JP2009276257A - 台車の車輪軸受部の異常判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便でしかも車輪軸受部の異常を高い精度で検出し判定するための台車の車輪軸受部の異常判定方法を提案する。
【解決手段】
軌道上を走行する連結式台車の車輪軸受部の異常を判定するに当たり、該台車の車輪外側面の上輪部および下輪部に面して配設された一対の距離センサと、車輪の車軸レベルの高さに配置された車輪検知センサと、車輪を特定するための車輪認識スイッチとを使って、車輪検知センサによる車輪認識と同時に距離センサによる車輪位置測定とを内輪、外輪についてそれぞれ行うことにより、距離センサによる車輪位置測定値に基づいて、個々の車輪の傾きおよび車軸方向の平均位置ずれ量を求めて、車輪軸受部に異常を検知した場合に警報を出す方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、焼結工場、とくに焼結機の冷却設備におけるクーラ台車や製鋼工場の連鋳設備におけるタンディッシュターンテーブルのような高温で発塵を伴う環境において、比較的低速で走行する台車の車輪軸受部の劣化判定に好適に用いられる台車の車輪軸受部の異常判定方法に関するものである。

各種台車の車輪に用いられている軸受部の摩耗や損傷などの異常を検出する方法としては、振動センサを利用した接触式のものが一般的である。この検出方法は、台車の振動周波数を分析することによって、劣化、即ち、異常を検出している。その他、軸受部の異常は、振動により発熱昇温を伴うので、軸受部に温度センサを取付けて診断する方法もある。

しかしながら、台車が走行する環境が、例えば焼結工場や製鋼工場のような比較的高温で粉塵が舞うような劣悪な環境とか、振動分析による診断が技術的に困難であるような場合には、振動センサ、温度センサなどの接触式センサでは十分な軸受異常を検出することはできない。

従来、このような背景の下で、台車の車輪の保守管理のために、非接触のセンサを用いて、その軸受部の異常を検出する方法が提案されている（特許文献１および２）。

例えば、特許文献１には、軌道上を走行する車輌軸受部のガタを検出するに当たり、走行車輌の車輪に対し、３〜５点の距離センサを取付けて、個々の車輪の傾斜量および軸方向の移動変化量を測定することにより、非接触式で車輪軸受部の劣化状態を把握するガタ検出方法が開示されている。即ち、この方法は、軌道上を低速で走行する車輌軸受部のガタ検出に当たり、前記車輪の上部および下部に面して配置した２個のレーザ式距離センサによって、この車輪の上部および下部の距離を測定し、演算装置に読み込み、その演算結果を前記車輪の車軸に対する傾斜量および軸方向の移動変化量として出力し、車輪軸受部のガタを検出する方法である。

また、特許文献２は、トラフ台車の通過を検出する台車センサ−と、車輪の外側の上下に設けられ、車輪側面までの距離を測定する２対の距離センサ−による検出情報に基づき個々の車輪側面までの距離、傾きおよび内外車輪スパンを演算し、その距離、傾きおよび内外車輪スパンとそれぞれの設定値とを比較演算する演算器と、演算結果を表示する表示器とを備えることにより、焼結ク−ラ−の走行車輪軸受け異常診断を行なう装置を開示している。
特開平１１-３４４３３２号公報 特開２０００-３４６５６４号公報

特許文献１、２に開示されている方法は、それぞれに有効な方法であるが、全体の精度の点でなお改良の余地が残されていた。そこで、本発明の目的は、簡便でしかも車輪軸受部の異常を高い精度で検出できるようにするための台車の車輪軸受部の異常判定方法を提案することにある。

従来技術が抱えている上述した課題を克服して上記の目的を確実に達成し得る台車の車輪軸受部の異常検出方法として、本発明は、軌道上を走行する連結式台車の車輪軸受部の異常を判定するに当たり、該台車の車輪外側面の上輪部および下輪部に面して配設された一対の距離センサと、車輪の車軸レベルの高さに配置された車輪検知センサと、車輪を特定するための車輪認識スイッチとを使って、車輪検知センサによる車輪認識と同時に距離センサによる車輪位置測定とを内輪、外輪についてそれぞれ行うことにより、距離センサによる車輪位置測定値に基づいて、個々の車輪の傾きおよび車軸方向の平均位置ずれ量を求めて、車輪軸受部に異常を検知した場合に警報を出すことを特徴とする台車の車輪軸受部の異常判定方法を提案する。

また、本発明は、
（１）前記車輪の傾きを示す上輪部および下輪部間での距離差および車輪の車軸方向における移動変化量を示す平均位置ずれ量は、各台車の各車輪毎に求めて蓄積しておき、車輪毎に予め設定される閾値とそれぞれ対比することにより、各車輪毎の車輪軸受部の異常判定を行なうこと、
（２）前記車輪検知センサは、車輪の前輪部分もしくは後輪部分が測定位置に進入してきたことを検知し、前記距離センサに出力して、車輪の上輪部および下輪部と該距離センサとの間の距離測定を指示するタイミングセンサとして機能するものであること、
（３）前記車輪認識スイッチは、連結式台車内のいずれか１の台車の内輪もしくは外輪のいずれか１の車輪に取付けられたスイッチであって、車輪を特定するために用いられるものであること、
（４）前記距離センサによって測定された距離を演算装置に読み込み、車輪の上輪部および下輪部間の距離差から前記車輪の傾きおよび車軸方向の平均位置ずれ量を求めることにより、車輪軸受部の異常の有無を検知判定すること、
（５）前記台車は、サークル状軌道をエンドレスに走行する複数の台車を順次に連結した焼結機冷却装置のクーラ台車もしくは連鋳設備のターンテーブルであること、
（６）前記車輪認識スイッチは、各台車のうちのいずれか基準にすべき台車に取付けられた近接スイッチであること、
（７）前記個別測定された車輪傾きおよび車軸方向の平均位置ずれ量を、車輪毎の履歴データとして蓄積することによって、各車輪の経時的な劣化状態を監視して車輪軸受部の劣化判定を行なうこと、
が、好ましい解決手段となる。

本発明によれば、車輪の上輪部および下輪部の外側面位置（測定基準点からの距離）を検出する一対（２個）の距離センサと、車輪の進入を検知する、少なくとも１つの車輪検知センサおよび車輪認識スイッチとを採用したことにより、車輪の上輪部および下輪部位置の距離測定データから、車輪の傾き、平均位置ずれ量、車輪の特定、車輪の履歴を正確に検出できる。

また、本発明によれば、各センサによる測定は、車輪認識スイッチを設けることにより、連続測定の他、間欠測定のいずれの測定も可能であり、測定の省力化と正確化とを同時に実現することができる。

さらに、本発明によれば、各車輪毎個別に、傾きおよび車軸方向の平均位置ずれ量（移動変化量）を検出することができるから、各車輪軸受部の倒れや軸受部からの離脱状態を正確に知ることができ、車輪軸受部の劣化状態をより早期にかつ正確に行なうことができる。従って、台車およびその車輪の保守管理が容易になり、台車使用設備の稼動効率向上に寄与することができる。

さらに、本発明によれば、各車輪毎に行なう車輪軸受部の異常検知、警報判定では、対象が焼結機用冷却装置、すなわち、サークル状の軌道上を複数台の台車が連結されてエンドレスに走行するようなクーラ台車や連鋳設備のターンテーブルなど装置の保守管理に好適である。

さらに、本発明によれば、車輪検知センサの他に車輪認識スイッチを併せて設けたことにより、車輪の特例が容易になると共に、連結された台車の車輪軸受部の通過位置がたとえ変化したような場合でも、判断精度を高めることができる。

さらにまた、本発明によれば、各車輪毎に求められた車軸に対する傾きおよび平均位置ずれ量のデータを車輪毎の履歴データとして蓄積して管理するので、各車輪の車輪軸受部の経時的な劣化状況を正確に把握することができ、台車の車輪軸受部の保守管理化が確実にかつ容易にできる。

以下、本発明に係る台車の車輪軸受部の異常判定方法の好適実施形態について図１〜図６を参照して説明する。本発明は、軌道、例えば、図３に示すようなサークル状の軌道１上を走行する連結式台車、例えば、焼結機冷却装置のクーラ台車の車輪３の軸受部の異常を早期に検出して警報判定をする方法である。この方法の実施のために、本発明では、その車輪３の正確な位置を測定するために、この車輪の上輪部３ａおよび下輪部３ｂの外側面に対面する位置に、２個一対の距離センサ４、５をセンサ取付け台６のアーム６ａ部に固定する。即ち、この距離センサ４、５は、アーム６ａに固定された状態において、これが測定基準位置となり、この距離センサ４、５による測定値（ｘ、ｙ）は、車輪３の上輪部３ａおよび下輪部３ｂの外側面と該距離センサ４、５との距離（ｘ、ｙ）を示すものである。これらのセンサ４、５は超音波式距離センサでもよいが、望ましくはレーザビーム型変位センサを用いることが好ましい。

本発明において、これらのセンサ４、５として、とくにレーザビーム型変位センサに着目した理由は、レーザビームを用いる方が、温度や粉塵による影響が少なく、とくに距離センサとして精度がよいからである。

図１、２に示すように、前記センサ取付け台６のアーム６ａには、また、車輪３の車軸レベル（車輪の高さ方向の中央部）に相当する位置に、車輪３の前輪部もしくは後輪部（図２に示す例は前輪部）が進入（測定位置への走行）したことを検知するための、車輪検知センサ７が固定設置される。

この車輪検知センサ７としては、レーザビーム型変位センサや超音波式距離センサの他、さらに金属検出器など車輪の進入を検知できれるのであればよい。このセンサ７による車輪の進入検知は、車輪の前輪部分か後輪部分の進入を認識するものであればよく、この進入検知により、前記距離センサ４、５による車輪の位置検出、即ち、車輪３の上輪部３ａと距離センサ４間の距離（ｘ）と、下輪部３ｂと距離センサ５間の距離（ｙ）の測定を促すためのタイミングセンサとして機能するものである。

例えば、図２に示すように、焼結機のクーラ台車の車輪３の前輪部分が、矢印方向から（図中、右から左方向）進入したことを検知したら、これを該車輪検知センサ７が前記２個の距離センサ４、５に出力し、これらの距離センサ４、５と車輪３の上輪部３外側面および下輪部３ｂ外側面との距離ｘおよびｙの測定を指示する。本発明では、このように距離センサ４、５の他にタイミングセンサである車輪検知センサ７を用いているので、連結台車からなる焼結クーラ台車の各車輪３が、常に同じ位置において、車輪３の位置、ひいては車輪の傾き、車軸方向への平均位置ずれ量（ｘ＋ｙ／２）を測定できることになり、ひいては車輪の軸受部の変化を精度よく検出できることになる。

なお、連結台車である焼結機のクーラ台車は、複数箇所（既存装置では２箇所駆動が代表的である）で、サークル状の軌道１上を走行するものであるが、各台車は、接続ピンによって連結駆動されているために、走行駆動が円滑ではなく、連結部の遊びやピンの摩耗により、走行状態が常に変動することが知られている。従って、こうした焼結機のクーラ台車は、予期できない走行をすることが多く、しかも、不定期に引っ張られたり、押されたりして走行するため、各台車間の間隙も微妙に変化する。しかも、焼結鉱の冷却制御の如何によっては、該クーラ台車の走行速度自体も変化（夏場、冬場によっても異なり、また、焼結機の生産量変化によっても変動する）する。この点、本発明によれば、台車の車輪の上輪部３ａと下輪部３ｂの２個所に距離センサ４、５を配置して２個所の距離を測定して車輪３の状態を立体的に検知するようにしたので、個々の車輪の車軸に対する傾きおよび車軸方向への平均位置ずれ量が正確に把握できる。この点、特許文献１に記載の方法では、位置（距離）センサの作動は、台車の先行端が特定位置を通過したことを確認した後の一定時間（Ｔ１秒）後に作動するようにしているため、そのタイムラグによって、測定の誤差が出やすい。この点、本発明では、車輪検知センサ７による車輪進入の検知と同時に距離センサ４、５による距離測定が行われ、かつこのときの平均位置ずれ量が検出されるため、測定精度とその信頼性が向上する。なお、距離センサ４、５による距離ｘおよびｙの測定値の差は、主として、軸受内のベアリングの摩耗による隙間差を意味しており、その隙間が大きくなると、車輪が傾くのである。また、距離ｘ、ｙの平均値の過去のデータとの対比により、車輪の車軸方向への平均位置ずれ量（移動変化量）がわかる。

本発明において、車輪の上輪部３ａと下輪部３ｂの位置検出を行う距離センサ４、５と、車輪の進入を検知する車輪検知センサ７と、そして、車輪認識スイッチ８を用いて車輪軸受部の劣化判定に用いるシステムの構成を図３に示す。

この図３は、上述したようなレーザビーム型変位センサを用いた距離センサ４、５によって得られた距離データｘおよびｙに基づいて、各車輪の車軸に対する傾斜量（ｘ−ｙ）および軸方向への平均位置ずれ量（ｘ＋ｙ／２）を求めるシステムの概略である。

この図において、特定の車輪３について、この車輪３の前輪部が車輪検知センサ７設置位置を通過したことが、この車輪検知センサ７によって検出されると同時に、このことを距離センサ４、５に出力して前記距離データを読み取り開始の指令が出され、距離データｘおよびｙはそれぞれ増幅器９および１０を介して演算処理装置１１に送られ、そこで（ｘ−ｙ）および（ｘ＋ｙ／２）の演算処理がそれぞれ行なわれる。このとき、車輪認識スイッチ８が特定車輪に取付けた認識票１２を検出し、演算が行なわれた車輪を識別する識別信号が演算処理装置１１に送られ、演算結果に番号が付されて蓄積される。引き続き、前記特定車輪に続いて順次に他の車輪の距離データｘおよびｙが送られ、演算処理によって（ｘ−ｙ）および（ｘ＋ｙ／２）の計算が行なわれる。こうして車輪検知センサ７の起動出力により、車輪認識スイッチ８を基準とした車輪番号がカウントされて、各車輪ごとのデータが蓄積されていく。そして、全台車のすべての車輪について演算が終了すると、１回目のデータとしてパソコン１３に送られ、以後、特定車輪が車輪認識スイッチ８によって検知される毎に２回目、３回目…のデータとしてパソコン１３に送られて蓄積されていき、各車輪についての履歴データとなる。

なお、本発明において、特定の台車の特定車輪を認識する前記車輪認識スイッチ８は、例えば、図示例のような非接触式スイッチの他、マイクロスイッチなどでもよい。また、車輪検出センサの車輪検出数から（全焼結クーラ台車に設置された台車数は予め既知である）も特定は可能である。その他、焼結クーラ台車のいずれか一の台車に、カウント開始用の突起部と該突起部を検出する検出センサを設けることでも対応できる。

また、本発明においては、センサ車輪間距離ｘおよびｙの差異に基づく個々の車輪の傾きを求める他、前記車輪間距離ｘおよびｙの測定値をもとに、個々の車輪の車軸方向における平均位置ずれ量（ｘ＋ｙ／２）を求める。すなわち、個々の車輪の車軸に対する傾きを車輪軸受部倒れとし、一方、車軸方向の平均位置ずれ量を車輪の軸受部からの離脱として、車輪の軸受部異常と判定するのである。以下にその異常検出の具体的な方法について説明する。

次に、図４は、エンドレス状軌道１上を走行する焼結機冷却装置の各クーラ台車２の内輪側と外輪側に、車輪の上輪部３ａ、下輪部３ｂ外側面までの距離（ｘ、ｙ）を検出する少なくとも２個の距離センサ１４、１５をそれぞれ配置し、そして、それぞれの側の車輪３の前輪部分または後輪部分の通過を認識する車輪検出センサ７の外輪側に配置して、各車輪毎の車輪軸受部の異常（劣化）判定に用いる外輪側測定値と内輪側測定値のデータが、それぞれパソコン１３に送信される。そして、各車輪の上輪部と下輪部との距離差と、これらの測定値の平均位置（変化を生じたときこの位置が、車軸方向の平均位置ずれ量となる）として記録される。そして、この採取したデータは、上位のコンピュータシステムで、これらデータの直近データ、月間データ、年間のデータとして、記録され経時的に監視するもようを示すものである。

本発明においてはまた、車輪の傾きおよび平均位置ずれ量を警報を出す管理値、即ち、閾値を決めて警報判定を行なうようにすることが好ましい、例えば、車輪の車軸方向の平均位置ずれ量（ｘ＋ｙ／２）について、車輪毎に設定できる閾値（警報Ｉ：初期警報、警報II：警戒警報）を定め、車両軸受部の劣化判定を行なうことが好ましい。

上記閾値を設けて警報判定を行なう方法について、具体的な実施例で説明する。
例えば、図５は、焼結機のクーラ台車に配設されている各車輪ごと（トラフＮｏ．６〜１０として示す）に測定した距離センサ４、５の距離データを、測定回数毎にプロットした図である。実際には、設備劣化がなくても各車輪固有の距離差が生じている。これはエンドレス状軌道では、通過位置に車輪に固有の変化があるためであり、それ故に、車輪個々について管理する必要が生じるのである。
なお、この例においては、測定値の変化が、警報レベルとして、経過観察判定である初期警報（警報Ｉ）および異常判定となる警戒警報（警報II）の閾値は、各トラフ毎にそれぞれ個別に定めたものを用いたが、初期警報Ｉに該当する車輪さえもなく、良好な車輪軸受部の保守管理が行なわれていたことが確められた。

次に、図６は、車輪の傾き（ｘ−ｙ）、即ち、車輪軸受部倒れの状況について、各測定回数毎の各車輪（トラフＮｏ．６〜１０）の変動を示したグラフである。この図示例では、図５のものとは異なり、各車輪について閾値を一定（警報Ｉ：６０ｍｍ、警報II：１００ｍｍ）とした。その結果、設備劣化がない車輪は、各データは同一点上を略推移していた。しかし、Ｎｏ．９車輪については、警報レベルとして初期警報（警報Ｉ）に該当するものがあり、経過観察が必要であることが判明した。全体として、台車の車輪軸受部の保守管理が良好に行なわれていたことがわかる。

本発明は、例示した焼結機冷却装置のクーラ台車の車輪軸受部における異常判定のみならず、低速走行する例えば、製鋼工場の連鋳設備におけるタンディシュターンテーブルなどに設けられている車輪の異常判定にも適用できる。

台車の車輪と各種センサの位置関係を示す断面図である。 台車の車輪と各種センサの位置関係を示す正面図である。 本発明の車輪軸受部異常判定方法を説明する線図である。 焼結機のクーラ台車に適用した異常判定方法の説明図である。 本発明を適用して車輪の車軸方向の平均位置ずれ量の異常判定を行なった例を示すグラフである。 本発明を適用して車輪の軸受部の傾きの異常判定を行なった例を示すグラフである。

符号の説明

１ 軌道
２ 台車
３ 車輪
４、５ 距離センサ
６ センサ取付け台
６ａ センサ取付け台のアーム
７ 車輪検知センサ
８ 車輪認識センサ
９、１０ 増幅器
１１ 演算処理装置
１２ 認識票
１３ パソコン
１４、１５ 距離センサ

Claims (8)

1. 軌道上を走行する連結式台車の車輪軸受部の異常を判定するに当たり、該台車の車輪外側面の上輪部および下輪部に面して配設された一対の距離センサと、車輪の車軸レベルの高さに配置された車輪検知センサと、車輪を特定するための車輪認識スイッチとを使って、車輪検知センサによる車輪認識と同時に距離センサによる車輪位置測定とを内輪、外輪についてそれぞれ行うことにより、距離センサによる車輪位置測定値に基づいて、個々の車輪の傾きおよび車軸方向の平均位置ずれ量を求めて、車輪軸受部に異常を検知した場合に警報を出すことを特徴とする台車の車輪軸受部の異常判定方法。
2. 前記車輪の傾きを示す上輪部および下輪部間での距離差および車輪の車軸方向における移動変化量を示す平均位置ずれ量は、各台車の各車輪毎に求めて蓄積しておき、車輪毎に予め設定される閾値とそれぞれ対比することにより、各車輪毎の車輪軸受部の異常判定を行なうことを特徴とする請求項２に記載の台車の車輪軸受部の異常判定方法。
3. 前記車輪検知センサは、車輪の前輪部分もしくは後輪部分が測定位置に進入してきたことを検知し、前記距離センサに出力して、車輪の上輪部および下輪部と該距離センサとの間の距離測定を指示するタイミングセンサとして機能するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の台車の車輪軸受部の異常判定方法。
4. 前記車輪認識スイッチは、連結式台車内のいずれか１の台車の内輪もしくは外輪のいずれか１の車輪に取付けられたスイッチであって、車輪を特定するために用いられるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の台車の車輪軸受部の異常判定方法。
5. 前記距離センサによって測定された距離を演算装置に読み込み、車輪の上輪部および下輪部間の距離差から前記車輪の傾きおよび車軸方向の平均位置ずれ量を求めることにより、車輪軸受部の異常の有無を検知判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の台車の車輪軸受部の異常判定方法。
6. 前記台車は、サークル状軌道をエンドレスに走行する複数の台車を順次に連結した焼結機冷却装置のクーラ台車もしくは連鋳設備のターンテーブルであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の台車の車輪軸受部の異常判定方法。
7. 前記車輪認識スイッチは、各台車のうちのいずれか基準にすべき台車に取付けられた近接スイッチであることを特徴とする請求項１〜６いずれか１に記載の台車の車輪軸受部の異常判定方法。
8. 前記個別測定された車輪傾きおよび車軸方向の平均位置ずれ量を、車輪毎の履歴データとして蓄積することによって、各車輪の経時的な劣化状態を監視して車輪軸受部の劣化判定を行なうことを特徴とする請求項１〜７いずれか１に記載の台車の車輪軸受部の異常判定方法。

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