特許 6644598 鉄道車両の車輪とレールとのアタック角測定方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6644598

(24)【登録日】2020年1月10日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】鉄道車両の車輪とレールとのアタック角測定方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   B61K 9/08 20060101AFI20200130BHJP

   G01B 11/26 20060101ALI20200130BHJP

   B61F 3/02 20060101ALI20200130BHJP

【ＦＩ】

   B61K9/08

   G01B11/26 Z

   B61F3/02

【請求項の数】4

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2016-58543(P2016-58543)

(22)【出願日】2016年3月23日

(65)【公開番号】特開2017-171082(P2017-171082A)

(43)【公開日】2017年9月28日

【審査請求日】2019年2月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000182993

【氏名又は名称】日鉄レールウェイテクノス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089462

【弁理士】

【氏名又は名称】溝上 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100129827

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 進

(74)【代理人】

【識別番号】100204021

【弁理士】

【氏名又は名称】河原 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】下川 嘉之

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 拓也

(72)【発明者】

【氏名】寺前 智紀

(72)【発明者】

【氏名】小村 吉史

【審査官】 長谷井 雅昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１７４５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１２−００６９１４３（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６３９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４６０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４６２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１８５５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４５３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３６８２６０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６１Ｋ ９／０８

Ｂ６１Ｆ ３／０２

Ｇ０１Ｂ １１／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二軸台車を備えた鉄道車両の、前記二軸台車における車両進行方向前後の輪軸の設置位置からレール側面までの距離をそれぞれ測定し、これら前後の輪軸の設置位置からレール側面までの距離を用いて求めた前後の輪軸の左右変位から二軸台車のヨー角を求め、当該ヨー角をアタック角とすることを特徴とする鉄道車両の車輪とレールとのアタック角測定方法。

【請求項2】

前記前後の輪軸のうち前側の輪軸を支持する車両幅方向両側の軸箱の前後変位を測定し、これら両側の軸箱の前後変位の差を用いて前記前側の輪軸の輪軸角を求め、
この輪軸角を請求項１に記載のアタック角に加算して補正することを特徴とする鉄道車両の車輪とレールとのアタック角測定方法。

【請求項3】

前記測定する前記前後の輪軸の設置位置からレール側面までの距離は、少なくとも車両幅方向の同一側の輪軸の設置位置からレール側面までの距離を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両の車輪とレールとのアタック角測定方法。

【請求項4】

二軸台車を備えた鉄道車両の、前記二軸台車における車両進行方向前後の輪軸の設置位置からレール側面までの距離をそれぞれ測定する距離センサーと、
前記前後の輪軸のうち前側の輪軸を支持する車両幅方向両側の軸箱の前後変位を測定する変位センサーと、
前記距離センサーで測定した前後の輪軸の設置位置からレール側面までの測定距離を用いて求めた前後の輪軸の左右変位から二軸台車のヨー角を求めるとともに、前記変位センサーで測定した前記両側の軸箱の前後変位の差を用いて前側の輪軸の輪軸角を求め、これら求めた台車のヨー角に前側の輪軸の輪軸角を加算する演算器と、
を備えたことを特徴とする鉄道車両の車輪とレールとのアタック角測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両の車輪とレールとのアタック角を測定する方法、及びこの測定方法を実施する装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両の車輪とレールとのアタック角は、鉄道車両の曲線通過性能に大きな影響を与える重要な要素である。そのため、車輪とレールとのアタック角を測定することは、曲線通過性能を評価するうえで重要である。

【0003】

鉄道車両側から車輪とレールとのアタック角を測定する技術として、特許文献１が開示されている。この特許文献１で開示された技術は、図４に示すように、軸箱１の下部に設けた支持台２に、車輪３との距離を測定する２台のレーザ変位計４ａと、レール５との距離を測定する２台のレーザ変位計４ｂを、それぞれＬａ，Ｌｂの間隔を隔てて取り付け、車輪３とレール５のそれぞれの傾き角を演算し、これら両傾き角の差からアタック角を演算するものである。

【0004】

しかしながら、特許文献１で開示された技術は、ばね下部品である軸箱に、４つのレーザ変位計を広い範囲に亘って設置する必要があるため、質量が大きくなって耐久性に問題がある。また、４つのレーザ変位計を使用するので高価になる。

【0005】

また、アタック角の演算時に、測定値を前記間隔Ｌａ，Ｌｂで除する工程があり、前記間隔のうち長いほうの間隔Ｌａでも５００mm程度であるため、ノイズが乗りやすいという問題もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１１−１６３９８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする問題点は、特許文献１で開示された車輪とレールとのアタック角の測定技術は、質量が大きくなって耐久性に問題があり、高価になり、ノイズが乗りやすいという点である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、車輪とレールとのアタック角測定を、軽量で耐久性を向上させて、安価で、ノイズに強いようにすることを目的とするものである。

【0009】

本発明の鉄道車両の車輪とレールとのアタック角測定方法は、
上記目的を達成するために、
二軸台車を備えた鉄道車両の、前記二軸台車における車両進行方向前後の輪軸の設置位置からレール側面までの距離をそれぞれ測定し、これら前後の輪軸の設置位置からレール側面までの距離を用いて求めた前後の輪軸の左右変位から二軸台車のヨー角を求め、当該ヨー角をアタック角とすることを最も主要な特徴としている。

【0010】

上記本発明方法は、二軸台車の前後の輪軸のうち前側の輪軸を支持する車両幅方向両側の軸箱の前後変位を測定し、これら両側の軸箱の前後変位の差を用いて前記前側の輪軸の輪軸角を求め、この輪軸角を加算して補正すれば、より測定精度が良くなる。

【0011】

上記後者の本発明方法は、
二軸台車を備えた鉄道車両の、前記二軸台車における車両進行方向前後の輪軸の設置位置からレール側面までの距離をそれぞれ測定する距離センサーと、
前記前後の輪軸のうち前側の輪軸を支持する車両幅方向両側の軸箱の前後変位を測定する変位センサーと、
前記距離センサーで測定した前後の輪軸の設置位置からレール側面までの測定距離を用いて求めた前後の輪軸の左右変位から二軸台車のヨー角を求めるとともに、前記変位センサーで測定した前記両側の軸箱の前後変位の差を用いて前側の輪軸の輪軸角を求め、これら求めた台車のヨー角に前側の輪軸の輪軸角を加算する演算器と、
を備えた本発明の鉄道車両の車輪とレールのアタック角測定装置を使用して実施することができる。

【0012】

本発明は、例えば、車両進行方向前後の輪軸の設置位置からレール側面までの距離と、前側の輪軸を支持する車両幅方向両側の軸箱の前後変位を測定するだけなので、二軸台車一台当たり必要とする距離センサーは４個、変位センサーは２個でよくなり、軽量で耐久性が向上し、安価な装置で、車輪とレールのアタック角を測定することができる。

【0013】

また、本発明では、距離センサー間の間隔が軸距となって長くとることができるので、台車のヨー角を求める際にノイズのフィルタリング効果が得られやすくなって、ノイズに強くなる。

【発明の効果】

【0014】

本発明では、例えば、二軸台車一台当たり必要とする距離センサーは４個、変位センサーは２個でよくなるので、軽量で耐久性が向上し、安価な装置で、車輪とレールのアタック角を測定することができる。また、距離センサー間の間隔が長くなるので、台車のヨー角を求める際にノイズのフィルタリング効果が得られやすくなって、ノイズに強くなる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の鉄道車両の車輪とレールとのアタック角測定装置を説明する図で、（ａ）は直線区間走行時の二軸台車を上方から見た図、（ｂ）は曲線区間走行時の二軸台車を上方から見た図である。

【図2】本発明の鉄道車両の車輪とレールとのアタック角測定装置を構成する距離センサーを説明する図で、（ａ）は車輪部分を二軸台車の側方から見た図、（ｂ）は車輪部分を二軸台車の正面から見た図である。

【図3】本発明の鉄道車両の車輪とレールとのアタック角測定方法によって測定した二軸台車のヨー角、前側の輪軸の輪軸角から求めたアタック角と、実際のアタック角を比較したグラフである。

【図4】特許文献１で記載された鉄道車両の車輪とレールとのアタック角測定装置を説明する図１と同様の図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明では、軽量で耐久性を向上させ、安価な装置で、しかもノイズに強い、車輪とレールとのアタック角測定を可能にすることを目的としている。そして、その目的を、車両進行方向前後の輪軸の設置位置からレール側面までの距離と、前側の輪軸を支持する車両幅方向両側の軸箱の前後変位を測定することで実現した。

【実施例】

【0017】

以下、図１及び図２を用いて本発明の鉄道車両の車輪とレールとのアタック角測定装置を説明し、その後、このアタック角測定装置を用いて車輪とレールとのアタック角を測定する本発明方法について説明する。

【0018】

１１は本発明のアタック角測定装置であり、二軸台車１２を備えた鉄道車両の、曲線区間走行時における前側の輪軸１４ａを構成する車輪２０とレール１３とのアタック角Ψ_w1を測定する装置である。

【0019】

１５は、二軸台車１２における車両進行方向前後の輪軸１４ａ，１４ｂの設置位置からレール１３の側面までの距離をそれぞれ測定する距離センサー、例えばレーザ距離計であり、例えば各輪軸１４ａ，１４ｂの両側に各１個で、一台の二軸台車１２に４個設置する。

【0020】

図１及び図２に示す実施例では、軸箱１６の下方に取付けた支持台２１にこの距離センサー１５を設置しているが、各輪軸１４ａ，１４ｂの設置位置からレール１３の側面までの距離を測定できる位置であれば、台車枠１７に設置してもよい。

【0021】

１８は前記前後の輪軸１４ａ，１４ｂのうち前側の輪軸１４ａを支持する車両幅方向両側の軸箱１６の前後変位を測定する変位センサー、例えばレーザ距離計であり、図１及び図２に示す実施例では、台車枠１７に設けて軸箱１６までの間隔を測定することで軸箱１６の前後変位を得ている。しかしながら、車両幅方向両側の軸箱１６の前後変位を測定できるのであれば、この変位センサー１８を軸箱１６に設けて台車枠１７までの間隔を測定するものでも良い。なお、図１中の２２は軸箱１６と台車枠１７間に介在されたばねを示す。

【0022】

１９は演算器であり、前記距離センサー１５で測定した前後の輪軸１４ａ，１４ｂの設置位置からレール１３の側面までの測定距離ｙ_w1L、ｙ_w1R、ｙ_w2L、ｙ_w2Rを用いて求めた前後の輪軸１４ａ，１４ｂの左右変位ｙ_w1、ｙ_w2から、下記(1)式で二軸台車１２のヨー角Ψ_bを求める。
Ψ_b=tan^-１((ｙ_w1−ｙ_w2)／２ａ)…(1)
なお、２ａは二軸台車１２の軸距である。

【0023】

なお、前側の輪軸１４ａの左右変位ｙ_w1は下記(2)で、後側の輪軸１４ｂの左右変位ｙ_w2は下記(3)で求める。
ｙ_w1＝ｙ_w1L−ｙ_w1R…(2)
ｙ_w2＝ｙ_w2L−ｙ_w2R…(3)

【0024】

また、前記演算器１９は、前記変位センサー１８で測定した前側の輪軸１４ａを支持する両側の軸箱１６の前後変位Δａｘ_1L、Δａｘ_1Rの差を用いて下記(4)で、前側の輪軸１４ａの輪軸角Ψ_axを求める。
Ψ_ax＝tan^-１((Δａｘ_1L−Δａｘ_1R)／Ｄ)…(4)
なお、Ｄは前側の輪軸１４ａを支持する両側の軸箱１６の中心間距離である。

【0025】

そして、前記演算器１９は、前記(1)式で求めた二軸台車１２のヨー角Ψ_bに前記(4)式で求めた前側の輪軸１４ａの輪軸角Ψ_axを加算（Ψ_b＋Ψ_ax）して曲線区間走行時における前側の輪軸１４ａのアタック角Ψ_w1を求める。これが本発明方法である。

【0026】

因みに、曲線半径が６００mの曲線区間を、５km／hの速度で走行したとき、前記(1)式で求めた二軸台車１２のヨー角Ψ_bは１．８７mrad、前記(4)式で求めた前側の輪軸１４ａの輪軸角Ψ_axは０．８２mradで、本発明方法によって求めた前側の輪軸１４ａのアタック角Ψ_w1は２．６９mradとなり、実際のアタック角２．５２mradとほぼ同じ値となった。

【0027】

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された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。

【0028】

上記の実施例では、各輪軸１４ａ，１４ｂの両側に各１個で、一台の二軸台車１２に例えば４個の距離センサー１５を設置しているが、車両幅方向の片側にのみ各１個、一台の二軸台車１２に２個の距離センサー１５を設置したものでも良い。

【0029】

また、上記の実施例では、距離センサー１５や変位センサー１８としてレーザ距離計を挙げているが、輪軸１４ａ，１４ｂの設置位置からレール１３の側面までの距離や前側の輪軸１４ａの軸箱１６の前後変位を測定できるものであればレーザ距離計に限らない。

【0030】

また、上記の実施例では、前後の輪軸１４ａ，１４ｂの左右変位から求めた二軸台車のヨー角Ψ_bに、両側の軸箱１６の前後変位の差を用いて求めた前側の輪軸１４ａの輪軸角Ψ_axを加算して補正している。しかしながら、前後の輪軸１４ａ，１４ｂの左右変位から求めた二軸台車のヨー角Ψ_bをアタック角としてもよい。

【符号の説明】

【0031】

１１ アタック角測定装置
１２ 二軸台車
１３ レール
１４ａ 前側の輪軸
１４ｂ 後側の輪軸
１５ 距離センサー
１６ 軸箱
１７ 台車枠
１８ 変位センサー
１９ 演算器
２０ 車輪

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】