Teknisk beskrivning av RailScanner

Transkript

1 Teknisk beskrivning av RailScanner 1. Inledning RailScanner är ett elektroniskt övervakningssystem som kontrollerar tillståndet av järnvägsspåret vid verklig driftsbelastning. Det gör det genom att mäta gångdynamiska egenskaper av järnvägsvagnar under verkliga driftsförhållanden och rapporterar den omåttliga dynamiska rörligheten som indikerar fel på järnvägsspåret. Det fullständiga systemet består av omvandlare installerade i ett lämpligt läge på boggin, elektroniska konditioneringskretsar, datoriserade fordonsbaderade datainsamlingssystem, efterbearbetnings-programvara och en intelligent databas. Att hålla järnvägen i gott skick är viktigt för en säker drift av tåg. Ett välunderhållet järnvägsspår har en obetydlig dynamisk påverkan på järnvägsvagnar och därigenom förlänger dess livslängd och säkerställer fortsatt god säker drift. Eftersom de gångdynamiska egenskaperna av vagnen står i direkt samband med spårtillståndet är det av betydelase att förstå tågbeteendet under driften. Genom att påpeka de områden på spåret som orsakar en omåttlig dynamisk rörlighet av järnvägsvagnar möjliggör RailScanner operatören att koncentrera underhållsåtgärder på de spårområden som har negativ påverkan på tåg. Tillvägagångssättet som åsyftas sparar unterhållskostnader för såväl vagnar och rälsar och till följd av detta minimerar risker för dyra urspårningar. Järnvägsoperatörer kan erfara oförväntade konstruktionsskador och mekaniska skador på deras vagnar trots att järnvägspår regelbundet scannas med fordon för spårgeometrimätningar. Dessa fortsatta konstruktions- och mekaniska problem påvisar att bara spårgemetrimätningar inte är tillräckliga åtgärder för detektering av spårfel som negativt påverkar den säkra driften av tåg. I motsats till specialiserad utrustning för spårkontroll ( som kräver speciella fristående fordon ) blir RailScanner en del i tåget. Systemet bedömer effektivt fungerande av järnvägsvagnar under verklig driftsbelastning (ROL) dvs. det övervakar tågets reaktion när det passerar spåret. Några spårfel noteras inte under periodiska revisioner av speciella mätningsvagnar eftersom mätningsvagnarna orsakar en helt avvikande driftsbelastning på spåret i jämförelse med tåg som är i normal drift. Beteendet av enskilda vagnar och av tåget i sin helhet beror på belastning, hastighet, körtekniker, rälstillstånd, tillstånd av slipers, ballast och banunderbyggnad. SailScanner övervakar noggrant beteendet av vagnen med avseende på den kombinerade effekten av alla dessa faktorer. Därför är RailSkanner ett verktyg för spårunderhåll som bedömer rälstillståndet genom att mäta vagnens gångdynamiska egenskaper som reaktion på det allmänna spårtillståndet. Vagnens dynamiska beteende meddelar oss om det allmänna spårtillståndet är

2 acceptabelt. RailScanner kompletterar perfekt andra verktyg för bedömning av spårtillståndet sådana som mätningsvagnar för spårgeometri. 2. Spårgeometri och spårfel Järnvägsoperatörer behöver ett verktyg som pålitligt och ekonomiskt bedömer tågets prestationsförmåga under verkliga driftsförhållanden. Även om mätningsfordon för spårgeometri är ett nyttigt verktyg för spårunderhåll ( genom att möjliggöra operatörn att underhålla en rätt spårgeometri) kan de endast bedöma spårtillståndet med avseende på de själva och de detekterar ofta inte fel som kan orsaka problem för tåget. Därutöver kan mätningsfordon för spårgeometri inte vara ständigt i drift utan att avbryta driftsplaner. Eftersom de används för periodisk övervakning kan de inte tidigt registrera alla järnvägspårfel så fort de börjar uppstå och i en fas då de kan repareras till lägre kostnader. Spårgeometrin är viktig för att säkerställa en rätt justering av spåret. Geometrimätningar upptäcker avvikelser som kan orsaka problem för ett tåg. Spårgenometrin är dock inte den enda faktorn som påverkar det dynamiska fungerandet av tåget. Fel som inte kan detekteras av spårgeometrimätningar omfattar: försämrad banunderbyggnad lösa befästningar konstruktionsproblem hos en räls eller slipers geometriska anomalier som inte noteras som fel ( t. ex. vertikal eller horisontal gång) Sådan fel kan inte påverka spårgeometrin med de påverkar tågets gångdynamiska egenskaper. RailScanner noterar dessa fel eftersom de kan leda till en oönskad gångdynamiska egenskaper av tåget. 3. Gångegenskaper av tåg under verkliga driftsförhållanden Mätningsfordon för spårgeometri kan inte ta i beaktande belastningsförhållanden, hastighet och körtekniker av ett tåg under verkliga driftsförhållande. Det framgår av erfarenhet att det att hålla spårgeometrin i optimalt tillstånd inte säkerställer ett optimalt fungerande och prestationsförmåga av ett tåg. RailScanner uppfyller behov för ett verktyg som tar hänsyn till dessa driftsparametrar. 4. Tidig feldetektering Eftersom tåget och spåret fungerar som ett dynamiskt system kan spårfel uppstå snabbt och periodisk scanning kan inte notera dessa förändringar. Eftersom RailScanner är ständigt installerad på tåget och registrerar spårtillståndet varje gång då tåget åker kommer det att inte utelämna fel som snabbt utvecklas. Eftersom dessa fel iakttas tidigt kan de nödvändiga underhållsåtgärderna vidtas tidigare och därigenom undviks ytterligare skador på vagnen eller utveckling av rälsskador. Om fel upptäcks i tidiga skeden kan det

3 felaktiga spåravsnittet vara relativt litet och ett tidigt underhåll för detta ändamål kan innebära en ytterligare skada på spåret. RailScanner använder högeffektiva datorprogam för feldetektering och operatören kan få informationer om spårtillståndet så fort tåget når målstationen. 5. Kontinuerlig övervakning Eftersom det kan användas som ett kontinuerligt övervakningsystem kommer den intelligenta databasen bearbeta trender i historiken av spårfelutvecklingen. Detta möjliggör operatören att fastställa vilka områden på spåret är mest benägna för skador orsakade av miljöbelastningar och driftsbelastningar och bedöma på vilket avsnitt skadan utvecklas. För att underhålla ett optimalt spår är det inte bara viktigt att då och då mäta spårgeometrin. Det är lika viktigt att kontinuerligt bedöma spårtillståndet genom att övervaka beteende av tåg under färden. RailScanner testades några gånger på tungtransportjärnvägar i Norra Australien. Systemet klarade identifiering av de områden på spåret som bidrar till den omåttliga dynamiska rörligheten av tågen. 6. Samverkan mellan räls/hjul Huvudtanken med RailScanner baserar på samverkan mellan räls och hjul. Det föreligger ett direkt förhållande mellan vagnens gångdynamiska egenskaper och den dynamiska reaktionen av spåret när det reagerar på hjultrycket. På grundval av omfattande studier och flerårig erfarenhet med mätningar av betendet av järnvägsvagnar har Lynx Engineering fastställt att mätningar av gångdynamiska egenskaper av vagnar är en pålitlig indikator för spårtillståndet. RailScanner-systemet mäter den dynamiska reaktionen av vagnen samt dess hastighet. Genom att använda den dynamiska registreringen med hjälp omvandlare fastställer systemen energinivån i vagnen som utvecklas av tågdriften och spårförhållanden. 7. Mätning av gångdynamik RailScanner-systemet övervakar kontinuerligt gångdynamiken av den vagn där det är installerat. Den valda samplingsfrekvensen en noggran bedömning av vagnens betende. De högeffektiva datainsamlingsteknikerna garaneterar giltigheten av insamlade data. I slutet av tågfärden ger efterbearbetnings-programvara operatören nästan omedelbar åtgång till uppgifter för en enskild tågresa (för närvarande tar en efterbearbetning för en tågfärd på sex timmar runt 25 minuter).

4 Metoden för att korrelera spårfel med vagnens gångdynamiska bettende kan fastställa allvarligheten av fel i reell tid. Andra system som övervakar spårtillståndet baserar inte på ROL eller realtid-utvärdering. RailScanner-systemet informerar operatören var den omåttliga gångdynamiken i en vagn försedd med mät- och kontrollutrustning uppstod på spåret. Eftersom RailScanner möjliggör operatören att precist identifiera felaktiga spåravsnitt kan operatören inrikta sig på det i berörda avsnitten. Denna metod sparar tid och resurser eftersom de området som påverkar den gångdynamiken är fastställda. 8. Energi som inte står i samband med spårfel. Eftersom RailScanner-systemet mäter den dynamiska rörligheten av vagnen kommer det också att notera den energi som genereras av växelverkan mellan hjul/räls men inte har något samband med spårfel. Eftersom RailScanner-systemet är emellertid avsett för en kontinuerligt tillståndsövervakning är denna begränsningen avhjälpas efter det att flera scanner av spåret har utförts och energiprofiler som framgår av detta har analyserats statistiskt. En serie av spårscanner eliminerar den slumpartade naturen av energi utvecklad av samverkan mellan hjul/räls. Den energi som utvecklas på grund av spårfel skall alltid återkomma. Det har påvisats under olika färder med RailScanner. 9. Hur fungerar RailScanner När vagnar åker på spåren är vagnen utsatt för flera oliga belastningar och alla av de påverkar dess dynamiska gångegenskaper. Alla fel på spåren kommar att öka vagnens gångdynamik.

5 Så fort RailScanner-systemet installeras påverkar det inte vagnens driftssäkerhet på något sätt. RailScanner kan tåla vilken som helst färdhastigheten och alla slag av spår. I slutet av färden analyseras data på ombord-datorn. Inom kort itd ( vanligen rund tjugofem minuter) beräknas energin som står i samband det järnvägspårfel. De slutliga data överförs då via en kabel- eller radiokommunikationsnätverk till datorn på verkstaden. Nu sker den stutliga efterbearbetningen för att bestämma trender i historiken och uppgifter om spårtillståndet är åtkomliga för operatören nästan omedelbart. Verkstadsdatorn utför även trendanalysen och spåren och tilldelar alla spårfelen deras läge på järnvägslinjen. 10. Rapportering RailScanner registrerar den totala gångdynamiken av vagnen men lagrar bara den omåttliga gångdynamiken till följd av spårfelen i minnet. Efter avslutad efterbearbetning får operatören en graf med en driftstabell som visar områden för den omåttliga gångdynamiken. Spårfelen lokaliseras i dessa områden. För närvarande bestämmer RailScanner-läget av spårfelen med en noggranhet på 10 meter. Den intelligenta databasen installerad på verkstadsdatorn uppfyller alla rapporteringsfunktioner, utför trendanalysen, för historiken för mätningar och har omfattande funktioner som grafiskt användarinterface för att göra det möjligt för operatören att ha åtkomst till vilken som helst information som behövs.

6 Den ovanstånde grafen visar gångdynamiken av ett enskilt spåravsnitt L låg gångdynamik M mellanstor gångdynamik H hög gångdynamik Förkortningar i tabellen: From från To till V hastighet H krängning LO låg MED - mellanstor HIG - hög Den ovannämnda tabellen visar områden för omåttlig rörlighet på ett enskilt spår med intervaller på 100 meter. Noggranheten i att hitta spårfelen ökar med varje skann. Informationen möjliggör operatören att planera sitt målinriktade spårunderhåll som börjar från de områden som behöver underhåll utan dröjsmål. 11. Personalresurser som krävs För att hantera Rails-Scanner-systemet behövs en tekniker som är insatt i datorer för att ladda ned data från ombord-datorn till verkstadsdatorn. Teknikern upprätter också rapporter. En tekniker med lämpliga datorkunskaper behöver högst två dagar för att effektivt använda Railscanner systemet. Lynx Engineering tillhandahåller dyngnet runt-stödet för Rails-Scannersystemet.

7 Rapporteringsmöjligheterna är tillgänglig via nätverket och däför är de åtkommliga för behörig personal. Rapporterna är viktiga för dagliga besiktningar samt för långfristig strategisk underhållsplanering. 12. Sammanfattning RailScanner är ett prövat verktyg för målinriktat underhåll av järnvägsspår som möjliggör operatören att systematiskt identifiera läget av spårfel på ett kontinuerligt sätt. Systemet är lätt att använda och behöver inte ytterligare järnvägsfordon Om det har installerats en gång säkerställer det ett flöde av nyttig information om spårtillståndet. RailScanner är ett robust system avsett för en långfristig kontinuerligt eller periodisk övervakning av järnvägsspår. Den använder Real Operating Loads (ROL) [ verkliga driftsbelastninga] för att bedöma spårtillståndets påverkan på rullande materiel. Systemet kräver inte markbaderade fordon för spårövervakning Data och information är tillgängliga för operatören inom 25 minuter efter avslutad resa RailScanner tillhandahåller resultat i form av grafer som visar omåttliga gångdynamiken av rullande materiel över den totala spårlängden. Detta omfattar lokalisering av fel med en noggranhet av +/- 10 meter.