WO2017145572A1 - 鉄道車両の軸受監視装置 - Google Patents

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WO2017145572A1
WO2017145572A1 PCT/JP2017/001319 JP2017001319W WO2017145572A1 WO 2017145572 A1 WO2017145572 A1 WO 2017145572A1 JP 2017001319 W JP2017001319 W JP 2017001319W WO 2017145572 A1 WO2017145572 A1 WO 2017145572A1
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bearing
vehicle
vehicle body
sensor
temperature
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PCT/JP2017/001319
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武宏 西村
與志 佐藤
圭市郎 加村
雅幸 三津江
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川崎重工業株式会社
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    • B61K9/04—Detectors for indicating the overheating of axle bearings and the like, e.g. associated with the brake system for applying the brakes in case of a fault
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
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    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/10—Railway vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a bearing monitoring device for a railway vehicle that monitors a bearing of a carriage that supports a vehicle body.
  • an object of the present invention is to reduce apparatus cost and installation work in an apparatus that monitors the state of the bearing by acquiring the bearing load and / or rotational speed together with the temperature of the bearing.
  • a bearing monitoring device for a railway vehicle is a bearing monitoring device for a railway vehicle in which a plurality of vehicles having a vehicle body and a carriage are connected to each other.
  • a bearing temperature sensor that directly or indirectly detects a temperature of the bearing
  • at least one state sensor that is provided in at least one of the vehicle bodies of the plurality of vehicles and is used for calculating a load or a rotational speed of the bearing
  • a storage device that is provided in at least one vehicle body of a plurality of vehicles and stores data of each signal detected by the bearing temperature sensor and the state sensor.
  • the state sensor used for calculating the load or rotation speed of the bearing is provided on the vehicle body instead of the carriage, it is not necessary to attach the state sensor to each bearing, and between the storage device and the state sensor. Therefore, it is not necessary to wire the communication line to the carriage, and the apparatus cost and installation work can be reduced.
  • the apparatus cost and installation work can be reduced in an apparatus that monitors the state of the bearing by acquiring the bearing load and / or rotational speed together with the bearing temperature.
  • FIG. 1 is a figure which shows the relationship between the 1st variable threshold value of the temperature value which is a monitoring value, and a load / rotation speed.
  • B is a figure which shows the relationship between the 2nd variable threshold value of the temperature increase rate which is a monitoring value, and a load / rotation speed. It is an example of the distribution which shows the operation
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a train organization 1 equipped with a railcar bearing monitoring device 10 according to an embodiment.
  • train formation 1 is adjacent to first vehicle 11, second vehicle 12 adjacent to first vehicle 11, third vehicle 13 adjacent to second vehicle 12, and third vehicle 13. 4th vehicle 14 to be provided.
  • the train formation 1 is formed by connecting these vehicles 11 to 14 in series via a connector C.
  • FIG. 1 only four of five or more trains are illustrated, but the number of vehicles to be trained is not limited to this.
  • the first vehicle 11 includes a first vehicle body 21 and a pair of first carts 31F and 31R that are disposed near both longitudinal ends of the first vehicle body 21 and support the first vehicle body 21.
  • the second vehicle 12 includes a second vehicle body 22 and a pair of second carriages 32 ⁇ / b> F and 32 ⁇ / b> R that are disposed near both longitudinal ends of the second vehicle body 22 and support the second vehicle body 22.
  • the third vehicle 13 includes a third vehicle body 23 and a pair of third carriages 33 ⁇ / b> F and 33 ⁇ / b> R that are disposed near both ends of the third vehicle body 23 in the longitudinal direction and support the third vehicle body 23.
  • the fourth vehicle 14 includes a fourth vehicle body 24 and a pair of fourth carriages 34 ⁇ / b> F and 34 ⁇ / b> R that are disposed near both ends of the fourth vehicle body 24 in the longitudinal direction and support the fourth vehicle body 24.
  • first to fourth air springs 71 to 74 are interposed between the vehicle bodies 21 to 24 and the carts 31F to 34F, 31R to 34R, respectively.
  • the train organization 1 is equipped with a railway vehicle bearing monitoring device 10.
  • the bearing monitoring device 10 monitors the temperature, load load (hereinafter simply referred to as load), and rotational speed of the bearings BR in the axle boxes BX of the carriages 31F to 34F and 31R to 34R, and detects an abnormality in the bearings BR. Device.
  • the bearing monitoring device 10 includes first to fourth bearing temperature sensors 41F to 44F, 41R to 44R, first to fourth wireless transmitters 51F to 54F, 51R to 54R, first and second wireless receivers 61F, 61R, 63F, 63R, first and second data processing devices 81, 83 incorporating first and second acceleration sensors 91, 93 (state sensors), and first and second air spring pressure sensors 101, 103 ( A state sensor) and first and second ambient temperature sensors 111 and 113.
  • the first to fourth bearing temperature sensors 41F to 44F, 41R to 44R are provided in the respective axle boxes BX of the first to fourth carriages 31F to 34F, 31R to 34R, and the temperature of the bearing BR in the axle box BX is measured. To detect. That is, four bearing temperature sensors are installed for each carriage, and the temperature of all the bearings of each carriage is detected. Each of the bearing temperature sensors 41F to 44F and 41R to 44R is in contact with the bearing BR and directly detects the temperature of the bearing BR. However, each of the bearing temperature sensors 41F to 44F and 41R to 44R detects the temperature of the bearing BR indirectly by contacting the axle box BX without contacting the bearing BR and detecting the temperature of the axle box BX. It is good.
  • the first to fourth radio transmitters 51F to 54F, 51R to 54R are provided in each axle box BX corresponding to the first to fourth bearing temperature sensors 41F to 44F and 41R to 44R, respectively, and each bearing temperature sensor 41F. Sensor signals including temperature information detected by 44F and 41R-44R are wirelessly transmitted.
  • the wireless transmitter is housed in the same housing together with the bearing temperature sensor, and the housing is attached to the axle box, and the number of wireless transmitters per vehicle is four as with the bearing temperature sensor. It is said.
  • the first radio receivers 61F and 61R are provided one at the front and the rear of the first vehicle body 21, and the second radio receivers 63F and 63R are provided one at the front and the rear of the third vehicle body 23, respectively. It is done.
  • the wireless receiver is provided every other vehicle, and the second vehicle 12 and the fourth vehicle 14 are not provided with the wireless receiver. That is, the train organization 1 is formed by connecting every other vehicle on which a wireless receiver is installed.
  • the first radio receiver 61F is provided at a lower portion of one end portion in the longitudinal direction of the first vehicle body 21, and the first radio receiver 61R is provided at a lower portion of the other end portion in the longitudinal direction of the first vehicle body 21.
  • the second radio receiver 63F is provided at a lower portion of one end portion in the longitudinal direction of the third vehicle body 23, and the second radio receiver 63R is provided at a lower portion of the other end portion in the longitudinal direction of the third vehicle body 23.
  • the first wireless receiver 61F receives sensor signals wirelessly transmitted from the four wireless transmitters 51F.
  • the first wireless receiver 61R receives sensor signals wirelessly transmitted from the four first wireless transmitters 51R and the four second wireless transmitters 52F. That is, the first radio receiver 61R receives the sensor signals of the first carriage 31R of the host vehicle and the sensor signals of the second carriage 32F of the adjacent vehicle.
  • the second wireless receiver 63F also receives sensor signals wirelessly transmitted from the four second wireless transmitters 52R and the fourth three wireless transmitters 53F.
  • the second wireless receiver 63R also receives sensor signals wirelessly transmitted from the four third wireless transmitters 53R and the four fourth wireless transmitters 54F.
  • the first data processing device 81 is provided on the first vehicle body 21, and the second data processing device 83 is provided on the third vehicle body 23.
  • the second vehicle 12 and the fourth vehicle 14 are not provided with a data processing device. That is, the data processing device is provided in the same vehicle as the vehicle provided with the wireless receiver connected to the data processing device.
  • the first data processing device 81 is connected to the first radio receivers 61F and 61R via a communication line.
  • the second data processing device 83 is connected to the second radio receivers 63F and 63R via a communication line.
  • the data stored in the first and second data processing devices 81 and 83 can be accessed from the outside.
  • the first and second data processing devices 81 and 83 are connected via a communication line, a recording medium, etc. (not shown). The data can be extracted.
  • the first data processing device 81 has a housing 121 attached to the first vehicle body 21 and is disposed under the floor of the first vehicle body 21.
  • the second data processing device 83 has a housing 123 attached to the third vehicle body 23 and is disposed under the floor of the third vehicle body 23.
  • the data processing devices 81 and 83 are provided at positions close to both the bearing temperature sensors 41F to 44F and 41R to 44R and the air spring pressure sensors 101 and 103, the device cost and installation work can be reduced. At the same time, communication stability can be improved.
  • the first acceleration sensor 91 is accommodated in the casing 121 of the first data processing apparatus 81
  • the second acceleration sensor 93 is accommodated in the casing 123 of the second data processing apparatus 83.
  • the acceleration sensors 91 and 93 detect acceleration in the vehicle longitudinal direction, that is, acceleration in the vehicle traveling direction. As will be described later, the acceleration sensors 91 and 93 are used in the first and second data processing devices 81 and 83 to calculate the rotational speeds of the bearings BR of the carriages 31F to 34F and 31R to 34R.
  • the first air spring pressure sensor 101 is provided in the first vehicle body 21, and detects the internal pressure value of the first air spring 71 interposed between the first vehicle body 21 and the first carriage 31F.
  • the second air spring pressure sensor 103 is provided in the third vehicle body 23 and detects the internal pressure value of the third air spring 73 interposed between the third vehicle body 23 and the third carriage 33F.
  • the first air spring pressure sensor 101 is connected to the first data processing device 81, and the second air spring pressure sensor 103 is connected to the second data processing device 83.
  • the first air spring pressure sensor 101 is used in the first data processing device 81 to calculate the load of each bearing BR of the first carriage 31F, 31R.
  • the second air spring pressure sensor 103 is used in the second data processing device 83 to calculate the load of each bearing BR of the third carriages 33F and 33R.
  • the sensors 91, 93, 101, 103 used for calculating the rotational speed and load of the bearing BR are provided not on the carriage but on the vehicle body. Therefore, the sensors 91, 93, 101, 103 are used as individual bearings BR.
  • the communication lines between the sensors 91, 93, 101, 103 and the data processing devices 81, 83 can be omitted from the carriage, and the apparatus cost and installation work can be reduced.
  • the first and second ambient temperature sensors 111 and 113 are connected to the first and second data processing devices 81 and 83, respectively, and detect the ambient temperature outside the train 1 of the train.
  • the first and second atmospheric temperature sensors 111 and 113 are disposed below the first and second data processing devices 81 and 83 via the casings 121 and 123 of the first and second data processing devices 81 and 83, for example. Is done.
  • the ambient temperature sensors 111 and 113 are sufficiently separated downward from the floors of the vehicle bodies 21 and 23, and the data processing devices 81 and 83 are interposed between the vehicle bodies 21 and 23 and the ambient temperature sensors 111 and 113. Therefore, the thermal influence on the ambient temperature sensors 111 and 113 due to the heat radiated from the vehicle bodies 21 and 23 can be suppressed.
  • FIG. 2 is a block diagram of the bearing monitoring apparatus 10 shown in FIG.
  • the configuration mounted on the first vehicle 11 and the configuration mounted on the third vehicle 13 are substantially the same, and therefore, the configuration is mounted on the third vehicle 13 as a representative in FIG. 2.
  • the configuration will be described.
  • the data processing device 83 includes a data processing unit 200 and an acceleration sensor 93 in the housing 123.
  • the data processing unit 200 includes a processor, a volatile memory, a nonvolatile memory, an I / O interface, and the like.
  • the data processing unit 200 includes a reception unit 201, a storage unit 202, a diagnosis unit 203, and an output unit 204.
  • the receiving unit 201 and the output unit 204 are realized by an I / O interface.
  • the storage unit 202 is realized by a volatile memory and a nonvolatile memory.
  • the diagnosis unit 203 is realized by the processor performing arithmetic processing using the volatile memory in accordance with a program stored in the nonvolatile memory.
  • the receiving unit 201 receives information on each temperature of the 16 bearings BR received by the wireless receivers 63F and 63R from the wireless transmitters 52R, 53F, 53R, and 54F.
  • the receiving unit 201 receives acceleration data in the vehicle traveling direction from the acceleration sensor 93.
  • the receiving unit 201 receives data on the internal pressure value of the air spring 73 from the air spring pressure sensor 103.
  • the receiving unit 201 also receives ambient temperature data outside the vehicle from the ambient temperature sensor 113.
  • the storage unit 202 stores each data received by the receiving unit 201.
  • the diagnosis unit 203 diagnoses the state of all the bearings BR of the four carriages 32R, 33F, 33R, and 34F based on each data stored in the storage unit 202.
  • the output unit 204 outputs the result determined by the diagnosis unit 203 in a predetermined manner (for example, transmission, display, sound, etc.).
  • FIG. 3 is a flowchart of the diagnosis process of the bearing monitoring apparatus 10 shown in FIG.
  • the diagnosis unit 203 calculates a monitoring value for monitoring the state of each bearing BR from each bearing temperature data received by the receiving unit 201 (step S1). Specifically, the diagnosis unit 203 is obtained by subtracting the ambient temperature T 0 detected by the ambient temperature sensor 113 from each bearing temperature T n (n is an integer of 1 to 16) received by the reception unit 201. Each temperature value ⁇ T n is calculated as a first monitoring value. Thereby, it can prevent that the precision of abnormality detection falls by the fluctuation
  • the diagnosis unit 203 calculates each temperature increase rate (d / dt) ⁇ ⁇ T n that is a positive time change rate of each bearing temperature T n received by the reception unit 201 as the second monitoring value.
  • the diagnosis unit 203 calculates the vertical load F applied to each bearing BR using the internal pressure value P of the air spring 73 detected by the air spring pressure sensor 103 (step S2). Specifically, the diagnosis unit 203 calculates the load F of the bearing BR by the following formula 1.
  • A is a pressure receiving area of the air spring
  • W is a weight of a member (for example, a bogie frame) interposed between the air spring and the bearing in the bogie.
  • F (P ⁇ A + W / 2) / 2 (Equation 1)
  • the internal pressure value of the air spring 71 of the first vehicle 11 is used as the internal pressure value of the air spring 72 on the first vehicle 11 side, and each air spring of the second vehicle 12 is used.
  • 72 by using the internal pressure value of the air spring 73 of the third vehicle 13 as the internal pressure value of the air spring 72 on the third vehicle 13 side, an increase in wiring between vehicles is prevented, and the apparatus cost and installation work are reduced. Can be reduced.
  • the diagnosis unit 203 determines whether or not the first monitoring value (temperature value ⁇ T n ) is equal to or less than the fixed threshold values TH X1 and TH X2 (TH X1 ⁇ TH X2 ), and the second monitoring value (temperature). It is determined whether the rate of increase (d / dt) ⁇ ⁇ T n ) is equal to or less than a fixed threshold TH Y1 , TH Y2 (TH Y1 ⁇ TH Y2 ) (step S4).
  • the diagnosis unit 203 determines that the temperature value ⁇ T has exceeded the fixed threshold value TH X1 , and if the determination is a predetermined number of times or a predetermined time or more (step S5), the diagnosis is a mild abnormality. A determination is made to output a minor abnormality from the output unit 204 (step S6), and the recording is performed in the storage unit 202 (step S10).
  • the diagnosis unit 203 determines that the temperature value ⁇ T n has exceeded the fixed threshold value TH X2 , and if the determination has reached a predetermined number of times or a predetermined time or more (step S5), determines that the abnormality is severe and outputs it.
  • the unit 204 outputs a notice of a serious abnormality (step S6) and records it in the storage unit 202 (step S10).
  • the diagnosis unit 203 determines that the temperature increase rate (d / dt) ⁇ ⁇ T n exceeds the fixed threshold value TH Y1 / TH Y2 , and when the determination reaches a predetermined number of times or a predetermined time or more. (Step S5), it is determined that the abnormality is minor / severe, and an output for notifying the abnormality is output from the output unit 204 (Step S6), and the recording is performed in the storage unit 202 (Step S10). As described above, when an abnormality is detected with the fixed threshold value in steps S4 to S6, the process jumps to step S10 without comparing the monitoring value and the variable threshold value described later (step S7).
  • the diagnosis unit 203 determines that the first monitoring value (temperature value ⁇ T n ) is the first variable threshold value TH. It determines whether or not a following, and determines a second monitoring value (temperature increase rate (d / dt) ⁇ ⁇ T n ) is to or smaller than a second variable threshold TH b (step S7) .
  • variable threshold TH a when setting the TH b, advance to a specific bearing load distribution indicating the operation results in the frequency of actual running is not obtained monitoring value train set 1 (temperature value / rate of temperature rise) Each value is generated for each rotation speed (see FIG. 5), and a value selected from the range of ⁇ to 3 ⁇ among the occurrence frequencies of the monitored values is determined as the variable threshold values TH a and TH b .
  • variable thresholds TH a and TH b may be stored in the storage unit 202 as a three-dimensional table, or may be obtained by an arithmetic expression using the load and rotation speed of the bearing as inputs.
  • the variable threshold TH a, TH b are as load F / rotational speed N increases, is exemplified shall reduce to a linear function like, may be reduced to a non-linear function form, decreased stepwise May be. That is, the variable threshold values TH a and TH b are set to be smaller when the load F / rotational speed N is the first value than when the load F / rotational speed N is the first value. That's fine.
  • the diagnosis unit 203 when the first monitoring value (temperature value [Delta] T) is determined to have exceeded the first variable threshold TH a, and, where the determination is a predetermined number of times or for a predetermined time or more ( In step S8), it is determined that the abnormality is minor, and the output unit 204 outputs a notification indicating the minor abnormality (step S9), and the recording is performed in the storage unit 202 (step S10).
  • the diagnosis unit 203 determines that the second monitoring value (temperature increase rate (d / dt) ⁇ ⁇ T n ) has exceeded the second variable threshold TH b , and the determination is performed a predetermined number of times.
  • step S8 when the predetermined time has elapsed (step S8), it is determined that the abnormality is minor, and an output for notifying the abnormality is output from the output unit 204 (step S9), and the recording is performed in the storage unit 202 (step 10). .
  • the diagnosis unit 203 decreases the variable thresholds TH a and TH b so that the abnormal temperature of the bearing BR is reduced. The rise can be detected early.
  • the load F / rotational speed N of the bearing BR increases and the bearing BR is easily overheated
  • the normal temperature rise of the bearing BR is erroneously detected as abnormal by increasing the variable thresholds TH a and TH b. Can be prevented.
  • the diagnosis unit 203 determines that an abnormality has occurred when either the temperature value or the temperature increase rate exceeds the variable threshold, the abnormal temperature increase of the bearing BR can be detected earlier. For example, even if the temperature value does not exceed the variable threshold value, if the rate of temperature rise exceeds the variable threshold value, an abnormality can be detected, and a sign of failure can be detected earlier than when only the temperature value is monitored. Can do.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the configuration can be changed, added, or deleted.
  • one air spring pressure sensor is provided for each vehicle, and the internal pressure value of each air spring of the pair of carriages is calculated.
  • an air spring pressure sensor may be provided for each air spring.
  • the data processing devices of the first and third vehicles are configured not to receive the actual internal pressure value data of the air springs of the second and fourth vehicles, but the internal pressure value data of the air springs of the second and fourth vehicles are It is good also as a structure which inputs to 2 data processing apparatus of a 1st and 3rd vehicle respectively by a wire or radio
  • the acceleration sensor is provided for each data processing device, one acceleration sensor may be provided for train formation, and each data processing device may share acceleration information detected by the acceleration sensor.
  • the ambient temperature sensor may be housed in the housing of the data processing device.
  • the ambient temperature sensor may be disposed below the data processing unit in the housing of the data processing device.
  • the monitored value may be only one of the temperature value or the temperature increase rate.
  • the temperature value may be the bearing temperature itself.
  • the diagnosis unit 203 may be provided outside the vehicle (for example, a remote place) without being provided in the data processing device, and configured to communicate with the data processing device.

Abstract

車体及び台車を有する複数の車両が互いに連結されてなる鉄道車両の軸受監視装置であって、各前記台車に設けられ、各前記台車の軸受の温度を直接的又は間接的に検出する軸受温度センサと、前記複数の車両の少なくとも１つの前記車体に設けられ、前記軸受の荷重又は回転速度の算出に用いる少なくとも１つの状態センサと、前記複数の車両の少なくとも１つの車体に設けられ、前記軸受温度センサ及び前記状態センサで検出された各信号の各データを記憶する記憶器と、を備える。

Description

鉄道車両の軸受監視装置
　本発明は、車体を支持する台車の軸受を監視する鉄道車両の軸受監視装置に関する。
　鉄道車両の台車では、軸箱に収容された軸受に、熱電対ゲージ、歪みゲージ及び磁気センサを取り付けることで、軸受の温度、荷重及び回転速度を検出して軸受の異常を検知する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０－１２１６３９号公報
　しかし、軸受の温度、荷重及び回転速度を検出するために、熱電対ゲージ、歪みゲージ及び磁気センサからなる一組のセンサ群を軸受ごとに取り付けねばならないとともに、軸箱内の狭いスペースにセンサ群を配置してセンサ群からの配線を軸箱外に導出する必要がある。そのため、鉄道車両全体の軸受の数と同じ数だけセンサ群が必要となり、装置コストが高くなるとともに、設置作業も煩雑になる。
　そこで本発明は、軸受の温度とともに軸受の荷重及び／又は回転速度を取得して軸受の状態を監視する装置において、装置コスト及び設置作業を低減することを目的とする。
　本発明の一態様に係る鉄道車両の軸受監視装置は、車体及び台車を有する複数の車両が互いに連結されてなる鉄道車両の軸受監視装置であって、各前記台車に設けられ、各前記台車の軸受の温度を直接的又は間接的に検出する軸受温度センサと、前記複数の車両の少なくとも１つの前記車体に設けられ、前記軸受の荷重又は回転速度の算出に用いる少なくとも１つの状態センサと、前記複数の車両の少なくとも１つの車体に設けられ、前記軸受温度センサ及び前記状態センサで検出された各信号の各データを記憶する記憶器と、を備える。
　前記構成によれば、軸受の荷重又は回転速度の算出に用いる状態センサが、台車ではなく車体に設けられるので、状態センサを個々の軸受に取り付けずに済むとともに、記憶器と状態センサとの間の通信線を台車に配線せずに済み、装置コスト及び設置作業を低減できる。
　本発明によれば、軸受の温度とともに軸受の荷重及び／又は回転速度を取得して軸受の状態を監視する装置において、装置コスト及び設置作業を低減できる。
実施形態に係る鉄道車両の軸受監視装置が搭載された列車編成の模式図である。 図１に示す軸受監視装置のブロック図である。 図２に示す軸受監視装置の診断処理のフローチャートである。 （ａ）は監視値である温度値の第１可変閾値と荷重／回転速度との関係を示す図である。（ｂ）は監視値である温度上昇率の第２可変閾値と荷重／回転速度との関係を示す図である。 特定の軸受荷重及び回転速度における監視値の発生頻度の運用実績を示す分布の例である。
　以下、図面を参照して実施形態を説明する。
　図１は、実施形態に係る鉄道車両の軸受監視装置１０が搭載された列車編成１の模式図である。図１に示すように、列車編成１は、第１車両１１と、第１車両１１に隣接する第２車両１２と、第２車両１２に隣接する第３車両１３と、第３車両１３に隣接する第４車両１４と、を備える。列車編成１は、これら車両１１～１４が連結器Ｃを介して直列に連結されてなる。なお、図１では、５両以上の編成の４両のみを図示したものとしたが、編成される車両の数はこれに限られない。
　第１車両１１は、第１車体２１と、第１車体２１の長手方向の両端部寄りに配置されて第１車体２１を支持する一対の第１台車３１Ｆ，３１Ｒと、を有する。第２車両１２は、第２車体２２と、第２車体２２の長手方向の両端部寄りに配置されて第２車体２２を支持する一対の第２台車３２Ｆ，３２Ｒと、を有する。第３車両１３は、第３車体２３と、第３車体２３の長手方向の両端部寄りに配置されて第３車体２３を支持する一対の第３台車３３Ｆ，３３Ｒと、を有する。第４車両１４は、第４車体２４と、第４車体２４の長手方向の両端部寄りに配置されて第４車体２４を支持する一対の第４台車３４Ｆ，３４Ｒと、を有する。第１～第４車両１１～１４では、各車体２１～２４と各台車３１Ｆ～３４Ｆ，３１Ｒ～３４Ｒとの間にそれぞれ第１～第４空気バネ７１～７４が介在している。
　列車編成１には、鉄道車両の軸受監視装置１０が搭載される。軸受監視装置１０は、各台車３１Ｆ～３４Ｆ，３１Ｒ～３４Ｒの軸箱ＢＸ内の軸受ＢＲの温度、負荷荷重（以下、単に荷重と称す）及び回転速度を監視し、軸受ＢＲの異常を検知する装置である。軸受監視装置１０は、第１～第４軸受温度センサ４１Ｆ～４４Ｆ，４１Ｒ～４４Ｒと、第１～第４無線送信機５１Ｆ～５４Ｆ，５１Ｒ～５４Ｒと、第１及び第２無線受信機６１Ｆ，６１Ｒ，６３Ｆ，６３Ｒと、第１及び第２加速度センサ９１，９３（状態センサ）を内蔵した第１及び第２データ処理装置８１，８３と、第１及び第２空気バネ圧力センサ１０１，１０３（状態センサ）と、第１及び第２雰囲気温度センサ１１１，１１３と、を備える。
　第１～第４軸受温度センサ４１Ｆ～４４Ｆ，４１Ｒ～４４Ｒは、第１～第４台車３１Ｆ～３４Ｆ，３１Ｒ～３４Ｒの各軸箱ＢＸにそれぞれ設けられ、軸箱ＢＸ内の軸受ＢＲの温度を検出する。即ち、１台車あたり４つの軸受温度センサが設置され、各台車の全ての軸受の温度が検出される。各軸受温度センサ４１Ｆ～４４Ｆ，４１Ｒ～４４Ｒは、軸受ＢＲに接触して軸受ＢＲの温度を直接的に検出する。但し、各軸受温度センサ４１Ｆ～４４Ｆ，４１Ｒ～４４Ｒは、軸受ＢＲに接触せずに軸箱ＢＸに接触し、軸箱ＢＸの温度を検出することで間接的に軸受ＢＲの温度を検出するものとしてもよい。
　第１～第４無線送信機５１Ｆ～５４Ｆ，５１Ｒ～５４Ｒは、第１～第４軸受温度センサ４１Ｆ～４４Ｆ，４１Ｒ～４４Ｒに夫々対応して各軸箱ＢＸに設けられ、各軸受温度センサ４１Ｆ～４４Ｆ，４１Ｒ～４４Ｒで検出された温度情報を含むセンサ信号をそれぞれ無線送信する。本実施形態では、無線送信機は軸受温度センサとともに同じ筐体内に収納されて当該筐体が軸箱に取り付けられており、１台車あたりの無線送信機の数は軸受温度センサと同様に４つとしている。
　第１無線受信機６１Ｆ，６１Ｒは、第１車体２１の前部及び後部に１つずつ設けられ、第２無線受信機６３Ｆ，６３Ｒは、第３車体２３の前部及び後部に１つずつ設けられる。無線受信機は一両おき毎に設けられ、第２車両１２及び第４車両１４には、無線受信機は設けられていない。即ち、列車編成１は、無線受信機が設置された車両が一両おき毎に連結されてなる。第１無線受信機６１Ｆは、第１車体２１の長手方向の一端部の下部に設けられ、第１無線受信機６１Ｒは、第１車体２１の長手方向の他端部の下部に設けられる。第２無線受信機６３Ｆは、第３車体２３の長手方向の一端部の下部に設けられ、第２無線受信機６３Ｒは、第３車体２３の長手方向の他端部の下部に設けられる。
　第１無線受信機６１Ｆは、４つの無線送信機５１Ｆから無線送信されたセンサ信号を受信する。第１無線受信機６１Ｒは、４つの第１無線送信機５１Ｒ及び４つの第２無線送信機５２Ｆから無線送信されたセンサ信号を受信する。即ち、第１無線受信機６１Ｒは、自車両の第１台車３１Ｒの各センサ信号と、隣接車両の第２台車３２Ｆの各センサ信号を受信する。第２無線受信機６３Ｆも、４つの第２無線送信機５２Ｒ及び第４つの３無線送信機５３Ｆから無線送信されたセンサ信号を受信する。第２無線受信機６３Ｒも、４つの第３無線送信機５３Ｒ及び４つの第４無線送信機５４Ｆから無線送信されたセンサ信号を受信する。
　第１データ処理装置８１は、第１車体２１に設けられ、第２データ処理装置８３は、第３車体２３に設けられる。第２車両１２及び第４車両１４には、データ処理装置は設けられていない。即ち、データ処理装置は、当該データ処理装置に接続される無線受信機が設けられた車両と同じ車両に設けられる。第１データ処理装置８１は、第１無線受信機６１Ｆ，６１Ｒに通信線を介して接続される。第２データ処理装置８３は、第２無線受信機６３Ｆ，６３Ｒに通信線を介して接続される。第１及び第２データ処理装置８１，８３に保存されたデータは外部からアクセス可能であり、例えば、第１及び第２データ処理装置８１，８３は、図示しない通信線や記録媒体等を介して当該データを抽出可能に構成されている。
　第１データ処理装置８１は、第１車体２１に取り付けられる筐体１２１を有し、第１車体２１の床下に配置される。第２データ処理装置８３は、第３車体２３に取り付けられる筐体１２３を有し、第３車体２３の床下に配置される。このようにすれば、軸受温度センサ４１Ｆ～４４Ｆ，４１Ｒ～４４Ｒと空気バネ圧力センサ１０１，１０３との両方に近い位置にデータ処理装置８１，８３が設けられるため、装置コスト及び設置作業を低減できるとともに、通信安定性も向上できる。また、第１データ処理装置８１の筐体１２１には、第１加速度センサ９１が収容され、第２データ処理装置８３の筐体１２３には、第２加速度センサ９３が収容される。これにより、加速度センサ９１，９３の配線が削減され、装置コスト及び設置作業を低減できる。加速度センサ９１，９３は、車両長手方向の加速度、即ち、車両進行方向の加速度を検出する。後述するように、加速度センサ９１，９３は、第１及び第２データ処理装置８１，８３において各台車３１Ｆ～３４Ｆ，３１Ｒ～３４Ｒの各軸受ＢＲの回転速度の算出に用いられる。
　第１空気バネ圧力センサ１０１は、第１車体２１に設けられ、第１車体２１と第１台車３１Ｆとの間に介在する第１空気バネ７１の内圧値を検出する。第２空気バネ圧力センサ１０３は、第３車体２３に設けられ、第３車体２３と第３台車３３Ｆとの間に介在する第３空気バネ７３の内圧値を検出する。第１空気バネ圧力センサ１０１は、第１データ処理装置８１に接続され、第２空気バネ圧力センサ１０３は、第２データ処理装置８３に接続される。後述するように、第１空気バネ圧力センサ１０１は、第１データ処理装置８１において第１台車３１Ｆ，３１Ｒの各軸受ＢＲの荷重の算出に用いられる。第２空気バネ圧力センサ１０３は、第２データ処理装置８３において第３台車３３Ｆ，３３Ｒの各軸受ＢＲの荷重の算出に用いられる。
　前記のように、軸受ＢＲの回転速度及び荷重の算出に用いる各センサ９１，９３，１０１，１０３が、台車ではなく車体に設けられるので、それらセンサ９１，９３，１０１，１０３を個々の軸受ＢＲに取り付けずに済むとともに、それらセンサ９１，９３，１０１，１０３とデータ処理装置８１，８３との間の通信線を台車に配線せずに済み、装置コスト及び設置作業を低減できる。
　第１及び第２雰囲気温度センサ１１１，１１３は、それぞれ第１及び第２データ処理装置８１，８３に接続され、列車編成１の車外の雰囲気温度を検出する。第１及び第２雰囲気温度センサ１１１，１１３は、例えば、第１及び第２データ処理装置８１，８３の筐体１２１，１２３を介して第１及び第２データ処理装置８１，８３の下方に配置される。このように、雰囲気温度センサ１１１，１１３が車体２１，２３の床から下方に十分離されるとともに、車体２１，２３と雰囲気温度センサ１１１，１１３との間にデータ処理装置８１，８３が介在することになるので、車体２１，２３から放射される熱による雰囲気温度センサ１１１，１１３への熱影響を抑制できる。
　図２は、図１に示す軸受監視装置１０のブロック図である。なお、軸受監視装置１０では、第１車両１１に搭載される構成と第３車両１３に搭載される構成とは実質的に同じであるので、図２では代表して第３車両１３に搭載される構成について説明する。図２に示すように、データ処理装置８３は、その筐体１２３内に、データ処理ユニット２００及び加速度センサ９３を有する。データ処理ユニット２００は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ及びＩ／Ｏインターフェース等を有する。データ処理ユニット２００は、受信部２０１、記憶部２０２、診断部２０３及び出力部２０４を有する。受信部２０１及び出力部２０４は、Ｉ／Ｏインターフェースにより実現される。記憶部２０２は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリにより実現される。診断部２０３は、不揮発性メモリに保存されたプログラムに従ってプロセッサが揮発性メモリを用いて演算処理することで実現される。
　受信部２０１は、無線送信機５２Ｒ，５３Ｆ，５３Ｒ，５４Ｆから無線受信機６３Ｆ，６３Ｒが受信した１６個の軸受ＢＲの各温度の情報を受信する。また、受信部２０１は、加速度センサ９３から車両進行方向の加速度のデータを受信する。また、受信部２０１は、空気バネ圧力センサ１０３から空気バネ７３の内圧値のデータを受信する。また、受信部２０１は、雰囲気温度センサ１１３から車外の雰囲気温度のデータを受信する。記憶部２０２は、受信部２０１が受信した各データを保存する。診断部２０３は、記憶部２０２に保存された各データに基づいて４つの台車３２Ｒ，３３Ｆ，３３Ｒ，３４Ｆの全ての軸受ＢＲの状態を診断する。出力部２０４は、診断部２０３で判定された結果を所定の態様（例えば、送信、表示、音等）により出力する。
　図３は、図２に示す軸受監視装置１０の診断処理のフローチャートである。図２及び３に示すように、まず、診断部２０３は、受信部２０１で受信された各軸受温度のデータから、各軸受ＢＲの状態を監視するための監視値を算出する（ステップＳ１）。具体的には、診断部２０３は、受信部２０１で受信された各軸受温度Ｔn（ｎは１～１６の整数）から雰囲気温度センサ１１３で検出された雰囲気温度Ｔ0を引き算して得られる各温度値ΔＴnを第１監視値として算出する。これにより、雰囲気温度の変動により異常検知の精度が低下するのを防止できる。また、診断部２０３は、受信部２０１で受信された各軸受温度Ｔnの正の時間変化率である各温度上昇率（ｄ／ｄｔ）・ΔＴnを第２監視値として算出する。
　次いで、診断部２０３は、空気バネ圧力センサ１０３で検出された空気バネ７３の内圧値Ｐを用いて各軸受ＢＲに負荷された鉛直方向の荷重Ｆを算出する（ステップＳ２）。具体的には、診断部２０３は、以下の数式１により軸受ＢＲの荷重Ｆを算出する。但し、Ａは、空気バネの受圧面積であり、Ｗは、台車のうち空気バネと軸受との間に介在する部材（例えば、台車枠等）の重量である。
　　　Ｆ＝（Ｐ・Ａ＋Ｗ／２）／２　　　・・・・・（数式１）
　このように、空気バネ７１，７３の内圧値から各軸受ＢＲに掛かる荷重を算出することで、従来のように各軸受ＢＲに歪みゲージを取り付ける必要がなく、装置コスト及び設置作業を低減できる。その際、各車両１１～１４の空気バネ７１～７４の各内圧値の差異は小さいと考えられるため、データ処理装置８１，８３の搭載されていない第２及び第４車両１２，１４の空気バネ７２，７４の内圧値は、第１及び第３車両１１，１３の空気バネ７１，７３の内圧値で代用される。例えば、第２車両１２の各空気バネ７２のうち第１車両１１側の空気バネ７２の内圧値には、第１車両１１の空気バネ７１の内圧値を用い、第２車両１２の各空気バネ７２のうち第３車両１３側の空気バネ７２の内圧値には、第３車両１３の空気バネ７３の内圧値を用いることで、車両間の配線の増加が防止され、装置コスト及び設置作業を低減できる。
　次いで、診断部２０３は、加速度センサ９３で検出された車両進行方向の加速度Ａｃｃから軸受ＢＲの回転速度Ｎを算出する（ステップＳ３）。具体的には、診断部２０３は、以下の数式２により軸受ＢＲの回転速度Ｎを算出する。但し、Ｄは、台車の車輪直径であり、πは円周率である。このように、車体に設けた加速度センサ９３で検出された加速度から軸受ＢＲの回転速度Ｎを算出するので、車体と台車との間の配線が低減され、装置コスト及び設置作業を低減できる。
　　　Ｎ＝∫Ａｃｃ・ｄｔ／（πＤ）　　・・・・・（数式２）
　次いで、診断部２０３は、第１監視値（温度値ΔＴn）が固定閾値ＴＨX1，ＴＨX2（ＴＨX1＜ＴＨX2）以下であるか否かを判定し、かつ、第２監視値（温度上昇率（ｄ／ｄｔ）・ΔＴn）が固定閾値ＴＨY1，ＴＨY2（ＴＨY1＜ＴＨY2）以下であるか否かを判定する（ステップＳ４）。具体的には、診断部２０３は、温度値ΔＴが固定閾値ＴＨX1を超えたと判定し、かつ、当該判定が所定回数又は所定時間以上となった場合には（ステップＳ５）、軽度の異常と判定して出力部２０４から軽度異常を知らせる出力を行うともに（ステップＳ６）、記憶部２０２にその記録を行う（ステップＳ１０）。診断部２０３は、温度値ΔＴnが固定閾値ＴＨX2を超えたと判定し、かつ、当該判定が所定回数又は所定時間以上となった場合には（ステップＳ５）、重度の異常と判定して出力部２０４から重度異常を知らせる出力を行うとともに（ステップＳ６）、記憶部２０２にその記録を行う（ステップＳ１０）。
　また同様に、診断部２０３は、温度上昇率（ｄ／ｄｔ）・ΔＴnが固定閾値ＴＨY1／ＴＨY2を超えたと判定し、かつ、当該判定が所定回数又は所定時間以上となった場合には（ステップＳ５）、軽度／重度の異常と判定し、出力部２０４から異常を知らせる出力を行うとともに（ステップＳ６）、記憶部２０２にその記録を行う（ステップＳ１０）。このように、ステップＳ４～Ｓ６にて固定閾値による異常検知がなされた場合には、後述する監視値と可変閾値との比較（ステップＳ７）をせずにステップＳ１０に飛ぶ。
　ステップＳ４にて、温度値及び温度上昇率の両方が、何れの固定閾値も超えていないと判定された場合、診断部２０３は、第１監視値（温度値ΔＴn）が第１可変閾値ＴＨa以下であるか否かを判定し、かつ、第２監視値（温度上昇率（ｄ／ｄｔ）・ΔＴn）が第２可変閾値ＴＨb以下であるか否かを判定する（ステップＳ７）。
　図４（ａ）に示すように、温度値用の第１可変閾値ＴＨaは、軸受ＢＲの荷重Ｆが減少するにつれて減少するように設定され、かつ、軸受ＢＲの回転速度Ｎが減少するにつれて減少するように設定される。図４（ｂ）に示すように、温度上昇率用の第２可変閾値ＴＨbも、軸受ＢＲの荷重Ｆが減少するにつれて減少するように設定され、かつ、軸受ＢＲの回転速度Ｎが減少するにつれて減少するように設定される。可変閾値ＴＨa，ＴＨbの設定にあたっては、事前に列車編成１を実際に走行させて得られた監視値（温度値／温度上昇率）の発生頻度の運用実績を示す分布を特定の軸受荷重及び回転速度ごとに作成し（図５参照）、その監視値の発生頻度のうちσ～３σの範囲から選ばれる値を可変閾値ＴＨa，ＴＨbに決定する。
　なお、可変閾値ＴＨa，ＴＨbは、三次元テーブルとして記憶部２０２に保存されてもよいし、軸受の荷重及び回転速度を入力とした演算式により求められてもよい。また、可変閾値ＴＨa，ＴＨbは、荷重Ｆ／回転速度Ｎが増加するにつれて、一次関数状に減少するものを例示したが、非線形関数状に減少してもよいし、階段状に減少してもよい。即ち、可変閾値ＴＨa，ＴＨbは、荷重Ｆ／回転速度Ｎが第１値のときに比べて第２値（第２値＜第１値）のときの方が、小さい値に設定されればよい。
　ステップＳ７にて、診断部２０３は、第１監視値（温度値ΔＴ）が第１可変閾値ＴＨaを超えたと判定し、かつ、当該判定が所定回数又は所定時間以上となった場合には（ステップＳ８）、軽度の異常と判定して出力部２０４から軽度異常を知らせる出力を行うともに（ステップＳ９）、記憶部２０２にその記録を行う（ステップＳ１０）。また同様に、ステップＳ７では、診断部２０３は、第２監視値（温度上昇率（ｄ／ｄｔ）・ΔＴn）が第２可変閾値ＴＨbを超えたと判定し、かつ、当該判定が所定回数又は所定時間以上となった場合にも（ステップＳ８）、軽度の異常と判定し、出力部２０４から異常を知らせる出力を行うとともに（ステップＳ９）、記憶部２０２にその記録を行う（ステップ１０）。
　このように、診断部２０３は、軸受ＢＲの荷重Ｆ／回転速度Ｎが減少して軸受ＢＲが過熱され難い状況においては、可変閾値ＴＨa，ＴＨbを下げることで、軸受ＢＲの異常な温度上昇を早期に検知できる。他方、軸受ＢＲの荷重Ｆ／回転速度Ｎが増加して軸受ＢＲが過熱され易い状況においては、可変閾値ＴＨa，ＴＨbを上げることで、軸受ＢＲの正常な温度上昇を異常と誤検知するのを防止できる。また、診断部２０３は、温度値又は温度上昇率のいずれか一方が可変閾値を超えた段階で異常が発生したと判定するため、軸受ＢＲの異常な温度上昇を更に早期に検知できる。例えば、温度値が可変閾値を超えずとも、温度上昇率が可変閾値を超えた場合には、異常を検知でき、温度値のみを監視する場合に比べて、故障の予兆を早期に検知することができる。
　なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。前記実施形態では、空気バネ圧力センサを１車両につき１つ設けて、一対の台車の各空気バネの内圧値を算出したが、個々の空気バネに空気バネ圧力センサを設けてもよい。第１及び第３車両のデータ処理装置には、第２及び第４車両の空気バネの実際の内圧値データが入力されない構成としたが、第２及び第４車両の空気バネの内圧値データをそれぞれ第１及び第３車両の２データ処理装置に有線又は無線で入力する構成としてもよい。加速度センサは、データ処理装置ごとに設けたが、列車編成に１つ加速度センサを設けて、各データ処理装置が当該加速度センサで検出した加速度情報を共用してもよい。雰囲気温度センサは、データ処理装置の筐体に収容されてもよい。雰囲気温度センサは、データ処理装置の筐体内でデータ処理ユニットの下方に配置されてもよい。監視値は、温度値又は温度上昇率の一方のみでもよい。また、温度値は、軸受温度そのものでもよい。診断部２０３は、データ処理装置に設けられずに車両の外部（例えば、遠隔地）に設けられて、データ処理装置と通信するように構成されてもよい。
　１　列車編成
　１０　軸受監視装置
　１１～１４　車両
　２１～２４　車体
　３１Ｆ～３４Ｆ，３１Ｒ～３４Ｒ　台車
　４１Ｆ～４４Ｆ，４１Ｒ～４４Ｒ　軸受温度センサ
　５１Ｆ～５４Ｆ，５１Ｒ～５４Ｒ　無線送信機
　６１Ｆ，６１Ｒ、６３Ｆ，６３Ｒ　無線受信機
　７１～７４　空気バネ
　８１，８３　データ処理装置
　９１，９３　加速度センサ
　１０１，１０３　空気バネ圧力センサ
　１２１，１２３　筐体
　２０１　受信部（受信器）
　２０２　記憶部（記憶器）
　２０３　診断部（診断器）
　ＢＲ　軸受

Claims (9)

  1. 　車体及び台車を有する複数の車両が互いに連結されてなる鉄道車両の軸受監視装置であって、
    　各前記台車に設けられ、各前記台車の軸受の温度を直接的又は間接的に検出する軸受温度センサと、
    　前記複数の車両の少なくとも１つの前記車体に設けられ、前記軸受の荷重又は回転速度の算出に用いる少なくとも１つの状態センサと、
    　前記複数の車両の少なくとも１つの車体に設けられ、前記軸受温度センサ及び前記状態センサで検出された各信号の各データを記憶する記憶器と、を備える、鉄道車両の軸受監視装置。
  2. 　前記記憶器に保存された前記各データに基づいて前記軸受の状態を診断する診断器を更に備える、請求項１に記載の鉄道車両の軸受監視装置。
  3. 　前記診断器は、各前記台車の全ての前記軸受の状態を診断する、請求項２に記載の鉄道車両の軸受監視装置。
  4. 　前記少なくとも１つの状態センサは、前記車体と前記台車との間に介在する空気バネの内圧値を検出する空気バネ圧力センサを含み、
    　前記診断器は、前記空気バネ圧力センサで検出された前記空気バネの内圧値から前記軸受の荷重を算出し、当該荷重と前記温度とに基づいて前記軸受の状態を診断する、請求項２又は３に記載の鉄道車両の軸受監視装置。
  5. 　前記複数の車両は、第１車体及び第１台車を有する第１車両と、第２車体及び第２台車を有する第２車両と、を含み、
    　前記記憶器は、前記第１車体に設けられ、
    　前記軸受監視装置は、
    　前記第１台車に設けられ、前記第１台車に設けた前記軸受温度センサで検出された温度情報を含む信号を無線送信する第１無線送信機と、
    　前記第２台車に設けられ、前記第２台車に設けた前記軸受温度センサで検出された温度情報を含む信号を無線送信する第２無線送信機と、
    　前記第１車体に設けられ、前記第１無線送信機及び前記第２無線送信機から無線送信された各信号を受信し、前記記憶器と通信可能な無線受信機と、を更に備え、
    　前記診断器は、前記第１車体に設けた前記空気バネ圧力センサで検出された前記第１車両の前記空気バネの内圧値を用いて、前記第２車両の前記空気バネの内圧値を決定する、請求項４に記載の鉄道車両の軸受監視装置。
  6. 　前記少なくとも１つの状態センサは、車両進行方向の加速度を検出する加速度センサを含み、
    　前記診断器は、前記加速度センサで検出された車両進行方向の加速度から前記軸受の回転速度を算出し、当該回転速度と前記温度とに基づいて前記軸受の状態を診断する、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の鉄道車両の軸受監視装置。
  7. 　前記加速度センサと前記記憶器とが同一の筐体に収納されて、当該筐体が前記車体に取り付けられる、請求項６に記載の鉄道車両の軸受監視装置。
  8. 　前記複数の車両の少なくとも１つの車体に設けられ、雰囲気温度を検出する雰囲気温度センサを更に備え、
    　前記記憶器は、前記雰囲気温度センサで検出された信号のデータを記憶する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の鉄道車両の軸受監視装置。
  9. 　前記記憶器は、前記車体の床下に配置され、
    　前記雰囲気温度センサは、前記記憶器よりも下方に配置される、請求項８に記載の鉄道車両の軸受監視装置。
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