JP2016199064A

JP2016199064A - 鉄道車両のブレーキ異常検知装置

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Publication number: JP2016199064A
Application number: JP2015078241A
Authority: JP
Inventors: 和田　直樹; Naoki Wada; 直樹和田; 善和小倉; Yoshikazu Ogura; 善之安藤; Yoshiyuki Ando; 雅幸三津江; Masayuki Mitsue; 恒資加藤; Atsushi Kato
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2035-04-07
Also published as: JP6600150B2

Abstract

【課題】鉄道車両のブレーキ異常検知装置において、低コストで且つメンテナンス性が良く、ブレーキ異常を好適に検知できるようにする。
【解決手段】ブレーキ異常検知装置１０は、車輪を含む回転体の側面に設けられたブレーキディスクにブレーキパッドを押圧するディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｈに適用される鉄道車両のブレーキ異常検知装置１０であって、前記ブレーキディスクに対して隙間をあけて、台車枠又は前記台車枠に連結された梁に取り付けられる温度検出器１１Ａ〜Ｈと、前記温度検出器１１Ａ〜Ｈで検出された温度が所定以上の値であるときに、ブレーキの異常を示す異常信号を出力する異常信号出力器１１Ａ〜Ｈと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスクブレーキ装置に適用される鉄道車両のブレーキ異常検知装置に関する。

鉄道車両では、何らかの原因で走行時にブレーキが掛かったままとなる現象（ブレーキ不緩解）の発生を検知することが望まれている。例えば、特許文献１では、地上に設置された温度センサにより車輪のリム部の温度を計測し、その温度パターンを評価してブレーキ不緩解の有無を判定する方法が提案されている。また、特許文献２では、ディスクブレーキの摩擦材に温度センサを直接取り付け、ブレーキ作動ＯＦＦの状況下において温度センサで検出された温度が設定値を超えたときに、ブレーキ不緩解が発生したと判定する方法も提案されている。

特開２００９−２３６１４０号公報特開２００２−１３９０８３号公報

しかし、特許文献１の場合、出庫時の異常検知には適しているが、各駅での出発時に検知しようとすれば、各駅に温度センサ等の設備が必要となり、設備コストが大きくなる。また、各駅に設備を設けたとしても、駅間に停車してから発進するときに不緩解が発生した場合には、検知することができない。

また、特許文献２の場合、温度センサが摩擦材に直接取り付けられるため、摩擦材の交換時には、温度センサも取り外す必要があるため、メンテナンス性がよくない。更に、センサが、制動時に高温になる摩擦材に直接晒されるため、高温に耐える高価なセンサが必要となる。

そこで本発明は、鉄道車両のブレーキ異常検知装置において、低コストで且つメンテナンス性が良く、ブレーキ異常を好適に検知できるようにすることを目的とする。

本発明の一態様に係る鉄道車両のブレーキ異常検知装置は、車輪を含む回転体の側面に設けられたブレーキディスクにブレーキパッドを押圧するディスクブレーキ装置に適用される鉄道車両のブレーキ異常検知装置であって、前記ブレーキディスクに対して所定の隙間をあけて、台車枠又は前記台車枠に連結された梁に取り付けられる温度検出器と、前記温度検出器で検出された温度が所定以上の値であるときに、ブレーキの異常を示す異常信号を出力する異常信号出力器と、を備える。

前記構成によれば、温度検出器が台車のディスクブレーキ装置とは異なる部分に取り付けられるので、温度検出器を高温に耐える高価なセンサにする必要がないとともに、ディスクブレーキ装置のメンテナンス時に温度検出器を取り外す必要もなくなり、メンテナンス性が向上する。また、温度検出器は台車に設けられるため、地上側に特別な設備を設ける必要がないとともに、駅間に停車してから発進するときにもブレーキ異常を検知することができる。

本発明によれば、低コストで且つメンテナンス性が良く、ブレーキ異常を好適に検知することが可能となる。

第１実施形態に係る鉄道車両のブレーキ異常検知装置を模式的に説明するブロック図である。図１に示すブレーキ異常検知装置のサーマルスイッチが搭載された台車の平面図である。図２に示す台車のサーマルスイッチ及びその近傍を拡大した平面図である。図３に示すサーマルスイッチ及びその近傍を車幅方向内側から見た側面図である。図４に示すサーマルスイッチが取り付けられるケーシングの蓋が外された状態を車幅方向内側から見た側面図である。図４に示すサーマルスイッチ及びその近傍を車両長手方向から見た鉛直断面図である。第２実施形態に係る鉄道車両のブレーキ異常検知装置のサーマルスイッチ及びその近傍を車幅方向内側から見た側面図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、以下の説明では、鉄道車両が走行する方向であって車体が延びる方向を車両長手方向とし、それに直交する横方向を車幅方向として定義する。車両長手方向は前後方向とも称し、車幅方向は左右方向とも称しえる。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る鉄道車両１のブレーキ異常検知装置１０を模式的に説明するブロック図である。図１に示すように、鉄道車両１は、車両運行を制御する指令所１７との間で信号を送受信する。鉄道車両１は、車体２と、車体２を支持する一対の台車３Ａ，３Ｂとを備える。各台車３Ａ，３Ｂには、後述するように、各車輪２７Ａ〜Ｄ（図２参照）の各ブレーキディスク３３Ａ，３３Ｂ（図６参照）に対応してサーマルスイッチ１１Ａ〜Ｈ（温度検出器，異常信号出力器）が設けられている。車体２には、ブレーキ制御装置１２と、ＴＭＳ１３（列車情報管理システム）と、送信器１４とが搭載されている。また、車体２の運転室には、運転台１５に設けられたブレーキ操作器１６が配置されている。

ブレーキ制御装置１２は、ブレーキ指令に応じて空気圧式のディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｈの動作を制御する機能を有するとともに、ディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｈの制動のための空気圧を検出する機能を有する。ブレーキ制御装置１２は、後述するサーマルスイッチ１１Ａ〜Ｈからの異常信号を非常ブレーキ指令としてＴＭＳ１３を介さずに直接受信し、ディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｈに非常ブレーキを作動させるように制御する。ブレーキ制御装置１２は、運転者による常用ブレーキ指令が無い状態でディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｈの空気圧が所定の閾値を超えていると判定されたときにも、ディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｈに非常ブレーキを作動させる。

ＴＭＳ１３は、種々の列車情報を管理するコントローラであり、例えば、ブレーキ操作器１６からの常用ブレーキ指令を受信してブレーキ制御装置１２に当該指令を送信したり、後述するサーマルスイッチ１１Ａ〜Ｈからの異常信号を記録する等の種々の管理を行う。サーマルスイッチ１１Ａ〜Ｈからの信号は、どのディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｈで異常が発生したかを特定可能にＴＭＳ１３に入力される。ＴＭＳ１３は、サーマルスイッチ１１Ａ〜Ｈから異常信号を受信すると、当該異常信号を送信器１４により地上の指令所１７に無線で送信するとともに、車両１の運転台１５に送信する。ブレーキ制御装置１２は、送信器１４から送信された異常信号を受信した指令所１７からの指令信号に基づいて、ディスクブレーキ装置３２に非常ブレーキを作動させてもよい。また、ＴＭＳ１３は、サーマルスイッチ１１Ａ〜Ｈからの異常信号を受けてブレーキ制御装置１２へ非常ブレーキ指令信号を発信し、その信号に基づいてディスクブレーキ装置３２に非常ブレーキを作動させてもよい。なお、台車３Ａと台車３Ｂとは同様の構成であるため、以下では代表して台車３Ａについて説明する。

図２は、実施形態に係る鉄道車両１のブレーキ異常検知装置１０のサーマルスイッチ１１Ａ〜Ｄが搭載された台車３Ａの平面図である。図２に示すように、台車３Ａは、車体２（図１参照）を支持する台車枠２１を備える。台車枠２１は、車幅方向両側において車両長手方向に延びる一対の側梁２２と、一対の側梁２２の車両長手方向中央部を連結するように車幅方向に延びる横梁２３と、一対の側梁２２の車両長手方向両端部を連結するように車幅方向に延びる端梁２４とを有する。

横梁２３の車両長手方向両側には、それぞれ輪軸２５Ａ，２５Ｂが配置されている。輪軸２５Ａ，２５Ｂは、車幅方向に延びた車軸２６Ａ，２６Ｂと、車軸２６Ａ，２６Ｂの車幅方向両側にそれぞれ設けられた車輪２７Ａ〜Ｄとを有する。車軸２６Ａ，２６Ｂの車幅方向両端部は、車輪２７Ａ〜Ｄよりも車幅方向外側に位置する軸箱２８Ａ〜Ｄに収容された軸受（図示せず）により回転自在に支持されている。本実施形態の台車３Ａは、平行カルダン駆動方式である。車軸２６Ａ，２６Ｂには減速機２９Ａ，２９Ｂが接続され、減速機２９Ａ，２９Ｂには自在継手３０Ａ，３０Ｂを介して電動機３１Ａ，３１Ｂが接続され、電動機３１Ａ，３１Ｂの駆動力が減速機２９Ａ，２９Ｂを介して車軸２６Ａ，２６Ｂに伝達される。電動機３１Ａ，３１Ｂは横梁２３に固定され、減速機２９Ａ，２９Ｂは横梁２３に弾性的に支持されている。

台車３Ａには、車輪２７Ａ〜Ｄの各々に対応してディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｄが設けられている。ディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｄは、車輪２７Ａ〜Ｄの各々の両側面に固定されたブレーキディスク３３Ａ，３３Ｂ（図４及び６参照）と、ブレーキディスク３３Ａ，３３Ｂをブレーキパッド３７Ａ〜Ｄ（摩擦材）で挟んで摩擦により制動するキャリパ３４Ａ〜Ｄとを備える。キャリパ３４Ａ〜Ｄは、車輪２７Ａ〜Ｄごとに対応して配置され、端梁２４，２５に固定されている。サーマルスイッチ１１Ａ〜Ｄは、非接触式であり、車輪２７Ａ〜Ｄごとに対応して配置され、台車３Ａのうちディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｄとは異なる部分に取り付けられている。サーマルスイッチ１１Ａ〜Ｄには、台車枠２１に沿って配索された電気ケーブル３５Ａ〜Ｄの一端部が接続され、電気ケーブル３５Ａ〜Ｄの他端部は１つのジャンクションボックス３６に接続されている。ジャンクションボックス３６は、横梁２３に固定され、車幅方向において減速機２９Ａ，２９Ｂと電動機３１Ａ，３１Ｂとの間に配置されている。なお、サーマルスイッチ１１Ａ〜Ｄは互いに同様の構成であるため、以下では代表してサーマルスイッチ１１Ａについて説明する。

図３は、図２に示す台車３Ａのサーマルスイッチ１１Ａ及びその近傍を拡大した平面図である。図４は、図３に示すサーマルスイッチ１１Ａ及びその近傍を車幅方向内側から見た側面図である。図５は、図４に示すサーマルスイッチ１１Ａが取り付けられるケーシング４２の蓋４４が外された状態を車幅方向内側から見た側面図である。図６は、図４に示すサーマルスイッチ１１Ａ及びその近傍を車両長手方向から見た鉛直断面図である。図３〜６に示すように、サーマルスイッチ１１Ａは、車輪２７Ａの車幅方向外側面に固定されたブレーキディスク３３Ａに車幅方向外側から対向するように、ブレーキディスク３３Ａから所定の隙間Ｇをあけて配置されている。

サーマルスイッチ１１Ａは、ブレーキディスク３３Ａに向けて露出した温度検知部１１Ａａを有し、その温度検出部１１Ａａで検出された温度が所定以上の値であるときに、ブレーキの異常を示す異常信号（電圧信号）を出力する。即ち、サーマルスイッチ１１Ａは、温度検出器と異常信号出力器との両方の機能を備えている。サーマルスイッチ１１Ａの温度検知部１１Ａａは、例えば、ブレーキディスク３３Ａから２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の距離Ｌを離して配置されている。

サーマルスイッチ１１Ａは、ブレーキディスク３３Ａのうちキャリパ３４Ａのブレーキパッド３７Ａが接触する摩擦部に対向して配置される。即ち、サーマルスイッチ１１Ａは、車幅方向から見て、ブレーキディスク３３Ａの回転中心を基準としてキャリパ３４Ａのブレーキパッド３７Ａと同心円上の位置に配置されている。より具体的には、ブレーキディスク３３Ａの回転中心から見て、キャリパ３４Ａは車両長手方向外側に配置され、サーマルスイッチ１１Ａは車両長手方向内側（台車中央側）に配置されている。サーマルスイッチ１１Ａは、上方から見て、車輪２７Ａと側梁２２との間に配置されている。サーマルスイッチ１１Ａは、側方から見て、空車状態で側梁２２の下端（サーマルスイッチ１１Ａと車両長手方向位置が同じ部分における下端）と軸梁３９の下端との間の高さに配置されている。

側梁２２と軸箱２８Ａ（図２参照）との間には、軸梁式の軸箱支持装置３８が介設されている。軸箱２８Ａからは一体的に台車中央に向けて車両長手方向に軸梁３９が延びており、軸梁３９の先端部３９ａがゴムブッシュ４０等を介して側梁２２の受座部２２ａに連結されている。側梁２２の車幅方向内側の側面には、板状のブラケット４１がボルトで固定されている。ブラケット４１には、サーマルスイッチ１１Ａを収容する箱状のケーシング４２が固定されている。ケーシング４２は、サーマルスイッチ１１Ａが走行風により冷却されることを抑制する走行風除けカバーとして機能する。ケーシング４２は、ネジでブラケット４１に固定されて、車幅方向内方に開放される開口部４３ａが形成されたケーシング本体４３と、ケーシング本体４３の開口部４３ａを閉鎖するようにケーシング本体４３に着脱可能に取り付けられる蓋４４とを有する。蓋４４には、サーマルスイッチ１１Ａの検知部１１Ａａをブレーキディスク３３Ａに向けて露出させる露出孔４４ａが形成されている。

ケーシング本体４３には、その内部においてサーマルスイッチ１１Ａを開口部４３ａ付近に位置決めする支持部４３ｂが設けられている。サーマルスイッチ１１Ａは、支持部４３ｂにネジで固定されることで、ケーシング本体４３に固定されている。即ち、サーマルスイッチ１１Ａは、ケーシング４２及びブラケット４１を介して側梁２２に固定されている。サーマルスイッチ１１Ａは、例えば、対応するディスクブレーキ装置３２Ａにて不緩解等の異常が発生することで高温（例えば、約３５０℃）に過熱されたディスクブレーキ３３Ａの輻射熱により温度検知部１１Ａａが所定の設定温度（例えば、１００℃）に達したときに、電圧信号を出力する。サーマルスイッチ１１Ａから当該電圧信号が異常信号として出力されると、ブレーキ制御装置１２は、当該異常信号を非常ブレーキ指令として受信し、ディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｈを強制作動させる。

ケーシング本体４３の台車中央側の側壁部にはケーブル挿通孔４３ｃが形成され、サーマルスイッチ１１Ａに接続された電気ケーブル３５Ａがケーブル挿通孔４３ｃに挿通されている。電気ケーブル３５Ａの電気ケーブル挿通孔４３ｃに嵌合された部分には、ケーブルグランド４５が装着されており、ケーシング４２内への水の侵入等が防止されている。ケーシング本体４３の底壁部には、ドレン孔４３ｄが形成されている。また、ブラケット４１にはクランプ部材４６が固定され、側梁２２にもクランプ部材４７が固定されている。電気ケーブル３５Ａは、サーマルスイッチ１１Ａから台車中央側に向けて延び、各クランプ部材４６，４７に保持されている。

以上に説明した構成によれば、サーマルスイッチ１１Ａ〜Ｈが台車３Ａ，３Ｂのうちディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｈとは異なる部分に取り付けられるので、サーマルスイッチ１１Ａ〜Ｈを高温に耐える高価なセンサにする必要がないとともに、ディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｈのメンテナンス時にサーマルスイッチ１１Ａ〜Ｈを取り外す必要もなくなり、メンテナンス性が向上する。また、サーマルスイッチ１１Ａ〜Ｈは台車３Ａ，３Ｂに設けられるため、地上側に特別な設備を設ける必要がないとともに、駅間に停車してから発進するときにもブレーキ異常を検知することができる。また、サーマルスイッチ１１Ａは、ブレーキディスク３３Ａから２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の距離Ｌを離して配置されるので、ブレーキディスク３３Ａからの輻射熱によりサーマルスイッチ１１Ａが過熱されることを防ぎながらも、ブレーキディスク３３Ａからの輻射熱を的確に検知することができる。

また、サーマルスイッチ１１Ａ〜Ｈは側梁２２に固定されるので、電気ケーブル３５Ａ〜Ｄを台車枠２１に沿って簡単に配索させることができる。また、サーマルスイッチ１１Ａは、ブレーキディスク３３Ａの回転中心から見て車両長手方向内側（台車中央側）に配置されているので、横梁２３に固定されたジャンクションボックス３６からサーマルスイッチ１１Ａまで延びる電気ケーブル３５Ａを短尺化することができ、電気ケーブル３５Ａの配索を簡素化することができる。

また、送信部１４が、車両１の運転台１５や地上の運行指令所１７に異常信号を送信するので、運転手や運行管理者が即座にブレーキ異常を把握することができる。また、ブレーキ制御装置１２は、ブレーキ操作器１６からのブレーキ指令が無い状態でディスクブレーキ装置３２Ａの空気圧が所定の閾値を超えていると判定された場合、又は、異常判定部１４により異常の発生が判定された場合のいずれかのときに、ディスクブレーキ装置３２Ａ〜Ｈに非常ブレーキを作動させるので、ディスクブレーキ装置３２Ａの空気圧とブレーキディスク３３Ａの温度との両方の情報が監視され、信頼性が向上する。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る鉄道車両のブレーキ異常検知装置のサーマルスイッチ１１Ａ及びその近傍を車幅方向内側から見た側面図である。図７に示すように、本実施形態では、サーマルスイッチ１１Ａは、台車枠に連結された軸梁３９に取り付けられている。具体的には、サーマルスイッチ１１Ａを収容したケーシング４２が、軸梁３９に固定されている。本実施形態の台車の台車枠は、側梁を備えておらず、横梁（図２の符号２３）から車両長手方向外方に延びる受座部５０に軸梁３９の先端部３９ａがゴムブッシュ４０等を介して連結されている。軸梁３９は、受座部５０に対して揺動し得るため、ケーシング４２を介してサーマルスイッチ１１Ａに接続された電気ケーブル３５Ａは余長を有する。サーマルスイッチ１１Ａは、ブレーキディスク３３Ａに車幅方向外側から対向するように、ブレーキディスク３３Ａから所定の隙間Ｇをあけて配置されている。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前記実施形態では、サーマルスイッチが温度検出器と異常信号出力器とを兼ねるものとしたが、異常信号出力器は、温度検出器とは別体としてもよい。前記実施形態では、サーマルセンサ１１Ａ〜Ｈからの異常信号は、ブレーキ制御装置１２とＴＭＳ１３とに並行して送信されるものとしたが、当該異常信号はＴＭＳ１３に送信されずにブレーキ制御装置１２に送信されるものとしてもよい。前記実施形態では、サーマルスイッチ１１Ａが走行風により冷却されるのを抑制する走行風除けカバーとして箱状のケーシング４２を例示したが、箱状でないカバーを用いてもよい。また、温度検知器１１Ａ〜Ｈとしてサーマルスイッチを例示したが、温度センサを用いてもよい。その場合には、温度センサで検出された温度が所定以上の値のときに異常信号を出力する異常信号出力器を車体に配置してもよい。また、ブレーキディスク３３Ａは、車輪２７Ａに直接固定されるものを例示したが、車輪から離間して車軸に固定される回転体の側面に固定されるブレーキディスクを用いてもよい。また、側梁の無い台車枠を有する台車にサーマルスイッチ１１Ａを取り付ける場合には、横梁等に温度検知器を固定してもよい。また、軸箱支持装置は、軸梁式以外の他の方式を用いてもよい。

１鉄道車両
１０ブレーキ異常検知装置
１１Ａ〜Ｈサーマルスイッチ（温度検出器，異常信号出力器）
１２ブレーキ制御装置
１４送信器
１６ブレーキ操作器
１７指令所
２１台車枠
２２側梁
２７Ａ〜Ｄ車輪
３２Ａ〜Ｈディスクブレーキ装置
３３Ａ，３３Ｂブレーキディスク
３７Ａ〜Ｄブレーキパッド
３９軸梁

Claims

車輪を含む回転体の側面に設けられたブレーキディスクにブレーキパッドを押圧するディスクブレーキ装置に適用される鉄道車両のブレーキ異常検知装置であって、
前記ブレーキディスクに対して隙間をあけて、台車枠又は前記台車枠に連結された梁に取り付けられる温度検出器と、
前記温度検出器で検出された温度が所定以上の値であるときに、ブレーキの異常を示す異常信号を出力する異常信号出力器と、を備える、鉄道車両のブレーキ異常検知装置。
前記温度検出器は、前記台車枠の側梁に固定される、請求項１に記載の鉄道車両のブレーキ異常検知装置。
前記温度検出器は、前記ブレーキディスクから２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の距離を離して配置される、請求項１又は２に記載の鉄道車両のブレーキ異常検知装置。
前記異常信号出力器から出力された異常信号を受信して、前記ディスクブレーキ装置に非常ブレーキを作動させるブレーキ制御装置をさらに備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄道車両のブレーキ異常検知装置。
鉄道車両の運行を制御する指令所との間で信号を送受信する鉄道車両に適用可能なブレーキ異常検知装置であって、
前記異常信号出力器から出力された異常信号を外部に送信する送信器と、
前記送信器から送信された異常信号を受信した前記指令所からの指令信号に基づいて、前記ディスクブレーキ装置に非常ブレーキを作動させるブレーキ制御装置をさらに備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄道車両のブレーキ異常検知装置。
前記ブレーキ制御装置は、
運転台のブレーキ操作器からのブレーキ指令が無い状態で前記ブレーキディスクを制動するための空気圧が所定の閾値を超えていると判定された場合、又は、前記異常信号出力器により異常信号が出力された場合のいずれかのときに、前記ディスクブレーキ装置に非常ブレーキを作動させる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉄道車両のブレーキ異常検知装置。