JP7430622B2 - 鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断システムおよび摩耗診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の車輪のフランジの摩耗度の診断システムおよび診断方法に関する。

鉄道車両が軌道における曲率半径が小さい曲線区間を走行する際は、鉄道車両の車輪のフランジがレールと接触する。このレールとの接触によりフランジは摩耗するため、従来からフランジの形状や寸法が適正な範囲となるよう点検されている。特許文献１には、フランジ厚みなどを自動的に測定する専用の寸法測定装置が開示されている。

特開２００８－２０９１７４号公報

特許文献１の寸法測定装置では、輪軸をセットするまでに時間と労力を要するため、フランジの摩耗の程度をより容易に診断できる方法が求められる。

そこで、本発明は、鉄道車両の車輪のフランジの摩耗度を容易に診断することができる鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断システムおよび摩耗診断方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断システムは、鉄道車両の車輪のフランジの摩耗度を診断するシステムであって、前記フランジとレールとの衝突の発生点を特定可能な衝突関連値と、前記フランジの摩耗度との対応関係を示す対応関係情報を記憶する記憶器と、前記車両が軌道の曲線区間を走行したときの前記レールに対する前記フランジの衝突の発生を判定するフランジ衝突判定器と、前記フランジ衝突判定器の判定結果に基づいて、前記曲線区間における前記衝突の発生点を特定可能な衝突関連値を算出する衝突関連値算出器と、前記対応関係情報を参照して、算出された前記衝突関連値から前記フランジの摩耗度を診断する診断器と、を備える。

上記の構成によれば、レールに対するフランジの衝突の発生についての判定結果に基づき衝突関連値を算出し、その衝突関連値からフランジの摩耗度を診断する。このため、鉄道車両の営業走行中に得られるデータを用いて、容易にフランジ摩耗度を診断できる。

また、本発明の一態様に係る鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断方法は、鉄道車両の車輪のフランジの摩耗度を診断する方法であって、前記フランジと前記レールとの衝突の発生点を特定可能な衝突関連値と、前記フランジの摩耗度との対応関係を取得する対応関係取得ステップと、前記車両が軌道の曲線区間を走行したときの前記レールに対する前記フランジの衝突の発生を判定するフランジ衝突判定ステップと、前記フランジ衝突判定ステップの判定結果に基づいて、前記曲線区間における前記衝突の発生点を特定可能な衝突関連値を算出する衝突関連値算出ステップと、前記対応関係を参照して、算出された前記衝突関連値から前記フランジの摩耗度を診断する診断ステップと、を有する。

上記の方法によれば、レールに対するフランジの衝突の発生についての判定結果に基づき衝突関連値を算出し、その衝突関連値からフランジの摩耗度を診断する。このため、鉄道車両の営業走行中に得られるデータを用いて、容易にフランジ摩耗度を診断できる。

本発明によれば、鉄道車両の車輪のフランジの摩耗度を容易に診断することができる鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断システムおよび摩耗診断方法を提供することができる。

実施形態に係る摩耗診断方法に用いられる摩耗診断システムの概略構成を説明する図である。 車輪とレールとの接触箇所近傍を拡大した拡大正面断面図である。 図１に示す摩耗診断システムのブロック図である。 実施形態に係る摩耗診断方法の流れを示すフローチャートである。 フランジの摩耗度と軌道の曲線区間における衝突発生位置との関係の一例を説明する図である。 （Ａ）は、車両走行中における車両位置の軌道の曲率の時間的推移の一例を示すグラフであり、（Ｂ）は、台車の旋回中心軸回りの角度変化量の時間的推移の一例を示すグラフであり、（Ｃ）は、台車の旋回中心軸回りの角速度変化量の時間的推移の一例を示すグラフである。 変形例に係る摩耗診断システムの概略構成を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断システムおよび摩耗診断方法を説明する。

図１は、実施形態に係る摩耗診断方法に用いられる摩耗診断システム１００の概略構成を説明する図である。摩耗診断システム１００は、鉄道車両１の台車３における車輪１０のフランジ１２の摩耗度を診断するためのシステムである。摩耗診断システム１００の構成を説明する前に、まず図１および２を参照して、鉄道車両１の構成について説明する。以下の説明において、鉄道車両１は、単に車両１と称することもある。

図１には、車両１の床下平面図が示されている。車両１は、客室を有する車体２と、車体２を支持する２つの台車３とを有する。２つの台車３は、車体２の長手方向の両端部寄りに配置されている。車体２と各台車３との間には、それぞれ二次サスペンション（図示せず）が介在している。二次サスペンションは、例えば空気ばねである。

台車３は、台車枠４を備える。台車枠４は、横梁４ａと一対の側梁４ｂとを有する。横梁４ａは、車幅方向に延びる。一対の側梁４ｂは、横梁４ａの車幅方向の両端部にそれぞれ接続されて車両長手方向に延びる。横梁４ａの中央には、台車３の台車枠４と車体２とを接続する牽引装置（図示せず）が設けられている。牽引装置は、台車３の牽引力を車体２に伝達する。例えば車両１が軌道の曲線区間を通過する際、台車３は、牽引装置の中心ピンを中心に車体２に対して旋回する。図１には、台車３の旋回中心軸Ｏが示されている。

台車枠４の車両長手方向両側に、それぞれ輪軸５が配置されている。輪軸５は、車幅方向に沿って延びる車軸６と、車軸６に設けられた一対の車輪１０とを有する。車軸６の両端部は、それぞれ軸受（図示せず）により回転自在に支持されており、軸受は、軸箱７に収容されている。軸箱７と側梁４ｂとの間には、一次サスペンション（図示せず）が介在している。一次サスペンションは、例えばコイルばねである。

輪軸５の左右一対の車輪１０は、それぞれ、軌道の一対のレールと接触する。図２は、車輪１０とレールＲとの接触箇所近傍を拡大した拡大正面断面図である。車輪１０は、レールＲに上方から接触する踏面１１と、レールＲに車幅方向内側から対向するフランジ１２とを有する。踏面１１の車幅方向内側にフランジ１２の外面が連続している。

踏面１１には、フランジ１２から車幅方向外側に離れるにつれて縮径するような勾配が設けられている。踏面１１の勾配によって、車両１が軌道のカーブを走行する際に輪軸５に自己操舵機能が働く。すなわち、車両１が軌道のカーブを走行する際に、輪軸５は遠心力により軌道外周側に向かう。その結果、輪軸５の左右一対の車輪１０のうち、軌道外周側の車輪１０は、その径がより大きな部分でレールＲと接触し、軌道内周側の車輪１０は、その径がより小さな部分でレールＲと接触する。こうして、軌道のカーブでの左右の車輪１０の行路差が解消されて、輪軸５はカーブを滑らかに曲がることが可能となっている。

しかし、軌道における曲率半径が小さい急なカーブでは、レールＲとの接触箇所の左右の車輪１０の径差では左右の車輪１０の行路差を吸収できず、軌道外周側の車輪１０のフランジ１２は、レールＲと衝突する。以下、レールＲに対するフランジ１２の衝突を、便宜上「フランジ衝突」と称することとする。レールＲに対するフランジ１２の接触により、フランジ１２は摩耗する。つまり、図２に二点鎖線で示すように、フランジ１２の摩耗が進むにつれフランジ１２の厚みが小さくなり、車幅方向におけるフランジ１２とレールＲとの間の隙間が大きくなる。本実施形態の摩耗診断システム１００は、フランジ１２の摩耗度を診断する。以下、摩耗診断システム１００について説明する。

（摩耗診断システムの構成）
図３は、図１に示す摩耗診断システム１００のブロック図である。摩耗診断システム１００は、角速度センサ２１と、速度発電機２２と、データ処理装置３０とを備える。

角速度センサ２１は、台車３の鉛直軸回り（すなわち旋回中心軸Ｏ）の角速度データを検出するものである。角速度センサ２１の検出値は、角速度情報と、角速度を計測したときの時間情報とを含む。また、本実施形態では、角速度センサ２１は、横梁４ａにおける車幅方向中央に配置されている（図１参照）。すなわち、角速度センサ２１は、台車３の旋回中心軸Ｏの近傍に配置されている。

速度発電機２２は、車両１の車輪１０の回転数に応じて車両１の走行速度に比例した周波数の電圧である速度データを検出するものである。速度発電機２２の検出値は、速度情報と、加速度を計測したときの時間情報とを含む。例えば、速度発電機２２は、車両１が有する８つの軸箱７のうちの１つに取り付けられている。

データ処理装置３０は、ハードウェア面において、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ及びＩ／Ｏインターフェース等を有する。データ処理装置３０は、機能面において、記憶部３１、基準判定部３２、フランジ衝突判定部３３、速度取得部３４、衝突関連値算出部３５、診断部３６及び出力部３７を有する。記憶部３１は、不揮発性メモリなどにより実現される。基準判定部３２、フランジ衝突判定部３３、速度取得部３４、衝突関連値算出部３５、および診断部３６は、不揮発性メモリに保存されたプログラムに基づいてプロセッサが揮発性メモリを用いて演算処理することで実現される。出力部３７は、Ｉ／Ｏインターフェースなどにより実現される。

記憶部３１は、フランジ衝突の発生点を特定可能な衝突関連値と、フランジ１２の摩耗度との対応関係を示す対応関係情報を記憶している。本実施形態では、対応関係情報における衝突関連値は、軌道の所定の曲線区間に進入した時点からフランジ衝突の発生時点までの間に鉄道車両１が走行した走行距離である。走行距離とフランジ１２の摩耗度との対応関係や、走行距離の計測に関して、詳細は後述する。

基準判定部３２は、角速度センサ２１の検出値に基づき、車両１が所定の曲線区間に進入したことを示す基準点を判定する。本実施形態では、基準判定部３２は、基準点として、車両１が所定の曲線区間に進入した時点を示す基準時点を判定する。

フランジ衝突判定部３３は、角速度センサ２１の検出値に基づき、車両１が軌道の曲線区間Ｓを走行したときのフランジ衝突の発生を判定する。本実施形態では、フランジ衝突判定部３３は、車両１が曲線区間Ｓを走行したときのフランジ衝突の発生時点を判定する。

速度取得部３４は、速度発電機２２から走行速度を取得する。

衝突関連値算出部３５は、基準判定部３２の判定結果とフランジ衝突判定部３３の判定結果と速度取得部３４の取得結果とに基づいて、曲線区間Ｓにおけるフランジ衝突の発生点を特定可能な衝突関連値を算出する。具体的には、衝突関連値算出部３５は、衝突関連値として、基準判定部３２により判定された基準時点から、フランジ衝突判定部３３により判定された衝突発生時点までの間に車両１が走行した走行距離を算出する。

診断部３６は、対応関係情報を参照して、衝突関連値算出部３５により算出された衝突関連値からフランジ１２の摩耗度を診断する。

出力部３７は、診断部３６による診断結果を、表示装置や記憶装置等の外部の装置に出力する。なお、出力部３７は、Ｉ／Ｏインターフェースでなくてもよく、例えば、液晶ディスプレイなどの表示装置やプリンタなどの印刷装置、スピーカなどの音響出力装置など、何らかの出力装置であってもよい。

（摩耗診断方法の流れ）
次に、摩耗診断システム１００を用いたフランジ１２の摩耗度の診断方法について、図４～６を参照して説明する。

図４は、本実施形態に係る摩耗診断方法の流れを示すフローチャートである。本実施形態の摩耗診断方法では、まず、摩耗診断システム１００を用いて、車両１が軌道における所定の曲線区間を走行するときのフランジ衝突の発生点を特定可能な衝突関連値と、フランジ１２の摩耗度との対応関係を示す対応関係情報を取得する（ステップＳ１：対応関係取得ステップ）。

ここで、フランジ衝突の発生点を特定可能な衝突関連値について、図５および６を参照して詳しく説明する。図５は、フランジ１２の摩耗度と軌道Ｔの所定の曲線区間Ｓにおけるフランジ１２とレールＲとの衝突の発生点との関係の一例を説明する図である。図５には、所定の曲線区間Ｓを含む軌道Ｔの概略平面図が示されている。車両１が軌道Ｔを営業運転（つまり営業走行速度）で走行する際、この曲線区間Ｓにおけるいずれかの位置でフランジ衝突が発生する。本実施形態において、曲線区間Ｓは、軌道Ｔの曲率が所定値Ｃ以下となる軌道Ｔの区間である。なお、図５では、矢印で示す車両進行方向に車両１が軌道Ｔを走行するものとして説明する。

また、図５には、軌道Ｔ上のいくつかの車両位置に関して、レールＲに対する車両走行中の輪軸５の相対位置が示されている。具体的には、車両１が直線区間を走行中の任意の時間t0における輪軸５の位置と、時間t0より後に車両１が曲線区間Ｓに進入した時間t1における輪軸５の位置、時間t1より後にフランジ衝突が発生した時間t2における輪軸５の位置が示されている。

時間t0において、つまり車両１が直線区間を走行中、輪軸５に遠心力は働かない。このため、左右の車輪１０のフランジ１２とレールＲとの間の車幅方向の隙間は同じである。時間t1において、つまり車両１が曲線区間Ｓに進入した時間t1において、輪軸５には遠心力が作用しており、輪軸５が軌道外周側に移動する。このため、軌道外周側の車輪１０のフランジ１２は、レールＲとの間の車幅方向の隙間は、車両１が直線区間を走行するときのフランジ１２とレールＲの隙間よりも大きくなる。

そして、時間t1の後、軌道Ｔの曲率が大きくなるにつれ、輪軸５に作用する遠心力も大きくなり、輪軸５は更に軌道外周側に移動する。その結果、時間t2に、軌道外周側の車輪１０のフランジ１２は、レールＲに車幅方向に衝突する。

このようなフランジ衝突の発生点は、フランジ１２の摩耗量に応じて変わってくる。より詳しくは、フランジ１２の摩耗が進むにつれ、上述したように車幅方向におけるレールＲとフランジ１２との間の隙間の大きさが変わるため、車両１が同じ曲線区間を同じ走行速度で走行したときのフランジ衝突の発生点は、フランジ１２の摩耗量に応じたものとなる。

例えば、図５には、フランジ１２の摩耗量がX0である車両１を営業走行速度で走行させたときのフランジ衝突の発生位置P0および発生時間t2と、フランジ１２の摩耗量がX0より大きいX1である車両１を営業走行速度で走行させたときのフランジ衝突の発生位置P1および発生時間t2’とが示されている。フランジ１２の摩耗量X1である車両１のフランジ衝突の発生位置P1は、フランジ１２の摩耗量がX0（<X1）である車両１のフランジ衝突の発生位置P0に比べて、車両進行方向前方に位置する。また、摩耗量がX1である車両１における曲線区間Ｓに進入した時点t1からフランジ衝突の発生時間t2’までの時間間隔t2’-t1は、摩耗量がX0である車両１における曲線区間Ｓに進入した時点t1からフランジ衝突の発生時間t2までの時間間隔t2-t1に比べて長い（図６（Ｂ）および図６（Ｃ）参照）。

このようにフランジ衝突の発生点とフランジ１２の摩耗度には相関があるため、事前の計測によって、フランジ衝突の発生点を特定可能な衝突関連値と、フランジ１２の摩耗量との対応関係を予め導出しておき、導出された対応関係を対応関係情報として記憶部３１に記憶させている。

本実施形態において、衝突関連値は、車両１が曲線区間Ｓに進入したと判定された時点から、フランジ衝突が発生したと判定された時点までの間に車両１が走行した走行距離である。走行距離の計測は、基準判定部３２、フランジ衝突判定部３３、速度取得部３４、および衝突関連値算出部３５により行う。

具体的には、車両１に軌道Ｔを走行させる間、角速度センサ２１で角速度を検出し、また、速度発電機２２にて車両１の走行速度を検出する。角速度センサ２１および速度発電機２２の各検出値は、データ処理装置３０に入力される。

データ処理装置３０において、基準判定部３２は、角速度センサ２１の検出値に基づき、車両１が曲線区間Ｓに進入した時点を示す基準時点を判定する。基準判定部３２による基準時点の判定方法について、図６（Ａ）を参照して説明する。

図６（Ａ）は、車両１がある速度（例えば営業走行速度）で走行している間の車両１の走行位置の軌道Ｔの曲率の時間的推移の一例を示すグラフである。横軸は、車両１走行中の経過時間を示し、縦軸は、基準判定部３２により算出された車両１の走行位置における軌道Ｔの曲率である。基準判定部３２は、角速度センサ２１の検出値から、車両１の走行位置における軌道Ｔの曲率を算出する。基準判定部３２は、算出した曲率が所定値Ｃ以下になるか否かを判定する。算出した曲率が所定値Ｃ以下になったと判定した場合、所定値Ｃ以下になったと判定された時点（図６（Ａ）のt＝t1）を、車両１が曲線区間Ｓに進入した時点と判定する。

また、フランジ衝突判定部３３は、角速度センサ２１の検出値に基づき、車両１が曲線区間Ｓを走行したときのフランジ衝突の発生を判定する。フランジ衝突判定部３３によるフランジ衝突の発生点の判定方法について、図６（Ｂ）を参照して説明する。

図６（Ｂ）は、車両１がある速度（例えば営業走行速度）で走行している間の台車３の旋回中心軸Ｏ回りの角度変化量の時間的推移の一例を示すグラフである。横軸は、車両１走行中の経過時間を示し、縦軸は、フランジ衝突判定部３３により算出した台車３の旋回中心軸Ｏ回りの単位時間当たりの角度変化量（すなわち台車３の角速度）である。

フランジ衝突判定部３３は、角速度センサ２１の検出値に基づき、図６（Ｂ）に示すような台車３の旋回中心軸Ｏ回りの角度変化量を算出する。そして、フランジ衝突判定部３３は、算出した角度変化量からフランジ衝突の発生時点（図６（Ｂ）のt＝t2）を判定する。フランジ衝突発生時点の判定方法は、特に限定されない。例えば、フランジ衝突判定部３３は、車両１が曲線区間Ｓに進入したと判定された時点以降に、算出した角度変化量が予め定めた閾値を初めて超えたまたは下回った時点をフランジ衝突の発生時点と判定してもよい。または、フランジ衝突判定部３３は、算出した角度変化量の絶対値のピーク値を抽出し、抽出したピーク値のうち、車両１が曲線区間Ｓに進入したと判定された時点以降に予め定めた閾値を初めて超えた時点をフランジ衝突の発生時点と判定してもよい。

フランジ衝突判定部３３によるフランジ衝突の発生点の別の判定方法について、図６（Ｃ）を参照して説明する。図６（Ｃ）は、車両１がある速度（例えば営業走行速度）で走行している間の台車３の旋回中心軸Ｏ回りの角速度変化量の時間的推移の一例を示すグラフである。横軸は、車両１走行中の経過時間を示し、縦軸は、台車３の旋回中心軸Ｏ回りの単位時間当たりの角速度変化量（すなわち台車３の角加速度）から所定の低周波成分を除いたものである。

車両１が曲線区間Ｓに進入後、車両位置における軌道Ｔの曲率が徐々に大きくなるにつれ、角速度センサ２１の検出値である角速度の絶対値も緩やかに大きくなる。このため、フランジ衝突判定部３３は、この角速度センサ２１の検出値の緩やかな変化を除く低周波除去処理を実行する。このように低周波除去処理実行を実行することによって、図６（Ｃ）に示すように、角速度変化量からフランジ衝突の発生点を特定しやすくなる。

フランジ衝突判定部３３は、図６（Ｃ）に示すような低周波除去処理実行後の角速度変化量からフランジ衝突の発生時点（図６（Ｃ）のt＝t2）を判定する。フランジ衝突発生時点の判定方法は、特に限定されない。例えば、フランジ衝突判定部３３は、車両１が曲線区間Ｓに進入したと判定された時点以降に、低周波除去処理実行後の角速度変化量が予め定めた閾値を初めて超えたまたは下回った時点をフランジ衝突の発生時点と判定してもよい。または、フランジ衝突判定部３３は、低周波除去処理実行後の角速度変化量の絶対値のピーク値を抽出し、抽出したピーク値のうち、車両１が曲線区間Ｓに進入したと判定された時点以降に予め定めた閾値を初めて超えた時点をフランジ衝突の発生時点と判定してもよい。

速度取得部３４は、速度発電機２２の検出値に基づき、車両１が曲線区間Ｓを走行する際の車両１の走行速度を算出する。

衝突関連値算出部３５は、基準判定部３２の判定結果とフランジ衝突判定部３３の判定結果と速度取得部３４の取得結果とに基づいて、基準時点からフランジ衝突の発生時点までの間に車両１が走行した走行距離を算出する。

また、フランジ１２の摩耗量は、例えば、周知の計測器によって別途計測される。衝突関連値算出部３５の算出結果として得られた走行距離と、周知の計測器によって計測されたフランジ１２の摩耗量とを対応付ける。こうして、フランジ１２の摩耗量を変えて複数回走行距離の計測を行うことによって、走行距離とフランジ１２の摩耗量とを対応付ける対応関係情報を作成でき、作成した対応関係情報は記憶部３１に記憶させる。対応関係情報は、基準時点からフランジ衝突の発生時点までの間の走行距離に対して、フランジ１２の摩耗量が一意に定まる形式のものであればよい。例えば、対応関係情報は、基準時点からフランジ衝突の発生時点までの間の走行距離とフランジ１２の摩耗量とを一対一で対応させる式（関数）である。

こうして取得した対応関係情報を参照することで、基準時点からフランジ衝突の発生時点までの間に車両１が走行した走行距離から、フランジ１２の摩耗診断が可能となる。基準時点からフランジ衝突の発生時点までの間に車両１が走行した走行距離は、対応関係情報を作成したときと同様の方法により算出する。

すなわち、図４のステップＳ１の後、車両１の営業運転走行中に、角速度センサ２１および速度発電機２２により角速度および加速度を検出し、検出されたデータをデータ処理装置３０へ入力する（ステップＳ２：データ取得ステップ）。角速度センサ２１および速度発電機２２により検出された各種検出値は、無線通信などの電気通信によりデータ処理装置３０へ送信されてもよいし、作業者などによってＵＳＢメモリなどの記憶媒体にコピーされてデータ処理装置３０へ移されてもよい。

次に、基準判定部３２が、角速度センサ２１の検出値に基づき、車両１が曲線区間Ｓに進入した時点を示す基準点を判定する（ステップＳ３：基準点判定ステップ）。また、フランジ衝突判定部３３は、角速度センサ２１の検出値に基づき、車両１が曲線区間Ｓを走行したときのフランジ衝突の発生を判定する（ステップＳ４：フランジ衝突判定ステップ）。

衝突関連値算出部３５は、ステップＳ３における基準判定部３２の判定結果と、ステップＳ４におけるフランジ衝突判定部３３の判定結果と、速度取得部３４の取得結果とに基づいて、基準時点からフランジ衝突の発生時点までの間に車両１が走行した走行距離を算出する（ステップＳ５：衝突関連値算出ステップ）。

診断部３６は、対応関係情報を参照して衝突関連値算出部３５で算出された衝突関連値からフランジ１２の摩耗度を診断する。本実施形態では、対応関係情報が、走行距離とフランジ１２の摩耗量との関係を定めるものであるため、診断部３６は、衝突関連値算出部３５で算出された衝突関連値からフランジ１２の摩耗度として、フランジ１２の摩耗量を診断する（ステップＳ６：診断ステップ）。作業者は、出力部３７が出力する診断結果を確認して、車両１のフランジ１２の摩耗度を把握できる。例えば、作業者は、診断結果から、どの車両の車輪を優先的に転削するかなどを計画することができる。

以上に説明したように、本実施形態によれば、レールＲに対するフランジ１２の衝突の発生についての判定結果に基づき衝突関連値を算出し、その衝突関連値からフランジ１２の摩耗度を診断する。このため、鉄道車両１の営業走行中に得られるデータを用いて、容易にフランジ１２摩耗度を診断できる。

また、本実施形態では、車両１が曲線区間Ｓに進入したことを示す基準点を基準判定部３２により判定し、この基準点を衝突関連値の算出に用いる。すなわち、フランジ衝突が生じる直前の基準点を用いて、フランジ衝突の発生点を特定することができる。これにより、例えば車体２に設けたＧＰＳ(Global Positioning System)センサなどを用いてグローバルな座標系においてフランジ衝突が発生した絶対位置を特定する場合に比べて、衝突の発生点を精度よく特定できる。

また、本実施形態では、衝突関連値算出部３５が、衝突関連値として、基準判定部３２により判定された基準時点から、フランジ衝突判定部３３により衝突の発生が判定された衝突発生時点までの間に車両１が走行した走行距離を算出する。このため、軌道ＴにおけるレールＲとフランジ１２との衝突点を把握しやすい。

また、本実施形態では、基準判定部３２は、角速度センサ２１の検出値に基づき、基準点を判定し、フランジ衝突判定部３３は、角速度センサ２１の検出値に基づき、衝突の発生を判定する。すなわち、１つの角速度センサ２１で、鉄道車両１が曲線区間Ｓに進入したことを表す基準点と、レールＲに対してフランジ１２が衝突する衝突発生点の双方を判定できる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は前述した実施形態および変形例に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。

例えば、上記実施形態では、走行距離を取得するために、速度発電機２２から車両１の走行速度を算出したが、鉄道車両１の走行速度は、車体２に設けた車両前後方向の加速度を検出する加速度センサを車体２に設けて、当該加速度センサの検出値から走行速度を算出してもよい。また、データ処理装置３０にて走行速度を取得しなくてもよく、衝突関連値算出部３５は、データ処理装置３０の外部から車両１の走行距離情報とそれに紐づけられた時間情報とを含むデータを取得してよい。この場合、基準時点からフランジ衝突の発生時点までの間の走行距離は、基準判定部３２の判定結果とフランジ衝突判定部３３の判定結果と取得した走行距離情報とを用いて算出されてもよい。

例えば、上記実施形態では、衝突関連値は、基準時点から衝突発生時点までの間の車両１の走行距離であったが、衝突関連値は、これに限られない。衝突関連値は、フランジ衝突の発生点を特定可能な値であればよい。

例えば、衝突関連値は、車両１が曲線区間Ｓを所定速度で走行した場合における基準時点からフランジ衝突の発生が判定された衝突発生時点までの時間であってもよい。

例えば、衝突関連値は、車両１が曲線区間Ｓを所定速度で走行した場合におけるフランジ衝突の発生位置であってもよい。例えば、衝突関連値算出部３５は、周知の車両位置特定装置（例えば車体２に設けたＧＰＳセンサや、軌道Ｔの曲線区間に設けたセンサ等）を用いて、フランジ衝突判定部３３により判定されたフランジ衝突の発生時刻における車両位置を特定してもよい。この場合、基準点の判定や走行距離の算出がなされなくてもよい。

また、上記実施形態では、フランジ衝突の発生を判定するための物理量として、台車３の鉛直軸回りの角速度、および、台車３の鉛直軸回りの回転角が例示されたが、フランジ衝突の発生を別の種類の物理量に基づき判定してもよい。すなわち、摩耗診断システム１００は、フランジ衝突の発生を検知可能なセンサとして、角速度センサ２１とは異なる、台車３の挙動を検出可能なセンサを備えていてもよい。例えば、台車３の車幅方向の加速度を検出する加速度センサを台車３に設けて、当該加速度センサの検出値に基づきフランジ衝突の発生を判定してもよい。ただし、フランジ衝突の発生を検知可能なセンサは、台車３の車両１幅方向の加速度、台車３の鉛直軸回りの角加速度、台車３の鉛直軸回りの角速度、および、台車３の鉛直軸回りの回転角のうちの少なくとも１つを検出するものであることが好ましい。これらの物理量はいずれも、フランジ衝突の際に検出する際に大きく変化するものであり、衝突判定が容易となる。

また、摩耗診断システム１００は、フランジ衝突の発生を検知可能なセンサを複数備えていてもよい。図７は、変形例に係る摩耗診断システム１０１の概略構成を説明する図である。この変形例に係る摩耗診断システム１０１では、台車３が有する４つの軸箱７に、それぞれ、フランジ衝突の発生を検知可能なセンサ（例えば加速度センサ）２１が設けられている。このように、台車３にフランジ衝突の発生を検知可能なセンサを複数設けることで、フランジ衝突の発生を判定する精度が向上する。

また、台車３が有する４つの軸箱７のいずれかにフランジ衝突の発生を検知可能なセンサを１つ設けてもよい。この場合、車両１の長手方向外側に位置する軸箱７にセンサを設けるのが好ましい。車両１の長手方向外側の車輪１０にて比較的大きいフランジ衝突が発生するためである。

また、車両１が上りと下りで同じ路線を走行する場合など、車両１が有する２つの台車３に同等のフランジ摩耗が発生しているとみなせる場合、摩耗診断システム１００は、車両１が有する２つの台車３のうちの一方にだけ、フランジ衝突の発生を検知可能なセンサを設けてもよい。この場合、センサを設けない台車３のフランジ１２の摩耗度は、センサを設けた台車３のフランジ１２の摩耗度と同じとして推定してもよい。

また、フランジ衝突の発生を検知可能なセンサは、車体２に設けられてもよい。ただし、フランジ衝突の発生を検知可能なセンサは、台車３（例えば、台車枠４、軸箱７など）に設けられている方が好ましい。車体２にセンサを設ける場合、フランジ衝突による台車３の挙動が車体２のセンサにまで伝わりにくいためである。

また、上記実施形態では、１つの角速度センサ２１で、鉄道車両１が曲線区間Ｓに進入したことを表す基準点と、レールＲに対してフランジ１２が衝突する衝突発生点の双方を判定したが、基準点の判定と衝突発生点の判定とは、互いに異なるセンサの検出値に基づき行われてもよい。例えば、基準点の判定は、軌道Ｔの曲線区間Ｓの進入位置のレールＲの傍に、進入位置に車輪１０が到達したことを検知する検知センサを設けて、当該検知センサにより基準時点の判定を行ってもよい。

データ処理装置３０は、鉄道車両１にあってもなくてもよい。データ処理装置３０は、車体２の床下などに配置されてもよい。また、データ処理装置３０は、パーソナルコンピュータなどの車両１外部の情報端末装置であってもよい。

基準判定部３２は、基準点として、車両１が曲線区間Ｓに進入した時点を示す基準時点を判定したが、基準判定部３２は、基準点として、車両１が曲線区間Ｓに進入した位置を判定してもよい。フランジ衝突判定部３３は、車両１が曲線区間Ｓを走行したときのフランジ衝突の発生時点を判定したが、フランジ衝突判定部３３は、車両１が曲線区間Ｓを走行したときのフランジ衝突の発生位置を判定してもよい。例えば、フランジ衝突判定部３３は、フランジ衝突の発生位置として、速度取得部３４の取得結果を用いて車両１の走行距離を算出してもよい。この場合、車両１の走行距離は、例えば一日の総走行距離でもよいし、軌道上のある位置からの車両１の走行距離でもよい。この場合、例えば、フランジ衝突判定ステップで、図６（Ｂ）や図６（Ｃ）のグラフの代わりに、横軸を車両１の走行距離とし、縦軸を単位距離当たりの角度の変化量または角速度の変化量とするグラフから、フランジ衝突が発生したときの走行距離を判定してもよい。

また、フランジ衝突の発生の判定方法は上記実施形態で説明されたものに限定されない。図６（Ｃ）とともに説明された低周波除去処理は、角速度変化量以外の物理量（例えば台車３の車幅方向の加速度など）に対しても適用可能である。

また、上記実施形態では、衝突関連値とフランジの摩耗度との対応関係は、衝突関連値と、周知の計測器によって計測されたフランジ１２の摩耗量との対応関係を示すものであったが、フランジの摩耗度は摩耗量でなくてもよい。例えば、フランジの摩耗度は、予め定めた摩耗度のレベルやOK／NGのいずれかを示す判定結果（例えば、「転削不要」であることを示すOKと、「転削必要」であることを示すNG）等であってもよい。

上記実施形態では、対応関係情報を取得する際に、走行距離の計測を、基準判定部３２、フランジ衝突判定部３３、速度取得部３４、および衝突関連値算出部３５により行ったが、対応関係情報の取得方法はこれに限られない。対応関係情報は、実際の車両１の営業運転により取得したものでなくてもよく、車両１の実験的走行によりまたはシミュレーションにより取得してもよい。

また、車両１に曲線区間Ｓを走行させることによって得られた対応関係情報を、その曲線区間Ｓとは異なる別の曲線区間でのフランジ衝突の判定に利用することも可能である。この場合、営業走行速度や曲線区間の曲率などの観点から、対応関係情報を別の曲線区間で用いるための制約を設けてもよい。

例えば雨天時の徐行運転と通常の営業運転とでは、車両１の走行速度が変わるが、車両１の走行速度が変わると、フランジ衝突の発生点が大幅に変わる可能性がある。このため、診断部３６は、所定の曲線区間Ｓを走行する間の鉄道車両１の走行速度が所定の範囲内にあるか否かを判定し、走行速度が所定の範囲内にある場合にフランジ１２の摩耗度の診断を行い、走行速度が所定の範囲内にない場合にはフランジ１２の摩耗度の診断を行わなくてもよい。これにより、ステップＳ１における対応関係取得の際の走行速度とステップＳ２における走行速度とがかけ離れているときのフランジ摩耗の診断を防ぐことができ、その結果、診断精度を向上させることができる。

また、上記実施形態では、基準判定部３２が、角速度センサ２１の検出値に基づき、車両１が曲線区間Ｓに進入した時点を示す基準点を判定したが、センサの検出結果から作業者が基準点を判定してもよい。すなわち、上記ステップＳ３において、作業者が、角速度センサ２１などのセンサの検出値から図６（Ａ）のようなグラフを作成して、グラフの結果から基準点を判定してもよい。

また、上記実施形態では、フランジ衝突判定部３３は、角速度センサ２１の検出値に基づき、車両１が曲線区間Ｓを走行したときのフランジ衝突の発生を判定したが、センサの検出結果から作業者がフランジ衝突の発生点を判定してもよい。すなわち、上記ステップＳ４において、作業者が、角速度センサ２１などのセンサの検出値から図６（Ｂ）や６（Ｃ）のようなグラフを作成して、グラフの結果からフランジ衝突の発生点を判定してもよい。

また、上記実施形態では、対応関係情報は、基準時点からフランジ衝突の発生時点までの間の走行距離とフランジ１２の摩耗量とを一対一で対応させる式（関数）であったが、衝突関連値とフランジ１２の摩耗度との対応関係は、対応表として作成されてもよい。すなわち、上記ステップＳ６では、作業者が、作成した対応表を参照して、衝突関連値に対応するフランジの摩耗度を把握してもよい。

また、本発明は、上記実施形態で説明された構成とは異なる構成の鉄道車両にも適用可能である。例えば、鉄道車両が備える台車の数は、２つでなくてもよい。また、台車の位置は、車体の長手方向の端部寄りに配置されていなくてもよい。また、台車は、ボルスタレス台車でなくてもよく、ボルスタ付き台車でもよい。左右の車輪を車軸で一体化した通常の輪軸、いわゆる一体型輪軸を用いた鉄道車両でなくてもよく、例えば輪軸を左右に分離して各々を個別に回転可能とした鉄道車両にも適用してもよい。

また、上記実施形態では、フランジ衝突の発生要因として、レールＲとの接触箇所の左右の車輪１０の径差では左右の車輪１０の行路差を吸収できないことを説明したが、これは一例にすぎない。例えば、車輪１０の踏面１１が摩耗することにより左右の車輪１０で踏面勾配や車輪径が異なる場合、遠心力が働かないときでも、輪軸５の左右方向中央位置が一対のレールＲの中央位置に対してずれることがある。また、車両１が曲線区間Ｓに進入して以降もそのまま輪軸５が直進しようとすることによって、レールＲの延在方向に対して車輪１０（車軸６に垂直な面）がなす角が大きくなっていく。その結果、軌道外周側の車輪１０がレールＲに迫り、軌道内周側の車輪１０がレールＲから遠ざかるため、実質的に輪軸５がレールＲに対して軌道外周側に移動する。この場合にもフランジ衝突は発生し得る。フランジ衝突の発生要因に関係なく、フランジ衝突の発生点とフランジ１２の摩耗度には相関があるため、本発明は、発生要因に関係なく、フランジ衝突によるフランジ度を診断可能である。

１ ：鉄道車両
２ ：車体
３ ：台車
１０ ：車輪
１２ ：フランジ
２１ ：角速度センサ
３０ ：データ処理装置
３１ ：記憶部
３２ ：基準判定部
３３ ：フランジ衝突判定部
３４ ：速度算出部
３５ ：衝突関連値算出部
３６ ：診断部
１００ ：摩耗診断システム
Ｏ ：旋回中心軸
Ｒ ：レール
Ｓ ：曲線区間
Ｔ ：軌道

Claims (7)

1. 鉄道車両の車輪のフランジの摩耗度を診断するシステムであって、
   前記フランジとレールとの衝突の発生点を特定可能な衝突関連値と、前記フランジの摩耗度との対応関係を示す対応関係情報を記憶する記憶器と、
   前記車両が軌道の曲線区間を走行したときの前記レールに対する前記フランジの衝突の発生を判定するフランジ衝突判定器と、
   前記フランジ衝突判定器の判定結果に基づいて、前記曲線区間における前記衝突の発生点を特定可能な衝突関連値を算出する衝突関連値算出器と、
   前記対応関係情報を参照して、算出された前記衝突関連値から前記フランジの摩耗度を診断する診断器と、を備える、鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断システム。
2. 前記車両が前記曲線区間に進入したことを示す基準点を判定する基準判定器を更に備え、
   前記衝突関連値算出器は、前記基準判定器の判定結果と前記フランジ衝突判定器の判定結果とに基づいて、前記衝突関連値を算出する、請求項１に記載の鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断システム。
3. 前記基準判定器は、前記基準点として、前記車両が前記曲線区間に進入した時点を示す基準時点を判定し、
   前記衝突関連値算出器は、前記衝突関連値として、前記基準時点から、前記フランジ衝突判定器により前記衝突の発生が判定された衝突発生時点までの間に前記車両が走行した走行距離を算出する、請求項２に記載の鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断システム。
4. 前記鉄道車両は、前記鉄道車両の台車の挙動を検出可能なセンサを備え、
   前記フランジ衝突判定器は、前記センサの検出値に基づき、前記衝突の発生を判定し、
   前記基準判定器は、前記センサの検出値に基づき、前記基準点を判定する、請求項２または３に記載の鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断システム。
5. 前記鉄道車両は、前記鉄道車両の台車の挙動を検出可能なセンサを備え、
   前記フランジ衝突判定器は、前記センサの検出値に基づき、前記衝突の発生を判定する、請求項１～３のいずれか１項に記載の鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断システム。
6. 前記センサの検出値は、前記台車の車幅方向の加速度、前記台車の鉛直軸回りの角加速度、前記台車の鉛直軸回りの角速度、および、前記台車の鉛直軸回りの回転角のうちの少なくとも１つである、請求項４または５に記載の鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断システム。
7. 鉄道車両の車輪のフランジの摩耗度を診断する方法であって、
   前記フランジとレールとの衝突の発生点を特定可能な衝突関連値と、前記フランジの摩耗度との対応関係を取得する対応関係取得ステップと、
   前記車両が軌道の曲線区間を走行したときの前記レールに対する前記フランジの衝突の発生を判定するフランジ衝突判定ステップと、
   前記フランジ衝突判定ステップの判定結果に基づいて、前記曲線区間における前記衝突の発生点を特定可能な衝突関連値を算出する衝突関連値算出ステップと、
   前記対応関係を参照して、算出された前記衝突関連値から前記フランジの摩耗度を診断する診断ステップと、を有する、鉄道車両の車輪フランジの摩耗診断方法。
   

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