CN115552212A - 车轮测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一实施方式提供一种车轮测试装置，其包括：可旋转地支承轨道轮的轨道轮支承部；车轮支承部，其对测试轮以在与轨道轮接触的状态下可旋转的方式进行支承；使轨道轮和测试轮旋转的第一电动机；和产生赋予测试轮的转矩的转矩产生装置，转矩产生装置包括：被旋转驱动装置旋转驱动的旋转架；和安装于旋转架的第二电动机，轨道轮和测试轮的至少一者经由转矩产生装置连接于第一电动机。

Description

车轮测试装置

技术领域

本发明涉及一种车轮测试装置。

背景技术

已知用于模拟研究铁路车辆行驶时的轨道与车轮的彼此作用的测试装置。例如日本特开2007－271447号公报(专利文献1)中记载有一种测试装置，在将车轮按压于外周部具有模拟轨道的截面形状的圆盘状部件的轨道轮的状态下，通过使两者旋转能够进行模拟铁路车辆的行驶状态的测试。

发明内容

专利文献1中记载的测试装置因为是利用单一的电动机驱动，所以进行使车轮高速旋转而且赋予大转矩的测试时，需要使用大容量的电动机，而存在测试时耗电量大增的问题。

本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于降低车轮测试装置的耗电量。

本发明的一个实施方式提供一种车轮测试装置，其包括：可旋转地支承轨道轮的轨道轮支承部；车轮支承部，其对测试轮以在与轨道轮接触的状态下可旋转的方式进行支承；使轨道轮和测试轮旋转的第一电动机；和产生赋予测试轮的转矩的转矩产生装置，转矩产生装置包括：被旋转驱动装置旋转驱动的旋转架；和安装于旋转架的第二电动机，轨道轮和测试轮的至少一者经由转矩产生装置连接于第一电动机。

所述车轮测试装置中也可以构成为，包括动力分配机构，其将第一电动机所产生的动力分配至轨道轮和测试轮。

所述车轮测试装置中也可以构成为，当第二电动机的工作停止时，轨道轮和测试轮以大致相同的周速反向旋转。

所述车轮测试装置中也可以构成为，转矩产生装置具有与旋转架同轴配置的输出轴。

所述车轮测试装置中也可以构成为，转矩产生装置具有轴承单元，该轴承单元可旋转地支承旋转架，旋转架具有支承于轴承单元的筒状的轴部，在轴部的内周设置有轴承，输出轴通过轴部的中空部，被轴承可旋转地支承。

所述车轮测试装置中也可以构成为，第一电动机与旋转架同轴配置。

所述车轮测试装置中也可以构成为，第二电动机经由以旋转架的旋转轴为中心地辐射状配置的多个棒状的连结部件固定于旋转架。

所述车轮测试装置中也可以构成为，旋转架具有用于收纳第二电动机的筒状的电机收纳部。

所述车轮测试装置也可以构成为，包括：控制第一电动机和第二电动机的控制部；计测轨道轮的转速的转速计测机构；和计测测试轮的转矩的转矩计测机构，控制部基于转速计测机构的计测结果来控制第一电动机的驱动，且基于转矩计测机构的计测结果来控制第二电动机的驱动。

所述车轮测试装置中也可以构成为，包括轮重赋予部，其通过使测试轮和轨道轮的一者相对于另一者进退，而将轮重赋予测试轮。

所述车轮测试装置中也可以构成为，包括攻角(Attack Angle)赋予部，其通过使测试轮和轨道轮的一者相对于另一者绕与测试轮的踏面垂直的直线旋转移动，而赋予攻角。

所述车轮测试装置中也可以构成为，包括倾角(Cant Angle)赋予部，其通过使测试轮和轨道轮的一者相对于另一者绕切线旋转移动，而赋予倾角。

所述车轮测试装置中也可以构成为，包括横压赋予部，其通过使测试轮和轨道轮的一者相对于另一者在轴向上移动，而对测试轮赋予横压。

通过采用本发明的实施方式，能够降低车轮测试装置的耗电量。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的车轮测试装置的立体图。

图2是本发明的第一实施方式的车轮测试装置的立体图。

图3是本发明的第一实施方式的车轮测试装置的俯视图。

图4是表示驱动系统的概略结构的框图。

图5是表示齿轮箱的概略结构的截面图。

图6是表示转矩产生装置和其周边的概略结构的截面图。

图7是表示第二电动机的概略结构的截面图。

图8是表示控制系统的概略结构的框图。

图9是显示本发明的第二实施方式的车轮测试装置的概略结构的俯视图。

图10是表示本发明的第二实施方式的车轮测试装置的概略结构的主视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。另外，以下的说明中，对相同或对应的事项标注相同或对应的附图标记，并省略重复的说明。此外，各图中表示多个附图标记共用的事项时，并非对该多个事项全部标注附图标记，而对多个事项的一部分适当省略标注。

(第一实施方式)

图1和图2分别是本发明的第一实施方式的车轮测试装置1的立体图。图1是从正面侧观看的图，图2是从背面侧观看的图。图3是车轮测试装置1的俯视图。

图1中，如坐标轴所示，将从右下向左上的方向定义为X轴方向，将从右上向左下的方向定义为Y轴方向，将从下向上的方向定义为Z轴方向。X轴方向和Y轴方向是彼此正交的水平方向，而Z轴方向是铅垂方向。将在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的各方向上延伸的任意直线分别称为X轴、Y轴和Z轴。此外，将X轴正方向称为左方，将X轴负方向称为右方，将Y轴正方向称为前方，将Y轴负方向称为后方，将Z轴正方向称为上方，将Z轴负方向称为下方。

车轮测试装置1是模拟地重现铁路车辆行驶时产生的轨道与车轮的相互作用，例如能够进行轨道－车轮间的粘着力特性等的评价的装置。本实施方式中，使用外周部具有模拟轨道头部的截面形状的轨道轮R，通过在将用于测试的车轮(以下称为“测试轮W”)按压于轨道轮R的状态下使两者旋转，而仿真地重现铁路车辆行驶时的轨道与车轮的彼此作用。

车轮测试装置1包括驱动轨道轮R和测试轮W的驱动系统DS。图4是表示驱动系统DS的概略结构的框图。驱动系统DS包含：产生机械动力(以下，简称为“动力”)的发动部AS；和将发动部AS产生的动力传递至作为驱动对象的轨道轮R和测试轮W的传动部TS，如后所述，与轨道轮R和测试轮W一起构成动力循环系统。

发动部AS包含：可控制驱动对象的旋转速度的旋转驱动装置10(速度控制用驱动装置)；和可控制赋予驱动对象的转矩的转矩产生装置20(转矩控制用驱动装置)。本实施方式的驱动系统DS通过采用将驱动控制分成速度控制和转矩控制、由各个专用的驱动装置分担速度控制和转矩控制的结构，能够一边使用容量比较小的发动机一边进行高速(或大的加速度)且大转矩的驱动。此外，驱动系统DS通过采用动力循环系统，能够实现比现有装置高的能量利用效率。

传动部TS包含第一传动部30和第二传动部40。此外，转矩产生装置20也构成传动部TS的一部分。第一传动部30将从旋转驱动装置10输出的旋转传递至轨道轮R和转矩产生装置20。转矩产生装置20在从旋转驱动装置10传递来的动力上加以转矩产生装置20本身产生的动力后进行输出。第二传动部40将转矩产生装置20的输出传递至测试轮W。

轨道轮R与测试轮W以旋转轴的朝向彼此平行地在径向排列的方式安装于车轮测试装置1。进行测试时，将测试轮W推压于轨道轮R，在测试轮W的外周面(踏面)与轨道轮R的外周面(头顶面)接触状态下，测试轮W和轨道轮R彼此反向地以大致相同的周速(即，外周面的线速度)旋转驱动。此时，传动部TS与测试轮W和轨道轮R一起构成动力循环系统(即动力传递轴的回路)。转矩产生装置20通过在输入轴(第一传动部30)与输出轴(第二传动部40)之间赋予相位差，对动力循环系统施加转矩。车轮测试装置1通过采用动力循环方式，能够几乎不吸收产生的动力地对测试轮W赋予转矩(或是切向力)，因此能够以比较小的耗能进行动作。

另外，本实施方式的第一传动部30构成为在转矩产生装置20(具体而言，是后述的第二电动机22)的工作停止的状态下，以相同的周速彼此反向地旋转驱动轨道轮R和测试轮W。另外，也可以构成为在转矩产生装置20的工作停止的状态下，在轨道轮R与测试轮W产生周速差。但是，此种情况下，为了补偿周速差而导致转矩产生装置20的作动量增加，因此能量消耗量增加。此外，本实施方式的第一传动部30构成为以相同转速旋转驱动轨道轮R和转矩产生装置20，但只要是以大致相同的周速使轨道轮R和测试轮W旋转驱动的结构，也可以构成为使轨道轮R与转矩产生装置20以不同的转速旋转。

如图1-3所示，旋转驱动装置10包括：张力调整台11；和设置在张力调整台11之上的第一电动机12(速度控制用电机)。本实施方式的第一电动机12是利用逆变器来控制驱动的所谓逆变器电机，但例如也可以将伺服电机或步进电机等可控制转速的其它种类的电机使用于第一电动机12。此外，旋转驱动装置10也可以包括将从第一电动机12输出的旋转减速的减速机。对张力调整台11在后面叙述。

第一传动部30包括：第一带机构部31、轨道轮支承部32、轴33和齿轮箱34(齿轮装置)。

如图1所示，第一带机构部31包括：利用旋转驱动装置10驱动的驱动滑轮311；安装于轨道轮支承部32的输入轴(后述的轴321的一方)的从动滑轮312；和卷挂在驱动滑轮311与从动滑轮312上的带313。

从旋转驱动装置10输出的旋转，利用第一传动部30的第一带机构部31而传递至轨道轮支承部32。

本实施方式的带313是具有在宽度方向排列的多个V字状的肋的V形肋带，但例如也可以是具有梯形截面形状的V形带、带齿带、平带、圆带等其它种类的带。

本实施方式的第一带机构部31是包括由驱动滑轮311、从动滑轮312和带313构成的单一带传动单元，但也可以包括并列或串列连接的2个以上的带传动单元而构成。

此外，从旋转驱动装置10向轨道轮支承部32传动时，不限于带传动，也可以使用链条传动或线传动等其它种类的卷挂传动、或齿轮传动等其它的传动方式。此外，也可以构成为同轴地(即，旋转轴或中心线一致地)配置旋转驱动装置10和轨道轮支承部32，而直接连接旋转驱动装置10的输出轴与轨道轮支承部32的输入轴。

在此说明旋转驱动装置10的张力调整台11。如图2所示，张力调整台11包括：固定于基座B的固定架111；和安装旋转驱动装置10的可动架112。可动架112在右端部经由在Y轴方向上延伸的杆114R可旋转地连结于固定架111，能够调整绕Y轴的倾斜度。通过改变可动架112的倾斜度，能够使驱动滑轮311(图1)与从动滑轮312的距离变化，由此，能够调整卷挂于驱动滑轮311与从动滑轮312的带313的张力。

如图2和图3所示，轨道轮支承部32包括各一对的轴承322和轴321。一对轴承322使旋转轴朝向Y轴方向，将轨道轮R夹在中间而前后(即在Y轴方向)排列，且同轴地配置。

一方的轴321由前方的轴承322可旋转地支承、另一方的轴321由后方的轴承322可旋转地支承。轴321是在其一端部设置有用于安装轨道轮R的凸缘的带凸缘轴，分别利用1个螺栓可拆卸且同轴地安装于轨道轮R的两侧面。

在前方的轴321的另一端部安装有第一带机构部31的从动滑轮312。此外，在后方的轴321的另一端部连接有轴33的一端部。轴33的另一端部连接于齿轮箱34的输入轴342a。

利用第一带机构部31传递至轨道轮支承部32的动力的一部分赋予轨道轮R，其余部分赋予轴33(然后，经由轴33、转矩产生装置20和第二传动部40赋予测试轮W)。即，轨道轮支承部32(具体而言是轴321)发挥将第一电动机12产生且由第一带机构部31传递的动力，分配至轨道轮R和轴33(最终传送至测试轮W)的动力分配机构的功能。

另外，轴321与轨道轮R的结合构造不限于利用凸缘结合，例如也可以是使轴321嵌合于在轨道轮R的中心设置的贯通孔的构造等其它结合构造。

此外，如图3所示，轨道轮支承部32包括检测轨道轮R的转速的旋转编码器323(转速检测机构)。

图5是在水平面切断齿轮箱34和其周边的概略截面图。齿轮箱34包括：外壳341；安装于外壳341的各一对第一轴承343和第二轴承345；被一对第一轴承343可旋转地支承的第一齿轮342(输入侧齿轮)；和被一对第二轴承345可旋转地支承的第二齿轮344(输出侧齿轮)。

第一齿轮342和第二齿轮344以旋转轴朝向Y轴方向、齿彼此啮合的方式在X轴方向上排列配置而收纳在外壳341中。第一齿轮342的一端部是齿轮箱34的输入轴342a，连接于轴33的另一端部。形成于第二齿轮344的一端部的凸缘是齿轮箱34的输出轴344a，连接于形成在转矩产生装置20的后述壳体21的一端部的凸缘(输入轴211b)。

在第二齿轮344形成有将旋转轴作为中心线的圆柱状的贯通孔344b。转矩产生装置20的后述的输出轴24从第二齿轮344的一端(图5中的左端。即，输出轴344a的前端)插入贯通孔344b，贯穿第二齿轮344，其前端部从第二齿轮344的另一端突出。

本实施方式的第一齿轮342与第二齿轮344的齿数是相同数量，齿轮箱34的齿轮比为1。另外，只要是使测试轮W与轨道轮R以大致相同的周速反向旋转的结构，齿轮箱34的齿轮比也可以为1以外的值。

从轴33向转矩产生装置20传动时，不限于齿轮传动，例如也可以使用带传动或链条传动等的卷挂传动等其它传动方式。

图6是在与X轴方向垂直的平面切断转矩产生装置20和齿轮箱34与其周边的概略截面图。

转矩产生装置20包括：利用旋转驱动装置10旋转驱动的主体部20A(旋转部)；和可旋转地支承主体部20A的一对轴承单元25、26。

主体部20A包括：被轴承单元25、26支承的大致筒状的壳体21(旋转架)；安装于壳体21的第二电动机22和减速机23；和输出轴24。输出轴24与壳体21同轴地配置。也可以将第二电动机22的后述的轴221和转子222(Rotor)与壳体21同轴地配置。通过将第二电动机22与壳体21同轴地配置，主体部20A的不平衡减轻，能够使主体部20A顺滑地(即，转速和转矩的不必要的摇晃减少)旋转。另外，本实施方式的第二电动机22是AC伺服电机，但也可以使用DC伺服电机和步进电机等可控制驱动量(旋转角)的其它种类的电动机作为第二电动机22。本实施方式中，作为第二电动机22，使用旋转部的转动惯量为0.01kg·m²以下(更优选为0.008kg·m²以下)、额定功率为3kW至60kW(更实用的是7kW至37kW)的超低惯性高功率型的AC伺服电机。由此，能够产生急剧的转矩变动(例如超过500Hz或1kHz的高频的振动转矩)。

壳体21具有：大致圆筒状的第一圆筒部212和第二圆筒部214(电机收纳部)；连结第一圆筒部212与第二圆筒部214的连结部213；连接于第一圆筒部212的第一轴部211；和连接于第二圆筒部214的第二轴部215。第一轴部211、第一圆筒部212、连结部213、第二圆筒部214和第二轴部215均是具有在轴向上贯通的中空部的筒状部件，且依该顺序同轴地连接，而形成筒状的壳体21。壳体21在第一轴部211被轴承单元25支承，在第二轴部215被轴承单元26支承。形成于第一轴部211的前端部的凸缘是转矩产生装置20的输入轴211b(图5)，连接于齿轮箱34的输出轴344a。

图7是表示第二电动机22的概略结构的纵截面图。第二电动机22包括：轴221；由永磁体等构成、与轴221一体地结合的转子222；在内周设置有线圈223a的筒状的定子223(Stator)；在定子223的两端部以堵塞开口的方式安装的一对凸缘224、226；安装于各凸缘224、226的一对轴承225、227；和检测轴221的角度位置(相位)的旋转编码器RE。

轴221被一对轴承225、227可旋转地支承。轴221的一端部(图7中的右端部)贯通凸缘224和轴承225向外部突出，成为第二电动机22的输出轴。轴221的另一端部(图7中的左端部)连接于旋转编码器RE。

如图6所示，第二电动机22收纳于壳体21的第二圆筒部214的中空部(分区C1)。在壳体21的连结部213的一端部(图6中的左端部)形成有向内周突出的内凸缘部213a。第二电动机22的定子223(图7)经由将转矩产生装置20的旋转轴作为中心而辐射状配置的多个棒状的连结部件217而固定于第二圆筒部214。连结部件217例如能够使用在两端部形成有公螺纹的柱螺栓或全螺纹螺栓。此外，第二电动机22的凸缘224(图7)被连结部213的内凸缘部213a支承。

减速机23收纳于被壳体21的连结部213和第一圆筒部212所包围的分区C2。在减速机23的输入轴231连接第二电动机22的轴221，在减速机23的输出轴232连接转矩产生装置20的输出轴24。另外，也可以构成为不在转矩产生装置20设置减速机23，而使输出轴24直接连接于第二电动机22的轴221。

减速机23的外壳233固定于连结部213的另一端部。即，第二电动机22的凸缘224(图7)与减速机23的外壳233利用单一的筒状的连结部213而一体连结。因此，第二电动机22与减速机23以高刚性一体结合，不易对轴221施加弯曲力矩。由此能够减轻轴221从轴承225、227(图7)受到的摩擦，因此转矩产生装置20进行的转矩控制的精度提高。

转矩产生装置20的输出轴24穿过壳体21的第一轴部211和齿轮箱34(具体而言，是第二齿轮344)的中空部，向齿轮箱34的后方突出。在壳体21的第一轴部211和齿轮箱34的第二齿轮344的内周，分别设置有可旋转地支承输出轴24的轴承211a和轴承344c。

在从齿轮箱34向后方突出的输出轴24的前端侧的部分安装有后述的第二带机构部41的2个驱动滑轮411。此外，输出轴24的前端部被第二带机构部41的轴承单元414可旋转地支承。

邻接于轴承单元26的前方(图6的左侧)设置有滑环(slip ring)部27。滑环部27由与转矩产生装置20的主体部20A一起旋转的可动部27A、和固定于基座B的固定部27B构成。

可动部27A包括：同轴地连接于转矩产生装置20的第二轴部215的环支承管271；和在轴向隔开间隔且同轴地安装于环支承管271的外周的多个滑环272。

转矩产生装置20的第二电动机22的电缆228通过壳体21的第二轴部215。而且，构成电缆228的多条电线通过环支承管271的中空部而分别连接于对应的滑环272。

固定部27B包括：刷支承部274；被刷支承部274支承的多个刷273；和可旋转地支承环支承管271的前端部的轴承部275。刷273以与对应的滑环272的外周面接触的方式在Y轴方向上隔开间隔地排列。刷273配线连接于后述的伺服放大器22a等。

在轴承部275安装有检测环支承管271的转速(即，作为转矩产生装置20的输入轴的壳体21的转速)的旋转编码器28。

如图3所示，第二传动部40包括：第二带机构部41、滑动式等速接头42和车轮支承部50。

第二带机构部41包括：由驱动滑轮411、从动滑轮412和带413构成的2组带传动单元；轴承单元414；轴415；1对轴承单元416。

如上所述，2个驱动滑轮411分别安装于穿过齿轮箱34的转矩产生装置20的输出轴24的前端侧的部分。此外，轴承单元414可旋转地支承输出轴24的前端部。

另外，也可以构成为在齿轮箱34与驱动滑轮411之间设置添加的轴承单元414，利用1对轴承单元414支承输出轴24的前端部。此外，本实施方式中在转矩产生装置20的输出轴24直接安装驱动滑轮411，但也可以构成为除输出轴24之外还另外设置支承驱动滑轮411的轴，由轴承单元414支承与输出轴24连结的该轴。

2个从动滑轮412安装于由1对轴承单元416可旋转地支承的轴415。

带413卷挂于对应的驱动滑轮411和从动滑轮412。

本实施方式的带413是具有钢线的芯线的带齿带。另外，作为带413，也可以使用具有例如由碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维等所谓超纤维所形成的芯线的带。通过使用由碳纤维形成的碳芯线等重量轻且强度高的芯线，能够使用功率比较低的电机而以高加速度驱动(或者，对测试轮W赋予高驱动力/制动力)，能够使车轮测试装置1小型化。此外，使用相同功率的电机时，通过使用具有由所谓超纤维所形成的芯线的轻量(即，低惯性)的带413，能够使车轮测试装置1高性能化。此外，也可以使用一般汽车用或工业用的正时皮带作为带413。此外，也可以取代带齿带而使用平带或V形带作为带413。此外，第一带机构部31的带313也能够使用可使用于带413的这些带。

本实施方式的第二带机构部41包括并排连接的1对带传动单元，但也可以构成为包括单一或并排连接的3个以上的带传动单元。

此外，从转矩产生装置20向滑动式等速接头42传动时，不限于带传动，也可以使用链条传动、线传动等其它种类的卷挂传动、或者齿轮传动等其它传动方式。此外，也可以构成为将转矩产生装置20与滑动式等速接头42大致直线状(或ㄑ字状)排列而配置，直接连接转矩产生装置20的输出轴24与滑动式等速接头42的输入轴。

车轮支承部50经由滑动式等速接头42而连结于转矩产生装置20。具体而言，滑动式等速接头42的一端部(即输入轴)连接于第二带机构部41的轴415，滑动式等速接头42的另一端部(输出轴)连结于车轮支承部50的后述的芯轴(spindle)527。

滑动式等速接头42构成为不论工作角(即，输入轴与输出轴所成的角度)如何，均能够没有旋转变动地滑畅地传递旋转。此外，滑动式等速接头42在轴向的长度(传递距离)也可变。

如后所述，芯轴527以其位置可变的方式被支承。通过经由滑动式等速接头42将芯轴527连接于第二带机构部41的轴415(或转矩产生装置20的输出轴24)，即使芯轴527的位置变化，因为滑动式等速接头42灵活地追随该变化，所以能够防止对芯轴527和轴415(或转矩产生装置20的输出轴24)施加大的应变，而将旋转顺利地传递至芯轴527。此外，通过使用滑动式等速接头42，能够防止因芯轴527的位置(或滑动式等速接头42的工作角)造成传递至芯轴527的转速变化。

如图1所示，车轮支承部50包括：固定基体51；和设置在固定基体51上的主体部52和轮重赋予部53。

如图3所示，主体部52包括：可动基体522；相对于固定基体51在X轴方向上可移动地支承可动基体522的1对线性引导件521；设置在可动基体522上的支承架523；安装于支承架523的轴承单元528；被轴承单元528可旋转地支承的芯轴527；同轴地安装于芯轴527的转矩传感器524和检测齿轮525；和对检测齿轮525的旋转进行检测的旋转检测器526。线性引导件521是包括直线状的轨道(guide way，导轨)和经由转动体可在轨道上行进的滑架(carriage)的导轨形循环式滚动轴承，但也可以使用其它方式的直线引导机构作为线性引导件521。线性引导件521构成轮重赋予部53的一部分。此外，利用检测齿轮525和旋转检测器526构成检测芯轴527的转速的转速检测机构。

支承架523具有固定于可动基体522的支柱523a；和固定于支柱523a的臂523b。本实施方式的支柱523a是L型托架，但也可以使用其它形态的支柱523a。此外，也可一体地形成支柱523a和臂523b。臂523b是具有从支柱523a的上部向后方延伸的基部523b1、和从基部523b1的后端部向左方延伸的主干部523b2的、从上方看时为大致L字状的构造体。在主干部523b2的前端部形成有在Y轴方向上贯通的中空部。该中空部供驱动轴(具体而言，为连结滑动式等速接头42、转矩传感器524、检测齿轮525和芯轴527的结构)通过。

轴承单元528安装于臂523b。具体而言，轴承单元528将旋转轴朝向Y轴方向地安装于主干部523b2的前端部的正面。在轴承单元528设置有检测从芯轴527承受的力的多个3分量传感器529(切向力检测机构、第一横压检测机构)。3分量传感器529是压电式力传感器，但也可以使用其他方式的力传感器作为3分量传感器529。

芯轴527经由检测齿轮525和转矩传感器524连接于滑动式等速接头42的输出轴。检测齿轮525和转矩传感器524收纳于形成在主干部523b2的前端部的中空部。测试轮W安装在设置于芯轴527的前端部的安装部。转矩传感器524检测施加于芯轴527(即，施加于测试轮W)的转矩。

旋转检测器526与检测齿轮525的外周面相对配置，固定于支承架523的主干部523b2。旋转检测器526例如是光学式、电磁式或磁电式等非接触型的旋转检测器，用于检测检测齿轮525的角度位置的变化。

轮重赋予部53是使车轮支承部50的主体部52在X轴方向上移动，通过将安装于芯轴527的测试轮W按压于轨道轮R，而将规定大小的轮重赋予测试轮W的机构部。

轮重赋予部53包括：电机531；将电机531的旋转运动转换成X轴方向的直线运动的运动转换器532；和检测施加于测试轮W的轮重的轮重检测器533(图10)。

电机531是AC伺服电机，但也可以使用DC伺服电机或步进电机等可控制驱动量(旋转角)的其它种类的电动机作为电机531。

本实施方式的运动转换器532例如是组合蜗轮装置等减速机与滚珠丝杠等进给螺杆机构的螺旋升降机(screw jack)，但也可以使用其它方式的运动转换器。运动转换器532的直线运动部532a经由轮重检测器533固定于支承架523。

利用电机531驱动运动转换器532时，支承架523与支承于支承架523的芯轴527与直线运动部532a一起在X轴方向上移动。同此，安装于芯轴527的测试轮W相对于轨道轮R进退。在测试轮W与轨道轮R接触的状态下，在使测试轮W向轨道轮R去的方向(即X轴正方向)上进一步由电机531驱动运动转换器532时，测试轮W被按压于轨道轮R，对测试轮W赋予轮重。

轮重检测器533是检测利用轮重赋予部53并经由支承架523和芯轴527赋予测试轮W的X轴方向的力(即轮重)的力传感器。本实施方式的轮重检测器533是应变计式负载传感器，但也可以使用例如压电式力传感器等其他方式的力传感器作为轮重检测器533。后述的控制部70依据轮重检测器533的检测结果，以将规定大小的轮重赋予测试轮W的方式控制电机531的驱动。

图8是表示车轮测试装置1的控制系统CS的概略结构的框图。控制系统CS包括：控制车轮测试装置1整体的动作的控制部70；依据来自设置于车轮测试装置1的各种检测器的信号进行各种计测的计测部80；和与外部进行输入输出的接口部90。

在控制部70分别经由伺服放大器22a和531a而连接第二电动机22和电机531，此外，经由驱动器12a(逆变器电路)而连接第一电动机12。

在计测部80分别经由被放大器28a、323a、524a、529a和533a而连接旋转编码器28、323、转矩传感器524、3分力传感器529和轮重检测器533。另外，图8中，仅表示设置于车轮测试装置1的多组的3分力传感器529和放大器529a中作为代表的一组。此外，内置有放大电路和模拟－数字转换电路的旋转检测器526直接连接于计测部80。

计测部80基于旋转编码器323的信号来计测轨道轮R的转速，基于旋转编码器28的信号来计测转矩产生装置20的输入轴(壳体21)的转速，还基于旋转检测器526的信号来计测芯轴527的转速(即，测试轮W的转速)。此外，计测部80基于转矩传感器524的信号来计测施加于测试轮W的转矩，基于多个3分力传感器529的信号来计测施加于测试轮W的切向力(纵向蠕变力(creap force)和横压(推力负荷)，还基于轮重检测器533的信号来计测轮重。即，计测部80发挥计测轨道轮R的转速的第一转速计测机构、计测转矩产生装置20的转速的第二转速计测机构、计测测试轮W的转速的第三转速计测机构、计测施加于测试轮W的转矩的转矩计测机构、计测施加于测试轮W的切向力的切向力计测机构、计测施加于测试轮W的横压的横压计测机构、和计测赋予测试轮W的轮重的轮重计测机构的功能。计测部80将这些计测值传送至控制部70。

本实施方式的车轮测试装置1因为是通用性比较高的装置，所以包括许多计测机构和对应的检测机构，但车轮测试装置1并不需要包括全部的这些计测机构和检测机构，只须具有根据通过测试应调查的事项而适当选择的一组以上的计测机构和检测机构即可。

内置于各伺服电机(第二电动机22、电机531)的旋转编码器RE检测出的轴的相位信息，经由对应的各伺服放大器22a、531a而输入控制部70。

接口部90例如包括：用于与用户之间进行输入输出的用户接口；用于与LAN(局域网络，Local Area Network)等各种网络连接的网络接口；和用于与外部设备连接的USB(通用串行总线,Universal Serial Bus)和GPIB(一般用途接口总线,General PurposeInterface Bus)等各种通信接口的一个以上。此外，用户接口例如包含：各种操作开关、显示器、LCD(液晶屏幕,liquid crystal display)等各种显示设备、鼠标和触摸板等各种指针设备、触控屏幕、摄影机、打印机、扫描仪、蜂鸣器、喇叭、麦克风、存储卡读写器等各种输入输出装置的一个以上。

控制部70基于经由接口部90输入的轨道轮R的转速(或是周速)的设定数据和计测部80对轨道轮R的转速的计测结果，控制第一电动机12的驱动，使得轨道轮R以设定的转速旋转。

控制部70基于经由接口部90输入的轮重的设定数据和计测部80对轮重的计测结果，控制轮重赋予部53的电机531的驱动，使得所设定的轮重被赋予测试轮W。

控制部70基于经由接口部90输入的测试轮W的转矩设定数据和计测部80对测试轮W的转矩的计测结果，控制转矩产生装置20的第二电动机22的驱动，使得所设定的转矩被赋予测试轮W。

接着，说明使用车轮测试装置1进行测试的方法的一例。首先，控制部70在将轨道轮R和测试轮W安装于车轮测试装置1的状态下，驱动轮重赋予部53的电机531，使测试轮W接近轨道轮R而使其接触，将所设定的轮重赋予测试轮W。另外，作为轮重的设定值能够设定一定值或依时间而变动的变动值。

接着，控制部70以轨道轮R以设定的转速旋转的方式驱动旋转驱动装置10的第一电动机12。另外，作为轨道轮R的转速的设定值，能够设定一定值或依时间而变动的变动值。此外，控制部70以测试轮W的转矩成为零(无负荷)的方式控制第二电动机22，直至轨道轮R的转速到达设定值。

当轨道轮R的转速到达设定值时，控制部70以赋予对测试轮W设定的转矩的方式控制转矩产生装置20的第二电动机22的驱动。另外，作为测试轮W的转矩的设定值能够设定一定值或依时间而变动的变动值。另外，也可以从轨道轮R开始旋转驱动时起，以赋予对测试轮W设定的转矩的方式控制第二电动机22的驱动。

控制部70在该状态下，在规定时间(测试时间)中，一边连续计测轨道轮R的转速、测试轮W的转矩、切向力、横压和轮重，一边使轨道轮R和测试轮W旋转。此时，控制部70将各计测值与计测时刻相关联地储存于控制部70的存储装置71(或者，例如经由LAN连接于控制部70的服务器等能够由控制部70进行存取的存储机构)。

控制部70在规定时间经过时，以使测试轮W的转矩成为零的方式控制转矩产生装置20的第二电动机22的驱动。接着，控制部70控制旋转驱动装置10的第一电动机12，将轨道轮R的转速逐渐减速而使旋转停止后，驱动轮重赋予部53的电机531，使测试轮W从轨道轮R离开规定距离而结束测试。

另外，上述测试程序仅是能够使用车轮测试装置1进行的测试流程的一例，还能够以其它各种测试流程进行测试。

(第二实施方式)

接着，说明本发明的第二实施方式。另外，以下第二实施方式的说明中，将重点放在与上述第一实施方式不同的事项上，对与第一实施方式共同或对应的结构，标注相同或对应的附图标记，省略重复的说明。

图9是表示本发明第二实施方式的车轮测试装置1000的概略结构俯视图。此外，图10是显示车轮测试装置1000的概略结构的主视图。

车轮测试装置1000包括对第一实施方式的车轮支承部50增设横压赋予功能、攻角(Attack angle)赋予功能和倾角(cant angle)赋予功能的车轮支承部1500。

如图9所示，车轮测试装置1000的车轮支承部1500除了轮重赋予部53之外，还包括横压赋予部54、倾角赋予部55和攻角赋予部56。此外，如图10所示，车轮支承部1500包括3个可动基体(第一可动基体522A、第二可动基体522B和第三可动基体522C)。

横压赋予部54是对测试轮W赋予横压(推力负荷)的机构部。另外，横压中包含：横向蠕变力(粘着力的在测试轮W的轴向的成分)和凸缘反作用力(由于测试轮W的凸缘与轨道轮R的轨距角(Gauge Corner)的接触而产生的作用)，后者的凸缘反作用力由横压赋予部54赋予(或是调整成规定值)。

横压赋予部54包括：相对于固定基体51在Y轴方向上可移动地支承第一可动基体522A的多个(例如3个)线性引导件541；与固定基体51一起安装于基座B的电机542(图9)；将电机542的旋转运动转换成Y轴方向的直线运动的运动转换器543(图9)；和检测施加于测试轮W的横压的横压检测器544(图9)。线性引导件541是与线性引导件521相同结构的导轨形循环式滚动轴承，但也可以使用其它方式的直线引导机构作为线性引导件541。

另外，本实施方式中，横压检测器544(第二横压检测机构)使用于赋予凸缘反作用力时的横压的检测，在不赋予凸缘反作用力的情况下，将3分力传感器529(第一横压检测机构)使用于横压的检测。也可以构成为车轮测试装置1000不设置横压检测器544，赋予凸缘反作用力时也使用3分力传感器529来检测横压。此外，也可以构成为不赋予凸缘反作用力时使用横压检测器544来检测横压。此外，也可以构成为使用横压检测器544检测静态横压(主要为凸缘反作用力)，而且使用3分力传感器529检测动态横压(主要为横蠕变力)。

本实施方式的电机542是AC伺服电机，但也可以使用DC伺服电机或步进电机等可控制驱动量(旋转角)的其它种类的电动机作为电机542。

本实施方式的运动转换器543是滚珠丝杠等进给螺杆机构，但也可以使用其它方式的运动转换器。运动转换器543的螺纹轴被安装于固定基体51的一对轴承可旋转地支承，其一端部连接于电机542的轴。运动转换器543的螺母(直线运动部)经由横压检测器544固定于第一可动基体522A。利用电机542使运动转换器543的螺纹轴旋转时，第一可动基体522A与运动转换器543的螺母一起在Y轴方向上移动。由此，支承于第一可动基体522A的测试轮W也在Y轴方向上移动，测试轮W相对于轨道轮R在轴向的位置变化。当使测试轮W在Y轴方向上移位，而使测试轮W的凸缘接触于轨道轮R时，对测试轮W赋予凸缘反作用力。凸缘反作用力的大小根据测试轮W在Y轴方向的位置而变化。

如图8所示，电机542经由伺服放大器542a连接于控制部70。横压检测器544经由放大器544a连接于计测部80。另外，内置于电机542的旋转编码器RE检测出的轴的相位信息经由伺服放大器542a输入控制部70。

计测部80基于横压检测器544的信号来计测赋予测试轮W的横压。控制部70基于经由接口部90输入的横压的设定数据和计测部80对横压的计测结果，控制电机542的驱动，使得将所设定的横压赋予测试轮W。

倾角赋予部55是具有将倾角赋予测试轮W的功能的机构部。如图10所示，倾角赋予部55包括：安装于第一可动基体522A和第二可动基体522B的一方的铅垂地延伸的旋转支轴551；和可旋转地支承旋转支轴551的、安装于第一可动基体522A和第二可动基体522B的另一方的轴承552。第二可动基体522B被旋转支轴551和轴承552以作为铅垂线的轴承552的旋转轴A1为中心可旋转地支承。

轴承552以旋转轴A1通过测试轮W接触于轨道轮R的接触位置P(本实施方式是轨道轮R的右端)的方式配置于接触位置P的大致正下方。旋转轴A1成为在接触位置P处的轨道轮R和测试轮W的切线。因此，当第二可动基体522B以旋转轴A1为中心旋转时，测试轮W将接触位置P作为支点绕Z轴旋转(换言之，绕测试轮W与轨道轮R共用的切线旋转移动)，绕相对于轨道轮R的切线的倾斜度(即倾角，cant angle)变化。

倾角赋予部55包括将第二可动基体522B在从旋转轴A1离开的外周部分，相对于第一可动基体522A以旋转轴A1为中心可旋转地支承的曲线引导件553。曲线引导件553是包括曲线状的轨道(导轨)和经由转动体可在轨道上行进的滑架的导轨形循环式滚动轴承，但也可以使用其它方式的曲线引导机构作为曲线引导件553。

此外，倾角赋予部55包括：电机554(图9)；和将电机554的旋转运动转换成Y轴方向的直线运动的运动转换器555。本实施方式的电机554是AC伺服电机，但也可以使用DC伺服电机、步进电机等可控制驱动量(旋转角)的其它种类的电动机作为电机554。此外，本实施方式的运动转换器555是滚珠丝杠等进给螺杆机构，但也可以使用其它方式的运动转换器。

运动转换器555的螺纹轴555a被一对轴承可旋转地支承，一端部连接于电机554的轴。另外，图10中，省略支承螺纹轴555a的轴承的图示。电机554和运动转换器555的一对轴承安装于设置在第一可动基体522A上的可绕铅垂轴旋转的未图示的旋转台上。电机554以轴与旋转台的旋转轴垂直地交叉的方式配置。

如图10所示，运动转换器555的螺母555b(直线运动部)经由铰链556可绕铅垂轴旋转地连结于第二可动基体522B。当利用电机554使螺纹轴555a旋转时，安装于第二可动基体522B的铰链556与螺母555b一起大致在Y轴方向上移动。随之，第二可动基体522B以旋转轴A1为中心旋转，支承于第二可动基体522B的测试轮W以接触位置P作为支点旋转，使倾角变化。

如图8所示，电机554经由伺服放大器554a连接于控制部70。内置于电机554的旋转编码器RE检测出的轴的相位信息经由伺服放大器554a输入控制部70。

控制部70基于内置于电机554的旋转编码器RE的信号来计算倾角的当前值。控制部70基于经由接口部90输入的倾角的设定数据和当前值，控制电机554的驱动，使得将所设定的倾角赋予测试轮W。

攻角赋予部56是具有将攻角(attack angle)赋予测试轮W的功能的机构部。攻角是轨道与车轮形成的角度，更具体而言，是轨道的宽度方向(枕木方向)与车轮的轴向形成的绕上下轴的角度(即，偏摆(Yawing)方向的角度)。车轮测试装置1000中，将攻角定义为轨道轮R的旋转轴与测试轮W的旋转轴绕X轴形成的角。

如图10所示，本实施方式的车轮支承部1500的支承架1523包括：固定于第三可动基体522C的箱形的支柱1523a；和以在X轴方向上延伸的旋转轴A2为中心可旋转地连结于支柱1523a的臂1523b。臂1523b与第一实施方式的臂523b同样，是从上方观看时为大致L字状的部件，具有：连结于支柱1523a的上部的在Y轴方向上延伸的基部1523b1；和从基部1523b1的后端部向左方延伸的主干部1523b2。

旋转支轴561从基部1523b1的右端在X轴方向上突出。此外，在支柱1523a的上部安装有可旋转地支承旋转支轴561的轴承562。臂1523b经由旋转支轴561被轴承562以在Y轴方向上延伸的旋转轴A2为中心地可旋转地支承。轴承562以旋转轴A2通过接触位置P的方式配置。即，旋转轴A2成为垂直地通过测试轮W的踏面(wheel tread)的直线。旋转支轴561和轴承562构成攻角赋予部56的一部分。

如图9所示，攻角赋予部56包括：电机564；和将电机564的旋转运动转换成Z轴方向的直线运动的运动转换器563。本实施方式的电机564是AC伺服电机，但也可以使用DC伺服电机、步进电机等可控制驱动量(旋转角)的其它种类的电动机作为电机564。此外，本实施方式的运动转换器563是滚珠丝杠等进给螺杆机构，但也可以使用其它方式的运动转换器。

运动转换器563的螺纹轴由一对轴承可旋转地支承，其一端部经由锥齿轮连接于电机564的轴。另外，也可以将运动转换器563的螺纹轴直接连结于电机564的轴。电机564和运动转换器563经由具有在X轴方向上延伸的旋转轴的铰链，安装于以铰链的旋转轴为中心地可在一定角度范围旋转(即摆动)地连接于第三可动基体522C的摆动架。

运动转换器563的螺母(直线运动部)经由具有在X轴方向上延伸的旋转轴的铰链，以铰链的旋转轴为中心可摆动地连结于支承架1523的臂1523b。利用电机564使运动转换器563的螺纹轴旋转时，安装于臂1523b的铰链与螺母一起大致在Z轴方向移动。随之，支承于臂1523b的测试轮W与臂1523b一起以通过接触位置P的旋转轴A2(换言之，与测试轮的踏面垂直的直线)为中心而旋转移动，以赋予攻角。

如图8所示，电机564经由伺服放大器564a连接于控制部70。内置于电机564的旋转编码器RE检测出的轴的相位信息经由伺服放大器564a输入控制部70。

控制部70基于内置于电机564的旋转编码器RE的信号来计算攻角的当前值。控制部70基于经由接口部90输入的攻角的设定数据和当前值，控制电机564的驱动，使得将所设定的攻角赋予测试轮W。

如图10所示，轮重赋予部53的运动转换器532的直线运动部532a经由轮重检测器533固定于支承架1523的支柱1523a。此外，运动转换器532的直线运动部532a以中心线与旋转轴A2一致的方式配置。由此，赋予轮重时，能够防止对支承架1523施加大的力矩。

以上说明了本发明的实施方式。本发明的实施方式不限定于上述说明的内容，能够有各种变形。例如，本说明书中例示性地表示的实施方式等的结构、本领域技术人员根据本说明书中的记载能够明确的实施方式等的结构和/或适当组合公知技术而得的结构也包含于本发明的实施方式中。

上述实施方式构成为轮重赋予部53设置于车轮支承部50，通过使测试轮W相对于轨道轮R进退来调整轮重，但本发明不限于该结构。例如，也可以构成为将轮重赋予部设置于轨道轮支承部，通过使轨道轮R相对于测试轮W进退来调整轮重。

上述实施方式中，轨道轮R不经由转矩产生装置20地连接于旋转驱动装置10，测试轮W经由转矩产生装置20连接于旋转驱动装置10，但本发明不限于该结构。例如也可以构成为轨道轮R经由转矩产生装置20连接于旋转驱动装置10，测试轮W不经由转矩产生装置20地连接于旋转驱动装置10。此外，也可以构成为设置2个转矩产生装置20，经由一个转矩产生装置20将轨道轮R连接于旋转驱动装置10，并经由另一个转矩产生装置20将测试轮W连接于旋转驱动装置10。

上述实施方式中，采用在车轮支承部50设置有多个3分力传感器，基于多个3分力传感器的检测结果，计测部80计测施加于测试轮W的转矩和轮重的结构，但本发明不限于该结构。例如也可以构成为基于多个2分力传感器或1分力传感器的检测结果来计测转矩和轮重。

上述实施方式中，在轨道轮支承部32中组入动力分配机构的功能，但也可以构成为从轨道轮支承部32分离动力分配机构。例如，能够使第一传动部30不连接于轨道轮支承部32，而将旋转驱动装置10与第一传动部30经由增设的动力传递机构(例如，卷挂传动、齿轮传动)连结。此时，第一带机构部31的驱动滑轮311与安装增设的动力传递机构的滑轮、齿轮的旋转驱动装置10的轴发挥动力分配机构的功能。

上述第二实施方式中，固定基体51与芯轴527依次经由横压赋予部54、倾角赋予部55、轮重赋予部53和攻角赋予部56连结，但本发明不限于该结构，横压赋予部54、倾角赋予部55、轮重赋予部53和攻角赋予部56可以按任何顺序连结。

Claims (13)

1.一种车轮测试装置，其特征在于，包括：

可旋转地支承轨道轮的轨道轮支承部；

车轮支承部，其对测试轮以在与所述轨道轮接触的状态下可旋转的方式进行支承；

使所述轨道轮和所述测试轮旋转的第一电动机；和

产生赋予所述测试轮的转矩的转矩产生装置，

所述转矩产生装置包括：

被所述第一电动机旋转驱动的旋转架；和

安装于所述旋转架的第二电动机，

所述轨道轮和所述测试轮的至少一者经由所述转矩产生装置连接于所述第一电动机。

2.如权利要求1所述的车轮测试装置，其特征在于：

包括动力分配机构，其将所述第一电动机所产生的动力分配至所述轨道轮和所述测试轮。

3.如权利要求1或2所述的车轮测试装置，其特征在于：

当所述第二电动机的工作停止时，所述轨道轮和所述测试轮以大致相同的周速反向旋转。

4.如权利要求1～3中任一项所述的车轮测试装置，其特征在于：

所述转矩产生装置具有与所述旋转架同轴配置的输出轴。

5.如权利要求4所述的车轮测试装置，其特征在于：

所述转矩产生装置具有轴承单元，所述轴承单元可旋转地支承所述旋转架，

所述旋转架具有支承于所述轴承单元的筒状的轴部，

在所述轴部的内周设置有轴承，

所述输出轴通过所述轴部的中空部，被所述轴承可旋转地支承。

6.如权利要求1～5中任一项所述的车轮测试装置，其特征在于：

所述第一电动机与所述旋转架同轴配置。

7.如权利要求1～6中任一项所述的车轮测试装置，其特征在于：

所述第二电动机经由以所述旋转架的旋转轴为中心地辐射状配置的多个棒状的连结部件固定于所述旋转架。

8.如权利要求1～7中任一项所述的车轮测试装置，其特征在于：

所述旋转架具有用于收纳所述第二电动机的筒状的电机收纳部。

9.如权利要求1～8中任一项所述的车轮测试装置，其特征在于，包括：

控制所述第一电动机和所述第二电动机的控制部；

计测所述轨道轮的转速的转速计测机构；和

计测所述测试轮的转矩的转矩计测机构，

所述控制部基于所述转速计测机构的计测结果来控制所述第一电动机的驱动，且基于所述转矩计测机构的计测结果来控制所述第二电动机的驱动。

10.如权利要求1～9中任一项所述的车轮测试装置，其特征在于：

包括轮重赋予部，其通过使所述测试轮和所述轨道轮的一者相对于另一者进退，而将轮重赋予所述测试轮。

11.如权利要求1～10中任一项所述的车轮测试装置，其特征在于：

包括攻角赋予部，其通过使所述测试轮和所述轨道轮的一者相对于另一者绕与所述测试轮的踏面垂直的直线旋转移动，而赋予攻角。

12.如权利要求1～11中任一项所述的车轮测试装置，其特征在于：

包括倾角赋予部，其通过使所述测试轮和所述轨道轮的一者相对于另一者绕切线旋转移动，而赋予倾角。

13.如权利要求1～12中任一项所述的车轮测试装置，其特征在于：

包括横压赋予部，其通过使所述测试轮和所述轨道轮的一者相对于另一者在轴向上移动，而对所述测试轮赋予横压。

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