CN104619571A - 载荷测量方法及装置、具备载荷测量装置的铁道车辆以及载荷管理系统 - Google Patents

Abstract

一种载荷测量方法，对从铁道车辆的车轮作用于车轨的载荷进行测量，基于作用于左右车轮间的车轴(13)的轴力以及作用于车轴轴承的轴向载荷来求出从左右车轮的各车轮作用于车轨的各横压。

Description

载荷测量方法及装置、具备载荷测量装置的铁道车辆以及载荷管理系统

技术领域

本发明涉及一种对铁道车辆的车轮与车轨之间的载荷进行测量的载荷测量方法及装置、具备载荷测量装置的铁道车辆以及载荷管理系统。

背景技术

在制作新的车辆时和建设铁道新线时，需要对其安全性进行确认。另外，作用于车轮与车轨之间的力的状态会由于其摩擦系数和轨道的状态变化等而从新车制造时或新线开通时历时地变化。因此，对于运营线路也需要对其安全性进行确认。

作为铁道车辆的行驶安全性的评价方法之一，有使用脱轨系数的方法。脱轨系数是指使用横压(Q)和轮重(P)以Q/P表示的值，其中，该横压(Q)是作用于车轮与车轨之间的水平方向的力、换言之是沿车轴的方向的力，该轮重(P)是作用于车轮与车轨之间的垂直方向的力。如该式所示，该脱轨系数的大小成为行驶安全性评价的一个指标，因此进行轮重(P)和横压(Q)的计量。

专利文献1：日本特开2006-88967号公报

发明内容

发明要解决的问题

另一方面，在轮重和横压的计量中，以往需要PQ轮轴，该PQ轮轴是在车轮上粘贴有特殊的应变片的特殊轮轴，其制造和计量并不容易，其制造和试验成本也较为昂贵。并且，当使踏面制动器发挥作用时，还存在由于其生热等原因而对测量值产生影响的问题。另外，在采用盘式制动器的情况下，上述特殊应变片的粘贴变难而测量本身变得困难。即使在能够测量的情况下，也存在以下问题：测量值有滞后，无法正确地求出轮重和横压。

在上述专利文献1的技术中，通过采用与车轮轮辋部相对地配置非接触位移计的结构，能够使计量容易并提高测量可靠性。然而，必须使用需要没有起伏地形成于轮辋部整周、且由于要测量微小值而非常昂贵的非接触位移计，在制造和成本方面依然存在问题。

本发明是为了解决这种问题而完成的，其目的在于提供计量容易而测量可靠性也可以确保、并且在制造和成本方面也优于以往的对从车轮作用于车轨的载荷进行测量的载荷测量方法及装置、具备载荷测量装置的铁道车辆以及载荷管理系统。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明构成为如下的结构。

即，本发明的第一方式中的载荷测量方法在具备左右一对车轮、支承上述车轮的车轴、以及将上述车轴旋转自如地支承的左右一对轴承的铁道车辆中，测量从各个上述车轮作用于车轨的载荷，该载荷测量方法的特征在于，测量作用于各个上述轴承的各轴向载荷，测量作用于上述车轴的轴向的轴力，根据测量出的上述各轴向载荷和上述轴力，求出从各个上述车轮作用于车轨的各横压。

另外，本发明的第二方式中的载荷测量装置应用于具备左右一对车轮、支承上述车轮的车轴、以及将上述车轴旋转自如地支承的左右一对轴承的铁道车辆，对从各个上述车轮作用于车轨的载荷进行测量，该载荷测量装置的特征在于，具备：轴向载荷测量部，其测量作用于各个上述轴承的轴向载荷；轴力测量部，其测量作用于上述车轴的轴向的轴力；以及运算部，其根据所测量出的上述轴向载荷和上述轴力，求出从各个上述车轮作用于车轨的各横压。

根据这种载荷测量方法及装置，通过使用作用于轮轴的车轴的轴向的轴力和轴向载荷，能够分别求出从左右的各车轮作用于车轨的横压。在此轴力和轴向载荷能够使用通用的计量器并通过通常的轮轴来测量，不需要如所谓的PQ轮轴那样的特殊的轮轴和测量器。因而，能够实现大幅的成本下降，并且也不会花费特别的行驶试验时间以用于计量。另外，即使使踏面制动器发挥作用其影响也不会出现，能够进行稳定的测量，在装备最新的中央紧固盘式制动器的情况下也能够进行横压测量。

这样，根据第一方式中的载荷测量方法和第二方式中的载荷测量装置，能够提供计量容易而测量可靠性也可以确保、并且在制造和成本方面也优于以往的载荷测量装置。

另外，本发明的第三方式中的铁道车辆的特征在于具备上述第二方式中的载荷测量装置。

另外，本发明的第四方式中的载荷管理系统对具有左右一对车轮、支承上述车轮的车轴、以及将上述车轴旋转自如地支承的左右一对轴承的铁道车辆的从上述车轮作用于车轨的载荷进行管理，该载荷管理系统的特征在于，具备：轴向载荷测量部，其测量作用于各个上述轴承的轴向载荷；轴力测量部，其测量作用于上述车轴的轴向的轴力；运算部，其根据所测量出的上述轴向载荷和上述轴力，求出从各个上述车轮作用于车轨的各横压；存储部，其保存表示由上述运算部求出的上述横压的横压信息，并保存与所求出的上述横压对应的时间信息、轨道信息及运行信息的至少一个；以及分析部，其基于上述存储部中保存的各上述信息来获取上述横压信息的历时变化。

发明的效果

根据本发明，能够提供计量容易而测量可靠性也可以确保、并且在制造和成本方面也优于以往的对从车轮作用于车轨的载荷进行测量的载荷测量方法及装置、具备载荷测量装置的铁道车辆以及载荷管理系统。

附图说明

图1是说明实施方式1中的载荷测量方法的动作的流程图。

图2是说明在图1所示的载荷测量方法中还使用径向载荷的情况下的动作的流程图。

图3是表示实施方式2中的载荷测量装置的结构的框图。

图4是表示实施方式3中的载荷测量装置的结构的框图。

图5是表示将实施方式2、3的载荷测量装置设置于轮轴的状态的图。

图6表示图5所示的A-A部的截面，是表示轴力传感器在车轴上的设置位置的图。

图7是表示实施方式2、3的载荷测量装置所具备的左右位移检测传感器的结构例的图。

图8是表示实施方式3的载荷测量装置所具备的径向载荷传感器的结构例的图。

图9是表示实施方式4中的载荷测量装置的结构的框图。

图10是表示将实施方式4的载荷测量装置设置于转向架的状态的车辆的侧视图。

图11是表示将实施方式4的载荷测量装置设置于转向架的状态的转向架部分的俯视图。

图12是表示实施方式5中的载荷管理系统的结构的框图。

图13是表示实施方式6中的铁道管理系统的结构的框图。

图14是铁道研究所报告(鉄道総研報告)，Vol.25,No.1,Jan.2011内，图3。

具体实施方式

下面参照附图来说明作为实施方式的对铁道车辆中的从车轮作用于车轨的载荷进行测量的载荷测量方法及装置、具备该载荷测量装置的铁道车辆以及具备这种铁道车辆的载荷管理系统。此外，在各图中，对同一或同样的结构部分标注相同的标记。

实施方式1：

首先，说明实施方式1中的上述载荷测量方法的基本思维方式。

如上述的专利文献等所公开的那样，提出了铁道车辆的车轮中的轮重和横压的计量方法，另一方面，也报告了利用所测量出的轮重和横压来估计作用于轮轴的车轴轴承的载荷的论文(高桥及他人“利用轮重/横压来估计作用于车轴轴承的载荷的估计法(輪重·横圧を利用した車軸軸受に作用する荷重の估计法)”，铁道研究所报告(鉄道総研報告)，Vol.25,No.1,Jan.2011)。在该论文中，以式子示出了轮重及横压与作用于车轴轴承的径向载荷及轴向载荷之间的关系，并记载了能够根据轮重/横压值来计算作用于车轴轴承的径向载荷、轴向载荷。

根据该公开的关系式可以预测出：反之，通过测量作用于车轴轴承的径向载荷和轴向载荷，能够求出轮重值和横压值。实际上，关于轮重，通过根据所公开的式子进行逆转换，能够求出左右的各车轮的轮重值。

另一方面，关于横压值，根据上述论文内的(6)、(7)式可以明确的是，即使进行逆转换，也只能得到作用于左右车轮的各车轮的横压的合算值。

其理由是，由于作用于左右车轮的横压(Q)是轮轴内的内力，因此无论如何测量作用于轮轴之外的力也无法得到该横压(Q)，能够容易地理解这一点。

下面，说明本实施方式中的载荷测量方法的详情。图1是载荷测量方法的流程图，图2是使用径向载荷的情况下的载荷测量方法的流程图。

此外，图14与上述论文的图3相当，如上述论文中的记载那样，该图14所示的各标记的说明如下。也就是说，图14中示出了作用于行驶的车辆的轮轴的各载荷，Fr是从转向架构架作用于车轴轴承的上下方向的载荷，与轴承的径向载荷相当，Fa是从转向架构架作用于车轴轴承的左右方向的载荷，与轴承的轴向载荷相当，Fp是车轮从车轨受到的轮重的反作用力，Fq是车轮从车轨受到的横压的反作用力，Wj是作用于轮轴的重力(平均每个轮轴的簧下重量)，下标的1、2分别表示第1侧、第2侧，将图的从上向下的方式设为正、将从左向右的方式(第1侧→第2侧)设为正，图中的力均以正方向的箭头来表示，Lg是车轮/车轨的接触点间隔，Lb是从车轮/车轨的接触点到车轴轴承中心的距离，Lw是车轮半径。

另外，下面记述上述论文内的上述(6)、(7)式以及下述(3)、(5)式。

(6)式：

Fa1+Fa2＝-(Fq1+Fq2)，

(7)式：

Fa1＝Fa2＝-(1/2)·(Fq1+Fq2)，

(3)式：

Fr1+Fr2+Wj+Fp1+Fp2＝0，

(5)式：

-Lb·Fr1+(Lg+Lb)Fr2+Lw(Fa1+Fa2)+(1/2)·Lg·Wj+Lg·Fp2＝0

若对上述论文的(6)式进行变形，则为Fa1+Fq1＝-(Fa2+Fq2)。也就是说，能够理解为：轮轴的左侧车轮与左侧轴承的组的合力：Fa1+Fq1同轮轴的右侧车轮与右侧轴承的组的合力：Fa2+Fq2通过车轴相平衡。

另一方面，左侧的合力Fa1+Fq1和右侧的合力Fa2+Fq2均为沿着车轴轴向(上述左右方向)的力。据此，利用作用于车轴的轴向的力(轴力)，Fa1+Fq1与Fa2+Fq2相平衡。

即，在将作用于车轴的轴向力(轴力)设为Fa3时，

Fa1+Fq1＝Fa3

Fa2+Fq2＝Fa3

从各车轮作用于车轨的横压Fq1、Fq2能够分别通过下述的“A”式来求出。

“A”式：

Fq1＝Fa3-Fa1，Fq2＝Fa3-Fa2

因而，通过作用于车轴的轴向的力、即轴力Fa3变得明确，能够将Fq1与Fq2分离。由此，能够得到从左右的各车轮作用于车轨的各横压。

这样，根据本实施方式所涉及的载荷测量方法，使用通过测量得到的或已知的作用于车轴轴承的轴向载荷以及通过测量得到的或已知的作用于车轴的轴向的轴力，能够分离地得到从左右的各车轮作用于车轨的横压。

但是实际上，不仅上述轴力作用于车轴，弯曲应力也作用于车轴，因此为了得到上述轴力，需要消除弯曲应力成分。关于这一点在后面叙述。

另外，若求出了各横压Fq1、Fq2，那么轮重Fp1、Fp2能够使用作用于各车轴轴承的径向载荷Fr1、Fr2并通过下述的“B”式来反算得出。即，“B”式：

Fp2＝(Lb/Lg)Fr1-{(Lg+Lb)/Lg}Fr2-{(Lw/Lg)(Fa1+Fa2)}-(1/2)Wj

Fp1＝-(Fr1+Fr2+Wj+Fp2)

通过以上的计算式，能够基于例如图1所示的流程图来得到各车轮的横压。即，在步骤S1中，基于“A”式得到车轴的轴力Fa3，之后在步骤S2中，得到作用于车轴轴承的轴向载荷Fa1、Fa2，最后在步骤S3中，利用轴力Fa3和轴向载荷Fa1、Fa2来求出各车轮的横压Fq1、Fq2。

在此，车轴处的轴力和轴向载荷如上所述那样既可以通过测量来获取，也可以已知。为了图示方便，图1中示出的步骤S1和步骤S2还有上述的步骤S1和步骤S2标注了先后，该步骤S1和步骤S2的顺序不限，也可以是同时。

另外，通过以上的计算式，能够基于例如图2所示的流程图来得到各车轮处的轮重。即，在步骤S2-2中，得到作用于车轴轴承的径向载荷Fr1、Fr2，在步骤S3-2中，基于“B”式来求出各轮重Fp1、Fp2。

在此，径向载荷既可以通过测量来获取，也可以已知。另外，与图1同样地，步骤S1、步骤S2以及步骤S2-2的顺序不限，也可以是同时，步骤S3和步骤S3-2的顺序也不限，也可以是同时。

能够根据通过以上而得到的横压值和轮重值来得到脱轨系数Fq1/Fp1、Fq2/Fp2。

此外，上述的载荷测量方法的横压和轮重既可以由运算装置等求出，也可以由人通过计算来求出。

实施方式2：

参照图3、图5至图7来说明能够执行上述的载荷测量方法的载荷测量装置。

图3示出了能够执行图1所示的载荷测量方法的载荷测量装置102的概要结构。载荷测量装置102具备轴力测量部110、轴向载荷测量部120以及运算部150。

轴力测量部110是在左右车轮间的车轴13处测量作用于该车轴13的轴向(左右方向)13a的力(轴力)的装置，具有轴力传感器111和输出部112。

轴力传感器111能够使用探测车轴13的变形的例如应变片。关于这种轴力传感器111，如图5和图6所示，能够在左右的车轮11、12之间的车轴13的轴向13a上的一处的、沿车轴13的周面相对的两个位置安装一对这种轴力传感器111。即，例如使用应变片作为轴力传感器111，在车轴13的轴向13a上的一处沿轴向13a粘贴第一应变片、即轴力传感器111-1，在与该第一应变片相同的轴截面上沿周方向180度、且相对于轴截面中心而对称的位置沿轴向13a粘贴第二应变片、即轴力传感器111-2。

输出部112能够固定于车轴13，例如由遥测仪构成，与各轴力传感器111通过引线进行连接，通过无线方式向运算部150发送各轴力传感器111的输出数据。

轴向载荷测量部120是在左右的车轴轴承21、22(图5)处测量作用于车轴13的轴向13a的轴向载荷的装置，具有左右位移检测传感器121。在图5中，示出了在各车轴轴承21、22部分分别设置有轴向载荷测量部120的结构。此外，图5在本实施方式2和以下记述的实施方式3中是共用的，在本实施方式2中，成为去除了径向载荷测量部130的图示的结构。

作为左右位移检测传感器121的结构，能够采用各种已知的结构。在此，例如图7所示，左右位移检测传感器121具有永磁体制的编码器1211以及一对传感器1212a、1212b。概述地说，编码器1211在车轴轴承21、22部分处遍及车轴13的整周的周面地呈环状延伸，与车轴13一起绕轴向旋转。一对传感器1212a、1212b与编码器1211相对，沿轴向13a并排设置，固定于车轴轴承21、22部分。各传感器1212a、1212b与运算部150连接。

运算部150如上所述那样与轴力测量部110通过无线方式进行连接，与轴向载荷测量部120通过引线进行连接，设置于铁道车辆的车体。这种运算部150是根据轴力和轴向载荷来分离地求出从左右车轮11、12的各车轮作用于车轨的各横压的装置，具有运算处理部151和存储部152。

运算部150中的运算处理部151求出上述的轴力和轴向载荷，进一步求出各横压。

即，关于上述的轴力，运算处理部151基于作为从轴力测量部110提供的各轴力传感器111-1、111-2的输出数据的、车轴13的一对应变数据，来消除作用于车轴13的弯曲应力成分，从而求出轴向13a的轴力。

详细地说，从设置于车轴13的周面的一个应变片输出包含“因轴力引起的应变”以及“车轴13的因弯矩引起的应变”的值。另一方面，车轴13向铅垂方向弯曲。因此如果如上所述那样将一对应变片粘贴在同一截面的周面上的沿直径方向相对的位置来串行地连接两个应变片线，则运算处理部151能够使用各应变片的输出来抵消车轴13的因弯矩引起的应变。也就是说，车轴13的“因弯矩引起的应变”输出是车轴13的旋转频率的正弦波。因此，将一对应变片粘贴在沿直径方向相对的位置，由此从各应变片输出频率相同振幅相同、且相位相反的正弦波。因此能够通过将它们相加来消除“因弯矩引起的应变”成分。

另外，也可以是，不将一对应变片粘贴在沿直径方向相对的位置来进行串行线连接，而由运算处理部151取入各个输出数据，以数字方式进行抵消“因弯矩引起的应变”的数据处理。

关于轴向载荷，求出一对传感器1212a、1212b的各输出信号之差，根据该差的变化量与轴向载荷的大小之间的关系来求出车轴轴承21、22处的轴向载荷。此外，根据预先计量得到的计量值数据或者通过运算来求出上述差的变化量与轴向载荷的大小之间的关系。

然后，运算处理部151使用上述的“A”式，根据求出的轴力和轴向载荷来求出各车轮11、12作用于车轨的各横压。

这种运算处理部151实际上使用计算机来实现，由与上述的动作、功能对应的软件以及用于执行它的CPU(中央运算处理装置)和存储器等硬件构成。因此，在运算处理部151中，基于轴力和轴向载荷值并通过计算或按照程序来求出各横压值。

存储部152将通过运算处理部151如上那样求出的各横压值与时间信息还有轨道信息、运行信息等一起保存。因此，不仅在检查时，在运营运行时也始终能够保存各横压值。

根据如以上说明的那样构成的载荷测量装置102，能够分离地检测从左右的各车轮11、12分别作用于车轨的横压。根据这种载荷测量装置102，能够提供计量容易而测量可靠性也可以确保、并且在制造和成本方面也优于以往的载荷测量装置。特别是，无需如以往那样使用在车轮上粘贴有特殊的应变片的所谓的PQ轮轴，而能够使用通用的计量器，因此，1.计量容易且横压测量成本能够大幅降低，2.在行驶中即使使踏面制动器发挥功能其影响也不会出现，能够进行稳定的测量，3.能够使用通常的运营车辆的轮轴来测量横压，能够大幅缩短行驶试验时间，4.在装备盘式制动器(例如中央紧固盘式制动器等)的情况下也能够进行横压测量。

另外，在本实施方式中，如图5所示，采用了对左右的车轴轴承21、22这两方均设置了轴向载荷测量部120的结构，但是并不限定于该结构。即，在已知两方的轴向载荷测量部120的各轴向载荷值相同的情况下，也可以仅对左右任一个车轴轴承设置轴向载荷测量部120。

实施方式3：

上述的实施方式2的载荷测量装置102具备轴力测量部110和轴向载荷测量部120，仅求出左右的各车轮11、12的各横压。在本实施方式3的载荷测量装置中，已经叙述过，还获取径向载荷，由此不仅求出横压还求出车轮11、12的各轮重。

即，如图4、图5以及图8所示，本实施方式3的载荷测量装置103具有对实施方式2的载荷测量装置102的结构进一步追加了径向载荷测量部130的结构。因此下面主要对径向载荷测量部130进行说明。

另外，随着追加径向载荷测量部130，上述的运算部150在本实施方式3的载荷测量装置103中成为运算部155。运算部155具有运算处理部156和存储部152，除了使用上述的轴力和轴向载荷以外还使用径向载荷，来求出从左右车轮11、12的各车轮作用于车轨的各横压和各轮重。

径向载荷测量部130是在车轴轴承21、22(图5)处测量作用于车轴13的上下方向31、即与轴向13a呈直角方向的重力方向的径向载荷的装置，具有径向载荷传感器131。在图5中，示出了在各车轴轴承21、22部分分别设置有径向载荷测量部130的结构。

作为径向载荷传感器131的结构，能够采用各种已知的结构。在此，径向载荷传感器131具有例如图8所示那样的永磁体1311以及一对传感器1312a、1312b。概述地说，永磁体1311分别安装于包含车轴轴承21、22的各轴箱25的外表面。一对传感器1312a、1312b与永磁体1311相对向地沿上下方向31并排设置，固定于相对于轴箱25不动的支承构件32。

这样构成的载荷测量装置103中的运算部155、特别是运算处理部156进行如下的运算。

与上述的运算部150同样地，根据上述的轴力和轴向载荷来求出各车轮11、12的横压。

并且，关于径向载荷，基于一对传感器1312a、1312b的各输出信号来求出其差，根据该差的变化量与径向载荷的大小之间的关系来求出车轴轴承21、22处的径向载荷。此外，根据预先计量得到的计量值数据或者通过运算来求出上述差的变化量与径向载荷的大小之间的关系。

然后，运算处理部156使用上述的“B”式，基于所求出的各横压和各径向载荷来分别求出各车轮11、12处的轮重。此外，包含于“B”式的、为了求出轮重而需要的从车轮/车轨的接触点到车轴轴承中心的距离Lb、车轮/车轨的接触点间隔Lg等项目的值预先被输入到运算处理部156。

这样，运算部155求出各车轮11、12处的横压(Q)和轮重(P)，因此也可以基于它们来进一步求出脱轨系数(Q/P)。

这样求出的横压和轮重以及脱轨系数不仅在检查时，在运营运行时也始终存储在运算部155的存储部152中。

在以上说明的载荷测量装置103中也与载荷测量装置102同样地，能够起到计量容易而测量可靠性也可以确保、并且在制造和成本方面也优于以往这样的效果。并且，载荷测量装置103能够求出各车轮11、12处的轮重还有脱轨系数，能够大幅缩短行驶试验时间，能够更容易地进行行驶安全性的评价。

此外，在本实施方式的载荷测量装置103中，如图5所示，采用了对左右的车轴轴承21、22这两方均设置了轴向载荷测量部120和径向载荷测量部130的结构，但是在已知左右的轴向载荷值和径向载荷值相同的情况下，也可以仅对左右任一个车轴轴承设置轴向载荷测量部120和径向载荷测量部130。

实施方式4：

在上述的各载荷测量装置102、103中，采用了以下的结构：在车轴轴承21、22部分设置轴向载荷测量部120和径向载荷测量部130，经由遥测仪来传输作用于车轴13的轴力。然而，载荷测量装置的结构当然不限定于此。在本实施方式4的载荷测量装置中，示出其变形例的一例。

即，如图9至图11所示，本实施方式4的载荷测量装置104具备轴力测量部115、轴向载荷测量部125、径向载荷测量部135以及运算部160。

轴力测量部115与上述的轴力测量部110同样地，是在车轴13处测量作用于该车轴13的轴向13a的力的装置，例如具有作为应变片的上述的轴力传感器111以及输出部116。在本载荷测量装置104中，如图11所示，输出部116例如集电环1161。轴力传感器111与集电环1161通过引线1162连接，引线1162通过设置于车轮11和车轴13的引线孔内后被导至集电环1161。输出部116与设置于车体50(图10)的运算部160线连接。

轴向载荷测量部125是测量车轴轴承21、22例如在各轴箱25内的沿轴向13a的位移量来作为转换成轴向载荷的转换用信息的装置，具有左右位移检测传感器126。作为左右位移检测传感器126，例如能够使用接近传感器，与轴箱25相对地安装于固定在转向架构架30上的支承构件32。此外，在图11中，是仅对一方的轴箱25设置轴向载荷测量部125的图示，但是通常与轴向13a上的两侧的轴箱25对应地设置轴向载荷测量部125。在已知左右的测量值相同的情况下，也可以仅对单侧设置。

这种轴向载荷测量部125与设置于车体50的运算部160线连接。

径向载荷测量部135是测量各轴箱25的轴弹簧33在车轴轴承21、22处的沿上下方向31的位移量来作为转换成径向载荷的转换用信息的装置，具有上下位移检测传感器136。上下位移检测传感器136通过测量转向架构架30与轴箱25之间的相对上下位移来获取轴弹簧33的上下位移，能够应用各种传感器。例如，作为上下位移检测传感器136，也可以使用能够以非接触方式进行测量的磁致伸缩式线性传感器、差动变压器式线性传感器、磁式线性标尺等线性位移传感器。另外，也可以使用杠杆机构，将轴弹簧33的上下位移转换为轴的旋转位移，检测旋转编码器(旋转变压器)的旋转角，将其换算为上下位移量。此外，上下位移检测传感器136通常与轴向13a上的两侧的轴箱25的轴弹簧33对应地设置。在已知左右的测量值相同的情况下，也可以仅对单侧设置。

这种径向载荷测量部135与设置于车体50的运算部160线连接。

运算部160是根据从轴力测量部115提供的作用于车轴13的应变数据、从轴向载荷测量部125提供的轴箱25的轴向13a的位移量数据、以及从径向载荷测量部135提供的轴弹簧33的沿上下方向31的位移量数据来求出从左右车轮11、12的各车轮作用于车轨的各横压和各轮重的装置，具有运算处理部156、存储部152以及转换部161。

转换部161将轴向13a的位移量数据转换为轴向载荷，将沿上下方向31的位移量数据转换为径向载荷。即，转换部161例如预先计量轴箱左右位移量与轴向载荷值之间的关系并例如以表形式进行保存，由此将从轴向载荷测量部125提供的轴向13a的位移量数据转换为轴向载荷。或者，转换部161也可以具有运算式Fa1＝g(y)，在此，y：轴箱左右位移量、g()：轴箱的左右特性的函数，由此根据该式来计算轴向载荷。关于径向载荷也同样地，预先计量轴弹簧上下位移量与径向载荷值之间的关系并例如以表形式进行保存，由此将从径向载荷测量部135提供的沿上下方向31的位移量数据转换为径向载荷。或者，转换部161也可以具有运算式Fr1＝f(z)，在此，z：轴弹簧上下位移量、f()：轴箱的上下特性的函数，由此根据该式来计算径向载荷。

运算部160也与运算部150同样，如已说明过的那样使用计算机来实现。因此，转换部161中的上述动作、功能由对应的软件来执行。

运算处理部156与实施方式3的运算处理部156、详细地说与实施方式2的运算处理部151同样地，根据从轴力测量部115提供的作用于车轴13的应变数据来求出车轴13的轴向13a上的轴力。并且，运算处理部156使用通过转换部161的转换动作而分别求出的轴向载荷和径向载荷，如已说明过的那样求出从左右车轮11、12的各车轮作用于车轨的各横压(Q)和各轮重(P)。也可以还求出脱轨系数(Q/P)。

存储部152将由运算处理部156求出的各横压值和各轮重值与时间信息还有轨道信息、运行信息等一起进行保存。因此，不仅是检查时，在运营运行时也始终能够保存各横压值和各轮重值。另外，也可以保存脱轨系数。

在如以上说明的那样构成的载荷测量装置104中，也与载荷测量装置102、103同样地，能够起到计量容易而测量可靠性也可以确保、并且在制造和成本方面也优于以往这样的效果。

也能够制作将各实施方式2～4中说明的载荷测量装置102～104中的结构进一步与以往的所谓的PQ轮轴的结构分别适当组合所得到的新结构的载荷测量装置(为了便于说明，标注为109)。此外，在与以往的PQ轮轴组合的情况下，至少在横压获取中使用载荷测量装置102等结构。

作为这种组合结构，例如也可以制作构成为以下结构的载荷测量装置：关于径向载荷，基于实施方式4的载荷测量装置104中说明的轴弹簧的上下位移量通过换算来求出，另一方面，关于轴向载荷，使用实施方式2的载荷测量装置102中说明的轴承内置型的左右位移检测传感器121来求出。或者另外，也可以构成为以下结构：关于轮重，利用以往的PQ轮轴的测量法来测量，仅横压使用实施方式2等中说明的结构来求出。

另外，如上述的说明中所记载的那样，能够构成具备实施方式2～4中说明的各载荷测量装置102～104和上述载荷测量装置109中的任一个载荷测量装置的铁道车辆200(例如图10)。根据这种铁道车辆200，在装备载荷测量装置102～104中的任一个的情况下，如已说明过的那样，确保了计量容易度和测量可靠性，并且能够利用通常的运营车辆来至少进行横压计量，从而较之以往能够大幅削减试验时间和成本。

此外，具备这种载荷测量装置的铁道车辆200在一个编组内只要至少设置一辆即可。

实施方式5：

图12中示出了载荷管理系统300的框图，该载荷管理系统300具备装备有上述的载荷测量装置102～104、109的铁道车辆200以及处理装置310，历时地管理作用于车轮与车轨之间的力的状态的变化。在此，处理装置310具有分析部311和存储部312。存储部312保存横压值、轮重值、以及脱轨系数，但是也可以保存轴向载荷、径向载荷。另外，这些各值与时间信息、轨道信息、运行信息等相关联地进行保存。分析部311将载荷测量装置102等所具备的存储部152所保存的至少横压值还有轮重值和脱轨系数与时间信息还有轨道信息、运行信息等一起获取。此外，分析部311与存储部152之间的信息传递方法无论是有线方式、无线方式均可。

车轮与车轨之间的力状态由于其摩擦系数、轨道的状态的变化、气温等环境要因等而从新车制造时和新线开通时历时地变化。因此在运营线路中也始终或定期地至少检查横压值，由此能够将铁道车辆运行的安全性确保为更高的水平。

因此，分析部311至少监视横压值的历时变化，例如在横压值超过设定值的情况下输出表示异常的异常信号。另外，或者，分析部311对铁道经营者的指令所等通知轨道和车辆的至少一方的修缮的必要性。存储部312保存这种分析部311的分析结果。

这样，载荷管理系统300在具备载荷测量装置102～104的情况下，不使用如所谓的PQ轮轴那样的特殊的计量用轮轴而将一般的计量器设置于通常车辆，由此至少能够有助于如上所述的安全性确保。并且，载荷管理系统300也能够通过将横压值、轮重以及脱轨系数的至少一个与轨道信息关联地进行分析，来例如提供讨论对象区间中的速度上升的可否等的判断基准。

实施方式6：

图13是实施方式6所涉及的铁道管理系统400的框图。铁道管理系统400是与实施方式5的载荷管理系统300大致同样的结构，但是在还具有轨道计量装置450这一点上不同。下面，以与实施方式5的载荷管理系统300的不同的为中心来进行说明。

轨道计量装置450是从行驶于本轨道的测量车辆测量本轨道和相邻轨道的各位置来测量轨道间隔的装置，能够应用已知的结构。

分析部311在从铁道车辆200的载荷测量装置102～104、109输出的横压值超过预先决定的设定值、且从轨道计量装置450输出的轨道间隔超过预先决定的设定值的情况下判断为轨道侧存在异常，输出轨道异常信号。并且，分析部311基于轨道异常信号来计算铁道车辆能够安全行驶的速度，对本车和后续的铁道车辆输出减速指示。

另一方面，分析部311在横压值超过设定值且轨道间隔为设定值以下的情况下判断为铁道车辆侧存在异常，输出车辆异常信号。并且，分析部311基于车辆异常信号来判断是否能够继续行驶，如果能够继续行驶就输出使得成为能够安全行驶的速度的减速指示，或者，如果不能继续行驶就输出停止指示。此外，这些检测信号、减速指示、修缮的通知等也可以通知给铁道经营者的指令所等。

这样，铁道管理系统400还具备轨道计量装置450，因此能够确保更高的安全性并且缓解行车时间表的混乱。另外，能够尽快地判断出需要对轨道或铁道车辆的哪一个进行修缮。

此外，通过将上述各种实施方式中的任意的实施方式适当组合，能够起到各自所具有的效果。

参照附图并与优选实施方式相关联地充分记载了本发明，但是对熟悉该技术人们来说各种变形、修正是显而易见的。应该理解的是，这种变形、修正只要不脱离基于所附的权利要求书的本发明的范围，就包含在其中。

另外，将2012年9月11日申请的日本专利申请No.特愿2012-199724号的说明书、附图、权利要求书以及摘要的公开内容全部作为参考引入本说明书中。

产业上的可利用性

本发明能够应用于对铁道车辆的车轮与车轨之间的作用力进行测量的载荷测量方法及装置、具备该载荷测量装置的铁道车辆以及具备这种铁道车辆的载荷管理系统。

附图标记说明

13：车轴；102～104：载荷测量装置；110：轴力测量部；120：轴向载荷测量部；121：左右位移检测传感器；126：左右位移检测传感器；130：径向载荷测量部；131：径向载荷传感器；136：上下位移检测传感器；150：运算部；160：运算部；161：转换部；200：铁道车辆；300：载荷管理系统；310：处理装置。

Claims (10)

1.一种载荷测量方法，在具备左右一对车轮、支承上述车轮的车轴、以及将上述车轴旋转自如地支承的左右一对轴承的铁道车辆中，测量从各个上述车轮作用于车轨的载荷，该载荷测量方法的特征在于，

测量作用于各个上述轴承的各轴向载荷，

测量作用于上述车轴的轴向的轴力，

根据测量出的上述各轴向载荷和上述轴力，求出从各个上述车轮作用于车轨的各横压。

2.根据权利要求1所述的载荷测量方法，其特征在于，

通过以下的式(1)、(2)来计算上述各横压，

Fq1＝Fa3-Fa1…(1)

Fq2＝Fa3-Fa2…(2)

在此，Fq1是一方的车轮的横压，Fq2是另一方的车轮的横压，Fa1是作用于一方的轴承的轴向载荷，Fa2是作用于另一方的轴承的轴向载荷，Fa3是上述轴力。

3.一种载荷测量装置，应用于具备左右一对车轮、支承上述车轮的车轴、以及将上述车轴旋转自如地支承的左右一对轴承的铁道车辆，对从各个上述车轮作用于车轨的载荷进行测量，该载荷测量装置的特征在于，具备：

轴向载荷测量部，其测量作用于各个上述轴承的轴向载荷；

轴力测量部，其测量作用于上述车轴的轴向的轴力；以及

运算部，其根据所测量出的上述轴向载荷和上述轴力，求出从各个上述车轮作用于车轨的各横压。

4.根据权利要求3所述的载荷测量装置，其特征在于，

上述轴力测量部具有应变片，该应变片在左右上述车轮之间设置于上述车轴，测量上述轴力。

5.根据权利要求3或4所述的载荷测量装置，其特征在于，

该载荷测量装置能够应用于还具备收纳上述轴承的轴箱的铁道车辆，

上述轴向载荷测量部具有左右位移检测传感器，该左右位移检测传感器检测在上述轴箱内的上述车轴沿轴向的位移、或者上述轴箱相对于转向架构架的沿上述轴向的位移，

上述运算部将由上述左右位移检测传感器检测出的值转换为各个上述轴向载荷。

6.根据权利要求3～5中的任一项所述的载荷测量装置，其特征在于，

还具备径向载荷测量部，该径向载荷测量部设置于转向架构架或上述轴承，测量作用于上述轴承的径向载荷，

上述运算部还基于所测量出的上述径向载荷求出从各个上述车轮作用于上述车轨的各轮重。

7.根据权利要求3～6中的任一项所述的载荷测量装置，其特征在于，

该载荷测量装置能够应用于还具备收纳上述轴承的轴箱以及设置于该轴箱与转向架构架之间的轴弹簧的铁道车辆，

上述径向载荷测量部具有上下位移检测传感器，该上下位移检测传感器检测上述轴弹簧的上下位移，

上述运算部将由上述上下位移检测传感器检测出的值转换为各个上述轮重。

8.一种铁道车辆，其特征在于，具备根据权利要求3～7中的任一项所述的载荷测量装置。

9.一种载荷管理系统，对具有左右一对车轮、支承上述车轮的车轴、以及将上述车轴旋转自如地支承的左右一对轴承的铁道车辆的从上述车轮作用于车轨的载荷进行管理，该载荷管理系统的特征在于，具备：

轴向载荷测量部，其测量作用于各个上述轴承的轴向载荷；

轴力测量部，其测量作用于上述车轴的轴向的轴力；

运算部，其根据所测量出的上述轴向载荷和上述轴力，求出从各个上述车轮作用于车轨的各横压；

存储部，其保存表示由上述运算部求出的上述横压的横压信息，并保存与所求出的上述横压对应的时间信息、轨道信息及运行信息的至少一个；以及

分析部，其基于上述存储部中保存的各上述信息来获取上述横压信息的历时变化。

10.根据权利要求9所述的载荷管理系统，其特征在于，

还具备径向载荷测量部，该径向载荷测量部设置于转向架构架或上述轴承，测量作用于上述轴承的径向载荷，

上述运算部还基于所测量出的上述径向载荷求出从各个上述车轮作用于上述车轨的各轮重，

上述存储部存储表示由上述运算部求出的上述轮重的轮重信息，并存储与所求出的上述轮重对应的时间信息、轨道信息及运行信息的至少一个，

上述分析部基于上述存储部中存储的各上述信息来获取上述轮重信息的历时变化。