JP5202873B2 - 鉄道車両用走行試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用走行試験装置に係り、特に台車油圧加振機を備えた鉄道車両用走行試験装置に好適なものである。

鉄道車両の高速化、軽量化などに伴い、比較的高周波の振動が台車に発生しやすく、それが車体に伝わることにより、振動、騒音のレベルが上がる傾向にある。更に、トンネル通過時や車両のすれ違い時に発生する空気圧力の影響により車体の受ける力も上がる傾向にある。このような状況を改善するため、鉄道車両の振動、騒音発生及びそれらの伝達メカニズムの解明とともにそれらを低減する技術の確立が望まれている。

従来から鉄道車両の走行試験として、実車両を実際のレール上を走行させて振動を計測する実車両試験が行われていた。しかし、この実車両試験では、実際に使用する鉄道車両が必要なので、試験供試体が大規模となり、また設計変更等への対応が困難であった。また、同じレール上を走行させても入力条件が変動し、試験結果の評価が困難であった。

そこで、レールの代用として用いられる模擬レール（軌条輪）上に台車及び模擬車体を搭載し、油圧加振機で模擬車体を加振して変位を与え且つ模擬レールを回転させ、鉄道車両の振動応答を測定する鉄道車両用走行試験装置が案出されている。

この鉄道車両用走行試験装置として、特開平５−２８１０９６号公報（特許文献１）に開示されたものがある。特許文献１の鉄道車両用走行試験装置は、台車に模擬車体を取り付けて、その模擬車体にデジタル計算機により制御されるアクチュエータにより振動を加えると共に、模擬車体からの反力から一定時刻毎の車体の運動を計算して、一定時間後に模擬車体にその運動を再現するようにしたものであり、小規模な試験装置で実車両走行試験と同等な試験が実施できるように構成されている。

特開平５−２８１０９６号公報

しかし、特許文献１の鉄道車両用走行試験装置では、模擬台車を加振する構成であるため、精度の良い試験結果を得ることが難しい、という課題があった。

本発明の目的は、実車両試験と同等な試験を経済的に実施可能としつつ、試験精度の向上が図れる鉄道車両用走行試験装置を提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、台車及び車体からなる鉄道車両のレールに相当する軌条輪と、前記軌条輪を回転させて本線走行と同等の走行を模擬するための軌条輪電動機と、走行を模擬する際に前記軌条輪に上下、左右の動的変化を与え軌道狂いを模擬するための軌条輪油圧加振機と、前記台車を加振するための台車油圧加振機と、前記軌条輪油圧加振機及び前記台車油圧加振機を駆動するための油圧システムと、前記鉄道車両に相当する等価質量を調整するためのフライホイール装置と、前記軌条輪油圧加振機及び前記台車油圧加振機の加振を制御する制御手段と、を備えた鉄道車両用走行試験装置において、地震等で発生するような軌道の左右方向の大変位を加える大変位油圧加振機と、前記車体の転倒を防止する安全装置と、を備え、前記台車油圧加振機は、前記台車の台車軸箱に取り付けて上下方向に加振する台車上下油圧加振機と、前記台車の台車軸箱に取り付けて左右方向に加振する台車左右油圧加振機とから構成し、前記制御手段は、前記台車上下油圧加振機を上下方向に加振すると共に前記台車左右油圧加振機を左右方向に加振して、前記台車の上下、左右の動的変化を再現するように制御する構成にしたことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記軌条輪に搭載された前記鉄道車両を囲む枠組みを備え、前記車体を加振してトンネル内の車両動揺の模擬を行うための車体油圧加振機を前記枠組みに取り付けたこと。（２）前記車体の前後に剛壁を設け、前記車体と前記剛壁との間に車両間の拘束力を模擬する車間装置を備えたこと。
（３）前記制御手段は、当該鉄道車両用走行試験装置を設置する建屋の扉の開閉を検出するセンサを備え、前記扉の開放時にはインターロックを働かせて当該鉄道車両用走行試験装置の起動の許可しないように制御すること。

本発明の鉄道車両の振動試験装置によれば、実車両試験と同等な試験を経済的に実施可能としつつ、試験精度の向上が図れる。

以下、本発明の一実施形態の鉄道車両用走行試験装置について図１から図７を用いて説明する。

図１は本実施形態の鉄道車両用走行試験装置５０の全体を示す平面図である。

鉄道車両用走行試験装置５０は、軌道検測車（ドクターイエロー）など車上測定及び地上測定による軌道データを測定し、これらの測定データを基に、鉄道車両のレールに相当する軌条輪１６を回転して本線走行と同等の走行速度を模擬するとともに、鉄道車両搭載機器による駆動や実車両と同等の機器の制御を行い、鉄道車両の各箇所に動的振動変化を与えるための軌条輪油圧加振機、台車油圧加振機、車体油圧加振機を備えている。

鉄道車両用走行試験装置５０は、最大１車両を搭載することが可能であり、鉄道車両の前方から車軸順に、第１軸軌条輪装置１、第２軸軌条輪装置２、第３軸軌条輪装置３、第４軸軌条輪装置４とからなる４台の軌条輪装置を備えている。

第１軸軌条輪装置１及び第２軸軌条輪装置２は１台で構成された第１のコモンベース５上に配置されている。第１軸軌条輪装置１と第２軸軌条輪装置２の前後方向の間隔は、軸間距離変更機構１１により第１のコモンベース５上の軌条輪装置１、２を移動させて調整できるようになっている。

第３軸軌条輪装置３及び第４軸軌条輪装置４は第１のコモンベース５とは別の１台で構成された第２のコモンベース５上に配置されている。第３軸軌条輪装置３と第４軸軌条輪装置４の前後方向の間隔は、軸間距離変更機構１１により、第２のコモンベース５上の軌条輪装置３、４を移動させて調整できるようになっている。

図２は本実施形態の軌条輪装置の全体を示す平面図、図３は図２の軌条輪装置の側面図である。

図２及び図３に示すように、軌条輪電動機７とフライホイール装置８は、ベベルギア９と中間軸受けを介して軌条輪ベース６上に設置されている。軌条輪電動機７と軌条輪１６は、左右方向に伸縮可能な伸縮動力軸１０とベベルギア９を介して接続されている。軌条輪電動機７は軌条輪１６を最高速５００ｋｍ／ｈで回転することが可能である。軌条輪１６は軌条輪フレーム１２上に静圧軸受け１５を介して設置され、静圧軸受け１５は左右方向に微調移動可能な微調フレーム４５上に設置されている。従って、軌条輪１６は微調フレーム４５により左右方向に微調移動可能に設置されている。

鉄道車両走行試験装置５０は、軌条輪１６を上下方向に振動するための軌条輪上下油圧加振機１３と、軌条輪１６を左右方向に振動するための軌条輪左右油圧加振機１４とを備えている。これらの油圧加振機１３、１４と軌条輪フレーム１２は、静圧継手（図示せず）を介して接続されている。

図４は鉄道車両７０を搭載して加振する状態における鉄道車両用走行試験装置５０の側面図である。

鉄道車両走行試験装置５０は、鉄道車両７０（または台車７２）を搭載できるように構成されている。台車７２を車両走行試験装置５０に搭載する場合は、第１軸軌条輪装置１と第２軸軌条輪装置２に１台の台車７２を搭載し、第３軸軌条輪装置３と第４軸軌条輪装置４に別の１台の台車７２を搭載する。

この鉄道車両走行試験装置５０は、台車７２を加振する台車油圧加振機３４、３５と、車体７１を左右方向に加振してトンネル走行時に受ける空力加振力や超過遠心力を模擬するための車体油圧加振機３６とを備えている。台車油圧加振機３４、３５は台車７２の台車軸箱に取り付けて上下方向に加振する台車上下油圧加振機３４と、台車７１の台車軸箱に取り付けて左右方向に加振する台車左右油圧加振機３５とから構成している。

ここで、車体７１及び台車７２からなる鉄道車両７０において、台車７２の台車軸箱に台車油圧加振機３４、３５を取り付けて加振する理由について、次に説明する。
軌道検測車（ドクターイエロー）など車上測定及び地上測定による軌道データによる軌道狂いは、軌条輪上下油圧加振機１３と軌条輪左右油圧加振機１４で模擬可能である。但し、軌道狂い以外の台車軸箱及び台車枠の振動は、高加速度であり、この振動を軌条輪上下油圧加振機１３で模擬するには、台車７２、軌条輪１６及び軌条輪フレーム１２の質量を高加速度で加振することになり、軌条輪上下油圧加振機の出力は軌道狂い模擬に比べ十倍以上必要となることから、装置構成が困難であり現実的では無いため、軌道狂い以外の台車軸箱及び台車枠の振動は、台車油圧加振機３４、３５を台車７２の台車軸箱に取り付け、軌条輪上下、左右油圧加振機１３，１４と合わせた複合加振により模擬するものとする。

台車７２に設けられた８つの車輪４７は、第１軸軌条輪装置１、第２軸軌条輪装置２、第３軸軌条輪装置３、第４軸軌条輪装置４のレール形状を模擬した各軌条輪１６上に配置される。軌条輪１６は、正回転及び逆回転が可能であり、ブレーキ装置（図示せず）のディスクブレーキより回転が強制停止されるようになっている。

図１を参照しながら、各軌条輪装置１〜４を動作する付帯設備を説明する。

油圧システム５２は、油圧加振機１３、１４、３４、３５を駆動するための加振用油圧源ポンプモータ１７と、静圧継手用の油圧源ポンプモータ１８と、オイルタンクユニット１９と、アキュムレータ（図示せず）と、ドレイン回収ユニット（図示せず）と、油圧の温度管理を行うための冷却装置とを備えている。冷却装置は水ポンプ（図示せず）及びクーリングタワー２０から構成されている。

剛壁・車間装置２１は、図６に示すように、鉄道車両の車体間ダンパ等制振装置を模擬するものであり、剛壁フレーム３９、車体間前後ダンパ４０、車体間前後ダンパアタッチメント４１からなる。剛壁フレーム３９は、床面とボルトにより固定されており、鉄道車両の車体間ダンパ等制振装置と結合する、車体間前後ダンパアタッチメント４１が床面の水平方向に取り付いている。また、車体７１の先端に車体間前後ダンパ４０が取り付けられている。車体間前後ダンパ４０と車体間前後ダンパアタッチメント４１の結合することにより、鉄道車両用走行試験装置５０において、車両間の挙動を模擬し、制振装置の評価をすることが可能となる。このように、車体前後に剛壁を設け、車体と剛壁の間に車両間の拘束力を模擬することが可能な車間装置を備えている。

なお、図示していないが、軌条輪１６には台車脱線を防ぐ鍔を設けており、軌条輪装置の周辺には、台車安全装置を配置し、万一の台車脱線の防止を図っている。また、回転試験時に台車部品が破損・脱落した場合に、周囲への飛散を防止する飛散防止ガードや、軌条輪踏面に付着した油・汚れを拭取ることが可能で、取扱が容易で安全性を考慮した踏面清掃装置や、連続走行運転中の軸箱及び歯車装置を冷却する台車冷却装置等を設置している。台車冷却装置は、実車両の実走行を摸擬するため軌条輪回転速度に応じて風速を可変、可動式としている。さらには、軌条輪踏面、ブレーキディスク、制輪子等に水道水または工業用水及び石鹸水を散水し、摩擦力を変えて走行模擬実験をするための散水装置も設置している。

図４に示す安全装置３３には、供試体である鉄道車両７０または台車７２の試験時の荷重枠を拘束し、前後方向の運動を拘束する車両安全装置を設けている。また、安全装置３３の車体７１との接触面に緩衝材を取り付け、車体横転時の衝撃を吸収する構造となっている。

図５に示す大変位油圧加振機３７は、軌条輪左右油圧加振機１４の変形例を示すものであり、地震等で発生するような軌道の左右方向の大変位を加えるものである。この大変位油圧加振機３７は、車体の転倒を防止する安全装置を取り付けることにより、地震時等における軌道の左右方向の大変位を再現することが可能である。また、大変位油圧加振機３７を搭載する際には、伸縮動力軸１０を大変位なストロークに対応する伸縮動力軸１０Ａに変更する。

鉄道車両用走行試験装置５０の電源・制御システム５３について図１を参照しながら説明する。

電源・制御システム５３は、高圧受電盤２４、トランス盤２５、電動機制御盤２６、補機器制御盤２７、油圧起動盤３１、中央操作盤２８、加振制御装置２９、走行コントローラ制御装置３０、計測システム、及び監視記録サブシステムを備えている。

電動機制御盤２６は、軌条輪電動機７、加振用油圧源ポンプモータ１７、及び静圧継手用油圧源ポンプモータ１８等を駆動するものである。補機器制御盤２７は鉄道車両用走行試験装置全体の低圧の起動回路をシーケンス制御するものである。油圧起動盤３１はモータ１８、１７を起動するためのものである。

中央操作盤２８は、鉄道車両用走行試験装置５０の運転、油圧加振等の操作、これらの運転に係る油圧源装置、冷却装置などの補機器制御盤２７等への各コントローラ全体のシステムを管理しコントロールしている。

加振制御装置２９は、電気油圧サーボ弁を直接制御し、入力する波形を忠実に再現させるために、加振機変位、荷重、加速度及び差圧等の状態量をフィードバックし、油圧加振機の動特性を向上するための機能を兼ね備えており、実車両で測定した振動データ、軌道データまたはそれらの加工データの取り込みが可能である。

走行コントローラ制御装置３０は、鉄道車両の軌道・制動を可能とし、鉄道車両搭載機器による駆動や制動においても実車両同等の機器を制御する。

計測システムは、供試体である鉄道車両７０または台車７２の状態量（振動、騒音、変位、応力、温度等）の計測装置の各種設定をデータ処理装置（図示せず）で行い、データ処理装置を介して制御装置、走行コントローラ制御装置３０と連携した計測を可能とするものである。

監視記録サブシステムは、軌条輪１６と車輪４７の接触状態や台車７２や車体７１の動揺を計測室内のモニタ（図示せず）で監視可能とするものである。

そして、電源・制御システム５３の各構成要素及び各制御対象は、専用の制御ネットワークやＩＰネットワーク３２等で接続されている。電源・制御システム５３は、制御のオープン性を確保した多彩なネットワークシステムで構成され、各種制御機器の各階層をシームレスに統合している。この電源・制御システム５３は、低電圧から高電圧仕様の電気機器を管理するセンサ類をネットワークで接続することにより、制御系と計測データなどの情報を共有して一括管理可能なオープンフィールドネットワーク制御システムで構成している。

ＩＰネットワーク管理により、軌道検測車（ドクターイエロー）など車上測定及び地上測定による軌道データを、即座に鉄道車両用走行試験装置５０に転送することが可能であり、本線の地上変化を模擬して鉄道車両の運行の安全を確認することが可能となる。

また、電源・制御システム５３は、安全対策として、鉄道車両用走行試験装置５０が設置される建屋の全ての扉には、扉の開閉を判断するセンサを有しており、いずれかの扉が開放中の場合、システム起動にインターロックがかかるようになっている。

本実施形態の鉄道車両の振動試験装置によれば、高周波の軌道狂いを含めた本線走行時の振動を再現することが可能となり、また、トンネル通過時における空気圧力を再現することが可能となるため、任意な軌道狂い条件など様々な振動環境下で短期間及び低コストで実車両走行中の鉄道車両搭載機器の動的な挙動や性能評価を把握することができる。

また、車両装澱の前後に剛壁を設け、その剛壁と車体との間に車間装置を設けたことにより、車両間の拘束力を模擬することも可能である。

また、安全装置を設けることにより、車両回転時に一車両単位及び半車体で、大変位の軌道左右変位を模擬することができる。また、不具合台車の走行試験が可能となる。

また、建屋のいずれかの扉が開いている場合、システム起動のインターロックがかかるようにすることができる。

本発明の一実施形態の鉄道車両用走行試験装置の全体を示す平面図である。 図１の鉄道車両用走行試験装置の軌条輪装置の全体を示す平面図である。 図２の軌条輪装置の側面図である。 鉄道車両を搭載して加振する状態における本実施形態の鉄道車両用走行試験装置の側面図である。 図１の鉄道車両用走行試験装置に大変位油圧加振機を搭載した状態の側面図である。 図１の鉄道車両用走行試験装置の剛壁・車間装置を示す図である。

符号の説明

１…第１軸軌条輪装置、２…第２軸軌条輪装置、３…第３軸軌条輪装置、４…第４軸軌条輪装置、５…コモンベース、６…軌条輪ベース、７…軌条輪電動機、８…フライホイール装置、９…べべルギア、１０…伸縮動力軸、１０Ａ…大変位油圧加振機用伸縮動力軸、１１…軸間距離変更機構、１２…軌条輪フレーム、１３…軌条輪上下油圧加振機、１４…軌条輪左右油圧加振機、１５…静圧軸受け、１６…軌条輪、１７…油圧源ポンプモータ、１８…オイルタンクユニット、１９…加振用油圧源ポンプモータ、２０…クーリングタワー、２１…剛壁・車間装置、２２…固定装置、２４…高圧受電盤、２５…トランス盤、２６…電動機制御盤、２７…補機器制御盤、２８…中央操作盤、２９…加振制御装置、３０…走行コントローラ制御装置、３１…油圧起動盤、３２…ＩＰネットワーク、３３…車体横転防止装置、３４…台車上下油圧加振機、３５…台車左右油圧加振機、３６…車体油圧加振機、３９…剛壁フレーム、４０…車体間前後ダンパ、４１…車体間前後ダンパアタッチメント４５…微調フレーム、４７…車輪、５０…鉄道車両用走行試験装置、５２…油圧システム、５３…電源・制御システム、７０…車両、７１…車体、７２…台車。

Claims (4)

1. 台車及び車体からなる鉄道車両のレールに相当する軌条輪と、
   前記軌条輪を回転させて本線走行と同等の走行を模擬するための軌条輪電動機と、
   走行を模擬する際に前記軌条輪に上下、左右の動的変化を与え軌道狂いを模擬するための軌条輪油圧加振機と、
   前記台車を加振するための台車油圧加振機と、
   前記軌条輪油圧加振機及び前記台車油圧加振機を駆動するための油圧システムと、
   前記鉄道車両に相当する等価質量を調整するためのフライホイール装置と、
   前記軌条輪油圧加振機及び前記台車油圧加振機の加振を制御する制御手段と、を備えた鉄道車両用走行試験装置において、
   地震等で発生するような軌道の左右方向の大変位を加える大変位油圧加振機と、前記車体の転倒を防止する安全装置と、を備え、
   前記台車油圧加振機は、前記台車の台車軸箱に取り付けて上下方向に加振する台車上下油圧加振機と、前記台車の台車軸箱に取り付けて左右方向に加振する台車左右油圧加振機とから構成し、
   前記制御手段は、前記台車上下油圧加振機を上下方向に加振すると共に前記台車左右油圧加振機を左右方向に加振して、前記台車の上下、左右の動的変化を再現するように制御する
   ことを特徴とする鉄道車両用走行試験装置。
2. 請求項１において、前記軌条輪に搭載された前記鉄道車両を囲む枠組みを備え、前記車体を加振してトンネル内の車両動揺の模擬を行うための車体油圧加振機を前記枠組みに取り付けたことを特徴とする鉄道車両用走行試験装置。
3. 請求項１において、前記車体の前後に剛壁を設け、前記車体と前記剛壁との間に車両間の拘束力を模擬する車間装置を備えたことを特徴とする鉄道車両用走行試験装置。
4. 請求項１において、前記制御手段は、当該鉄道車両用走行試験装置を設置する建屋の扉の開閉を検出するセンサを備え、前記扉の開放時にはインターロックを働かせて当該鉄道車両用走行試験装置の起動の許可しないように制御することを特微とする鉄道車両用走行試験装置。

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