SE545220C2

SE545220C2 - Metod för att i omläggningsanordning mäta skador på spårväxlar och tåghjul

Info

Publication number: SE545220C2
Application number: SE2000101A
Authority: SE
Inventors: Jan Lundberg; Taoufik Najeh
Original assignee: Luleaa Tekniska Univ Avd Foer Drift Och Underhaallsteknik
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2023-05-30
Also published as: SE2000101A1

Abstract

Föreliggande uppfinning avser en metod för att mäta och analysera skada på en spårväxel och/eller tåghjul samt ett mät och analyssystem med förmågan att i en och samma anordning indirekt mäta och analysera såväl slitage och utmattningsskador i spårväxelns olika delar, spårriktnings och spårviddsfel i spårväxeln, hjulplattor hos tågens hjul samt om risk föreligger för uppkörd växel. Detta sker genom mätning av de vibrationer som därvid uppstår i omläggningsanordningens koppelstänger(l,2,3,4) , vilka är mekaniskt kopplade till tungorna (6,7). Dessa vibrationer korreleras mot verkligt slitage och skador i spårväxel och på hjulens tåg och dess position i en inlärningsprocess som gör det möjligt för exempelvis Artificiell Intelligens med mönsterigenkänning att direkt ge indikation när underhållsåtgärder på växeln behövs eller om hjulplattor föreligger eller om händelsen uppkörd spårväxel är på väg att inträffa.Grundprincipen innebär att accelerometrar (15,16,17,18) monteras på omläggningsanordningens koppelstänger (1,2, 3, 4). Vidare ingår också en datainsamlingsenhet samt temporära minnen som också monteras i omläggningsanordningen. Efter en inlärningsprocess kommer vibrationerna att korreleras mot verkliga slitage, utmattningsskador, spårriktnings och spårviddsfel, hjulplattor eller om risk för uppkörd växel föreligger.

Description

Beskrivning Metod för att i omläggningsanordning mäta skador på spårväxlar och tåghjul Spårväxlar utgör synnerligen kritiska komponenter inom järnvägen eftersom de på grund av dess många rörliga delar och snäva kurvradier utsätts för stora belastningar när tågen passerar. Dessa belastningar medför för det första att slitage och skador på spårväxlarna inträffar besvärande ofta, vilket orsakar stora driftstörningar i järnvägstrafiken. För det andra är vanliga förekommande fel i spårväxlar av typen spårriktningsfel och spårviddsfel viket också resulterar i skador på spårväxeln samt dåliga gångegenskaper hos tågen. För det tredje är själva tågen kritiska eftersom de hjulskador som uppstår under driften kontinuerligt hamrar sönder hela järnvägsnätets räls med en regelbundenhet motsvarande periferiavståndet mellan hjulskadorna (ofta hjulplattor som uppstår vid inbromsning). För det fjärde är en ytterligare störande faktor att så kallade uppkörda spårväxlar ofta inträffar. Med uppkörd spårväxel menas att växeltungorna ligger i fel läge iförhållande till den position som tåget har när det åker in i spårväxeln. Detta leder till att tungorna och tåghjulen förstörs och i värsta fall sker urspårning.

Det finns sålunda ett stort behov av att kunna automatiskt mäta mekaniska slitagetillstånd hos spårväxeln så att det går att dels förutse när spårväxeldetaljer börjar bli så slitna och skadade att byte av delar bör ske innan trafikstörningen är ett faktum, dels att kunna mäta om tågen som passerar växlarna har begynnande hjulplattor och dels kunna mäta om ett tåg är på väg att köra upp en växel så att denna händelse kan stoppas innan olycka eller skada sker. Apparater för att mäta specifikt hjulskador (så kallade hjulskadedetektorer) finns i dagsläget på flera platser utefter järnvägsnätet men är dock inte heltäckande.

Föreliggande uppfinning löser ovanstående 4 problem vilket resulterar i 4 behov i en och samma anordning eftersom den mäter och analyserar vibrationer i omläggningsanordningens koppelstänger som är mekaniskt kopplade till tungorna. Dessa vibrationer korreleras mot verkliga slitage och skador samt spårriktningsfel och spårviddsfel i spårväxel och skador på hjul samt tågens position i förhållande till tungornas läge, i en inlärningsprocess, vartefter exempelvis Artificiell Intelligens med mönsterigenkänning direkt ger indikation när underhållsåtgärder på växeln behövs eller om hjulplattor föreligger eller om händelsen uppkörd spårväxel är på väg att inträffa. l det följande beskriv denna uppfinning närmare, med avseende på hur de 4 behoven/problemen löses, samt under hänvisning till de bifogade skisserna Behov/Problem Nr 1: Att automatiskt mäta slitage och utmattningsskador i spårväxeln olika delar Se Figur 1: Sensorer i form av tre-axel accelerometrar monteras på koppelstängerna (1), (2), (3) och (4). Dessa koppelstänger ingår i omläggningsanordningen (5) vilka är mekaniskt ihopkopplade med de två växeltungorna (6) och (7). När ett tåg färdas in i spårväxeln kommer det beroende på tågets riktning att passera korsningen (14), vingrälerna (12), (13), farräl (8-9) mellanräl (8-9), samt växeltungor (6-7). Beroende på hur stort slitaget och utmattningsskadorna är i dessa delar, kommer tågen att röra sig på olika sätt i sidled vilket ger upphov till olika grad av vibrationer. Dessa vibrationer detekteras av tre-axel accelerometrarna (5)-(8), se Figur 2. Denna figur visar även koppelstängerna (1)-(4). Accelerometrarna (5)-(8) är monterade klimat och skadesäkert under omläggningsanordningens skyddskåpa. Genom tillgång till data på tågens hastighet kommer också positionen av de uppkomna slitaget i spårväxeln att beräknas så att det blir klarlagt exakt vilken komponent i spårväxeln som behöver bytas.

Figur 3 visar den principiella funktionen hos anordningen. Accelerometrarna (1)skickar trådlöst sina uppmätta accelerationsamplituder som funktion av frekvenser samt accelerationsamplituder som funktion av tiden till en datainsamlingsenhet (2) som också är klimatsäkert monterad under omäggningsanordningens skyddskåpa. Datainsamlingsenheten (2) skickar sedan trådlöst denna information vidare till ett temporärt minne av typen SBC (3) i vilken viss behandling av informationen kan ske. Nästa steg är att SBC (3) trådlöst skickar informationen till en molntjänst (4). Molntjänsten (4) och/eller SBC (3) kommer att med hjälp av artificiell intelligens (Al) med exempelvis mönsterigenkänning eller någon annan lämplig algoritm, korrelera de uppmätta vibrationerna mot verkligt slitage av spårväxeln, vilket kommer att mätas i en inlärningsfas baserat på att uppfinningen mäter på ett antal spårväxlar med olika slitagestatus. Output från (4) levereras till infrastrukturägaren (5) (exempelvis Trafikverket) och/eller till underhållsentreprenören som skall utföra underhållet på spårväxlarna. Denna output kommer att bestå av dels alla vibrationsmätningar men även av mått på vad dessa vibrationsmätningar motsvarar i form av verkligt slitage och vilka komponenter som avses.

Behov/Problem Nr 2: Att mäta spårriktnings och spårviddsfel i spårväxel Om spårväxelns horisontalläge varierar inom spårväxeln eller om hela växeln ligger fel i horisontalplanet föreligger spårriktningfel. Detta kommer att resultera i att tågen rör sig på ett annorlunda sätt jämfört med om inga spårriktningsfel föreligger vilket resulterarí ett specifikt vibrationsmönster på samma sått som beskrivet under rubriken Behov/Problem Nr 1. Samma förhållanden gäller om det föreligger felaktig spårvidd. Även här kommer en inlärningsfas att genomföras så att vibrationsnivåerna kan direkt översättas till spårriktning och spårviddfelens storlek och positionering.

Behov/Problem Nr 3: Att mäta hjulplattor hos tåghjul Hjulplattorna kommer att ge upphov till regelbundna stötar på olika delar av spårväxeln vilka enkelt kommer att detekteras och analyseras av uppfinningen och levereras till infrastrukturägaren på samma sätt som beskrivet under rubriken Behov/Problem Nr 1. Även här kommer en inlärningsfas att genomföras så att vibrationsnivåerna kan direkt översättas till hjulplattornas storlek och positionering.

Behov/Problem Nr 4: Att ge en tydlig varning att uppkörning av spårväxel håller på att ske.

Tåg som färdas ger upphov till vibrationer som fortplantas i rälen betydligt fortare än tågens hastighet. Uppfinningen kommer att jämföra de uppmätta vibrationsnivåerna i koppelstängerna (1) och (2) med vibrationsnivåerna som uppmäts i koppelstängerna (3) och (4), långt innan tåget passerar spårväxeln, se Figur 1. Eftersom den tunga som ståri kontakt med stödrälen (9) eller (8) kommer att detektera högra vibrationsnivåerjämfört med den tunga som inte är i kontakt med stödrälen blir det därmed möjligt att avgöra om växeln står i fel läge, vilket resulterar i uppkörd spårväxel. Mätresultaten analyseras av uppfinningen och levereras till infrastrukturägaren på samma sätt som beskrivet under rubriken Behov/Problem Nr 1. Även här kommer en inlärningsfas att genomföras så att vibrationsnivåerna kan direkt översättas till om tungorna ligger i fel position i förhållande till det inkommande tåget.

Figurförteckning: Figur 1: Övergripande skiss av spårväxel med omläggningsanordning Figur 2: Detaljerad skiss av omläggningsanordning med sensorer Figur 3: Övergripande skiss på uppfinningens princip

Claims

1. Mät och analyssystem för att i en omläggningsanordning kontinuerligt mäta och analysera slitage och utmattningsskador i spårväxlar, kännetecknad av att den innefattar accelerometer monterade på omläggningsanordningens koppelstänger, datainsamlingsenhet och temporärt minne monterad i omläggningsanordningen, samt användande av Al för att korrelera uppmätta vibrationer mot verkligt slitage och skador, samt innefattar en presentationsenhet för att presentera resultaten hos infrastruktirägare/underhållsentreprenör.

2. Mät och analyssystem för att i en omläggningsanordning kontinuerligt mäta och analysera spårlägesfel och spårriktningsfel i spårväxlar kännetecknad av att den innefattar accelerometer monterade på omläggningsanordningens koppelstänger, datainsamlingsenhet och temporärt minne monterad i omläggningsanordningen, samt användande av Al för att korrelera uppmätta vibrationer mot verkligt spårriktningsfel och spårviddsfel, samt innefattar en presentationsenhet för att presentera resultaten hos infrastruktirägare/underhållsentreprenör.

3. Mät och analyssystem för att i en omläggningsanordning kontinuerligt mäta och analysera hjulplattor hos inkommande tåg, kännetecknad av att den innefattar accelerometer monterade på omläggningsanordningens koppelstänger, datainsamlingsenhet och temporärt minne monterad i omläggningsanordningen, samt användande av AI för att korrelera uppmätta vibrationer mot verkliga hjulplattor samt innefattar en presentationsenhet för att presentera resultaten hos infrastruktirägare/underhållsentreprenör.

4. Mät och analyssystem för att i en omläggningsanordning kontinuerligt mäta och analysera om det finns risk för uppkörd spårväxel, kännetecknad av att den innefattar accelerometer monterade på omläggningsanordningens koppelstänger, datainsamlingsenhet och temporärt minne monterad i omläggningsanordningen, samt användande av Al för att korrelera uppmätta vibrationer mot om risk för uppkörd växel föreligger samt innefattar en presentationsenhet för att presentera resultaten hos infrastruktirägare/underhållsentreprenör.