JP2014215164A - 振動測定ユニットおよびこれを用いた振動測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の振動測定ユニットによる同時測定が可能で、測定時の回転速度が知り易く、かつ測定対象物における効果的に振動測定できる箇所で測定できて、無線による同時測定開始指令の受信も行い易いようにする。
【解決手段】鉄道車両１の各車軸軸受２の軸箱３に着脱可能に固定される複数の振動測定ユニット４と、これら各振動測定ユニット４と組として設けられる送受信ユニット５と、同時測定開始指令発振機６とで構成される。振動測定ユニット４は、永久磁石等の固定具１２、振動センサ１３、カード型記録媒体１４、および電源１９を有し、送受信ユニット５と有線で接続される。同時測定開始指令発振機６は、複数の振動測定ユニット４により同時測定させる指令を出力する。送受信ユニット５は、その同時測定開始指令を無線で受信して振動測定ユニット４に伝える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鉄道車両における車軸軸受の異常の検知のための振動測定に用いられる振動測定ユニットおよびこれを用いた振動測定システムに関する。

鉄道車両においては、その車軸軸受に異常が発生した場合、車両の運転を停止するなどの処置が必要である。そのため、従来、温度上昇に伴って色が変化するサーモラベルを車軸軸受に貼り、車両停止時に作業員が目視によりサーモラベルの色を確認する方法が採られることがある。しかし、サーモラベルでは確実な異常発生を検出することが難しい。

このような課題を解消したものとして、車軸軸受に温度センサを設け、その検出信号をワイヤレスで送信して運転席のモニタで監視するものが提案されている（例えば、特許文献１）。
また、車軸軸受に温度センサおよび振動センサとその検出結果を記録するＩＣタグとを装備し、タグリーダを線路脇に設けて車両通過時にＩＣタグの記録内容を読み出すものが提案されている（例えば、特許文献２）。

特開平１０−２１７９６４号公報 特開２００５−３０５８９号公報

特許文献１の異常検知システムは、車両運行中に車軸軸受の異常を運転席でモニタできる点で非常に優れている。しかし、運行中での軸受異常発見では車両運行に支障をきたす恐れがあり、安全性が低い。また、必要性に比べてシステムの構成が過剰で高価になるうえ、温度のみで異常判定を行うため、異常検出の精度が充分であるとは言えない。

特許文献２の異常検知システムは、振動測定データを異常判定に用いるため、軸受異常の判定の精度が高められる。しかし、線路脇に軸受異常の検出のみの目的でタグリーダを設置することは、過剰な設備となる。また、振動測定データで異常判定を行う場合、周波数分析等を行うために、軸受回転数（＝回転速度）を正確に知ることが必要であるが、振動測定時の回転速度を求めることが難しい。

このような課題を解消するものとして、列車の各車両における各主軸軸受を支持する軸箱にデータロガーを着脱自在に取付け、振動計による振動検出データを記録しておくものを提案した（特願２０１２−１３４５３３号）。前記データロガーは無線通信手段手段を有していて、１列の列車の各データロガーには、同時記憶開始指令手段から無線で記録開始指令を送信する。

上記提案例によると、各データロガーで同時に振動計測を行うため、振動測定時の回転速度を求めることが容易に行えるという利点が得られる。しかし、軸箱における軸受の振動の検出が行い易い箇所は、列車間の無線通信が行い難い箇所である場合が多く、軸箱における適切な設置箇所が得難いという課題がある。また、記録したデータを読み出す操作性の面で今一つ改善が求められる。

この発明の目的は、複数の振動測定ユニットによる同時測定が可能で、測定時の測定対象物の回転速度等の状態が知り易く、かつ測定対象物における効果的に振動測定できる箇所で測定できて、同時測定開始指令の受信も無線通信が行い易い箇所で行え、さらにある程度の時間に渡って纏まった振動測定データを記録でき、その記録データの取り出し性にも優れた振動測定ユニット、信号測定・送受信ユニット組、および振動測定システムを提供することである。

この発明の振動測定ユニットは、ケースに、このケースを測定対象物に着脱可能に固定する固定具と、振動センサと、カード型記録媒体を着脱自在に保持して記録可能なカードライタと、無線の送受信を行う送受信ユニットに有線で接続されるコネクタと、前記送受信ユニットから与えられる測定開始指令に応答して前記振動センサによる振動測定を開始させその振動測定データを前記カードライタによって前記カード型記録媒体に記録させる制御回路とを設けたものである。前記固定具による測定対象物への固定は、測定対象物への直接の固定であっても、また測定対象物を設置した物、例えば車両のボディ等へ設置する間接的な固定であっても良い。前記カード型記録媒体は、例えばマイクロＳＤカードである。

この構成の振動測定ユニットは、前記固定具で前記測定対象物に固定しておき、前記測定開始指令が与えられることで、前記制御回路が、振動センサに振動測定を行わせ、その振動測定データを前記カードライタによって前記カード型記録媒体に記録させる。
前記測定対象物は、例えば鉄道の車両の車軸軸受であり、その場合、この振動測定ユニットの固定は軸箱等に固定される。また、この場合、振動測定は、車両の通常運行時以外の保守点検のための走行時にこの振動測定ユニットを用いて行う。

この構成の振動測定ユニットによると、信号測定データをカード型記録媒体に記録しておくため、ある程度の時間に渡って纏まった信号測定データを得ることができ、外部のデータロガー等の記憶手段も必要としない。また、記録媒体がカード型であるため、このカード型記録媒体を抜き出してデータ解析用のパーソナルコンピュータ等へデータを取り込むことができ、記録データの取り出し性にも優れる。測定データの通信手段を振動測定ユニットに設けることも不要となる。そのため、信号ケーブル等の取り回しが不要となり、構成がコンパクトになる。
信号測定データの解析のためには、測定対象物が車軸軸受のような回転部品である場合、軸受等の回転速度を知る必要があるが、前記制御回路は、送受信ユニットから与えられる測定開始指令に応答して振動センサに振動測定を行わせるため、例えば、車両が所定の走行速度に達した時点で測定開始指令を行い、各振動測定ユニットに振動測定を開始させるようにすることで、測定開始時の全ての車軸軸受の回転速度が同等の値となる。
また、振動測定ユニットと送受信ユニットとを個別に設けるため、両者を一体化したものと異なり、振動測定ユニットを振動が測定され易い箇所に設置し、また送受信ユニットを電波が届き易い箇所に設置することで、感度良く振動測定し、かつ無線による測定開始指令も受け易く誤動作が生じ難い。例えば、軸箱と車両ボディ間の距離が長い場合でも、送受信ユニットは軸箱に、送受信ユニットは車両ボディに設置できる。送受信ユニットを車両ボディの外側に取付けると、送受信が確実となる。振動測定ユニットと送受信ユニットとの間の通信は有線で行うため、無線通信のための部品が不要で通信も確実である。

このように、各振動測定ユニットで同時の測定開始指令を無線で受信する構成としながら、送受信ユニットと振動測定ユニットとに分けて有線で接続するという構成と、カード型記録媒体を用いるという構成を組み合わせたことにより、複数の振動測定ユニットによる同時測定が可能で、測定時の測定対象物の回転速度等の状態が知り易く、かつ測定対象物における効果的に振動測定できる箇所で測定できて、同時測定開始指令の受信も無線通信が行い易い箇所で行える。

この発明の振動測定・送受信ユニット組は、前記構成の振動測定ユニットと、この振動測定ユニットに有線で接続された前記送受信ユニットとでなる。この送受信ユニットは、複数の送受信ユニットに対して同時測定開始指令を発信する同時測定開始指令発振機から無線で送信された前記同時測定開始指令を受信して前記振動測定ユニットに有線で伝える中継手段、および前記測定対象物に着脱可能に固定する固定具を有する。

この構成の振動測定・送受信ユニット組とすることで、振動測定ユニットにつき前述した各効果が得られる。
前記振動測定ユニットの前記固定具および前記送受信ユニットの前記固定具は、例えば永久磁石である。永久磁石によると、これら振動測定ユニットや送受信ユニットの取り付けや取り外しが容易で、手間を要しない。

この発明の振動測定システムは、前記振動測定・送受信ユニット組の複数組と、前記同時測定開始指令発振機とでなり、前記同時測定開始指令発振機は、入力操作されることで前記同時測定開始指令を送信させる測定開始スイッチを有するようにしても良い。前記同時測定開始指令は、パラレル信号で送信しても、シリアル信号で送信しても良い。
このように同時測定開始指令を送信させる測定開始スイッチが設けられていると、例えば、前記各振動測定・送受信ユニット組を鉄道の車両の軸箱及び車両ボディに取付け、前記同時測定開始指令発振機を、複数の車両からなる１列の列車上の運転室等に配置しておき、車両が所定の走行速度に達したときに、運転室内の測定者が前記測定開始スイッチを押すことにより、そのタイミングで各振動測定ユニットによる振動測定を同時に開始することができる。これにより、測定開始時の全ての車軸軸受の回転速度が同等の値となり、軸受の回転のための回転速度を精度良く知ることができる。

この発明の前記各振動測定ユニットの前記カード型記録媒体に前記測定対象物を特定する識別番号を記憶するようにしても良い。識別番号の記憶は、例えば振動測定ユニットに設けられた内部メモリに記録しておいて、振動測定データをカード型記録媒体に取り込むときに前記内部メモリから同時に取り込むようにしてもよく、また測定よりも前に予め記憶させても良い。
振動測定データを、軸箱毎、または振動測定ユニット毎の識別用の識別番号と共に、内部のカード型記録媒体に記録しておくことで、測定データをデータ解析用のパーソナルコンピュータ等に取り込んだ後のデータ処理に間違いが発生しない。

なお、前記振動測定ユニットには、外部の前記同時測定開始指令発信機から前記送受信ユニットを介して測定開始の指令を受けた時点で、受信が正常に行われた事を示す信号を外部の同時測定開始指令発信機に、アンサーバックする手段を設けても良い。
この場合に、前記同時測定開始指令発信機は、軸受取り付けレイアウトに従うＬＥＤランプを装着し、アンサーバックを受けた時点で点灯するようにしても良い。

前記カード型記録媒体に取り込まれた振動測定データは、パーソナルコンピュータなどに入力され、ＦＦＴアナライザにて周波数分析を行い、軸受各部の剥離に起因する衝撃振動の発生間隔周波数のデータベースと比較して軸受の異常を判定し、画面に判定結果を表示するようにしても良い。
また、前記カード型記録媒体に取り込まれた振動測定データは、パーソナルコンピュータなどに入力蓄積し、軸受毎に管理し、軸受振動値の履歴を作成する事で、軸受各部の剥離を予測するようにしても良い。その履歴を比較してもよい。

この発明の振動測定ユニット、信号測定・送受信ユニット組、および振動測定システムによると、複数の振動測定ユニットによる同時測定が可能で、測定時の測定対象物の回転速度等の状態が知り易く、かつ測定対象物における効果的に振動測定できる箇所で測定できて、同時測定開始指令の受信も無線通信が行い易い箇所で行え、さらにある程度の時間に渡って纏まった振動測定データを記録でき、その記録データの取り出し性にも優れるという効果が得られる。

この発明の一実施形態に係る振動測定ユニットの概念構成を示すブロックである。 同振動測定システムを設置した新幹線における列車の先頭車両の一部を側面から見た図である。 車両の台車周辺の部分背面図である。 車両の台車周辺の部分側面図である。 振動測定ユニットの外観および各部の断面を示す図である。 送受信ユニットの外観および各部の断面を示す図である。 同時測定開始指令発振機の外観を示す正面図である。 変形例となる左右の同時測定開始指令発振機の正面図である。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。この実施形態は、鉄道車両の車軸軸受の振動を測定する振動測定システムに適用した例である。この振動測定システムは、鉄道の車両１の各車軸軸受２の軸箱３に着脱可能に固定される複数の振動測定ユニット４と、これら各振動測定ユニット４と組として設けられる送受信ユニット５と、複数の車両１からなる１列の列車上の運転席等に設けられる同時測定開始指令発振機６とで構成される。振動測定ユニット４と送受信ユニット５とで信号測定・送受信ユニット組７が構成される。振動測定データの解析および異常判定は、列車とは離れた任意場所のパーソナルコンピュータ等の振動解析装置８により行う。

振動測定ユニット４は、ケース１１に、このケース１１を測定対象物に着脱可能に固定する固定具１２と、振動センサ１３と、カード型記録媒体１４を着脱自在に保持して記録可能なカードライタ１５と、送受信ユニット５にケーブル１６等で有線で接続されるコネクタ１７と、制御回路１８と、電源１９とを設けたものである。固定具１２は永久磁石等からなる。電源１９は、電池１９ａと電源回路１９ｂとを有する。制御回路１８は、送受信ユニット５から与えられる測定開始指令に応答して振動センサ１３に振動測定を開始させその振動測定データを前記カードライタ１９によってカード型記録媒体１４に記録させる回路である。

送受信ユニット５は、ケース３１に、同時測定開始指令発振機６から無線で送信された同時測定開始指令を受信して振動測定ユニット４に有線で伝える中継手段３３、および測定対象物に着脱可能に固定する永久磁石等からなる固定具３２を有する。

同時測定開始指令発振機６は、ケース６１と、入力操作されることで前記同時測定開始指令を送信させる測定開始スイッチ６３と、ＬＥＤランプまたは液晶表示装置などからなる表示手段６４と、制御回路６５を有し、更に永久磁石等からなる固定具６２を有する。

この振動測定システムの構成，作用の要点を説明した後、各部の詳細を説明する。
１．車軸軸受２の異常検出のための振動測定は、車両運行時以外の保守点検時に振動測定ユニット４を用いて行う。
２．振動測定ユニット４は、列車の各車両１における各車軸軸受２に設置、または車軸軸受２を支持する部材に設置され、それぞれ車軸軸受２の振動を測定し、測定した振動データをカード型記録媒体１４に記録する。更に、車両が一定走行速度に達した時点で、各車軸軸受２の振動測定を同時に開始させるための、ワイヤレス通信手段となる送受信ユニット５および同時測定開始指令発振機６を有する。
これらの構成によると、各車軸軸受２の振動測定データをカード型記録媒体１４に記録しておくため、ある程度の時間に渡って纏まった振動測定データを得ることができる。また、振動測定データの解析のためには軸受回転速度を知る必要があるが、測定開始時の全ての車軸軸受２の回転速度が同等の値となり、精度良く分かり易い。

３．振動測定ユニット４と送受信ユニット５を個別に設け、相互間を通信ケーブル１６で接続する。また、それぞれのユニット４，５は、永久磁石からなる固定具１２，３２によって測定対象物である軸受２や車両のボディ１ａに着脱可能とする。
４．運転室内に同時測定開始指令発信機６を配置し、通信ケーブル４７を車両の窓または扉から取り出して、送受信ユニット５Ａに接続する。送受信ユニット５Ａは、車両１のボディに永久磁石により着脱可能に設置する。
５．運転室内の測定者が、同時測定開始指令発信機６の測定開始スイッチ６３を押すことにより、車両１のボディに取り付けた各送受信ユニット４に信号が送信され、そのタイミングで振動測定ユニット４により振動測定が行われる。
６．各車軸軸受２で測定された振動測定データは、振動測定ユニット４毎の個別認識番号と共に、内部のカード型記録媒体１４（MicroSD カード）に記録される。
７．各振動測定ユニット４からカード型記録媒体１４を取り出し、振動解析装置８となるパーソナルコンピュータなどに測定データを取り込む。パーソナルコンピュータなどに予めインストールしたＦＦＴ解析ソフトにて周波数分析を行い、軸受２の異常診断を行う。なお、振動解析装置８に取り込んだ測定データには、上記の様に個別の認識番号が割り当てられ、軸受２毎に管理され異常診断を行う。また、振動の履歴を比較する。

図５に振動測定ユニット４の構成を示す。同図（Ａ）及び（Ｂ）は外観を示し、同図（Ａ）のＶＣ−ＶＣ断面を同図（Ｃ）に示す。また、同図（Ｃ）のＶＤ−ＶＤ断面を同図（Ｄ）に示す。これらの図に示す様に、ケース１１の一端に永久磁石からなる取付具１２をねじ２１にて取り付ける。この永久磁石は、磁束密度の高い希土類系が望ましく、Ｎｄ系，Ｓｍ系を使用することができる。また、この永久磁石１２は、磁性体からなるホルダ１２ａに固定される。これにより、永久磁石の磁束の漏れが少なくなり吸引力が大きくなる。ケース１１は箱状に形成されたケース本体と蓋１１ｂとで構成される。

ケース１１内に基板２２をねじ２３で止め、基板２２の表面に電池ホルダ（図示せず）、電源用押し釦スイッチ２４、振動センサ１３、電源回路１９ｂ、制御回路１８、カードライタ１５、内部メモリ（図示せず）などが取り付けられる。電池ホルダには、電池１９ａが取付けられる。カードライタ１５は、カードスロットを有しカード型記録媒体１４が挿脱可能に取付けられる。カード型記録媒体１４には、例えばマイクロＳＤカードが用いられる。カード型記録媒体１４の記憶容量は限定しないが、測定データの量に応じて選定する。電池１９ａは、一次電池の中で電圧が最も高く長期間の使用に適した、塩化チオニルリチウム電池を使用することが望ましい。

振動センサ１３は、種々の加速度センサを使用することが可能で、また、基板２２上において永久磁石からなる固定具１２により近い、すなわち測定対象物により近い個所に配置することが望ましい。振動センサ１３に用いることのできる加速度センサの種類には、ピエゾ抵抗型，静電容量型，歪ゲージ式，圧電式，動電式などがある。なお、軸受の固有振動数は一般的に１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚとされるため、振動センサ１３に用いる加速度センサの測定可能範囲もそれに合わせて選定し、その後バンドパスフィルタにて周波数範囲を限定すると良い。

押し釦スイッチ２４は、ケース１１の外部から操作が可能なように、ケース１１の一つの面、例えば正面に貫通穴を設ける。更に、外部からの水の浸入を防止するために、柔軟性のある透明フィルムシール（図示せず）にて貫通穴を塞ぐ。従って、押し釦２４の操作は、柔軟性のある透明フィルムシールの上から行う。

電源回路１９ｂには、電池１９ａの電力を制御回路１８や加速度センサ１３などに供給するための、電圧変換回路（図示せず）などが含まれる。
制御回路１８には、送受信回路や、測定開始回路や、マイクロコンピュータや、メモリや、カード型記録媒体１４に記録するための回路などが含まれる。

カード型記録媒体１４は、ケース１１の一側面に貫通穴２５を設けて装着及び取出しを可能とする。なお、外部からの水の浸入を防止するために、開閉可能な扉２６にて貫通穴２５を塞ぐ。この扉２６には、弾力性のあるゴムなどのシールパッキン（図示せず）を貼り付けることが望ましい。扉２６は、閉じ状態で撮み付きのねじ２７によりケース１１に固定する。

予め、振動測定ユニット４の内部メモリには、測定対象物となる軸箱または軸受番号毎の個別認識番号を記憶させ、軸箱（軸受）毎の測定データと一緒に個別の認識番号をカード型記録媒体１４に書き込む。

カード型記録媒体１４に記録されたデータをパーソナルコンピュータ等からなる振動解析装置８（図１）に取り込むには、ＵＳＢポートに接続可能なＳＤカードハブを使用すると便利である。なお、カード型記録媒体１４に記録した測定データは、次回の振動測定時に振動測定ユニット４に取り付けた時点で、前回測定した測定データを自動的に消去するようにする。

図６に、送受信ユニット５の構成を示す。同図（Ａ）及び（Ｂ）は外観を示し、同図（Ａ）のVIＣ−VIＣ断面を同図（Ｃ）に示す。また、同図（Ｃ）のVIＤ−VIＤ断面を同図（Ｄ）に示す。図に示す様に、ケース３１の一端に永久磁石からなる固定具３２をねじ３３にて取り付ける。永久磁石は、磁束密度の高い希土類系が望ましく、Ｎｄ系，Ｓｍ系を使用することができる。また、永久磁石は、磁性体からなるホルダ３２ａに固定される。これにより、永久磁石の磁束の漏れが少なくなり吸引力が大きくなる。ケース３１は、箱状に形成され、開閉可能な蓋１１ｂが設けられている。

更に、ケース３１内に基板３４をねじ３５で止め、基板３４の表面に前記中継手段３３となる無線通信手段（ZigBeeモジュールなど）を取り付ける。この無線通信手段から、外部アンテナ３６にアンテナケーブル３７を接続する。外部アンテナ３６の外部アンテナ本体３６ａは、ケース３１の一側面に設けた貫通穴に取り付けられる。この貫通穴は、外部からの水の浸入を防止するために、コーキング剤などで隙間を塞ぐことが望ましい。
また、前記ケーブル１６を接続するためのコネクタ３８が、ケース３１の一側面に取り付けられ、コネクタ３８と基板３４の間に、信号及び電力供給用電線が接続される。各ケーブル１６，３７は、シールド線が望ましい。中継手段３３の無線通信手段であるZigBeeモジュールの電力は、振動測定ユニット４の電源回路１９ｂから供給される。

図３，図４に、列車各車両１の台車周辺の簡略図を示す。図３は進行方向から見た外観を示し、図４は図３のIV−IV面を示す。台車４１の下面に軸箱３が設置され、軸箱３内の車軸用軸受２に車軸４２が支持されている。車軸４２の両端に固定された車輪４３は、レール４４上を走行する。

図に示す様に、振動測定ユニット４を軸箱３の六角ボルト４５のボルト頭に永久磁石からなる固定具１２（図５）により固定し、送受信ユニット５をボディ１ａの外側に固定する。なお、ボディ１ａの外側表面の一部には上記と同様に六角ボルト４６が出ており、そのボルト頭に固定しても良い。両者の間は、コネクタ１７，３８を介してケーブル１６にて接続される。なお、軸箱３の材質は近年ではアルミニウム合金が採用されることが多いため、振動測定のために振動測定ユニット４の取付用として六角ボルト４５を取り付ける。

上記ケーブル１６は、振動測定ユニット４と送受信ユニット５の間に電気的に接続され、振動測定ユニット４から送受信ユニット５に対して電力が供給される。一方、送受信ユニット５から振動測定ユニット４に対して同時測定開始指令信号が送信され、その後、振動測定ユニット４から送受信ユニット５に対してアンサーバック信号が送信される。このアンサーバック信号の送信は、前記制御回路１８（図１，図５）により行う。

図２に、新幹線における列車の先頭車両の一部を側面から見た図を示す。この図では、図３，図４に示す軸箱３の六角ボルト４５のボルト頭に取り付けた振動測定ユニット４と、ボディ１ａの外側の六角ボルト４６のボルト頭に取り付けた送受信ユニット５の間に、ケーブル１６を接続した状態を、ボディ１ａの外側から示す。また、運転室内に配置した同時測定開始指令発信機６にケーブル４７の一端を接続し、他端を運転室扉４８の窓４９からボディ外側に取り出して、ボディ１ａの外側に取り付けた送受信ユニット５Ａに接続した状態を示す。この送受信ユニット５Ａは、同時測定開始指令発信機６と対として用いられるものであり、同時測定開始指令を各振動測定ユニット４側の送受信ユニット５へ送信する。なお、ケーブル４７は、運転室扉４８を手動で開きその隙間から取り出しても良い。
なお、この図は、先頭車両の一部を示したが、振動測定ユニット４と送受信ユニット５の関係は、他の部分についても同様な取り付けを行う。

図７に、同時測定開始指令発信機６の外観を示す。図に示す様に、発信機本体のケース６１に、同時測定開始指令発信のための押し釦スイッチからなる測定開始スイッチ６３を取り付け、また、列車１に配置された軸箱３のレイアウトに対応するＬＥＤランプ６４ａを取付ける。発信機本体のケース６１には、前記軸箱３のレイアウトを示す図６４ｂが施されこの図６４ｂの中に前記ＬＥＤランプ６４ａが図中の軸箱３のレイアウトに応じて配置される。車両１がある一定の速度に到達した時点で、運転室内の測定者がこの測定開始スイッチ６３を押すことにより、制御回路６５（図１）の処理によって同時測定開始指令発信機６から同時測定開始指令が発信され、これを各送受信ユニット５が受信して各振動測定ユニット４による振動測定が開始される。

一車両には、この例では軸箱３が８個あり、一編成８車両の場合では合計６４個になり、ＬＥＤランプ６４ａはそれぞれに対応する。このＬＥＤランプ６４ａは、各送受信ユニット５が上記同時測定開始の指令信号を正常に受け取った時に発信する、アンサーバック信号を受け取ったことにより、制御回路６５の処理により点灯する。従って、送受信が正常に行われれば、軸箱全個所に対応するＬＥＤランプ６４ａが全て点灯することになる。なお、この例の同時測定開始指令発信機６には、列車１の右側及び左側の送受信ユニット５に接続するケーブル４７とコネクタ６６が取り付けられる。

ここで、一連の信号の流れを整理する。
同時測定開始指令の信号：同時測定開始指令発信機６−（有線) →送受信ユニット５Ａ−（無線) →送受信ユニット５−（有線) →振動測定ユニット４
アンサーバック信号：振動測定ユニット４−（有線) →送受信ユニット５−（無線) →送受信ユニット５Ａ−（有線) →同時測定開始指令発信機６

図８に、同時測定開始指令発信機６に、無線通信用アンテナ６８を一体に接続した例を示す。この例の同時測定開始指令発信機６は、運転室扉の窓ガラス越しに、ボディ外側部に取り付けた送受信ユニット５Ａに無線で通信する場合に使用する。または、運転室扉の窓を開けてアンテナ６８を外部に向け、ボディ外側に取り付けた送受信ユニット５Ａに無線で通信する場合に使用することができる。
この場合、図に示す様に右側用と左側用の同時測定開始指令発信機６が必要である。
ＬＥＤランプ６４ａの点灯、およびレイアウトの図６４ｂについては、図７の実施例と同様である。
なお、同時測定開始指令の信号は、発信機から各送受信ユニットに対してパラレルに発信されても、シリアルに発信されてもどちらでも良い。

上記構成の振動測定システムにより得た振動測定データの処理につき説明する。図１において、マイクロＳＤカード等のカード型記録媒体１４に記録された振動測定データは、軸受２毎に区別して振動解析装置８を構成するパーソナルコンピュータ内部の記録装置に記憶される。
この軸受異常検出は、軸受２の各部の剥離現象を検出する目的に使用され、車両走行速度から求めた軸受回転速度を基に、軸受各部の強制（衝撃）振動の発生周期を計算し、振動解析装置８の内部の記録装置にデータベースを作成する。以下に示すように、軸受内輪の振動周波数，軸受外輪の振動周波数，軸受転動体の振動周波数に分けて計算する。

(1) 内輪振動周波数：z*fri*((Dp+(dw*cosΘ))/(2*Dp))
(2) 外輪振動周波数：z*fri*((Dp-(dw*cosΘ))/(2*Dp))
(3) 転動体振動周波数：fri*(((Dp ＾2)-((dw ＾2)*(cos Θ＾2)))/(Dp*dw))
ここで、ｚ＝転動体数，fri ：回転速度，Dp：ピッチ円直径，dw：転動体径，Θ：接触角

振動測定データは振動解析装置８内に取り込まれた後、バンドパスフィルタやローパスフィルタなどの処理→エンベロープ処理→ＦＦＴ解析などを行い、上記各データベースの周波数と比較する。上記いずれかの周波数成分が確認された場合、その軸受は異常と判定され、振動解析装置８の表示装置の画面に異常（またはＮＧ）表示を行う。振動解析装置８の画面上の表示は車両の軸箱毎に行い、異常（またはＮＧ）アイコンをクリックすることにより、その軸受の振動データの詳細が表示される。正常な場合は正常（またはＯＫ）が表示される。また、軸受剥離の程度を確認するためには、波形のピーク値や波高率（振動波形のピーク値の実効値に対する比率）などを確認すると良い。
なお、剥離の大きさと波高率の大きさの関係は、予め相関を取り閾値を決定する必要がある。同一軸受に異常が発生しなければ継続使用し、次回点検測定時に前回までの振動データと比較し、軸受振動の履歴を確認しても良い。
また、参考例として示すが、振動測定データをMicroSD カード等のカード型記録媒体１４に記録する代わりに、無線通信により振動解析装置８に取り込んでも良い。

上記構成の振動測定システムによる効果を説明する。
１．全ての軸受２の振動測定が、一定の回転速度に達した時点で同時に行われるため、軸受２毎に回転速度が異なることがなく、振動解析を正確に行える。
２．振動測定ユニット４と送受信ユニット５を別体とし、両者間をケーブル１６により接続するため、軸箱２と車両１のボディ１ａ間の距離が大きい場合でも、確実に同時測定開始指令信号を送受信することができる。また、送受信ユニット５，５Ａをボディ１ａの外側に取り付けるので、送受信が確実になる。永久磁石からなる固定具１２，３２にてボディ１ａに着脱できるため、取り付け取り外しが容易で、手間を要しない。
３．同時測定開始指令発信機６と送受信ユニット５Ａの関係についても、上記同様である。

４．測定された振動データは、軸箱３または振動測定ユニット４毎の個別の認識番号と共に、内部のMicroSD カード等のカード型記録媒体１４に記録されるため、振動解析装置８となるパーソナルコンピュータに取り込んだ後のデータ処理に間違いが発生しない。
５．測定された振動データは、振動測定ユニット４の内部に装着したカード型記録媒体１４に記録されるため、外部の記録手段（データロガーなど）を使用せず、信号ケーブルなどの取り回しが不要となり、コンパクトかつ作業が容易である。
６．車両の走行速度から計算により、軸受２の外輪，内輪，転動体などの各部位での損傷に起因する周波数を計算し、振動解析装置８となるパーソナルコンピュータの内部にデータベースを作成するため、ＦＦＴ解析結果と照らし合わせて損傷の有無や部位を特定することが容易になる。また、点検毎にデータを蓄積すれば、軸受振動値の変化を比較することができる。さらには、軸受損傷（表面剥離）を予測することができる。
７．カード型記録媒体１４に記録された前回の測定データは、次回測定時に振動測定ユニットに取り付けた時点で消去されるため、振動解析装置８となるパーソナルコンピュータへの取り込み時に測定データを間違える事がない。

このように、列車の各車両１における各車軸軸受２の異常を精度良く診断でき、またその診断を行うための各車軸軸受２の振動測定時の回転速度を、正確にかつ簡単に知ることができる。そのため、鉄道車両用軸受の優れた異常検知システムとできる。
更に、振動測定ユニット４は車両１の測定対象個所に永久磁石からなる固定具１２により着脱可能な構成とする事で、測定準備や後片付けが迅速にできる。また、振動測定ユニット４の内部に挿入されるカード型記録媒体１４に測定データを記録することができるため、外部のデータレコーダなどが不要である。

なお、上記各実施形態は、鉄道車両の車軸軸受２が測定対象物である場合につき説明したが、この発明は外の種々の測定対象物の振動測定に適用することができる。

１…車両
１ａ…ボディ
２…車軸軸受（測定対象物）
３…軸箱
４…振動測定ユニット
５…送受信ユニット
５Ａ…送受信ユニット
６…同時測定開始指令発振機
７…信号測定・送受信ユニット組
８…振動解析装置
１１…ケース
１２…固定具
１３…振動センサ
１４…カード型記録媒体
１５…送受信ユニット
１６…ケーブル
１７…コネクタ
１８…制御回路
１９…電源
１９ａ…電池
１９ｂ…電源回路
３１…ケース
３２…固定具
３３…中継手段
４１…ケース
６２…固定具
６３…測定開始スイッチ
６４…表示手段
６４ａ…ＬＥＤランプ
６５…制御回路

Claims (6)

1. ケースに、少なくとも、このケースを測定対象物に着脱可能に固定する固定具と、振動センサと、カード型記録媒体を着脱自在に保持して記録可能なカードライタと、無線の送受信を行う送受信ユニットに有線で接続されるコネクタと、前記送受信ユニットから与えられる測定開始指令に応答して前記振動センサに振動測定を開始させその振動測定データを前記カードライタによって前記カード型記録媒体に記録させる制御回路とを設けた振動測定ユニット。
2. 請求項１に記載の振動測定ユニットと、この振動測定ユニットに有線で接続された前記送受信ユニットとでなり、この送受信ユニットは、複数の送受信ユニットに対して同時測定開始指令を発信する同時測定開始指令発振機から無線で送信された前記同時測定開始指令を受信して前記振動測定ユニットに有線で伝える中継手段、および前記測定対象物に着脱可能に固定する固定具を有する振動測定・送受信ユニット組。
3. 請求項２に記載の振動測定・送受信ユニット組において、前記振動測定ユニットの前記固定具および前記送受信ユニットの前記固定具が永久磁石である振動測定・送受信ユニット組。
4. 請求項２または請求項３に記載の振動測定・送受信ユニット組の複数組と、前記同時測定開始指令発振機とでなり、前記同時測定開始指令発振機は、入力操作されることで前記同時測定開始指令を送信させる測定開始スイッチを有する振動測定システム。
5. 請求項４に記載の振動測定システムにおいて、前記各振動測定・送受信ユニット組は、鉄道の車両の軸箱に取付けられ、前記同時測定開始指令発振機は、複数の車両からなる列車上に設置される振動測定システム。
6. 請求項４または請求項５に記載の振動測定システムにおいて、前記各振動測定ユニットの前記カード型記録媒体に前記測定対象物を特定する識別番号を記憶する振動測定システム。

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