JPS617410A - 鉄車輪のフラット検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は列車等において、制動時に強度に制動された車
輪がレール上を引きずられた場合に生しる車輪の偏摩耗
を検出する装置に関する。

〔発明の背景〕

列車等において、走行距離が増すにつれて車輪の摩耗も
増加し、特に制動機を使用して停止する場合にはレール
との摩擦による車輪の偏摩耗（フラット）が多くなる。

よって、走行時にフラッＩ・による異常振動が増加し、
車輪の疲労、破壊などによる安全性の低下、乗り心地の
低下等の現象が生じる欠点がある。

第１図は従来のフラット検出装置の一例を示し、振動セ
ンサｌを取付けたレール２上に列車３を走行さぜ、振動
センサ１から得られた振動情報を地」−のフラット検出
器４において分析することにより、車輪のフラットを検
出する。

しかし、この方法は列車の速度との関連がとれないので
、列車は一定速度で走行させ、異常振動の最大値などに
よりフラットの有無を判断する。

このように、フラット検出のために列車を特定のレール
」二を走行させる等の労力と時間を要し、さらに車輪の
回転角度との相関が得られないため、フラットがあるこ
とは検出されても、その程度については異常振動の最大
値を測定できるのみであり、さらに正確に測定するには
、車輪表面の光の反射などを利用して、大規模の測定を
行なう必要があった。また、測定場所が車両基地などに
限られるため、１列車あるいは１車両ごとの点検となり
、多くの工程と時間を要していた。

〔発明の目的〕

本発明は上記の欠点を解消するためになされたもので１
列車の走行速度に関係なく容易にフラット検出を行なう
ようにしたものである。

〔発明の概要〕 」−記の１゛１的を構成するため、本発明では列車の回
転軸に取′伺けた振動検出器および車輪の回転角度を検
出するためのギヤセンサにより車輪に生じたフラットを
検出し、その程度に応じて警報１表示を行ない、列車の
安全性の低下や乗り心地の低下を未然に防ぐものである
。以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

〔発明の実施例〕

第２図は本発明によるフラット検出装置の検出部を示す
説明図で、車輪１１の車軸１１ａに結合（同図の場合は
一例として直結）された歯車１２が設けられ、歯車１２
は少なくとも歯の部分は鉄等の磁性体より構成されてい
る。また、歯車１２に対応してギヤセンサ１３が設けら
れ、歯車１２のピッチに対応したパルスが得られる。

ここで、歯車１２は車軸１１ａに結合されているため、
上記ギヤセンサ１３の検出コイルに得られるパルス誘起
電圧は車輪１１の回転に対して定められた関係によって
発生する０本発明では、上記パルス誘起電圧の立上りと
立下りを検出し加算することにより車輪１１の回転角を
検出する。一方、車軸１１ａには第２図に示すように振
動検出センサ１４が取付けてあり、車輪１１に加わった
振動は上記振動検出センサ１４により検出され、検出さ
れた信号は回転している車軸１１ａから滑動環等の適宜
の電気信号伝達手段を介して車両本体へ振動情報として
送られる。

第３図は、列車が一定速度で走行する場合におけるギヤ
センサ１３より得られる回転角情報と、振動検出センサ
１４より得られる振動情報とから車輪のフラットを検出
する原理を説明するためのタイムチャートで、（ａ）は
車両本体に設けられたギヤセンサ１３からのパルスを加
算して得られる回転角θを示し、０は時間と共に直線的
に増加して、車輪１１の１回転ごとにリセットされる。

また（ｂ）は振動検出センサ１４の出力であり、いわゆ
るノイズと称される微小振動Ａに車輪のフラットによる
振動Ｂが加わり、さらにレールの書目等による振動Ｃが
加わった状態を示す。次に（ｃ）は上記（ｂ）の出力信
号を整流すると共に、さらに−・定レベルでスライスし
、かつ波形整形した状態を示し、これより（ｄ）に示す
ように車輪のフラットによる振動ＢからパルスＢが得ら
れる。この場合、（Ｃ）におけるスライスにより所定レ
ベル以下のノイズＡは除去され、またレール継目等によ
る振動Ｃは斜線を施したパルスＣ′として残るが、本発
明においては後述するように、その不規則性の点からし
てパルスＣ′の影響は受けない。

第４図は本発明によるフラット検出装置の実施例の回路
構成図、第５図はその原理を説明するためのタイムチャ
ートを示し、１３および１４は第２図に示したギヤセン
サ１３および振動検出センサ、１ｂは検波器、１６は一
定レベル以上の振動を検出するためのレベルコンパレー
タ、１７はギヤセンサ１３の出力パルスの立」ニリと立
下りを検出して加算する加算器である。また、１８１〜
１８２、ｔはメモリ加算器で、レベルコンパレータ１６
の出力を、上記加算器１７の加算値すなわち検知された
歯数に対応する回転角の位置のメモリ加算器に加算する
と共に記憶させ、かつその内容は車輪の所定回転数ごと
にリセットされる。なお、このメモリ加算器は歯車１２
の歯数ｎの２倍すなわち２ｎ個設ける。

次に、１９１〜１９．ｒＬは各メモリ加算器に対応して
設けられ、メモリ加算器の内容が所定値以上になると出
カバ１°°を送出す不比較器である。また、２０□ｆ〜
２０２□は比較器１９１〜１９２ｔｌに対応して設けら
れ、比較器の出力が“ｌ”のときのみ振動検出センサー
４の出力を送出するゲート回路である。さらに、２１１
〜２１１．．はゲート回路２０゜〜２０□１の各出力に
対応して設けられ、ゲート回路の出力が一定値以上にな
ったとき警報表示器２２〜２２．ｌｔを動作させ、ある
いはそのゲート回路出力に相当する値を表示させるため
の出力を発生し、または記憶する比較器である。

すなわち、本発明においては車輪にフラットが生じた場
合、車輪が回転してフラットの位置がレールに接触する
と、これに応じた振動が生じる。

この振動は、車輪が回転するごとに規則的に発生する。

これを第２図に示したように、車輪に直接結合されてい
る車軸あるいは他の適当な場所に取付けた振動検出セン
サにより検出する。

また、車輪に生じたフラットの位置は第２図によって説
明したように、車軸に取付けた歯車１２と、その回転し
た歯数を数えるだめのギヤセンサ１３により測定する。

なお、このギヤセンサ１３は通常の速度検出用のものを
用いることもできる。上記のギヤセンサ１３は歯車１２
の１回転ごとに歯車１２の歯と同数のパルスを発生する
ので、このパルスの立上りと立下りを検出することによ
り、歯車１２の歯数ｎの２倍、すなわち２ｎ個の位置を
車輪１回転に対して検知することができる。

よって、加算器１７によりギヤセンサ１３の出力パルス
の立上りと立下りを検出してディジタル的に加算し、加
算値が２ｎになったときリセットする鋸歯状波を送出す
る。加算器１７０出力ａは第３図（ａ）に示した鋸歯状
波であり、車輪の１回転につれて１から２ｎまでカウン
トし、２ｎになったときリセットして、さらに次の回転
によってカウントアツプして行く。このようにして、特
定のマーカを使用することなく、車輪の１回転に対して
２ｎ個の位置が検知できる。

ここで、加算器１７の鋸歯状波出力ａのある位置でフラ
ットが生じたとすると、第３図に示すように（ａ）の鋸
歯状波が一定値例えばθｉになったとき、振動検出セン
サ１４にフラットによる振動Ｂが検知される。

一ヒ記振動検出センサ１４の出力は第３図（ｂ）のよう
に交流波形であり、検波器１５で検波することにより第
３図（Ｃ）のようにノイズＡを含んだ整流波形となる。

この整流波形からノイズをカットするため、レベルコン
パレータ１６で一定レベル以上の出力のみを検出し波形
整形すると第３図（ｄ）のパルス波形となり、ある角度
においてフラットがあることを示すパルス列Ｂ′が検出
される。

次に第５図によって第４図の回路の動作を説明する。

第３図において説明した、車輪１回転ごとの鋸歯状波す
なわち加算器１７の出力ａが第５図の（ａ）であり、第
５図の（ｂ）は、レベルコンパレータ１６の出力すであ
る。車輪にフラットがあり、第５図（ａ）におけるＯか
ら（２ｎ−１）までのカウント値を繰り返し計数する鋸
歯状波の−・定の位置、例えばｉの部分にフラットがあ
ると、第５図（ｂ）に示すように車輪のフラットによる
振動に対応したパルスが繰り返し発生する。この場合、
フラット以外の要因、例えばレールの継目などでレベル
コンパレータ１６の設定レベル以上の振動が発生しても
、車輪の円周に比較してレールの長さの方がはるかに長
いため、振動は車輪の１回転に対して一定の位置に繰り
返して発生する振動とはならない。このように車輪の回
転に対して非周期的な振動と周期的な繰り返し振動とを
判別することによって、車輪のフラットを検出すること
ができる。

以下に、この定常的繰り返し振動の検出手段について説
明する。

第５図（ｂ）は車輪の円周上の位置ｉにおいて、定常的
に繰り返し振動が発生していることを示している。第４
図におけるメモリ加算器１８１〜１８．ｒｌは加算器１
７のカウント値１〜２ｎ（すなわち車輪の１回転）に相
当する個数の記憶器であり、車輪が１回転する間に振動
検出センサー４かう検波器１５．レベルコンパレータ１
６を経由して−・定レベル以上の振動が検知されたとき
、その時点のカウント値に相当する位置の記憶器（カウ
ント値がｉのときはｉ番目の位置の記憶器すなわち１８
．）の値をカウントアツプする。

】 このようにして、車輪のｉ番目の位置にフラットがある
場合、車輪の回転ごとにｉ番目の記憶器すなわちメモリ
加算器がカウントアツプされ、ｉ番目のメモリ加算器の
カウント値Ｃは、第５図（Ｃ）のように階段状にカウン
トアツプする波形となる。このメモリ加算器１８１　の
値が所定回転数の間に、あらかじめ定められた検出レベ
ル値Ｎに達したときは、次の比較器１９．　〜”］Ｌ（
この場合仲比較器１９．）、によって、車輪を２ｎ等分
したうちのｉ番目の位置にフラットが生じていることが
検知され、比較器１９．　　の出力ｄとして第５図（ｄ
）に示すように波形°゛ｌ′が出力ぶれる。

このよう［こ、ギヤセンサ出力のｉ番目の位置にフラッ
トが生じたことが判明するので、ゲート回路２０〜２０
２ｒＬのうち２０ｊ　を開いて、振動検出センサの検出
値を比較器２１．〜２１．１の　う　ち２１ｉ　に入力
し、比較器２１．　　は入力値が異常レベルか否かを判
定する。

比較器２１　によって、ｊ番目の位置に異常なフラット
が存在することが判明したときは、比較器２１．　　の
出力で警報表示装置２２、〜２２．ｒＬのうち２２ｉ　
を動作させ、車輪に異常なフラットが生じていることを
運転手あるいは保守員に警報し、同時にフラットの量を
表示する。

かくして、車輪に異常なフラットが生じたときは直ちに
警報表示されるため、車輪のフラットに関する保守点検
を走行中に行ない、列車の安全性を高めることができる
。また、車輪のフラットが−・定価以上になる前に車輪
を交換することができるので、車輪に発生したフラット
による乗り心地の悪化を未然に防止することができる。

なお、メモリ加算器１８１〜１８２ｒＬは前述したよう
に２ｎ個設けられ、車輪の回転（すなわち第５図（ａ）
に示した鋸歯状波）に対して常に一定の位相で加わる振
動パルスのみをカウントし、かつ車輪の−・定回転数ご
とにリセットされる。このように、車輪の一定回転数の
間の、かつ一定位相の振動に対応したパルスのみをカウ
ントするため、レールの継目振動のように不規則な振動
の影響は受けず、車輪に生じたフラットのみを確実に検
出することができる。

また、上記の実施例においては各車輪に回転角検出用の
ギヤセンサを設けたが、これを１個の車輪で代用し、車
輪径の若干界なるものに対しては、あらかじめ定められ
た大きさ以上の振動を検出し、その周期をモニタするこ
とによって振動の検出周期を決定し、車輪の回転角を補
正し車輪のフラットを検出することができる。この方法
によれば、回転角検出用ギヤセンサは列車について１個
でよく、かつこれを速度検出用のギヤセンサで兼用する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上、本発明の詳細について説明したが、本発明の効果
を示せば次の通りである。

（１）本発明によれば、列車の走行速度に関係なく、フ
ラットの検出が可能である。

（２）フラット以外の非周期振動を排除できる。

（３）検出装置は小形化され、走行中ならば常時車上で
フラット検出ができる。

（４）車輪の保守点検が常時可能となるので、保守点検
の工程が少なくなると共に、時期を失することなく車輪
を交換でき、その結果、フラットによる乗り心地の悪化
等を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフラット検出装置の一例を示す説明図、
第２図は本発明装置の検出部の構成を示す説明図、第３
図は検出部の動作を示すタイムチャート、第４図は本発
明によるフラット検出装置の実施例の回路構成図、第５
図は同じく動作説明用のタイムチャートである。 １ｉ・・・車輪、１２・・・歯車、１３・・・ギヤセン
サ、１４・・・振動検出センサ、１５・・・検波器、１
６・・・しペルコンパレータ、１７・・・加算器、１８
．〜１８．ｎメ ・魯り加算器、１９〜１９□、・・・比較器、２０゜！ 〜２０．ｒＬ・・・ゲート回路、２１．〜２１．．ｔ・
・・比較器。 十　ｌ　図 ；１″２　　日 ｌｌＩ。 ｔ→ 牛　夕　図 （４，）　　　　　　　　　−−−一口］Ｉ＝−を−吟

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 車輪に結合され上記車輪の回転につれ順次第１のパルス
   を出力し１回転ごとにｎ個の上記第１のパルスを出力す
   る手段と、上記第１のパルスの立上りと立下りを検出し
   て加算し上記第１のパルスのｎ個ごとにリセットされる
   第１の加算手段と、レール上を走行する上記車輪により
   生じる振動を検出し所定値以上の振動が検出されたとき
   第２のパルスを出力する手段と、２ｎ個設けられ上記第
   １の加算手段により上記第１のパルスの立上りと立下り
   ごとに順次選択されて上記第２のパルスを加算すると共
   に、上記車輪の所定回転数ごとにリセットされる第２の
   加算手段と、上記第２の各加算手段に応じて設けられ対
   応する上記第２の加算手段の上記第２のパルスの加算値
   が一定値以上となったとき警報用出力を送出する手段と
   を具備することを特徴とする鉄車輪のフラット検出装置
   。