IDENTIFICANDO O COMPORTAMENTO INADEQUADO DOS VAGÕES – SOFTWARE ESPECIALISTA PARA AUTOMATIZAÇÃO COMPLETA
LYNXRAIL
Kris Kilian MESc, Monica Kilian PhD, Vladimir Mazur PhD Lynxrail, Austrália
James Robeda B Inglaterra
Centro de Tecnologia de Transportes, Inc. (TTCI), EUA
Resumo: Vagões com comportamentos inadequados são aqueles dinamicamente
instáveis que podem afetar não apenas o veículo e a performance do equipamento, mas também podem causar danos na infraestrutura e descarrilamento.
A instabilidade dinâmica dos deles é causada por uma série de fatores, incluindo o incorreto alinhamento dos rodados.
A principal manifestação de vagões dinamicamente instáveis é rastro.
Este trabalho apresenta um sistema que alimenta de informação um sistema marginal em um software afim de revisar vagões com comportamentos inadequados.
O sistema marginal usa a tecnologia da visão de máquinas, e a detecção de dispositivos de caça e o rastreamento de vagões são identificados assim que o trem passa pelo sistema.
O sistema dá um alerta imediato do operador de vagões dinamicamente instáveis, e de alerta precoce de os que são suspeitos.
O software é utilizado para monitoramento da condição dos vagões, e também identifica aqueles que são perigosamente instáveis.
Como resultado, os operadores são capazes de minimizar os riscos e prejuízos em veículos e infra-estrutura.
O sistema foi testado por TTCI em Pueblo, EUA.
1. Introdução
A instabilidade lateral em velocidade alta nos veículos de rastreamento muitas vezes resulta em danos de cargas e cria um potencial para descarrilamentos graves. Além disso, os veículos de caça somam-se ao estado absoluto de tensão do sistema norte-americano de transporte ferroviário.
A indústria se beneficiaria muito com um método eficaz de identificação dos veículos ofensivos através de um sistema marginal de detecção.
Tentativas anteriores para desenvolver sistemas de caça marginal têm-se centrado na utilização de uma margem de esforço do cálculo, forçando a medição dentro de uma zona específica
de monitoramento dos veículos, e, de acordo com o TTCI, não teve performance satisfatória.
Lynxrail desenvolveu um sistema marginal que usa uma série de câmeras para estabilizar a posição das rodas através de uma zona designada, numa tentativa de determinar tendências de rastreamento.
No ano 2000, Lynxrail começou a modular seu sistema Automatizado de Examinação de Trens.
Um destes módulos é o sistema de medida do perfil das rodas (WPMS), que avalia a altura dos frisos, bordas dos frisos, esvaziamento e espessura do aro. Tornou-se logo aparente que as capacidades do sistema WPM poderiam
ser extendidas para derivar outra importante informação, assim como a localização do rodado no carril e o ângulo de ataque.
Ambos estes parâmetros podem então ser usados para identificar busca e rastreamento.
O sistema WPM foi todavia expandido para monitorar a performance do rodado no trilho. Um software especializado foi desenvolvido para identificar vagões com problemas.
2. Parâmetros dos rodados
Além dos parâmetros de rodas, os parâmetros seguintes também são importantes para assegurar uma operação segura:
a) Face Posterior para medições “Backface” (para verificar se as rodas do eixo estão incorretamente montadas, ou se a distância entre as faces posteriores muda durante a vida do rodado);
b) ângulo de ataque;
c) localização do rodado com refência nos trilhos ( isto é, rastreamento);
A estabilidade do vagão depende do comportamento do rodado nos trilhos, como este afeta o mecanismo dinâmico dos vagões inteiros.
O sistema Lynxrail colhe informações em cada eixo de roda que passa pelo sistema. O dado é avaliado com referência em cada eixo, vagão, e o carro inteiro. O dado é então avaliado para verificar se o vagão está caçando ou rastreando. A tendência de rastrear pode também ser identificada. Este sistema baseado em conhecimento analisa os dados capturados e avalia o "fator de caça" de cada vagão. O sistema Lynxrail é designado para avaliar problemas no vagão apenas uma vez, então assim eles podem ser identificados imediatamente.
2.1 Medições entre as Faces Posteriores A medições das faces posteriores deveriam ser constantes ao longo da vida do rodado.
Esta medida poderia afetar o comportamento dinâmico destes, como aumentar ou diminuir a diferença entre a superfície das rodas e dos trilhos. Mudanças na distância das faces posteriores podem também afetar o caminho do friso da roda e os trilhos. Mudanças nas distâncias do entre as faces posteriores podem também afetar a forma como os trilhos negociam os pontos e mudanças. Em alguns casos, mudar a distância dos entre as faces posteriores pode levar a um descarrilamento. Medir a distância das faces posteriores também assegura que um rodado recentemente introduzido caia dentro das especificações requeridas.
O sistema captura ambas as rodas no mesmo eixo, na mesma hora.
Isto permite a correlação cruzada das faces posteriores das rodas. Toda vez que os rodados passam no sistema, o sistema estima se ali aconteceu alguma mudança desde a última medição. A precisão desta medição é de aproximadamente 1 mm, o que é suficiente para determinar quaisquer mudanças.
2.2 Ângulo do ataque e movimento lateral como indicação de busca.
O ângulo de ataque é definido pela localização de ambos os rebordos interiores com referência ao trilho (veja Figura 1).
O sistema identifica a localização da roda e do jogo de rodas com referência aos trilhos. Ele também encontra a localização do jogo de rodas através dos trilhos, identificando desta maneira o ângulo de ataque.
Figura 1 – cada eixo é capturado em cinco locais diferentes, mostrando a mudança do ângulo de ataque.
O ângulo de ataque indica a tendência dos rodados, para faixa ou caça. Se o ângulo de ataque permanence mais ou menos constante, o rodado pode desenvolver um fino friso de roda em uma roda apenas, resultando num desgaste da roda irregular (isto é considerado rastreamento). Em um rastreamento no rodado, o ângulo de ataque muda de positivo para negativo durante a viagem, levando as rodas a serem usadas de maneira relativamente semelhante.
A avaliação do ângulo de ataque é combinada com a avaliação da distância da face posterior para o trilho, de forma a descrever a geometria do eixo em relação ao trilho durante o trajeto. Isso dá uma imagem instantânea do eixo em um momento particular. Com intuito de estabelecer o comportamento dinâmico do rodado, esta fotografia instantânea é repetida várias vezes até que dados suficientes sejam recolhidos para avaliar o comportamento dinâmico do rodado. Um rodado tem uma tendência natural para caçar por causa da geometria da roda e perfis dos trilhos. No entanto, a
tendência natural para a caça é minimizado pela rigidez lateral fornecida pelo vagão.
Durante a viagem, cada rodado mostra um comportamento dinâmico - ou rastreamento ou movimento sinusoidal. Vagões estáveis têm períodos diferentes e amplitudes de oscilação para cada rodado. Nos vagões dinamicamente instáveis, o período e a amplitude de cada rodado são semelhantes, uma vez que os rodados trabalham em harmonia uns com os outros. No entanto, é possível que um vagão do veículo mostre instabilidade dinâmica maior do que o outro vagão.
O rastreamento está presente quando o rodado se movimenta excessivamente em uma direção lateral enquanto viaja. Movimento excessivo significa que a onda sinusoidal tem uma amplitude grande, (o friso da roda está muitas vezes em contato com o trilho) e um período específico. O rastreamento completo ocorre quando o vagão atinge a sua velocidade de rastro crítico (o que é uma função da rigidez dinâmica dos vagões). Ao captar uma série de imagens enquanto o vagão está viajando, o sistema é capaz de identificar os vagões que acompanha. O sistema pode também identificar (em velocidades não críticas) vagões que têm a tendência de caçar.
3. AUDITORIA DO SITE DO SISTEMA POR TTCI EM PUEBLO
Uma primeira auditoria do site do sistema foi realizada utilizando-se um vagão que é conhecido para caçar a cerca de 45 mph (ver Figura 2). Este vagão foi totalmente instrumentado para documentar seu comportamento dinâmico na pista (ver figuras 3, 4 e 5). Um teste foi conduzido para avaliar a eficácia do Lynxrail rastreador-detector marginal na identificação de um carro que está em um modo de caça ativo. O teste também foi projetado para verificar a capacidade do sistema em
identificar potenciais de rastreamento do vagão de carga em velocidades abaixo do limiar de caça.
Centro de Tecnologia de Transporte Inc. (TTCI), uma subsidiária da Associação das Ferrovias Americanas, conduziu o teste do sistema Lynxrail na ferrovia de testes da TTCI (RTT). A RTT é uma O RTT é um circuito fechado com curvas, de 13,5 milhas de classe VIII sobre dormentes em concreto. O teste foi realizado numa seção tangente da curva. Um carro com tendências de rastreamento conhecidos foi instrumentado e correu em diferentes velocidades através de uma zona de teste.
Os dados do carro instrumentado foram recolhidos e comparados com os dados do sistema de sistema Lynxrail.
Fig. 2. Primeiro Teste Consiste em: local e rastreador conhecido
Fig. 3. Vagão Instrumentado
Fig. 4. Borda Central Instrumentada
Fig. 5. Aquisição de dados do computador mostra quando o vagão começa a rastrear.
Um acelerador foi colocado suspenso na parte lateral de cada vagão para registrar as suas acelerações. Aceleradores adicionais forma colocados no final de cada carro na borda central para registrar as acelerações laterais do coprpo do mesmo.
Os dados foram coletados em 250Hz, usando um filtro de 30Hz analógico. Detectores de localização automática (ALD) foram utilizados para acionar o sistema de coleta de dados através da zona de teste.
O local era a 100 pés de extensão, centrado acima do sistema Lynxrail. As corridas para coleta de dados foram feitas nas velocidades de 10, 20, 30 40, 45 e 50 MPH.
O carro estava em visível modo de rastreamento sobre a zona de teste nas velocidades 45 e 50 MPH.
A figura 6 mostra a correlação das acelerações medidas por TTCI no carro equipado e as acelerações provenientes do sistema Lynxrail.
Fig. 6. Resultados mostram a comparação entre o sistema Lynxrail e dados do TTCI.
Figura 7. Mostra os deslocamentos da face posterior de uma roda em cada eixo em quatro locais. Isto mostra a onda sinusoidal feita pelas rodas antes da velocidade crítica.
Figura 7. O comportamento da roda mostra nas menores velocidades por vagão, que tem propensão a caçar a 65 km/hora.
Figura 8. Mostra que um vagão já está em modo de rastreamento, enquanto o outro mostra a propensão de rastrear, mas anda não tem atingido pleno comportamento de caça.
Figura 9 mostra que todas as marginais têm atingido o rastremaneto.
Figura 8 Comportamento dos quatro rodados. Os rodados no primeiro vagão (Eixo 1 e eixo 2) não atingiu a velocidade crítica, mas eles continuam mostrando um comportamento harmônico, no qual indica a propensão de rastrear.
O quadro de rodas no segundo vagão atingiu velocidade de rastreamento crítica e o rastreamento é evidente.
Fig. 9. O comportamento das rodas mostra em ambos os vagões em velocidade de rastreamento. Todo rodado mostra comportamento de caça.
Um teste adicional foi realizado com 17 vagões, dos quais três eram rastreadores conhecidos.
Os vagões não foram instrumentados para este teste, uma vez que o vagão que foi auditorado no primeiro teste foi também utilizado para o segundo teste. Por conta do primeiro teste mostrou completa correlação entre o sistema Lynxrail e o carro instrumentado, assumiu-se que a re-utilização do carro rastreado original para este teste foi suficiente para confirmar a validade dos resultados obtidos.
4. CONCLUSÃO
O sistema Linxrail usa máquinas de visão de máquina para identificar rastreadores e vagões de rastreamento. Mais testes locais são necessários para ganhar confiança na identificação de
carros de rastreamento em baixas (não-críticas) velocidades; no entanto, em velocidades críticas o sistema mostrou uma performance extremamente boa.
