JP5010955B2 - 車両の車体高さ変位量検出器および検出機構 - Google Patents

Description

この発明は、車両の車体高さ変位量検出器および検出機構に関し、詳しくは、軌道検測車の車体と走行台車との間に設けられ、軌道変位量測定あるいはトロリ線変位量補正等のために利用される車体の高さ変位量を得る車体の高さ方向の変位量検出器について、その検出アームの破損事故を低減することができるような車体高さ変位量検出器の改良に関する。

鉄道線路を構成する軌道は、列車運転などにより左右のレールが基準位置に対して偏位する。この偏位は軌道狂いとよばれ、(1)通り狂い、(2)高低狂い、(3)軌間狂い、(4)水準狂い、(5)平面性狂いの５項目が規定されている。
多数の営業列車が運行される本線区においては、営業車両とほぼ同じ規格の車両にレール変位量測定装置を搭載して、いわば大型の軌道検測車を構成し、高速度で走行させて各軌道狂いが検測されている。しかし、列車の運行回数が少ない閑散線区や、駅構内の側線などに対しては、大型の軌道検測車は適当でないので、中型もしくは小型の軌道検測車が利用されている。
これらの車両に搭載されるレール変位量測定装置としては、測定車輪やローラをレールに接触させる機械式のものと非接触型の光学的なものとがある。
これらとは別にトロリ線についての変位量が光学的な測定装置により測定されている。
レール変位量測定やトロリ線変位量測定で得られた測定値は、左右の車体の傾きに応じて測定値を補正することが必要になるので、軌道検測車は、車体と走行台車との間に水平状態にある基準状態の車体に対して車体高さの変化を検出する車体高さ変位量検出器を搭載している（特許文献１）。
特開平９−１６３５０２号公報

車体高さ変位量検出器は、通常、車体側に検出器本体を取付け、回動する検出アームを走行台車（台車軸箱）側に回動可能に固定して検出するが、走行台車と車体との間に設けられる関係で、レールと車輪との間で発生する衝撃を検出アームが軸箱を介して受ける。そのため、従来は、車体側の検出器の検出アームを台車軸箱に左右方向の回動を許容するヒンジを介してリンク結合した２段の連結アームによりその衝撃を吸収している。
図４は、その説明図であって、３が車体高さ変位量検出器である。そして、２０は、レール、１１は、車体高さ変位量検出器３が取付けられた車体、１２は走行台車、１３は走行車輪、１４は、軸受１４ａを有する台車軸箱である。軸受１４ａは、走行車輪１３の車軸１５（図３参照）を介して車輪１６を回転可能に支持する。
車体高さ変位量検出器３は、高さ変位を回動アームの角度変位に変換して検出する角度センサであって、検出アーム１とシンクロ回転角検出器２とからなり、検出アーム１は、水平アーム１ａと傾斜アーム１ｂとがヒンジ１ｃを介してリンク結合して構成され、軸受１４ａの上部に設けられたヒンジ１４ｂを介して台車軸箱１４に対して左右方向に自由度をもって取付けられている。
シンクロ回転角検出器２は、ヒンジ２ａによりブラケット１１ａを介して車体１１に対して左右方向に自由度をもって結合され、内部にシンクロ発振器を有し、シンクロ回転軸２ｂの回転量に応じた電気信号を検出信号として発生する。
なお、ヒンジ１ｃ，ヒンジ２ａ，ヒンジ１４ｂは、それぞれボールベアリング軸受で構成されている。

図４に示すようなヒンジを介してリンク結合した２段の連結アーム接続の検出アームは、レールと車輪との間の衝撃に対して検出アームを左右方向に自由度を持つヒンジにより緩和するものであるが、在来線での引込線への進入や軌道設備の条件により、車体と走行台車との間にねじれ現象が発生することがある。このようなねじれは、左右方向に自由度を持つヒンジでは吸収しきれない。そのため、大きなねじれが発生すると急激な負荷が検出アームにかかり、２段の連結アーム構造の前記の検出アームが破損する。
このようなことを回避するために検出アームを３段アーム結合にしてもねじれが吸収できるわけではなく、アーム強度が逆に弱くなる上に上下方向の検出精度が低下する問題がある。ねじれは、検出アームに対して大きな剪断応力を加えるが、高さ方向を検出するアームを上下方向にスライドさせてそれを吸収する訳にはいかず、上下方向に緩衝機構を設けても上下方向の検出精度が低下し、緩衝機構自体の破壊が問題となる。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであり、軌道検測車に搭載される車体の高さ方向の変位量検出器の検出アームの破損事故を低減することができる車両の車体高さ変位量検出器および検出機構を提供することにある。

この発明は、上記の目的を達成する車両の車体高さ変位量検出器および検出機構であって、その構成は、軌道検測車の車体と走行台車との間に設けられ車体高さ方向の変位量を高さ方向に回動する検出アームの回動角に応じて変換して検出する車両の車体高さ変位量検出器において、長手方向に直交する方向にねじれ弾性を有し長手方向には変形しない剛性を有する厚さで所定の幅の板状弾性アーム部材と長手方向にもこれに直交する方向にも変形しない剛性を有する所定の長さの剛性アーム部材とを長手方向に直交する方向の回動を許容するリンク結合として前記検出アームを構成したものである。

このように、この発明にあっては、２段連結の検出アームのいずれか一方を板状弾性アーム部材とすることで、車体と走行台車との間に発生するアームに対するねじりを板状弾性アームで吸収し、かつ、ねじれた板状弾性アームによりアームの高さ方向の精度を維持することができる。
特に、板状弾性アームを所定の厚さと幅を持つ板バネあるいは板バネを一部に有するアームとすれば、車体と走行台車との間にねじれ現象が発生しても板バネがそのねじりを受けてねじれるので過剰な負荷が残りのアームに加わることなく、吸収され、検出アームの破損事故が抑制される。
特に、板バネの場合には、ねじれても車両の高さ方向の関係は保持される。これが水平アームの場合には、板バネの軸中心位置で高さ方向の位置が保持される。傾斜アームにした場合にも剛性を有するので、圧縮されることはなく、その長手方向の変位はほとんど発生しない。
その結果、車体高さ方向の変位量検出の精度を低下させることなく、車両の車体高さ変位量検出器の検出アームの破損事故を低減することができる。

図１は、この発明を適用した一実施例の車両の車体高さ変位量検出機構の説明図、図２は、この発明を適用した他の一実施例の車両の車体高さ変位量検出機構の説明図、そして図３は、車体高さ変位量検出器の車体の取付状態と車体の傾斜状態についての説明図である。
なお、図４に示す構成要素と同一のものは同一の符号で示し、その説明を割愛する。
図３に示すように、軌道検測車１０において、４は、車体高さ変位量検出器であり、左右のレール２０にそれぞれ対応して車体１１と走行台車１２との間においてそれぞれ設けられている。
これら左右の車体高さ変位量検出器４，４により車体高さ変位量検出機構５が構成される。
ｄ1，ｄ2は、このとき車体高さ変位量検出器４により検出された検出信号により測定されるそれぞれ車体１１と走行台車１２との間の変位量である。
車体高さ変位量検出器４からのそれぞれの検出信号は、車体１１側に設けられている変換制御回路１７を介して出力電圧として取り出されてＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）１８を経てデータ処理装置１９へと入力される。データ処理装置１９で算出された変位量ｄ1，ｄ2は、レール変位量測定装置あるいはトロリ線変位量測定装置で得られた各測定値の補正処理などに利用される。

図１において、６は、車体高さ変位量検出器４の検出アームであって、水平アーム６ａと傾斜アーム６ｂとがヒンジ８を介してリンク結合して構成されている。
水平アーム６ａは、長手方向に直交する方向にねじれ弾性を有し長手方向には変形しない剛性を有する厚さで所定の幅の板状弾性アーム部材であり、平行板バネ７ａ，７ｂを有するボックスフレーム７で構成されている。
ボックスフレーム７の２枚の板バネ７ａ，７ｂは、両端部がリンク結合金具７ｃ，７ｄにそれぞれ固定されて内部に矩形空間を持つボックス型の構造となっている。これにより、車体と走行台車との間に発生するアームに対するねじりをボックスフレーム７がねじられることで吸収し、かつ、ねじれた状態でアームの高さ方向の精度を維持することができる。
平行板バネ７ａ，７ｂは、ＳＵＳ製のもので、その厚さは、２ｍｍ程度で、幅が４０ｍｍ、長さが３００ｍｍ程度のものである。リンク結合金具７ｃ，７ｄは、鋼部材あるいは鋳鉄製である。
なお、図では、平行板バネ７ａ，７ｂは、走行方向に対して左右方向に配置されるようになっているが、これらは、走行方向に対して上下方向に配置されてもよい。あるいはアーム軸に沿って回転させて、所定の角度をもって配置されてもよい。

一方、傾斜アーム６ｂは、鋼部材あるいは鋳鉄製であって、長手方向にもこれに直交する方向にも変形しない剛性を有する所定の長さの剛性アーム部材となっていて、端部が湾曲に形成されている。
リンク結合金具７ｃには、ヒンジ８の外筒８ａに一体的に固定され、傾斜アーム６ｂの湾曲した端部がリンク結合金具７ｅと一体化されてヒンジ８の外筒８ｂに固定され、ヒンジ８が傾斜アーム６ｂを支持している。ヒンジ８の軸８ｃは、ヒンジ８の外筒８ａとこれの下側に設けられた外筒８ｂを貫通し、外筒８ａと外筒８ｂを回動可能にしている。
傾斜アーム６ｂの湾曲した反対側の端部は、リンク結合金具７ｆと一体化されてヒンジ１４ｂにより軸箱１４にリンク結合している。
なお、ヒンジ８は、ボールベアリング軸受で構成されている。
これに対してリンク結合金具７ｄは、シンクロ回転角検出器２のシンクロ回転軸２ｂにボルト締めにより固定され、水平アーム６ａを回動可能に支持している。

このように、水平アーム６ａを２枚の平行板バネ７ａ，７ｂとして傾斜アーム６ｂを支持することで、車体１１と走行台車１２との間にねじれ現象が発生しても平行板バネ７ａ，７ｂがそのねじりを受けてねじれ、ねじれがこれにより吸収される。そのことで検出アーム６の破損事故が抑制される。もちろん、走行台車１２からねじりが解除されれば、水平アーム６ａは、その弾性により図示するような元の状態に戻る。
板バネの場合には、ねじれても車両の高さ方向の関係は保持される。特に、水平アーム６ａが板バネの場合には、板バネの中心位置が高さ方向の一として保持され、傾斜した場合にも圧縮されることはないので、その長手方向の変位はほとんど発生しない。

図２は、この発明を適用した他の一実施例の車両の車体高さ変位量検出機構の説明図であり、検出アーム９は、水平棒アーム９ａと傾斜アーム６ｂとで構成される。
水平棒アーム９ａは、図４の水平アーム６ａより少し短い水平アーム９ｂの端部に設けた結合部材９ｃによりリンク結合金具７ｄとの間に１枚の板バネ９ｄを挿入結合して直線状にしたアームである。
これにより前記実施例と同様に車体１１と走行台車１２との間にねじれ現象が発生しても板バネ９ｄがそのねじりを受けてねじれ、ねじれがここで吸収されることで検出アーム９の破損事故が抑制される。もちろん、この場合も走行台車１２からねじりが解除されれば、水平棒アーム９ａは、その弾性により元に戻る。
なお、板バネ９ｄは、アームの軸にそって９０゜回転させてもよい。傾斜していてもよい。

以上説明してきたが、実施例では、水平アームと傾斜アームとをリンク結合した組み合わせとなっているが、傾斜アームは、垂直アームとしてもよいことはもちろんである。
また、実施例の水平なアームは、傾斜していてもよく、その方向が水平であることに限定されない。この発明は、リンク結合の２段アーム結合の一方が軸箱側から受けるねじりを吸収するねじれ弾性部材であればよいので、検出アームにおける傾斜アームと水平アームの位置を入れ換え、傾斜アーム側を板バネとすることも可能である。

図１は、この発明を適用した一実施例の車両の車体高さ変位量検出機構の説明図である。 図２は、この発明を適用した他の一実施例の車両の車体高さ変位量検出機構の説明図である。 図３は、車体高さ変位量検出器の車体の取付状態と車体の傾斜状態についての説明図である。 図４は、従来の車体高さ変位量検出機構の説明図である。

符号の説明

１，６，９…検出アーム、２…シンクロ回転角検出器、
２ｂ…シンクロ回転軸、
３，４…車体高さ変位量検出器、
５…車体高さ変位量検出機構、
１ａ，６ａ，９ｂ…水平アーム、１ｂ，６ｂ…傾斜アーム、
１ｃ，２ａ，８，１４ｂ…ヒンジ、
７ａ，７ｂ…板バネ、７ｃ，７ｄ…リンク結合金具、
１０…軌道検測車、
１１…車体、１２…走行台車、１３…走行車輪、１４…台車軸箱、
１４ａ…軸受、１５…車軸、１６…車輪、
１７…変換制御回路、１８…Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、
１９…データ処理装置、２０…レール。

Claims (4)

1. 軌道検測車の車体と走行台車との間に設けられ車体高さ方向の変位量を高さ方向に回動する検出アームの回動角に応じて変換して検出する車両の車体高さ変位量検出器において、
   長手方向に直交する方向にねじれ弾性を有し前記長手方向には変形しない剛性を有する厚さで所定の幅の板状弾性アーム部材と長手方向にもこれに直交する方向にも変形しない剛性を有する所定の長さの剛性アーム部材とを前記長手方向に直交する方向の回動を許容するリンク結合として前記検出アームを構成した車両の車体高さ変位量検出器。
2. 前記板状弾性アーム部材は、水平に配置された板バネあるいは一部に板バネを有するアーム部材であって、前記剛性アーム部材は、傾斜したあるいは垂直方向に設けられたアームである請求項１記載の車両の車体高さ変位量検出器。
3. 前記板状弾性アーム部材は、両端部がリンク結合金具にそれぞれ固定された２枚の平行板バネで構成されている請求項２記載の車両の車体高さ変位量検出器。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の車両の車体高さ変位量検出器が左右のレールに対応して前記車体と前記走行台車との間にそれぞれ設けられている車両の車体高さ変位量検出機構。

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