JP2006327525A

JP2006327525A - 車輪フランジ塗油装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP2006327525A
Application number: JP2005157065A
Authority: JP
Inventors: Mikio Matsumoto; 幹男松本; Shiro Yasuyoshi; 志朗安吉; Tomio Nogami; 富生野上; Tatsuo Kusunoki; 達夫楠; Koji Yonezawa; 好司米澤
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd; Yutaka Manufacturing Co Ltd; JR East Consultants Co; East Japan Railway Co
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd; Yutaka Manufacturing Co Ltd; JR East Consultants Co; East Japan Railway Co
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】人手を要することなく、線区の必要な箇所においてのみ確実に塗油を行なう。
【解決手段】ＧＰＳ信号によって得られた車両の現在位置と、予め設定されている線区の塗油エリア入口位置とを所定時間毎に比較して、車両が塗油エリア入口位置に到達したらＧＰＳ制御装置２から電磁弁制御装置３に動作指示を出力し、電磁弁により管路を左右いずれかに切り換えてポンプを作動させ、ノズル６から車輪フランジに向けて所定時間油を噴射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の車輪フランジ塗油装置およびその制御方法に関する。

レールにより走行する鉄道車両においては、曲線通過時に曲線外側の車輪のフランジとレールの間に大きい摩擦が生じて双方に摩耗が発生し、レールおよび車輪の寿命が短くなるばかりでなく、不快な騒音も発生するので、対策としてレールまたは車輪に塗油することが行なわれている。
レール側からの塗油は、曲線入口などの所定位置のレールに、車輪の通過によって作動する小型のポンプと噴出ノズルを取り付け、レール頭部に向けて油を噴射させ、車輪を介して所定距離にわたってレールにも塗油するもので、塗油したい地点で正確に塗油できる利点があるが、閑散線区などの場合、油タンクの見回りや油の補給に人手がかかるという問題点がある。

車両側からの塗油は、台車に塗油装置を取り付けて車輪のフランジへ直接塗油するものが一般的で、車輪のフランジ部に接触して回転する塗油輪と、この塗油輪の回転によりピストンが作動して油を噴射するノズルとから構成され、噴射された油が塗油輪を介して車輪のフランジに塗布されるようになっている。このような塗油器の場合は、車両基地で適宜油量を確認して油を補充すればよいので油の供給に関してはとくに問題がないが、車両の走行に伴い直線、曲線の区別なく常時塗油が行なわれるため油の消費量が多く、また線路の周囲を油で汚染するという問題点がある。

なおいずれの場合も、車輪に対して塗油が必要なのはフランジ部であり、踏面に塗油することは車輪に必要な粘着性能（摩擦力）を損なうおそれがあるので好ましくない。

本発明は、従来の塗油方式における前記の諸問題を解消し、必要な地点において必要な箇所にのみ確実に塗油を行なうことのできる車輪フランジ塗油装置およびその制御方法を実現することを目的とする。

本発明の車輪フランジ塗油装置は、ＧＰＳアンテナを備え、ＧＰＳ信号による車両の現在位置と、予め設定されている線区の塗油エリア入口位置とを比較してこの塗油エリア入口位置到達時点において動作指示を出力するＧＰＳ制御装置と、前記動作指示を受けて管路を左右いずれかに切り換えてポンプを作動させる電磁弁制御装置と、この電磁弁制御装置に接続され、車両の先頭台車の左右両側に車輪フランジに接近して取り付けられたノズルとからなる。

また本発明の車輪フランジ塗油装置の制御方法は、ＧＰＳ信号によって得られた車両の現在位置と、予め設定されている線区の塗油エリア入口位置とを所定時間毎に比較して、車両が塗油エリア入口位置に到達したらＧＰＳ制御装置から電磁弁制御装置に動作指示を出力し、この動作指示を受けて管路を左右いずれかに切り換えてポンプを作動させ、車両の先頭台車の左右両側に車輪フランジに接近して取り付けられたノズルから左右いずれかの車輪フランジに向けて所定時間油を噴射することを特徴とする。

本発明によれば、一切人手を要さず、余分な油を消費することなくかつ線路周囲を汚染することもなく曲線の必要箇所において適切な塗油が行なわれ、車輪とレールの摩耗が低減されるとともに騒音の発生も抑制され、運転コストが削減されて環境保全にも貢献するという、すぐれた効果を奏する。

本発明は、ＧＰＳ信号によって得られた車両の現在位置と、予め設定されている線区の塗油エリア入口位置とを所定時間毎にくり返し比較して、車両が塗油エリア入口位置に到達したら電磁弁により管路を左右いずれかに切り換えてポンプを作動させ、車両の先頭台車の左右両側に車輪フランジに接近して取り付けられたノズルから左右いずれかの車輪フランジに向けて所定時間油を噴射するものである。

なお、鉄道車両においても、車両の現在位置を検出することはさまざまな目的において行なわれている。例えば列車自動運転システム（ＡＴＯ）やＡＴＳ装置における力行およびブレーキの作動、振り子式車両の曲線通過時における車体傾斜装置の作動、車内放送や案内ディスプレイの自動送り出し等である。そして、位置検出手段としては、軌道内にセンサ等の地上子を設置する地上方式や、車軸の回転数をカウントするものなどがあるが、近年、ＧＰＳ（Global Positioning Satellite、地球位置計測衛星）システムが急速に進歩して実用段階に入ったことから、鉄道車両においてもＧＰＳを利用する位置検出が試みられている。しかし、測定精度が前記の地上子等に比較すると劣ることと、トンネル内では使用できないなどの弱点があり、高度な確実性と安全性を要求されるＡＴＯや振り子制御をＧＰＳのみに依存することはできず、他のシステムと併用して２重系、３重系とする必要がある。

本発明の場合は、油の噴射位置が多少ずれてもとくに問題はないし、トンネル内に曲線がないわけではないが一般的には少ないといえるので、トンネル内は地上の塗油器等で対処すればよいから、位置検出をＧＰＳのみとすることで装置を簡素化することができる。そして所定箇所の左右いずれか、すなわち曲線における外軌側のみに選択的に塗油を行なうので油の消費量が少なく、軌道周辺を汚染することもあまりない。

以下本発明の実施例を図面により詳細に説明する。
図１は実施例の車輪フランジ塗油装置の構成図で、１はＧＰＳ衛星、２はＧＰＳ制御装置、21はＧＰＳアンテナ、３は電磁弁制御装置、6a、6bは左右のノズルである。
ＧＰＳシステムは少なくとも３個のＧＰＳ衛星からの信号を受信して３角測量の原理で受信位置を割り出すもので、衛星は例えば北極と南極とを通過する高度800ｋｍの軌道を100分の周期で回って地球全面をカバーしている。

所定時隔でＧＰＳアンテナ21が受信したＧＰＳ信号によって得られた車両の現在位置と、予め設定されている線区の塗油エリア入口位置とをＧＰＳ制御装置２において所定時間毎にくり返し比較し、車両が塗油エリア入口位置に到達したら電磁弁制御装置３に指令して電磁弁を作動させて管路を左右いずれかに切り換えてポンプを作動させ、車両の先頭台車の左右両側に車輪フランジに接近して取り付けられたノズル6aまたは6bから車輪フランジに向けて所定時間油を噴射する。

図２は実施例の車輪フランジ塗油装置の車両における機器の配置を示す構成図で、ＧＰＳアンテナ21は屋根上、ＧＰＳ制御装置２は運転台内、電磁弁制御装置３は床下、油のタンク５やノズル6a、6bは台車部分に設置され、22はＧＰＳアンテナ21とＧＰＳ制御装置２を結ぶ信号ケーブル、31はＧＰＳ制御装置２と電磁弁制御装置３を結ぶ電気配線、61は電磁弁制御装置３内の電磁弁（正確には電磁弁付きマニホルド、特に図示せず）とノズル6a、6bを結ぶ油ホース、７は車輪、８は台車枠である。油ポンプも図示しないが電磁弁に接近して電磁弁制御装置３のケース内に設置される。

図３はノズル６の取り付け部分を示す部分平面図、図4は同じくノズル６の取り付けられている先頭台車第1軸部分の斜視図で、ノズル６は台車枠８の一角から車輪７のフランジに向けて水平に取り付けられており、図３におけるノズル６とフランジとの距離Ｌは例えば40〜50ｍｍである。この距離Ｌは、この範囲よりも小さいと台車のばねのたわみでノズル６と車輪７が接触するおそれがあり、またこれより大きいと高速走行の際油が風に流されてフランジに届かないおそれがあるので、いずれも好ましくない。なお、車輪径は走行による摩耗やこれを是正する削正等により直径で40ｍｍ程度変化するので、取り付け位置を調整できるよう、取り付けボルト孔を多数設けてある。

本発明の車輪フランジ塗油装置の制御方法は、ＧＰＳ信号によって得られた車両の現在位置と、予め設定されている線区の塗油エリア入口位置とを所定時間毎に比較して、車両が塗油エリア入口位置に到達したらＧＰＳ制御装置から電磁弁制御装置に動作指示を出力し、この動作指示を受けて電磁弁により管路を左右いずれかに切り換え、ポンプを作動させ、車両の先頭台車の左右両側に車輪フランジに接近して取り付けられたノズルから車輪フランジに向けて所定時間、油を噴射するものである。噴射時間はポンプの作動時間であり、タイマにより任意に変更できる。

つづいて塗油エリアの設定手順を説明する。ＧＰＳ計測は１秒間隔である。エリア幅としては少なくとも列車が１秒間に進む距離以上の長さが必要である。さらにＧＰＳ計測における誤差も考慮する必要がある。列車速度を秒速に換算すると、時速36ｋｍは秒速10ｍ、時速54ｋｍは秒速15ｍ、時速72ｋｍは秒速20ｍである。曲線には曲線半径によって制限速度が定められており、また分岐器通過にも速度制限がある。通常、半径400ｍ未満の曲線では制限時速は50〜70ｋｍ、それ以上の半径でも時速90ｋｍ以上、分岐器では時速30〜45ｋｍとなっている。

これらを考慮して、半径400ｍ以上の曲線ではエリア幅を30ｍ、半径400ｍ未満の曲線ではエリア幅を25ｍ、分岐器では20ｍと定めた。なお、半径800ｍを超える緩やかな曲線は塗油の対象外とした。
図５は列車Ｔが曲線区間に進入しようとしている状態を示す説明図である。円曲線ＡＢの前後に緩和曲線と呼ばれるゆるい曲線が設けられるのが通常であり、これを詳しく図示すると図６のようになる。Ａは円曲線開始点（ＢＣＣ）、Ｂは円曲線終点（ＥＣＣ）、Ｃは緩和曲線開始点（ＢＴＣ）、Ｄは緩和曲線終点（ＥＴＣ）である。塗油開始の適正な位置は緩和曲線開始点Ｃと円曲線開始点Ａの中間と考えられ、ここから例えば25ｍという前記のエリア幅が設定される。しかし長い曲線では1回の塗油ではカバーできないので、曲線長が400ｍを超える場合などは中間点にもう1か所塗油エリアを設定する。

渡り線などで分岐器を通過する場合には、連続して逆向きの曲線が存在する。観測点が接近していると塗油エリアが重複し、リレーの保持時間等を考慮すると２度目の正しい塗油信号が送り出せないおそれがあるので、連続する区間の２度目のエリア検出が一旦リレーがオフとなって塗油が停止した後になるよう、１度目の塗油エリアをやや手前にずらすなどの修正が必要である。

図７はリレーのＯＮ時間、ＧＰＳ計測点、塗油エリア観測点の関係を示すグラフで、横軸は時間、１目盛は１秒である。ＧＰＳ計測は１秒間隔である。リレーのＯＮ時間を1.5秒と設定すると、塗油エリアの観測点は少なくともＧＰＳ計測の２回分だけ離すことが必要である。分岐器での列車速度を時速45ｋｍとすると、２秒間に列車の進む距離は25ｍとなる。前記したように分岐器でのエリア幅を20ｍに設定しているから、分岐器付近で曲線が連続する場合は塗油エリア相互の間隔を少なくとも５ｍ離す必要がある。

このようにして線区の曲線半径、曲線長さ、右カーブか左カーブか等の情報を基に塗油エリアを設定する。なお、塗油エリアの入力は線路平面図から図面データで行なうほか、実際に車両を走行させて塗油エリアに到達する毎にＧＰＳによる位置計測を行なって入力することもできる。塗油エリアはメモリカードに記憶させ、ＧＰＳ制御装置内のパソコンにセットする。

本発明の車輪フランジ塗油装置を実車に搭載して、試験区間約70ｋｍを往復した。上り側運転台のＧＰＳ制御装置には上り列車用の塗油エリアを、下り側運転台のＧＰＳ制御装置には下り列車用の塗油エリアを入力した。塗油エリアは上り111箇所、下り114箇所である。１回の噴射時間１秒で、ポンプ電源電圧を変えることにより油の噴射圧を0.6ＭＰａ、0.45ＭＰａの２とおりに変えて試験したところ、噴射１回あたりの塗油量は0.6ＭＰａのとき0.48ミリリットル、0.45ＭＰａのとき0.32ミリリットルであった。油の噴射状況をビデオカメラで観察すると、0.45ＭＰａでは油の描く線にやや震えが見られ、0.6ＭＰａの方が安定していて好ましいと判断された。容量５リットルの油タンクを使用すると、上記の線区であれば45〜50往復できる計算となる。

試験の結果、必要な場所で的確に塗油が行なわれ、騒音の発生はなく摩耗の防止にも効果があったものと思われ、かつ不要な場所での塗油はないので油の消費も少なく、線路周辺への汚染もなく、良好と判断された。
なお、以上「油」を噴射するものとして説明してきたが、油の種類は特に限定しない。また、油でなく水を噴射して相応の効果が得られる場合もある。

本発明実施例の車輪フランジ塗油装置の構成図である。本発明実施例の車両における機器配置を示す構成図である。実施例のノズルの取り付け部分を示す部分平面図である。同じく実施例のノズルの取り付け部分を示す斜視図である。本発明の使用状況を示す曲線区間の説明図である。図５の曲線区間を詳しく図示する説明図である。実施例のリレーの作動、ＧＰＳ計測点、塗油エリア観測点の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ＧＰＳ衛星
２ＧＰＳ制御装置
３電磁弁制御装置
５タンク
６ノズル
７車輪
８台車枠
21 ＧＰＳアンテナ
22 信号ケーブル
31 電気配線
61 ホース
Ｔ列車

Claims

ＧＰＳアンテナ（21）を備え、ＧＰＳ信号による車両の現在位置と、予め設定されている線区の塗油エリア入口位置とを比較してこの塗油エリア入口位置到達時点において動作指示を出力するＧＰＳ制御装置（２）と、前記動作指示を受けて電磁弁により管路を左右いずれかに切り換えてポンプを作動させる電磁弁制御装置（３）と、この電磁弁制御装置（３）に接続され、車両の先頭台車の左右両側に車輪（７）フランジに接近して取り付けられたノズル（6a、6b）とからなる車輪フランジ塗油装置。
ＧＰＳ信号によって得られた車両の現在位置と、予め設定されている線区の塗油エリア入口位置とを所定時間毎に比較して、車両が塗油エリア入口位置に到達したらＧＰＳ制御装置から電磁弁制御装置に動作指示を出力し、この動作指示を受けて電磁弁により管路を左右いずれかに切り換えてポンプを作動させ、車両の先頭台車の左右両側に車輪フランジに接近して取り付けられたノズルから左右いずれかの車輪フランジに向けて所定時間油を噴射することを特徴とする車輪フランジ塗油装置の制御方法。