(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道軌道における円曲線区間の外軌側にレーザー距離計を設置し、
車両が前記円曲線区間を走行した時に、前記レーザー距離計で当該車両を構成する台車の進行方向前方の輪軸における外軌側の車輪の表リム面までの距離を測定し、
この測定した前記距離を従前に測定した前記距離と比較することでフランジ摩耗量を得ることを特徴とする鉄道車両用車輪のフランジ摩耗測定方法。
【請求項２】
鉄道軌道における円曲線区間の外軌側にレーザー距離計を設置し、
未使用の車輪又は正規の形状となるように転削した直後の車輪を装備した車両が前記円曲線区間を走行した時に、前記レーザー距離計で当該車両を構成する台車の進行方向前方の輪軸における外軌側の車輪の表リム面までの距離を予め測定しておき、
車両が前記円曲線区間を走行した時に、前記レーザー距離計で当該車両を構成する台車の進行方向前方の輪軸における外軌側の車輪の表リム面までの距離を測定して、前記未使用の車輪又は前記転削した直後の車輪の表リム面までの測定距離から減算することで、未使用の車輪又は転削した直後の車輪からのフランジ摩耗量を得ることを特徴とする鉄道車両用車輪のフランジ摩耗測定方法。
【請求項３】
前記レーザー距離計を、前記円曲線区間の曲率が反転している４カ所に設置して、これらレーザー距離計で前記円曲線区間を走行中の２軸台車の進行方向前方の輪軸における外軌側の車輪の表リム面までの距離を測定することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の鉄道車両用車輪のフランジ摩耗測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車輪のフランジ摩耗量を、走行中にオンラインで直接的に測定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の車輪は、走行時にレールと接触する。レールとの接触によって摩耗した車輪は、鉄道車両の運動性能に大きな影響を及ぼすことになる。従って、鉄道車両を安全に走行するためには、車輪の摩耗量を管理することがきわめて重要である。【０００３】
図１０は、緩和曲線と円曲線からなる曲線区間の走行中に車輪１がレール２から受ける力を模式的に示した図である。図１０の紙面左側のレール２は曲線区間の外周側のレール２を、紙面右側のレール２は曲線区間の内周側のレール２を示す。以下、曲線区間の外周側を外軌側と、曲線区間の内周側を内軌側という。【０００４】
曲線区間を安全に走行するためには、車輪１がレール面に対して垂直に及ぼす輪重Ｐと、車輪１がレール２の側面に及ぼす横圧Ｑが重要な管理指標である。これら輪重Ｐと横圧Ｑを適正な範囲に保つためには、台車の、特に進行方向前方の輪軸（以下、前軸という）における外軌側の車輪１のフランジ１fとレール２との接触点における接線と水平線とのなす角度（フランジ角）αを適正に管理する必要がある。なお、図１０中のＮは法線力、ｆyは横クリープ力を示す。【０００５】
鉄道車両用車輪のフランジ角αを適正に保つためには、車輪１のフランジ１fに発生する直立摩耗を早急に見つけ出し、回転工具による切削（以下、転削という）により車輪１の形状を適正化することが解決手段の一つである。なお、直立摩耗とは、車輪１のスロート１thが摩耗してフランジ１fがほぼ直立になる摩耗を言う（図１１のハッチングを付した部分）。【０００６】
そこで、鉄道車両の車輪の形状を測定する方法が種々開示されている。
例えば特許文献１では、形状測定装置によって左右それぞれの車輪の踏面形状とレールの断面形状を計測し、これらの形状データを車輪の厚さ方向に所定間隔毎の離散データに変換して、車輪とレールの接触特性の評価を行う装置が開示されている。【０００７】
また、特許文献２では、車輪の踏面の形状変化を周方向に亘って連続的に測定する装置及び方法が開示されている。【０００８】
また、特許文献３では、設計時のフランジ角度を基準として、摩耗によるフランジ角度の変化を、走行距離との関係で定量的に推定する装置が開示されている。【０００９】
また、特許文献４では、複数のレーザー距離計を使用して、また、特許文献５では複数のカメラ及び複数のレーザー距離計を使用して、車輪の形状を測定する方法や装置が開示されている。【００１０】
また、特許文献６，７では、レールの外側と内側に設置した距離センサーを用いて車輪までの距離を測定し、これら測定結果と前記両距離センサーの設置に係る距離データから、車輪径、フランジ厚さ、フランジ高さ等の車輪の形状を演算する装置や当該装置の設置方法が開示されている。【００１１】
しかしながら、特許文献１〜３で開示された技術は、いずれも車両の走行中に測定する技術ではなく、オフラインで測定することを前提とした技術である。従って、車両走行時の安全性確保をタイムリーに行うことが難しい。【００１２】
また、特許文献４〜７で開示された技術は、いずれも複数のカメラや複数のレーザー距離計を使用している。従って、仕様が煩雑になってメンテナンスに工数がかかる。また、別途、測定値の処理が必要になるため、車両走行時の安全性確保をタイムリーに行うことが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第４６５７７６７号公報
【特許文献２】特開２０１１−６８２４２号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５１８２７号公報
【特許文献４】特開２０１０−１８１２１６号公報
【特許文献５】特開２０１１−２４２２３９号公報
【特許文献６】特開２００７−２９２４７３号公報
【特許文献７】特開２００７−１９２６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする問題点は、特許文献１〜３で開示された技術は、オフラインで測定することを前提とした技術であるため、車両走行時の安全性確保をタイムリーに行うことが難しいという点である。また、特許文献４〜７で開示された技術は、複数のカメラや複数のレーザー距離計を使用しているため、仕様が煩雑になってメンテナンスに工数がかかる。また、別途、測定値の処理が必要になるため、車両走行時の安全性確保をタイムリーに行うことが難しいという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、曲線区間の走行中に、鉄道車両の車輪のフランジ摩耗量をオンラインで直接的に測定して、走行中の安全性確保をタイムリーに行うことを可能にすることである。【００１６】
すなわち、本発明の鉄道車両用車輪のフランジ摩耗測定方法は、
鉄道軌道における円曲線区間の外軌側にレーザー距離計を設置し、
車両が前記円曲線区間を走行した時に、前記レーザー距離計で当該車両を構成する台車の前軸における外軌側の車輪の表リム面までの距離を測定し、
この測定した前記距離を従前に測定した前記距離と比較することでフランジ摩耗量を得ることを最も主要な特徴としている。【００１７】
本発明では、車両が曲線区間を走行した時に、円曲線区間の外軌側に設置したレーザー距離計で測定した台車の前軸の外軌側の車輪の表リム面までの距離を従前に測定した前記距離と比較するだけで、フランジ摩耗量を得ることができる。【００１８】
その際、未使用の車輪又は踏面やフランジ等を正規の形状となるように転削した直後の車輪を搭載した車両が曲線区間を走行した時の前記車輪の表リム面までの距離と比較することで、未使用の車輪又は前記転削した直後の車輪からのフランジ摩耗量を得ることができる。
以下、未使用の車輪のことを「新製車輪」という。また、前記転削した直後の車輪のことを「転削直後車輪」という。【００１９】
また、レーザー距離計を曲線区間の曲率が反転している４カ所に設置し、これらのレーザー距離計で前記曲線区間を走行中の２軸台車の前軸における外軌側の車輪の表リム面までの距離を本発明方法により測定した場合は、２軸台車の全ての車輪のフランジ摩耗量を測定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、曲線区間を走行中に、鉄道車両の車輪のフランジ摩耗量をオンラインで直接的に測定して、車輪のフランジ摩耗量を管理することができる。【００２１】
また、本発明では、フランジ摩耗量が管理範囲を超えた車輪を早急に見つけ出すことが可能であるため、鉄道車両が曲線区間を走行する際の安全性確保に著しい効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】鉄道車両用車輪の主要な部位の名称を説明する図である。
【図２】鉄道車両用車輪の管理基準となる寸法の一例を示した図である。
【図３】鉄道車両の２軸台車が曲線区間を通過する際の車輪とレールとレーザー距離計の相対位置関係を示した平面図である。
【図４】新製車輪又は転削直後車輪の場合について示した図で、（ａ）は前軸がレーザー距離計と相対する位置にきたときの車輪とレールとレーザー距離計を示した概略図、（ｂ）は台車の進行方向後方の輪軸（以下、後軸という。）がレーザー距離計と相対する位置にきたときの（ａ）図と同様の図である。
【図５】鉄道車両に搭載された車輪が摩耗している場合の図４と同様の図である。
【図６】本発明方法を実施する際に使用するレーザー距離計の設置位置の一例を説明する図であり、（ａ）は上り線の場合、（ｂ）は下り線の場合を示す。
【図７】図６（ａ）で示した位置に設置したレーザー距離計でフランジ摩耗を測定する車輪を説明する図である。
【図８】図６（ｂ）で示した位置に設置したレーザー距離計でフランジ摩耗を測定する車輪を説明する図である。
【図９】（ａ）は転削直後車輪を装備した車両についてレーザー距離計で車輪の表リム面までの距離を測定した結果を示した図、（ｂ）はフランジを１mm摩耗させた車輪を装備した車両についてレーザー距離計で車輪の表リム面までの距離を測定した結果を示した図である。
【図１０】鉄道車両が曲線区間を通過する際に車輪がレールから受ける力を説明する図で、紙面左側は外軌側を、紙面右側は内軌側を示す。
【図１１】鉄道車両用車輪のフランジ部に発生する直立摩耗を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、曲線区間を走行中に、鉄道車両の車輪のフランジ摩耗量をオンラインで直接的に測定して、走行中の安全性を確保するという目的を、円曲線区間の外軌側に設置したレーザー距離計で測定した車輪の表リム面までの距離を比較することにより実現した。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の鉄道車両用車輪のフランジ摩耗測定方法の一例を図１〜図８を用いて説明する。【００２５】
図１は鉄道車両用車輪の主要な部位の名称を説明する図であり、車輪１は車軸を挿入するボス部１hと、レール２と接触するリム部１rと、ボス部１hとリム部１rをつなぐ板部１wの３つの部分から構成されている。【００２６】
そして、リム部１rの外周部には、レール２と接触する踏面１tと、この踏面１tにスロート１thを介して連続するフランジ１fが形成されている。このフランジ１fを形成した側のリム部１rの側面を裏リム面１rb、裏リム面１rbと反対側の側面を表リム面１rfと称している。【００２７】
一般的には、円曲線の半径が８００m以下の曲線区間の走行時には、先に説明したように、特に台車Ｂの前軸Ｓfにおける外軌側の車輪１のスロート１thがレール２に押し付けられる。従って、車両の走行時間が長くなるのに従って、前記車輪１のフランジ１fの直立摩耗量が増加し、輪軸を構成する両車輪１のフランジ外側面間の距離（図２参照）が短くなる。輪軸を構成する両車輪１のフランジ外側面間の距離を、以下、「フランジ外側面距離」という。【００２８】
そして、曲線区間の走行時には、前軸Ｓfにおける外軌側の車輪１のスロート１thがレール２に押し付けられるので、当該車輪１のフランジ外側面距離が短くなった分だけ前軸Ｓfが外軌側に移動することになる。【００２９】
従って、図３に示すように、円曲線区間の外軌側のレール２oの外側にレーザー距離計３を設置し、その設置位置から走行中の前軸Ｓfの外軌側の車輪１sfoの表リム面１rfまでの距離を測定することで、当該車輪１のフランジ１fの摩耗量が分かることになる。【００３０】
例えば、まず新製車輪又は転削直後車輪１を装備した車両を走行させ、当該車両が曲線区間を走行した時に、前記レーザー距離計３で前軸Ｓfの外軌側の前記車輪１sfoの表リム面１rfまでの距離Ｌ1を測定する（図４（ａ）参照）。【００３１】
前記距離Ｌ1の測定により、前軸Ｓfの車両幅方向の変位をゼロ点にリセットし、フランジ１fが摩耗した前記車輪１sfoを装備した車両が曲線区間を走行した時の、レーザー距離計３による測定精度を保証する。【００３２】
その後は、車輪１sfoのフランジ１fの摩耗量を測定したい車両が曲線区間を走行した時に、レーザー距離計３で当該車両の車輪１sfoの表リム面１rfまでの距離Ｌ2を測定する（図５（ａ）参照）。【００３３】
なお、図３〜５において、内軌側のレールを２iと記す。また、前軸Ｓfの内軌側の車輪を１sfiと、後軸Ｓrの外軌側の車輪を１sroと、後軸Ｓrの内軌側の車輪を１sriと記す。【００３４】
そして、前記測定した距離Ｌ2を前記距離Ｌ1から減算することで、当該車輪１sfoのフランジ１fの摩耗量を得ることができる。【００３５】
なお、車輪のフランジの摩耗量とは、新製車輪又は転削直後車輪に対して、（フランジ外側面距離−車輪内面距離）／２の変化量である（図２参照）。摩耗が進展すると、（フランジ外側面距離−車輪内面距離）／２の変化量が小さくなる。なお、車輪内面距離とは、輪軸を構成する両車輪１の車輪内面間の距離をいう。【００３６】
その際、新製車輪又は転削直後車輪を装備した車両をトラッキングし、レーザー距離計を通過するたびに前軸の外軌側の車輪のフランジの摩耗量を順次測定すれば、摩耗量の時間的な評価を行うことができる。【００３７】
本発明において、台車Ｂの全車輪、即ち前軸Ｓfの車輪１sfo，１sfiと、後軸Ｓrの車輪１sro、１sriのフランジ摩耗量を測定するには、上り線と下り線のそれぞれの円曲線区間の、レール２の曲率が反転している各２カ所にレーザー距離計３ａ〜３ｄを設置すればよい（図６参照）。【００３８】
このような位置にレーザー距離計３ａ〜３ｄを設置すると、車両の進行方向に対して前側に位置する２軸台車Ｂ1及び後側に位置する２軸台車Ｂ2それぞれの、前軸Ｓfの外軌側の車輪１sfoの表リム面１rfまでの距離Ｌ1，Ｌ2を測定すれば、当該車輪１sfoのフランジ１fの摩耗量を測定することができる。つまり、１つの車両に装備されている全車輪のフランジ摩耗量を測定することが可能である。【００３９】
すなわち、図７に示す上り線の場合は、レーザー距離計３ａで、前側に位置する２軸台車Ｂ1と後側に位置する２軸台車Ｂ2の前軸Ｓfの外軌側となる車輪１2と１6のフランジ１fの摩耗量を測定することができる。また、レーザー距離計３ｂで、前側に位置する２軸台車Ｂ1と後側に位置する２軸台車Ｂ2の前軸Ｓfの外軌側となる車輪１1と１5のフランジ１fの摩耗量を測定することができる。
【００４０】
一方、図８に示す下り線の場合は、レーザー距離計３ｃで、前側に位置する２軸台車Ｂ2と後側に位置する２軸台車Ｂ1の前軸Ｓfの外軌側となる車輪１8と１4のフランジ１fの摩耗量を測定することができる。また、レーザー距離計３ｄで、前側に位置する２軸台車Ｂ2と後側に位置する２軸台車Ｂ1の前軸Ｓfの外軌側となる車輪１7と１3のフランジ１fの摩耗量を測定することができる。
【００４１】
因みに、発明者らが、円曲線の曲線半径が１２０mの試験軌道を１０km／hの速度で走行させた車両に装備した車輪の表リム面までの距離を、試験軌道の円曲線区間の外軌側に設置したレーザー距離計で測定した結果を以下に説明する。【００４２】
図９（ａ）は車両に転削直後車輪を装備して、外軌側の各車輪の表リム面までの距離を測定した結果を示した図、図９（ｂ）は車両にフランジ摩耗量を１mmとした車輪を装備した場合の図９（ａ）と同様の図である。【００４３】
前台車の前軸における外軌側の車輪では、表リム面までの測定距離は、転削直後車輪の場合（図９（ａ）参照）に比べ、フランジ摩耗量を１mmとした車輪の場合（図９（ｂ）参照）は1mm小さく測定され、本発明の効果が確認できた。【００４４】
本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。【００４５】
例えば、上記の実施例では、円曲線区間の外軌側のレール２oの外側に設置したレーザー距離計３で、前軸Ｓfの外軌側の車輪１sfoの表リム面１rfまでの距離を測定するものについて説明している。しかしながら、外軌側のレール２oの内側にレーザー距離計３を設置し、裏リム面１rbまでの距離を測定してもよい。【００４６】
また、特定の車輪のフランジ摩耗量のみを対象とする場合は、レーザー距離計３は、図６に示したように４カ所に設ける必要はなく、１カ所に設ければよい。
【符号の説明】
【００４７】
１    車輪
１sfo    前軸の外軌側の車輪
１f    フランジ
１rf    表リム面
２    レール
３    レーザー距離計
Ｂ    台車
Ｓf    前軸
【図１】
0006610557.tif 000002
【図２】
0006610557.tif 000003
【図３】
0006610557.tif 000004
【図４】
0006610557.tif 000005
【図５】
0006610557.tif 000006
【図６】
0006610557.tif 000007
【図７】
0006610557.tif 000008
【図８】
0006610557.tif 000009
【図９】
0006610557.tif 000010
【図１０】
0006610557.tif 000011
【図１１】
0006610557.tif 000012