(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道に沿って走行可能な車輪を有する車体フレームと、該車体フレームの前後方向ほぼ中央部に軸ばねを介して装着された左右の軸受と、該軸受に回転自在に支持された車輪軸と、該車輪軸に固結された左右の載荷車輪と、前記車輪軸方向に対して軌道側に傾斜した方向に向け左右に配置したアクチュエータにて同一の荷重で押し引きすることにより前記載荷車輪に発生する転倒モーメントを打ち消すように前記車輪軸の端部に荷重を付与する横圧加振装置とを具えたことを特徴とする移動式載荷試験車。
【請求項２】
請求項１において、前記横圧加振装置による荷重の付与方向を、前記車輪軸の端部の荷重入力点と、前記左右の載荷車輪と前記軌道との接触部を結ぶ水平線の中間点とを通る傾斜線に沿った方向としたことを特徴とする移動式載荷試験車。
【請求項３】
請求項１または２において、前記横圧加振装置を構成する左右のアクチュエータを前記左右の載荷車輪の側方に傾斜して配設したことを特徴とする移動式載荷試験車。
【請求項４】
請求項１または２において、前記横圧加振装置を構成する左右のアクチュエータを前記左右の載荷車輪の上方に配設し、該アクチュエータはリンク機構を介して前記車輪軸の端面に荷重を付与することを特徴とする移動式載荷試験車。
【請求項５】
請求項４において、前記リンク機構は、上下のアームを有する回動軸と、前記アクチュエータ該上部アームとを連結する上部連結リンクと、前記車輪軸の端部と前記下部アームとを連結する下部連結リンクとを有し、該下部連結リンクを傾斜して配設したことを特徴とする移動式載荷試験車。
【請求項６】
請求項１または２において、前記載荷車輪に対して鉛直方向の荷重を付与する輪重加振装置を設けたことを特徴とする移動式載荷試験車。
【請求項７】
請求項１または２において、前記車体フレームに昇降フレームが昇降自在に支持され、該昇降フレームに前記載荷車輪と前記輪重加振装置と前記横圧加振装置が装着されたことを特徴とする移動式載荷試験車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、列車走行を模擬し、軌道を起振すると共にこの軌道に作用する起振荷重を検出することで、この軌道の振動評価や軌道材料及び構造の評価を行う移動式載荷試験車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の高速化においては既存設備の活用が前提となるため、速度向上による軌道から地盤までの影響を十分に検討する必要がある。このような軌道から地盤への影響の検討項目として、最終的には列車走行に伴う地盤振動の評価を行い、この地盤振動を悪化させないように車両側や軌道側に工夫を施すことが考えられる。車両側の工夫としては軸重や車両の軸ばね特性を変更した車両を走行する等がある。一方、軌道側の工夫としては軌道ばね係数を変更した軌道を敷設して実車両を走行させていた。
【０００３】
従来の移動式載荷試験車としては、例えば、特開2001−241946号公報に開示されたものがある。この公報に開示された「軌道特性試験車」は、車体の下部にばね装置を介してサブフレームを設け、このサブフレームの下部にころを介して台車枠を設け、この台車枠の下部にころを介して支持枠を設け、車体と支持枠との間に引上シリンダを架設し、この支持枠に載荷輪及び載荷シリンダを設ける一方、台車枠と載荷輪との間をてこで連結し、台車枠とてこの中間部荷の間に左右載荷シリンダを設けたものである。
【０００４】
従って、車両の走行中に載荷シリンダにより載荷輪を介してレールに鉛直方向の荷重を付与し、レールの変位を光式検出計で検出すると共に、左右載荷シリンダにより載荷輪を介してレールに横方向の荷重を付与することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の「軌道特性試験車」にあっては、車体の下部にばね装置を介してサブフレーム、台車枠、支持枠を設け、この支持枠に載荷輪及び載荷シリンダを設ける一方、載荷輪から台車枠に対して前方に向けててこを架設して左右載荷シリンダを設けており、各載荷シリンダの支持構造が複雑となって装置の大型化及び大重量化を招いてしまうという問題がある。また、左右載荷シリンダはてこを介して車軸に軸方向の荷重を付与しているため、載荷輪には横圧と共に転倒モーメントが発生して輪重が作用することとなり、高精度な試験を実施することができないという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するものであって、軌道に対して横圧を適正に付与することで軌道や地盤振動を高精度に検出可能とした移動式載荷試験車を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の移動式載荷試験車は、軌道に沿って走行可能な車輪を有する車体フレームと、該車体フレームの前後方向ほぼ中央部に軸ばねを介して装着された左右の軸受と、該軸受に回転自在に支持された車輪軸と、該車輪軸に固結された左右の載荷車輪と、前記車輪軸方向に対して軌道側に傾斜した方向に向け左右に配置したアクチュエータにて同一の荷重で押し引きすることにより前記載荷車輪に発生する転倒モーメントを打ち消すように前記車輪軸の端部に荷重を付与する横圧加振装置とを具えたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明の移動式載荷試験車では、前記横圧加振装置による荷重の付与方向を、前記車輪軸の端部の荷重入力点と、前記左右の載荷車輪と前記軌道との接触部を結ぶ水平線の中間点とを通る傾斜線に沿った方向としたことを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明の移動式載荷試験車では、前記横圧加振装置を構成する左右のアクチュエータを前記左右の載荷車輪の側方に傾斜して配設したことを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明の移動式載荷試験車では、前記横圧加振装置を構成する左右のアクチュエータを前記左右の載荷車輪の上方に配設し、該アクチュエータはリンク機構を介して前記車輪軸の端面に荷重を付与することを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明の移動式載荷試験車では、前記リンク機構は、上下のアームを有する回動軸と、前記アクチュエータ該上部アームとを連結する上部連結リンクと、前記車輪軸の端部と前記下部アームとを連結する下部連結リンクとを有し、該下部連結リンクを傾斜して配設したことを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明の移動式載荷試験車では、前記載荷車輪に対して鉛直方向の荷重を付与する輪重加振装置を設けたことを特徴としている。
【００１３】
請求項７の発明の移動式載荷試験車では、前記車体フレームに昇降フレームが昇降自在に支持され、該昇降フレームに前記載荷車輪と前記輪重加振装置と前記横圧加振装置が装着されたことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１に本発明の一実施形態に係る移動式載荷試験車における起振台車の下部正面視、図２に本実施形態の起振台車の下部平面視、図３に本実施形態の起振台車の下部背面視、図４に図２のIV−IV断面、図５に図４のＶ−Ｖ断面、図６に空気ばねによる懸架剛性の変更機構を表す図３のVI部詳細、図７に軸ばねによる懸架剛性の変更機構を表す図４のVII−VII断面、図８に本実施形態の載荷台車の要部正面視、図９に図８のIX−IX断面、図１０に図８のＸ−Ｘ断面、図１１に図１０のXI−XI断面、図１２に載荷台車における横圧載荷機構を表す概略、図１３に載荷フレームのロック機構を表す図１０のXIII部詳細、図１４に本実施形態の移動式載荷試験車の概略を示す。
【００１６】
本実施形態の移動式載荷試験車は、図１４に示すように、牽引車１１と機器搭載車１２，１３と走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６とにより構成されている。牽引車１１は運転者が乗車して運転操作を行うことで前進及び後退が可能となっている。機器搭載車１２，１３は牽引車１１により牽引されて走行可能であり、機器搭載車１２には各種機器の油圧源が搭載され、機器搭載車１３には各種機器の制御装置が搭載されている。そして、走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６は牽引車１１により牽引されて走行可能であり、後述するが、載荷台車１５には走行中に軌道を鉛直方向及び水平方向に起振する起振手段が装着され、起振台車１６には停止中に軌道を鉛直方向に起振する起振手段が装着されている。
【００１７】
この場合、走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６はそれぞれ別々に製造され、走行台車１４の後端部に形成されたフランジ部１４ａと載荷台車１５の前端部に形成されたフランジ部１５ａとがボルトにより着脱自在に締結されており、また、載荷台車１５の後端部に形成されたフランジ部１５ｂと起振台車１６の前端部に形成されたフランジ部１６ａとがボルトにより着脱自在に締結されている。従って、起振台車１６を載荷台車１５から外して他の自走可能な車両に連結することで、この起振台車１６を単独で走行して使用可能となっている。
【００１８】
一方、軌道１７は地盤１８上に敷設されているが、一般には、路盤上に道床バラストを敷き詰め、その上に多数の枕木を並べ、この枕木に掛け渡すように左右一対のレールを敷設しており、軌道１７の詳細な敷設構造についての説明は省略する。
【００１９】
ここで、走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６の詳細な構造について説明する。なお、この走行台車１４と載荷台車１５と起振台車１６は左右ほぼ対称な構造となっており、一方のみ説明して他方には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００２０】
走行台車１４において、車体フレーム２１の下部には空気ばね２２を介して前後に長い台車枠２３が装着されており、この台車枠２３の前下部と後下部には軸ばね２４及び軸ダンパ２５を介して軸受２６が支持されており、前後の軸受２６には走行車輪２７が回転自在に装着されている。
【００２１】
また、起振台車１６において、図１乃至図５に示すように、車体フレーム３１の左右下部にはそれぞれ空気ばね３２を介して前後に長い左右一対の台車枠３３が装着されており、中間部が連結枠３４により連結されている。各台車枠３３の前下部には前後の軸ばね３５を介して軸受３６が支持されると共に、台車枠３３と軸受３６との間には軸ダンパ３７が介装されている。そして、左右の軸受３６には車輪軸３８が貫通して回転自在に支持されており、この車輪軸３８の左右端部には走行車輪３９が固結されている。
【００２２】
各台車枠３３の後下部には前後の軸ばね４１を介して慣性マス４２が支持されている。この慣性マス４２は、左右の軸ばね４１のためのばね受部材４３と慣性マス本体４４とが連結フレーム４５により一体に連結されて構成されている。この慣性マス本体４４上には所定重量のウエイト４６が複数のボルト４７により固定されると共に、中間部に所定重量のウエイト４８を搭載して複数のボルト４９により固定可能となっており、試験条件に合わせて荷重を調整可能となっている。また、左右の台車枠３３と慣性マス４２の各ばね受部材４３との間には軸ダンパ５０が介装されている。
【００２３】
慣性マス４２における左右のばね受４１に隣接する連結フレーム４５に軌道１７を起振させる起振装置５１が設けられている。即ち、連結フレーム４５には上下起振用アクチュエータ５２が固定されており、このアクチュエータ５２から下方に延出する駆動ロッド５３の先端部には取付治具５４が固定され、この取付治具５４に載荷治具５５が装着されている。この載荷治具５５は軌道１７と接触する下面が走行車輪３９と同心の円弧形状をなし、且つ、この走行車輪３９とほぼ同様の断面形状をなしており、上部が取付治具５４の取付孔に嵌入してボルト締結されることで着脱自在となっている。そして、この取付治具５４に軌道１７に作用する荷重を検出する検出手段としてのロードセル５６が設けられている。
【００２４】
取付治具５４の外周部には雄ねじ５７が形成される一方、連結フレーム４５には雌ねじ部５８が形成されており、載荷治具５５を上昇させたときに、取付治具５４の雄ねじ５７が連結フレーム４５の雌ねじ部５８に螺合することで、載荷治具５５（取付治具５４）を上昇位置で仮固定する（治具ロック手段）することができる。
【００２５】
従って、起振装置５１は、アクチュエータ５２により駆動ロッド５３を駆動し、取付治具５４を介して載荷治具５５を軌道１７に対して鉛直方向に押圧することで、この軌道１７を起振させることができ、このとき、ロードセル５６が軌道１７に発生する振動を輪重として検出することができる。
【００２６】
また、起振装置５１の前方及び後方には箱型形状をなす前後のハウジング５９が連結フレーム４５にそれぞれ固定されている。この各ハウジング５９は下方が開口して内部にライナ６０を介して昇降枠６１がそれぞれ昇降自在に嵌合しており、各昇降枠６１に車輪軸６２を介して走行補助輪６３が回転自在に装着されている。そして、ハウジング５９の上部には上下方向に沿ってねじ軸６４が螺合し、このねじ軸６４の上端部には操作ハンドル６５が取付けられる一方、ねじ軸６４の下端部は昇降枠６１に連結されている。
【００２７】
この場合、慣性マス４２の左右側部にて、起振装置５１の前後に走行補助輪６３が配設されると共に外側に軸ばね４１が配設されており、この起振装置５１と走行補助輪６３と軸ばね４１とはほぼ水平方向に並設されている。
【００２８】
従って、ハウジング５９に対して昇降枠６１が最下方位置に下降したときには、走行補助輪６３が軌道１７に接触して転動することができ、前述した起振装置５１のアクチュエータ５２を駆動して載荷治具５５を軌道１７に接触させるときには、操作ハンドル６５を回転操作してハウジング５９に対して昇降枠６１を上昇し、走行補助輪６３を最上方位置に位置させて軌道１７と離間させることができる。
【００２９】
なお、起振装置５１と走行補助輪６３と軸ばね４１との位置関係並びに作用を明確に説明するため、図４及び図５では、進行方向右側の起振装置５１を上昇して走行補助輪６３を下降させ、進行方向左側の起振装置５１を下降して走行補助輪６３を上昇して表している。
【００３０】
ところで、この起振台車１６では、サスペンションとして空気ばね３２及び軸ばね３５，４１を適用しているが、懸架剛性（空気ばね剛性、軸ばね剛性）を変更して走行特性を調整できるように、少なくとも空気ばね３２あるいは軸ばね３５，４１の一方の機能を停止可能とするばね殺し機構を有している。
【００３１】
車体フレーム３１の下部には起振台車１６の走行方向と直交する方向に左右及び前後一対のガイドレール６６が固定されており、この各ガイドレール６６にはスライドガイド６７が移動自在に嵌合し、このスライドガイド６７にテーパ面を有するコ字形状をなすスライドブロック６８が固定されている。そして、車体フレーム３１の下部には各ガイドレール６６に対応して油圧シリンダ６９が垂設されており、駆動ロッド７０の先端部がスライドブロック６８に連結されている。
一方、台車枠３３の上部には固定ブロック７１が固定されており、先端部にスライドブロック６８が係止可能なテーパ面を有する係止突起７２が形成されている。また、車体フレーム３１の下部には調心用ガイド７３が垂下して固定されている。
【００３２】
従って、空気ばね３２には図示しない流量調整弁を有するエア給排管を介してエア源が接続されており、この流量調整弁を調整して空気ばね３２内のエアを全て排出すると、台車枠３３に対して車体フレーム３１が下降することとなり、このとき、車体フレーム３１は調心用ガイド７３が固定ブロック７１にガイドされることで、調心されながら下降する。そして、この状態で油圧シリンダ６９を伸長してスライドガイド６７をガイドレール６６に沿って前進すると、スライドブロック６８が固定ブロック７１の係止部７２に係止し、台車枠３３に対して車体フレーム３１を一体に拘束することで、空気ばね３２のサスペンション機能を停止して懸架剛性を高めることができる。
【００３３】
また、図４及び図７に示すように、台車枠３３の後部にて各軸ばね４１はその上端部が台車枠３３の下面に固定された上部受座７４に支持され、下端部は慣性マス４２を構成するばね受部材４３に固定された下部受座７５に支持されている。このばね受部材４３の下部には支持プレート７６が固定されており、この支持プレート７６には筒上のピストン７７が移動自在に嵌合したシリンダ７８が固定されており、両者の間には圧縮ばね７９が介在してシリンダ７８に対してピストン７７を上方に付勢している。そして、上部受座７４から軸ばね４１の中心部に垂下した支持部８０内には支持ロッド８１が貫通し、上端部が台車枠３３に連結され、下部はシリンダ７８及びピストン７７を貫通してその端部にストッパ８２が位置調節自在に装着されている。
【００３４】
従って、ピストン７７とシリンダ７８との間に油圧を供給すると、支持プレート７６に固定されたシリンダ７８に対してピストン７７が圧縮ばね７９に抗して下降するが、このピストン７７がストッパ８２に当接するとその移動が規制され、ピストン７７に対してシリンダ７８が上昇を開始する。すると、シリンダ７８と一体の支持プレート７６及びばね受部材４３が上昇することで、下部受座７５が軸ばね４１を押しつぶすことで、この軸ばね４１のサスペンション機能を停止して懸架剛性を高めることができる。
【００３５】
この起振台車１６の説明にて、走行補助輪６３のサスペンションとしての軸ばね４１の機能を停止するばね殺し機構として、ピストン７７、シリンダ７８、圧縮ばね７９、支持ロッド８１、ストッパ８２等を設けたが、このばね殺し機構は走行車輪３９のサスペンションとしての軸ばね３５にも装着されており、両者を同期して作用させることで、起振台車１６全体の懸架剛性を変更して走行特性を調整することができる。
【００３６】
一方、載荷台車１５において、図８乃至図１１に示すように、車体フレーム９１の中央部には収納凹部９２が設けられており、上部には架台９３が３本架設され、前後の側壁９４には上下方向に沿ったガイドレール９５が複数固定されている。車体フレーム９１の収納凹部９２には中空箱型形状の載荷フレーム９６が配設され、前端部及び後端部に固定された複数のリニアガイド９７が各ガイドレール９５に移動自在に嵌合している。
【００３７】
架台９３の中央部には電動機９８が搭載され、この電動機９８の出力軸９９は第１ギヤボックス100に連結され、２つの連結軸101を介して第２ギヤボックス102に連結され、更に、４つの連結軸103をウォームギヤ104が固結されている。そして、架台９３の四方にはウォームホイール105が回転自在に支持され、各ウォームギヤ104が噛み合っており、ウォームギヤ104の螺合する昇降ねじ軸106は下方に延設されている。一方、載荷フレーム９６の上面部の四方には吊り具107が固定されており、昇降ねじ軸106の下端部と吊り具107の上端部とが連結リンク108により連結されている。
【００３８】
この場合、図１３に詳細に示すように、昇降ねじ軸106の下端部と連結リンク108の上端部とは連結軸109により連結される一方、連結リンク108の下端部と吊り具107の上端部とは、吊り具107に形成された長孔110に連結リンク108に固定された連結軸111が嵌合することで、所定ストロークだけ移動可能に連結されている。そして、載荷フレーム９６の上面部には吊り具107に隣接してロックシリンダ112が固定され、駆動ロッドの先端部には上テーパ面113を有するロック片114が固結される一方、吊り具107に連結された連結リンク108の下端面には下テーパ面115が形成されている。
【００３９】
従って、電動機９８を駆動すると、その回転力が出力軸９９から第１ギヤボックス100、連結軸101、第２ギヤボックス102、連結軸103、ウォームギヤ104を介してウォームホイール105に伝達され、このウォームギヤ104に噛み合う昇降ねじ軸106が上下に移動する。そのため、この昇降ねじ軸106に連結リンク108及び吊り具107を介して連結された載荷フレーム９６を昇降することができる。この場合、電動機９８の駆動に拘らず、載荷フレーム９６は長孔110の距離だけ昇降することができるが、ロックシリンダ112を伸長駆動してロック片114を連結リンク108の下方に進入すると、ロック片114の上テーパ面113が連結リンク108の下テーパ面115を介して連結リンク108を押し上げ、載荷フレーム９６を昇降不能に拘束することができる。
【００４０】
また、架台９３と載荷フレーム９６との間には空気ばね116が介装されており、この空気ばね116には図示しない流量調整弁を有するエア給排管を介してエア源が接続され、この流量調整弁を調整して空気ばね116内のエア圧を変更することで空気ばね力を変更し、載荷フレーム９６による下方の押圧力を調整可能としている。なお、載荷フレーム９６は中空であるため、内部に所定重力のウエイト117を搭載可能となっており、試験条件に合わせてウエイト117の搭載量を変更し、載荷フレーム９６による下方の押圧力を調整可能としている。
【００４１】
載荷フレーム９６の下部には下向きコ字形状をなす台車フレーム118が締結されており、この台車フレーム118の左右側部には前後の軸ばね119を介して軸受120が支持されており、左右の軸受120には車輪軸121が貫通して回転自在に支持されており、この車輪軸121に左右の載荷車輪122が固結されている。そして、台車フレーム118にはこの載荷車輪122（軌道１７）に対して鉛直方向の荷重を付与する左右一対の輪重加振装置123が装着されると共に、載荷車輪122（軌道１７）に対して水平方向の荷重を付与する左右一対の横圧加振装置124が装着されている。
【００４２】
即ち、輪重加振装置123において、台車フレーム118には左右一対のアクチュエータ125が装着されており、駆動ロッド126が下方に伸縮駆動可能であり、先端部に取付治具127が固定されている。一方、車輪軸121には左右一対の載荷軸受128が相対回転可能で且つ軸方向に相対移動可能に装着されており、取付治具127が載荷軸受128に連結されている。そして、この取付治具127には軌道１７に発生する鉛直方向の振動（輪重）を検出する検出手段としてのロードセル129が設けられている。
【００４３】
従って、輪重加振装置123は、アクチュエータ125により駆動ロッド126を駆動し、取付治具127、載荷軸受128及び車輪軸121を介して載荷車輪122を鉛直方向に押圧することで、軌道１７を起振させることができ、ロードセル129が軌道１７に発生する振動を輪重として検出することができる。このとき、ロックシリンダ112のロック片114により連結リンク108を拘束していなければ、軌道１７には、載荷フレーム９６や台車フレーム118等の荷重だけを作用させることができる。
一方、ロックシリンダ112のロック片114により連結リンク108を拘束していれば、軌道１７には載荷台車１５の全重量を作用させることができる。
【００４４】
また、横圧加振機124において、台車フレーム118には左右一対のアクチュエータ130が装着されており、駆動ロッド131が外方に伸縮駆動可能であり、先端部に取付金具132が固定されている。一方、車輪軸121の左右端面には左右一対の取付金具133が固定されている。また、台車フレーム118の側部にはアクチュエータ130と車輪軸121の間に位置して鉛直方向に沿った回動軸134が支持筒135により回動自在に支持されている。この回動軸134の上下端部にはそれぞれ逆方向に延出する連結アーム136，137が取付けられており、アクチュエータ130の取付金具132が連結リンク138を介して上部連結アーム136に連結され、下部連結アーム137が連結リンク139を介して車輪軸121の取付金具133に連結されている。そして、この取付金具132には軌道１７に発生する水平方向の振動（横圧）を検出する検出手段としてのロードセル140が設けられている。
【００４５】
この場合、各連結アーム136，137と各連結リンク138，139との連結部には前後方向に所定量のガタ（図１１参照）が設けられており、アクチュエータ130の直線運動が回動軸134の回転運動に、また、この回動軸134の回転運動が車輪軸121の直線運動にスムースに変換できるようになっている。ここで、回動軸134、連結アーム136，137、各連結リンク138，139によりリンク機構が構成されることとなる。
【００４６】
また、横圧加振機124にて、各アクチュエータ130は回動軸134、連結アーム136，137、各連結リンク138，139等を介して車輪軸121を軸方向に押圧することで、軌道１７に横圧を付与するものであるが、アクチュエータ130の圧力が作用する車輪軸121の軸心と軌道１７が横圧を受ける載荷車輪122との接触点とではその位置が異なるため、車輪軸121及び載荷車輪122に回転する方向の無駄な荷重が作用してしまう。そこで、アクチュエータ130の圧力が車輪軸121に対して適正に入力することで、車輪軸121及び載荷車輪122に回転する方向の無駄な荷重が作用しないようにしている。
【００４７】
即ち、図１２に示すように、車両の左右方向をｙ、上下方向をｚ、回転方向をθとし、図１２にて左側のアクチュエータ130を伸長して右側のアクチュエータ130を収縮して、回動軸134、連結アーム136，137、各連結リンク138，139等を介して車輪軸121に右方向の軸荷重を作用させたとする。ここで、右側のアクチュエータ130から車輪軸121に作用する力をｆ1y，ｆ1zとし、左側のアクチュエータ130から車輪軸121に作用する力をｆ2y，−ｆ2zとする。
【００４８】
また、車輪軸121の長さをＬ、載荷車輪122間の長さをl 、載荷車輪122と軌道１７との接点から車輪軸121の中心までの高さをＨとし、同一荷重にて伸長・収縮するとこの機構により
ｆ1y＝ｆ2y
ｆ2z＝ｆ1z
ｆ1z／ｆ1y＝ｆ2z／ｆ2y＝Ｈ／（Ｌ／２）
となる。更に、このときに右側の載荷車輪122と軌道１７との接点に作用する力をｆ1y，ｆ1zとし、左側の載荷車輪122と軌道１７との接点に作用する力をｆ2y，ｆ2zとする。
【００４９】
すると、ｙ方向の力の釣合いは以下のようになる。
ｆ1y＋ｆ2y＋Ｆ1y＋Ｆ2Y＝０
ｚ方向の力の釣合いは以下のようになる。
ｆ1z−ｆ2z＋Ｆ1Z＋Ｆ2Z＝０
軌道１７の高さの水平線と左右の載荷車輪122の中間点Ｃ回りのモーメントの釣合いは以下のようになる。
−Ｈ（ｆ1y＋ｆ2y）＋Ｌ／２（ｆ1z＋ｆ2z）＋１／２（Ｆ1Z−Ｆ2Z）＝０
【００５０】
従って、
Ｆ1y＋Ｆ2y＝−（ｆ1y＋ｆ2y）
Ｆ1Z＋Ｆ2Z＝０
Ｆ1Z−Ｆ2Z＝０
となり、
Ｆ1Z＝Ｆ2Z＝０
である。
【００５１】
即ち、アクチュエータ130を軌道１７側に向けて同一荷重にて伸長・収縮することにより、軌道１７へ横圧荷重を作用できると共に、軌道１７の垂直方向には荷重は発生しない。連結リンク139の取付角度θ1 ，θ2 を、取付金具133の連結点ＡまたはＢと、軌道１７の高さの水平線と左右の載荷車輪122の中間点Ｃとを通る直線の角度に設定することが一番望ましいが、必ずしも一致させずに角度を付けても同様に軌道１７の垂直方向の荷重の発生を抑制できる効果がある。
【００５２】
従って、横圧加振装置124は、図１２にて左側のアクチュエータ130を伸長して右側のアクチュエータ130を収縮して、各取付治具132、連結リンク138、連結アーム136、回動軸134、連結アーム137、連結リンク139、取付治具133を介して車輪軸121を右方向に押圧することで、右側の載荷車輪122を介して軌道１７を起振させることができ、ロードセル140が軌道１７に発生する振動を横圧として検出することができる。一方、図１２にて左側のアクチュエータ130を収縮して右側のアクチュエータ130を伸長すると、前述とは逆に、車輪軸121を左方向に押圧することで、左側の載荷車輪122を介して軌道１７を起振させてロードセル140により振動を横圧として検出することができる。
【００５３】
また、載荷台車１５にて、車体フレーム９１に昇降自在に支持された載荷フレーム９６に台車フレーム118を固定し、この台車フレーム118に輪重加振装置123及び横圧加振装置124の各アクチュエータ125，130を搭載したことで、この輪重加振装置123及び横圧加振装置124がユニット化され、装置がコンパクトとなって簡素化される。
【００５４】
なお、図１０に示すように、左右の載荷車輪122には歪ゲージ141が装着されており、この歪ゲージ141により載荷車輪122の歪を検出することで、この歪に基づいて軌道１７の輪重及び横圧を求めることができようになっている。この場合、ロードセル127，140と歪ゲージ141とを必要に応じて使い分けたり、相殺したりすることで高精度の試験を行うことができる。
【００５５】
ここで、上述した本実施形態の移動式載荷試験車による軌道特性試験方法について説明する。
【００５６】
まず、起振台車１６を用いて軌道特性試験を行う場合、試験を行う位置で牽引車１１を停止し、図示しないジャッキ等を用いて起振台車１６を所定の試験位置に位置決め固定する。この状態で、図１、図４、図５に示すように、起振装置５１のアクチュエータ５２を伸長し、取付治具５４を介して載荷治具５５を下降して軌道１７に接触させることで、この起振装置５１により起振台車１６の後方の荷重を支持する。一方、各操作ハンドル６５を回転操作してハウジング５９に対して昇降枠６１を上昇し、前後の走行補助輪６３を上方位置に位置させて軌道１７から離間させる。この状態で、起振装置５１のアクチュエータ５２により駆動ロッド５３を往復駆動し、取付治具５４を介して載荷治具５５を軌道１７に対して鉛直方向に押圧して起振させ、ロードセル５６は軌道１７に発生する振動を輪重として検出する。
【００５７】
このとき、試験条件に合わせてウエイト４６，４８の搭載量を調整して荷重を変更することで、多数の試験条件を設定することができる。
【００５８】
次に、載荷台車１５を用いて軌道特性試験を行う場合、試験を行う位置にて牽引車１１により走行速度を試験速度（例えば、５〜１０km/h）とする。この走行状態で、図８及び図１０に示すように、輪重加振装置123のアクチュエータ125により駆動ロッド126を往復駆動し、取付治具127、載荷軸受128、車輪軸121を介して載荷車輪122を鉛直方向に押圧して軌道１７を起振させ、ロードセル129は軌道１７に発生する振動を輪重として検出する。また、ロックシリンダ112を不作動として連結リンク108をフリーとすれば、軌道１７に載荷フレーム９６や台車フレーム118等の荷重だけを付与できる。一方、ロックシリンダ112を作動して連結リンク108を拘束すれば、軌道１７に載荷台車１５の全重量を付与できる。
【００５９】
また、このとき、空気ばね３２や軸ばね４１の機能を停止することで、起振台車１６の懸架剛性を変更して軌道特性試験を行うこともできる。即ち、空気ばね３２内のエアを排出して車体フレーム３１を下降すると共に、油圧シリンダ６９を伸長してスライドブロック６８により固定ブロック７１を係止し、台車枠３３に対して車体フレーム３１を拘束することで、空気ばね３２のサスペンション機能を停止して懸架剛性を高める。また、油圧の供給によりピストン７７に対してシリンダ７８を上昇して軸ばね４１を押しつぶすことで、この軸ばね４１のサスペンション機能を停止して懸架剛性を高める等、多種類の軌道特性試験を行うことができる。
【００６０】
また、連結リンク108をフリーとしたとき、空気ばね116内のエア圧を変更することで、載荷フレーム９６による軌道１７への押圧力を調整できる。更に、ウエイト117の搭載量を変更することで、載荷フレーム９６による下方の押圧力を調整できる。
【００６１】
また、載荷台車１５の走行状態で、横圧加振装置124のアクチュエータ130を往復駆動し、取付治具132、連結リンク138、連結アーム136、回動軸134、連結アーム137、連結リンク139、取付治具133を介して車輪軸121を軸方向に押圧し、載荷車輪122を介して軌道１７を起振させ、ロードセル140は軌道１７に発生する振動を横圧として検出する。
【００６２】
このように本実施形態の移動式載荷試験車にあっては、載荷台車１５の台車フレーム118に軸ばね119を介して軸受120を支持し、この軸受120に車輪軸121を介して載荷車輪122を装着し、台車フレーム118に載荷車輪122に対して鉛直方向の荷重を付与する輪重加振装置123を装着すると共に、載荷車輪122に対して回転軸方向の荷重を付与する左右一対の横圧加振装置124を装着し、横圧加振装置124は、車輪軸121の軸方向に対して軌道１７側に傾斜した方向に向けてこの車輪軸121の端部に荷重を付与するようにしている。
【００６３】
そして、横圧加振装置124にて左側のアクチュエータ130を伸長し、右側のアクチュエータ130を収縮することにより、回動軸134、連結アーム136，137、連結リンク138，139等を介して車輪軸121の左端部を軌道１７側に傾斜した方向に沿って軌道１７側に向けて押し付け、車輪軸121の右側の端部を軌道１７側に傾斜した方向に沿って軌道１７の反対側に向けて引っ張る。また、前述とは逆に、右左側のアクチュエータ130を伸長し、左側のアクチュエータ130を収縮することにより、回動軸134、連結アーム136，137、連結リンク138，139等を介して車輪軸121の右端部を軌道１７側に傾斜した方向に沿って軌道１７側に向けて押し付け、車輪軸121の左側の端部を軌道１７側に傾斜した方向に沿って軌道１７の反対側に向けて引っ張る。
【００６４】
従って、各アクチュエータ130の駆動力は、回動軸134、連結アーム136，137、各連結リンク138，139等を介して車輪軸121の端部に軸方向に対して軌道１７側に傾斜して作用するため、載荷車輪122に発生する転倒モーメントがアクチュエータ130の駆動力により打ち消され、載荷車輪122には横圧だけが作用することとなり、軌道１７に対して横圧を適正に付与して軌道１７や地盤１８の振動を高精度に起振することができる。
【００６５】
この場合、水平面に対するアクチュエータ130による駆動力入力角度（連結リンク139の取付角度θ1 ，θ2 ）を、車輪軸121の端部の荷重入力点Ａ，Ｂと、軌道１７と左右の載荷車輪122との接触部を結ぶ水平線の中間点Ｃとを通る直線の角度に設定することで、載荷車輪122に発生する転倒モーメントを確実になくすことができる。そして、アクチュエータ130が傾斜した連結リンク139を介して車輪軸121の端部に横圧を付与することで、この横圧により載荷車輪122が微小変形しても、連結リンク139の傾斜角度が変わることなく常時適正に横圧を付与することができる。
【００６６】
また、車輪軸121及び載荷車輪122の上方に輪重加振装置123及び横圧加振装置124の各アクチュエータ125，130が配設され、側方に横圧加振装置124のリンク機構（回動軸134、連結アーム136，137、各連結リンク138，139）が配設されることとなり、輪重加振装置123及び横圧加振装置124がユニット化されて装置がコンパクトとなって簡素化することができる。
【００６７】
更に、車体フレーム９１にリニアガイド９７により載荷フレーム９６を昇降自在に支持して電動機９８により昇降可能とすると共に、ロックシリンダ112により試験位置で車体フレーム９１と載荷フレーム９６を拘束可能としている。また、載荷フレーム９６に台車フレーム118を固定し、この台車フレーム118に前述した載荷車輪122、輪重加振装置123、横圧加振装置124等を装着している。
【００６８】
従って、軌道特性試験を行う場合には、電動機９８により載荷フレーム９６と共に台車フレーム118を下降することで、待機位置にある載荷車輪122を軌道に接触する試験位置に迅速且つ容易に移動することができ、作業性を向上することができると共に、この試験位置にて、ロックシリンダ112により載荷フレーム９６を車体フレーム９１に拘束可能であり、軌道１７に載荷フレーム９６や台車フレーム118等の荷重だけを作用させたり、軌道１７に載荷台車１５の全重量を作用させたりすることができる。また、非拘束とすることで、車体フレーム９１に発生する弾性振動が軌道１７に伝搬しない起振条件にて加振するなど、多種の軌道特性試験を実施することができる。
【００６９】
また、この車体フレーム９１に対する載荷フレーム９６の分離を長孔110及び連結軸111により構成すると共に、車体フレーム９１に対する載荷フレーム９６の拘束をロックシリンダ112及びロック片114により構成することで、簡単な構造で多種の軌道特性試験を実施することができる。更に、この載荷フレーム９６の重量を空気ばね116内のエア圧やウエイト117の搭載量を変更することで、調整することで、軌道への載荷荷重を容易に調整することができる。
【００７０】
なお、上述した実施形態では、横圧加振装置124のアクチュエータ130は、回動軸134などのリンク機構を介して車輪軸121の軸方向に傾斜した荷重を付与するようにしたが、このリンク機構を用いずにアクチュエータ130により直接傾斜した荷重を付与してもよい。
【００７１】
図１５に本発明の他の実施形態に係る移動式載荷試験車における載荷台車の横圧載荷機構を表す概略を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７２】
本実施形態の移動式載荷試験車における載荷台車201において、図１５に示すように、載荷フレーム９６の下部には台車フレーム202が締結されており、この台車フレーム202の左右側部には前後の軸ばね（図示略）を介して軸受120が支持され、この軸受120により車輪軸121が回転自在に支持され、左右の載荷車輪122が固結されている。そして、台車フレーム202に輪重加振装置123を構成する左右一対のアクチュエータ125が装着されており、駆動ロッド126が取付治具127を介して載荷軸受128に連結されている。
【００７３】
また、台車フレーム202の両側部には取付フランジ203がそれぞれ形成されており、左右の取付フランジ203には横圧加振装置204を構成する左右一対のアクチュエータ130が装着されており、駆動ロッド131に固定された取付金具132と車輪軸121の左右端面に固定されたは取付金具133とが連結軸205により回動自在に連結されている。この場合、各アクチュエータ130の取付角度θ1 ，θ2 は、前述の実施形態と同様に、連結軸204の中心点（車輪軸121の端部の荷重入力点）ＡまたはＢと、軌道１７の高さの水平線（左右の載荷車輪122と軌道１７との接触部を結ぶ水平線）と左右の載荷車輪122の中間点Ｃとを通る直線の角度に設定されている。
【００７４】
従って、横圧加振装置204は、図１５にて左側のアクチュエータ130を伸長して右側のアクチュエータ130を収縮して、各取付治具132，133及び連結軸205を介して車輪軸121を右方向に押圧することで、右側の載荷車輪122を介して軌道１７を起振させることができる。一方、図１５にて左側のアクチュエータ130を収縮して右側のアクチュエータ130を伸長すると、前述とは逆に、車輪軸121を左方向に押圧することで、左側の載荷車輪122を介して軌道１７を起振させることができる。
【００７５】
このように本実施形態の移動式載荷試験車にあっては、台車フレーム202に載荷車輪122に対して鉛直方向の荷重を付与する輪重加振装置123と、載荷車輪122に対して回転軸方向の荷重を付与する横圧加振装置204とを装着し、横圧加振装置204は、アクチュエータ130が車輪軸121の軸方向に対して軌道１７側に傾斜した方向に向けてこの車輪軸121の端部に直接荷重を付与するようにしている。従って、載荷車輪122に発生する転倒モーメントがアクチュエータ130の駆動力により打ち消され、載荷車輪122には横圧だけが作用することとなり、軌道１７に対して横圧を適正に付与して軌道１７や地盤１８の振動を高精度に検出することができる。また、リンク機構を不要として構造の簡素化並びに小型軽量化を図ることができる。
【００７６】
なお、上述した実施形態では、車体フレーム９１に対して電動機９８やウォームギヤ104、ウォームホイール105等を用いて載荷フレーム９６を昇降可能としたが、複数の電動機により昇降ねじ軸を直接回転可能としたり、油圧ジャッキを用いても良いものである。また、分離機構を長孔110及び連結軸111により構成し、拘束手段をロックシリンダ112及びロック片114により構成したが、この構成に限定されるものではない。
【００７７】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明の移動式載荷試験車によれば、軌道に沿って走行可能な車輪を有する車体フレームの前後方向ほぼ中央部に軸ばねを介して左右の軸受を装着し、軸受に車輪軸を回転自在に支持し、車輪軸に左右の載荷車輪を固結し、車輪軸方向に対して軌道側に傾斜した方向に向け左右に配置したアクチュエータにて同一の荷重で押し引きすることにより載荷車輪に発生する転倒モーメントを打ち消すように車輪軸の端部に荷重を付与する横圧加振装置を設けたので、横圧加振装置の荷重は車輪軸の端部に軸方向に対して軌道側に傾斜して作用するため、載荷車輪に発生する転倒モーメントが横圧加振装置の付与荷重により打ち消され、載荷車輪には横圧だけが作用することとなり、軌道に対して横圧を適正に付与して軌道や地盤を高精度に起振することができる。
【００７８】
請求項２の発明の移動式載荷試験車によれば、横圧加振装置による荷重の付与方向を、車輪軸の端部の荷重入力点と、左右の載荷車輪と軌道との接触部を結ぶ水平線の中間点とを通る傾斜線に沿った方向としたので、載荷車輪に発生する転倒モーメントを確実になくすことができる。
【００７９】
請求項３の発明の移動式載荷試験車によれば、横圧加振装置を構成する左右のアクチュエータを左右の載荷車輪の側方に傾斜して配設したので、アクチュエータが車輪軸の端部に直接荷重を付与することで、リンク機構などを不要として構造の簡素化並びに小型軽量化を図ることができる。
【００８０】
請求項４の発明の移動式載荷試験車によれば、横圧加振装置を構成する左右のアクチュエータを左右の載荷車輪の上方に配設し、アクチュエータはリンク機構を介して車輪軸の端面に荷重を付与するので、リンク機構の構成部材を軌道側に傾斜することで、アクチュエータはこの傾斜したリンク構成部材を介して車輪軸の端部に荷重を付与することとなり、この荷重により載荷車輪が微小変位しても傾斜角度が変わることなく常時適正に荷重を付与することができる。
【００８１】
請求項５の発明の移動式載荷試験車によれば、リンク機構を、上下のアームを有する回動軸と、アクチュエータ上部アームとを連結する上部連結リンクと、車輪軸の端部と下部アームとを連結する下部連結リンクとで構成し、下部連結リンクを傾斜して配設したので、アクチュエータの駆動力を車輪軸の端部に傾斜した方向に変換して確実に伝達することができる。
【００８２】
請求項６の発明の移動式載荷試験車によれば、載荷車輪に対して鉛直方向の荷重を付与する輪重加振装置を設けたので、一つの装置で軌道の輪重と横圧を同時の検出することができ、作業性を向上することができる。
【００８３】
請求項７の発明の移動式載荷試験車によれば、車体フレームに昇降フレームを昇降自在に支持し、昇降フレームに載荷車輪と輪重加振装置と横圧加振装置を装着したので、昇降フレームを下降することで載荷車輪と輪重加振装置と横圧加振装置をを軌道に接触する試験位置に迅速且つ容易に移動することができ、作業性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る移動式載荷試験車における起振台車の下部正面図である。
【図２】本実施形態の起振台車の下部平面図である。
【図３】本実施形態の起振台車の下部背面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】空気ばねによる懸架剛性の変更機構を表す図３のVI部詳細図である。
【図７】軸ばねによる懸架剛性の変更機構を表す図４のVII−VII断面図である。
【図８】本実施形態の載荷台車の要部正面図である。
【図９】図８のIX−IX断面図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】図１０のXI−XI断面図である。
【図１２】載荷台車における横圧載荷機構を表す概略図である。
【図１３】載荷フレームのロック機構を表す図１０のXIII部詳細図である。
【図１４】本実施形態の移動式載荷試験車の概略図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る移動式載荷試験車における載荷台車の横圧載荷機構を表す概略図である。
【符号の説明】
１１  牽引車
１２，１３  機器搭載車
１４  走行台車
１５，201   載荷台車
１６  起振台車
１７  軌道
１８  地盤
９１  車体フレーム
９６  載荷フレーム（昇降フレーム）
９７  リニアガイド
116   空気ばね
118 ，202   台車フレーム（昇降フレーム）
119   軸ばね
121   車輪軸
122   載荷車輪
123   輪重加振装置
124 ，202   横圧加振装置
125   アクチュエータ
128   載荷治具
129   ロードセル
130   アクチュエータ
134   回動軸（リンク機構）
136 ，137   連結アーム（リンク機構）
138 ，139   連結リンク（リンク機構）
129   ロードセル
140   ロードセル
141   歪センサ
【図１】
0003702252.tif 000002
【図２】
0003702252.tif 000003
【図３】
0003702252.tif 000004
【図４】
0003702252.tif 000005
【図５】
0003702252.tif 000006
【図６】
0003702252.tif 000007
【図７】
0003702252.tif 000008
【図８】
0003702252.tif 000009
【図９】
0003702252.tif 000010
【図１０】
0003702252.tif 000011
【図１１】
0003702252.tif 000012
【図１２】
0003702252.tif 000013
【図１３】
0003702252.tif 000014
【図１４】
0003702252.tif 000015
【図１５】
0003702252.tif 000016