JP2006090972A - レール試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の走行試験を行うにあたり、実際の運転により近い試験を可能にすることを目的とする。
【解決手段】 レール試験装置１は、門型フレーム２を有し、この門型フレーム２にはレール側移動部３が昇降自在に取り付けられている。レール側移動部３は、その下面にレール７を取付可能になっており、レール７をその長さ方向に往復移動させる油圧シリンダを備えている。また、レール７の下側には、車輪３２が回転自在に支持されており、レール７を往復移動させたときに、車輪３２が回転するようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両を走行させるレールの試験を行うレール試験装置に関する。

従来から、車両の運行時の安全性を図るため、車両が備える車輪を回転させることで車両の走行状態を擬似的に再現し、レールと車輪との疲労や、滑りなどを調べる試験が行われている。
このような試験に用いられる試験装置としては、実物のレールと同一の断面形状を有する試験輪を回転自在に設け、実物の車輪と同一の断面形状を有し、同一の材質から製造された車輪を、試験輪に接触させるように回転自在に支持させたものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、一対の軌条輪を設け、これら軌条輪のそれぞれに車両用の車輪を上方から接触させつつ、回転させるように構成したものがある（例えば、特許文献２参照）。試験時には、車輪の車軸を回転させ、挙動を把握する。
特開昭６３−１９８８４８号公報 特開２００１−１４１６１６号公報

しかしながら、従来の試験装置では、レールを模した試験輪、又は直線状で実物のレールとは形状が異なる円形の軌条輪を用いて試験を行っていたので、円筒同士の接触となり実際に車両・レール接触点に発生する現象を的確に捉えることは困難であった。また、試験輪又は軌条輪を用いることから、実際のレールの評価を行うことができなかった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両の車輪・レールに関しての走行試験を行うにあたり、実際の運転により近い環境を再現することである。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、車輪を回転自在に支持する車輪支持部と、前記車輪に接触させるレールを保持するレール保持部と、前記レール保持部を相対的に前記車輪に向かって移動させる移動部と、前記レール保持部を前記レールの長手方向に往復運動させる駆動手段とを備えることを特徴とするレール試験装置。
とした。
このレール試験装置では、車輪を車輪支持部に回転自在に支持させ、実物と同形状のレールをレール保持部に保持させる。この状態で、移動部を稼動させて車輪の外周面にレールを接触させ、さらにレールをその長手方向に往復移動させる。これによって、車両の走行状態が再現される。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のレール試験装置において、前記移動部は、前記レールが前記車輪の上側から接触するように、前記レール保持部を昇降させる昇降機構を備えることを特徴とする。
このレール試験装置では、レール保持部を引き上げた状態でレール及び車両をそれぞれセットし、その後にレール保持部を下げて、レールを車輪の外周面に接触させる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のレール試験装置において、前記レール保持部は、前記レールを電気的に絶縁した状態で保持するベース部と、前記ベース部を回動自在に支持するスライド部とを有し、前記スライド部が前記駆動部により往復移動させられるように構成されていることを特徴とする。
このレール試験装置では、ベース部をスライド部に対して所定角度回動させ、その状態を保持したままでレールと車輪とを接触させる。ベースの回動角度に応じた角度差（アタック角）でレール上を車輪が走行するような環境が再現される。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレール試験装置において、前記レールから前記車輪に作用させる荷重を、前記レールを往復移動させる方向と略直交する方向に発生させる荷重発生部を有することを特徴とする。
このレール試験装置は、レールを往復移動させる方向と略直交する方向、具体的には、レールが往復移動する方向に対して横方向となる方向と、車輪とレールが接触する方向との少なくとも一方に荷重をかけた状態で試験を行うことができる。

請求項５に係る発明は、請求項２に記載のレール試験装置において、前記車輪を挟むクランプを前記レール保持部に着脱自在に設けたことを特徴とする。
このレール試験装置は、レールを昇降自在に保持し、かつ車輪の上側からレールを接触させるもので、車輪を交換する際に、レール保持部側に取り付けたクランプで車輪を支持させつつ車輪の取り外しや、取り付けが行われる。

本発明によれば、車輪を回転自在に支持させ、この車輪に接触させるレールをその長手方向に往復移動できるように保持させたので、実物と同形状のレールを用いて試験を行うことが可能になり、従来に比べてさらに精度の高いデータを得ることができる。なお、レールを車輪に対して昇降自在に保持させると、レール等の交換作業が容易になる。また、往復移動するレール側でアタック角を調整できるようにすると、車輪側でアタック角を付与する場合に比べて機構を簡略化することができる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１にレール試験装置の概略構成を示す。
レール試験装置１は、床面に固定された門型フレーム２を有し、この門型フレーム２にはレール側移動部３が支持されている。レール側移動部３は、門型フレーム２の上部に取り付けられた油圧シリンダ４によって垂直方向（Ｚ方向）に移動自在な昇降フレーム部５と、昇降フレーム部５に対して横方向（Ｙ方向）に移動自在に取り付けられたＸ方向フレーム部６と、Ｘ方向フレーム部６に支持され、レール７を保持するレール保持部８とを有しており、レール保持部８はアタック角が調整可能に構成されている。

昇降フレーム部５は、門型フレーム２内に収まる本体部１０を有し、本体部１０の上端には、昇降機構を構成する油圧シリンダ４のピストンロッド１１の先端が固定されている。本体部１０の側部は、門型フレーム２の脚部にガイドされており、門型フレーム２に沿って上下方向に移動自在になっている。昇降フレーム部５の移動量は、昇降フレーム部５の下側に設けられたＺ方向変位計１２で検出されるようになっている。
さらに、本体部１０の側部は、その一部が、下方に延設され、この延設部分１０ａには、油圧シリンダ１３のシリンダボディが固定されている。この油圧シリンダ１３は、Ｘ方向フレーム部６の駆動手段及び荷重発生部として機能するもので、シリンダボディには、ピストンロッドがＹ方向に平行に、かつ進退自在に挿入されている。また、延設部分１０ａには、ピストンロッドの移動量を検出するためのセンサであるＹ方向変位計１５が取り付けられている。また、昇降フレーム部５の下面には、２組のレールガイド１６が平行に固定されている。これらレールガイド１６には、Ｘ方向フレーム部６の上面に取り付けられた２本のガイドレール１７が摺動自在に嵌合されている。

Ｘ方向フレーム部６は、Ｙ方向及びＺ方向に直交する方向であるＸ方向に延びる本体部２０を有している。本体部２０のＸ方向の長さは、門型フレーム２よりも長く、その両端部は門型フレーム２から突出している。本体部２０のＹ方向に垂直な側面には、昇降フレーム部５に取り付けられた油圧シリンダ１３のピストンロッドの先端部が固定されている。また、同じ側面には、Ｘ方向フレーム部６に作用するＹ方向の荷重を検出する第一ロードセル２１が取り付けられている。
さらに、本体部２０のＸ方向に垂直な側面には、油圧シリンダ２２が取り付けられている。油圧シリンダ２２は、レール保持部８の駆動手段及び荷重発生部として機能するもので、シリンダボディ２２ａに対して進退自在なピストンロッド２２ｂを有し、このピストンロッド２２ｂは、本体部２０の下側で、かつＸ方向に平行に延設されている。そして、この本体部２０の下面には、２本のガイドレール２３がＸ方向に平行に取り付けられている。これらガイドレール２３は、レール保持部８の上面に取り付けられたレールガイド２４が摺動自在に嵌合されている。そして、油圧シリンダ２２とは反対側の端部には、レール保持部８のＸ方向の移動量を検出するＸ方向変位計４５が取り付けられている。

レール保持部８は、レールガイド２４が設けられたスライド部２５と、スライド部２５の下側に、高さ方向の荷重を検出する第二ロードセル２６を介して接続されたベース部２７とから構成されている。
スライド部２５は、上面にレールガイド２４が取り付けられ、下面に第二ロードセル２６が複数取り付けられている。また、Ｘ方向に垂直な側面であって、油圧シリンダ２２のピストンロッド２２ｂが当接する面には、第三ロードセル４７が取り付けられており、Ｘ方向に発生する荷重を検出できるようになっている。
図３及び図４に示すように、ベース部２７は、第二ロードセル２６側、つまり上側に固定される細長形状のベースプレート２８を有し、ベースプレート２８の下面には、ピボットプレート２９がベースプレート２８に対して揺動自在に取り付けられている。ピボットプレート２９の下面には、取付プレート３０が固定されており、取付プレート３０は、絶縁材料から製造されており、カラー３１と共にレール７を挟み込むことで、レール保持部８にレール７を、Ｘ方向に平行に保持させている。なお、カラー３１には、後述する車輪３２を挟んで吊り下げるクランプ３３が装着できるようになっている。

図４に仮想線で示すように、クランプ３３は、カラー３１の下面にボルトで固定されるもので、レール７をその幅方向に挟むように、左右に一対設けられる。各クランプ３３の下端部は、レール７の下端よりも下側まで延び、さらに互いに近接するように折れ曲げられ、車輪３２を支持する腕部３３ａになっている。

さらに、ピボットプレート２９は、Ｘ方向において一端部２９ａから他端部２９ｂに至るまでの間で、かつピボットプレート２９の中心軸線上に、収容穴３４が凹設されている。この収容穴３４には、支点軸３５が挿入され、複数のボルトで固定されている。図５に示すように、収容穴３４を中心とする所定径の円周上には、ピボットプレート２９を貫通する長穴３６が等間隔で４つ形成されている。図３及び図４に示すように、各長穴３６には、ロックボルト３７が下側から挿入されている。このロックボルト３７は、その先端がピボットプレート２９を貫通し、ベースプレート２８に螺入されるもので、これによりピボットプレート２９が支点軸３５を中心とする所定の回動角度でベースプレート２８に固定される。なお、長穴３６は、所定径の円周の周方向に沿って延びており、ロックボルト３７が挿入されることで、ピボットプレート２９を回動させる際のガイドとなると共に、回動可能な角度を規制するストッパにもなる。

ここで、図３及び図５に示すように、収容穴３４は、ピボットプレート２９の他端部２９ｂ寄りに設けられており、ピボットプレート２９の一端部２９ａには、孔３８が設けられている。この孔３８には、ピン３９が挿入されている。ピン３９は、図２に示すように、ベースプレート２８側に回転自在に支持されたアタック角調整ハンドル４０の先端部が係合されている。なお、アタック角とは、レール７が曲率を有する場合において、車輪３２とレール７との角度のずれをいい、車輪３２に対してレール７が平行に当接するときを基準（ゼロ）とする。

さらに、図１及び図６に示すように、レール試験装置１は、車輪３２を回転駆動させる車輪支持部５０と、車輪３２を交換する際に用いる引出し式の交換用機構部５１とを備えている。なお、図６に示すように、車輪３２は、車軸が取り付けられるボス部３２ａから肉薄の板部３２ｂが延び、その外縁にリム部３２ｃが形成されており、このリム部３２ｃの外周面がレール７に接触させられる。リム部３２ｃにはフランジ３２ｄが凸設されており、レール７からの逸脱を防止するようになっている。

車輪支持部５０は、車輪３２の車軸を回転自在に支持すると共に、車輪３２がレール７の略下方に配置されるように構成されている。
図６及び図７に示すように、交換用機構部５１は、床面に固定されるベースフレーム５２を有し、ベースフレーム５２の上端には、２本のサイドフレーム５３が水平かつ平行に設けられている。各サイドフレーム５３の先端は、ベースフレーム５２から伸長し、門型フレーム２内に至っている。さらに、交換用機構部５１は、これらサイドフレーム５３に摺動するように取出部５４が設けられている。図７に示すように、取出部５４は、引き出し用の取手５５が設けられた本体５６を有し、本体５６の側部には、複数のローラ５７が回転自在に支持されている。これらローラ５７は、各サイドフレーム５３に取り付けられたレールに接触するように配設されている。そして、本体５６の先端には、車輪３２の車軸の両側を下側から支える受け部５８が略Ｖ字状に設けられている。

また、門型フレーム２の側方には、コントロールユニット６０が配設されている。コントロールユニット６０は、各油圧シリンダ４，１３，２２に接続される油圧ポンプ（不図示）や、各種センサ（例えば、Ｚ方向変位計１２や、第一ロードセル２１など）に接続されている。また、レール試験装置１の作動状態を示す各種の表示や、作業者からの入力を受け付けるようになっている。

次に、この実施の形態の作用について説明する。
最初に、試験を行うレール７をレール保持部８のピボットプレート２９に装着する。この際、図６に示すように、レール側移動部３は上方位置に引き上げておき、アタック角はゼロに設定してあるものとする。
車輪３２を装着するときは、図７に示す交換用機構部５１の取出部５４を引き出し、受け部５８で車軸を支持するように車輪３２を載せる。その後、取出部５４をサイドフレーム５３に沿って押して、門型フレーム２内に車輪３２を送り込み、レール７の下方に車輪３２を配置し、車輪支持部５０に車輪３２の車軸を回転自在に支持させる。

試験を開始するにあたっては、昇降フレーム部５に固定された油圧シリンダ１３を稼動させ、Ｙ方向変位計１５の情報を参照しつつＸ方向フレーム部６をレールガイド１６に沿ってスライド移動させ、車輪３２の中心にレール７が接触するようにＹ方向の位置調整を行う。さらに、その位置を保持させたままで門型フレーム２の油圧シリンダ４を稼動させ、Ｚ方向変位計１２の情報を参照しつつ、レール側移動部３を門型フレーム２に沿って下げて、レール７を車輪３２に当接させる。車輪３２にかける荷重は、油圧シリンダ４によって調整し、第二ロードセル２６で検出する。この荷重は、輪重、すなわち、実際の走行中において車両からレール７に加わる荷重とすることが好ましいが、これ以外の荷重にしても良い。

この状態で、Ｘ方向フレーム部６の油圧シリンダ２２を駆動させ、レール保持部８をガイドレール２３に沿ってＸ方向に往復運動させる。移動方向の切り換えはＸ方向変位計４５の情報に基づいて制御される。
これにより、レール７は、車輪３２に摺接しつつ相対移動し、車輪３２はレール７の往復移動に従動して回転し、走行状態が再現される。このとき、レール７が移動する速度は、車両の走行速度に相当し、レール７の往復は、車両の走行距離に相当する。そして、レール７を所定時間または所定の往復数だけ移動させたらレール試験装置１を停止させ、レール７及び車輪３２を取り出す。レール７や車輪３２は、磨耗量や磨耗箇所、表面形状の評価が行われる。なお、試験中にレール７が車輪３２から受ける力でＸ方向や、Ｙ方向に荷重が発生することがあるが、このような荷重は第一ロードセル２１や、第三ロードセル４７で検出される。また、荷重の発生に伴ってレール７がＹ方向に移動した場合には、レール７の変位量がＹ方向変位計１５で測定される。これら値は、レール７や車輪３２の評価に用いられる。なお、レール７をＹ方向に変位させない場合には、不図示のストッパで油圧シリンダ１３の動きを止める。

また、レール７を車輪３２に摺接させつつ往復移動させる際に、Ｙ方向に所定の横圧を加えながら試験を行うと、横圧が作用するような環境下におけるレール７や車輪３２の磨耗量や磨耗箇所、表面形状の評価が行える。横圧は、制御回路６０の制御に応じて油圧シリンダ１３を駆動させることで行う。横圧の大きさは、第一ロードセル２１が検出する荷重として制御回路６０にフィードバックされる。

さらに、車輪３２に対するレール７のアタック角を調整して試験を行うこともできる。すなわち、図３において、ロックピンを緩めてから、アタック角調整ハンドル４０を回転させる。回転方向及び回転数に応じてベース部２７がスライド部２５に対して支点軸３５を中心にして回動する。このときの回動角度がアタック角となるので、所望の位置でアタック角調整ハンドル４０を停止させ、ロックボルト３７でベース部２７をスライド部２５に固定する。そして、この状態で前記と同様に試験を行い、アタック角に応じた磨耗量や磨耗箇所、表面形状の評価を行う。

さらに、絶縁材料からなる取付プレート３０よりも下方側、つまりレール７と、上側のＸ方向フレーム部６などとを絶縁することができるので、レール７と車輪３２との間に通電しながら前述の各試験を行うことができる。通電によってレール７と車輪３２との接触点の電気抵抗が測定できるので、軌道回路の車輪短絡を再現した実験を行うことができる。このようにして種々の条件下での電気抵抗を測定しておくことで、車両の存在検知を確実に行えるようになる。

この実施の形態によれば、レール７を吊り下げるようにして保持し、車輪３２に対して、レール７を相対移動させるようにしたので、実際のレール７を用いて試験を行うことができる。特に、レール７を保持した状態で移動させるために、２本のレール７の連結部分における評価も行えるようになる。この場合には、２本のレール７を継手で繋いだ状態で試験装置に保持させる。
また、レール７を車輪３２に対して上方に配置し、レール７を移動させることで位置決めを行うようにしたので、車輪３２を移動させる場合に比べて、位置決めのための機構を簡略化することができる。レール７側にアタック角の調整機構を設けたので、回転部分を有する車輪３２側にアタック角の調整機構を設ける場合に比べて、アタック角を調整するための機構を簡略化することができる。
さらに、各油圧シリンダ４，１３，２２を荷重発生部として用い、レール７に与える荷重を制御するようにしたので、種々の走行状態を再現することができ、信頼性の高い試験結果を得ることができる。例えば、高さ方向の荷重を調整すると、車両の自重の大小による磨耗の違いを調べることができる。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、車輪支持部５０に、車輪３２の車軸に回転駆動力を与えるモータや、回転を抑制するブレーキ装置などを設け、レール７の往復移動と、車輪３２の回転とを同時に行わせつつ、試験を行うようにしても良い。また、車輪３２のみを回転させて試験を行っても良いし、車輪の回転を止めて、滑走状態の摩擦係数を調べても良い。また、レール７又は車輪支持部５０に実走行を模擬した振動発生機構を組み込んでも良い。
さらに、アタック角調整ハンドル４０の近傍に、実際のアタック角を表示する表示部を設けても良い。また、アタック角リセットボタンを設け、このボタンが押された場合に、アタック角が強制的にゼロ点に戻すように構成しても良い。

また、レール７は、車輪３２の外周面の下側から接触するように構成しても良いし、車輪側が昇降するように構成しても良い。前者の場合には、試験を行うレール７の長さを大きくすることができる。後者の場合には、レール７を保持する機構をさらに小型化することができる。

本発明の実施の形態におけるレール試験装置の正面図である。 レール試験装置の側面図である。 レール保持部のベース部の側面図である。 図３のＩＶ‐ＩＶ線に沿った断面図である。 ピボットプレートの平面図である。 レール試験装置の側面図であって、車輪の交換時の状態を説明する図である。 交換用機構部の平面図である。

符号の説明

１ レール試験装置
２ 門型フレーム（昇降機構）
４ 油圧シリンダ（移動部、昇降機構、荷重発生部）
７ レール
８ レール保持部
１３，２２ 油圧シリンダ（駆動手段、荷重発生部）
２５ スライド部
２７ ベース部
３２ 車輪
３３ クランプ
５０ 車輪支持部

Claims (5)

1. 車輪を回転自在に支持する車輪支持部と、前記車輪に接触させるレールを保持するレール保持部と、前記レール保持部を相対的に前記車輪に向かって移動させる移動部と、前記レール保持部を前記レールの長手方向に往復運動させる駆動手段とを備えることを特徴とするレール試験装置。
2. 前記移動部は、前記レールが前記車輪の上側から接触するように、前記レール保持部を昇降させる昇降機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のレール試験装置。
3. 前記レール保持部は、前記レールを電気的に絶縁した状態で保持するベース部と、前記ベース部を回動自在に支持するスライド部とを有し、前記スライド部が前記駆動部により往復移動させられるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレール試験装置。
4. 前記レールから前記車輪に作用させる荷重を、前記レールを往復移動させる方向と略直交する方向に発生させる荷重発生部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレール試験装置。
5. 前記車輪を挟むクランプを前記レール保持部に着脱自在に設けたことを特徴とする請求項２に記載のレール試験装置。
   
   

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