(57)【要約】【課題】  異常振動を的確に捉え鉄道車両の空気ばねパンクを検知する、鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムおよびそれを用いた鉄道車両の空気ばねパンクの検知方法を提供する。【解決手段】  鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムにおいて、台車２に搭載される上下振動加速度センサ１１と、前記台車２の上方の車体１に搭載される上下振動加速度センサ１２と、前記上下振動加速度センサ１１，１２からの出力情報に基づいて、前記台車２又は前記車体１の上下振動加速度のピーク周波数が、空気ばねを含まない台車１及び車体２の質量と、軸ばねで構成されたばねマス系の固有振動数に遷移したか否かを監視する監視装置１３とを具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）台車に搭載される上下振動加速度センサと、
（ｂ）前記台車の上方の車体に搭載される上下振動加速度センサと、
（ｃ）前記上下振動加速度センサからの出力情報に基づいて、前記台車又は前記車体の上下振動加速度のピーク周波数が、空気ばねを含まない台車及び車体の質量と、軸ばねとで構成されたばねマス系の固有振動数に遷移したか否かを監視する監視装置とを具備することを特徴とする鉄道車両の空気ばねパンクの検知システム。
【請求項２】
請求項１記載の鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムにおいて、自台車の健全時の台車又は車体の上下振動加速度に対する空気ばねパンク時の台車又は車体の上下振動加速度の振幅比のピーク形状もしくは谷形状となる周波数の遷移を監視することを特徴とする鉄道車両の空気ばねパンクの検知システム。
【請求項３】
（ａ）台車に上下振動加速度センサを搭載し、
（ｂ）車体に上下振動加速度センサを搭載し、
（ｃ）前記上下振動加速度センサからの出力情報に基づいて、前記台車又は前記車体の上下振動加速度のピーク周波数が、空気ばねを含まない台車及び車体の質量と軸ばねとで構成されたばねマス系の固有振動数に遷移したか否かを監視することを特徴とする鉄道車両の空気ばねパンクの検知方法。
【請求項４】
請求項３記載の鉄道車両の空気ばねパンクの検知方法において、自台車の健全時の台車又は車体の上下振動加速度に対する空気ばねパンク時の台車又は車体の上下振動加速度の振幅比のピーク形状もしくは谷形状となる周波数の遷移を監視することを特徴とする鉄道車両の空気ばねパンクの検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡素化したセンサによる鉄道車両の状態監視システムおよびそれを用いた鉄道車両の状態監視方法に係り、特に鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムおよびそれを用いた鉄道車両の空気ばねパンクの検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両は、安全性や乗り心地の維持のために定期的に営業運用から外され工場での分解検査が行われる。このような分解検査に加え、走り装置の状態監視を常時行えば、安全性や乗り心地の質が向上できると考えられる。鉄道車両の状態監視は、日本では１９８０年代から始まり（下記非特許文献１参照）、最近では盛んに行われている（下記非特許文献２，３参照）。
【０００３】
鉄道車両の状態監視を行う際、多くのセンサや複雑な機構を使うシステムを用いると、初期費用がかかるばかりでなく、将来にわたりメンテナンスコストがかかるという問題が生じる。そのため、機能を落とさずできる限り簡素なシステムを提供すれば営業車両に使用され易いと考えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】中栄周三, 伏屋一雄, 石原知明, 「脱線検知装置の試験」, 鉄道総合技術研究所速報, Ｎｏ．８２−１００２（１９８２）
【非特許文献２】金子健一, 三須弥生, 斎藤憲司, 平林健一, 河田直樹, 「脱線検知装置の開発（車体振動による検知法とその検証）」，Ｊ−Ｒａｉｌ  ２００２，ｐｐ．１３１−１３４（２００２）
【非特許文献３】金子健一, 三須弥生, 斎藤憲司, 平林健一, 河田直樹, 「脱線検知装置の開発（軌条からの落下検知法とその検証）」，Ｊ−Ｒａｉｌ  ２００２，ｐｐ．１３５−１３８（２００２）
【非特許文献４】森川真人, 山下高賢, 川鍋哲也, 国見敬, 須田義大, 洪介仁, 王文軍, 「乗り上がり脱線の予知検知に関する研究」，Ｊ−Ｒａｉｌ  ２００８（２００８）
【非特許文献５】脱線事故技術調査委員会, 「事故原因調査試験（９Ａ−３−２）」，脱線事故技術調査委員会報告付属資料, Ｎｏ．１６，ｐｐ．７１−８５（１９７２）
【非特許文献６】脱線事故技術調査委員会, 「事故原因調査試験（４Ａ−６−２）」, 脱線事故技術調査委員会報告付属資料, Ｎｏ．１７，ｐｐ．１８２−１９６（１９７２）
【非特許文献７】城取岳夫, 安永年広, 「省センサによる鉄道車両の状態監視の可能性について」, 日本機械学会２００９年度年次大会，ｐｐ．４０７−４０８（２００９）
【非特許文献８】城取岳夫, 安永年広, 「鉄道車両の多様な安全性や不具合の検知が可能な監視診断法の基礎検討」，Ｊ−Ｒａｉｌ  ２００９，ｐｐ．６０７−６１０（２００９）
【非特許文献９】城取岳夫, 安永年広, 「簡潔なシステムによる鉄道車両の状態監視の可能性について（脱線検知の基礎検討）」，Ｄｙｎａｍｉｃｓ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｃｏｎｆ．２０１０，ｐｐ．２４５，（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、従来の鉄道車両の状態監視は、多数のセンサを必要とするものであり、初期費用だけでなくメンテナンスコストもかかってしまうといった問題があった。
本発明は、上記状況に鑑みて、異常振動を的確に捉え鉄道車両の空気ばねパンクを検知する、鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムおよびそれを用いた鉄道車両の空気ばねパンクの検知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムにおいて、台車に搭載される上下振動加速度センサ又は前記台車の上方の車体に搭載される上下振動加速度センサと、前記上下振動加速度センサからの出力情報に基づいて、前記台車又は前記車体の上下振動加速度のピーク周波数が、空気ばねを含まない台車及び車体の質量と、軸ばねとで構成されたばねマス系の固有振動数に遷移したか否かを監視する監視装置とを具備することを特徴とする。
【０００７】
〔２〕上記〔１〕記載の鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムにおいて、自台車の健全時の台車又は車体の上下振動加速度に対する空気ばねパンク時の台車又は車体の上下振動加速度の振幅比のピーク形状もしくは谷形状となる周波数の遷移を監視することを特徴とする。
〔３〕鉄道車両の空気ばねパンクの検知方法において、台車に上下振動加速度センサを搭載し、又は車体に上下振動加速度センサを搭載し、前記上下振動加速度センサからの出力情報に基づいて、前記台車又は前記車体の上下振動加速度のピーク周波数が、空気ばねを含まない台車及び車体の質量と軸ばねとで構成されたばねマス系の固有振動数に遷移したか否かを監視することを特徴とする。
【０００８】
〔４〕上記〔３〕記載の鉄道車両の空気ばねパンクの検知方法において、自台車の健全時の台車又は車体の上下振動加速度に対する空気ばねパンク時の台車又は車体の上下振動加速度の振幅比のピーク形状もしくは谷形状となる周波数の遷移を監視することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムとすることにより、異常振動を的確に捉え鉄道車両の空気ばねパンクを検知することができる。
また、設備費用とメンテナンスコストを低減して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムの模式図である。
【図２】鉄道車両の空気ばねが健全な条件とパンクした条件の試験台走行における台車の上下振動加速度をパワースペクトル密度（ＰＳＤ）により比較した図である。
【図３】鉄道車両の空気ばねが健全な条件とパンクした条件の試験台走行における車体の上下振動加速度のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）により比較した図である。
【図４】鉄道車両の空気ばねが健全な条件とパンクした条件の鉄道車両の構内走行（レール上走行）における台車の上下振動加速度パワースペクトル密度（ＰＳＤ）により比較した図である。
【図５】鉄道車両の空気ばねが健全な条件とパンクした条件の鉄道車両の構内走行（レール上走行）における車体の上下振動加速度パワースペクトル密度（ＰＳＤ）により比較した図である。
【図６】自台車の健全時の台車の上下振動加速度に対する空気ばねパンク時の台車の上下振動加速度の周波数毎の振幅比を示した図である。
【図７】自台車の健全時の車体の上下振動加速度に対する空気ばねパンク時の車体の上下振動加速度の周波数毎の振幅比を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムは、台車に搭載される上下振動加速度センサ又は前記台車１の上方の車体に搭載される上下振動加速度センサと、前記上下振動加速度センサからの出力情報に基づいて、前記台車又は前記車体の上下振動加速度のピーク周波数が、空気ばねを含まない台車及び車体の質量と、軸ばねで構成されたばねマス系の固有振動数に遷移したか否かを監視する監視装置とを具備する。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムの模式図である。
この図において、１は車体、２は台車、３は第１の車軸、４は第２の車軸、５は第３の車軸、６は第４の車軸、１１は台車２に搭載される上下振動加速度センサ、１２は台車２上方の車体１に配置される上下振動加速度センサ、１３は台車２又は車体１の上下振動加速度のピーク周波数が、空気ばねを含まない台車及び車体の質量と軸ばねとで構成されたばねマス系の固有振動数に遷移したか否かを監視する監視装置である。
【００１３】
本発明の鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムは、図１に示すように、各台車２に搭載される上下振動加速度センサ１１または台車２上の車体１に搭載される上下振動加速度センサ１２とを備える。
本発明では上記した上下振動加速度センサ１１群又は上下振動加速度センサ１２群による空気ばねパンクの検知システムについて検討する。
【００１４】
空気ばねがベローズ部の破損や配管の漏気によりパンクすると、乗り心地が損なわれるだけでなく、出口緩和曲線部での軌道のカント低減に対し車輪の追従性が悪くなり、脱線のリスクが増すため、安全性も損なわれる。
そこで、台車２に取り付けた上下振動加速度センサ１１又は車体１に取り付けた上下振動加速度センサ１２を用いて空気ばねパンク走行試験を行った。
【００１５】
（１）試験台における空気ばねパンク走行試験
空気ばねが健全な条件と、空気ばねがパンクした条件の振動加速度の差異を調べるために、在来線試験車両を使用した試験台試験を行った。パンクした条件では１両に２台ある台車２のうちの１台車の空気ばね２個をパンクさせた。走行速度は１００ｋｍ／ｈで実軌道波により加振した。
【００１６】
両条件での台車２の上下振動加速度をパワースペクトル密度（ＰＳＤ）により比較したものを図２に示す。空気ばねが健全な条件では、台車２の上下振動加速度ＰＳＤのピーク周波数が１４Ｈｚ付近であるのに対し、空気ばねがパンクした条件では、４．４Ｈｚになっている。この差異が顕著であることから、上下振動加速度センサ１１を台車２の台車枠に取り付ければ、空気ばねパンクが走行中に検知できることが分かった。
【００１７】
ここで、軸箱上下支持剛性の設計値と台車及び車体の質量を用いて固有振動数を計算すると、４．２Ｈｚ程度になる。空気ばねがパンクした条件で観察された４．４Ｈｚのピークはこれにほぼ一致することが分かった。
さらに、両条件における台車２直上の車体１の上下振動加速度ＰＳＤを比較したものを図３に示す。空気ばねが健全な条件では車体１の上下振動加速度ＰＳＤのピーク周波数が２Ｈｚ付近であるのに対し、空気ばねがパンクした条件では４．４Ｈｚである。この差異も顕著であり、図１に示すように加速度センサ１２を台車２上の車体１に取り付けることにより、空気ばねパンクが走行中に検知できることが分かった。
【００１８】
（２）構内における空気ばねパンク走行試験
上記試験台試験では、走行速度１００ｋｍ／ｈで走行した際の上下振動加速度の違いを調べたが、低速走行時においても空気ばねパンクを検知できると、検知システムの適用範囲が広がるので好ましい。そこで、構内試験線を低速走行し、空気ばねが健全な条件と空気ばねがパンクした条件の振動加速度の差異を調べた。試験は、１４０ｍ程の直線区間で最高速度２５ｋｍ／ｈで行った。車両は試験台試験に用いた車両で、空気ばねがパンクした条件では試験台試験と同様に、１台車の空気ばね２個をパンクさせた。
【００１９】
両条件での台車２の上下振動加速度ＰＳＤを比較したものを図４に示す。走行速度が低いので軌道の不整よりレールの継ぎ目によるインパルス加振の影響が大きいと思われるが、試験台試験と同様に、空気ばねが健全な条件では、台車２の上下振動加速度ＰＳＤのピーク周波数が１３．４Ｈｚであるのに対し、空気ばねがパンクした条件では、４．６Ｈｚに変化している。
【００２０】
さらに、両条件での台車２直上の車体１の上下振動加速度ＰＳＤを比較したものを図５に示す。空気ばねが健全な条件では台車２上の車体１での上下振動加速度ＰＳＤのピーク周波数が２Ｈｚ付近であるのに対し、空気ばねがパンクした条件では、４．６Ｈｚである。
以上のことから、１００ｋｍ／ｈ走行に限らず、低速走行時においても台車２や車体１の上下振動加速度を監視すれば、空気ばねパンクを検知できることがわかった。
【００２１】
図６は自台車の健全時の台車の上下振動加速度に対する空気ばねパンク時の台車の上下振動加速度の周波数毎の振幅比を示した図、図７は自台車の健全時の車体の上下振動加速度に対する空気ばねパンク時の車体の上下振動加速度の周波数毎の振幅比を示した図である。
この図から明らかなように、台車２や車体１の上下振動加速度の振幅比のピーク周波数が、空気ばねを含まない台車及び車体の質量と軸ばねとで構成されたばねマス系の固有振動数である例えば４．６Ｈｚに現れることが分かった。
【００２２】
よって、台車２や車体１の上下振動加速度の振幅比のピーク形状の周波数が、空気ばねを含まない台車及び車体の質量と軸ばねとで構成されたばねマス系の固有振動数（例えば４．６Ｈｚ）に遷移したか否かを監視装置１３で監視することにより、走行速度によらず、空気ばねパンクを検知することができる。なお、上下振動加速度の振幅比のピーク形状の周波数に代えて、谷形状の周波数の遷移を監視するようにしてもよい。
【００２３】
また、上記した監視を自台車と他台車での上下振動加速度の振幅比のピーク形状もしくは谷形状の周波数が、空気ばねを含まない台車及び車体の質量と軸ばねとで構成されたばねマス系の固有振動数に遷移したか否かを監視装置で監視することにより、走行速度によらず、空気ばねパンクを検知するようにしてもよい。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の鉄道車両の空気ばねパンクの検知システムは、設備費用とメンテナンスコストを低減した空気ばねパンクの検知システムとして利用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１    鉄道車両
２    台車
３    第１の車軸
４    第２の車軸
５    第３の車軸
６    第４の車軸
１１    台車に搭載される上下振動加速度センサ
１２    車体に搭載される上下振動加速度センサ
１３    監視装置
【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】
2012126151.tif 000008
【図７】
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