転がり軸受である複列円すいころ軸受ユニット8と、回転速度センサ22と、温度センサ23と、振動センサ24と、図示しない判定器とを備える。このうちの複列円すいころ軸受ユニット8は、両端部に車輪3、3を固定した鉄道車両の車軸7を、台車2(図4参照)に対し回転自在に支持する。又、前記回転速度センサ22は、この車軸7の端部外周面に形成した凹凸部26との組み合わせにより、この車軸7の回転速度を求める為に利用する。又、前記温度センサ23は、前記複列円すいころ軸受ユニット8の設置部分の温度を測定する。この温度センサ23が測定した、この温度を表す信号は、焼き付き等の、前記複列円すいころ軸受ユニット8の故障を検知する為に利用する。更に、前記振動センサ24は、この複列円すいころ軸受ユニット8の設置部分の振動を測定する。この振動センサ24が測定した、この複列円すいころ軸受ユニット8の設置部分の振動を表す信号は、この複列円すいころ軸受ユニット8に剥離等の損傷が発生したか否かを判断する為に利用する他、次述する様に、鉄道車両が脱線したか否かを検知する為に利用する。
As in the conventional structure described in Patent Document 5, the derailment detection apparatus for a railway vehicle according to this example includes a double-row tapered
鉄道車両が脱線したか否かを検知する為に、前記振動センサ24が検出した、前記複列円すいころ軸受ユニット8の設置部分の振動を表す信号は、図1に示した制御回路28に送る。この制御器28は、バンドパスフィルタと判定器(コンパレータ)とを組み合わせて成る。このうちのバンドパスフィルタは、前記振動センサ24の測定信号のうちの特定の周波数のみを通過させる。又、このバンドパスフィルタが通過させる特定の周波数域は、前記回転速度センサ22の測定信号に基づいて変化させる。この特定の周波数域とは、それぞれが前記複列円すいころ軸受ユニット8の特定部分の微小凹凸等に起因する振動の周波数である。即ち、後述するZfi、Zfc、2fb、fcに加え、車軸7の回転速度に対応するfrでも良い。但し、好ましくは、判別の明りょう化の為、周波数の高い振動を利用する。更に、前記判定器は、前記バンドパスフィルタを通過した特定の周波数の信号の大きさ(振幅)を、予め設定しておいた閾値と比較する。そして前記判定器は、図2のフローチャートに示した作用により、前記鉄道車両が脱線したか否かを判定する。そして、脱線していると判定した場合には、運転席等に設けた警報器29から、脱線した旨を表す、警笛、ランプ点灯等の警報を発する。又、本例の場合には、前記温度センサ23が測定した、前記複列円すいころ軸受ユニット8の温度を、軸受温度用コンパレータ30により予め設定しておいた閾値と比較する。そして、この温度がこの閾値よりも高い場合に、前記複列円すいころ軸受ユニット8に異常が発生した旨を表す信号を発し、前記警報器29等から警報を発する。
In order to detect whether or not the railway vehicle has derailed, a signal representing the vibration of the installation portion of the double-row tapered
次に、前記図2に基づき、本例の鉄道車両の脱線検知装置の作用に就いて説明する。先ず、ステップ1で、前記振動センサ24により前記複列円すいころ軸受ユニット8部分で発生する振動を測定する。同時に、ステップ2で、別の車軸7(好ましくは別の台車2に支持した車軸、更に好ましくは、別の車両の台車2に支持した車軸7)の回転速度(車輪3の回転速度と同じ)を、当該車軸7を回転自在に支持した複列転がり軸受ユニット8に組み付けたセンサユニット17の回転速度センサ22により測定する。そして、ステップ3で、この回転速度センサ22の測定値に基づき、前記バンドパスフィルタの通過周波数帯域を設定する。このバンドパスフィルタの通過周波数帯域とは、前記複列円すいころ軸受ユニット8の構成部品の表面に存在する微小な凹凸や各転動体11の径差等により、この複列円すいころ軸受ユニット8の回転に伴って発生する振動の周波数を中心とする、狭い(例えば、幅が10Hz〜数10Hz程度の)帯域である。この様な、複列円すいころ軸受ユニット8の回転に伴って発生する振動の周波数は、次の表1の通りである。尚、この表1に記載された、前記複列円すいころ軸受ユニット8の回転に伴って発生する振動の周波数に就いては、転がり軸受の技術分野で広く知られている内容であるから、詳しい説明は省略する。
Next, based on the said FIG. 2, it demonstrates about the effect | action of the derailment detection apparatus of the railway vehicle of this example. First, in step 1, vibration generated in the double-row tapered
前記ステップ3では、前記表1に示した4通りの通過周波数帯域を求め、更にこの通過周波数帯域を、前記バンドパスフィルタに設定する。そして、ステップ4で、前記ステップ1で測定した、前記複列円すいころ軸受ユニット8部分で発生している振動を表す信号を、前記バンドパスフィルタに通す。すると、この振動を測定した円すいころ軸受ユニット8により支持された車軸7の回転速度と、前記回転速度センサ22により回転速度を測定された別の車軸7の回転速度とが一致していれば、前記振動を表す信号が前記バンドパスフィルタを通過する。そこで、ステップ5で、この振動を表す信号がこのバンドパスフィルタを通過したか否か(前記複列円すいころ軸受ユニット8の運転に伴って発生する振動の値に比べて十分に低く設定した閾値以上の出力があるか否か)を判定する。尚、この閾値は、前記回転速度センサ22の測定値に対応して変化させる(回転速度が高い程閾値を高くする)事もできる。
In
何れにしても、前記振動測定に関する車軸7の回転速度と、前記回転速度測定に関する別の車軸7の回転速度とが同じであれば、前記振動を表す信号が前記バンドパスフィルタを通過する。又、前記1対の車軸7、7が何れもレール4、4上を走行している限り、これら両車軸7、7の回転速度は一致する。そこで、前記ステップ5で、前記振動を表す信号が前記バンドパスフィルタを通過した(閾値以上の出力がある)と判断した場合には、当該車軸7の車輪3、3に関しては脱線していないと判定して、前記ステップ1に戻る。尚、脱線検知は、それぞれの両端部に車輪3、3を固定した各車軸7同士の間で、相互に監視する事で、各車輪に就いて行う。
In any case, if the rotational speed of the axle 7 related to the vibration measurement is the same as the rotational speed of another axle 7 related to the rotational speed measurement, the signal representing the vibration passes through the bandpass filter. Further, as long as the pair of axles 7 and 7 are traveling on the rails 4 and 4, the rotational speeds of both the axles 7 and 7 are the same. Therefore, if it is determined in step 5 that the signal representing the vibration has passed through the band-pass filter (there is an output greater than or equal to the threshold), the
これに対して、前記振動測定に関する車軸7の両端部に固定した車輪3、3が脱線した状態では、この車軸7の回転速度は、未だ両端部の車輪3、3がレール4、4上に乗っている別の車軸7の回転速度とは異なった値になり、しかも激しく変動する。この結果、前記振動測定に関する車軸7を支持した前記複列円すいころ軸受ユニット8の振動を表す信号は、前記バンドパスフィルタを通過できなくなる。そこで、前記判定器はステップ6で、前記振動測定に関する車軸7の両端部に固定した車輪3、3が脱線したと判定する。更に、ステップ7で、運転席等に設けた前記警報器29から、脱線した旨を表す、警笛、ランプ点灯等の警報を発する。又、必要に応じて、「駆動停止→制動」等の転覆防止の為の処置を講じる。
On the other hand, in the state where the
[実施の形態の第2例]
図1、3は、請求項4〜5に対応する、本発明の実施の形態の第2例を示している。本例の構造は、単一の車軸7の両端部に固定した車輪3、3のうちの一方の車輪が一方のレール4から浮き上り、他方の車輪3が他方のレール4上に乗ったままとなる、所謂浮き上り現象を検知するものである。この為に本例の場合には、前記車軸7を台車2に回転自在に支持する為、この車軸7の両端部に設けた1対の複列円すいころ軸受ユニット8、8の振動を、それぞれ振動センサ24(図5参照)により測定して、それぞれが振動を表す2種類の信号を得、これら両信号の大きさ(振幅)を比較して、前記浮き上り現象を検知する様にしている。図面に表れる浮き上り検知装置の構造に関しては、単一の車軸7の両端部の振動を測定可能とする点を除き、上述した第1例の場合と同様であるから、以下、本例の作用に就いて、図3を参照しつつ説明する。
[Second Example of Embodiment]
1 and 3 show a second example of an embodiment of the present invention corresponding to claims 4 to 5. In the structure of this example, one of the
先ず、ステップ1で、前記1対の振動センサ24により前記両複列円すいころ軸受ユニット8、8部分で発生する振動を測定する。同時に、ステップ2で、前記単一の車軸7の回転速度を、何れかの複列転がり軸受ユニット8に組み付けたセンサユニット17の回転速度センサ22により測定する。そして、前述の実施の形態の第1例の場合と同様に、ステップ3で、この回転速度センサ22の測定値に基づき、バンドパスフィルタの通過周波数帯域を設定する。次いで、ステップ4で、前記ステップ1で測定した、前記両複列円すいころ軸受ユニット8、8部分で発生している振動を表す信号を、前記バンドパスフィルタに通す。そして、前記両振動センサ24の測定信号中に含まれる、前記両複列円すいころ軸受ユニット8、8部分で発生する振動以外の周波数成分を除去する。尚、前記バンドパスフィルタによる前記両振動センサ24の測定信号の処理は、互いに独立して(両測定信号が混ざり合わない様にして)行う。
First, in step 1, vibrations generated in the double-row tapered
この様にして、それぞれが前記両複列円すいころ軸受ユニット8、8部分で発生する振動を表した2種類の信号を得られたならば、ステップ5で、これら両信号の相違αを求める。この相違αとしては、両信号同士の差の絶対値、或いは比(例えば「大きい側の振幅/小さい側の振幅」)の何れでも良い。又、別途ステップ6で、前記回転速度センサ22の測定値に基づいて、前記相違に関する閾値βを設定しておく。この閾値βは、前記車軸7の回転速度が速い程大きくする。
In this way, if two kinds of signals representing vibrations generated in the double-row tapered
この様に、ステップ5で前記相違αを、ステップ6で前記閾値βを、それぞれ設定したならば、ステップ7で、これら相違αと閾値βとを比較する。前記単一の軸7の両端部に設けた1対の車輪3、3が、何れもレール4、4上に乗っている限り、前記両信号の大きさ(振幅)の相違αは限られたものとなる。カーブ走行時等にこれら前記両信号の大きさ(振幅)が異なる事はあるが、その相違αが桁違いに大きくなる事はない。これに対して、前記浮き上り現象が発生すると、この相違αが桁違いに大きくなる。そこで、前記ステップ7で、この相違αが、前記ステップ6で設定した閾値β以下であると判断した場合には、当該車軸7の車輪3、3に関しては浮き上り現象が発生していないと判定して、前記ステップ1に戻る。
In this way, if the difference α is set in step 5 and the threshold value β is set in step 6, the difference α and the threshold value β are compared in step 7. As long as a pair of
これに対して、前記ステップ7で、前記相違αが前記閾値βを越えている場合に判定器は、ステップ8で、何れかの車輪3、3がレール4から浮き上がっていると判定する。更に、ステップ9で、運転席等に設けた警報器29から、脱線した旨を表す、警笛、ランプ点灯等の警報を発する。又、必要に応じて、「駆動停止→制動」等の、脱線、転覆防止の為の処置を講じる。
On the other hand, if the difference α exceeds the threshold value β in step 7, the determiner determines in
要するに、脱線の前兆現象として発生する、前記浮き上り現象が発生すると、前記車軸7の両端部を支持している1対の複列円すいころ軸受ユニット8、8のうち、レール4から浮き上がった車輪3側の複列円すいころ軸受ユニット8に加わるラジアル荷重が、レール4上に乗ったままの車輪3側の複列円すいころ軸受ユニット8に加わるラジアル荷重よりも極端に小さくなる。一方、これら両複列円すいころ軸受ユニット8、8の運転に伴って発生する振動は、当該複列円すいころ軸受ユニット8、8に加わるラジアル荷重が大きい程大きくなる。そこで、これら両複列円すいころ軸受ユニット8、8部分で発生する振動の大きさを表す測定信号を比較し、これら両振動に関する測定信号同士の間の大きさの相違が所定値以上であるか否かを見れば、車輪3の浮き上りが発生したか否かを検知できる。
In short, when the lift phenomenon occurs as a precursor of derailment, the wheel lifted from the rail 4 out of the pair of double-row tapered
実施の形態の第1例の構造と、同第2例の構造とは、互いに独立して実施できる他、組み合わせて実施する事もできる。組み合わせた構造に就いて、特許請求の範囲の請求項3に記載した。
The structure of the first example of the embodiment and the structure of the second example can be implemented independently of each other or can be implemented in combination. The combined structure is described in
1 車体
2 台車
3 車輪
4 レール
5 脱線検知装置
6 軸受箱
7 車軸
8 複列円すいころ軸受ユニット
9 外輪
10 内輪
11 転動体
12 軸受内部空間
13 内径側環体
14 外径側環体
15 ラビリンスシールユニット
16 円輪部
17 センサユニット
18 ボルト
19 ナットプレート
20 センサケース
21 プリント基板
22 回転速度センサ
23 温度センサ
24 振動センサ
25 ナット筒
26 凹凸部
27 透孔
28 制御回路
29 警報器
30 軸受温度用コンパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008109020A JP2009255822A (en) | 2008-04-18 | 2008-04-18 | Derailment detector and lift detector of rolling stock |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008109020A JP2009255822A (en) | 2008-04-18 | 2008-04-18 | Derailment detector and lift detector of rolling stock |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009255822A true JP2009255822A (en) | 2009-11-05 |
Family
ID=41383813
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008109020A Pending JP2009255822A (en) | 2008-04-18 | 2008-04-18 | Derailment detector and lift detector of rolling stock |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009255822A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160002703U (en) * | 2015-01-26 | 2016-08-03 | 유진전기공업 주식회사 | Derailment detecting apparatus for a railway vehicle |
JP2017071247A (en) * | 2015-10-06 | 2017-04-13 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | Derailment state detection device and derailment state detection method |
CN108779798A (en) * | 2016-03-25 | 2018-11-09 | Thk株式会社 | The method for diagnosing status of rolling guide apparatus |
JP2021018106A (en) * | 2019-07-18 | 2021-02-15 | Ntn株式会社 | Bearing abnormality prediction device and bearing abnormality prediction method |
-
2008
- 2008-04-18 JP JP2008109020A patent/JP2009255822A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160002703U (en) * | 2015-01-26 | 2016-08-03 | 유진전기공업 주식회사 | Derailment detecting apparatus for a railway vehicle |
KR200481230Y1 (en) | 2015-01-26 | 2016-09-01 | 유진전기공업 주식회사 | Derailment detecting apparatus for a railway vehicle |
JP2017071247A (en) * | 2015-10-06 | 2017-04-13 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | Derailment state detection device and derailment state detection method |
CN108779798A (en) * | 2016-03-25 | 2018-11-09 | Thk株式会社 | The method for diagnosing status of rolling guide apparatus |
CN108779798B (en) * | 2016-03-25 | 2020-07-28 | Thk株式会社 | Method for diagnosing state of rolling guide device |
JP2021018106A (en) * | 2019-07-18 | 2021-02-15 | Ntn株式会社 | Bearing abnormality prediction device and bearing abnormality prediction method |
JP7335743B2 (en) | 2019-07-18 | 2023-08-30 | Ntn株式会社 | Bearing Abnormality Prediction Device and Bearing Abnormality Prediction Method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4527585B2 (en) | Bearing monitoring system and bearing monitoring program | |
JP5832442B2 (en) | Method for monitoring the condition of a carriage of a rail vehicle having at least one axle | |
RU2494902C2 (en) | Device to control faults of railway car running gear elements | |
JP5595266B2 (en) | Error monitoring device for bogie components of rail vehicles | |
JP6413642B2 (en) | Bearing state detection device and bearing state detection method | |
JP6105606B2 (en) | System for dynamically controlling rolling of guide rollers for an assembly that guides a vehicle along at least one rail | |
EP2436574B1 (en) | State monitoring apparatus and state monitoring method of railway car, and railway car | |
DK2696904T3 (en) | Rail vessel with a tracking monitor | |
JP5371908B2 (en) | Travel speed detection device | |
US20190041425A1 (en) | Method for detecting a defect in an acceleration sensor, and measuring system | |
JP2009255822A (en) | Derailment detector and lift detector of rolling stock | |
JP2000006807A (en) | Railway rolling stock and abnormality detection method at time of its travelling | |
JP5306947B2 (en) | Railway vehicle condition monitoring system | |
JP2009255821A (en) | Derailment detector of railway vehicle | |
JP3537804B2 (en) | Wheel load acquisition device, wheel load acquisition method, railway vehicle, railway vehicle maintenance method, track maintenance method | |
JP2002079941A (en) | Rolling stock | |
JP2006335320A (en) | Method for detecting abnormal oscillation of railroad vehicle | |
JP3449976B2 (en) | Wheel load unevenness acquisition method and apparatus, railway vehicle, railway vehicle and track maintenance method | |
CN104627194A (en) | Crosswind stabilisation method and associated rail vehicle | |
JP3495332B2 (en) | System for monitoring rotation or roll damper operation | |
JP6454251B2 (en) | Derailment state detection device and derailment state detection method | |
JP7120934B2 (en) | Railway vehicle monitoring system | |
JPH10278795A (en) | Derailment detector and traveling condition monitoring device | |
JP2004175156A (en) | Abnormal vibration detection device for railway rolling stock | |
RU2641536C2 (en) | Method for detecting defective car axle boxes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20100318 |