JP5109698B2 - 台車走行試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両本体が載置される鉄道用台車の台車走行試験装置に関し、更に詳しくは、台車走行試験中に発生する台車の車輪等の磨耗を防止する台車走行試験装置に関する。

鉄道車両の高速化、ダイヤの過密化が著しい現在、鉄道車両の性能向上・運行の安全は、最も重要な課題となっている。それに伴い、鉄道用台車においても高速化への対応や安全性の確認等が必要となる。これらの課題を解明し、改善を図る一つの手段として、鉄道車両のレール走行を再現可能な台車走行試験装置が使用されている。

今後、台車走行試験装置は、高速走行中における鉄道用台車の挙動をより深く理解する上において重要な役割を果すと予想される。

例えば、特許文献１に記載の台車走行試験装置は、小曲率半径軌道上の高速化と大曲率半径軌道上の高速化とに対応するため、任意の曲率の軌道を模擬的に生成し、鉄道車両のレールを模した軌条輪と、軌条輪を走行する台車とから構成されている。

また、特許文献２では、鉄道用台車だけでなく鉄道車両を搭載し、精度よく車両全体の走行試験を行う車両走行試験装置も提案されている。

特開２００２−３５６１６５号公報 特許第０３４２８２０８号公報

しかしながら、上記従来技術において、台車走行試験装置で試験用速度パターンに沿って軌条輪速度を制御し走行試験を行う場合に、減速時には急激な減速とならないように、即ち、過大な減速度が発生しないように十分考慮されるべきであるが、速度パターンが適切でない場合や、従来よりも高い速度からの減速、または、何らかの故障等で軌条輪に急激な減速が起こった場合は、鉄道用台車車輪は軌条輪の速度に追従できず滑り始め、軌条輪の回転から制御不能に陥り、固着による滑走状態となってしまう。一旦、固着状態となると、軌条輪に鉄道用台車車輪が削られ、鉄道用台車車輪踏面はフラット（磨耗）が発生し、軌条輪踏面も磨耗やキズが発生してしまう。その場合は、鉄道用台車の走行試験が行えないばかりか、鉄道用台車車輪や軌条輪の磨耗部分を研削する必要がある。そのためには、鉄道用車輪は鉄道用台車から、軌条輪は装置より取り外す必要があり、時間とコストがかかる。
上記問題点に鑑み、本発明は、鉄道用台車車輪が軌条輪の速度に追従できなくなり、軌条輪上を滑り、固着状態に至るときを検知して、鉄道用台車車輪及び軌条輪の磨耗を防止する台車走行試験装置を提供する。

本発明によれば、上記の目的を達成するため、まず、鉄道車両が走行するレールを模した軌条輪を有し、前記鉄道車両における鉄道用台車の車輪を試験用速度パターンに沿って前記軌条輪上を走行させながら当該台車の速度を制御し、走行試験を行う台車走行試験装置において、前記鉄道用台車の車輪の回転数を演算により算出し、前記車輪の回転が、前記軌条輪の回転による制御から不能に陥る固着状態か否かを当該車輪の回転数から判定する固着判定手段と、前記軌条輪の回転数を算出して減速度を計算する減速度計測手段とを備え、前記試験用速度パターンに沿って軌条輪の速度を制御する走行試験中に、前記固着判定手段は、前記軌条輪の減速度を監視しながら、前記軌条輪が減速状態のときに、前記鉄道用台車の車輪の任意時間間隔における回転数に変化がない場合に固着状態にあると判断する台車走行試験装置が提供される。

また本発明では、前記固着判定手段が、前記鉄道用台車の車輪が固着状態にあると判断したときに、前記軌条輪をフリーランとする台車走行試験装置が提供される。

本発明によれば、鉄道用台車の走行試験を行う台車走行試験装置において、鉄道用台車車輪及び軌条輪の磨耗を防止することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態になる台車走行試験装置を示す図である。図１において、台車走行試験装置１は、鉄道用台車５を１台搭載可能であり、鉄道用台車車輪（５ａ）１軸毎にそれぞれ鉄道車両のレールを模した軌条輪２を有する。軌条輪２は軌条輪ベース３上に配置されている。鉄道用台車５は、鉄道車両の本体部を載置するものであり、一車両につき２台の鉄道用台車５が用いられる。さらに、鉄道用台車５は、１台につき鉄道用台車車輪（５ａ）を２軸備えている。この軌条輪２上に鉄道用台車５の鉄道用台車車輪５ａが設置される。また、鉄道用台車５は、固定装置４により装置建屋６に固定され、鉄道車両と同等の負荷がかかった状態が実現されている。軌条輪２には、それぞれ回転駆動用の軌条輪電動機７が設置されている。この軌条輪電動機７の回転駆動による軌条輪２の回転により、鉄道用台車５の鉄道用台車車輪５ａは軌条輪２の回転方向とは反対方向に連れ回る。

軌条輪電動機７への回転指令は、図１で実線の矢印で表しているが中央演算装置８（以下、「ＣＰＵ」と略す）より軌条輪電動機用コントローラ９に対して出力される。回転指令は、試験の対象となる鉄道用台車５毎に作成される速度パターンに基づいて行われる。この回転指令の元となる速度パターンは図示していないメモリまたは外部記憶媒体に保存されており、実施したい試験の条件に合わせて任意の速度パターンを選択可能となっている。具体的には、軌条輪電動機用コントローラ９は、ＣＰＵ８より、出力された速度指令により軌条輪電動機７の回転数を制御する。また、軌条輪電動機７の回転方向は一方向としてもよいし、逆回転可能としてもよい。

図２は、台車走行試験装置に用いる速度パターンを示す図である。図２は、横軸が時間（ｓ）、縦軸が速度（ｋｍ／ｈ）の時間基準のパターンである。図２では、時間軸（ｓ）は、加速領域、一定速領域及び減速領域からなる。加速領域は、速度がゼロの状態から一定の割合で加速を増加させていく領域であり、一定速領域は、加速を増加させた後、加速をゼロにして最高速度を保持した領域であり、減速領域は、最高速度を保持した状態から一定の割合で減速し速度がゼロになるまでの領域である。

軌条輪電動機７より回転駆動される軌条輪２の回転数は、軌条輪２の回転をパルスに変換して発生させるパルス発生器１０により発生したパルスをＣＰＵ８に入力し、入力されたパルスに基づいて演算により求められる。さらに、ＣＰＵ８により算出された回転数は、減速度計測手段１１に送られる。そして、減速度計測手段１１は、軌条輪２の所定時間の回転数に基づいて演算により減速度を求める。

一方、鉄道用台車車輪５ａの回転数は、車輪の回転数を電力に変換する台車速度発電機１２により検出する。台車速度発電機１２は、例えば、永久磁石からなる凸極回転子と、電気子巻線を有する固定子とを組み合わせて、回転子に与えられた回転速度に比例した電圧を、固定子側から検出する発電機である。台車速度発電機１２の出力電圧は、回転数演算手段１３に送られ、鉄道用台車車輪５ａの回転数が演算により求められる。回転数演算手段１３では、台車速度発電機１２の出力電圧が鉄道用台車車輪５ａの回転数と比例関係にあることにより、演算で鉄道用台車車輪５ａの回転数を求める。

求めた車輪回転数は、固着判定手段１４に送られ、鉄道用台車車輪５ａが固着状態か否か判定される。

図２に示す速度パターンを用いた台車走行試験装置１における走行試験の一例について説明する。図２は、横軸が時間（ｓ）、縦軸が速度（ｋｍ／ｈ）の時間基準のパターンであるが、横軸が距離（ｋｍ）、縦軸が速度（ｋｍ／ｈ）の距離基準の速度パターンでも良い。試験手順を次に示す。

まず、図２に示す加速領域では、前述の通り、図１においてＣＰＵ８より速度指令が軌条輪電動機用コントローラ９に対して出力される。これにより、軌条輪電動機７の回転数が制御され、軌条輪２が速度パターンに示す最高速度まで加速される。鉄道用台車５の鉄道用台車車輪５ａは軌条輪２により連れ回るので同様に速度パターンに示す最高速度まで加速される。

次に、一定速領域では同様に、軌条輪電動機７の回転数が一定速になるように軌条輪電動機用コントローラ９に指令が送られ、結果として軌条輪２の回転数が一定速になるように制御され、鉄道用台車車輪５ａも一定速となる。

次に、減速領域では、同じく軌条輪２が速度パターンに沿って減速するようにＣＰＵ８から軌条輪電動機用コントローラ９に指令が送られて制御され、軌条輪２の速度の減速が開始される。鉄道用台車車輪５ａは、軌条輪２につれ回り、同じく減速する。軌条輪２の速度がゼロとなり試験終了となる。試験中は、図示していないセンサを用いて走行時の鉄道用台車５の振動等が計測される。

上記試験において、減速時には急激な減速とならないように、即ち、減速時に過大な減速度が発生しないように十分考慮されるべきであるが、速度パターンが試験をする鉄道用台車５にとって適切でない場合や、従来よりも高い速度からの減速、または、何らかの故障等で軌条輪２に急激な減速が起こった場合は、鉄道用台車車輪５ａは、軌条輪２の速度に追従できず滑り始める。結果として現車における固着による滑走状態、即ち、固着状態となる。

ここで、固着状態とは、軌条輪が減速状態にもかかわらず、所定の時間間隔における鉄道用台車車輪５ａの回転数に変化がない場合をいう。所定の時間間隔は、例えば、２〜３秒間である。この固着状態では、鉄道用台車車輪５ａは、減速中の軌条輪２によりその接触面が削られることによる磨耗が生じる。

次に、本発明の台車走行試験装置１において、鉄道用台車車輪５ａが固着状態に至る瞬間を検知して、鉄道用台車車輪５ａ及び軌条輪２の磨耗を防止する動作について図３により詳細に説明する。

図３は、磨耗防止の動作を説明するフローチャートである。まず、図２に示す速度パターンに基づいて、ＣＰＵ８により、速度指令が軌条輪電動機用コントローラ９に対して出力される。軌条輪電動機用コントローラ９は、ＣＰＵ８より出力された速度指令により、軌条輪電動機７の回転数を制御し、一定の加速度で速度を最高速度まで上昇させる。次に、軌条輪電動機用コントローラ９は、軌条輪電動機７の加速を停止して、最高速度の一定速で軌条輪２を回転させる。

次に、軌条輪２は、図２に示す速度パターンのように、減速される（３−１）。次に、減速中の軌条輪２の減速度が計算される（３−２）。減速度の計算は、軌条輪２の回転数をＣＰＵ８により計算した後、回転数を減速度計測手段１１に入力する。減速度計測手段１１では、入力された回転数を速度に変換し、所定時間の速度の変化を計測することにより減速度を算出する。この減速度をＣＰＵ８に入力することにより、ＣＰＵ８は、実際に減速状態にあることを確認し、軌条輪２の速度がゼロになるまで減速するように軌条輪電動機用コントローラ９に速度指令を出力する。

次に、鉄道用台車車輪５ａの回転数が計算される。鉄道用台車車輪５ａの回転数は、上述したように、車輪の回転数を電力に変換する台車速度発電機１２の出力電圧を回転数演算手段１３に送ることにより、鉄道用台車車輪５ａの回転数が演算により求められる（３−３）。

次に、鉄道用台車車輪５ａの車輪回転数から固着判定手段１４は、鉄道用台車車輪５ａが固着状態にあるか否かを判定する。軌条輪２が減速状態にもかかわらず、鉄道用台車車輪５ａの任意時間間隔での回転数に変化がない（回転数が下がっていない）場合に固着状態と判断する。固着状態が発生していない場合は、試験続行となる（３−８）。

固着状態にあった場合は、固着判定手段１４がＣＰＵ８に対して、鉄道用台車車輪５ａが固着状態にあることを通知する（３−５）。ＣＰＵ８は、固着判定手段１４から鉄道用台車車輪５ａの固着状態発生通知を受けて、軌条輪電動機用コントローラ９に対してフリーラン指示を出す（３−６）。フリーランとは、軌条輪電動機用コントローラ９から軌条輪電動機７への速度制御が解除され、軌条輪２は軌条輪電動機７から駆動力を伝達されることなく、慣性のみで自在に回転する状態をいう。

このように、軌条輪２はフリーランとなることにより、例えば、不適切な速度パターンによる急激な減速から開放され、鉄道用台車車輪５ａに対して強制力を与えることがなくなる。

ＣＰＵ８によるフリーラン指令は、図１では、一点鎖線の矢印で示している。フリーラン指示を受けた軌条輪電動機用コントローラ９により、軌条輪電動機７はフリーランとなるため軌条輪２もフリーランとなる。そして、再度、固着判定手段１４は、鉄道用台車車輪５ａの回転数により鉄道用台車車輪５ａが固着状態にあるかを判定する。ここで、再度、固着状態にあるか否かを判定するのは、減速度によっては、フリーラン状態にあっても、鉄道用台車車輪５ａが固着状態から直ちに開放されるとは限らないからである。そこで、依然固着状態である場合は、固着状態が開放されるまで、固着判定手段による監視を続行する（３−７）。次に、任意時間間隔において、鉄道用台車車輪５ａの回転数が変化した場合（回転数が下がった場合）、即ち、固着状態を脱した場合は、更に、速度パターンに基づく鉄道用台車５の走行試験が続行される。

本発明の一実施形態になる台車走行試験装置を示す図である。 上記の台車走行試験装置で用いられる速度パターンの一例を示す図である。 上記の台車走行試験装置における磨耗防止の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１…台車走行試験装置、２…軌条輪、３…軌条輪ベース、４…固定装置、５…鉄道用台車、５ａ…鉄道用台車車輪、６…装置建屋、７…軌条輪電動機、８…ＣＰＵ、９…軌条輪電動機用コントローラ、１０…パルス発生器、１１…減速度計測手段、１２…台車速度発電機、１３…回転数演算手段、１４…固着判定手段。

Claims (2)

1. 鉄道車両が走行するレールを模した軌条輪を有し、前記鉄道車両における鉄道用台車の車輪を試験用速度パターンに沿って前記軌条輪上を走行させながら当該鉄道用台車の速度を制御し、走行試験を行う台車走行試験装置において、
   前記鉄道用台車の車輪の回転数を演算により算出し、前記車輪の回転が前記軌条輪の回転による制御から不能に陥る固着状態か否かを、当該車輪の回転数から判定する固着判定手段と、前記軌条輪の回転数を算出して減速度を計算する減速度計測手段とを備え、
   前記試験用速度パターンに沿って軌条輪の速度を制御する走行試験中に、前記固着判定手段は、前記軌条輪の減速度を監視しながら、前記軌条輪が減速状態のときに、前記鉄道用台車の車輪の任意時間間隔における回転数に変化がない場合に固着状態にあると判断することを特徴とする台車走行試験装置。
2. 請求項１に記載の台車走行試験装置において、
   前記固着判定手段が、前記鉄道用台車の車輪が固着状態にあると判断したときは、前記軌条輪をフリーランとすることを特徴とする台車走行試験装置。

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