JP2019174142A - Wheel weight estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両の輪重推定方法に関し、特に高周波成分を適切に推定可能なものに関する。 The present invention relates to a method for estimating the wheel load of a railway vehicle, and more particularly to a method capable of appropriately estimating a high frequency component.
鉄道車両の輪重は、車輪とレールとの間に作用する力のうち、レール方向に対して垂直な面内にある上下方向成分の分力である。
輪重は、車両の重量を支える力としての静止輪重と、車両の運動に伴い発生する変動分との和で表される。
輪重は、例えば緩和曲線部における軌道の平面性不整、車体のねじれ、カント不足、車両の動揺、ばね下質量の振動、衝撃等によって変動する。
輪重は、車両の走行性能や軌道の状態を把握するために必要な情報であり、従来様々な手法によって輪重測定が試みられている。
The wheel load of a railway vehicle is a component force of an up-down direction component in a plane perpendicular to the rail direction among forces acting between the wheel and the rail.
The wheel load is expressed as a sum of a stationary wheel load as a force that supports the weight of the vehicle and a variation generated with the movement of the vehicle.
The wheel load fluctuates due to, for example, irregularity in the flatness of the track in the relaxation curve portion, torsion of the vehicle body, lack of cant, vehicle shake, vibration of unsprung mass, impact, and the like.
The wheel load is information necessary for grasping the running performance of the vehicle and the state of the track. Conventionally, wheel load measurement has been attempted by various methods.
鉄道車両の輪重測定あるいは推定に関する従来技術として、例えば非特許文献１には、車輪に複数のひずみゲージが貼付されたＰＱ輪軸を用いるとともに、ひずみゲージを順次結線して構成されたブリッジ回路の出力電圧を、車輪の回転角で補正することにより、輪重を連続的に測定することが記載されている。
非特許文献２には、輪軸を支持する軸箱の加速度及び軌道変位に基づいて、輪重、横圧の推定を行うことが記載されている。
For example, Non-Patent
Non-Patent
非特許文献１のように、ＰＱ輪軸を用いた輪重測定においては、測定原理上、分解能を向上することが難しく、高周波の輪重変動を測定することが困難であり、実測できない高周波域の輪重変動を、他の手法により推定することが要望されている。
これに対し、非特許文献２のように軸箱加速度を利用する場合、比較的高周波の輪重変動を推定することは可能である。
しかし、鉄道のレールは前後方向に離散的に設けられたまくらぎによって支持されており、まくらぎが載置されるバラスト道床の剛性も一様ではないため、車輪の走行に伴って車輪直下の軌道の剛性（ばね定数）は逐次変動することになる。
非特許文献２に記載された技術においては、このような軌道の剛性の変動による影響が考慮されておらず、輪重推定の妥当性に懸念がある。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、高周波成分を適切に推定可能な輪重推定方法を提供することである。
As in
On the other hand, when the axle box acceleration is used as in Non-Patent
However, railroad rails are supported by sleepers that are discretely provided in the front-rear direction, and the rigidity of the ballast roadbed on which the sleepers are placed is not uniform. The rigidity (spring constant) of the track will change sequentially.
In the technique described in
In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a wheel load estimation method capable of appropriately estimating a high frequency component.
上述した課題を解決するため、本発明の輪重推定方法は、車輪に取り付けたひずみゲージの出力を用いて前記車輪の輪重を測定する輪重測定装置によって測定された輪重測定データと、前記車輪が設けられた輪軸を支持する軸箱に取り付けられた加速度センサによって測定された軸箱加速度測定データのうち所定の周波数よりも低周波数の成分とに基づいて軌道の剛性を推定し、推定された前記軌道の剛性と、前記軸箱加速度測定データとに基づいて前記所定の周波数よりも高周波の成分を含む輪重を推定することを特徴とする。
これによれば、輪重の低周波成分の実測値、及び、軸箱加速度から軌道の剛性を推定し、輪重よりも高周波までの測定が可能な軸箱加速度と、推定された軌道の剛性とに基づいて、直接測定することが困難な輪重変動の高周波成分を適切に推定することができる。
In order to solve the above-described problem, the wheel load estimation method of the present invention includes wheel load measurement data measured by a wheel load measuring device that measures the wheel load of the wheel using an output of a strain gauge attached to the wheel, and Estimating the rigidity of the trajectory based on a component having a frequency lower than a predetermined frequency out of the axle box acceleration measurement data measured by the acceleration sensor attached to the axle box that supports the axle provided with the wheel The wheel load including a component having a frequency higher than the predetermined frequency is estimated based on the rigidity of the track and the axle box acceleration measurement data.
According to this, the rigidity of the trajectory is estimated from the measured value of the low frequency component of the wheel load and the axle box acceleration, and the axle box acceleration that can be measured up to a higher frequency than the wheel load, and the estimated trajectory rigidity. Based on the above, it is possible to appropriately estimate the high-frequency component of the wheel load fluctuation that is difficult to directly measure.
本発明において、前記軌道の剛性は、当該軌道の長手方向に沿って離散的に配置された複数の箇所についてそれぞれ推定される構成とすることができる。
これによれば、車輪の転動（進行）に応じて時々刻々と変化する軌道の剛性の変動の影響を適切に反映させ、精度よく輪重を推定することができる。
In the present invention, the rigidity of the track can be estimated for each of a plurality of locations discretely arranged along the longitudinal direction of the track.
According to this, it is possible to appropriately reflect the influence of the change in the rigidity of the track that changes every moment according to the rolling (progression) of the wheel, and to estimate the wheel load with high accuracy.
また、本発明の輪重推定方法は、車輪に取り付けたひずみゲージの出力を用いて前記車輪の輪重を測定する輪重測定装置によって測定された輪重測定データと、前記車輪が設けられた輪軸を支持する軸箱に取り付けられた加速度センサによって測定された軸箱加速度測定データのうち所定の周波数よりも低周波数の成分とに基づいて軌道の剛性及び減衰特性を推定し、推定された前記軌道の剛性及び減衰特性と、前記軸箱加速度測定データとに基づいて前記所定の周波数よりも高周波の成分を含む輪重を推定することを特徴とする。
これによれば、上述した効果と実質的に同様の効果に加え、軌道の減衰特性を考慮することにより、より精度よく輪重を推定することができる。
Further, the wheel weight estimation method of the present invention is provided with wheel weight measurement data measured by a wheel weight measuring device that measures the wheel weight of the wheel using an output of a strain gauge attached to the wheel, and the wheel is provided. Estimating the rigidity and damping characteristics of the track based on a component having a frequency lower than a predetermined frequency out of the axial box acceleration measurement data measured by the acceleration sensor attached to the axle box supporting the wheel shaft, and the estimated A wheel load including a higher frequency component than the predetermined frequency is estimated based on the rigidity and damping characteristics of the track and the axle box acceleration measurement data.
According to this, in addition to the effect substantially the same as the effect mentioned above, the wheel load can be estimated with higher accuracy by considering the attenuation characteristic of the track.
本発明において、前記軌道の剛性及び減衰特性は、当該軌道の長手方向に沿って離散的に配置された複数の箇所についてそれぞれ推定される構成とすることができる。
これによれば、車輪の転動（進行）に応じて時々刻々と変化する軌道の剛性及び減衰特性の変動の影響を適切に反映させ、精度よく輪重を推定することができる。
In the present invention, the rigidity and damping characteristics of the track can be estimated for a plurality of locations discretely arranged along the longitudinal direction of the track.
According to this, it is possible to accurately reflect the influence of changes in the rigidity and damping characteristics of the track that changes every moment according to the rolling (progression) of the wheel, and to estimate the wheel load with high accuracy.
本発明において、前記所定の周波数は、前記輪重測定装置における測定上限周波数の近傍に設定される構成とすることができる。
これによれば、輪重測定装置の測定上限周波数近傍までの輪重の実測値を用いて精度良く軌道の剛性を推定することができ、推定精度を向上することができる。
In this invention, the said predetermined frequency can be set as the structure set to the vicinity of the measurement upper limit frequency in the said wheel load measuring device.
According to this, it is possible to accurately estimate the rigidity of the track using the actual measured value of the wheel load up to the vicinity of the measurement upper limit frequency of the wheel load measuring device, and it is possible to improve the estimation accuracy.
以上のように、本発明によれば、高周波成分を適切に推定可能な輪重推定方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a wheel load estimation method capable of appropriately estimating a high frequency component.
以下、本発明を適用した輪重推定方法の実施形態について説明する。
実施形態の輪重推定方法は、鉄道車両の車輪がレールに作用させる下向き荷重である輪重を、車輪に貼付したひずみゲージからなるブリッジ回路出力を利用して輪重を測定する荷重測定用輪軸（ＰＱ輪軸）の測定上限周波数よりも高周波域まで推定するものである。
Hereinafter, an embodiment of a wheel load estimation method to which the present invention is applied will be described.
The wheel load estimation method according to the embodiment includes a load measuring wheel shaft that measures a wheel load using a bridge circuit output including a strain gauge attached to a wheel, which is a downward load that a wheel of a railway vehicle acts on the rail. The estimation is made up to a higher frequency range than the measurement upper limit frequency of (PQ wheel shaft).
図１は、実施形態の輪重推定方法における鉄道車両及び軌道の構成を模式的に示す図である。
実施形態において、鉄道車両１は、一例として、車体前後に２軸ボギー台車を有する電車等の旅客車である。
図１に示すように、鉄道車両１は、車体１０、台車枠２０、まくらばね３０、上下動ダンパ４０、軸箱５０、軸箱支持装置６０、ＰＱ輪軸１００等を有して構成されている。
Drawing 1 is a figure showing typically composition of a rail car and a track in a wheel load estimating method of an embodiment.
In the embodiment, the
As shown in FIG. 1, the
車体１０は、内部に乗客等が収容される空間部を有する構造物である。
車体１０は、下部に設けられ床板が取り付けられる台枠、台枠の側端部、前後端部から上方へ立ち上げられた側構、妻構、上部に設けられた屋根構等を有する六面体状に形成されている。
The
The
台車枠２０は、車体１０の下部に取り付けられる２軸ボギー台車の本体部を構成する部材である。
台車枠２０は、上方から見た平面形が実質的に矩形状となる枠体として形成されている。
台車枠２０は、車体１０に対してボギー角付与可能なよう、鉛直軸周りに相対回転可能であり、かつ、車体１０に対して上下方向に相対変位可能に取り付けられている。
車体１０と台車枠２０との前後方向相対変位は、図示しない牽引装置により拘束されている。
台車枠２０には、図示しないブレーキ装置や、電動車の場合には主電動機等が搭載される。
The
The
The
The relative displacement in the front-rear direction between the
The
まくらばね３０は、車体１０の下部と台車枠２０の上部との間に設けられた空気ばねである。
まくらばね３０は、車体１０を支持して荷重を台車枠２０に伝達するとともに、車体１０と台車枠２０との上下方向の相対変位に応じたばね反力を発生する。
まくらばね３０は、例えば台車枠２０の前後方向中央部において、まくらぎ方向に離間して一対が設けられる。
The
The
A pair of
上下動ダンパ４０は、車体１０と台車枠２０との上下方向相対速度に応じた減衰力を発生する油圧ダンパ等の減衰要素である。
上下動ダンパ４０は、台車枠２０の左右にそれぞれ設けられる。
The
The
軸箱５０は、後述するＰＱ輪軸１００を回転可能に支持するものである。
軸箱５０は、車軸１２０の両端部に形成されたジャーナル部を回転可能に支持する軸受、及び、その潤滑装置や、車軸１２０の回転速度を検出する図示しない車速発電機等を有して構成されている。
軸箱５０には、加速度センサ５１が取り付けられている。
加速度センサ５１は、軸箱５０に作用する上下方向加速度を検出するものである。
加速度センサ５１は、後述するＰＱ輪軸１００を用いる輪重測定装置の測定上限周波数ｆｐよりも高い測定上限周波数ｆａを有する。
加速度センサ５１の出力は、図示しない記録装置に伝達され記憶される。
The
The
An
The
The
The output of the
軸箱支持装置６０は、台車枠２０に取り付けられ、軸箱５０及びＰＱ輪軸１００を台車枠２０に対して相対変位可能に支持するものである。
軸箱支持装置６０は、台車枠２０に対する軸箱５０の上下方向相対変位を許容するとともに、ＰＱ輪軸１００が台車枠２０に対して鉛直軸周りに相対回転する操舵動作も許容する。
軸箱支持装置６０は、軸ばり６１、軸ばね６２、軸ダンパ６３等を有して構成されている。
The axle
The axle
The shaft
軸ばり６１は、一方の端部が台車枠２０に対して揺動可能に接続されたアーム状の部材である。
軸箱５０は、軸ばり６１の台車枠２０側とは反対側の端部に取り付けられている。
軸ばり６１と台車枠２０との接続部には、弾性体ブッシュ６１ａが設けられ、その弾性変形によって、輪軸１００の操舵を許容するようになっている。
The
The
An
軸ばね６２は、台車枠２０に対する軸箱５０の上下方向変位に応じたばね反力を発生するばね要素である。
軸ばね６２は、軸箱５０の上部に設けられ、上端部、下端部をそれぞれ台車枠２０、軸箱５０に接続されている。
The
The
軸ダンパ６３は、台車枠２０に対する軸箱５０の上下方向相対速度に応じた減衰力を発生する油圧ダンパ等の減衰要素である。
軸ダンパ６３は、軸ばね６２の側方に並行して配置され、上端部、下端部をそれぞれ台車枠２０、軸箱５０に接続されている。
The
The
実施形態の輪重推定方法は、車軸１２０の左右両端部にひずみゲージが貼付された車輪１１０を取り付けたＰＱ輪軸（荷重測定用輪軸）１００を有する輪重測定装置を用いる。
図２は、実施形態の輪重推定方法におけるＰＱ輪軸の車輪の構成を示す図である。
図２（ａ）は車輪の回転中心軸方向かつ車幅方向外側から見た図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ部矢視断面図である。
なお、図２（ａ）には、周上における位置を示す符号としてイ、ロ、ハ・・・コの３２文字を、車輪１１０の中心回りに等間隔（中心角にして１０°間隔）に分散して付している。
The wheel load estimation method of the embodiment uses a wheel load measuring device having a PQ wheel shaft (load measuring wheel shaft) 100 to which
Drawing 2 is a figure showing the composition of the wheel of the PQ wheel axle in the wheel load estimating method of an embodiment.
FIG. 2A is a view seen from the rotation center axis direction of the wheel and the vehicle width direction outside, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line bb in FIG.
In FIG. 2 (a), 32 characters a, b, c,..., As symbols indicating positions on the circumference, are equally spaced around the center of the wheel 110 (center angle is 10 ° intervals). It is distributed and attached.
ＰＱ輪軸１００は、左右一対の車輪１１０を、車軸１２０の両端部近傍に圧入し、固定して構成されている。
車軸１２０の両端部に設けられたジャーナル部は、軸箱支持装置６０を介して、台車枠２０に対して、上下方向及びヨー方向（ステア方向）に相対変位可能に支持されている。
The
The journal portions provided at both ends of the
図２に示すように、車輪１１０は、ハブ部１１１、リム部１１２，踏面１１３，フランジ１１４、板部１１５等を一体に形成した一体車輪である。
As shown in FIG. 2, the
ハブ部１１１は、車輪１１０の中心部に設けられ、車軸１２０が挿入され、圧入により固定される部分である。
ハブ部１１１は、板部１１５に対して回転軸方向の厚みを増して形成され、その中心部には車軸１２０が圧入されるボス孔が形成されている。
The
The
リム部１１２は、車輪１１０の外周縁部に設けられ、車軸１２０と同心の円環状に形成された部分である。
リム部１１２は、レールに当接して転動するいわゆるタイヤ部分を構成する。
リム部１１２は、板部１１５に対して回転軸方向の厚みを増して形成されている。
The
The
The
踏面１１３は、リム部１１２の外周面部に形成され、レールＲ（図５参照）の上面と当接する面部である。
踏面１１３には、曲線通過時に左右車輪の回転半径差をもたせて曲線を円滑に通過させるため、所定の円錐形状の踏面勾配が設けられている。
The
The
フランジ１１４は、踏面１１３の内側の端部近傍から外径側につば状に張り出した部分である。
フランジ１１４は、ＰＱ輪軸１００の軌道に対する左右移動量を規制し、脱輪を防止する機能を有する。
フランジ１１４は、曲線通過時においては、外軌側においてレールの側面と当接し、ＰＱ輪軸１００の左右方向（まくらぎ方向）変位を規制する機能を有する。
The
The
The
板部１１５は、ハブ部１１１の外周面とリム部１１２の内周面とを接続する、実質的に平板状の部分である。
板部１１５には、開口１１６が形成されている。
開口１１６は、板部１１５を車軸方向に貫通して形成された円形のものである。
開口１１６は、板部１１５の周方向に実質的に等間隔に分散して、例えば８個が設けられている。
The
An
The
For example, eight
車輪１１０には、輪重測定用のひずみゲージ１３１Ａ，１３１Ｂ，１３２Ａ，１３２Ｂ，１３３Ａ，１３３Ｂ，１３４Ａ，１３４Ｂ，１３５Ａ，１３５Ｂ，１３６Ａ，１３６Ｂ，１３７Ａ，１３７Ｂ，１３８Ａ，１３８Ｂ、及び、横圧測定用のひずみゲージ１３１ａ，１３１ａ’，１３３ａ，１３３ａ’，１３５ａ，１３５ａ’，１３７ａ，１３７ａ’が貼付されている。
The
輪重測定用のひずみゲージ１３１Ａ，１３１Ｂ，１３２Ａ，１３２Ｂ，１３３Ａ，１３３Ｂ，１３４Ａ，１３４Ｂ，１３５Ａ，１３５Ｂ，１３６Ａ，１３６Ｂ，１３７Ａ，１３７Ｂ，１３８Ａ，１３８Ｂは、開口１１６の内周面に、車輪１１０の周方向に順次貼付されている。
ひずみゲージ１３１Ａ，１３１Ｂは、符号イに相当する箇所（車軸回りにおける位相・角度位置）に設けられた開口１１６の内周面に、車輪１１０の周方向に対向して配置されている。
The strain gauges 131A, 131B, 132A, 132B, 133A, 133B, 134A, 134B, 135A, 135B, 136A, 136B, 137A, 137B, 138A, and 138B for measuring the wheel load are arranged on the inner peripheral surface of the
The strain gauges 131A and 131B are arranged on the inner peripheral surface of the
ひずみゲージ１３２Ａ，１３２Ｂは、符号ホに相当する箇所に設けられた開口１１６の内周面に、車輪１１０の周方向に対向して配置されている。
ひずみゲージ１３３Ａ，１３３Ｂは、符号リに相当する箇所に設けられた開口１１６の内周面に、車輪１１０の周方向に対向して配置されている。
ひずみゲージ１３４Ａ，１３４Ｂは、符号ワに相当する箇所に設けられた開口１１６の内周面に、車輪１１０の周方向に対向して配置されている。
ひずみゲージ１３５Ａ，１３５Ｂは、符号レに相当する箇所に設けられた開口１１６の内周面に、車輪１１０の周方向に対向して配置されている。
ひずみゲージ１３６Ａ，１３６Ｂは、符号ナに相当する箇所に設けられた開口１１６の内周面に、車輪１１０の周方向に対向して配置されている。
ひずみゲージ１３７Ａ，１３７Ｂは、符号ノに相当する箇所に設けられた開口１１６の内周面に、車輪１１０の周方向に対向して配置されている。
ひずみゲージ１３８Ａ，１３８Ｂは、符号マに相当する箇所に設けられた開口１１６の内周面に、車輪１１０の周方向に対向して配置されている。
The strain gauges 132 </ b> A and 132 </ b> B are disposed on the inner peripheral surface of the
The strain gauges 133A and 133B are disposed on the inner peripheral surface of the
The strain gauges 134A and 134B are disposed on the inner peripheral surface of the
Strain gauges 135 </ b> A and 135 </ b> B are disposed on the inner peripheral surface of the
The strain gauges 136 </ b> A and 136 </ b> B are arranged on the inner peripheral surface of the
The strain gauges 137A and 137B are disposed on the inner peripheral surface of the
The strain gauges 138A and 138B are arranged on the inner peripheral surface of the
横圧測定用のひずみゲージ１３１ａ，１３１ａ’，１３３ａ，１３３ａ’，１３５ａ，１３５ａ’，１３７ａ，１３７ａ’は、板部１１５の表面（車輪１１０側面）であって、開口１１６よりも内径側の領域に配置されている。
ひずみゲージ１３１ａ，１３１ａ’は、ひずみゲージ１３１Ａ，１３１Ｂが設けられた開口１１６の内径側に配置されている。
ひずみゲージ１３１ａは、車輪１１０における車幅方向外側の面に貼付されている。
ひずみゲージ１３１ａ’は、車輪１１０における車幅方向内側の面に貼付されている。
ひずみゲージ１３１ａとひずみゲージ１３１ａ’とは、板部１１５を挟み、車輪１１０の回転軸方向に対向して配置されている。
The
The
The
The
The
ひずみゲージ１３３ａ，１３３ａ’は、ひずみゲージ１３３Ａ，１３３Ｂが設けられた開口１１６の内径側に配置されている。
ひずみゲージ１３３ａは、車輪１１０における車幅方向外側の面に貼付されている。
ひずみゲージ１３３ａ’は、車輪１１０における車幅方向内側の面に貼付されている。
ひずみゲージ１３３ａとひずみゲージ１３３ａ’とは、板部１１５を挟み、車輪１１０の回転軸方向に対向して配置されている。
The
The
The
The
ひずみゲージ１３５ａ，１３５ａ’は、ひずみゲージ１３５Ａ，１３５Ｂが設けられた開口１１６の内径側に配置されている。
ひずみゲージ１３５ａは、車輪１１０における車幅方向外側の面に貼付されている。
ひずみゲージ１３５ａ’は、車輪１１０における車幅方向内側の面に貼付されている。
ひずみゲージ１３５ａとひずみゲージ１３５ａ’とは、板部１１５を挟み、車輪１１０の回転軸方向に対向して配置されている。
The
The
The
The
ひずみゲージ１３７ａ，１３７ａ’は、ひずみゲージ１３７Ａ，１３７Ｂが設けられた開口１１６の内径側に配置されている。
ひずみゲージ１３７ａは、車輪１１０における車幅方向外側の面に貼付されている。
ひずみゲージ１３７ａ’は、車輪１１０における車幅方向内側の面に貼付されている。
ひずみゲージ１３７ａとひずみゲージ１３７ａ’とは、板部１１５を挟み、車輪１１０の回転軸方向に対向して配置されている。
The
The
The
The
図３は、図２の車輪における輪重測定用ブリッジ回路の結線を示す図である。
輪重測定用ブリッジ回路は、ひずみゲージ１３１Ａ，１３２Ａ，１３６Ｂ，１３５Ｂ，１３２Ｂ，１３１Ｂ，１３５Ａ，１３６Ａを、順次環状に結線して構成されている。
輪重測定用ブリッジ回路においては、ひずみゲージ１３２Ａ，１３６Ｂの間と、ひずみゲージ１３１Ｂ，１３５Ａの間とに入力電力Ｅｉｎを印可するとともに、ひずみゲージ１３１ａ，１３１ａ’の間と、ひずみゲージ１３５ａ，１３５ａ’の間との電圧を出力電圧ｅｏｕｔとする。
出力電圧ｅｏｕｔは、図示しないスリップリング等を介して車上に設置された記録装置に伝達される。
FIG. 3 is a diagram showing the connection of the wheel load measurement bridge circuit in the wheel of FIG.
The wheel load measuring bridge circuit is configured by sequentially connecting
In the wheel load measuring bridge circuit, the input power E in is applied between the
The output voltage e out is transmitted to a recording device installed on the vehicle via a slip ring (not shown).
車輪１１０は、図示しないロータリエンコーダ（回転角センサ）により、車軸１２０回りにおける角度位置を検出される。
荷重が作用する車輪１１０の周上の位置と、ひずみゲージを接着した位置との関係による出力電圧ｅｏｕｔの変動を、専用の処理装置で補正することにより、連続的な輪重を算出することが可能である。
The angular position of the
It is possible to calculate the continuous wheel load by correcting the fluctuation of the output voltage eout due to the relationship between the position on the circumference of the
軌道は、レールＲ、まくらぎＳ、バラストＢ等を有して構成されている。
レールＲは、車輪１１０が載置される部材であって、左右一対が所定の軌間だけ離間させて実質的に平行に配置されている。
まくらぎＳは、レールＲの下部に配置され、レールＲの軌間保持や、レールＲから道床への荷重伝達を担う部材である。
まくらぎＳは、例えばプレストレストコンクリートまくらぎ（ＰＣまくらぎ）であって、車両の進行方向に所定の間隔で離散して複数配置されている。
レールＲは、図示しない弾性締結装置を介してまくらぎＳに取り付けられている。
また、レールＲの下面部とまくらぎＳの上面部との間には、図示しない軌道パッドが配置されている。
バラストＢは、例えば砕石等であって、まくらぎＳが載置される道床を構成するものである。
The track includes a rail R, a sleeper S, a ballast B, and the like.
The rail R is a member on which the
The sleeper S is a member that is disposed below the rail R and is responsible for maintaining the rail R between the rails and transmitting the load from the rail R to the roadbed.
The sleepers S are, for example, prestressed concrete sleepers (PC sleepers), and a plurality of sleepers S are discretely arranged at predetermined intervals in the traveling direction of the vehicle.
The rail R is attached to the sleeper S via an elastic fastening device (not shown).
Further, a track pad (not shown) is disposed between the lower surface portion of the rail R and the upper surface portion of the sleeper S.
The ballast B is, for example, crushed stone or the like, and constitutes a road bed on which the sleeper S is placed.
以下、本実施形態の輪重推定方法について詳細に説明する。
以上説明したＰＱ輪軸１００を用いる連続法による輪重測定は、輪重ｐを連続的かつ直接測定できるものではあるが、測定原理や装置の構成上、時間分解能に制約があり、高周波の輪重変動を測定することは難しい。
そこで、本実施形態においては、加速度センサ５１が検出する軸箱加速度αにおける低周波の成分と、ＰＱ輪軸１００が検出する輪重ｐとに基づいて、軌道のばね係数ｃ（剛性）、及び、減衰係数ｃ（減衰特性）を推定し、推定されたばね係数ｋ、減衰係数ｃ、軸箱加速度αに基づいて、ＰＱ輪軸１００の測定上限周波数ｆｐ以上の高周波を含む輪重ｐを推定している。
図４は、実施形態の輪重推定方法の概要を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
Hereinafter, the wheel load estimation method of the present embodiment will be described in detail.
Although the wheel load measurement by the continuous method using the
Therefore, in the present embodiment, the spring coefficient c (rigidity) of the track, based on the low-frequency component in the axle box acceleration α detected by the
FIG. 4 is a flowchart illustrating an outline of the wheel load estimation method of the embodiment.
Hereinafter, the steps will be described step by step.
＜ステップＳ０１：輪重・軸箱加速度を同時に測定＞
先ず、ＰＱ輪軸１００を用いた輪重ｐの測定と、加速度センサ５１を用いた軸箱加速度αの測定とを同時に行い、それぞれの時間履歴に関するデータを、図示しない記録装置の記憶媒体に記録する。
ここで、輪重測定の上限周波数ｆｐは、軸箱加速度測定の上限周波数ｆａよりも低周波数となっている。
輪重ｐ、軸箱加速度αの測定及び記録の終了後、ステップＳ０２に進む。
<Step S01: Simultaneous measurement of wheel load and axle box acceleration>
First, the measurement of the wheel load p using the
Here, the upper limit frequency f p of the wheel load measurement has a lower frequency than the upper limit frequency f a of the axle box acceleration measurement.
After the measurement and recording of the wheel load p and the axle box acceleration α, the process proceeds to step S02.
＜ステップＳ０２：軌道剛性推定＞
次に、ステップＳ０１において測定、記録した輪重ｐ及び軸箱加速度αの測定データに基づいて、軌道のばね係数ｋ及び減衰係数ｃを推定する。
ステップＳ０２以降の処理は、例えば、地上施設等の車上以外の箇所（例えば研究室等）で、オフラインで行うことが可能である。
輪重ｐをレールＲにかかる下向き荷重とみなし、軸箱加速度αをレールＲの上下振動加速度とみなすと、軌道に力学モデルを適用することにより、軌道のばね係数ｋ、減衰係数ｃを推定することが可能である。
軸箱加速度αは、以下の式１のように輪重ｐと、軌道支持ばねのばね係数ｋ、減衰係数ｃなどの関数で表されることを利用し、周波数ｆｐ以下の軸箱加速度αと輪重ｐの測定値から、物性値ｋ，ｃなどを推定する。
ｆ（ｐ｜ｋ，ｃ）＝α ・・・（式１）
<Step S02: Orbital rigidity estimation>
Next, the spring coefficient k and damping coefficient c of the track are estimated based on the measured and recorded wheel load p and axle box acceleration α measurement data in step S01.
The processing after step S02 can be performed offline, for example, at locations other than on the vehicle such as ground facilities (for example, a laboratory).
When the wheel load p is regarded as a downward load applied to the rail R and the axle box acceleration α is regarded as the vertical vibration acceleration of the rail R, the spring coefficient k and the damping coefficient c of the track are estimated by applying a dynamic model to the track. It is possible.
The axle box acceleration alpha, and wheel load p as
f (p | k, c) = α (Expression 1)
図５は、実施形態の輪重推定方法における軌道の力学モデルを示す図である。
図５に示すように、ばね係数ｋと減衰係数ｃは、測定時に走行した締結装置の数（まくらぎＳの数と等しい）と同数存在する。
本実施形態においては、まくらぎＳの上下に、それぞれ並行に配置されたばね要素及び減衰要素を有するものとして、軌道のモデル化を行った。
軸箱加速度αと輪重ｐは、測定データ全てを並べたベクトルとして表現することが可能であり、例えば３０００Ｈｚサンプリングで０．５秒分であれば、１５００次である。
このとき、軌道のばね定数ｋは、例えば、１５００行×１５００列の行列として表現することができる。
軸箱加速度αは、軌道のばね定数ｋの行列に輪重ｐのベクトルを乗じたものであることから、周波数ｆｐまでの輪重ｐのベクトルと、周波数ｆｐまでの軸箱加速度αのベクトルとが既知であれば、推定することが可能である。
軌道のばね係数ｋの推定後、ステップＳ０３に進む。
FIG. 5 is a diagram illustrating a dynamic model of a track in the wheel load estimation method according to the embodiment.
As shown in FIG. 5, there are the same number of spring coefficients k and damping coefficients c as the number of fastening devices that traveled during measurement (equal to the number of sleepers S).
In the present embodiment, the trajectory was modeled as having spring elements and damping elements arranged in parallel above and below the sleeper S, respectively.
The axle box acceleration α and the wheel load p can be expressed as a vector in which all measurement data are arranged. For example, if the sampling is 3000 Hz and the time is 0.5 seconds, it is 1500th.
At this time, the spring constant k of the track can be expressed as a matrix of 1500 rows × 1500 columns, for example.
The axle box acceleration alpha, since it is multiplied by the vector of the wheel load p matrix of the spring constant k of the track, the vector of the wheel load p to frequency f p, the axle box acceleration alpha to the frequency f p If the vector is known, it can be estimated.
After estimating the spring coefficient k of the track, the process proceeds to step S03.
＜ステップＳ０３：高周波輪重を推定＞
次に、推定したばね係数ｋ、減衰係数ｃなどの物性値と、軸箱加速度αの測定値を用いて、高周波までを含んだ輪重ｐを、以下の式２のように推定する。
ｐ＝ｆ−１（α｜ｋ，ｃ） ・・・（式２）
<Step S03: Estimating high-frequency wheel load>
Next, using the estimated physical property values such as the spring coefficient k and damping coefficient c and the measured value of the axle box acceleration α, the wheel load p including up to a high frequency is estimated as in the following
p = f −1 (α | k, c) (Formula 2)
図６は、実施形態の輪重推定方法による輪重変動（推定値）、ＰＱ輪軸により測定した輪重変動（測定値）、及び、軸箱加速度（測定値）の履歴の一例を示すグラフである。
図６に示すように、ＰＱ輪軸による輪重測定の場合には、高周波側の分解能が加速度センサに対して比較的低く、比較的低い周波数（測定上限周波数ｆｐ以下）の輪重変動しか測定することはできない。
これに対し、実施形態の輪重推定方法においては、加速度センサの測定上限周波数ｆａと実質的に同等の高い周波数までを含む輪重変動を推定することができる。
FIG. 6 is a graph showing an example of a history of wheel load fluctuation (estimated value), wheel weight fluctuation (measured value) measured by the PQ wheel shaft, and axle box acceleration (measured value) according to the wheel weight estimating method of the embodiment. is there.
As shown in FIG. 6, if the wheel load measurement by PQ wheel axis is relatively low, only measure wheel loads variation of relatively low frequency (lower than the detection limit frequency f p) the resolution of the high-frequency side with respect to the acceleration sensor I can't do it.
In contrast, in the wheel load estimating method embodiments, it is possible to estimate the wheel load variation up to and including measurement upper limit frequency f a substantially same high frequency of the acceleration sensor.
以上説明したように、本実施形態によれば、比較的低周波の輪重ｐ及び軸箱加速度αの実測値から、軌道のばね係数ｋ、減衰係数ｃを、進行方向に沿って離散的に存在する測定点のそれぞれについて推定し、輪重ｐよりも高周波までの測定が可能な軸箱加速度αと、推定された軌道のばね係数ｋ、減衰係数ｃとに基づいて、直接測定することが困難な輪重ｐの高周波成分を適切に推定することができる。 As described above, according to the present embodiment, the spring coefficient k and the damping coefficient c of the track are discretely distributed along the traveling direction from the measured values of the relatively low frequency wheel load p and the axle box acceleration α. It is possible to estimate each of the existing measurement points and directly measure based on the axle box acceleration α that allows measurement up to a higher frequency than the wheel load p, and the estimated spring coefficient k and damping coefficient c of the orbit. The high frequency component of the difficult wheel load p can be estimated appropriately.
（他の実施形態）
なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
輪重推定方法や、鉄道車両、軌道の構成は、上述した実施形態に限らず適宜変更することができる。
例えば、鉄道車両の車種や、台車、軸箱支持装置、これらに設けられるばね要素、減衰要素などの構成は、適宜変更することができる。
また、軌道の構成も実施形態のものに限らず、本発明はスラブ道床を有するもの等の他種の軌道における輪重測定にも適用することができる。
また、輪重測定に用いられるＰＱ輪軸の形状やひずみゲージの貼付手法、ブリッジ回路の結線方法なども実施形態のものは一例であって、適宜変更することが可能である。
また、実施形態では、軌道のばね係数ｋ、減衰係数ｃをともに推定しているが、簡易的な手法として、ばね係数ｋのみを推定する構成としてもよい。
(Other embodiments)
In addition, this invention is not limited only to embodiment mentioned above, Various application and deformation | transformation can be considered.
The wheel load estimation method, the railway vehicle, and the configuration of the track are not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate.
For example, the configuration of the railway vehicle model, the carriage, the axle box support device, the spring elements, the damping elements, and the like provided thereon can be changed as appropriate.
Further, the configuration of the track is not limited to that of the embodiment, and the present invention can also be applied to wheel load measurement on other types of tracks such as those having a slab roadbed.
Also, the shape of the PQ wheel shaft used for wheel load measurement, the strain gauge attaching method, the bridge circuit connection method, and the like are merely examples, and can be appropriately changed.
In the embodiment, both the spring coefficient k and the damping coefficient c of the track are estimated. However, as a simple method, only the spring coefficient k may be estimated.
１ 鉄道車両 １０ 車体
２０ 台車枠 ３０ まくらばね
４０ 上下動ダンパ ５０ 軸箱
５１ 加速度センサ ６０ 軸箱支持装置
６１ 軸ばり ６１ａ 弾性体ブッシュ
６２ 軸ばね ６３ 軸ダンパ
１００ ＰＱ輪軸 １１０ 車輪
１１１ ハブ部 １１２ リム部
１１３ 踏面 １１４ フランジ
１１５ 板部 １１６ 開口
１２０ 車軸
１３１Ａ〜１３８Ａ，１３１Ｂ〜１３８Ｂ 輪重測定用のひずみゲージ
１３１ａ〜１３７ａ，１３１ａ’〜１３７ａ’ 横圧測定用のひずみゲージ
Ｒ レール Ｓ まくらぎ
Ｂ バラスト
DESCRIPTION OF
Claims (5)
推定された前記軌道の剛性と、前記軸箱加速度測定データとに基づいて前記所定の周波数よりも高周波の成分を含む輪重を推定すること
を特徴とする輪重推定方法。 Wheel weight measurement data measured by a wheel weight measuring device that measures the wheel weight of the wheel using an output of a strain gauge attached to the wheel, and an acceleration attached to an axle box that supports the wheel shaft provided with the wheel. Estimating the rigidity of the trajectory based on the component of the shaft box acceleration measurement data measured by the sensor and the frequency component lower than the predetermined frequency,
A wheel load estimation method comprising: estimating a wheel load including a component having a frequency higher than the predetermined frequency based on the estimated rigidity of the track and the axle box acceleration measurement data.
を特徴とする請求項１に記載の輪重推定方法。 The wheel load estimation method according to claim 1, wherein the rigidity of the track is estimated for each of a plurality of locations that are discretely arranged along a longitudinal direction of the track.
推定された前記軌道の剛性及び減衰特性と、前記軸箱加速度測定データとに基づいて前記所定の周波数よりも高周波の成分を含む輪重を推定すること
を特徴とする輪重推定方法。 Wheel weight measurement data measured by a wheel weight measuring device that measures the wheel weight of the wheel using an output of a strain gauge attached to the wheel, and an acceleration attached to an axle box that supports the wheel shaft provided with the wheel. Estimating the rigidity and damping characteristics of the trajectory based on the component of the shaft box acceleration measurement data measured by the sensor and a frequency lower than a predetermined frequency,
A wheel load estimation method comprising: estimating a wheel load including a component having a frequency higher than the predetermined frequency based on the estimated rigidity and damping characteristics of the track and the axle box acceleration measurement data.
を特徴とする請求項３に記載の輪重推定方法。 The wheel load estimation method according to claim 3, wherein the rigidity and damping characteristics of the track are estimated for each of a plurality of locations discretely arranged along the longitudinal direction of the track.
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の輪重推定方法。 The wheel load estimation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the predetermined frequency is set in the vicinity of a measurement upper limit frequency in the wheel load measuring device.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115655553A (en) * | 2022-11-04 | 2023-01-31 | 西南交通大学 | Wheel-rail force measuring method, device, equipment and storage medium |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000020831A1 (en) * | 1998-10-05 | 2000-04-13 | VÚKV a.s. | Method of measuring forces on a measuring wheel set |
| JP2007327788A (en) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Nec San-Ei Instruments Ltd | Wheel load/lateral pressure sensor, measurement method therefor, and wheel load/lateral pressure measuring device and measurement method therefor, and derailment coefficient measuring device and measurement method therefor |
| JP5197072B2 (en) * | 2008-03-04 | 2013-05-15 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | PQ measurement processing apparatus and PQ measurement processing program |
| JP5388390B2 (en) * | 2013-01-15 | 2014-01-15 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | PQ measurement processing apparatus and PQ measurement processing program |
| JP5662126B2 (en) * | 2010-12-10 | 2015-01-28 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | Load measuring method and load measuring apparatus |
| JP6669600B2 (en) * | 2016-06-30 | 2020-03-18 | 株式会社日立製作所 | Railway vehicle condition monitoring system |
-
2018
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000020831A1 (en) * | 1998-10-05 | 2000-04-13 | VÚKV a.s. | Method of measuring forces on a measuring wheel set |
| JP2007327788A (en) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Nec San-Ei Instruments Ltd | Wheel load/lateral pressure sensor, measurement method therefor, and wheel load/lateral pressure measuring device and measurement method therefor, and derailment coefficient measuring device and measurement method therefor |
| JP5197072B2 (en) * | 2008-03-04 | 2013-05-15 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | PQ measurement processing apparatus and PQ measurement processing program |
| JP5662126B2 (en) * | 2010-12-10 | 2015-01-28 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | Load measuring method and load measuring apparatus |
| JP5388390B2 (en) * | 2013-01-15 | 2014-01-15 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | PQ measurement processing apparatus and PQ measurement processing program |
| JP6669600B2 (en) * | 2016-06-30 | 2020-03-18 | 株式会社日立製作所 | Railway vehicle condition monitoring system |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115655553A (en) * | 2022-11-04 | 2023-01-31 | 西南交通大学 | Wheel-rail force measuring method, device, equipment and storage medium |
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