(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両のボギー式の台車の車輪が載せられる測定レールを有するとともに、前記台車とともに前記鉄道車両の車体に対して旋回可能に支持された旋回台と、
前記旋回台を旋回駆動するアクチュエータと、
前記台車の旋回抵抗を検出する旋回抵抗検出手段と、
前記台車の前記車輪の輪重を検出する輪重検出手段と、
前記台車の前記車輪の横圧を検出する横圧検出手段と
を備えることを特徴とする台車旋回性能試験装置。
【請求項２】
前記輪重検出手段及び前記横圧検出手段は、前記台車の各軸の左右車輪にそれぞれ設けられること
を特徴とする請求項１に記載の台車旋回性能試験装置。
【請求項３】
前記台車の前記車輪に車軸方向力を負荷する車輪横力負荷手段を備えること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の台車旋回性能試験装置。
【請求項４】
前記台車の前記車輪に前後方向力を発生させる前後力発生手段を備えること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の台車旋回性能試験装置。
【請求項５】
前記前後力発生手段は、前記台車の各車輪毎に前後力の大きさ及び方向を設定可能であること
を特徴とする請求項４に記載の台車旋回性能試験装置。
【請求項６】
前記前後力発生手段は、前記測定レールの前記車輪との当接面部を前後方向に傾斜させることによって構成されること
を特徴とする請求項４又は請求項５に記載の台車旋回性能試験装置。
【請求項７】
前記鉄道車両の前記車体に横向きの作用力を負荷する車体横力負荷手段を備えること
を特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の台車旋回性能試験装置。
【請求項８】
前記旋回台を該旋回台に載せられた台車の反対側の台車に対して横方向に相対変位させる旋回台変位手段を備えること
を特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の台車旋回性能試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両に設けられるボギー台車の台車旋回性能試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の走行安全性を確保するため、急曲線部における低速走行時の乗り上がり脱線のメカニズムについて研究が行なわれている。
乗り上がり脱線とは、輪軸が転走状態で正のアタック角（フランジ接触側に向いて進行）を有し、車輪がフランジでレールをよじ登る脱線のことである。車輪とレールとの接触角が小さいときや、車輪とレール間の摩擦係数が大きいときには、車輪はよじ登りやすくなる。従来から、車輪の接触状態で走行安全性を評価するのに用いられている脱線係数（横圧・輪重比Ｑ／Ｐ）は、この考え方に基づいている。
このため、走行安全性を評価するうえで、台車の旋回状態における輪重Ｐ及び横圧Ｑを把握することは重要である。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、乗り上がり脱線の現象解明のために、実車両が走行可能な試験線を製作し、供試車両を機関車で牽引走行し、車両と軌道の条件を変更しつつ、輪重横圧の測定が可能なＰＱ輪軸等を用いて、台車の挙動を測定することが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「乗り上がり脱線のメカニズム」宮本岳史（第１４９回鉄道総研月例発表会講演要旨  ２００２年５月１５日  財団法人鉄道総合技術研究所）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述したように試験線で供試車両を走行させる試験手法の場合、試験線の設置など試験設備が大規模となって、試験に要する工数やコストも増加してしまう。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、鉄道車両用台車の旋回時の台車旋回抵抗、輪重及び横圧を簡便に計測可能な台車旋回性能試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明の台車旋回性能試験装置は、鉄道車両のボギー式の台車の車輪が載せられる測定レールを有するとともに、前記台車とともに前記鉄道車両の車体に対して旋回可能に支持された旋回台と、前記旋回台を旋回駆動するアクチュエータと、前記台車の旋回抵抗を検出する旋回抵抗検出手段と、前記台車の前記車輪の輪重を検出する輪重検出手段と、前記台車の前記車輪の横圧を検出する横圧検出手段とを備えることを特徴とする。
これによれば、旋回台をアクチュエータによって旋回駆動することによって、台車を車体に対して旋回した状態を模擬的に発生させることができ、車両を走行させることなく定置状態で台車の旋回抵抗、車輪の輪重及び横圧を測定可能であることから、台車の旋回時の旋回抵抗、輪重及び横圧を簡便に計測することが可能となる。これによって、例えば、台車回転抵抗が輪重、横圧に及ぼす影響などを直接観測することができる。
【０００７】
本発明において、前記輪重検出手段及び前記横圧検出手段は、前記台車の各軸の左右車輪にそれぞれ設けられる構成とすることができる。
【０００８】
本発明において、前記台車の前記車輪に車軸方向力を負荷する車輪横力負荷手段を備える構成とすることができる。
これによれば、旋回時に生じる横圧を模擬的に発生させることで、より走行状態に近い状態を再現することができる。
例えば、曲線中にあるときの台車内、前軸内軌側車輪が輪軸を外側へ押し出すような横圧を模擬的に発生させることができる。
【０００９】
本発明において、前記台車の前記車輪に前後方向力を発生させる前後力発生手段を備える構成とすることができる。
これによれば、旋回時に生じる前後力を模擬的に発生させることで、より走行状態に近い状態を再現することができる。
例えば、曲線中にあるときの台車内、後軸の内外軌車輪で発生する車輪とレール間に働く前後力を模擬的に発生することができる。
また、加減速により車体と台車との間に牽引力が働いている状態を模擬することができる。
【００１０】
この場合、前記前後力発生手段は、前記台車の各車輪毎に前後力の大きさ及び方向を設定可能である構成とすることができる。
また、前記前後力発生手段は、前記測定レールの前記車輪との当接面部を前後方向に傾斜させることによって構成される構成とすることができる。
これによれば、傾斜方向及び斜度の設定によって動力等を用いることなく、鉄道車両の自重を利用して任意の前後力を車輪に発生させることができる。
【００１１】
本発明において、前記鉄道車両の前記車体に横向きの作用力を負荷する車体横力負荷手段を備える構成とすることができる。
これによれば、例えば遠心力や横風などに起因する車体への横向きの作用力を模擬することができる。
【００１２】
本発明において、前記旋回台を該旋回台に載せられた台車の反対側の台車に対して横方向に相対変位させる旋回台変位手段を備える構成とすることができる。
これによれば、例えばポイントへの進入時のように前後の台車に左右相対変位が生じ、車体がヨー回転した状態を再現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、鉄道車両用台車の旋回時の台車旋回抵抗、輪重及び横圧を簡便に計測可能な台車旋回性能試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用した台車旋回性能試験装置の第１実施形態を枕木方向から見た側面視図である。
【図２】第１実施形態の台車旋回性能試験装置を上方から見た平面視図である。
【図３】図２のIII部拡大図である。
【図４】図２のIV−IV部矢視図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ部矢視図である。
【図６】第１実施形態の台車旋回性能試験装置の円形リニアガイドの構成を示す透視平面視図である。
【図７】第１実施形態の台車旋回性能試験装置における車体横力負荷装置の構成を示す図であって、図１のVII−VII部矢視図である。
【図８】第１実施形態の台車旋回性能試験装置における傾斜した測定レールを示す図である。
【図９】曲線中にあるときの内外軌側車輪で発生する前後力を模擬する場合の傾斜した測定レールの配置を示す模式図である。
【図１０】車両の加減速による牽引力を模擬する場合の傾斜した測定レールの配置を示す模式図である。
【図１１】本発明を適用した台車旋回性能試験装置の第２実施形態の模式的平面視図である。
【図１２】本発明を適用した台車旋回性能試験装置の第３実施形態の模式的平面視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した台車旋回性能試験装置の第１ないし第３実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
第１実施形態の台車旋回性能試験装置１００は、鉄道車両１の台車旋回性能を試験するものである。
鉄道車両１は、車体１０を有し、供試台車は車体１０の下部に取り付けられる例えば２軸のボギー台車である。
【００１６】
供試台車は、図示しない台車枠に、軸箱２０ａ（図４参照）及び軸箱支持装置を介して、第１輪軸２０、第２輪軸３０を取り付けて構成されている。
台車枠は、まくらばね、牽引リンク等を介して車体１０に対して鉛直軸回りに回転可能に取り付けられている。
第１輪軸２０は、右車輪２１、左車輪２２を車軸２３に固定したものである。
第２輪軸３０は、右車輪３１、左車輪３２を輪軸（不図示）に固定したものである。
なお、鉄道車両１として、例えば、標準軌（軌間１４３５ｍｍ、軸距２５００ｍｍ）の新幹線車両、及び、狭軌（軌間１０６７ｍｍ、軸距２１００ｍｍ）の在来線車両を試験可能であるが、このような軌間及び軸距は一例であって、適宜変更が可能である。
【００１７】
台車旋回性能試験装置１００は、支持台１１０、旋回台１２０、円形リニアガイド１３０、第１アクチュエータ１４０、第２アクチュエータ１５０、ＰＱ測定ユニット１６０、車体横力負荷装置１７０等を備えて構成されている。
【００１８】
支持台１１０は、台車旋回性能試験装置１００の基部となる部分である。
旋回台１２０は、支持台１１０の上部に乗せられるとともに、鉛直方向に沿って配置され旋回台１２０の中央部に設けられた主軸１２１回りに、支持台１１０に対して相対回転可能に支持されている。
支持台１１０及び旋回台１２０の上面部には、鉄道車両１を乗り入れるときに各車輪が走行するレールＲが配置されている。
また、旋回台１２０の上部には、試験中に第１輪軸２０及び第２輪軸３０の転動を防止する車輪止め１２２（図１参照）が、車輪と一定の隙間を持って着脱可能に設けられている。
また、旋回台１２０の前後端部には、支持台１１０に設けられた旋回角度目盛１１１上で現在の旋回角度を指し示す針部１２３が取り付けられている。
また、このほかに旋回台１２０の支持台１１０に対する旋回角度を検出する回転エンコーダ等の角度検出手段を設けている。
【００１９】
円形リニアガイド１３０は、支持台１１０の上部と旋回台１２０の下部との間に設けられ、旋回台１２０の旋回方向の動きを案内するものである。
図６に示すように、円形リニアガイド１３０は、例えば、支持台１１０の上部に固定された円弧状のレール１３１と、旋回台１２０の下部に固定され、レール１３１上を走行する被案内部１３２とを有して構成される。
【００２０】
第１アクチュエータ１４０及び第２アクチュエータ１５０は、支持台１１０と旋回台１２０との間に設けられた例えば電動アクチュエータを有し、旋回台１２０を支持台１１０に対して主軸１２１回りに回転駆動するものである。
第１アクチュエータ１４０及び第２アクチュエータ１５０は、旋回台１２０の枕木方向における両側にそれぞれ設けられ、旋回台１２０の側部を接線方向にほぼ沿って押し引きするロッドを備えている。
また、第１アクチュエータ１４０及び第２アクチュエータ１５０には、電動アクチュエータのロッドに作用する軸力を測定するロードセル１４１、１５１がそれぞれ設けられている。
このロードセル１４１、１５１の出力から、既知の摩擦力及び演算によって求めた慣性力を差し引くことによって、供試台車の車体に対する旋回抵抗を測定することが可能である。
【００２１】
ＰＱ測定ユニット１６０は、旋回台１２０の上面部に固定され、車輪に作用する輪重Ｐ及び横圧Ｑを測定するものである。
ＰＱ測定ユニット１６０は、供試台車の各車輪にそれぞれ設けられている。
ＰＱ測定ユニット１６０の旋回台１２０への固定箇所は、供試台車の軌間及び軸距に応じて、複数個所から選択可能となっている。
なお、図２等において、図中右側は新幹線車両に対応した位置に取り付けられた状態を示し、左側は在来線車両に対応した位置（新幹線車両に対して軌間、軸距ともに小さい）に取り付けられた状態を示している。
【００２２】
ＰＱ測定ユニット１６０は、ベース部１６１、横スライド部１６２、スイングアーム１６３、測定レール１６４、輪重用ロードセル１６５、横荷重負荷ネジ１６６、横圧用ロードセル１６７、軸箱ジャッキ１６８等を備えて構成されている。
【００２３】
ベース部１６１は、旋回台１２０に固定され、ＰＱ測定ユニット１６０の基部となる部分である。
ベース部１６１には、横スライド部１６２を枕木方向に案内するレール１６１ａが設けられている。
横スライド部１６２は、ベース部１６１の上部に載せられるとともに、レール１６１ａ上を走行することによって、ベース部１６１に対して枕木方向に相対変位可能に支持されている。
【００２４】
スイングアーム１６３は、横スライド部１６２に対して、レールの軌間外側にレールと平行して配置された回転軸回りに揺動可能に取り付けられている。
スイングアーム１６３の上面部には、測定レール１６４が取り付けられている。
測定レール１６４は、試験時に車輪が載せられる短尺のレールである。
測定レール１６４は、スイングアーム１６３が揺動することによって、旋回台１２０に対して上下方向に相対変位が可能となっている。
また、スイングアーム１６３には、車輪のフランジ側とは反対側の面部を押さえるネジ機構を有するストッパ１６３ａが設けられている。ストッパ１６３ａの機能については後述する。
【００２５】
輪重用ロードセル１６５は、測定レール１６４の直下におけるスイングアーム１６３の下面部と、これに対向する横スライド部１６２の上面部との間に挟まれた状態で配置され、測定レール１６４が受けた輪重に応じた出力を発生する輪重測定手段である。
【００２６】
横荷重負荷ネジ１６６は、ベース部１６１と横スライド部１６２との間に設けられた送りネジ機構であって、ネジを回転させることによって横スライド部１６２をベース部１６１に対して枕木方向に相対移動させ、車輪に対して横力を負荷し、模擬的な横圧を発生させるものである
上述したストッパ１６３ａは、横荷重負荷ネジ１６６によって横スライド部１６２を内規側に移動させた時に、車輪とレール間との摩擦を超える横圧を強制的に加えるためのものである。
【００２７】
横圧用ロードセル１６７は、ベース部１６１と横荷重負荷ネジ１６６との接続部に設けられ、横荷重負荷ネジ１６６に作用する軸方向力に応じた出力を発生するものである。
【００２８】
軸箱ジャッキ１６８は、軸箱２０ａの直下における横スライド部１６２の上部に設けられ、測定レール１６４の交換時等に、軸箱２０ａをジャッキアップするものである。
【００２９】
車体横力負荷装置１７０は、車体１０に対して、例えば遠心力や横風を模した横力を作用させるものである。
図１、図７に示すように、車体横力負荷装置１７０は、電動アクチュエータ１７１及び支柱１７２等を有して構成されている。
電動アクチュエータ１７１は、車体１０の側方に、枕木方向にほぼ沿って配置され、伸縮可能なロッドを備えている。
支柱１７２は、電動アクチュエータ１７１を上述した位置に支持するものである。
電動アクチュエータ１７１の先端部には、車体１０の重心部近傍に連結されたワイヤＷが接続され、任意の引き力でワイヤＷを牽引可能となっている。
電動アクチュエータ１７１とワイヤＷとの連結部には、ワイヤＷの張力を検出するロードセル１７１ａが設けられている。
【００３０】
第１実施形態の台車旋回性能試験装置においては、ＰＱ測定ユニット１６０の測定レール１６４を、図８に示すように、車輪との当接面が前後方向の傾斜を有するものに交換することによって、車輪に前後力を負荷することが可能となっている。
前後力の方向及び大きさは、傾斜の方向及び斜度に応じて設定される。
図９は、曲線中にあるときの台車内において、内外軌側の車輪に前後逆方向の力が作用する状態を模擬する際の模式図である。この場合、左右の測定レール１６４は、傾斜方向が逆向きとなるように配置される。
また、図１０は、加減速によって車体１０と台車との間に牽引力が働いている状態を模擬する際の模式図である。この場合、全ての測定レール１６４は、傾斜方向を揃えて配置される。
【００３１】
以上説明した第１実施形態の台車旋回性能試験装置によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）旋回台１２０をアクチュエータ１４０，１５０によって旋回駆動することによって、台車を車体１０に対して旋回した状態を模擬的に発生させることができ、この状態で台車旋回抵抗、車輪２１，２２，３１，３２の輪重Ｐ及び横圧Ｑを測定可能であることから、台車の旋回時の旋回抵抗、輪重Ｐ及び横圧Ｑを簡便に計測することが可能となる。
（２）車輪に車軸方向力を負荷する横荷重負荷ネジ１６６で車輪に横力を負荷することによって、旋回時に生じる横圧を模擬的に発生させることが可能となり、より走行状態に近い状態を再現することができる。
例えば、曲線中にあるときの台車内、前軸内軌側車輪が輪軸を外側へ押し出すような横圧を模擬的に発生させることができる。
（３）車輪に旋回時に生じる前後力を模擬的に発生させることで、より走行状態に近い状態を再現することができる。
例えば、曲線中にあるときの台車内、後軸の内外軌車輪で発生する車輪とレール間に働く前後力を模擬的に発生することができる。
また、加減速により車体と台車との間に牽引力が働いている状態を模擬することができる。
（４）測定レール１６４の傾斜によって車輪に前後力を発生させることによって、傾斜方向及び斜度の設定によって動力等を用いることなく、鉄道車両１の自重を利用して任意の前後力を車輪に発生させることができる。
（５）車体１０に横向きの作用力を負荷する車体横力負荷装置１７０を備える構成とすることによって、例えば遠心力や横風などに起因する車体１０への横向きの作用力を模擬することができる。
【００３２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用した台車旋回性能試験装置の第２実施形態について説明する。
なお、以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図１１に示すように、第２実施形態の台車旋回性能試験装置においては、支持台１１０を車体１０に対して横方向に変位可能としたことを特徴とする。
このとき、支持台１１０を横方向に変位させても、１位台車（供試台車）と２位台車との台車中心間距離が実質的に変化しないように、支持台１１０の移動軌跡は、２位台車の台車中心Ｃと実質的に同心の円弧状となっている。
このような支持台１１０の変位は、例えば、円弧状のレールを有する円形リニアガイド及び電動、油圧等のアクチュエータによって実現可能である。
以上説明した第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と実質的に同様の効果に加えて、例えばポイントへの進入時のように前後の台車に左右相対変位が生じ、車体がヨー回転した状態を再現することができる。
【００３３】
＜第３実施形態＞
次に、本発明を適用した台車旋回性能試験装置の第３実施形態について説明する。
図１２に示すように、第３実施形態の台車旋回性能試験装置においては、台車旋回性能試験装置１００を１位台車、２位台車にそれぞれ設けるとともに、各台車の台車旋回性能試験装置１００の支持台１１０を、上述した第２実施形態と実質的に同様に、それぞれ横方向に変位可能としている。
以上説明した第３実施形態によれば、上述した第１、第２実施形態の効果と実質的に同様の効果に加えて、例えば渡り線の通過など、第２実施形態よりもさらに複雑な挙動を再現することが可能となる。
【００３４】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
旋回抵抗、輪重及び横圧を検出する手法は上述した各実施形態のものに限らず、適宜変更することが可能である。例えば、上述したようなロードセルの配置に代えて、輪重及び横圧が作用する部材にひずみゲージを添付したり、輪軸自体にひずみゲージが組み込まれたＰＱ輪軸を用いて輪重及び横圧を検出するようにしてもよい。
また、その他の装置構成も適宜変更することが可能である。例えば、旋回台の形状や支持、案内方法、駆動方式なども特に限定されない。
また、車輪に前後力を発生させる手法も、実施形態のように傾斜した測定レールを用いるものに限らず、車輪に対してアクチュエータによって前後方向力を付与してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１    鉄道車両                    １０    車体
２０    第１輪軸                    ２０ａ  軸箱
２１    右車輪                      ２２    左車輪
２３    車軸                        ３０    第２輪軸
３１    右車輪                      ３２    左車輪
１００    台車旋回性能試験装置      １１０    支持台
１１１    旋回角度目盛              １２０    旋回台
１２１    主軸                      １２２    車輪止め
１２３    針部                      １３０    円形リニアガイド
１３１    レール                    １３２    被案内部
１４０    第１アクチュエータ        １４１    ロードセル
１５０    第２アクチュエータ        １５１    ロードセル
１６０    ＰＱ測定ユニット          １６１    ベース部
１６１ａ  レール                    １６２    横スライド部
１６３    スイングアーム            １６３ａ  ストッパ
１６４    測定レール                １６５    輪重用ロードセル
１６６    横荷重負荷ネジ            １６７    横圧用ロードセル
１６８    軸箱ジャッキ              １７０    車体横力負荷装置
１７１    電動アクチュエータ        １７１ａ  ロードセル
１７２    支柱
Ｒ    レール                        Ｗ    ワイヤ
【図１】
0005504204.tif 000002
【図２】
0005504204.tif 000003
【図３】
0005504204.tif 000004
【図４】
0005504204.tif 000005
【図５】
0005504204.tif 000006
【図６】
0005504204.tif 000007
【図７】
0005504204.tif 000008
【図８】
0005504204.tif 000009
【図９】
0005504204.tif 000010
【図１０】
0005504204.tif 000011
【図１１】
0005504204.tif 000012
【図１２】
0005504204.tif 000013