(57)【要約】【課題】車輪を揚重手段で持ち上げて車輪の輪重を測定する際に、測定作業者や測定環境などの影響を受けにくく、輪重測定値の誤差が小さい、輪重測定方法、および輪重測定装置を提供する。【解決手段】車両２の車輪２２に持上げ力Ｆを入力し、この持上げ力Ｆを増やしつつ、車輪２２の上昇量Ｄと持上げ力Ｆとを対応づけて記録していき、車輪２２の上昇量Ｄと持上げ力Ｆとの関数をこれに近似するバイリニア関数に変換し、このバイリニア関数の折れ点における持上げ力Ｆを、車輪２２の輪重測定値Ｗとする。【選択図】　　　　図１
2004085313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車輪に持上げ力を入力し、この持上げ力を増やしつつ、前記車輪の上昇量と前記持上げ力とを対応づけて記録していき、
前記車輪の上昇量と持上げ力との関数をこれに近似するバイリニア関数に変換し、このバイリニア関数の折れ点における前記持上げ力を、前記車輪の輪重測定値とすること
を特徴とする輪重測定方法。
【請求項２】
車両の車輪を持ち上げる揚重手段と、
前記車輪の上昇量を測定する変位測定手段と、
前記揚重手段による持上げ力を測定する荷重測定手段と、
前記変位測定手段と荷重測定手段とによって測定された前記車輪の上昇量と前記持上げ力とを対応づけて記録する記録手段と、
前記記録手段によって記録された前記車輪の上昇量と持上げ力との関数をこれに近似するバイリニア関数に変換し、このバイリニア関数の折れ点における前記持上げ力を、前記車輪の輪重測定値として出力する輪重算出手段と
を備えることを特徴とする輪重測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両などの輪重を測定するための輪重測定方法、および輪重測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両などでは、サスペンションの圧力変化、カント、曲線走行時の遠心力、軌道の狂い、横風などの様々な影響を受け、左右両輪の輪重に変化が生じる。走行中に、左右両輪の輪重の偏在度が極端に大きくなると、車両の脱線の危険性が高くなる。
【０００３】
このため、あらかじめ静的な状態における車両の左右両輪の輪重のバランスを測定し、必要に応じてこのバランスを調整して、車両の脱線の危険性に対する安全性の余裕度を確保する必要がある。
輪重の測定方法として、揚重手段によって車輪をレールから持ち上げ、車輪がレールから浮上した時点における持上げ力を輪重測定値とする方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、車輪の持上げ力を増していくと、レールや車輪にかかっていた輪重が除荷し、レールや車輪の撓みが小さくなりながら、車輪が上昇していく。
【０００５】
輪重は、車輪がレールから浮上した瞬間における、車輪の持上げ力として得られるが、どの時点で車輪がレールから浮上したとするかについて、上記のとおり、その判断基準が曖昧であるという問題があった。
従来は、例えば、車輪とレールとの間に所定厚（０．数ｍｍ程度）の鋼板を挿入可能となった時点を、車輪がレールから浮上した基準とし、この時の車輪の持上げ力を、輪重測定値としていた。
しかし、このような基準を適用しても、測定作業者や、測定環境などにより、同一対象物を測定しても輪重測定値に比較的大きなばらつきが生じてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、車輪を揚重手段で持ち上げて車輪の輪重を測定する際に、測定作業者や測定環境などの影響を受けにくく、輪重測定値の誤差が小さい、輪重測定方法、および輪重測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明である輪重測定方法は、例えば図１〜図７に示すように、車両２の車輪２２に持上げ力Ｆを入力し、この持上げ力Ｆを増やしつつ、前記車輪２２の上昇量Ｄと前記持上げ力Ｆとを対応づけて記録していき、
前記車輪２２の上昇量Ｄと持上げ力Ｆとの関数をこれに近似するバイリニア関数に変換し、このバイリニア関数の折れ点における前記持上げ力Ｆを、前記車輪２２の輪重測定値Ｗとすること
を特徴とする。
ここで、上記車輪の上昇量は、レールが敷設された地面の高さなどを基準位置として測定する。
また、車輪に持上げ力を入力するとき、車輪を直接持ち上げても良いが、この方法に代えて、図１に示すように、車輪２２が取り付けられた車軸２１に持上げ力を入力しても良い。この場合は、左右車輪とレールとの接点間隔（レールの軌間と等しいものと仮定しても良い）Ｌと車軸２１の持ち上げ位置ｘとを利用し、車軸２１に入力される持上げ力を（１＋ｘ／Ｌ）倍すれば、車輪２２を直接持ち上げる場合の持上げ力Ｆが得られる。これは、車軸２１の持ち上げ側と反対側の車輪２２のレールＲとの接点を回転中心として、車軸２１の持ち上げ側の車輪２２が持ち上がるからである。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、車両の車輪に持上げ力を入力し、この持上げ力を増やしつつ、車輪の上昇量と持上げ力とを対応づけて記録していき、車輪の上昇量と持上げ力との関数をこれに近似するバイリニア関数に変換し、このバイリニア関数の折れ点における持上げ力を、車輪の輪重測定値とするので、車輪を持ち上げていく過程においてどの時点で車輪がレールから浮上したとするかについて、判断基準が客観的なものとなる。
この判断基準は、車輪の持上げ力を増していく際、レールや車輪にかかっていた輪重が除荷されることによる弾性変形の復元は、車輪がレールから浮上した後は生じないので、車輪がレールから浮上する前と後では、車輪の上昇量の変化率が異なるという事象に基づいている。
したがって、測定作業者や測定環境などが変わることによる、輪重測定値の誤差が小さくなり、輪重を精度良く測定することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明である輪重測定装置１は、例えば図１〜図７に示すように、車両２の車輪２２を持ち上げる揚重手段（油圧ジャッキ）１１と、
前記車輪２２の上昇量Ｄを測定する変位測定手段（レーザ変位計）１３と、
前記揚重手段１１による持上げ力Ｆを測定する荷重測定手段（ロードセル）１２と、
前記変位測定手段１３と荷重測定手段１２とによって測定された前記車輪２２の上昇量Ｄと前記持上げ力Ｆとを対応づけて記録する記録手段（パーソナルコンピュータ）１５と、
前記記録手段１５によって記録された前記車輪２２の上昇量Ｄと持上げ力Ｆとの関数をこれに近似するバイリニア関数に変換し、このバイリニア関数の折れ点における前記持上げ力Ｆを、前記車輪２２の輪重測定値Ｗとして出力する輪重算出手段（パーソナルコンピュータ）１５と
を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、車両の車輪または車軸を持ち上げる揚重手段と、車輪の上昇量を測定する変位測定手段と、揚重手段による持上げ力を測定する荷重測定手段と、変位測定手段と荷重測定手段とによって測定された車輪の上昇量と持上げ力とを対応づけて記録する記録手段と、記録手段によって記録された車輪の上昇量と持上げ力との関数をこれに近似するバイリニア関数に変換し、このバイリニア関数の折れ点における前記持上げ力を、車輪の輪重測定値として出力する輪重算出手段とを備えるので、請求項１に記載の発明を簡便に実施することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の輪重測定方法、および輪重測定装置の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、本発明の一例として、図１に示すように、２軸ボギー台車を二つ備える鉄道車両（車両）の輪重測定方法、およびこれに用いる輪重測定装置１を例に挙げて説明する。
【００１２】
本実施の形態の輪重測定装置１は、図１、図２に示すように構成されている。すなわち、鉄道車両２の車軸２１を、これを支持する軸箱２３とともに押し上げる油圧ジャッキ（揚重手段）１１と、油圧ジャッキ１１による持上げ力Ｆ０を測定するロードセル（荷重測定手段）１２と、ロードセル１２の出力を変換する動歪計１４と、車輪２２の上昇量Ｄを測定するレーザ変位計（変位測定手段）１３と、動歪計１４とレーザ変位計１３とが接続された、Ａ／Ｄ変換機１５ａが取り付けられたパーソナルコンピュータ１５とから、概略構成されたものである。
【００１３】
ロードセル１２は、その内部に備えられたセンサで、自身にかかる荷重を測定するものである。このロードセル１２が、図１に示すように油圧ジャッキ１１のシリンダと鉄道車両２の軸箱２３との間に介装されて、車軸２１の持上げ力Ｆ０を測定するようになっている。
図１において、左右車輪とレールとの接点間隔Ｌは、例えば１０６７ｍｍ（軌間）と仮定する。車軸２１を支持する軸箱２３は、左右車輪とレールとの接点間隔Ｌの外側に位置している。そして、軸箱２３を介して車軸２１を押し上げる油圧ジャッキ１１およびロードセル１２の軸芯は、これに近い側のレールＲから距離ｘ（＝２５５ｍｍ）だけ、左右車輪とレールとの接点間隔Ｌの外側に位置している。
【００１４】
レーザ変位計１３は、図１に示すように、油圧ジャッキ１１設置側の車輪２２の側面に、マグネットクランプ１３ａで取り付けられている。そして、レーザ変位計１３の下方の地面には、反射板１３ｒが設置されている。レーザ変位計１３は、反射板１３ｒにレーザ光を照射してその反射光を感知することで、油圧ジャッキ１１設置側の車輪２２の地面を基準位置とする上昇量Ｄを測定するようになっている。
【００１５】
パーソナルコンピュータ１５で所定の操作を行うと、Ａ／Ｄ変換機１５ａでデジタル信号に変換されたロードセル１２からの出力信号と、レーザ式変位計１３からの出力信号とが、互いに対応づけられたデータとして、パーソナルコンピュータ１５に入力され、その記録装置にデータとして記録される。
パーソナルコンピュータ１５には、必要に応じてプリンタ１６を接続し、輪重の測定結果を印刷することができる。
【００１６】
本実施の形態では、図１に示すように、車輪２２に直接持上げ力を入力するのではなく、車輪２２が取り付けられた車軸２１に持上げ力Ｆ０を入力している。このため、パーソナルコンピュータ１５では、左右車輪とレールとの接点間隔Ｌと車軸２１の持ち上げ位置ｘとを利用し、車軸２１に入力される持上げ力Ｆ０を（１＋ｘ／Ｌ）（＝１．２４）倍して、車輪２２を直接持ち上げる場合の持上げ力Ｆを取得するようになっている。これは、車軸２１の持ち上げ側と反対側の車輪２２のレールＲとの接点を回転中心として、車軸２１の持ち上げ側の車輪２２が持ち上がるためである。
車輪２２の輪重が同じ値であっても、車軸２１の持ち上げ位置ｘが変化すると、ロードセル１２から出力される荷重Ｆ０は、図３に示すように変化する。
【００１７】
輪重測定装置１により、油圧ジャッキ１１で軸箱２３を押し上げつつ、パーソナルコンピュータ１５を操作して車輪２２の持上げ力Ｆと車輪２２の上昇量Ｄとを記録していくと、両者の関係を示すグラフが、パーソナルコンピュータ１５のディスプレイに表示される。このグラフは、図４に示すようなバイリニア関数にほぼ近い形状となる。
このことは、車輪２２の持上げ力Ｆを増していく際、レールＲや車輪２２にかかっていた輪重が除荷されることによる弾性変形の復元は、車輪２２がレールＲから浮上した後は生じないため、車輪２２がレールＲから浮上する前と後では、車輪の上昇量Ｄの変化率が異なるという事象に基づいている。
【００１８】
このバイリニア関数は、図４に示すように、その折れ点を境界として領域（１）と領域（２）とに分けると、図５（ａ）、（ｂ）に示すような二つの線形関数の一部ずつを組み合わせたものとして捉えられる。そして、図５（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す二つの線形関数の交点が、バイリニア関数の折れ点の座標であり、この折れ点における車輪２２の持上げ力Ｆが、車輪の輪重測定値Ｗとなる。
【００１９】
本実施の形態の輪重測定方法の手順を、図６〜図８を参照して説明する。
ここでは、鉄道車両２の設計上の重さが２４．５［ｔ］（すなわち、車体重量が２．４×１０５［Ｎ］）である場合を例に説明する。
鉄道車両２には、２軸ボギー台車が二つ備えられている。すなわち、車軸２１は４本、車輪２２は８つ備えられている。
各車輪２２にかかる輪重が均一である理想的な場合には、一つの車輪２２にかかる輪重は、２．４×１０５［Ｎ］／８、すなわち３．０×１０４［Ｎ］であると想定される。
このように、車両の設計荷重から輪重推定値Ｗｓを推定し、この輪重推定値Ｗｓ以下の値二つｆ１，ｆ２（ｆ１＜ｆ２）を、任意に設定する。
ここでは、ｆ１＝０．５Ｗｓ（＝１．５×１０４［Ｎ］）、ｆ２＝０．８３Ｗｓ（＝２．５×１０４［Ｎ］）とする。
【００２０】
データの持上げ力Ｆ中から、時系列順で最も早い位置にある、ｆ１，ｆ２と同じ値、または最も近い値を検索し、この持上げ力ｆ１，ｆ２にそれぞれ対応する車輪２２の上昇量Ｄを調べる。
ここでは、ｆ１に対応する上昇量をｄ１、ｆ２に対応する上昇量をｄ２とする（図６、図８参照）。
【００２１】
式（１）、（２）
α１＝（ｄ２−ｄ１）／（ｆ２−ｆ１）　……（１）
ｂ１＝ｄ１−α１・ｆ１　……（２）
により、式（３）
Ｄ＝α１・Ｆ＋ｂ１　……（３）
のとおり、図５（ａ）に示す線形関数の式が得られる。
【００２２】
レールＲや車輪２２にかかっていた輪重が除荷されることによる弾性変形の復元により生じる車輪２２の上昇量（概ね１ｍｍ以下）より大きな上昇量ｄ３，ｄ４（ｆ３＜ｆ４）を、任意に設定する。
ここでは、ｄ３＝１．５［ｍｍ］、ｄ４＝２．５［ｍｍ］とする。
【００２３】
データの上昇量Ｄ中から、時系列順で最も早い位置にある、ｄ３，ｄ４と同じ値、または最も近い値を検索し、この上昇量ｄ３，ｄ４にそれぞれ対応する車輪２２の持上げ力Ｆを調べる。
ここでは、ｄ３に対応する持上げ力をｆ３、ｄ４に対応する持上げ力をｆ４とする（図７、図８参照）。
【００２４】
式（４）、（５）
α２＝（ｄ４−ｄ３）／（ｆ４−ｆ３）　……（４）
ｂ２＝ｄ３−α２・ｆ３　……（５）
により、式（６）
Ｄ＝α２・Ｆ＋ｂ２　……（６）
のとおり、図４（ｂ）に示した線形関数の式が得られる。
【００２５】
式（３）、式（６）で示された二つの線形関数の交点における、持上げ力Ｆの値から、輪重測定値Ｗを求める。
Ｗ＝（ｂ１−ｂ２）／（α２−α１）　……（７）
【００２６】
輪重測定装置１を用い、上記の輪重測定方法によって、鉄道車両２の同一の車輪２２の輪重を複数回測定した結果を、図９（ａ）〜（ｄ）に示す。
このように、輪重測定値Ｗのばらつきは、非常に小さい結果となった。
【００２７】
以上、本実施の形態に記載の輪重測定方法、および輪重測定装置１によれば、鉄道車両２の車軸２１に持上げ力Ｆ０を入力し、この持上げ力Ｆ０を増やしつつ、車輪２２の上昇量Ｄと持上げ力Ｆとを対応づけて記録していき、車輪２２の上昇量Ｄと持上げ力Ｆとの関数をこれに近似するバイリニア関数に変換し、このバイリニア関数の折れ点における持上げ力Ｆを、車輪２２の輪重測定値Ｗとするので、車輪２２を持ち上げていく過程においてどの時点で車輪がレールから浮上したとするかについて、判断基準が客観的なものとなる。
したがって、測定作業者や測定環境などが変わることによる、輪重測定値Ｗの誤差が小さくなり、輪重を精度良く測定することができる。
【００２８】
なお、本発明の輪重測定方法、および輪重測定装置は、上記の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、上記の実施の形態では、２軸ボギー台車を二つ備える鉄道車両２の輪重を測定する場合について例示したが、本発明を例えばトラックやトレーラなどの左右の車輪の輪重の測定に適用しても、同様の効果を得ることが可能である。その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることはもちろんである。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、車両の車輪または車軸に持上げ力を入力し、この持上げ力を増やしつつ、車輪の上昇量と持上げ力とを対応づけて記録していき、車輪の上昇量と持上げ力との関数をこれに近似するバイリニア関数に変換し、このバイリニア関数の折れ点における持上げ力を、車輪の輪重測定値とするので、車輪を持ち上げていく過程においてどの時点で車輪がレールから浮上したとするかについて、判断基準が客観的なものとなる。
したがって、測定作業者や測定環境などが変わることによる、輪重測定値の誤差が小さくなり、輪重を精度良く測定することができる。
【００３０】
請求項２に記載の発明によれば、車両の車輪または車軸を持ち上げる揚重手段と、車輪の上昇量を測定する変位測定手段と、揚重手段による持上げ力を測定する荷重測定手段と、変位測定手段と荷重測定手段とによって測定された車輪の上昇量と持上げ力とを対応づけて記録する記録手段と、記録手段によって記録された車輪の上昇量と持上げ力との関数をこれに近似するバイリニア関数に変換し、このバイリニア関数の折れ点における前記持上げ力を、車輪の輪重測定値として出力する輪重算出手段とを備えるので、請求項１に記載の発明を簡便に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る輪重測定方法、および輪重測定装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る輪重測定方法、および輪重測定装置の一例を示すブロック図である。
【図３】図１に示す輪重測定装置を用いた輪重測定方法において、車軸の持ち上げ位置ｘによる、車軸にかかる持上げ力Ｆ０の変化を示す表である。
【図４】本発明に係る輪重測定方法における、車輪の上昇量と持上げ力との関数を示すグラフである。
【図５】図３に示す関数を構成する二つの線形関数を示すグラフである。
【図６】本発明に係る輪重測定方法において、車輪の上昇量と持上げ力との関数をこれに近似するバイリニア関数に変換する方法の一例を示すグラフである。
【図７】本発明に係る輪重測定方法において、車輪の上昇量と持上げ力との関数をこれに近似するバイリニア関数に変換する方法の一例を示すグラフである。
【図８】本発明に係る輪重測定方法によって車輪の輪重測定値を得る手順の一例を示す図である。
【図９】本発明に係る輪重測定方法、および輪重測定装置によって車輪の輪重測定値を得る試験を行った結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１　　　輪重測定装置
１１　　揚重手段（油圧ジャッキ）
１２　　荷重測定手段（ロードセル）
１３　　変位測定手段（レーザ変位計）
１５　　記録手段、輪重算出手段（パーソナルコンピュータ）
２　　　車両
２２　　車輪
Ｄ　　　（車輪の）上昇量
Ｆ　　　（車輪の）持上げ力
Ｗ　　　輪重測定値
【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】
2004085313.tif 000009
【図８】
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【図９】
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