JP3950375B2 - 移動式載荷試験車 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、列車走行を模擬し、軌道を起振することで、この軌道の振動評価や軌道材料及び構造の評価を行う移動式載荷試験車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の高速化においては既存設備の活用が前提となるため、速度向上による軌道から地盤までの影響を十分に検討する必要がある。このような軌道から地盤への影響の検討項目として、最終的には列車走行に伴う地盤振動の評価を行い、この地盤振動を悪化させないように車両側や軌道側に工夫を施すことが考えられる。車両側の工夫としては軸重や車両の軸ばね特性を変更した車両を走行する等がある。一方、軌道側の工夫としては軌道ばね係数を変更した軌道を敷設して実車両を走行させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
地盤振動の評価では、地盤振動特性に影響がある車両の軸重や支持ばね特性を試験条件に応じて変更できることが望ましい。しかしながら、実車両では軸重や支持ばね特性を容易に変更することができない。変更可能な特殊車両としても、構造が複雑になれば重量等が実車両と相違し、車両走行を模擬した試験を実施することはできない。
【０００４】
本発明はこのような問題を解決するものであって、車体の支持剛性を変更可能とすると共に構造を簡素化して実車両と重量を相違させないことで、車両走行の模擬を可能とした移動式載荷試験車を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の移動式載荷試験車は、車体フレームと、該車体フレームの下部に昇降自在に支持された台車枠と、前記車体フレームと該台車枠の間に介装された空気ばねと、前記台車枠の前下部に軸ばねを介して装着された左右の軸受と、該軸受に回転自在に支持された車輪軸と、該車輪軸に固結された左右の走行車輪と、前記台車枠の後下部に軸ばねを介して装着された慣性マスと、該慣性マスに装着されて軌道を起振させる起振手段と、該起振手段が前記軌道に接触している部分に発生する振動を検出する検出手段と、前記慣性マスに昇降可能であって回転自在に支持された左右の走行補助輪と、前記空気ばねを拘束して支持剛性を調整する懸架調整手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の一実施形態に係る懸架装置が適用された移動式載荷試験車における起振台車の下部正面視、図２に本実施形態の起振台車の下部平面視、図３に本実施形態の起振台車の下部背面視、図４に図２のIV−IV断面、図５に図４のＶ−Ｖ断面、図６に空気ばねによる懸架剛性の変更機構を表す図３のVI部詳細、図７に軸ばねによる懸架剛性の変更機構を表す図４のVII−VII断面、図８に本実施形態の載荷台車の要部正面視、図９に図８のIX−IX断面、図１０に図８のＸ−Ｘ断面、図１１に図１０のXI−XI断面、図１２に載荷台車における横圧載荷機構を表す概略、図１３に載荷フレームのロック機構を表す図１０のXIII部詳細、図１４に本実施形態の移動式載荷試験車の概略を示す。
【００１３】
本実施形態の移動式載荷試験車は、図１４に示すように、牽引車１１と機器搭載車１２，１３と走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６とにより構成されている。牽引車１１は運転者が乗車して運転操作を行うことで前進及び後退が可能となっている。機器搭載車１２，１３は牽引車１１により牽引されて走行可能であり、機器搭載車１２には各種機器の油圧源が搭載され、機器搭載車１３には各種機器の制御装置が搭載されている。そして、走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６は牽引車１１により牽引されて走行可能であり、後述するが、載荷台車１５には走行中に軌道を鉛直方向及び水平方向に起振する起振手段が装着され、起振台車１６には停止中に軌道を鉛直方向に起振する起振手段が装着されている。
【００１４】
この場合、走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６はそれぞれ別々に製造され、走行台車１４の後端部に形成されたフランジ部１４ａと載荷台車１５の前端部に形成されたフランジ部１５ａとがボルトにより着脱自在に締結されており、また、載荷台車１５の後端部に形成されたフランジ部１５ｂと起振台車１６の前端部に形成されたフランジ部１６ａとがボルトにより着脱自在に締結されている。従って、起振台車１６を載荷台車１５から外して他の自走可能な車両に連結することで、この起振台車１６を単独で走行して使用可能となっている。
【００１５】
一方、軌道１７は地盤１８上に敷設されているが、一般には、路盤上に道床バラストを敷き詰め、その上に多数の枕木を並べ、この枕木に掛け渡すように左右一対のレールを敷設しており、軌道１７の詳細な敷設構造についての説明は省略する。
【００１６】
ここで、走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６の詳細な構造について説明する。なお、この走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６は左右ほぼ対称な構造となっており、一方のみ説明して他方には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００１７】
走行台車１４において、車体フレーム２１の下部には空気ばね２２を介して前後に長い台車枠２３が装着されており、この台車枠２３の前下部と後下部には軸ばね２４及び軸ダンパ２５を介して軸受２６が支持されており、前後の軸受２６には走行車輪２７が回転自在に装着されている。
【００１８】
また、起振台車１６において、図１乃至図５に示すように、車体フレーム３１の左右下部にはそれぞれ空気ばね３２を介して前後に長い左右一対の台車枠３３が装着されており、中間部が連結枠３４により連結されている。各台車枠３３の前下部には前後の軸ばね３５を介して軸受３６が支持されると共に、台車枠３３と軸受３６との間には軸ダンパ３７が介装されている。そして、左右の軸受３６には車輪軸３８が貫通して回転自在に支持されており、この車輪軸３８の左右端部には走行車輪３９が固結されている。
【００１９】
各台車枠３３の後下部には前後の軸ばね４１を介して慣性マス４２が支持されている。この慣性マス４２は、左右の軸ばね４１のためのばね受部材４３と慣性マス本体４４とが連結フレーム４５により一体に連結されて構成されている。この慣性マス本体４４上には所定重量のウエイト４６が複数のボルト４７により固定されると共に、中間部に所定重量のウエイト４８を搭載して複数のボルト４９により固定可能となっており、試験条件に合わせて荷重を調整可能となっている。また、左右の台車枠３３と慣性マス４２の各ばね受部材４３との間には軸ダンパ５０が介装されている。
【００２０】
慣性マス４２における左右のばね受４１に隣接する連結フレーム４５に軌道１７を起振させる起振装置５１が設けられている。即ち、連結フレーム４５には上下起振用アクチュエータ５２が固定されており、このアクチュエータ５２から下方に延出する駆動ロッド５３の先端部には取付治具５４が固定され、この取付治具５４に載荷治具５５が装着されている。この載荷治具５５は軌道１７と接触する下面が走行車輪３９と同心の円弧形状をなし、且つ、この走行車輪３９とほぼ同様の断面形状をなしており、上部が取付治具５４の取付孔に嵌入してボルト締結されることで着脱自在となっている。そして、この取付治具５４に軌道１７に作用する荷重を検出する検出手段としてのロードセル５６が設けられている。
【００２１】
取付治具５４の外周部には雄ねじ５７が形成される一方、連結フレーム４５には雌ねじ部５８が形成されており、載荷治具５５を上昇させたときに、取付治具５４の雄ねじ５７が連結フレーム４５の雌ねじ部５８に螺合することで、載荷治具５５（取付治具５４）を上昇位置で仮固定する（治具ロック手段）することができる。
【００２２】
従って、起振装置５１は、アクチュエータ５２により駆動ロッド５３を駆動し、取付治具５４を介して載荷治具５５を軌道１７に対して鉛直方向に押圧することで、この軌道１７を起振させることができ、このとき、ロードセル５６が軌道１７に発生する振動を輪重として検出することができる。
【００２３】
また、起振装置５１の前方及び後方には箱型形状をなす前後のハウジング５９が連結フレーム４５にそれぞれ固定されている。この各ハウジング５９は下方が開口して内部にライナ６０を介して昇降枠６１がそれぞれ昇降自在に嵌合しており、各昇降枠６１に車輪軸６２を介して走行補助輪６３が回転自在に装着されている。そして、ハウジング５９の上部には上下方向に沿ってねじ軸６４が螺合し、このねじ軸６４の上端部には操作ハンドル６５が取付けられる一方、ねじ軸６４の下端部は昇降枠６１に連結されている。
【００２４】
この場合、慣性マス４２の左右側部にて、起振装置５１の前後に走行補助輪６３が配設されると共に外側に軸ばね４１が配設されており、この起振装置５１と走行補助輪６３と軸ばね４１とはほぼ水平方向に並設されている。
【００２５】
従って、ハウジング５９に対して昇降枠６１が最下方位置に下降したときには、走行補助輪６３が軌道１７に接触して転動することができ、前述した起振装置５１のアクチュエータ５２を駆動して載荷治具５５を軌道１７に接触させるときには、操作ハンドル６５を回転操作してハウジング５９に対して昇降枠６１を上昇し、走行補助輪６３を最上方位置に位置させて軌道１７と離間させることができる。
【００２６】
なお、起振装置５１と走行補助輪６３と軸ばね４１との位置関係並びに作用を明確に説明するため、図４及び図５では、進行方向右側の起振装置５１を上昇して走行補助輪６３を下降させ、進行方向左側の起振装置５１を下降して走行補助輪６３を上昇して表している。
【００２７】
ところで、この起振台車１６では、サスペンションとして空気ばね３２及び軸ばね３５，４１を適用しているが、懸架剛性（空気ばね剛性、軸ばね剛性）を変更して走行特性を調整できるように、少なくとも空気ばね３２あるいは軸ばね３５，４１の一方の機能を停止可能とするばね殺し機構を有している。
【００２８】
車体フレーム３１の下部には起振台車１６の走行方向と直交する方向に左右及び前後一対のガイドレール６６が固定されており、この各ガイドレール６６にはスライドガイド６７が移動自在に嵌合し、このスライドガイド６７にテーパ面を有するコ字形状をなすスライドブロック６８が固定されている。そして、車体フレーム３１の下部には各ガイドレール６６に対応して油圧シリンダ６９が垂設されており、駆動ロッド７０の先端部がスライドブロック６８に連結されている。一方、台車枠３３の上部には固定ブロック７１が固定されており、先端部にスライドブロック６８が係止可能なテーパ面を有する係止突起７２が形成されている。また、車体フレーム３１の下部には調心用ガイド７３が垂下して固定されている。
【００２９】
従って、空気ばね３２には図示しない流量調整弁を有するエア給排管を介してエア源が接続されており、この流量調整弁を調整して空気ばね３２内のエアを全て排出すると、台車枠３３に対して車体フレーム３１が下降することとなり、このとき、車体フレーム３１は調心用ガイド７３が固定ブロック７１にガイドされることで、調心されながら下降する。そして、この状態で油圧シリンダ６９を伸長してスライドガイド６７をガイドレール６６に沿って前進すると、スライドブロック６８が固定ブロック７１の係止部７２に係止し、台車枠３３に対して車体フレーム３１を一体に拘束することで、空気ばね３２のサスペンション機能を停止して懸架剛性を高めることができる。
【００３０】
また、図４及び図７に示すように、台車枠３３の後部にて各軸ばね４１はその上端部が台車枠３３の下面に固定された上部受座７４に支持され、下端部は慣性マス４２を構成するばね受部材４３に固定された下部受座７５に支持されている。このばね受部材４３の下部には支持プレート７６が固定されており、この支持プレート７６には筒上のピストン７７が移動自在に嵌合したシリンダ７８が固定されており、両者の間には圧縮ばね７９が介在してシリンダ７８に対してピストン７７を上方に付勢している。そして、上部受座７４から軸ばね４１の中心部に垂下した支持部８０内には支持ロッド８１が貫通し、上端部が台車枠３３に連結され、下部はシリンダ７８及びピストン７７を貫通してその端部にストッパ８２が位置調節自在に装着されている。
【００３１】
従って、ピストン７７とシリンダ７８との間に油圧を供給すると、支持プレート７６に固定されたシリンダ７８に対してピストン７７が圧縮ばね７９に抗して下降するが、このピストン７７がストッパ８２に当接するとその移動が規制され、ピストン７７に対してシリンダ７８が上昇を開始する。すると、シリンダ７８と一体の支持プレート７６及びばね受部材４３が上昇することで、下部受座７５が軸ばね４１を押しつぶすことで、この軸ばね４１のサスペンション機能を停止して懸架剛性を高めることができる。
【００３２】
この起振台車１６の説明にて、走行補助輪６３のサスペンションとしての軸ばね４１の機能を停止するばね殺し機構として、ピストン７７、シリンダ７８、圧縮ばね７９、支持ロッド８１、ストッパ８２等を設けたが、このばね殺し機構は走行車輪３９のサスペンションとしての軸ばね３５にも装着されており、両者を同期して作用させることで、起振台車１６全体の懸架剛性を変更して走行特性を調整することができる。
【００３３】
一方、載荷台車１５において、図８乃至図１１に示すように、車体フレーム９１の中央部には収納凹部９２が設けられており、上部には架台９３が３本架設され、前後の側壁９４には上下方向に沿ったガイドレール９５が複数固定されている。車体フレーム９１の収納凹部９２には中空箱型形状の載荷フレーム９６が配設され、前端部及び後端部に固定された複数のリニアガイド９７が各ガイドレール９５に移動自在に嵌合している。
【００３４】
架台９３の中央部には電動機９８が搭載され、この電動機９８の出力軸９９は第１ギヤボックス100に連結され、２つの連結軸101を介して第２ギヤボックス102に連結され、更に、４つの連結軸103をウォームギヤ104が固結されている。そして、架台９３の四方にはウォームホイール105が回転自在に支持され、各ウォームギヤ104が噛み合っており、ウォームギヤ104の螺合する昇降ねじ軸106は下方に延設されている。一方、載荷フレーム９６の上面部の四方には吊り具107が固定されており、昇降ねじ軸106の下端部と吊り具107の上端部とが連結リンク108により連結されている。
【００３５】
この場合、図１３に詳細に示すように、昇降ねじ軸106の下端部と連結リンク108の上端部とは連結軸109により連結される一方、連結リンク108の下端部と吊り具107の上端部とは、吊り具107に形成された長孔110に連結リンク108に固定された連結軸111が嵌合することで、所定ストロークだけ移動可能に連結されている。そして、載荷フレーム９６の上面部には吊り具107に隣接してロックシリンダ112が固定され、駆動ロッドの先端部には上テーパ面113を有するロック片114が固結される一方、吊り具107に連結された連結リンク108の下端面には下テーパ面115が形成されている。
【００３６】
従って、電動機９８を駆動すると、その回転力が出力軸９９から第１ギヤボックス100、連結軸101、第２ギヤボックス102、連結軸103、ウォームギヤ104を介してウォームホイール105に伝達され、このウォームギヤ104に噛み合う昇降ねじ軸106が上下に移動する。そのため、この昇降ねじ軸106に連結リンク108及び吊り具107を介して連結された載荷フレーム９６を昇降することができる。この場合、電動機９８の駆動に拘らず、載荷フレーム９６は長孔110の距離だけ昇降することができるが、ロックシリンダ112を伸長駆動してロック片114を連結リンク108の下方に進入すると、ロック片114の上テーパ面113が連結リンク108の下テーパ面115を介して連結リンク108を押し上げ、載荷フレーム９６を昇降不能に拘束することができる。
【００３７】
また、架台９３と載荷フレーム９６との間には空気ばね116が介装されており、この空気ばね116には図示しない流量調整弁を有するエア給排管を介してエア源が接続され、この流量調整弁を調整して空気ばね116内のエア圧を変更することで空気ばね力を変更し、載荷フレーム９６による下方の押圧力を調整可能としている。なお、載荷フレーム９６は中空であるため、内部に所定重力のウエイト117を搭載可能となっており、試験条件に合わせてウエイト117の搭載量を変更し、載荷フレーム９６による下方の押圧力を調整可能としている。
【００３８】
載荷フレーム９６の下部には下向きコ字形状をなす台車フレーム118が締結されており、この台車フレーム118の左右側部には前後の軸ばね119を介して軸受120が支持されており、左右の軸受120には車輪軸121が貫通して回転自在に支持されており、この車輪軸121に左右の載荷車輪122が固結されている。そして、台車フレーム118にはこの載荷車輪122（軌道１７）に対して鉛直方向の荷重を付与する左右一対の輪重加振装置123が装着されると共に、載荷車輪122（軌道１７）に対して水平方向の荷重を付与する左右一対の横圧加振装置124が装着されている。
【００３９】
即ち、輪重加振装置123において、台車フレーム118には左右一対のアクチュエータ125が装着されており、駆動ロッド126が下方に伸縮駆動可能であり、先端部に取付治具127が固定されている。一方、車輪軸121には左右一対の載荷軸受128が相対回転可能で且つ軸方向に相対移動可能に装着されており、取付治具127が載荷軸受128に連結されている。そして、この取付治具127には軌道１７に発生する鉛直方向の振動（輪重）を検出する検出手段としてのロードセル129が設けられている。
【００４０】
従って、輪重加振装置123は、アクチュエータ125により駆動ロッド126を駆動し、取付治具127、載荷軸受128及び車輪軸121を介して載荷車輪122を鉛直方向に押圧することで、軌道１７を起振させることができ、ロードセル129が軌道１７に発生する振動を輪重として検出することができる。このとき、ロックシリンダ112のロック片114により連結リンク108を拘束していなければ、軌道１７には、載荷フレーム９６や台車フレーム118等の荷重だけを作用させることができる。一方、ロックシリンダ112のロック片114により連結リンク108を拘束していれば、軌道１７には載荷台車１５の全重量を作用させることができる。
【００４１】
また、横圧加振機124において、台車フレーム118には左右一対のアクチュエータ130が装着されており、駆動ロッド131が外方に伸縮駆動可能であり、先端部に取付金具132が固定されている。一方、車輪軸121の左右端面には左右一対の取付金具133が固定されている。また、台車フレーム118の側部にはアクチュエータ130と車輪軸121の間に位置して鉛直方向に沿った回動軸134が支持筒135により回動自在に支持されている。この回動軸134の上下端部にはそれぞれ逆方向に延出する連結アーム136，137が取付けられており、アクチュエータ130の取付金具132が連結リンク138を介して上部連結アーム136に連結され、下部連結アーム137が連結リンク139を介して車輪軸121の取付金具133に連結されている。そして、この取付金具132には軌道１７に発生する水平方向の振動（横圧）を検出する検出手段としてのロードセル140が設けられている。
【００４２】
この場合、各連結アーム136，137と各連結リンク138，139との連結部には前後方向に所定量のガタ（図１１参照）が設けられており、アクチュエータ130の直線運動が回動軸134の回転運動に、また、この回動軸134の回転運動が車輪軸121の直線運動にスムースに変換できるようになっている。ここで、回動軸134、連結アーム136，137、各連結リンク138，139によりリンク機構が構成されることとなる。
【００４３】
また、横圧加振機124にて、各アクチュエータ130は回動軸134、連結アーム136，137、各連結リンク138，139等を介して車輪軸121を軸方向に押圧することで、軌道１７に横圧を付与するものであるが、アクチュエータ130の圧力が作用する車輪軸121の軸心と軌道１７が横圧を受ける載荷車輪122との接触点とではその位置が異なるため、車輪軸121及び載荷車輪122に回転する方向の無駄な荷重が作用してしまう。そこで、アクチュエータ130の圧力が車輪軸121に対して適正に入力することで、車輪軸121及び載荷車輪122に回転する方向の無駄な荷重が作用しないようにしている。
【００４４】
即ち、図１２に示すように、車両の左右方向をｙ、上下方向をｚ、回転方向をθとし、図１２にて左側のアクチュエータ130を伸長して右側のアクチュエータ130を収縮して、回動軸134、連結アーム136，137、各連結リンク138，139等を介して車輪軸121に右方向の軸荷重を作用させたとする。ここで、右側のアクチュエータ130から車輪軸121に作用する力をｆ1y，ｆ1zとし、左側のアクチュエータ130から車輪軸121に作用する力をｆ2y，−ｆ2zとする。
【００４５】
また、車輪軸121の長さをＬ、載荷車輪122間の長さをl 、載荷車輪122と軌道１７との接点から車輪軸121の中心までの高さをＨとし、同一荷重にて伸長・収縮するとこの機構により
ｆ1y＝ｆ2y
ｆ2z＝ｆ1z
ｆ1z／ｆ1y＝ｆ2z／ｆ2y＝Ｈ／（Ｌ／２）
となる。更に、このときに右側の載荷車輪122と軌道１７との接点に作用する力をｆ1y，ｆ1zとし、左側の載荷車輪122と軌道１７との接点に作用する力をｆ2y，ｆ2zとする。
【００４６】
すると、ｙ方向の力の釣合いは以下のようになる。
ｆ1y＋ｆ2y＋Ｆ1y＋Ｆ2Y＝０
ｚ方向の力の釣合いは以下のようになる。
ｆ1z−ｆ2z＋Ｆ1Z＋Ｆ2Z＝０
軌道１７の高さの水平線と左右の載荷車輪122の中間点Ｃ回りのモーメントの釣合いは以下のようになる。
−Ｈ（ｆ1y＋ｆ2y）＋Ｌ／２（ｆ1z＋ｆ2z）＋１／２（Ｆ1Z−Ｆ2Z）＝０
【００４７】
従って、
Ｆ1y＋Ｆ2y＝−（ｆ1y＋ｆ2y）
Ｆ1Z＋Ｆ2Z＝０
Ｆ1Z−Ｆ2Z＝０
となり、
Ｆ1Z＝Ｆ2Z＝０
である。
【００４８】
即ち、アクチュエータ130を軌道１７側に向けて同一荷重にて伸長・収縮することにより、軌道１７へ横圧荷重を作用できると共に、軌道１７の垂直方向には荷重は発生しない。連結リンク139の取付角度θ1 ，θ2 を、取付金具133の連結点ＡまたはＢと、軌道１７の高さの水平線と左右の載荷車輪122の中間点Ｃとを通る直線の角度に設定することが一番望ましいが、必ずしも一致させずに角度を付けても同様に軌道１７の垂直方向の荷重の発生を抑制できる効果がある。
【００４９】
従って、横圧加振装置124は、図１２にて左側のアクチュエータ130を伸長して右側のアクチュエータ130を収縮して、各取付治具132、連結リンク138、連結アーム136、回動軸134、連結アーム137、連結リンク139、取付治具133を介して車輪軸121を右方向に押圧することで、右側の載荷車輪122を介して軌道１７を起振させることができ、ロードセル140が軌道１７に発生する振動を横圧として検出することができる。一方、図１２にて左側のアクチュエータ130を収縮して右側のアクチュエータ130を伸長すると、前述とは逆に、車輪軸121を左方向に押圧することで、左側の載荷車輪122を介して軌道１７を起振させてロードセル140により振動を横圧として検出することができる。
【００５０】
また、載荷台車１５にて、車体フレーム９１に昇降自在に支持された載荷フレーム９６に台車フレーム118を固定し、この台車フレーム118に輪重加振装置123及び横圧加振装置124の各アクチュエータ125，130を搭載したことで、この輪重加振装置123及び横圧加振装置124がユニット化され、装置がコンパクトとなって簡素化される。
【００５１】
なお、図１０に示すように、左右の載荷車輪122には歪ゲージ141が装着されており、この歪ゲージ141により載荷車輪122の歪を検出することで、この歪に基づいて軌道１７の輪重及び横圧を求めることができようになっている。この場合、ロードセル127，140と歪ゲージ141とを必要に応じて使い分けたり、相殺したりすることで高精度の試験を行うことができる。
【００５２】
ここで、上述した本実施形態の移動式載荷試験車による軌道特性試験方法について説明する。
【００５３】
まず、起振台車１６を用いて軌道特性試験を行う場合、試験を行う位置で牽引車１１を停止し、図示しないジャッキ等を用いて起振台車１６を所定の試験位置に位置決め固定する。この状態で、図１、図４、図５に示すように、起振装置５１のアクチュエータ５２を伸長し、取付治具５４を介して載荷治具５５を下降して軌道１７に接触させることで、この起振装置５１により起振台車１６の後方の荷重を支持する。一方、各操作ハンドル６５を回転操作してハウジング５９に対して昇降枠６１を上昇し、前後の走行補助輪６３を上方位置に位置させて軌道１７から離間させる。この状態で、起振装置５１のアクチュエータ５２により駆動ロッド５３を往復駆動し、取付治具５４を介して載荷治具５５を軌道１７に対して鉛直方向に押圧して起振させ、ロードセル５６は軌道１７に発生する振動を輪重として検出する。
【００５４】
このとき、試験条件に合わせてウエイト４６，４８の搭載量を調整して荷重を変更することで、多数の試験条件を設定することができる。
【００５５】
次に、載荷台車１５を用いて軌道特性試験を行う場合、試験を行う位置にて牽引車１１により走行速度を試験速度（例えば、５〜１０km/h）とする。この走行状態で、図８及び図１０に示すように、輪重加振装置123のアクチュエータ125により駆動ロッド126を往復駆動し、取付治具127、載荷軸受128、車輪軸121を介して載荷車輪122を鉛直方向に押圧して軌道１７を起振させ、ロードセル129は軌道１７に発生する振動を輪重として検出する。また、ロックシリンダ112を不作動として連結リンク108をフリーとすれば、軌道１７に載荷フレーム９６や台車フレーム118等の荷重だけを付与できる。一方、ロックシリンダ112を作動して連結リンク108を拘束すれば、軌道１７に載荷台車１５の全重量を付与できる。
【００５６】
また、このとき、空気ばね３２や軸ばね４１の機能を停止することで、起振台車１６の懸架剛性を変更して軌道特性試験を行うこともできる。即ち、空気ばね３２内のエアを排出して車体フレーム３１を下降すると共に、油圧シリンダ６９を伸長してスライドブロック６８により固定ブロック７１を係止し、台車枠３３に対して車体フレーム３１を拘束することで、空気ばね３２のサスペンション機能を停止して懸架剛性を高める。また、油圧の供給によりピストン７７に対してシリンダ７８を上昇して軸ばね４１を押しつぶすことで、この軸ばね４１のサスペンション機能を停止して懸架剛性を高める等、多種類の軌道特性試験を行うことができる。
【００５７】
また、連結リンク108をフリーとしたとき、空気ばね116内のエア圧を変更することで、載荷フレーム９６による軌道１７への押圧力を調整できる。更に、ウエイト117の搭載量を変更することで、載荷フレーム９６による下方の押圧力を調整できる。
【００５８】
また、載荷台車１５の走行状態で、横圧加振装置124のアクチュエータ130を往復駆動し、取付治具132、連結リンク138、連結アーム136、回動軸134、連結アーム137、連結リンク139、取付治具133を介して車輪軸121を軸方向に押圧し、載荷車輪122を介して軌道１７を起振させ、ロードセル140は軌道１７に発生する振動を横圧として検出する。
【００５９】
このように本実施形態の懸架装置を有する移動式載荷試験車にあっては、台車装置にて、車体フレーム３１に空気ばね３２を介して台車枠３３を装着すると共に、この空気ばね３２内のエアを排出して拘束することで支持剛性を調整するスライドブロック６８、油圧シリンダ６９、固定ブロック７１等から構成された懸架調整手段を設けている。
【００６０】
従って、空気ばね３２及び軸ばね３５，４１がサスペンションとして機能する一方、試験条件に応じて空気ばね３２内ののエアを排出して車体フレーム３１が下降したときに、油圧シリンダ６９によりスライドブロック６８が固定ブロック７１に係止することで、台車枠３３に対して車体フレーム３１を一体に拘束し、この空気ばね３２のサスペンション機能を停止することとなり、懸架剛性を高めた試験を行うことができる。また、この移動式載荷試験車を含む車両に適用される懸架装置とすることで、走行条件により懸架剛性を変更して走行性能及び乗り心地を調整することができる。
【００６１】
また、台車枠３３に固定された固定ブロック７１に対して、車体フレーム３１に支持されたスライドブロック６８を油圧シリンダ６９により係止可能とし、この係止部をテーパ面としたことで、簡単な構成で車体フレーム３１と台車枠３３とを一体に拘束して空気ばね３２の機能を容易に停止することができる。更に、車体フレーム３１の下部に固定ブロック７１にガイドされる調心用ガイド７３を設けたことで、台車枠３３に対して車体フレームを所定の位置に拘束することができる。
【００６２】
なお、上述の実施形態では、懸架調整手段をスライドブロック６８、油圧シリンダ６９、固定ブロック７１等から構成したが、この構造に限定されるものではない。図１５に本発明の他の実施形態に係る懸架装置が適用された移動式載荷試験車における空気ばねによる懸架剛性の変更機構を表す要部断面を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６３】
本実施形態の移動式載荷試験車において、図１５に示すように、起振台車１６の車体フレーム３１の下部には油圧シリンダ201が固定されており、この油圧シリンダ201は下方に延出する駆動ロッド202を有し、先端部に係合片203が取付けられてている。一方、台車枠３３の上部には中空の支持部材204が固定されており、この支持部材204内には油圧シリンダ201の係合片203が上下方向に沿って所定ストロークＳ及び半径方向Ｒだけ移動可能に嵌合している。この移動可能量Ｓ，Ｒは、空気ばね３２及び軸ばね３５，４１による車体フレーム３１と台車枠３３との最大相対移動量である。
【００６４】
従って、空気ばね３２と軸ばね３５，４１がサスペンションとして機能する一方、試験条件に応じて空気ばね３２内のエアを排出すると共に、油圧シリンダ６９を収縮して係合片204を介して支持部材204を引き上げて台車枠３３を上昇し、車体フレーム３１に当接することで両者を一体に拘束することで、この空気ばね３２のサスペンション機能を停止することとなり、懸架剛性を高めた試験を行うことができ、また、この移動式載荷試験車を含む車両に適用される懸架装置とすることで、走行条件により懸架剛性を変更して走行性能及び乗り心地を調整することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明した懸架装置によれば、軌道に沿って走行可能な車輪を有する車体フレームの下部に空気ばねを介して台車枠を昇降及び水平移動自在に支持し、この台車枠に左右の軸受を支持し、この軸受に車輪軸を回転自在に支持して左右の車輪を固結し、走行条件に応じて空気ばねを圧縮して支持剛性を調整する懸架調整手段を設けたので、空気ばねがサスペンションとして機能する一方、試験条件に応じて空気ばねを圧縮してサスペンション機能を停止することができ、懸架剛性を変更して走行性能及び乗り心地を調整することができる。
【００６６】
また、上記懸架装置によれば、空気ばね内のエアを操作信号により排出する電磁バルブを設け、この電磁バルブによりエアを排出して車体フレームに対する台車枠の昇降及び水平移動動作を拘束するので、構造の簡素化を図ることができる。
【００６７】
また、上記懸架装置によれば、懸架調整手段を、車体フレームと台車枠の一方に固定された固定ブロックと、他方に水平移動自在に支持されたスライドブロックと、スライドブロックを固定ブロックに係止する油圧シリンダとで構成したので、確実に空気ばねのサスペンション機能を変更することができると共に、懸架調整手段がユニット化されて装置をコンパクトとすることができる。
【００６８】
また、上記懸架装置によれば、車体フレームと台車枠の少なくとも一方に車体フレームと台車枠との調心動作を行う調心用ガイドを設けたので、台車枠に対して車体フレームを所定の位置に拘束することができ、信頼性を向上することができる。
【００６９】
更に、上記懸架装置によれば、懸架調整手段を、車体フレームと台車枠の一方に固定された油圧シリンダと、他方に固定されて油圧シリンダの駆動ロッドの先端部を所定量だけ昇降可能に支持する支持部材とで構成したので、台車枠に対して車体フレームを所定の位置に拘束することができると共に、構造を簡素化して低コスト化を図ることができる。
【００７０】
請求項１の発明の移動式載荷試験車によれば、車体フレームの下部に空気ばねを介して台車枠を装着し、台車枠の前下部に軸ばねを介して軸受を装着して左右の走行車輪を支持する一方、台車枠の後下部に軸ばねを介して慣性マスを装着し、慣性マスに軌道を起振させる起振手段と起振手段が軌道に接触している部分に作用する振動を検出する検出手段を設けると共に、左右の走行補助輪を昇降可能に支持し、空気ばねを圧縮して支持剛性を調整する懸架調整手段を設けたので、起振手段を作動して軌道特性試験を行う場合、懸架剛性を変更することで多種の軌道特性試験を実施することができ、車両ばね下質量が軌道や地盤に及ぼす影響を定量的に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る懸架装置が適用された移動式載荷試験車における起振台車の下部正面図である。
【図２】本実施形態の起振台車の下部平面図である。
【図３】本実施形態の起振台車の下部背面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】空気ばねによる懸架剛性の変更機構を表す図３のVI部詳細図である。
【図７】軸ばねによる懸架剛性の変更機構を表す図４のVII−VII断面図である。
【図８】本実施形態の載荷台車の要部正面図である。
【図９】図８のIX−IX断面図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】図１０のXI−XI断面図である。
【図１２】載荷台車における横圧載荷機構を表す概略図である。
【図１３】載荷フレームのロック機構を表す図１０のXIII部詳細図である。
【図１４】本実施形態の移動式載荷試験車の概略図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る懸架装置が適用された移動式載荷試験車における空気ばねによる懸架剛性の変更機構を表す要部断面図である。
【符号の説明】
１１ 牽引車
１２，１３ 機器搭載車
１４ 走行台車
１５ 載荷台車
１６ 起振台車
１７ 軌道
１８ 地盤
３１ 車体フレーム
３２ 空気ばね
３３ 台車枠
３９ 走行車輪
４１ 軸ばね
４２ 慣性マス
５１ 起振装置
５６ ロードセル（検出手段）
６３ 走行補助輪
６５ 操作ハンドル
６６ ガイドレール
６７ スライドガイド
６８ スライドブロック（懸架調整手段）
６９ 油圧シリンダ（懸架調整手段）
７１ 固定ブロック（懸架調整手段）
７２ 係止突起
７３ 調心用ガイド
９１ 車体フレーム
９６ 載荷フレーム（昇降フレーム）
９８ 電動機
116 空気ばね
118 台車フレーム（昇降フレーム）
119 軸ばね
121 車輪軸
122 載荷車輪
123 輪重加振装置
124 横圧加振装置
129 ロードセル（検出手段）
140 ロードセル（検出手段）
141 歪センサ（検出手段）
201 油圧シリンダ
203 係合片
204 支持部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、列車走行を模擬し、軌道を起振することで、この軌道の振動評価や軌道材料及び構造の評価を行う移動式載荷試験車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の高速化においては既存設備の活用が前提となるため、速度向上による軌道から地盤までの影響を十分に検討する必要がある。このような軌道から地盤への影響の検討項目として、最終的には列車走行に伴う地盤振動の評価を行い、この地盤振動を悪化させないように車両側や軌道側に工夫を施すことが考えられる。車両側の工夫としては軸重や車両の軸ばね特性を変更した車両を走行する等がある。一方、軌道側の工夫としては軌道ばね係数を変更した軌道を敷設して実車両を走行させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
地盤振動の評価では、地盤振動特性に影響がある車両の軸重や支持ばね特性を試験条件に応じて変更できることが望ましい。しかしながら、実車両では軸重や支持ばね特性を容易に変更することができない。変更可能な特殊車両としても、構造が複雑になれば重量等が実車両と相違し、車両走行を模擬した試験を実施することはできない。
【０００４】
本発明はこのような問題を解決するものであって、車体の支持剛性を変更可能とすると共に構造を簡素化して実車両と重量を相違させないことで、車両走行の模擬を可能とした移動式載荷試験車を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の移動式載荷試験車は、車体フレームと、該車体フレームの下部に昇降自在に支持された台車枠と、前記車体フレームと該台車枠の間に介装された空気ばねと、前記台車枠の前下部に軸ばねを介して装着された左右の軸受と、該軸受に回転自在に支持された車輪軸と、該車輪軸に固結された左右の走行車輪と、前記台車枠の後下部に軸ばねを介して装着された慣性マスと、該慣性マスに装着されて軌道を起振させる起振手段と、該起振手段が前記軌道に接触している部分に発生する振動を検出する検出手段と、前記慣性マスに昇降可能であって回転自在に支持された左右の走行補助輪と、前記空気ばねを拘束して支持剛性を調整する懸架調整手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の一実施形態に係る懸架装置が適用された移動式載荷試験車における起振台車の下部正面視、図２に本実施形態の起振台車の下部平面視、図３に本実施形態の起振台車の下部背面視、図４に図２のIV−IV断面、図５に図４のＶ−Ｖ断面、図６に空気ばねによる懸架剛性の変更機構を表す図３のVI部詳細、図７に軸ばねによる懸架剛性の変更機構を表す図４のVII−VII断面、図８に本実施形態の載荷台車の要部正面視、図９に図８のIX−IX断面、図１０に図８のＸ−Ｘ断面、図１１に図１０のXI−XI断面、図１２に載荷台車における横圧載荷機構を表す概略、図１３に載荷フレームのロック機構を表す図１０のXIII部詳細、図１４に本実施形態の移動式載荷試験車の概略を示す。
【００１３】
本実施形態の移動式載荷試験車は、図１４に示すように、牽引車１１と機器搭載車１２，１３と走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６とにより構成されている。牽引車１１は運転者が乗車して運転操作を行うことで前進及び後退が可能となっている。機器搭載車１２，１３は牽引車１１により牽引されて走行可能であり、機器搭載車１２には各種機器の油圧源が搭載され、機器搭載車１３には各種機器の制御装置が搭載されている。そして、走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６は牽引車１１により牽引されて走行可能であり、後述するが、載荷台車１５には走行中に軌道を鉛直方向及び水平方向に起振する起振手段が装着され、起振台車１６には停止中に軌道を鉛直方向に起振する起振手段が装着されている。
【００１４】
この場合、走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６はそれぞれ別々に製造され、走行台車１４の後端部に形成されたフランジ部１４ａと載荷台車１５の前端部に形成されたフランジ部１５ａとがボルトにより着脱自在に締結されており、また、載荷台車１５の後端部に形成されたフランジ部１５ｂと起振台車１６の前端部に形成されたフランジ部１６ａとがボルトにより着脱自在に締結されている。従って、起振台車１６を載荷台車１５から外して他の自走可能な車両に連結することで、この起振台車１６を単独で走行して使用可能となっている。
【００１５】
一方、軌道１７は地盤１８上に敷設されているが、一般には、路盤上に道床バラストを敷き詰め、その上に多数の枕木を並べ、この枕木に掛け渡すように左右一対のレールを敷設しており、軌道１７の詳細な敷設構造についての説明は省略する。
【００１６】
ここで、走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６の詳細な構造について説明する。なお、この走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６は左右ほぼ対称な構造となっており、一方のみ説明して他方には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００１７】
走行台車１４において、車体フレーム２１の下部には空気ばね２２を介して前後に長い台車枠２３が装着されており、この台車枠２３の前下部と後下部には軸ばね２４及び軸ダンパ２５を介して軸受２６が支持されており、前後の軸受２６には走行車輪２７が回転自在に装着されている。
【００１８】
また、起振台車１６において、図１乃至図５に示すように、車体フレーム３１の左右下部にはそれぞれ空気ばね３２を介して前後に長い左右一対の台車枠３３が装着されており、中間部が連結枠３４により連結されている。各台車枠３３の前下部には前後の軸ばね３５を介して軸受３６が支持されると共に、台車枠３３と軸受３６との間には軸ダンパ３７が介装されている。そして、左右の軸受３６には車輪軸３８が貫通して回転自在に支持されており、この車輪軸３８の左右端部には走行車輪３９が固結されている。
【００１９】
各台車枠３３の後下部には前後の軸ばね４１を介して慣性マス４２が支持されている。この慣性マス４２は、左右の軸ばね４１のためのばね受部材４３と慣性マス本体４４とが連結フレーム４５により一体に連結されて構成されている。この慣性マス本体４４上には所定重量のウエイト４６が複数のボルト４７により固定されると共に、中間部に所定重量のウエイト４８を搭載して複数のボルト４９により固定可能となっており、試験条件に合わせて荷重を調整可能となっている。また、左右の台車枠３３と慣性マス４２の各ばね受部材４３との間には軸ダンパ５０が介装されている。
【００２０】
慣性マス４２における左右のばね受４１に隣接する連結フレーム４５に軌道１７を起振させる起振装置５１が設けられている。即ち、連結フレーム４５には上下起振用アクチュエータ５２が固定されており、このアクチュエータ５２から下方に延出する駆動ロッド５３の先端部には取付治具５４が固定され、この取付治具５４に載荷治具５５が装着されている。この載荷治具５５は軌道１７と接触する下面が走行車輪３９と同心の円弧形状をなし、且つ、この走行車輪３９とほぼ同様の断面形状をなしており、上部が取付治具５４の取付孔に嵌入してボルト締結されることで着脱自在となっている。そして、この取付治具５４に軌道１７に作用する荷重を検出する検出手段としてのロードセル５６が設けられている。
【００２１】
取付治具５４の外周部には雄ねじ５７が形成される一方、連結フレーム４５には雌ねじ部５８が形成されており、載荷治具５５を上昇させたときに、取付治具５４の雄ねじ５７が連結フレーム４５の雌ねじ部５８に螺合することで、載荷治具５５（取付治具５４）を上昇位置で仮固定する（治具ロック手段）することができる。
【００２２】
従って、起振装置５１は、アクチュエータ５２により駆動ロッド５３を駆動し、取付治具５４を介して載荷治具５５を軌道１７に対して鉛直方向に押圧することで、この軌道１７を起振させることができ、このとき、ロードセル５６が軌道１７に発生する振動を輪重として検出することができる。
【００２３】
また、起振装置５１の前方及び後方には箱型形状をなす前後のハウジング５９が連結フレーム４５にそれぞれ固定されている。この各ハウジング５９は下方が開口して内部にライナ６０を介して昇降枠６１がそれぞれ昇降自在に嵌合しており、各昇降枠６１に車輪軸６２を介して走行補助輪６３が回転自在に装着されている。そして、ハウジング５９の上部には上下方向に沿ってねじ軸６４が螺合し、このねじ軸６４の上端部には操作ハンドル６５が取付けられる一方、ねじ軸６４の下端部は昇降枠６１に連結されている。
【００２４】
この場合、慣性マス４２の左右側部にて、起振装置５１の前後に走行補助輪６３が配設されると共に外側に軸ばね４１が配設されており、この起振装置５１と走行補助輪６３と軸ばね４１とはほぼ水平方向に並設されている。
【００２５】
従って、ハウジング５９に対して昇降枠６１が最下方位置に下降したときには、走行補助輪６３が軌道１７に接触して転動することができ、前述した起振装置５１のアクチュエータ５２を駆動して載荷治具５５を軌道１７に接触させるときには、操作ハンドル６５を回転操作してハウジング５９に対して昇降枠６１を上昇し、走行補助輪６３を最上方位置に位置させて軌道１７と離間させることができる。
【００２６】
なお、起振装置５１と走行補助輪６３と軸ばね４１との位置関係並びに作用を明確に説明するため、図４及び図５では、進行方向右側の起振装置５１を上昇して走行補助輪６３を下降させ、進行方向左側の起振装置５１を下降して走行補助輪６３を上昇して表している。
【００２７】
ところで、この起振台車１６では、サスペンションとして空気ばね３２及び軸ばね３５，４１を適用しているが、懸架剛性（空気ばね剛性、軸ばね剛性）を変更して走行特性を調整できるように、少なくとも空気ばね３２あるいは軸ばね３５，４１の一方の機能を停止可能とするばね殺し機構を有している。
【００２８】
車体フレーム３１の下部には起振台車１６の走行方向と直交する方向に左右及び前後一対のガイドレール６６が固定されており、この各ガイドレール６６にはスライドガイド６７が移動自在に嵌合し、このスライドガイド６７にテーパ面を有するコ字形状をなすスライドブロック６８が固定されている。そして、車体フレーム３１の下部には各ガイドレール６６に対応して油圧シリンダ６９が垂設されており、駆動ロッド７０の先端部がスライドブロック６８に連結されている。一方、台車枠３３の上部には固定ブロック７１が固定されており、先端部にスライドブロック６８が係止可能なテーパ面を有する係止突起７２が形成されている。また、車体フレーム３１の下部には調心用ガイド７３が垂下して固定されている。
【００２９】
従って、空気ばね３２には図示しない流量調整弁を有するエア給排管を介してエア源が接続されており、この流量調整弁を調整して空気ばね３２内のエアを全て排出すると、台車枠３３に対して車体フレーム３１が下降することとなり、このとき、車体フレーム３１は調心用ガイド７３が固定ブロック７１にガイドされることで、調心されながら下降する。そして、この状態で油圧シリンダ６９を伸長してスライドガイド６７をガイドレール６６に沿って前進すると、スライドブロック６８が固定ブロック７１の係止部７２に係止し、台車枠３３に対して車体フレーム３１を一体に拘束することで、空気ばね３２のサスペンション機能を停止して懸架剛性を高めることができる。
【００３０】
また、図４及び図７に示すように、台車枠３３の後部にて各軸ばね４１はその上端部が台車枠３３の下面に固定された上部受座７４に支持され、下端部は慣性マス４２を構成するばね受部材４３に固定された下部受座７５に支持されている。このばね受部材４３の下部には支持プレート７６が固定されており、この支持プレート７６には筒上のピストン７７が移動自在に嵌合したシリンダ７８が固定されており、両者の間には圧縮ばね７９が介在してシリンダ７８に対してピストン７７を上方に付勢している。そして、上部受座７４から軸ばね４１の中心部に垂下した支持部８０内には支持ロッド８１が貫通し、上端部が台車枠３３に連結され、下部はシリンダ７８及びピストン７７を貫通してその端部にストッパ８２が位置調節自在に装着されている。
【００３１】
従って、ピストン７７とシリンダ７８との間に油圧を供給すると、支持プレート７６に固定されたシリンダ７８に対してピストン７７が圧縮ばね７９に抗して下降するが、このピストン７７がストッパ８２に当接するとその移動が規制され、ピストン７７に対してシリンダ７８が上昇を開始する。すると、シリンダ７８と一体の支持プレート７６及びばね受部材４３が上昇することで、下部受座７５が軸ばね４１を押しつぶすことで、この軸ばね４１のサスペンション機能を停止して懸架剛性を高めることができる。
【００３２】
この起振台車１６の説明にて、走行補助輪６３のサスペンションとしての軸ばね４１の機能を停止するばね殺し機構として、ピストン７７、シリンダ７８、圧縮ばね７９、支持ロッド８１、ストッパ８２等を設けたが、このばね殺し機構は走行車輪３９のサスペンションとしての軸ばね３５にも装着されており、両者を同期して作用させることで、起振台車１６全体の懸架剛性を変更して走行特性を調整することができる。
【００３３】
一方、載荷台車１５において、図８乃至図１１に示すように、車体フレーム９１の中央部には収納凹部９２が設けられており、上部には架台９３が３本架設され、前後の側壁９４には上下方向に沿ったガイドレール９５が複数固定されている。車体フレーム９１の収納凹部９２には中空箱型形状の載荷フレーム９６が配設され、前端部及び後端部に固定された複数のリニアガイド９７が各ガイドレール９５に移動自在に嵌合している。
【００３４】
架台９３の中央部には電動機９８が搭載され、この電動機９８の出力軸９９は第１ギヤボックス100に連結され、２つの連結軸101を介して第２ギヤボックス102に連結され、更に、４つの連結軸103をウォームギヤ104が固結されている。そして、架台９３の四方にはウォームホイール105が回転自在に支持され、各ウォームギヤ104が噛み合っており、ウォームギヤ104の螺合する昇降ねじ軸106は下方に延設されている。一方、載荷フレーム９６の上面部の四方には吊り具107が固定されており、昇降ねじ軸106の下端部と吊り具107の上端部とが連結リンク108により連結されている。
【００３５】
この場合、図１３に詳細に示すように、昇降ねじ軸106の下端部と連結リンク108の上端部とは連結軸109により連結される一方、連結リンク108の下端部と吊り具107の上端部とは、吊り具107に形成された長孔110に連結リンク108に固定された連結軸111が嵌合することで、所定ストロークだけ移動可能に連結されている。そして、載荷フレーム９６の上面部には吊り具107に隣接してロックシリンダ112が固定され、駆動ロッドの先端部には上テーパ面113を有するロック片114が固結される一方、吊り具107に連結された連結リンク108の下端面には下テーパ面115が形成されている。
【００３６】
従って、電動機９８を駆動すると、その回転力が出力軸９９から第１ギヤボックス100、連結軸101、第２ギヤボックス102、連結軸103、ウォームギヤ104を介してウォームホイール105に伝達され、このウォームギヤ104に噛み合う昇降ねじ軸106が上下に移動する。そのため、この昇降ねじ軸106に連結リンク108及び吊り具107を介して連結された載荷フレーム９６を昇降することができる。この場合、電動機９８の駆動に拘らず、載荷フレーム９６は長孔110の距離だけ昇降することができるが、ロックシリンダ112を伸長駆動してロック片114を連結リンク108の下方に進入すると、ロック片114の上テーパ面113が連結リンク108の下テーパ面115を介して連結リンク108を押し上げ、載荷フレーム９６を昇降不能に拘束することができる。
【００３７】
また、架台９３と載荷フレーム９６との間には空気ばね116が介装されており、この空気ばね116には図示しない流量調整弁を有するエア給排管を介してエア源が接続され、この流量調整弁を調整して空気ばね116内のエア圧を変更することで空気ばね力を変更し、載荷フレーム９６による下方の押圧力を調整可能としている。なお、載荷フレーム９６は中空であるため、内部に所定重力のウエイト117を搭載可能となっており、試験条件に合わせてウエイト117の搭載量を変更し、載荷フレーム９６による下方の押圧力を調整可能としている。
【００３８】
載荷フレーム９６の下部には下向きコ字形状をなす台車フレーム118が締結されており、この台車フレーム118の左右側部には前後の軸ばね119を介して軸受120が支持されており、左右の軸受120には車輪軸121が貫通して回転自在に支持されており、この車輪軸121に左右の載荷車輪122が固結されている。そして、台車フレーム118にはこの載荷車輪122（軌道１７）に対して鉛直方向の荷重を付与する左右一対の輪重加振装置123が装着されると共に、載荷車輪122（軌道１７）に対して水平方向の荷重を付与する左右一対の横圧加振装置124が装着されている。
【００３９】
即ち、輪重加振装置123において、台車フレーム118には左右一対のアクチュエータ125が装着されており、駆動ロッド126が下方に伸縮駆動可能であり、先端部に取付治具127が固定されている。一方、車輪軸121には左右一対の載荷軸受128が相対回転可能で且つ軸方向に相対移動可能に装着されており、取付治具127が載荷軸受128に連結されている。そして、この取付治具127には軌道１７に発生する鉛直方向の振動（輪重）を検出する検出手段としてのロードセル129が設けられている。
【００４０】
従って、輪重加振装置123は、アクチュエータ125により駆動ロッド126を駆動し、取付治具127、載荷軸受128及び車輪軸121を介して載荷車輪122を鉛直方向に押圧することで、軌道１７を起振させることができ、ロードセル129が軌道１７に発生する振動を輪重として検出することができる。このとき、ロックシリンダ112のロック片114により連結リンク108を拘束していなければ、軌道１７には、載荷フレーム９６や台車フレーム118等の荷重だけを作用させることができる。一方、ロックシリンダ112のロック片114により連結リンク108を拘束していれば、軌道１７には載荷台車１５の全重量を作用させることができる。
【００４１】
また、横圧加振機124において、台車フレーム118には左右一対のアクチュエータ130が装着されており、駆動ロッド131が外方に伸縮駆動可能であり、先端部に取付金具132が固定されている。一方、車輪軸121の左右端面には左右一対の取付金具133が固定されている。また、台車フレーム118の側部にはアクチュエータ130と車輪軸121の間に位置して鉛直方向に沿った回動軸134が支持筒135により回動自在に支持されている。この回動軸134の上下端部にはそれぞれ逆方向に延出する連結アーム136，137が取付けられており、アクチュエータ130の取付金具132が連結リンク138を介して上部連結アーム136に連結され、下部連結アーム137が連結リンク139を介して車輪軸121の取付金具133に連結されている。そして、この取付金具132には軌道１７に発生する水平方向の振動（横圧）を検出する検出手段としてのロードセル140が設けられている。
【００４２】
この場合、各連結アーム136，137と各連結リンク138，139との連結部には前後方向に所定量のガタ（図１１参照）が設けられており、アクチュエータ130の直線運動が回動軸134の回転運動に、また、この回動軸134の回転運動が車輪軸121の直線運動にスムースに変換できるようになっている。ここで、回動軸134、連結アーム136，137、各連結リンク138，139によりリンク機構が構成されることとなる。
【００４３】
また、横圧加振機124にて、各アクチュエータ130は回動軸134、連結アーム136，137、各連結リンク138，139等を介して車輪軸121を軸方向に押圧することで、軌道１７に横圧を付与するものであるが、アクチュエータ130の圧力が作用する車輪軸121の軸心と軌道１７が横圧を受ける載荷車輪122との接触点とではその位置が異なるため、車輪軸121及び載荷車輪122に回転する方向の無駄な荷重が作用してしまう。そこで、アクチュエータ130の圧力が車輪軸121に対して適正に入力することで、車輪軸121及び載荷車輪122に回転する方向の無駄な荷重が作用しないようにしている。
【００４４】
即ち、図１２に示すように、車両の左右方向をｙ、上下方向をｚ、回転方向をθとし、図１２にて左側のアクチュエータ130を伸長して右側のアクチュエータ130を収縮して、回動軸134、連結アーム136，137、各連結リンク138，139等を介して車輪軸121に右方向の軸荷重を作用させたとする。ここで、右側のアクチュエータ130から車輪軸121に作用する力をｆ1y，ｆ1zとし、左側のアクチュエータ130から車輪軸121に作用する力をｆ2y，−ｆ2zとする。
【００４５】
また、車輪軸121の長さをＬ、載荷車輪122間の長さをl 、載荷車輪122と軌道１７との接点から車輪軸121の中心までの高さをＨとし、同一荷重にて伸長・収縮するとこの機構により
ｆ1y＝ｆ2y
ｆ2z＝ｆ1z
ｆ1z／ｆ1y＝ｆ2z／ｆ2y＝Ｈ／（Ｌ／２）
となる。更に、このときに右側の載荷車輪122と軌道１７との接点に作用する力をｆ1y，ｆ1zとし、左側の載荷車輪122と軌道１７との接点に作用する力をｆ2y，ｆ2zとする。
【００４６】
すると、ｙ方向の力の釣合いは以下のようになる。
ｆ1y＋ｆ2y＋Ｆ1y＋Ｆ2Y＝０
ｚ方向の力の釣合いは以下のようになる。
ｆ1z−ｆ2z＋Ｆ1Z＋Ｆ2Z＝０
軌道１７の高さの水平線と左右の載荷車輪122の中間点Ｃ回りのモーメントの釣合いは以下のようになる。
−Ｈ（ｆ1y＋ｆ2y）＋Ｌ／２（ｆ1z＋ｆ2z）＋１／２（Ｆ1Z−Ｆ2Z）＝０
【００４７】
従って、
Ｆ1y＋Ｆ2y＝−（ｆ1y＋ｆ2y）
Ｆ1Z＋Ｆ2Z＝０
Ｆ1Z−Ｆ2Z＝０
となり、
Ｆ1Z＝Ｆ2Z＝０
である。
【００４８】
即ち、アクチュエータ130を軌道１７側に向けて同一荷重にて伸長・収縮することにより、軌道１７へ横圧荷重を作用できると共に、軌道１７の垂直方向には荷重は発生しない。連結リンク139の取付角度θ1 ，θ2 を、取付金具133の連結点ＡまたはＢと、軌道１７の高さの水平線と左右の載荷車輪122の中間点Ｃとを通る直線の角度に設定することが一番望ましいが、必ずしも一致させずに角度を付けても同様に軌道１７の垂直方向の荷重の発生を抑制できる効果がある。
【００４９】
従って、横圧加振装置124は、図１２にて左側のアクチュエータ130を伸長して右側のアクチュエータ130を収縮して、各取付治具132、連結リンク138、連結アーム136、回動軸134、連結アーム137、連結リンク139、取付治具133を介して車輪軸121を右方向に押圧することで、右側の載荷車輪122を介して軌道１７を起振させることができ、ロードセル140が軌道１７に発生する振動を横圧として検出することができる。一方、図１２にて左側のアクチュエータ130を収縮して右側のアクチュエータ130を伸長すると、前述とは逆に、車輪軸121を左方向に押圧することで、左側の載荷車輪122を介して軌道１７を起振させてロードセル140により振動を横圧として検出することができる。
【００５０】
また、載荷台車１５にて、車体フレーム９１に昇降自在に支持された載荷フレーム９６に台車フレーム118を固定し、この台車フレーム118に輪重加振装置123及び横圧加振装置124の各アクチュエータ125，130を搭載したことで、この輪重加振装置123及び横圧加振装置124がユニット化され、装置がコンパクトとなって簡素化される。
【００５１】
なお、図１０に示すように、左右の載荷車輪122には歪ゲージ141が装着されており、この歪ゲージ141により載荷車輪122の歪を検出することで、この歪に基づいて軌道１７の輪重及び横圧を求めることができようになっている。この場合、ロードセル127，140と歪ゲージ141とを必要に応じて使い分けたり、相殺したりすることで高精度の試験を行うことができる。
【００５２】
ここで、上述した本実施形態の移動式載荷試験車による軌道特性試験方法について説明する。
【００５３】
まず、起振台車１６を用いて軌道特性試験を行う場合、試験を行う位置で牽引車１１を停止し、図示しないジャッキ等を用いて起振台車１６を所定の試験位置に位置決め固定する。この状態で、図１、図４、図５に示すように、起振装置５１のアクチュエータ５２を伸長し、取付治具５４を介して載荷治具５５を下降して軌道１７に接触させることで、この起振装置５１により起振台車１６の後方の荷重を支持する。一方、各操作ハンドル６５を回転操作してハウジング５９に対して昇降枠６１を上昇し、前後の走行補助輪６３を上方位置に位置させて軌道１７から離間させる。この状態で、起振装置５１のアクチュエータ５２により駆動ロッド５３を往復駆動し、取付治具５４を介して載荷治具５５を軌道１７に対して鉛直方向に押圧して起振させ、ロードセル５６は軌道１７に発生する振動を輪重として検出する。
【００５４】
このとき、試験条件に合わせてウエイト４６，４８の搭載量を調整して荷重を変更することで、多数の試験条件を設定することができる。
【００５５】
次に、載荷台車１５を用いて軌道特性試験を行う場合、試験を行う位置にて牽引車１１により走行速度を試験速度（例えば、５〜１０km/h）とする。この走行状態で、図８及び図１０に示すように、輪重加振装置123のアクチュエータ125により駆動ロッド126を往復駆動し、取付治具127、載荷軸受128、車輪軸121を介して載荷車輪122を鉛直方向に押圧して軌道１７を起振させ、ロードセル129は軌道１７に発生する振動を輪重として検出する。また、ロックシリンダ112を不作動として連結リンク108をフリーとすれば、軌道１７に載荷フレーム９６や台車フレーム118等の荷重だけを付与できる。一方、ロックシリンダ112を作動して連結リンク108を拘束すれば、軌道１７に載荷台車１５の全重量を付与できる。
【００５６】
また、このとき、空気ばね３２や軸ばね４１の機能を停止することで、起振台車１６の懸架剛性を変更して軌道特性試験を行うこともできる。即ち、空気ばね３２内のエアを排出して車体フレーム３１を下降すると共に、油圧シリンダ６９を伸長してスライドブロック６８により固定ブロック７１を係止し、台車枠３３に対して車体フレーム３１を拘束することで、空気ばね３２のサスペンション機能を停止して懸架剛性を高める。また、油圧の供給によりピストン７７に対してシリンダ７８を上昇して軸ばね４１を押しつぶすことで、この軸ばね４１のサスペンション機能を停止して懸架剛性を高める等、多種類の軌道特性試験を行うことができる。
【００５７】
また、連結リンク108をフリーとしたとき、空気ばね116内のエア圧を変更することで、載荷フレーム９６による軌道１７への押圧力を調整できる。更に、ウエイト117の搭載量を変更することで、載荷フレーム９６による下方の押圧力を調整できる。
【００５８】
また、載荷台車１５の走行状態で、横圧加振装置124のアクチュエータ130を往復駆動し、取付治具132、連結リンク138、連結アーム136、回動軸134、連結アーム137、連結リンク139、取付治具133を介して車輪軸121を軸方向に押圧し、載荷車輪122を介して軌道１７を起振させ、ロードセル140は軌道１７に発生する振動を横圧として検出する。
【００５９】
このように本実施形態の懸架装置を有する移動式載荷試験車にあっては、台車装置にて、車体フレーム３１に空気ばね３２を介して台車枠３３を装着すると共に、この空気ばね３２内のエアを排出して拘束することで支持剛性を調整するスライドブロック６８、油圧シリンダ６９、固定ブロック７１等から構成された懸架調整手段を設けている。
【００６０】
従って、空気ばね３２及び軸ばね３５，４１がサスペンションとして機能する一方、試験条件に応じて空気ばね３２内ののエアを排出して車体フレーム３１が下降したときに、油圧シリンダ６９によりスライドブロック６８が固定ブロック７１に係止することで、台車枠３３に対して車体フレーム３１を一体に拘束し、この空気ばね３２のサスペンション機能を停止することとなり、懸架剛性を高めた試験を行うことができる。また、この移動式載荷試験車を含む車両に適用される懸架装置とすることで、走行条件により懸架剛性を変更して走行性能及び乗り心地を調整することができる。
【００６１】
また、台車枠３３に固定された固定ブロック７１に対して、車体フレーム３１に支持されたスライドブロック６８を油圧シリンダ６９により係止可能とし、この係止部をテーパ面としたことで、簡単な構成で車体フレーム３１と台車枠３３とを一体に拘束して空気ばね３２の機能を容易に停止することができる。更に、車体フレーム３１の下部に固定ブロック７１にガイドされる調心用ガイド７３を設けたことで、台車枠３３に対して車体フレームを所定の位置に拘束することができる。
【００６２】
なお、上述の実施形態では、懸架調整手段をスライドブロック６８、油圧シリンダ６９、固定ブロック７１等から構成したが、この構造に限定されるものではない。図１５に本発明の他の実施形態に係る懸架装置が適用された移動式載荷試験車における空気ばねによる懸架剛性の変更機構を表す要部断面を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６３】
本実施形態の移動式載荷試験車において、図１５に示すように、起振台車１６の車体フレーム３１の下部には油圧シリンダ201が固定されており、この油圧シリンダ201は下方に延出する駆動ロッド202を有し、先端部に係合片203が取付けられてている。一方、台車枠３３の上部には中空の支持部材204が固定されており、この支持部材204内には油圧シリンダ201の係合片203が上下方向に沿って所定ストロークＳ及び半径方向Ｒだけ移動可能に嵌合している。この移動可能量Ｓ，Ｒは、空気ばね３２及び軸ばね３５，４１による車体フレーム３１と台車枠３３との最大相対移動量である。
【００６４】
従って、空気ばね３２と軸ばね３５，４１がサスペンションとして機能する一方、試験条件に応じて空気ばね３２内のエアを排出すると共に、油圧シリンダ６９を収縮して係合片204を介して支持部材204を引き上げて台車枠３３を上昇し、車体フレーム３１に当接することで両者を一体に拘束することで、この空気ばね３２のサスペンション機能を停止することとなり、懸架剛性を高めた試験を行うことができ、また、この移動式載荷試験車を含む車両に適用される懸架装置とすることで、走行条件により懸架剛性を変更して走行性能及び乗り心地を調整することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明した懸架装置によれば、軌道に沿って走行可能な車輪を有する車体フレームの下部に空気ばねを介して台車枠を昇降及び水平移動自在に支持し、この台車枠に左右の軸受を支持し、この軸受に車輪軸を回転自在に支持して左右の車輪を固結し、走行条件に応じて空気ばねを圧縮して支持剛性を調整する懸架調整手段を設けたので、空気ばねがサスペンションとして機能する一方、試験条件に応じて空気ばねを圧縮してサスペンション機能を停止することができ、懸架剛性を変更して走行性能及び乗り心地を調整することができる。
【００６６】
また、上記懸架装置によれば、空気ばね内のエアを操作信号により排出する電磁バルブを設け、この電磁バルブによりエアを排出して車体フレームに対する台車枠の昇降及び水平移動動作を拘束するので、構造の簡素化を図ることができる。
【００６７】
また、上記懸架装置によれば、懸架調整手段を、車体フレームと台車枠の一方に固定された固定ブロックと、他方に水平移動自在に支持されたスライドブロックと、スライドブロックを固定ブロックに係止する油圧シリンダとで構成したので、確実に空気ばねのサスペンション機能を変更することができると共に、懸架調整手段がユニット化されて装置をコンパクトとすることができる。
【００６８】
また、上記懸架装置によれば、車体フレームと台車枠の少なくとも一方に車体フレームと台車枠との調心動作を行う調心用ガイドを設けたので、台車枠に対して車体フレームを所定の位置に拘束することができ、信頼性を向上することができる。
【００６９】
更に、上記懸架装置によれば、懸架調整手段を、車体フレームと台車枠の一方に固定された油圧シリンダと、他方に固定されて油圧シリンダの駆動ロッドの先端部を所定量だけ昇降可能に支持する支持部材とで構成したので、台車枠に対して車体フレームを所定の位置に拘束することができると共に、構造を簡素化して低コスト化を図ることができる。
【００７０】
請求項１の発明の移動式載荷試験車によれば、車体フレームの下部に空気ばねを介して台車枠を装着し、台車枠の前下部に軸ばねを介して軸受を装着して左右の走行車輪を支持する一方、台車枠の後下部に軸ばねを介して慣性マスを装着し、慣性マスに軌道を起振させる起振手段と起振手段が軌道に接触している部分に作用する振動を検出する検出手段を設けると共に、左右の走行補助輪を昇降可能に支持し、空気ばねを圧縮して支持剛性を調整する懸架調整手段を設けたので、起振手段を作動して軌道特性試験を行う場合、懸架剛性を変更することで多種の軌道特性試験を実施することができ、車両ばね下質量が軌道や地盤に及ぼす影響を定量的に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る懸架装置が適用された移動式載荷試験車における起振台車の下部正面図である。
【図２】本実施形態の起振台車の下部平面図である。
【図３】本実施形態の起振台車の下部背面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】空気ばねによる懸架剛性の変更機構を表す図３のVI部詳細図である。
【図７】軸ばねによる懸架剛性の変更機構を表す図４のVII−VII断面図である。
【図８】本実施形態の載荷台車の要部正面図である。
【図９】図８のIX−IX断面図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】図１０のXI−XI断面図である。
【図１２】載荷台車における横圧載荷機構を表す概略図である。
【図１３】載荷フレームのロック機構を表す図１０のXIII部詳細図である。
【図１４】本実施形態の移動式載荷試験車の概略図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る懸架装置が適用された移動式載荷試験車における空気ばねによる懸架剛性の変更機構を表す要部断面図である。
【符号の説明】
１１ 牽引車
１２，１３ 機器搭載車
１４ 走行台車
１５ 載荷台車
１６ 起振台車
１７ 軌道
１８ 地盤
３１ 車体フレーム
３２ 空気ばね
３３ 台車枠
３９ 走行車輪
４１ 軸ばね
４２ 慣性マス
５１ 起振装置
５６ ロードセル（検出手段）
６３ 走行補助輪
６５ 操作ハンドル
６６ ガイドレール
６７ スライドガイド
６８ スライドブロック（懸架調整手段）
６９ 油圧シリンダ（懸架調整手段）
７１ 固定ブロック（懸架調整手段）
７２ 係止突起
７３ 調心用ガイド
９１ 車体フレーム
９６ 載荷フレーム（昇降フレーム）
９８ 電動機
116 空気ばね
118 台車フレーム（昇降フレーム）
119 軸ばね
121 車輪軸
122 載荷車輪
123 輪重加振装置
124 横圧加振装置
129 ロードセル（検出手段）
140 ロードセル（検出手段）
141 歪センサ（検出手段）
201 油圧シリンダ
203 係合片
204 支持部材
Claims (1)
- 車体フレームと、該車体フレームの下部に昇降自在に支持された台車枠と、前記車体フレームと該台車枠の間に介装された空気ばねと、前記台車枠の前下部に軸ばねを介して装着された左右の軸受と、該軸受に回転自在に支持された車輪軸と、該車輪軸に固結された左右の走行車輪と、前記台車枠の後下部に軸ばねを介して装着された慣性マスと、該慣性マスに装着されて軌道を起振させる起振手段と、該起振手段が前記軌道に接触している部分に発生する振動を検出する検出手段と、前記慣性マスに昇降可能であって回転自在に支持された左右の走行補助輪と、前記空気ばねを拘束して支持剛性を調整する懸架調整手段とを具えたことを特徴とする移動式載荷試験車。
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