SKF-sivuston evästeet

SKF käyttää verkkosivuillaan evästeitä esittämiensä tietojen mukauttamiseksi mahdollisimman hyvin sivulla käyvien käyttäjien esimerkiksi maata ja kieltä koskeviin valintoihin. Hyväksytkö SKF:n evästeet?

cookie_information_popup_text_2[123]

Tulevaisuuden kunnonvalvontajärjestelmät raideliikenteessä

2016 syyskuu 22, 13:00 CEST

Innovatiivinen verkko- ja antennimalli voi edistää uuden, kestävien langattomien kunnonvalvontajärjestelmien sukupolven kehittämistä raidekalustolle, SKF:n Railways Engineering Manager Mario Rossi sanoo.

Kuten monella muillakin kuljetusliiketoiminnan osa-alueella, myös raideliikenteessä turvallisuuden ja luotettavuuden parantaminen ja kunnossapitokustannusten supistaminen lisäävät kiinnostusta kunnonvalvontaan perustuvaan lähestymistapaan. Tämä edellyttää kunnonvalvontateknologiaa: lämpötilan, värähtelytason ja muiden muuttujien muutokset normaalikäytössä voivat toimia ennakkovaroituksena mekaanisista ongelmista, ja käyttäjällä on mahdollisuus ryhtyä toimenpiteisiin ennen vian syntymistä. Tähän saakka ongelmana on ollut, että tietojen keräämiseen tärkeistä komponenteista tarvittavan anturimäärän asentaminen edellyttää monimutkaista kaapelointia. Kaapelien asentaminen on kallista ja niiden käyttö hidastaa ja vaikeuttaa tavanomaista kunnossapitoa.

Yhteistyössä kahdessa johtavassa italialaisessa tutkimuslaitoksessa toimivien asiantuntijoiden kanssa SKF:n suunnittelijatiimi on osoittanut, miten anturiverkko voi toimia langattomien sensorien avulla, mikä yksinkertaistaa huomattavasti sen rakennetta, asennusta ja kunnossapitoa.

Langattoman verkon tekeminen soveltuvaksi raideliikennevälineiden kunnonvalvontajärjestelmiin on vaikea tehtävä monesta eri syystä. Ensinnäkin antureiden on toimittava pitkiä aikoja ilman uudelleenlatausta tai vaihtoa. Joidenkin nykyaikaisten matkustajajunien akselilaakerien voidaan esimerkiksi odottaa kestävän liikenteessä yli miljoonan matkakilometrin huoltovälejä, ja liikennöitsijät pyrkivät kasvattamaan tämän luvun kaksinkertaiseksi. Tarve kehittää ja varastoida itse tarvitsemansa energia merkitsee, että antureiden on oltava äärimmäisen energiatehokkaita, mikä rajoittaa merkittävästi langattomien signaalien välitykseen käytettävissä olevaa energiaa.

Tämän energiansäästötarpeen kääntöpuolena on raidekaluston suuri koko. Akselilaakeriin asennetun anturin on välitettävä tietoja lähes 20 m:n etäisyydellä esimerkiksi keskellä ajoneuvoa olevaan vastaanottimeen. Rautatievaunut ovat langattomaan tiedonsiirtoon myös hankalia ympäristöjä. Ajoneuvon massiiviset sähköä johtavasta materiaalista valmistetut telit, rungot ja korit voivat yhdessä estää signaalien välittymisen tai häiritä sitä.

Nämä vaatimukset täyttävän langattoman verkon rakentamiseksi SKF:n tiimin oli ensimmäiseksi valittava järjestelmäänsä soveltuva toimintataajuus. Tähän päätökseen vaikuttivat monet eri tekijät, kuten sähkömagneettisen spektrin käyttöä säätelevät alueelliset määräykset, todennäköisyys muiden junassa tai sen läheisyydessä toimivien laitteiden aiheuttamista häiriöistä ja kullekin taajuudelle mahtuvan tiedon määrän ja tarvittavan laitteiston koon välinen suhde.

Tiimi tarkasteli aluksi kolmea mahdollista taajuutta: 434 MHz, 868 MHz ja 2,4 GHz. Sen jälkeen tiimi alkoi tutkia rautatiejärjestelmän ominaisuuksia käyttämällä pitkälle kehitettyjä simulaatiovälineitä, joilla voidaan mallintaa radioaaltojen heijastumista ja hajontaa rautatievaunun rakenteiden läpi ja niiden muodostamassa ympäristössä.

Tämän simulaation avulla tutkittiin useita mahdollisia verkkovaihtoehtoja. Niihin kuului muun muassa järjestelmä, jossa kunkin telin anturit lähettävät signaaleja junan katon alle asennettuihin vastaanottimiin, ja vaihtoehtoinen ratkaisu, jossa anturit varustetaan sekä lähettävällä (Tx) ja vastanottavalla (Rx) antennilla, jolloin kukin anturi viestii lähimmän anturin kanssa ja tiedot siirtyvät junaa pitkin ohjaamoon sijoitettuun lopulliseen vastaanottimeen. 2,4G Hz:n taajuuden yhteydessä ilmeni ongelmia radiosignaalin etenemisessä ja mahdollisuus häiriöiden syntymiseen junassa käytettävien Wi-Fi-signaalien vuoksi, mutta sekä 434 MHz että 868 MHz osoittautuivat signaalin etenemisominaisuuksiltaan hyviksi. Kun 434 MHz oli hylätty sen vaatimien suurten ja monimutkaisten antennien vuoksi, tiimi päätyi valitsemaan taajuuden 868 MHz tähän tarkoitukseen parhaana kompromissina. Junaan asennettujen prototyyppilaitteiden fyysisissä kenttätesteissä vahvistettiin simulaatioilla saadut havainnot.

Seuraava uuden lähestymistavan keskeinen osa-alue oli rautatieliikenteelle ominaiseen ympäristöön soveltuvan uuden antennin suunnittelu. Jotta anturit voitaisiin asentaa juuri sinne missä niitä tarvitaan – kuten telin akselilaakeriin – itse sensorin, sen ohjauselektroniikan ja antennin kokonaismitat on pidettävä hyvin rajallisina. Jotta junan alle asennettu antenni toimisi pitkään, se on aina suojattava pölyn ja kosteuden tunkeutumiselta rakenteisiinsa ja sen on kestettävä suuria lämpötilan vaihteluita sekä voimakasta tärinää.

Näitä tarpeita vastaavan antennin rakentamiseksi tiimi valitsi ratkaisun nimeltä Planar Inverted-F Antenna (PIFA). Tässä mallissa antennikomponentit on "rakennettu" painetulle piirilevyalustalle (PCB), joka on päällystetty sähköä johtavalla materiaalilla pohjatason muodostamiseksi. Metallikerroksella varustettu dielektrinen pohja kiinnitetään PCB:n toiselle puolelle. Tämä rakenne on fyysisesti luja ja lähettää signaalia joka suuntaan – myös tärkeä ominaisuus osalle, joka joudutaan mahdollisesti sovittamaan hankalaan tilaan.

Käyttämällä dielektristä materiaalia, jonka suhteellinen eristevakio on hyvin suuri (εr=10.9), tiimi pystyi pienentämään antennin kokoa riittävästi, jotta se saatiin mahtumaan vakiomalliseen junan akselilaakeripesään. Akselilaakeriin asennetun uuden antennin testaus on osoittanut, että se toimii erinomaisesti ja on vähemmän altis muiden suurten metalliesineiden läheisyydelle kuin nykyiset kaupallisesti tarjottavat mallit. Nämä tutkimustulokset ovat erittäin arvokkaita SKF:n kehittäessä seuraavaa Internet of Things -yhteensopivaa laitesukupolvea rautatieliikennealan käyttöön.
_______________________
1 Työstä vastaavaan tiimiin kuuluivat Franco Lambertino ja Mario Rossi, SKF:n Railway Segment -yksikkö, Gianluca Dassano, Francesca Vipiana ja Mario Orefice, Antenna and EMC Lab (LACE),Dept. of Electronics and Telecommunications, Politecnico di Torino, sekä Sergio Arianos, Antenna and EMC Lab (LACE), Istituto Superiore Mario Boella (ISMB), Torino. Ryhmä esitteli tutkimustensa tuloksia aiemmin tänä vuonna Milanossa järjestetyssä tapahtumassa 11th World Congress on Railway Research.

Aktiebolaget SKF
(publ)

Lisätietoja:
Lehdistösuhteet: Nia Kihlström, +46 31-337 2897; +46 706 67 28 97; nia.kihlstrom@skf.com

SKF on johtava maailmanlaajuinen laakereiden, tiivisteiden, mekatroniikan, voitelujärjestelmien sekä teknisen tuen, kunnossapito- ja luotettavuuspalvelujen, konsultointi- ja koulutuspalvelujen sekä muiden vastaavien palveluiden tarjoaja. SKF:llä on edustajia yli 130 maassa, ja sillä on maailmanlaajuisesti noin 17 000 jakelupistettä. Vuonna 2015 yhtiön liikevaihto oli 75 997 miljoonaa Ruotsin kruunua ja sillä oli 46 635 työntekijää. www.skf.com

® SKF on SKF-konsernin rekisteröity tavaramerkki.

SKF logo