DE102015222665A1 - Method for determining a state of wear of rail wheels of a rail vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißzustandes von Schienenrädern eines Schienenfahrzeugs. Es wird dabei für eine vom Schienenfahrzeug zurückgelegte Fahrstrecke ein erlittener Radverschleiß der Schienenräder anhand von während der Fahrt des Schienenfahrzeugs auf der Fahrstrecke erfassten Betriebsdaten des Schienenfahrzeugs abgeschätzt. Der Verschleißzustand am Ende der Fahrstrecke wird aus einem Verschleißzustand der Schienenräder am Anfang der Fahrstrecke und aus dem für die Fahrstrecke abgeschätzten Radverschleiß bestimmt. Hierdurch kann der Verschleißzustand von Schienenrädern kontinuierlich ermittelt werden, ohne fahrzeugseitig Radverschleißsensoren zur direkten Vermessung eines aktuellen Radprofils installieren zu müssen.The invention relates to a method for determining a state of wear of rail wheels of a rail vehicle. It is estimated for a distance traveled by the rail vehicle a suffered wheel wear of the rail wheels on the basis of recorded during the journey of the rail vehicle on the route operating data of the rail vehicle. The state of wear at the end of the route is determined from a state of wear of the rail wheels at the beginning of the route and from the estimated wheel wear for the route. As a result, the state of wear of rail wheels can be determined continuously without having to install wheel wear sensors on the vehicle side for direct measurement of a current wheel profile.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißzustandes von Schienenrädern eines Schienenfahrzeugs. The invention relates to a method for determining a state of wear of rail wheels of a rail vehicle.
Die den Fahrzeugkasten eines Schienenfahrzeugs tragenden Fahrwerke weisen mindestens einen Radsatz mit zwei über eine Radachse verbundenen Schienenrädern auf. Die Lauffläche und der Spurkranz eines Schienenrades bilden ein Radprofil einer vorgegebenen Geometrie, beispielsweise ist in Deutschland, Österreich und der Schweiz das Standard-Radprofil UIC-ORE S1002 gängig. Jedes Radprofil hat Verschleißgrenzwerte, deren Einhaltung notwendig ist, um einen stabilen Radlauf zu garantieren. Erreicht ein Radprofil die zulässigen Verschleißgrenzwerte, muss das Schienenrad reprofiliert oder ausgetauscht werden. Hierzu ist es bekannt, dass der Betreiber des Schienenfahrzeugs den Verschleißzustand des Radprofils in regelmäßigen Zeitintervallen in einer Wartungszentrale mittels dort verfügbarer Profilmessgeräte prüft. The trolleys carrying the vehicle body of a rail vehicle have at least one wheel set with two rail wheels connected via a wheel axle. The tread and the wheel flange of a rail wheel form a wheel profile of a given geometry, for example in Germany, Austria and Switzerland the standard wheel profile UIC-ORE S1002 is common. Each wheel profile has wear limits that must be adhered to to ensure a stable wheel arch. If a wheel profile reaches the permissible wear limit values, the rail wheel must be reprofiled or replaced. For this purpose, it is known that the operator of the rail vehicle checks the state of wear of the wheel profile at regular time intervals in a maintenance center by means of profilers available there.
So ist aus
Nachteilig an den bekannten Verfahren ist der Einsatz von Radvermessungssensoren oder -lehren, die nur in turnusmäßig anzufahrenden Wartungszentralen vorhanden sind oder an Bord eines jeden zu überwachenden Schienenfahrzeugs installiert werden müssen, falls eine kontinuierliche Verschleißzustandsüberwachung erfolgen soll. A disadvantage of the known method is the use of Radvermessungssensoren or gauges that are present only in regularly approaching maintenance centers or must be installed on board each rail vehicle to be monitored, if a continuous state of wear monitoring is to take place.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißzustandes von Schienenrädern eines Schienenfahrzeugs bereitzustellen, mit dem der Verschleißzustand von Schienenrädern kontinuierlich ermittelt werden kann, ohne fahrzeugseitig Radverschleißsensoren zur direkten Vermessung eines aktuellen Radprofils installieren zu müssen. The invention is therefore based on the object to provide a method for determining a state of wear of rail wheels of a rail vehicle, with the wear state of rail wheels can be continuously determined without having to install on the vehicle wheel wear sensors for direct measurement of a current wheel profile.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißzustandes von Schienenrädern eines Schienenfahrzeugs, wobei für eine vom Schienenfahrzeug zurückgelegte Fahrstrecke ein erlittener Radverschleiß der Schienenräder anhand von während der Fahrt des Schienenfahrzeugs auf der Fahrstrecke erfassten Betriebsdaten des Schienenfahrzeugs abgeschätzt wird und wobei der Verschleißzustand am Ende der Fahrstrecke aus einem Verschleißzustand der Schienenräder am Anfang der Fahrstrecke und aus dem für die Fahrstrecke abgeschätzten Radverschleiß bestimmt wird. Kern der Erfindung ist die indirekte Ermittlung des Verschleißzustandes mit einem qualifizierten Schätzverfahren, ohne dabei kostspielige und wartungsaufwändige Radvermessungssensoren an exponierten Stellen des Fahrwerks des Schienenfahrzeugs zu verbauen. Der Radverschleiß eines Schienenrades zeigt sich vor allem an dessen Lauffläche und Spurkranz und kann durch den aktuellen Raddurchmesser (D-Wert) sowie die aktuelle Spurkranzhöhe (Sh-Wert) und -dicke (Sd-Wert) bestimmt werden. Die Schätzung des Radverschleißes erfolgt beispielsweise jeweils bei Erreichen von vordefinierten Streckenpunkten oder zyklisch nach Zurücklegen von festgelegten Wegstrecken oder nach Ablauf von festgelegten Zeitintervallen. Die Radverschleißschätzung basiert dann auf den Radverschleiß beeinflussenden Betriebsdaten des Schienenfahrzeugs, die ohnehin während des Betriebes des Schienenfahrzeugs auch für andere Zwecke als der Radverschleißermittlung erfasst werden. Damit kann auf eine gesonderte Sensorik zur aktuellen Ermittlung des Raddurchmessers oder Radprofils verzichtet werden. Der Radverschleiß wird also erfindungsgemäß kontinuierlich streckenweise durch Schätzung des Materialverlusts am Schienenrad, ausgehend von einem Anfangszustand am Streckenbeginn ermittelt. Das Schienenfahrzeug ist neben der ohnehin schon vorhandenen Sensorik für die Betriebsdatenerfassung nur durch mit der Sensorik verbundenen elektronischen Datenverarbeitungs- und Speichermitteln auszustatten, die dazu eingerichtet sind, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. The object is achieved by a method for determining a state of wear of rail wheels of a rail vehicle, wherein for a distance covered by the rail vehicle suffered Radverschleiß the rail wheels is estimated by recorded during the journey of the rail vehicle on the route operating data of the rail vehicle and wherein the state of wear on End of the route from a state of wear of the rail wheels at the beginning of the route and from the estimated for the route wheel wear is determined. The core of the invention is the indirect determination of the state of wear with a qualified estimation method, without installing costly and maintenance-consuming wheel measurement sensors on exposed parts of the chassis of the rail vehicle. The wheel wear of a rail wheel is particularly evident in its tread and wheel flange and can be determined by the current wheel diameter (D value) and the current wheel flange height (S h value) and thickness (S d value). The estimation of the wheel wear takes place, for example, each time predefined waypoints are reached or cyclically after the travel distances have been covered or after specified time intervals have elapsed. The wheel wear estimation is then based on the wheel wear influencing operating data of the rail vehicle, which are already detected during operation of the rail vehicle for purposes other than the Radverschleißermittlung. This can be dispensed with a separate sensor for the current determination of the wheel diameter or wheel profile. The wheel wear is thus determined according to the invention continuously in sections by estimating the loss of material at the rail wheel, starting from an initial state at the start of the route. In addition to the already existing sensor system for the production data acquisition, the rail vehicle can only be equipped with electronic data processing and storage means connected to the sensor system, which are set up to carry out the method according to the invention.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Verschleißzustand der Schienenräder am Anfang einer Fahrstrecke ein für das Ende der vorangehenden Fahrstrecke bestimmter Verschleißzustand verwendet. Auf diese Weise wird der Verschleißzustand der Schienenräder fortwährend im Betrieb des Schienenfahrzeugs aktualisiert, indem die zu absolvierende Gesamtstrecke zu Auswertungszwecken in aneinander gereihte Fahrstrecken zerlegt und der ermittelte Verschleißzustand für das Ende einer Fahrstrecke aus Ausgangszustand für den Beginn der nachfolgenden Fahrstrecke verwendet wird. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, a state of wear of the rail wheels at the beginning of a driving route is used for the state of wear determined for the end of the preceding driving route. In this way, the state of wear of the rail wheels is continuously updated during operation of the rail vehicle by the total distance to be graduated decomposed for evaluation purposes in juxtaposed routes and the determined state of wear is used for the end of a route from initial state for the beginning of the subsequent route.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Verschleißzustand der Schienenräder am Anfang einer Fahrstrecke ein Profilzustand neu montierter Schienenräder verwendet. Nach Montage eines neuen Schienenrades beziehungsweise dessen Bestückung mit einem neuen Radreifen liegt ein definierter Profilzustand des Schienenrades vor, der mit Vorteil als Verschleißzustand am Anfang der ersten Fahrstrecke verwendet werden kann. In a preferred embodiment of the method according to the invention, a profile state of newly mounted rail wheels is used as the wear state of the rail wheels at the beginning of a driving route. After mounting a new one Rail wheel or its assembly with a new tire is a defined profile state of the rail wheel, which can be used with advantage as a wear condition at the beginning of the first route.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Verschleißzustand der Schienenräder am Anfang einer Fahrstrecke der durch eine erfolgte Reprofilierung der Schienenräder vorgegebene Profilzustand verwendet. Nach Reprofilierung eines Schienenrades in einer Wartungszentrale liegt ebenfalls ein definierter Profilzustand des Schienenrades vor, der bis auf den geringeren Raddurchmesser dem Radprofil eines neuen Schienenrades gleichen sollte. Ungenauigkeiten in der fahrstreckenweisen Schätzung des Radverschleißes können daher bei einer Reprofilierungsmaßnahme korrigiert und der Verschleißzustand auf einen genau bekannten Wert gesetzt werden. Ebenso kann in der Wartungszentrale der tatsächliche Verschleißzustand durch die vorhandene Radprofilvermessungssensorik festgestellt und mit dem erfindungsgemäß geschätzten Verschleißzustand verglichen werden, um die der Schätzung des Radverschleißes für eine Fahrstrecke in Abhängigkeit der erfassten Betriebsdaten zugrundegelegten Zusammenhänge überprüfen und gegebenenfalls korrigieren zu können. An advantageous embodiment of the method according to the invention is used as a state of wear of the rail wheels at the beginning of a route of the given by a reprofiling of the rail wheels profile state. After reprofiling a rail wheel in a maintenance center is also a defined profile state of the rail wheel, which should be the same as the wheel profile of a new rail wheel except for the smaller wheel diameter. Inaccuracies in the route-wise estimation of the wheel wear can therefore be corrected in a reprofiling measure and the wear state can be set to a precisely known value. Likewise, in the maintenance center, the actual state of wear can be determined by the existing Radprofilvermessungssensorik and compared with the inventively estimated state of wear to check the basis of the estimation of the wheel wear for a route depending on the recorded operating data underlying contexts and correct if necessary.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden während der Fahrt erfasste Betriebsdaten des Schienenfahrzeugs in eine Verschleißdatenbank eingegeben, wobei die Verschleißdatenbank auf fahrstreckenbezogene Zuordnungen von Betriebsdaten zu erlittenem Radverschließt enthält, und durch die Verschleißdatenbank ein abgeschätzter Radverschleiß der Schienenräder für die Fahrstrecke ausgegeben. In der Verschleißdatenbank sind die Betriebsdaten-Radverschleiß-Zuordnungen in Form von mehrdimensionalen Kennfeldern hinterlegt, die beispielsweise auf praktischen Erfahrungswerten und theoretischen Überlegungen von Schienenfahrzeugherstellern und -betreibern basieren können. Die Zuordnungen können durch formale Zusammenhänge zwischen Sätzen von Betriebsdaten und damit einhergehendem Radverschleiß gespeichert sein. Die Verschleißdatenbank kann fortwährend verbessert werden oder gar selbstlernend ausgebildet sein. In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, operating data of the rail vehicle acquired during the journey are entered into a wear database, wherein the wear database contains travel-related assignments of operating data to wheel locks suffered, and an estimated wheel wear of the rail wheels for the driving route is output by the wear database. In the wear database, the operating data wheel wear assignments are stored in the form of multi-dimensional maps, which may be based, for example, on practical experience and theoretical considerations by rail vehicle manufacturers and operators. The assignments may be stored by formal relationships between sets of operational data and concomitant wheel wear. The wear database can be continually improved or even trained self-learning.
So können nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Betriebsdaten ein Reibwert zwischen Schienenrad und Fahrschiene und/oder eine Zugkraft eines die Schienenräder aufweisenden Radsatzes und/oder eine Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und/oder ein Bogenradius eines durchfahrenen Gleisbogens und/oder ein auftretender Radschlupf zwischen Schienenrad und Fahrschiene und/oder ein Raddurchmesser des Schienenrades erfasst werden. Diese Betriebsdaten beeinflussen den auf einer Fahrstrecke durch die Schienenräder erlittenen Radverschleiß und werden ohnehin beim Betrieb eines Schienenfahrzeugs erfasst. Um den abgeschätzten Radverschleiß zuordnen zu können, werden auch die Position des Schienenfahrzeugs und der Zeitpunkt bei der jeweiligen Betriebsdatenerfassung bestimmt und festgehalten. Vorzugsweise werden die Betriebsdaten radsatzweise erfasst, da die Schienenräder desselben Radsatzes meist ein ähnliches Verschleißbild zeigen. Thus, according to a preferred embodiment of the method according to the invention as operating data, a coefficient of friction between rail wheel and rail and / or a tensile force of the rail wheels having wheelset and / or a travel speed of the rail vehicle and / or a radius of curvature of a traversed rail curve and / or an occurring wheel slip between rail wheel and rail and / or a wheel diameter of the rail wheel are detected. These operating data influence the wheel wear suffered on a route through the rail wheels and are detected anyway during operation of a rail vehicle. In order to be able to assign the estimated wheel wear, the position of the rail vehicle and the time at the respective operational data acquisition are determined and recorded. Preferably, the operating data are radsatzweise detected because the rail wheels of the same wheel usually show a similar wear pattern.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die in der Verschleißdatenbank enthaltenen, auf Fahrstrecken bezogenen Zuordnungen von Betriebsdaten zu erlittenem Radverschleiß mittels vorab durchgeführter Simulationen berechnet. Bei gegebenen Werkstoffparametern für Schienenrad und Fahrschiene sowie bekanntem Gewicht des Schienenfahrzeugs lässt sich der bei bestimmten Betriebsbedingungen auftretende Radverschleiß, also der Materialabtrag an Lauffläche und Spurkranz eines Schienenrades bei gegebenen Größen für Traktionskraft, Fahrgeschwindigkeit und Gleisbogenradius, und so weiter, mittels an sich bekannter Simulationsalgorithmen gut schätzen. In a further preferred refinement of the method according to the invention, the assignments of operating data relating to wheel wear which are contained in the wear database and are related to travel routes are calculated by means of previously performed simulations. For given material parameters for rail wheel and rail and known weight of the rail vehicle occurring at certain operating conditions wheel wear, so the material removal of tread and wheel flange of a rail wheel given sizes for traction, speed and radius radius, and so on, using well-known simulation algorithms well estimate.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der jeweils aktuell bestimmte Verschleißzustand der Schienenräder auf einen Führerstandsbildschirm des Schienenfahrzeugs angezeigt. Damit hat der Fahrzeugführer des Schienenfahrzeugs jederzeit eine Informationsmöglichkeit über den aktuellen Verschleißzustand der Schienenräder. Erst wenn der Verschleißzustand einen kritischen, vorgebbaren Wert erreicht, kann er dies einer Betriebszentrale melden, damit das Schienenfahrzeug zum Reprofilieren oder zum Radwechsel gefahren werden kann. Damit kann ein verfrühtes Reprofilieren vermieden werden, das sich bei Einhaltung einer nach festen Fristen befolgten Instandhaltungsstrategie ergeben würde, aber aufgrund des erfindungsgemäß ermittelten, aktuellen Verschleißzustand gar noch nicht erforderlich wäre. In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the respectively currently determined state of wear of the rail wheels is displayed on a driver's cab screen of the rail vehicle. Thus, the driver of the rail vehicle at any time has an information about the current state of wear of the rail wheels. Only when the state of wear reaches a critical, specifiable value, he can report this to an operations center, so that the rail vehicle can be driven to Reprofilieren or to change the wheel. Thus, a premature reprofiling can be avoided, which would result in adherence to a maintenance strategy followed according to fixed deadlines, but would not even be necessary due to the inventively determined, current state of wear.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der jeweils aktuell bestimmte Verschleißzustand der Schienenräder vom Schienenfahrzeug an eine Wartungszentrale eines Betreibers und/oder eines Herstellers des Schienenfahrzeugs übermittelt. Damit liegt mit Vorteil der aktuelle Verschleißzustand der Schienenräder unmittelbar auch beim Betreiber oder beim Hersteller des Schienenfahrzeugs oder bei beiden vor, von wo aus eine fällige Instandhaltungsmaßnahme eingeleitet oder aber ein alternativer Betriebseinsatz des Schienenfahrzeugs entschieden wird. In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the respectively currently determined state of wear of the rail wheels is transmitted from the rail vehicle to a maintenance center of an operator and / or a manufacturer of the rail vehicle. This is advantageously the current state of wear of the rail wheels directly before the operator or the manufacturer of the rail vehicle or both, from where initiated a due maintenance measure or an alternative operational use of the rail vehicle is decided.
Vorzugsweise wird in der Betriebs- oder Wartungszentrale anhand des aktuellen Verschleißzustands der Schienenräder entschieden, ob das Schienenfahrzeug auf Fahrstrecken mit einer anderen Verschleißcharakteristik eingesetzt werden soll oder ob es zum Reprofilieren oder zum Austauschen von Schienenrädern einrücken muss. Beispielsweise besitzen kurvige Gebirgsstrecken eine andere Verschleißcharakteristik für Schienenräder wie gerade Flachlandstrecken. Während auf kurvigen Fahrstrecken stärker die Spurkranzdicke verschleißt, nutzen sich auf geraden Fahrstrecken eher die Laufflächen der Radreifen ab. So kann durch einen gezielten Wechsel des Einsatzes von Schienenfahrzeugen auf Fahrstrecken mit bekannter Verschleißcharakteristik ebenfalls ein verfrühtes Reprofilieren von Schienenrädern vermieden werden. Preferably, it is decided in the operating or maintenance center on the basis of the current state of wear of the rail wheels, whether the rail vehicle is to be used on routes with a different wear characteristics or whether it must engage for reprofiling or to replace rail wheels. For example, curvy mountain ranges have a different wear characteristics for rail wheels, such as straight flatland tracks. While the track flange thickness wears out more on winding roads, the treads of the wheel tires tend to wane on straight sections. Thus, by a deliberate change of the use of rail vehicles on routes with known wear characteristics also an early reprofiling of rail wheels can be avoided.
Insgesamt bietet das erfindungsgemäße Verfahren dem Betreiber eines Schienenfahrzeugs die Möglichkeit zur Einschätzung, Optimierung und Verfolgung des Radverschleißes seiner Schienenfahrzeuge. Dem Hersteller eines Schienenfahrzeugs bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine fundierte Datenlage zum Verschleißzustand, um das Verhalten des Schienenfahrzeugs im Betrieb und bei spezifischen Kunden einzuschätzen und zu bewerten. Allgemein wird die Erfassung und Dokumentation des Radverschleißes durch das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht und praktikabler. Durch die Veranschaulichung des Radverschleißes gegenüber dem Betreiber des Schienenfahrzeugs kann dieser durch Betriebs- beziehungsweise Fahrzeugumlaufoptimierungen den Radverschleiß reduzieren. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Hilfe zur Planung einer optimierten Restausnutzung des zum Verschleiß zur Verfügung stehenden Radmaterials dar. Overall, the method according to the invention offers the operator of a rail vehicle the opportunity to assess, optimize and track the wheel wear of his rail vehicles. The method according to the invention provides the manufacturer of a rail vehicle with a well-founded data record on the state of wear in order to assess and evaluate the behavior of the rail vehicle during operation and with specific customers. Generally, the detection and documentation of the wheel wear by the inventive method is simplified and more practical. By illustrating the wheel wear with respect to the operator of the rail vehicle, this can reduce wheel wear by optimizing the operation or vehicle circulation. The method according to the invention represents an aid for planning an optimized residual utilization of the wheel material available for wear.
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