JP4954733B2

JP4954733B2 - Pantograph contact force measuring method and contact force measuring device

Info

Publication number: JP4954733B2
Application number: JP2007019237A
Authority: JP
Inventors: 達弥小山; 充池田
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2027-01-30
Also published as: JP2008185458A

Description

本発明は、電気鉄道におけるトロリ線とパンタグラフのすり板体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、より少ない数のセンサで精度の良い接触力測定を行うことが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。 The present invention relates to a method and apparatus for measuring a contact force acting between a trolley wire and a pantograph sliding plate in an electric railway. In particular, the present invention relates to a pantograph contact force measurement method and a contact force measurement device capable of performing accurate contact force measurement with a smaller number of sensors.

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両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すり板体との接触力は、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。この接触力の変化が大きすぎると、パンタグラフのすり板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、すり板体とトロリ線との間にスパークが生じてすり板体の損耗が進み問題となる。また、離線に至らない場合でも、パンタグラフの接触力は極力変動の小さいほうがよい。 In current electric railways for business use, a method of sending electric power from a trolley line to a vehicle via a pantograph is common. The contact force between the trolley line and the pantograph sliding plate body varies depending on the height of the trolley line, the vibration of the vehicle / pantograph, and the like. If the change in the contact force is too large, there is a risk that a separation line is generated in which the pantograph's sliding plate body is separated from the trolley line. If separation occurs frequently, a spark is generated between the sliding plate and the trolley wire, and wear of the sliding plate progresses and becomes a problem. Even when the line does not come off, the contact force of the pantograph should be as small as possible.

そこで、電車の走行中の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望がある。あるいは、このような接触力の測定技術は、離線の抑制対策だけではなく、トロリ線−パンタグラフ系の集電性能の評価や、電車線の設備診断方法の１つとして活用することも考えられている。 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 separation. Alternatively, such a contact force measurement technique is considered to be used not only as a measure for suppressing separation, but also as one of the methods for evaluating the current collection performance of the trolley line-pantograph system and for diagnosing the facility of the train line. Yes.

このようなパンタグラフの接触力測定技術として、以下が公知である。
（１）舟体支持バネの伸縮量を測定し、この伸縮量から同バネの押圧力を計算して接触力を求める。舟体支持バネの伸縮量は、舟体と舟体支持パイプの間の寸法を渦電流式や光学式の距離センサを用いて測定する（例えば、特許文献１を参照）。
ところが、この方法では、舟体（すり板を含む）の慣性力が無視されることとなり、接触力の測定誤差が生じ易い。
（２）舟体に取り付けた２種類のひずみゲージ（変位測定用及び揚力測定用）から舟体のひずみ（曲げモーメント）を測定するとともに、舟体に取り付けた加速度センサから舟体の加速度（慣性力）を推定し、これらの測定値に基いて接触力を求める（例えば、特許文献２参照）。この方法においては、既存のパンタグラフを特別に加工する必要がなく、接触力を連続的に測定できる。
特開平７−２９１００１号公報特開平１１−１３６８０４号公報 As such a pantograph contact force measurement technique, the following is known.
(1) The amount of expansion / contraction of the boat body support spring is measured, and the contact force is obtained by calculating the pressing force of the spring from the amount of expansion / contraction. The amount of expansion / contraction of the hull support spring is measured by measuring the dimension between the hull and the hull support pipe using an eddy current type or optical distance sensor (see, for example, Patent Document 1).
However, in this method, the inertial force of the hull (including the sliding plate) is ignored, and a contact force measurement error is likely to occur.
(2) The strain (bending moment) of the hull is measured from two types of strain gauges (for displacement measurement and lift measurement) attached to the hull, and the acceleration (inertia) of the hull from the acceleration sensor attached to the hull. Force) and the contact force is obtained based on these measured values (see, for example, Patent Document 2). In this method, it is not necessary to specially process an existing pantograph, and the contact force can be continuously measured.
JP-A-7-291001 Japanese Patent Laid-Open No. 11-136804

しかし、上記したように、加速度センサを用いて慣性力を求める従来技術においては、ひずみゲージと加速度センサとをそれぞれ設置する必要があることからセンサ数が多くなってその配置が複雑となる。特に、複数のすり板を配列したいわゆる多分割タイプのすり板を有するパンタグラフの場合には、複数のすり板に加速度センサを装着するとともに、これらを支持する複数のバネにもひずみゲージを装着する必要があることから、全体としてセンサ数が多くなって煩雑である。
さらに、すり板や舟体のようにトロリ線を介して高電圧が印加される部分（加圧部分）に加速度センサを装着する場合、加速度センサの出力をテレメータを用いて車体側に伝達する必要がある。このため、テレメータ本体やその電源の設置によって測定装置の構成がより複雑化し、またテレメータの使用に際して、測定実施場所の法規によっては免許の取得等が必要となる。 However, as described above, in the conventional technique for obtaining an inertial force using an acceleration sensor, it is necessary to install a strain gauge and an acceleration sensor, so that the number of sensors increases and the arrangement becomes complicated. In particular, in the case of a pantograph having a so-called multi-partition type sliding plate in which a plurality of sliding plates are arranged, an acceleration sensor is mounted on the plurality of sliding plates, and strain gauges are also mounted on a plurality of springs that support these. Since it is necessary, the number of sensors as a whole increases and is complicated.
Furthermore, when an acceleration sensor is mounted on a part where a high voltage is applied via a trolley wire (such as a sliding board or boat) (pressure part), it is necessary to transmit the output of the acceleration sensor to the vehicle body side using a telemeter. There is. For this reason, the configuration of the measuring device is further complicated by the installation of the telemeter main body and its power source, and when using the telemeter, it is necessary to obtain a license or the like depending on the regulations of the measurement site.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、より少ない数のセンサで精度の良い接触力測定を行うことが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課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a contact force measurement method and a contact force measurement device for a pantograph capable of performing accurate contact force measurement with a smaller number of sensors. Let it be an issue.

上記の課題を解決するため、本発明のパンタグラフの接触力測定方法は、トロリ線に接触する摺動部、該摺動部を車体に対して昇降可能に支持する支持部、該支持部に対して前記摺動部を前記トロリ線方向に付勢する第１のバネ要素、及び、前記車体に対して前記支持部を前記トロリ線方向に付勢する第２のバネ要素を備えるパンタグラフにおいて、前記摺動部の前記トロリ線に対する接触力を測定するパンタグラフの接触力測定方法であって、前記第１のバネ要素の反力を求め、前記第１のバネ要素の反力に基いて前記摺動部の前記支持部に対する相対変位を求め、前記相対変位を二階微分して前記摺動部の前記支持部に対する相対加速度を求め、前記相対加速度に基いて前記摺動部の慣性力を求め、前記反力及び前記慣性力を加算して前記接触力を求めることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the pantograph contact force measuring method of the present invention includes a sliding part that contacts a trolley wire, a support part that supports the sliding part so as to be movable up and down relative to the vehicle body, and the support part. In the pantograph comprising: a first spring element that biases the sliding portion in the trolley line direction; and a second spring element that biases the support portion in the trolley line direction with respect to the vehicle body. A contact force measuring method of a pantograph for measuring a contact force of a sliding part with respect to the trolley wire, wherein a reaction force of the first spring element is obtained, and the sliding is performed based on a reaction force of the first spring element. Obtaining a relative displacement of the sliding part relative to the support part, second-order differentiation of the relative displacement to obtain a relative acceleration of the sliding part with respect to the support part, obtaining an inertial force of the sliding part based on the relative acceleration, Before adding reaction force and inertial force And obtaining the contact force.

本発明によれば、第１のバネ要素の反力に基いて摺動部の支持部に対する相対変位を求め、これを二階微分して相対加速度を求めることによって、摺動部に加速度センサを設けることなく摺動部の慣性力を求めることができ、より少ない数のセンサで精度の良い接触力測定を行うことができる。
なお、本明細書、請求の範囲等において、「慣性力」とは、摺動部に作用する上下方向の加速度に対応する接触力の成分を指すものとする。 According to the present invention, the relative displacement of the sliding portion with respect to the support portion is obtained based on the reaction force of the first spring element, and the acceleration is provided to the sliding portion by obtaining the relative acceleration by differentiating the relative displacement. The inertial force of the sliding portion can be obtained without any problem, and the contact force can be accurately measured with a smaller number of sensors.
In this specification, claims, and the like, “inertial force” refers to a component of contact force corresponding to vertical acceleration acting on the sliding portion.

本発明のパンタグラフの接触力測定方法においては、典型的には、摺動部は舟体及びこの舟体に固定されたすり板を含み、支持部は舟体を車体に対して昇降可能に支持するリンク機構を有する枠体を含む構成であってもよい。また、摺動部は舟体に対して第１のバネ要素を介して相対変位可能に支持された可動式のすり板体を含み、支持部は舟体と枠体とを含む構成としてもよい。 In the pantograph contact force measuring method of the present invention, typically, the sliding portion includes a boat body and a sliding plate fixed to the boat body, and the support portion supports the boat body so that the boat body can be raised and lowered. The structure containing the frame which has a link mechanism to do may be sufficient. Further, the sliding portion may include a movable sliding plate body supported so as to be relatively displaceable with respect to the boat body via a first spring element, and the support unit may include a boat body and a frame body. .

そして、後者の場合においては、前記支持部は、舟体及び該舟体を前記車体に対して昇降可能に支持する枠体を含み、前記摺動部は、前記舟体に対して複数の前記第１のバネ要素を介してそれぞれ相対変位可能に支持された複数のすり板体を含み、複数の前記第１のバネ要素についてそれぞれ求めた前記反力及び前記慣性力を加算して前記摺動部の前記トロリ線への接触力を求める構成とすることができる。
この場合、複数のすり板体にそれぞれ加速度センサを設けることなく各すり板体の慣性力を求めることができるので、センサを大幅に簡素化することができる。 In the latter case, the support portion includes a boat body and a frame body that supports the boat body so as to be movable up and down with respect to the vehicle body, and the sliding portion includes a plurality of the boat bodies. A plurality of sliding plate bodies that are supported so as to be relatively displaceable via first spring elements, respectively, and the sliding force obtained by adding the reaction force and the inertial force obtained for each of the plurality of first spring elements. It can be set as the structure which calculates | requires the contact force to the said trolley wire of a part.
In this case, since the inertial force of each sliding plate can be obtained without providing an acceleration sensor for each of the plurality of sliding plates, the sensor can be greatly simplified.

本発明のパンタグラフの接触力測定方法においては、前記車体に対する前記支持部の相対変位を求め、前記支持部の相対変位を二階微分して前記支持部の前記車体に対する相対加速度を求め、前記支持部の前記車体に対する相対加速度に基いて、前記摺動部の前記トロリ線への接触力を補正することができる。
この場合、摺動部と支持部との相対加速度と、摺動部の絶対加速度との誤差に起因する慣性力の誤差を補正して、より精度良くパンタグラフの接触力を測定することができる。 In the pantograph contact force measuring method of the present invention, the relative displacement of the support portion with respect to the vehicle body is obtained, the relative displacement of the support portion is second-order differentiated to obtain the relative acceleration of the support portion with respect to the vehicle body, and the support portion. The contact force of the sliding portion to the trolley wire can be corrected based on the relative acceleration of the vehicle body to the vehicle body.
In this case, the contact force of the pantograph can be measured with higher accuracy by correcting the error of the inertial force caused by the error between the relative acceleration between the sliding part and the support part and the absolute acceleration of the sliding part.

さらに上述した場合において、前記車体の加速度を求め、前記車体の加速度に基いて、前記摺動部の前記トロリ線への接触力を補正することができる。
この場合、支持部と車体との相対加速度と、支持部の絶対加速度との誤差に起因する慣性力の誤差を補正して、よりいっそう精度良くパンタグラフの接触力を測定することができる。 Further, in the above-described case, the acceleration of the vehicle body can be obtained, and the contact force of the sliding portion to the trolley wire can be corrected based on the acceleration of the vehicle body.
In this case, the contact force of the pantograph can be measured with higher accuracy by correcting the error of the inertial force caused by the error between the relative acceleration between the support portion and the vehicle body and the absolute acceleration of the support portion.

本発明においては、前記第１のバネ要素の反力を前記第１のバネ要素のひずみを測定するひずみゲージによって求めることができる。
そして、前記ひずみゲージとしてＦＢＧ光ファイバセンサを用いることができる。この場合、光ファイバは絶縁性を有するため、ひずみゲージを加圧部分に設けてその出力処理手段を車体側に設ける場合であっても、絶縁処理が容易である。 In the present invention, the reaction force of the first spring element can be obtained by a strain gauge that measures the strain of the first spring element.
An FBG optical fiber sensor can be used as the strain gauge. In this case, since the optical fiber has insulation properties, the insulation treatment is easy even when the strain gauge is provided in the pressurizing portion and the output processing means is provided on the vehicle body side.

また、本発明においては、車体に対する前記支持部の相対変位をレーザ変位計によって求めることができる。 In the present invention, the relative displacement of the support portion with respect to the vehicle body can be obtained by a laser displacement meter.

さらに、本発明においては、前記第１のバネ要素の反力と前記摺動部の前記支持部に対する相対変位との相関、及び、前記摺動部の前記支持部に対する相対加速度と前記摺動部の慣性力との相関を予めベンチ試験で求めることができる。 Further, in the present invention, the correlation between the reaction force of the first spring element and the relative displacement of the sliding portion with respect to the support portion, and the relative acceleration of the sliding portion with respect to the support portion and the sliding portion. The correlation with the inertial force can be obtained in advance by a bench test.

また、本発明のパンタグラフの接触力測定装置は、トロリ線に接触する摺動部、前記摺動部を車体に対して昇降可能に支持する支持部、前記支持部に対して前記摺動部を前記トロリ線方向に付勢する第１のバネ要素、及び、前記車体に対して前記支持部を前記トロリ線方向に付勢する第２のバネ要素を備えるパンタグラフにおいて、前記摺動部の前記トロリ線に対する接触力を測定するパンタグラフの接触力測定装置であって、前記第１のバネ要素の反力を求めるバネ反力検出手段と、前記第１のバネ要素の反力に基いて前記摺動部の前記支持部に対する相対変位を求める摺動部相対変位算出手段と、前記相対変位を二階微分して前記摺動部の前記支持部に対する相対加速度を求める摺動部相対加速度算出手段と、前記相対加速度に基いて前記摺動部の慣性力を求める摺動部慣性力算出手段と、前記反力及び前記慣性力を加算して前記接触力を求める接触力算出手段と、を備えることを特徴とする。 The pantograph contact force measuring device according to the present invention includes a sliding portion that contacts a trolley wire, a support portion that supports the sliding portion so as to be movable up and down relative to a vehicle body, and the sliding portion relative to the support portion. In the pantograph comprising a first spring element that urges the trolley line in the trolley line direction and a second spring element that urges the support part in the trolley line direction with respect to the vehicle body, the trolley of the sliding part A contact force measuring device for a pantograph for measuring a contact force with respect to a line, the spring reaction force detecting means for obtaining a reaction force of the first spring element, and the sliding based on the reaction force of the first spring element A sliding portion relative displacement calculating means for obtaining a relative displacement of the sliding portion with respect to the support portion; a sliding portion relative acceleration calculating means for obtaining a relative acceleration of the sliding portion with respect to the supporting portion by second-order differentiation of the relative displacement; Before based on relative acceleration And the sliding portion inertial force calculating means for calculating the inertia force of the sliding portion, characterized in that it and a contact force calculating means for determining the contact force by adding the reaction force and the inertial force.

本発明においては、前記支持部は、舟体及び該舟体を前記車体に対して昇降可能に支持する枠体を含み、前記摺動部は、前記舟体に対して複数の前記第１のバネ要素を介してそれぞれ相対変位可能に支持された複数のすり板体を含み、前記接触力算出手段は、複数の前記第１のバネ要素についてそれぞれ求めた前記反力及び前記慣性力を加算して前記摺動部の前記トロリ線への接触力を求める構成とすることができる。 In the present invention, the support portion includes a boat body and a frame body that supports the boat body so as to be movable up and down with respect to the vehicle body, and the sliding portion includes a plurality of the first bodies with respect to the boat body. A plurality of sliding plate bodies supported by a spring element so as to be relatively displaceable, and the contact force calculating means adds the reaction force and the inertial force respectively obtained for the plurality of first spring elements. Thus, the contact force of the sliding portion to the trolley wire can be obtained.

本発明のパンタグラフの接触力測定装置においては、典型的には、摺動部は舟体及びこの舟体に固定されたすり板を含み、支持部は舟体を車体に対して昇降可能に支持するリンク機構を有する枠体を含む構成であってもよい。また、摺動部は舟体に対して第１のバネ要素を介して相対変位可能に支持された可動式のすり板体を含み、支持部は舟体と枠体とを含む構成としてもよい。
後者の場合においては、前記車体に対する前記支持部の相対変位を求める支持部相対変位検出手段と、前記支持部の相対変位を二階微分して前記支持部の前記車体に対する相対加速度を求める支持部相対加速度算出手段と、前記支持部の前記車体に対する相対加速度に基いて、前記摺動部の前記トロリ線への接触力を補正する接触力補正手段と、を備える構成とすることができる。
この場合には、前記支持部相対変位検出手段はレーザ変位計などの非接触センサを有する構成とすることができる。 In the pantograph contact force measuring apparatus of the present invention, typically, the sliding portion includes a boat body and a sliding plate fixed to the boat body, and the support portion supports the boat body so that the boat body can be raised and lowered. The structure containing the frame which has a link mechanism to do may be sufficient. Further, the sliding portion may include a movable sliding plate body supported so as to be relatively displaceable with respect to the boat body via a first spring element, and the support unit may include a boat body and a frame body. .
In the latter case, the support part relative displacement detecting means for obtaining the relative displacement of the support part with respect to the vehicle body, and the support part relative for obtaining the relative acceleration of the support part with respect to the vehicle body by second-order differentiation of the relative displacement of the support part. An acceleration calculating means and a contact force correcting means for correcting a contact force of the sliding portion to the trolley wire based on a relative acceleration of the support portion with respect to the vehicle body may be provided.
In this case, the support portion relative displacement detection means may include a non-contact sensor such as a laser displacement meter.

さらに、本発明においては、前記車体の加速度を求める車体加速度検出手段を備え、前記接触力補正手段は、前記車体の加速度に基いて、前記摺動部の前記トロリ線への接触力を補正する構成とすることができる。 Furthermore, in the present invention, a vehicle body acceleration detecting means for obtaining an acceleration of the vehicle body is provided, and the contact force correcting means corrects the contact force of the sliding portion to the trolley line based on the acceleration of the vehicle body. It can be configured.

また、本発明においては、前記バネ反力検出手段は、前記第１のバネ要素のひずみを測定するひずみゲージを有する構成とすることができる。
この場合において、前記ひずみゲージは、ＦＢＧ光ファイバセンサを用いることができる。 Moreover, in this invention, the said spring reaction force detection means can be set as the structure which has a strain gauge which measures the distortion | strain of a said 1st spring element.
In this case, an FBG optical fiber sensor can be used as the strain gauge.

以上のように、本発明によれば、第１のバネ要素の反力に基いて摺動部の支持部に対する相対加速度を求めることができることから、摺動部に加速度センサを装着しなくても摺動部の慣性力を求めることができ、より少ない数のセンサで精度のよい接触力測定を行うことができる。 As described above, according to the present invention, since the relative acceleration of the sliding portion with respect to the support portion can be obtained based on the reaction force of the first spring element, it is not necessary to attach an acceleration sensor to the sliding portion. The inertial force of the sliding portion can be obtained, and accurate contact force measurement can be performed with a smaller number of sensors.

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をなす方向を左右方向（車幅方向）、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。 Hereinafter, it demonstrates, referring drawings. In the following description, the rail longitudinal direction (vehicle traveling direction) is the front-rear direction and the direction perpendicular to the rail longitudinal direction on the track surface is the left-right direction (vehicle width), as in the ordinary railcar technology. Direction), the direction perpendicular to the track surface is called the up-down direction.

図１は、接触力の測定対象となるパンタグラフの周辺を前方側から見た状態を示す模式的立面図である。
図２は、パンタグラフ系の集中質量・バネモデルを示す図である。
車体屋根１に搭載されたパンタグラフ１００は、図１の上から下に向かって、すり板体１１０、舟体１２０、枠体１３０、台枠１４０等を備えて構成されている。 FIG. 1 is a schematic elevation view showing a state in which the periphery of a pantograph as a contact force measurement target is viewed from the front side.
FIG. 2 is a diagram illustrating a concentrated mass / spring model of a pantograph system.
A pantograph 100 mounted on the vehicle body roof 1 includes a sliding plate body 110, a boat body 120, a frame body 130, a base frame 140, and the like from the top to the bottom of FIG.

すり板体１１０は、トロリ線（給電線）Ｔに接触し、車両の走行時にはトロリ線Ｔと摺動して導通を確保するプレート状の部材であって、例えば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。トロリ線Ｔは、ほぼ車両の進行方向に沿って延びているが、すり板体１１０の局所的な磨耗を防止するため、すり板体１１０の有効幅内において蛇行して配置されている。
本実施の形態において、すり板体１１０は舟体１２０に対して相対変位可能に支持された可動式すり板であって、また、車幅方向に配列された複数のすり板体要素（コマ）１１１からなる多分割すり板となっている。 The sliding plate 110 is a plate-like member that contacts the trolley wire (feeding wire) T and slides with the trolley wire T to ensure electrical continuity when the vehicle is running. Made of gold or carbon material. The trolley line T extends substantially along the traveling direction of the vehicle, but is arranged to meander within the effective width of the sliding plate body 110 in order to prevent local wear of the sliding plate body 110.
In the present embodiment, the sliding plate body 110 is a movable sliding plate supported so as to be relatively displaceable with respect to the boat body 120, and a plurality of sliding plate body elements (frames) arranged in the vehicle width direction. 111 is a multi-particulate sliding plate.

個々のすり板体要素１１１は、すり板体付勢バネ（第１のバネ要素）１１２を介して舟体１２０に支持されている。すり板体付勢バネ１１２は、各すり板体要素１１１の車幅方向における両端部にそれぞれ設けられている。また、一対のすり板体要素１１１が隣接する箇所においては、これらの中間に配置された一つのすり板体付勢バネ１１２を双方のすり板体要素１１１で共有する。 Each of the sliding plate body elements 111 is supported by the boat body 120 via a sliding plate body biasing spring (first spring element) 112. The sliding plate urging springs 112 are provided at both ends of each sliding plate element 111 in the vehicle width direction. Moreover, in the location where a pair of sliding-plate body element 111 adjoins, the one sliding-plate body urging | biasing spring 112 arrange | positioned between these is shared by both sliding-plate body elements 111. FIG.

また、すり板体付勢バネ１１２には、その伸縮に伴うひずみを検出するひずみゲージ１５０が装着されている。このひずみゲージ１５０としては、例えば、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）光ファイバセンサが用いられる。ひずみゲージ１５０は、すり板体付勢バネ１１２に直接貼り付けてもよく、またすり板体付勢バネ１１２の上面もしくは下面に小さな梁をわたして、ここに貼り付けてもよい。 Further, a strain gauge 150 for detecting strain accompanying expansion and contraction is attached to the sliding plate body biasing spring 112. As this strain gauge 150, for example, a fiber Bragg grating (FBG) optical fiber sensor is used. The strain gauge 150 may be directly attached to the sliding plate body biasing spring 112, or a small beam may be attached to the upper surface or the lower surface of the sliding plate body biasing spring 112 and attached thereto.

ＦＢＧ光ファイバセンサは、例えばＧｅがドープされた光ファイバのコアに回折格子を加工すると、そのグレーティング部が波長フィルタとして機能し、特定の波長の光だけを反射する特性を利用したものである。この反射波長はグレーティング部の伸びに応じて比例的にシフトするため、グレーティング部を測定対象部に添付して反射波長を検出すると、測定対象部のひずみ量を検出できる。一端部にすり板体付勢バネ１１２に添付されたグレーティング部を有する光ファイバは、他端部が車体屋根１に設けられた図示しない碍子を介して車体内に引き込まれ、車室内に配置された光源及び反射光検出部と接続される。 The FBG optical fiber sensor uses a characteristic that, for example, when a diffraction grating is processed on the core of an optical fiber doped with Ge, the grating portion functions as a wavelength filter and reflects only light of a specific wavelength. Since this reflection wavelength is proportionally shifted according to the elongation of the grating portion, when the reflection wavelength is detected with the grating portion attached to the measurement target portion, the strain amount of the measurement target portion can be detected. The optical fiber having a grating portion attached to the sliding plate body biasing spring 112 at one end is drawn into the vehicle body via an insulator (not shown) provided on the vehicle body roof 1 and disposed in the vehicle interior. Connected to the light source and the reflected light detector.

また、すり板体要素１１１は、隣接する他のすり板体要素１１１と、例えば銅製薄板等の弾性連結部材によって接続され、例えば１つのすり板体要素１１１が変位した場合には、近隣の他のすり板体要素１１１も連動して変位する。 In addition, the sliding plate element 111 is connected to another adjacent sliding plate element 111 by an elastic connecting member such as a copper thin plate. For example, when one sliding plate element 111 is displaced, The sliding plate element 111 is also displaced in conjunction.

舟体１２０は、車幅方向に延びる梁状の部材であって、上述したすり板体１１０を支持する。上述したすり板体１１０を構成する個々のすり板体要素１１１は、すり板体付勢バネ１１２の伸縮に応じて舟体１２０に対して上下方向に相対変位する。 The boat body 120 is a beam-like member extending in the vehicle width direction, and supports the above-described sliding plate body 110. The individual sliding plate body elements 111 constituting the sliding plate body 110 described above are displaced relative to the boat body 120 in the vertical direction in accordance with the expansion and contraction of the sliding plate body biasing spring 112.

枠体１３０は、舟体１２０を車体に対して上下方向に変位可能に支持する。同枠体１３０は、リンク機構を備えており、すり板体１１０がトロリ線Ｔに接した上昇状態と、パンタグラフ１００の不使用時にすり板体１１０がトロリ線Ｔから離間した下降状態とをとることができる。
また、枠体１３０は、舟体１２０をトロリ線方向（上方）に押し上げる方向に付勢する枠体付勢バネ（第２のバネ要素）を備えている。枠体付勢バネは、例えば、エアシリンダやコイルバネを備えている。 The frame body 130 supports the boat body 120 so that it can be displaced in the vertical direction with respect to the vehicle body. The frame body 130 includes a link mechanism, and takes a rising state in which the sliding plate 110 is in contact with the trolley line T and a falling state in which the sliding plate 110 is separated from the trolley line T when the pantograph 100 is not used. be able to.
Further, the frame body 130 includes a frame body biasing spring (second spring element) that biases the boat body 120 in a direction of pushing up the boat body 120 in the trolley line direction (upward). The frame biasing spring includes, for example, an air cylinder and a coil spring.

台枠１４０は、車体屋根１に固定され、枠体１３０の下端部を支持するパンタグラフ１００の基部である。また、台枠１４０と車体屋根１との間には、絶縁用の碍子１４１が設けられている。 The underframe 140 is a base portion of the pantograph 100 that is fixed to the vehicle body roof 1 and supports the lower end portion of the frame body 130. Further, an insulator 141 for insulation is provided between the underframe 140 and the vehicle roof 1.

さらに、本実施形態においては、台枠１４０に対する舟体１２０の上下方向変位を検出するレーザ変位計１６０、及び、車体の上下方向加速度を検出する図示しない加速度センサが設けられている。 Furthermore, in the present embodiment, a laser displacement meter 160 that detects the vertical displacement of the boat body 120 with respect to the underframe 140 and an acceleration sensor (not shown) that detects the vertical acceleration of the vehicle body are provided.

次に、本実施の形態のパンタグラフの接触力測定方法について説明する。
まず、集中質量とバネを用いたモデルを用いた数値計算によって多分割すり板の復元力及び慣性力を求める方法について説明する。
ここで、図２に示すように、すり板体１１０（すり板体要素１１１）の質量をｍ_１、舟体１２０及び枠１３０の質量をｍ_２、すり板体付勢バネ１１２のバネ定数をｋ_１、すり板体１１０、舟体１２０、台枠１４０（車体）の変位をそれぞれｘ_１，ｘ_２，ｘ_３とする。
なお、実際にはすり板体付勢バネ１１２、枠体付勢バネのそれぞれに対応する減衰要素が存在するが、これらはともに影響が微小であり接触力に対する寄与が小さいことから無視しても差支えない。 Next, a method for measuring the contact force of the pantograph according to the present embodiment will be described.
First, a method for obtaining the restoring force and the inertial force of a multi-particulate sliding plate by numerical calculation using a model using a concentrated mass and a spring will be described.
Here, as shown in FIG. 2, the mass of the sliding plate body 110 (the sliding plate body element 111) is m ₁ , the mass of the boat body 120 and the frame 130 is m ₂ , and the spring constant of the sliding plate body biasing spring 112 is The displacements of k ₁ , the sliding plate body 110, the boat body 120, and the underframe 140 (vehicle body) are respectively x ₁ , x ₂ , and x ₃ .
Actually, there are damping elements corresponding to the sliding plate body biasing spring 112 and the frame body biasing spring, but both of these are negligible and can be ignored because they contribute little to the contact force. There is no problem.

図２に示したモデルの運動方程式は、質点ｍ_１に加振力Ｆ（ｔ）が加わるとすると、

となる。 The equation of motion of the model shown in FIG. 2 assumes that an excitation force F (t) is applied to the mass point m ₁ .

It becomes.

式１をラプラス変換し、ベクトル

で整理すると、

となる。ただし、初期値を０としているのは、平衡点からの変化分に注目しているためである。 Laplace transform of Equation 1 and vector

Organize with

It becomes. However, the reason why the initial value is 0 is that attention is paid to the change from the equilibrium point.

式２の左辺の行列の逆行列をＡとし、式２の両辺にかけると、

となる。ところで、ｘ_３は実際の車両では台枠の変位、つまり車両の上下変位に相当する。車両の上下変位が非常に小さいと仮定すると、式３は、

と変換できる。 When the inverse matrix of the matrix on the left side of Equation 2 is A and multiplied by both sides of Equation 2,

It becomes. Incidentally, x ₃ is the actual vehicle displacement of the underframe, namely corresponds to the vertical displacement of the vehicle. Assuming that the vertical displacement of the vehicle is very small, Equation 3 is

Can be converted.

ところで、図２でバネ定数ｋ_１をもつすり板体付勢バネ１１２による復元力Ｆｅは、すり板体１１０と舟体１２０との相対変位により決定するので、

となる。 By the way, the restoring force Fe by the sliding plate body biasing spring 112 having the spring constant k ₁ in FIG. 2 is determined by the relative displacement between the sliding plate body 110 and the boat body 120.

It becomes.

また、慣性力Ｆｉは、すり板質量とすり板加速度により決定するので、

となる。 In addition, since the inertia force Fi is determined by the sliding plate mass and the sliding plate acceleration,

It becomes.

ここで、ｓ領域における接触力に対する慣性力Ｆ_ｉと復元力Ｆ_ｒの比をそれぞれＲ_ｉ（ｓ），Ｒ_ｅ（ｓ）とすると、

となる。 Here, if the ratio of the inertia force F _i and the restoring force F _{r to} the contact force in the s region is R _i (s) and R _e (s), respectively,

It becomes.

これを周波数領域で考えると、

となり、周波数ごとの寄与度がわかる。
但し、Ａ_{１１，ｊω}，Ａ_{２１，ｊω}は、それぞれＡ_１１，Ａ_２１を周波数領域に置き換えたものである。式８では複素数のままであるので、その絶対値をとった値を用いて結果を表示する。 Considering this in the frequency domain,

Thus, the contribution degree for each frequency is known.
_{_{However, A 11, jω, A 21}} , jω is obtained by replacing the _A _{11, A 21} to the frequency domain, respectively. Since it remains a complex number in Expression 8, the result is displayed using a value obtained by taking the absolute value.

次に、上述した計算を行うための各定数の設定について説明する。
本実施形態において、上記計算に用いるｍ_１は、０．７ｋｇとする。
また、ｍ_２は、１６．６ｋｇとする。
また、バネ定数ｋ_１は、約１４０００Ｎ／ｍとする。 Next, the setting of each constant for performing the above-described calculation will be described.
In the present embodiment, m ₁ used for the calculation is 0.7 kg.
Further, _{m 2} is the 16.6 kg.
The spring constant k ₁ is about 14000 N / m.

図３は、式８と上記定数から数値演算によって算出した慣性力、復元力及びこれらの合算の周波数特性を示すグラフである。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、それぞれ接触力全体を１としたときの慣性力Ｆ_ｉ、復元力Ｆ_ｒ、これらを合算した力Ｆ_ｉ＋Ｆ_ｒの寄与を示している。 FIG. 3 is a graph showing the inertial force, restoring force, and frequency characteristics of the sum of these calculated by numerical calculation from Equation 8 and the above constants. 3 (a), 3 (b), and 3 (c) show the contribution of inertia force F _i , restoring force F _r , and sum of these forces F _i + F _r when the entire contact force is 1, respectively. Is shown.

図３に示すように、１０．３Ｈｚまでは慣性力の寄与は低く接触力全体に占める割合が２割以下となり、復元力の寄与が大きいことがわかる。一方、１１Ｈｚ以上では接触力全体に占める慣性力の寄与が２割以上となり、２０Ｈｚ以上では慣性力が接触力全体を占めるようになる。
なお、実際には慣性力及び復元力のほかに、減衰力及び空気力が接触力に影響する。しかし、減衰力の寄与は小さく実質的に無視できる場合が多い。また、空気力の寄与も小さいが、必要であれば風洞試験等によってパンタグラフ１００の揚力係数Ｃ_Ｌを測定し、これと車両の走行速度から空気力を求め、接触力を補正してもよい。 As shown in FIG. 3, the contribution of inertial force is low up to 10.3 Hz, and the ratio of the total contact force is 20% or less, indicating that the contribution of restoring force is large. On the other hand, at 11 Hz or higher, the contribution of inertial force to the entire contact force becomes 20% or more, and at 20 Hz or higher, the inertial force occupies the entire contact force.
Actually, in addition to inertial force and restoring force, damping force and aerodynamic force affect the contact force. However, the contribution of damping force is small and can be substantially ignored in many cases. Although the contribution of the air force small, if required to measure the lift coefficient C _L of the pantograph 100 by wind tunnel tests and requested air force therefrom and running speed of the vehicle, may be corrected contact force.

トロリ線Ｔを支持するハンガ間の周期が５ｍである場合、車両が３６０ｋｍ／ｈで走行すると、ハンガ由来の加振力の周波数は２０Ｈｚとなるので、接触力測定においては３０Ｈｚ程度の周波数帯まで精度を確保することが求められる。図３より、慣性力を考慮しない場合には接触力測定の精度が保証される周波数は１０Ｈｚ程度となってしまうので、この要求を満たすことができない。 When the period between the hangers supporting the trolley wire T is 5 m, when the vehicle travels at 360 km / h, the frequency of the excitation force derived from the hangers becomes 20 Hz, so in the contact force measurement up to a frequency band of about 30 Hz. It is required to ensure accuracy. As shown in FIG. 3, when the inertial force is not taken into account, the frequency at which the accuracy of the contact force measurement is guaranteed is about 10 Hz, so this requirement cannot be satisfied.

そこで、本実施の形態では、復元力（すり板体支持バネの反力）から加速度を求めている。つまり、すり板体付勢バネ１１２に添付されたひずみゲージ１５０によってひずみεを測定し、復元力Ｆｅ＝ｆ（ε）を求める。復元力はＦｅ＝ｋ（ｘ_１−ｘ_２）で表せるので、ひずみを測定していれば、ｘ_１とｘ_２の相対変位ｘ_１−ｘ_２が測定でき、ｘ_１−ｘ_２＝ｇ（ε）として表すことができる。このとき、ｘ_１−ｘ_２の時間の二階微分をとると、

となる。 Therefore, in the present embodiment, the acceleration is obtained from the restoring force (reaction force of the sliding plate body support spring). That is, the strain ε is measured by the strain gauge 150 attached to the sliding plate body biasing spring 112 to obtain the restoring force Fe = f (ε). Since the restoring force can be expressed by Fe = k (x ₁ −x ₂ ), if the strain is measured, the relative displacement x ₁ −x ₂ between x ₁ and x ₂ can be measured, and x ₁ −x ₂ = g ( ε). At this time, taking the second derivative of the time of x ₁ -x ₂ ,

It becomes.

そして、すり板体要素１１１の加速度を、

で代用すると、

となる。 The acceleration of the sliding plate element 111 is

Substituting with

It becomes.

そこで、

の寄与が低ければ、バネのひずみを測定することによって慣性力を推定し、接触力を測定することができる。 Therefore,

Is low, the inertial force can be estimated by measuring the strain of the spring, and the contact force can be measured.

図４は、本実施の形態のパンタグラフの接触力測定方法によって求めた慣性力、復元力、舟体加速度とすり板体質量とを積算した力、及び、慣性力と復元力の合算の周波数特性を示すグラフである。図４（ａ）乃至図４（ｄ）は、それぞれ接触力全体を１としたときのこれらの力の寄与を示している。 FIG. 4 shows the inertial force, restoring force, force obtained by integrating the hull acceleration and the sliding plate mass, and the combined frequency characteristics of the inertial force and restoring force, obtained by the pantograph contact force measuring method of the present embodiment. It is a graph which shows. 4 (a) to 4 (d) show the contributions of these forces when the total contact force is 1, respectively.

ここで、舟体１２０の加速度とすり板体要素１１１の質量とを積算した力である

を測定できないとき、共振点付近では１３％程度の力を測定できなくなり誤差となる。ところが、

は舟体の変位、つまり車体（台枠）に対する枠の上下運動を観測することで測定することができる。ここで、この値は車体の上下方向変位が小さい場合には

とほぼ一致するから、レーザ変位計１６０によって台枠１４０に対する舟体１２０の上下方向変位を測定し、これを二階微分した値によって接触力を補正し、測定精度を向上することができる。 Here, it is a force obtained by integrating the acceleration of the hull 120 and the mass of the sliding plate element 111.

When it is not possible to measure, a force of about 13% cannot be measured near the resonance point, resulting in an error. However,

Can be measured by observing the displacement of the hull, that is, the vertical movement of the frame relative to the vehicle body (underframe). Here, this value is used when the vertical displacement of the vehicle body is small.

Therefore, it is possible to improve the measurement accuracy by measuring the vertical displacement of the hull 120 with respect to the underframe 140 using the laser displacement meter 160 and correcting the contact force with the second-order differential value.

また、車体の上下方向加速度が無視できない程度に大きい場合においては、式１においてｘ_１−ｘ_２＝ｘ_１２，ｘ_２−ｘ_３＝ｘ_２３とすると、

となる。 When the vertical acceleration of the vehicle body is so large that it cannot be ignored, if x ₁ −x ₂ = x ₁₂ and x ₂ −x ₃ = x ₂₃ in Equation 1,

It becomes.

ここで、

は、車体に設けられた加速度センサによって測定することができる。
従って、加速度センサの出力を用いて接触力の補正を行うことによって、さらに測定精度を向上することができる。 here,

Can be measured by an acceleration sensor provided on the vehicle body.
Therefore, the measurement accuracy can be further improved by correcting the contact force using the output of the acceleration sensor.

図５は、本実施の形態のパンタグラフの接触力測定方法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。
＜ステップＳ０１：すり板体付勢バネひずみ測定＞
すり板体付勢バネ１１２のひずみを、ひずみゲージ１５０を用いて測定する。
＜ステップＳ０２：ひずみに基く変位の算出＞
ステップＳ０１において測定されたすり板体付勢バネ１１２のひずみに基いて、すり板体付勢バネ１１２の伸縮量を算出する。この伸縮量は、舟体１２０に対するすり板体要素１１１の相対変位となる。
＜ステップＳ０３：変位に基く加速度の算出＞
ステップＳ０２において算出されたすり板体要素１１１の変位を二階微分し、舟体１２０に対するすり板体要素１１１の相対加速度を算出する。
＜ステップＳ０４：加速度に基く慣性力の算出＞
ステップＳ０３において算出されたすり板体要素１１１の相対加速度に基いて、上述した式６によってすり板体要素１１１に作用する慣性力Ｆ_ｉを算出する。 FIG. 5 is a flowchart showing the pantograph contact force measurement method according to the present embodiment. Hereinafter, the steps will be described step by step.
<Step S01: Sliding plate bias spring measurement>
The strain of the sliding plate body biasing spring 112 is measured using a strain gauge 150.
<Step S02: Calculation of Displacement Based on Strain>
Based on the strain of the sliding plate body biasing spring 112 measured in step S01, the expansion / contraction amount of the sliding plate body biasing spring 112 is calculated. This expansion / contraction amount is a relative displacement of the sliding plate element 111 with respect to the boat body 120.
<Step S03: Calculation of acceleration based on displacement>
The displacement of the sliding plate element 111 calculated in step S02 is second-order differentiated, and the relative acceleration of the sliding plate element 111 with respect to the boat body 120 is calculated.
<Step S04: Calculation of Inertial Force Based on Acceleration>
Based on the relative acceleration of the sliding plate element 111 calculated in step S03, the inertial force F _i acting on the sliding plate element 111 is calculated by the above-described Expression 6.

＜ステップＳ０５：ひずみに基くバネ反力の算出＞
ステップＳ０１において測定されたすり板体付勢バネ１１２のひずみと、上述したベンチ試験によって求めたすり板体付勢バネ１１２のバネ定数ｋ_１とに基いて、すり板体付勢バネ１１２の反力（復元力）Ｆ_ｒを算出する。
＜ステップＳ０６：慣性力と反力の合算による接触力の算出＞
ステップＳ０４において算出された慣性力Ｆ_ｉと、ステップＳ０５において算出された反力Ｆ_ｒとを合算し、パンタグラフ１００の接触力Ｆを算出する。
ここで、測定対象となるパンタグラフが複数のすり板体要素１１１とすり板体付勢バネ１１２とを有する多分割すり板を備えたものであるときは、個々のすり板体付勢バネ１１２のひずみからそれぞれ算出した接触力Ｆを、全てのすり板体付勢バネ１１２について合算することによってパンタグラフ１００の接触力を求めることができる。 <Step S05: Calculation of Spring Reaction Force Based on Strain>
And distortion of the measured contact strip body urging spring 112 in step S01, on the basis of the spring constant k ₁ of the sliding plate body urging spring 112 as determined by bench test described above, anti of contact strip body biasing spring 112 The force (restoring force) _Fr is calculated.
<Step S06: Calculation of Contact Force by Summation of Inertia Force and Reaction Force>
The inertial force F _i calculated in step S04 and the reaction force F _r calculated in step S05 are added together to calculate the contact force F of the pantograph 100.
Here, when the pantograph to be measured is provided with a multi-partitioned sliding plate having a plurality of sliding plate element 111 and the sliding plate urging spring 112, each of the sliding plate urging springs 112 is provided. The contact force of the pantograph 100 can be obtained by adding the contact forces F calculated from the strains for all the sliding plate body biasing springs 112.

次に、上述した本実施の形態の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。なお、比較例の説明において、上述した本実施の形態と共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略する。
図６は、比較例におけるパンタグラフの接触力測定における集中質量・バネモデルとセンサの配置を示す模式図である。
比較例においては、すり板体１１０を構成するすり板体要素１１１に、その加速度を検出する加速度センサ１７０を装着している。ここで、すり板体要素１１１は、トロリ線Ｔから供給される高電圧が印加された加圧部であることから、加速度センサ１７０の出力は、図示しないテレメータ装置を用いて車体側に伝送される。 Next, the effect of this embodiment described above will be described in comparison with a comparative example of the present invention described below. In the description of the comparative example, the same reference numerals are given to portions common to the above-described embodiment, and the description is omitted.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the arrangement of concentrated mass / spring model and sensor in the measurement of contact force of a pantograph in a comparative example.
In the comparative example, an acceleration sensor 170 that detects the acceleration is attached to the sliding plate element 111 constituting the sliding plate 110. Here, since the sliding plate element 111 is a pressurizing unit to which a high voltage supplied from the trolley wire T is applied, the output of the acceleration sensor 170 is transmitted to the vehicle body side using a telemeter device (not shown). The

図７は、比較例のパンタグラフの接触力測定方法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。
＜ステップＳ１１：すり板体加速度測定＞
加速度センサ１７０を用いてすり板体要素１１１に作用する加速度を測定する。
＜ステップＳ１２：加速度に基く慣性力の算出＞
ステップＳ１１において算出されたすり板体要素１１１の加速度に基いて、すり板体要素１１１に作用する慣性力を算出する。
＜ステップＳ１３：すり板体付勢バネひずみ測定＞
すり板体付勢バネ１１２のひずみを、ひずみゲージ１５０を用いて測定する。
＜ステップＳ１４：ひずみに基くバネ反力の算出＞
ステップＳ１３において測定されたすり板体付勢バネ１１２のひずみと、上述したベンチ試験によって求めたすり板体付勢バネ１１２のバネ定数とに基いて、すり板体付勢バネ１１２の反力（復元力）を算出する。
＜ステップＳ１５：慣性力と反力の合算による接触力の算出＞
ステップＳ１２において算出された慣性力と、ステップＳ１４において算出された反力とを合算し、パンタグラフ１００の接触力を算出する。 FIG. 7 is a flowchart showing a contact force measurement method for a pantograph of a comparative example. Hereinafter, the steps will be described step by step.
<Step S11: Sliding plate body acceleration measurement>
The acceleration acting on the sliding plate element 111 is measured using the acceleration sensor 170.
<Step S12: Calculation of inertia force based on acceleration>
Based on the acceleration of the sliding plate element 111 calculated in step S11, an inertial force acting on the sliding plate element 111 is calculated.
<Step S13: Sliding plate body bias spring strain measurement>
The strain of the sliding plate body biasing spring 112 is measured using a strain gauge 150.
<Step S14: Calculation of Spring Reaction Force Based on Strain>
Based on the strain of the sliding plate body biasing spring 112 measured in step S13 and the spring constant of the sliding plate body biasing spring 112 obtained by the bench test described above, the reaction force of the sliding plate body biasing spring 112 ( (Restoring force) is calculated.
<Step S15: Calculation of contact force by adding inertia force and reaction force>
The contact force of the pantograph 100 is calculated by adding the inertial force calculated in step S12 and the reaction force calculated in step S14.

比較例においては、加速度センサ１７０からの出力

とひずみゲージ１５０からの出力εから接触力Ｆを求めている。この場合、ひずみから直接バネ反力Ｆ_ｒは測定できないため、予めベンチ試験によって関数Ｆ_ｒ＝ｆ（ε）を用意し、得られたひずみから反力を求めている。また、加速度からも直接的に慣性力Ｆ_ｉが得られるわけではないので、ベンチ試験によって

を用意し、得られた加速度から慣性力を求めている。そして、慣性力Ｆ_ｉと反力Ｆ_ｒを合算してパンタグラフの接触力を求めている。 In the comparative example, the output from the acceleration sensor 170

The contact force F is obtained from the output ε from the strain gauge 150. In this case, since the spring reaction force F _r cannot be measured directly from the strain, a function F _r = f (ε) is prepared in advance by a bench test, and the reaction force is obtained from the obtained strain. In addition, since the inertia force F _i cannot be obtained directly from the acceleration,

The inertial force is obtained from the obtained acceleration. Then, the contact force of the pantograph is obtained by adding up the inertial force F _i and the reaction force F _r .

比較例においては、パンタグラフの接触力測定に際し、加速度センサ１７０をすり板体要素の各コマに装着するとともに、ひずみゲージ１５０を個々のすり板体付勢バネ１１２に装着する必要があることから、センサ数が多くなり、測定装置の構成やセンサの設置作業が煩雑となる。また、加速度センサ１７０の出力はテレメータを用いて車体側に伝送する必要があるから、テレメータ装置の設置、電源の確保も煩雑であり、さらにテレメータの使用に際して法規等に応じて免許の取得等が必要な場合もある。 In the comparative example, when measuring the contact force of the pantograph, it is necessary to attach the acceleration sensor 170 to each frame of the sliding plate element and to attach the strain gauge 150 to each sliding plate biasing spring 112. The number of sensors increases, and the configuration of the measuring apparatus and the installation work of the sensors become complicated. Further, since the output of the acceleration sensor 170 needs to be transmitted to the vehicle body side using a telemeter, it is troublesome to install the telemeter device and secure the power source. Further, when using the telemeter, it is necessary to obtain a license according to the regulations and the like. It may be necessary.

これに対し、本実施の形態によれば、反力Ｆ_ｒ＝ｆ（ε）の他に、変位Ｘ＝ｈ（ε）をベンチ試験で用意することによって、ひずみゲージ１５０が検出したひずみεから変位ｘ_１−ｘ_２を求めることができる。この変位を時間で二階微分することによって、

を求め、同様にベンチ試験で得た慣性力の式

から慣性力を求める。 On the other hand, according to the present embodiment, in addition to the reaction force F _r = f (ε), a displacement X = h (ε) is prepared in a bench test, so that the strain ε detected by the strain gauge 150 can be obtained. The displacement x ₁ -x ₂ can be obtained. By differentiating this displacement in terms of time,

Similarly, the inertial force formula obtained in the bench test

Obtain inertial force from

ただし、上述した式では

の項が余分に含まれてしまい誤差になり得るが、すり板体の質量が軽い場合にはこの項による影響は無視し得る程度まで小さくなるため、高い精度でパンタグラフの接触力を測定することができる。
また、すり板体の質量が比較的大きい場合であっても、上述したようにレーザ変位計１６０の出力から求めた車体に対する舟体の相対加速度、及び、車体に設けた加速度センサによって求めた車体の絶対加速度を用いて、すり板体の加速度を補正することによって、測定精度を確保することができる。 However, in the above formula,

However, if the sliding plate body is light, the influence of this term will be so small that it can be ignored, so the contact force of the pantograph must be measured with high accuracy. Can do.
Moreover, even when the mass of the sliding plate body is relatively large, as described above, the relative acceleration of the boat body relative to the vehicle body obtained from the output of the laser displacement meter 160 and the vehicle body obtained by the acceleration sensor provided on the vehicle body The measurement accuracy can be ensured by correcting the acceleration of the sliding plate using the absolute acceleration.

また、本実施の形態によれば、比較例のようにすり板体に加速度センサを設ける必要がないため、センサ数を低減し、さらにテレメータ装置及びその電源等も不要となり、測定準備作業や測定装置の構成を簡素化することができる。 In addition, according to the present embodiment, since there is no need to provide an acceleration sensor on the sliding plate body as in the comparative example, the number of sensors is reduced, and further, the telemeter device and its power supply are not required, and measurement preparation work and measurement The configuration of the apparatus can be simplified.

（他の実施の形態）
なお、本発明は上記した実施の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。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
（１）上述した実施の形態では摺動部を付勢するバネ要素の反力をＦＢＧ光ファイバセンサによって求めているが、本発明はこれに限らず、他の種類のひずみゲージや荷重センサを用いてバネのひずみを測定し、その反力を求めてもよい。また、バネ要素の伸縮量を距離センサ等によって測定し、伸縮量に基いて反力を求めてもよい。
（２）上述した実施の形態は、舟体に対して変位可能な多分割すり板を備えたパンタグラフに係るものであったが、本発明はこれに限らず、分割されていない一体型の可動式すり板を備えたパンタグラフにも適用することができる。また、すり板体が舟体に対して一定的に固定されたパンタグラフにも適用することができる。この場合、上述した集中質量・バネモデルにおいて、すり板体と舟体の質量の合計をｍ_１とし、枠体の質量をｍ_２とするとよい。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various applications and modifications are possible. For example, each of the following embodiments to which the above embodiment is applied can be implemented.
(1) In the embodiment described above, the reaction force of the spring element that biases the sliding portion is obtained by the FBG optical fiber sensor. However, the present invention is not limited to this, and other types of strain gauges and load sensors are used. It may be used to measure the strain of the spring and determine its reaction force. Further, the expansion / contraction amount of the spring element may be measured by a distance sensor or the like, and the reaction force may be obtained based on the expansion / contraction amount.
(2) The embodiment described above relates to a pantograph provided with a multi-divided sliding plate that can be displaced with respect to the boat body. However, the present invention is not limited to this, and the movable body is not divided. The present invention can also be applied to a pantograph equipped with an expression slip plate. Further, the present invention can be applied to a pantograph in which a sliding plate body is fixed to a boat body. In this case, in the above-described concentrated mass / spring model, the total mass of the sliding plate body and the boat body may be m ₁ and the mass of the frame body may be m ₂ .

本発明の一実施の形態に係る電気鉄道のパンタグラフ周辺を示す模式的立面図である。It is a typical elevation view which shows the pantograph periphery of the electric railway which concerns on one embodiment of this invention. 本実施の形態のパンタグラフの集中質量・バネモデルを示す図である。It is a figure which shows the concentrated mass and spring model of the pantograph of this Embodiment. 本実施の形態の各定数から数値演算によって算出した慣性力、復元力及びこれらの合算の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the inertial force calculated from each constant of this Embodiment by numerical calculation, restoring force, and the frequency characteristic of these total. 本実施の形態のパンタグラフの接触力測定方法によって求めた慣性力、復元力、舟体加速度とすり板体質量とを積算した力、及び、慣性力と復元力の合算の周波数特性を示すグラフである。It is a graph showing the inertial force, restoring force, force obtained by integrating the hull acceleration and the sliding plate body mass, and the frequency characteristics of the sum of inertial force and restoring force obtained by the pantograph contact force measuring method of the present embodiment. is there. 本実施の形態に係るパンタグラフの測定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measuring method of the pantograph which concerns on this Embodiment. 本発明の比較例におけるパンタグラフの接触力測定における集中質量・バネモデルとセンサの配置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows arrangement | positioning of the concentrated mass and spring model and sensor in the contact force measurement of the pantograph in the comparative example of this invention. 本発明の比較例であるパンタグラフの測定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measuring method of the pantograph which is a comparative example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１車体屋根
１００パンタグラフ
１１０すり板体
１１１すり板体要素（コマ）
１１２すり板体付勢バネ
１１３弾性結合部材
１２０舟体
１３０枠体
１４０台枠
１４１碍子
１５０ひずみゲージ
１６０レーザ変位計 1 Body roof 100 Pantograph 110 Grind plate 111 Grind plate element (frame)
112 Sliding plate body energizing spring 113 Elastic coupling member 120 Ship body 130 Frame body 140 Base frame 141 Insulator 150 Strain gauge 160 Laser displacement meter

Claims

トロリ線に接触する摺動部、該摺動部を車体に対して昇降可能に支持する支持部、該支持部に対して前記摺動部を前記トロリ線方向に付勢する第１のバネ要素、及び、前記車体に対して前記支持部を前記トロリ線方向に付勢する第２のバネ要素を備えるパンタグラフにおいて、前記摺動部の前記トロリ線に対する接触力を測定するパンタグラフの接触力測定方法であって、
前記第１のバネ要素の反力を求め、
前記第１のバネ要素の反力に基いて前記摺動部の前記支持部に対する相対変位を求め、
前記相対変位を二階微分して前記摺動部の前記支持部に対する相対加速度を求め、
前記相対加速度に基いて前記摺動部の慣性力を求め、
前記反力及び前記慣性力を加算して前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 sliding portion that contacts the trolley wire, a support portion that supports the sliding portion so as to be movable up and down relative to the vehicle body, and a first spring element that biases the sliding portion relative to the support portion in the trolley wire direction And a pantograph comprising a second spring element that urges the support portion in the direction of the trolley line with respect to the vehicle body, wherein the contact force measurement method of the pantograph for measuring the contact force of the sliding portion with respect to the trolley line Because
Obtaining a reaction force of the first spring element;
Obtaining a relative displacement of the sliding portion with respect to the support portion based on a reaction force of the first spring element;
Second-order differentiation of the relative displacement to determine the relative acceleration of the sliding part relative to the support part,
Obtain the inertial force of the sliding portion based on the relative acceleration,
The contact force is obtained by adding the reaction force and the inertial force to obtain the contact force.

前記摺動部は、舟体及び該舟体に固定されたすり板を含み、
前記支持部は、前記舟体を前記車体に対して昇降可能に支持する枠体を含むこと
を特徴とする請求項１に記載のパンタグラフの接触力測定方法。 The sliding portion includes a boat body and a sliding plate fixed to the boat body,
The pantograph contact force measurement method according to claim 1, wherein the support portion includes a frame body that supports the boat body so as to be movable up and down with respect to the vehicle body.

前記支持部は、舟体及び該舟体を前記車体に対して昇降可能に支持する枠体を含み、
前記摺動部は、前記舟体に対して前記第１のバネ要素を介して相対変位可能に支持されたすり板を含むこと
を特徴とする請求項１に記載のパンタグラフの接触力測定方法。 The support portion includes a boat body and a frame body that supports the boat body so that the boat body can be raised and lowered.
2. The pantograph contact force measuring method according to claim 1, wherein the sliding portion includes a sliding plate supported to be relatively displaceable with respect to the boat body via the first spring element.

前記支持部は、舟体及び該舟体を前記車体に対して昇降可能に支持する枠体を含み、
前記摺動部は、前記舟体に対して複数の前記第１のバネ要素を介してそれぞれ相対変位可能に支持された複数のすり板を含み、
複数の前記第１のバネ要素についてそれぞれ求めた前記反力及び前記慣性力を加算して前記摺動部の前記トロリ線への接触力を求めることを特徴とする請求項１に記載のパンタグラフの接触力測定方法。 The support portion includes a boat body and a frame body that supports the boat body so that the boat body can be raised and lowered.
The sliding portion includes a plurality of sliding plates supported to be relatively displaceable with respect to the boat body via the plurality of first spring elements, respectively.
2. The pantograph according to claim 1, wherein a contact force of the sliding portion to the trolley wire is obtained by adding the reaction force and the inertial force obtained for each of the plurality of first spring elements. Contact force measurement method.

前記車体に対する前記支持部の相対変位を求め、
前記支持部の相対変位を二階微分して前記支持部の前記車体に対する相対加速度を求め、
前記支持部の前記車体に対する相対加速度に基いて、前記摺動部の前記トロリ線への接触力を補正することを特徴とする請求項１乃至４に記載のパンタグラフの接触力測定方法。 Determining the relative displacement of the support with respect to the vehicle body;
Second-order differentiation of the relative displacement of the support part to determine the relative acceleration of the support part relative to the vehicle body,
5. The pantograph contact force measuring method according to claim 1, wherein a contact force of the sliding portion to the trolley wire is corrected based on a relative acceleration of the support portion with respect to the vehicle body.

前記車体の加速度を求め、
前記車体の加速度に基いて、前記摺動部の前記トロリ線への接触力を補正すること
を特徴とする請求項５に記載のパンタグラフの接触力測定方法。 Determining the acceleration of the vehicle body,
The pantograph contact force measurement method according to claim 5, wherein the contact force of the sliding portion to the trolley wire is corrected based on the acceleration of the vehicle body.

前記第１のバネ要素の反力を前記第１のバネ要素のひずみを測定するひずみゲージによって求めることを特徴とする請求項１乃至６に記載のパンタグラフの接触力測定方法。 The pantograph contact force measuring method according to claim 1, wherein the reaction force of the first spring element is obtained by a strain gauge that measures the strain of the first spring element.

前記ひずみゲージとしてＦＢＧ光ファイバセンサを用いることを特徴とする請求項７に記載のパンタグラフの接触力測定方法。 8. The pantograph contact force measuring method according to claim 7, wherein an FBG optical fiber sensor is used as the strain gauge.

前記車体に対する前記支持部の相対変位をレーザ変位計などの非接触センサによって求めることを特徴とする請求項５に記載のパンタグラフの接触力測定方法。 The pantograph contact force measurement method according to claim 5, wherein a relative displacement of the support portion with respect to the vehicle body is obtained by a non-contact sensor such as a laser displacement meter.

前記摺動部の前記支持部に対する相対変位と前記第１のバネ要素の反力との相関、及び、前記摺動部の前記支持部に対する相対加速度と前記摺動部の慣性力との相関を予めベンチ試験で求めることを特徴とする請求項１乃至９に記載のパンタグラフの接触力測定方法。 The correlation between the relative displacement of the sliding part with respect to the support part and the reaction force of the first spring element, and the correlation between the relative acceleration of the sliding part with respect to the support part and the inertial force of the sliding part. The pantograph contact force measurement method according to claim 1, wherein the contact force is obtained in advance by a bench test.

トロリ線に接触する摺動部、該摺動部を車体に対して昇降可能に支持する支持部、該支持部に対して前記摺動部を前記トロリ線方向に付勢する第１のバネ要素、及び、前記車体に対して前記支持部を前記トロリ線方向に付勢する第２のバネ要素を備えるパンタグラフにおいて、前記摺動部の前記トロリ線に対する接触力を測定するパンタグラフの接触力測定装置であって、
前記第１のバネ要素の反力を求めるバネ反力検出手段と、
前記第１のバネ要素の反力に基いて前記摺動部の前記支持部に対する相対変位を求める摺動部相対変位算出手段と、
前記相対変位を二階微分して前記摺動部の前記支持部に対する相対加速度を求める摺動部相対加速度算出手段と、
前記相対加速度に基いて前記摺動部の慣性力を求める摺動部慣性力算出手段と、
前記反力及び前記慣性力を加算して前記接触力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 sliding portion that contacts the trolley wire, a support portion that supports the sliding portion so as to be movable up and down relative to the vehicle body, and a first spring element that biases the sliding portion relative to the support portion in the trolley wire direction And a pantograph comprising a second spring element for urging the support portion in the direction of the trolley line relative to the vehicle body, wherein the contact force measuring device of the pantograph for measuring the contact force of the sliding portion with respect to the trolley line Because
Spring reaction force detecting means for obtaining a reaction force of the first spring element;
Sliding part relative displacement calculating means for obtaining a relative displacement of the sliding part with respect to the support part based on a reaction force of the first spring element;
Sliding part relative acceleration calculating means for obtaining a relative acceleration of the sliding part relative to the support part by second-order differentiation of the relative displacement;
Sliding part inertia force calculating means for obtaining the inertial force of the sliding part based on the relative acceleration;
Contact force calculation means for obtaining the contact force by adding the reaction force and the inertial force;
A pantograph contact force measuring device comprising:

前記摺動部は、舟体及び該舟体に固定されたすり板を含み、
前記支持部は、前記舟体を前記車体に対して昇降可能に支持する枠体を含むこと
を特徴とする請求項１１に記載のパンタグラフの接触力測定装置。 The sliding portion includes a boat body and a sliding plate fixed to the boat body,
The pantograph contact force measuring device according to claim 11, wherein the support portion includes a frame body that supports the boat body so as to be movable up and down with respect to the vehicle body.

前記支持部は、舟体及び該舟体を前記車体に対して昇降可能に支持する枠体を含み、
前記摺動部は、前記舟体に対して前記第１のバネ要素を介して相対変位可能に支持されたすり板を含むこと
を特徴とする請求項１１に記載のパンタグラフの接触力測定装置。 The support portion includes a boat body and a frame body that supports the boat body so that the boat body can be raised and lowered.
The contact force measuring device for a pantograph according to claim 11, wherein the sliding portion includes a sliding plate supported so as to be relatively displaceable via the first spring element with respect to the boat body.

前記支持部は、舟体及び該舟体を前記車体に対して昇降可能に支持する枠体を含み、
前記摺動部は、前記舟体に対して複数の前記第１のバネ要素を介してそれぞれ相対変位可能に支持された複数のすり板を含み、
前記接触力算出手段は、複数の前記第１のバネ要素についてそれぞれ求めた前記反力及び前記慣性力を加算して前記摺動部の前記トロリ線への接触力を求めることを特徴とする請求項１１に記載のパンタグラフの接触力測定装置。 The support portion includes a boat body and a frame body that supports the boat body so that the boat body can be raised and lowered.
The sliding portion includes a plurality of sliding plates supported to be relatively displaceable with respect to the boat body via the plurality of first spring elements, respectively.
The contact force calculation means calculates the contact force of the sliding portion to the trolley wire by adding the reaction force and the inertial force obtained for each of the plurality of first spring elements. Item 15. The pantograph contact force measuring device according to Item 11.

前記車体に対する前記支持部の相対変位を求める支持部相対変位検出手段と、
前記支持部の相対変位を二階微分して前記支持部の前記車体に対する相対加速度を求める支持部相対加速度算出手段と、
前記支持部の前記車体に対する相対加速度に基いて、前記摺動部の前記トロリ線への接触力を補正する接触力補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項１１乃至１４に記載のパンタグラフの接触力測定装置。 A support portion relative displacement detection means for obtaining a relative displacement of the support portion with respect to the vehicle body;
A support portion relative acceleration calculating means for obtaining a relative acceleration of the support portion relative to the vehicle body by second-order differentiation of the relative displacement of the support portion;
Contact force correction means for correcting the contact force of the sliding portion to the trolley wire based on the relative acceleration of the support portion with respect to the vehicle body;
The pantograph contact force measuring device according to claim 11, comprising:

前記車体の加速度を求める車体加速度検出手段を備え、
前記接触力補正手段は、前記車体の加速度に基いて、前記摺動部の前記トロリ線への接触力を補正することを特徴とする請求項１５に記載のパンタグラフの接触力測定装置。 A vehicle body acceleration detecting means for determining the acceleration of the vehicle body;
The pantograph contact force measuring device according to claim 15, wherein the contact force correcting means corrects a contact force of the sliding portion with respect to the trolley wire based on an acceleration of the vehicle body.

前記バネ反力検出手段は、前記第１のバネ要素のひずみを測定するひずみゲージを有することを特徴とする請求項１１乃至１６に記載のパンタグラフの接触力測定装置。 The pantograph contact force measuring device according to claim 11, wherein the spring reaction force detecting means includes a strain gauge for measuring a strain of the first spring element.

前記ひずみゲージは、ＦＢＧ光ファイバセンサであることを特徴とする請求項１７に記載のパンタグラフの接触力測定装置。 The pantograph contact force measuring apparatus according to claim 17, wherein the strain gauge is an FBG optical fiber sensor.

前記支持部相対変位検出手段はレーザ変位計などの非接触センサを有することを特徴とする請求項１５に記載のパンタグラフの接触力測定装置。 The pantograph contact force measuring device according to claim 15, wherein the support relative displacement detecting means includes a non-contact sensor such as a laser displacement meter.