PL224065B1 - Układ monitorowania stanu i diagnozowania pojazdów szynowych oraz toru - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ monitorowania stanu i diagnozowania pojazdów szynowych oraz toru, zwłaszcza dynamicznych zachowań pojazdu szynowego w trakcie jego normalnej eksploatacji, bez konieczności dołączania dodatkowego wagonu pomiarowego. Jest to układ, w skład którego wchodzą czujniki do pomiaru przyspieszenia i temperatury rozmieszczone na ramach wózków, nadwoziach i zestawach kołowych pojazdu szynowego.

Znane jest rozwiązanie, którego zadaniem jest monitorowanie typowych dynamicznych zachowań wagonu kolejowego w trakcie normalnej eksploatacji pojazdu szynowego. W rozwiązaniu tym zastosowane są dwukanałowe czujniki przyspieszenia rejestrujące przyspieszenia w kierunkach: poprzecznym i pionowym. Celem jest uchwycenie przechylenia, odchylenia, pionowego i bocznych przyspieszeń nadwozia wagonu. W rozwiązaniu zastosowano 8 czujników przyspieszenia wyposażonych w 16 kanałów: 8 kanałów przeznaczonych do instalacji na nadwoziu wagonu i 8 na ramach dwóch wózków. Po jednym z czujników zostało umieszczone w każdym z rogów nadwozia wagonu, co stanowi łącznie 4 czujniki. Rejestrowane sygnały z tych czterech czujników to: przyspieszenia w kierunku pionowym, w przednich: prawym i lewym oraz tylnych: prawym i lewym rogach nadwozia oraz przyspieszenia w kierunku poprzecznym, w przednich: prawym i lewym oraz tylnych: prawym i lewym rogach nadwozia.

Cztery czujniki zostały umieszczone na zewnętrznej, środkowej części każdej z ram wózków wagonu. Rejestrowane sygnały z tych czterech czujników to: przyspieszenia w kierunkach pionowym mierzone na ramie przedniego wózka z lewej strony, na ramie przedniego wózka z prawej strony, na ramie tylnego wózka z lewej strony, na ramie tylnego wózka z prawej strony, przyspieszenia w kierunku poprzecznym mierzone na ramie przedniego wózka z lewej strony, na ramie przedniego wózka z prawej strony, na ramie tylnego wózka z lewej strony, na ramie tylnego wózka z prawej strony.

Znany jest system niestacjonarny do określenia jakości toru kolejowego pod nazwą Railway Track Quality System (RTQS) firmy T&T Sistemi (Włochy). Urządzenie to przeznaczone jest do monitorowania toru w celu obsługi i konserwacji tras kolejowych. Struktura tego systemu składa się z 2 podsystemów. Oprócz laserowego urządzenia pomiarowego określającego kształty linii kolejowych zawiera inercyjną jednostkę pomiarową, zbudowaną z czujników przyspieszenia drgań oraz z żyroskopów. Czujniki te usytuowane są wewnątrz urządzenia, a nie na pojeździe szynowym. Urządzenie jako takie jest instalowane poprzez dołączenie go do podwozia pojazdu szynowego bezpośrednio przed wybranym zestawem kołowym. Nie są znane układy do monitorowania i diagnozowania stanu toru, w przypadku których czujniki instalowane byłyby bezpośrednio na pojeździe szynowym.

W znanych rozwiązaniach wymagana jest duża liczba czujników oraz brak jest możliwości jednoczesnego monitorowania stanu i diagnozowania toru wraz z monitorowaniem stanu i diagnozowaniem pojazdu szynowego w ramach jednego układu.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie tych wad.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że ma czujniki przyspieszenia usytuowane na ramie wózka pojazdu szynowego, po jednej z przekątnych wózka, z przodu wózka po parze czujników przyspieszenia kierunku poprzecznego i pionowego oraz z tyłu wózka po parze czujników przyspieszenia kierunku poprzecznego i pionowego, zaś na każdej obudowie łożyska usytuowany jest czujnik przyspieszenia do badania stanu toru i czujnik temperatury, przy czym czujniki przyspieszenia nadwozia pojazdu usytuowane są na przecięciu przekątnych wózka.

Rozwiązanie według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera niezbędną, minimalną liczbę odpowiednio rozmieszczonych czujników oraz umożliwia jednoczesne monitorowanie stanu i diagnozowanie pojazdu szynowego oraz toru.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje rozmieszczenie czujników przyspieszenia i czujników temperatury na wózku pojazdu szynowego w widoku z boku, fig. 2 przedstawia rozmieszczenie tych czujników na wózku pojazdu szynowego w widoku od dołu, a fig. 3 - w widoku z przeciwnego boku niż fig. 1.

Na wózku umieszczone jest 14 czujników oznaczonych numerami 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. Poprzez wózek rozumie się każdy wózek pojazdu szynowego: toczny, napędowy.

Czujniki oznaczone numerami: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 są piezoelektrycznymi czujnikami mierzącymi wartości przyspieszeń. Czujniki oznaczone numerami: 11, 12, 13, 14 są czujnikami mierzącymi wartości temperatury. Czujnik prawy przedni 1 umiejscowiony jest na obudowie łożyska A, z prawej przedniej strony wózka, co określa się w stosunku do kierunku jazdy wózka oznaczonej strzałką. Czujnik ten

PL 224 065 B1 dokonuje pomiaru w kierunku pionowym. Czujnik lewy przedni 2 umiejscowiony jest na obudowie łożyska B, z lewej przedniej strony wózka i dokonuje pomiaru w kierunku pionowym. Czujnik prawy tylny 3 umiejscowiony jest na obudowie łożyska C, z prawej tylnej strony wózka i dokonuje pomiaru w kierunku pionowym. Czujnik lewy tylny 4 umiejscowiony jest na obudowie łożyska D, z lewej tylnej strony wózka i dokonuje pomiaru w kierunku pionowym. Czujnik ramy przedni poprzeczny 5 umiejscowiony jest na ramie wózka nad zestawem kołowym przednim z prawej strony wózka i dokonuje pomiaru w kierunku poprzecznym. Czujnik ramy przedni pionowy 6 umiejscowiony jest na ramie wózka nad zestawem kołowym przednim z prawej strony wózka i dokonuje pomiaru w kierunku pionowym. Czujnik ramy tylny poprzeczny 7 umiejscowiony jest na ramie wózka nad zestawem kołowym tylnym, z lewej strony wózka. Czujnik ten dokonuje pomiaru w kierunku poprzecznym. Czujnik ramy tylny pionowy 8 umiejscowiony jest na ramie wózka nad zestawem kołowym tylnym z lewej strony wózka. Czujnik ten dokonuje pomiaru w kierunku pionowym. Czujnik nadwozia poprzeczny 9 umiejscowiony jest pod powierzchnią podłogi nadwozia, na przecięciu osi symetrii wózka, dokonuje pomiaru w kierunku poprzecznym. Czujnik nadwozia pionowy 10 umiejscowiony jest pod powierzchnią podłogi nadwozia, na przecięciu osi symetrii wózka. Czujnik ten dokonuje pomiaru w kierunku pionowym. Czujnik temperatury prawy przedni 11 umiejscowiony jest na obudowie łożyska A, z prawej przedniej strony wózka. Czujnik temperatury lewy przedni 12 umiejscowiony jest na obudowie łożyska B, z lewej przedniej strony wózka. Czujnik temperatury prawy tylny 13 umiejscowiony jest na obudowie łożyska C, z prawej tylnej strony wózka. Czujnik temperatury lewy tylny 14 umiejscowiony jest na obudowie łożyska D, z lewej tylnej strony wózka.

Ten układ monitorowania, służący do oceny stanu technicznego zawieszenia pojazdu wykorzystuje jednoosiowe, piezoelektryczne przemysłowe czujniki przyspieszenia zamontowane na obudowach łożysk, ramach wózków i nadwoziach wagonów lub członów pojazdu szynowego oraz rezystancyjne czujniki temperatury na obudowach łożysk zestawów kołowych pojazdu szynowego. Do oceny stanu toru wykorzystywane są sygnały z czujników przyspieszenia zamontowanych na obudowach łożysk A, B, C, D zestawów kołowych: czujnika przyspieszenia prawego przedniego 1 i lewego przedniego 2, prawego tylnego 3 i lewego tylnego 4. Dokonują one pomiarów w kierunku pionowym. Czujniki przyspieszenia ram wózka 5, 6, 7, 8 dokonują pomiarów przyspieszenia w kierunku poprzecznym czujniki 5 i 7 oraz w kierunku pionowym - czujniki 6, 8. Czujniki nadwozia 9, 10 wykonują pomiary przyspieszenia w kierunku poprzecznym - czujnik 9 i w kierunku pionowym - czujnik 10. Do oceny temperatury wykorzystywane są sygnały z czujników temperatury 11, 12, 13, 14, zamontowanych na obudowach łożysk A, B, C, D każdego zestawu kołowego pojazdu szynowego po lewej i prawej stronie.

Na podstawie sygnału przyspieszenia, rejestrowanego przez czujniki o numerach 1, 2, 3, 4, obliczany jest wskaźnik jakości toru, w oparciu o który dokonuje się określenia stanu technicznego toru.

Na podstawie sygnału przyspieszeń, rejestrowanego przez czujniki o numerach 5, 6, 7, 8, 9, 10, obliczane są miary statystyczne sygnałów, w oparciu o porównanie których z wartościami granicznych dokonuje się określenia stanu technicznego elementów zawieszenia amortyzujących i tłumiących drgania pojazdu szynowego. Poprzez pojęcie wartości granicznych rozumie się wartości normatywne, tj. ustalone na podstawie informacji znajdujących się w karcie UIC 518 oraz normie EN 14363, w przypadku miar statystycznych wskazanych w karcie UIC 518 oraz normie EN 14363, a także inne wartości, ustalone jako graniczne w wyniku badań symulacyjnych oraz badań doświadczalnych.

Na podstawie sygnału temperaturowego, rejestrowanego przez czujniki o numerach 11, 12, 13, 14 dokonuje się określenia stanu technicznego łożysk maźniczych, w szczególności ich uszkodzeń spowodowanych podwyższoną temperaturą.

Lokalizacja czujników przyspieszenia 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 wynika z przeprowadzonych badań symulacyjnych oraz jazd doświadczalnych na torze testowym. W przypadku lokalizacji czujników przyspieszeń oznaczonych numerami: 6, 8, które dokonują pomiarów w kierunku pionowym warto także dokonywać pomiaru w kierunku poprzecznym, co z kolei zadecydowało o lokalizacji czujników przyspieszeń oznaczonych numerami: 5, 7.

Lokalizacja czujników przyspieszenia o numerach 1, 2, 3, 4 ma bezpośredni związek z ich zadaniem czyli obliczaniem wskaźnika jakości toru w oparciu o pomiary przyspieszenia.

Monitorowanie stanu i diagnozowania pojazdów szynowych oraz toru polega na określeniu stanu technicznego elementów amortyzujących i tłumiących I i II stopnia zawieszenia pojazdu, poziomu temperatury łożysk zestawów kołowych oraz poziomu geometrycznych nieregularności toru.

Monitorowanie stanu pojazdów szynowych oraz toru może odbywać się on-line, a zbierane przez czujniki sygnały są na bieżąco przetwarzane, analizowane i gromadzone w bazach danych ser4

PL 224 065 B1 wera systemu, którego częścią składową jest układ monitorowania stanu i diagnozowania pojazdów szynowych oraz toru.

Sygnały z czujników są przesyłane drogą przewodową do lokalnej jednostki akwizycji danych zamontowanej na pojeździe. Następnie są przesyłane do centralnej jednostki akwizycji danych, gdzie sygnały są wstępnie analizowane. W dalszej kolejności sygnały z centralnej jednostki akwizycji danych przesyłane są drogą bezprzewodową do serwera systemu gdzie są analizowane i gromadzone w bazie danych. W wyniku analizy obliczane są odpowiednie wskaźniki diagnostyczne charakteryzujące stan techniczny, a następnie generowane są informacje jakościowe o stanie technicznym. Informacje te są na bieżąco przesyłane do odpowiednich służb nadzorujących ruch pojazdu szynowego oraz służb odpowiedzialnych za stan techniczno-eksploatacyjny pojazdu i toru. Położenie pojazdu szynowego jest opisane współrzędnymi geograficznymi i jest widoczne na elektronicznej mapie, zatem informacje o stanie toru są jednoznacznie identyfikowane z miejscem w terenie. W związku z tym operator pojazdu szynowego otrzymuje informacje o zachowaniu się pojazdu na odpowiednim szlaku.

Gromadzone w bazie danych informacje są wykorzystywane do oceny stanu technicznego elementów amortyzujących i tłumiących tj. układów podatno-tłumiących I i II stopnia sprężynowania pojazdu szynowego oraz do oceny stanu toru. Bazując na tych informacjach możliwa jest predykcja stanu technicznego pojazdu szynowego w przyszłości oraz możliwe jest podejmowanie decyzji o koniecznych naprawach, remontach czy wymianach elementów pojazdu szynowego.

Claims (1)

1. Układ monitorowania stanu i diagnozowania pojazdów szynowych oraz toru zawierający czujniki przyspieszenia zainstalowane na wózku pojazdu szynowego i na nadwoziu pojazdu szynowego, znamienny tym, że ma czujniki przyspieszenia (5, 6, 7, 8), usytuowane na ramie wózka (F) pojazdu szynowego, po jednej z przekątnych wózka, z przodu wózka po parze czujników przyspieszenia kierunku poprzecznego (5) i pionowego (6) oraz z tyłu wózka po parze czujników przyspieszenia kierunku poprzecznego (7) i pionowego (8), zaś na każdej obudowie łożyska (A, B, C, D) usytuowany jest czujnik przyspieszenia (1, 2, 3, 4) do badania stanu toru i czujnik temperatury (11, 12, 13, 14), przy czym czujniki przyspieszenia nadwozia pojazdu (9, 10) usytuowane są na przecięciu przekątnych wózka (F).