JP3722463B2 - Pantograph contact force measuring method and contact force measuring device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気鉄道におけるトロリ線とパンタグラフとの間に作用する接触力を測定する方法及び装置に関する。特には、パンタグラフの舟体の前後方向の接触力を測定できるとともに、上下方向の接触力も測定できるパンタグラフの接触力測定方法及び接触力測定装置に関する。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
現状の営業用の電気鉄道においては、トロリ線からパンタグラフを介して車体に電力を送る方式が一般的である。トロリ線とパンタグラフの舟体との接触力は、トロリ線の高さ変動や車両・パンタグラフの振動等によって変動する。この接触力の変動が大きすぎると、パンタグラフの舟体がトロリ線から離れる離線が生じるおそれがある。離線が頻発すると、トロリ線とパンタグラフの舟体の間にスパークが生じて、摺り板の損傷が進み、問題となる。離線に至らない場合でも、パンタグラフの接触力の変動は極力小さい方がよい。
【０００３】
そこで、電車の走行中におけるトロリ線とパンタグラフとの接触力を測定し、得られた測定結果を離線の抑制対策の参考としたいとの要請がある。あるいは、将来的には、接触力をアクティブにコントロールすることも考えられている。
【０００４】
このようなパンタグラフの接触力測定技術としては、例えば本発明者による特願平１１−１９１６１１号を挙げることができる。このパンタグラフの接触力測定方法は、パンタグラフの舟体の慣性力を舟体の摺り板を含む２ヶ所の縦断面間の弾性変形を考慮した上で求め、この慣性力を別途求めた舟体にかかっている力から差し引きすることにより、舟体の上下方向の接触力を求めるものである。
なお、本明細書においては、通常、「舟体」は摺り板を含む広い意味で用いる。
【０００５】
ところで、最近、舟体の上下方向の接触力だけではなく、舟体の前後方向の接触力を測定できる技術が求められている。
本発明は、このような要請に応えるためになされたものであって、パンタグラフの舟体の前後方向接触力を測定できるパンタグラフの接触力測定方法及び接触力測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の第１態様のパンタグラフの接触力測定方法は、トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する前後方向の接触力を測定する方法であって； パンタグラフの舟体（摺り板を含む）のトロリ線を挟む２ヶ所の縦断面（断面Ａ、断面Ｂ）におけるねじりモーメントＭ_A、Ｍ_Bを測定するとともに、該縦断面間に作用する回転慣性Ｉ_nを測定し、 Ｍ_f＝（−Ｍ_A＋Ｍ_B）＋Ｉ_nにより舟体のねじりモーメントＭ_fを求め、 この舟体のねじりモーメントＭ_fを、上記舟体の図心と上面間の距離ｖで割ることにより、上記接触力を求めることを特徴とする。
【０００７】
従来試みられてきた、トロリ線から舟体に作用する前後方向の接触力の測定法では、舟体に作用する空気力（抗力）が測定値に影響を与えていた。ところが、走行中の抗力は非常に大きいため、抗力による誤差が大きいという問題があった。この第１態様の発明によれば、舟体の前面にほぼ均一に作用する空気力は殆ど関与しない舟体のねじり応力を測定するため、トロリ線と舟体との間に働く前後方向の接触力を測定することができる。
【０００８】
本発明の第１態様のパンタグラフの接触力測定方法においては、上記断面Ａの前面側（表側）におけるせん断応力τ_A1と、後面側（裏側）におけるせん断応力τ_A2を測定し、これらせん断応力τ_A1、τ_A2の差τ_A1−τ_A2から該断面ＡにおけるねじりモーメントＭ_Aを求めるとともに、 上記断面Ｂの前面側（表側）におけるせん断応力τ_B1と、後面側（裏側）におけるせん断応力τ_B2を測定し、これらせん断応力τ_B1、τ_B2の差τ_B1−τ_B2から該断面ＢにおけるねじりモーメントＭ_Bを求めることができる。
また、上記断面Ａの前面側（表側）におけるせん断応力τ_A1と、後面側（裏側）におけるせん断応力τ_A2を測定し、これらせん断応力τ_A1、τ_A2の和τ_A1＋τ_A2から該断面Ａにおけるせん断力τ_Aを求めるとともに、 上記断面Ｂの前面側（表側）におけるせん断応力τ_B1と、後面側（裏側）におけるせん断応力τ_B2を測定し、これらせん断応力τ_B1、τ_B2の和τ_B1＋τ_B2から該断面Ｂにおけるせん断力τ_Bを求めることができる。
【０００９】
舟体前面側（表側）と舟体後面側（裏側）で測定されるせん断応力の和は、測定断面に作用するせん断力に比例し、該せん断応力の差は、測定断面に作用するねじりモーメントに比例する。なお、空気的な抗力のように、ねじりを伴わない前後方向の曲げ荷重に対しては、測定されるねじりモーメントはゼロである。したがって、２ヶ所の縦断面Ａ、Ｂのせん断応力を測定することにより、ねじりモーメントとせん断力を同時に計測することが可能である。これにより、トロリ線から舟体に作用する前後方向の接触力を測定すると同時に、舟体の上下方向の接触力も測定することができる。
【００１０】
本発明の第２態様のパンタグラフの接触力測定方法は、トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する方法であって； パンタグラフの舟体の前面側（表側）における該舟体の摺り板を含む２ヶ所の縦断面（断面Ａ、断面Ｂ）でのせん断応力τ_A1、τ_B1を測定し、これらせん断応力τ_A1、τ_B1の差α＝τ_A1−τ_B1を求めるとともに、 パンタグラフの舟体の後面側（裏側）における該舟体の摺り板を含む２ヶ所の縦断面（断面Ａ、断面Ｂ）でのせん断応力τ_A2、τ_B2を測定し、これらせん断応力τ_A2、τ_B2の差β＝τ_A2−τ_B2を求め、 α−βから上記２ヶ所の縦断面におけるねじりモーメントＭ_A、Ｍ_Bの差Ｍ_A−Ｍ_Bを求めるとともに、α＋βから該２ヶ所の縦断面におけるせん断力τ_A、τ_Bの差τ_A−τ_Bを求め、 さらに上記α−βから求めたＭ_A−Ｍ_Bと、上記縦断面間に作用する回転慣性Ｉ_nと、上記舟体の図心と上面間の距離ｖから、 Ｆ_f＝｛（−Ｍ_A＋Ｍ_B）＋Ｉ_n｝／ｖに基づき舟体の前後方向の接触力Ｆ_fを求めるとともに、 上記α＋βから求めたτ_A−τ_Bと、上記舟体の上下方向慣性力Ｆ_ineから、 Ｆ_c＋τ_A−τ_B＋Ｆ_ine＝０に基づき舟体の上下方向の接触力Ｆ_cを求めることを特徴とする。
【００１１】
２ヶ所の縦断面Ａ、Ｂについて、舟体前面側と舟体後面側のせん断応力を出力すると、舟体１本当り計４ヶ所のせん断応力を出力することになり、データ点数が増えて取り扱いが煩雑になる。一方、Ｆ_f＝｛（−Ｍ_A＋Ｍ_B）＋Ｉ_n｝／ｖ及びＦ_c＝（−τ_A＋τ_B）−Ｆ_ineにより、接触力を求めるために必要なのは、ねじりモーメントＭ_A、Ｍ_B、せん断力τ_A、τ_Bの各々の量ではなく、Ｍ_A−Ｍ_B及びτ_A−τ_Bである。この第２態様の発明では、２つの量α＋βとα−βから、接触力を求めるために必要なＭ_A−Ｍ_B及びτ_A−τ_Bを求めることにより、舟体１本当りのせん断応力のデータ点数を２つに減らすことができる。したがって、データの取り扱いが簡単になる。
【００１２】
本発明の第１態様のパンタグラフの接触力測定装置は、トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する前後方向の接触力を測定する装置であって； 上記パンタグラフの舟体に設けられた少なくとも１個の加速度計と、該加速度計の検出値から上記舟体の回転慣性を推定する回転慣性推定手段と、上記舟体の上記トロリ線を挟む２ヶ所の縦断面（断面Ａ、断面Ｂ）の歪みを検出する歪み検出手段と、 該歪み検出手段の検出値から該縦断面のねじりモーメントを算出するねじりモーメント算出手段と、 該ねじりモーメント算出手段の算出値に上記回転慣性推定手段の推定値を加え、上記舟体の図心と該舟体の上面間の距離で割ることにより、舟体の前後方向の接触力を算出する接触力算出手段と、 を備えることを特徴とする。
【００１３】
この装置においては、接触力を舟体の弾性振動の固有振動数よりも低い周波数範囲でとらえる場合は、加速度計は１つでよい。但し、複数個の加速度計を用いると、舟体の振動モードに対応することができる。例えば、舟体のローリングモード（振動周波数１２Ｈｚ程度）を把握するには、最低２個の加速度計を用いる。舟体の曲げ１次モード（振動周波数８０Ｈｚ程度）を把握するには、最低３個の加速度計を用いる。
【００１４】
本発明の第１態様のパンタグラフの接触力測定装置においては、上記歪み検出手段が、上記断面Ａの前面側（表側）におけるせん断応力τ_A1及び後面側（裏側）におけるせん断応力τ_A2と、上記断面Ｂの前面側（表側）におけるせん断応力τ_B1及び後面側（裏側）におけるせん断応力τ_B2を測定する歪み計を有し、 上記ねじりモーメント算出手段が、 上記せん断応力τ_A1、τ_A2の差τ_A1−τ_A2に基づき、上記断面ＡにおけるねじりモーメントＭ_Aを求める第１算出部と、 上記せん断応力τ_B1、τ_B2の差τ_B1−τ_B2に基づき、上記断面ＢにおけるねじりモーメントＭ_Bを求める第２算出部と、 を備えるものとすることができる。
【００１５】
また、上記加速度計の検出値から上記舟体にかかる上下方向慣性力を推定する慣性力推定手段と、 上記歪み検出手段の検出値から上記２ヶ所の縦断面（断面Ａ、断面Ｂ）のせん断力を算出するせん断力算出手段と、 をさらに備え、 上記接触力算出手段が、上記せん断力算出手段の算出値から上記慣性力推定手段の推定値を引くことにより、舟体の上下方向の接触力をも算出するものとすることができる。
【００１６】
さらに、上記せん断力算出手段が、 上記せん断応力τ_A1、τ_A2の和τ_A1＋τ_A2に基づき、上記断面Ａにおけるせん断力τ_Aを求める第１算出部と、 上記せん断応力τ_B1、τ_B2の和τ_B1＋τ_B2に基づき、上記断面Ｂにおけるせん断力τ_Bを求める第２算出部と、 を備えるものとすることができる。
【００１７】
本発明の第２態様のパンタグラフの接触力測定装置は、トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する装置であって； 上記パンタグラフの舟体に設けられた少なくとも１個の加速度計と、 該加速度計の検出値から上記舟体の回転慣性を推定する回転慣性推定手段と、 該加速度計の検出値から上記舟体にかかる上下方向慣性力を推定する慣性力推定手段と、上記舟体のトロリ線を挟む２ヶ所の縦断面（断面Ａ、断面Ｂ）について、該断面Ａの前面側（表側）におけるせん断応力τ_A1及び後面側（裏側）におけるせん断応力τ_A2と、該断面Ｂの前面側（表側）におけるせん断応力τ_B1及び後面側（裏側）におけるせん断応力τ_B2を測定する歪み計を有する歪み検出手段と、 該歪み検出手段の検出値から該縦断面のねじりモーメントを算出するねじりモーメント算出手段と、 該歪み検出手段の検出値から該縦断面のせん断力を算出するせん断力算出手段と、 上記せん断力算出手段の算出値に基づき、せん断応力τ_A1、τ_B1の差α＝τ_A1−τ_B1と、せん断応力τ_A2、τ_B2の差β＝τ_A2−τ_B2を求め、さらにα−βから上記２ヶ所の縦断面におけるねじりモーメントＭ_A、Ｍ_Bの差Ｍ_A−Ｍ_Bを算出するとともに、α＋βから該２ヶ所の縦断面におけるせん断力τ_A、τ_Bの差τ_A−τ_Bを算出する断面力算出手段と、 該断面力算出手段の算出値Ｍ_A−Ｍ_Bと、上記回転慣性推定手段の推定値Ｉ_nと、上記舟体の図心と上面間の距離ｖから、 Ｆ_f＝｛（−Ｍ_A＋Ｍ_B）＋Ｉ_n｝／ｖに基づき舟体の前後方向の接触力Ｆ_fを求めるとともに、該断面力算出手段の算出値τ_A−τ_Bと、上記慣性力推定手段の推定値Ｆ_ineから、 Ｆ_c＋τ_A−τ_B＋Ｆ_ine＝０に基づき舟体の上下方向の接触力Ｆ_cを求める接触力算出手段と、 を備えることを特徴とする。
【００１８】
これらの装置によれば、舟体に作用する前後方向接触力と上下方向接触力を同時に測定することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
なお、以下の説明では、通常の鉄道車両の技術におけるのと同様に、レールの長手方向（車両の進行方向）を前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直角の方向を左右方向、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。また、具体的な数値例は、現状のＪＲの新幹線の一般的な数値である。
【００２０】
図４は、本実施例におけるパンタグラフの舟体の詳細を示す斜視図である。
図５は、同舟体の具体的な寸法を説明する説明図である。
図６（Ａ）は同舟体の前面側（表側）の２軸用歪みゲージを詳細に示す正面図であり、図６（Ｂ）は同舟体の後面側（裏側）の２軸用歪みゲージを詳細に示す正面図であり、図６（Ｃ）は図６（Ａ）の前面側ゲージ部のブリッジ構成を示す図であり、図６（Ｄ）は図６（Ｂ）の後面側ゲージ部のブリッジ構成を示す図である。
図７は、本実施例におけるパンタグラフの支持構造の詳細を示す模式的側面断面図である。
【００２１】
トロリ線９は、直径約１５ｍｍの銅線である。トロリ線には、交流約２５ｋＶの電圧が印加される。トロリ線は、約５ｍおきに吊架線（図示されず）によって吊られている。吊架線は、約５０ｍおきに柱（図示されず）によって支えられている。
【００２２】
この例の菱形パンタグラフの舟体１２は、左右方向に沿って延びている。舟体１２は、図４に示すように、前後方向に離れて１組ずつ計２本（１２Ａ、１２Ｂ）設けられているものが多いが、１本の舟体のみで構成されるものもある。この例の舟体１２は、幅４０ｍｍ、長さ１．２ｍ、重さ３．５ｋｇの中空の箱状部材である。舟体１２はアルミニウム合金製である。停車時に舟体１２がトロリ線９に押し当てられる力（静押上力）は５０〜７０Ｎである。
【００２３】
舟体１２の上表面には、摺り板１４が取り付けられている。摺り板１４は、鉄系や銅系の焼結合金製、あるいはカーボン系材料からなる。この摺り板１４は、図５に示すように４分割されており、中央の２つが主摺り板で、左右両端の２つが補助板である。主として主摺り板がトロリ線９に直接接触する。摺り板１４は、トロリ線９との接触により経時摩耗するので、定期的に交換する。
【００２４】
舟体１２の左右両端部寄りの底面には、図７に示すように、ロッド２２が固定されている。ロッド２２は、舟体１２底面から下方に垂下している。ロッド２２の下端には、ストッパ２２ａが形成されている。舟支え１８には、前後２つのスリーブ１８ａ、１８ｂが一体に形成されている。これらスリーブ１８ａ、１８ｂは、上下方向に開口している。前側のスリーブ１８ａには前側の舟体のロッド２２が嵌合しており、後側のスリーブ１８ｂには後側の舟体のロッド２２が嵌合している。そして、ロッド２２とスリーブ１８ａ、１８ｂ間の隙間には、リニアベアリング２４が介装されている。このリニアベアリング２４により、舟支え１８がロッド２２に沿って上下に摺動する。舟支え１８は、ロッド２２のストッパ２２ａにより抜け止めされている。
【００２５】
舟体１２底面と舟支え１８間において、ロッド２２外周には復元ばね１５が配置されている。復元ばね１５は、ゴム製ばねあるいはコイルばねである。舟支え１８は、この復元ばね１５を介して舟体１２を支持する。舟支え１８の下には、パンタグラフ全体を昇降するリンク状の枠組２６が設けられている。同枠組２６は、いわゆる菱形パンタグラフのリンクであって、コイルばねあるいはエアシリンダ（図示されず）等によって上下に昇降する。例えば、パンタグラフを使用しない時は、枠組２６は折り畳まれて下がり、舟体１２はトロリ線９から離れる。
【００２６】
舟体１２には、図６に最も良く示すように、２軸用歪みゲージ３１が貼られている。２軸用歪みゲージ３１は、集電電流によるノイズの誘導を防ぐため、無誘導型ゲージを用いる。この２軸用歪みゲージ３１により、舟体１２の断面のせん断歪みを測定する。この例では、２軸用歪みゲージ３１は、舟体１２の前面側（表側；図６（Ａ）参照）と後面側（裏側；図６（Ｂ）参照）とに２個ずつ貼られている。したがって、１本の舟体１２に対して計４個の２軸用歪みゲージ３１が設けられている。左右の歪みゲージ３１は、摺り板１４の主摺り板を含む位置（具体的には、摺り板１４の補助板を舟体１２に固定するためのボルトがねじ込まれる位置）に貼り付けられている。
【００２７】
舟体１２前面側の歪みゲージ３１は、４個のゲージ部３１ａ〜３１ｄを有する。これらゲージ部３１ａ〜３１ｄは、図６（Ｃ）に示すようにブリッジ接続されている。舟体１２後面側の歪みゲージ３１も、４個のゲージ部３１ａ′〜３１ｄ′を有する。これらゲージ部３１ａ′〜３１ｄ′も、前面側と同様にして、図６（Ｄ）に示すようにブリッジ接続されている。
【００２８】
また、舟体１２には、図５に示すように、１つの舟体当り２個の加速度計３５が、舟体１２の中央部に取り付けられている。２つの加速度計３５のうちの一方は、舟体１２の上下方向の加速度を検出する上下加速度計３５Ａであり、他方は、舟体１２の前後方向の加速度を検出する前後加速度計３５Ｂである。加速度計３５の筐体と舟体１２間には、絶縁用のベーク板３４が介装されている。これにより、加速度計信号ケーブルのシールド線に電流が流れず、出力信号のノイズが低減されている。
【００２９】
各２軸用歪みゲージ３１及び加速度計３５は、演算装置（図示されず）に接続されている。この演算装置は、２軸用歪みゲージ３１及び加速度計３５の信号を受けて、以下の原理により舟体１２とトロリ線９との接触力を算出する。
以下、図１〜図３を参照して上記の接触力測定原理について説明する。
図１は、本発明の接触力測定方法に係る前後方向接触力の測定原理を説明するための図である。
図２は、上下方向接触力の測定原理を説明するための図である。
図３は、舟体の接触力とせん断応力を説明するための図である。
【００３０】
まず、図１を参照しつつ舟体の前後方向接触力に関して説明する。
図１に示すように、トロリ線９から舟体１２に前後方向接触力Ｆ_fが作用しているものとする。但し、前後方向接触力Ｆ_fは、図１における矢印の向きにしたがい、矢印先側を前方向とし、矢印末側を後方向とする。舟体１２に前後方向接触力Ｆ_fが作用すると、舟体１２にはねじりモーメントＭ_fが生じる。一方、舟体１２の摺り板１４を含む区間ＡＢを考えたとき、断面Ａ、Ｂ（区間ＡＢの両端）においてもそれぞれねじりモーメント（断面力）Ｍ_A、Ｍ_Bが生じる。さらに、区間ＡＢにおける舟体１２の回転慣性をＩ_nとする。このとき、ねじりモーメントＭ_fと断面力Ｍ_Aの符号（力の向き）を＋と考え、断面力Ｍ_Bと回転慣性をＩ_nの符号（力の向き）を−と考えると、次式が成り立つ；
Ｍ_f＋（Ｍ_A−Ｍ_B）−Ｉ_n＝０
【００３１】
したがって、前後方向接触力Ｆ_fの作用により生じるねじりモーメントＭ_fは、Ｍ_f＝（−Ｍ_A＋Ｍ_B）＋Ｉ_n
で表される。ここで、舟体１２の図心と摺り板１４上面との距離をｖとすると、前後方向接触力Ｆ_fとねじりモーメントＭ_fとの関係は次式で表される；
Ｍ_f＝Ｆ_f×ｖ
【００３２】
したがって、前後方向接触力Ｆ_fは、次式
Ｆ_f＝｛（−Ｍ_A＋Ｍ_B）＋Ｉ_n｝／ｖ
のように表される。つまり、前後方向接触力Ｆ_fを測定するためには、ねじりモーメント（断面力）Ｍ_A、Ｍ_Bと区間ＡＢにおける回転慣性Ｉ_nがわかればよい。ねじりモーメント（断面力）Ｍ_A、Ｍ_Bは、２軸用歪みゲージ３１によりせん断応力を計測することにより得られる。回転慣性Ｉ_nは、加速度計による計測結果と等価質量から求めることができる（回転慣性＝加速度×等価質量）。
【００３３】
次に、図２を参照しつつ舟体の上下方向接触力に関して説明する。
図２に示すように、舟体１２にトロリ線９との上下方向接触力Ｆ_cが作用しているものとする。また、舟体１２の摺り板１４を含む区間ＡＢを考えたとき、断面Ａ、Ｂ（区間ＡＢの両端）において生じているせん断力をτ_A、τ_Bとする。さらに、区間ＡＢに作用する舟体１２の上下方向慣性力の合計をＦ_ineとする。このとき、上下方向接触力Ｆ_c、せん断力τ_A、τ_B及び上下方向慣性力Ｆ_ineの符号を、図２に示す向きを正にとると、次式が成り立つ；
Ｆ_c＋τ_A−τ_B＋Ｆ_ine＝０
【００３４】
したがって、上下方向接触力Ｆ_cは、
Ｆ_c＝（−τ_A＋τ_B）−Ｆ_ine
で表される。つまり、上下方向接触力Ｆ_cを測定するためには、せん断力τ_A、τ_Bと区間ＡＢにおける上下方向慣性力Ｆ_ineがわかればよい。せん断力τ_A、τ_Bは、２軸用歪みゲージ３１によりせん断応力を計測することにより得られる。上下方向慣性力Ｆ_ineは、加速度計による計測結果と等価質量から求めることができる。
なお、舟体１２の上下方向慣性力Ｆ_ineの推定やトロリ線９の偏位の推定は、特願平１１−１９１６１１号と同様に行うことができる。また、舟体１２に複数の加速度計３５を取り付けると、舟体１２の振動モードに対応した推定が可能になる。
【００３５】
ここで、ねじりモーメントＭ_A、Ｍ_Bとせん断力τ_A、τ_Bは、２軸用歪みゲージ３１によるせん断応力の測定により、同時に求めることが可能である。このせん断応力とは、図３に模式的に示すように、舟体１２において２軸用歪みゲージ３１を貼り付けた位置（舟体の摺り板を含む２ヶ所の縦断面Ａ、Ｂ）に生じているせん断応力を指す。各断面Ａ、Ｂにおいて、舟体１２上向きに作用するせん断応力の符号を正（＋）とし、舟体１２下向きに作用するせん断応力の符号を負（−）とする。このとき、各断面Ａ、Ｂに作用するモーメントＭ_A、Ｍ_Bと２軸用歪みゲージ３１で計測されるせん断応力には、以下（１）〜（３）に述べるような関係がある。
【００３６】
（１）各断面Ａ、Ｂにねじりモーメントのみが作用している場合、舟体の前面側と後面側とでそれぞれ計測されるせん断応力は、符号が互いに逆向きで絶対値が同じである。
（２）各断面Ａ、Ｂに上下方向の曲げモーメントが作用する場合（すなわち各断面Ａ、Ｂにせん断力が作用する場合）、舟体の前面側と後面側でそれぞれ計測されるせん断応力は、符号も絶対値も同じである。
（３）各断面Ａ、Ｂに前後方向の曲げモーメントが作用する場合、計測されるせん断応力はゼロである。
【００３７】
つまり、舟体前面側（表側）と舟体後面側（裏側）で測定されるせん断応力の和は、測定断面に作用するせん断力に比例し、該せん断応力の差は、測定断面に作用するねじりモーメントに比例する。さらに、空気的な抗力のように、ねじりを伴わない前後方向の曲げ荷重に対しては、測定されるせん断応力はゼロである。したがって、２ヶ所の縦断面Ａ、Ｂのせん断応力を測定することにより、空力的抗力の影響を受けずにねじりモーメントＭ_A、Ｍ_Bとせん断力τ_A、τ_Bを同時に計測することが可能である。
【００３８】
ところで、２ヶ所の縦断面Ａ、Ｂについて、舟体の前面側と後面側のせん断応力を出力すると、舟体１本当り計４ヶ所のせん断応力を出力することになり、データ点数が増えて取り扱いが煩雑になる。そこで、データ点数を減らして取り扱いを簡単にするため、以下の操作を施す。
【００３９】
図３を用いて上述したように、各断面Ａ、Ｂにおいて、舟体１２上向きに作用するせん断応力の符号を正（＋）とし、舟体１２下向きに作用するせん断応力の符号を負（−）とする。すると、各２軸用歪みゲージ３１で計測されるせん断応力τ_A1、τ_B1（前面側）、τ_A2、τ_B2（後面側）と、ねじりモーメントＭ_A、Ｍ_B、せん断力τ_A、τ_Bには、次式の関係が成り立つ；
【数１】

【００４０】
上記した２つの式
Ｆ_f＝｛（−Ｍ_A＋Ｍ_B）＋Ｉ_n｝／ｖ
Ｆ_c＝（−τ_A＋τ_B）−Ｆ_ine
より、前後方向ならびに上下方向接触力を求めるために必要な量は、ねじりモーメントＭ_A、Ｍ_B、せん断力τ_A、τ_Bの各々の量ではなく、Ｍ_A−Ｍ_B及びτ_A−τ_Bである。これらの量は、次式のように表される；
【数２】

ここで、α＝τ_A1−τ_B1、β＝τ_A2−τ_B2と定義すると、前後方向接触力Ｆ_fを求めるために必要なＭ_A−Ｍ_B、及び、上下方向接触力Ｆ_cを求めるために必要なτ_A−τ_Bは、これらα及びβを用いて次式のように表される；
【数３】

【００４１】
したがって、舟体１２前面側の２つの２軸用歪みゲージ３１を図６（Ｃ）のようにブリッジ結線してαを出力させ、舟体１２後面側の２つの２軸用歪みゲージ３１を図６（Ｄ）のようにブリッジ結線してβを出力させれば、これらα及びβから２つの量α−βとα＋βが得られ、Ｍ_A−Ｍ_B及びτ_A−τ_Bを求めることができる。これにより、舟体１本当りのせん断応力のデータ点数を２つに減らすことができる。
【００４２】
次に、上記の方法により接触力の測定を行った結果の具体的な事例について、図８〜図１４を参照しつつ述べる。なお、パンタグラフとしては、新幹線用のＰＳ２０３パンタグラフを用いている。
（Ａ）静荷重試験
図８は、本発明者らの行った静荷重試験法を説明するための模式図である。
この図に示す静荷重試験は、舟体１２Ａあるいは１２Ｂの摺り板１４上面に、テープでワイヤ６５を貼り付ける。ワイヤ６５の端部には、滑車５３を介して重り５５が釣り下げられている。この重り５５により、舟体１２に前後方向の静荷重を加える。なお、上下荷重は、図示されていないが舟体１２の摺り板１４上面に重りを載せることで与えた。荷重を与える位置は、舟体１２中央及び中央から左右にそれぞれ２００ｍｍ偏位させた位置とした。
【００４３】
このようにして静荷重を与えたときの２軸用歪みゲージの出力α及びβを計測する。これら出力α、βに基づき、前後荷重推定値（α−βに比例）、上下荷重推定値（α＋βに比例）と、実際に与えた静荷重との間に十分な線型性があるか否かを調べた。なお、一対の舟体１２Ａ、１２Ｂの互いに対向した側面を内方と呼び、内方と逆側の側面を外方と呼んだとき、内方側面の歪みが出力αに相当し、外方側面の歪みが出力βに相当する。
【００４４】
図９（Ａ）は、上記の静荷重試験において舟体中央位置に上下方向荷重を与えた場合の接触力測定値を示すグラフであり、図９（Ｂ）は、同静荷重試験において舟体中央から２００ｍｍ偏位させた位置に上下方向荷重を与えた場合の接触力測定値を示すグラフである。
図１０（Ａ）は、上記の静荷重試験において舟体中央位置に前後方向荷重を与えた場合の接触力測定値を示すグラフであり、図１０（Ｂ）は、同静荷重試験において舟体中央から２００ｍｍ偏位させた位置に前後方向荷重を与えた場合の接触力測定値を示すグラフである。
これらのグラフは、横軸が与えた荷重を示し、縦軸が測定値を示す。また、○によるプロットが上下方向接触力測定結果を表し、△によるプロットが前後方向接触力測定結果を表す。
【００４５】
図９及び図１０に示すように、荷重推定結果がほぼ線型であること、荷重位置を変えても推定精度が悪化しないことがわかり、前後荷重推定値がα−βに比例し、上下荷重推定値がα＋βに比例していることが実際に確認できた。また、上下荷重と前後荷重との連成が十分に小さい、すなわち上下荷重のみを加えたときには前後荷重推定結果がほぼゼロとなり、前後荷重のみを加えたときには上下荷重推定結果がほぼゼロになることもおおむね確認できた。また、静荷重を与える位置を変えても、図６（Ｃ）及び（Ｄ）のブリッジ結線出力は殆ど変化しないことも確認できた。
【００４６】
（Ｂ）加振試験
次に、加振試験による接触力測定精度の結果を述べる。
図１１は、本発明者らが行った前後方向加振試験法を説明するための模式図である。
図１２は、図１１の前後方向加振試験の試験結果を示す図であり、（Ａ）は出力ゲインの波形を示すグラフ、（Ｂ）は位相の波形を示すグラフである。
図１３は、本発明者らが行った上下方向加振試験法を説明するための模式図である。
図１４は、図１３の上下方向加振試験の試験結果を示す図であり、（Ａ）は出力ゲインの波形を示すグラフ、（Ｂ）は位相の波形を示すグラフである。
【００４７】
図１１及び図１３に示す加振試験法においては、以下の試験器を備えている。
（ａ）加振機６１
この加振機６１の仕様は、動電型加振機ＡＳＥ−１２、ｐｐ１５ｍｍ、５〜１０ｋＨｚ、明石製作所製である。なお、この加振機６１の特性により、加振力には５Ｈｚ以下の成分は含まれない。
（ｂ）ロードセル６２
このロードセル６２の仕様は、引張圧縮両用小型ロードセルＬＵ−２０ＫＳＢ３４Ｄ、−１９６．１〜＋１９６．１Ｎ、固有振動数５ｋＨｚ、共和電業製である。同ロードセル６２は、加振機６１に付設されている。ロードセル６２は、図１１の前後方向加振の場合は、ワイヤ６５を介して舟体１２Ｂの摺り板１４上面に繋がれている。一方、図１３の上下方向加振の場合は、舟体１２Ａの摺り板１４上面に上側から接する位置に配置されている。
【００４８】
（ｃ）動歪みアンプ６３
この動歪みアンプ６３の仕様は、ＤＰＭ−６１２Ｂ及びＤＰＭ−３０５Ｂ、共和電業製である。動歪みアンプ６３は、舟体１２Ａ、１２Ｂに貼り付けられた各２軸用歪みセンサ及びロードセル６２に電気的に接続されている。
（ｄ）加振信号源６４
この加振信号源６４の仕様は、ＦＦＴアナライザＣＦ５２２０、小野測器製である。加振信号源６４は、加振機６１に電気的に接続されている。この加振信号源６４からは、加振波形が０〜１００Ｈｚの擬似ランダム波が出力される。
【００４９】
この加振試験においては、加振は１点加振とし、加振位置を舟体１２の中央及び中央から左右に２００ｍｍ偏位させた位置とした。また、パンタグラフの押し上げ力は６０Ｎとしている。
【００５０】
この加振試験におけるデータ解析は、以下の順序で行う。
（ステップ１）歪み（ねじりモーメントの差あるいはせん断力の差に変換）、加速度の加振力に対する周波数伝達関数を求める。
（ステップ２）周波数伝達関数から等価質量を逆算する。すなわち、ねじりモーメントの差に対する周波数伝達関数をＨ_M（ω）、加速度の加振力に対する周波数伝達関数をＨａ（ω）とし、前後方向接触力に関する場合に、加振側舟体に対しては次式
【数４】

が成り立ち、非加振側舟体に対しては次式
【数５】

が成り立つような等価質量Ｍ_eqを求める。等価質量Ｍ_eqは、位相が０ｄｅｇで、しかもほぼ一定の値であることが望ましいが、実際には周波数に対して変化する。そこで、測定可能周波数範囲内にてほぼ一定（しかも位相０ｄｅｇ）と見做せる値を等価質量として選択することになる。
【００５１】
（ステップ３）推定加振力と測定加振力の比を求め、推定精度Ｇ（ω）を確認する。これは次式
【数６】

で求められる。推定が正しく行われていれば、加振側の舟体ではＧ（ω）＝１、非加振側の舟体では０となる。
【００５２】
上記の加振試験の結果を図１２及び図１４に示す。
前後方向加振の場合は、図１２（Ａ）に示すように、約２０Ｈｚより高い周波数では若干出力波形が乱れているが、出力ゲイン波形はおおよそ１付近に安定して現れている。また、図１２（Ｂ）に示すように、位相も約２０Ｈｚ付近まではほぼゼロとなっている。これにより、約２０Ｈｚ以下においては十分な精度で前後方向接触力測定を行うことができる。また、接触力の作用する位置を変えても、測定精度は変化しない。
【００５３】
上下方向加振の場合は、図１４（Ａ）に示すように、約４０Ｈｚまでは出力ゲイン波形はほぼ安定しており、また、図１４（Ｂ）に示すように、位相も約４０Ｈｚ付近まではほぼゼロとなっている。これにより、約４０Ｈｚ以下においては十分な精度で上下方向接触力測定を行うことができる。また、接触力の作用する位置を変えても、測定精度は変化しない。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、パンタグラフの舟体の前後方向の接触力を測定できるとともに、上下方向の接触力も測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接触力測定方法に係る前後方向接触力の測定原理を説明するための図である。
【図２】同上下方向接触力の測定原理を説明するための図である。
【図３】舟体の接触力とせん断応力を説明するための図である。
【図４】本実施の形態において説明したパンタグラフの舟体の詳細を示す斜視図である。
【図５】同舟体の具体的な寸法を説明する説明図である。
【図６】図６（Ａ）は同舟体の前面側（表側）の２軸用歪みゲージを詳細に示す正面図であり、図６（Ｂ）は同舟体の後面側（裏側）の２軸用歪みゲージを詳細に示す正面図であり、図６（Ｃ）は図６（Ａ）の前面側ゲージ部のブリッジ構成を示す図であり、図６（Ｄ）は図６（Ｂ）の後面側ゲージ部のブリッジ構成を示す図である。
【図７】本実施の形態において説明したパンタグラフの支持構造の詳細を示す模式的側面断面図である。
【図８】本発明者らの行った静荷重試験法を説明するための模式図である。
【図９】図９（Ａ）は、上記の静荷重試験において舟体中央位置に上下方向荷重を与えた場合の接触力測定値を示すグラフであり、図９（Ｂ）は、同静荷重試験において舟体中央から２００ｍｍ偏位させた位置に上下方向荷重を与えた場合の接触力測定値を示すグラフである。
【図１０】図１０（Ａ）は、上記の静荷重試験において舟体中央位置に前後方向荷重を与えた場合の接触力測定値を示すグラフであり、図１０（Ｂ）は、同静荷重試験において舟体中央から２００ｍｍ偏位させた位置に前後方向荷重を与えた場合の接触力測定値を示すグラフである。
【図１１】本発明者らの行った前後方向加振試験法を説明するための模式図である。
【図１２】図１１の前後方向加振試験の試験結果を示す図であり、（Ａ）は出力ゲインの波形を示すグラフ、（Ｂ）は位相の波形を示すグラフである。
【図１３】本発明者らの行った上下方向加振試験法を説明するための模式図である。
【図１４】図１３の上下方向加振試験の試験結果を示す図であり、（Ａ）は出力ゲインの波形を示すグラフ、（Ｂ）は位相の波形を示すグラフである。
【符号の説明】
９ トロリ線
１２（１２Ａ、１２Ｂ） 舟体
１４ 摺り板 １５ 復元ばね
１８ 舟支え １８ａ、１８ｂ スリーブ
１９ 天井管
２２ ロッド ２２ａ ストッパ
２４ リニアベアリング ２６ 枠組
３１ ２軸用歪みゲージ
３１ａ〜３１ｄ、３１ａ′〜３１ｄ′ ゲージ部
３４ ベーク板 ３５ 加速度計
３５Ａ 上下加速度計 ３５Ｂ 前後加速度計
５３ 滑車 ５５ 重り
６１ 加振機 ６２ ロードセル
６３ 動歪みアンプ ６４ 加振信号源
６５ ワイヤ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a contact force acting between a trolley wire and a pantograph in an electric railway. In particular, the present invention relates to a pantograph contact force measuring method and a contact force measuring apparatus that can measure the contact force in the front-rear direction of the pantograph boat body and can also measure the contact force in the up-down direction.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
In current electric railways for business use, a method of sending electric power from a trolley line to a vehicle body via a pantograph is common. The contact force between the trolley line and the boat body of the pantograph varies depending on the height variation of the trolley line and the vibration of the vehicle / pantograph. If the variation of the contact force is too large, there is a risk that the pantograph boat will be separated from the trolley line. If the separation line occurs frequently, a spark is generated between the trolley line and the hull of the pantograph, which causes a problem of damage to the sliding plate. Even if it does not lead to separation, it is better that the fluctuation of the contact force of the pantograph is as small as possible.
[0003]
Therefore, there is a demand to measure the contact force between the trolley wire and the pantograph while the train is running, and to use the obtained measurement result as a reference for measures for suppressing the separation. Alternatively, in the future, it is considered to actively control the contact force.
[0004]
An example of such a pantograph contact force measurement technique is Japanese Patent Application No. 11-191611 by the present inventor. In this pantograph contact force measurement method, the inertial force of the pantograph hull is obtained in consideration of the elastic deformation between two longitudinal sections including the sliding plate of the hull, and this inertial force is obtained separately from the hull. By subtracting from the applied force, the contact force in the vertical direction of the hull is obtained.
In the present specification, “hull” is generally used in a broad sense including a sliding plate.
[0005]
By the way, recently, there is a demand for a technique that can measure not only the contact force in the vertical direction of the hull but also the contact force in the front-rear direction of the hull.
The present invention has been made to meet such a demand, and an object of the present invention is to provide a pantograph contact force measuring method and a contact force measuring device capable of measuring the front-rear direction contact force of the pantograph hull. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the pantograph contact force measuring method according to the first aspect of the present invention measures the contact force in the front-rear direction acting between the trolley wire (feed line) and the pantograph (current collector). A torsional moment M in two longitudinal sections (section A and section B) sandwiching a trolley wire of a pantograph hull (including a sliding plate)_A, M_BAnd the rotational inertia I acting between the longitudinal sections_nMeasure M_f= (-M_A+ M_B) + I_nTorsional moment M of the hull_fTorsional moment M of this hull_fIs divided by the distance v between the centroid of the hull and the upper surface to determine the contact force.
[0007]
In the conventional method for measuring the contact force in the front-rear direction acting on the hull from the trolley wire, the aerodynamic force (drag) acting on the hull affects the measured value. However, since the drag force during running is very large, there is a problem that an error due to the drag force is large. According to the first aspect of the invention, in order to measure the torsional stress of the hull that hardly affects the aerodynamic force acting almost uniformly on the front of the hull, the front-rear contact between the trolley wire and the hull Force can be measured.
[0008]
In the pantograph contact force measuring method according to the first aspect of the present invention, the shear stress τ on the front side (front side) of the cross section A is described._A1And shear stress τ on the rear side (back side)_A2Measure these shear stress τ_A1, Τ_A2Difference τ_A1−τ_A2Torsional moment M in cross section A_AAnd the shear stress τ on the front side (front side) of the cross section B_B1And shear stress τ on the rear side (back side)_B2Measure these shear stress τ_B1, Τ_B2Difference τ_B1−τ_B2Torsional moment M in section B_BCan be requested.
Further, the shear stress τ on the front side (front side) of the cross section A_A1And shear stress τ on the rear side (back side)_A2Measure these shear stress τ_A1, Τ_A2Sum of τ_A1+ Τ_A2From the shear force τ in the cross section A_AAnd the shear stress τ on the front side (front side) of the cross section B_B1And shear stress τ on the rear side (back side)_B2Measure these shear stress τ_B1, Τ_B2Sum of τ_B1+ Τ_B2From the shearing force τ in the cross section B_BCan be requested.
[0009]
The sum of shear stress measured on the front side of the hull (front side) and rear side of the hull (back side) is proportional to the shear force acting on the measurement cross section, and the difference in shear stress is the torsional moment acting on the measurement cross section. Is proportional to Note that the measured torsional moment is zero with respect to a bending load in the front-rear direction without torsion, such as a pneumatic drag. Therefore, by measuring the shear stress of the two longitudinal sections A and B, the torsional moment and the shearing force can be measured simultaneously. Thereby, the contact force in the front-rear direction acting on the hull from the trolley wire can be measured, and at the same time, the contact force in the vertical direction of the hull can be measured.
[0010]
The pantograph contact force measuring method according to the second aspect of the present invention is a method for measuring a contact force acting between a trolley wire (feed line) and a pantograph (current collector); Shear stress τ at two longitudinal sections (section A, section B) including the sliding plate of the hull on the side (front side)_A1, Τ_B1Measure these shear stress τ_A1, Τ_B1Difference α = τ_A1−τ_B1Shear stress τ at two longitudinal sections (section A and section B) including the sliding plate of the boat body on the rear side (back side) of the boat body of the pantograph_A2, Τ_B2Measure these shear stress τ_A2, Τ_B2Difference β = τ_A2−τ_B2The torsional moment M in the vertical cross section of the above two locations from α-β_A, M_BDifference M_A-M_BAnd the shearing force τ at the two longitudinal sections from α + β_A, Τ_BDifference τ_A−τ_BAnd M obtained from the above α-β._A-M_BAnd rotational inertia I acting between the longitudinal sections_nFrom the distance v between the centroid and the upper surface of the hull, F_f= {(-M_A+ M_B) + I_n} / V, contact force F in the longitudinal direction of the hull_fAnd τ obtained from the above α + β_A−τ_BAnd the vertical inertia force F of the hull_ineTo F_c+ Τ_A−τ_B+ F_ine= 0 Based on the contact force F in the vertical direction of the hull_cIt is characterized by obtaining.
[0011]
For the two longitudinal sections A and B, if the shear stress on the front side and the rear side of the hull is output, a total of four shear stresses are output per hull, increasing the number of data points. Becomes complicated. On the other hand, F_f= {(-M_A+ M_B) + I_n} / V and F_c= (-Τ_A+ Τ_B-F_ineTherefore, in order to obtain the contact force, the torsion moment M_A, M_B, Shear force τ_A, Τ_BM, not each amount of_A-M_BAnd τ_A−τ_BIt is. In the second aspect of the invention, the M required for obtaining the contact force from the two quantities α + β and α-β._A-M_BAnd τ_A−τ_B, The number of data points of shear stress per boat can be reduced to two. Therefore, handling of data becomes easy.
[0012]
The contact force measuring device for a pantograph according to the first aspect of the present invention is a device for measuring a contact force in the front-rear direction acting between a trolley wire (feed line) and a pantograph (current collector); At least one accelerometer provided in the hull, rotational inertia estimating means for estimating the rotary inertia of the hull from the detected value of the accelerometer, and two longitudinal sections sandwiching the trolley line of the hull (Section A, Section B) strain detection means for detecting strain, torsion moment calculation means for calculating the torsion moment of the longitudinal section from the detection value of the strain detection means, and the calculated value of the torsion moment calculation means Contact force calculating means for calculating the contact force in the front-rear direction of the hull by adding the estimated value of the rotational inertia estimating means and dividing by the distance between the centroid of the hull and the upper surface of the hull. With features That.
[0013]
In this apparatus, when the contact force is captured in a frequency range lower than the natural frequency of the elastic vibration of the boat body, one accelerometer is sufficient. However, when a plurality of accelerometers are used, the vibration mode of the boat can be supported. For example, in order to grasp the rolling mode (vibration frequency of about 12 Hz) of the hull, at least two accelerometers are used. In order to grasp the primary bending mode (vibration frequency of about 80 Hz) of the boat body, at least three accelerometers are used.
[0014]
In the pantograph contact force measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, the strain detecting means includes a shear stress τ on the front side (front side) of the cross section A._A1And shear stress τ on the rear side (back side)_A2And shear stress τ on the front side (front side) of the cross section B_B1And shear stress τ on the rear side (back side)_B2The torsional moment calculating means includes the shear stress τ._A1, Τ_A2Difference τ_A1−τ_A2Torsional moment M in the cross section A_AA first calculation unit for obtaining the shear stress τ_B1, Τ_B2Difference τ_B1−τ_B2Torsional moment M in section B above_BAnd a second calculation unit for obtaining.
[0015]
In addition, an inertia force estimating means for estimating the vertical inertia force applied to the hull from the detected value of the accelerometer, and shearing of the two longitudinal sections (cross section A and cross section B) from the detected value of the strain detecting means. A shear force calculating means for calculating a force, wherein the contact force calculating means subtracts the estimated value of the inertial force estimating means from the calculated value of the shear force calculating means, thereby Force can also be calculated.
[0016]
Further, the shearing force calculating means includes the shearing stress τ_A1, Τ_A2Sum of τ_A1+ Τ_A2Based on the shear force τ in the cross section A_AA first calculation unit for obtaining the shear stress τ_B1, Τ_B2Sum of τ_B1+ Τ_B2Based on the shear force τ in the cross section B_BAnd a second calculation unit for obtaining.
[0017]
A contact force measuring device for a pantograph according to a second aspect of the present invention is a device for measuring a contact force acting between a trolley wire (feed line) and a pantograph (current collector); At least one accelerometer provided, rotational inertia estimating means for estimating the rotational inertia of the hull from the detected value of the accelerometer, and vertical inertial force applied to the hull from the detected value of the accelerometer. The shear stress τ on the front side (front side) of the section A with respect to the inertial force estimating means to be estimated and two longitudinal sections (section A and section B) sandwiching the trolley line of the boat body_A1And shear stress τ on the rear side (back side)_A2And shear stress τ on the front side (front side) of the cross section B_B1And shear stress τ on the rear side (back side)_B2A strain detecting means having a strain gauge for measuring the torsional moment, a torsion moment calculating means for calculating a torsional moment of the longitudinal section from the detection value of the strain detecting means, Based on the calculated shear force calculation means and the calculated value of the shear force calculation means, the shear stress τ_A1, Τ_B1Difference α = τ_A1−τ_B1And shear stress τ_A2, Τ_B2Difference β = τ_A2−τ_B2Furthermore, the torsional moment M in the longitudinal section of the above two locations from α-β_A, M_BDifference M_A-M_BAnd the shear force τ at the two longitudinal sections from α + β_A, Τ_BDifference τ_A−τ_BThe cross-sectional force calculating means for calculating the cross-sectional force, and the calculated value M of the cross-sectional force calculating means_A-M_BAnd the estimated value I of the rotational inertia estimating means_nFrom the distance v between the centroid and the upper surface of the hull, F_f= {(-M_A+ M_B) + I_n} / V, contact force F in the longitudinal direction of the hull_fAnd the calculated value τ of the cross-sectional force calculating means_A−τ_BAnd the estimated value F of the inertial force estimating means_ineTo F_c+ Τ_A−τ_B+ F_ine= 0 Based on the contact force F in the vertical direction of the hull_cContact force calculation means for obtaining
[0018]
According to these devices, the front-rear direction contact force and the up-down direction contact force acting on the boat can be measured simultaneously.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, it demonstrates, referring drawings.
In the following description, the longitudinal direction of the rail (the traveling direction of the vehicle) is the front-rear direction, the direction perpendicular to the rail longitudinal direction on the track surface is the left-right direction, and the track surface, as in the ordinary railcar technology. The vertical direction is called the vertical direction. A specific numerical example is a general numerical value of the current JR Shinkansen.
[0020]
FIG. 4 is a perspective view showing details of a pantograph boat body in the present embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating specific dimensions of the boat body.
FIG. 6A is a front view showing in detail a front-side (front side) biaxial strain gauge of the boat body, and FIG. 6B is a rear side (back side) biaxial strain gauge of the boat body. It is a front view shown in detail, FIG.6 (C) is a figure which shows the bridge | bridging structure of the front side gauge part of FIG. 6 (A), FIG.6 (D) is a rear side gauge part of FIG.6 (B). It is a figure which shows a bridge | bridging structure.
FIG. 7 is a schematic side sectional view showing details of the support structure of the pantograph in the present embodiment.
[0021]
The trolley wire 9 is a copper wire having a diameter of about 15 mm. An AC voltage of about 25 kV is applied to the trolley wire. The trolley wire is suspended by a suspension line (not shown) every about 5 m. The suspension line is supported by pillars (not shown) every about 50 m.
[0022]
The hull 12 of the rhombus pantograph in this example extends along the left-right direction. As shown in FIG. 4, the boat body 12 is often provided with a total of two (12A, 12B) one set apart from each other in the front-rear direction. . The boat body 12 in this example is a hollow box-shaped member having a width of 40 mm, a length of 1.2 m, and a weight of 3.5 kg. The hull 12 is made of an aluminum alloy. The force (static lifting force) by which the hull 12 is pressed against the trolley wire 9 when the vehicle is stopped is 50 to 70N.
[0023]
A sliding plate 14 is attached to the upper surface of the boat body 12. The sliding plate 14 is made of an iron-based or copper-based sintered alloy, or made of a carbon-based material. As shown in FIG. 5, the sliding plate 14 is divided into four parts. The two at the center are the main sliding plates and the two at the left and right ends are auxiliary plates. Mainly the main sliding plate is in direct contact with the trolley wire 9. Since the sliding plate 14 wears with time due to contact with the trolley wire 9, it is periodically replaced.
[0024]
As shown in FIG. 7, rods 22 are fixed to the bottom surface of the boat body 12 near the left and right ends. The rod 22 hangs downward from the bottom surface of the boat body 12. A stopper 22 a is formed at the lower end of the rod 22. The boat support 18 is integrally formed with two front and rear sleeves 18a and 18b. These sleeves 18a and 18b are open in the vertical direction. A rod 22 of the front hull is fitted to the front sleeve 18a, and a rod 22 of the rear hull is fitted to the rear sleeve 18b. A linear bearing 24 is interposed in the gap between the rod 22 and the sleeves 18a and 18b. By this linear bearing 24, the boat support 18 slides up and down along the rod 22. The boat support 18 is retained by a stopper 22 a of the rod 22.
[0025]
A restoring spring 15 is disposed on the outer periphery of the rod 22 between the bottom surface of the boat body 12 and the boat support 18. The restoring spring 15 is a rubber spring or a coil spring. The boat support 18 supports the boat body 12 through the restoring spring 15. Below the boat support 18 is provided a link-like frame 26 that moves up and down the entire pantograph. The frame 26 is a link of a so-called rhombus pantograph, and is moved up and down by a coil spring or an air cylinder (not shown). For example, when the pantograph is not used, the frame 26 is folded down and the hull 12 is separated from the trolley line 9.
[0026]
A biaxial strain gauge 31 is affixed to the hull 12 as best shown in FIG. The biaxial strain gauge 31 uses a non-inductive gauge in order to prevent induction of noise due to the collected current. The shear strain of the cross section of the boat body 12 is measured by the biaxial strain gauge 31. In this example, two biaxial strain gauges 31 are attached to the front side (front side; see FIG. 6 (A)) and the rear side (back side; see FIG. 6 (B)) of the boat body 12. . Accordingly, a total of four biaxial strain gauges 31 are provided for one hull 12. The left and right strain gauges 31 are attached to positions including the main sliding plate of the sliding plate 14 (specifically, positions where bolts for fixing the auxiliary plate of the sliding plate 14 to the boat body 12 are screwed). .
[0027]
The strain gauge 31 on the front side of the boat body 12 has four gauge portions 31a to 31d. These gauge portions 31a to 31d are bridge-connected as shown in FIG. The strain gauge 31 on the rear side of the hull 12 also has four gauge portions 31a ′ to 31d ′. These gauge portions 31a ′ to 31d ′ are also bridge-connected as shown in FIG.
[0028]
Further, as shown in FIG. 5, two accelerometers 35 are attached to the hull 12 at the center of the hull 12. One of the two accelerometers 35 is a vertical accelerometer 35 </ b> A that detects the vertical acceleration of the boat body 12, and the other is a longitudinal accelerometer 35 </ b> B that detects the longitudinal acceleration of the boat body 12. An insulating bake plate 34 is interposed between the housing of the accelerometer 35 and the boat body 12. As a result, no current flows through the shield wire of the accelerometer signal cable, and noise in the output signal is reduced.
[0029]
Each of the biaxial strain gauges 31 and the accelerometer 35 is connected to an arithmetic device (not shown). This arithmetic device receives signals from the biaxial strain gauge 31 and the accelerometer 35 and calculates the contact force between the boat body 12 and the trolley wire 9 according to the following principle.
Hereinafter, the principle of contact force measurement will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram for explaining the measurement principle of the front-rear direction contact force according to the contact force measurement method of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the measurement principle of the vertical contact force.
FIG. 3 is a diagram for explaining the contact force and shear stress of the hull.
[0030]
First, the longitudinal contact force of the hull will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the front-rear direction contact force F is applied from the trolley wire 9 to the boat body 12._fIs acting. However, front-rear direction contact force F_f1 in accordance with the direction of the arrow in FIG. 1, the arrow tip side is the forward direction and the arrow end side is the backward direction. Front / rear direction contact force F on the hull 12_fActs, the torsional moment M_fOccurs. On the other hand, when the section AB including the sliding plate 14 of the hull 12 is considered, the torsional moment (cross-sectional force) M is also obtained in the sections A and B (both ends of the section AB)._A, M_BOccurs. Further, the rotational inertia of the boat 12 in the section AB is expressed as I_nAnd At this time, the torsional moment M_fAnd cross-sectional force M_AThe sign (force direction) of_BAnd rotational inertia I_nIf the sign (direction of force) of-is-, the following equation holds:
M_f+ (M_A-M_B) -I_n= 0
[0031]
Therefore, the longitudinal contact force F_fTorsional moment M generated by the action of_fIs M_f= (-M_A+ M_B) + I_n
It is represented by Here, when the distance between the centroid of the hull 12 and the upper surface of the sliding plate 14 is v, the longitudinal contact force F_fAnd torsional moment M_fThe relationship is expressed as:
M_f= F_f× v
[0032]
Therefore, the longitudinal contact force F_fIs
F_f= {(-M_A+ M_B) + I_n} / V
It is expressed as That is, the front-rear direction contact force F_fTo measure the torsional moment (cross-sectional force) M_A, M_BAnd rotational inertia I in section AB_nI just need to know. Torsion moment (cross-sectional force) M_A, M_BIs obtained by measuring the shear stress with the biaxial strain gauge 31. Rotational inertia I_nCan be obtained from the measurement result by the accelerometer and the equivalent mass (rotational inertia = acceleration × equivalent mass).
[0033]
Next, the vertical contact force of the hull will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the vertical contact force F with the trolley wire 9 on the boat body 12._cIs acting. Further, when the section AB including the sliding plate 14 of the hull 12 is considered, the shear force generated in the cross sections A and B (both ends of the section AB) is expressed as τ._A, Τ_BAnd Further, the sum of the vertical inertial forces of the hull 12 acting on the section AB is F_ineAnd At this time, vertical contact force F_c, Shear force τ_A, Τ_BAnd vertical inertia force F_ineIf the direction shown in FIG. 2 is positive, the following equation holds:
F_c+ Τ_A−τ_B+ F_ine= 0
[0034]
Therefore, the vertical contact force F_cIs
F_c= (-Τ_A+ Τ_B-F_ine
It is represented by That is, the vertical contact force F_cTo measure the shear force τ_A, Τ_BAnd vertical inertia force F in section AB_ineI just need to know. Shear force τ_A, Τ_BIs obtained by measuring the shear stress with the biaxial strain gauge 31. Vertical inertia force F_ineCan be obtained from the measurement result by the accelerometer and the equivalent mass.
In addition, the vertical inertia force F of the hull 12_ineAnd estimation of the displacement of the trolley wire 9 can be performed in the same manner as in Japanese Patent Application No. 11-191611. Further, when a plurality of accelerometers 35 are attached to the hull 12, estimation corresponding to the vibration mode of the hull 12 can be performed.
[0035]
Where torsional moment M_A, M_BAnd shear force τ_A, Τ_BCan be obtained simultaneously by measuring the shear stress with the biaxial strain gauge 31. As schematically shown in FIG. 3, this shear stress is generated at a position (two longitudinal sections A and B including a sliding plate of the boat body) where the biaxial strain gauge 31 is attached on the boat body 12. Refers to shear stress. In each cross section A and B, the sign of the shear stress acting on the boat body 12 upward is positive (+), and the sign of the shear stress acting on the boat body 12 downward is negative (−). At this time, the moment M acting on each of the cross sections A and B_A, M_BAnd the shear stress measured by the biaxial strain gauge 31 have the following relationships (1) to (3).
[0036]
(1) When only the torsional moment is applied to each of the cross sections A and B, the shear stresses measured on the front side and the rear side of the boat body have opposite signs and the same absolute value.
(2) When a vertical bending moment acts on each cross section A and B (that is, when a shear force acts on each cross section A and B), the shear stress measured on the front side and the rear side of the hull is respectively The sign and the absolute value are the same.
(3) When a bending moment in the front-rear direction acts on each of the cross sections A and B, the measured shear stress is zero.
[0037]
That is, the sum of the shear stresses measured on the front side (front side) of the hull and the rear side (back side) of the hull is proportional to the shear force acting on the measurement cross section, and the difference in the shear stress acts on the measurement cross section. Proportional to torsional moment. Furthermore, the measured shear stress is zero for bending loads in the front-rear direction without torsion, such as pneumatic drag. Therefore, by measuring the shear stress at the two longitudinal sections A and B, the torsional moment M is not affected by the aerodynamic drag._A, M_BAnd shear force τ_A, Τ_BCan be measured simultaneously.
[0038]
By the way, for the two longitudinal sections A and B, if the shear stress on the front and rear sides of the hull is output, a total of four shear stresses are output per hull, increasing the number of data points. Handling becomes complicated. Therefore, in order to reduce the number of data points and simplify handling, the following operation is performed.
[0039]
As described above with reference to FIG. 3, in each of the cross sections A and B, the sign of the shear stress acting on the boat body 12 is positive (+), and the sign of the shear stress acting on the boat body 12 is negative (− ). Then, the shear stress τ measured by each biaxial strain gauge 31_A1, Τ_B1(Front side), τ_A2, Τ_B2(Rear side) and torsional moment M_A, M_B, Shear force τ_A, Τ_BHas the following relationship:
[Expression 1]

[0040]
The above two formulas
F_f= {(-M_A+ M_B) + I_n} / V
F_c= (-Τ_A+ Τ_B-F_ine
Therefore, the amount necessary for obtaining the contact force in the front-rear direction and the vertical direction is the torsion moment M_A, M_B, Shear force τ_A, Τ_BM, not each amount of_A-M_BAnd τ_A−τ_BIt is. These quantities are expressed as:
[Expression 2]

Where α = τ_A1−τ_B1, Β = τ_A2−τ_B2If defined, the longitudinal contact force F_fM required to find_A-M_B, And vertical contact force F_cΤ required to find_A−τ_BIs expressed as follows using these α and β:
[Equation 3]

[0041]
Therefore, the two biaxial strain gauges 31 on the front side of the hull 12 are bridge-connected as shown in FIG. 6C to output α, and the two biaxial strain gauges 31 on the rear side of the hull 12 are illustrated. If β is output by bridge connection as in 6 (D), two quantities α-β and α + β are obtained from α and β, and M_A-M_BAnd τ_A−τ_BCan be requested. Thereby, the data score of the shear stress per boat body can be reduced to two.
[0042]
Next, specific examples of the result of measuring the contact force by the above method will be described with reference to FIGS. As the pantograph, a PS203 pantograph for Shinkansen is used.
(A) Static load test
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the static load test method performed by the present inventors.
In the static load test shown in this figure, the wire 65 is attached to the upper surface of the sliding plate 14 of the boat body 12A or 12B with tape. A weight 55 is suspended from the end of the wire 65 via a pulley 53. The weight 55 applies a static load in the front-rear direction to the hull 12. Note that the vertical load was applied by placing a weight on the upper surface of the sliding plate 14 of the boat body 12 although not shown. The position where the load was applied was a position displaced by 200 mm from the center of the boat body 12 and from the center to the left and right.
[0043]
Thus, the outputs α and β of the biaxial strain gauge when a static load is applied are measured. Based on these outputs α and β, whether there is sufficient linearity between the longitudinal load estimated value (proportional to α-β), the vertical load estimated value (proportional to α + β), and the actually applied static load I investigated. When the opposite side surfaces of the pair of hulls 12A and 12B are called inward and the side opposite to the inner side is called outer, the distortion on the inner side corresponds to the output α, and the outer side Is equivalent to the output β.
[0044]
FIG. 9A is a graph showing a contact force measurement value when a vertical load is applied to the center position of the hull in the static load test, and FIG. 9B is a hull in the static load test. It is a graph which shows the contact force measurement value at the time of giving an up-down direction load to the position displaced 200 mm from the center.
FIG. 10A is a graph showing contact force measurement values when a longitudinal load is applied to the center position of the hull in the static load test, and FIG. 10B is a hull in the static load test. It is a graph which shows the contact force measurement value at the time of giving the front-back direction load to the position displaced 200 mm from the center.
In these graphs, the horizontal axis represents the applied load, and the vertical axis represents the measured value. Moreover, the plot by (circle) represents an up-down direction contact force measurement result, and the plot by (triangle | delta) represents the front-back direction contact force measurement result.
[0045]
As shown in FIG. 9 and FIG. 10, it can be seen that the load estimation result is almost linear, and that the estimation accuracy does not deteriorate even if the load position is changed. It was actually confirmed that the value was proportional to α + β. In addition, the coupling between the vertical load and the longitudinal load is sufficiently small. That is, when only the vertical load is applied, the longitudinal load estimation result is almost zero, and when only the longitudinal load is applied, the vertical load estimation result is almost zero. I could almost confirm. It was also confirmed that the bridge connection output in FIGS. 6C and 6D hardly changed even when the position for applying the static load was changed.
[0046]
(B) Excitation test
Next, the result of the contact force measurement accuracy by the vibration test will be described.
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the longitudinal vibration test method performed by the present inventors.
12A and 12B are diagrams showing test results of the longitudinal vibration test of FIG. 11, in which FIG. 12A is a graph showing an output gain waveform, and FIG. 12B is a graph showing a phase waveform.
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the vertical vibration test method performed by the present inventors.
14A and 14B are diagrams showing test results of the vertical vibration test of FIG. 13, in which FIG. 14A is a graph showing an output gain waveform, and FIG. 14B is a graph showing a phase waveform.
[0047]
The vibration test method shown in FIGS. 11 and 13 includes the following tester.
(A) Exciter 61
The specification of this vibrator 61 is an electrodynamic vibrator ASE-12, pp15 mm, 5 to 10 kHz, manufactured by Akashi Seisakusho. Note that due to the characteristics of the vibrator 61, the excitation force does not include a component of 5 Hz or less.
(B) Load cell 62
The specifications of this load cell 62 are tensile and compression compact load cell LU-20KSB34D, -196.1 to + 196.1N, natural frequency 5 kHz, manufactured by Kyowa Denki. The load cell 62 is attached to the vibration exciter 61. In the case of the longitudinal vibration of FIG. 11, the load cell 62 is connected to the upper surface of the sliding plate 14 of the boat body 12 </ b> B via a wire 65. On the other hand, in the case of the vertical vibration in FIG.
[0048]
(C) Dynamic distortion amplifier 63
The specifications of the dynamic distortion amplifier 63 are DPM-612B and DPM-305B, manufactured by Kyowa Denki. The dynamic strain amplifier 63 is electrically connected to each biaxial strain sensor and load cell 62 attached to the boat bodies 12A and 12B.
(D) Excitation signal source 64
The specification of the excitation signal source 64 is an FFT analyzer CF5220, manufactured by Ono Sokki. The excitation signal source 64 is electrically connected to the shaker 61. The excitation signal source 64 outputs a pseudo random wave having an excitation waveform of 0 to 100 Hz.
[0049]
In this vibration test, the vibration was performed at one point, and the vibration position was a position displaced by 200 mm from the center of the boat body 12 to the left and right. Further, the pushing force of the pantograph is 60N.
[0050]
Data analysis in this vibration test is performed in the following order.
(Step 1) A frequency transfer function with respect to strain (difference in torsional moment or shear force) and acceleration excitation force is obtained.
(Step 2) The equivalent mass is calculated backward from the frequency transfer function. That is, the frequency transfer function for the difference in torsional moment is expressed as H_M(Ω), where Ha (ω) is the frequency transfer function for the acceleration force of acceleration, and the following equation is applied to the vibration side hull when the longitudinal contact force is concerned:
[Expression 4]

For the non-excitation side hull,
[Equation 5]

Equivalent mass M_eqAsk for. Equivalent mass M_eqThe phase is preferably 0 deg and a substantially constant value, but actually changes with respect to the frequency. Therefore, a value that can be regarded as being substantially constant (and having a phase of 0 deg) within the measurable frequency range is selected as the equivalent mass.
[0051]
(Step 3) The ratio of the estimated excitation force and the measured excitation force is obtained, and the estimation accuracy G (ω) is confirmed. This is
[Formula 6]

Is required. If the estimation has been performed correctly, G (ω) = 1 for the ship body on the excitation side and 0 for the ship body on the non-excitation side.
[0052]
The results of the above vibration test are shown in FIGS.
In the case of longitudinal vibration, as shown in FIG. 12A, the output waveform is slightly disturbed at a frequency higher than about 20 Hz, but the output gain waveform appears stably in the vicinity of about 1. Further, as shown in FIG. 12B, the phase is substantially zero up to about 20 Hz. Thereby, the front-rear direction contact force can be measured with sufficient accuracy at about 20 Hz or less. Moreover, even if the position where the contact force acts is changed, the measurement accuracy does not change.
[0053]
In the case of vertical excitation, as shown in FIG. 14A, the output gain waveform is almost stable up to about 40 Hz, and the phase is up to about 40 Hz as shown in FIG. 14B. Is almost zero. As a result, the vertical contact force can be measured with sufficient accuracy at about 40 Hz or less. Moreover, even if the position where the contact force acts is changed, the measurement accuracy does not change.
[0054]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, the contact force in the front-rear direction of the hull of the pantograph can be measured, and the contact force in the vertical direction can also be measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of measuring a contact force in the front-rear direction according to a contact force measurement method of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining the measurement principle of the contact force in the vertical direction.
FIG. 3 is a diagram for explaining a contact force and a shear stress of a hull.
FIG. 4 is a perspective view showing details of the pantograph boat described in the present embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating specific dimensions of the boat body.
6 (A) is a front view showing in detail a front-side (front side) biaxial strain gauge of the boat body, and FIG. 6 (B) is a rear side (back side) biaxial shaft of the boat body. 6C is a front view showing the strain gauge in detail, FIG. 6C is a view showing a bridge configuration of the front side gauge portion of FIG. 6A, and FIG. 6D is a rear view of FIG. 6B. It is a figure which shows the bridge | bridging structure of a side gauge part.
FIG. 7 is a schematic side sectional view showing details of the support structure of the pantograph described in the present embodiment.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a static load test method performed by the present inventors.
FIG. 9A is a graph showing contact force measurement values when a vertical load is applied to the hull center position in the static load test, and FIG. 9B shows the static load. It is a graph which shows the contact force measurement value at the time of giving an up-down direction load to the position displaced 200 mm from the hull center in the test.
FIG. 10 (A) is a graph showing contact force measurement values when a longitudinal load is applied to the center of the hull in the static load test, and FIG. 10 (B) is a graph showing the static load. It is a graph which shows the contact force measurement value at the time of giving the front-back direction load to the position displaced 200 mm from the hull center in the test.
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the longitudinal vibration test method performed by the present inventors.
12A and 12B are diagrams showing test results of the longitudinal vibration test of FIG. 11, in which FIG. 12A is a graph showing an output gain waveform, and FIG. 12B is a graph showing a phase waveform;
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the vertical vibration test method performed by the present inventors.
14A and 14B are diagrams illustrating test results of the vertical vibration test of FIG. 13, in which FIG. 14A is a graph illustrating an output gain waveform, and FIG. 14B is a graph illustrating a phase waveform;
[Explanation of symbols]
9 Trolley wire
12 (12A, 12B) Hull
14 Slide plate 15 Restoring spring
18 Boat support 18a, 18b Sleeve
19 Ceiling pipe
22 Rod 22a Stopper
24 Linear bearing 26 Frame
31 Biaxial strain gauge
31a-31d, 31a'-31d 'gauge part
34 Bake plate 35 Accelerometer
35A Vertical Accelerometer 35B Longitudinal Accelerometer
53 pulley 55 weight
61 Vibrator 62 Load cell
63 Dynamic distortion amplifier 64 Excitation signal source
65 wires

Claims (9)

トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する前後方向の接触力を測定する方法であって；
パンタグラフの舟体（摺り板を含む）のトロリ線を挟む２ヶ所の縦断面（断面Ａ、断面Ｂ）におけるねじりモーメントＭ_A、Ｍ_Bを測定するとともに、該縦断面間に作用する回転慣性Ｉ_nを測定し、
Ｍ_f＝（−Ｍ_A＋Ｍ_B）＋Ｉ_n
により舟体のねじりモーメントＭ_fを求め、
この舟体のねじりモーメントＭ_fを、上記舟体の図心と上面間の距離ｖで割ることにより、上記接触力を求めることを特徴とするパンタグラフの接触力測定方法。A method for measuring a longitudinal contact force acting between a trolley wire (feed wire) and a pantograph (current collector);
Longitudinal section of the two places which sandwich the contact wire of the collector head of the pantograph (including contact strip) (section A, section B) torsional moment M _A in, as well as measure M _B, rotational inertia I acting between the minor section measure _n ,
M _f = (− M _A + M _B ) + I _n
To obtain the torsional moment M _f of the hull,
A pantograph contact force measurement method, wherein the contact force is obtained by dividing the torsional moment _Mf of the hull by a distance v between the centroid and the upper surface of the hull. 上記断面Ａの前面側（表側）におけるせん断応力τ_A1と、後面側（裏側）におけるせん断応力τ_A2を測定し、これらせん断応力τ_A1、τ_A2の差τ_A1−τ_A2から該断面ＡにおけるねじりモーメントＭ_Aを求めるとともに、
上記断面Ｂの前面側（表側）におけるせん断応力τ_B1と、後面側（裏側）におけるせん断応力τ_B2を測定し、これらせん断応力τ_B1、τ_B2の差τ_B1−τ_B2から該断面ＢにおけるねじりモーメントＭ_Bを求めることを特徴とする請求項１記載のパンタグラフの接触力測定方法。The shear stress τ _A1 on the front side (front side) of the cross section A and the shear stress τ _A2 on the rear side (back side) are measured, and the difference τ _A1 -τ _A2 between these shear stresses τ _A1 and τ _A2 While obtaining the torsional moment M _A ,
The shear stress τ _B1 on the front side (front side) of the section B and the shear stress τ _B2 on the rear side (back side) are measured, and the difference τ _B1 -τ _B2 between the shear stress τ _B1 and τ _B2 contact force measuring method of the pantograph according to claim 1, wherein the determination of the torsional moment M _B. 上記断面Ａの前面側（表側）におけるせん断応力τ_A1と、後面側（裏側）におけるせん断応力τ_A2を測定し、これらせん断応力τ_A1、τ_A2の和τ_A1＋τ_A2から該断面Ａにおけるせん断力τ_Aを求めるとともに、
上記断面Ｂの前面側（表側）におけるせん断応力τ_B1と、後面側（裏側）におけるせん断応力τ_B2を測定し、これらせん断応力τ_B1、τ_B2の和τ_B1＋τ_B2から該断面Ｂにおけるせん断力τ_Bを求め、
これらせん断力τ_A、τ_Bと舟体の上下方向慣性力Ｆ_ineから
Ｆ_c＋τ_A−τ_B＋Ｆ_ine＝０
により舟体の上下方向の接触力Ｆ_cを求めることを特徴とする請求項１又は２記載のパンタグラフの接触力測定方法。The shear stress τ _A1 on the front side (front side) of the section A and the shear stress τ _A2 on the rear side (back side) are measured, and the shear in the section A is calculated from the sum τ _A1 + τ _{A2 of the} shear stress τ _A1 and τ _A2. While finding the force τ _A ,
The shear stress τ _B1 on the front side (front side) of the cross section B and the shear stress τ _B2 on the rear side (back side) are measured, and the shear in the cross section B is calculated from the sum τ _B1 + τ _{B2 of} these shear stresses τ _B1 and τ _B2. Find the force τ _B
From these shear forces τ _A and τ _B and the vertical inertia force F _{ine of the} hull, F _c + τ _A −τ _B + F _ine = 0
Contact force measuring method according to claim 1 or 2, wherein the pantograph and obtains the vertical direction of the contact force F _c of the collector head by. トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する方法であって；
パンタグラフの舟体の前面側（表側）における該舟体の摺り板を含む２ヶ所の縦断面（断面Ａ、断面Ｂ）でのせん断応力τ_A1、τ_B1を測定し、これらせん断応力τ_A1、τ_B1の差α＝τ_A1−τ_B1を求めるとともに、
パンタグラフの舟体の後面側（裏側）における該舟体の摺り板を含む２ヶ所の縦断面（断面Ａ、断面Ｂ）でのせん断応力τ_A2、τ_B2を測定し、これらせん断応力τ_A2、τ_B2の差β＝τ_A2−τ_B2を求め、
α−βから上記２ヶ所の縦断面におけるねじりモーメントＭ_A、Ｍ_Bの差Ｍ_A−Ｍ_Bを求めるとともに、α＋βから該２ヶ所の縦断面におけるせん断力τ_A、τ_Bの差τ_A−τ_Bを求め、
さらに上記α−βから求めたＭ_A−Ｍ_Bと、上記縦断面間に作用する回転慣性Ｉ_nと、上記舟体の図心と上面間の距離ｖから、
Ｆ_f＝｛（−Ｍ_A＋Ｍ_B）＋Ｉ_n｝／ｖ
に基づき舟体の前後方向の接触力Ｆ_fを求めるとともに、
上記α＋βから求めたτ_A−τ_Bと、上記舟体の上下方向慣性力Ｆ_ineから、
Ｆ_c＋τ_A−τ_B＋Ｆ_ine＝０
に基づき舟体の上下方向の接触力Ｆ_cを求めることを特徴とするパンタグラフの接触力測定方法。A method for measuring a contact force acting between a trolley wire (feed line) and a pantograph (current collector);
The shear stresses τ _A1 , τ _B1 at two longitudinal sections (cross section A, cross section B) including the sliding plate of the hull on the front side (front side) of the pantograph hull are measured, and these shear stresses τ _A1 , with obtaining the difference α = τ _A1 -τ _B1 of tau _B1,
The shear stress τ _A2 , τ _B2 at two longitudinal sections (cross section A, cross section B) including the sliding plate of the hull on the rear side (back side) of the pantograph is measured, and these shear stresses τ _A2 , Find the difference of τ _B2 β = τ _A2 -τ _B2 ,
torsional moment M _A from alpha-beta in vertical section of the two locations, with obtaining the difference M _A -M _B of M _B, shearing force from alpha + beta in vertical section of the two locations tau _A, the difference τ _B τ _A - Find τ _B
And M _A -M _B further determined from the alpha-beta, and rotational inertia I _n acting between the vertical section, from the distance v between the centroid and the upper surface of the collector head,
F _f = {(− M _A + M _B ) + I _n } / v
The contact force F _f in the longitudinal direction of the hull is calculated based on
From τ _A −τ _B obtained from α + β and the vertical inertia force _{Fine of the hull} ,
F _c + τ _A −τ _B + F _ine = 0
Contact force measuring method pantograph and obtains the vertical direction of the contact force F _c of the collector head based on. トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する前後方向の接触力を測定する装置であって；
上記パンタグラフの舟体に設けられた少なくとも１個の加速度計と、
該加速度計の検出値から上記舟体の回転慣性を推定する回転慣性推定手段と、
上記舟体の上記トロリ線を挟む２ヶ所の縦断面（断面Ａ、断面Ｂ）の歪みを検出する歪み検出手段と、
該歪み検出手段の検出値から該縦断面のねじりモーメントを算出するねじりモーメント算出手段と、
該ねじりモーメント算出手段の算出値に上記回転慣性推定手段の推定値を加え、上記舟体の図心と該舟体の上面間の距離で割ることにより、舟体の前後方向の接触力を算出する接触力算出手段と、
を備えることを特徴とするパンタグラフの接触力測定装置。A device for measuring the contact force in the front-rear direction acting between a trolley wire (feed wire) and a pantograph (current collector);
At least one accelerometer provided on the hull of the pantograph;
Rotational inertia estimating means for estimating the rotational inertia of the boat body from the detected value of the accelerometer;
A strain detecting means for detecting strain in two longitudinal sections (cross section A, cross section B) sandwiching the trolley wire of the boat body;
A torsional moment calculating means for calculating a torsional moment of the longitudinal section from the detection value of the strain detecting means;
Calculate the contact force in the longitudinal direction of the hull by adding the estimated value of the rotational inertia estimating means to the calculated value of the torsional moment calculating means and dividing by the distance between the centroid of the hull and the upper surface of the hull. Contact force calculation means for
A pantograph contact force measuring device comprising: 上記歪み検出手段が、上記断面Ａの前面側（表側）におけるせん断応力τ_A1及び後面側（裏側）におけるせん断応力τ_A2と、上記断面Ｂの前面側（表側）におけるせん断応力τ_B1及び後面側（裏側）におけるせん断応力τ_B2を測定する歪み計を有し、
上記ねじりモーメント算出手段が、
上記せん断応力τ_A1、τ_A2の差τ_A1−τ_A2に基づき、上記断面ＡにおけるねじりモーメントＭ_Aを求める第１算出部と、
上記せん断応力τ_B1、τ_B2の差τ_B1−τ_B2に基づき、上記断面ＢにおけるねじりモーメントＭ_Bを求める第２算出部と、
を備えることを特徴とする請求項５記載のパンタグラフの接触力測定装置。The strain detection means includes a shear stress τ _A1 on the front side (front side) of the cross section A and a shear stress τ _A2 on the rear side (back side), and a shear stress τ _B1 on the front side (front side) of the cross section B and the rear side. It has a strain gauge that measures the shear stress τ _B2 on the back side
The torsional moment calculating means is
_A first calculation unit for obtaining a torsional moment M _A in the cross section A based on the difference τ _A1 -τ _A2 between the shear stresses τ _A1 and τ _A2 ;
Based on the difference between tau _{B1-tau B2} of the shear stress τ _B1, τ _B2, a second calculator for determining the moment M _B twisting in the above section B,
The pantograph contact force measuring device according to claim 5, comprising: 上記加速度計の検出値から上記舟体にかかる上下方向慣性力を推定する慣性力推定手段と、
上記歪み検出手段の検出値から上記２ヶ所の縦断面（断面Ａ、断面Ｂ）のせん断力を算出するせん断力算出手段と、
をさらに備え、
上記接触力算出手段が、上記せん断力算出手段の算出値から上記慣性力推定手段の推定値を引くことにより、舟体の上下方向の接触力をも算出することを特徴とする請求項５又は６記載のパンタグラフの接触力測定装置。Inertia force estimation means for estimating the vertical inertia force applied to the hull from the detected value of the accelerometer;
A shear force calculating means for calculating a shear force of the two longitudinal sections (section A, section B) from the detection value of the strain detecting means;
Further comprising
6. The contact force calculating means also calculates the contact force in the vertical direction of the hull by subtracting the estimated value of the inertial force estimating means from the calculated value of the shear force calculating means. 6. The contact force measuring device for a pantograph according to 6. 上記せん断力算出手段が、
上記せん断応力τ_A1、τ_A2の和τ_A1＋τ_A2に基づき、上記断面Ａにおけるせん断力τ_Aを求める第１算出部と、
上記せん断応力τ_B1、τ_B2の和τ_B1＋τ_B2に基づき、上記断面Ｂにおけるせん断力τ_Bを求める第２算出部と、
を備えることを特徴とする請求項７記載のパンタグラフの接触力測定装置。The shear force calculating means is
_A first calculation unit for obtaining a shear force τ _A in the cross section A based on the sum τ _A1 + τ _A2 of the shear stresses τ _A1 and τ _A2 ;
A second calculator for determining a shear force τ _B in the cross section B based on the sum τ _B1 + τ _B2 of the shear stresses τ _B1 and τ _B2 ;
The contact force measuring device for a pantograph according to claim 7. トロリ線（給電線）とパンタグラフ（集電装置）との間に作用する接触力を測定する装置であって；
上記パンタグラフの舟体に設けられた少なくとも１個の加速度計と、
該加速度計の検出値から上記舟体の回転慣性を推定する回転慣性推定手段と、該加速度計の検出値から上記舟体にかかる上下方向慣性力を推定する慣性力推定手段と、
上記舟体のトロリ線を挟む２ヶ所の縦断面（断面Ａ、断面Ｂ）について、該断面Ａの前面側（表側）におけるせん断応力τ_A1及び後面側（裏側）におけるせん断応力τ_A2と、該断面Ｂの前面側（表側）におけるせん断応力τ_B1及び後面側（裏側）におけるせん断応力τ_B2を測定する歪み計を有する歪み検出手段と、
該歪み検出手段の検出値から該縦断面のねじりモーメントを算出するねじりモーメント算出手段と、
該歪み検出手段の検出値から該縦断面のせん断力を算出するせん断力算出手段と、
上記せん断力算出手段の算出値に基づき、せん断応力τ_A1、τ_B1の差α＝τ_A1−τ_B1と、せん断応力τ_A2、τ_B2の差β＝τ_A2−τ_B2を求め、さらにα−βから上記２ヶ所の縦断面におけるねじりモーメントＭ_A、Ｍ_Bの差Ｍ_A−Ｍ_Bを算出するとともに、α＋βから該２ヶ所の縦断面におけるせん断力τ_A、τ_Bの差τ_A−τ_Bを算出する断面力算出手段と、
該断面力算出手段の算出値Ｍ_A−Ｍ_Bと、上記回転慣性推定手段の推定値Ｉ_nと、上記舟体の図心と上面間の距離ｖから、
Ｆ_f＝｛（−Ｍ_A＋Ｍ_B）＋Ｉ_n｝／ｖ
に基づき舟体の前後方向の接触力Ｆ_fを求めるとともに、該断面力算出手段の算出値τ_A−τ_Bと、上記慣性力推定手段の推定値Ｆ_ineから、
Ｆ_c＋τ_A−τ_B＋Ｆ_ine＝０
に基づき舟体の上下方向の接触力Ｆ_cを求める接触力算出手段と、
を備えることを特徴とするパンタグラフの接触力測定装置。A device for measuring a contact force acting between a trolley wire (feed wire) and a pantograph (current collector);
At least one accelerometer provided on the hull of the pantograph;
Rotational inertia estimating means for estimating the rotational inertia of the hull from the detected value of the accelerometer; and inertia force estimating means for estimating the vertical inertia force applied to the hull from the detected value of the accelerometer;
With respect to two longitudinal sections (cross section A, cross section B) sandwiching the trolley wire of the hull, the shear stress τ _A1 on the front side (front side) of the cross section A and the shear stress τ _A2 on the rear side (back side), A strain detection means having a strain meter for measuring the shear stress τ _B1 on the front side (front side) of the cross section B and the shear stress τ _B2 on the rear side (back side);
A torsional moment calculating means for calculating a torsional moment of the longitudinal section from the detection value of the strain detecting means;
Shear force calculating means for calculating the shear force of the longitudinal section from the detection value of the strain detecting means;
Based on the calculated value of the shear force calculation means calculates the difference α = τ _A1 -τ _B1 shear stress tau _A1, tau _B1, the difference β = τ _A2 -τ _B2 shear stress tau _A2, tau _B2, further alpha torsional moment M _a in vertical section of the two locations from-beta, calculates the difference between M _a -M _B of M _B, shearing force from alpha + beta in vertical section of the two locations tau _a, the difference τ _B τ _a - cross-sectional force calculation means for calculating τ _B ;
A calculated value M _A -M _B of the cross section force calculating means, the estimated value I _n of the rotational inertia estimating means, from the distance v between the centroid and the upper surface of the collector head,
F _f = {(− M _A + M _B ) + I _n } / v
Together determine the longitudinal direction of the contact force F _f of the collector head, and the calculated value tau _{A-tau B} of the cross section force calculating means, from the estimated value F _ine of the inertial force estimating means based on,
F _c + τ _A −τ _B + F _ine = 0
A contact force calculating means for obtaining a contact force F _c in the vertical direction of the hull based on
A pantograph contact force measuring device comprising:

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