JP4198838B2 - 鉄道車両走行車輪検査装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄道車両走行車輪検査装置に係り、特に、鉄道車両の走行車輪の車輪径,フランジ厚さ,フランジ高さなどを非接触で計測して、車輪の摩耗状況を正確に把握することができる装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道車両の走行車輪(以下、車輪と略記する)は、その内側部分のフランジに案内されてレール面上を走行しているが、特に、曲線通過時にはフランジ外面とレール内側面との間に横圧とすべりが発生し、徐々にフランジ摩耗が生ずる。この車輪のフランジ摩耗がさらに進み、一定限界を超えると車両が脱線するという重大事故につながるので、この車輪フランジの摩耗状況を監視しておかなければならない。
【0003】
そのため、特公昭57−37801号公報に見られるように、接触子を車輪のフランジに当てがって、接触子の移動具合を差動変圧器に伝え、電気信号に変換して人手と労力を軽減することが提案されている。
【0004】
また、特開平7−243845号公報に見られるように、レールの外側に設置した第1距離センサで鉄道車両の車輪の外側のフランジ面までの距離を非接触で計測し、レールの内側に設置した第2距離センサで車輪の内側のバック面までの距離を非接触で計測し、その第1距離センサと第2距離センサのそれぞれの計測結果および第1距離センサと第2距離センサの設置に係わる距離のデータから車輪のフランジの厚さを演算し、人手と労力を軽減することが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の従来の接触式の摩耗検査装置では、車輪がレール面上をいくら滑らかに走行するといっても、車輪が測定治具に当る際に測定治具に振動や摩耗やずれなどが生じ、測定精度が次第に低下する等の問題がある。また、車輪が測定治具に直接当るので、測定治具の耐久性に問題がある。さらに、測定治具の寿命の点で保守が必要になり、大幅な人手と労力の軽減上に問題がある。
【0006】
また、上述の従来の非接触式の摩耗検査装置では、第1,第2の両距離センサから車輪に真横の方向から計測光などを発しているが、車輪は曲面を有している為に反射光などを正確に補足し難く、鉄道車両の重量によっては通過時にレールが沈むことなどもあって、車輪摩耗量の測定精度の面で問題がある。
【0007】
それゆえ、本発明の目的は、車輪の摩耗状況を正確に把握することができ、また装置の耐久性が高く、さらに装置の保守による人手と労力を軽減できる鉄道車両走行車輪検査装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、レールの外側に設置され、鉄道車両の車輪の外側のフランジ面までの距離を非接触で計測してその計測結果を出力する第1距離センサと、レールの内側に設置され、車輪の内側のバック面までの距離を非接触で計測してその計測結果を出力する第2距離センサと、その第1距離センサと第2距離センサのそれぞれの計測結果および該第1距離センサと第2距離センサの設置に係わる距離のデータから車輪のフランジの厚さを演算する処理部を備えたものにおいて、前記第1距離センサと第2距離センサを、それぞれレールの踏面より下で鉄道車両の走行方向の前方から車輪のフランジ面並びにバック面までの距離を計測するように設置することにある。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の鉄道車両走行車輪検査装置の一実施形態を添付図面を参照して説明する。
【0010】
図1において、10はレール11上を車輪100で走行する鉄道車両である。
【0011】
この車輪100は、図2に示すように、外側の部分から内側の部分までの外周面の外径が徐々に大となるように形成された踏面101と、内側の部分に一体に設けたフランジ102とからなる。フランジ102の外周面は、踏面101から連続しかつ内側から外側に行くに従って肉厚が徐々に薄くなるような凸曲面をなす。車輪100には、図3に示すように基準溝103を有しており、この直径Wsは基準で定められている。なお、車輪100の外側のフランジ面104をフランジ外面と称し、また車輪100の内側のフランジ面(車輪100の内側のバックゲージ面)105を車輪内面と称する。車輪100の踏面101がレール11の上面の踏面(レール面)11a上を走行する際、車輪100のフランジ外面104がレール11の内側の側面で案内される。
【0012】
図1,図2において、1a及び1bはレール11の外側と内側に設置し、レール11上を走行してきた鉄道車両10を車輪100との距離(センサからの最短距離)を測定する非接触式の第1距離センサ及び第2距離センサで、枕木12上に設置されている。この第1距離センサ1aはレール11の外側に設置され、車輪100のフランジ外面104までの距離L3を時系列に計測出力するものである。また、第2距離センサ1bはレール11の内側に設置され、車輪内面105までの距離L4を計測出力するものである。
【0013】
この距離センサ1a,1bとしては、内部のコイルに高周波電流を流して高周波磁界を発生させ、その磁界内に測定対象の金属が入ってくると電磁誘導作用によって金属表面に渦電流が発生し、この渦電流の大小でセンサと対象物の距離を測定することを利用した渦電流式変位センサや、発光ダイオードや半導体レーザを用いた発光素子と光位置検出素子の組合せで構成された光学式変位センサや、超音波を測定対象物に向けて発射し、その音波が対象物から反射波として戻ってくるまでの時間を計測することでセンサと対象物の距離を測定する超音波式変位センサ等が利用できる。各距離センサ1a、1bはこれらが発せられる光等がレール11で遮られないように、θ1及びθ2の設置角度をつけている。この第1距離センサ1aの設置角度θ1と第2距離センサ1bの設置角度θ2は、同一であっても良いし異なっていても良い。また、各距離センサ1a,1bは鉄道車両10の走行方向の前方から車輪100に計測のための光等を発するので、フランジ102の凸曲面を直射して反射するようになっている。
【0014】
各距離センサ1a,1bでの計測結果L3及びL4は、図5に示すように、第1増幅部2a及び第2増幅部2bで増幅し、第1A/D変換部3a及び第2A/D変換部3bで逐次A/D変換していく。
【0015】
図1に戻って、5は上記第1距離センサ1a及び第2距離センサ1bによって距離L3,L4を計測される車輪100の速度を(鉄道車両10の走行方向イに沿った車輪100の移動速度)を検出する速度検出部である。
【0016】
この速度検出部5は、例えば距離センサ1a、1bのような渦電流式、光学式、超音波式のもので、図1に示すように、2個の検出部5a,5bを鉄道車両10の走行方向イにおいて車輪100と距離センサ1a、1bの間になるように配置している。
【0017】
この速度検出部5は、上記2個の検出部5a,5b間(一方の検出部5aから他方の検出部5bまでの間)を通過する車輪100の通過時間からその車輪100の速度を得るものである。また、この速度検出部5は、検査対象の車両10が2個の検出部5a、5b間を通過する時の経過時間を得るものである。
【0018】
速度検出部5での計測結果は、距離センサ1a,1bでの計測結果とともに図5に示すように第1制御部4a,第2制御部4bに送られる。
【0019】
この第1制御部4a及び第2制御部4bでは、第1A/D変換部3a及び第2A/D変換部3bからの計測データと上記速度検出部5からの車輪100の速度及び経過時間とを逐次取込み、記憶部6に格納させる制御を行う。また、第1制御部4a及び第2制御部4bは、速度検出部5で得られた車輪100の速度に応じて、第1A/D変換部3a及び第2変換部3bから出力されるデータをサンプリングする周期を適宜変えるように構成されている。
【0020】
記憶部6は、第1制御部4a及び第2制御部4bにそれぞれ接続されており、第1A/D変換部3a及び第2A/D変換部3bからの出力データと速度検出部5からの車輪100の速度と経過時間のデータを第1制御部4a及び第2制御部4bの制御によって逐次格納する。
【0021】
7は処理部で、記憶部6に格納された計測データと予め固定して設置されている第1距離センサ1a,第2距離センサ1bの間の距離L0(図2参照)と第1距離センサ1aの設置角度θ1及び第2距離センサ1bの設置角度θ2と車輪検出部5で検出される車輪速度から後述する数式1〜9によって、逐次車輪100のフランジ102の厚さd,フランジ102の高さfh(図3参照),車輪100の直径Wd(同じく、図3参照)を演算し、車輪の形状を求める。
【0022】
また、処理部7は、上記のようにして得られたフランジ102の厚さd,フランジ102の高さfh及び車輪100の直径Wdのデータを車輪100の測定順番と共に記憶部6に格納する。さらに、速度検出部5で得られた車輪100の速度と経過時間から車輪100のフランジ102の各部位の位置と車輪100のフランジ102の厚さd及びフランジ102の高さfhから車輪100のフランジ102の形状を再現し、出力画面表示部8で表示させたり出力印字部9でハードコピーを得るようにする。
【0023】
以下、操作作動について説明する。
【0024】
まず、図1及び図2に示すように、フランジ102の摩耗状況を検査する鉄道車両10をレール11上を矢印イの方向に走行させ、図6に示すように、矢印ロ方向に車輪100を回転させ、速度検出部5の2個の検出部5a、5b間を通過させ、さらに第1距離センサ1aと第2距離センサ1bとの間を走行させる。
【0025】
すると、図2に示すように、第1距離センサ1aはフランジ外面104までの距離L3を計測し、第2距離センサ1bは車輪内面105までの距離L4を計測する。このとき第1距離センサ1aは、図6(a)に示すように、車輪100のフランジ外面104のB−C間の部分,車輪100の外側の面のC−D間の部分及びフランジ外面104のD−E間の部分までの距離L3を計測する。その第1距離センサ1aからの出力波形は、図6(c)に示すような波形である。なお、図6(a)中において、車輪100のフランジ102の部分は、B−C間の部分及びD−E間の部分に対応する。
【0026】
第2距離センサ1bは、図6(a)に示す車輪内面105のA−F間の部分までの距離L4を計測する。その第2距離センサからの出力波形は、図6(b)に示すような波形である。
【0027】
車両10が重くてレール11が沈んでも距離センサ1a,1bも車輪100と一緒に沈むからレール11の変形は計測結果L3,L4に影響がない。
【0028】
次に、上記第1距離センサ1a及び第2距離センサ1bからの出力波形は第1増幅部2a及び第2増幅部2bで増幅されてから第1A/D変換部3a及び第2A/D変換部3bでA/D変換され、第1制御部4a及び第2制御部4bの制御によって逐次記憶部6に格納される。
【0029】
一方、速度検出部5で得られた速度は、経過時間と共に制御部4a,4bの制御によって逐次記憶部6に格納される。
【0030】
それから、処理部7において、記憶部6に格納された波形データ及び第1距離センサ1aと第2距離センサ1b間の距離L0及び第1距離センサ1aの設置角度θ1と第2距離センサ1bの設置角度θ2と第2距離センサ1bの設置高さhG(図2参照)と速度検出部5で得られた車輪速度から下記の数式1〜9によってフランジ102の厚さd及びフランジ102の高さfh、車輪100の直径Wdが演算される。そのフランジ102の厚さd及びフランジ102の高さfh、車輪100の直径Wdのデータは車輪の測定順番と共に記憶部に格納される。そして、必要に応じて出力画面表示部8によって、その演算結果が画面に表示されたり、または出力印字部9によって、その演算結果が印字出力されたりする。
【0031】
図2に示すように、第1距離センサ1a,第2距離センサ1bは予め一定の距離L0及び一定の設置角度θ1、θ2及び一定の設置高さhGに設置されているので、第1距離センサ1a及び第2距離センサ1bで計測した距離L3及び距離L4から、車輪フランジ厚さdは数式1〜3で算出できる。
【0032】
【数1】
【0033】
【数2】
【0034】
【数3】
【0035】
また、図6(b)で示す第2距離センサ1bの出力波形における波形の立ち下がりから立ち上がりまでの距離Lfをその経過時間と車輪速度から求め、車輪基準溝間横断距離Lsを波形(b)上の車輪基準溝103を示すG点からH点までの経過時間と車輪速度から求め、既知である車輪基準溝103の直径Ws及び第2距離センサ1bで計測した距離L4と設置角度θ2とその設置高さhGより、車輪径Wd及び車輪フランジ高さfhを数式4〜9で算出できる。
【0036】
【数4】
【0037】
【数5】
【0038】
【数6】
【0039】
【数7】
【0040】
【数8】
【0041】
【数9】
【0042】
このように、本発明によれば、非接触状態で車輪フランジ厚さd、車輪径Wd、車輪フランジ高さfhを算出でき、接触状態でそれらを計測する従来の装置の諸問題を解決することができる。
【0043】
即ち、従来の装置のような車輪が測定治具に当る際に生じる測定治具の振動や摩耗やずれ等による測定性精度の低下の慮が無く、耐久性を向上させることができる。また、各距離センサを車両の前方から車輪に対し仰ぐように斜めに設置していることにより、フランジ面に対し各距離センサが直角に近くなり測定精度を向上することができる。
【0044】
さらに、従来の装置のような測定治具の寿命の点で保守による人手と労力を大幅に必要とせず、その分人手と労力を大幅に軽減することができる。
【0045】
そして、速度検出部5で得られ逐次記憶部6に格納された車輪100の速度と経過時間とから車輪100のフランジ102の各部位の位置が計算でき、この各部位の位置のデータと演算されたフランジ102の厚さdのデータから車輪100のフランジ102の形状と車輪100のフランジ102高さfh及び車輪100の径Wdを画面表示部8によって再現表示することができる。このようにしてフランジ102の摩耗の判定をより確実にすることができる。
【0046】
なお、上述の実施形態において、計測データL3、L4の取込みトリガは、別のセンサ(図示せず)を設けてもよく、図6(d)に示すようにフランジ102の端部を示すB点、C点及びD点、E点ではその厚さdの値が急に立ち上り、又は、立ち下がりするので、その急変した時をトリガとしても良い。
【0047】
また、A/D変換されたデータ量は、車輪100の速度が低速の場合は膨大なものとなるため、制御部4a、4bで入力された車輪100の速度に応じてA/D変換されたデータL3、L4をサンプリングする周期を適宜に変えて記憶部6に格納するようにしても良い。
【0048】
さらに、上述の実施例では片側の車輪100における摩耗について説明したが、車両10は車軸(図示せず)で結合された2個の車輪を備えており、レール11の曲がりや積載状況によって車輪のフランジに掛かる横圧に差が生じ、摩耗の程度に差がある。そこで、両側のレール11について鉄道車両走行車輪検査装置を設置し、両輪についてフランジ及び車輪の径の摩耗状況及を計測することもできる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の鉄道車両走行車輪検査装置によれば、非接触で車輪の摩耗状況を正確に把握することができ、また装置の耐久性が向上し、さらに装置の保守による人手と労力を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる鉄道車両走行車輪検査装置における距離センサ設置状況を示す概略図である。
【図2】図1に示した距離センサで車輪までの距離を計測する状況を示す図である。
【図3】車輪の車輪径、車輪フランジ厚さ、車輪フランジ高さを車輪の側面から示した図である。
【図4】車輪の車輪径、基準溝径などを車輪の正面から示した図である。
【図5】本発明の鉄道車両走行車輪検査装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図6】図5に示した本発明の鉄道車両走行車輪検査装置により車輪の摩耗を計測した結果を波形による画像表示で示した図である。
【符号の説明】
1a,1b…距離センサ、5a,5b…速度検出部、10…鉄道車両、11…レール、12…枕木、100…車輪、101…踏面、102…フランジ、104…フランジ外面、105…バックゲージ面(車輪内面)、d…フランジの厚さ、fh…フランジの高さ、Wd…車輪の直径。
Claims (2)
- レールの外側に設置され、鉄道車両の車輪の外側のフランジ面までの距離を非接触で計測してその計測結果を出力する第1距離センサと、レールの内側に設置され、車輪の内側のバック面までの距離を非接触で計測してその計測結果を出力する第2距離センサと、その第1距離センサと第2距離センサのそれぞれの計測結果および該第1距離センサと第2距離センサの設置に係わる距離のデータから車輪のフランジの厚さを演算する処理部を備えたものにおいて、前記第1距離センサと第2距離センサは、それぞれレールの踏面より下で鉄道車両の走行方向の前方から車輪のフランジ面並びにバック面までの距離を計測するように、かつ、それぞれ枕木上に設置されていることを特徴とする鉄道車両走行車輪検査装置。
- 上記請求項1において、さらに、車輪の速度を検出する速度検出部と、該速度検出部で得られた検査対象の車輪の速度と経過時間とから車輪のフランジの各部位の位置を計算し、該車輪のフランジの各部位の位置と前記処理部で得られた車輪のフランジの厚さとから車輪のフランジの形状を再現し、前記処理部で得られた車輪のフランジの厚さと再現した車輪のフランジの形状を表示する手段とを備えたことを特徴とする鉄道車両走行車輪検査装置。
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- 1999-09-27 JP JP27262599A patent/JP4198838B2/ja not_active Expired - Lifetime
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