JP7022094B2

JP7022094B2 - 軌道試験装置

Info

Publication number: JP7022094B2
Application number: JP2019056365A
Authority: JP
Inventors: 博文田中
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: JP2020159723A

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。

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が特許文献１に開示されている。以下、この軌道試験装置を従来軌道試験装置といい、図面を参照しながら説明する。

図３は、従来軌道試験装置を示す平面図、図４は、従来軌道試験装置を示す断面図である。

図３および図４において、２１は、円周状に構築されたピット２２の内側面に沿って円形状にまくらぎ２３を介して敷設されたレールである。レール２１は、レール締結装置（図示せず）によってまくらぎ２３に固定されている。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定常横圧付加手段としての重錘、３０は、アーム２８を介して車輪２７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２３は、ピット２２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。

３１は、アーム２８に設置された、車輪２７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３１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２７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２７に変動輪重・横圧を付加するものである。

３２は、レール２１に設置された輪重・横圧測定ゲージ、３３は、レール２１に設置されたレール変位センサ、３４は、レール２１、まくらぎ２３およびピット２２の側壁内部に設置された加速度センサ、３５は、車輪２７に設置された輪重・横圧測定ゲージ、３６は、車輪２７の回転軸（軸輪）を支持する軸箱支持装置３８に設置された加速度センサ、３７は、レール２１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。

特開２０１８－９６８５３号公報

上記従来軌道試験装置によれば、変動輪重・横圧付加手段３１が設置されているとともに、輪重・横圧測定ゲージ３２、レール変位センサ３３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、バラストを、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２７等の性能評価をすることもできる。

また、軸箱支持装置３８に加速度センサ３６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。

また、レール締結装置、まくらぎ２３、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。

また、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。

しかしながら、レール２１は、その頭部を内側にしてピット２２の内周面に沿って円形状に敷設されるので、レール２１を正確に円形状に曲げ加工することが困難である。

また、レール２１上を車輪２７が回転するので、レール２１が正確に円形状に曲げ加工されていないと、各種性能評価のための試験の測定精度が悪くなる。

また、ピット２２の内側面に軌道を構築するので、バラスト軌道の構築は、困難であり、直結系軌道のみしか構築することができない。

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ことは勿論、回転可能な土層上に軌道を構築し、レール上を転動する車輪を定位置に設置することによって、車輪がレール上を正確に転動するので、各種性能評価のための試験の測定精度が向上するとともに、直結系軌道およびバラスト軌道の何れの軌道においても性能評価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、水平面内において回転可能な土層と、前記土層上に構築された、まくらぎと前記まくらぎにレール締結装置を介して締結される円形状のレールとからなる軌道と、前記レール上を転動する、定位置に設置された車輪と、前記車輪に定常横圧を付加する定常横圧付加手段と、前記車輪に定常輪重を付加する定常輪重付加手段と、前記車輪に変動輪重・横圧を負荷する変動輪重・横圧付加手段とを備えた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、前記レールおよび前記まくらぎ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４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、軌道試験装置の各部に設置した前記センサによって、軌道試験装置の異常を検出し、軌道試験装置を自動停止させ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６に記載の発明は、請求項１から５の何れか１つに記載の発明において、前記車輪は、一対、設置されてい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、前記車輪にモータおよびブレーキ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、前記車輪は、前記レールに対して一定の角度をもって設置され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。

また、この発明によれば、回転可能な土層上に軌道を構築し、レール上を転動する車輪を定位置に設置することによって、車輪がレール上を正確に転動するので、測定精度が向上するとともに、直結系軌道およびバラスト軌道の何れの軌道においても性能評価することができる。

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。従来軌道試験装置を示す平面図である。従来軌道試験装置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および図２において、１は、ピット内に設置された水平面内において回転可能な土層であり、有底の円筒形状の壁体２内にバラスト３を入れたものからなり、中心軸４を中心としてコロ等のガイド手段５を介してモータ６により回転可能に構成されている。

７は、土層１上に構築された軌道であり、まくらぎ８とまくらぎ８にレール締結装置（図示せず）を介して締結された円形状のレール９とからなっている。軌道７は、壁体２内にバラスト３を入れたバラスト軌道は勿論、直結系軌道を採用することができる。直結系軌道を採用する場合、まくらぎ８は、土層１上に直接、設置してもよいし、弾性材を介して弾性支持してもよい。レール９は、その頭部を内側にして曲げ加工する場合に比べて、その頭部を上側にして曲げ加工するので、正確に円形状に曲げ加工することができる。この結果、後述する車輪１０は、正確にレール９上を転動するので、各種性能評価のための試験において高い測定精度が得られる。

１０は、レール９上を転動する、定位置に設置された車輪である。車輪１０は、一対設置してもよく、これによって、台車の走行状態を模擬することができる。また、車輪には、モータおよびブレーキを取り付けてもよく、これによって車輪１０に駆動力および制動力を付与し、レール・車輪間に相対的なすべりを作用させることができる。また、車輪１０は、レール９に対して、一定の角度を有して設置してもよく、これによって車輪１０は、レール９に対するアタック角を設定することができる。

１１は、車輪１０に定常横圧を付加する定常横圧付加手段、１２は、車輪１０に定常輪重を付加する定常輪重付加手段である。

１３は、車輪１０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１０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１０に変動輪重・横圧を付加するものである。

１４は、レール９に設置された輪重・横圧測定ゲージ、１５は、レール９に設置されたレール変位センサ、１６は、レール９およびまくらぎ８に設置された加速度センサ、１７は、車輪９に設置された輪重・横圧測定ゲージ、１８は、車輪９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、２０は、レール９の一部に散水する散水ノズルである。水に代えて油やその他の潤滑剤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１３が設置されているとともに、輪重・横圧測定ゲージ１４、レール変位センサ１５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１０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１８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。

なお、レール締結装置、まくらぎ８、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、バラスト３を壁体２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。

以上、説明したように、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(図示せず）、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、バラストを、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。

１：土層
２：壁体
３：バラスト
４：中心軸
５：ガイド手段
６：モータ
７：軌道
８：まくらぎ
９：レール
１０：車輪
１１：定常横圧付加手段
１２：定常輪重付加手段
１３：変動輪重・横圧付加手段
１４：輪重・横圧測定ゲージ
１５：レール変位センサ
１６：加速度センサ
１７：輪重・横圧測定ゲージ
１８：加速度センサ
１９：軸箱支持装置
２０：散水ノズル
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：重錘
３０：油圧装置
３１：変動輪重・横圧付加手段
３２：輪重・横圧測定ゲージ
３３：レール変位センサ
３４：加速度センサ
３５：輪重・横圧測定ゲージ
３６：加速度センサ
３７：散水ノズル
３８：軸箱支持装置

Claims

水平面内において回転可能な土層と、前記土層上に構築された、まくらぎと前記まくらぎにレール締結装置を介して締結される円形状のレールとからなる軌道と、前記レール上を転動する、定位置に設置された車輪と、前記車輪に定常横圧を付加する定常横圧付加手段と、前記車輪に定常輪重を付加する定常輪重付加手段と、前記車輪に変動輪重・横圧を負荷する変動輪重・横圧付加手段とを備えたことを特徴とする軌道試験装置。
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、前記レールおよび前記まくらぎ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に記載の軌道試験装置。
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または２に記載の軌道試験装置。
軌道試験装置の各部に設置した前記センサによって、軌道試験装置の異常を検出し、軌道試験装置を自動停止させることを特徴とする、請求項２又は３に記載の軌道試験装置。
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４の何れか１つに記載の軌道試験装置。
前記車輪は、一対、設置されていることを特徴とする、請求項１から５の何れか１つに記載の軌道試験装置。
前記車輪にモータおよびブレーキが取り付けられてい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。
前記車輪は、前記レールに対して一定の角度をもって設置されてい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。