JPH10260114A

JPH10260114A - 転動疲労試験装置

Info

Publication number: JPH10260114A
Application number: JP9083359A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Nagafuji; 敬晴長藤; Katsuyoshi Kamiyama; 且芳上山; Noritsugu Abe; 則次阿部; Mitsumasa Tatsumi; 光正辰巳; Kenichi Takao; 賢一高尾; Jun Horikawa; 純堀川
Original assignee: Shimadzu Corp; Railway Technical Research Institute
Current assignee: Shimadzu Corp; Railway Technical Research Institute
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 1998-09-29
Anticipated expiration: 2017-03-17
Also published as: JP3401161B2

Abstract

(57)【要約】【課題】荷重や変位をきめ細かく制御可能で静粛な転
動疲労試験装置を提供する。【解決手段】油圧又は油流量により車輪供試体Ｗを垂
直方向に駆動する垂直油圧アクチュエータ２１と、油圧
又は油流量によりレール供試体Ｒを水平方向に駆動する
水平油圧アクチュエータ３１と、垂直力及び水平力を検
出する荷重検出器４３Ｖ，４３Ｈと、車輪供試体及びレ
ール供試体の垂直変位及び水平変位を検出する変位検出
器４４Ｖ，４４Ｈと、検出された荷重及び変位に基づき
垂直油圧アクチュエータ２１と水平油圧アクチュエータ
３１における油圧又は油流量を電気サーボ制御する制御
部４を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車輪を被転動体上
で転動させて車輪及び被転動体の一方又は両方の疲労試
験を行う転動疲労試験装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道車両用車輪である車輪供試体
をレール供試体上で繰り返し転動させ、車輪供試体とレ
ール供試体の一方又は両方の疲労試験を行う転動疲労試
験装置として、図３に示すものが知られていた。図３
は、従来の転動疲労試験装置の構成を示す図であり、図
３（Ａ）は背面図を、図３（Ｂ）は側面図を、それぞれ
示している。

【０００３】図に示すように、この転動疲労試験装置２
００は、フレーム５と、垂直駆動部６と、水平駆動部７
と、滑り調整部８を備えて構成されている。

【０００４】フレーム５は、垂直駆動部６と水平駆動部
７と滑り調整部８の各部を取り付け、又は支持する構造
体であり、底板５１と、柱状部材５２と、梁状部材５３
と、軸支部材５４を有している。底板５１は、鋼等の材
料により形成された厚板状部材であり、この底板５１の
上面のほぼ４隅に４つの柱状部材５２が立設されてい
る。これらの柱状部材５２の頂部には、２つの梁状部材
５３が渡され、各頂部で梁状部材５３は固定されてい
る。一方の梁状部材５３上には、軸支部材５４が取り付
けられている。軸支部材５４にはヒンジ支点Ｂが設けら
れている。

【０００５】垂直駆動部６は、鉄道車両用車輪である車
輪供試体Ｗを介してレール供試体Ｒに垂直繰り返し荷重
を与えるように駆動する部分であり、油圧シリンダ６１
と、垂直駆動部材６２と、連結部材６４と、引張部材６
５を有している。垂直駆動部材６２は、梁状の部材であ
り、その一端が軸支部材５４のヒンジ支点Ｂによりヒン
ジ支持されている。したがって、垂直駆動部材６２は、
ヒンジ支点Ｂを揺動中心とするテコを構成しており、垂
直駆動部材６２の先端の点Ａ（後述）を上下に駆動する
ことにより揺動するようになっている。垂直駆動部材６
２のほぼ中央付近には、車輪供試体Ｗを下方から取り付
けるようになっている。また、車輪供試体Ｗは、車輪中
心軸のまわりに転動可能なように構成されている。

【０００６】また、油圧シリンダ６１は、内部に供給又
は排出される油の圧力によりピストン６１Ｐを出し入れ
する装置であり、その下端が底板５１にヒンジ支持され
ている。ピストン６１Ｐには引張部材６５が取り付けら
れており、引張部材６５の他端には連結部材６４が設け
られている。この連結部材６４は、ヒンジ支点Ａにより
垂直駆動部材６２にヒンジ支持されている。

【０００７】水平駆動部７は、レール供試体Ｒに水平繰
り返し運動を与えるように駆動する部分であり、電動モ
ータ７１と、ベルト車７２と、ベルト７３と、ベルト車
７４と、歯車７５，７６と、クランクロッド７７と、水
平駆動部材７８と、走行輪７９を有している。

【０００８】電動モータ７１の駆動軸７１Ｄにはベルト
車７２が取り付けられ、ベルト車７２の回転駆動力は、
ベルト７３によって他方のベルト車７４に伝達される。
また、ベルト車７４の軸には、歯車７５が取り付けられ
ており、歯車７６と噛み合っている。また、歯車７６の
軸には、アーム７６Ａが取り付けられ、このアーム７６
Ａにクランクロッド７７が取り付けられている。クラン
クロッド７７の先端には、ヒンジ支点Ｃを介して水平駆
動部材７８が接続している。水平駆動部材７８の下部に
は、走行輪７９が設けられており、フレーム５の底板５
１上を往復走行可能な構成となっている。また、水平駆
動部材７８の上部には、レール供試体Ｒが固定されてい
る。

【０００９】滑り調整部８は、レール供試体Ｒに滑りを
与えるように駆動する部分であり、調整用コマ８０とコ
マ係合部８１を有している。コマ係合部８１は、水平駆
動部材７８の上部に取り付けられ、図の左右方向に移動
可能で、任意の位置で固定可能となっている。また、調
整用コマ８０は、車輪供試体Ｗの転動軸に取り付けら
れ、コマ係合部８１と係合可能に構成されている。

【００１０】上記のような構成により、油圧シリンダ６
１を作動させ、ピストン６１Ｐを出し入れすることによ
り、ヒンジ支点Ｂを揺動中心として垂直駆動部材６２を
上下に揺動させ、車輪供試体Ｗ及びレール供試体Ｒに垂
直繰り返し荷重を与えることができる。

【００１１】一方、油圧シリンダ６１の駆動と同時に、
電動モータ７１を作動させれば、ベルト車７２，ベルト
７３，ベルト車７４，歯車７５により、歯車７６を回転
させ、アーム７６Ａとクランクロッド７７とヒンジ支点
Ｃにより、水平駆動部材７８を底板５１上で図の左右方
向に往復運動させ、レール供試体Ｒに水平繰り返し運動
を与えることができる。この水平繰り返し運動により、
車輪供試体Ｗは、レール供試体Ｒ上を往復転動する。

【００１２】また、この際、調整用コマ８０の形状を適
宜に調整すれば、車輪供試体Ｗは動きが拘束され、車輪
供試体Ｗはレール供試体Ｒ上を滑動しながら転動する。
したがって、調整用コマ８０の形状により、車輪供試体
Ｗの滑り率を調整することができる。

【００１３】従来は、上記のような転動疲労試験装置２
００を用い、レール単体、レール溶接部、又はレール継
目、あるいは車輪の摩耗や損傷を検討するための転動疲
労試験を行っていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の転動疲労試験装置においては、レール供試体に
付与する水平繰り返し運動は、クランク機構によって駆
動されていたため、往復運動の速度は電動モータの回転
数によって決定され、かつ経時時間に対する変位を示す
運動曲線は正弦波形のみとなっていた。また、レール供
試体に付与する垂直繰り返し荷重についても、単純な往
復振動のみとなっていた。さらに、車輪供試体とレール
供試体との滑り率の設定も、単純な設定のみ可能となっ
ていた。

【００１５】しかし、鉄道車両の車輪やレールの疲労特
性を的確に検討するためには、このような単純な駆動方
式では十分ではなく、よりきめの細かい変位や荷重を与
え得る試験装置が要求されており、従来の試験装置では
これらの要求を満たすことができない、という問題があ
った。また、従来の試験装置は、騒音や振動が激しく、
試験環境も悪い、という問題があった。

【００１６】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、本発明の解決しようとする課題は、荷
重や変位をきめ細かく制御可能で静粛な転動疲労試験装
置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る転動疲労試験装置は、車輪を被転動体
上で転動させることにより、前記車輪及び被転動体のう
ちのいずれか一方又は両方の疲労試験を行う転動疲労試
験装置であって、油圧又は油流量により前記車輪を垂直
方向に駆動する垂直駆動手段と、油圧又は油流量により
前記被転動体を水平方向に駆動する水平駆動手段と、前
記垂直駆動手段により加えられた垂直力及び前記水平駆
動手段により加えられた水平力を検出する力検出手段
と、前記車輪及び前記被転動体の垂直変位及び水平変位
を検出する変位検出手段と、前記力検出手段の検出した
力及び前記変位検出手段の検出した変位に基づき前記垂
直駆動手段と前記水平駆動手段における油圧又は油流量
を電気サーボ制御する制御手段を備えたことを特徴とす
る。

【００１８】上記において、好ましくは、前記制御手段
は、前記垂直駆動手段における荷重又は変位が任意の波
形又は周波数となるように制御する。

【００１９】また、上記において、好ましくは、前記制
御手段は、前記垂直駆動手段における荷重又は変位が鉄
道車両又はタイヤ式走行体の走行時の振動波形又は周波
数となるように制御する。

【００２０】また、上記において、好ましくは、前記制
御手段は、前記垂直駆動手段における荷重又は変位が衝
撃波形となるように制御する。

【００２１】また、上記において、好ましくは、前記制
御手段は、前記水平駆動手段における荷重又は変位が任
意の波形又は周波数となるように制御する。

【００２２】また、上記において、好ましくは、前記制
御手段は、前記水平駆動手段における荷重又は変位が三
角波形となるように制御する。

【００２３】また、上記において、好ましくは、前記制
御手段は、前記水平駆動手段における荷重又は変位が台
形波形となるように制御する。

【００２４】また、上記において、好ましくは、前記制
御手段は、前記垂直駆動手段における荷重又は変位の波
形と、前記水平駆動手段における荷重又は変位の波形と
が同期するように制御する。

【００２５】また、上記において、好ましくは、油圧又
は油流量により前記車輪を回転方向に駆動する回転駆動
手段を備え、前記力検出手段は、前記回転駆動手段によ
り加えられた回転力を検出し、前記変位検出手段は、前
記車輪の回転方向変位を検出し、かつ、前記制御手段
は、前記力検出手段の検出した前記回転力及び前記変位
検出手段の検出した前記回転方向変位に基づき前記回転
駆動手段における油圧又は油流量を電気サーボ制御する
ことにより、前記車輪及び被転動体の間で滑りを発生さ
せる。

【００２６】また、上記において、好ましくは、前記車
輪は鉄道車両用車輪であり、かつ前記被転動体はレール
である。

【００２７】また、上記において、好ましくは、前記車
輪はタイヤであり、かつ前記被転動体は舗装部材又はタ
イヤ走行用部材である。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発
明に係る転動疲労試験装置の一実施形態の構成を示す図
であり、図１（Ａ）は正面図を、図１（Ｂ）は側面図
を、それぞれ示している。図に示すように、この転動疲
労試験装置１００は、フレーム１と、垂直駆動手段であ
る垂直駆動部２と、水平駆動手段である水平駆動部３
と、制御部４を備えて構成されている。

【００２９】フレーム１は、垂直駆動部２と水平駆動部
３と制御部４の各部を取り付け、又は支持する構造体で
あり、底板１１と、柱状部材１２と、梁状部材１３と、
板状部材１４を有している。底板１１は、鋼等の材料に
より形成された厚板状部材であり、この底板１１の上面
のほぼ４隅に４つの柱状部材１２が立設されている。こ
れらの柱状部材１２の頂部には、４つの梁状部材１３が
渡され、柱状部材１２の各頂部で梁状部材１３は固定さ
れている。梁状部材１３上には、板支部材１４が取り付
けられている。

【００３０】垂直駆動部２は、鉄道車両用車輪である車
輪供試体Ｗを介してレール供試体Ｒに垂直方向の繰り返
し荷重を与えるように駆動する部分であり、垂直油圧ア
クチュエータ２１と、垂直駆動部材２２と、車輪軸２３
を有している。レール供試体Ｒは、被転動体に相当して
いる。

【００３１】垂直油圧アクチュエータ２１は、内部に供
給又は排出される油の圧力によりピストン２１Ｐを出し
入れする装置であり、板状部材１４上に取り付けられて
いる。ピストン２１Ｐには、略「逆Ｕ」字状の垂直駆動
部材２２が取り付けられており、垂直駆動部材２２の下
端には車輪軸２３が取り付けられている。車輪軸２３に
は車輪供試体Ｗが回転可能な状態で軸支されており、車
輪供試体Ｗはレール供試体Ｒを上方から押圧するように
なっている。

【００３２】水平駆動部３は、レール供試体Ｒに水平方
向の繰り返し運動を与えるように駆動する部分であり、
水平油圧アクチュエータ３１と、水平駆動部材３２と、
レール支持部材３３と、枕木状部材３４と、レール固定
具３５と、摺動部材３６を有している。

【００３３】水平油圧アクチュエータ３１は、内部に供
給又は排出される油の圧力によりピストン３１Ｐを出し
入れする装置であり、フレーム１の底板１１に取り付け
られている。ピストン３１Ｐの先端は、水平駆動部材３
２の端部の中央付近に連結されており、水平駆動部材３
２の端部の左右側部付近は、２つの摺動部材３６により
支持されている。水平駆動部材３２には略板状のレール
支持部材３３が取り付けられている。レール支持部材３
３上には枕木状部材３４が固定されており、この枕木状
部材３４にレール供試体Ｒがボルト等のレール固定具３
５により片持ち梁状に固定されている。

【００３４】上記のような構成により、垂直油圧アクチ
ュエータ２１を作動させ、ピストン２１Ｐを出し入れす
ることにより、垂直駆動部材２２を上下に振動させ、車
輪供試体Ｗ及びレール供試体Ｒに垂直方向の繰り返し荷
重を与えることができる。この際、レール供試体Ｒは、
その左右側部を２つの摺動部材３６，３６により支持さ
れており、水平油圧アクチュエータ３１による水平往復
駆動時には、摺動部材３６，３６上を往復摺動する。

【００３５】一方、垂直油圧アクチュエータ２１の駆動
と同時に、水平油圧アクチュエータ３１を作動させ、ピ
ストン３１Ｐを出し入れすることにより、水平駆動部材
３２を水平方向に繰り返し駆動させ、レール供試体Ｒに
水平繰り返し運動を与えることができる。この水平繰り
返し運動により、車輪供試体Ｗは、レール供試体Ｒ上を
往復転動する。

【００３６】このような往復転動により、レール供試体
Ｒの曲げ疲労や転動疲労に伴う亀裂等の挙動を検討する
ことができる。この際、レール供試体Ｒは、片持ち状態
で支持されているため、車輪供試体Ｗが転動して自由端
側へ移動すると、レール供試体Ｒの上面側には引張応力
が作用し、往復転動と引張との複合状態での挙動が検討
できる。また、同時に、車輪供試体Ｗの転動面の挙動も
検討できる。なお、レール供試体Ｒの支持方法は、上記
した片持ち支持のほか、単純支持も可能である。

【００３７】次に、上記した転動疲労試験装置１００に
おける制御について、図１及び図２を参照しつつ詳細に
説明する。図２は、図１に示す転動疲労試験装置の制御
に関する構成を示すブロック図である。

【００３８】図２に示すように、制御部４は、垂直油圧
アクチュエータ２１及び水平油圧アクチュエータ３１を
制御する部分であり、コントローラ４１と、電気油圧サ
ーボ機構４２と、垂直荷重検出器４３Ｖと、水平荷重検
出器４３Ｈと、垂直変位検出器４４Ｖと、水平変位検出
器４４Ｈと、ＲＯＭ（Read Only Memory：読出し専用メ
モリ）４５と、ＲＡＭ（Random Access Memory：随時書
込み読出しメモリ）４６と、入力操作部４７と、表示部
４８を有している。

【００３９】コントローラ４１は、制御部４の各部を統
括する部分であり、図示しないＣＰＵ（Central Proces
sing Unit ：中央演算処理装置）と、Ｄ／Ａ変換器（図
示せず）と、サーボ増幅器（図示せず）等を有して構成
されている。ＣＰＵは、演算やプログラム実行等の処理
を行う部分である。また、Ｄ／Ａ変換器は、ＣＰＵから
のデジタル制御信号をアナログ信号に変換する部分であ
る。また、サーボ増幅器は、微小な制御信号を増幅し、
後述する制御弁を駆動する部分である。

【００４０】垂直荷重検出器４３Ｖは、車輪供試体Ｗに
作用する垂直荷重を検出する検出器であり、水平荷重検
出器４３Ｈは、レール供試体Ｒに作用する水平荷重を検
出する検出器である。これらの荷重検出器は、ロードセ
ル又は歪ゲージ等により構成される。このロードセル又
は歪ゲージ等は、荷重によって部材に生じる歪を電気抵
抗の変化として計測し荷重を検出するが、他の方法によ
り荷重を検出する荷重検出器も使用可能である。垂直荷
重検出器４３Ｖ及び水平荷重検出器４３Ｈは、力検出手
段に相当している。

【００４１】また、垂直変位検出器４４Ｖは、車輪供試
体Ｗにおける垂直変位を検出する検出器であり、水平変
位検出器４４Ｈは、レール供試体Ｒにおける水平変位を
検出する検出器である。これらの変位検出器は、変位計
又は変位センサ等により構成される。この変位計又は変
位センサ等は、変位を機械的、電気的、磁気的、光学
的、又は他の方法により計測して検出する。垂直変位検
出器４４Ｖ及び水平変位検出器４４Ｈは、変位検出手段
に相当している。上記した荷重検出器又は変位検出器
は、各アクチュエータごとに設けられてもよいし、レー
ル供試体Ｒ又は車輪供試体Ｗにそれぞれ１個設けられて
もよく、あるいはよりきめ細かく制御するためにさらに
多数の個数設けられてもよい。

【００４２】また、ＲＯＭ４５は、コントローラ４１の
実行するプログラム等を格納した記憶装置である。この
ＲＯＭのかわりにハードディスク又は他の形式の記憶装
置を用いてもよく、これらの記憶装置は読出し専用のも
のだけでなく１回又は複数回書込み可能なものであって
もよい。また、ＲＡＭ４６は、コントローラ４１により
演算されたデータ等を一時記憶する記憶装置である。こ
のＲＡＭのかわりにハードディスク又は他の形式の記憶
装置を用いてもよい。また、入力操作部４７は、キーボ
ード又はスイッチ若しくは切換用レバーあるいは調節用
ツマミ等を有しており、外部からコントローラ４１に指
令等を入力するための装置である。また、表示部４８
は、試験結果等を数値又は画像で表示する装置であり、
ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）又は液晶表示装置若しくは
プラズマディスプレイ等を含む。また、図示はしない
が、コントローラ４１は試験結果データを電気信号等と
して外部へ出力する端子を備えていてもよく、コントロ
ーラ４１に印字出力を行うプリンタ等が接続されていて
もよい。

【００４３】次に電気油圧サーボ機構４２の構成につい
て説明する。油圧サーボ機構とは、油圧シリンダ又は油
圧モータ等を含む油圧アクチュエータを微小な入力によ
ってフィードバック制御する機構の総称である。この油
圧サーボ機構には、フィードバックをリンク又はカム等
の機械的機構によって行う機械式のものと、フィードバ
ックを電気式機構で行う電気式のものとがある。電気式
制御には、さらに、制御弁をアナログ式に制御する形式
のものと、制御弁をデジタル式に制御する形式のものが
ある。

【００４４】上記の制御弁としては、アナログ式では、
サーボ弁又は比例弁が用いられる。サーボ弁とは、電気
入力信号の関数として油の流量又は圧力を制御するバル
ブであり、トルクモータ（図示せず）と、ノズルフラッ
パ弁等の前段増幅部（図示せず）と、スプール弁等の案
内弁部（図示せず）等を有している。

【００４５】また、比例弁は、サーボ弁と同様に電気入
力信号の関数として油の流量又は圧力を制御するバルブ
であり、ソレノイド（図示せず）により弁を直接操作す
る形式のものである。

【００４６】また、上記の制御弁として、デジタル式で
は、高速オンオフ弁又はパルスモータ操作弁が用いられ
る。高速オンオフ弁は、微小な流体パルス列を形成して
油の流量や圧力を制御するもので、弁は単純なオンオフ
動作を行い、流量の制御は弁が開かれている時間を制御
することによって行う。

【００４７】また、パルスモータ操作弁は、パルス信号
により正転又は逆転するパルスモータにより操作され、
油の流量や圧力を制御するもので、パルスモータは一種
のＤ／Ａ変換装置の機能を果たしている。

【００４８】本実施形態の電気油圧サーボ機構４２は、
上記した電気式の油圧サーボ機構である。

【００４９】以下に、電気油圧サーボ機構４２の一例に
ついて説明を行う。この場合には、電気油圧サーボ機構
４２は、作動媒体である油を供給する油タンク（図示せ
ず）等の油供給源と、この油供給源から油を供給するた
めの油圧配管回路（例えば４２Ｃ）と、油により駆動さ
れ所定の動作を行う油圧アクチュエータ２１，３１と、
油圧アクチュエータ２１，３１への油の流量や圧力を制
御する制御弁（図示せず）を備えている。制御弁は、コ
ントローラ４１によって制御される。コントローラ４１
は、垂直荷重検出器４３Ｖと、水平荷重検出器４３Ｈ
と、垂直変位検出器４４Ｖと、水平変位検出器４４Ｈか
らの信号に基づき、油圧アクチュエータ２１，３１が適
正な状態となるようにフィードバック制御する。上記に
おいて、コントローラ４１と電気油圧サーボ機構４２
は、制御手段に相当している。

【００５０】次に、本実施形態の電気油圧サーボ機構４
２による制御の方法について説明する。まず、コントロ
ーラ４１内のＣＰＵ（図示せず）からデジタル駆動制御
信号が出力される。このデジタル駆動制御信号は、コン
トローラ４１内のＤ／Ａ変換器（図示せず）によりアナ
ログ駆動制御信号に変換され、サーボ増幅器（図示せ
ず）によって増幅され、制御弁（図示せず）に出力され
る。このアナログ駆動制御信号により、制御弁（図示せ
ず）が制御され、垂直油圧アクチュエータ２１及び水平
油圧アクチュエータ３１が作動し、車輪供試体Ｗの軸は
垂直方向に往復駆動され、レール供試体Ｒは水平方向に
往復駆動される。

【００５１】この際、例えば車輪供試体Ｗとレール供試
体Ｒの垂直荷重及び水平荷重が垂直荷重検出器４３Ｖと
水平荷重検出器４３Ｈによって検出されるとともに、車
輪供試体Ｗとレール供試体Ｒの垂直変位及び水平変位が
垂直変位検出器４４Ｖと水平変位検出器４４Ｈによって
検出され、コントローラ４１内のＣＰＵに送られる。Ｃ
ＰＵは、この変位データを監視し、あらかじめプログラ
ム又は計算された所定の値から外れている場合には、所
定の値に戻すように、制御弁の制御を変化させる。これ
により、車輪供試体Ｗとレール供試体Ｒの各荷重及び各
変位は、あらかじめプログラム又は計算された所定の値
に近付くように修正される。このような制御が、車輪供
試体Ｗ及びレール供試体Ｒのそれぞれについて、荷重及
び変位ごとに行われる。

【００５２】また、垂直変位検出器４４Ｖ及び水平変位
検出器４４Ｈからの変位データをコントローラ４１内の
ＣＰＵ（図示せず）によって微分することにより、レー
ル供試体Ｒ及び車輪供試体Ｗの速度を検出し制御するこ
とができる。

【００５３】したがって、この転動疲労試験装置１００
では、各油圧アクチュエータ２１，３１による荷重又は
変位をきめ細かく制御することができ、変位や荷重が任
意の波形又は周波数となるように制御可能である。ま
た、制御の応答速度も非常に高速にすることが可能であ
る。さらに、駆動時の騒音や振動は非常に小さく、試験
環境を良好な状態に保持することができる。

【００５４】例えば、各油圧アクチュエータ２１，３１
における経時時間に対する変位を示す運動曲線として、
従来の正弦波形だけでなく、三角波形の運動が実現でき
る。三角波形の運動とは、往路の速度が一定値で、復路
の速度は往路とは逆向きで一定値となるような往復運動
である。この場合、往路と復路の速度を非常に高速に
し、かつ往復時間を短くすれば、インパルス状あるいは
スパイク状の衝撃波形の運動とすることができる。

【００５５】また、各油圧アクチュエータ２１，３１に
おける経時時間に対する変位を示す運動曲線として、台
形波形の運動が実現できる。台形波形の運動とは、往路
の速度が一定値で、所定の時間停止した後に往路とは逆
向きとなる復路の運動を行い、復路の速度が一定値とな
るような往復運動である。この場合、往路と復路の速度
を非常に高速にすれば、方形波形の運動とすることがで
きる。

【００５６】あるいは、各油圧アクチュエータ２１，３
１における経時時間に対する変位を示す運動曲線とし
て、より複雑な波形の運動が実現できる。例えば、垂直
油圧アクチュエータ２１における荷重又は変位が鉄道車
両等の走行時の振動時の波形となるように制御すること
も可能である。

【００５７】さらに、垂直油圧アクチュエータ２１にお
ける荷重又は変位の波形と、水平油圧アクチュエータ３
１における荷重又は変位の波形は、互いに独立に制御す
ることができるとともに、互いに同期するように制御す
ることもできる。このような制御を利用して、レール供
試体Ｒにレール継目を形成しておき、車輪供試体Ｗがレ
ール継目上にきたときのみ垂直衝撃荷重が作用するよう
に制御し、レール継目上を走行する車輪の挙動を再現す
る試験を行うことも可能である。

【００５８】また、図示はしないが、トルク（回転力）
を検出するトルク検出器と、回転方向の変位を検出する
回転方向検出器（図示せず）を車輪軸２３に設け、車輪
軸２３に軸まわりのトルクを付与するトルクアクチュエ
ータ（例えば油圧モータなど）を取り付けて、車輪軸２
３のトルクをフィードバック制御すれば、車輪供試体Ｗ
のレール供試体Ｒ上での滑り率を自在に制御することが
可能となる。上記において、トルクアクチュエータは回
転駆動手段に相当し、トルク検出器と回転方向検出器は
変位検出手段に相当している。

【００５９】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００６０】例えば、上記実施形態においては、転動疲
労試験装置の例として、車輪として鉄道車両用車輪を使
用するとともに、被転動体としてレールを使用し、車輪
をレール上で繰り返し転動させて車輪とレールの一方又
は両方の疲労試験を行う転動疲労試験装置について説明
したが、本発明はこれには限定されず、他の転動疲労試
験装置、例えば車輪として自動車等のタイヤ走行体に用
いるタイヤを使用するとともに、被転動体として、アス
ファルト舗装等を有する舗装部材、又はコンクリート床
版若しくは鋼床版等のタイヤ走行用部材等を使用し、タ
イヤを舗装部材等の上で繰り返し転動させ、タイヤある
いは舗装部材等の一方又は両方の摩耗又は損傷等の挙動
を検討するための転動疲労試験装置としてもよい。

【００６１】また、上記実施形態においては、制御の方
法の例として、コントローラ４１内のＣＰＵ（図示せ
ず）からデジタル駆動制御信号が出力され、このデジタ
ル駆動制御信号が、コントローラ４１内のＤ／Ａ変換器
（図示せず）によりアナログ駆動制御信号に変換され、
サーボ増幅器（図示せず）によって増幅され、制御弁
（図示せず）に出力され、制御弁が制御されるという例
について説明したが、本発明はこれには限定されず、他
の制御、例えばコントローラ４１内のＣＰＵ（図示せ
ず）からデジタル駆動制御信号が出力され、このデジタ
ル駆動制御信号により制御弁（図示せず）が直接制御さ
れるようにしてもよい。この場合には、制御弁としてデ
ジタル制御型のものを使用することになり、Ｄ／Ａ変換
器は不要となる。

【００６２】また、上記実施形態においては、車輪（例
えば車輪供試体Ｗ）を垂直方向に駆動する垂直駆動手段
（例えば垂直駆動部２）と、被転動体（例えばレール供
試体Ｒ）を水平方向に駆動する水平駆動手段（例えば水
平駆動部３）と、これらを制御する制御手段（例えばコ
ントローラ４１と電気油圧サーボ機構４２）を備えた転
動疲労試験装置（例えば転動疲労試験装置１００）を例
に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、上
記した電気油圧サーボ機構のアクチュエータ等はその配
置及び制御の自由度が高いため、他の構成の装置も実現
可能であり、例えば、車輪（例えば車輪供試体Ｗ）にさ
らに水平方向（例えば、レール供試体Ｒの延設方向に垂
直な水平方向）にも駆動可能な水平駆動手段（例えば、
上記した電気油圧サーボ機構のアクチュエータ等）を設
け、走行時の実際の車両の状況を一層精密に再現するよ
うにしてもよい。あるいは、被転動体（例えばレール供
試体Ｒ）にさらに直角方向（例えば、レール供試体Ｒの
延設方向に垂直な水平方向）にも駆動可能な水平駆動手
段（例えば、上記した電気油圧サーボ機構のアクチュエ
ータ等）を設け、これにより走行時の実際の車両の状況
を一層精密に再現するようにしてもよい。あるいはま
た、車輪（例えば車輪供試体Ｗ）及び被転動体（例えば
レール供試体Ｒ）の両方にさらに水平方向（例えば、レ
ール供試体Ｒの延設方向に垂直な水平方向）にも駆動可
能な水平駆動手段（例えば、上記した電気油圧サーボ機
構のアクチュエータ等）を設け、走行時の実際の車両の
状況をさらに精密に再現するようにしてもよい。

【００６３】さらに、上記実施形態においては、被転動
体（例えばレール供試体Ｒ）を水平方向に駆動する水平
駆動手段（例えば水平駆動部３）が、被転動体に水平方
向の繰り返し運動を与えるように構成された例について
説明したが、本発明における水平方向の駆動はこれには
限定されず、他の意味での水平方向駆動も含まれる。例
えば、被転動体を円環状に形成し、この被転動体の略円
筒面状の外周面のうち上端となる位置に車輪（例えば車
輪供試体Ｗ）を載置し、車輪に垂直方向の繰り返し荷重
を与えるように駆動する垂直駆動手段（例えば垂直駆動
部２）を取り付け、上記した円の中心を回転中心として
被転動体を回転駆動手段（例えば、油圧モータ又は電動
モータ等）により回転駆動させ、車輪に垂直繰り返し荷
重を与えつつ被転動体上で転動させるような場合の水平
方向駆動も含まれる。この場合には、車輪が被転動体と
接触している位置（例えば、円環状の被転動体の外周面
のうち上端となる位置）において、被転動体は、車輪に
対して水平方向ではあるが往復方向ではなく一つの方向
にのみ移動することになる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
油圧又は油流量により車輪を垂直方向に駆動する垂直駆
動手段と、油圧又は油流量により被転動体を水平方向に
駆動する水平駆動手段と、垂直力及び水平力を検出する
力検出手段と、車輪及び被転動体の垂直変位及び水平変
位を検出する変位検出手段と、検出された力及び変位に
基づき垂直駆動手段と水平駆動手段における油圧又は油
流量を電気サーボ制御する制御手段を備えたので、荷重
や変位をきめ細かく制御することができ、鉄道車両や自
動車等の車輪又はタイヤや、レール又は舗装部材の疲労
特性を的確に検討することができる、という利点があ
る。また、試験時の騒音や振動も低く、試験環境が良好
である、という利点も有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である転動疲労試験装置の
構成を示す図であり、図１（Ａ）は正面図を、図１
（Ｂ）は側面図を、それぞれ示している。

【図２】図１に示す転動疲労試験装置の制御に関する構
成を示すブロック図である。

【図３】従来の転動疲労試験装置の構成を示す図であ
り、図３（Ａ）は背面図を、図３（Ｂ）は側面図を、そ
れぞれ示している。

【符号の説明】

１フレーム２垂直駆動部３水平駆動部４制御部５フレーム６垂直駆動部７水平駆動部８滑り調整部１１底板１２柱状部材１３梁状部材１４板状部材２１垂直油圧アクチュエータ２１Ｐピストン２２垂直駆動部材２３車輪軸３１水平油圧アクチュエータ３１Ｐピストン３２水平駆動部材３３レール支持部材３４枕木状部材３５レール固定具３６摺動部材４１コントローラ４２電気油圧サーボ機構４２Ｃ油圧配管回路４３Ｈ水平荷重検出器４３Ｖ垂直荷重検出器４４Ｈ水平変位検出器４４Ｖ垂直変位検出器４５ＲＯＭ４６ＲＡＭ４７入力操作部４８表示部５１底板５２柱状部材５３梁状部材５４軸支部材６１油圧シリンダ６１Ｐピストン６２垂直駆動部材６４連結部材６５引張部材７１電動モータ７１Ｄ駆動軸７２ベルト車７３ベルト７４ベルト車７５，７６歯車７７クランクロッド７８水平駆動部材７９走行輪８０調整用コマ８１コマ係合部１００，２００転動疲労試験装置Ａ，Ｂ，Ｃヒンジ支点Ｒレール供試体Ｗ車輪供試体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者阿部則次東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者辰巳光正東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者高尾賢一東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者堀川純京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所三条工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪を被転動体上で転動させることによ
り、前記車輪及び被転動体のうちのいずれか一方又は両
方の疲労試験を行う転動疲労試験装置であって、油圧又は油流量により前記車輪を垂直方向に駆動する垂
直駆動手段と、油圧又は油流量により前記被転動体を水平方向に駆動す
る水平駆動手段と、前記垂直駆動手段により加えられた垂直力及び前記水平
駆動手段により加えられた水平力を検出する力検出手段
と、前記車輪及び前記被転動体の垂直変位及び水平変位を検
出する変位検出手段と、前記力検出手段の検出した力及び前記変位検出手段の検
出した変位に基づき前記垂直駆動手段と前記水平駆動手
段における油圧又は油流量を電気サーボ制御する制御手
段を備えたことを特徴とする転動疲労試験装置。
【請求項２】請求項１に記載された転動疲労試験装置
において、前記制御手段は、前記垂直駆動手段における荷重又は変
位が任意の波形又は周波数となるように制御することを
特徴とする転動疲労試験装置。
【請求項３】請求項２に記載された転動疲労試験装置
において、前記制御手段は、前記垂直駆動手段における荷重又は変
位が鉄道車両又はタイヤ式走行体の走行時の振動波形又
は周波数となるように制御することを特徴とする転動疲
労試験装置。
【請求項４】請求項２に記載された転動疲労試験装置
において、前記制御手段は、前記垂直駆動手段における荷重又は変
位が衝撃波形となるように制御することを特徴とする転
動疲労試験装置。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のうちのいずれ
か１項に記載された転動疲労試験装置において、前記制御手段は、前記水平駆動手段における荷重又は変
位が任意の波形又は周波数となるように制御することを
特徴とする転動疲労試験装置。
【請求項６】請求項５に記載された転動疲労試験装置
において、前記制御手段は、前記水平駆動手段における荷重又は変
位が三角波形となるように制御することを特徴とする転
動疲労試験装置。
【請求項７】請求項５に記載された転動疲労試験装置
において、前記制御手段は、前記水平駆動手段における荷重又は変
位が台形波形となるように制御することを特徴とする転
動疲労試験装置。
【請求項８】請求項１ないし請求項７のうちのいずれ
か１項に記載された転動疲労試験装置において、前記制御手段は、前記垂直駆動手段における荷重又は変
位の波形と、前記水平駆動手段における荷重又は変位の
波形とが同期するように制御することを特徴とする転動
疲労試験装置。
【請求項９】請求項１ないし請求項８のうちのいずれ
か１項に記載された転動疲労試験装置において、油圧又は油流量により前記車輪を回転方向に駆動する回
転駆動手段を備え、前記力検出手段は、前記回転駆動手段により加えられた
回転力を検出し、前記変位検出手段は、前記車輪の回転方向変位を検出
し、かつ、前記制御手段は、前記力検出手段の検出した前記
回転力及び前記変位検出手段の検出した前記回転方向変
位に基づき前記回転駆動手段における油圧又は油流量を
電気サーボ制御することにより、前記車輪及び被転動体
の間で滑りを発生させることを特徴とする転動疲労試験
装置。
【請求項１０】請求項１ないし請求項９のうちのいず
れか１項に記載された転動疲労試験装置において、前記車輪は鉄道車両用車輪であり、かつ前記被転動体は
レールであることを特徴とする転動疲労試験装置。
【請求項１１】請求項１ないし請求項９のうちのいず
れか１項に記載された転動疲労試験装置において、前記車輪はタイヤであり、かつ前記被転動体は舗装部材
又はタイヤ走行用部材であることを特徴とする転動疲労
試験装置。