(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道用車輪のブレーキ性能試験を行う鉄道用台上試験装置であって、
氷塊を貯留するホッパーと、該ホッパーから供給された氷塊を砕く削氷機と、該削氷機から排出された削氷を前記鉄道用車輪に案内する案内板と、を有し、
前記案内板は、前記制輪子と該制輪子が接する前記鉄道用車輪の踏面との間に、前記削氷機から排出された削氷を案内し、
前記案内板は、前記鉄道用車輪の踏面の接線方向に沿って前記削氷機から排出された削氷を落下させるように位置設定され、
前記案内板の先端部は、前記鉄道用車輪の踏面を囲む凹状部を有していることを特徴とする模擬降雪装置。
【請求項２】
前記ホッパーには、所定量の氷塊を前記削氷機に供給するためのシャッタ機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の模擬降雪装置。
【請求項３】
前記ホッパーには内部の氷塊を振動させるための加振機が設けられていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の模擬降雪装置。
【請求項４】
前記ホッパーは少なくとも側部に位置する壁部が透明板により構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の模擬降雪装置。
【請求項５】
前記鉄道用車輪及び制輪子には、これらを氷点下まで冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の模擬降雪装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、降雪を模擬した試験環境下において、鉄道用ブレーキ摩擦材（制輪子、ライニング）の性能を評価することができる、鉄道用台上試験装置における模擬降雪装置及び模擬降雪方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両のブレーキ性能は、ブレーキ摩擦材（制輪子、ライニング）の性能を台上試験で評価し、次に、実際の車両を用いた走行試験によって評価される。
鉄道用台上試験はＪＩＳ規格（例えばＪＩＳ-Ｅ-４３０９）に準拠して行われ、供試体（車輪またはディスク摩擦面）の制動開始温度を６０℃以下とした条件の下、乾燥条件のみで実施されることが多い。ただし、予め定めた規定に基づき、散水量を２００ｍｌ/ｍｉｎとした湿潤条件とし、乾燥条件に対する摩擦係数のダウン率を２０％以内であると定めることもある。
【０００３】
しかしながら、冬期の降雪条件に対する試験規格や評価基準は定められておらず、降雪時に適したブレーキ摩擦材の選定も、湿潤条件での試験結果に基づき行っていた。こうした背景から、定量的な評価を目的として降雪時を模擬した台上試験が行われた例はあるが、供試体の温度を氷点下にできない点の他に、高価で危険な液体を取り扱う必要があるなどの課題がある。
【０００４】
例えば、試験方法として、液体窒素を寒材とした人工雪の生成手法が用いられていたが、雪質や量が一定にならず、装置が大型で試験状況を外部から監視できず、コストや手間に課題があった。
また、液体窒素は極低温冷媒のため、安全性の観点からも好ましくないものであり、このため、これらの課題点を見直し、車輪・制輪子の冷却方法にドライアイスを用いた手法も提供されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に示される、鉄道用台上試験装置における回転体冷却治具では、開口が鉄道用車輪の外周面に臨むように支持されて、該開口の上方にビーズ状をなすドライアイスが収容される冷却剤収容部を備えた構成とされる。
そして、この回転体冷却治具では、開口を通じて、ビーズ状のドライアイスにより鉄道用車輪の外周面を冷却し、該鉄道用車輪の外周面及びその周辺を、寒冷地の氷結層を生成可能な状態まで冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−７５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示される回転体冷却治具では、車輪・制輪子表面に付着した霜によって低温環境を模擬したものであるために、実車におけるブレーキ距離の延伸現象とは異なる試験結果となっていた。
このため、鉄道用台上試験装置において、実際の降雪状況に近い環境を再現して、冬期に発生するブレーキ距離の延伸する現象に関して、定性的な現象の把握ができる技術の提供が期待されていた。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、実際の降雪状況に近い環境を実現して、冬期に発生するブレーキ距離の延伸する現象に関して、定性的な現象の把握と解明が可能となる、鉄道用台上試験装置における模擬降雪装置及び模擬降雪方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、鉄道用車輪のブレーキ性能試験を行う鉄道用台上試験装置であって、氷塊を貯留するホッパーと、該ホッパーから供給された氷塊を砕く削氷機と、該削氷機から排出された削氷を前記鉄道用車輪に案内する案内板と、を有し、前記案内板は、前記制輪子と該制輪子が接する前記鉄道用車輪の踏面との間に、前記削氷機から排出された削氷を案内することを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明によれば、ホッパーに貯留された氷塊が削氷機に供給され、該削氷機にて削氷される。その後、削氷機から排出された削氷は、案内板を経て、制輪子と該制輪子が接する鉄道用車輪の踏面との間に供給される。これによって鉄道用車輪の踏面に付着した氷により制輪子による制動が妨げられるという、実際の降雪状況に近い環境を実現することができ、冬期に発生するブレーキ距離の延伸する現象に関して、定性的な現象の把握と解明を可能とすることができる。
【００１１】
また、本発明の模擬降雪装置では、前記案内板は、前記鉄道用車輪の踏面の接線方向に沿って前記削氷機から排出された削氷を落下させるように位置設定されていることを特徴とする。
【００１２】
そして、本発明によれば、鉄道用車輪の踏面の接線方向に沿って削氷機から排出された削氷を落下させるように、案内板が位置設定されているので、該案内板によって、車輪の回転に伴う気流によって氷が吹き飛ばされる現象を最小限に防止して、鉄道用車輪の踏面と制輪子との間に削氷を円滑に供給することができる。
【００１３】
また、本発明の模擬降雪装置では、前記案内板の先端部に、前記鉄道用車輪の踏面を囲む凹状部を有していることを特徴とする。
【００１４】
そして、本発明によれば、案内板の先端部が鉄道用車輪の踏面を囲む凹状部を有する形状であるので、案内板を鉄道用車輪の踏面周囲に近接配置することができ、該案内板によって、車輪の回転に伴う気流によって氷が吹き飛ばされる現象を最小限に防止して、鉄道用車輪の踏面の周囲に削氷を円滑に供給することができる。
【００１５】
また、本発明の模擬降雪装置では、前記ホッパーに、所定量の氷塊を前記削氷機に供給するためのシャッタ機構が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
そして、本発明によれば、ホッパーに所定量の氷塊を削氷機に供給するためのシャッタ機構が設けられているので、該シャッタ機構の開閉動作により、例えば1駅間に相当する約１０分間の模擬降雪を実施することができ、実際の降雪状況に近い環境を実現することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の模擬降雪装置では、前記ホッパーには内部の氷塊を振動させるための加振機が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
そして、本発明によれば、ホッパーに内部の氷塊を振動させるための加振機が設けられているので、該加振機による振動によって、ホッパーに貯留された氷塊が融けて互いに結合し合うという現象発生を防止することができ、削氷機への氷塊の供給を円滑に行うことができる。
【００１９】
また、本発明の模擬降雪装置では、前記ホッパーは少なくとも側部に位置する壁部が透明板により構成されていることを特徴とする。
【００２０】
そして、本発明によれば、ホッパーは少なくとも側部に位置する壁部が透明板により構成されているので、該透明板を通じてホッパー内の氷塊の貯留状況を外部から確認することができる。
【００２１】
また、本発明の模擬降雪装置では、前記鉄道用車輪及び制輪子にこれらを氷点下まで冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
そして、本発明によれば、鉄道用車輪及び制輪子にこれらを氷点下まで冷却する冷却手段がさらに設けられているので、該冷却手段を介した鉄道用車輪及び制輪子の冷却により、実際に近い寒冷地域での降雪環境を実現することができる。
【００２３】
また、本発明の模擬降雪方法では、鉄道用車輪の踏面に制輪子を接触させることによりブレーキ性能試験を行う鉄道用台上試験装置において、所定量の氷塊を供給する第１工程と、該第１工程で供給された氷塊を砕く第２工程と、該第２工程で得た削氷を前記鉄道用車輪に案内する第３工程と、を有し、前記第３工程では、前記制輪子と該制輪子が接する前記鉄道用車輪の踏面との間に、前記削氷を案内することを特徴とする。
【００２４】
そして、本発明によれば、ホッパーに貯留された氷塊が削氷機に供給され（第１工程）、該削氷機にて削氷される（第２工程）。その後、削氷機から排出された削氷は、案内板を経て、制輪子と該制輪子が接する鉄道用車輪の踏面との間に供給される（第３工程）。これによって鉄道用車輪の踏面に付着した氷により制輪子による制動が妨げられるという、実際の降雪状況に近い環境を実現することができ、冬期に発生するブレーキ距離の延伸する現象に関して、定性的な現象の把握と解明を可能とすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、実際の降雪状況に近い環境を実現することができ、冬期に発生するブレーキ距離の延伸する現象に関して、定性的な現象の把握と解明を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）本発明の実施形態に係る鉄道用台上試験装置に設置された模擬降雪装置を示す側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）を矢印（Ｂ）方向から見た図である。
【図２】シャッタ機構を示す図である。
【図３】模擬降雪装置の動作１を示す図である。
【図４】模擬降雪装置の動作２を示す図である。
【図５】模擬降雪装置の動作３を示す図である。
【図６】案内板を正面から見た図である。
【図７】模擬降雪装置の操作スイッチを説明するための概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態について図１〜図７を参照して説明する。
図１に符号１００で示すものは、鉄道用車輪Ｗ（以下、車輪Ｗという）の踏面１に制輪子２を接触させることによりブレーキ性能試験を行う鉄道用台上試験装置であって、この鉄道用台上試験装置１００上には模擬降雪装置１０１が設置されている。
また、これら車輪Ｗ及び制輪子２には、寒冷地域での降雪環境を実現するために氷点下まで冷却する冷却手段が設けられているが、図面では省略されている。
【００２８】
模擬降雪装置１０１は、鉄道用台上試験装置１００上に固定されたアルミ製のフレーム１０と、該フレーム１０の上部に支持されて内部に氷塊Ｍ１を貯留可能とするホッパー１１と、該ホッパー１１から供給された氷塊Ｍ１を砕く（あるいは削る）削氷機１２と、該削氷機１２から排出された削氷Ｍ２を車輪Ｗに案内する案内板１３と、を有している。
【００２９】
ホッパー１１は透明なアクリル板２０により構成されたものであって、その内部に氷塊Ｍ１を貯留するための収容空間２１を有し、かつ全体が傾斜した状態となるようにフレーム１０上に保持されている。
上記ホッパー１１では、透明なアクリル板２０を通じて、内部の収容空間２１内に収容されている氷塊Ｍ１の量を外部から目視確認することができる。なお、このホッパー１１は全面を透明なアクリル板２０で形成することに限定されず、少なくとも側部に位置する壁部の一部を透明とすれば良い。
【００３０】
また、ホッパー１１の直下には内部の氷塊Ｍ１を振動させるための加振機２２が設けられている。そして、この加振機２２により振動を加えることによって、ホッパー１１に貯留された氷塊Ｍ１が互いに結合して大きな氷塊となって供給が妨げられる現象を防止することができ、削氷機１２への氷塊Ｍ１の供給を円滑に行うことができる。
【００３１】
なお、ホッパー１１とそれ以外の部分は、防振ゴムにより接続されているため、加振機２２による振動のホッパー以外の部分への影響は最小限に減衰される。
また、ホッパー１１の下部はシュート部１４となっており、該シュート部１４を通じて氷塊Ｍ１が削氷機１２に供給される。
また、削氷機１２の周囲に設置されているものは、氷塊Ｍ１の飛散を防止しかつ氷塊Ｍ１を所定方向に案内するためのカバー１５である。
【００３２】
また、ホッパー１１の途中には所定量の氷塊Ｍ１を削氷機１２に供給するためのシャッタ機構２３が設けられている。
このシャッタ機構２３は、図２に示されるように、ホッパー１１の収容空間２１を横断するように上下方向に移動自在に配置された開閉板２４と、該開閉板２４を閉鎖する方向に付勢する引張ばね２５と、該引張ばね２５の付勢力に抗して開閉板２４を下方に移動させるシリンダ機構２６と、を有する構成である。
【００３３】
そして、上記シャッタ機構２３では、シリンダ機構２６が駆動された場合に、図３〜図４に示されるように、開閉板２４が下方（図２に矢印（イ）で示す方向）に移動して、ホッパー１１の収容空間２１が開放状態となる。これによってホッパー１１に収容された氷塊Ｍ１が削氷機１２に供給される。
また、シャッタ機構２３では、シリンダ機構２６の駆動が解除されたされた場合に図４〜図５に示されるように、該引張ばね２５の付勢力により、開閉板２４が上方（図２に矢印（ロ）で示す方向）に引き上げられて、ホッパー１１の収容空間２１が閉鎖状態となる。これによってホッパー１１に収容された氷塊Ｍ１が、削氷機１２へ供給されることが停止される。
そして、以上のようなシャッタ機構２３の開閉板２４の開閉動作によって、例えば1駅間に相当する約１０分間の降雪に相当する氷塊Ｍ１を、削氷機１２へ瞬時に供給することができ、実際の降雪状況に近い模擬環境を実現することが可能となる。
【００３４】
案内板１３は、図１及び図５に矢印ａで示されるように、制輪子２と該制輪子２が接する車輪Ｗの踏面１との間に、削氷機１２から排出された削氷Ｍ２を案内する。より具体的には、案内板１３は、車輪Ｗの踏面１の接線方向（符号Ｔで示す）に沿って、削氷機１２の排出口１２Ａから矢印ａ方向に排出された削氷Ｍ２を落下させるように、位置設定されている。
そして、このような案内板１３の位置設定によって、車輪Ｗの踏面１の接線方向Ｔに沿って削氷機１２から排出された削氷Ｍ２を落下させ、車輪Ｗの回転に伴う気流によって氷が吹き飛ばされる現象発生を防止する。
【００３５】
また、案内板１３の先端部は、図１（Ｂ）及び図６に示されるように車輪Ｗの踏面１を囲む凹状部１６を有している。
そして、このような案内板１３の先端部に、車輪Ｗの踏面１を囲む凹状部１６を設けることにより、車輪Ｗの踏面１の周囲に案内板１３を近接配置することができ、車輪Ｗの回転に伴う気流によって氷が吹き飛ばされる現象を防止することができる。
【００３６】
また、上述したシャッタ開閉機構２３、加振機２２及び削氷機１２は、図７に示されるように制御部３０に接続されており、操作スイッチ３１からの操作信号に基づき駆動される。そして、このような操作スイッチ３１により、シャッタ開閉機構２３、加振機２２及び削氷機１２を有線（又は無線）で遠隔操作することが可能となる。
【００３７】
なお、上述した模擬降雪装置１０１の具体的設定では、削氷機１２の下面が、車輪Ｗの踏面１から約１００ｍｍの高さになるよう調整し、かつ案内板１３と車輪Ｗとの隙間が５０ｍｍとなるよう調整することが好ましい。案内板１３からの削氷片の投下位置は、制輪子２の侵入端から踏面１の円周方向に約３００ｍｍ離れた箇所とすることが好ましい。これにより、回転する車輪Ｗの周囲に発生する境界層の流れを抑制することができ、車輪Ｗの踏面１に安定した降雪を可能とする。
【００３８】
そして、以上のように構成された鉄道用台上試験装置１００における模擬降雪装置１０１によれば、図３〜図４に示されるように、シリンダ機構２６の駆動によりシャッタ機構２３の開閉板２４が開放された場合に、ホッパー１１に貯留された氷塊Ｍ１が削氷機１２に供給され、該削氷機１２にて削氷Ｍ２される。
その後、削氷機１２の排出口１２Ａから排出された削氷Ｍ２は、図４〜図５に示されるように、案内板１３を経て、制輪子２と該制輪子２が接する車輪Ｗの踏面１との間に供給される。これによって車輪Ｗの踏面１に付着した氷により制輪子２による制動が妨げられるという、実際の降雪状況に近い環境を実現することができ、冬期に発生するブレーキ距離の延伸する現象に関して、定性的な現象の把握と解明を可能とすることができる。
具体的には、削氷機１２により、従来に比べて安定した量（２０００ｇ/ｍｉｎ）と比重 (０.４５)の削氷Ｍ２による降雪環境を実現することができる。
また、冷凍庫により冷却した氷を削氷Ｍ２することで安価で安全に大量の削氷Ｍ２を生成可能である。
さらに実際の鉄道用台上試験装置１００に、上述した模擬降雪装置１０１を適用した実験においては、実車におけるブレーキ距離の延伸現象と類似した試験結果を得ることが確認されている。
【００３９】
また、上記模擬降雪装置１０１によれば、車輪Ｗの踏面１の接線方向Ｔに沿って削氷機１２から排出された削氷Ｍ２を落下させるように、案内板１３が位置設定されているので、該案内板１３によって、車輪Ｗの回転に伴う気流によって氷が吹き飛ばされる現象を最小限に防止して、車輪Ｗの踏面１と制輪子２との間に削氷Ｍ２を円滑に供給することができる。
【００４０】
また、上記模擬降雪装置１０１によれば、案内板１３の先端部が車輪Ｗの踏面１を囲む凹状部１６を有する形状であるので、案内板１３を車輪Ｗの踏面１周囲に近接配置することができ、該案内板１３によって、車輪Ｗの回転に伴う気流によって氷が吹き飛ばされる現象を最小限に防止して、車輪Ｗの踏面１の周囲に削氷Ｍ２を円滑に供給することができる。
【００４１】
また、上記模擬降雪装置１０１によれば、ホッパー１１に所定量の氷塊Ｍ１を削氷機１２に供給するためのシャッタ機構２３が設けられているので、該シャッタ機構２３の開閉動作により（図３〜図５参照）、瞬間的な削氷機１２への氷塊Ｍ１の供給が可能となる。さらに、シャッタ機構２５を介した削氷機１２への氷塊Ｍ１の供給により、例えば1駅間に相当する約１０分間の模擬降雪を実施することができ、実際の降雪状況に近い環境を実現することが可能となる。
【００４２】
また、上記模擬降雪装置１０１によれば、ホッパー１１に内部の氷塊Ｍ１を振動させるための加振機２２が設けられているので、該加振機２２による振動によって、ホッパー１１に貯留された氷塊Ｍ１が融けて互いに結合し合うという現象発生を防止することができ、削氷機１２への氷塊Ｍ１の供給を円滑に行うことができる。
【００４３】
また、上記模擬降雪装置１０１によれば、ホッパー１１は少なくとも側部に位置する壁部が透明なアクリル板２０により構成されているので、該透明なアクリル板２０を通じてホッパー１１内の氷塊Ｍ１の貯留状況を外部から確認することができる。
【００４４】
また、上記模擬降雪装置１０１によれば、車輪Ｗ及び制輪子２にこれらを氷点下まで冷却する冷却手段（図示略）がさらに設けられているので、該冷却手段を介した車輪Ｗ及び制輪子２の冷却により、実際に近い寒冷地域での降雪環境を実現することができる。
【００４５】
また、上記模擬降雪装置１０１では、所定量の氷塊Ｍ１を供給する第１工程と、該第１工程で供給された氷塊Ｍ１を砕く第２工程と、該第２工程で得た削氷Ｍ２を車輪Ｗに案内する第３工程とを有し、第３工程では、制輪子２と該制輪子２が接する車輪Ｗの踏面１との間に削氷Ｍ２を案内する「模擬降雪方法」が採用されている。
そして、以上のような「模擬降雪方法」により、ホッパー１１に貯留された氷塊Ｍ１が削氷機１２に供給され（第１工程）、該削氷機１２にて削氷Ｍ２される（第２工程）。その後、削氷機１２から排出された削氷Ｍ２は、案内板１３を経て、制輪子２と該制輪子２が接する車輪Ｗの踏面１との間に供給される（第３工程）。これによって車輪Ｗの踏面１に付着した氷により制輪子２による制動が妨げられるという、実際の降雪状況に近い環境を実現することができ、冬期に発生するブレーキ距離の延伸する現象に関して、定性的な現象の把握と解明を可能とすることができる。
なお本発明の降雪模擬装置は、車輪の踏面に制輪子を接触させる方式のブレーキのみならず、車輪と一体に回転するブレーキディスクに制動力を作用させるいわゆるディスクブレーキにより制動される車輪の降雪状態（車輪表面に氷雪が付着した状態）における制動状況の試験にも利用することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、降雪を模擬した試験環境下において、鉄道用ブレーキ摩擦材（制輪子、ライニング）の性能を評価することができる、鉄道用台上試験装置における模擬降雪装置及び模擬降雪方法に関する。
【符号の説明】
【００４８】
１  踏面
２  制輪子
１０  フレーム
１１  ホッパー
１２  削氷機
１３  案内板
１６  凹状部
２０  アクリル板（透明板）
２２  加振機
２３  シャッタ機構
３１  操作スイッチ
１００  鉄道用台上試験装置
１０１  模擬降雪装置
Ｍ１  氷塊
Ｍ２  削氷
Ｗ  車輪
Ｔ  接線  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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