JP5362459B2 - 氷結層生成装置 - Google Patents
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Description
この鉄道車両用のブレーキ装置としては、例えば、車輪の前後両側から踏面に制輪子を押し付ける方式の踏面ブレーキや、特殊鋳鉄製の円盤からなるブレーキディスクの両側を合成樹脂や焼結合金製の制輪子で挟んで制動するディスクブレーキが知られている。
このブレーキ装置においては、車輪と制輪子とが氷結している場合に、電磁弁を作動させてブレーキシリンダ内の空気を急速に放出する。そして、この放出の際に生じる衝撃力により、車輪と制輪子が引き離し、これら車輪と制輪子との間に凝固した氷結が除去される。
そこで、本発明者らが氷結層の生成メカニズムを究明してその生成方法を検討したところ、氷結層の付着対象である車輪、制輪子あるいはブレーキディスクを例えば−30℃以下の氷点下温度まで十分に冷却し、その後これらの表面に水分を噴霧することで、寒冷地における現車と寸分違わぬ氷結層を生成可能であることがわかった。
例えば、冷媒として液体窒素を用いた場合、熱容量が小さいため冷却効果が小さく、所望の氷点下温度まで冷却することは困難である。したがって、コスト高につながり、また、当該液体窒素は極低温冷媒のため安全性の面からも好ましくない。
一方、大型の冷凍機を用いて車輪及びブレーキディスク全体を冷却する方法も考えられるが、設備投資が必要な上、冷却毎のコストも高くなり、やはりブレーキ試験の際に使用するには不向きである。
即ち、本発明に係る氷結層生成装置は、回転可能に支持された回転体の表面に氷結層を生成する氷結層生成装置であって、開口が前記回転体の外周面に臨むように支持されて、該開口の上方に冷却材が導入される冷却材収容部を備え、前記冷却材として、ビーズ状をなす昇華性の固体冷却材が使用され、該固体冷却材が前記外周面上に保持されるように、前記開口の開口縁部を前記外周面に沿った形状とした回転体冷却治具と、前記冷却材により冷却された前記回転体の表面に水を噴霧する水分供給手段と、を備えることを特徴とする。
また、該固体冷却材がビーズ上に形成されており曲面上をなす回転体の外周面との接触面積を大きく確保することができるため、回転体の外周面を効率的に冷却することができ、高い冷却効果を得ることが可能となる。さらに、昇華して直接的に気体となる固体冷却材を使用しているため、回転体自体を水分を含まないドライな状態で冷却することができ、このように冷却された回転体に水を供給することにより寒冷地における氷結層と同等のものを生成することができる。
なお、冷却材収容部の開口縁部は、回転体の外周面に接触して該回転体が回転した際に外周面に摺接する構成であってもよいし、回転体の外周面と僅かなクリアランスを介して対向した構成であってもよい。また、ビーズ状とは、粒径5〜10mm程の粒形状をいう。
また、上記回転冷却治具を用いて回転体を氷点下温度まで冷却して、回転体の表面に水を噴霧することによって、短時間かつ容易に回転体表面に寒冷地の氷結層を生成することが可能となる。
また、固体冷却材は回転体の外周面のみならず外部の熱を吸収してしまい徐々に昇華してしまうが、上記のように回転体の外周面に向かって押圧すれば、該外周面に対する冷却への寄与を大きくすることができる。
そして、外周面が冷却されたブレーキディスクは自身の熱伝導によって、該ブレーキディスクの軸方向両端面であるディスク面も冷却される。このように冷却されたディスク面に水を噴霧すれば、寒冷地における氷結層と同様の氷結層を生成することができ、現車に即したブレーキ試験を行うことが可能となる。
なお、当該鉄道用ブレーキディスクには外周面と内周面とを連通する連通孔が形成されていることから、当該連通孔に固体冷却材が入り込むが、外周面を覆う外周カバー及び内周面を覆う内周カバーによって該固体冷却材が鉄道用ブレーキディスク外に落下してしまうことはないため、固体冷却材を有効に活用してブレーキディスクを効率的に冷却することが可能となる。
そして、このように冷却された回転体に水を噴霧することで、寒冷地で発生する氷結層と変わらない氷結層を容易に生成することが可能となる。
図1は実施形態に係る回転体冷却治具及び氷結層生成装置の模式縦断面図である。本実施形態の氷結層生成装置1は、回転体冷却治具10によって氷点下温度まで冷却した鉄道用車輪100に水分供給手段30により水を噴霧することで鉄道用車輪100表面に氷結層を生成する装置である。このように氷結層が生成された鉄道用車輪100は、寒冷地を想定したブレーキ試験に供される。
なお、踏面ブレーキの場合には、上記踏面102に図示しない制輪子を当接させて制動を行なう。したがって、ブレーキ試験を行うに当たっては、鉄道用車輪100の外周面のうち主に踏面102に氷結層を生成して試験を行うことになる。また、鉄道用車輪100に氷結層が生成された場合のレールとの粘着性を確認する試験に当たっては、鉄道用車輪100の外周面101全体に氷結層を生成して試験を行う。
なお、以下、該筐体本体12の水平断面視における長方形の長辺が延びる方向を長手方向、短辺が延びる方向を短手方向と称する。
また、これら傾斜板15,15の傾斜の下端側に位置して、長手方向に沿った一対の側板20a、20b間に亙る先端縁部21は、それぞれ上記鉄道用車輪100の外周面101に沿った形状をなしている。即ち、この先端縁部21は、踏面102に沿って直線的に延びる直線部21aと、該直線部21aに連続してフランジ部103に沿って湾曲した曲線部21bとから構成されている。なお、上記直線部21aは、長手方向に沿った一対の側壁20a,20bのうち一方側の側壁20a側に位置し、上記曲線部21bは、他方側の側壁20b側に位置している。
また、この湾曲板16の曲率は、鉄道用車輪100の踏面102の曲率と等しくされており、さらに、湾曲板16と長手方向に沿った他方側の側壁20bとの間隔、即ち湾曲板16の湾曲縁部16aと側壁20bとの水平方向距離は、鉄道用車輪100の軸線O1方向の厚みと略同一か僅かに小さい程度となるように設定されている。
そして、これと同時に、湾曲板16は鉄道用車輪100の踏面102と同様の曲率にて円弧状に屈曲しているため、当該湾曲板16が鉄道用車輪100の踏面102の端面側の縁部に沿って配置される。この場合においても、湾曲板16と鉄道用車輪100の踏面102が接触してもよいし、僅かなクリアランスを介して対向してもよい。
さらに、水分供給手段30としては、外周面101のみならず、鉄道用車輪100の端面等の外周面101以外の部分にも水分を供給できる構成であってもよい。
まず、上述したように、鉄道用車輪100をその軸線O1を水平方向に略一致させて回転可能に支持した後に、該鉄道用車輪100の上方から筐体11を被せるようにして回転体冷却治具10を設置する。そして、筐体11の蓋部材14における導入部14aからドライアイスCを筐体本体12内部に導入する。
図5は第2実施形態に係る回転体冷却治具の模式側面図、図6は第2実施形態に係る回転体冷却治具の模式縦断面図である。本実施形態の回転体冷却治具40は、寒冷地を想定したブレーキ試験に供される鉄道用ブレーキディスク110を冷却するために使用される。
この鉄道用ブレーキディスク110は、両ディスク面111,111に軸線O2を中心とした環状凹部112が形成されており、該環状凹部112の径方向内側を向く内周面113と鉄道用ブレーキディスク110の外周面114とが連通状態となるように、放射状に複数の連通路115が形成されている。これにより、鉄道用ブレーキディスク110の内部には、放熱用のフィン116が複数放射状に配置されることになる。
換言すれば、この鉄道用ブレーキディスク110は、その内部に径方向に沿って延びるフィン116を複数備え、これらフィン116間に外周面114と内周面113とを連通する連通路115が形成されているのである。
なお、これら上部カバー51及び下部カバー52における鉄道用ブレーキディスク110の外周面114との接触面は、該外周面114との摺接し易くなるように平滑な湾曲面とされていることが好ましい。
さらに、このような冷却材収容部70に導入される冷却材としては、第1実施形態と同様に昇華性を備えたビーズ状の例えばドライアイスCが用いられる。また、第1実施形態と同様に、固体ネオン等の他の固体冷却材を用いてもよい。
この重石部材80によってドライアイスCを押圧することにより、鉄道用車輪100の外周面101とドライアイスCとを密着させて、これらの接触面積を増大されることができるこれによって、ドライアイスCによる冷却効果を向上させてより効率的に冷却することができる。これにより、短時間で確実に所望の氷点下温度まで冷却することが可能となる。
また、このような加圧手段を第2実施形態の回転体冷却治具40に適用してもよい。これによって、鉄道用ブレーキディスク110をより効率的に冷却することができる。
10 回転体冷却治具
11 筐体
12 筐体本体
13 支持バー
14 蓋部材
14a 導入部
15 傾斜板
16 湾曲板
16a 湾曲縁部
17 冷却材収容部
17a 開口縁部
20 側壁
20a 側壁
20b 側壁
20c 側壁
20d 側壁
21 先端縁部
21a 直線部
21b 曲線部
30 水分供給手段
40 回転体冷却治具
50 外周カバー
51 上部カバー
52 下部カバー
53 切抜部
54 固定用取っ手
55 固定リブ
60 内周カバー
61 帯状部材
62 連結部材
70 冷却材収容部
71 開口縁部
80 重石部材(加圧手段)
81 断熱材
100 鉄道用車輪
101 外周面
102 踏面
103 フランジ部
110 鉄道用ブレーキディスク
111 ディスク面
112 環状凹部
113 内周面
114 外周面
115 連通路
116 フィン
C ドライアイス
O1 軸線
O2 軸線
Claims (7)
- 回転可能に支持された回転体の表面に氷結層を生成する氷結層生成装置であって、
開口が前記回転体の外周面に臨むように支持されて、該開口の上方に冷却材が導入される冷却材収容部を備え、前記冷却材として、ビーズ状をなす昇華性の固体冷却材が使用され、該固体冷却材が前記外周面上に保持されるように、前記開口の開口縁部を前記外周面に沿った形状とした回転体冷却治具と、
前記冷却材により冷却された前記回転体の表面に水を噴霧する水分供給手段と、を備えることを特徴とする氷結層生成装置。 - 前記回転体冷却治具は、
前記回転体の外周面に向かって前記固体冷却材を押し付ける加圧手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の氷結層生成装置。 - 前記加圧手段が、前記固体冷却材を上方から押圧する押圧部材であって、
前記押圧部材に断熱材が備えられていることを特徴とする請求項2に記載の氷結層生成装置。 - 前記回転体が鉄道用車輪であって、
前記冷却材収容部の前記開口縁部が、前記鉄道用車輪の外周面にあたる踏面及びフランジ部の形状に沿って形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の氷結層生成装置。 - 筒状をなして前記鉄道用車輪を上方から覆う筐体を備え、
前記冷却材収容部が前記筐体の内側に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の氷結層生成装置。 - 前記回転体が、その内部に径方向に沿って延びる放熱用のフィンを複数備えるとともにこれらフィン間に前記回転体の外周面と内周面とを連通する連通路が形成された鉄道用ブレーキディスクであって、
前記回転体冷却治具は、
前記回転体の外周面全域を覆う外周カバーと、
前記回転体の内周面全域を覆う内周カバーと、を備え、
前記外周カバーは、回転不能に固定されて、前記回転体が回転する際に該回転体の外周面と摺接し、
前記冷却材収容部の前記開口縁部が前記外周カバーに形成された切抜部に接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の氷結層生成装置。 - 前記固体冷却材が、ドライアイスであることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の氷結層生成装置。
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