JP6498102B2

JP6498102B2 - 車両の一次ばね系診断装置

Info

Publication number: JP6498102B2
Application number: JP2015223741A
Authority: JP
Inventors: 岳夫城取
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2035-11-16
Also published as: JP2017090367A

Description

本発明は、車両の一次ばね系診断装置に関するものである。

図１１は鉄道車両の軸箱支持装置の模式図である。

図１１において、１０１は車体、１０２は台車、１０３は軸ばね、１０４は軸ダンパである。

この図に示すように、鉄道車両の軸ダンパや軸ばねは、合わせて軸箱支持装置と呼ばれており、レールの継ぎ目や軌道の不整で加振される鉄道車両の乗心地を向上させる部品である。

もし、在姿状態で地上装置により機能劣化が大きい軸ダンパが分かれば、優先的に検修することができ、検修の効率化、ひいては乗心地向上に貢献できる。特に、個々の車両に特別なセンサーを付けずに実現できるので費用対効果が高い。

なお、本願発明者は既に、以下に示すような、車両側での各種の状態監視システムを提案している。

特開２０１４ー２１０５０７号公報特開２０１２ー１２６１５１号公報特開２０１１ー０５１５１８号公報

軸箱の支持装置に、一度取り付けてしまった軸ダンパを機能検査するには、再度１つ１つの部品を取り外し、ダンパ試験機で加振試験を行い、結果を評価して所定の性能を満たすものを再度車両に取り付け、所定の性能を満たさないものは検修に回し、車両には機能を満たすダンパを取り付けなければならない。

大手の鉄道営業会社では、数千両の車両を保持しているので、１両に８本付いているダンパの総数は数万本にもなり、上記した方法で機能検査をするには非常に手間がかかるという問題があった。

また、軸ばねも軸ダンパと同数車両に付属しており、機能検査を行おうとすると軸ダンパと同様の問題が生じる。

そこで、本発明では、軸箱支持装置の減衰特性や剛性が変化すれば、軌道に作用する力が変化することに着目し、軌道の応答を観察することで軸箱支持装置の減衰特性や剛性の変化を検知することができる車両の一次ばね系診断装置を提案する。

本発明によれば、在姿状態で機能劣化が大きい軸ばね及び軸ダンパを優先的に検修することができる。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕車両の一次ばね系診断装置において、軌道に配置されるインパルスブロックと、前記軌道に配置される診断用センサを備え、前記インパルスブロックに車輪が乗り上げ、この車輪の着陸時の力に対する軌道の応答波形を前記診断用センサで測定し、この応答波形に基づいて、車両の一次ばね系の異常を診断することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記車両の一次ばね系が軸箱支持装置の軸ばねであり、この軸ばねとこの軸ダンパの特性に応じた前記軌道の応答波形に基づいて、前記軸ダンパの減衰不足又は減衰過多か、前記軸ばねの剛性過多又は剛性不足かの診断を行うことを特徴とする。

〔３〕上記〔２〕記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記軌道の応答波形が前記軌道の応答加速度波形であることを特徴とする。

〔４〕上記〔２〕記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記軌道の応答波形が前記軌道の応答変位波形であることを特徴とする。

〔５〕上記〔２〕記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記軌道の応答波形が前記軌道内の力としての荷重に関する応答波形であることを特徴とする。

〔６〕上記〔２〕記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記軌道の応答波形が前記軌道のひずみに関する応答波形であることを特徴とする。

〔７〕上記〔１〕から〔６〕の何れか一項記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記インパルスブロックが軌道に配置される突起物であることを特徴とする。

〔８〕上記〔１〕から〔６〕の何れか一項記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記インパルスブロックが軌道に配置される継ぎ目であることを特徴とする。

〔９〕上記〔１〕から〔６〕の何れか一項記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記インパルスブロックが軌道に配置される波形ブロックであることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

（１）各鉄道営業会社が保有する数千両の車両の軸箱支持装置の上下系の不具合を簡易に診断するものであり、乗心地の向上に資するほか、輪重変動への影響が大きい一次ばね系の診断は安全性の向上に資する。特に、在姿状態で機能劣化が大きい軸ばね及び軸ダンパが分かることで、優先的に検修することができ、検修の効率化、ひいては、乗り心地向上に貢献できる。特に、個々の車両に特別なセンサーを付けずに実現できるので費用対効果が高い。

（２）鉄道ばかりでなく自動車においても、自動車の一次ばね系が空気入りタイヤであることからタイヤ空気圧の診断にも応用でき、各高速道路で１日何十万台も通行する車両の安全性向上に資する。特に悲惨な事故を起こし易いタイヤ空気圧に起因する高速道路内の事故を未然に防止することができる。

本発明の車両の一次ばね系診断装置の模式図である。本発明の鉄道車両の軸箱支持装置の数値モデルである。本発明の鉄道車両の軌道の数値シミュレーションによる応答加速度波形図である。本発明の鉄道車両の台車枠の数値シミュレーションによる応答変位波形図である。本発明の鉄道車両の軌道の数値シミュレーションによる応答変位波形図である。本発明の鉄道車両の軌道の数値シミュレーションによる軌道内の力の波形図である。本発明の鉄道車両の軌道の数値シミュレーションによる軌道のひずみの波形図である。本発明の他の実施例を示すインパルスブロックとして突起物に代えて軌道の継ぎ目を設けた車両の一次ばね系診断装置の模式図である。本発明の更なる他の実施例を示すインパルスブロックとして突起物に代えて波形ブロック（定常波としてのｓｉｎ波等の振動を生じさせるパルスブロック）を設けた車両の一次ばね系診断装置の模式図である。本発明の更なる実施例を示す高速道路のゲート手前に設置される車両の一次ばね系診断装置の模式図である。鉄道車両の軸箱支持装置の模式図である。

本発明の車両の一次ばね系診断装置は、軌道に配置されるインパルスブロックと、診断用センサを備え、前記インパルスブロックに車輪が乗り上げ、該車輪の着陸時の力による軌道の応答波形を前記診断用センサで測定し、この応答波形に基づいて、前記車輪の一次ばね系の異常を診断する。

また、車両の一次ばね系診断装置において、高速道路のゲート手前に設置されるインパルスブロックと、診断用センサを備え、前記インパルスブロックに車輪が乗り上げ、該車輪が着陸時に路面を押す力に基づいて、車輪の一次ばね系の異常を診断する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の車両の一次ばね系診断装置の模式図、図２はその数値モデル、図３は本発明の鉄道車両の数値シミュレーションによる軌道の応答加速度波形図、図４は本発明の鉄道車両の台車枠の数値シミュレーションによる、図５は本発明の鉄道車両の軌道の数値シミュレーションによる軌道の変位の波形図、図６は本発明の鉄道車両の軌道の数値シミュレーションによる軌道内の力の波形図、図７は本発明の鉄道車両の軌道の数値シミュレーションによる軌道のひずみの波形図である。

まず、鉄道車両の軸箱支持装置およびその診断の原理について説明する。

図１において、１は鉄道車両、２は台車、３は軸ばね、４は軸ダンパ、５は車輪、６は車輪と軌道の隙間、７は軌道、８は突起物、９は診断用センサである。

図１に示すように、本発明の一次ばね系診断装置はインパルスブロックと診断用センサを備えており、鉄道車両１の低速走行時に数ｍｍの高さのインパルスブロックとしての突起物８に車輪５が乗り上げ、その車輪５の着陸時の力により軌道が応答する。軌道の応答は変位、加速度、力（荷重）、ひずみ等の物理量として表れるので、その応答波形を軌道７に配置される診断用センサ９で測定し、これらの応答波形に基づいて鉄道車両の一次ばね系の異常を診断する。

図１において、図２の数値モデルとの対応をとりやすくするため、一次ばね系のとしての軸ばね３と軸ダンパ４を模式的に示している。

この診断原理を以下に説明する。

図２に示すように、鉄道車両１、台車２、一次ばね系である軸ばね３と軸ダンパ４、車輪５、隙間６、軌道のばね要素１０と軌道のダンパ要素１１からなる数値モデルに置き換えてシミュレーションし、車両の一次ばね系の軸ばね３と軸ダンパ４の特性に応じた軌道の応答を計算した。例として、正常な条件か、軸ダンパの減衰が不足した条件（正常の１／１０倍) 、ばねの固着等によりばね剛性が過多になった条件（正常の１０倍) でシミュレーションを行い、図３はその時の軌道の加速度を図３に示す。なお、図３において、横軸は時刻（ｓ）、縦軸は軌道の応答加速度（ｍ／ｓ²）、図４において、横軸は時刻（ｓ）、縦軸は台車枠変位（ｍ）、図５において、横軸は時刻（ｓ）、縦軸は軌道の変位（ｍ）である。

図３および図５に示すように、正常な条件に対し、ダンパ減衰不足条件とばね剛性過多条件は振動の継続が長いので、これを利用して、正常な条件か、ダンパ減衰不足条件およびばね剛性過多かを区別することができる。これは図４に示すように、正常な条件の台車変位の振動が他の条件より早く収斂することによる。

また、ダンパ減衰不足条件とばね剛性過多条件の区別は、振動の継続の長短では難しい。しかし、図３に示すような、一度振幅が小さくなってから再度振幅が大きくなるまでの時間の差、または図５に示すような、一波の波長の差により、ダンパ減衰不足条件とばね剛性過多条件の診断が可能である。これは、ダンパ減衰不足が台車の振動周波数を低くし、ばね剛性過多が台車の振動周波数を高くするためである。台車の振動周波数の変化は、図４からも明らかである。あるいは、図５に示すように、高周波の波形の振幅の大きさによっても、ダンパ減衰不足とばね剛性過多の診断が可能である。

図６の軌道内の力も図７の軌道のひずみも図５の軌道変位と比例関係にあるので図５の軌道変位と同様に車両の軸箱支持装置の診断ができる。

以上から、明らかなように、軌道の応答波形から正常な条件とダンパ減衰不足条件、ばね剛性過多条件の診断が可能である。

図８は本発明の他の実施例を示すインパルスブロックとして突起物に代えて軌道の継ぎ目を設けた車両の一次ばね系診断装置の模式図である。

この図において、１２は軌道、１３は突起物に代わる軌道の継ぎ目、１４は軌道１２に配置される診断用センサである。

この実施例では、図１の突起物に代えてインパルスブロックとしての軌道の継ぎ目１３（例えば、空隙や段差）を設けて、車輪５が継ぎ目１３を通過する際に軌道１２を加振させ、診断用センサ１４で測定して、正常か、軸ダンパの減衰不足か、ばね剛性過多かを診断することができる。

図９は本発明の更なる他の実施例を示すインパルスブロックとして突起物に代えて波形ブロック（定常波としてのｓｉｎ波等の振動を生じさせるパルスブロック）を設けた車両の一次ばね系診断装置の模式図である。

この図において、１５は軌道、１６は突起物に代わる波形ブロック（定常波としてのｓｉｎ波を生じさせるパルスブロック）、１７は軌道１５に配置される診断用センサである。

この実施例では、図１の軌道の突起物に代えてインパルスブロックとしての波形ブロック１６を設けて、車輪５が波形ブロック１６をを通過する際に軌道１５を加振させ、診断用センサ１７で測定して、正常か、軸ダンパ減衰が不足か、ばね剛性過多かを診断することができる。

このように構成して、図３〜図７の鉄道車両の軌道の応答波形から正常な条件とダンパ減衰不足条件、ばね剛性過多条件の診断が可能である。

図１０は本発明の更なる実施例を示す高速道路のゲート手前に設置される車両の一次ばね系診断装置の模式図である。

この図において、２１は高速道路のゲート、２２はその高速道路のゲート２１の手前に配置される図１、図８、図９に示した突起物、継ぎ目、または波形ブロックなどからなるインパルスブロック２２を配置し、そのインパルスブロック２２の後方には、診断用センサ２３が設けられた診断プレート２４が配置される。

そこで、この実施例では、車両の一次ばね系である車両のタイヤの空気圧が適切であるか否かを診断する。例えば、車両のタイヤの空気圧が基準値より低い場合には、ばね剛性不足と診断プレート２４に配置された診断用センサ２３によって診断される。上記実施例では、インパルスブロックとして突起物、継ぎ目、または波形ブロックを例示して説明したが、車両の車輪・タイヤがそこを通過することで、通常の走行とは異なる力を軌道や路面に作用させるものであればよいものとする。

なお、本発明は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。

本発明は、在姿状態で地上装置により機能劣化が大きい軸ばねおよび軸ダンパを優先的に検修することができる、車両の一次ばね系診断装置として利用することができる。

１鉄道車両
２台車
３軸ばね
４軸ダンパ
５車輪
６隙間
７、１２、１５軌道
８突起物
９、１４、１７、２３診断用センサ
１０軌道のばね要素
１１軌道のダンパ要素
１３軌道の継ぎ目
１６波形ブロック
２１高速道路のゲート
２２高速道路のゲートの手前に配置されるインパルスブロック
２４診断プレート

Claims

軌道に配置されるインパルスブロックと、前記軌道に配置される診断用センサを備え、前記インパルスブロックに車輪が乗り上げ、該車輪の着陸時の力に対する軌道の応答波形を前記診断用センサで測定し、該応答波形に基づいて、車両の一次ばね系の異常を診断することを特徴とする車両の一次ばね系診断装置。
請求項１記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記車両の一次ばね系が軸箱支持装置の軸ばねであり、該軸ばねと該軸ダンパの特性に応じた前記軌道の応答波形に基づいて、前記軸ダンパの減衰不足又は減衰過多か、前記軸ばねの剛性過多又は剛性不足かの診断を行うことを特徴とする車両の一次ばね系診断装置。
請求項２記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記軌道の応答波形が前記軌道の応答加速度波形であることを特徴とする車両の一次ばね系診断装置。
請求項２記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記軌道の応答波形が前記軌道の応答変位波形であることを特徴とする車両の一次ばね系診断装置。
請求項２記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記軌道の応答波形が前記軌道内の力としての荷重に関する応答波形であることを特徴とする車両の一次ばね系診断装置。
請求項２記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記軌道の応答波形が前記軌道のひずみに関する応答波形であることを特徴とする車両の一次ばね系診断装置。
請求項１から６の何れか一項記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記インパルスブロックが軌道に配置される突起物であることを特徴とする車両の一次ばね系診断装置。
請求項１から６の何れか一項記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記インパルスブロックが軌道に配置される継ぎ目であることを特徴とする車両の一次ばね系診断装置。
請求項１から６の何れか一項記載の車両の一次ばね系診断装置において、前記インパルスブロックが軌道に配置される波形ブロックであることを特徴とする車両の一次ばね系診断装置。