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明細書 :防振部材の評価装置

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第3993593号 (P3993593)
公開番号 特開2006-090811 (P2006-090811A)
登録日 平成19年8月3日(2007.8.3)
発行日 平成19年10月17日(2007.10.17)
公開日 平成18年4月6日(2006.4.6)
発明の名称または考案の名称 防振部材の評価装置
国際特許分類 G01H  17/00        (2006.01)
G01H  13/00        (2006.01)
G01M  13/00        (2006.01)
FI G01H 17/00 D
G01H 13/00
G01M 13/00
請求項の数または発明の数 6
全頁数 15
出願番号 特願2004-275868 (P2004-275868)
出願日 平成16年9月22日(2004.9.22)
審査請求日 平成18年11月29日(2006.11.29)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】000173784
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
発明者または考案者 【氏名】半坂 征則
【氏名】間々田 祥吾
【氏名】鈴木 実
【氏名】田中 誠
個別代理人の代理人 【識別番号】100104064、【弁理士】、【氏名又は名称】大熊 岳人
審査官 【審査官】郡山 順
参考文献・文献 特開平08-304222(JP,A)
特開2003-090831(JP,A)
調査した分野 G01H 17/00
G01H 13/00
G01M 13/00
G01M 19/00
JSTPlus(JDream2)
特許請求の範囲 【請求項1】
防振部材に加振力を作用させてこの防振部材を振動させ、この防振部材を評価する防振部材の評価装置であって、
前記防振部材に構造物から荷重が載荷された状態でこの防振部材の振動特性を測定する振動特性測定部と、
前記振動特性測定部の測定結果に基づいて前記防振部材の劣化状態を判定する劣化状態判定部とを備え、
前記劣化状態判定部は、前記構造物から荷重が載荷された状態の新品の防振部材の振動特性と、前記構造物から荷重が載荷された状態の使用品の防振部材の振動特性とを比較して、この使用品の防振部材の劣化状態を判定すること、
を特徴とする防振部材の評価装置。
【請求項2】
請求項1に記載の防振部材の評価装置において、
前記振動特性測定部は、前記防振部材の振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つの時間波形を測定すること、
を特徴とする防振部材の評価装置。
【請求項3】
請求項1又は請求項に記載の防振部材の評価装置において、
前記振動特性測定部は、前記防振部材の振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つの最大値と前記加振力の最大値との比の絶対値を測定すること、
を特徴とする防振部材の評価装置。
【請求項4】
請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の防振部材の評価装置において、
前記振動特性測定部は、前記防振部材の振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つと前記加振力との比のレベル値を測定すること、
を特徴とする防振部材の評価装置。
【請求項5】
請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の防振部材の評価装置において、
前記振動特性測定部は、前記振動加速度、前記振動速度又は前記振動変位の少なくとも一つの共振周波数を測定すること、
を特徴とする防振部材の評価装置。
【請求項6】
請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の防振部材の評価装置において、
前記振動特性測定部は、前記防振部材が鉄道車両のゴム式軸ばね又は弾性車輪であるときに、このゴム式軸ばね又はこの弾性車輪の振動特性を測定すること、
を特徴とする防振部材の評価装置。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
この発明は、防振部材に加振力を作用させてこの防振部材を振動させ、この防振部材を評価する防振部材の評価装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の欠陥診断装置(従来技術1)は、トンネルなどのコンクリートの表面に打撃を加えるインパルスハンマーと、この打撃によって発生する振動応答波形を検出する波形検出器と、この振動応答波形に基づいてコンクリート内部の欠陥の深さ及び形状を分析する分析装置とを備えている(例えば、特許文献1参照)。この従来技術1では、振動応答波形を周波数分析して共振振動数を算出し、この共振振動数と欠陥形状とを対応させる欠陥形状データベースを参照して欠陥形状を推定している。
【0003】
従来の軌道レールの締結ボルト緩み検査装置(従来技術2)は、レールをまくらぎに締結する締結装置の板ばねに衝撃を加えるインパルスハンマーと、この打撃によって締結装置の板ばねに生ずる打撃音や振動を検出する検出機構と、この検出結果と正常な場合の検出結果とを比較して締結装置の六角ボルトの緩みの有無を判定するFETアナライザとを備えている(例えば、特許文献2参照)。この従来技術2では、検出機構によって検出されたインパルスハンマーによる加振信号波形と、予め記憶する正常な信号波形とをFETアナライザによって比較して、六角ボルトの緩みの有無を判定している。
【0004】
従来の振動特性解析装置(従来技術3)は、エンジンブロックなどの被試験物を加振するインパルスハンマーと、このインパルスハンマーによる加振力を検出する力検出用ロードセルと、被試験物の3次元方向の加速度を検出するピックアップと、力検出用ロードセルの出力信号とピックアップの出力信号とに基づいて周波数応答特性を演算し被試験物のモード特性を同定する演算装置とを備えている(例えば、特許文献3参照)。この従来技術3では、実測データとモード特性パラメータによる理論値との残差が最小になるまで偏分反復法によって演算して、この残差が発散しない条件を設けることによってモード特性を同定している。
【0005】

【特許文献1】特開2002-214209号公報
【0006】

【特許文献2】特開平6-331468号公報
【0007】

【特許文献3】特開平8-005450号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従来より、鉄道車両の走行安定性に関わる重要な部品として、台車枠と車軸間とを弾性支持する軸ばねの一種である円錐積層ゴム式軸ばね(以下、軸ばねゴムという)が使用されている。この軸ばねゴムは、鋼製輪芯と3層の鋼輪とを3層のゴムで積層し、X方向(線路)、Y方向(まくらぎ)及びZ方向(鉛直)の3方向の弾性支持をゴム層によって担う構造である。このような軸ばねゴムは、コイルばねなどの金属製軸ばねに比べて軽量であり、3方向の弾性支持を1つの部材で担うため部品点数が少なくメンテナンス上有利であるとともに、振動減衰能を有し振動や騒音の低減効果を期待できるなどの利点を有している。
【0009】
また、従来より、軸ばねゴムと同様にゴムを積層した振動騒音減衰部材としては弾性車輪があり、この弾性車輪は車輪のタイヤと板部(ウェブ)又はリムと輪心との間にゴムなどの弾性体をサンドウィッチして組み立てられている。このような弾性車輪は、車輪自身から発生するきしみ音、輪重変動、転動騒音、構造物の振動や騒音などの低減が期待されるとともに、車輪の踏面やレールなどの摩耗を減少させて保守の低減が期待されている。一方、このような従来の軸ばねゴムや従来の弾性車輪は、ゴム材料の耐久性が金属部品に比較して劣り、長期間の使用に対する耐久性が課題となっている。
【0010】
軸ばねの機能は、第一義的に車両振動に関わるものであり、動的評価が重要であるものと考えられる。しかし、従来の軸ばねゴムの性能評価は、動的評価試験機の性能が不十分であり、静的ばね定数などの静的評価が中心となっていた。また、従来、軸ばねゴムの劣化特性について十分に明らかにされているとは言えず、軸ばねゴムの劣化判定も経験則に依存する部分が多く、軸ばねゴムの動的性能評価法の開発及び軸ばねゴムの耐久性評価手法の検討が必要であった。こうした動的評価法の開発の必要性は弾性車輪にも同様に求められていた。車両では、軸ばねゴムや弾性車輪などの防振部材の周囲に台車枠や軸箱をはじめボルトなど数多くの部品が複雑に配置されており、従来技術1のようなシステムを容易に適用することが困難であった。また、軸ばねゴムや弾性車輪に使用されるゴムは複雑な劣化特性を有するため、従来技術1のように共振周波数のみを測定するような手法では容易に劣化状況を解析することが困難である。さらに、ゴムの劣化に関するデータの蓄積を活用した劣化判定ルーチンも必要である。
【0011】
このような軸ばねゴムの劣化を評価するためには、軸ばねゴムを車両から降ろしばね定数などの性能評価試験を実施する必要がある。このため、車両を保守基地などに誘導して軸ばねゴムを車両から降ろす作業が必要になり、車体を台車枠から外した後にさらに台車枠を車軸から取り外すなどの多大な労力が必要になる。さらに、性能評価試験に関しては試験方法を熟知した試験者が一定の準備時間を要して行うことが必要となり手間がかかる。また、軸ばねゴムや弾性車輪などのゴム製品の劣化特性を明らかにするために、ゴムの一部を切り出して物性評価が必要になる場合がある。その場合には、この軸ばねゴムや弾性車輪を二度と使用できなくなり、弾性車輪の場合にはゴムの劣化状態を定量的に把握するために、車輪を解体しゴムの物性試験を行う必要がある。
【0012】
この発明の課題は、取り外しや分解などの手間をかけずに防振部材の動的性能と耐久性を簡単に評価することができる防振部材の評価装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項1の発明は、防振部材(4;14)に加振力を作用させてこの防振部材を振動させ、この防振部材を評価する防振部材の評価装置であって、前記防振部材に構造物(1)から荷重が載荷された状態でこの防振部材の振動特性を測定する振動特性測定部(9)と、前記振動特性測定部の測定結果に基づいて前記防振部材の劣化状態を判定する劣化状態判定部(10)とを備え、前記劣化状態判定部は、前記構造物から荷重が載荷された状態の新品の防振部材の振動特性と、前記構造物から荷重が載荷された状態の使用品の防振部材の振動特性とを比較して、この使用品の防振部材の劣化状態を判定することを特徴とする防振部材の評価装置(7)である。
【0014】
請求項の発明は、請求項1に記載の防振部材の評価装置において、前記振動特性測定部は、前記防振部材の振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つの時間波形を測定することを特徴とする防振部材の評価装置である。
【0015】
請求項の発明は、請求項1又は請求項に記載の防振部材の評価装置において、前記振動特性測定部は、前記防振部材の振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つの最大値と前記加振力の最大値との比の絶対値を測定することを特徴とする防振部材の評価装置である。
【0016】
請求項の発明は、請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の防振部材の評価装置において、前記振動特性測定部は、前記防振部材の振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つと前記加振力との比のレベル値を測定することを特徴とする防振部材の評価装置である。
【0017】
請求項の発明は、請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の防振部材の評価装置において、前記振動特性測定部は、前記振動加速度、前記振動速度又は前記振動変位の少なくとも一つの共振周波数を測定することを特徴とする防振部材の評価装置である。
【0018】
請求項の発明は、請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の防振部材の評価装置において、前記振動特性測定部は、前記防振部材が鉄道車両(1)のゴム式軸ばね又は弾性車輪(14)であるときに、このゴム式軸ばね又はこの弾性車輪の振動特性を測定することを特徴とする防振部材の評価装置である。
【発明の効果】
【0020】
この発明によると、取り外しや分解などの手間をかけずに防振部材の動的性能と耐久性を簡単に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
(第1実施形態)
以下、図面を参照して、この発明の第1実施形態について詳しく説明する。
図1は、この発明の第1実施形態に係る防振部材の評価装置のブロック図である。図2は、この発明の第1実施形態に係る防振部材の評価装置によって評価される軸ばねゴムの外観図であり、図2(A)は側面図であり、図2(B)は縦断面図である。
【0022】
図1及び図2に示す車両1は、軌道に沿って移動する電車や気動車などの移動体であり、台車2と車体3などを備えている。台車2は、車体3を支持して走行する走行装置であり、レールと転がり接触する車輪2aと、車輪2aの車軸を保持する軸箱2bと、台車2の主要構成部である台車枠2cなどから構成されている。車体3は、乗客を積載し輸送するための構造物である。
【0023】
軸ばねゴム4は、振動を減衰させて振動を低減させる防振部材である。軸ばねゴム4は、金属とゴムとが積層された積層体であり、円錐状のゴムを重ね合わせたゴムばねが軸ばねと軸箱支持との両方を兼ね備えている円錐積層ゴム式の軸箱支持装置である。軸ばねゴム4は、図2(A)に示すように、軸箱2bと台車枠2cとの間に装着されており、台車枠2cに対して軸箱2bを前後方向(X軸)、左右方向(Y軸)及び上下方向(Z軸)に弾性支持する。軸ばねゴム4は、図2(B)に示すように、中心に配置された金属の輪芯4aと、内筒を構成する金属の内輪4bと、外筒を構成する金属の外輪4cと、内輪4bと外輪4cとの間に配置され中間筒を構成する金属の中間輪4dと、輪芯4aと内輪4bとの間、内輪4bと中間輪4dとの間及び中間輪4dと外輪4cとの間にそれぞれ挟み込まれ固定されゴム層を構成する弾性ゴム4eなどを備えている。軸ばねゴム4は、図2(B)に示すように、外観が略円錐形状であり、輪芯4a、内輪4b、外輪4c、中間輪4d及び弾性ゴム4eがいずれも上側の外径が大きいテーパ形状に形成されている。
【0024】
図1に示す加振装置5は、軸ばねゴム4に加振力を作用させる装置である。加振装置5は、例えば、使用者Mの操作によって軸ばねゴム4を打撃して、この軸ばねゴム4に加振力(打撃加重)を作用させるインパルスハンマーである。加振装置5は、軸ばねゴム4に車体3から荷重が載荷された状態で、図2(B)に示す内輪4b、外輪4c又は中間輪4dのいずれか1箇所の上面を使用者Mの操作によって縦方向(Z方向)から打撃し加振力を作用させる。加振装置5は、図1に示すように、軸ばねゴム4に打撃を加えるハンマー部5aと、使用者Mが操作するときに把持する把持部5bと、軸ばねゴム4にハンマー部5aが衝突したときに発生する打撃荷重を検出する荷重検出部(ロードセル)5cなどを備えている。加振装置5は、軸ばねゴム4に加えた加振力に応じた出力信号(加振力信号)を信号処理部8に出力する。
【0025】
振動検出装置6は、加振装置5によって軸ばねゴム4が加振されたときに、この軸ばねゴム4に発生する振動を検出する装置である。振動検出装置6は、例えば、軸ばねゴム4の加速度を検出する加速度センサである。振動検出装置6は、図1に示すように、軸ばねゴム4の外周に着脱自在に装着されている。振動検出装置6は、軸ばねゴム4に発生する振動に応じた出力信号(振動検出信号)を信号処理部8に出力する。
【0026】
評価装置7は、軸ばねゴム4に加振力を作用させてこの軸ばねゴム4を振動させ、この軸ばねゴム4を評価する装置である。評価装置7は、図1に示すように、信号処理部8と、振動特性測定部9と、劣化状況判定部10と、記憶部11と、表示部12と、制御部13などを備えている。評価装置7は、加振装置5によって加振された軸ばねゴム4の振動を振動検出装置6によって検出するとともに、加振装置5の加振力を荷重検出部5cによって検出して、これらの検出結果に基づいて軸ばねゴム4の振動特性を測定し軸ばねゴム4の劣化状況などを判定する。評価装置7は、パーソナルコンピュータなどを中心として構成されており、評価プログラムに従って所定の処理を実行する。
【0027】
信号処理部8は、加振装置5が出力する加振力信号及び振動検出装置6が出力する振動検出信号を処理する手段である。信号処理部8は、例えば、加振力信号及び振動検出信号を増幅する増幅回路などを備えている。信号処理部8は、処理後の加振力信号及び振動検出信号を制御部13に出力する。
【0028】
振動特性測定部9は、軸ばねゴム4の振動特性を測定する手段である。振動特性測定部9は、軸ばねゴム4の振動応答(振動の大きさ)及び/又はこの振動応答の共振周波数などを測定する。振動特性測定部9は、例えば、軸ばねゴム4の振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つの時間波形を測定したり、軸ばねゴム4の振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つの最大値と加振力の最大値との比の絶対値を測定したり、軸ばねゴム4の振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つと加振力との比のレベル値を測定したりする。また、振動特性測定部9は、例えば、軸ばねゴム4の振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つの時間波形及び加振力を測定し、これらの振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つの共振周波数を測定する。振動特性測定部9は、信号処理部8が出力する加振力信号及び振動検出信号を記憶部11から読み出して、軸ばねゴム4の振動特性を測定しこの測定結果を振動特性情報として制御部13に出力する。
【0029】
図3は、この発明の第1実施形態に係る防振部材の評価装置における振動特性測定部の測定結果を模式的に示すグラフであり、図3(A)は加振力の時間変化を示すグラフであり、図3(B)は振動加速度の時間変化を示すグラフであり、図3(C)は振動加速度/加振力の分析結果を示すグラフであり、図3(D)は振動波高値の経年変化を示すグラフであり、図3(E)は振動レベル値の経年変化を示すグラフである。なお、図3(B)(C)に示す実線は新品の測定結果であり、鎖線は使用品の測定結果である。
【0030】
図3(A)に示す波形は、軸ばねゴム4を加振装置5によって加振させたときの加振力の時間変化(加振力の時間波形)であり、縦軸は加振力(kN)であり、横軸は時間(sec)である。振動特性測定部9は、図3(A)に示すような加振力の時間変化を荷重検出部5cの検出結果に基づいて測定する。図3(B)に示す波形は、加振装置5によって軸ばねゴム4を加振させたときの振動加速度の時間変化(振動加速度の時間波形)であり、縦軸は振動加速度(m/s2)であり、横軸は時間(sec)である。振動特性測定部9は、図3(B)に示すような振動加速度の時間変化を振動検出装置6の検出結果に基づいて測定する。図3(C)に示す波形は、振動加速度/加振力(伝達関数)の1/3オクターブバンド分析結果(共振周波数(固有振動数)の周波数特性)であり、縦軸は振動加速度/加振力(dB)であり、横軸は周波数(Hz)である。振動特性測定部9は、図3()に示す振動加速度及び図3()に示す加振力に基づいて、図3(C)に示すような振動加速度/加振力の1/3オクターブバンド分析を実行する。図3(D)に示す波形は、振動加速度の最大値を加振力の最大値で除算した絶対値(以下、振動波高値という)の経年変化であり、縦軸は振動加速度の最大値/加振力の最大値(m/s2/kN)であり、横軸は使用期間(年)である。振動特性測定部9は、図3()に示す振動加速度の最大値及び図3()に示す加振力の最大値に基づいて、図3(D)に示すような振動波高値の経年変化を測定する。図3(E)に示す波形は、振動加速度を加振力で除算した全帯域値(以下、振動レベル値という)の使用期間依存性を示し、縦軸は振動レベル値(dB)であり、横軸は使用期間(年)である。振動特性測定部9は、図3()に示す振動加速度及び図3()に示す加振力に基づいて、図3(E)に示すような振動レベル値の使用期間依存性を測定する。
【0031】
図1に示す劣化状況判定部10は、振動特性測定部9の測定結果に基づいて軸ばねゴム4の劣化状況を判定する手段である。劣化状況判定部10は、制御部13が出力する振動特性情報に基づいて軸ばねゴム4の劣化状況を判定し、この判定結果を劣化状況情報として制御部13に出力する。劣化状況判定部10は、例えば、軸ばねゴム4が新品であるときの振動波高値や、軸ばねゴム4が新品であるときの振動レベル値に基づいて使用品の劣化状況を判定する。また、劣化状況判定部10は、例えば、軸ばねゴム4が新品であるときの振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つの共振周波数に基づいて、使用品の劣化状況を判定する。
【0032】
劣化状況判定部10は、使用品の振動加速度と新品の振動加速度とを比較して使用品の劣化状況を判定する。劣化状況判定部10は、例えば、図3(B)に示すように、時間の経過とともに使用品の振動加速度の振幅が新品の振動加速度の振幅に比べて小さくなる場合や、使用品の振動加速度の周期が新品の振動加速度の周期に比べて短い場合には、使用品が劣化していると判定する。劣化状況判定部10は、使用品の振動加速度/加振力の1/3オクターブバンド分析結果と新品の振動加速度/加振力の1/3オクターブバンド分析結果とを比較して使用品の劣化状況を判定する。劣化状況判定部10は、例えば、図3(C)に示すように、使用品の振動加速度/加振力が新品の振動加速度/加振力に比べて全体的に高周波数側にシフト(ピーク周波数が一様に増加)している場合には、使用品が劣化していると判定する。劣化状況判定部10は、振動波高値の経年変化から劣化状況を判定する。劣化状況判定部10は、例えば、図3(D)に示すように、振動波高値が使用期間の増加に対して総合的に増加する場合には、軸ばねゴム4が劣化していると判定する。劣化状況判定部10は、振動レベル値の経年変化から劣化状況を判定する。劣化状況判定部10は、例えば、図3(E)に示すように、振動レベル値が使用期間の増加に伴って増加する場合には、軸ばねゴム4が劣化していると判定する。
【0033】
図1に示す記憶部11は、種々の情報を記憶する手段である。記憶部11は、例えば、評価装置7に種々の処理を実行させる評価プログラムを記憶したり、信号処理部8が出力する加振力信号及び振動検出信号を記憶したり、軸ばねゴム4の振動加速度、振動速度又は振動変位などの測定結果(振動特性情報)を記憶したりするROMなどである。記憶部11は、例えば、図3(B)に示すような新品の振動加速度の時間変化や、図3(C)に示すような新品の加速度/加振力の1/3オクターブバンド分析結果を基準データとして予め記憶している。
【0034】
図1に示す表示部12は、種々の情報を表示する手段である。表示部12は、例えば、振動特性測定部9の測定結果に基づいて、振動加速度の時間変化を示す波形、加振力の時間変化を示す波形及びこれらの周波数分析結果などを表示したり、劣化状況判定部10の判定結果に基づいて軸ばねゴム4の劣化程度を表示したりする。
【0035】
制御部13は、評価装置7の種々の動作を制御する手段である。制御部13は、例えば、記憶部11から評価プログラムを読み出してこの評価プログラムに従って種々の動作を指令したり、振動特性測定部9に軸ばねゴム4の振動特性を測定させたり、劣化状況判定部10に軸ばねゴム4の劣化状況を判定させたり、表示部12にこれらの測定結果や判定結果などを表示させたりする中央処理装置(CPU)である。制御部13には、加振装置5と、振動検出装置6と、振動特性測定部9と、劣化状況判定部10と、記憶部11と、表示部12とが相互に通信可能なように接続されている。
【0036】
次に、この発明の第1実施形態に係る防振部材の評価装置の動作を説明する。
図4は、この発明の第1実施形態に係る防振部材の評価装置の動作を説明するためのフローチャートである。
ステップ(以下、Sという)100において、軸ばねゴム4が加振される。使用者Mが加振装置5を操作して軸ばねゴム4を加振させると、図3(A)に示すように荷重検出部5cが加振力に応じた加振力信号を信号処理部8に出力し、この信号処理部8が処理した加振力信号を制御部13が記憶部11に記憶させる。
【0037】
S110において、軸ばねゴム4の振動が検出される。加振装置5によって軸ばねゴム4が加振されると振動検出装置6が軸ばねゴム4の振動を検出して、この振動に応じた振動検出信号を信号処理部8に出力し、この信号処理部8が処理した振動検出信号を制御部13が記憶部11に記憶させる。
【0038】
S120において、軸ばねゴム4の振動特性が測定される。振動特性測定部9に制御部13が振動特性の測定を指令すると、信号処理部8が処理した加振力信号及び振動検出信号を記憶部11から振動特性測定部9が読み出して振動特性を測定し、この測定結果を制御部13に出力する。振動特性測定部9は、例えば、図3(B)に示すような軸ばねゴム4の振動加速度の時間変化などを測定する。
【0039】
S130において、軸ばねゴム4の劣化状況が判定される。劣化状況判定部10に制御部13が劣化状況の判定を指令すると、振動特性測定部9の測定結果に基づいて劣化状況判定部10が軸ばねゴム4の劣化状況を判定し、この判定結果を制御部13に出力する。劣化状況判定部10は、例えば、図3(B)に示すような新品の振動加速度の時間変化を記憶部11から基準データとして読み出し、振動特性測定部9が測定した使用品の振動加速度の時間変化と比較して使用品の劣化状況を判定する。
【0040】
S140において、軸ばねゴム4の振動特性の測定結果及び劣化状況の判定結果が表示される。表示部12に制御部13が表示を指令すると、振動特性測定部9の測定結果及び劣化状況判定部10の判定結果を表示部12が表示する。
【0041】
この発明の第1実施形態に係る防振部材の評価装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第1実施形態では、軸ばねゴム4の振動特性を振動特性測定部9が測定する。このため、例えば、防振部材に関する基礎的な評価法の一つであるインパルスハンマー試験によって軸ばねゴム4の振動特性を評価して、軸ばねゴム4の動的性能の変化を簡便に把握することができる。また、共振周波数だけではなく振動加速度の時間波形などの振動特性に基づいて総合的に評価し把握することができる。
【0042】
(2) この第1実施形態では、振動特性測定部9の測定結果に基づいて軸ばねゴム4の劣化状況を劣化状況判定部10が判定する。このため、軸ばねゴム4の振動特性を測定することによって、軸ばねゴム4の劣化特性を簡便に評価することができる。
【0043】
(3) この第1実施形態では、軸ばねゴム4の振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つの時間波形を振動特性測定部9が測定する。このため、図3(B)に示すように、新品の軸ばねゴム4と使用品の軸ばねゴム4との振動加速度の振幅及び/又は周期を比較して、使用品の劣化状況を簡単に判定することができる。
【0044】
(4) この第1実施形態では、振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つの最大値と加振力の最大値との比の絶対値を振動特性測定部9が測定する。このため、図3(D)に示すように、この絶対値の増加状況を把握することによって使用品の劣化状況を簡単に判定することができる。
【0045】
(5) この第1実施形態では、振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つと加振力との比のレベル値を振動特性測定部9が測定する。このため、図3(E)に示すように、このレベル値の増加状況を監視することによって使用品の劣化状況を容易に判定することができる。
【0046】
(6) この第1実施形態では、振動加速度、振動速度又は振動変位の少なくとも一つの共振周波数を振動特性測定部9が測定する。このため、図3(C)に示すように、新品の軸ばねゴム4と使用品の軸ばねゴム4との共振周波数を比較して、使用品の劣化状況を簡単に判定することができる。
【0047】
(7) この第1実施形態では、軸箱2bと台車枠2cとの間に軸ばねゴム4を装着した状態で、この軸ばねゴム4の振動特性を測定し劣化状況を判定することができる。このため、車両1からの軸ばねゴム4の着脱作業が不要になり、車両1を車庫などに停車させた状態で劣化状況を簡単に短時間で判定することができるとともに、メンテナンス作業を容易に実施することができる。
【0048】
(第2実施形態)
図5は、この発明の第2実施形態に係る防振部材の評価装置のブロック図である。図6は、この発明の第2実施形態に係る防振部材の評価装置によって評価される弾性車輪の外観図であり、(A)は側面図であり、(B)は断面図である。以下では、図2に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【0049】
図5及び図6に示す弾性車輪14は、金属とゴムとが積層された積層体であり、車輪自体の制振を目的とするとともに車輪とレールとの間の衝撃力(加振力)を低減することも目的とする。図5及び図6に示す弾性車輪14は、上下方向の荷重に対してゴムのせん断と圧縮変形を利用する構造の圧縮型弾性車輪である。弾性車輪14は、図6に示すように、車輪の中心部分を構成する輪心14aと、車輪の外周部を構成するタイヤ14bと、輪心14aとタイヤ14bとの間の円盤状の板部(ウェブ)14cと、タイヤ14bと板部14cとの間に挟み込まれた弾性ゴム(防振ゴム)14dなどを備えている。評価装置7は、図5に示すように、加振装置5によって加振された弾性車輪14の振動を振動検出装置6によって検出するとともに、加振装置5の加振力を荷重検出部5cによって検出して、この検出結果に基づいて弾性車輪14の振動特性を測定し弾性車輪14の劣化状況などを判定する。この発明の第2実施形態には、第1実施形態と同様の効果がある。
【実施例】
【0050】
次に、この発明の実施例について説明する。
図7は、この発明の実施例に係る防振部材の評価装置による試験方法を説明するための図である。
(試験品)
図7に示す試験品15は、大都市近郊線を走行するボルスタレス台車形式の電車のM車(動力車)で使用される軸ばねゴムである。試験品15には、使用期間がゼロ年の新品の軸ばねゴムと、約13年間使用後に回収した使用品の軸ばねゴムとを利用した。
【0051】
(試験方法)
台座16は、軸ばねゴム4に一定荷重を載荷する材料試験機の台座である。治具17は、この材料試験機のヘッドを接触させる角型の部材であり、試験品15の輪芯15aの上面に固定されている。試験品15には、図1及び図2に示すように、台車2と車体3との間に軸ばねゴム4が装着された状態を模擬するために、材料試験機(株式会社島津製作所製AGI-50KN)によって一定荷重(30kN)を載荷した。試験品15には、内輪15b、外輪15c及び中間輪15dの上面に圧電型加速度ピックアップ(リオン株式会社製PV-94)を瞬間接着剤(セメダイン株式会社製α3000)によって接着した。次に、図1に示すような評価装置7を使用して、新品と使用品の振動特性を測定した。先ず、インパルスハンマー(リオン株式会社製PV-61)を使用して、図7に示すように試験品15の内輪15b、外輪15c及び中間輪15dを打撃し試験品15を加振させた。ここで、加振方向は、現車において中心荷重及び荷重振幅の値が大きく、劣化の進展速度が大きいと推定される縦方向(Z方向)とした。加振回数は、新品と使用品とをそれぞれ10回加振させてパワー平均値を求めた。インパルスハンマー加振時の振動加速度を圧電型加速度ピックアップで測定し、メモリコーダ(日置電機株式会社製8835)を使用して振動加速度の時間波形を記録するとともに、FFTによる周波数分析を行った。また、リアルタイムアナライザ(リオン株式会社製SA30)を使用して周波数重み特性F及び時間重み特性Fで1/3オクターブバンド分析しピーク値を記録した。
【0052】
(試験結果)
次に、試験品の現車使用に伴う経年変化の影響を評価した。
図8は、この発明の実施例に係る防振部材の評価装置による試験品の測定結果を示すグラフであり、図8(A)は振動加速度の時間変化を示すグラフであり、図8(B)は振動加速度/加振力の分析結果を示すグラフであり、図8(C)は振動波高値の経年変化を示すグラフであり、図8(D)は振動レベル値の経年変化を示すグラフである。なお、図8(A)(B)に示す実線は新品の試験結果であり、鎖線は使用品の試験結果である。
【0053】
(振動加速度)
図8(A)に示す波形は、新品及び使用品に荷重30(kN)を載荷させた状態で、中間輪15dを加振点VBで縦方向(Z方向)に加振させたときの振動加速度の時間変化(振動加速度の時間波形)を示すグラフである。図8(A)に示す縦軸は振動加速度(m/s2)であり、横軸は時間(sec)である。図8(A)に示すように、使用品の振動加速度は、新品の振動加速度に比べて振幅が小さくなり、周期が短くなる傾向が認められた。その結果、新品の振動加速度と使用品の振動加速度との振幅及び/又は周期を比較することによって、使用品の経年変化による劣化状況を評価可能であることが確認された。
【0054】
(振動加速度/加振力の1/3オクターブバンド分析結果)
図8(B)に示す波形は、新品及び使用品に荷重30(kN)を載荷させた状態で、中間輪15dを加振点VBで縦方向(Z方向)に加振させたときの振動加速度/加振力の1/3オクターブバンド分析結果を示すグラフである。図8(B)に示す縦軸は振動加速度/加振力(dB)であり、横軸は周波数(Hz)である。図8(B)に示すように、使用品の振動加速度/加振力は、新品の振動加速度/加振力に比べて全体的に高周波数側にシフト(ピーク周波数が一様に増加)しており、図8(A)に示す振動加速度の時間波形における周期の低下に反映したものであることが認められた。その結果、新品と使用品の振動加速度/加振力を比較することによって、使用品の経年変化による劣化状況を評価可能であることが確認された。
【0055】
(振動波高値)
図8(C)に示す波形は、新品及び使用品に荷重30(kN)を載荷させた状態で、中間輪15dを加振点VBで縦方向(Z方向)に加振させたときの振動波高値の経年変化を示すグラフである。図8(C)に示す縦軸は、振動波高値 (m/s2/kN)であり、横軸は使用期間(年)であり、○は内輪15bを加振点VAで加振したときの測定結果であり、●は中間輪15dを加振点VBで加振したときの測定結果であり、△は外輪15cを加振点VCで加振したときの測定結果である。振動波高値は、図8(C)に示すように、内輪15b及び中間輪15dを加振させたときには、使用期間に伴って増加が認められ、外輪15cを加振したときには変化が小さかったが、使用期間の増加に対して部分的な増減は認められるが総合的には増加する傾向が認められた。また、振動波高値は、いずれの測定結果についても新品に比べて使用品のほうが若干大きくなる傾向が認められた。その結果、振動波高値の増加傾向によって使用品の劣化状況を評価可能であることが確認された。
【0056】
(振動レベル値)
図8(D)に示す波形は、新品及び使用品に荷重30(kN)を載荷させた状態で、中間輪15dを加振点VBで縦方向(Z方向)に加振させたときの振動レベル値の使用期間依存性を示す。図8(D)に示す縦軸は、振動レベル値(dB)であり、横軸は使用期間(年)である。振動レベル値は、図8(D)に示すように、振動波高値よりも複雑で傾向がつかみづらいが、総合的に観ると加振点VAの振動レベル値では増加傾向が認められた。その結果、使用品の内輪15bを加振点VAで加振したときの振動レベル値の増加傾向によって使用品の使用品の劣化状況を評価可能であることが確認された。
【0057】
(他の実施形態)
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、軸ばねゴム4及び弾性車輪14を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、積層ゴムを向かい合わせて斜めに配置した緩衝ゴム式(シェブロン方式)の軸箱支持装置や、上下方向の荷重に対してゴムのせん断変形を利用する構造のせん断型弾性車輪や、固定構造物の揺れを減衰させる免振装置などについてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、使用品の軸ばねゴム4や弾性車輪14の劣化状況を評価する場合を例に挙げて説明したが、新品の軸ばねゴム4や弾性車輪14の新製時に要求される防振性能を評価することもできる。
【0058】
(2) この実施形態では、軸ばねゴム4の振動加速度を測定する場合を例に挙げて説明したが、軸ばねゴム4の振動速度又は振動変位を測定することもできる。また、この実施形態では、加振装置5としてインパルスハンマーを例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、軸ばねゴム4や弾性車輪14に落下させる落下物の内部に振動検出装置6を設置し、この振動検出装置6の検出結果を無線によって制御部13に送信することもできる。さらに、この実施形態では、軸ばねゴム4を車両1に搭載した状態や弾性車輪14を台車2に装着した状態で劣化状況を判定する場合を例に挙げて説明したが、軸ばねゴム4を車両1から取り外した状態や弾性車輪14を台車2から取り外した状態で劣化状況を判定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0059】
【図1】この発明の第1実施形態に係る防振部材の評価装置のブロック図である。
【図2】この発明の第1実施形態に係る防振部材の評価装置によって評価される軸ばねゴムの外観図であり、(A)は側面図であり、(B)は縦断面図である。
【図3】この発明の第1実施形態に係る防振部材の評価装置における振動特性測定部の測定結果を模式的に示すグラフであり、(A)は加振力の時間変化を示すグラフであり、(B)は振動加速度の時間変化を示すグラフであり、(C)は振動加速度/加振力の分析結果を示すグラフであり、(D)は振動波高値の経年変化を示すグラフであり、(E)は振動レベル値の経年変化を示すグラフである。
【図4】この発明の第1実施形態に係る防振部材の評価装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図5】この発明の第2実施形態に係る防振部材の評価装置のブロック図である。
【図6】この発明の第2実施形態に係る防振部材の評価装置によって評価される弾性車輪の外観図であり、(A)は側面図であり、(B)は断面図である。
【図7】この発明の実施例に係る防振部材の評価装置による試験方法を説明するための図である。
【図8】この発明の実施例に係る防振部材の評価装置による試験品の測定結果を示すグラフであり、(A)は振動加速度の時間変化を示すグラフであり、(B)は振動加速度/加振力の分析結果を示すグラフであり、(C)は振動波高値の経年変化を示すグラフであり、(D)は振動レベル値の経年変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【0060】
1 車両
2 台車
3 車体
4 軸ばねゴム(防振部材)
5 加振装置
6 振動検出装置
7 評価装置
8 信号処理部
9 振動特性測定部
10 劣化状況判定部
11 記憶部
12 表示部
13 制御部
14 弾性車輪(防振部材)

図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7