(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験用に設けられた試験軌道と、
前記試験軌道に列車の静荷重に相当する荷重を付加するための静荷重付加用重錘と、
前記試験軌道に起振力を付加する駆動周波数可変の起振部と、を備えた列車走行荷重模擬起振機であって、
前記起振部の駆動周波数が変化しても前記起振部を介して前記試験軌道に付加される起振力を一定に保持する起振力保持手段を有し、
前記起振部は、
軸、該軸に固定した固定偏心重錘、該軸に回動可能に設けた可動偏心重錘を有する不平衡重錘と、
該不平衡重錘を回転させる駆動機と、
該不平衡重錘の回転時に前記可動偏心重錘と前記固定偏心重錘との相対的位相角度を変更させる位相角度変更手段と、
を備え、前記駆動機により回転される前記不平衡重錘の遠心力で前記試験軌道に対する起振力を発生させるよう構成されており、
前記起振力保持手段は、
前記不平衡重錘の回転周波数が変化しても前記不平衡重錘が発生する起振力が一定となるよう前記位相角度変更手段を動作させて前記可動偏心重錘と前記固定偏心重錘との相対的位相角度を調整するものであり、
前記起振力保持手段は、
前記不平衡重錘の回転周波数を検出する周波数検出手段と、
前記不平衡重錘が発生する起振力を一定に保つための前記回転周波数と前記相対的位相角度との関係をマップデータとして記憶する記憶手段と、
前記周波数検出手段にて検出された回転周波数から、前記記憶手段に記憶されたマップデータを用いて当該回転周波数に対応する相対的位相角度を決定し、該相対的位相角度となるよう前記位相角度変更手段を動作させる位相角度設定手段と、
を有し、
前記列車走行荷重模擬起振機は、
前記可動偏心重錘と前記固定偏心重錘との相対的位相角度を前記可動偏心重錘と前記固定偏心重錘とが隣接する最小のものに設定した後、該相対的位相角度を維持しながら前記駆動機を介して前記不平衡重錘の回転を開始させる初期動作設定手段と、
前記駆動機により回転される前記不平衡重錘が発生する起振力の大きさを検出する起振力検出手段と、
回転を開始した前記不平衡重錘の回転周波数が増大し、前記起振力検出手段にて検出される起振力が予め定められた値に達すると、前記不平衡重錘の前記回転周波数に応じた前記相対的位相角度の設定動作を行わしめる前記位相角度設定手段による制御を開始させる制御開始手段と、
を有することを特徴とする列車走行荷重模擬起振機。
【請求項２】
前記位相角度変更手段は、
前記固定偏心重錘を固定する軸の軸方向に移動可能な中間部材と、
該中間部材の前記軸方向の移動を前記可動偏心重錘の前記軸に対する回動に変換する変換手段と、
前記中間部材を前記軸方向に移動させることで、前記変換手段にて前記可動偏心重錘を前記軸に対して回動させ、前記可動偏心重錘と前記固定偏心重錘との相対的位相角度を変更させる中間部材移動手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の列車走行荷重模擬起振機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、列車走行を模擬した起振機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鉄道車両（列車）の走行時に、列車から、軌道及び該軌道を支持する部材を有する試験軌道、及びその下の路盤までの部材からなる系に伝播する振動の特性、該振動に対する軌道部材等の耐久性を確認することは、列車の高速化等を図る上で重要なことであると認識されている。
【０００３】
このような諸特性を把握するためには、実車両を用いた営業線における走行試験を行うことが考えられるが、このような手法では、気象変化に伴う土質条件や軌道条件などの条件を再現性良く一定に保つのが困難であることや、多数回の試験を行うことが営業線を使うことから困難であること等の問題がある。
【０００４】
そこで、従来より、このような問題を解決すべく、列車走行時に軌道に作用する荷重（列車走行荷重）を模擬した起振機（列車走行荷重模擬起振機）を使用することが行われている。
この起振機は、試験用に設けられた軌道及び該軌道を支持する部材といった各種の軌道部材からなる試験軌道と、該試験軌道に列車の静荷重に相当する荷重を付加するための静荷重付加用重錘と、列車の車輪の通過時に軌道に作用する荷重を模擬するべく該試験軌道に上下方向の起振力を付加する駆動周波数可変の起振部と、を備えている。
【０００５】
このうち、軌道は、平行に配置された長さ１０ｍ程度の２本のレールとして構成され、軌道を支持する部材は、該軌道を支持する一本のまくらぎ、該まくらぎに軌道を締結するレール締結装置、道床、バラストマット等を有するものとして構成されている。また、静荷重付加用重錘は、上記２本のレールの軸方向の両端部分に取り付けられた重錘として構成されている。
【０００６】
そして、起振部は、いわゆる二軸反転不平衡重錘加振方式のものとして構成され、軌道に当接するよう配置されている。即ち、略水平に配設された２つの不平衡重錘を同期させた状態で互いに反対方向に回転させることによって水平方向の遠心力を打ち消させて上下方向の遠心力のみで起振力を発生させることにより、試験軌道上を列車の車輪が通過した時の荷重を模擬できるよう構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の列車走行荷重模擬起振機では、不平衡重錘の駆動周波数（回転周波数）を変化させると、発生される起振力もそれに応じて変化してしまうよう起振部が構成されていた。そのため、起振部が駆動された際に試験軌道を有する地上側の系に起こる振動の振幅等が起振部の駆動周波数に応じて当然に変化し、当該地上側の系の周波数特性（共振周波数等）を正確に確認することができないという問題があった。
【０００８】
また、起振部から試験軌道に付加される起振力を一定にしながらも起振部の回転周波数を増大させる他の種々の試験、例えば、短時間で列車の車輪が多数回試験軌道上を通過した時に試験軌道に作用する荷重を模擬する促進試験も正確に行うことができないという問題があった。
【０００９】
具体的には、まず、列車走行荷重模擬起振機では、起振部が発生する１周期分の起振力（１回の上下方向振動に相当）が列車の車輪１回の通過に対応するものとして試験軌道に付加されるところ、短時間で列車の車輪が多数回試験軌道上を通過した時の荷重を模擬するためには、起振部の回転周波数を高くする必要がある。
【００１０】
しかし、従来の列車走行荷重模擬起振機では、起振部の回転周波数を高くする過程においては、上述のように起振部から付加される起振力が一定のものとならないことから、その間においては、起振部が発生する各周期毎の起振力が列車の車輪通過時の荷重を正確に模擬したものとはならない、即ち、結果的に上記促進試験を正確に行えないという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、試験軌道を有する地上側の系の周波数特性を把握するための試験、或いは短時間で列車の車輪が多数回試験軌道上を通過した時の荷重を模擬する促進試験を好適に実施することが可能な列車走行荷重模擬起振機を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
かかる目的を達成するため、本発明の列車走行荷重模擬起振機は、
試験用に設けられた試験軌道と、
前記試験軌道に列車の静荷重に相当する荷重を付加するための静荷重付加用重錘と、
前記試験軌道に起振力を付加する駆動周波数可変の起振部と、を備えた列車走行荷重模擬起振機であって、
前記起振部の駆動周波数が変化しても前記起振部を介して前記試験軌道に付加される起振力を一定に保持する起振力保持手段を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の列車走行荷重模擬起振機によれば、営業線ではなく試験用に設けられた試験軌道を用いているため、軌道条件の再現性が高く評価の確度が高い上、多数回試験を行うことも容易であるという従来の列車走行荷重模擬起振機と同様の効果が得られる。
【００１４】
また、本発明の列車走行荷重模擬起振機は、起振力保持手段を備えているため、起振部を介して試験軌道に付加される起振力を一定に保持しつつ起振部の駆動周波数を変化させることができる。
従って、このように駆動周波数を変化させていく際に、試験軌道を有する地上側の系の振動状態（振動の振幅等）の変化を見れば、振動状態の変化が起きる駆動周波数、即ち、当該地上側の系の共振周波数を正確に確認することができる。
【００１５】
また、本発明の列車走行荷重模擬起振機では、短時間で列車の車輪が多数回試験軌道上を通過した時に試験軌道に作用する荷重を模擬する促進試験を行うため起振部の駆動周波数を高くする過程でも、起振力保持手段により、試験軌道に付加される起振力（荷重に対応）を一定に保持できる。従って、従来のものに比べ、促進試験を正確に行えるという効果が得られる。
【００１６】
本発明の列車走行荷重模擬起振機において、起振部は、軸、該軸に固定した固定偏心重錘、該軸に回動可能に設けた可動偏心重錘を有する不平衡重錘と、該不平衡重錘を回転させる駆動機と、該不平衡重錘の回転時に可動偏心重錘と固定偏心重錘との相対的位相角度を変更させる位相角度変更手段と、を備え、駆動機により回転される不平衡重錘の遠心力で試験軌道に対する起振力を発生させるよう構成されており、起振力保持手段は、不平衡重錘の駆動周波数たる回転周波数が変化しても不平衡重錘が発生する起振力が一定となるよう位相角度変更手段を動作させて可動偏心重錘と固定偏心重錘との相対的位相角度を調整するものであっても良い。そして、この場合でも、上記と同様の効果が得られる。
【００１７】
また、この場合、起振力保持手段は、不平衡重錘の回転周波数を検出する周波数検出手段と、不平衡重錘が発生する起振力を一定に保つための上記回転周波数と上記相対的位相角度との関係をマップデータとして記憶する記憶手段と、周波数検出手段にて検出された回転周波数から、記憶手段に記憶されたマップデータを用いて当該回転周波数に対応する相対的位相角度を決定し、該相対的位相角度となるよう位相角度変更手段を動作させる位相角度設定手段と、を有するものであることが好ましい。
【００１８】
この場合は、不平衡重錘の回転周波数が変化しても、周波数検出手段により検出した不平衡重錘の回転周波数に基づき、記憶手段におけるマップデータを用いれば、起振力を一定にするために必要な可動偏心重錘と固定偏心重錘との相対的位相角度を容易且つ正確に決定及び設定できるという効果が得られる。
【００１９】
また、更に、可動偏心重錘と固定偏心重錘との相対的位相角度を可動偏心重錘と固定偏心重錘とが隣接する最小のものに設定した後、該相対的位相角度を維持しながら駆動機を介して不平衡重錘の回転を開始させる初期動作設定手段と、駆動機により回転される不平衡重錘が発生する起振力の大きさを検出する起振力検出手段と、回転を開始した不平衡重錘の回転周波数が増大し、起振力検出手段にて検出される起振力が予め定められた値に達すると、不平衡重錘の回転周波数に応じた上記相対的位相角度の設定動作を行わしめる上記位相角度設定手段による制御を開始させる制御開始手段と、を有するよう構成することが好ましい。
【００２０】
ここで、可動偏心重錘と固定偏心重錘との相対的位相角度が最小の状態とは、不平衡重錘の回転により発生する起振力が最大となる状態である。
従って、この場合は、不平衡重錘の回転が初期動作設定手段によって開始されると、当該回転の回転周波数が大幅に増大しないうちに、起振力検出手段にて検出される起振力が所定の値にまで容易に到達することになる。即ち、不平衡重錘から発生される起振力を短時間で所定の値にまで上昇させることができる。
【００２１】
また、このように起振力が所定値にまで上昇した後は、制御開始手段により位相角度設定手段による制御が開始されるので、不平衡重錘の回転周波数がその後変化しても、試験軌道に付加される起振力は所定値に保持されることになる。
つまり、本発明においても、不平衡重錘の回転開始から所定の時間の間は不平衡重錘の回転周波数が十分でないため、一定に保たれる対象たる起振力は予め定めた大きさとなるまで不平衡重錘の回転周波数の増大に伴い変化（増大）することになる。しかし、上記のように相対的位相角度を最小にして不平衡重錘を回転させれば、不平衡重錘の回転により発生する起振力が短時間で所定の大きさにまで達するので、不平衡重錘が回転し始めてから位相角度設定手段による制御が開始されるまでの起振力の変化する時間を短時間に抑えることができる。
【００２２】
一方、位相角度変更手段は、固定偏心重錘を固定する軸の軸方向に移動可能な中間部材と、該中間部材の上記軸方向の移動を可動偏心重錘の上記軸に対する回動に変換する変換手段と、中間部材を上記軸方向に移動させることで、上記変換手段にて可動偏心重錘を上記軸に対して回動させ、可動偏心重錘と固定偏心重錘との相対的位相角度を変更させる中間部材移動手段と、を備えるよう構成することが好ましい。
【００２３】
この場合、可動偏心重錘と固定偏心重錘との相対的位相角度は、中間部材の位置に対応したものとして設定される。そして、この相対的位相角度は、中間部材移動手段が駆動して中間部材が移動された際に変更される。
即ち、この位相角度変更手段では、中間部材移動手段が、上記相対的位相角度を変更するときだけ駆動すれば足りるため、効率良く相対的位相角度の変更・設定を行うことができるという効果が得られる。
【００２４】
また、一方、上述した本発明の列車走行荷重模擬起振機が行う起振方法によっても、上記本発明の列車走行荷重模擬起振機による効果に対応する効果を得ることができる。
例えば、試験用に設けられた試験軌道に対し、駆動周波数可変の起振力を付加できるよう構成された起振部を用いて、列車走行時に前記試験軌道に作用する荷重を模擬した起振力を付加する列車走行荷重模擬起振方法であって、起振部は、軸、該軸に固定した固定偏心重錘、該軸に回動可能に設けた可動偏心重錘を有する不平衡重錘と、該不平衡重錘を回転させる駆動機と、該不平衡重錘の回転時に可動偏心重錘と固定偏心重錘との相対的位相角度を変更させる位相角度変更手段と、を備え、駆動機により回転される不平衡重錘の遠心力で試験軌道に対する起振力を発生させるよう構成されており、不平衡重錘の駆動周波数たる回転周波数が変化しても不平衡重錘が発生する起振力が一定となるよう位相角度変更手段を動作させて可動偏心重錘と固定偏心重錘との相対的位相角度を調整することにより、前記起振部の駆動周波数が変化しても前記起振部を介して前記試験軌道に付加される起振力を一定に保持することを特徴とするものであれば、上記と同様、試験軌道を有する地上側の系の周波数特性を把握するための試験、或いは短時間で列車の車輪が多数回試験軌道上を通過した時の荷重を模擬する促進試験を好適に実施することができるという効果が得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図面と共に説明する。図１は、本実施例の列車走行荷重模擬起振機１の全体構成を示す概略図である。
本実施例の列車走行荷重模擬起振機１は、軌道１０と該軌道１０を支持する部材２０といった各種の軌道部材からなる試験軌道と、静荷重付加用重錘３０と、起振部４０と、コントローラ１２０と、データ収録装置１４０とを備えている。
【００２６】
軌道１０は、営業線とは別に試験用に敷設された軌道であり、平行に配置された長さ１０ｍ程度の２本のレールとして構成されている。
軌道１０を支持する部材２０は、軌道１０を支持する一本のまくらぎ１２と、該まくらぎ１２に軌道１０を締結するレール締結装置１４と、砕石を敷いてなるバラスト道床、或いはゴムマット等のバラストマット等としてなり、まくらぎ１２と路盤１８との間に介在する道床１６とを有するものとして構成されている。
【００２７】
静荷重付加用重錘３０は、列車の静荷重に相当するものであり、上記２本のレールからなる軌道１０の軸方向の両端部分に取り付けられた重錘として構成されている。
起振部４０は、軌道１０に当接するよう配置され又は固定され、試験軌道１０に起振力を付加するものである。
【００２８】
ここで、起振部４０の構成につき、図１に加え図２（ａ），（ｂ）も参照して説明する。尚、図２（ａ）は、図１に示す列車走行荷重模擬起振機１の起振部４０の概略構成を示す平面視断面図であり、図２（ｂ）は、起振部４０により起振力が発生される原理を示す説明図である。
【００２９】
図示するように、起振部４０は、不平衡重錘４２，４４と、駆動電動機４６と、位相角度変更部４８とを備えている。
一方の不平衡重錘４２は、軸５１と、該軸５１の両端部に装着された固定偏心重錘５３，５５と、該両端部に軸５１に対して回動可能となるよう設けた可動偏心重錘５７，５９とを有している。
【００３０】
具体的には、軸５１の両端部には、円盤６１，６３が装着されており、固定偏心重錘５３，５５は、該円盤６１，６３のなす円状部分の半径方向の一端部分に夫々設けられている。また、軸５１の両端部には、軸５１に対して回動可能に円盤６５，６７が設けられており、可動偏心重錘５７，５９は該円盤６５，６７のなす円状部分の半径方向の一端部分に夫々設けられている。また、軸５１上には、歯車６９も設けられている。
【００３１】
他方の不平衡重錘４４は、不平衡重錘４２と略平行に配置されており、不平衡重錘４２と同様の構成を有している。そこで、図中に示した不平衡重錘４４の各構成要素には上記不平衡重錘４２の各構成要素と同様の符号を付し、その説明を省略する。但し、区別の便宜のため、不平衡重錘４４側の各構成要素を示す符号には更に「ａ」を付してある。
【００３２】
不平衡重錘４２側の歯車６９と不平衡重錘４４側の歯車６９ａとは噛合した状態とされており、後述のように駆動電動機４６から歯車６９及び６９ａを介して軸５１及び５１ａに回転駆動力が付与された際には、不平衡重錘４２及び４４が互いに逆方向に回転するよう構成されている。
【００３３】
そして、後述の位相角度変更部４８の機能も相俟って、不平衡重錘４２，４４では、この回転の際に不平衡重錘４２側の偏心重錘５３，５５，５７，５９と不平衡重錘４４側の偏心重錘５３ａ，５５ａ，５７ａ，５９ａが上下方向を向いたときには、不平衡重錘４２，４４の遠心力により上下方向の起振力が発生される一方、これらの偏心重錘が左右方向を向いたときには、不平衡重錘４２の遠心力と不平衡重錘４４の遠心力とが打ち消しあって左右方向の起振力は発生されないよう構成されている。
【００３４】
駆動電動機４６は、歯車７１が装着された回転連結棒７３にユニバーサルジョイント７５，７７を有する伝達軸７９を介して接続されており、回転連結棒７３及び歯車７１に回転駆動力を付与するよう構成されている。そして、歯車７１は歯車６９に噛合した状態とされている。従って、駆動電動機４６が歯車７１を回転させた際には、不平衡重錘４２及び４４が上記のように逆方向に回転され、不平衡重錘４２，４４から上下方向の起振力が発生される。
【００３５】
位相角度変更部４８は、サーボモータ８１と、回転連結棒８３と、ユニバーサルジョイント８５，８７を有する伝達軸８９と、横軸９１と、可動偏心重錘制御軸９３，９５と、ボールねじ９７と、チェンジナットボールねじ９９，１０１，１０３，１０５とを有している。
【００３６】
サーボモータ８１と回転連結棒８３とは、ユニバーサルジョイント８５，８７を有する伝達軸８９を介して接続されており、サーボモータ８１が駆動すると、回転連結棒８３に回転駆動力が付与される。サーボモータ８１から伝達軸８９を介して回転連結棒８３に至る軸は、軸５１及び５１ａの間に該軸５１及び５１ａと略平行となるよう延設されている。
【００３７】
横軸９１は、回転連結棒８３に対して略垂直な横方向に延在する軸部であり、当該横軸９１の中央部には貫通孔９１ａが、両端部には透孔９１ｂ，９１ｃが設けられている。
貫通孔９１ａには回転連結棒８３が通されており、貫通孔９１ａに通された回転連結棒８３の部分と貫通孔９１ａの部分とでボールねじ９７を構成している。つまり、貫通孔９１ａに通された回転連結棒８３の外周部分にボールねじ９７のねじ軸９７ａが設けられ、貫通孔９１ａの内壁部分にボールねじ９７のナット部９７ｂが設けられている。
【００３８】
透孔９１ｂ，９１ｃには可動偏心重錘制御軸９３，９５の一端部が回動自在に配置されている。但し、可動偏心重錘制御軸９３，９５は横軸９１に対して軸方向には移動できないよう保持されている。
軸５１及び５１ａ内には、その軸方向に延びる貫通孔たる軸孔１０７，１０９が設けられており、可動偏心重錘側の円盤６５，６７及び６５ａ，６７ａの中央部分には軸孔１０７，１０９と軸心を同じくした透孔１１１，１１３及び１１１ａ，１１３ａが設けられている。可動偏心重錘制御軸９３，９５は、この軸孔１０７及び１０９、透孔１１１，１１３及び１１１ａ，１１３ａに回動可能となるよう夫々配置されている。
【００３９】
そして、透孔１１１に通された可動偏心重錘制御軸９３の部分と透孔１１１の部分とでチェンジナットボールねじ９９を構成すると共に、透孔１１３に通された可動偏心重錘制御軸９３の部分と透孔１１３の部分とでチェンジナットボールねじ１０１を構成している。また、透孔１１１ａに通された可動偏心重錘制御軸９５の部分と透孔１１１ａの部分とでチェンジナットボールねじ１０３を構成すると共に、透孔１１３ａに通された可動偏心重錘制御軸９５の部分と透孔１１３ａの部分とでチェンジナットボールねじ１０５を構成している。
【００４０】
つまり、透孔１１１に通された可動偏心重錘制御軸９３の外周部分に設けられたねじ軸９９ａと透孔１１１の内壁部分に設けられたナット部９９ｂとでチェンジナットボールねじ９９をなし、透孔１１３に通された可動偏心重錘制御軸９３の外周部分に設けられたねじ軸１０１ａと透孔１１３の内壁部分に設けられたナット部１０１ｂとでチェンジナットボールねじ１０１をなしている。また、透孔１１１ａに通された可動偏心重錘制御軸９５の外周部分に設けられたねじ軸１０３ａと透孔１１１ａの内壁部分に設けられたナット部１０３ｂとでチェンジナットボールねじ１０３をなし、透孔１１３ａに通された可動偏心重錘制御軸９５の外周部分に設けられたねじ軸１０５ａと透孔１１３ａの内壁部分に設けられたナット部１０５ｂとでチェンジナットボールねじ１０５をなしている。
【００４１】
起振部４０は、このように構成された位相角度変更部４８を有しているため、不平衡重錘４２，４４の回転時等にサーボモータ８１が駆動して回転連結棒８３が回転駆動されると、ボールねじ９７の働きにより、回転連結棒８３の回転が横軸９１の前後方向（図２（ａ）中の矢印Ｘ方向）の移動に変換される。
【００４２】
横軸９１がこのように前後方向に移動されると、可動偏心重錘制御軸９３，９５が横軸９１と共に前後方向に移動する。そして、この可動偏心重錘制御軸９３，９５の前後方向の移動は、チェンジナットボールねじ９９，１０１，１０３，１０５の働きにより可動偏心重錘５７，５９及び５７ａ，５９ａの軸５１及び５１ａ夫々に対する回動（図２（ｂ）に示した矢印Ｙ，Ｙ’方向の回動）に変換される。
【００４３】
つまり、サーボモータ８１を駆動することで、固定偏心重錘５３，５５に対する可動偏心重錘５７，５９の相対的位相角度と、固定偏心重錘５３ａ，５５ａに対する可動偏心重錘５７ａ，５９ａの相対的位相角度とを変更することができる。
【００４４】
従って、起振部４０では、このように相対的位相角度を変更することで、不平衡重錘４２，４４が発生する起振力を変化させることができる。
但し、不平衡重錘４２側の固定偏心重錘５３，５５と可動偏心重錘５７，５９の位置関係と、不平衡重錘４４側の固定偏心重錘５３ａ，５５ａと可動偏心重錘５７ａ，５９ａの位置関係は、図２（ｂ）に示すように、不平衡重錘４２，４４間の上下方向中心線Ｚを介して線対称となるよう構成されている。
【００４５】
よって、駆動電動機４６により不平衡重錘４２，４４が回転された際には、上述のように上下方向の直線的な起振力のみが発生される。
一方、コントローラ１２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータを中心として構成された装置であり、このコントローラ１２０は、キーボード、マウス等のデータ入力手段（図示省略）も有している。
【００４６】
コントローラ１２０は、駆動電動機４６やサーボモータ８１に接続されている。
また、駆動電動機４６には、駆動電動機４６の駆動周波数（不平衡重錘４２，４４の回転周波数に相当）を検出するための速度センサ１１５が取り付けられており、この速度センサ１１５もコントローラ１２０には接続されている。
【００４７】
また、不平衡重錘４２，４４には、可動偏心重錘５７，５９と固定偏心重錘５３，５５の相対的位相角度と、可動偏心重錘５７ａ，５９ａと固定偏心重錘５３ａ，５５ａの相対的位相角度とを検出するための位相センサ１１６が取り付けられており、この位相センサ１１６もコントローラ１２０に接続されている。
【００４８】
更に、不平衡重錘４２，４４の下部には、不平衡重錘４２，４４の回転により起振部４０から試験軌道１０に付加される起振力を検出するためのロードセル１１７が設けられており、このロードセル１１７もコントローラ１２０に接続されている。
【００４９】
また、コントローラ１２０内のＲＯＭ等の記憶装置には、図３に示すマップデータが記憶されている。
このマップデータは、駆動電動機４６により回転される不平衡重錘４２，４４が発生する起振力を一定に保つための、不平衡重錘４２，４４の回転周波数と、可動偏心重錘５７，５９、固定偏心重錘５３，５５間の相対的位相角度（或いはこの相対的位相角度と同値となる可動偏心重錘５７ａ，５９ａ、固定偏心重錘５３ａ，５５ａ間の相対的位相角度）との関係を示すものである。図３では、不平衡重錘４２，４４が発生する起振力を２０ｋＮ，３０ｋＮ，４０ｋＮ，５０ｋＮに保持するための関係が夫々例示的に示してある。
【００５０】
コントローラ１２０は、速度センサ１１５、位相センサ１１６、ロードセル１１７等の各種検出手段からの検出値や上記のマップデータ、ＲＯＭ、ＲＡＭ内のデータ、プログラムに基づいて、駆動電動機４６やサーボモータ８１にこれらを駆動するための制御信号を出力する。
【００５１】
一方、データ収録装置１４０は、ハードディスク装置等のデータ記録用の装置として構成されたものである。データ収録装置１４０には、後述のように、本実施例の列車走行荷重模擬起振機１による試験で計測され、コントローラ１２０に入力される各種のデータ（上記の起振力等）が逐次記録される。
【００５２】
また、まくらぎ１２には、まくらぎ１２の上下方向の変位量を検出するための変位センサ１１８が取り付けられており、この変位センサ１１８からの検出データも逐次データ収録装置１４０に記録される。なお、変位センサ１１８については、複数個用意してまくらぎ１２の複数箇所の上下方向変位量を計測できるようにしても良い。その場合、データ収録装置１４０に記録される検出データは複数の変位センサ１１８から得られたデータの平均値等として処理しても良い。
【００５３】
次に、上記のように構成された本実施例の列車走行荷重模擬起振機１にて、軌道１０、軌道１０を支持する部材２０、路盤１８を含む地上側の系の共振周波数を計測する際にコントローラ１２０にて実行される共振周波数計測処理、及び短時間で列車の車輪が多数回試験軌道１０上を通過した時に試験軌道に作用する荷重を模擬する促進試験（耐久試験）を行う際にコントローラ１２０にて実行される促進試験処理について、図４及び図５に示すフローチャートに沿って説明する。
【００５４】
まず、共振周波数計測処理は、データ入力手段にて共振周波数計測を行う旨の情報を入力した際に開始される。そして、共振周波数計測処理では、図４に示すように、まず、Ｓ１００（Ｓはステップを表す）にて、目標値設定を行う。
共振周波数計測では、起振部４０から試験軌道１０に付加される上下方向の起振力を一定に保ったまま、不平衡重錘４２，４４の回転周波数を所定の回転増減速度で所定の最大回転周波数まで変化（増大）させ、その変化の際における地上側の系の振動状態（変位センサ１１８にて検出されるまくらぎ１２の上下方向振動の振幅）の変化を見ることで、地上側の系の共振周波数を確認する。
【００５５】
Ｓ１００では、この計測時に起振部４０から試験軌道に一定値として付加される起振力や、不平衡重錘４２，４４の最大回転周波数を、データ入力手段を用いて目標値として設定する。この計測時における不平衡重錘４２，４４の回転増減速度は予め所定の値に設定されている。但し、この回転増減速度もＳ１００で設定できるようにしても良いのは勿論のことである。
【００５６】
次に、Ｓ１１０では、位相センサ１１６からの検出信号を用いて、可動偏心重錘５７，５９，５７ａ，５９ａの固定偏心重錘５３，５５，５３ａ，５５ａ夫々に対する位置（相対的位相角度）の確認を行う。
そして、Ｓ１２０では、Ｓ１１０で検出された位置、即ち相対的位相角度が０、つまり、可動偏心重錘５７，５９，５７ａ，５９ａと固定偏心重錘５３，５５，５３ａ，５５ａ夫々が隣接する最小のものであるか否かの確認を行う。
【００５７】
そして、Ｓ１２０にて、この相対的位相角度が０ではないと判断されると（Ｓ１２０：ＮＯ）、Ｓ１３０に移行する。Ｓ１３０では、サーボモータ８１を駆動させることで当該相対的位相角度を０に修正した上、再びＳ１１０に移行する。一方、Ｓ１２０にて、当該相対的位相角度が０であると判断されると（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、Ｓ１４０に移行する。Ｓ１４０では、駆動電動機４６を駆動させて不平衡重錘４２，４４の回転を始動させる。但し、回転を開始した不平衡重錘４２，４４の回転増減速度は上記所定の値となるよう制御される。
【００５８】
次に、Ｓ１５０では、ロードセル１１７からの検出信号を用いて、不平衡重錘４２，４４から発生される起振力が、不平衡重錘４２，４４の回転周波数の増大に伴って増大して、Ｓ１００にて設定した設定値にまで到達したか否かの確認を行う。
【００５９】
Ｓ１５０の確認処理は、不平衡重錘４２，４４から発生される起振力が当該設定値に達しない限り（Ｓ１５０：ＮＯ）、繰返し行われるが、達したことが確認されると（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、Ｓ１６０に移行する。
但し、本実施例では、上述のように可動偏心重錘５７，５９，５７ａ，５９ａと固定偏心重錘５３，５５，５３ａ，５５ａ夫々の相対的位相角度が最小にされた状態で不平衡重錘４２，４４が回転始動されるので、不平衡重錘４２，４４から発生される起振力は、不平衡重錘４２，４４の回転周波数が大幅に増大しないうちに容易にＳ１００で設定した設定値にまで到達することになる。
【００６０】
つまり、このように相対的位相角度が最小とされる状態とは、不平衡重錘４２，４４の回転により発生する起振力が最大となる状態であることから、この相対的位相角度が当該最小の値より大きなものとされている場合に比べ、当該起振力は短時間で設定値にまで上昇する。
【００６１】
不平衡重錘４２，４４の回転周波数はＳ１６０に移行した後も所定の回転増減速度にて増大するが、このＳ１６０では、速度センサ１１５からの検出信号に基づき不平衡重錘４２，４４の回転周波数を検出する。
そして、続くＳ１７０では、コントローラ１２０内に記憶された図３に示すマップデータに基づき、不平衡重錘４２，４４から発生される起振力をＳ１００にて設定された設定値の起振力に維持するために必要な可動偏心重錘５７，５９，５７ａ，５９ａと固定偏心重錘５３，５５，５３ａ，５５ａ夫々の相対的位相角度を、Ｓ１６０で検出された回転周波数に対応するものとして決定する。次いで、そのような相対的位相角度となるようサーボモータ８１を含む位相角度変更部４８を動作させる。
【００６２】
次に、Ｓ１８０では、現段階における種々のデータをデータ収録装置１４０に記録する。記録対象となるデータは、ロードセル１１７からの検出信号に基づく不平衡重錘４２，４４からの起振力と、速度センサ１１５からの検出信号に基づく不平衡重錘４２，４４の回転周波数である。また、このとき、これらのデータ記録と同期して変位センサ１１８からの検出信号に基づくまくらぎ１２の上下方向変位量もデータ収録装置１４０に記録される。
【００６３】
続くＳ１９０では、不平衡重錘４２，４４の回転周波数がＳ１００にて設定した最大回転周波数に到達したか否かが判断される。
不平衡重錘４２，４４の回転周波数がこの最大回転周波数に到達していない間は、Ｓ１９０にて否定判断され（Ｓ１９０：ＮＯ）、Ｓ１６０〜Ｓ１９０の処理が繰返し実行される。
【００６４】
従って、この繰返し実行される処理中のＳ１６０、Ｓ１７０の処理を通じて、不平衡重錘４２，４４の回転周波数が増大しても不平衡重錘４２，４４から試験軌道に付加される起振力はＳ１００で設定した設定値に保持される。
また、このように不平衡重錘４２，４４の回転周波数が増大していく際に、Ｓ１８０の処理を通じて、不平衡重錘４２，４４からの起振力、不平衡重錘４２，４４の回転周波数、まくらぎ１２の上下方向変位量がデータ収録装置１４０に逐次記録されるので、例えば、記録される上記回転周波数と上記上下方向変位量との関係を見れば、上記上下方向変位量に変化が起きる回転周波数を地上側の系の共振周波数として特定できる。
【００６５】
一方、不平衡重錘４２，４４の回転周波数がＳ１００で設定した最大回転周波数に到達すると、Ｓ１９０にて肯定判断され（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、Ｓ２００に移行する。
Ｓ２００では、不平衡重錘４２，４４の回転を停止する処理を行い、当該共振周波数計測処理が終了される。具体的には、位相角度変更部４８を動作させて可動偏心重錘５７，５９，５７ａ，５９ａと固定偏心重錘５３，５５，５３ａ，５５ａ夫々が対向した状態（即ち、不平衡重錘４２，４４から起振力が発生されない状態）にした上、駆動電動機４６を停止させ、不平衡重錘４２，４４の回転を止める。
【００６６】
一方、促進試験処理は、データ入力手段にて促進試験を行う旨の情報を入力した際に開始される。
促進試験では、起振部４０から試験軌道に付加される上下方向の起振力を一定に保ったまま、不平衡重錘４２，４４の回転周波数を所定の回転増減速度で所定の高速回転周波数たる試験回転周波数まで増大させていく。その後、不平衡重錘４２，４４の回転周波数をこの試験回転周波数に維持しつつ回転周波数増大時と同様の起振力を所定の時間（回数）だけ試験軌道に付加し続けることで、短時間に列車の車輪が多数回試験軌道上を通過した時に試験軌道に作用する荷重を模擬する。
【００６７】
列車走行荷重模擬起振機１では、不平衡重錘４２，４４が１回転（１周期）につき発生する１回の上下方向起振力が、列車の車輪１回の通過に対応するものとして試験軌道に付加される。促進試験では、試験軌道に対する起振力付加の繰返し回数を速度センサ１１５からの検出値等を用いて記録すると共に、その間のまくらぎ１２の沈下量を変位センサ１１８からの検出値を用いて逐次記録し、その記録を評価することで、地上側の系の耐久性を把握することができる。
【００６８】
促進試験の前半の処理、即ち、起振部４０から試験軌道に付加される上下方向の起振力を一定に保ったまま、不平衡重錘４２，４４の回転周波数を所定の回転増減速度で所定の高速回転周波数まで増大させるという処理は、上述の共振周波数計測処理中の処理と同様に行われる。
【００６９】
即ち、図５に示す促進試験処理のフローのうちＳ３００〜Ｓ３８０の各処理は、上記のＳ１００〜Ｓ１８０の各処理と同様に行われる。
但し、Ｓ３００では、不平衡重錘４２，４４の最大回転周波数の代わりに、回転周波数増大後に維持される不平衡重錘４２，４４の試験回転周波数、試験開始から終了までの試験時間（或いは、起振力付加の繰返し回数）を設定する。尚、試験中に起振部４０から一定値のものとして付加される起振力の大きさは上記Ｓ１００の場合と同様に設定される。また、不平衡重錘４２，４４の回転周波数の回転増減速度は予め所定値に設定されているが、これをＳ３００で設定できるようにしても良いのはＳ１００の場合と同様である。
【００７０】
また、Ｓ３８０では、上記Ｓ１８０において記録対象とされていた不平衡重錘４２，４４の回転周波数の代わりに、累積値としての起振力付加の繰返し回数がデータ収録装置１４０への記録対象となる。尚、不平衡重錘４２，４４からの起振力は、上記Ｓ１８０の場合と同様にデータ収録装置１４０への記録対象とされる。また、このとき、これらのデータ記録と同期してまくらぎ１２の変位量がデータ収録装置１４０に記録されるのも同様である。
【００７１】
Ｓ３８０に続くＳ３９０では、不平衡重錘４２，４４の回転周波数がＳ３００にて設定した試験回転周波数に到達したか否かが判断される。
不平衡重錘４２，４４の回転周波数がこの試験回転周波数に到達していない間は、Ｓ３９０にて否定判断され（Ｓ３９０：ＮＯ）、Ｓ３６０〜Ｓ３９０の処理が繰返し実行される。
【００７２】
従って、この繰返し実行される処理中のＳ３６０、Ｓ３７０の処理（上記Ｓ１６０、Ｓ１７０と同様の処理）を通じて、不平衡重錘４２，４４の回転周波数の増大中、不平衡重錘４２，４４から試験軌道に付加される起振力はＳ３００で設定した設定値に保持される。
【００７３】
そして、不平衡重錘４２，４４の回転周波数がＳ３００で設定した試験回転周波数に到達すると、Ｓ３９０にて肯定判断され（Ｓ３９０：ＹＥＳ）、Ｓ４００に移行する。
Ｓ４００，Ｓ４１０では、促進試験の後半の処理、即ち、不平衡重錘４２，４４の回転周波数を試験回転周波数に維持しつつ回転周波数増大時と同様の起振力を所定の時間（回数）だけ試験軌道１０に付加し続ける処理を行う。
【００７４】
具体的には、まず、Ｓ４００では、不平衡重錘４２，４４の回転周波数を試験回転周波数に維持すると共に、可動偏心重錘５７，５９，５７ａ，５９ａと固定偏心重錘５３，５５，５３ａ，５５ａ夫々の相対的位相角度をＳ３９０で肯定判断された際のものに維持しつつ、Ｓ３８０の場合と同様のデータ記録処理を行う。
【００７５】
そして、続くＳ４１０では、Ｓ３００で設定した試験時間が経過したか（或いは、所定の起振力付加の繰返し回数に到達したか）が判断される。
Ｓ３００で設定した試験時間が経過していない間はＳ４１０で否定判断され（Ｓ４１０：ＮＯ）、Ｓ４００、Ｓ４１０の処理が繰返し実行されるが、経過した場合はＳ４１０で肯定判断され（Ｓ４１０：ＹＥＳ）、次のＳ４２０に移行する。そして、Ｓ４２０では、上記のＳ２００と同様の処理が行われ、当該促進試験処理が終了される。
【００７６】
以上において説明したように、本実施例では、不平衡重錘４２，４４の回転周波数が変化しても、速度センサ１１５により検出した不平衡重錘４２，４４の回転周波数に基づき、コントローラ１２０内に記憶された図３のマップデータを用いて、不平衡重錘４２，４４の偏心重錘の相対的位相角度を決定及び設定することで、不平衡重錘４２，４４から発生される起振力を一定に保持することができる（Ｓ１６０、Ｓ１７０）。
【００７７】
従って、共振周波数計測処理においては、不平衡重錘４２，４４の回転周波数を変化させていく際に、まくらぎ１２の上下方向変位量（地上側の系の振動状態）の変化を見ることで、地上側の系の正確な共振周波数を好適に確認することができる。
【００７８】
また、促進試験処理においては、不平衡重錘４２，４４の回転周波数が高速の試験回転周波数に到達した後のみならず、不平衡重錘４２，４４の回転周波数を試験回転周波数にまで増大させていく際においても、Ｓ３６０、Ｓ３７０の処理を通じて、試験軌道に付加される起振力を、列車の車輪通過時の荷重に当たる設定値（Ｓ３００で設定したもの）に保持できる。よって、その分だけ、従来のもの、即ち、不平衡重錘の回転周波数増大時に試験軌道に付加される起振力を一定値に維持できないものに比べ、促進試験を正確に行えるという効果が得られる。
【００７９】
一方、本実施例においても、不平衡重錘４２，４４の回転開始から所定の時間の間は不平衡重錘４２，４４の回転周波数が十分でないため、一定に保たれる対象たる起振力はＳ１００又はＳ３００で予め定めた設定値となるまで、不平衡重錘４２，４４の回転周波数の増大に伴い変化（増大）することになる。
【００８０】
しかし、上記のように本実施例では、不平衡重錘４２，４４の偏心重錘の相対的位相角度を最小にして不平衡重錘４２，４４を回転させるので（Ｓ１１０〜Ｓ１４０又はＳ３１０〜Ｓ３４０）、不平衡重錘４２，４４の回転により発生する起振力が短時間で所定の大きさの設定値にまで達する。
【００８１】
従って、本実施例では、不平衡重錘４２，４４が回転し始めてから不平衡重錘４２，４４から発生される起振力を一定に保持する制御（Ｓ１６０、Ｓ１７０又はＳ３６０、Ｓ３７０）が開始されるまでの起振力の変化する時間を比較的短時間に抑えることができる。
【００８２】
また、本実施例では、固定偏心重錘５３，５５に対する可動偏心重錘５７，５９の相対的位相角度と、固定偏心重錘５３ａ，５５ａに対する可動偏心重錘５７ａ，５９ａの相対的位相角度が、可動偏心重錘制御軸９３，９５と横軸９１の前後方向位置に対応したものとして設定され、サーボモータ８１が駆動して可動偏心重錘制御軸９３，９５と横軸９１が前後方向に移動された際に変更される。
【００８３】
即ち、位相角度変更部４８において、サーボモータ８１は、上記相対的位相角度を変更するときだけ駆動すれば足りるため、位相角度変更部４８によれば、相対的位相角度の変更時以外はサーボモータ８１を停止させて電力消費を抑えることができる分だけ、効率良く相対的位相角度の変更・設定を行うことができる。
【００８４】
尚、上記において、駆動電動機４６が駆動機に、位相角度変更部４８が位相角度変更手段に相当する。また、可動偏心重錘制御軸９３，９５と横軸９１が中間部材に、チェンジナットボールねじ９９，１０１，１０３，１０５が変換手段に、サーボモータ８１が中間部材移動手段に相当する。また、速度センサ１１５が周波数検出手段に、コントローラ１２０内のＲＯＭ等の記憶装置が記憶手段に、Ｓ１６０、Ｓ１７０及びＳ３６０、Ｓ３７０が位相角度設定手段に、Ｓ１１０〜Ｓ１４０及びＳ３１０〜Ｓ３４０が初期動作設定手段に、ロードセル１１７が起振力検出手段に、Ｓ１５０及びＳ３５０が制御開始手段に相当する。
【００８５】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例の列車走行荷重模擬起振機の全体構成を示す概略図である。
【図２】  （ａ）は、実施例の列車走行荷重模擬起振機の起振部の概略構成を示す平面視断面図、（ｂ）は、この起振部により起振力が発生される原理を示す説明図である。
【図３】  実施例の列車走行荷重模擬起振機のコントローラ内の記憶装置に記憶されたマップデータを示す説明図である。
【図４】  実施例の列車走行荷重模擬起振機のコントローラにおいて実行される共振周波数計測処理を示すフローチャートである。
【図５】  実施例の列車走行荷重模擬起振機のコントローラにおいて実行される促進試験処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…列車走行荷重模擬起振機、１０…軌道、１２…まくらぎ、１４…レール締結装置、１６…道床、１８…路盤、２０…部材、３０…静荷重付加用重錘、４０…起振部、４２，４４…不平衡重錘、４６…駆動電動機、４８…位相角度変更部、５１，５１ａ…軸、５３，５５，５３ａ，５５ａ…固定偏心重錘、５７，５９，５７ａ，５９ａ…可動偏心重錘、８１…サーボモータ、８３…回転連結棒、８５，８７…ユニバーサルジョイント、８９…伝達軸、９１…横軸、９３，９５…可動偏心重錘制御軸、９７…ボールねじ、９９，１０１，１０３，１０５…チェンジナットボールねじ、１１５…速度センサ、１１６…位相センサ、１１７…ロードセル、１１８…変位センサ、１２０…コントローラ、１４０…データ収録装置
【図１】
0003718662.tif 000002
【図２】
0003718662.tif 000003
【図３】
0003718662.tif 000004
【図４】
0003718662.tif 000005
【図５】
0003718662.tif 000006