JP7193301B2

JP7193301B2 - 異常診断システム

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Publication number: JP7193301B2
Application number: JP2018196493A
Authority: JP
Inventors: 宗山口; 亨高橋; 航畠山
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2038-10-18
Also published as: JP2020063995A

Description

本発明は、軌道に沿って移動する対象物の振動を測定する異常診断システムに関する。

軌道に沿って移動する対象物として、たとえば鉄道車両の車軸軸受を挙げることができる。鉄道車両において車軸軸受に異常が発生した場合、異常な振動が発生して鉄道車両の安全性が損なわることがある。そのため、車軸軸受に異常が発生したまま走行を継続することは好ましくない。車軸軸受に異常が発生した場合には、車軸軸受の補修などの処置が必要となる。

車軸軸受の補修には長時間を要する場合があるが、通常運転の長時間の停止には多大な損失が発生し得る。そのため、通常運転に備えて行なわれる保守点検において、異常の兆候を早期に発見するために、車軸軸受の異常診断を行なうことがある。

車軸軸受の異常診断を精度よく行なうためには、振動データが測定された時点の鉄道車両の移動速度が必要である。鉄道車両の移動速度を取得する方法として、車軸軸受の回転周波数から鉄道車両の移動速度を求める方法が知られている。たとえば、特開２００６－７７９４５号公報（特許文献１）には、車軸軸受に取り付けられた回転速度センサから車軸の回転速度信号を取得して車軸の異常診断を行なう異常診断装置が開示されている。

特開２００６－７７９４５号公報

特許文献１に開示されている異常診断装置においては、回転速度センサが車軸軸受毎に必要になるため、回転速度センサ自体のコストおよび取付の手間（コスト）がかかる。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コストを抑制しながら、異常診断の精度を向上させることである。

本発明に係る異常診断システムは、第１振動測定装置と、送信装置と、解析装置とを備える。第１振動測定装置は、第１継ぎ目を有する軌道に沿って移動する対象物に固定されて対象物の振動を測定する。送信装置は、軌道上の特定点に向かってトリガ信号を送信する。解析装置は、第１振動測定装置によって測定された第１振動データを解析する。送信装置は、軌道に沿って第１継ぎ目から第１距離だけ離間して配置されている。第１振動測定装置は、送信装置からトリガ信号を受信することに応じて振動測定を開始する。解析装置は、トリガ信号が第１振動測定装置によって受信された第１受信時刻、第１振動データが最初にしきい値を超えた第１時刻、および第１距離を用いて第１受信時刻から第１時刻までの対象物の第１移動速度を算出し、第１移動速度を用いて対象物の異常診断を行なう。

本発明に係る異常診断システムによれば、トリガ信号が第１振動測定装置によって受信された第１受信時刻、第１振動データが最初にしきい値を超えた第１時刻、および第１距離を用いて算出された対象物の移動速度を用いることにより、コストを抑制しながら、異常診断の精度を向上させることができる。

実施の形態に係る振動測定装置が鉄道車両に固定されている様子を示す図である。図１の車軸軸受の断面図を示す図である。実施の形態に係る異常診断システムの機能構成を説明するための機能ブロック図である。振動データを用いた一般的な異常判定方法の流れを示すフローチャートである。図３の異常診断システム１００において、振動測定が行なわれる様子を鉄道車両の上面方向から見た図である。図３の異常診断システム１００において、振動測定が行なわれる様子を鉄道車両の側面方向から見た図である。図３の振動測定装置の制御部によって行なわれる処理を説明するためのフローチャートである。図３の送信装置の制御部において行なわれる処理の流れを示すためのフローチャートである。図６の振動測定装置によって測定された振動データの波形、および時刻と鉄道車両の移動速度との関係を併せて示す図である。図３の異常診断システムにおいて、２つの台車の振動測定が行なわれる様子を示す図である。図１０の振動測定装置によって測定された振動データの波形、および時刻と移動速度との対応を併せて示す図である。図９に示される台車に関するデータ、図１１に示される台車に関するデータ、ならびに時刻と鉄道車両の移動速度との関係を併せて示す図である。実施の形態の変形例に係る異常診断システムの機能構成を説明するための機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、実施の形態に係る振動測定装置２０が鉄道車両１０に固定されている様子を示す図である。台車１５は、２つの車軸１３を含む。２つの車軸１３の軌道方向の間隔は、距離Ｌ２（第２距離）である。軸箱１１は、車軸１３に取り付けられる車軸軸受１１０（対象物）を支持する。車軸１３の軸方向の両端部に車輪１２がそれぞれ取り付けられている。車輪１２の径は、車輪径Ｒ１（特定車輪径）である。車輪１２が車軸軸受１１０により回転自在に支持されることにより、鉄道車両１０は平行に敷設された２本のレール４０（軌道）に沿って移動することができる。

振動測定装置２０（第１振動測定装置）は、軸箱１１にボルト１４によって締結されている。ボルト１４としては、たとえば六角ボルトを用いることができる。振動測定装置２０は、軸箱１１に固定されていることにより、軸箱１１が支持する車軸軸受の振動を測定することができるとともに、振動測定装置２０と軸箱１１との接触面において車軸軸受１１０の異常とは無関係に発生する接触共振を軽減することができる。振動測定装置２０は、トリガ信号を受信することにより振動測定を開始する。

図２は、図１の車軸軸受１１０の断面図を示す図である。図２に示されるように、車軸軸受１１０は、内輪１１２と、外輪１１４と、保持器１１６と、複数の転動体１１８とを含む。車軸軸受１１０は、たとえば、自動調芯ころ軸受、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、および玉軸受などを含む。車軸軸受１１０は、単列のものでも複列のものでもよい。

内輪１１２は、車軸１３にはめ込まれて固定され、車軸１３と一体となって矢印Ｄｒの方向に回転する回転輪である。外輪１１４は、内輪１１２の外周側に配置されている静止輪である。

保持器１１６には、複数の転動体１１８を保持するための複数のポケットが等間隔に設けられている。保持器１１６は、複数の転動体１１８を保持した状態で内輪１１２の外周面と外輪１１４の内周面との間に配置される。内輪１１２の回転に伴って複数の転動体１１８が外輪１１４の内周面（軌道面）に沿って回転すると、保持器１１６は複数の転動体１１８とともに内輪１１２の外周面と外輪１１４の内周面との間を回転する。

車軸軸受１１０の内部には、金属である構成要素（たとえば内輪１１２、外輪１１４、保持器１１６、および転動体１１８）の周囲に油膜を形成して、金属同士の接触を抑制するために、グリースＧｒｃが封入されている。

実施の形態においては、上記で説明した振動測定装置２０に加えて、振動測定装置２０に赤外光を出射するための送信装置、および振動測定装置２０によって測定された振動データを解析するための解析装置を含む異常診断システムによって、車軸軸受１１０の異常診断を行なう。

図３は、実施の形態に係る異常診断システム１００の機能構成を説明するための機能ブロック図である。図３に示されるように、異常診断システム１００は、振動測定装置２０と、トリガ信号Ｔｒｇを送信する送信装置３０と、解析装置４００とを備える。

送信装置３０は、トリガ信号Ｔｒｇを送信する。振動測定装置２０は、送信装置３０から送信されたトリガ信号Ｔｒｇを受信する。トリガ信号としては、たとえば赤外光あるいは電波（３００万メガヘルツ（３テラヘルツ）以下の周波数の電磁波）を用いることができる。

トリガ信号として赤外光を用いる場合、送信装置３０から振動測定装置２０への通信は、赤外線通信を用いて行なうことができる。送信装置３０が出射する赤外光の波長は、たとえば８７０ｎｍ～１０００ｎｍである。赤外線通信のフォーマットは、たとえばＮＥＣ（登録商標）フォーマット、家製協（一般財団法人家電製品協会、ＡＥＨＡ（Association for Electric Home Appliances））フォーマット、あるいはＳＯＮＹ（登録商標）フォーマットを挙げることができる。送信装置３０においては、所定の周波数（たとえば３０ｋＨｚから５０ｋＨｚ）のキャリア周波数で赤外光の強度をＯＮ・ＯＦＦしながら赤外光を出射する。このように出射する赤外光をキャリア周波数で変調することにより、赤外光の出射に必要な電力を抑制しながらノイズのレベルよりも大きい強度の赤外光を出射することができる。

振動測定装置２０は、制御部２１０と、受信部２２０と、振動センサ２３０と、記憶部２４０と、電源部２５０とを備える。トリガ信号が赤外光である場合、受信部２２０は、赤外線センサを含む。

制御部２１０は、受信部２２０がトリガ信号Ｔｒｇを受信した場合、振動センサ２３０からの振動データを記憶部２４０に保存する。制御部２１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなコンピュータおよび揮発性メモリを含む。振動センサ２３０は、たとえば加速度センサを含む。

記憶部２４０は、たとえばＳＤカードあるいはＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリのような着脱可能な不揮発性メモリ（不図示）を含む。記憶部２４０に保存されたデータは、当該不揮発性メモリによって取り出すことができる。記憶部２４０には、制御部２１０に読み出されて実行されるＯＳ（Operating System）、各種アプリケーションのプログラム（たとえば赤外光をトリガ信号Ｔｒｇとする振動測定制御プログラム）、および当該プログラムによって使用される各種データが保存される。記憶部２４０は、たとえば、不揮発性の半導体メモリであるフラッシュメモリ、または記憶装置であるＨＤＤ（Hard Disk Drive）を含んでもよい。記憶部２４０に保存されたデータは、有線接続によって解析装置４００に転送されてもよい。

電源部２５０は、不図示の電池の電力を制御部２１０、受信部２２０、振動センサ２３０、および記憶部２４０のような負荷に供給する。

解析装置４００は、たとえば振動解析ソフトウェアがインストールされたＰＣ（Personal Computer）を含む。解析装置４００には、振動測定装置２０によって測定された振動データが保存された不揮発性メモリが装着される。解析装置４００は、当該不揮発性メモリから振動データを読み込んで振動解析を行なう。解析装置４００には、台車１５に含まれる２つの車軸１３間の距離Ｌ２、および車輪径Ｒ１が保存されている。また、後に図５を用いて説明する距離Ｌ１，Ｌ３も保存されている。

図４は、振動データを用いた一般的な異常判定方法の流れを示すフローチャートである。以下ではステップを単にＳと記載する。図４に示されるように、Ｓ１において振動データが測定される。続いてＳ２において、振動データの周波数解析が行なわれる。最後にＳ３において周波数解析のピーク値が所定のしきい値を超えているか否かを判定することにより車軸軸受１１０の異常判定が行なわれる。

鉄道車両１０において車軸軸受１１０に異常が発生した場合、異常な振動が発生して鉄道車両の安全性が損なわることがある。そのため、車軸軸受１１０に異常が発生したまま走行を継続することは好ましくない。車軸軸受１１０に異常が発生した場合には、車両の運転を停止して、車軸軸受１１０の補修などの処置が必要となる。

車軸軸受１１０の補修には長時間を要する場合がある。通常運転の長時間の停止には多大な損失が発生し得る。そのため、たとえば通常運転に備えて行なわれる保守点検において、車軸軸受１１０の異常診断が行なわれることがある。

車軸軸受１１０の異常診断を精度よく行なうためには、振動データが測定されたときの鉄道車両の移動速度が必要である。この点、保守点検が行なわれる比較的狭い場所において移動速度を一定に保って運行することは困難である場合が多い。振動データを測定している間、鉄道車両の移動速度にはバラツキが生じるため、一定の移動速度であることを前提に異常診断を行なうと異常診断の精度が低下し得る。

鉄道車両１０の移動速度を取得する方法として、回転速度センサを車軸に取り付けて車軸の回転速度信号を取得する方法が知られている。しかし、当該方法によると、回転速度センサが車軸軸受毎に必要になるため、回転速度センサのコストおよび取付の手間がかかる。

レール４０は、継ぎ目を有するのが通常である。鉄道車両１０がレール４０の継ぎ目を通過する場合、レール４０の継ぎ目には段差があるため、レール４０の平坦な部分を通過している場合よりも、振幅の大きい振動波形（衝撃波形）が発生することが多い。そこで実施の形態においては、レール４０の継ぎ目と送信装置３０との距離を予め計測しておく。トリガ信号Ｔｒｇが振動測定装置２０によって受信された受信時刻、鉄道車両１０がレール４０の継ぎ目を通過した時刻、およびレール４０の継ぎ目と送信装置３０との距離を用いて台車毎の移動速度を算出することができる。鉄道車両１０がレール４０の継ぎ目を通過した時刻は、振動測定装置２０によって測定された振動データが予め定められたしきい値を超えた時刻が、鉄道車両１０がレール４０の継ぎ目を通過した時刻として検出される。

実施の形態に係る異常診断システムによれば、車軸軸受毎に回転センサを取り付ける必要がなく、また、レール４０が通常有する継ぎ目を利用して鉄道車両１０の移動速度を算出するため、コストを抑制しながら、異常診断の精度を向上させることができる。

図５および図６は、図３の異常診断システム１００において、振動測定が行なわれる様子を示す図である。図５は、鉄道車両１０の上面方向から鉄道車両１０を見た様子を示し、図５は、鉄道車両１０の側面方向から台車１５を見た様子を示す。図５（ｂ）（図６（ａ））、図６（ｂ）～図６（ｅ）の各時刻をそれぞれｔａ０，ｔ１～ｔ４（ｔａ０＜ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４）とする。図５（ｂ）および図６（ａ）はいずれも時刻ｔａ０の鉄道車両１０の様子を示す。図５および図６において、矢印Ｍ１は、鉄道車両１０の進行方向を示す。

なお、図６に示される台車にもう１つの台車を加えた２つの台車について、後に図１０を用いて説明する。当該２つの台車、該２つの台車に固定された２つの振動測定装置、および複数の車輪１２を区別するために、図６および図１０に示される台車１５、振動測定装置２０、および車輪１２にはアルファベットの添え字が付されている。

図５に示されるように、送信装置３０は、レール４０に沿って継ぎ目Ｇ１から進行方向Ｍ１の反対方向に距離Ｌ１（第１距離）だけ離間して配置されている。送信装置３０は、レール４０上の特定点Ｐ１に向かってトリガ信号Ｔｒｇを送信する。レール４０は、継ぎ目Ｇ１（第１継ぎ目）、および継ぎ目Ｇ２（第２継ぎ目）を有する。継ぎ目Ｇ２は、レール４０に沿って継ぎ目Ｇ１から進行方向Ｍ１に距離Ｌ３（第３距離）だけ離間して配置されている。

図５（ａ）に示される鉄道車両１０は、進行方向Ｍ１の方向に進む。図５（ｂ）および図６（ａ）の時刻ｔａ０（第１受信時刻）において、進行方向Ｍ１に対して台車１５Ａ（第１台車）の前輪である車輪１２Ａが特定点Ｐ１を通過し、振動測定装置２０Ａがトリガ信号Ｔｒｇを受信する。

図６（ａ）に示される台車１５Ａは、進行方向Ｍ１の方向に進む。図６（ｂ）の時刻ｔ１（第１時刻）において、車輪１２Ａが継ぎ目Ｇ１を通過する。振動測定装置２０Ａは、時刻ｔ１において車輪１２Ａが継ぎ目Ｇ１を通過することによって発生した衝撃波形を測定する。図６（ｃ）の時刻ｔ２（第２時刻）において、台車１５Ａの後輪の車輪１２Ｂが継ぎ目Ｇ１を通過する。振動測定装置２０Ａは、時刻ｔ２において車輪１２Ｂが継ぎ目Ｇ１を通過することによって発生した衝撃波形を測定する。

図６（ｄ）の時刻ｔ３（第３時刻）において、車輪１２Ａが継ぎ目Ｇ２を通過する。振動測定装置２０Ａは、時刻ｔ３において車輪１２Ａが継ぎ目Ｇ２を通過することによって発生した衝撃波形を測定する。図６（ｅ）の時刻ｔ４（第４時刻）において、車輪１２Ｂが継ぎ目Ｇ２を通過する。振動測定装置２０Ａは、時刻ｔ４において車輪１２Ｂが継ぎ目Ｇ２を通過することによって発生した衝撃波形を測定する。

図７は、図３の振動測定装置２０の制御部２１０によって行なわれる処理を説明するためのフローチャートである。図９に示されるように、制御部２１０は、Ｓ２０１において初期化処理を行ない、処理をＳ２０２に進める。初期化処理においては、たとえば制御部２１０に含まれるＣＰＵおよび揮発性メモリなどの初期化が行なわれる。制御部２１０は、Ｓ２０２においてトリガ信号を受信したか否かを判定する。トリガ信号を受信した場合（Ｓ２０２においてＹＥＳ）、Ｓ２０３において振動センサ２３０によって測定された振動データを記憶部２４０に保存し、処理をＳ２０２に戻す。

トリガ信号を受信していない場合（Ｓ２０２においてＮＯ）、処理をＳ２０４に進める。制御部２１０は、Ｓ２０４においてユーザによって測定終了操作が行なわれたか否かを判定する。測定終了操作としては、たとえばスイッチ操作である。測定終了操作が行なわれていない場合（Ｓ２０４においてＮＯ）、制御部２１０は処理をＳ２０２に戻す。測定終了操作が行なわれた場合（Ｓ２０４においてＹＥＳ）、制御部２１０は処理を終了する。

図８は、図３の送信装置３０の制御部において行なわれる処理の流れを示すためのフローチャートである。図８に示されるように送信装置３０の制御部はＳ３０１において初期化処理を行ない、処理をＳ３０２に進める。送信装置３０の制御部はＳ３０２においてトリガ信号を送信し、処理をＳ３０３に進める。送信装置３０の制御部はＳ３０３においてユーザによって送信終了操作が行なわれたか否かを判定する。送信終了操作は、たとえばスイッチ操作である。ユーザによって送信終了操作が行なわれていない場合（Ｓ３０３においてＮＯ）、処理をＳ３０２に戻す。ユーザによって送信終了操作が行なわれた場合（Ｓ３０３においてＹＥＳ）、送信装置３０の制御部は処理を終了する。

解析装置４００は、以下の式（１）～（４）に基づいて、台車１５Ａ（あるいは車輪１２Ａに対応する車軸軸受）の移動速度Ｖ１（第１移動速度）、移動速度Ｖ２（第２移動速度）、移動速度Ｖ３（第３移動速度）、移動速度Ｖ４（第４移動速度）をそれぞれ算出する。

Ｖ１＝Ｌ１／（ｔ１－ｔａ０） …（１）
Ｖ２＝Ｌ２／（ｔ２－ｔ１） …（２）
Ｖ３＝Ｌ３／（ｔ３－ｔ２） …（３）
Ｖ４＝Ｌ２／（ｔ４－ｔ３） …（４）
移動速度Ｖ１は、時刻ｔａ０からｔ１までの台車１５Ａの移動速度である。移動速度Ｖ２は、時刻ｔ１からｔ２までの台車１５Ａの移動速度である。移動速度Ｖ３は、時刻ｔ２からｔ３までの台車１５Ａの移動速度である。移動速度Ｖ４は、時刻ｔ３からｔ４までの台車１５Ａの移動速度である。

解析装置４００は、移動速度Ｖ１～Ｖ４をそれぞれ以下の式（５）～（８）で表される時刻ｔａ１～ｔａ４における移動速度とする。

ｔａ１＝（ｔ１－ｔａ０）／２ …（５）
ｔａ２＝（ｔ２－ｔ１）／２ …（６）
ｔａ３＝（ｔ３－ｔ２）／２ …（７）
ｔａ４＝（ｔ４－ｔ３）／２ …（８）
図９は、図６の振動測定装置２０Ａによって測定された振動データの波形、および時刻と鉄道車両１０の移動速度との関係Ｖａ（ｔ）を併せて示す図である。図９において、しきい値Ａｔｈ（＞０）は、振動測定装置２０Ａによって測定された振動データにおいて衝撃波形を検出するためのしきい値である。図９において時刻ｔａ５は、振動測定装置２０Ａによる振動測定の終了時刻である。

図９に示されるように、時刻ｔ１は、振動データの振幅の絶対値が最初にしきい値Ａｔｈを超えた時刻である。時刻ｔ２は、振動データの振幅の絶対値が時刻ｔ１の次にしきい値Ａｔｈを超えた時刻である。時刻ｔ３は、振動データの振幅の絶対値が時刻ｔ２の次にしきい値Ａｔｈを超えた時刻である。時刻ｔ４は、振動データの振幅の絶対値が時刻ｔ３の次にしきい値Ａｔｈを超えた時刻である。しきい値Ａｔｈは、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜算出することができる。

なお、解析装置４００は、車軸軸受１１０の異常診断にあたっては、衝撃波形を含まない区間の振動データを用いて周波数解析を行う。たとえば、解析装置４００は、しきい値Ａｔｈを超えた時刻を含む所定の期間のデータを衝撃波形のデータとして、２つの衝撃波形に挟まれた区間の振動データを用いて周波数解析を行う。

解析装置４００は、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４を検出し、式（１）～（４）を用いて移動速度Ｖ１～Ｖ４をそれぞれ算出するとともに、式（５）～（８）を用いて時刻ｔａ１～ｔａ４をそれぞれ算出する。解析装置４００は、移動速度Ｖ１～Ｖ４および時刻ｔａ１～ｔａ４を用いて、時刻と鉄道車両１０の移動速度との関係Ｖａ（ｔ）を算出する。関係Ｖａ（ｔ）は、時刻ｔａ０～ｔａ１，ｔａ１～ｔａ２，ｔａ２～ｔａ３，ｔａ３～ｔａ４，ｔａ４～ｔａ５の各区間の時刻と移動速度との関係を補完する近似式である。

解析装置４００は、移動速度Ｖ１～Ｖ４および車輪径Ｒ１を用いて回転周波数Ｆｒを算出する。解析装置４００は、以下の式（９）～（１１）に基づいて、内輪１１２に対する転動体１１８の通過周波数Ｆｉ、外輪１１４に対する転動体１１８の通過周波数Ｆｏ、および転動体１１８の自転周波数Ｆｂを算出する。

Ｆｉ＝（Ｆｒ／２）×（１＋（ｄ／Ｄ）×ｃｏｓα）×ｚ …（９）
Ｆｏ＝（Ｆｒ／２）×（１－（ｄ／Ｄ）×ｃｏｓα）×ｚ …（１０）
Ｆｂ＝（Ｆｒ／２）×（Ｄ／ｄ）（１－（ｄ／Ｄ）^２×ｃｏｓ^２α） …（１１）
式（９）～（１１）において、「Ｆｒ」は回転周波数（Ｈｚ）、「ｄ」は転動体の直径（ｍｍ）、「Ｄ」はピッチ円直径（ｍｍ）、「α」は接触角度、「ｚ」は転動体数を示す。また、第ｎ次（ｎは自然数）の各周波数は、それぞれｎ×Ｆｉ，ｎ×Ｆｏ，ｎ×Ｆｂと表すことができる。

解析装置４００は、衝撃波形が除かれた振動データを用いて車軸軸受１１０の異常診断を行う。具体的には、解析装置４００は、回転周波数Ｆｒ、通過周波数Ｆｉ、通過周波数Ｆｏ、および自転周波数Ｆｂを用いて、車軸軸受１１０の損傷の有無、および損傷部位の判定を行なう。

実施の形態に係る異常診断システムにおいては、１台の台車の振動データを用いて時刻と鉄道車両との関係を近似する場合について説明した。時刻と鉄道車両との近似式の精度を高めるために、複数台の台車の振動データを用いて当該近似式を導出することが好ましい。

図１０は、図３の異常診断システム１００において、２つの台車１５Ａ，１５Ｂの振動測定が行なわれる様子を示す図である。図１０（ａ）の時刻は、図６（ａ）と同じ時刻ｔａ０である。図１０（ｂ）～図１０（ｄ）の各時刻をそれぞれｔｂ０，ｔ５，ｔ６（ｔａ０＜ｔｂ０＜ｔ５＜ｔ６）とする。

図１０（ａ）に示されるように、台車１５Ｂ（第２台車）の２つの車軸間の間隔も台車１５Ａと同様に距離Ｌ２である。進行方向Ｍ１に対して台車１５Ｂの前輪である車輪１２Ｃの軸箱に振動測定装置２０Ｂが固定されている。台車１５Ｂは、台車１５Ａに後続している。

図１０（ａ）に示される鉄道車両１０は、進行方向Ｍ１の方向に進む。図１０（ｂ）の時刻ｔｂ０（第２受信時刻）において、車輪１２Ｃが特定点を通過し、振動測定装置２０Ｂがトリガ信号Ｔｒｇを受信する。

図１０（ｃ）の時刻ｔ５（第５時刻）において、車輪１２Ｃが継ぎ目Ｇ１を通過する。振動測定装置２０Ｂは、時刻ｔ５において車輪１２Ｃが継ぎ目Ｇ１を通過することによって発生した衝撃波形を測定する。図１０（ｄ）の時刻ｔ６（第６時刻）において、台車１５Ｂの後輪の車輪１２Ｄが継ぎ目Ｇ１を通過する。振動測定装置２０Ｂは、時刻ｔ６において車輪１２Ｄが継ぎ目Ｇ１を通過することによって発生した衝撃波形を測定する。

図１０には図示していないが、時刻ｔ７（第７時刻）において、車輪１２Ｃが継ぎ目Ｇ２を通過する。振動測定装置２０Ｂは、時刻ｔ７（＞ｔ６）において車輪１２Ｃが継ぎ目Ｇ２を通過することによって発生した衝撃波形を測定する。時刻ｔ８（第８時刻）において、車輪１２Ｄが継ぎ目Ｇ２を通過する。振動測定装置２０Ｂは、時刻ｔ８（＞ｔ７）において車輪１２Ｄが継ぎ目Ｇ２を通過することによって発生した衝撃波形を測定する。

解析装置４００は、以下の式（１２）～（１５）に基づいて、台車１５Ｂ（あるいは車輪１２Ｃに対応する車軸軸受）の移動速度Ｖ５（第５移動速度）、移動速度Ｖ６（第６移動速度）、移動速度Ｖ７（第７移動速度）、移動速度Ｖ８（第８移動速度）をそれぞれ算出する。

Ｖ５＝Ｌ１／（ｔ５－ｔｂ０） …（１２）
Ｖ６＝Ｌ２／（ｔ６－ｔ５） …（１３）
Ｖ７＝Ｌ３／（ｔ７－ｔ６） …（１４）
Ｖ８＝Ｌ２／（ｔ８－ｔ７） …（１５）
移動速度Ｖ５は、時刻ｔｂ０からｔ５までの台車１５Ｂの移動速度である。移動速度Ｖ６は、時刻ｔ５からｔ６までの台車１５Ｂの移動速度である。移動速度Ｖ７は、時刻ｔ６からｔ７までの台車１５Ｂの移動速度である。移動速度Ｖ８は、時刻ｔ７からｔ８までの台車１５Ｂの移動速度である。

解析装置４００は、移動速度Ｖ５～Ｖ８をそれぞれ以下の式（１６）～（１９）で表される時刻ｔｂ１～ｔｂ４における移動速度とする。

ｔｂ１＝（ｔ５－ｔｂ０）／２ …（１６）
ｔｂ２＝（ｔ６－ｔ５）／２ …（１７）
ｔｂ３＝（ｔ７－ｔ６）／２ …（１８）
ｔｂ４＝（ｔ８－ｔ７）／２ …（１９）
図１１は、図１０の振動測定装置２０Ｂによって測定された振動データの波形、および時刻ｔｂ１～ｔｂ４と移動速度Ｖ５～Ｖ８との対応を併せて示す図である。図１１において、時刻ｔｂ５は、振動測定装置２０Ｂによる振動測定の終了時刻である。

図１１に示されるように、時刻ｔ５は、振動データの振幅の絶対値が最初にしきい値Ａｔｈを超えた時刻である。時刻ｔ６は、振動データの振幅の絶対値が時刻ｔ５の次にしきい値Ａｔｈを超えた時刻である。時刻ｔ７は、振動データの振幅の絶対値が時刻ｔ６の次にしきい値Ａｔｈを超えた時刻である。時刻ｔ８は、振動データの振幅の絶対値が時刻ｔ７の次にしきい値Ａｔｈを超えた時刻である。

解析装置４００は、時刻ｔ５，ｔ６，ｔ７，ｔ８を検出し、式（１２）～（１５）を用いて移動速度Ｖ５～Ｖ８をそれぞれ算出するとともに、式（１６）～（１９）を用いて時刻ｔｂ１～ｔｂ４をそれぞれ算出する。

図１２は、図９に示される台車１５Ａに関するデータ、図１１に示される台車１５Ｂに関するデータ、ならびに時刻と鉄道車両１０の移動速度との関係Ｖｂ（ｔ）を併せて示す図である。解析装置４００は、移動速度Ｖ１～Ｖ８および時刻ｔａ１～ｔａ４，ｔｂ１～ｔｂ４を用いて、時刻と鉄道車両１０の移動速度との関係Ｖｂ（ｔ）を算出する。

実施の形態に係る異常診断システムにおいては、振動測定装置の記憶部は着脱可能に構成されている場合、および当該記憶部が解析装置に有線接続される場合について説明した。図１３に示される実施の形態の変形例に係る異常診断システム１００Ａのように、振動測定装置２４の記憶部２４０に保存されたデータが通信部２６０によって解析装置４００あるいは外部端末に送信されてもよい。無線通信としては、Ｗｉ‐Ｆｉ（Wireless-Fidelity，登録商標）、無線ＰＡＮ（Personal Area Network）、あるいは近接無線通信を挙げることができる。近接無線通信としては、トランスファージェット（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）、ＲＦ－ＩＤ（Radio Frequency IDentification）、およびＩｒＤＡ（Infrared Data Association）を挙げることができる。

以上、実施の形態に係る異常診断システムによれば、コストを抑制しながら、異常診断の精度を向上させることができる。

今回開示された実施の形態および変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０鉄道車両、１１軸箱、１２，１２Ａ～１２Ｄ車輪、１３車軸、１４ボルト、１５，１５Ａ，１５Ｂ台車、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２４振動測定装置、３０送信装置、４０レール、１００，１００Ａ異常診断システム、１１０車軸軸受
１１２内輪、１１４外輪、１１６保持器、１１８転動体、２１０制御部、２２０受信部、２３０振動センサ、２４０記憶部、２５０電源部、２６０通信部、４００解析装置。

Claims

第１継ぎ目を有する軌道に沿って移動する対象物に固定されて前記対象物の振動を測定する第１振動測定装置と、
前記軌道上の特定点に向かってトリガ信号を送信する送信装置と、
前記第１振動測定装置によって測定された第１振動データを解析する解析装置とを備え、
前記送信装置は、前記軌道に沿って前記第１継ぎ目から第１距離だけ離間して配置され、
前記第１振動測定装置は、前記送信装置からトリガ信号を受信することに応じて振動測定を開始し、
前記解析装置は、前記トリガ信号が前記第１振動測定装置によって受信された第１受信時刻、前記第１振動データが最初にしきい値を超えた第１時刻、および前記第１距離を用いて前記第１受信時刻から前記第１時刻までの前記対象物の第１移動速度を算出し、前記第１移動速度を用いて前記対象物の異常診断を行なう、異常診断システム。
前記対象物は、鉄道車両の車軸軸受であり、
前記鉄道車両は、
第１車軸および第２車軸を含む第１台車と、
前記第１車軸の両端部にそれぞれ取り付けられた第１車輪および第２車輪と、
前記第２車軸の両端部にそれぞれ取り付けられた第３車輪および第４車輪と、
前記第１車軸を回転可能に支持する第１車軸軸受と、
前記第２車軸を回転可能に支持する第２車軸軸受とを備え、
前記第１車軸と前記第２車軸との間の距離は、第２距離であり、
前記第１振動測定装置は、前記第１車軸軸受に固定されており、
前記解析装置は、前記第１時刻、前記第１時刻の次に前記第１振動データが前記しきい値を超えた第２時刻、および前記第２距離を用いて、前記第１時刻から前記第２時刻までの前記第１車軸軸受の第２移動速度を算出する、請求項１に記載の異常診断システム。
前記軌道は、第２継ぎ目をさらに有し、
前記第１継ぎ目と前記第２継ぎ目との間の距離は、第３距離であり、
前記解析装置は、
前記第２時刻、前記第２時刻の次に前記第１振動データが前記しきい値を超えた第３時刻、および前記第３距離を用いて、前記第２時刻から前記第３時刻までの前記第１車軸軸受の第３移動速度を算出し、
前記第３時刻、前記第３時刻の次に前記第１振動データが前記しきい値を超えた第４時刻、および前記第２距離を用いて、前記第３時刻から前記第４時刻までの前記第１車軸軸受の第４移動速度を算出し、
前記第１～第４移動速度を用いて、前記第１受信時刻から前記第１振動測定装置による振動測定の終了時刻までの、時刻と前記鉄道車両の移動速度との関係を導出する、請求項２に記載の異常診断システム。
前記鉄道車両は、
第３車軸および第４車軸を含む第２台車と、
前記第３車軸の両端部にそれぞれ取り付けられた第５車輪および第６車輪と、
前記第４車軸の両端部にそれぞれ取り付けられた第７車輪および第８車輪と、
前記第３車軸を回転可能に支持する第３車軸軸受と、
前記第４車軸を回転可能に支持する第４車軸軸受とをさらに備え、
前記第３車軸と前記第４車軸との間の距離は、前記第２距離であり、
前記異常診断システムは、前記第３車軸に固定された第２振動測定装置をさらに備え、
前記第２振動測定装置は、前記送信装置からトリガ信号を受信することに応じて振動測定を開始し、
前記第２振動測定装置がトリガ信号を受信した第２受信時刻は、前記第１受信時刻よりも遅く、
前記解析装置は、
前記第２振動測定装置によって測定された第２振動データを解析し、
前記第２受信時刻、前記第２振動データが最初に前記しきい値を超えた第５時刻、および前記第１距離を用いて前記第２受信時刻から前記第５時刻までの前記第３車軸軸受の第５移動速度を算出し、
前記第５時刻、前記第５時刻の次に前記第２振動データが前記しきい値を超えた第６時刻、および前記第２距離を用いて、前記第５時刻から前記第６時刻までの前記第３車軸軸受の第６移動速度を算出し、
前記第６時刻、前記第６時刻の次に前記第２振動データが前記しきい値を超えた第７時刻、および前記第３距離を用いて、前記第６時刻から前記第７時刻までの前記第３車軸軸受の第７移動速度を算出し、
前記第７時刻、前記第７時刻の次に前記第２振動データが前記しきい値を超えた第８時刻、および前記第２距離を用いて、前記第７時刻から前記第８時刻までの前記第３車軸軸受の第８移動速度を算出し、
前記第１～第８移動速度を用いて、前記第１受信時刻から前記第２振動測定装置による振動測定の終了時刻までの、時刻と前記鉄道車両の移動速度との関係を導出する、請求項３に記載の異常診断システム。
前記第１～第４車輪の各々は、特定車輪径を有し、
前記第１車軸軸受は、前記第１車軸の外周面に沿って回転するように構成された複数の転動体を含み、
前記解析装置は、前記第１移動速度および前記特定車輪径を用いて前記第１車軸の回転周波数を算出し、
前記解析装置は、前記第１振動データの周波数分析を行ない、前記回転周波数および前記第１車軸軸受の諸元を用いて算出された前記複数の転動体の通過周波数および前記複数の転動体の自転周波数を用いて、前記第１車軸軸受の損傷の有無、および損傷部位の判定を行なう、請求項２～４のいずれか１項に記載の異常診断システム。
前記第１振動測定装置は、
振動センサと、
前記送信装置からのトリガ信号を受ける受信部と、
前記第１振動データが保存される記憶部とを備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の異常診断システム。
前記送信装置は、トリガ信号として赤外光を送信し、
前記受信部は、受光素子を含む、請求項６に記載の異常診断システム。
前記送信装置は、トリガ信号として電波を送信する、請求項６に記載の異常診断システム。
前記記憶部は、着脱可能に構成されている、請求項６～８のいずれか１項に記載の異常診断システム。
前記第１振動測定装置は、前記第１振動データを前記第１振動測定装置の外部に送信する通信部をさらに備える、請求項６～９のいずれか１項に記載の異常診断システム。