JP6652910B2 - 軌道試験装置 - Google Patents

Description

この発明は、軌道試験装置、特に、鉄道の軌道を構成するレール、レール締結装置、まくらぎ、および、これらの間に介在する弾性材やこれらに付帯する軌道部材を、軌道の支持剛性の影響を考慮した動的な条件下で性能評価することができるとともに、軌道上を走行する鉄道車両の台車を構成する車輪等の性能評価をすることができる軌道試験装置に関するものである。

従来の軌道試験装置（以下、従来技術という。）には、以下に説明する従来技術ＡからＦのようなものがあった。

従来技術Ａは、円周状に敷設された軌道のレール上を車輪を転動させて、車輪とレールの転がり接触を装置内で再現して、軌道に生じる損傷の発生原因の解明や信頼性の高いレールの開発を目的とした高速軌道試験機である（非特許文献１参照）。従来技術Ａは、この発明に類似するので、図面を参照しながらさらに説明する。

図７は、従来技術Ａを示す平面図、図８は、従来技術Ａを示す断面図である。

図７、図８において、２１は、円周状に構築されたピット２２の内側面に沿ってまくらぎ２３を介して敷設されたレール、２４は、ピット２２内をモータ２５により垂直な回転軸２６を中心として水平回転するロータ、２７は、ロータ２４の両端部に取り付けられたアーム２８に水平に取り付けられた、レール２１上を転動する車輪、２９は、ロータ２４をアーム２８と共に上下動させて、車輪２７に定常横圧を付加する横圧付加手段としての油圧シリンダ、３０は、アーム２８を傾動させて車輪２７に定常輪重を付加する輪重付加手段としての油圧シリンダ、３１は、レール２１の一部に散水する散水ノズルである。なお、レール２１とまくらぎ２３との間に存在するレール締結装置は、図示されていない。

従来技術Ａによれば、モータ２５によりロータ２４を回転軸２６を中心としてアーム２８と共に回転させて、レール２１上を車輪２７を転動させ、車輪２７に横圧および輪重を横圧用油圧シリンダ２９および輪重用油圧シリンダ３０により付加することによって、車輪２７とレール２１の転がり接触を実験室的にシミュレートすることができる。

従来技術Ｂは、レール輪と車輪とを接触させて転動させて、２物体間の摩耗特性や転がり疲労特性を評価する２円筒転がり接触試験機である。

従来技術Ｃは、主に弾性材等の軌道部材の動的な特性を評価する高周波動特性試験機である。

従来技術Ｄは、レール締結装置の実物を用いて、列車荷重を模して動的な条件下で主に疲労特性を評価するレール締結装置用四軸疲労試験機である。

従来技術Ｅは、実物大の軌道模型を用いて、軌道の動的な挙動を把握する総合路盤試験装置である。

従来技術Ｆは、実物大の車両を用いて、軌条輪（レール輪）上で高速走行し、車両の挙動を再現し、検証する高速車両試験台である。

日本機械学会論文集５１巻４６１号２９１頁から２９５頁

従来技術Ｂによれば、レールおよび車輪の要素レベルの試験しか行うことができず、しかも、軌道の支持剛性の影響を考慮した動的な条件下での試験は行えない。

従来技術Ｃによれば、弾性材等の軌道部材の要素レベルの試験しか行うことができず、しかも、レールと車輪の摩耗に伴う現象を再現することができない。

従来技術Ｄによれば、レール締結装置は、定盤の上に固定されるため、軌道の支持構造の影響を考慮した動的な条件下での試験は行えない。しかも、レールと車輪の摩耗に伴う現象を再現することができない。

従来技術Ｅによれば、レールと車輪の接触による摩耗の影響や、軌道と車両のばね下質量の相互作用による共振現象は再現することができない。

従来技術Ｆによれば、軌道は、軌条輪（レール輪）として構成されているので、軌道に着目して、軌道の支持剛性の影響を考慮した動的な評価は行えない。

従来技術Ａによれば、従来技術ＢからＦの有する問題点を部分的に解決することはできるが、従来技術Ａは、レール２１の摩耗や損傷状況の解明を主目的としたものであり、鉄道の軌道を構成するレール、レール締結装置、まくらぎ、および、これらの間に介在する弾性材やこれらに付帯する軌道部材を、軌道の支持剛性の影響を考慮した条件下で性能評価することはできなかった。

また、従来技術Ａによれば、車輪２６に与える加振力が定常成分しか設定することができないので、動的な荷重変動の影響を考慮することはできなかった。

従って、この発明の目的は、鉄道の軌道を構成するレール、レール締結装置、まくらぎ、および、これらの間に介在する弾性材やこれらに付帯する軌道部材を、軌道の支持剛性の影響を考慮した動的な条件下で性能評価することができるとともに、軌道上を走行する鉄道車両の台車を構成する車輪等の性能評価をすることができる軌道試験装置を提供することにある。

この発明は、上記目的を達成すべくなされたものであって、下記を特徴とするものである。

請求項１に記載の発明は、円周状に構築されたピットの内側面に沿ってレール締結装置およびまくらぎを介して敷設されたレールと、前記ピット内を垂直な回転軸を中心として水平回転するロータと、前記ロータに取り付けられたアームに水平に取り付けられた、前記レール上を転動する車輪と、車輪に定常横圧を付与する定常横圧付加手段と、前記レールに定常輪重を付加する定常輪重付加手段とを備えた軌道試験装置において、前記車輪に変動輪重・横圧を負荷する変動輪重・横圧付加手段が設置されていることに特徴を有するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記変動輪重・横圧付加手段は、前記アームに設置されていることに特徴を有するものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記レールに輪重・横圧測定ゲージおよびレール変位センサが設置され、前記レール、前記まくらぎおよび前記ピットの側壁内部に加速度センサが設置されていることに特徴を有するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の発明において、前記車輪に輪重・横圧測定ゲージが設置され、前記車輪の回転軸を支持する軸箱支持装置に加速度センサが設置されていることに特徴を有するものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１つに記載の発明において、前記定常横圧付加手段は、前記回転軸に取り付けられ、前記ロータを介して前記車輪に定常横圧を付与することに特徴を有するものである。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記定常横圧付加手段は、重錘または油圧装置からなることに特徴を有するものである。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６の何れか１つに記載の発明において、前記定常輪重付加手段は、前記ロータに取り付けられた油圧装置からなることに特徴を有するものである。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７の何れか１つに記載の発明において、前記変動輪重・横圧付加手段は、コンピュータシミュレーションと加振機構とをリンクさせたＨＩＬＳ制御による加振機により前記車輪に変動輪重・横圧を付加することに特徴を有するものである。

請求項９に記載の発明は、請求項１から７の何れか１つに記載の発明において、前記変動輪重・横圧付加手段は、電動油圧装置または不平衡重錘による強制加振機により前記車輪に変動輪重・横圧を負荷することに特徴を有するものである。

請求項１０に記載の発明は、請求項１から９の何れか１つに記載の発明において、前記車輪は、前記ロータの両端部に取り付けられた前記アームに取り付けられていることに特徴を有するものである。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、一方の前記車輪のフランジを上に、他方の前記車輪のフランジを下にして取り付けられていることに特徴を有するものである。

請求項１２に記載の発明は、請求項１０または１１に記載の発明において、前記車輪の上下の位置とレールに対する角度は、個別に調整可能になっていることに特徴を有するものである。

請求項１３に記載の発明は、請求項１から９の何れか１つに記載の発明において、前記車輪は、前記ロータの一方の端部に取り付けられた前記アームに一対、取り付けられ、前記ロータの他方の端部には、釣合い錘が取り付けられていることに特徴を有するものである。

請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記アームに一対、取り付けられた前記車輪の間隔は、可変であることに特徴を有するものである。

請求項１５に記載の発明は、請求項１３または１４に記載の発明において、前記車輪の上下の位置とレールに対する角度は、個別に調整可能になっていることに特徴を有するものである。

請求項１６に記載の発明は、請求項１から９の何れか１つに記載の発明において、前記車輪は、前記ロータの一方の端部に取り付けられた一対の前記アームの各々に取り付けられ、前記ロータの他方の端部には、釣合い錘が取り付けられていることに特徴を有するものである。

請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の発明において、一対の前記アームの各々に取り付けられ前記車輪の間隔は、可変であることに特徴を有するものである。

請求項１８に記載の発明は、請求項１６または１７に記載の発明において、前記車輪の上下の位置とレールに対する角度は、調整可能になっていることに特徴を有するものである。

この発明によれば、鉄道の軌道を構成するレール、レール締結装置、まくらぎ、および、これらの間に介在する弾性材やこれらに付帯する軌道部材を、軌道の支持剛性の影響を考慮した動的な条件下で性能評価することができるとともに、軌道上を走行する鉄道車両の台車を構成する車輪等の性能評価をすることができる。

この発明の軌道試験装置の一実施形態を示す平面図である。 この発明の軌道試験装置の一実施形態を示す断面図である。 この発明の軌道試験装置の他の実施形態を示す平面図である。 この発明の軌道試験装置の他の実施形態を示す断面図である。 この発明の軌道試験装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。 この発明の軌道試験装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。 従来技術Ａを示す平面図である。 従来技術Ａを示す断面図である。

この発明の軌道試験装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、この発明の軌道試験装置の一実施形態を示す平面図、図２は、この発明の軌道試験装置の一実施形態を示す断面図である。

図１、図２において、１は、円周状に構築されたピット２の内側面に沿ってまくらぎ３を介して敷設されたレールである。レール１は、レール締結装置（図示せず）によってまくらぎ３に固定されている。４は、ピット２内をモータ５により垂直な回転軸６を中心として水平回転するロータ、７は、ロータ４の両端部に取り付けられたアーム８に水平に取り付けられた、レール１上を転動する車輪、９は、ロータ４をアーム８と共に上下動させて、車輪７に定常横圧を付加する定常横圧付加手段としての重錘、１０は、アーム８を介して車輪７に定常輪重を付加する定常輪重付加手段としての油圧装置である。なお、まくらぎ３は、ピット２の内側面に直接、固定してもよいし、弾性材を介して弾性支持してもよい。

１１は、アーム８に設置された、車輪７に変動輪重・横圧を負荷する変動輪重・横圧付加手段である。変動輪重・横圧付加手段１１としては、コンピュータシミュレーションと加振機構とをリンクさせたＨＩＬＳ（Hardware In the Loop Simulation）制御による加振機により車輪７に変動輪重・横圧を付加するもの、あるいは、電動油圧装置または不平衡重錘による強制加振機による強制加振により車輪７に変動輪重・横圧を付加するものである。１２は、レール１に設置された輪重・横圧測定ゲージ、１３は、レール１に設置されたレール変位センサ、１４は、レール１、まくらぎ３およびピット２の側壁内部に設置された加速度センサ、１５は、車輪７に設置された輪重・横圧測定ゲージ、１６は、車輪７の回転軸（軸輪）を支持する軸箱支持装置１９に設置された加速度センサ、１７は、レール１の一部に散水する散水ノズルである。水に代えて油を塗布することもできる。

このように構成されている、この発明の軌道試験装置によれば、変動輪重・横圧付加手段１１が設置されているとともに、輪重・横圧測定ゲージ１２、レール変位センサ１３が設置されているので、あたかも実軌道上を実台車が走行している状態を模擬可能となり、しかも、鉄道の軌道を構成するレール、レール締結装置、まくらぎ、および、これらの間に介在する弾性材やこれらに付帯する軌道部材を、軌道の支持剛性の影響を考慮した動的な条件下で性能評価することができ、しかも、軌道上を走行する車両の台車を構成する車輪７等の性能評価をすることもできる。

また、軸箱支持装置１９に加速度センサ１６を取り付けることによって、軸箱加速度を測定し、実際の輪重・横圧変動を評価することができる（図１参照）。

なお、レール締結装置、まくらぎ３、および、これらの間に介在させる弾性材やこれらに付帯する軌道部材を装置内に設置し、これらを交換することによって、その性能を評価することも可能である。

さらに、試験装置の各部に設置した各種センサは、装置の異常を検出し、装置を自動停止させることに用いることもできる。

なお、図１、図２において、アーム８に設置された、車輪７は、何れも、フランジを上にして取り付けられているが、一方の車輪７のフランジを上に、他方の車輪７のフランジを下にして取り付けても良い。これによって、レール頭部の両方の角部（ゲージコーナー）でレール１と車輪７を接触させることが可能となるので、曲線走行中の台車における内軌側と外軌側での、レール１と車輪７の接触点の違いについて設定し、台車の走行状態を模擬することができる。

また、図１、図２において、アーム８に設置された、車輪７の上下の位置とレールに対する角度を個別に調整可能にしても良い。これによって、曲線走行中の台車における前軸と後軸での、レール１と車輪７の接触点の違い、すなわち、台車の前後軸それぞれの輪軸左右変位とアタック角を設定し、台車の走行状態を模擬することができる。

この発明の軌道試験装置の他の形態を、図面を参照しながら説明する。

図３は、この発明の軌道試験装置の他の実施形態を示す平面図、図４は、この発明の軌道試験装置の他の実施形態を示す断面図である。

図３、図４において、図１、図２におけると同一番号は、同一物を示し、説明は省略する。図１、図２の軌道試験装置と異なる点は、図１、図２の軌道試験装置では、ロータ４の両端部に取り付けられたアーム８に車輪７が取り付けられているのに対して、図３、図４の軌道試験装置では、ロータ４の一方の端部に取り付けられたアーム８に車輪７が一対、取り付けられ、ロータ４の他方の端部には、釣合い錘１８が取り付けられている点にある。

図３、図４に示す軌道試験装置によれば、図１、図２に示す軌道試験装置の有する効果の他、台車の走行状態を直接模擬することができる。また、車輪７の間隔を可変とすれば、輪軸間の距離（軸距）の影響も検討することができる。

また、図３、図４において、アーム８に設置された、車輪７の上下の位置とレールに対する角度を調整可能としても良い。これによって、曲線走行中の台車における前軸と後軸での、レール１と車輪７の接触点の違い、すなわち、台車の前後軸それぞれの輪軸左右変位とアタック角を設定し、台車の走行状態を模擬することができる。

この発明の軌道試験装置のさらに他の形態を、図面を参照しながら説明する。

図５は、この発明の軌道試験装置のさらに他の実施形態を示す平面図、図６は、この発明の軌道試験装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。

図５、図６において、図１、図２におけると同一番号は、同一物を示し、説明は省略する。図１、図２の軌道試験装置と異なる点は、図１、図２の軌道試験装置では、ロータ４の両端部に取り付けられたアーム８に車輪７が取り付けられているのに対して、図５、図６の軌道試験装置では、ロータ４の一方の端部に取り付けられた一対のアーム８の各々に車輪７が取り付けられ、ロータ４の他方の端部には、釣合い錘１８が取り付けられている点にある。

図５、図６に示す軌道試験装置によれば、図１、図２に示す軌道試験装置の有する効果の他、車輪７の間隔を可変とすれば、輪軸間の距離の影響も検討することができる。

また、図５、図６において、アーム８に設置された、車輪７の上下の位置とレールに対する角度を個別に調整可能としても良い。これによって、曲線走行中の台車における前軸と後軸での、レール１と車輪７の接触点の違い、すなわち、台車の前後軸それぞれの輪軸左右変位とアタック角を設定し、台車の走行状態を模擬することができる。

以上、説明したように、この発明によれば、変動輪重・横圧付加手段１１が設置されているとともに、レール１に輪重・横圧測定ゲージ１２およびレール変位センサ１３が設置され、レール１、まくらぎ３およびピット２の側壁内部に加速度センサ１４が設置され、車輪７に輪重・横圧測定ゲージ１５が設置され、軸箱支持装置１９に加速度センサ１６が設置されているので、あたかも実軌道上を実台車が走行している状態を模擬可能となり、しかも、鉄道の軌道を構成するレール、レール締結装置、まくらぎ、および、これらの間に介在する弾性材やこれらに付帯する軌道部材を、レール１の支持剛性の影響を考慮した動的な条件下で性能評価することができ、しかも、軌道上を走行する鉄道車両の台車を構成する車輪７等の性能評価をすることもできる。

１：レール
２：ピット
３：まくらぎ
４：ロータ
５：モータ
６：回転軸
７：車輪
８：アーム
９：重錘
１０：油圧装置
１１：変動輪重・横圧付加手段
１２：輪重・横圧測定ゲージ（レール用）
１３：レール変位センサ
１４：加速度センサ（レール、まくらぎ、ピット側壁用）
１５：輪重・横圧測定ゲージ（車輪用）
１６：加速度センサ（軸箱用）
１７：散水ノズル
１８：釣合い錘
１９：軸箱支持装置
２１：レール
２２：ピット
２３：まくらぎ
２４：ロータ
２５：モータ
２６：回転軸
２７：車輪
２８：アーム
２９：油圧装置
３０：油圧装置
３１：散水ノズル

Claims (18)

1. 円周状に構築されたピットの内側面に沿ってレール締結装置およびまくらぎを介して敷設されたレールと、前記ピット内を垂直な回転軸を中心として水平回転するロータと、前記ロータに取り付けられたアームに水平に取り付けられた、前記レール上を転動する車輪と、車輪に定常横圧を付与する定常横圧付加手段と、前記レールに定常輪重を付加する定常輪重付加手段とを備えた軌道試験装置において、
   前記車輪に変動輪重・横圧を負荷する変動輪重・横圧付加手段が設置されていることを特徴とする軌道試験装置。
2. 前記変動輪重・横圧付加手段は、前記アームに設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の軌道試験装置。
3. 前記レールに輪重・横圧測定ゲージおよびレール変位センサが設置され、前記レール、前記まくらぎおよび前記ピットの側壁内部に加速度センサが設置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の軌道試験装置。
4. 前記車輪に輪重・横圧測定ゲージが設置され、前記車輪の回転軸を支持する軸箱支持装置に加速度センサが設置されていることを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載の軌道試験装置。
5. 前記定常横圧付加手段は、前記回転軸に取り付けられ、前記ロータを介して前記車輪に定常横圧を付与することを特徴とする、請求項１から４の何れか１つに記載の軌道試験装置。
6. 前記定常横圧付加手段は、重錘または油圧装置からなることを特徴とする、請求項５に記載の軌道試験装置。
7. 前記定常輪重付加手段は、前記ロータに取り付けられた油圧装置からなることを特徴とする、請求項１から６の何れか１つに記載の軌道試験装置。
8. 前記変動輪重・横圧付加手段は、コンピュータシミュレーションと加振機構とをリンクさせたＨＩＬＳ制御による加振機により前記車輪に変動輪重・横圧を付加することを特徴とする、請求項１から７の何れか１つに記載の軌道試験装置。
9. 前記変動輪重・横圧付加手段は、電動油圧装置または不平衡重錘による強制加振機により前記車輪に変動輪重・横圧を負荷することを特徴とする、請求項１から７の何れか１つに記載の軌道試験装置。
10. 前記車輪は、前記ロータの両端部に取り付けられた前記アームに取り付けられていることを特徴とする、請求項１から９の何れか１つに記載の軌道試験装置。
11. 一方の前記車輪のフランジを上に、他方の前記車輪のフランジを下にして取り付けられていることを特徴とする、請求項１０に記載の軌道試験装置。
12. 前記車輪の上下の位置とレールに対する角度は、個別に調整可能になっていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の軌道試験装置。
13. 前記車輪は、前記ロータの一方の端部に取り付けられた前記アームに一対、取り付けられ、前記ロータの他方の端部には、釣合い錘が取り付けられていることを特徴とする、請求項１から９の何れか１つに記載の軌道試験装置。
14. 前記アームに一対、取り付けられた前記車輪の間隔は、可変であることを特徴とする、請求項１３に記載の軌道試験装置。
15. 前記車輪の上下の位置とレールに対する角度は、調整可能になっていることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の軌道試験装置。
16. 前記車輪は、前記ロータの一方の端部に取り付けられた一対の前記アームの各々に取り付けられ、前記ロータの他方の端部には、釣合い錘が取り付けられていることを特徴とする、請求項１から９の何れか１つに記載の軌道試験装置。
17. 一対の前記アームの各々に取り付けられ前記車輪の間隔は、可変であることを特徴とする、請求項１６に記載の軌道試験装置。
18. 前記車輪の上下の位置とレールに対する角度は、調整可能になっていることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の軌道試験装置。

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