JP5253968B2 - 鉄道車両の走行安定性判定方法 - Google Patents
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Description
一方、車両に突然異常振動が発生した場合、測定した車輪踏面形状から車輪とレール間の接触特性を求める計算を実施し、等価踏面勾配の算出や、この接触特性を用いた車両運動シミュレーションから安定性の判定を実施することにより異常振動の原因を解明している。しかし、これは異常振動等の問題発生後に行うものであり、作業が煩雑になるなどの理由から問題を未然に防止するための手段としては実施されていない。
図8は従来の車輪径測定装置を示す図である。
この図において、101は鉄道車両の車輪、102はその車輪101の車輪径測定器、103は車輪踏面、104は判定表示器、105〜107は車輪径測定用接触プローブである。
本発明は、上記状況に鑑みて、時間のかかる車輪とレール間の接触特性を求める計算や車両運動シミュレーションを実施することなく、現場において日常的に実施されている車輪の状態量を測定するだけで、あらかじめ求めておいた安定性マップに照らし合わせて鉄道車両の走行安定性の良否を判定することができる、鉄道車両の走行安定性判定方法を提供することを目的とする。
〔1〕鉄道車両の走行安定性判定方法において、鉄道車両の車輪踏面の車軸方向の3点であって、第2の位置と、この第2の位置と比較して相対的に摩耗し難い第1の位置及び第3の位置とからなる3点における、車輪踏面摩耗モデル形状を用いた接触特性の計算結果から、3点間の関数と等価踏面勾配の関係を示したマップをあらかじめ作成しておき、鉄道車両の安定走行に影響を及ぼす前記鉄道車両の車輪踏面の車軸方向の前記3点における摩耗量の3点間の相対変位を測定し、前記相対変位を、前記3点間の関数と前記鉄道車両の諸元を用いた車両運動シミュレーションにより求めた等価踏面勾配の関係を示したマップと照合し、前記鉄道車両の車輪踏面の摩耗状態による鉄道車両の走行安定性を判定することを特徴とする。
図1は本発明に係る鉄道車両の車輪径を測定する測定器を示す図、図2は本発明の実施例を示す鉄道車両の車輪踏面の摩耗測定による鉄道車両の走行安定性判定のフローチャートである。
図1において、1は車輪踏面の車軸方向の摩耗測定装置、2は車輪、3は車輪2のフランジ、3Aはフランジ3の背面、4は車輪踏面、4Aは踏面勾配、5〜7は車輪踏面4の車軸方向の摩耗測定用接触プローブ、8は車軸、9はジャーナルである。ここでは、第1の摩耗測定用接触プローブ5はフランジ3の背面3Aから40mm付近の位置、第2の摩耗測定用接触プローブ6はフランジ3の背面3Aから65mmの位置、第3の摩耗測定用接触プローブ7はフランジ3の背面3Aから110mm付近の位置に配置する。フランジ3の背面3Aから40mm付近、110mm付近の位置は、65mmの位置に比べて相対的に摩耗し難い位置である。換言すれば、フランジ3の背面3Aから65mmの位置が40mm付近の位置、110mm付近の位置に比べて大きく摩耗すると、車両の走行安定性が大幅に低下する。
(A)図1に示すように、鉄道車両の安定走行に影響を及ぼす車輪踏面4の車軸8方向の3箇所において、それぞれ車輪2の直径を測定し、下記の式(1)から車輪径の3点間の相対変位を算出する(ステップS1)。
ここで、f(x):測定した車輪踏面形状
g(x):使用している車輪踏面の設計形状
f(65):フランジ背面3Aから65mmの位置における摩耗量
(B)次いで、フランジ背面3Aから40mm付近の位置と110mm付近の位置のδ(x)と一致するパターンを選択する。そのためにあらかじめ複数パターンの摩耗評価線図を用いて、車輪・レール間の接触特性を計算で求めておく。この車輪・レール間の接触特性の計算値は車輪踏面の車軸方向の摩耗測定装置1に記憶させておく(ステップS2)。
図3は鉄道レールへの鉄道車両の車輪の接触状態を示す図であり、図3(a)は鉄道レールの曲線部における内軌側接触状態を示す図、図3(b)はその外軌側接触状態を示す図である。ここで、11はレール頭頂面、12は車輪踏面の断面形状で、輪軸が外軌側レールに向かって変位している。13はそれぞれの変位量に対する車輪とレールの接触点位置である。輪軸の左右変位量と接触点位置における車輪径の関係を示すと図4となる。A1とA2、B1とB2のそれぞれの線が交差する位置が輪軸中立位置であり、左右の車輪の接触円半径は同じとなる。
この図において、横軸は輪軸左右変位量(mm)、縦軸は接触円半径(mm)を示しており、A1,A2は設計時の車輪踏面形状、B1,B2は摩耗時の車輪踏面形状を示している。
ここで、設計時の車輪踏面形状A1,A2は、輪軸の中立位置が0mm位置であるが、摩耗時の車輪踏面形状B1,B2を見ると、輪軸の中立位置は左側へ変位している。
図6は本発明の実施例を示す測定した車輪踏面形状に対して3点間の関数を求めた図である。
そこで、摩耗した車輪踏面形状のフランジ背面から40mm付近、65mm、110mm付近の位置の摩耗量を測定し、計算した相対変位から求めた車輪踏面勾配を、あらかじめ記憶されている3点間の関数と等価踏面勾配の関係を示したマップと照合して鉄道車両の走行安定性が劣化しているか否かを判定する。3点間の関数と等価踏面勾配の関係は式(1)を逆算して求める。なお、等価踏面勾配が小さいほど鉄道車両の走行安定性は良好であると言える。
同様に、車輪踏面の摩耗状態を考慮して40mm付近位置と110mm付近位置の相対変位量を若干左右方向に動かしたり、40mm付近位置と110mm付近位置の相対変位量を異なる値にして、等価踏面勾配を数パターン計算する。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
2 車輪
3 車輪のフランジ
3A フランジの背面
4 車輪踏面
4A 踏面勾配
5〜7 車輪踏面の車軸方向の摩耗測定用接触プローブ
5 第1の摩耗測定用接触プローブ
6 第2の摩耗測定用接触プローブ
7 第3の摩耗測定用接触プローブ
8 車軸
9 ジャーナル
11 レール
12 フランジ
13 フランジ部分(フランジ背面から40mm付近の位置)
Claims (2)
- (a)鉄道車両の車輪踏面の車軸方向の3点であって、第2の位置と、該第2の位置と比較して相対的に摩耗し難い第1の位置及び第3の位置とからなる3点における、車輪踏面摩耗モデル形状を用いた接触特性の計算結果から、3点間の関数と等価踏面勾配の関係を示したマップをあらかじめ作成しておき、
(b)鉄道車両の安定走行に影響を及ぼす前記鉄道車両の車輪踏面の車軸方向の前記3点における摩耗量の3点間の相対変位を測定し、
(c)前記相対変位を、前記3点間の関数と前記鉄道車両の諸元を用いた車両運動シミュレーションにより求めた等価踏面勾配の関係を示したマップと照合し、
(d)前記鉄道車両の車輪踏面の摩耗状態による鉄道車両の走行安定性を判定することを特徴とする鉄道車両の走行安定性判定方法。 - 請求項1記載の鉄道車両の走行安定性判定方法において、前記第1、第2及び第3の位置がそれぞれ、車輪のフランジ背面からそれぞれ40mm付近、65mm及び110mm付近であることを特徴とする鉄道車両の走行安定性判定方法。
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