JP4947251B2 - Wheel tread increase adhesion device - Google Patents
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Description
本発明は、車輪踏面増粘着装置に関するものである。 The present invention relates to a wheel tread increasing adhesive device.
従来の車輪踏面増粘着方法としては、車輪踏面研磨子や車輪踏面清掃子と称する摩擦材を車輪踏面へ押し付ける方法や、セラミックス粒子を車輪踏面へ噴射して車輪踏面に粗さを得る方法が用いられている。
また、本願発明者らにより、鉄道車両の車輪踏面に対向して、隣合う磁石毎に磁極の方向を90°回転させた磁石群の配列に構成した磁石ブロックを配置し、走行時に車輪踏面表面の温度を前記磁石ブロックからの電磁誘導により生じる車輪の鉄損によって上昇させ、その温度上昇により車輪とレールの間に介在する流体粘度を下げ、車輪踏面の粘着力を高める鉄道車輪踏面増粘着方法およびその装置が提案されている(下記特許文献1、下記非特許文献1参照)。
In addition, the inventors of the present application have arranged a magnet block that is arranged in an array of magnet groups facing the wheel tread of a railway vehicle and rotated the direction of the magnetic pole by 90 ° for each adjacent magnet. The railway wheel tread increasing adhesion method for increasing the pressure of the wheel tread by increasing the temperature of the wheel by the iron loss of the wheel caused by electromagnetic induction from the magnet block, lowering the fluid viscosity interposed between the wheel and the rail by the temperature increase And an apparatus thereof have been proposed (see
しかしながら、上記した従来の車輪踏面増粘着方法では、車輪踏面に摩擦材による摩耗が生じたり、力行時の連続使用による加速性能の低下が大であり、また、過度の発熱により長時間連続使用ができない等の問題があった。
また、磁石ブロックを配置する場合には、常時、吸引されることで作業性やその消磁方法が複雑になり、100km/h以下の低速時には性能が低下するといった問題があった。
However, in the conventional wheel tread increasing adhesion method described above, friction due to friction material is generated on the wheel tread, and the acceleration performance is deteriorated due to continuous use during powering. There were problems such as being unable to do so.
Further, when a magnet block is arranged, there is a problem that the workability and the demagnetizing method thereof are complicated by being attracted at all times, and the performance is lowered at a low speed of 100 km / h or less.
本発明は、上記状況に鑑みて、低速時の性能の確保と、保守作業の低減を図るとともに、構成が簡便で車輪踏面に高い粘着力を得ることができる車輪踏面増粘着装置を提供することを目的とする。 In view of the above situation, the present invention provides a wheel tread increasing adhesive device that ensures performance at low speed and reduces maintenance work, and that has a simple configuration and can obtain high adhesive force on the wheel tread. With the goal.
本発明の車輪踏面増粘着装置において、一端部が車軸の先端側に固定されるとともに、先端部が前記車軸の内側方向に曲げられてレールの中央部に臨む支持アームを備え、前記支持アームの先端部に電磁石装置を配置し、車両の走行時に前記電磁石装置によって、車輪と、車輪踏面と、前記レールと前記車輪踏面との接触箇所と、前記レールを含む閉磁路を生成させ、これにより生じる車輪の鉄損によって車輪踏面表面の温度を上昇させ、その温度上昇により前記レールと前記車輪踏面との接触箇所に介在する流体粘度を下げ、車輪踏面の粘着力を高めるように構成していることを特徴とする。 In the wheel tread increasing adhesive device of the present invention, the one end portion is fixed to the front end side of the axle, and the front end portion is bent toward the inner side of the axle so as to face the center portion of the rail. the electromagnetic device is disposed at the distal end portion, by the electromagnetic device when the vehicle is running, and car wheel, and the wheel tread, the contact point between the wheel tread and the rail, to produce a closed magnetic circuit comprising said rails, thereby The temperature of the wheel tread surface is increased due to the iron loss of the wheel, and the temperature increase reduces the fluid viscosity interposed at the contact point between the rail and the wheel tread, thereby increasing the adhesion of the wheel tread. It is characterized by that.
〔2〕上記〔1〕記載の車輪踏面増粘着装置において、車輪踏面表面を50℃〜374℃の間に加熱することにより、車輪踏面の粘着力を高めることを特徴とする。 [2] The wheel tread increasing adhesive device according to [1], wherein the wheel tread surface is heated to between 50 ° C. and 374 ° C. to increase the adhesion of the wheel tread.
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
(A)保守作業の低減を図るとともに、簡便な構成で車輪踏面の粘着力を得ることができる。
(B)車両の走行状況に応じて、車輪踏面の加熱の制御を行うことにより、有効に車輪踏面の粘着力の向上を図ることができる。
According to the present invention, the following effects can be achieved.
(A) The maintenance work can be reduced, and the adhesive force of the wheel tread can be obtained with a simple configuration.
(B) By controlling the heating of the wheel tread according to the traveling state of the vehicle, it is possible to effectively improve the adhesive force of the wheel tread.
本発明の車輪踏面増粘着装置は、一端部が車軸の先端側に固定されるとともに、先端部が前記車軸の内側方向に曲げられてレールの中央部に臨む支持アームを備え、前記支持アームの先端部に電磁石装置を配置し、車両の走行時に前記電磁石装置によって、車輪と、車輪踏面と、前記レールと前記車輪踏面との接触箇所と、前記レールを含む閉磁路を形成し、これにより生じる車輪の鉄損によって車輪踏面表面の温度を上昇させ、その温度上昇により前記レールと前記車輪踏面との接触箇所に介在する流体粘度を下げ、車輪踏面の粘着力を高めるように構成している。 The wheel tread increasing adhesive device of the present invention includes a support arm having one end portion fixed to the front end side of the axle and a front end portion bent toward the inner side of the axle so as to face the center portion of the rail. the electromagnetic device is disposed at the distal end portion, by the electromagnetic device when the vehicle is running, and car wheel, and the wheel tread, the contact point between the wheel tread and the rail, to form a closed magnetic circuit comprising said rails, thereby The temperature of the wheel tread surface is increased due to the iron loss of the wheel, and the temperature increase reduces the fluid viscosity interposed at the contact point between the rail and the wheel tread, thereby increasing the adhesion of the wheel tread. .
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の第1実施例を示す車輪踏面増粘着装置の正面模式図、図2はその車輪踏面増粘着装置の側面模式図である。
これらの図において、1はレール、2は車軸、3は車輪、4は車輪踏面、5は軸箱、6は軸ばね、7は台車枠、8は支持アーム、9はその支持アーム8の先端に固定され、鉄道車両の車輪踏面4に対向し、かつレール1の近傍に配置される電磁石装置、10はその電磁石装置9に接続される制御装置、11はその制御装置10に接続される電源である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic front view of a wheel tread increasing adhesive device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic side view of the wheel tread increasing adhesive device.
In these figures, 1 is a rail, 2 is an axle, 3 is a wheel, 4 is a wheel tread, 5 is an axle box, 6 is a shaft spring, 7 is a carriage frame, 8 is a support arm, and 9 is the tip of the
ここで、車輪踏面4に対向するとともに、レール1の近傍に配置される単極又は2極の電磁石装置9が制御装置10を介して励磁されることによって、磁界が発生し、この磁界は、電磁石装置9の一方の磁極から車輪3−車輪踏面4−レール1−単極又は2極の電磁石装置9のもう一方の磁極へと閉じた磁路を形成する。その磁路の磁気抵抗は低いので、蓄電池のような小容量の電源であっても停電時や異常時でも強力な磁束を得ることができる。
Here, a magnetic field is generated by exciting a single-pole or two-
したがって、単極又は2極の電磁石装置9と車輪踏面4との間の電磁誘導加熱作用により、車輪踏面4に集中して誘導電流が発生し、鉄損による熱が発生する。この熱により、車輪踏面4が加熱されることになる。車輪踏面4が加熱されると、車輪3とレール1間に介在する雨水などの流体粘度が下がるため転がり接触面内の排水性が促進され、車輪踏面4の粘着力が高くなる。
Therefore, the electromagnetic induction heating action between the single-pole or two-
このように、車輪踏面4が加熱されると、車輪3におけるレール1と車輪踏面4間の粘着力を高めることができる。
さらに、単極又は2極の電磁石装置9による磁路中、レール1と車輪踏面4との接触箇所Aにおいて磁束が集中して磁路を形成し、高い周波数により電磁誘導加熱される。したがって、レール1と車輪踏面4との接触箇所Aで発生する熱エネルギーが増大すれば、より車輪踏面4が加熱されることにより、より効率的に車輪踏面4の粘着力を高めることができる。
Thus, when the
Further, in the magnetic path by the single-pole or two-
本発明にかかる車輪踏面増粘着効果は、電磁誘導加熱作用によるため、車輪踏面4を効果的に加熱させ、車輪踏面の損失を低減するとともに、摩耗がないため長時間連続使用を可能にする。
また、かかる電磁誘導による車輪踏面4の粘着力の制御は、制御装置10により行う。すなわち、制御装置10で通電電流を調整することにより、車輪踏面4の加熱の程度を変化させることができ、車輪踏面4の粘着力の調整を行うことができる。
Since the wheel tread surface increasing adhesion effect according to the present invention is due to electromagnetic induction heating action, the
Further, the control device 10 controls the adhesive force of the
図3は本発明の第2実施例を示す車輪踏面増粘着装置の模式図である。
この実施例では、新幹線電車などの場合に、第1実施例に示した単極又は2極の電磁石装置9に数kHzの周波数を印加するものであり、電源11に接続される周波数制御器21によって、車両が低速であっても数kHz以上の高周波を印加することができる。
このように、単極又は2極の電磁石装置9に印加する周波数を制御することにより、車両の状況に合わせた電磁誘導による車輪踏面の加熱の制御を行うことができる。
FIG. 3 is a schematic view of a wheel tread increasing adhesive device showing a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, in the case of a Shinkansen train or the like, a frequency of several kHz is applied to the single pole or two
In this way, by controlling the frequency applied to the single-pole or two-
したがって、第1実施例と同様に、車輪踏面4を加熱することによって、車輪2におけるレール1と車輪踏面4間の粘着力を高めることができる。
かかる車輪踏面増粘着効果は、高周波の電磁誘導作用の表皮効果によるため、車輪踏面の表面のみを効果的に加熱させ、損失を低減するとともに、長時間連続使用を可能にする。
Therefore, the adhesive force between the
Such a wheel tread surface increasing adhesive effect is due to the skin effect of high-frequency electromagnetic induction action, so that only the surface of the wheel tread surface is effectively heated to reduce loss and enable continuous use for a long time.
図4は本発明の参考例を示す車輪踏面増粘着装置の模式図、図5は図4のA−A線の断面図である。
これらの図において、31はレール、32は車輪、33は車輪踏面、34は単極又は2極の電磁石装置、35は電源、36は電源35からの電力や周波数を制御する制御器である。また、制御器36はブレーキシリンダ圧、増粘着噴射の有無を検出して制御することも可能である。
4 is a schematic view of a wheel tread increasing adhesive device showing a reference example of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
In these figures, 31 is a rail, 32 is a wheel, 33 is a wheel tread, 34 is a monopolar or bipolar electromagnet device, 35 is a power source, and 36 is a controller for controlling the power and frequency from the power source 35. The controller 36 can also detect and control the brake cylinder pressure and the presence or absence of increased adhesion injection.
この実施例では、更に、電子制御装置41、空転・滑走センサー42、ノッチ情報センサー43、車両速度計44、車輪踏面又はその周囲温度を計測する温度センサー45、ギャップ変更機構46等を設けて、車両の種々の情報をセンサー42〜45(またはブレーキシリンダ圧、増粘着噴射の有無)などによって検出して、それらの情報に基づいて、単極又は2極の電磁石装置34によって車輪踏面33に生成される鉄損による熱量を加減することにより、車輪踏面増粘着の度合を制御できるようにしている。
In this embodiment, an electronic control device 41, an idling / sliding sensor 42, a notch information sensor 43, a vehicle speedometer 44, a temperature sensor 45 for measuring a wheel tread surface or its surrounding temperature, a gap changing mechanism 46, and the like are provided. Various types of vehicle information are detected by sensors 42 to 45 (or brake cylinder pressure, presence / absence of increased adhesion injection), etc., and are generated on the wheel tread 33 by a single pole or two
例えば、空転・滑走センサー42により、車輪32が空転・滑走していることが検知できた場合には、これを電子制御装置41に取り込んで、制御器36で単極又は2極の電磁石装置34への通電電流や周波数を調整することにより車輪踏面33の鉄損を増加させて、車輪踏面33をより加熱させることにより、車輪踏面33の粘着力を高めるようにすることができる。
For example, when the idling / sliding sensor 42 detects that the
また、単極又は2極の電磁石装置34に印加する周波数は新幹線電車の場合は数kHzの高周波数であるが、第2実施例と同様に車両の状態に応じてその周波数を調整することにより車輪踏面33の粘着力を制御するようにしてもよい。
さらに、電子制御装置41が空転・滑走センサー42から空転・滑走の情報を受けた場合に、ギャップ変更機構46を駆動させて、単極又は2極の電磁石装置34と車輪踏面33との距離を近づけることにより、車輪踏面33の鉄損を増加させて、車輪踏面33をより加熱させることにより、車輪踏面33の粘着力を高めるようにすることもできる。
In addition, the frequency applied to the single pole or two
Further, when the electronic control unit 41 receives the information about the idling / sliding from the idling / sliding sensor 42, the gap changing mechanism 46 is driven to set the distance between the single pole or two
ギャップ変更機構46は、例えば、図5に示すような構成とすることができる。すなわち、単極又は2極の電磁石装置34と一体化された駆動軸47には図示しないが切り換えレバーを連結するようにする。この駆動軸47は車体(図示なし)に固定される支持体48によって支持され、切り換えレバーの動作により、駆動軸47を矢印方向に移動させることにより、車輪踏面33と単極又は2極の電磁石装置34間のギャップGを変更することができるようにしている。
The gap changing mechanism 46 can be configured as shown in FIG. 5, for example. That is, a switching lever (not shown) is connected to the
さらに、ノッチ情報センサー43により、力行ノッチ、ブレーキノッチの状態にあることが検出されると、上記と同様に、制御器36で単極又は2極の電磁石装置34への通電電力量を制御したり、単極又は2極の電磁石装置34に印加される周波数を制御したりすることにより鉄損を増加させる、又は、ギャップ変更機構46を駆動させて、単極又は2極の電磁石装置34をより車輪踏面33に近づけることにより、車輪踏面の粘着力を高めるようにすることができる。
Further, when it is detected by the notch information sensor 43 that the power running notch and the brake notch are in the state, the controller 36 controls the amount of power supplied to the single pole or two
また、車両速度計44により車両速度が早いことが検出されると、ブレーキが利き難くなるので、上記手段により、車輪踏面の粘着力を高めるように、設定することができる。
図6は本発明の第3実施例を示す車輪踏面増粘着装置の正面模式図、図7はその車輪踏面増粘着装置の側面模式図である。
これらの図において、図1及び図2と異なる点は、支持アーム51の先端部を鉄芯52とし、この鉄芯52は、その先端52Aと車輪3との間隙を小さくするように上向きに曲げられた形状をしており、その曲げられた支持アーム51の先端部のU字形の鉄芯52に2極の電磁石装置53が配置されている。
Further, when the vehicle speed meter 44 detects that the vehicle speed is high, the brake becomes difficult to work. Therefore, the above-mentioned means can be set so as to increase the adhesive force of the wheel tread.
FIG. 6 is a schematic front view of a wheel tread thickening apparatus according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a schematic side view of the wheel tread thickening apparatus.
In these drawings, the difference from FIGS. 1 and 2 is that the tip of the
すなわち、高周波になるほどに磁界が発生し難くなるので、ギャップを小さくする必要がある。そこで、極ピッチを長くしなければならない。図6及び図7は極ピッチを長くするため、支持アーム51の部分である鉄心52をU字形状にして、車輪踏面4のみに対峙させるようにしている。
したがって、電磁石装置53によって発生する高周波磁界は、鉄心52の先端52A−車輪3−鉄心52の他端へと磁路が形成され、車輪踏面4での表皮効果により電磁誘導加熱作用のため、車輪踏面4の表面のみを効果的に加熱させることができる。
That is, since the magnetic field is less likely to be generated as the frequency becomes higher, the gap needs to be reduced. Therefore, it is necessary to increase the pole pitch. 6 and 7, in order to increase the pole pitch, the
Therefore, the high frequency magnetic field generated by the
図8は本発明にかかる車輪踏面における水の潤滑膜の流体粘度と温度の関係を示す図である。
この図に示すように、温度の上限は水の臨界温度374℃であり、水の粘度係数は温度の上昇に伴って低減し、車輪踏面の粘着力が高まることがわかる。
因みに、基礎実験の結果、車輪踏面と磁石装置間のギャップが5mmの場合、車輪踏面の温度は、スタート時には10℃、2分後150km/hで18℃、30分後150km/hで30℃、32分後250km/hで40℃、60分後350km/hで50℃、62分後350km/hで70℃、90分後350km/hで80℃であった。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the fluid viscosity and temperature of the water lubricating film on the wheel tread according to the present invention.
As shown in this figure, the upper limit of the temperature is the critical temperature of water of 374 ° C., and the viscosity coefficient of water decreases with increasing temperature, and it can be seen that the adhesion of the wheel tread increases.
Incidentally, the results of the basic experiments, when the gap between the wheel tread and the magnet device is 5 mm, the temperature of the wheel Stepping plane, 10 ° C. at the time of start, 18 ° C. for 2 minutes after 150 km / h, at 30 minutes after 150 km / h 30 The temperature was 40 ° C. at 250 km / h after 32 minutes, 50 ° C. at 350 km / h after 60 minutes, 70 ° C. at 350 km / h after 62 minutes, and 80 ° C. at 350 km / h after 90 minutes.
また、車輪踏面と単極の電磁石装置間のギャップが2mmの場合、車輪踏面の温度は、スタート時には30℃、2分後150km/hで90℃、20分後150km/hで130℃、22分後250km/hで205℃であった。
上記からして、ギャップ5mmの場合で効果を高めるには、磁界φの増大か車両速度あるいは周波数が高くなることが望ましい。そのためにも、単極又は2極の電磁石装置は、鉄道車両の車輪踏面に対向し、かつレールの近傍に配置することが望ましい。
When the gap between the wheel tread and the monopolar electromagnet device is 2 mm, the temperature of the wheel tread is 30 ° C. at the start, 90 km at 150 km / h after 2 minutes, 130 ° C. at 150 km / h after 20 minutes, 22 It was 205 degreeC at 250 km / h after minute.
From the above, in order to enhance the effect in the case of the gap of 5 mm, it is desirable that the magnetic field φ is increased or the vehicle speed or frequency is increased. For this purpose, it is desirable that the single-pole or two-pole electromagnet device is disposed opposite to the wheel tread of the railway vehicle and in the vicinity of the rail.
上記したように、車輪踏面の温度の制御要因は種々存在する。
車輪踏面の温度の切り換え条件を表1に示す。
As described above, there are various factors for controlling the temperature of the wheel tread.
Table 1 shows the switching conditions of the wheel tread temperature.
上記のように構成したので、従来のように、摩擦摩耗に伴う車輪や研磨子の保守、セラミックスの補充といった保守作業の低減を図ることができる。また、セラミックス粒子の噴射と併用することにより、効果を高めることもできる。
また、車両の走行状態に応じて、力行・駆動時の粘着力の増大を図ることができる。
この車輪踏面増粘着装置によれば、特に、中高速度域での粘着力の増大を図ることができ、100V(300W)交流電源で、2kHz〜2MHz帯域で、実用的な踏面の加熱温度は150℃〜200℃を目標とする。特に、20kHzでの踏面での表皮効果を期待することができる。
Since it comprised as mentioned above, it can aim at reduction of maintenance work, such as maintenance of the wheel and abrasives accompanying friction wear, and replenishment of ceramics like the past. Further, the effect can be enhanced by using it together with ceramic particle injection.
Further, it is possible to increase the adhesive force during power running / driving according to the running state of the vehicle.
According to this wheel tread increasing adhesive device, in particular, it is possible to increase the adhesive strength in the middle and high speed range, and a practical tread heating temperature is 150 kHz with a 100 V (300 W) AC power supply in a 2 kHz to 2 MHz band. The target is from ℃ to 200 ℃. In particular, the skin effect on the tread at 20 kHz can be expected.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明の車輪踏面増粘着装置は、鉄道車両の制動装置に利用可能である。 The wheel tread increasing adhesive device of the present invention can be used for a braking device of a railway vehicle.
1,31 レール
2 車軸
3,32 車輪
4,33 車輪踏面
5 軸箱
6 軸ばね
7 台車枠
8,51 支持アーム
9,34,53 電磁石装置(単極又は2極の電磁石装置)
10 制御装置
11,35 電源
21 周波数制御器
36 制御器
41 電子制御装置
42 空転・滑走センサー
43 ノッチ情報センサー
44 車両速度計
45 温度センサー
46 ギャップ変更機構
47 駆動軸
48 支持体
52 鉄芯
52A 鉄芯の先端
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control apparatus 11,35 Power supply 21 Frequency controller 36 Controller 41 Electronic control apparatus 42 Idle / sliding sensor 43 Notch information sensor 44 Vehicle speedometer 45 Temperature sensor 46
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