JP5242538B2 - Method and apparatus for detecting step wear of pantograph sliding plate - Google Patents
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Description
本発明は、パンタグラフの摺り板に発生する段付摩耗を検知する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for detecting stepped wear generated on a pantograph sliding plate.
電気鉄道のパンタグラフの摺り板は、トロリ線と摺動しながら集電している。そして、トロリ線は左右方向にあるピッチでジグザグに架設されており、摺り板とトロリ線との摺動位置を左右方向に分散させている。このようにして、摺り板に局部摩耗が起こらないようにしている。 The pantograph sliding plate of the electric railway collects electricity while sliding with the trolley wire. The trolley wire is installed in a zigzag manner at a pitch in the left-right direction, and the sliding positions of the sliding plate and the trolley wire are dispersed in the left-right direction. In this way, local wear is prevented from occurring on the sliding plate.
しかしながら、この摺動時に異常なアークの発生などの何らかの原因により、摺り板に局所的な摩耗が発生する場合がある。このような摩耗が進むと、摺り板の表面に局所的な凹部が形成される。摺り板の表面にこのような凹部が存在すると、トロリ線が嵌り込んで、トロリ線のスムーズな左右移動を阻害する。さらにこの状態が継続すると、この凹部が、摺り板の他の部分よりも一段低くなった溝(段付摩耗)に発達するおそれがある。このような段付摩耗は、摺り板の破損やトロリ線の切断など、事故につながる危険がある。 However, local wear may occur on the sliding plate due to some cause such as generation of an abnormal arc during sliding. When such wear progresses, a local recess is formed on the surface of the sliding plate. When such a concave portion exists on the surface of the sliding plate, the trolley wire is fitted, and the smooth left-right movement of the trolley wire is hindered. Furthermore, if this state continues, this recess may develop into a groove (stepped wear) that is one step lower than the other part of the sliding plate. Such stepped wear may lead to an accident such as breakage of the sliding plate or cutting of the trolley wire.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、段付摩耗によって挙動が変化するトロリ線の加速度を計測することによって、摺り板の段付摩耗を検知する方法及び装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method and an apparatus for detecting step wear of a sliding plate by measuring the acceleration of a trolley wire whose behavior changes due to step wear. The purpose is to do.
本発明のパンタグラフの摺り板の段付摩耗検知方法は、 トロリ線の上下及び/又は左右方向の加速度を測定して加速度信号を得、 前記トロリ線の上下及び/又は左右方向の加速度信号に、インパルス状の波形が出現したことをもって前記トロリ線の下の軌道を通過した電車のパンタグラフの摺り板に段付摩耗が生じている(段付摩耗発生)と判定することを特徴とする。 The step wear detection method of the pantograph sliding plate of the present invention is to measure acceleration in the vertical and / or horizontal direction of the trolley wire to obtain an acceleration signal, and to the acceleration signal in the vertical and / or horizontal direction of the trolley wire, It is determined that stepped wear has occurred on the sliding plate of the pantograph of the train that has passed the track under the trolley line (stepped wear occurrence) when the impulse waveform appears.
摺り板に段付摩耗が発生した場合、この摺り板と摺動接触するトロリ線が影響を受け、トロリ線に上下方向あるいは左右方向の特徴的な加速度が発生する。そこで、この加速度を計測して処理した加速度評価値を求めることにより、段付摩耗を検知することができる。 When stepped wear occurs in the sliding plate, the trolley wire that is in sliding contact with the sliding plate is affected, and a characteristic acceleration in the vertical direction or the horizontal direction is generated in the trolley wire. Therefore, stepped wear can be detected by measuring the acceleration and obtaining the processed acceleration evaluation value.
具体的には、上下加速度信号に、インパルス状の波形が出現したことをもって段付摩耗と判定することができる。摺り板に段付き摩耗が発生した状況下でトロリ線が摺り板の平坦部から凹部へ移行すると、トロリ線には上下方向にインパルス状の加速度が発生する。そこで、上下加速度信号にインパルス状の波形が出現したことを検知することにより、段付摩耗と判定できる。 Specifically, stepped wear can be determined by the appearance of an impulse waveform in the vertical acceleration signal. When the trolley wire moves from the flat portion to the concave portion of the sliding plate under the situation where the stepped wear is generated on the sliding plate, an impulse-like acceleration is generated in the vertical direction on the trolley wire. Therefore, it can be determined as stepped wear by detecting the appearance of an impulse waveform in the vertical acceleration signal.
本発明においては、 前記トロリ線の左右方向の加速度信号に、前記トロリ線に左右方向の自由振動が励起されたことが出現したことをもって段付摩耗発生と判定することもできる。 In the present invention, it can also be determined that stepped wear has occurred when a lateral free vibration is excited in the trolley wire in the lateral acceleration signal of the trolley wire.
摺り板の段付摩耗が発生した状況下でトロリ線が摺り板の凹部から平坦部に移行すると、トロリ線は凹部の側壁に押圧されていた状態から解放されるので、弦が弾かれたような状態となり、左右方向の自由振動が発生する。そこで、左右加速度信号に、トロリ線に左右方向の自由振動が励起されたことが出現したことが検知されると、段付摩耗と判定できる。
具体的には、左右方向の加速度信号の標準偏差を評価値とし、この値が所定の閾値を超えた場合に、段付摩耗が発生したことを検知する。
When the trolley wire shifts from the recessed portion of the sliding plate to the flat portion under the condition where the stepped wear of the sliding plate occurs, the trolley wire is released from the state pressed against the side wall of the recessed portion, so that the string is played. And free vibration in the left-right direction occurs. Accordingly, when it is detected in the left / right acceleration signal that the free vibration in the left / right direction is excited on the trolley line, it can be determined as stepped wear.
Specifically, the standard deviation of the acceleration signal in the left-right direction is used as an evaluation value, and when this value exceeds a predetermined threshold, it is detected that step wear has occurred.
本発明のより具体的な方法としては、 前記トロリ線の上下及び/又は左右方向の加速度信号からクルトシス(尖鋭度)指標を求め、 求めたクルトシス指標が所定の閾値を超えた場合に段付摩耗発生と判定することとできる。
なお、インパルス状の波形出現を検知する方法には、クルトシス(波形の4次モーメント)以外に、より高次のモーメント量を利用することも可能である。
As a more specific method of the present invention, a kurtosis (sharpness) index is obtained from acceleration signals in the vertical and / or horizontal direction of the trolley wire, and when the obtained cultosis index exceeds a predetermined threshold, step wear It can be determined that it has occurred.
Note that, in addition to kurtosis (the fourth moment of the waveform), a higher-order moment amount can be used as a method for detecting the appearance of the impulse waveform.
さらに、本発明のより具体的な方法としては、 前記トロリ線の左右方向の加速度信号のうちから、前記トロリ線の隣接する曲線引き金具間を半波長とし、かつ、前記トロリ線の左右方向の振動が卓越する振動モードの左右固有振動数を含む周波数帯域にある振動数の信号を抽出し、 抽出された信号の標準偏差を求め、 求めた標準偏差が所定の閾値を超えた場合に段付摩耗発生を検知することとできる。
なお、着目する左右方向のトロリ線自由振動として、上記振動モードよりも高次のモードに着目してもよい。
Furthermore, as a more specific method of the present invention, among the acceleration signals in the left-right direction of the trolley wire, a half-wavelength is provided between the curved fittings adjacent to the trolley wire, and in the left-right direction of the trolley wire. Extracts frequency signals in the frequency band including the left and right natural frequencies of the vibration mode where vibration is dominant, calculates the standard deviation of the extracted signal, and steps when the calculated standard deviation exceeds a predetermined threshold It is possible to detect the occurrence of wear.
Note that a higher-order mode than the vibration mode may be noted as the trolley wire free vibration in the horizontal direction of interest.
以上の発明においては、 前記トロリ線の複数個所において該トロリ線の上下及び/又は左右方向の加速度を測定することが好ましい。
複数個所の加速度信号を測定すると、より確実に段付摩耗を検知できる。この場合、全ての計測点で検知結果が異常であった場合に異常と判定してもよく、1か所でも検知結果が異常であった場合に異常と判定してもよい。または、複数個の計測点のうちの特定の数のセンサが検知した場合に異常とすることもできる。これらの点については、架線設備状況やパンタグラフの使用状況を考慮して選択する。
In the above invention, it is preferable to measure acceleration in the vertical and / or horizontal direction of the trolley line at a plurality of locations of the trolley line.
By measuring acceleration signals at a plurality of locations, stepped wear can be detected more reliably. In this case, it may be determined as abnormal when the detection result is abnormal at all measurement points, or may be determined as abnormal when the detection result is abnormal at one location. Or it can also be considered as abnormal when a specific number of sensors of a plurality of measurement points detect. These points are selected in consideration of the overhead line equipment status and pantograph usage status.
本発明のパンタグラフの摺り板の段付摩耗検知装置は、 トロリ線の上下及び/又は左右方向の加速度を測定するセンサと、 該センサで計測された加速度信号を伝達する手段と、 該伝達手段により伝達された加速度信号を処理・判定する手段と、を備え、 前記加速度信号に、インパルス状の波形が出現したことをもって段付摩耗発生と判定することを特徴とする。 The stepped wear detecting device for a pantograph sliding plate according to the present invention includes a sensor for measuring acceleration in the vertical and / or horizontal direction of a trolley wire, means for transmitting an acceleration signal measured by the sensor, and Means for processing / determining the transmitted acceleration signal, and determining the occurrence of stepped wear when an impulse-like waveform appears in the acceleration signal.
本発明の他のパンタグラフの摺り板の段付摩耗検知装置は、 トロリ線の上下及び/又は左右方向の加速度を測定するセンサと、 該センサで計測された加速度信号から、前記トロリ線の左右振動の固有振動数の周波数帯域の加速度信号のみを透過するバンドパスフィルタと、 該バンドパスフィルタを透過した加速度信号を伝達する手段と、 該伝達手段により伝達された加速度信号を処理・判定する手段と、を備え、 前記加速度信号に、インパルス状の波形が出現したことをもって段付摩耗発生と判定することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, a pantograph sliding plate step wear detector includes a sensor for measuring acceleration in the vertical and / or horizontal direction of a trolley wire, and a left-right vibration of the trolley wire from an acceleration signal measured by the sensor. A band-pass filter that transmits only an acceleration signal in the frequency band of the natural frequency, a means for transmitting the acceleration signal transmitted through the band-pass filter, a means for processing and determining the acceleration signal transmitted by the transmission means, It is determined that stepped wear has occurred when an impulse waveform appears in the acceleration signal.
本発明によれば、着目するトロリ線左右振動の固有振動数の周波数のみを透過するバンドパスフィルタを用いることにより、左右振動の加速度を効率よく検出できる。
なお、着目するトロリ線左右振動の固有振動数の周波数が、トロリ線上下振動の最も低次の固有振動数よりも低い場合には、前記バンドパスフィルタの替わりにローパスフィルタを適用することもできる。
According to the present invention, the acceleration of the left-right vibration can be efficiently detected by using the bandpass filter that transmits only the frequency of the natural frequency of the trolley line left-right vibration of interest.
In addition, when the frequency of the natural frequency of the trolley line left-right vibration of interest is lower than the lowest natural frequency of the trolley line vertical vibration, a low-pass filter can be applied instead of the bandpass filter. .
以上の発明においては、前記加速度を測定するセンサが複数個であることとすれば、より確実に段付摩耗を検知できる。 In the above invention, if there are a plurality of sensors for measuring the acceleration, step wear can be detected more reliably.
摺り板に段付摩耗が発生した場合、トロリ線はこの段付摩耗部を左右によぎる際に固有の挙動を示し、上下方向及び左右方向の加速度が変動する。本発明によれば、トロリ線の加速度を計測して得られた評価値を判定するので、摺り板に段付摩耗が発生したことを検知できる。これにより、段付摩耗の発生を速やかに検知でき、事故や故障を未然に防ぐことができる。 When stepped wear occurs on the sliding plate, the trolley wire exhibits a unique behavior when the stepped worn portion is crossed from side to side, and the acceleration in the vertical direction and the horizontal direction fluctuates. According to the present invention, since the evaluation value obtained by measuring the acceleration of the trolley wire is determined, it can be detected that step wear has occurred on the sliding plate. Thereby, generation | occurrence | production of step wear can be detected rapidly and an accident and failure can be prevented beforehand.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、図1、図4を参照しつつトロリ線の設備の概要を説明する。
図1(A)に示すように、トロリ線1は、支柱に取り付けられた支持滑車で吊り下げられた吊架線2に、ハンガ3によって支持されている。また、トロリ線1は、図4に示すように、平面内において、所定の位置で屈曲するように曲線引き金具(図示されず)によって支持されており、全体としてレール方向において左右にジグザグに蛇行するように配線されている。一般に、左右方向の偏位幅Wは400〜500mm程度であり、ジグザグの周期は80〜300m程度である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the outline | summary of the installation of a trolley wire is demonstrated, referring FIG. 1, FIG.
As shown in FIG. 1A, the trolley wire 1 is supported by a hanger 3 on a suspension wire 2 suspended by a support pulley attached to a support column. Further, as shown in FIG. 4, the trolley wire 1 is supported by curved fittings (not shown) so as to be bent at a predetermined position in a plane, and zigzags meandering left and right in the rail direction as a whole. Wired to do so. Generally, the lateral displacement width W is about 400 to 500 mm, and the zigzag period is about 80 to 300 m.
図7を参照しつつパンタグラフや摺り板の構造の概要を説明する。
パンタグラフは、電車車両20の屋根に碍子23を介して設置された台枠24に搭載されている。パンタグラフは、舟体25と、この舟体25を台枠23に昇降可能に支持する枠組26を有する。摺り板21は舟体25に支持されており、舟体25は枠組26の上端に取り付けられた舟支え28に復元バネ27により支持されている。摺り板21はこの復元バネ27の弾性力でトロリ線1に押し付けられている。
The outline of the structure of the pantograph and the sliding plate will be described with reference to FIG.
The pantograph is mounted on a frame 24 installed on a roof of the train vehicle 20 via an insulator 23. The pantograph has a boat body 25 and a frame 26 that supports the boat body 25 on the base frame 23 so as to be movable up and down. The sliding plate 21 is supported by the boat body 25, and the boat body 25 is supported by a restoring spring 27 on a boat support 28 attached to the upper end of the frame 26. The sliding plate 21 is pressed against the trolley wire 1 by the elastic force of the restoring spring 27.
次に、図2を参照して、摺り板に段付摩耗が発生した場合のトロリ線の挙動を説明する。
図2(A)に示すように、トロリ線1が摺り板21の平坦部21aから凹部21bへ移行する場合には、トロリ線1には上下方向の衝撃がかかり、トロリ線1の上下加速度と左右加速度にインパルス状の信号が発生する。
一方、図2(B)に示すように、トロリ線1が摺り板21の凹部21bから平坦部21aへ移行した直後には、トロリ線1が凹部21bの側壁に押圧されていた状態から解放されるので、弦が弾かれたような状態となり、トロリ線1に左右方向の自由振動が発生する。
Next, with reference to FIG. 2, the behavior of the trolley wire when stepped wear occurs on the sliding plate will be described.
As shown in FIG. 2A, when the trolley wire 1 moves from the flat portion 21a of the sliding plate 21 to the concave portion 21b, an impact in the vertical direction is applied to the trolley wire 1, and the vertical acceleration of the trolley wire 1 and An impulse-like signal is generated in the lateral acceleration.
On the other hand, as shown in FIG. 2B, immediately after the trolley wire 1 moves from the concave portion 21b of the sliding plate 21 to the flat portion 21a, the trolley wire 1 is released from the state pressed against the side wall of the concave portion 21b. As a result, the string is played, and free vibration in the left-right direction is generated on the trolley wire 1.
このように段付摩耗によってトロリ線の挙動が変化し、段付摩耗に固有の加速度の変動が発生する。つまり、トロリ線の加速度の変動を測定することにより、段付摩耗の発生が検知できる。 In this way, the behavior of the trolley wire is changed by the stepped wear, and the fluctuation of the acceleration inherent to the stepped wear occurs. That is, the occurrence of stepped wear can be detected by measuring the change in acceleration of the trolley wire.
図1を参照して、段付摩耗検知装置の一例を説明する。
本発明では、トロリ線1の加速度を計測するために、車両20の摺り板21が摺動するトロリ線1にセンサ10を取り付ける。センサ10は、図1(B)に示すように、トロリ線1の上下方向加速度を計測する加速度計10Aと左右方向加速度を計測する加速度計10Bからなる。一般的には、加速度計は感度方向が決まっているので、同じ加速度計を各々感度方向が上下方向及び左右方向となるように配置すればよい。図1(B)に示すように、加速度計10A、10Bは、トロリ線1に取り付けられた支持部材11に絶縁部材12を介して固定することができる。
An example of a stepped wear detection device will be described with reference to FIG.
In the present invention, in order to measure the acceleration of the trolley wire 1, the sensor 10 is attached to the trolley wire 1 on which the sliding plate 21 of the vehicle 20 slides. As shown in FIG. 1B, the sensor 10 includes an accelerometer 10A that measures the vertical acceleration of the trolley wire 1 and an accelerometer 10B that measures the horizontal acceleration. In general, since the direction of sensitivity of the accelerometer is determined, the same accelerometer may be arranged so that the sensitivity directions are the vertical direction and the horizontal direction, respectively. As shown in FIG. 1B, the accelerometers 10 </ b> A and 10 </ b> B can be fixed to a support member 11 attached to the trolley wire 1 via an insulating member 12.
各センサ10は、信号線13を介して、例えば支柱に設置された測定器14(テレメータなど)に接続しており、各センサ10で計測された信号は測定器14に入力される。測定器14は、電波や光ファイバなどの信号線15を介して駅などに設置された処理装置16に接続している。測定器14に入力された信号は電波や光信号に変換されて、信号線15で処理装置16に伝送される。 Each sensor 10 is connected to, for example, a measuring instrument 14 (telemeter or the like) installed on a support via a signal line 13, and a signal measured by each sensor 10 is input to the measuring instrument 14. The measuring instrument 14 is connected to a processing device 16 installed in a station or the like via a signal line 15 such as a radio wave or an optical fiber. The signal input to the measuring instrument 14 is converted into a radio wave or an optical signal and transmitted to the processing device 16 through the signal line 15.
図2(A)に示した、トロリ線1が摺り板21の平坦部21aから凹部21bへ移行した場合には、前述の様にトロリ線1には上下方向及び左右方向のインパルス状の加速度が発生する。この加速度信号を処理装置16で処理して、以下に示す評価値を求める。 When the trolley wire 1 moves from the flat portion 21a of the sliding plate 21 to the concave portion 21b shown in FIG. 2 (A), the trolley wire 1 has impulse-like accelerations in the vertical and horizontal directions as described above. Occur. The acceleration signal is processed by the processing device 16 to obtain an evaluation value shown below.
(1)クルトシス(尖鋭度)
クルトシスとは、データXiが平均値の回りに集中している度合いを示す尺度であり、平均値の回りの4次モーメントを標準偏差δで正規化したものである。クルトシスKは数1で表わされる。
The kurtosis is a scale indicating the degree of concentration of the data Xi around the average value, and is obtained by normalizing the fourth moment around the average value with the standard deviation δ. The kurtosis K is expressed by Equation 1.
トロリ線の上下方向加速度信号からクルトシスを求め、クルトシスが既定の閾値を超えた場合に異常が発生したと判断する。検討例としては、サンプリング周波数を2kHzとし、データ数(N)=100の場合、クルトシスの閾値を18とする。この場合、得られた値が>18の場合、異常と判断する。実験例は後述する。
なお、トロリ線の左右加速度についても同様に評価することができるが、必ずしも行う必要はない。この場合、Nや閾値が変わる場合もある。
The cultosis is obtained from the vertical acceleration signal of the trolley line, and it is determined that an abnormality has occurred when the cultosis exceeds a predetermined threshold. As a study example, when the sampling frequency is 2 kHz and the number of data (N) = 100, the threshold value of kurtosis is 18. In this case, if the obtained value is> 18, it is determined as abnormal. Experimental examples will be described later.
Note that the left-right acceleration of the trolley line can be evaluated in the same manner, but it is not always necessary. In this case, N and the threshold value may change.
(2)上下・左右加速度
トロリ線の上下方向又は左右方向の加速度が閾値を超えた場合に、異常と判定する。
図3(A)に測定例のグラフを示す。グラフの縦軸はトロリ線の加速度を示し、横軸は時間を示す。グラフに示すように、ある時点で急激に加速度が発生している。この加速度が所定の閾値を超えた場合に異常と判定する。
(2) Vertical / horizontal acceleration When the vertical / horizontal acceleration of the trolley wire exceeds a threshold value, it is determined as abnormal.
A graph of a measurement example is shown in FIG. The vertical axis of the graph indicates the acceleration of the trolley line, and the horizontal axis indicates time. As shown in the graph, acceleration is suddenly generated at a certain time. When this acceleration exceeds a predetermined threshold, it is determined as abnormal.
(3)上下・左右加速度の短時間フーリエ変換
トロリ線の上下方向又は左右方向の加速度信号の短時間フーリエ変換結果の時間毎に特定の周波数帯のパワーが一定の閾値を超えた場合に、異常と判断する。
図3(B)に測定例のグラフを示す。グラフの縦軸は周波数を示し、横軸は時間を示す。色が青いほどパワーが小さく、赤いほどパワーが大きい。図の四角で囲んだ周波数帯域(200Hz〜950Hz)のパワーが一定の閾値を超えた場合に、異常と判定する。この例では、図に示すように、四角で囲まれた領域内に赤く表示される部分が多く含まれている。
(3) Short-time Fourier transform of vertical / horizontal acceleration Abnormal when the power of a specific frequency band exceeds a certain threshold at every time of the short-time Fourier transform result of acceleration signal in the vertical or horizontal direction of the trolley line Judge.
FIG. 3B shows a measurement example graph. The vertical axis of the graph represents frequency, and the horizontal axis represents time. The blue color means less power and the red color means more power. When the power in the frequency band (200 Hz to 950 Hz) enclosed by the square in the figure exceeds a certain threshold, it is determined as abnormal. In this example, as shown in the figure, a portion displayed in red is included in a region surrounded by a square.
次に、図2(B)に示した、トロリ線1が摺り板21の凹部21bから平坦部21aへ移行した場合について説明する。この場合は、前述の様にトロリ線は左右方向に自由振動する。この際の加速度信号を処理して、以下に示す評価値を求める。 Next, the case where the trolley wire 1 shown in FIG. 2 (B) has moved from the concave portion 21b of the sliding plate 21 to the flat portion 21a will be described. In this case, the trolley wire vibrates freely in the left-right direction as described above. The acceleration signal at this time is processed to obtain an evaluation value shown below.
(1)左右方向の加速度信号の標準偏差
トロリ線の左右方向と上下方向の固有振動数は、トロリ線の各種定数(線密度、張力、引留構造、ハンガ間隔、支持点間隔など)によって決まる。左右方向の加速度信号から、トロリ線の隣接する曲線引き金具間を半波長とし、かつ、トロリ線の左右方向の振動が卓越する振動モードの固有振動数の周波数のみを透過するバンドパスフィルタを用いて、左右振動の固有振動数の周波数帯域の加速度を検出する。この加速度信号Xiの標準偏差δを以下の式で求め、得られた値が閾値を超えた場合に異常と判断する。
なお、上記の例では、隣接する曲線引き金具間を半波長とする振動モードに注目したが、隣接する支持点間やハンガ間を半波長とするような振動モードに注目してもよい。検討例としては、サンプリング周波数を2kHzとし、データ数(N)=800の場合、左右加速度の標準偏差の閾値を0.5とする。この場合、得られた値が>18の場合、異常と判断する。実験例は後述する。
(1) Standard deviation of acceleration signal in the left-right direction The natural frequency in the left-right direction and the up-down direction of the trolley wire is determined by various constants of the trolley wire (line density, tension, tension structure, hanger interval, support point interval, etc.). Using a bandpass filter that transmits only the frequency of the natural frequency of the vibration mode in which the left-right acceleration signal has a half-wavelength between adjacent curved fittings of the trolley wire and the left-right vibration of the trolley wire is dominant Thus, the acceleration in the frequency band of the natural frequency of the left-right vibration is detected. The standard deviation δ of the acceleration signal Xi is obtained by the following formula, and when the obtained value exceeds the threshold value, it is determined as abnormal.
In the above example, attention is paid to a vibration mode having a half wavelength between adjacent curved fittings. However, a vibration mode having a half wavelength between adjacent support points or hangers may be noted. As a study example, when the sampling frequency is 2 kHz and the number of data (N) = 800, the threshold value of the standard deviation of the lateral acceleration is 0.5. In this case, if the obtained value is> 18, it is determined as abnormal. Experimental examples will be described later.
バンドパスフィルタの例を示す。
トロリ線の上下方向及び左右方向の固有振動数は条件により異なるが、今回の検討例では、上下加速度の固有振動数は、3.9Hz,9.8Hz,11.7Hz、・・・であり、左右加速度の固有振動数は、5.4Hz,7.3Hz,10.3Hx,・・・であった。この結果から、通過帯域が5.0Hz〜8.0Hzのバンドパスフィルタを適用できる。このようなバンドパスフィルタを使用することにより、左右方向の自由振動を効率よく検知できる。
なお、着目するトロリ線左右振動の周波数が、トロリ線上下振動も最も低次の振動モードの固有振動数よりも低い場合には、バンドパスフィルタの替わりにローパスフィルタを適用することもできる。
また、ハンガ本数を増やす、曲線引き金具の設置間隔を広げるなどにより、トロリ線の上下と左右の固有振動数をずらしておく方法もある。
An example of a bandpass filter is shown.
Although the natural frequency of the trolley wire in the vertical direction and the horizontal direction varies depending on the conditions, in the present examination example, the natural frequency of the vertical acceleration is 3.9 Hz, 9.8 Hz, 11.7 Hz,. The natural frequencies of the lateral acceleration were 5.4 Hz, 7.3 Hz, 10.3 Hx,. From this result, a bandpass filter having a passband of 5.0 Hz to 8.0 Hz can be applied. By using such a bandpass filter, free vibration in the left-right direction can be detected efficiently.
Note that when the frequency of the trolley line left-right vibration of interest is lower than the natural frequency of the lowest-order vibration mode of the trolley line vertical vibration, a low-pass filter can be applied instead of the band-pass filter.
There is also a method of shifting the natural frequency of the trolley wire up and down and left and right by increasing the number of hangers or widening the installation interval of the curved drawing metal fittings.
以上説明した評価値を求めるための加速度を計測する計測点は、所定の計測区域内に1ヶ所、あるいは、複数ヵ所に設けることができる。複数の計測点を設ける場合は、全ての計測点で検知結果が異常であった場合に異常と判定してもよく、1か所でも検知結果が異常であった場合に異常と判定してもよい。全ての検知結果から評価する場合には、段付き摩耗を検出できず見逃してしまう確率が高くなり、1個の検知結果から評価する場合は、正常な摺り板を段付き摩耗と誤検知する確率が高くなる。または、複数個の計測点のうちの特定の数のセンサが検知した場合に異常とすることもできる。これらの点については、架線設備状況やパンタグラフの使用状況を考慮して選択する。 The measurement points for measuring the acceleration for obtaining the evaluation value described above can be provided at one place or a plurality of places within a predetermined measurement area. When multiple measurement points are provided, it may be determined as abnormal when the detection results are abnormal at all measurement points, or may be determined as abnormal when the detection result is abnormal at one location. Good. When evaluating from all detection results, there is a high probability that stepped wear cannot be detected and missed, and when evaluating from a single detection result, the probability of falsely detecting a normal sliding plate as stepped wear Becomes higher. Or it can also be considered as abnormal when a specific number of sensors of a plurality of measurement points detect. These points are selected in consideration of the overhead line equipment status and pantograph usage status.
なお、複数の計測点のうちの全ての計測結果から判定する場合は、全ての計測点に同時に振動が発生するのではなく、計測点の位置によってトロリ線の波動が加速度計に入射するタイミングが異なる。このため、計測点の間隔をトロリ線の波動の伝播速度で割った時間の範囲で時間軸上の検知タイミングのずれを許容する必要がある。 When determining from all the measurement results of a plurality of measurement points, the timing at which the wave of the trolley line enters the accelerometer is not dependent on the measurement points at the same time. Different. For this reason, it is necessary to allow a deviation in detection timing on the time axis within a time range obtained by dividing the interval between measurement points by the propagation speed of the wave of the trolley line.
複数の計測点を設ける場合の例を図4に示す。図4は、トロリ線の架設状態を模式的に示す平面図である。前述のように、トロリ線1は、支柱5に取り付けられた支持滑車で吊り下げられた吊架線(図4には図示されず)に、ハンガ3によって支持されており、平面において、所定の位置で屈曲するように支持されている。
複数の計測点を設ける場合は、図4(A)に示すように、隣接する支柱5間の区間に複数の加速度計10を設置してもよく、図4(B)に示すように、支柱を挟んだ複数の区間に複数の加速度計10をまたがって設置してもよい。ただし、いずれの場合も、前述のようにトロリ線1は所定の位置で屈曲してジグザグに配置されているため、レール方向において、摺り板の有効偏位幅W内に分布して配置する。
An example in the case of providing a plurality of measurement points is shown in FIG. FIG. 4 is a plan view schematically showing the installation state of the trolley wire. As described above, the trolley wire 1 is supported by the hanger 3 on the suspension wire (not shown in FIG. 4) suspended by the support pulley attached to the support column 5, and in a predetermined position on the plane. It is supported to be bent at.
When providing a plurality of measurement points, a plurality of accelerometers 10 may be installed in a section between adjacent columns 5 as shown in FIG. 4 (A). As shown in FIG. A plurality of accelerometers 10 may be installed across a plurality of sections sandwiching. However, in any case, since the trolley wire 1 is bent at a predetermined position and arranged in a zigzag manner as described above, it is distributed in the effective displacement width W of the sliding plate in the rail direction.
加速度計の計測結果の処理例を説明する。
図4(A)は、図1(A)と同様に、支柱5に測定器14を設置した例を示す。
あるいは、図4(B)に示すように、センサ10に信号処理機能を備えさせ、センサネットワーク17などにより信号を処理装置16に伝送することもできる。
A processing example of the measurement result of the accelerometer will be described.
FIG. 4A shows an example in which a measuring instrument 14 is installed on the column 5 as in FIG.
Alternatively, as shown in FIG. 4B, the sensor 10 may be provided with a signal processing function, and the signal may be transmitted to the processing device 16 through the sensor network 17 or the like.
図5に示す架線設備を用いて実験を行った。
所定の間隔を開けて支柱5を立設し、支柱5間に吊架線2を架け渡した。この吊架線2には、複数のドロッパ8により、補助吊架線9が架け渡されている。そして、補助吊架線9に、ハンガ3によってトロリ線1が支持されている。図5(B)に示すように、平面視において、トロリ線1はある位置で屈折するように支持されている。
Experiments were performed using the overhead wire facility shown in FIG.
The support pillars 5 were erected at a predetermined interval, and the suspension wire 2 was bridged between the support pillars 5. An auxiliary suspension line 9 is stretched over the suspension line 2 by a plurality of droppers 8. The trolley wire 1 is supported by the hanger 3 on the auxiliary suspension wire 9. As shown in FIG. 5B, the trolley wire 1 is supported so as to be refracted at a certain position in plan view.
この例では、図5のハンガの間の区間内に5か所の計測点P1〜P5を設け、各計測点に図1(B)に示すように、各々2個ずつ加速度計10を取り付けた。各計測点の加速度計は、各々トロリ線の上下方向加速度及び左右方向加速度を計測するように取り付けられている。 In this example, five measurement points P1 to P5 are provided in the section between the hangers in FIG. 5, and two accelerometers 10 are attached to each measurement point, as shown in FIG. 1B. . The accelerometer at each measurement point is attached so as to measure the vertical acceleration and the horizontal acceleration of the trolley line.
このような架線設備に、意図的に段付摩耗を形成した摺り板21を搭載した車両20を走行させて、各計測点P1〜P5における上下方向及び左右方向の加速度を計測した。 A vehicle 20 equipped with a sliding plate 21 on which stepped wear was intentionally formed was run on such an overhead wire facility, and the vertical and horizontal accelerations at each measurement point P1 to P5 were measured.
図6は、測定結果を示すグラフである。
グラフの上部に示す部分は、各計測点における上下方向加速度と左右方向加速度の測定結果を示す。グラフの縦軸は加速度、横軸は時間を示す。赤いラインが左右方向、黒いラインが上下方向を示す。各計測点でほぼ同様の測定結果が得られた。
FIG. 6 is a graph showing the measurement results.
The part shown in the upper part of the graph shows the measurement results of the vertical acceleration and the horizontal acceleration at each measurement point. The vertical axis of the graph represents acceleration, and the horizontal axis represents time. The red line indicates the horizontal direction, and the black line indicates the vertical direction. Similar measurement results were obtained at each measurement point.
グラフの中央に示す部分は、得られた上下方向加速度信号から、各計測点におけるクルトシスを求めた結果を示す。グラフの縦軸はクルトシス、横軸は時間を示す。
グラフから、加速度信号がインパルス状となっている部分で、クルトシスが突出しており、その他の部分ではほぼ変動していない。これにより、突出した部分でトロリ線が平坦部から凹部へ移行したと判定できる。
The part shown in the center of the graph shows the result of obtaining kurtosis at each measurement point from the obtained vertical acceleration signal. The vertical axis of the graph represents kurtosis and the horizontal axis represents time.
From the graph, the kurtosis is prominent in the portion where the acceleration signal is in the form of an impulse, and the other portions are almost unchanged. Thereby, it can be determined that the trolley wire has shifted from the flat portion to the concave portion at the protruding portion.
グラフの下部に示す部分は、各測定点における左右方向加速度信号から、標準偏差を求めた結果を示す。グラフの縦軸は標準偏差、横軸は時間を示す。
グラフから、時間が9.418秒からやや以前のあたりで、標準偏差が増加している。その結果、この部分でトロリ線が凹部から平坦部へ移行したと判定できる。
The part shown in the lower part of the graph shows the result of obtaining the standard deviation from the lateral acceleration signal at each measurement point. The vertical axis of the graph represents standard deviation, and the horizontal axis represents time.
As can be seen from the graph, the standard deviation increases slightly before the time from 9.418 seconds. As a result, it can be determined that the trolley wire has shifted from the concave portion to the flat portion at this portion.
これらの結果から、トロリ線の上下加速度信号のクルトシスから、トロリ線が平坦部から凹部へ移行したことが判定でき、トロリ線の左右加速度信号の標準偏差から、トロリ線が凹部から平坦部へ移行したことが判定できることがわかった。つまり、このクルトシスや標準偏差により、摺り板に段付摩耗が発生していることを検知できる。段付摩耗が存在した場合、トロリ線は、平坦部から凹部へ移行する、及び、凹部から平坦部へ移行する、という挙動をとる。つまり、
(1)平坦部から凹部へ移行し、かつ、凹部から平坦部へ移行する場合、
(2)平坦部から凹部へ移行した場合、
(3)凹部から平坦部へ移行した場合、
のいずれの場合でも段付摩耗が発生していることを示す。いずれの場合を適用するかは、架線設備の条件や計測条件を考慮して決定する。
From these results, it can be determined from the cultosis of the vertical acceleration signal of the trolley wire that the trolley wire has moved from the flat part to the concave part, and the trolley line has moved from the concave part to the flat part from the standard deviation of the lateral acceleration signal of the trolley line. It was found that it was possible to judge. That is, it is possible to detect the occurrence of stepped wear on the sliding plate based on the kurtosis and the standard deviation. When step wear is present, the trolley wire behaves such that it moves from the flat part to the concave part and from the concave part to the flat part. That means
(1) When shifting from a flat part to a concave part and moving from a concave part to a flat part,
(2) When shifting from a flat part to a concave part,
(3) When transitioning from a concave portion to a flat portion,
In either case, it indicates that step wear has occurred. Which case is applied is determined in consideration of the condition of the overhead line equipment and the measurement condition.
1 トロリ線 2 吊架線
3 ハンガ 8 ドロッパ
9 補助吊架線
10 センサ 11 支持部材
12 絶縁部材 13 信号線
14 測定器 15 信号線(無線、光ファイバなど)
16 処理装置 17 センサネットワーク
20 車両 21 摺り板
23 碍子 24 台枠
25 舟体 26 枠組
27 復元バネ 28 舟支え
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Trolley line 2 Suspension line 3 Hanger 8 Dropper 9 Auxiliary suspension line 10 Sensor 11 Support member 12 Insulation member 13 Signal line 14 Measuring instrument 15 Signal line (radio, optical fiber, etc.)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 Processing apparatus 17 Sensor network 20 Vehicle 21 Sliding board 23 Insulator 24 Platform 25 Ship body 26 Frame 27 Restoration spring 28 Boat support
Claims (8)
前記トロリ線の上下及び/又は左右方向の加速度信号に、インパルス状の波形が出現したことをもって前記トロリ線の下の軌道を通過した電車のパンタグラフの摺り板に段付摩耗が生じている(段付摩耗発生)と判定することを特徴とするパンタグラフの摺り板の段付摩耗検知方法。 Measure acceleration in the vertical and / or horizontal direction of the trolley wire to obtain an acceleration signal,
Stepped wear has occurred on the pantograph sliding plate of the train that has passed the track under the trolley line due to the appearance of an impulse waveform in the acceleration signal in the vertical and / or horizontal direction of the trolley line (stepped) A stepped wear detection method for a pantograph sliding plate, characterized in that it is determined that there is a wear on the pantograph).
求めたクルトシス指標が所定の閾値を超えた場合に段付摩耗発生と判定することを特徴とする請求項1に記載のパンタグラフの摺り板の段付摩耗検知方法。 A kurtosis (sharpness) index is obtained from acceleration signals in the vertical and / or horizontal directions of the trolley line,
2. The method for detecting step wear of a pantograph sliding plate according to claim 1, wherein stepped wear is determined to occur when the obtained kurtosis index exceeds a predetermined threshold.
抽出された信号の標準偏差を求め、
求めた標準偏差が所定の閾値を超えた場合に段付摩耗発生を検知することを特徴とする請求項1に記載のパンタグラフの摺り板の段付摩耗検知方法。 Among the acceleration signals in the left-right direction of the trolley wire, the left-right natural frequency of the vibration mode in which the left-right vibration of the trolley wire has a half wavelength between adjacent curving fittings of the trolley wire and includes the left-right vibration is included. Extract frequency signals in the frequency band,
Find the standard deviation of the extracted signal,
2. The step wear detection method for a pantograph sliding plate according to claim 1, wherein the occurrence of step wear is detected when the obtained standard deviation exceeds a predetermined threshold value.
該センサで計測された加速度信号を伝達する手段と、
該伝達手段により伝達された加速度信号を処理・判定する手段と、
を備え、
前記加速度信号に、インパルス状の波形が出現したことをもって段付き摩耗発生と判定することを特徴とするパンタグラフの摺り板の段付摩耗検知装置。 A sensor for measuring acceleration in the vertical and / or horizontal direction of the trolley wire;
Means for transmitting an acceleration signal measured by the sensor;
Means for processing and determining an acceleration signal transmitted by the transmission means;
With
A stepped wear detecting device for a pantograph sliding plate, wherein the stepped wear is determined to be generated when an impulse waveform appears in the acceleration signal.
該センサで計測された加速度信号から、前記トロリ線の左右振動の固有振動数の周波数帯域の加速度信号のみを透過するバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタを透過した加速度信号を伝達する手段と、
該伝達手段により伝達された加速度信号を処理・判定する手段と、
前記加速度信号に、インパルス状の波形が出現したことをもって段付き摩耗発生と判定することを特徴とするパンタグラフの摺り板の段付摩耗検知装置。 A sensor for measuring acceleration in the vertical and / or horizontal direction of the trolley wire;
A bandpass filter that transmits only the acceleration signal in the frequency band of the natural frequency of the left-right vibration of the trolley wire from the acceleration signal measured by the sensor;
Means for transmitting an acceleration signal transmitted through the band-pass filter;
Means for processing and determining an acceleration signal transmitted by the transmission means;
A stepped wear detecting device for a pantograph sliding plate, wherein the stepped wear is determined to be generated when an impulse waveform appears in the acceleration signal.
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