載荷測量方法及裝置、具備載荷測量裝置的鐵道車輛以及載荷管理系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種對鐵道車輛的車輪與車軌之間的載荷進行測量的載荷測量方法及裝置、具備載荷測量裝置的鐵道車輛以及載荷管理系統。
【背景技術】
[0002]在制作新的車輛時和建設鐵道新線時，需要對其安全性進行確認。另外，作用于車輪與車軌之間的力的狀態會由于其摩擦系數和軌道的狀態變化等而從新車制造時或新線開通時歷時地變化。因此，對于運營線路也需要對其安全性進行確認。
[0003]作為鐵道車輛的行駛安全性的評價方法之一，有使用脫軌系數的方法。脫軌系數是指使用橫壓(Q)和輪重(P)以Q/P表示的值，其中，該橫壓(Q)是作用于車輪與車軌之間的水平方向的力、換言之是沿車軸的方向的力，該輪重(P)是作用于車輪與車軌之間的垂直方向的力。如該式所示，該脫軌系數的大小成為行駛安全性評價的一個指標，因此進行輪重⑵和橫壓(Q)的計量。
[0004]專利文獻1:日本特開2006-88967號公報

【發明內容】

_5] 發明要解決的問題
[0006]另一方面，在輪重和橫壓的計量中，以往需要PQ輪軸，該PQ輪軸是在車輪上粘貼有特殊的應變片的特殊輪軸，其制造和計量并不容易，其制造和試驗成本也較為昂貴。并且，當使踏面制動器發揮作用時，還存在由于其生熱等原因而對測量值產生影響的問題。另夕卜，在采用盤式制動器的情況下，上述特殊應變片的粘貼變難而測量本身變得困難。即使在能夠測量的情況下，也存在以下問題:測量值有滯后，無法正確地求出輪重和橫壓。
[0007]在上述專利文獻I的技術中，通過采用與車輪輪輞部相對地配置非接觸位移計的結構，能夠使計量容易并提高測量可靠性。然而，必須使用需要沒有起伏地形成于輪輞部整周、且由于要測量微小值而非常昂貴的非接觸位移計，在制造和成本方面依然存在問題。
[0008]本發明是為了解決這種問題而完成的，其目的在于提供計量容易而測量可靠性也可以確保、并且在制造和成本方面也優于以往的對從車輪作用于車軌的載荷進行測量的載荷測量方法及裝置、具備載荷測量裝置的鐵道車輛以及載荷管理系統。
[0009]用于解決問題的方案
[0010]為了達到上述目的，本發明構成為如下的結構。
[0011]即，本發明的第一方式中的載荷測量方法在具備左右一對車輪、支承上述車輪的車軸、以及將上述車軸旋轉自如地支承的左右一對軸承的鐵道車輛中，測量從各個上述車輪作用于車軌的載荷，該載荷測量方法的特征在于，測量作用于各個上述軸承的各軸向載荷，測量作用于上述車軸的軸向的軸力，根據測量出的上述各軸向載荷和上述軸力，求出從各個上述車輪作用于車軌的各橫壓。
[0012]另外，本發明的第二方式中的載荷測量裝置應用于具備左右一對車輪、支承上述車輪的車軸、以及將上述車軸旋轉自如地支承的左右一對軸承的鐵道車輛，對從各個上述車輪作用于車軌的載荷進行測量，該載荷測量裝置的特征在于，具備:軸向載荷測量部，其測量作用于各個上述軸承的軸向載荷；軸力測量部，其測量作用于上述車軸的軸向的軸力；以及運算部，其根據所測量出的上述軸向載荷和上述軸力，求出從各個上述車輪作用于車軌的各橫壓。
[0013]根據這種載荷測量方法及裝置，通過使用作用于輪軸的車軸的軸向的軸力和軸向載荷，能夠分別求出從左右的各車輪作用于車軌的橫壓。在此軸力和軸向載荷能夠使用通用的計量器并通過通常的輪軸來測量，不需要如所謂的PQ輪軸那樣的特殊的輪軸和測量器。因而，能夠實現大幅的成本下降，并且也不會花費特別的行駛試驗時間以用于計量。另夕卜，即使使踏面制動器發揮作用其影響也不會出現，能夠進行穩定的測量，在裝備最新的中央緊固盤式制動器的情況下也能夠進行橫壓測量。
[0014]這樣，根據第一方式中的載荷測量方法和第二方式中的載荷測量裝置，能夠提供計量容易而測量可靠性也可以確保、并且在制造和成本方面也優于以往的載荷測量裝置。
[0015]另外，本發明的第三方式中的鐵道車輛的特征在于具備上述第二方式中的載荷測量裝置。
[0016]另外，本發明的第四方式中的載荷管理系統對具有左右一對車輪、支承上述車輪的車軸、以及將上述車軸旋轉自如地支承的左右一對軸承的鐵道車輛的從上述車輪作用于車軌的載荷進行管理，該載荷管理系統的特征在于，具備:軸向載荷測量部，其測量作用于各個上述軸承的軸向載荷；軸力測量部，其測量作用于上述車軸的軸向的軸力；運算部，其根據所測量出的上述軸向載荷和上述軸力，求出從各個上述車輪作用于車軌的各橫壓；存儲部，其保存表示由上述運算部求出的上述橫壓的橫壓信息，并保存與所求出的上述橫壓對應的時間信息、軌道信息及運行信息的至少一個；以及分析部，其基于上述存儲部中保存的各上述信息來獲取上述橫壓信息的歷時變化。
_7] 發明的效果
[0018]根據本發明，能夠提供計量容易而測量可靠性也可以確保、并且在制造和成本方面也優于以往的對從車輪作用于車軌的載荷進行測量的載荷測量方法及裝置、具備載荷測量裝置的鐵道車輛以及載荷管理系統。
【附圖說明】
[0019]圖1是說明實施方式I中的載荷測量方法的動作的流程圖。
[0020]圖2是說明在圖1所示的載荷測量方法中還使用徑向載荷的情況下的動作的流程圖。
[0021]圖3是表示實施方式2中的載荷測量裝置的結構的框圖。
[0022]圖4是表示實施方式3中的載荷測量裝置的結構的框圖。
[0023]圖5是表示將實施方式2、3的載荷測量裝置設置于輪軸的狀態的圖。
[0024]圖6表示圖5所示的A-A部的截面，是表示軸力傳感器在車軸上的設置位置的圖。
[0025]圖7是表示實施方式2、3的載荷測量裝置所具備的左右位移檢測傳感器的結構例的圖。
[0026]圖8是表示實施方式3的載荷測量裝置所具備的徑向載荷傳感器的結構例的圖。
[0027]圖9是表示實施方式4中的載荷測量裝置的結構的框圖。
[0028]圖10是表示將實施方式4的載荷測量裝置設置于轉向架的狀態的車輛的側視圖。
[0029]圖11是表示將實施方式4的載荷測量裝置設置于轉向架的狀態的轉向架部分的俯視圖。
[0030]圖12是表示實施方式5中的載荷管理系統的結構的框圖。
[0031]圖13是表示實施方式6中的鐵道管理系統的結構的框圖。
[0032]圖14是鐵道研宄所報告(鉄道総研報告)，Vol.25，N0.1, Jan.2011內，圖3。
【具體實施方式】
[0033]下面參照附圖來說明作為實施方式的對鐵道車輛中的從車輪作用于車軌的載荷進行測量的載荷測量方法及裝置、具備該載荷測量裝置的鐵道車輛以及具備這種鐵道車輛的載荷管理系統。此外，在各圖中，對同一或同樣的結構部分標注相同的標記。
[0034]實施方式1:
[0035]首先，說明實施方式I中的上述載荷測量方法的基本思維方式。
[0036]如上述的專利文獻等所公開的那樣，提出了鐵道車輛的車輪中的輪重和橫壓的計量方法，另一方面，也報告了利用所測量出的輪重和橫壓來估計作用于輪軸的車軸軸承的載荷的論文(高橋及他人“利用輪重/橫壓來估計作用于車軸軸承的載荷的估計法(輪重.橫圧爸利用L 車軸軸受e作用丈3荷重ω估計法)”，鐵道研宄所報告(鉄道総研報告)，Vol.25，N0.1，Jan.2011)。在該論文中，以式子示出了輪重及橫壓與作用于車軸軸承的徑向載荷及軸向載荷之間的關系，并記載了能夠根據輪重/橫壓值來計算作用于車軸軸承的徑向載荷、軸向載荷。
[0037]根據該公開的關系式可以預測出:反之，通過測量作用于車軸軸承的徑向載荷和軸向載荷，能夠求出輪重值和橫壓值。實際上，關于輪重，通過根據所公開的式子進行逆轉換，能夠求出左右的各車輪的輪重值。
[0038]另一方面，關于橫壓值，根據上述論文內的(6)、(7)式可以明確的是，即使進行逆轉換，也只能得到作用于左右車輪的各車輪的橫壓的合算值。
[0039]其理由是，由于作用于左右車輪的橫壓(Q)是輪軸內的內力，因此無論如何測量作用于輪軸之外的力也無法得到該橫壓(Q)，能夠容易地理解這一點。
[0040]下面，說明本實施方式中的載荷測量方法的詳情。圖1是載荷測量方法的流程圖，圖2是使用徑向載荷的情況下的載荷測量方法的流程圖。
[0041]此外，圖14與上述論文的圖3相當，如上述論文中的記載那樣，該圖14所示的各標記的說明如下。也就是說，圖14中示出了作用于行駛的車輛的輪軸的各載荷，Fr是從轉向架構架作用于車軸軸承的上下方向的載荷，與軸承的徑向載荷相當，Fa是從轉向架構架作用于車軸軸承的左右方向的載荷，與軸承的軸向載荷相當，Fp是車輪從車軌受到的輪重的反作用力，Fq是車輪從車軌受到的橫壓的反作用力，Wj是作用于輪軸的重力(平均每個輪軸的簧下重量)，下標的1、2分別表示第I側、第2側，將圖的從上向下的方式設為正、將從左向右的方式(第I側一第2側)設為正，圖中的力均以正方向的箭頭來表示，Lg是車輪/車軌的接觸點間隔，Lb是從車輪/車軌的接觸點到車軸軸承中心的距離，Lw是車輪半徑。
[0042]另外，下面記述上述論文內的上述(6)、(7)式以及下述(3)、(5)式。
[0043](6)式:
[0044]FaI +Fa2 = -(Fql +Fq2)，
[0045](7)式:
[0046]Fal = Fa2 = -(1/2).(Fql+Fq2)，
[0047](3)式: