Analysis of 3D image for determination of current collectors stripes wear

Z punktu widzenia niezawodności eksploatacyjnej transportu kolejowego, istotnym czynnikiem jest stan powierzchni grafitowych nakładek ślizgowych trakcyjnych odbieraków prądu. Zaproponowane przez autorów nowatorskie stanowisko pomiarowe, oparte na systemie wizyjnym z kamerą 3D, umożliwia rejestrację powierzchni nakładek ślizgowych przejeżdżających lokomotyw. Stanowisko zamontowano i uruchomiono na torze kolejowym. W czasie eksploatacji próbnej zarejestrowano ok. 80 obrazów 3D nakładek ślizgowych. Zebrane wyniki cechuje duża różnorodność, szczególnie w zakresie położenia oraz pochylenia rozważanej nakładki ślizgowej w dwóch płaszczyznach. Opracowano metodę automatycznego sprowadzenia wyników rejestracji do wspólnego układu odniesienia. Ustandaryzowane wyniki są następnie porównywane z profilem nowej nakładki w celu oceny zużycia. Zgromadzone doświadczenia pozwoliły na wyciągnięcie wniosków dotyczących komercyjnego zastosowania stanowiska.The condition of the current collectors contact strips is an important factor when considering operational reliability of railway transportation. The authors proposed a novel measurement system based on the camera 3D to acquire the surface of current collectors contact strips. The system was installed above the railway track for tests in target environmental conditions. During the trial operation about 80 contact strips 3D-profiles of passing locomotives were recorded. Pooled results vary widely, especially in the position and tilt of acquired profiles. An automatic registered profiles normalization method was introduced. Standardized profiles are compared to the shape of the new contact strip in order to evaluate their wear. Summary of scanning and analysis results conclude to the possibility of commercial usage of the introduced system

Analysis of rail vehicle motion including an influence of varying voltage on the current collector

W artykule zaproponowano metodykę wykonywania analizy ruchowej pojazdów szynowych, która uwzględnia wpływ zmieniającego się napięcia zasilającego pojazd na jego właściwości ruchowe. Wykorzystując model opracowany w programie Simulink wskazano na istotne różnice w czasie przejazdu oraz w wartościach napięcia zasilającego pomiędzy proponowanym sposobem analizy a powszechnie stosowanym podejściem uproszczonym.The paper proposes a novel approach to analyze a rail vehicle motion, which includes an impact of varying voltage at the current collector on the vehicle’s dynamics. According to present standards, vehicle’s maximal power has to be limited and the value of this limit depends on actual value of vehicle’s supplying voltage. This, in turn, affects vehicle tractive effort and its current consumption. A model reflecting vehicle dynamics as well as its supply parameters was designed in Simulink. By a case study, it was proven that neglecting the impact of vehicle varying supply voltage on vehicle dynamics leads to substantial errors in reflecting both vehicle motion and its supply-related parameters

3D machine vision system for evaluation of current collectors contact strips conditio

Nakładki stykowe, będące elementami kolejowego odbieraka prądu, bezpośrednio stykające sie z przewodem jezdnym sieci trakcyjnej, są ważnym elementem układu zasilania pojazdu szynowego. Nakładki ulęgają zużyciu oraz uszkodzeniom. Pogarsza to warunki odbioru prądu, a nawet może skutkować uszkodzeniem sieci i odbieraka. Istnieje wiec potrzeba regularnej diagnostyki nakładek stykowych. Zaproponowano zastosowanie do tego celu systemu skanowania z kamera 3D. Omówiono idee trójwymiarowego skanowania powierzchni nakładek z wykorzystaniem kamery oraz oświetlacza laserowego. Opisano laboratoryjne stanowisko pomiarowe oraz stanowisko terenowe zamontowane na linii kolejowej. Przedstawiono wybrane wyniki skanowania oraz analizy stopnia zużycia nakładek stykowych. Oszacowano dokładność wyznaczania wymiarów nakładek za pomocą wykonanego stanowiska.Contact strips are one of the most important elements of a rail vehicle’s current collector. They suffer from wear due to friction between the contact wire and their surface. Apart from exploitation wear, contact strips are subject to damage, such as chipping, detachment of segments, cracks in carbon strips, etc. Serious defects may contribute to damage of current collector and/or the break of overhead line. Therefore it is necessary to detect defects of contact strips as soon as possible. An innovative stand has been proposed for diagnosing contact strips of current collectors when the vehicle passes the test point on the rail line. This stand makes it possible to establish the degree of wear in contact strips and detect possible defects. The condition of contact strips can be monitored much more frequently than the schedule of a vehicle periodic service prescribes. The elaborated stand was first tested in laboratory conditions and then installed on the rail line running out of engine house, where operation tests took place. Principles of measurement with the use of 3D vision system have been described, and the structure of the elaborated stand, as well as selected scanning results have been presented. The issue of resolution and accuracy of measurements has also been addressed

Automatic test stand for locomotives

W referacie omówiono strukturę zmodernizowanej j automatycznej stacji diagnostycznej lokomotyw. Stacja, wdrożona w Zakładzie Taboru w Gdyni, służy badaniu, regulacji i ocenie stanu wybranych urządzeń lokomotyw elektrycznych oraz spalinowych. Do budowy stacji wykorzystano nowoczesne techniki pomiarowe, mikrokomputerowe oraz telekomunikacyjne. W artykule zawarto opis zastosowanych rozwiązań, przedstawiono zakres prowadzonej diagnostyki oraz perspektywy rozbudowy stacji.The paper describes structure of service station designed for both electric and internal combustion locomotives. The equipment of service station was upgraded to improve accuracy and extend the range of diagnostics. New structure of diagnostic system was introduced with industrial PC-based data acquisition server. Wireless communication between test stands was implemented for greater flexibility and convenience. Most of test procedures run automatically and generates extensive report. The station currently provides diagnostics and adjustment of: current collectors and power circuits overcurrent relays in electric locomotives, Webasto engine heaters and electric couch heating drivers. Other tests stands are under construction

3D-scanning system for railway current collector contact strips

Undisturbed collection of current from a contact wire of the catenary constitutes one of the basic elements in reliable operation of electrified rail transport, particularly when vehicles move at high speed. Quality of current collection is influenced by the construction of catenary and current collectors, as well as by the technical condition and regulation of these two elements. Total contact force of a current collector head on contact line and the condition of contact strip surface determine the quality of the contact between a current collector and contact line. This paper presents an innovative stand for diagnosing contact strips on current collectors with the use of 3D imaging technique. The stand has been tested in laboratory and during trial exploitation on a railway line. Implementation potential of the proposed method has been confirmed

Control of inverter for inductively powered electric vehicles

Artykuł przedstawia analizę pracy oraz wybrane wyniki badania modelu laboratoryjnego układu bezstykowego przekazywania energii elektrycznej do pojazdów elektrycznych z wykorzystaniem cewek o słabym sprzężeniu magnetycznym. W szczególności omówiono warunki pracy układu w stanie rezonansu, dobór parametrów układu i metodę sterowania przekształtnika tranzystorowego w przypadku zmiany wielkości szczeliny powietrznej pomiędzy cewkami.Most electrical equipment in common use is connected to the supply via plugs, flexible cables, slip rings, pantograph, etc. It can be useless in moist or explosion-endangered environment. This paper describes a technique, the contactless electrical energy transfer system, by which electrical energy may be transmitted through the large air gap. The transfer system is attractive especially for automatic battery charging stations and for energy supply of inductively powered electric vehicles and other movable consumers. In this case energy is transmitted via ironless transformer. Coupling between the windings is variables and depend on dimensions of air gap. The efficiency of system with large air gap (about 100 mm) can be considerably improved by using higher transmission frequencies in the range approximately 100 kHz. Large leakage inductances may be compensated also in resonance condition by adding capacitances to the windings. Paper presented analysis of power electronics converter with variable voltage frequency. These theoretical developments are compared with practical measurements from a prototype contactless system

Analysis of measurement uncertainty of position measuring performed by vision method for electric traction application

Niepewność pomiarowa stanowi kluczowe zagadnienie podczas wykonywania pomiarów. Jest to zwłaszcza istotne w przypadku pomiarów realizowanych na potrzeby prac naukowych i badawczych. Wyznaczanie niepewności pomiaru podczas wykonywania badań z użyciem nowoczesnego sprzętu pomiarowego jest zagadnieniem szczególnie złożonym i często ze względu na tę złożoność pomijanym. W artykule przedstawiono analizę niepewności pomiaru położenia realizowanego przy użyciu metody wizyjnej z wykorzystaniem cyfrowej kamery 2D. Przedmiotem pomiaru jest obiekt fizyczny o wymiarach charakterystycznych w zastosowaniach elektrotrakcyjnych. Wykonana analiza pokazuje jaka precyzja może być uzyskiwana w trakcie pomiarów laboratoryjnych wykonywanych metoda optyczną oraz prezentuje i przedstawia jakie czynniki są znaczące z punktu widzenia uzyskania tej precyzji.Measurement uncertainty is a main problem during measurements. This is particularly important for measurements making for scientific and research purposes. Determination of measurement uncertainties during researching with using a modern measurement equipment is an problem particularly complex and often, due to this complexity, skipped. The article presents an analysis of the measurement uncertainty for position measuring by using a visual methods based on 2D image camera. The object of measurement is a physical object with dimensions characteristic for electric traction applications. The analysis shows what precision level can be achieved during laboratory measurements, performed by an optical method and also presents and illustrates what factors are significant for achieving this level of measurement precision

3D-scanning system for current collectors contact strips

Prawidłowy odbiór prądu z sieci jezdnej trakcji elektrycznej jest jednym z podstawowych elementów niezawodnego funkcjonowania zelektryfikowanego transportu szynowego, zwłaszcza przy dużych prędkościach jazdy. Na jakość odbioru prądu wpływa konstrukcja sieci jezdnej i odbieraków prądu oraz stan techniczny i regulacja tych dwóch elementów. O jakości współpracy odbieraka prądu z siecią jezdną zasadniczo decydują: nacisk odbieraka na sieć oraz stan powierzchni nakładek ślizgowych. W referacie przedstawiono innowacyjne stanowisko do diagnostyki nakładek ślizgowych odbieraków prądu wykorzystujące technikę obrazowania 3D. Układ przetestowano w warunkach laboratoryjnych oraz podczas eksploatacji próbnej na linii kolejowej. Potwierdzono potencjał wdrożeniowy zaproponowanej metody.The correct current collection from catenary is one of the fundamental elements of reliable operation of electrified rail transport, especially at high speeds. The proper current collection depends on technical condition and adjustment of both current collectors and catenary. Considering current collectors issues, the main factors are: static force applied by the collector to the catenary and contact strips surface condition. The paper presents an innovative test stand for diagnosing the current collector contact strips with 3D imaging technique. System was tested in the laboratory and during the trial operation on the railway. The potential of the implementation of the proposed method was confirmed