Venymämittaus rautatievaihteen diagnosointimenetelmänä
Hänninen, Mika (2022)
Diplomityö
Hänninen, Mika
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022102563285
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022102563285
Tiivistelmä
Rautateillä vaihteiden luotettavalla toiminnalla on erityisen tärkeä rooli sujuvan rautatieliikenteen mahdollistajana. Nykyisin vaihteiden mekaanista kuntoa ja luotettavuutta ylläpidetään pääsääntöisesti säännöllisten, aiempaan kokemukseen pohjautuvien tarkastus- ja huoltorutiinien avulla. Syynä kokemusperäiseen kunnossapitoon on, että kunnossapitoa hoitavilla tahoilla ei ole juurikaan keinoja saada tietoa vaiheiden huoltotarpeen kriittisyydestä menemättä fyysisesti vaihteen luo ja suorittamalla tarkastusrutiinit. Alalla onkin jo pitkään ollut mielenkiintoa vaihteiden kuntoa arvioivien diagnosointityökalujen kehittämiselle, mutta markkinoilla ei ole ollut yleisesti käypää ja kustannustehokasta ratkaisua tarjolla.
Rautateillä käytetyn diagnostiikkateknologian taustoihin perehdyttiin kirjallisuuskatsauksessa, johon pohjautuen diplomityön tavoitteeksi määritettiin venymämittauksen soveltuvuuden tutkiminen vaihteen mekaanista kuntoa indikoivan mittaustiedon keräämisessä. Diplomityössä analysoitiin vaihteenkääntölaitteen rakenne, siihen normaalikäytössä kohdistuvia kuormituksia, sekä arvioitiin laskennallisesti venymäanturien soveltuvuutta mittausmenetelmänä. Saatujen tulosten tueksi järjestettiin laboratorioympäristössä käytännön mittauskoe, jossa todennettiin mittausmenetelmän toimivuus todelliseen kääntölaitteeseen asennettuna.
Saaduista tuloksista pääteltiin, että kontrolloituihin testeihin valitut mittausmenetelmät antoivat vain suuntaa antavia tuloksia venymäanturin todellisesta mittauskyvystä. Kokeellisista mittauksista saadusta aineistosta voitiin kuitenkin todeta menetelmän soveltuvan erityisen hyvin kääntölaitteen käyttäytymisen analysointiin. Täsmällisempien testausjärjestelyjen, sekä jatkotutkimusten myötä venymämittauksella arvioitiin olevan potentiaalia laajamittaisen diagnostiikkajärjestelmän toteuttamiseen rautatieympäristössä. The reliable functioning of the railway turnouts is essential to enable a fluent and continuous traffic flow on the railways. The most common method to maintain the condition and reliability of the turnouts is by regular maintenance routines based on past experience. The reason for the experience-based approach is that the service personnel do not have other means to estimate the need for maintenance than physically inspecting the point machine and performing the checking routines. Even though the stake holders of the railway industry have expressed a clear interest towards the development of turnout condition diagnosing systems, a commonly available and cost-efficient solutions have yet to enter the market.
In this thesis, the current status of the diagnostic technology used in railway environment was studied, and based on the findings, determining the applicability of strain measurement to collect the mechanical condition data of a point machine was selected as the main objective of the research. The structure of the point machines, as well as the possible types of physical load affecting it were analyzed, and the use of strain gauges as a potential measuring method was assessed with mathematical methods. The results were supported by confirming the functioning of the strain measurement via controlled and experimental measurements in a laboratory environment, utilizing an actual point machine.
The results of the analysis and experiments suggested, that the chosen methods for controlled strain measurement were only capable of providing an estimation of the actual measurement capabilities of the strain gauges in this application. However, the collected experimental measurement data was considered well suitable for making interpretations of the behavior of the point machine. With further research, the method was considered to have potential in enabling the development of a large-scale diagnostic system in railway environment.
Rautateillä käytetyn diagnostiikkateknologian taustoihin perehdyttiin kirjallisuuskatsauksessa, johon pohjautuen diplomityön tavoitteeksi määritettiin venymämittauksen soveltuvuuden tutkiminen vaihteen mekaanista kuntoa indikoivan mittaustiedon keräämisessä. Diplomityössä analysoitiin vaihteenkääntölaitteen rakenne, siihen normaalikäytössä kohdistuvia kuormituksia, sekä arvioitiin laskennallisesti venymäanturien soveltuvuutta mittausmenetelmänä. Saatujen tulosten tueksi järjestettiin laboratorioympäristössä käytännön mittauskoe, jossa todennettiin mittausmenetelmän toimivuus todelliseen kääntölaitteeseen asennettuna.
Saaduista tuloksista pääteltiin, että kontrolloituihin testeihin valitut mittausmenetelmät antoivat vain suuntaa antavia tuloksia venymäanturin todellisesta mittauskyvystä. Kokeellisista mittauksista saadusta aineistosta voitiin kuitenkin todeta menetelmän soveltuvan erityisen hyvin kääntölaitteen käyttäytymisen analysointiin. Täsmällisempien testausjärjestelyjen, sekä jatkotutkimusten myötä venymämittauksella arvioitiin olevan potentiaalia laajamittaisen diagnostiikkajärjestelmän toteuttamiseen rautatieympäristössä.
In this thesis, the current status of the diagnostic technology used in railway environment was studied, and based on the findings, determining the applicability of strain measurement to collect the mechanical condition data of a point machine was selected as the main objective of the research. The structure of the point machines, as well as the possible types of physical load affecting it were analyzed, and the use of strain gauges as a potential measuring method was assessed with mathematical methods. The results were supported by confirming the functioning of the strain measurement via controlled and experimental measurements in a laboratory environment, utilizing an actual point machine.
The results of the analysis and experiments suggested, that the chosen methods for controlled strain measurement were only capable of providing an estimation of the actual measurement capabilities of the strain gauges in this application. However, the collected experimental measurement data was considered well suitable for making interpretations of the behavior of the point machine. With further research, the method was considered to have potential in enabling the development of a large-scale diagnostic system in railway environment.