ITTO20000552A1

ITTO20000552A1 - METHODS AND EQUIPMENT TO DETECT AND REPORT DANGER CONDITIONS IN A RAILWAY VEHICLE.

Info

Publication number: ITTO20000552A1
Application number: IT2000TO000552A
Authority: IT
Inventors: Roberto Moretti; Silvano Sema
Original assignee: Skf Ind Spa
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-12-09
Also published as: ITTO20000552A0; WO2001094174A1; IT1320416B1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Metodi ed apparecchiature per rilevare e segnalare condizioni di deragliamento in un veicolo ferroviario" . DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "Methods and equipment for detecting and signaling derailment conditions in a railway vehicle".

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce a metodi ed apparecchiature per rilevare e segnalare condizioni di deragliamento in un veicolo ferroviario. The present invention relates to methods and equipment for detecting and signaling derailment conditions in a railway vehicle.

In molti incidenti ferroviari causati da deragliamento si verifica dapprima un deragliamento parziale di un assile o di un carrello, a volte di una singola ruota di un veicolo ferroviario. In questi casi, solitamente un assile si trova spostato in modo tale che una delle sue ruote sbatte ripetutamente contro le traversine o i bulloni che fissano la rotaia alle traversine, o contro la massicciata ferroviaria. In altri casi, meno frequenti, è possibile che entrambe le ruote di uno stesso assile siano sollevate o spostate in modo tale da non subire urti. In entrambe tali evenienze, si è potuto verificare che il treno può viaggiare in tali condizioni di deragliamento parziale o incipiente per parecchie decine di chilometri prima che si verifichi un danno più grave o un incidente,· durante questo periodo, solitamente né il macchinista né altro personale a bordo del treno si accorgono o vengono avvertiti del guasto e quindi del pericolo imminente . In many rail accidents caused by derailment, a partial derailment of an axle or bogie, sometimes of a single wheel of a rail vehicle, occurs first. In these cases, usually a axle is displaced in such a way that one of its wheels repeatedly hits the sleepers or bolts that secure the rail to the sleepers, or against the railway embankment. In other, less frequent cases, it is possible that both wheels of the same axle are raised or moved in such a way as not to be impacted. In both such cases, it has been possible to verify that the train can travel in such conditions of partial or incipient derailment for several tens of kilometers before more serious damage or an accident occurs, during this period, usually neither the driver nor other personnel on board the train realize or are warned of the breakdown and therefore of the imminent danger.

È scopo della presente invenzione rilevare per tempo una condizione di deragliamento di almeno una delle ruote di un veicolo ferroviario e di generare, in tale evenienza, un segnale di allarme in tempo reale, così da poter fermare immediatamente il treno per evitare danni peggiori ed intervenire tempestivamente sul guasto verificatosi. It is an object of the present invention to detect in time a derailment condition of at least one of the wheels of a railway vehicle and to generate, in this case, an alarm signal in real time, so as to be able to immediately stop the train to avoid worse damage and intervene. promptly on the fault that has occurred.

Questo ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, secondo un primo aspetto della presente invenzione, da un metodo come definito nella rivendicazione 1 e da un'apparecchiatura come definita nella rivendicazione 4. This and other objects and advantages are achieved, according to a first aspect of the present invention, by a method as defined in claim 1 and by an apparatus as defined in claim 4.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, si propone un metodo come definito nella rivendicazione 2 ed un'apparecchiatura come definita nella rivendicazione 5. According to another aspect of the invention, a method as defined in claim 2 and an apparatus as defined in claim 5 are proposed.

Le caratteristiche e i vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata di alcuni suoi esempi di attuazione fatta con riferimento al disegno allegato, dato a titolo indicativo e non limitativo, che è una vista schematica di una ruota di un veicolo ferroviario a cui è associata un'apparecchiatura secondo 1'invenzione. The characteristics and advantages of the invention will emerge from the detailed description of some of its embodiment examples made with reference to the attached drawing, given by way of non-limiting example, which is a schematic view of a wheel of a railway vehicle to which a wheel is associated. apparatus according to the invention.

Facendo riferimento alla figura, con 1 è schematicamente indicata una ruota di un veicolo ferroviario che viaggia su una rotaia 2. La ruota 1 è dotata di un sensore di velocità 3 associato ad un encoder 4 solidale in rotazione all'assile della ruota, ad esempio una ruota fonica del tipo solitamente utilizzato per rilevare la velocità di rotazione. Il sensore di velocità 3 è montato su un elemento stazionario di supporto 5, solidale o integrale ad un elemento di supporto dell'assile della ruota. Ad esempio, l'elemento di supporto stazionario 5 potrà essere la boccola del cuscinetto o il coperchio esterno di tale boccola, o l'anello di rotolamento esterno e stazionario del cuscinetto del assile, o ancora uno schermo di tenuta montato su tale anello esterno. Preferibilmente il sensore di velocità 3 è disposto sull'anello di rotolamento esterno stazionario del cuscinetto. With reference to the figure, 1 schematically indicates a wheel of a railway vehicle traveling on a rail 2. The wheel 1 is equipped with a speed sensor 3 associated with an encoder 4 integral in rotation to the wheel axle, for example a phonic wheel of the type usually used to detect the rotation speed. The speed sensor 3 is mounted on a stationary support element 5, integral or integral with a support element of the wheel axle. For example, the stationary support element 5 may be the bearing bushing or the outer cover of said bushing, or the external and stationary rolling ring of the axle bearing, or even a sealing screen mounted on said outer ring. Preferably, the speed sensor 3 is arranged on the stationary outer rolling ring of the bearing.

Le caratteristiche di realizzazione e di funzionamento dei sensori di velocità e dei relativi encoder o ruote foniche in questione (che potranno essere di un qualunque tipo noto) non sono di per sé rilevanti ai fini della comprensione dell'invenzione e non verranno pertanto qui descritte in modo particolareggiato. Come noto, quando la ruota 1 gira, essa trascina solidalmente in rotazione 1'encoder 4, per cui il sensore di velocità 3 sotto l'influenza dell'encoder fornisce un segnale indicativo della velocità di rotazione della ruota, generalmente un segnale con frequenza proporzionale alla velocità angolare della ruota. The construction and operating characteristics of the speed sensors and of the related encoders or phonic wheels in question (which may be of any known type) are not relevant in themselves for the purposes of understanding the invention and will therefore not be described here in detailed way. As is known, when the wheel 1 rotates, it integrally drags the encoder 4 in rotation, so that the speed sensor 3 under the influence of the encoder provides a signal indicative of the speed of rotation of the wheel, generally a signal with a proportional frequency to the angular speed of the wheel.

Per un'applicazione vantaggiosa dell'invenzione è preferibile che tutte le ruote del treno, siano provviste di un encoder associato ad un relativo sensore di velocità. For an advantageous application of the invention it is preferable that all the wheels of the train are provided with an encoder associated with a relative speed sensor.

Ciascun sensore di velocità è collegato ad un'unità di elaborazione elettronica, schematicamente designata EU, situata a bordo del treno. L'unità EU acquisisce i segnali di velocità W provenienti dai vari sensori di velocità e li processa paragonando i valori istantanei dei segnali di velocità W acquisiti per riconoscere e segnalare una condizione di deragliamento. Each speed sensor is connected to an electronic processing unit, schematically designated EU, located on board the train. The unit EU acquires the speed signals W coming from the various speed sensors and processes them by comparing the instantaneous values of the speed signals W acquired to recognize and signal a derailment condition.

In condizioni di funzionamento normale, le ruote del treno girano con velocità di rotazione praticamente uguali. Può accedere che, a causa della conicità delle superfici di rotolamento delle ruote, o di differenze minime di diametro tra le ruote, alcune ruote girano con velocità leggermente superiore. L'unità di elaborazione EU è predisposta per trascurare differenze di velocità di rotazione inferiori ad una soglia predeterminata, ad esempio inferiori a 10%. Under normal operating conditions, the wheels of the train rotate with practically equal rotation speeds. It may occur that, due to the taper of the rolling surfaces of the wheels, or minimal differences in diameter between the wheels, some wheels turn slightly faster. The processing unit EU is designed to neglect differences in rotation speed lower than a predetermined threshold, for example lower than 10%.

Quando una o entrambe le ruote di un assile o tutte le ruote di un carrello non sono più sul binario, la velocità di rotazione delle ruote deragliate varia notevolmente rispetto alla velocità delle ruote che rotolano sul binario. Se ad esen^io una ruota sbatte sulla massicciata o sulle traversine, essa è soggetta a brusche variazioni di velocità a causa degli urti subiti; se invece, a causa dello spostamento dell'assiale, una ruota rimane completamente sospesa senza contattare la rotaia e senza urtare contro alcun elemento della linea ferroviaria, la sua velocità di rotazione decresce fino ad annullarsi. When one or both wheels of an axle or all wheels of a trolley are no longer on the track, the speed of rotation of the derailed wheels varies considerably compared to the speed of the wheels that roll on the track. For example, if a wheel strikes on the ballast or on the sleepers, it is subject to sudden variations in speed due to the impacts it has suffered; if, on the other hand, due to the displacement of the axial, a wheel remains completely suspended without contacting the rail and without hitting any element of the railway line, its rotation speed decreases until it disappears.

Secondo l'invenzione, l'unità di elaborazione EU è predisposta per emettere automaticamente un segnale di allarme A quando rileva che almeno una delle ruote sensorizzate gira con una velocità di rotazione sensibilmente diversa rispetto ad almeno un'altra delle ruote del treno, il che indica che si è verificato un deragliamento o che una ruota è bloccata e perciò potrebbe provocare un deragliamento. In particolare, l'unità di elaborazione è predisposta per emettere il segnale di allarme quando uno dei segnali di velocità differisce di una percentuale predeterminata da almeno uno degli altri segnali di velocità delle altre ruote, o dalla media dei valori delle velocità istantanee dei segnali provenienti da tutte le ruote monitorate. Ad esempio, l'unità di elaborazione EU può essere predisposta per emettere il segnale di allarme quando riconosce che tra due ruote vi è una differenza di velocità superiore a 10% o ad un altro valore percentuale considerato indicativo di una condizione di potenziale deragliamento. According to the invention, the processing unit EU is arranged to automatically emit an alarm signal A when it detects that at least one of the sensorized wheels is turning with a significantly different rotation speed compared to at least another of the wheels of the train, which indicates that a derailment has occurred or that a wheel is locked and therefore could cause a derailment. In particular, the processing unit is arranged to emit the alarm signal when one of the speed signals differs by a predetermined percentage from at least one of the other speed signals of the other wheels, or from the average of the instantaneous speed values of the signals coming from all monitored wheels. For example, the processing unit EU can be set up to emit the alarm signal when it recognizes that there is a speed difference of more than 10% or another percentage value considered indicative of a potential derailment condition between two wheels.

Nel caso in cui si sceglie di valutare la presenza di una condizione di deragliamento rispetto al valore medio della velocità istantanea dei segnali di velocità provenienti da un numero n di ruote monitorate, l'unità di elaborazione EU è predisposta per elaborare una media degli n valori di velocità istantanei, così da ottenere un valore medio istantaneo Wm. L'unità di elaborazione confronta ciascun singolo valore istantaneo con il valore medio Wm per generare automaticamente un segnale di allarme non appena uno qualsiasi degli n segnali di velocità delle ruote monitorate assume un valore che raggiunge o supera una differenza ammissibile predeterminata rispetto al valore medio istantaneo Wm. If you choose to evaluate the presence of a derailment condition with respect to the average value of the instantaneous speed of the speed signals coming from a number n of monitored wheels, the processing unit EU is set up to process an average of the n values of instantaneous speeds, so as to obtain an instantaneous average value Wm. The processing unit compares each single instantaneous value with the average value Wm to automatically generate an alarm signal as soon as any of the n speed signals of the monitored wheels takes on a value that reaches or exceeds a predetermined admissible difference with respect to the instantaneous average value Wm.

Per il calcolo del valore medio istantaneo W„ si potrà usare qualsiasi algoritmo statistico, ad esempio calcolando la media mobile esponenziale, lo scarto quadratico medio, il valore medio, ecc. dei valori dei segnali di velocità provenienti dalle n ruote monitorate. Any statistical algorithm can be used to calculate the instantaneous mean value W „, for example by calculating the exponential moving average, the root mean square, the mean value, etc. of the values of the speed signals coming from the n monitored wheels.

Naturalmente, la sensibilità del sistema di allarme sarà tanto maggiore quanto più bassa è la percentuale di velocità che si fissa come limite tra la condizione di funzionamento normale e la condizione di funzionamento difettoso. Se il valore della differenza di velocità ammissibile viene abbassato, il segnale di allarme potrà essere emesso anche quando una delle ruote è in condizioni di bloccaggio parziale, ad esempio a causa di un funzionamento irregolare del freno ad essa associato. Naturally, the sensitivity of the alarm system will be the greater the lower the percentage of speed that is set as the limit between the normal operating condition and the faulty operating condition. If the value of the allowable difference in speed is lowered, the alarm signal can also be issued when one of the wheels is in partial locking conditions, for example due to an irregular operation of the brake associated with it.

Si noti che anche in condizioni di funzionamento normale durante la frenatura le diverse ruote possono essere rallentate più o meno rapidamente a seconda delle inevitabili differenze di taratura tra un freno e l'altro. È quindi possibile che in fase di frenatura l'unità di elaborazione rilevi sensibili differenze di velocità tra le diverse ruote, senza che ciò corrisponda però ad una condizione di deragliamento. È perciò preferibile che l'unità di controllo che emette il segnale di allarme (ad esempio la stessa unità EU), sia predisposta per ricevere un segnale di frenatura B quando i freni sono attivati ed utilizzare questo segnale in modo tale da escludere automaticamente la generazione di un segnale di allarme quando il treno sta frenando. Note that even in normal operating conditions during braking, the different wheels can be slowed down more or less quickly depending on the inevitable differences in calibration between one brake and another. It is therefore possible that during the braking phase the processing unit detects significant differences in speed between the different wheels, without this however corresponding to a derailment condition. It is therefore preferable that the control unit that emits the alarm signal (for example the EU unit itself), is designed to receive a braking signal B when the brakes are activated and to use this signal in such a way as to automatically exclude the generation. of an alarm signal when the train is braking.

Claims

CLAIMS 1. Method for detecting and signaling a faulty operating condition of a wheel of a railway vehicle, comprising the steps of: a) arranging, for a plurality of vehicle wheels, a corresponding plurality of wheel rotation sensor means (3), adapted to make available a plurality of wheel rotation speed signals (W), b) acquiring the signals of speed (W) by means of an electronic processing unit (EU); c) comparing the instantaneous values of the speed signals (W) coming from the rotation sensors (3) of said plurality of wheels; d) automatically generating an alarm signal (A) when the difference between the values of two speed signals of two different wheels reaches or exceeds a predetermined admissible difference.

2 . Method for detecting and reporting a faulty operating condition of a wheel of a railway vehicle, comprising the steps of: a) providing, for a plurality of vehicle wheels, a corresponding plurality of wheel rotation sensor means (3), adapted to make available a plurality of wheel rotation speed signals (w), b) acquiring the signals speed (W) by means of an electronic processing unit (EU); cl) processing an average of the instantaneous values of the speed signals (W) coming from the rotation sensors (3) of said plurality of wheels, obtaining an instantaneous average value (WJ c2) comparing each single instantaneous value of the speed signals (W) with the average value (WJ; d) automatically cause an alarm signal when any of the speed signals (W) assumes a value that reaches or exceeds a predetermined admissible difference with respect to the instantaneous average value (WJ.

Method according to claim 1 or 2, further comprising the steps of: generate a braking signal (B) when the train brakes are activated; acquiring, by means of a control unit, the braking signal (B); and inhibit, by means of this control unit and in response to the braking signal (B), the generation of the alarm signal (A) when the train brakes are activated.

4. Apparatus for detecting and signaling a faulty operating condition of a wheel of a railway vehicle, comprising: a plurality of rotation sensor means (3) associated with a respective plurality of vehicle wheels, to make available a plurality of wheel rotation speed signals (W); means of processing (EU) prepared for: acquiring said speed signals (W); compare the instantaneous values of the speed signals; And automatically trigger an alarm signal (A) when the difference between the values of two speed signals (W) reaches or exceeds a predetermined allowable difference.

5. Apparatus for detecting and signaling a faulty operating condition of a wheel of a railway vehicle, comprising: a plurality of rotation sensor means (3) associated with a respective plurality of vehicle wheels, to make available a plurality of wheel rotation speed signals (W), means of processing (EU) prepared for: acquire said speed signals (W) processing an average of the instantaneous values of the speed signals (W) coming from the rotation sensors (3) of said plurality of wheels, obtaining an instantaneous average value (WJ; comparing each single instantaneous value of the speed signals (W) with the average value (WJ; automatically cause an alarm signal (A) when any of the speed signals (W) assumes a value that reaches or exceeds a predetermined permissible difference with respect to the instantaneous average value (WJ.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, further comprising: means for generating a braking signal (B) when the train brakes are activated; means for supplying the braking signal (B) to a processing unit; And means for inhibiting, in response to the braking signal (B), the generation of the alarm signal (A) when the train brakes are activated.