JP6159667B2

JP6159667B2 - 鉄道車両用車輪の真円度測定方法および装置

Info

Publication number: JP6159667B2
Application number: JP2014026120A
Authority: JP
Inventors: 伸一中澤
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2034-02-14
Also published as: JP2015152409A

Description

この発明は、鉄道車両用車輪の真円度測定方法および装置、特に、鉄道車両用車輪の真円度を容易に短時間にかつ確実に測定することができる、鉄道車両用車輪の真円度測定方法および装置に関するものである。

鉄道車両の車輪は、力行時の空転やブレーキ時の滑走等、輪軸に大きなトルクを加えた際にレールに対して大きく滑り、車輪とレールが摺動して車輪が摩耗する場合がある。このとき、正規には、ほぼ真円である車輪の形状が不整となり、そのままの状態で走行すると、車両や軌道に大きな衝撃を与え、様々な損傷の原因となる。

上記問題の解決のために、従来から行われている、車輪の真円度を測定する方法について説明する。以下、この真円度測定方法を従来測定法という。

従来測定法は、先ず、輪軸を台車から取り外すか、車輪をその場で回転できるように、台車の軸箱をジャッキ等で押し上げて、車輪とレールとの間に１ｍｍ程度の隙間をあける。次いで、レールに固定した変位センサーを左右の車輪の踏面に接触させると共に、ロータリーエンコーダーを片側の車輪の踏面に接触させ、この状態で車輪を一周分ゆっくりと手で回しながらデーターを収録して左右の車輪の真円度を測定する。

上述した従来測定法によれば、車輪の真円度を確実に測定することはできるが、以下のような問題があった。

輪軸を台車から取り外すか、あるいは、車輪をその場で回すことができるように、台車の軸箱をジャッキ等で押し上げる必要があると共に、変位センサーやロータリーエンコーダーを設置する必要があり、車輪の真円度測定のために多くの前準備や労力が必要であった。

従って、この発明の目的は、鉄道車両用車輪の真円度測定のために多くの前準備や労力を必要とすることなく、容易に短時間にかつ確実に鉄道車両用車輪の真円度を測定することができる、鉄道車両用車輪の真円度測定方法および装置を提供することにある。

この発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、下記を特徴とする。

請求項１に記載の発明は、レール内に前記レールの長手方向に間隔をあけて少なくとも４個以上の、前記レール上を転動する車輪の踏面までの距離を計測する非接触式距離計を埋め込み、前記レール上を前記車輪を転動させ、このときの前記非接触式距離計の計測結果を読み取り、前記計測結果を、前記非接触式距離計間の距離を、前記車輪の進行方向であるｘ方向とし、前記非接触式距離計により計測した距離を、前記車輪の進行方向と鉛直に直交する方向であるｙ方向として、ｘ−ｙ座標系で表し、測定結果の４点以上の点のうち任意の２点を結ぶ線分の垂直二等分線を求め、さらに、前記測定結果の４点以上のうち任意の２点を結ぶ線分であって、前記線分とは異なる線分の垂直二等分線を求め、前記各々の垂直二等分線の交点を求め、前記垂直二等分線の交点を求めることを車輪を転動させながら複数回繰り返し、求められた交点同士のｙ座標のずれに基づいて、前記車輪の真円度を測定することに特徴を有するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記非接触式距離計として、レーザー距離計を使用することに特徴を有するものである。

請求項３に記載の発明は、レール内に前記レールの長手方向に間隔をあけて埋め込まれた少なくとも４個以上の、前記レール上を転動する車輪の踏面までの距離を計測する非接触式距離計と、前記レール上を前記車輪を転動させた際の前記非接触式距離計の計測結果を読み取り、前記計測結果を、前記非接触式距離計間の距離を、前記車輪の進行方向であるｘ方向とし、前記非接触式距離計により計測した距離を、前記車輪の進行方向と鉛直に直交する方向であるｙ方向として、ｘ−ｙ座標系で表し、測定結果の４点以上の点のうち任意の２点を結ぶ線分の垂直二等分線を求め、さらに、前記測定結果の４点以上のうち任意の２点を結ぶ線分であって、前記線分とは異なる線分の垂直二等分線を求め、前記各々の垂直二等分線の交点を求め、前記垂直二等分線の交点を求めることを車輪を転動させながら複数回繰り返し、求められた交点同士のｙ座標のずれに基づいて、前記車輪の真円度を測定する計測器とを備えたことに特徴を有するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記非接触式距離計は、レーザー距離計であることに特徴を有するものである。

この発明によれば、従来測定法のように、輪軸を台車から取り外すか、車輪をその場で回転できるように、台車の軸箱をジャッキ等で押し上げたり、変位センサーやロータリーエンコーダーを設置する必要がなく、単に、非接触式距離計が埋め込まれたレール上を車輪を転動させるのみで良いので、車輪の真円度測定のために多くの前準備や労力を必要とすることなく、容易に短時間にかつ確実に鉄道車両用車輪の真円度を測定することができる。

この発明の、鉄道車両用車輪の真円度測定装置を示す概略図である。この発明の、鉄道車両用車輪の真円度測定方法を示す説明図である。レール上を真円の車輪が転動して進んでいったときの、車輪の中心点の移動状態を示す説明図である。レール上を真円でない車輪が転動して進んでいったときの、車輪の中心点の移動状態を示す説明図である。真円の車輪と真円でない車輪の凹凸の状態を示す説明図である。車輪が真円の場合の円の中心の移動軌跡とセンサ（距離計）計測値から求めた円の中心座標を示すグラフである。車輪が真円でない場合の円の中心の移動軌跡とセンサ（距離計）計測値から求めた円の中心座標を示すグラフである。

この発明の、鉄道車両用車輪の真円度測定方法および装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、この発明の、この発明の、鉄道車両用車輪の真円度測定装置を示す概略図、図２は、この発明の、鉄道車両用車輪の真円度測定方法を示す説明図である。

図１において、１は、レール２の頭部内にレール２の長手方向に間隔をあけて埋め込まれたレーザー距離計からなる非接触式距離計であり、レール２上を転動する車輪３の踏面までの距離を計測する。非接触式距離計は、レーザー距離計以外に他の非接触式距離計であっても良い。距離計１は、少なくとも３個埋め込む。距離計１は、距離計１間の設置距離が分かれば等間隔とする必要はない。

４は、計測器である。計測器４は、レール２上を車輪３を転動させた際の距離計１の計測結果を読み取り、この計測結果を、図２に示すように、距離計１間の距離を、車輪３の進行方向であるｘ方向とし、距離計１により計測した距離を、車輪３の進行方向と鉛直に直交する方向であるｙ方向として、ｘ−ｙ座標系で表し、測定結果の３点であるＱ１、Ｑ２、Ｑ３から線分Ｑ１Ｑ２と線分Ｑ２Ｑ３を求め、これら線分の各々の垂直二等分線の交点を求め、この交点の車輪３（円）中心点からのずれに基づいて、車輪３の真円度を測定する機能を備えている。

この発明による、鉄道車両用車輪の真円度測定方法について説明する。

（１）レール２上を転動する車輪３の踏面上に距離計１を当て、車輪３の踏面と距離計１との間の距離（ｙ１、ｙ２、ｙ３）を計測器４により計測する。

（２）ｘ方向は、距離計１の埋め込み位置で予め決まる。

（３）上記（１）、（２）の組み合わせで、多数の距離計１のうち３点の計測値を集め、点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３とする。

（４）点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３をｘｙ座標で表し、線分Ｑ１Ｑ２と線分Ｑ２Ｑ３の垂直二等分線を引くと、その交点（Ｚ）は、点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３が同一円弧状にあるとした場合の円の中心となる。このとき、（Ｚ）の座標は、ｘ１からｘ３、ｙ１からｙ３から下式

で求まる。

レール２上を車輪３が転動して進んでいったときに、車輪３が真円であれば、上記（４）で求めた円の中心の点群は、図３に示すように、一直線上に並ぶ。一方、車輪３が真円でなければ、円の中心の点群は、図４に示すように、一直線上から幅をもった範囲内に分散する。

上記幅が真円からのずれ（偏心）に該当するので、この幅が一定の基準範囲内に収まるかどうかを規定することによって、車輪３の真円度を適正に管理することができる。

このように、この発明によれば、単に、レーザー距離計１が埋め込まれたレール２上を車輪３を転動させるのみで良いので、車輪３の真円度を容易に短時間にかつ確実に測定し、管理することができる。

次に、この発明を実施例に基づきさらに説明する。

レールに非接触式距離計としてのレーザー距離計を３０ｃｍ間隔で１１個埋め込み、距離計が埋め込まれたレール上を車輪を転動させて通過させた。そして、１１個の距離計から任意の３点を選んで、車輪の中心を求める演算を全ての組み合わせで実施した。

この結果、車輪３が真円であれば（図５参照）、図６に示すように、円の中心は、一直線上を移動し、距離計１から求める中心座標もほぼその直線上に分布した。一方、同条件で、車輪３が真円でなければ（図５参照）、図７に示すように、円の中心は、蛇行線上を移動し、距離計１から求める中心座標は分散した。

従って、この分散幅が一定の基準範囲内に収まるかどうかを規定することによって、車輪３の真円度を適正に管理することができる。

以上、説明したように、この発明によれば、単に、レーザー距離計が埋め込まれたレール上を車輪を転動させるのみで良いので、車輪の真円度を容易に短時間にかつ確実に測定し、管理することができる。

１：非接触式距離計
２：レール
３：車輪
４：計測器

Claims

レール内に前記レールの長手方向に間隔をあけて少なくとも４個以上の、前記レール上を転動する車輪の踏面までの距離を計測する非接触式距離計を埋め込み、前記レール上を前記車輪を転動させ、このときの前記非接触式距離計の計測結果を読み取り、前記計測結果を、前記非接触式距離計間の距離を、前記車輪の進行方向であるｘ方向とし、前記非接触式距離計により計測した距離を、前記車輪の進行方向と鉛直に直交する方向であるｙ方向として、ｘ−ｙ座標系で表し、
測定結果の４点以上の点のうち任意の２点を結ぶ線分の垂直二等分線を求め、さらに、前記測定結果の４点以上のうち任意の２点を結ぶ線分であって、前記線分とは異なる線分の垂直二等分線を求め、前記各々の垂直二等分線の交点を求め、
前記垂直二等分線の交点を求めることを車輪を転動させながら複数回繰り返し、
求められた交点同士のｙ座標のずれに基づいて、前記車輪の真円度を測定することを特徴とする、鉄道車両用車輪の真円度測定方法。
前記非接触式距離計として、レーザー距離計を使用することを特徴とする、請求項１に記載の、鉄道車両用車輪の真円度測定方法。
レール内に前記レールの長手方向に間隔をあけて埋め込まれた少なくとも４個以上の、前記レール上を転動する車輪の踏面までの距離を計測する非接触式距離計と、前記レール上を前記車輪を転動させた際の前記非接触式距離計の計測結果を読み取り、前記計測結果を、前記非接触式距離計間の距離を、前記車輪の進行方向であるｘ方向とし、前記非接触式距離計により計測した距離を、前記車輪の進行方向と鉛直に直交する方向であるｙ方向として、ｘ−ｙ座標系で表し、
測定結果の４点以上の点のうち任意の２点を結ぶ線分の垂直二等分線を求め、さらに、前記測定結果の４点以上のうち任意の２点を結ぶ線分であって、前記線分とは異なる線分の垂直二等分線を求め、前記各々の垂直二等分線の交点を求め、
前記垂直二等分線の交点を求めることを車輪を転動させながら複数回繰り返し、
求められた交点同士のｙ座標のずれに基づいて、前記車輪の真円度を測定する計測器とを備えたことを特徴とする、鉄道車両用車輪の真円度測定装置。
前記非接触式距離計は、レーザー距離計であることを特徴とする、請求項３に記載の、鉄道車両用車輪の真円度測定装置。