JP6913256B2 - 鉄道車両の輪軸を削正する方法および装置 - Google Patents

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関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１月１１日付けの米国特許出願第６２／６１６，２０９号の優先権を主張し、その全体を参照により本明細書に援用する。

本発明は、鉄道車両システムに関し、より詳細には、摩耗した鉄道車両車輪および輪軸を削正するシステムに関する。

鉄道車両は、地面または他の構造体に固着されたレールによってガイドされ支持される鉄道車輪を使用することによって動作する。鉄道車両車輪は、一般的に、一対の車輪、車軸、および軸受を最小限含む、輪軸の一部である。それに加えて、輪軸は、一般的に、例えば４つ以上の車輪を支持してもよいボギーまたは台車を使用して、鉄道車両の底部に搭載される。鉄道車両（機関車および貨車など）の動作の間に、これらの車輪は、車輪が乗っているレールとの接触によって摩耗していく。この摩耗は、列車が脱線するリスクを増加させる場合が多く、車輪の摩耗を加速させるか、または別の形で車輪および鉄道車両の走行特性に悪影響を及ぼすことがある。例えば、鉄道車両の車輪は、摩耗によってその周面上に平坦な領域が広がっていくことがある。かかる摩耗により、レール上で摩耗した車輪が回転する際の揺れまたは振動が生じる場合が多い。更に、鉄道輪軸の車輪の外形は、国際標準化の対象である場合がある。したがって、特に高速列車では、摩耗の面積、ならびに結果としての鉄道車両の軸受またはボギーの荷重、およびそれに伴うレール表面の摩耗を低減するかまたは最小限に抑えるため、車輪を周期的に削正すべきである。

鉄道輪軸は、例えば旋削またはフライス加工プロセスによって、切粉除去を実施しながら削正または調整されてもよい。したがって、例えば、回転する円形カッター（フライス加工カッターなど）の外周を通して工作物を供給することによって、金属を除去するように適合された、外周フライス加工機械が使用される場合が多い。一般的に、輪軸は、輪軸をその回転中心に対して機械的に拘束し、輪軸をカッターに対して回転させることによって切削されて、車輪の外周が調整される。しかしながら、固定の回転中心を維持するように輪軸を支持しながら、輪軸またはカッターを回転させて車輪を切削するのは困難なことがある。あるいは、フライス加工カッターは、切削プロセス中、輪軸の中心線が径方向で移動できるようにして、輪軸に対して固定の径方向位置へと係止されてもよい。しかしながら、カッターを輪軸上のかかる固定の径方向位置へと係止することも困難であり、一般的に、車軸の端部にある心出し穴にアクセスすることを要する。

したがって、本発明の目的は、輪軸の中心線を適所へと物理的に係止するか、または輪軸中心線に対して固定の径方向位置へとカッターを係止することなく使用可能である、鉄道車輪の調整または整形システムを提供することである。

本発明の別の目的は、車輪または輪軸の回転中心の移動を可能にする、鉄道車輪の外形を調整または整形するプロセスを提供することである。

本発明の更に別の目的は、切削プロセス中における車輪および／または輪軸の回転中心位置の移動または変化を相殺する、鉄道車輪の外形を調整または整形するプロセスを提供することである。

本発明の態様によれば、鉄道車両の輪軸を削正する方法が提供される。その方法は、輪軸の車輪の回転中心が垂直方向に移動できるようにしながら、輪軸を回転させることと、切削ツールを車輪の回転中心に向かって移動させながら、車輪を切削して車輪上にプロファイルをフライス加工することとを含む。方法はまた、車輪を切削する間の回転中心の位置の変化を決定することと、回転中心の位置の変化に基づいて、切削ツールを車輪の回転中心に向かって移動させることとを含む。切削ツールは、車輪の回転中心に向かって、また一定距離まで移動させてもよい。一定距離は、削正された車輪の所望の半径に対応してもよい。

別の態様では、方法は、輪軸を１つ以上のローラ上に配設すること、輪軸上における車輪の回転中心を決定すること、車輪を回転させること、切削ツールと車輪の回転中心との間の所望の一定距離を決定すること、切削ツールを車輪上で作動させて車輪上にプロファイルをフライス加工し、車輪の回転中心がローラに対して移動できるようにすること、ならびに、切削ツールを切削ツールと車輪の回転中心との間の所望の一定距離に向かって移動させて、切削プロセス中、所望の一定距離を維持するのを容易にする助けとすることを伴ってもよい。方法はまた、車輪を回転させ、切削ツールを作動させた後の、車輪の回転中心の位置の変化を追跡または監視することと、ローラと回転中心との間の距離に対応する距離を測定することとを含んでもよい。測定距離は、１つ以上のローラと回転中心との間の垂直距離および水平距離の両方を含んでもよい。切削ツールは測定距離に応答して移動させてもよい。車輪の回転中心の位置は、追跡デバイスを使用して追跡または監視されてもよい。方法は、輪軸が鉄道車両から取り外されたとき、および／または輪軸がボギーに取り付けられたときに実施されてもよい。

別の態様では、本発明は、鉄道車両の輪軸を削正する装置を包含する。装置は、車輪の回転中心がローラに対して移動できるようにして、輪軸を支持するように構成された、ローラを有するステーションを含む。切削ツールは、ステーションに動作可能に接続され、ローラに対して、また輪軸の車輪上にプロファイルを切削またはフライス加工する位置へと移動可能である。追跡デバイスは、回転中心の位置を感知するため、ステーションに接続される。制御システムは、ステーションおよび追跡デバイスに接続される。制御システムは、車輪の回転中心に対する切削ツールの位置を制御するとともに、切削ツールの移動を容易にし、切削ツールを移動させ、回転中心からの一定距離を維持するのを助けるように構成される。

制御システムは、ローラと車輪の回転中心との間の距離に対応する距離を計算するように構成されてもよく、かかる距離に基づいて切削ツールを移動するように構成されてもよい。制御システムは、切削ツールを作動させた後に車輪の回転中心を追跡するため、追跡デバイスから情報を受信するように構成されてもよい。ステーションは、輪軸に接触し、車輪の回転中心がローラに対して移動できるようにしながら輪軸をローラ上で維持するように構成された、メカニズムを含んでもよい。ステーションは、ボギーに取り付けられた輪軸を支持するように構成されてもよい。

装置は、ステーションに動作可能に接続された第２の切削ツールを含んでもよい。第２の切削ツールは、第２のローラセットに対して移動可能であり、輪軸の第２の車輪上にプロファイルを切削またはフライス加工するように位置付けられる。第２の追跡デバイスは、第２の車輪の回転中心の位置を感知するため、フライス加工ステーションに接続される。制御システムは、第２の追跡デバイスに動作可能に接続されてもよく、第２の車輪の回転中心に対する第２の切削ツールの位置を制御して、第２の切削ツールを第２の車輪の回転中心からの一定距離に向かって移動させ、切削プロセスの間、一定距離を維持するのを容易にするように構成されてもよい。本明細書に記載する手順にしたがって、単一のステーションが、複数の車輪および輪軸を切削するように構成されてもよい。また、複数のステーションが同時に使用されて、複数の車輪を同時に削正してもよい。各ステーションは、同じまたは別個の制御システムによって制御されてもよい。

本発明は、以下の詳細な説明を参照して添付図面と併せ読むことによって更に十分に理解されるであろう。図面中、同様の参照番号は同様の要素を指す。

本発明の原理による、摩耗した鉄道車両車輪および輪軸を削正するシステムを示す等角図である。 本発明による、摩耗した鉄道車両車輪および輪軸を削正するシステムの特定の構成要素を示す概略等角図である。 本発明による、摩耗した鉄道車両車輪および輪軸を削正するシステムにしたがって使用されたときの、鉄道車両の車輪および輪軸と特定の構成要素との配向を示す概略図である。 本発明にしたがって使用可能な摩耗した鉄道車両車輪および輪軸を削正するシステムにおいて使用可能な、輪軸および追跡デバイスを示す概略図である。 本発明による、切削プロセス中に輪軸が反時計方向に旋回する際の、図４の輪軸および追跡デバイスを示す概略図である。 切削プロセス中に車輪が反時計方向に丸一回転している、図４および５の輪軸および追跡デバイスを示す図である。 本発明の別の実施形態による、鉄道車両のボギーまたは台車上に搭載された摩耗した鉄道車両車輪および輪軸を整形するシステムを示す等角図である。 特定の構成要素を含む図７の摩耗した鉄道車両車輪および輪軸を削正するシステムを示す単純化した概略図である。 本発明の摩耗した鉄道車両車輪および輪軸を削正するシステムで使用される、特定の構成要素またはサブシステムおよびそれらの通信経路を示す概略図である。 本発明の原理にしたがって実施される摩耗した鉄道車両車輪および輪軸を削正するプロセスを示すフローチャートである。 レールを使用して鉄道車両を回転させてシステムに乗せてもよい、本発明による摩耗した鉄道車両車輪および輪軸を削正するシステムの代替実施形態を示す等角図である。 本発明による、摩耗した鉄道車両車輪および輪軸を削正するシステム内の、カッターおよびプロファイル測定デバイスを有するスピンドルキャリッジを示す等角図である。 本発明による、摩耗した鉄道車両車輪および輪軸を削正するシステム内で使用される、プロファイル測定システムの一部として組み込まれたプロファイル測定デバイスを示す等角図である。

図１を参照すると、鉄道車両の車輪および輪軸を削正するシステムが示されている。システム１は、鉄道車両の輪軸３を支持するステーション２を含む。輪軸３は一対の車輪５を含む。車輪はそれぞれローラ１５で支持され、ローラの１つ以上は駆動ローラであってもよい。輪軸３の各端部は押下メカニズム９を使用して位置付けられる。押下メカニズム９によって、輪軸および車輪の回転中心が垂直方向および／または水平方向で移動することが可能になる。したがって、輪軸押下メカニズム９は、輪軸をステーション２および／またはローラに対する固定位置で輪止めしない。一対の追跡デバイス１１がステーション２に組み込まれ、各車輪５の輪軸３およびその回転中心の移動を測定し追跡するのに使用される。制御システム１３は、システム内に含まれ、所望の場合に駆動ローラを駆動し回転させるように、駆動ローラに動作可能に接続される。駆動ローラの作動によって輪軸３および車輪５が回転する。

やはり図１を参照すると、制御システム１３はまた、カッター７を作動させるようにカッターに動作可能に接続される。制御システム１３はまた、切削プロセス中に車輪が回転したときの、車輪５および輪軸３の回転中心の位置および位置変化を追跡するために、追跡デバイス１１に連結される。システムはまた、制御システム１３に動作可能に接続されるプロファイル測定デバイス５１（図１２に図示）を含む。プロファイル測定デバイス５１は、車輪５の外側プロファイルを測定し、カッター７の作動前を含めて車輪５および輪軸３の回転中心を計算するため、制御システム１３に統合および／または接続される。カッター７は、車輪の周面上にプロファイルをフライス加工するため、車輪５に接触するように移動可能である。制御システム１３は、カッター７の移動とその速度およびトルクを制御する。カッター７はそれぞれ、好ましくは垂直および水平両方の方向で、カッターが移動するのを可能にする、キャリッジアセンブリメカニズム４８（図１２を参照）に接続される。しかしながら、システムは、カッター７を垂直方向のみで移動させることによって動作してもよい。

本発明によるシステム１の単純化された図が、図２に示されている。車輪押下メカニズム９は、輪軸３が垂直および／または水平に移動できるようにしながら輪軸３に下向きの力を加えて、車輪５および輪軸３の回転中心がステーション２に対して移動できるようにすることによって、輪軸３の外端部に接触して輪軸をローラ上で維持する。押下メカニズム９は、輪軸３の回転方向に平行な一対のトラック１４に沿って移動可能な頭上ブリッジアセンブリ１０の一部である。このシステムによって、頭上ブリッジアセンブリがローラ１５から離れる方向に移動して、例えば頭上クレーン（図示なし）を使用して、輪軸をローラ上に配置することが可能になる。

次に図３を参照すると、鉄道車両の輪軸を削正するシステムの特定の構成要素の単純化された概略図が示されている。図３には１つの車輪が示されているが、複数の類似または同一の構成要素が複数の車輪のプロファイルを整形するのに使用されてもよい。更に、各構成要素は同じ制御システム１３によって制御されてもよい。輪軸３は、各車輪５を一連のローラ１５上に配置することによってステーション２上に搭載される。ローラ１５の１つ以上は、例えば反時計方向で車輪５を回転させるため、駆動ローラとして機能してもよい。カッター７は、垂直および水平方向で、またローラ１５およびステーションに対して移動可能である。各車輪５および輪軸３は、本明細書で考察するように、カッターの作動前および車輪５のプロファイルの削正前に計算される、回転中心１７を有する。プロファイル測定システムは、更に後述するように、車輪５のプロファイルを測定し、回転中心１７を計算するのに使用される。制御システムは、キャリッジアセンブリメカニズムがカッターの位置を制御することによって、カッターを水平および垂直方向で移動させるように、カッター７に動作可能に接続される。回転中心１７の位置に基づいて、制御システムは、車輪５の回転中心とカッター７の回転中心との間の所望の一定距離２１を決定する。この所望の一定距離２１は、車輪の所望の半径を表し、切削サイクルおよび１つ以上の駆動ローラによる車輪５の回転全体を通して維持されるべきである。制御システム１３は、車輪５の回転中に回転中心１７の位置が変化する際のカッターの位置を制御することによって、回転中心１７とカッター７との間の一定距離２１を維持するのを容易にする。このように、カッターは、車輪の回転中心から所望の一定距離で維持されてもよい。また、車輪を一定半径まで切削することができる。

図４を参照すると、追跡デバイス１１は、車輪５が回転する際の回転中心１７の位置の変化を決定するのに使用される。追跡デバイス１１は、垂直および水平方向での回転中心１７の移動を追跡するように、回転中心１７付近で輪軸３の外側部分（または他の領域）に接触してもよい。追跡デバイス１１はまた、車軸の中心線に平行な方向（即ち、機械の左右）で、輪軸３の移動を追跡してもよい。この情報は、輪軸３が駆動ローラの限定されたアキシャルフロート内で左右方向に移動する場合に、カッター７が車輪５と位置合わせされたまま保つのに使用される。これは、輪軸３の同じ左右方向移動を防ぐことが意図される、アキシャル誘導システムの代わりに使用されてもよい。追跡デバイス１１は、回転中心１７の位置の変化を表す信号を制御システムに送信する。制御システム１３は次に、ローラ（またはステーション２上における他の任意の固定位置）に対する回転中心１７の位置の変化を計算し、ステーション２と回転中心１７との間の距離１９（図３）を計算してもよい。制御システム１３によって計算されるような距離１９に基づいて、また回転中心１７の位置の変化に基づいて、制御システム１３は、必要な場合にカッター７を垂直および水平方向に移動させて、回転中心１７とカッター７との間の一定距離２１（図３）を維持する。

車輪を切削するプロセスは、制御システム１３が駆動ローラを作動させて車輪および輪軸を回転させることによって開始される。駆動ローラは、例えば、車輪を約７分で１周回転させてもよく、その時間の間にカッターが車輪の外側プロファイルを切削する。そのため、システムによって、高速回転旋削プロセスと比較して、車輪のより低速で更に制御された切削が可能になる。追跡デバイス１１は、輪軸の車軸２９に直接、または押下システム９（図示なし）など、車軸の回転中心１７の移動に直接連結されたシステムの任意の部分に接触してもよい。追跡デバイス１１は、回転中心１７の位置の変化に対応する、車軸２９の外側位置の移動を感知してもよい。制御システムは、次に、回転中心１７の位置の変化を計算して、カッター７の位置を調節してもよい。

次に図５を参照すると、車輪５が駆動ローラ１５によって反時計方向に回転し続ける間、カッター７は、車輪５の外周にプロファイルを切削またはフライス加工し続ける。したがって、車輪５の切削されたプロファイルが位置３１で駆動ローラ１５に接触するように車輪５が旋回するので、車輪５のプロファイルの新たに切削された表面は反時計方向に移動し続ける。これが行われると、車輪５の回転中心１７はローラ１５に向かって、また位置３１に向かって、即ち下方向および右側に移動する。これが行われると、追跡デバイス１１は、車軸の位置（およびそれに対する変化）を、またしたがって車輪５および輪軸３の回転中心１７を感知する。制御システムは、（図３に示されるような）距離１９を計算し、カッター７の位置を調節して、カッターを一定距離２１で維持する。カッターによって移動した距離は、図３に示されるような、一定距離２１と計算または測定距離１９との差となる。

次に図６を参照すると、カッターが車輪５を切削し続ける間、追跡デバイス１１は継続して回転中心１７を追跡し、回転中心１７の位置の変化を感知し、それによって制御システムは、回転中心１７とカッター７との間の一定距離２１を維持するように、カッター７の位置を調節してもよい。車輪５が丸一回転を完了して、カッター７が車輪５の外周の周面全体にプロファイルを切削すると、結果として得られるプロファイルによって車輪の円形プロファイルが容易になる。所望の場合、プロファイル測定システムは、車輪のプロファイルを再測定し計算してもよく、１つ以上の追加の切削サイクルまたは回転が実施されてもよい。図３〜６を参照して図示され記載されるような、単一の車輪プロファイルの切削は、（図１に示されるような）単一のステーションにおいて輪軸の複数の車輪に対して実施されてもよい。

図１を参照すると、ステーション２は、左側および右側の列のアセンブリ４９、切削システム、押下メカニズム９、車輪プロファイル測定デバイスまたはシステム５１、ならびに追跡デバイス１１を支持する、剛性のベースプラットフォームを含む。（図７に示されるように）輪軸を搬送する線路がシステムに組み込まれてもよい。ステーションは、カッター７およびプロファイル測定デバイス５１をそれぞれ移動させる、図１２に示されるような一対の二軸可動キャリッジアセンブリ４８を含む。キャリッジ５０は、各キャリッジアセンブリに含まれ、例えば、強力なサーボ駆動のボールねじによって例えば作動されてもよい方式を使用して、移動されてもよい。各方式は、各移動軸上に、即ち水平および垂直方向に、位置フィードバックのための精密アブソリュートエンコーダを含んでもよい。各キャリッジ５０は、完全なカッター７および車輪プロファイル測定システム５１を保持する。各精密カッター７は、ベルト、シャフト、または直接駆動系によってカッターに接続された歯車モータ５３によって駆動されてもよい。

図１に示されるように、ローラ１５は、Ｖ字形の溝を有してもよく、輪軸３の寸法のばらつき、および表面が切削される際の車輪フランジの形状の変化を構成するように、軸線方向で半浮動式であってもよい。駆動ローラは、例えば、サーボ歯車モータ（図示なし）によって電力供給されて、高い応答性、精密な供給速度制御、および切削負荷の監視を可能にしてもよい。かかるサーボ歯車モータによって、切削プロセスに必要な低い回転速度の正確な制御を依然として提供しながら、プロファイル測定ステップ（本明細書に記載）の間、より高速で輪軸を回転させてサイクル時間を低減することを可能にしてもよい。１つの車輪５を支持する一連のローラ１５間の間隔は、広範囲の異なる車輪径の切削を可能にするように調節可能であってもよい。

図１２および１３を参照すると、システムは、各車輪に、キャリッジアセンブリ４８上に搭載される、統合された自動車輪プロファイル測定システムまたはデバイス５１を含む。各車輪プロファイル測定デバイス５１は、車輪の位置、直径、幅、およびプロファイル、ならびに輪軸の連続する背面振れ、および車輪踏面のラジアル振れを測定する。摩耗した車輪５が車輪プロファイル測定デバイス５１を使用して探査されると、かかる情報を使用して、車輪の回転中心１７、および車輪プロファイルを切削するのに所望の目標直径または距離が自動的に決定され、特定の輪軸に対して軸線方向でカッター７が自動的に位置付けられる。各車輪プロファイル測定デバイス５１は、所望の場合、プロセス後の輪軸検査および測定を完了するのに使用され、例えば、最終直径、プロファイル適合などを検証し、制御システムまたは他のデータ管理システムに送ることができる。

車輪プロファイル測定デバイス５１を使用して輪軸の初期位置が決定されると、次に、切削またはフライス加工プロセスの間、輪軸の移動に追従するのに追跡デバイス１１が使用される。図４〜６に示されるように、追跡デバイス１１は、それぞれ各車輪付近にある追従アーム１２およびアダプタ１６を含む。あるいは、例えば、（本明細書に記載され、図７に示されるように）システムがボギー３９に固着されたままの輪軸を削正するように構成されている場合、追跡デバイス１１の追従アーム１２およびアダプタ１６は、車輪車軸（または輪軸に直接連結されたボギー３９、即ち任意のボギーサスペンションの輪軸側）上の目標領域に接触してもよい。また、各追従アーム１２は、その目標領域下において手動でまたは自動的に位置付けられてもよい。各追跡デバイス１１および追従アーム１２はまた、例えば、アダプタが目標領域に接触するまでデバイスおよび／またはアーム１２を延長し、切削サイクル全体を通してそれに対して保持する、油圧シリンダを備えてもよい。図１に示されるように輪軸がボギーに連結されていない場合、追従アーム１１は押下メカニズム９に取り付けられてもよい。追従アームは、輪軸の移動を監視するのに使用される精密エンコーダ１８と嵌合されてもよく、制御システムが、カッター７が車輪５を係合している半径を調節できるようにする。追跡デバイス１１は、三次元で、即ちＸ、Ｙ、およびＺ軸に沿って移動することが可能にされてもよい。追従アーム１１のプローブとは反対側の端部は、ＸおよびＺ軸に沿って、即ち前後および左右方向で摺動するブロックに接続されてもよい。また、アーム１２は上下方向で自由に移動する。そのため、追跡デバイス内の精密エンコーダは、三次元で車輪およびその回転中心の移動を決定することができる。また、デバイス１１は、プローブ位置、または車輪の回転中心の位置の変化に対応するプローブ位置の変化を表す信号を、カッター７の位置の移動を制御することができる制御システムに送ることができる。また、自在継手が、アーム１２の上端部とアダプタ１６との間で使用されてもよい。これによって、符号化された角度運動を、自在継手を介して垂直面、水平面、および前後面で測定することが可能になってもよい。

図１および図２を参照すると、頭上ブリッジ１０は一対の車輪押下メカニズム９を支持する。車輪押下メカニズム９は、ステーション２から延在し、例えば車輪５および輪軸３の外側位置に接触する、一対のアームまたは支柱を含んでもよい。アームはそれぞれ、車軸またはカートリッジローラ軸受ハウジング７７に接触する接点パッド８１を含む。パッドおよび／またはアームは、車輪または輪軸の回転中心の移動を相殺するため、垂直に移動することが可能にされる。例えば、アームは、延長可能であってもよく、かつ／または輪軸に接触したままで接点パッドが移動することを可能にするヒンジを含んでもよい。アームおよび／またはヒンジは、輪軸に対して下向きに力を加えて、車輪および輪軸をローラ上で維持するのを支援するように付勢されてもよい。力は、輪軸をローラ上で維持したまま、輪軸の回転中心の移動を可能にするのに十分な力であるべきである。図１に示される実施形態では、追跡デバイス１１は、車軸またはカートリッジローラ軸受ハウジング７７に接触して、その移動、および各車輪５の回転中心の対応する移動を追跡する。しかしながら、回転中心の移動を可能にしたまま、また輪軸３の輪止めなしに、輪軸３をローラ上で保持する他の技術が使用されてもよい。

車輪押下メカニズム９の代替実施形態は、ステーション２から車軸および輪軸の外端部に向かって延在し、外端部を受け入れる、一対のアームを含んでもよい。アームは、複数次元で移動可能であるとともに、ステーションに対して回転可能であってもよい。アームはそれぞれ、外輪ハブの上側部分を受け入れる、湾曲した接点パッド８７を含んでもよい。接点パッドは、好ましくは、輪軸の上側部分の外側部分に適合するような形状およびサイズで湾曲される。湾曲した接点パッド８７はまた、車輪または輪軸の回転中心の移動を相殺するため、水平に移動することが可能にされる。例えば、接点パッドは、アームのスロット内で水平に移動するレールを含んでもよい。それに加えて、アームは、車輪のあらゆる垂直移動に合わせて調節するように垂直方向で移動可能である。この実施形態では、追跡デバイス１１は、車輪ハブ７７の底部に接触して、その垂直および水平移動、ならびにそれに対応する各車輪５の回転中心の移動を追跡し測定してもよい。

図１２を参照すると、キャリッジアセンブリ４８の詳細が示されている。キャリッジアセンブリは、カッター７および車輪測定または探査デバイス５１を移動させる。キャリッジアセンブリは、垂直および水平（ｙおよびｚ）方向で移動可能な可動キャリッジ５０を含む。キャリッジ５０は、本明細書に記載するシステムにしたがって使用されたカッター７、および車輪探査デバイス５１を支持する。キャリッジアセンブリ４８は、カッター７を車輪５および輪軸３に向かって移動させて、カッターが車輪５の外周面およびプロファイルに接触できるように、垂直方向および水平方向で移動可能である。モータ５３は、カッター７を駆動し、それを回転させて切削プロセスを行うことを可能にするのに使用される。キャリッジ５０およびカッター７は、操作者によって作動され監視されてもよい制御システムによって制御される。キャリッジ５０に連結されるのは、図１３に更に詳細に示される車輪プロファイル測定デバイス５１である。このデバイスは、例えば、回転エンコーダを中に有する精密ローラ５６を含んでもよい。精密ローラ５６上の隆起したフランジは、輪軸３上の回転している車輪５をトレースし、それに接触してもよい。車輪測定デバイス５１は、軸線方向全体の車輪プロファイル全体、車輪の厚さ、およびその周面全体を測定することができる。したがって、輪軸３における車輪５の周面全体は、車輪５の外側プロファイルのプロファイル形状全体を計算するように、周面全体に沿って精密ローラ５６を使用して測定されてもよい。制御システム１３は、精密ローラおよび回転エンコーダ、ならびにキャリッジアセンブリ５０に連結されて、その正確な位置および移動を測定する。制御システムは、１つ以上のメカニズムおよびキャリッジ５０を制御して、車輪測定デバイス５１を車輪および輪軸に向かって垂直および水平方向に移動させる。

水平接触部材またはプローブ５２は、例えば、車輪５の内面および外面に接触するように、車内および車外空間のルビーチップまたは小型精密ローラを含んでもよい。水平部材またはプローブ５２の位置は、キーエンス・コーポレーション・オブ・アメリカ（Ｋｅｙａｎｃｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ）から入手可能なＫｅｙａｎｃｅ ＧＴ２−Ｈ３２などの精密長さゲージを使用して、制御システムによって監視される。かかる情報は、キャリッジアセンブリ４８の垂直および水平位置と組み合わされて、制御システム１３によって、車輪幅およびリム厚さを位置決めし測定するのに使用されてもよい。空気圧または油圧作動式であってもよい線形ガイド５４は、垂直方向で作動してもよく、精密ローラ５６および水平部材またはプローブ５２の垂直位置を測定するため、線形エンコーダまたは磁歪変換器を使用して位置フィードバックを提供する。線形ガイド５４はまた、制御システム１３に連結されて、精密ローラ５６および水平部材またはプローブ５２から導き出された情報をと組み合わせて、内面から外面までの車輪５の外側プロファイルの関する精密な測定値を、車輪厚さとともに提供してもよい。

輪軸３がシステム１上に配置されると、操作者はそれに対する動作サイクルを開始してもよい。次に、制御システム１３は、車輪プロファイル測定デバイス５１を上方に、また車輪に向かって延長して、様々な測定値を得るのを容易にしてもよい。最初に、車輪の底部に接触する水平部材もしくはプローブ５２および／または精密ローラ５６の位置に基づいて、また精密ローラ５６およびその回転エンコーダによって導き出される情報から得られる測定によって決定される車輪の平均直径の半分を追加して、輪軸の軸線の回転中心線が計算されてもよい。

次に図７および８を参照すると、鉄道車両の輪軸を削正する代替のシステム１は、ボギーまたは台車３９上に配置される輪軸を削正するのに使用されてもよい。図７および８のシステムは動作し、図１〜６に関して記載したシステムに類似している。図８に示されるように、システム１は、鉄道車輪および輪軸が乗ったボギーまたは台車を支持することができるステーション２を含む。ローラ１５およびカッター７は、図１〜６に関して本明細書で上述したのと同じ方式で動作する。しかしながら、追跡デバイス１１の追従アーム１２は輪軸３ではなくボギー３９に接触してもよい。それに加えて、押下システム９は車輪ではなくボギー３９に接触するように構成される。

システムがボギー内の輪軸を削正するのに使用される場合、異なるタイプの車内押下システムが使用されてもよい。例えば、油圧作動式システムは、操作者が適切なフックまたはアダプタを位置付けた後、ボギー枠の下面を引き下げてもよい。また、一部のボギーおよび緩んだ輪軸は、車軸箱、軸受、または他のボギー機構に押下力を加えるために、押下げが車輪の外側に位置付けられるのを要することがある。かかる状況では、別個の油圧作動式の車外押下システムが使用されてもよい。また、輪軸の切削される側とは反対側のボギー端部を支持するのに、支持枠が使用されてもよい。枠は、切削されていない輪軸を支持することができるか、またはジャッキと嵌合させて、連結された輪軸を収容するように、必要な場合にボギー枠を支持することができる。１つの輪軸切削が完了すると、頭上クレーンを使用してボギーが持ち上げられ、回転され、第２の輪軸を完成させるように機械に戻されてもよい。押下システムに電力供給する、オンデマンド油圧ユニットが含まれてもよい。

制御システム１３は、例えば、使いやすさおよび保守管理しやすさを確保する基本の運動制御モジュールを有する、標準的な産業用ＰＬＣを含んでもよい。フル機能のＰＣベースのユーザインターフェース１３（図１）は、操作者に対して、測定輪軸データを調査し、完了させるべきプロセスを選択し、状態を監視し、機械を操作するため、適切な一連の単純な画面へのアクセスを付与する。追加の機能性（およびパスワード保護可能な画面）が、保守管理、データ管理、校正などのために提供される。状態、インターロック条件、および不具合に関する意味のあるメッセージが表示されて、使いやすさおよび効率的なトラブルシューティングが容易にされる。顧客のＩＴポリシー、サービス提供者のオプション、および所望のサポートレベルに関して、遠隔診断接続性およびサービスが利用可能である。輪軸データを顧客の車両保守管理データベースに格納するため、専用イーサネットポートまたは他の通信インターフェースもしくは技術が、顧客のネットワークへの接続に使用されてもよい。

次に図９を参照すると、システム１の特定の構成要素とそれらの通信経路の概略図が示されている。制御システム１３は、各切削ツール７およびキャリッジアセンブリ４８および関連付けられたメカニズムに動作可能に接続されて、各切削ツール７を動作させ移動させて各車輪５の切削を開始させる。制御システム１３はまた、駆動ローラ１５それぞれに動作可能に接続されて、駆動ローラの動作を制御し、各輪軸３の各車輪５を回転させる。制御システム１３はまた、各車輪および輪軸３の回転中心の位置を追跡する、各追跡デバイス１１に動作可能に接続される。制御システム１３はまた、削正前および／または後の車輪のプロファイルを測定する、各プロファイル測定システムまたはデバイス５１に動作可能に接続される。制御システム１３は、各プロファイル測定システムによって得られる情報に基づいて、各車輪の回転中心１７を計算してもよい。各システム１は複数のカッターを含み、各カッターは輪軸の特定の車輪の切削に対応する。それに加えて、各システム１は所望に応じて複数の輪軸を切削してもよい。単一の制御システム１３または複数の制御システムが、制御システムによって操作される各カッターの位置を決定するのに使用されてもよい。それに加えて、複数のシステム１が単一の制御システムによって制御されてもよい。

図１０を参照すると、システムは、特定のカッター７によって切削される各車輪５に対してプロセスを実施する。各車輪に対して、１つ以上の車輪５に対応する１つ以上の車輪プロファイル測定システム５１を使用するシステムは、各車輪プロファイルを測定する。次に、制御システムは、各車輪の所望の回転中心を計算してもよい。回転中心が計算された後、制御システムは次に、切削後の所望の車輪プロファイルを得るように、各車輪の回転中心とカッターとの間の一定位置または距離を計算してもよい。制御システムは、各車輪を回転させ、関連するカッターを車輪と接触させて新しいプロファイルを作成するように、特定の車輪と関連付けられた各駆動ローラおよびカッターを作動させてもよい。切削される各車輪に関して、追跡デバイスは車輪の回転中心の移動を追跡し、制御システムは、各車輪の回転中心の位置の変化または距離の変化を計算する。制御システムは、次に、カッターがフライス加工している車輪の回転中心の位置の変化に対して、各カッターの位置を調節してもよい。プロセスは、カッターに対して車輪が丸一回転する間継続してもよい。それに加えて、プロセスは、必要な場合に、同じ車輪の複数回転にわたって繰り返されてもよい。

車輪５および輪軸３を削正する完全な動作シーケンスは、次のように実施されてもよい。最初に、輪軸３（または輪軸に取り付けられている場合、ボギー）が、例えば頭上クレーンを使用して、ローラ５上に直接配置される。次に、アキシャルガイドシステムを使用して、例えば、ボギーまたは個々の輪軸に適宜接触してもよい。次に、操作者は、下向きの力を加えるように、必要に応じて押下メカニズム９を作動させてもよい。制御システムは、輪軸の処理を均衡させるために押下力を維持する。次に、輪軸追従アームを作動させて、ボギー枠、押下メカニズム、または輪軸のいずれかに接触してもよい。操作者は、アームの実際の接点が、所与のボギー上の既定の領域下で整列され、押下メカニズムまたは制御システムが追従アームをボギーに接して延長し、押下メカニズムまたは輪軸が、接触を自動的に維持し、サイクルの残り全体を通して車輪または車軸の移動を監視するようにして、追跡デバイスの追従アームを摺動させてもよい。車輪の一回転の位置を示すため、接着剤付きの反射テープなどの目標が、１つの車輪のリムに適用されてもよい。次に、操作者は、適正な動作が選択されており、輪軸タイプが入力されていることを確認してもよく、次に制御ステーションで自動処理サイクルを始動する。車輪探査デバイス５１は、車輪の直径、幅、位置、および車輪プロファイルを測定する。制御システムは、車輪を削正するのに必要な目標または所望の車輪直径、パス回数、および切削深さを計算する。制御システムはまた、リム厚さ限度値をチェックし、連続した車輪の寸法が許容可能であることを検証してもよい。制御システムは、次に、Ｚ軸に沿ってカッター７を車輪と位置合わせし、システムを制御して、車輪の１つ以上の粗切削パスを実施する。次に、車輪探査デバイスが、最終切削を行う前に車輪直径を測定してもよい。かかる測定に基づいて、カッターは１つの最終切削パスを行ってもよい。カッターは外側半径を完了させてもよい（カッターが一体的な面取り面を有して構成されない場合）。所望の場合、システムは、車輪探査デバイスを使用して機械加工後測定サイクルを実行してもよく、システムは輪軸データを格納および／または転送してもよい。操作者は、次に、反射する目標を除去し、追従アーム、押下げ、およびアキシャルガイドを誘導する。次に、輪軸および／またはボギーが取り外されてもよい。

図１１を参照すると、ステーションの上に配置された一連のレール上に鉄道車両（図示なし）が駆動されてもよい、摩耗した鉄道車両の車輪および輪軸を削正するシステムの更なる実施形態。この実施形態は上述した実施形態と同様に動作するが、鉄道車両に組み合わされたままの状態で輪軸を測定し切削する。ステーション２はピット８０に設置されてもよく、それによって鉄道車両を駆動するか、またはレール８２を介してシステムの上に直接引き上げることが可能になる。これらのレールは、貨車の場合は２０トン（１８０ｋＮ）超過の車軸荷重、重い機関車の場合は４５トン超過の車軸荷重を支えるように設計されるべきである。車両がステーション２の上に位置付けられると、駆動ローラが輪軸を持ち上げてもよく、レールの一区画が自動的に後退して、カッター７が車輪５の底部にアクセスする。この実施形態では、押下システム９は一対のアームを含む。アームは、垂直に移動可能なポスト５５上に枢動可能に搭載される。押下システム９は、ボギー（図示なし）または輪軸（図示なし）に接触するパッドを含む。したがって、パッドは、アームを回転させポストを並進させることによって移動可能である。

図１１に示されるシステムの場合、完全な動作シーケンスは次の通りであってもよい。システムが初期化され、レール８２が適所にあるとき、鉄道車両がレール８２を介してシステムに搬送されてもよい。緑色灯などの信号伝送システムが、システムが鉄道車両を受け入れる準備ができていることをユーザに通知するのに使用されてもよい。次に車両を、レール８２を介してシステムのローラ１５上に駆動するか、転てつするか、または巻き上げることができる。操作者は、次に、必要に応じて、アキシャルガイドシステムを延長してボギーに接触させるか、またはローラを個々の輪軸に接触させてもよい。操作者は、次に、押下システム９を始動してボギーと整列させる、かつ押下システム９を始動させて下向きの力をボギー上に適用してもよい。制御システム１３は、全ての動作を制御し、切削サイクル全体にわたって押下力を維持する。次に、ユーザは、追従アームがボギー枠（または所望の場合、輪軸）に接触するように、輪軸追跡デバイスを作動させてもよい。輪軸追従アームはボギー枠の目標領域に接触するか、またはかかる接触を容易にするアダプタが使用されてもよい。操作者は、接着剤付き反射テープなどの目標インジケータを車輪のリムに適用して、切削プロセス中のシステムにおいて車両の丸一回転が行われたときに視覚的に示してもよい。操作者は、システム上への車輪および輪軸のサイズを含むタイプを確認し、制御ステーションで自動切削サイクルを始動してもよい。自動切削サイクルが始動されると、ローラが上昇し、輪軸を持ち上げてレールから離す。レールは、ローラから離れる方向に自動的に後退するように摺動可能であってもよい。次に、車輪測定デバイスを作動させて、車輪の直径、幅、位置、および車輪プロファイルを測定してもよい。このステップで、かかる測定値に基づいて、所望の目標車輪直径が制御システムによって計算され、切削回転数、切削の深さが計算される。それに加えて、連続する寸法の検証を含む、車輪リムの厚さおよび限度値が実施される。次に、カッターは、水平および／または垂直軸線に沿って車輪に位置合わせし、１つ以上の粗切削パスまたは回転が、制御システムによって決定されるように実施される。切削サイクル後、車輪直径が車輪測定デバイスを使用して測定されてもよい。制御システムが、測定車輪直径が十分であるかまたは所望のサイズおよび構成に近いと決定した場合、システムは１つ以上の仕上げ切削回転を実施してもよい。カッターが一体的な面取り面を有して構成されない場合、車輪の完全な外側半径は追加でフライス加工されてもよい。切削プロセスの終わりに、車輪プロファイル測定システムを使用して切削後測定ステップが実施されてもよく、車輪測定および他のデータは、制御システムによって格納または送信されてもよい。操作者は、次に、反射する目標または他の目標の印を除去し、追従アーム、押下げ、およびアキシャルガイドを解除してもよい。車両を次の輪軸まで前進させて、車両の更なる輪軸に対してプロセス全体が繰り返されてもよい。

輪軸フライス加工カッターヘッド、または望ましい車輪形状の一部もしくは全体を複製する他のフライス加工カッターが、カッター７として使用されてもよい。例えば、ニューヨーク州アルバニーのシモンズ・マシン・ツール・コーポレーション（Ｓｉｍｍｏｎｓ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なＳｔａｎｒａｙ ＴＮ−８４カッターが、本明細書に記載するシステムとともに使用されてもよい。しかしながら、他の適切なカッターも使用されてもよい。各精密カッター７は、スピンドルまたはシャフトを介して取り付けられる、直接駆動の３０ｈｐ歯車モータによって駆動されてもよい。スピンドルは、例えば鋳鉄ハウジング内に搭載された、複数の重い精密軸受によって支持されてもよい。各カッター７は、多数の取外し可能なバーを含む機械加工された本体を含んでもよい。これらのバーはそれぞれ、所望の踏面プロファイルを生み出す連続切削らせんを形成するような形で配置された、多数の割送り可能で交換可能なカーバイド切削インサートを保持するように設計される。これらのインサートは、カッターを機械から取り外すことなく、簡単に割り送ることができる。カッターは、機械から簡単に取り外して、カッターまたは割送りインサートを交換することができる。カッターはまた、カッターの端部に一連の切削インサートを有して設計される。これによって、探査された車輪の幅および位置に基づいて、リムの外面に面取り面または半径接線（ｒａｄｉｕｓ ｔａｎｇｅｎｔ）を切削することができる。

本明細書で説明する実施形態を参照して本発明について記載してきたが、いかなる形でも本発明の趣旨から逸脱することなく、様々な修正がなされてもよいことが当業者には明白である。例えば、他の様々な調節可能なスペーサ構成が使用されてもよい。いずれのかかる修正または構成も、以下の特許請求の範囲で定義されるような本発明の範囲内にあるものとする。

Claims (22)

1. ステーション上の鉄道車両の輪軸を削正する方法であって、
   前記輪軸を１つ以上のローラ上に配設するステップと、
   前記輪軸上における車輪の回転中心を決定するステップと、
   切削ツールと前記車輪の前記回転中心との間の所望の一定距離を決定するステップと、
   前記車輪を回転させるステップとを含む方法において、
   前記切削ツールを使用して前記車輪上にプロファイルがフライス加工されるとき、前記１つ以上のローラが前記ステーション上の固定位置で維持されたまま、前記車輪の前記回転中心が前記１つ以上のローラに対して移動できるようにされ、前記切削ツールが、前記切削ツールと前記車輪の前記回転中心との間の所望の一定距離に前記切削ツールを配置するのを容易にするように移動されることを特徴とする方法。
2. 前記車輪を回転させ、前記切削ツールを作動させた後、前記車輪の前記回転中心の位置の変化を追跡するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記回転中心の前記位置が変化した後、前記１つ以上のローラと前記回転中心との間の前記距離に対応する距離を測定するステップを更に含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記切削ツールが前記測定に応答して移動させられる、請求項３に記載の方法。
5. 前記回転中心の前記位置が追跡デバイスを使用して監視される、請求項４に記載の方法。
6. 距離を測定する前記ステップが、前記１つ以上のローラと前記回転中心との間の垂直方向および水平方向両方の距離を測定することを含む、請求項４または５に記載の方法。
7. 前記輪軸が前記鉄道車両から取り外される、請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
8. 前記輪軸がボギーに取り付けられる、請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
9. プローブシステムを使用して前記車輪の幾何学形状を測定して、前記車輪の前記回転中心を決定するステップを含む、請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。
10. 鉄道車両の輪軸を削正する装置であって、
    車輪の回転中心が１つ以上のローラに対して移動できるようにして、前記輪軸を支持するように構成された、１つ以上のローラを有するフライス加工ステーションと、
    前記フライス加工ステーションに動作可能に接続され、前記１つ以上のローラに対して移動可能であり、前記輪軸の車輪上にプロファイルをフライス加工するように位置付けられた切削ツールと、
    前記回転中心の位置を追跡するため、前記フライス加工ステーションに接続された追跡デバイスとを備える装置において、
    前記装置が、前記切削ツールを作動させたとき、前記１つ以上のローラが前記フライス加工ステーション上の固定位置にあるように構成され、制御システムが、前記フライス加工ステーションおよび前記追跡デバイスに接続され、前記制御システムが、前記回転中心に対する前記切削ツールの位置を制御するとともに、前記切削ツールと前記車輪の前記回転中心との間の所望の一定距離に前記切削ツールを配置するのを容易にするように構成されたことを特徴とする装置。
11. 前記制御システムが、前記１つ以上のローラと前記回転中心との間の前記距離に対応する距離を計算するように構成された、請求項１０に記載の装置。
12. 前記制御システムが、前記１つ以上のローラと前記回転中心との間の前記距離に対応する前記距離に基づいて、前記切削ツールを移動させるように構成された、請求項１１に記載の装置。
13. 前記制御システムが、前記追跡デバイスを制御して、前記切削ツールを作動させた後に前記回転中心を追跡して前記回転中心を監視するように構成された、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記フライス加工ステーションが、前記輪軸に接触し、前記車輪の前記回転中心が前記１つ以上のローラに対して移動できるようにしながら前記輪軸を前記１つ以上のローラ上で維持するように構成された、メカニズムを備える、請求項１０ないし１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記フライス加工ステーションが、前記鉄道車両から取り外された輪軸を支持するように構成された、請求項１０ないし１４のいずれかに記載の装置。
16. 前記フライス加工ステーションが、ボギーに取り付けられた輪軸を支持するように構成された、請求項１０ないし１５のいずれかに記載の装置。
17. 前記フライス加工ステーションに動作可能に接続され、第２の１つ以上のローラに対して移動可能であり、前記輪軸の第２の車輪上にプロファイルをフライス加工するように位置する第２の切削ツールと、
    前記第２の車輪の回転中心の位置を感知するため、前記フライス加工ステーションに接続された、第２の追跡デバイスと、
    前記第２の追跡デバイスに接続され、前記第２の車輪の前記回転中心に対する前記第２の切削ツールの位置を制御して、前記第２の車輪の前記回転中心からの所望の一定距離に前記第２の切削ツールを配置するのを容易にするため、前記第２の切削ツールを移動させるように構成された、前記制御システムとを更に備える、請求項１０ないし１５のいずれかに記載の装置。
18. 前記フライス加工ステーションに接続されたプローブシステムを備え、前記プローブシステムが、前記車輪の幾何学形状を測定して前記車輪の前記回転中心を決定するように構成されるとともに、前記制御システムに動作可能に接続された、請求項１０ないし１７のいずれかに記載の装置。
19. ステーション上の鉄道車両の輪軸を削正する方法であって、
    前記輪軸を１つ以上のローラ上に配設するステップと、
    前記輪軸上における車輪の回転中心を決定するステップと、
    切削ツールと前記車輪の前記回転中心との間の所望の一定距離を決定するステップと、
    前記車輪を回転させるステップとを含む方法において、
    前記切削ツールを使用して前記車輪上にプロファイルがフライス加工されるとき、前記車輪の前記回転中心が前記１つ以上のローラに対して移動できるようにされ、前記切削ツールが、前記切削ツールと前記車輪の前記回転中心との間の前記所望の一定距離に前記切削ツールを配置するのを容易にするように、垂直方向および水平方向の両方で移動されることを特徴とする方法。
20. 前記車輪を切削する間の前記回転中心の位置の変化を決定するステップと、前記回転中心の位置の前記変化に基づいて、前記切削ツールを前記車輪の前記回転中心に向かって移動させるステップとを更に含む、請求項１９に記載の方法。
21. 鉄道車両の輪軸を削正する装置であって、
    車輪の回転中心が１つ以上のローラに対して移動できるようにして、前記輪軸を支持するように構成された、１つ以上のローラを有するフライス加工ステーションと、
    前記フライス加工ステーションに動作可能に接続され、前記１つ以上のローラに対して移動可能であり、前記輪軸の車輪上にプロファイルをフライス加工するように位置付けられた切削ツールと、
    前記回転中心の位置を追跡するため、前記フライス加工ステーションに接続された追跡デバイスとを備える装置において、
    前記装置は、制御システムが前記フライス加工ステーションおよび前記追跡デバイスに接続されるように構成され、前記制御システムが、前記回転中心に対する前記切削ツールの位置を制御するとともに、前記切削ツールの移動を容易にして、前記回転中心から一定距離で前記切削ツールを維持するのを容易にするように構成され、前記制御システムが、前記追跡デバイスを制御して、前記切削ツールを作動させた後に前記回転中心を追跡して前記回転中心を監視するように構成されたことを特徴とする装置。
22. 鉄道車両の輪軸を削正する方法であって、
    前記輪軸を１つ以上のローラ上に配設するステップと、
    前記輪軸上における車輪の回転中心を決定するステップと、
    切削ツールと前記車輪の前記回転中心との間の所望の一定距離を決定するステップと、
    前記車輪を回転させるステップと、
    前記車輪の前記回転中心を前記１つ以上のローラに対して移動させるのを可能にするステップと、
    前記切削ツールを作動させてプロファイルを前記車輪上にフライス加工するステップと、
    前記切削ツールと前記車輪の前記回転中心との間の前記一定距離に前記切削ツールを配置するのを容易にするように前記切削ツールを移動させるステップとを含む方法において、
    プローブシステムを使用して前記車輪の幾何学形状を測定して、前記車輪の前記回転中心を決定することを特徴とする方法。

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