Поезд, движущийся на поврежденных колесах, легко может попасть в серьезную аварию. Вот почему немецкая национальная железнодорожная корпорация Deutsche Bahn постоянно контролирует колесные пары своих междугородных экспрессов — процесс, который требует значительных затрат времени и денег.
Исследователи из берлинского института надежности и микроинтеграции IZM им. Фраунгофера IZM в сотрудничестве с отраслевыми партнерами разрабатывают решение, обеспечивающее высокую безопасность при одновременном сокращении усилий и затрат. «Мы хотим искоренить любые повреждения на раннем этапе и отказаться от технического обслуживания через определенные интервалы в пользу технического обслуживания по состоянию», — поясняет д-р.
Майкл Нидермайер, инженер по микросистемам и руководитель рабочей группы IZM по методам ориентированного на технологии проектирования. Он также является координатором проекта «Мобильные сенсорные системы для технического обслуживания по состоянию», или сокращенно MoSe.
Безупречный мониторинг
Все это основано на поддерживаемой облаком беспроводной сети датчиков. Каждая ось и ходовая часть в поезде оснащены небольшими радиодатчиками, которые собирают данные о состоянии изнашиваемых деталей. Затем эти данные передаются в облако онлайн-обслуживания, где данные измерений и анализа зашифровываются и хранятся готовыми к использованию.
Датчики могут обнаружить даже самую маленькую царапину на шарикоподшипнике. Как говорит Нидермайер: «Здесь у нас есть узлы датчиков, которые могут улавливать даже малейшие колебания вибрации.
Мы называем это углубленным диагнозом."В результате ремонт может быть произведен до того, как что-то выйдет из строя и нанесет ущерб.
«Что примечательно в этом подходе, так это то, что он позволяет контролировать все, когда поезд находится в эксплуатации, вместо того, чтобы проверять его на железнодорожной станции.
И в любом случае визуальный контроль не является 100-процентным », — говорит Манфред Дойцер из партнера проекта Deutzer Technische Kohle GmbH. Хотя существуют проводные датчики, которые можно использовать для проверки шасси железнодорожного вагона на предмет износа, они не соответствуют высоким стандартам качества диагностики, к которым стремятся разработчики MoSe.
Используя новый метод, можно получить точные данные, например, о том, нужно ли будет заменять осевой подшипник через три месяца после этого, что позволяет избежать преждевременной замены на всякий случай.
Последнее так же неэкономично, как и обычай ремонтировать колеса через заданные промежутки времени с целью устранения любых перекосов колес, которые могут повредить рельсы. «Колеса выдерживают такой ремонт не более трех раз, прежде чем их нужно списать», — сообщает Deutzer. "Было бы разумнее и дешевле шлифовать только те колеса, которые, как мы знаем, действительно плохо вращаются. Проблема в том, что никогда не существовало подходящего способа проверки плоскостности колес."MoSe должен изменить все это и многое другое.
«Мы не только намереваемся улучшить диагностику, но и первоочередной задачей является обработка собранных данных как можно более подробным и адаптированным образом», — говорит Нидермайер. Идея состоит в том, чтобы предоставить машинистам поездов все соответствующие данные (например, о критическом повреждении колес), техническим специалистам по диагностике — подробные данные измерений, чтобы они могли оценить, насколько быстро происходит повреждение шестерен, а проектировщикам — статистику измерений, охватывающую износ всех деталей, что позволяет им для улучшения технического дизайна следующего поколения продуктов.
Чтобы убедиться, что все участники получают необходимые данные в той форме, с которой они могут сразу работать, необходимо разработать несколько умных диагностических алгоритмов. «Еще одно преимущество состоит в том, что беспроводные датчики можно легко модернизировать», — добавляет Нидермайер.
Также новинкой является то, что система может адаптироваться к различным скоростям вращения исследуемых деталей, таких как колеса в поезде, и при этом предоставлять невероятно точные данные с любой скоростью, с которой движется поезд. Раньше датчики были разработаны для работы с постоянной скоростью вращения.
Хотя такой настройкой может быть проще управлять, это означает, что страдает качество диагностики. Благодаря алгоритмам анализа это может измениться. Но разработка этих алгоритмов является балансирующим действием: «Поскольку система предназначена для работы без батарей, алгоритмы не должны расходовать ненужную энергию за счет чрезмерной вычислительной мощности», — объясняет Нидермайер. Поскольку MoSe использует сбор энергии, он может извлекать энергию из вибраций и тепла, выделяемого при вращении деталей.
В ближайшие пару лет будет разработан прототип, который будет опробован в трамвае немецкого города Бранденбург-на-Гавеле. Затем систему можно будет использовать для мониторинга в пригородных поездах или поездах дальнего следования.