JP4436188B2 - Railway wheel tread abnormality detection method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両の車輪踏面に発生する異状の検出方法及びその装置に関する。本発明の方法、装置によれば、鉄道車両において騒音、振動の原因となるフラットや剥離等、車輪踏面の異状を地上側から自動的に検出することができる。 The present invention relates to a method for detecting an abnormality occurring on a wheel tread of a railway vehicle and an apparatus therefor. According to the method and apparatus of the present invention, it is possible to automatically detect abnormalities on the wheel treads from the ground side, such as flats and peeling, which cause noise and vibration in railway vehicles.
地上側から車輪踏面の異状を自動検出する装置は、従来より様々な方式によるものが発表されているが、その多くは車両の台車単位で検出を行うもので車輪単位での検出は容易でない。 Various devices that automatically detect abnormalities of the wheel treads from the ground side have been disclosed in the past, but many of them are detected in units of vehicle carriages and are not easy to detect in units of wheels.
通常、鉄道車両で使用される台車には、前輪と後輪が2mから2.4m程度の間隔で保持されており、それらの車輪が連続したレールの上を高速に転動する。このため、発生する騒音や振動がどの車輪からによるものか、地上側からの計測によって判断することは困難であった。 Usually, a truck used in a railway vehicle has a front wheel and a rear wheel held at intervals of about 2 m to 2.4 m, and these wheels roll on a continuous rail at high speed. For this reason, it is difficult to determine from which wheel the generated noise and vibration are caused by measurement from the ground side.
これに対し特公平5−656号公報には車輪踏面の異状を台車単位でなく、車輪単位で検出可能な装置が記載されている。この装置は、図4に示すように、車輪踏面の異状によって発生するレールの振動をレールに固定した振動加速度計により計測するものである。ここではレール20上の車輪1回転分の距離を有する計測区間をA区間とB区間とに2等分し、各区間の中央にそれぞれ振動加速度計a及びbを固定し、これら区間の境界線上に車輪検知器21を固定するとともに、計測区間の入り口に当たる点に列車進入検知器22を固定している。
On the other hand, Japanese Patent Publication No. 5-656 discloses a device capable of detecting an abnormality of a wheel tread surface by wheel unit, not by vehicle unit. As shown in FIG. 4, this apparatus measures the vibration of the rail caused by the abnormality of the wheel tread with a vibration accelerometer fixed to the rail. Here, the measurement section having a distance corresponding to one rotation of the wheel on the
通常、車輪1回転分の距離は、前輪と後輪との間隔(以下、「固定軸距」という)よりも長いため、前輪と後輪が同時に計測区間に乗ることがあるが、図4のようにA区間とB区間とに分け、それぞれに振動加速度計a及びbを設置することにより、1つの区間に複数の車輪が同時に乗ることはなくなり、振動加速度計と車輪とを1対1で対応させることができる。 Usually, since the distance for one rotation of the wheel is longer than the distance between the front wheel and the rear wheel (hereinafter referred to as “fixed axle distance”), the front wheel and the rear wheel may simultaneously enter the measurement section. In this way, by dividing the A section and the B section and installing the vibration accelerometers a and b in each section, a plurality of wheels do not get on one section at the same time. Can be matched.
上記従来の装置における計測動作では、図4の矢印で示す進行方向に走行する台車の前輪がA区間にある間は、振動加速度計aで計測された振動が前輪から発生したものとされ、前輪が車輪検知器21を越えてB区間に入ると、振動加速度計bで計測された振動が前輪のものと取り扱われる。A区間とB区間は、それぞれ車輪半周分の長さであるから、前輪がA区間にある間の振動加速度計aのデータと、前輪がB区間にある間の振動加速度計bのデータとを継ぎ合わせると、前輪1回転分のデータが得られる。
In the measurement operation in the above-described conventional apparatus, while the front wheel of the carriage traveling in the traveling direction indicated by the arrow in FIG. 4 is in the A section, it is assumed that the vibration measured by the vibration accelerometer a is generated from the front wheel. When passing through the
このような従来装置の第1の問題点は、振動源となった車輪を誤認する点にある。鉄道のレールは長く連続したものであるため、レールに取り付けられた振動加速度計には、最も近い位置にある車輪から発生した振動だけでなく、隣接する他の車輪から発生した振動も混ざり合って到達する。上記従来の装置は、計測区間内を移動する車輪に対し、いずれか近い方の振動加速度計を1対1で対応させるため、当該車輪から発生する振動を比較的大きくとらえることができるが、隣接する他の車輪から発生した振動を区別し、排除する手段がない。計測対象の車輪に異状がない場合でも、隣接する他の車輪に大きな異状があれば、そこから発生した振動がレールを伝わって振動加速度計に達し、車輪の異状を示す振動として計測されてしまう。 The first problem of such a conventional device is that a wheel that becomes a vibration source is mistaken. Since railroad rails are long and continuous, vibration accelerometers mounted on rails mix not only vibrations from the nearest wheel, but also vibrations from other adjacent wheels. To reach. The above-mentioned conventional apparatus has a one-to-one correspondence with the vibration accelerometer that is closer to the wheel moving in the measurement section, so that vibration generated from the wheel can be relatively large. There is no means to distinguish and eliminate vibrations generated from other wheels. Even if there are no abnormalities in the wheels to be measured, if there are major abnormalities in other adjacent wheels, vibrations generated from them will travel along the rail and reach the vibration accelerometer, and will be measured as vibrations that indicate the abnormalities of the wheels. .
上記第1の問題点を改善するため、同一台車の前輪と後輪が同時に計測区間に入っているという条件において、2個の振動加速度計のいずれがより早く反応しているかという情報をもとに、振動源が前輪、後輪のいずれであるかを判定することが提案されている(平成14年度全国「車両と機械」研究発表会論文「新しいフラット検出装置の開発」)。しかしながら、かかる技術は条件が限定されており、計測区間外にある隣接車輪の影響に対しては効果がない。 In order to improve the first problem described above, based on the information on which of the two vibration accelerometers is responding earlier under the condition that the front wheel and the rear wheel of the same carriage are simultaneously in the measurement section. In addition, it has been proposed to determine whether the vibration source is the front wheel or the rear wheel (the paper “Development of a new flat detector” nationwide in 2002, “Vehicle and Machine” research presentation). However, such technology has limited conditions and is ineffective against the influence of adjacent wheels outside the measurement section.
従来装置の第2の問題点は、車輪検知器、振動加速度計、列車進入検知器の取り付け位置に正確さが要求され、取り付け位置のずれによって計測精度が低下することである。通常、列車進入検知器、振動加速度計および車輪検知器をレールに固定する器具は、レール底部を挟み付ける形状であり、枕木と重なる位置への取り付けは困難である。このような理由から、例えば、図4のA区間とB区間の長さが異なる、振動加速度計と車輪検知器の取り付け間隔が均等でないなどの状態が生じると、車輪に最も近い振動加速度計を選択する処理が正確に行われず、計測精度を低下させる要因となる。この問題を避けようとすれば、枕木の位置を変更するなどの大掛かりな工事を施すか、枕木の設置間隔がうまく合う場所を探すことになり設置条件は厳しくなる。
本発明の目的は、上記従来装置の不都合を解決しようとするもので、隣接車輪から伝わる振動の影響を排除して車輪単位での検出精度を向上させるとともに、設置場所の選定や設置工事の容易な車輪踏面の異状検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the disadvantages of the above-described conventional apparatus, and eliminates the influence of vibration transmitted from adjacent wheels to improve detection accuracy in units of wheels, and also facilitates selection of installation location and installation work. An object of the present invention is to provide an abnormality detection device for a wheel tread.
本願の第1の発明は、
左右のレールの各々に所定の間隔にて設置した第1及び第2振動センサの2つの振動センサと、前記振動センサよりも進入列車側に設置された車輪検知センサから、列車通過中に出力される信号を記録し、
この記録された第1及び第2振動センサの振動出力値の内、あらかじめ定めた基準値以上の振幅を示すいずれか振幅の大きい方の振動ピークが発生した時点における当該両センサの振動出力値の強弱を比較して振動比較データを得る振動比較ステップ、
前記の記録された車輪検知センサの複数の車輪の通過データに基づき列車速度を算出する速度算出ステップ、
前記列車速度と経過時間から車輪位置を算出する車輪位置算出ステップ、及び
前記車輪位置データに基づき求められる、2つの振動センサに対する車輪の相対位置と、前記振動比較データを、下表の判定基準に当てはめ踏面異状の存在する車輪を特定する異状車輪特定ステップ
を有する鉄道車輪踏面の異状検出方法を提供するものである。
The first invention of the present application is:
The two vibration sensors, the first and second vibration sensors installed on the left and right rails at predetermined intervals, and the wheel detection sensor installed closer to the approaching train than the vibration sensors, are output during the train passing. Record the
Of the recorded vibration output values of the first and second vibration sensors, the vibration output values of both sensors at the time of occurrence of the vibration peak with the larger amplitude, which indicates an amplitude equal to or greater than a predetermined reference value. Vibration comparison step to compare vibration strength and obtain vibration comparison data,
A speed calculating step for calculating a train speed based on the passing data of a plurality of wheels of the recorded wheel detection sensor;
The wheel position calculation step for calculating the wheel position from the train speed and the elapsed time, and the relative position of the wheel with respect to the two vibration sensors obtained based on the wheel position data, and the vibration comparison data are used as the determination criteria in the following table. The present invention provides a rail wheel tread abnormality detection method having an abnormal wheel identification step for identifying a wheel having a tread abnormality.
また、本願の第2の発明は、
左右のレールの各々に所定の間隔にて設置され、レールの振動を計測する第1及び第2の2つの振動センサ、これらの振動センサよりも進入列車側に設置され車輪の通過を検知する車輪検知センサ、並びに列車通過中にこれらセンサより出力される信号を記録する記憶装置を有するデータの処理装置からなり、当該処理装置は、
第1及び第2振動センサの振動出力値の内、あらかじめ定めた基準値以上の振幅を示すいずれか振幅の大きい方の振動ピークが発生した時点における当該両センサの振動出力値の強弱を比較し、振動比較データを得る振動比較手段、
車輪検知センサによる複数の車輪の通過データから列車速度を算出する速度算出手段、
前記列車速度と経過時間から車輪位置を算出する車輪位置算出手段、及び、
前記車輪位置データに基づき求められる、2つの振動センサに対する車輪の相対位置と、前記振動比較データに基づき踏面異状の存在する車輪を特定する異状車輪特定手段
を有する鉄道車輪踏面の異状検出装置を提供するものである。
The second invention of the present application is
First and second vibration sensors that are installed on each of the left and right rails at a predetermined interval and measure the vibrations of the rails, and wheels that are installed closer to the approaching train than these vibration sensors and detect the passage of the wheels It consists of a detection sensor and a data processing device having a storage device that records signals output from these sensors while passing through the train.
Of the vibration output values of the first and second vibration sensors, the strength of the vibration output values of both sensors at the time of occurrence of the vibration peak with the larger amplitude, which indicates an amplitude greater than a predetermined reference value, is compared. Vibration comparison means for obtaining vibration comparison data;
A speed calculating means for calculating a train speed from passing data of a plurality of wheels by a wheel detection sensor;
Wheel position calculation means for calculating a wheel position from the train speed and elapsed time, and
Provided is a rail wheel tread abnormality detection device having a wheel relative position with respect to two vibration sensors determined based on the wheel position data and an abnormal wheel specifying means for specifying a wheel having a tread abnormality based on the vibration comparison data. To do.
さらに、本願の第3の発明は、
左右のレールの各々に所定の間隔にて設置した第1及び第2振動センサの2つの振動センサと、前記振動センサよりも進入列車側に設置された車輪検知センサから、列車通過中に出力される信号を記録し、この記録に基づき実行される下記のステップ:
第1及び第2振動センサの振動出力値の内、あらかじめ定めた基準値以上の振幅を示すいずれか振幅の大きい方の振動ピークが発生した時点における当該両センサの振動出力値の強弱を比較して振動比較データを得る振動比較ステップ、
前記車輪検知センサの複数の車輪の通過データに基づき列車速度を算出する速度算出ステップ、
前記列車速度と経過時間から車輪位置を算出する車輪位置算出ステップ、及び
前記車輪位置データに基づき求められる、2つの振動センサに対する車輪の相対位置と、前記振動比較データに基づき踏面異状の存在する車輪を特定する異状車輪特定ステップ
を有する鉄道車輪踏面の異状検出方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供するものである。
Furthermore, the third invention of the present application is:
The two vibration sensors, the first and second vibration sensors installed on the left and right rails at predetermined intervals, and the wheel detection sensor installed closer to the approaching train than the vibration sensors, are output during the train passing. The following steps are performed based on this recording:
Of the vibration output values of the first and second vibration sensors, the magnitude of the vibration output values of both sensors at the time of occurrence of the vibration peak with the larger amplitude, which indicates an amplitude greater than a predetermined reference value, is compared. Vibration comparison step to obtain vibration comparison data
A speed calculating step for calculating a train speed based on passing data of a plurality of wheels of the wheel detection sensor;
A wheel position calculating step for calculating a wheel position from the train speed and elapsed time, a wheel having a tread surface abnormality based on the relative position of the wheel with respect to two vibration sensors obtained based on the wheel position data, and the vibration comparison data. The present invention provides a computer-readable recording medium in which a program for causing a computer to execute an abnormality detection method for a railway wheel tread having an abnormal wheel specifying step for specifying the above is provided.
上記の本願の技術において、コンピュータは、振動センサの出力波形を基準値と比較することによって踏面異状による衝撃振動の有無と損傷程度の大きさを調べるとともに、車輪検知センサ上を同一台車の前輪と後輪が通過するときの時間差から台車単位で列車速度を算出する。
また、衝撃振動の発生源となった車輪がいずれであるかを特定するため、列車速度と車輪検知センサ通過後の経過時間から衝撃振動発生時点の車輪の位置を計算した上で、同時点での第1振動センサおよび第2振動センサの出力値の強弱関係によって振動発生源の方向を推測し、計測区間の内外にある車輪から振動の発生源である可能性が最も高い車輪を選び出す処理を行う。
In the technique of the present application described above, the computer compares the output waveform of the vibration sensor with a reference value to check the presence / absence of shock vibration due to a tread surface abnormality and the magnitude of damage, and the front wheel of the same carriage on the wheel detection sensor. Train speed is calculated in units of trucks from the time difference when the rear wheels pass.
In addition, in order to identify the wheel that is the source of the impact vibration, calculate the position of the wheel at the time of impact vibration from the train speed and the elapsed time after passing the wheel detection sensor. The direction of the vibration generation source is estimated by the strength relationship between the output values of the first vibration sensor and the second vibration sensor, and the wheel having the highest possibility of being the vibration generation source is selected from the wheels inside and outside the measurement section. Do.
以下に本発明による異状検出方法及び装置の一実施例を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明による鉄道車輪踏面の異状検出装置(以下、「本装置」という)の全体構成を示す概略図である。図1において、鉄道車両5(以下、「車両」という)は、一対のレール4(L)、4(R)上を矢印A1の方向に走行する(図1は車両5の先頭部分を表す)。レール4上、D1にて表示した範囲は本装置が想定する計測区間であり、レールの直線区間に設定される。計測区間D1の長さは、本装置上を走行する各車両に取り付けられている車輪のうち、最大径の車輪の円周に相当する距離に設定する。これは、どのような大きさの車輪でも、計測区間内を通過する間に1回転以上回転することができる距離であり、車輪踏面すべての異状を最短の計測区間で計測することを可能とする。
An embodiment of an abnormality detection method and apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a railway wheel tread abnormality detection device (hereinafter referred to as “the present device”) according to the present invention. In FIG. 1, a railway vehicle 5 (hereinafter referred to as “vehicle”) travels on a pair of rails 4 (L) and 4 (R) in the direction of arrow A1 (FIG. 1 represents the leading portion of the vehicle 5). . The range indicated by D1 on the
計測区間D1の始端、すなわち車両が計測区間D1に進入する側の端には、左右いずれか一方のレールに車輪検知センサ3が固定される。車輪検知センサ3は車輪の通過を検出するものであり、いずれの形式のものであってもよいが非接触式の近接センサが好ましい。なお、本実施例では計測区間D1の終端にセンサを設けていないが、これは車輪が計測区間の終端に達したことを車両の速度と車輪検知センサ通過後の経過時間から容易に判断できることによる。
The
第1振動センサ1(R)、1(L)および第2振動センサ2(R)、2(L)は、車輪踏面の損傷部分がレールに当たるときに発生する衝撃振動を計測するためのもので、振動の速度を計測するものや加速度を計測するものなど種々の方式と種類の測定器を用いることができるが、圧電型加速度ピックアップによる振動センサが好ましい。 The first vibration sensor 1 (R), 1 (L) and the second vibration sensor 2 (R), 2 (L) are for measuring the impact vibration generated when the damaged part of the wheel tread hits the rail. Various types and types of measuring devices such as those that measure the speed of vibration and those that measure acceleration can be used, but a vibration sensor using a piezoelectric acceleration pickup is preferred.
第1振動センサ1(R)、1(L)と第2振動センサ2(R)、2(L)は、左右のレール4(R)、4(L)上に、各々振動センサ間隔D2を空けて計測区間D1の中央付近に設置される。なお、符号に(L)を付したものは車両から見て左側の車輪の振動を計測するものであり、(R)を付したものは右側の車輪用である。各振動センサの(L)側と(R)側は、車両の左右の車輪が同時に通過するよう位置を揃えておく必要がある。 The first vibration sensor 1 (R), 1 (L) and the second vibration sensor 2 (R), 2 (L) have a vibration sensor interval D2 on the left and right rails 4 (R), 4 (L), respectively. It is installed near the center of the measurement section D1. In addition, what attached | subjected (L) to a code | symbol is what measures the vibration of the left wheel seeing from a vehicle, and what attached | subjected (R) is for right wheels. The (L) side and (R) side of each vibration sensor must be aligned so that the left and right wheels of the vehicle pass simultaneously.
前記振動センサ間隔D2は、計測区間D1の長さを基準として、その2分の1から3分の1程度とするのが好ましい。振動センサ間隔D2をさらに大きくし、計測区間D1の距離に近づけても計測は可能であるが、計測区間D1の中央付近で発生した振動に対する感度が低下し測定精度が低下する。逆に、センサ間隔D2を小さくした場合は、第1振動センサと第2振動センサの出力差が明確に現れにくくなるとともに、計測区間D1の両端付近で発生した振動に対する感度が低下し好ましくない。 The vibration sensor interval D2 is preferably about a half to a third of the length of the measurement section D1. Measurement can be performed even if the vibration sensor interval D2 is further increased to approach the distance of the measurement section D1, but sensitivity to vibration generated near the center of the measurement section D1 is reduced, and measurement accuracy is lowered. On the other hand, when the sensor interval D2 is reduced, the output difference between the first vibration sensor and the second vibration sensor does not appear clearly, and sensitivity to vibration generated near both ends of the measurement section D1 is lowered, which is not preferable.
車両5の床下等に車両編成単位で取り付けられたIDプレート6は、車両番号、編成両数等の情報を保持する。IDプレート6は、車番読み取りアンテナ7との間で無線通信を行い、地上側の車番読取装置11にて通過列車の車両番号を読み出す。このような装置としては、通過中の列車の車両情報を非接触で読み取り可能な装置であればよく、例えばシャープ(株)より「マイクロ波IDプレートシステム」の製品名で販売されているものなどが用いられる。
The
振動センサ1及び振動センサ2の出力信号は増幅器8にて増幅され、A/D変換回路10でアナログ信号からデジタル信号に変換され、計測用コンピュータ12のメモリ上に読み込まれる。
また、車輪検知センサ3の出力信号は、インターフェース回路9にてA/D変換回路10への入力に適した形に変換され、前記同様、アナログ信号をデジタル信号に変換したうえ計測用コンピュータ12に読み込まれる。なお、ここでは車輪検知センサ3のアナログ信号を一旦A/D変換回路に入力しているが、車輪検知センサの出力は近接した車輪を検知したか否かの2通りであり、デジタル信号として処理することもできる。
Output signals of the
Further, the output signal of the
計測用コンピュータ12は、A/D変換回路10および車番読取装置11からのデータを処理するデータ処理装置であり、車輪踏面異状の検出処理を行い、結果をデータベースに記録するなどの処理を行う。
The
コンピュータネットワーク回線13は、現地側格納箱14に納められた計測用コンピュータと、車庫、検車区等に設置されたコンピュータ(図示せず)とを結ぶ通信回線で、計測結果の通知や計測用コンピュータのメンテナンス等に利用される。通信回線には、光ファイバやADSL、無線方式など多数の種類があり、通信速度や通信距離、コスト等の条件に合わせて選択してよい。
The
なお、データ処理は、すべて現地側に設置した計測用コンピュータ12で行ってもよいが、コンピュータネットワーク回線13の通信速度が十分に高速であれば、車庫側に別の処理用コンピュータを設け、波形処理やデータベース処理等の負荷の重い処理を処理用コンピュータに分担させ詳細に観察することができる。この場合、現地側の計測用コンピュータ12は、計測データをファイル化して車庫側の処理用コンピュータに転送するだけでよく、現地の厳しい外部環境による機器の負担を軽減できる。また、ソフトウェア更新などのメンテナンスも容易になる。
All data processing may be performed by the
つぎに、以上のように構成された装置を用いて本発明方法を実施する場合の動作について図2のフローチャートに沿って説明する。 Next, the operation when the method of the present invention is carried out using the apparatus configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
図2において、ステップS1の計測準備とは、列車の進入を検知したとき、本装置がすぐに計測動作を開始できるよう、A/D変換回路および車番読取装置のトリガ設定を行うことである。 In FIG. 2, the measurement preparation in step S <b> 1 is to perform trigger setting of the A / D conversion circuit and the vehicle number reading device so that this device can immediately start the measurement operation when the entry of a train is detected. .
ステップS2で列車の接近を待つ間、待機状態にあった本装置は、ステップS3にて車輪検知センサ3が車両の先頭車輪を検知することをトリガとして動作を開始し、S4で、あらかじめ設定された計測時間だけサンプリング動作を行う。この計測時間は、本装置の設置区間を走行する列車の速度に応じて、各列車が十分に本装置上を通過することができる時間に設定する。
While waiting for the approach of the train in step S2, the present apparatus, which has been in the standby state, starts the operation triggered by the
S4でサンプリングされたデータは、計測用コンピュータ12のメモリに取り込まれ、ソフトウェア処理による信号波形の分析が可能となる。
The data sampled in S4 is taken into the memory of the
次に、ステップS5では、列車通過時に車番読取装置11が読み取ったデータを計測用コンピュータ12に読み込む処理を行う。なお、車番読取装置11は、ステップS3の列車進入検知をトリガとして動作を開始し、通過中の列車に取り付けられたIDプレート6から車両番号のデータを無線通信によって読み取り、車番読取装置11本体のメモリに記憶している。
Next, in step S <b> 5, a process of reading data read by the vehicle number reading device 11 when passing through the train into the
ステップS6では、計測データを台車単位に分割し、計測区間内にいずれの車輪も存在しない部分のデータを削除して、これ以降の処理が無駄なく実行できるよう準備する。 In step S6, the measurement data is divided into cart units, the data of the part where no wheel is present in the measurement section is deleted, and preparations are made so that the subsequent processing can be executed without waste.
ステップS7では、振動ピークの抽出処理を行う。車両の走行時、車輪踏面の損傷部分がレールに当たると、衝撃的な振動と騒音が発生するが、この時、各振動センサで計測したデータにも、特徴的なピーク波形が記録される。振動センサで計測したデータに含まれるピーク波形から、あらかじめ定めた基準値以上の振幅を示すものに対して左右別々に1つずつ番号を付け、メモリ上のアドレスを記録しておく。なお、本発明では、左右のレールそれぞれに第1と第2の振動センサが設置されており、これら2つのセンサから得られる振動ピークの波形に差が生じる。ステップS7の処理では、2つの振動センサの内、いずれか反応の大きい方、すなわち、振幅の大きい方を基準として振動ピークの抽出処理を行う。 In step S7, vibration peak extraction processing is performed. When the damaged part of the wheel tread hits the rail during the running of the vehicle, shocking vibration and noise are generated. At this time, a characteristic peak waveform is also recorded in the data measured by each vibration sensor. From the peak waveform included in the data measured by the vibration sensor, numbers indicating amplitudes greater than a predetermined reference value are assigned numbers one by one on the left and right sides, and addresses on the memory are recorded. In the present invention, the first and second vibration sensors are installed on the left and right rails, respectively, and there is a difference in the waveform of the vibration peak obtained from these two sensors. In the process of step S7, the vibration peak extraction process is performed on the basis of the larger one of the two vibration sensors, that is, the larger amplitude.
ステップS8では、S7で抽出した個々の振動ピークから、車輪踏面の損傷の大きさを推測する処理を行う。振動センサで計測される振動波形の振幅は、損傷そのものの大きさだけでなく、車両の速度、車両の重量、車輪と振動センサとの距離等の要因によって大きく変化するが、これらの影響を補正し、損傷程度の大きさを判定する。この結果は、あらかじめ定めた基準値と比較して、基準値未満の値であれば、補修が必要となる段階ではないとみなし、「異常なし」と判断する。 In step S8, processing for estimating the magnitude of damage to the wheel tread from the individual vibration peaks extracted in S7 is performed. The amplitude of the vibration waveform measured by the vibration sensor varies greatly depending on factors such as the speed of the vehicle, the weight of the vehicle, the distance between the wheel and the vibration sensor, as well as the size of the damage itself. And determine the extent of damage. If the result is less than the reference value compared to a predetermined reference value, it is considered that there is no need for repair, and “no abnormality” is determined.
ステップS9以降の処理は、1台の台車が計測区間D1に入ってから、計測区間を抜けるまでを単位として実行される。まず、ステップS9では、処理対象となる台車の通過中に、ステップS8で基準値以上と判定された振動ピークが含まれるか否かにより処理を分岐させる。基準値以上の振動ピークが含まれない場合、その台車に対しては、ステップS10以降の処理を省略する。 The processing after step S9 is executed in units from the time when one carriage enters the measurement section D1 to the time when it exits the measurement section. First, in step S9, the process is branched depending on whether or not the vibration peak determined to be greater than or equal to the reference value in step S8 is included during the passage of the cart to be processed. When the vibration peak equal to or higher than the reference value is not included, the processing after step S10 is omitted for the cart.
ステップS10では、処理対象となる台車の前輪と後輪がそれぞれ車輪検知センサ3上を通過したときの時間差から、台車通過時の車両の速度を算出する。台車の前輪と後輪は、固定軸距と呼ばれる一定の間隔で固定されているため、この距離を車両が進むのに要した時間を計ることにより、車両の速度を算出することができる。固定軸距の異なる台車が混在している場合でも、車番読取装置で得られた車両番号と固定軸距との対応表をソフトウェア上で参照することによって、あらゆる台車形式に対応することができる。なお、車両が加速中あるいは、減速中に計測区間を通過した場合でも、台車が車輪1回転分の距離を通過するという極めて短い時間に限れば、速度を一定とみなしても大きな誤差は生じない。
In step S10, the speed of the vehicle at the time of passing the carriage is calculated from the time difference when the front wheels and the rear wheels of the carriage to be processed each pass on the
ステップS11では、ステップS7で抽出し、番号を付けた振動ピークの内、当該台車の通過中に発生したものについて、その振動ピークが発生した時点での車輪の位置を計算によって求める。ある瞬間の車輪の位置は、当該台車の前輪が車輪検知センサ3上を通過してから、振動ピークの発生時までの経過時間と、車両の速度によって算出することができる。具体的には、前輪と後輪が2個の振動センサに対して、いずれの方向にどれだけ離れていたかを算出する。
In step S11, among the vibration peaks extracted and numbered in step S7 and occurring during the passage of the cart, the position of the wheel at the time when the vibration peak occurs is obtained by calculation. The position of the wheel at a certain moment can be calculated from the elapsed time from when the front wheel of the cart passes over the
ステップS12では、第1および第2振動センサから得られた振動出力を比較し、その強弱関係(振動比較データ)を3通りに分類する。すなわち、第2振動センサの方が第1振動センサよりも強い反応を示している場合(2>1)、第1振動センサと第2振動センサの反応が同程度の場合(2=1)、第1振動センサの方が第2振動センサよりも強い反応を示している場合(2<1)の3通りに分ける。
In step S12, the vibration outputs obtained from the first and second vibration sensors are compared, and the strength relationship (vibration comparison data) is classified into three types. That is, when the second vibration sensor shows a stronger response than the first vibration sensor (2> 1), when the first vibration sensor and the second vibration sensor have similar responses (2 = 1), The first vibration sensor is divided into three cases when the reaction is stronger than the second vibration sensor (2 <1).
ステップS13では、S11で算出した振動センサに対する車輪の相対位置と、S12にて得られた振動出力の比較結果との組み合わせを下記の表(図3に図解)に示した21(3×7)の場合のいずれかにあてはめ、振動源となった車輪、すなわち踏面異状の存在する車輪を特定する。
In step S13, the combination of the relative position of the wheel with respect to the vibration sensor calculated in S11 and the comparison result of the vibration output obtained in S12 is shown in the following table (illustrated in FIG. 3) 21 (3 × 7) In any of the cases, the wheel which is the vibration source, that is, the wheel having the tread surface abnormality is specified.
図3の判定表は、台車の位置、すなわち、前輪および後輪が第1振動センサおよび第2振動センサに対してどのような位置にあったかをA、B1、B2、C、D1、D2、Eの7段階に分類し、それぞれに対して、第2振動センサの方が第1振動センサよりも強い反応を示している場合(2>1)、第1振動センサと第2振動センサの反応が同程度の場合(2=1)、第1振動センサの方が第2振動センサよりも強い反応を示している場合(2<1)の3通りの状態を組み合わせることによって、振動源である可能性が最も高い車輪を選び出すことができることを示す。実際の装置では、コンピュータ上のプログラムが判定表の参照と同様の処理を行う。 The determination table in FIG. 3 shows the positions of the carriages, that is, the positions of the front wheels and the rear wheels with respect to the first vibration sensor and the second vibration sensor. A, B1, B2, C, D1, D2, E If the second vibration sensor shows a stronger response than the first vibration sensor (2> 1), the responses of the first vibration sensor and the second vibration sensor are In the case of the same level (2 = 1), the first vibration sensor can be a vibration source by combining three states when the second vibration sensor shows a stronger reaction (2 <1) It shows that the wheel with the highest sex can be selected. In an actual apparatus, the program on the computer performs the same processing as that for referring to the determination table.
図3に示す判定表の最上段にある「A」の状態は、台車の前輪が車輪検知センサ3と第1振動センサとの間にある場合である。また、「B1」とは、台車の前輪が第1振動センサと第2振動センサの間にあり、かつ第1振動センサの方に近い場合である。この表では、このようにして、台車の前輪が計測区間に入ってから、後輪が計測区間を出るまでの間を7段階の状態に分けている。
The state of “A” at the top of the determination table shown in FIG. 3 is when the front wheel of the carriage is between the
図3において、たとえば台車の位置が「D1」で、第1振動センサと第2振動センサの強弱関係が「2<1」、すなわち、第1振動センサの方がより強く反応している場合、「D1」の行と「2<1」の列が交差する位置には、振動源の車輪として「後輪」と記載されている。「D1」の位置関係では、当該台車の前輪は第1振動センサよりも第2振動センサの方により近く、後輪は第1振動センサの方により近い。この場合、振動源が前輪であるとすれば、第2振動センサの方が強く反応することになり、逆に第1振動センサの方がより強く反応している前記「2<1」の場合は振動源は後輪と判断される。 In FIG. 3, for example, when the position of the carriage is “D1” and the strength relationship between the first vibration sensor and the second vibration sensor is “2 <1,” that is, the first vibration sensor is more strongly responding. At the position where the row “D1” and the column “2 <1” intersect, “rear wheel” is described as the wheel of the vibration source. In the positional relationship of “D1”, the front wheel of the cart is closer to the second vibration sensor than the first vibration sensor, and the rear wheel is closer to the first vibration sensor. In this case, if the vibration source is the front wheel, the second vibration sensor reacts more strongly, and conversely, the first vibration sensor reacts more strongly in the case of “2 <1”. The vibration source is determined to be the rear wheel.
同じ「D1」の場合において、「2=1」すなわち、第1振動センサと第2振動センサの出力に差が無い場合、図3で振動源は「後輪」と記載されている。この場合、前輪方向から伝わった振動も存在するために、第1振動センサと第2振動センサの出力が釣り合った状態になっていると考えられるので、前輪にも何らかの異状があると思われるが、「D1」の状態で前輪は既に計測区間から出ており、計測が終了しているので、この場合も「後輪」という判定が記載されている。この場合、前輪の異状は、前輪が計測区間に入っている間に、さらに効率よく計測されていたものと考えられる。同様に、前輪でも後輪でもない他の台車の車輪から発生した振動であると判断される場合は、「範囲外」という判定結果が得られる。 In the case of the same “D1”, when “2 = 1”, that is, when there is no difference between the outputs of the first vibration sensor and the second vibration sensor, the vibration source is described as “rear wheel” in FIG. In this case, since there is also vibration transmitted from the front wheel direction, it is considered that the outputs of the first vibration sensor and the second vibration sensor are in a balanced state. In the state of “D1”, the front wheel has already come out of the measurement section, and the measurement has been completed, so the determination of “rear wheel” is also described in this case. In this case, the abnormality of the front wheel is considered to have been measured more efficiently while the front wheel was in the measurement section. Similarly, when it is determined that the vibration is generated from a wheel of another truck that is neither the front wheel nor the rear wheel, a determination result “out of range” is obtained.
図3では、判定結果に「(仮)」と記されたものが2箇所ある。これはフローチャートのステップS13までの手順では、正確な結果を得ることが困難であり、このステップまででは、仮の判定結果であることを示すものである。例として、図3の判定表における「B1の2<1」の場合、前輪の方が後輪よりも振動センサに近いため、振動源である可能性が最も高い車輪は、前輪である。しかし、前輪および後輪が第1および第2振動センサのいずれに近いかという観点からは、いずれの車輪も第1振動センサの方に近い位置にあるため、どちらが振動源であったとしても第1振動センサの方が強い反応を示すことになる。つまり、前輪のみに損傷があり、後輪は無傷である場合と、逆に前輪は無傷で、後輪に非常に大きな損傷があるという場合は、いずれも2個の振動センサの強弱関係が同じになる。これでは、振動センサの出力の強弱だけを比較するこれまでの手順で、どちらが振動源であるかを正確に判断することはできない。
図3では、B1だけでなく、Aの台車位置も前輪及び後輪がいずれも第1振動センサの方に近いが、Aの台車位置では、後輪と第1振動センサとの間に前輪が存在するという点がB1とは異なっている。Aの台車位置で後輪から発生した振動は、レールを伝わって第1振動センサに到達するまでの間に、レール上に乗った前輪という重量物の影響で大きく減衰するため、この場合の判定では、後輪の影響を考慮する必要がない。このことは、振動センサを挟んで対称の位置になるEの台車位置でも同様である。
In FIG. 3, there are two places where “(provisional)” is written in the determination result. This indicates that it is difficult to obtain an accurate result by the procedure up to step S13 in the flowchart, and that this is a provisional determination result up to this step. For example, in the case of “
In FIG. 3, not only B1, but also the position of the carriage A, the front wheels and the rear wheels are both closer to the first vibration sensor, but at the position A, the front wheels are located between the rear wheels and the first vibration sensor. It differs from B1 in that it exists. In this case, the vibration generated from the rear wheel at the position of the carriage A is greatly attenuated by the influence of a heavy object such as the front wheel riding on the rail until it reaches the first vibration sensor through the rail. Then, it is not necessary to consider the influence of the rear wheels. The same applies to the position of the carriage E that is symmetrical with respect to the vibration sensor.
再び図2のフローチャートに戻り、ステップS14では、図3の判定結果が「(仮)」であるか否かにより、次の判定ステップに進むかどうかの条件判断を行う。すなわち、図3の表における「B1の2<1」と「D2の2>1」の場合のみ、ステップS15の処理に進む。
Returning to the flowchart of FIG. 2 again, in step S14, whether or not to proceed to the next determination step is determined based on whether or not the determination result of FIG. 3 is “(provisional)”. That is, only in the case of “
ステップS15では、現在の台車位置から車輪1回転分だけ先へ進んだ位置、あるいは、後に戻った位置で計測された振動センサの波形を参照することにより、ステップS13で「(仮)」となったあいまいな判定を明確にするための処理を行う。 In step S15, “(temporary)” is obtained in step S13 by referring to the waveform of the vibration sensor measured at the position advanced one wheel rotation from the current position of the carriage or the position returned later. Perform processing to clarify ambiguous judgments.
前述のように、図3の判定表における「B1の2<1」の判定が「前輪(仮)」となっている理由は、後輪に非常に大きな損傷があるという可能性もわずかながら考えられるということであった。実際に後輪に大きな損傷があるか否かは、後輪がさらに1回転分進んだ位置の振動波形データによって確認できる。
As described above, the reason why the determination of “
図3における「B1」の台車位置で後輪は、まだ計測区間に入っていないが、車輪がさらに1回転分進んだ位置では、後輪が計測区間内に入り、振動センサにより近い位置で再び後輪の損傷部分がレールに当たることになる。従って、真の振動源が後輪であるとすれば、後輪から発生する振動は、振動センサまでの距離に反比例して、より大きく計測されるはずである。そのような振動が計測されていなければ、後輪が振動源であるという可能性は打ち消され、前輪が振動源であるという結果が確定する。同様に、図3「D2の2>1」の場合であれば、現時点よりも車輪1回転分だけ戻った時点の波形が参照される。 In FIG. 3, the rear wheel is not yet in the measurement section at the position of the carriage “B1”, but at the position where the wheel has advanced one more turn, the rear wheel enters the measurement section and again at a position closer to the vibration sensor. The damaged part of the rear wheel hits the rail. Therefore, if the true vibration source is the rear wheel, the vibration generated from the rear wheel should be measured larger in inverse proportion to the distance to the vibration sensor. If such vibration is not measured, the possibility that the rear wheel is the vibration source is negated, and the result that the front wheel is the vibration source is determined. Similarly, in the case of “D2> 2> 1” in FIG. 3, the waveform at the time when the wheel returns by one rotation from the current time is referred to.
図2のフローチャートにおいて、ステップS15までの処理を終えると、車輪踏面に異状を持つ車輪が特定できる。なお、図2のフローチャートは、ステップS9からS15までの処理を1回のみ実行するものとして簡単に記載しているが、実際の列車は、複数の車両から編成され、多くの台車を持っているため、実際の処理では、列車の持つ台車の数だけ、かつ、ステップS8で基準値以上と判定された振動ピークの数だけ、繰り返し実行されることになる。 In the flowchart of FIG. 2, when the process up to step S15 is completed, a wheel having an abnormality on the wheel tread can be identified. In addition, although the flowchart of FIG. 2 has described simply that the process from step S9 to S15 is performed only once, the actual train is composed of a plurality of vehicles and has many carts. Therefore, in the actual processing, it is repeatedly executed by the number of carriages that the train has and the number of vibration peaks determined to be equal to or greater than the reference value in step S8.
ステップS16では、日付、通過時刻、車両番号、異状のある車輪の位置、損傷程度などの検出結果をデータベースに記録し、1つの車両に対する処理を終える。本装置は再びステップS1の計測準備に戻り、次の車両を待つ。 In step S16, detection results such as date, passage time, vehicle number, abnormal wheel position, damage level, etc. are recorded in the database, and the processing for one vehicle is completed. The apparatus returns to the measurement preparation in step S1 again and waits for the next vehicle.
以上のように、本発明によれば、人間の耳が音源の方向を識別するように、各レールあたり2個の振動センサを使用して振動源の方向を識別するものであるが、車輪踏面の損傷部がレールに当たるときの衝撃音は、その瞬間、レールと車輪が接している位置からのみ発生するため、あらゆる方向からの音を識別しようとする必要はなく、上記のような簡単な処理で目的を達成することが可能である。 As described above, according to the present invention, the direction of the vibration source is identified using two vibration sensors per rail so that the human ear identifies the direction of the sound source. The impact sound when the damaged part hits the rail is generated only from the position where the rail and the wheel are in contact at that moment, so there is no need to identify the sound from any direction, and the above simple processing It is possible to achieve the purpose.
[発明の効果]
本発明によれば、車輪踏面の異状による振動が台車の前輪、後輪いずれから発生したものであるか、あるいは、隣接する他の車輪で発生したものであるかを識別できる。このため、隣接車輪から伝わる振動の影響を排除して車輪単位で高精度の異状検出が可能である。また、振動センサ間の車輪検知器がないなど、従来装置に比べて電気回路等の必要数も減少しコストが低減する。
本発明装置の設置にあたっては、振動センサの取り付け間隔の許容範囲が広く、従来装置のように振動センサの間に車輪検知器を置く必要もないため、振動センサや車輪検知センサの取り付け金具と枕木との干渉を回避することができ、設置場所の選定や設置工事が容易となる。
[The invention's effect]
According to the present invention, it is possible to identify whether the vibration due to the abnormality of the wheel tread is generated from the front wheel or the rear wheel of the carriage, or generated from other adjacent wheels. For this reason, it is possible to detect abnormalities with high accuracy in units of wheels by eliminating the influence of vibration transmitted from adjacent wheels. Further, since there is no wheel detector between vibration sensors, the required number of electric circuits and the like is reduced as compared with the conventional device, and the cost is reduced.
When installing the device of the present invention, since the allowable range of the mounting interval of the vibration sensor is wide and it is not necessary to place a wheel detector between the vibration sensors as in the conventional device, the mounting bracket and sleepers of the vibration sensor and the wheel detection sensor are not required. Interference can be avoided, and the installation location can be easily selected and installed.
1(L),1(R) 第1振動センサ(カッコ内のLは左、Rは右を表す)
2(L),2(R) 第2振動センサ(カッコ内のLは左、Rは右を表す)
3 車輪検知センサ
4(L),4(R) レール(カッコ内のLは左、Rは右を表す)
5 車両
6 IDプレート
7 車番読取アンテナ
8 増幅器
9 インターフェース回路
10 A/D変換回路
11 車番読取装置
12 計測用コンピュータ
13 コンピュータネットワーク回線
14 現地側格納箱
A1 車両の進行方向
D1 計測区間
D2 振動センサ間隔
1 (L), 1 (R) First vibration sensor (L in parentheses represents left, R represents right)
2 (L), 2 (R) Second vibration sensor (L in parentheses indicates left, R indicates right)
3 Wheel detection sensor 4 (L), 4 (R) Rail (L in parenthesis is left, R is right)
5 Vehicle
6 ID plate
7 Car number reading antenna
8 Amplifier
9 Interface circuit 10 A / D conversion circuit 11 Car
Claims (3)
この記録された第1及び第2振動センサの振動出力値の内、あらかじめ定めた基準値以上の振幅を示すいずれか振幅の大きい方の振動ピークが発生した時点における当該両センサの振動出力値の強弱を比較して振動比較データを得る振動比較ステップ、
前記の記録された車輪検知センサの複数の車輪の通過データに基づき列車速度を算出する速度算出ステップ、
前記列車速度と経過時間から車輪位置を算出する車輪位置算出ステップ、及び
前記車輪位置データに基づき求められる、2つの振動センサに対する車輪の相対位置と、前記振動比較データを、下表の判定基準に当てはめ踏面異状の存在する車輪を特定する異状車輪特定ステップ
を有する鉄道車輪踏面の異状検出方法。
The two vibration sensors, the first and second vibration sensors installed on the left and right rails at predetermined intervals, and the wheel detection sensor installed closer to the approaching train than the vibration sensors, are output during the train passing. Record the
Of the recorded vibration output values of the first and second vibration sensors, the vibration output values of both sensors at the time of occurrence of the vibration peak with the larger amplitude, which indicates an amplitude equal to or greater than a predetermined reference value. Vibration comparison step to compare vibration strength and obtain vibration comparison data,
A speed calculating step for calculating a train speed based on the passing data of a plurality of wheels of the recorded wheel detection sensor;
The wheel position calculation step for calculating the wheel position from the train speed and the elapsed time, and the relative position of the wheel with respect to the two vibration sensors obtained based on the wheel position data, and the vibration comparison data are used as the determination criteria in the following table. An abnormality detection method for a railway wheel tread having an abnormal wheel specifying step for specifying a wheel having a tread abnormality.
第1及び第2振動センサの振動出力値の内、あらかじめ定めた基準値以上の振幅を示すいずれか振幅の大きい方の振動ピークが発生した時点における当該両センサの振動出力値の強弱を比較し、振動比較データを得る振動比較手段、
車輪検知センサによる複数の車輪の通過データから列車速度を算出する速度算出手段、
前記列車速度と経過時間から車輪位置を算出する車輪位置算出手段、及び、
前記車輪位置データに基づき求められる、2つの振動センサに対する車輪の相対位置と、前記振動比較データに基づき踏面異状の存在する車輪を特定する異状車輪特定手段
を有する鉄道車輪踏面の異状検出装置。 First and second vibration sensors that are installed on each of the left and right rails at a predetermined interval and measure the vibration of the rails, and wheels that are installed closer to the approaching train than these vibration sensors and detect the passage of the wheels It consists of a detection sensor and a data processing device having a storage device that records signals output from these sensors while passing through the train.
Of the vibration output values of the first and second vibration sensors, the magnitude of the vibration output values of both sensors at the time of occurrence of the vibration peak with the larger amplitude, which indicates an amplitude greater than a predetermined reference value, is compared. Vibration comparison means for obtaining vibration comparison data;
A speed calculating means for calculating a train speed from passing data of a plurality of wheels by a wheel detection sensor;
Wheel position calculation means for calculating wheel position from the train speed and elapsed time, and
A railway wheel tread abnormality detection device comprising: a relative position of a wheel with respect to two vibration sensors obtained based on the wheel position data; and an abnormal wheel specifying means for specifying a wheel having a tread abnormality based on the vibration comparison data.
第1及び第2振動センサの振動出力値の内、あらかじめ定めた基準値以上の振幅を示すいずれか振幅の大きい方の振動ピークが発生した時点における当該両センサの振動出力値の強弱を比較して振動比較データを得る振動比較ステップ、
前記車輪検知センサの複数の車輪の通過データに基づき列車速度を算出する速度算出ステップ、
前記列車速度と経過時間から車輪位置を算出する車輪位置算出ステップ、及び
前記車輪位置データに基づき求められる、2つの振動センサに対する車輪の相対位置と、前記振動比較データに基づき踏面異状の存在する車輪を特定する異状車輪特定ステップ
を有する鉄道車輪踏面の異状検出方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
The two vibration sensors, the first and second vibration sensors installed on the left and right rails at predetermined intervals, and the wheel detection sensor installed closer to the approaching train than the vibration sensors, are output during the train passing. The following steps are performed based on this recording:
Of the vibration output values of the first and second vibration sensors, the magnitude of the vibration output values of both sensors at the time of occurrence of the vibration peak with the larger amplitude, which indicates an amplitude greater than a predetermined reference value, is compared. Vibration comparison step to obtain vibration comparison data
A speed calculating step for calculating a train speed based on passing data of a plurality of wheels of the wheel detection sensor;
A wheel position calculating step for calculating a wheel position from the train speed and elapsed time, a wheel having a tread surface abnormality based on the relative position of the wheel with respect to two vibration sensors obtained based on the wheel position data, and the vibration comparison data. The computer-readable recording medium which recorded the program which makes a computer perform the abnormality detection method of the railway wheel tread which has the abnormal wheel specific step which specifies this.
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