JP2014016201A - Carriage testing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、台車試験装置に関し、特に、鉄道車両の走行状態における台車の挙動を模擬し、その特性を試験するための台車試験装置に関する。 The present invention relates to a truck testing apparatus, and more particularly to a truck testing apparatus for simulating the behavior of a truck in a running state of a railway vehicle and testing its characteristics.
軌道上での鉄道車両の走行状態を簡単かつ正確に模擬するために、様々な試験装置が検討されている。
その種の試験装置の1つとして、直線状の軌道の上を車輪が回転するという状況を、軌道と同一の断面をもつ回転円盤である軌条輪の上で車輪を回転させることによって再現させるものが知られている(例えば、非特許文献1、2参照)。
Various test apparatuses have been studied in order to easily and accurately simulate the running state of a railway vehicle on a track.
As one of such test equipment, the situation that a wheel rotates on a linear track is reproduced by rotating the wheel on a rail wheel that is a rotating disk having the same cross section as the track. Is known (for example, see Non-Patent
このうち例えば、非特許文献1に記載された試験装置では、実際の軌道と軌条輪との物理的特性の違いなどによって、鉄道車両の実際の走行状態を模擬できないことが多い。また、あらゆる走行状態に対応できるようにすると、軌条輪を用いた試験装置では極めて複雑な構造となるため、一般的には直線状の基本レールからなる軌道上での走行状態(直線走行)のみを模擬することを前提として設計されることが多い。
一方で、非特許文献2に記載された試験装置のように、軌条輪を用いて曲線状の基本レールを含む軌道上での走行状態(曲線走行)を模擬できるものもある。
Of these, for example, the test apparatus described in
On the other hand, like the test apparatus described in Non-Patent
しかしながら、非特許文献2に記載された試験装置では、鉄道車両の挙動にとって重要な因子である車輪と軌道との間の摩擦係数やそれぞれの摩耗状況を細かく制御することはできないため、あらゆる条件で鉄道車両の挙動を模擬することはできない。
また、供試体となる鉄道車両は、上部の車体と、この車体を下方で支持する台車とで構成される。車体および台車のうち、鉄道車両の走行状態に大きな影響を及ぼすのは台車であるため、供試体として台車のみを用いて鉄道車両の走行状態を模擬する場合が多い。
However, in the test apparatus described in Non-Patent
Moreover, the rail vehicle used as a specimen is composed of an upper body and a carriage that supports the body below. Of the vehicle body and the cart, the cart has a great influence on the running state of the railway vehicle. Therefore, the running state of the railway vehicle is often simulated using only the carriage as a specimen.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、車輪と軌道との間の摩擦係数や、車輪や軌道の摩耗の状況を詳細に模擬することができる台車試験装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a cart testing apparatus that can simulate in detail the friction coefficient between a wheel and a track and the state of wear of the wheel and the track. The purpose is to do.
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の台車試験装置は、台車枠に対して基準軸線に平行な軸線周りに4つの車輪がそれぞれ回転可能に支持された台車の軌道上での走行状態を模擬する台車試験装置であって、前記台車を支持し、前記台車に変位を与えるとともに前記車輪に作用する荷重を測定する本体部と、測定された前記荷重に基づいて、前記台車が前記軌道上で走行するときの仮想の走行状態をシミュレーションして前記変位を算出するシミュレーション部と、を備え、前記本体部は、基台と、前記基台に設けられた支持面の上方に配置基準面を設定し、前記配置基準面に平行であって互いに直交する第一の基準方向および第二の基準方向を規定し、前記配置基準面に直交する方向から見たときに、前記第一の基準方向、前記第二の基準方向に平行な辺を有し前記配置基準面上に設けられた矩形の4隅に配置され、前記基準軸線が前記第一の基準方向と平行になるように前記車輪を支持する4つの支持部材と、前記配置基準面に直交する直交方向を規定したときに、それぞれの前記支持部材に支持される前記車輪に作用する力の前記第一の基準方向、前記第二の基準方向、および前記直交方向の分力およびモーメントである6分力を前記荷重として測定する4つの支持側6分力測定部と、前記基台に設けられ、それぞれの前記支持部材を、前記第一の基準方向、前記第二の基準方向、および前記直交方向に移動させるとともに、前記直交方向に平行な軸線周りにそれぞれ回転させる支持側移動部と、前記台車枠に設けられたバネ部に取り付け可能とされ、前記バネ部に作用する前記6分力を前記荷重として測定する枠側6分力測定部が設けられた枠部材と、前記基台に設けられ、前記枠部材を前記第一の基準方向および前記直交方向に移動させるとともに、前記第二の基準方向に平行な軸線周りに回転させる枠側移動部と、前記支持側移動部および前記枠側移動部を制御する本体制御部と、を有し、前記シミュレーション部は、それぞれの前記支持側6分力測定部で前記6分力が測定され、かつ、前記枠側6分力測定部で前記6分力が測定された基準時刻から一定時間後のそれぞれの前記車輪および前記枠部材の前記軌道上での位置および向きを、前記基準時刻において前記支持側6分力測定部により測定された前記6分力、および前記枠側6分力測定部により測定された前記6分力に基づいて算出し、前記本体制御部は、前記シミュレーション部で算出されたそれぞれの前記車輪および前記枠部材の前記位置および前記向きに基づいて、前記支持側移動部および前記枠側移動部を駆動させて、前記基準時刻から前記一定時間後に、それぞれの前記車輪および前記枠部材が前記位置および前記向きに配置されるように前記変位を与えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The bogie testing device of the present invention is a bogie testing device for simulating a running state on a track of a bogie in which four wheels are rotatably supported around an axis parallel to a reference axis with respect to the bogie frame, A virtual traveling state when the cart travels on the track based on the measured load and a main body portion that supports the cart, applies displacement to the cart and measures a load acting on the wheel A simulation unit that calculates the displacement by simulating the base, and the main body unit sets an arrangement reference plane above a support base and a support surface provided on the base, and is parallel to the arrangement reference plane A first reference direction and a second reference direction that are orthogonal to each other, and parallel to the first reference direction and the second reference direction when viewed from a direction orthogonal to the arrangement reference plane The side Four support members that are arranged at four corners of a rectangle provided on the reference plane and support the wheel so that the reference axis line is parallel to the first reference direction, and orthogonal to the
また、上記の台車試験装置において、前記基台は、基台本体と、上部に前記支持面が設けられ、前記基台本体に対して前記直交方向に平行な軸線周りに回転可能に支持された回転台と、を有し、前記基台本体に対して前記回転台を回転させる回転台移動部を備え、前記本体制御部は、前記回転台移動部を制御することがより好ましい。
また、上記の台車試験装置において、前記本体制御部は、前記支持側移動部により前記配置基準面が水平面に対して角度φをなすように4つの前記支持部材を移動させ、前記シミュレーション部は、測定された前記配置基準面に直交する方向の前記分力の値に代えて、前記分力の値をcosφで除した値を用いることがより好ましい。
Further, in the above-described cart test apparatus, the base is provided with a base main body and the support surface on the upper part, and is supported to be rotatable about an axis parallel to the orthogonal direction with respect to the base main body. It is more preferable that a rotating table moving unit that rotates the rotating table with respect to the base main body is provided, and the main body control unit controls the rotating table moving unit.
Further, in the above-described cart test apparatus, the main body control unit moves the four support members so that the arrangement reference plane forms an angle φ with respect to a horizontal plane by the support side moving unit, and the simulation unit includes: It is more preferable to use a value obtained by dividing the value of the component force by cos φ instead of the value of the component force in the direction orthogonal to the measured arrangement reference plane.
また、上記の台車試験装置において、前記シミュレーション部が、前記支持側6分力測定部により測定された前記6分力、および前記枠側6分力測定部により測定された前記6分力に基づいて、それぞれの前記車輪および前記枠部材の前記軌道上での位置および向きを算出することと、前記本体制御部が、前記シミュレーション部で算出されたそれぞれの前記車輪および前記枠部材の前記位置および前記向きに基づいて、前記支持側移動部および前記枠側移動部を駆動させて、それぞれの前記車輪および前記枠部材が前記位置および前記向きに配置されるように前記変位を与えることとを組みにして前記一定時間ごとに繰り返すことがより好ましい。 Further, in the cart testing apparatus, the simulation unit is based on the six component forces measured by the support side six component force measuring unit and the six component forces measured by the frame side six component force measuring unit. Calculating the positions and orientations of the wheels and the frame members on the track, and the main body control unit calculates the positions of the wheels and the frame members calculated by the simulation unit. Based on the orientation, driving the support side moving portion and the frame side moving portion to give the displacement so that the wheels and the frame member are arranged at the position and the orientation. It is more preferable to repeat the process every predetermined time.
本発明の台車試験装置によれば、車輪と軌道との間の摩擦係数や、車輪や軌道の摩耗の状況を詳細に模擬することができる。 According to the cart testing apparatus of the present invention, it is possible to simulate in detail the friction coefficient between the wheel and the track and the state of wear of the wheel or the track.
以下、本発明に係る台車試験装置の一実施形態を、図1から図12を参照しながら説明する。この台車試験装置は、鉄道車両における台車の軌道上での走行状態を模擬するものである。
まず、図1および図2を用いて、供試体となる台車200について説明する。
台車200は、台車枠201に対して4つの車輪202がそれぞれ回転可能に支持されるとともに、台車枠201上にバネ部204が設けられたものである。4つの車輪202は、同一平面上に配置されるとともに、図2に示す平面視において、矩形R1の四隅となる位置にそれぞれ配置されている。4つの車輪202は、矩形R1の一辺に重なる基準軸線C1に平行な軸線周りに回転可能となっている。
Hereinafter, an embodiment of a cart testing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. This bogie testing device simulates the running state of a bogie on a track in a railway vehicle.
First, a
In the
それぞれの車輪202と台車枠201とは、車輪支持バネ203により支持されている。車輪202と台車枠201とは、車輪支持バネ203により車輪202と台車枠201とが互いに接離する方向だけでなく、互いに直交する3軸方向にそれぞれ弾性力を生じるように支持されている。
この例では、バネ部204は、3つのバネ要素204a、204b、204cから構成されていて、各バネ要素204a、204b、204cの一端部が台車枠201の天面に固定されている。バネ部204としては、台車枠201と車体荷重枠16との間で後述する6分力が伝達可能であるものであれば、特に限定されることなく用いることができる。具体的には、バネ部204として、例えば空気バネや板バネなどが用いられる。
Each
In this example, the
図1から図3に示すように、本台車試験装置1は、台車200を支持し、台車200に変位を与えるとともに車輪202に作用する荷重を測定する本体部10と、本体部10で測定された荷重に基づいて、台車200が不図示の軌道上で走行するときの仮想の走行状態をシミュレーションして台車200に与える変位を算出するシミュレーション部50とを備えている。
本体部10は、基台11と、基台11の後述する支持面22aの上方に配置され、車輪202を支持する4つの支持部材12と、それぞれの支持部材12に設けられた支持側6分力測定器(支持側6分力測定部)13と、それぞれの支持部材12を移動させる支持側移動部14と、バネ部204が取り付け可能とされた車体荷重枠(枠部材)16と、基台11に設けられ車体荷重枠16を移動させる枠側移動部17と、支持側移動部14および枠側移動部17を制御する本体制御部18とを有している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
The
基台11は、基台本体21と、略円板状に形成されて上部に支持面22aが設けられ、基台本体21に対して鉛直方向(直交方向)Zに平行な軸線C2周りに回転可能に支持された回転台22とを有している。
基台本体21は、例えば鉄鋼などの金属を用いて形成することができ、支持部材12などを収容する収容部21aが形成されている。
回転台22は、収容部21aの底面上に、ベアリング23を介して回転可能に支持されている。回転台22の支持面22aにおいて、中央部に壁部22bが形成され、縁部に4つの壁部22cが形成されている。回転台22の底面には、下方に向けて突出する凸部22dが形成されている。基台本体21と凸部22dとには、油圧などで駆動される回転台移動アクチュエータ(回転台移動部)24の端部がそれぞれ取り付けられている。回転台移動アクチュエータ24が伸縮することで、基台本体21に対して回転台22を軸線C2周りの所望の向きに回転させることができる。
回転台移動アクチュエータ24は本体制御部18に接続されていて、本体制御部18に制御される。
The
The base
The
The
この例では、それぞれの支持部材12は、天面が開口する箱状に形成されている。それぞれの支持部材12は1つの車輪202を支持するが、従来の軌条輪とは異なり、支持部材12は、車輪202を車輪202の軸線周りに回転させる駆動力を作用させることはない。
ここで、支持面22aの上方に支持面22aに対して平行に配置基準面Sを規定し、配置基準面Sに平行であって互いに直交する第一の基準方向Xおよび第二の基準方向Yを規定する。前述の鉛直方向Zは、配置基準面Sに直交する方向、すなわち、第一の基準方向X、第二の基準方向Yにそれぞれ直交する方向となる。
鉛直方向Zに見たときに、それぞれの支持部材12は、第一の基準方向X、第二の基準方向Yに平行な辺を有し、配置基準面S上に設けられた矩形R2の4隅に配置されている。基準軸線C1が第一の基準方向Xと平行になるようにそれぞれの支持部材12に車輪202を支持させたときに、鉛直方向Zに見て、矩形R2は前述の矩形R1に一致するように構成されている。なお、第一の基準方向Xは、鉄道車両における幅方向となり、第二の基準方向Yは、鉄道車両における前後方向となる。
支持部材12は、支持した車輪202との間で第一の基準方向Xおよび第二の基準方向Yにガタつきがないものを用いることが好ましい。
In this example, each
Here, an arrangement reference plane S is defined above the
When viewed in the vertical direction Z, each
It is preferable to use the
支持側6分力測定器13は、自身が設けられた支持部材12が支持する車輪202に作用する力の第一の基準方向X、第二の基準方向Y、および鉛直方向Zの分力、および、第一の基準方向X、第二の基準方向Y、および鉛直方向Z周りのモーメントである6分力を前述の荷重として測定する。このような支持側6分力測定器13としては、公知の6分力ロードセルなどを適宜選択して用いることができる。
車輪202をガタつき無く支持する支持部材12に支持側6分力測定器13を設けることで、車輪202に対して支持側6分力測定器13が滑るのを防止し、車輪202に作用する力を正確に測定することができる。
The
By providing the
それぞれの支持部材12には、支持側移動部14が取り付けられている。
支持側移動部14は、回転台22に対して支持部材12を、支持部材12を通り鉛直方向Zに平行な軸線C3に平行に移動させるとともに軸線C3周りに回転(ヨーイング)させる支持部材上下アクチュエータ27と、第一の基準方向Xに移動させる支持部材左右アクチュエータ28と、第二の基準方向Yに移動させる支持部材前後アクチュエータ29とを備えている。
支持部材上下アクチュエータ27は、回転台22の支持面22aと支持部材12とに接続されている。支持部材左右アクチュエータ28は、回転台22の壁部22cと支持部材12とに接続されている。支持部材前後アクチュエータ29は、回転台22の壁部22bと支持部材12とに接続されている。
アクチュエータ28、29としては、前述の回転台移動アクチュエータ24と同一の構成のものを用いることができる。支持部材上下アクチュエータ27は、例えば、油圧シリンダと電動モータとを組み合わせることで構成することができる。すなわち、電動モータの回転軸を軸線C3上に配置し、この電動モータを駆動することで支持部材12を軸線C3周りに回転させる。
この例では、支持側移動部14は、1つの支持部材12に対して3つのアクチュエータ、すなわち、全部で4つの支持部材12に対して12のアクチュエータを備えている。アクチュエータ27〜29は本体制御部18に接続されていて、本体制御部18に制御される(図3参照。)。
A support-
The support
The support member
As the
In this example, the support
なお、台車200において基準軸線C1上に配置された一対の車輪202は基準軸線C1に対して回転対称となっているため、この車輪202をピッチングさせるためのアクチュエータを備える必要はない。
また、一般的に、台車200の車輪支持バネ203は硬いので、この一対の車輪202のうちの一方を上下させることで、車輪支持バネ203および台車枠201を介して一対の車輪202がローリングすることになる。このため、支持部材上下アクチュエータ27を備えていれば、台車試験装置1に車輪202をローリングさせるための専用のアクチュエータを備える必要はない。
Since the pair of
In general, since the
車体荷重枠16は、鉄道車両の車体に相当する部材である。車体荷重枠16の底面には、バネ部204の各バネ要素204a、204b、204cの他端部が取り付け可能となっている。車体荷重枠16における後述するアクチュエータ35〜38に接続される部分(天面)には、バネ部204に作用する6分力を前述の荷重として測定する枠側6分力測定器(枠側6分力測定部)32が設けられている。
枠側6分力測定器32としては、前述の支持側6分力測定器13と同一のものを用いることができる。
枠側6分力測定器32、および前述の支持側6分力測定器13が測定した6分力は、本体制御部18に送信される(図3参照。)。
The vehicle
As the
The six component forces measured by the frame-side six component
枠側移動部17は、基台本体21に対して車体荷重枠16を、第一の基準方向Xに移動させる枠部材左右アクチュエータ35、36と、鉛直方向Zに移動させるとともに、第二の基準方向Yに平行な軸線周りに回転(ローリング)させる枠部材上下アクチュエータ37、38とを備えている。アクチュエータ35〜38の端部は、基台本体21と車体荷重枠16とにそれぞれ接続されている。
アクチュエータ35〜38としては、前述の回転台移動アクチュエータ24と同一の構成のものを用いることができる。枠部材左右アクチュエータ35、36は、下方に向かうにしたがって互いに離間するように配置されている。枠部材上下アクチュエータ37、38は、それぞれが鉛直方向Zに平行になり、かつ、第一の基準方向Xに並べて配置されている。
枠部材左右アクチュエータ35、36に代えて、第一の基準方向Xに平行に配置され端部が基台本体21と車体荷重枠16とに接続された1つのアクチュエータを用いても基台本体21に対して車体荷重枠16を第一の基準方向Xに移動させることができる。しかし、この例では、車体荷重枠16の動きをより安定させるためにこのような構成としている。
アクチュエータ35〜38は本体制御部18に接続されていて、本体制御部18に制御される(図3参照。)。
The frame
As the
Instead of the frame member left and
The
本体制御部18は、図3に示すように、バス41に接続されたCPU42、記憶部43、および入出力部44を有している。
バス41には、6分力測定器13、32、アクチュエータ24、27〜29、35〜38が接続されている。記憶部43には、シミュレーション部50で算出された変位に基づいて、アクチュエータ24、アクチュエータ27〜29を有する支持側移動部14、およびアクチュエータ35〜38を有する枠側移動部17を駆動させて、それぞれの支持部材12、および車体荷重枠16を介して台車200を移動させるためのプログラムが記憶されている。また、記憶部43には、枠側6分力測定器32による6分力の測定結果を記憶することができる。
CPU42は、6分力測定器13、32が測定した6分力を受信し、バス41を介してシミュレーション部50に送信する。本体部10が起動されたときに、記憶部43から前述のプログラムを読み込む。そして、このプログラムに基づいて、後述するように、シミュレーション部50で算出されたそれぞれの車輪202および車体荷重枠16の軌道上での位置および向きに基づいて、アクチュエータ24、移動部14、17を駆動し、それぞれの車輪202および車体荷重枠16が前記位置および向きに配置されるように変位を与える。
入出力部44は、例えばキーボードや表示パネルである。使用者は表示パネルで本体部10の操作状態を確認しながら、キーボードから指示を入力する。入力された指示はCPU42に送信される。
As illustrated in FIG. 3, the main
6-component
The
The input /
シミュレーション部50は、バス51に接続されたCPU52、記憶部53、および入出力部54を有している。
バス51は、本体制御部18のバス41に接続されている。
記憶部53には、公知のシミュレーションプログラム、および、走行状態を模擬したい台車200の形状、質量、慣性モーメントなどの物性、軌道の形状、摩擦係数などが記憶されている。
CPU52は、シミュレーション部50が起動されたときに記憶部53からプログラムを読み込む。そして、このプログラムに従い、支持側6分力測定器13が所定の基準時刻に測定した車輪202に作用する力6分力、および、枠側6分力測定器32が前記基準時刻に測定した車体荷重枠16に作用する力6分力である荷重に基づいて、台車200が軌道上で走行するときの仮想の走行状態をシミュレーションして、前記基準時刻から一定時間後の軌道上での台車200のうちの車輪202および車体荷重枠16の位置および向き(ヨー角、ロール角、およびピッチ角。)となる変位を算出する。
入出力部54は、入出力部44と同様の構成を用いることができる。使用者はモニタで操作状態を確認しながら、キーボードから、軌道の形状や、シミュレーション条件などの指示を入力する。入力された指示はCPU52に送信され、必要に応じて記憶部53に記憶される。
The
The
The
The
The input /
ここで、シミュレーション部50の記憶部53に記憶されているシミュレーションプログラムについて説明する。
荷重が作用されたときの鉄道車両の車輪や車体(車体荷重枠)などの位置および向きを求めるシミュレーション方法としては、公知の方法を適宜選択して用いることができることは、当業者であれば当然に理解できることである。ここでは、本発明の内容を具体的に説明するために、それらの方法の一例について説明する。
Here, the simulation program memorize | stored in the memory |
A person skilled in the art will naturally understand that a known method can be appropriately selected and used as a simulation method for determining the position and orientation of a wheel of a railway vehicle or a vehicle body (body load frame) when a load is applied. It can be understood. Here, in order to specifically describe the contents of the present invention, an example of those methods will be described.
鉄道車両に関する運動方程式は、例えば、藤本らが示した文献1(「車両運動シミュレーションによる曲線通過特性の解析」、日本機械学会論文集(C編)、平成4年、第58巻、第548号、p73−80。)に示されている。
図4に示すように円曲線中の座標軸をとり、カント面に対してy軸は水平に、z軸は垂直にとる。鉄道車両における車輪、そして車輪が回転可能に支持されている輪軸に関する運動方程式は、(3)式を用いて(1)式および(2)式のようになる。
The equation of motion related to a railway vehicle is, for example, Document 1 ("Analysis of Curve Passing Characteristics by Vehicle Motion Simulation", Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers (C), 1992, Vol. 58, No. 548. P73-80.).
As shown in FIG. 4, the coordinate axis in the circular curve is taken, and the y-axis is horizontal and the z-axis is perpendicular to the cant plane. The equations of motion relating to the wheels in the railway vehicle and the wheel shafts on which the wheels are rotatably supported are expressed by equations (1) and (2) using equation (3).
ただし、i=1を前軸、i=2を後軸、j=1を前台車、j=2を後台車、複号は前軸が負、後軸が正とし、以下のように記号を定義している。すなわち、輪軸の質量をmw、輪軸のヨー慣性モーメントをJwz、1軸当たりの台車が輪軸を支持する左右支持減衰定数をC1y、1軸当たりの台車枠が輪軸を支持する前後支持減衰定数をC1x、1軸当たりの台車枠が輪軸を支持する左右支持剛性をk1y、1軸当たりの台車枠が輪軸を支持する前後支持剛性をk1x、台車枠重心から輪軸(軸箱左右支点ばね作用点)高さ差をh1、輪軸の重心と台車枠の重心との前後の距離をa、一対の車輪が軌条輪に接触する左右間隔を2d、輪軸中心から左右の一方の車輪の接触点までの距離をb1ij、輪軸中心から左右の他方の車輪の接触点までの距離をb2ij、左右の一方の車輪の横圧をQ1ij、x軸の他方の車輪の横圧をQ2ij、左右の一方の車輪の前後の接線力をF1ij、左右の他方の車輪の前後の接線力をF2ij、輪軸の左右変位をywij、台車枠の左右方向の変位をyij、台車枠のy軸方向の変位をyij、台車枠のロール角度をφij、台車枠のヨー角度をψij、輪軸のヨー角度をψwij、水準狂い角度をφ0ij、走行速度をv、カント角をθ、重量定数をgとする。
なお、軌道が曲線状の場合には、一方を内側、他方を外側とする。
However, i = 1 is the front axle, i = 2 is the rear axle, j = 1 is the front carriage, j = 2 is the rear carriage, and the compound number is the front axle is negative and the rear axle is positive. Defined. That is, the mass of the wheel shaft is m w , the yaw moment of inertia of the wheel shaft is J wz , the left-right support damping constant for supporting the wheel shaft by the bogie per axis is C 1y , and the longitudinal support damping for which the bogie frame per shaft supports the wheel shaft The constant is C 1x , the left and right support rigidity that the bogie frame per axis supports the wheel axis is k 1y , the front and rear support rigidity that the bogie frame per axis supports the wheel axis is k 1x , The fulcrum spring action point) the height difference is h 1 , the distance between the center of gravity of the wheel axle and the center of gravity of the carriage frame is a, the distance between the pair of wheels contacting the rail wheel is 2d, and one wheel on the left and right from the center of the axle B 1ij , the distance from the wheel center to the contact point of the other wheel on the left and right, b 2ij , the lateral pressure of one wheel on the left and right is Q 1ij , and the lateral pressure on the other wheel on the x-axis Q 2ij , tangential force before and after one of the left and right wheels F 1ij , the tangential force of the front and rear of the left and right wheels F 2ij , the wheel shaft's left and right displacement y wij , the left and right displacement of the carriage frame y ij , the displacement of the carriage frame in the y axis direction y ij , and the carriage The roll angle of the frame is φ ij , the yaw angle of the bogie frame is ψ ij , the yaw angle of the wheel shaft is ψ wij , the level deviation angle is φ 0ij , the travel speed is v, the cant angle is θ, and the weight constant is g.
When the trajectory is curved, one is the inside and the other is the outside.
(1)式および(2)式は輪軸の運動方程式であるが、ここで、車輪202〜軌道間の力である横圧Q1ij、Q2ij、接線力F1ij、F2ij(以下、「横圧Q1ij等」と総称する。)を計算する手順について説明する。輪軸に働く力のうち、横圧Q1ij等以外の力は、支持側6分力測定器13における6分力の測定値から求めることができる。
図5は、横圧および接線力を計算する手順を示すフローチャートである。
Equations (1) and (2) are equations of motion of the wheel axis. Here, lateral pressures Q 1ij and Q 2ij , which are forces between the
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for calculating the lateral pressure and the tangential force.
図5に示すステップS10において、車輪202と軌道とのある時点(基準時刻)での変位量と、車輪202と軌道断面の幾何学的形状(以上は、全てシミュレーション部50内で求められる。)によって、接触点および接触角が決定するので、これを求める。すると、接触点での車輪202、軌道双方の曲率半径が、予めシミュレーション部50の記憶部53に記憶された車輪202および軌道の断面形状から求まる。求められた曲率半径を下記のように規定する。
Rwx:接触点における車輪202の前後方向の曲率半径。
Rwy:接触点における車輪202の左右方向の曲率半径。
Rrx:接触点における軌道の前後方向の曲率半径。
Rry:接触点における軌道の左右方向の曲率半径。
なお、前後方向の位置により軌道の断面形状が変化する場合には、各瞬間の軌道の断面形状を考慮すればよい。これにより、車輪202や軌道の摩耗の状況を模擬することができる。
In step S10 shown in FIG. 5, the displacement amount at a certain point in time (reference time) between the
R wx : the radius of curvature of the
R wy : the radius of curvature of the
R rx : radius of curvature in the front-rear direction of the track at the contact point.
R ry : radius of curvature of the trajectory in the left-right direction at the contact point.
When the cross-sectional shape of the track changes depending on the position in the front-rear direction, the cross-sectional shape of the track at each moment may be taken into consideration. Thereby, it is possible to simulate the state of wear of the
次に、ステップS20において、車輪202と軌道とが1点で接触する場合、6分力測定器13、32の測定値と、ステップS10で求められた接触角とから、接触点に働く法線力を求める。
なお、例えば、分岐器のように車輪と軌道とが2点以上で接触する場合は、この条件だけでは法線力が求められないため、例えば、石田らが示した文献2(「鉄道車両の高周波輪重変動下における走行安全性評価に関する研究」、日本機械学会論文集(C編)、平成17年、第71巻、第702号、p100−107。)に示された方法によって、法線力を求める。
Next, in step S20, when the
For example, when the wheel and the track contact at two or more points like a branching device, the normal force cannot be obtained only by this condition. For example, Reference 2 (“Railway Vehicle According to the method shown in "Study on driving safety evaluation under high-frequency wheel load fluctuation", The Japan Society of Mechanical Engineers papers (C), 2005, Vol. 71, No. 702, p100-107.) Seeking power.
続いて、ステップS30において、以下の手順でクリープ力を算出する。
まず、接触点においてHeltzの弾性接触を仮定すると、接触楕円の長径の半分a、および短径の半分bは、(4)式で求められる。
Subsequently, in step S30, the creep force is calculated according to the following procedure.
First, assuming a Heltz elastic contact at the contact point, the major axis half a and the minor axis half b of the contact ellipse can be obtained by equation (4).
ただし、車輪202および軌道の縦弾性係数をE、車輪202および軌道のポアソン比をν、接触面に働く法線方向の力をNとし、さらに、(5)式および(6)式で定義されたA、B、そして(7)式により定まるηを用いて、図6の線図からm、nが定まる。m、nが定まると、(4)式からa、bも定まる。
Where the longitudinal elastic modulus of the
次に、クリープ率を定義するために、下記および図7に示すように記号を定義する。
走行速度をv、軌道の通り不整をyR、輪軸の幅方向の変位y、輪軸のヨー角変位をψ、輪軸のロール角度変位をφ、中立位置での車輪の半径をr0、中立位置での接触点の幅方向の間隔の半分をd0、一方の車輪の接触点での半径をr1、他方の車輪の接触点での半径をr2、一方の車輪の接触点での接触角をα1、他方の車輪の接触点での接触角をα2とする。
そして、図7に示すように、通り不整yRと幅方向の変位yとにより、接触点がA、BからA’、B’に移動し、車輪の半径がr0からr1、r2となり、接触点勾配がα0からα1、α2となり、車輪のロール角度が0からφとなったとする。
このとき、(8)式から(13)式に示すようにクリープ率が求められる。なお、x軸方向(前後)のクリープ率について、一方の車輪における値をν12、他方の車輪における値をν11、y軸方向(左右)のクリープ率について、一方の車輪における値をν22、他方の車輪における値をν21、スピンクリープ率について、一方の車輪における値をω32、他方の車輪における値をω31とする。
Next, in order to define the creep rate, symbols are defined as shown below and as shown in FIG.
The running speed is v, the track irregularity is y R , the wheel shaft width direction displacement y, the wheel shaft yaw angle displacement is ψ, the wheel shaft roll angle displacement is φ, the wheel radius at the neutral position is r 0 , and the neutral position Half of the distance in the width direction of the contact point at d 0 , the radius at the contact point of one wheel is r 1 , the radius at the contact point of the other wheel is r 2 , the contact at the contact point of one wheel The angle is α 1 , and the contact angle at the contact point of the other wheel is α 2 .
Then, as shown in FIG. 7, the contact point moves from A and B to A ′ and B ′ due to the irregular y R and the displacement y in the width direction, and the radius of the wheel changes from r 0 to r 1 and r 2. Thus, the contact point gradient is changed from α 0 to α 1 and α 2 and the wheel roll angle is changed from 0 to φ.
At this time, the creep rate is obtained as shown in equations (8) to (13). For the creep rate in the x-axis direction (front and rear), the value at one wheel is ν 12 , the value at the other wheel is ν 11 , and the creep rate in the y-axis direction (left and right) is ν 22. The value at the other wheel is ν 21 , the spin creep rate is ω 32 at one wheel, and ω 31 at the other wheel.
一般的によく使用されるのは、これらのクリープ率と接触楕円(車輪と軌道とが接触する接触楕円。)の径a、b、法線力N、車輪と軌道との摩擦係数μとから、FASTSIM(Kalker.J.J: A Fast Algorithm for the Simplified Theory of Rolling Contact, Vehicle System Dynamics ,11,pp.1-13,1982)と呼ばれるプログラムによって、クリープ力(縦クリープ力、横クリープ力)を求める方法である。
FASTSIM以外による方法としては、文献3(日本機械学会:鉄道車両のダイナミクス、電気車研究会、平成6年)に記載されている方法などがある。
なお、車輪と軌道とが2点以上で接触する場合は、それぞれの接触点でクリープ力を足し合わせればよい。
In general, these creep rates and the diameters a and b of the contact ellipse (the contact ellipse where the wheel and the track are in contact), the normal force N, and the friction coefficient μ between the wheel and the track are commonly used. , FASTSIM (Kalker.JJ: A Fast Algorithm for the Simplified Theory of Rolling Contact, Vehicle System Dynamics, 11, pp. 1-13, 1982) is used to determine the creep force (vertical creep force, lateral creep force). Is the method.
As a method other than FASTSIM, there is a method described in Reference 3 (Mechanical Society of Japan: Railway Vehicle Dynamics, Electric Vehicle Research Society, 1994).
In addition, what is necessary is just to add creep force in each contact point, when a wheel and a track | truck contact at two or more points.
ここで求められたクリープ力と、目的である横圧Q1ij等との関係は、図8および図9に示した通りである。図8および図9には軌道R10を示していて、縦クリープ力は、紙面に垂直方向、すなわち、軌道R10の長手方向に作用する力となる。
図8で横クリープ力と法線力とを合成することで求めた合力Rを、図9に示すように鉛直、水平方向に分解すると、横圧Q1ij、Q2ijが求まる。さらに、接線力F1ij、F2ijは縦クリープ力と一致する(図8参照。)。
以上の手順をそれぞれの車輪202に対して行うことにより、各車輪202に対する横圧Q1ij等が求まる。
The relationship between the creep force determined here and the target lateral pressure Q 1ij or the like is as shown in FIGS. 8 and 9 show the track R10, and the vertical creep force is a force acting in the direction perpendicular to the paper surface, that is, the longitudinal direction of the track R10.
When the resultant force R obtained by combining the lateral creep force and the normal force in FIG. 8 is decomposed in the vertical and horizontal directions as shown in FIG. 9, the lateral pressures Q 1ij and Q 2ij are obtained. Furthermore, the tangential forces F 1ij and F 2ij coincide with the longitudinal creep force (see FIG. 8).
By performing the above procedure for each
また、前述の文献1によれば、鉄道車両の車体についての左右方向、ヨー、ロールに関する運動方程式は、(17)式を用いて(14)式から(16)式のように表される。
Moreover, according to the above-mentioned
ただし、i=1を前軸、i=2を後軸、j=1を前台車、j=2を後台車、複号は前台車が正、後台車が負とし、(1)式および(2)式で定義した記号に加えて、以下のように記号を定義している。
すなわち、車体の重心位置での左右変位をyb、車体のヨー角変位をψb、車体のロール角変位、輪軸のロール角変位をφb、φwij、空気ばねの絞り減衰作用部上面と台車枠間の相対ロール角変位をφsj、車体、台車枠の質量をmb、mt、1軸当たりの軸箱上下支持剛性をk1z、空気ばね1個当たりの前後、左右、上下剛性、有効受圧面積変化に相当する上下剛性をk2x、k2y、k2、k3、1輪軸当たりの軸箱上下支持減衰定数をC1z、1台車枠当たりの左右動ダンパの減衰定数を2C2y、車体、台車枠のヨーイング慣性モーメントをJbz、Jtz、車体、台車枠のローリング慣性モーメントをJbx、Jtx、軸ばね、空気ばねの左右間隔を2b1、2b2、台車枠の中心間距離を2a、台車枠の重心から空気ばね中心、左右動ダンパ中心までの高さをh2、h2d、空気ばね中心、左右動ダンパ中心から車体重心までの高さをh3、h3d、台車の重心から振り子ばり中心までの距離(高さ)をh4、台車枠の旋回モーメントをMtj、振り子ばりのロール傾斜角をφp、振り子ばりの中心から振り子中心までの距離(高さ)をhpとする。
However, i = 1 is the front axle, i = 2 is the rear axle, j = 1 is the front carriage, j = 2 is the rear carriage, and the compound number is positive for the front carriage and negative for the rear carriage. 2) In addition to the symbols defined in the equation, symbols are defined as follows.
That is, the lateral displacement at the center of gravity of the vehicle body is y b , the vehicle body yaw angle displacement is ψ b , the vehicle body roll angle displacement, and the wheel shaft roll angle displacement is φ b , φ wij , The relative roll angle displacement between the bogie frames is φ sj , the mass of the vehicle body and the bogie frame is m b , m t , the axle box vertical support rigidity per axis is k 1z , the front and rear, left and right, vertical rigidity per air spring , The vertical rigidity corresponding to the change in effective pressure receiving area is k 2x , k 2y , k 2 , k 3 , the axle box vertical support damping constant per wheel axis is C 1z , and the left-right damper damping constant per bogie frame is 2C 2y , the yawing inertia moment of the vehicle body and the bogie frame is J bz , J tz , the rolling inertia moment of the vehicle body and the bogie frame is J bx , J tx , the left and right intervals of the shaft spring and the air spring are 2b 1 , 2b 2 , Center distance is 2a, Air spring center from the center of gravity of the vehicle frame, h 2 a height to lateral movement damper center, h 2d, the air spring center, left and right movement of the height from the damper center to the vehicle center of gravity h 3, h 3d, the pendulum from the center of gravity of the carriage The distance (height) to the beam center is h 4 , the turning moment of the bogie frame is M tj , the roll tilt angle of the pendulum beam is φ p , and the distance (height) from the center of the pendulum beam to the pendulum center is h p To do.
次に、ステップS40において、求めた横圧Q1ij等や枠側6分力測定器32が測定した6分力を(1)式および(2)式に代入し、数値積分を行う。
このように、6分力測定器13、32が6分力を測定した基準時刻に対し、6分力測定器13、32で測定された6分力に基づいて、シミュレーション部50では、基準時刻から一定時間後の車輪202および車体荷重枠16の軌道上での位置および向きを前述の変位として算出する。
一定時間(刻み時間)としては、シミュレーションの精度を向上させるためには短く設定することが望ましいが、一定時間が短いほどシミュレーションに要する時間が長くなる。このため、一定時間は、CPU52の処理能力、シミュレーションモデルの大きさなどに応じて、例えば、0.1〜数秒程度に設定する。
Next, in step S40, the obtained lateral pressure Q 1ij or the like and the 6 component force measured by the
As described above, the
The fixed time (step time) is preferably set to be short in order to improve the accuracy of the simulation. However, the shorter the fixed time, the longer the time required for the simulation. For this reason, the fixed time is set to, for example, about 0.1 to several seconds according to the processing capability of the
なお、枠側6分力測定器32は、測定された6分力から車体荷重枠16に働く重力および慣性力を引くことで、バネ部204に作用する6分力を求めることができる。車体荷重枠16に働く重力は、車体荷重枠16が静止しているときの枠側6分力測定器32の測定値から求めることができる。車体荷重枠16に働く慣性力は、車体荷重枠16の加速度と車体荷重枠16の質量から求めることができる。車体荷重枠16の加速度はアクチュエータ35〜38の変位量から、車体荷重枠16の質量は車体荷重枠16が静止しているときの枠側6分力測定器32の測定値から求めることができる。
The frame-
次に、以上のように構成された台車試験装置1の動作について説明する。以下では、軌道が直線状に形成された基本レールのみからなる場合について説明する。
使用者は、供試体となる台車200を選択する。
本体部10を起動すると、CPU42は、記憶部43に記憶された支持部材12および車体荷重枠16を移動させるためのプログラムを読み込む。
シミュレーション部50を起動すると、CPU52は、記憶部53に記憶されたシミュレーションプログラムを読み込む。使用者は、必要に応じて入出力部54から、模擬させたい軌道の形状などを入力する。
本体部10の支持部材12に、台車200の各車輪202を取り付け、車体荷重枠16の底面に各バネ要素204a、204b、204cの他端部を取り付ける。
Next, operation | movement of the trolley |
The user selects the
When the
When the
The
入出力部44を操作して台車試験装置1による模擬を開始させると、本体部10は、基準時刻において以下の6分力測定工程を行う。6分力測定工程では、支持側6分力測定器13によりそれぞれの車輪202に作用する6分力を測定するとともに、枠側6分力測定器32によりバネ部204に作用する6分力を測定する。CPU42は、これら測定した6分力の値を、シミュレーション部50のCPU52に送信する。
6分力の測定値が送信されたシミュレーション部50では、前述のステップS10からS40で構成される変位算出工程を行う。このとき、運動方程式を解くことで、基準時刻から一定時間後におけるそれぞれの車輪202および車体荷重枠16の軌道上での位置および向きを算出する。CPU52は、これらの算出結果を本体部10のCPU42に送信する。
When the input /
In the
車輪202および車体荷重枠16の軌道上での位置および向きの算出結果が送信されたCPU42は、以下の台車移動工程を行う。すなわち、移動部14、17を駆動して、基準時刻から一定時間後においてそれぞれの車輪202および車体荷重枠16が送信された位置および向きに配置されるように移動させる(車輪202および車体荷重枠16に変位を与える)。
これと同時に、すなわち、この一定時間後において、CPU42は6分力測定工程を行う。
The
At the same time, that is, after this predetermined time, the
すなわち、6分力測定工程、変位算出工程、および台車移動工程を組みにした工程を一定時間ごとに繰り返す。これにより、記憶部53に記憶された直線状の軌道上を走行する台車200の走行状態が模擬される。
軌道上の所定の長さ分の模擬が終了したら、必要な情報を記憶部43に記憶し、本体部10、シミュレーション部50の運転を終了する。
That is, a process combining the 6-component force measurement process, the displacement calculation process, and the cart movement process is repeated at regular intervals. As a result, the traveling state of the
When the simulation for a predetermined length on the track is completed, necessary information is stored in the
以上説明したように、本実施形態の台車試験装置1によれば、記憶部53に記憶されたシミュレーションプログラムにより、車輪202と軌道との摩擦係数や、車輪202や軌道の摩耗の状況を考慮したシミュレーションを行うことで、摩擦や磨耗の状況に応じて台車200の軌道上での走行状態を、支持部材12上で模擬することができる。分岐器が設けられている場合など、軌道の断面形状が変化する場合でも、台車200の走行状態を模擬することができる。
供試体である台車200の各車輪202に作用する6分力を支持側6分力測定器13で測定することで、車輪202に作用する力を全て把握し、車輪202の位置および向きを正確に算出することができる。同様に、車体荷重枠16に作用する6分力を枠側6分力測定器32で測定することで、車体荷重枠16に作用する力を全て把握し、車体荷重枠16の位置および向きを正確に算出することができる。
支持側移動部14は、各回転台22を第一の基準方向X、第二の基準方向Y、および鉛直方向Zに移動させるとともに軸線C3周りに回転(ヨーイング)させる構成となっている。したがって、支持側移動部14に回転台22をピッチングやローリングさせる構成を備えていない。これにより、支持側移動部14が大型化するのを抑制することができる。
また、従来の試験装置のように軌条輪を用いることなく、台車試験装置1の構成を簡単にすることができる。
As described above, according to the
By measuring the 6-component force acting on each
The support
Moreover, the structure of the
6分力測定工程、変位算出工程、および台車移動工程を組みにした工程を一定時間ごとに繰り返すことで、より長い軌道上を走行する台車200の仮想の走行状態を模擬することができる。
By repeating the process of combining the 6-component force measurement process, the displacement calculation process, and the carriage moving process at regular intervals, it is possible to simulate the virtual running state of the
なお、軌道が曲線状に形成された基本レールを含む場合は、シミュレーション部50のCPU52は、記憶部53に記憶された曲がった軌道の形状を用いてシミュレーションを行う。
一方で、本体制御部18のCPU42は、軌道の形状に応じてアクチュエータ24を駆動し、図10に示すように、回転台22および支持部材12を介して台車200の4つの車輪202を軸線C2周りに回転させる。基台本体21に取り付けられた車体荷重枠16に対して回転台22を回転させることで、車体荷重枠16に対する台車枠201のヨーイング方向の可動範囲が大きく取れるようになる。
When the track includes a basic rail formed in a curved shape, the
On the other hand, the
アクチュエータ24を駆動して回転台22を回転させることで、軌道が曲線状であっても、台車200の軌道上の仮想の走行状態を模擬し、曲線通過に伴う台車200のボギー角(車体荷重枠16と台車200との相対ヨー角。)を再現することができる。
このように、軌道が直線状、曲線状であるかを問わず、様々な形状の軌道に対して台車200の挙動を模擬することが可能となるため、台車200の総合的な性能を短期間で調べることができ、台車開発の効率化に役立つ。また、さまざまな要因が競合して発生する競合脱線の解明にも資することができる。
本台車試験装置1では、車体荷重枠16の絶対的な左右、前後、ヨー方向の変位を実現することはできないが、これらの変位が台車200の運動に与える影響は、図10に示すように、車体荷重枠16と車輪202との間の相対的な左右変位、前後変位、ヨー角変位を再現することで評価することができる。これらの変位は、回転台移動アクチュエータ24および支持側移動部14によって再現することができる。これによって車体荷重枠16に必要な運動の自由度を削減することができ、台車試験装置1の構成の簡素化を図ることができる。
By driving the
In this way, regardless of whether the track is linear or curved, it is possible to simulate the behavior of the
In the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更なども含まれる。
たとえば、図11に示すように、軌道R10上を走行する鉄道車両250(後述する台車200Aに車体を取り付けたものに相当する。)には、鉄道車両250に対する重力G1以外に、遠心力G2が作用する。このため、台車試験装置1において曲線通過を模擬する場合は、台車に遠心力を付与しなければならない。
本台車試験装置1においては、前述の遠心力を付与するために、以下の手順をとる。なお、以下では、一対の車輪202が輪軸205周りに回転可能に支持された台車200Aが供試体である場合で説明する。
すなわち、模擬対象となる鉄道車両250の実走行条件で働く遠心力をシミュレーションなどにより求めておく。なお、この遠心力が作用する方向は、車輪202、台車枠201、車体のそれぞれに対して全て同一方向となる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The change of the structure of the range which does not deviate from the summary of this invention, etc. are included.
For example, as shown in FIG. 11, a
In this
That is, the centrifugal force that works under the actual traveling conditions of the
次に、台車試験装置1において試験を行う際には、図12に示すように、本体制御部18は、支持側移動部14により支持部材12を上下させて、各支持部材12が配置される配置基準面Sが水平面S2に対して(18)式により求められる角度φをなすように移動させる。
Next, when performing a test in the
台車200Aには、前述の重力G1が作用する。重力G1の配置基準面Sに直交する方向への分力は分力G5となり、矩形R1に平行な方向への分力は分力G6となる。
この状態で、台車試験装置1を動作させると、分力G6の大きさと前述の遠心力G2の大きさが等しくなる。一方、分力G5の大きさと重力G1の大きさとが異なるため、輪重および横圧(図9参照。)が実走行条件と模擬試験とで異なるものとなる。しかしながら、図12における重力G1の大きさと図11における重力G1の大きさとは等しいため、分力G5の大きさをcosφで除した値が重力G1の大きさとなる。
シミュレーション部50は、測定された分力G5の値に代えて、この分力G5の値をcosφで除した値を用いる補正をすることで、重力G1の大きさを実走行条件と同一にして、鉄道車両250に遠心力G2が作用する状態を、より正確にシミュレーションすることができる。
The aforementioned gravity G1 acts on the
When the
The
これに対して、前述の非特許文献2に記載された従来の試験装置では、軌条輪という比較的重い部材を用いているために、本変形例のように台車試験装置1を傾けることが簡単にはできない。さらに、軌条輪を用いた試験では、輪重が変化することによるクリープ力の変化を補償する手段がないという問題がある。
On the other hand, in the conventional test apparatus described in
前記実施形態では、曲がった軌道の走行状態を模擬しない場合には、回転台22およびアクチュエータ24は備えられなくてもよい。このように構成することで、台車試験装置の製造に要するコストを低減させることができる。
台車試験装置1は、台車200以外にも、輪軸205を備える台車200Aなどを供試体として、走行状態を模擬する試験を行うことができる。
In the embodiment, when the traveling state of the curved track is not simulated, the
In addition to the
1 台車試験装置
10 本体部
11 基台
12 支持部材
13 支持側6分力測定器(支持側6分力測定部)
14 支持側移動部
16 車体荷重枠(枠部材)
17 枠側移動部
18 本体制御部
21 基台本体
22 回転台
22a 支持面
24 回転台移動アクチュエータ(回転台移動部)
32 枠側6分力測定器(枠側6分力測定部)
50 シミュレーション部
200、200A 台車
201 台車枠
202 車輪
204 バネ部
C1 基準軸線
C2 軸線
S 配置基準面
S2 水平面
R10 軌道
X 第一の基準方向
Y 第二の基準方向
Z 鉛直方向(直交方向)
DESCRIPTION OF
14 Support
17 Frame
32
50
Claims (4)
前記台車を支持し、前記台車に変位を与えるとともに前記車輪に作用する荷重を測定する本体部と、
測定された前記荷重に基づいて、前記台車が前記軌道上で走行するときの仮想の走行状態をシミュレーションして前記変位を算出するシミュレーション部と、
を備え、
前記本体部は、
基台と、
前記基台に設けられた支持面の上方に配置基準面を設定し、前記配置基準面に平行であって互いに直交する第一の基準方向および第二の基準方向を規定し、前記配置基準面に直交する方向から見たときに、前記第一の基準方向、前記第二の基準方向に平行な辺を有し前記配置基準面上に設けられた矩形の4隅に配置され、前記基準軸線が前記第一の基準方向と平行になるように前記車輪を支持する4つの支持部材と、
前記配置基準面に直交する直交方向を規定したときに、それぞれの前記支持部材に支持される前記車輪に作用する力の前記第一の基準方向、前記第二の基準方向、および前記直交方向の分力およびモーメントである6分力を前記荷重として測定する4つの支持側6分力測定部と、
前記基台に設けられ、それぞれの前記支持部材を、前記第一の基準方向、前記第二の基準方向、および前記直交方向に移動させるとともに、前記直交方向に平行な軸線周りにそれぞれ回転させる支持側移動部と、
前記台車枠に設けられたバネ部に取り付け可能とされ、前記バネ部に作用する前記6分力を前記荷重として測定する枠側6分力測定部が設けられた枠部材と、
前記基台に設けられ、前記枠部材を前記第一の基準方向および前記直交方向に移動させるとともに、前記第二の基準方向に平行な軸線周りに回転させる枠側移動部と、
前記支持側移動部および前記枠側移動部を制御する本体制御部と、
を有し、
前記シミュレーション部は、
それぞれの前記支持側6分力測定部で前記6分力が測定され、かつ、前記枠側6分力測定部で前記6分力が測定された基準時刻から一定時間後のそれぞれの前記車輪および前記枠部材の前記軌道上での位置および向きを、前記基準時刻において前記支持側6分力測定部により測定された前記6分力、および前記枠側6分力測定部により測定された前記6分力に基づいて算出し、
前記本体制御部は、前記シミュレーション部で算出されたそれぞれの前記車輪および前記枠部材の前記位置および前記向きに基づいて、前記支持側移動部および前記枠側移動部を駆動させて、前記基準時刻から前記一定時間後に、それぞれの前記車輪および前記枠部材が前記位置および前記向きに配置されるように前記変位を与えることを特徴とする台車試験装置。 A truck testing device for simulating a running state on a track of a carriage in which four wheels are rotatably supported around an axis parallel to a reference axis with respect to the carriage frame,
A main body that supports the carriage, applies displacement to the carriage and measures a load acting on the wheel;
Based on the measured load, a simulation unit that calculates a displacement by simulating a virtual traveling state when the carriage travels on the track;
With
The body part is
The base,
An arrangement reference plane is set above a support surface provided on the base, a first reference direction and a second reference direction that are parallel to the arrangement reference plane and orthogonal to each other are defined, and the arrangement reference plane When viewed from a direction orthogonal to the first reference direction, the reference axis is arranged at four corners of a rectangle having sides parallel to the first reference direction and the second reference direction and provided on the arrangement reference plane. Four support members for supporting the wheel such that is parallel to the first reference direction;
When the orthogonal direction orthogonal to the arrangement reference plane is defined, the first reference direction, the second reference direction, and the orthogonal direction of the force acting on the wheel supported by each of the support members 4 support side 6 component force measuring units for measuring 6 component forces, which are component force and moment, as the load;
Supports provided on the base and configured to move the support members in the first reference direction, the second reference direction, and the orthogonal direction, and to rotate around an axis parallel to the orthogonal direction. A side moving part;
A frame member provided with a frame-side six component force measurement unit that is attachable to a spring portion provided in the carriage frame and measures the six component forces acting on the spring portion as the load;
A frame-side moving unit that is provided on the base and moves the frame member in the first reference direction and the orthogonal direction, and rotates around an axis parallel to the second reference direction;
A main body control unit for controlling the support side moving unit and the frame side moving unit;
Have
The simulation unit
Each of the wheels after a predetermined time from the reference time at which the 6-component force is measured by each of the support-side 6-component force measuring units and the 6-component force is measured by the frame-side 6-component force measuring unit The position and orientation of the frame member on the track are measured by the 6-component force measured by the support-side 6-component force measuring unit at the reference time and the 6-component force measured by the frame-side 6-component force measuring unit. Calculate based on component force,
The main body control unit drives the support-side moving unit and the frame-side moving unit based on the positions and the orientations of the wheels and the frame member calculated by the simulation unit, and the reference time The cart test apparatus is characterized in that the displacement is applied so that the wheels and the frame member are arranged in the position and the direction after the predetermined time.
基台本体と、
上部に前記支持面が設けられ、前記基台本体に対して前記直交方向に平行な軸線周りに回転可能に支持された回転台と、
を有し、
前記基台本体に対して前記回転台を回転させる回転台移動部を備え、
前記本体制御部は、前記回転台移動部を制御することを特徴とする請求項1に記載の台車試験装置。 The base is
The base body,
A rotating table provided with an upper surface and supported rotatably about an axis parallel to the orthogonal direction with respect to the base body;
Have
A turntable moving unit that rotates the turntable relative to the base body;
The cart test apparatus according to claim 1, wherein the main body control unit controls the turntable moving unit.
前記支持側移動部により前記配置基準面が水平面に対して角度φをなすように4つの前記支持部材を移動させ、
前記シミュレーション部は、測定された前記配置基準面に直交する方向の前記分力の値に代えて、前記分力の値をcosφで除した値を用いることを特徴とする請求項1または2に記載の台車試験装置。 The main body control unit
The four support members are moved by the support side moving unit so that the arrangement reference plane forms an angle φ with respect to a horizontal plane,
The said simulation part uses the value which remove | divided the value of the said component force by cos (phi) instead of the value of the said component force of the direction orthogonal to the said arrangement | positioning reference plane measured. The trolley testing device described.
前記本体制御部が、前記シミュレーション部で算出されたそれぞれの前記車輪および前記枠部材の前記位置および前記向きに基づいて、前記支持側移動部および前記枠側移動部を駆動させて、それぞれの前記車輪および前記枠部材が前記位置および前記向きに配置されるように前記変位を与えることと、
を組みにして前記一定時間ごとに繰り返すことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の台車試験装置。 Based on the six component forces measured by the support side six component force measuring unit and the six component forces measured by the frame side six component force measuring unit, the simulation unit is configured to use the wheels and the frames. Calculating the position and orientation of the member on the orbit,
The main body control unit drives the support side moving unit and the frame side moving unit based on the positions and the orientations of the wheels and the frame members calculated by the simulation unit, and Providing the displacement so that the wheel and the frame member are arranged in the position and the orientation;
The cart testing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the cart is repeated every predetermined time.
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