JP2015209037A - 車輪内面距離測定軌道 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で測定効率を向上させることで、測定にかかる手間や時間を短縮することができる。【解決手段】軌間を拡大させた拡大軌道部３Ａ、及び縮小させた縮小軌道部３Ｂが連続的に配置された走行レール３と、拡大軌道部３Ａに沿う軌間側に、及び縮小軌道部３Ｂに沿う軌間外側に設けられたガイドレール４と、走行レール３を転動する車輪２の軌間方向Ｘの変位を非接触で測定する車輪変位測定部５と、車輪２の軌間方向Ｘにかかる負荷横圧を測定する負荷横圧測定部６と、を備えた構成の車輪内面距離測定軌道１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の車輪の内面距離を測定するための車輪内面距離測定軌道に関する。

従来、鉄道車両台車の検査として、車輪内面距離の測定を行う方法が知られている。車輪内面距離には管理基準が設けられており、定められた範囲内に設定されていることを確認する必要がある。一般的には、棒状の測定尺（車輪内面距離測定器）を用いて車輪内面距離を計測している。
また、従来方法に加えて、鉄道車両の輪軸に対してレーザ光により非接触計測する方法が、例えば特許文献１に記載されている。

また、他の方法として、車輪のフランジ側及び反フランジ側から外力を負荷した状態、つまり車輪内面距離が拡大する方向、及び縮小する方向の負荷を与えた状態において車輪内面距離を測定する方法も行われている。
例えば、図６（ａ）に示す測定器１０を用い、車輪１１の反フランジ側から外力を負荷した状態、つまり車輪内面距離が縮小する方向の負荷を与えた状態における車輪内面距離測定では、各輪軸１２についてロードセル１３及び油圧ジャッキ１４を備えた特殊な治具を取り付けて負荷横圧を段階的に変化させ、それぞれの横圧に対応する車輪内面距離の測定を行っている。
また、図６（ｂ）の測定器１０は、軌間内側から油圧ジャッキ１４を使用して車輪内面距離を拡大する構成となっている。

特開２００３−２４０５１６号公報

しかしながら、従来の車輪内面距離の測定方法では、以下のような問題があった。
すなわち、図６に示す測定器１０を使用する場合には、輪軸１２毎にロードセル１３及び油圧ジャッキ１４を備えた特殊な治具を取り付けてから測定するため、その治具の取り付け、取り外しに手間と時間がかかり、測定も手動で行うことから、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構造で測定効率を向上させることで、測定にかかる手間や時間を短縮することができる車輪内面距離測定軌道を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る車輪内面距離測定軌道では、鉄道車両の車輪の内面距離を測定するための車輪内面距離測定軌道であって、軌間を拡大させた拡大軌道部、及び縮小させた縮小軌道部が連続的に配置された走行レールと、前記拡大軌道部に沿う軌間方向で軌間内側、及び前記縮小軌道部に沿う軌間方向で軌間外側に設けられたガイドレールと、前記走行レールの前記拡大軌道部及び縮小軌道部を転動する前記車輪の軌間方向の変位を非接触で測定する車輪変位測定部と、車輪の軌間方向にかかる負荷横圧を測定する負荷横圧測定部と、を備えていることを特徴としている。

本発明の車輪内面距離測定軌道によれば、拡大軌道部を通過する車輪のフランジ側（軌間内側から軌間外側）に向けてガイドレールより外向きの横圧が付与され、縮小軌道部を通過する車輪の反フランジ側（軌間外側から軌間内側）に向けて走行レールより内向きの横圧が付与される。このときの横圧による強制的に外力が負荷された車輪の内面距離を車輪変位測定部によって非接触で測定することで、実際の走行時と同様の力を車輪が受けた場合の車輪内面距離を確認することができる。また、このとき車輪に発生した力を負荷横圧測定部によって測定することで、車輪が受ける横圧を確認することができる。そのため、車輪が管理基準値を満たすか否かを判定し、鉄道車両台車の健全性を評価することができる。したがって、予め拡大軌道部及び縮小軌道部の走行レールを実際の分岐等の最も厳しい条件に設定しておくことで、その際の車輪の内面距離と負荷横圧を確認することができる。

しかも拡大軌道部と縮小軌道部とが本願発明の車輪内面距離測定軌道における走行レール上で連続的に配置されているので、走行レールに沿って走行させる鉄道車両の車輪を非接触の車輪変位測定部によって容易に且つ短時間で測定することができる。
このように、従来のような油圧ジャッキ等の外力を付与するための特殊な治具が不要になるとともに、測定尺等の必要もないので、測定にかかる手間や時間を短縮することができ、効率よく測定することができる。
また、拡大軌道部の内側と縮小軌道部の外側には、それぞれ走行レールに沿ってガイドレールが配置されているので、車輪が走行レールより脱落するのを防止することができる。

また、本発明に係る車輪内面距離測定軌道では、前記車輪変位測定部、及び前記負荷横圧測定部によって測定されたデータを処理する測定データ処理部が設けられていることが好ましい。

この場合、車輪変位測定部で測定された車輪の内面距離データ、及び負荷横圧測定部によって測定された横圧データを、測定データ処理部によって蓄積し、処理することができ、測定の自動化を図ることができる。そのため、手動で測定結果を管理する手間が無くなり、測定作業を簡略化させることが可能となるうえ、測定にかかる時間を短縮することができる。

本発明の車輪内面距離測定軌道によれば、鉄道車両を走行させながら車輪の内面距離や横圧を測定するといった簡単な構造とし、測定効率を向上させることで、測定にかかる手間や時間を短縮することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態による車輪内面距離測定軌道の構成を示す平面図である。 図１に示す拡大軌道部の断面図である。 図１に示す縮小軌道部の断面図である。 車輪の内面距離を説明するための図である。 車輪内面距離測定軌道に用いられる測定データ処理部の概要を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、従来の車輪内面距離の測定器の構成を示す平面図である。

以下、本発明による車輪内面距離測定軌道の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１に示すように、本実施の形態による車輪内面距離測定軌道１は、鉄道車両の車輪２の内面距離Ｌを、例えば時速数ｋｍの低速で走行させながら測定するための測定機能を有する軌道である。
図１〜図３に示すように、車輪内面距離測定軌道１は、軌間を所定の軌間距離よりも拡大させた拡大軌道部３Ａ、及び縮小させた縮小軌道部３Ｂがレール延長方向に連続的に配置された走行レール３と、拡大軌道部３Ａに沿う軌間内側（矢印Ｘ１方向）に、及び縮小軌道部３Ｂに沿う軌間外側（矢印Ｘ２方向）に設けられたガイドレール４と、走行レール３を転動する車輪２の軌間方向Ｘの変位を非接触で測定する車輪変位測定部５と、車輪２の軌間方向Ｘにかかる負荷横圧を測定する負荷横圧測定部６と、を備えている。

ここで、車輪２の軌間方向Ｘにおいて、図４に示すように、軌間が縮小される方向を軌間内側Ｘ１といい、軌間が拡大される方向を軌間外側Ｘ２といい、それぞれを単に内側、外側という場合もある。また、軌間方向Ｘは、必要に応じて左右方向という。
また、車輪２の内面距離Ｌは、鉄道車両台車で同軸に設けられる左右一対の車輪２の内側に位置するフランジ２ａの内面２ｂ同士の離間寸法を示し、離間Ｄが所定間隔に拡大されたときの内面距離を符号Ｌ１とし、縮小されたときの内面距離を符号Ｌ２とする。

走行レール３には、図１に示すように、拡大軌道部３Ａ、縮小軌道部３Ｂ、拡大軌道部３Ａの３箇所（図１では拡大軌道部３Ａと縮小軌道部３Ｂの２箇所のみを表示）の軌道部がその順でレール延在方向に沿って連続的に配置されている。各軌道部３Ａ、３Ｂは、それぞれレール中心軸Ｃを挟んだ左右対称の形状となるように配置されている。

図２に示す拡大軌道部３Ａの内面距離Ｌ１は、標準値（例えば在来線の場合に９９０ｍｍ）に対して管理基準値の最大値（例えば９９４ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。一方、図３に示す縮小軌道部３Ｂの内面距離Ｌ２は、標準値（例えば在来線の場合に９９０ｍｍ）に対して管理基準値の最小値（例えば９８９ｍｍ）よりも小さくなるように設定されている。

図２及び図３に示すように、ガイドレール４は、プレート状の鋼板からなり、走行レール３の拡大軌道部３Ａ及び縮小軌道部３Ｂに対応して、それぞれ拡大ガイド部４Ａ、縮小ガイド部４Ｂが設けられている。拡大ガイド部４Ａ及び縮小ガイド部４Ｂは、不図示であるが、走行レール３と同様に枕木等の固定部に対して強固に固定されている。

拡大ガイド部４Ａは、拡大軌道部３Ａの内側に沿って延在し、車輪２のフランジ２ａの内面２ｂの下部分に対向する高さ寸法に設定されている。拡大軌道部３Ａの走行レール３と拡大ガイド部４Ａとの離間は、一定間隔に保たれている。そのため、拡大軌道部３Ａを転動する車輪２は、フランジ２ａの内面２ｂが拡大ガイド部４Ａによって押圧されながら拡大軌道部３Ａの走行レール３上に案内される。

縮小ガイド部４Ｂは、縮小軌道部３Ｂの外側に沿って延在し、車輪２の外面２ｃの下部分に対向する高さ寸法に設定されている。縮小軌道部３Ｂの走行レール３と縮小ガイド部４Ｂとの離間は、一定間隔に保たれている。そのため、縮小軌道部３Ｂを転動する車輪２は、車輪２の外面２ｃが縮小ガイド部４Ｂによって押圧されながら縮小軌道部３Ｂの走行レール３上に案内される。
これにより車輪２の内面距離Ｌは、走行レール３を通過する際にガイドレール４（４Ａ、４Ｂ）によって強制的に拡大、又は縮小されることになる。

車輪変位測定部５は、レーザ光や磁束の変化を利用した非接触式変位計が採用されている。車輪変位測定部５は、拡大軌道部３Ａ及び縮小軌道部３Ｂにおいて、左右両側の走行レール３の複数箇所（図１では１箇所のみが示されている）に設けられている。さらに具体的には、車輪変位測定部５は、車輪２の軌間内側Ｘ１に配置され、測定点５ａが車輪２の内面２ｂの下部分に対向する位置に設置されている。

なお、車輪変位測定部５は、レーザ光や磁力線を発信するとともに受信することで、前記車輪２の側面（内面２ｂ、外面２ｃ）までの距離を測定する。拡大軌道部３Ａの場合には、車輪変位測定部５のレーザ光や磁力線の送受信部をなす測定点５ａと車輪２の被測定部との間にガイドレール４が介在しているので、ガイドレール４にはレーザ光等の通過位置に貫通孔４１が形成されている。

負荷横圧測定部６は、歪ゲージが用いられ、拡大ガイド部４Ａ及び縮小ガイド部４Ｂのそれぞれの湾曲頂部４ａ、４ｂを含む複数箇所（図１では１箇所のみが示されている）に設けられている。

そして、本実施の形態では、図５に示すように、車輪変位測定部５、及び前記負荷横圧測定部６によって測定されたデータを処理する測定データ処理部７が設けられている。測定データ処理部７は、演算処理装置７１と表示装置７２とが設けられ、演算処理装置７１において左右それぞれの車輪内面距離測定軌道１により計測した距離から車輪の内面距離Ｌが演算されるとともに、横圧が算出される処理が行われ、表示装置７２で処理結果が表示される。

次に、上述した車輪内面距離測定軌道の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態では、拡大軌道部３Ａを通過する車輪２のフランジ２ａ側（軌間内側Ｘ１から軌間外側Ｘ２）に向けてガイドレール４の拡大ガイド部４Ａより外向きの横圧Ｐ１が付与され、縮小軌道部３Ｂを通過する車輪２の反フランジ側（軌間外側Ｘ２から軌間内側Ｘ１）に向けて走行レール３より内向きの横圧Ｐ２が付与される。このときの横圧Ｐ１、Ｐ２による強制的に外力が負荷された車輪２の内面距離Ｌを車輪変位測定部５によって非接触で測定することで、実際の走行時の条件で車輪２が受ける力による車輪の内面距離Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）を確認することができる。

また、このとき車輪２に発生した力を負荷横圧測定部６によって測定することで、車輪２が受ける横圧を確認することができる。そのため、車輪２が管理基準値を満たすか否かを判定し、鉄道車両台車の健全性を評価することができる。したがって、予め拡大軌道部３Ａ及び縮小軌道部３Ｂの走行レール３を実際の分岐等の最も厳しい条件に設定しておくことで、その際の車輪２の内面距離Ｌと負荷横圧を確認することができる。

具体的には、走行レール３の左右それぞれの車輪変位測定部５で計測した距離データに基づいて車輪２の内面距離Ｌが図５に示す測定データ処理部７によって演算されるととともに、負荷横圧測定部６で計測した横圧データに基づいて測定データ処理部７によって横圧が演算される。このとき、拡大軌道部３Ａ及び縮小軌道部３Ｂのそれぞれで複数点において測定することができ、横圧と車輪内面距離Ｌとの関係を複数取得し、精度の高い結果を得ることができる。

また、本実施の形態では、拡大軌道部３Ａと縮小軌道部３Ｂとが車輪内面距離測定軌道１における走行レール３上で連続的に配置されているので、走行レール３に沿って走行させる鉄道車両の車輪２を非接触の車輪変位測定部５によって容易に且つ短時間で測定することができる。
このように、従来のような油圧ジャッキ等の外力を付与するための特殊な治具が不要になるとともに、測定尺等の必要もないので、測定にかかる手間や時間を短縮することができ、効率よく測定することができる。

また、拡大軌道部３Ａの内側と縮小軌道部３Ｂの外側には、それぞれ走行レール３に沿ってガイドレール４Ａ、４Ｂが配置されているので、車輪２が走行レール３より脱落するのを防止することができる。

また、本実施の形態では、図２及び図３に示すように、車輪変位測定部５で測定された車輪２の内面距離データ、及び負荷横圧測定部６によって測定された横圧データを、前述の測定データ処理部７によって蓄積し、処理することができ、測定の自動化を図ることができる。そのため、手動で測定結果を管理する手間が無くなり、測定作業を簡略化させることが可能となるうえ、測定にかかる時間を短縮することができる。

なお、測定データ処理部７には、その処理結果を出力するための表示装置を設けるようにしてもよい。
さらに、横圧と車輪内面距離の関係に異常が認められた場合には、例えば、測定結果とともに警告を表示させることも可能である。

また、拡大軌道部３Ａ及び縮小軌道部３Ｂにおいては、走行レール３に散水することにより、車輪２と走行レール３との摩擦係数を低減させて計測を行うことができる。

上述のように本実施の形態による車輪内面距離測定軌道では、鉄道車両を走行させながら車輪２の内面距離Ｌや横圧を測定するといった簡単な構造とし、測定効率を向上させることで、測定にかかる手間や時間を短縮することができるという効果を奏する。

以上、本発明による車輪内面距離測定軌道の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態の車輪内面距離測定軌道１は、拡大軌道部３Ａ、縮小軌道部３Ｂ、拡大軌道部３Ａの順に３箇所の軌道部を設けた構成としているが、これに限定されることはなく、拡大軌道部３Ａと縮小軌道部３Ｂがそれぞれ１箇所ずつでもよいし、それぞれ複数箇所設けられていてもよい。

また、本実施の形態では負荷横圧測定部６として歪ゲージを用いているが、これに限定されることはない。例えば、走行レール３の変位量を計測し、予め測定した走行レール３に負荷した力と走行レール３の変位間の関係を用いて、測定中の強制変位により負荷されている力を測定してもよい。また、負荷横圧測定部６として、ガイドレール４にロードセルを配置してもよい。

さらに、本実施の形態では、ガイドレール４の形状についてもプレート状であることに制限されることはなく、他の形態のものを採用することも可能である。要は、拡大軌道部３Ａ及び縮小軌道部３Ｂの走行レール３上を転動する車輪２が脱落しないようにガイド機能を有するものであれば良いのである。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 車輪内面距離測定軌道
２ 車輪
２ａ フランジ
２ｂ 内面
２ｃ 外面
３ 走行レール
３Ａ 拡大軌道部
３Ｂ 縮小軌道部
４ ガイドレール
４Ａ 拡大ガイド部
４Ｂ 縮小ガイド部
５ 車輪変位測定部
６ 負荷横圧測定部
７ 測定データ処理部
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２ 車輪の内面距離
Ｐ１ 外向きの横圧
Ｐ２ 内向きの横圧
Ｘ 軌間方向
Ｘ１ 軌間内側
Ｘ２ 軌間外側

Claims (2)

1. 鉄道車両の車輪の内面距離を測定するための車輪内面距離測定軌道であって、
   軌間を拡大させた拡大軌道部、及び縮小させた縮小軌道部が連続的に配置された走行レールと、
   前記拡大軌道部に沿う軌間方向で軌間内側、及び前記縮小軌道部に沿う軌間方向で軌間外側に設けられたガイドレールと、
   前記走行レールの前記拡大軌道部及び縮小軌道部を転動する前記車輪の軌間方向の変位を非接触で測定する車輪変位測定部と、
   車輪の軌間方向にかかる負荷横圧を測定する負荷横圧測定部と、
   を備えていることを特徴とする車輪内面距離測定軌道。
2. 前記車輪変位測定部、及び前記負荷横圧測定部によって測定されたデータを処理する測定データ処理部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車輪内面距離測定軌道。

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