JPH05306969A - 車体疲労試験方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 〔目的〕 有蓋車輌の全体又はその一部の疲労試験を直
接行なう車体疲労試験方法及びその装置を提供する。 〔構成〕 構体１２′を気密構造とする有蓋車輌１２の
全体又は一部を気密タンク１内に置き、この気密タンク
１内の圧力を大気圧以下に減圧にすると共に、気密タン
ク１の内部圧力と有蓋車輌体１２内の内部圧力とに気体
圧力差を生じせしめ、有蓋車輌体１２の構体１２′部に
内部応力を発生させ、この後気密タンク１に大気を導入
し、更に圧力差を起こすという圧力差の変化を繰り返し
疲労試験を行なうようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は新幹線車輌等の有蓋鉄
道車輌の車体疲労試験方法及びその装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鉄道において高速走行の有蓋車
輌がトンネルに出入りする時とか対向車とのすれ違い時
等にあっては、車体の周辺に空気の圧力変化が生じ、車
体が膨脹，圧縮を受け構体部材に内部応力が発生し、こ
の状態を繰り返すことで金属疲労を誘発することがあ
る。従来、この種の鉄道車輌の疲労試験としては、製作
前段作業として行なう材料試験があるが、完成車となっ
た車体全体の疲労試験は成されていないのが現状であ
る。即ち、普通構造物を設計するとき疲労が問題となる
場合は、各部材の材料（テストピース）に対する一応の
疲労試験データを取ったり、疲労の許容応力を求めたり
し、ある程度複雑な構造物でも計算可能なこともある。
しかし、構造体が溶接等を主とする加工により、ラーメ
ン構造などを採る場合には、外力の作用により各部材に
かかる応力を算出するに非常に困難な場合も存在し、こ
のときは構造体自体を特殊な疲労試験機により疲労状態
を調べるものである。この構造体にかかる外力や歪量を
パラメーターとして損傷に至るまでの繰り返し数を実験
的に求めることとなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、鉄道車輌の場
合、全体の構体が如何程の繰り返し差圧に耐え得るかに
ついて実験を行なっておくと、より安全である。しか
し、現在用いられている構体に外力を作用させて変形や
破壊に至らしめる実験としては、構体の両側面を油圧装
置などで押さえ付けるなどの実験を通常の手段，方法で
行なう程度である。このため、有蓋車輌が高速でトンネ
ルに出入りしたりする時の如く圧力変動を頻繁に与え、
構体に作用する力を繰り返し、構体を破損に至らしめる
と云う実働に即した疲労試験装置はなく、早期開発が望
まれている。

【０００４】本発明は上記実情に鑑み、鉄道車輌にあっ
て有蓋車輌そのものを一つのテストピースと考えるよう
にし、内部を密閉構造とする構体（有蓋車輌）を収容す
る真空タンク型気密タンクと減圧装置，減圧解除装置等
を組合わすことで、上記課題を解決する車体疲労試験方
法及びその装置を提供することを目的としたものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一つは、有蓋車
輌の全体又は一部を気密タンク内に置き、該気密タンク
内の圧力を大気圧以下に減圧にすると共に、有蓋車輌内
の構体内部を密閉構造とし、気密タンク内部圧力と有蓋
車輌構体内部圧力とに適宜の気体圧力差を生じせしめ、
構体部に内部応力を発生させ、この圧力差の変化の繰り
返しで疲労を起こすようにした試験方法であり、今一つ
の発明は前記方法の発明の実施に直接使用する装置であ
って、一端に車輌搬入用密閉扉を設けた横長型気密タン
クを形成し、該気密タンクに真空ポンプよりなる減圧装
置と減圧解除装置及び差圧発生数検出カウンターを配設
すると共に、気密タンク内に搬入した構体内部を密閉構
造とする有蓋車輌には外部又は内部に圧力補正用気体導
入手段を設け、且つ前記気密タンク側に圧力計を、有蓋
車輌側に圧力計を夫々取付けてなるものである。

【０００６】

【作用】上記のような構成のため、構体内部を密閉構造
とする有蓋車輌をレール等をもって気密タンク内へ搬入
し、車輌搬入用密閉扉を閉じてタンク内部を気密とする
と共に、有蓋車輌の構体内部には圧力補正用気体導入手
段となるタンク外側へ導出の大気導入路の配管又は圧力
気体ボンベを置き圧力補正を可能とする。この状態で、
減圧装置となる真空ポンプを駆動させ気密タンク内を真
空引きし所定の圧力値まで減圧したら、減圧を止め減圧
解除装置にて外気を導入する。このとき、タンク内を大
気圧又は所定の大気圧近くの圧力に近付けて１サイクル
完了とする。この後、再度減圧すると云う工程を繰り返
す。この繰り返し数を積算する。この場合、減圧時、大
気圧下にある有蓋車輌の構体内部と構体外部とには気圧
差が生じ、構体部材に内部応力が発生する。ここで構体
が疲労により異常が起こったらこの繰り返し数及び圧力
差又は構体の歪量をデータとして用い、構体部材の疲労
試験とするものである。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を実施する装置の図面に基づい
て説明すれば、次の通りである。図１乃至図３は有蓋車
輌全体を気密タンクに収容する実施例を示し、１は一端
に上方へ開閉自在とする車輌搬入用密閉扉２を設け、タ
ンク内部１ａの下方に車輌搬入手段となるレール３を敷
設した横長型気密タンクで、該気密タンク１の他端壁の
外側には排気管４をもって接続した真空ポンプ５よりな
る減圧装置５′を配置すると共に、この排気管４の中途
に介在した真空バルブ６の作動用電磁コイル部６ａに繰
り返し作動数（繰り返し数）用カウンター７を配設す
る。更に、気密タンク１の外側には減圧解除装置８′と
なる大気導入用真空バルブ８を導入管９をもって接続す
る。この減圧解除装置８′は大気導入管，気体送り込み
装置（図示せず）を用いてもよい。また、真空バルブ８
の作動用電磁コイル部８ａにも作動数用カウンター７′
を配設する。このカウンター７やカウンター７′等で差
圧発生数検出カウンター１０とする。この差圧発生数検
出カウンター１０は導入管９側に直接付けてもよい。１
１は気密タンク１のタンク内部１ａのレール３上に搬入
した有蓋車輌１２の密閉構造となる構体１２′に接続す
る大気用導通管で、該導通管１１の先端は気密タンク壁
を貫通し外側に開閉バルブ１３を設けて圧力補正用気体
導入手段１１′としてなり、構体１２′の内部１２ａの
空気（大気）が気密タンク１のタンク内部１ａへ漏れた
ときなどに開閉バルブ１３を開き大気を送り込み補償す
る構成とする。なお、この圧力補正用気体導入手段１
１′は構体１２′の内部１２ａに直接置く圧力気体ボン
ベ（図示せず）の態様でもよく、該圧力気体ボンベから
の適宜の気体噴出で圧力補正してもよい。１４は気密タ
ンク１に取付けた圧力計で真空度を計る。１５は構体１
２′より突設した気密タンク１の外側に臨む有蓋車輌の
圧力計であり、これら全体として車体疲労試験装置１６
となる。

【０００８】次にこの作用を説明すると、この車体疲労
試験装置１６の試験に際し、先ず気密タンク１の一端
（正面位置）の車輌搬入用密閉扉２を所定の開閉手段
（図示せず）をもって上方へ開き、タンク内のレール３
に連続となる屋外に敷設のレール３′を走行してきた有
蓋車輌１２を気密タンク１内の所定位置へ搬入する（な
お、気密タンク１へ搬入する有蓋車輌１２は、台車を除
いた有蓋車輌本体だけの構造としこれを適宜手段を用い
搬入してもよい）。この場合、有蓋車輌１２の構体１
２′内は気密（大気圧）構造としてなり、外部位置の気
密タンク１内の気圧変化が構体内部に直接及ばない構成
とするが、気密構体１２′から気密タンク１側への空気
漏れ対策として圧力補正用気体導入手段１１′となる大
気用導通管１１を接続し、該導通管１１端を気密タンク
１の外側に臨ませておく（構体１２′内に置く気体ボン
ベで補償してもよい）。更に、有蓋車輌１２の搬入後は
密閉扉２を閉じて気密タンク１内を気密状態とする。

【０００９】ここにおいて、疲労試験として先ず真空ポ
ンプ５を作動させ、真空バルブ６を開に切替えれば気密
タンク１内は真空引きされ内部圧力が漸次減圧されて行
く。この後、気密タンク１のタンク内部１ａが所定圧力
（例えば、０．９気圧）まで減圧すれば、真空バルブ６
を閉とし気密タンク１内への減圧を止めると共に、一方
の減圧解除装置８′となる大気導入用真空バルブ８を開
にし外気（大気）を流入し、該気密タンク１内が大気圧
に戻ったら、真空バルブ８を閉とし前記真空バルブ６を
開とし再度減圧させる。以下、この減圧，加圧動作を繰
り返し、且つこの繰り返し数をカウンター７，７′で検
知する。なお、タンク内が完全に大気圧に戻らなくと
も、大気圧に近い所定の圧力に戻れば１サイクル完了と
して、新たに真空引きを開始してもよい。

【００１０】この場合、気密タンク１内が減圧状態とな
ったときは、タンク内部１ａの有蓋車輌１２の構体１
２′内が大気圧に保たれているため、該構体１２′の内
外には気圧の圧力差を生じ、構体１２′自体に内部応力
が発生する。即ち、構体１２′はその壁の内外の圧力差
にて実質的に外力を受け変形されるものとなり、この動
作を繰り返し、この繰り返し数が積算される。ここで構
体１２′が疲労により異常が生じた場合、それまでの繰
り返し数をデータとして採用する。また、差圧を変化さ
せて同様のデータを取ることもできる。

【００１１】例えば、仮に差圧を０．１ｋｇ／ｃｍ² と
すると構体の壁には上下左右、いずれの面にも１ｍ² 当
たり１ｔｏｎの力が作用して押し拡げれれる。また、仮
に気密部分の構体の高さを２ｍ，長さを２４ｍとした場
合、１車輌の一方向の側面に働く力は、０．１ｋｇ／ｃ
ｍ² の差圧があるとき、約４８ｔｏｎもの力となる。図
５，図６は有蓋車輌の一部が気密タンクの外部に露出し
た他の実施例を示すものである。即ち、気密タンク１の
内部に搬入する有蓋車輌１２の一部１２ｂ（図示にあっ
て連結部分）を、気密タンク１の他端壁１ｂより外側へ
突出した状態に位置せしめる。この場合、有蓋車輌１２
の連結部分１２ｂの端面に形成された開口が導通路１７
となり大気に連通の構成とする。但し、このときは、導
通路１７には適宜の遮断機構（図示せず）を配設して外
気を一旦遮断する。この態様では、前記実施例のように
有蓋車輌１２の一部に外気に連通する導通管１１は用い
なくてもよい。また、このときにも、気密タンク１には
カウンター７付きの真空バルブ６を備えた減圧装置５′
となる真空ポンプ５を接続すると共に、減圧解除装置８
となる大気導入用真空バルブ８とカウンター７′を備
え、且つ気密タンク用圧力計１４と構体用圧力計１５も
取付ける。

【００１２】この場合、疲労試験も基本的には前記と同
様であり、気密タンク１内を真空ポンプ５の作動による
真空引きして減圧し、所定圧力に達したらまた大気を導
入する気圧変化をもたらせ、構体１２′の内外に圧力差
を生じせしめ、該構体１２′自体に内部応力を発生させ
る。以下同作動を繰り返し同様な疲労試験が行なえる。
このとき、構体１２′に異常があったときは、導通路１
７からの外気の導入を適宜手段で一時遮断することによ
り破損の有無を確認するこができる。

【００１３】図７は真空ポンプの前段位置に補助真空タ
ンクを配置し、且つ有蓋車輌を気密タンクに全部収容す
る他の実施例である。即ち、気密タンク１の壁面に接続
の排気管４に設けたカウンター７付き真空バルブ６と真
空ポンプ５との間に補助真空タンク１８を介在する構成
である。１１は大気用導通管、１４は気密タンク用圧力
計、１５は構体用圧力計を示す。この場合は、真空ポン
プ５の前段位置に補助真空タンク１８を設置して予め所
定の減圧状態を保っているため、気密タンク１内を短時
間に所定の圧力まで減圧し得る。即ち、真空バルブ６を
開ければ見掛けの真空引き速度を上げて、気密タンク１
内の所定の減圧値に到達する時間を短縮するものとな
る。

【００１４】この疲労試験装置では、気密タンク１のタ
ンク内部１ａを減圧，大気圧，減圧と可及的に短時間に
行なうことが必要で、このためタンク内部１ａの空間部
体積を小さくすることが要求される。従って、有蓋車輌
１２の外郭にできるだけ接近させて気密タンク１を設計
する。更に、空間が残るときは材木などの固形物を、そ
の空間に置き更に実質空間の縮小を図ることができる。

【００１５】なお、カウンター７に就いては、気密タン
ク１の内部１ａを減圧した後に、大気圧に戻して１サイ
クルとする。これを検知するに、例えば真空バルブ６が
開となった後、これを閉じ、続いて大気圧に戻すための
真空バルブ８を開とし、後に閉とする一連の動きを当該
真空バルブの電磁コイルに流れる電流でカウントした
り、又はバルブの弁棒の動きをカウントする。これらで
もって前記１サイクルを割り出す。勿論、真空バルブ
６，８の開閉のシーケンスを捕らえ、そのサイクルを１
サイクルとカウントしてもよい。

【００１６】ここで構体１２′が疲労により破損したこ
とを、この試験装置で知るには、構体１２′の内部１２
ａの圧力、即ち図３に示す圧力計１５が所定圧力から減
圧状態となり、この減圧状態が繰り返し数と共に、更に
減圧の値が下方に向く場合、破損の疑いのあるものとし
て構体１２′の内外を検査し、内部の気体の漏洩場所を
確認する。また、気密タンク１の内部１ａに取付けた圧
力計１４をモニターとして、所定真空圧力に達するまで
の時間が長くなった場合も漏洩場所の確認を行なう。

【００１７】

【発明の効果】上記のように、本発明の車体疲労試験方
法及びその装置は鉄道車輌の１台分の有蓋車輌の全部又
は一部を気密タンクに収容し、該タンク内を真空ポンプ
にて減圧し構体内部の圧力（大気圧）との間に圧力差を
生じせしめるようにしたので、構体を外側，内側へ曲げ
ようと働き車輌全体の疲労試験を簡単に行なわれる。気
密タンク内圧と構体内部の圧力差が所定値に達した時点
で、気密タンク内へ大気圧を流し込み減圧状態を解除
し、圧力差が零に近付き構体に作用した力が無となり、
これを繰り返し、破損に至る繰り返し数とその時に負荷
した差圧の関係を知ることで疲労試験となるため、鉄道
車輌の如き従来遂行し得なかった大型車輌の実用疲労試
験が確実にできる。勿論、実際に圧力差が少ない場合、
繰り返し回数で安全域と考えられる値を１０⁷ とする
と、データの収集に時間が掛かるので、差圧を大きくし
て破損し易い加速疲労試験を行なうこともできる等の効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す気密タンクに有蓋車輌を
全部収容した側面図である。

【図２】同正面図である。

【図３】同概略説明図である。

【図４】有蓋車輌の断面図である。

【図５】気密タンクに有蓋車輌の一部を収容した他の実
施例の側面図である。

【図６】同概略説明図である。

【図７】真空ポンプの前段に補助真空タンクの備えた他
の実施例の概略説明図である。

【符号の説明】

１ 横長型気密タンク ５ 真空ポンプ ５′ 減圧装置 ６ 真空バルブ ７ 作動数用カウンター ７′ 作動数用カウンター ８ 大気導入用真空バルブ ８′ 減圧解除装置 １０ 差圧発生数検出カウンター １１ 導通管 １１′ 圧力補正用気体導入手段 １２ 有蓋車輌 １２′ 構体 １３ 開閉バルブ １４ 気密タンク用圧力計 １５ 構体用圧力計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有蓋車輌の全体又は一部を気密タンク内
   に置き、該気密タンク内の圧力を大気圧以下に減圧にす
   ると共に、有蓋車輌内の構体内部を密閉構造とし、気密
   タンク内部圧力と有蓋車輌構体内部圧力とに適宜の気体
   圧力差を生じせしめ、構体部に内部応力を発生させ、こ
   の圧力差の変化の繰り返しで疲労を起こすようにしたこ
   とを特徴とする車体疲労試験方法。
2. 【請求項２】 一端に車輌搬入用密閉扉を設けた横長型
   気密タンクを形成し、該気密タンクに真空ポンプよりな
   る減圧装置と減圧解除装置及び差圧発生数検出カウンタ
   ーを配設すると共に、気密タンク内に搬入した構体内部
   を密閉構造とする有蓋車輌には外部又は内部に圧力補正
   用気体導入手段を設け、且つ前記気密タンク側に圧力計
   を、有蓋車輌側に圧力計を夫々取付けてなることを特徴
   とする車体疲労試験装置。