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明細書 :移動荷重載荷方法

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3569651号 (P3569651)
公開番号 特開2001-021425 (P2001-021425A)
登録日 平成16年6月25日(2004.6.25)
発行日 平成16年9月22日(2004.9.22)
公開日 平成13年1月26日(2001.1.26)
発明の名称または考案の名称 移動荷重載荷方法
国際特許分類 G01L  5/00      
FI G01L 5/00 Z
請求項の数または発明の数 5
全頁数 15
出願番号 特願平11-191532 (P1999-191532)
出願日 平成11年7月6日(1999.7.6)
審査請求日 平成13年11月22日(2001.11.22)
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】村本 勝己
【氏名】堀池 高広
個別代理人の代理人 【識別番号】100105108、【弁理士】、【氏名又は名称】大川 洋一
審査官 【審査官】松浦 久夫
参考文献・文献 特開平08-159938(JP,A)
特開平10-142129(JP,A)
特開平10-260114(JP,A)
調査した分野 G01L 5/00
G01N 3/20
特許請求の範囲 【請求項1】
レール(51)を有する被載荷部材を支持床(G)に設置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3A)に反力が支持されるようにしてn個(n:2以上の自然数)の載荷用アクチュエータ(A11、A12、A13、…、A1n)を前記レール(51)の上方に前記レール(51)に沿って並べて配置し、前記載荷用アクチュエータ(A11~A1n)に駆動源(1A及び2A)を接続するとともに、前記載荷用アクチュエータ(A11~A1n)の各々が前記レール(51)の上面に加える荷重の値と時刻を載荷用アクチュエータごとに制御する制御手段(4A及びV11~V1n)を設けた移動荷重載荷装置(101)を用い、
前記制御手段(4A及びV11~V1n)の制御により、前記レール(51)の上面の位置x11のみに荷重f1を載荷し、その後時間t1秒の後に前記レール(51)の上面で前記位置x11に間隔をおいて隣接する位置x12のみに荷重f2を載荷し、その後時間t2秒の後に前記レール(51)の上面で前記位置x12に間隔をおいて前記位置x11とは反対側に隣接する位置x13のみに荷重f3を載荷するというようにして、前記レール(51)に、前記位置x11から前記位置x13へ向けて移動する荷重を作用させること
を特徴とする移動荷重載荷方法
【請求項2】
レール(51)を有する被載荷部材を支持床(G)に設置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3A)に反力が支持されるようにしてn個(n:2以上の自然数)の載荷用アクチュエータ(A11、A12、A13、…、A1n)を前記レール(51)の上方に前記レール(51)に沿って並べて配置し、前記載荷用アクチュエータ(A11~A1n)に駆動源(1A及び2A)を接続するとともに、前記載荷用アクチュエータ(A11~A1n)の各々が前記レール(51)の上面に加える荷重の値と時刻を載荷用アクチュエータごとに制御する制御手段(4A及びV11~V1n)を設けた移動荷重載荷装置(101)を用い、
前記制御手段(4A及びV11~V1n)の制御により、前記レール(51)の上面の位置x11のみに荷重f1を載荷し、その後時間t1秒の後に前記レール(51)の上面で前記位置x11に間隔dをおいて隣接する位置x12のみに同一値の荷重f1を載荷し、その後同一値の時間t1秒の後に前記レール(51)の上面で前記位置x12に同一値の間隔dをおいて前記位置x11とは反対側に隣接する位置x13のみに同一値の荷重f1を載荷するというようにして、前記レール(51)に、前記位置x11から前記位置x13へ向けて一定荷重f1が一定速度で移動する場合と等価な効果を付与すること
を特徴とする移動荷重載荷方法
【請求項3】
レール(51)を有する被載荷部材を支持床(G)に設置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3A)に反力が支持されるようにしてn個(n:2以上の自然数)の載荷用アクチュエータ(A11、A12、A13、…、A1n)を前記レール(51)の上方に前記レール(51)に沿って並べて配置し、前記載荷用アクチュエータ(A11~A1n)に駆動源(1A及び2A)を接続するとともに、前記載荷用アクチュエータ(A11~A1n)の各々が前記レール(51)の上面に加える荷重の値と時刻を載荷用アクチュエータごとに制御する制御手段(4A及びV11~V1n)を設けた移動荷重載荷装置(101)を用い、
前記制御手段(4A及びV11~V1n)の制御により、前記レール(51)の上面の第1位置に荷重f9を載荷するとともに前記レール(51)の上面の前記第1位置とは第1間隔値だけ離れた第2位置に荷重f10を載荷し、その後ある時間後に前記レール(51)の上面の第3位置に荷重f9を載荷するとともに前記レール(51)の上面の前記第3位置とは前記第1間隔値と等しい距離だけ離れた第4位置に荷重f10を載荷するというようにして、前記レール(51)に、前記第1間隔値を配して配置された2つの車輪が前記第1位置から前記第4位置へ向かう方向に移動する場合と等価な効果を付与すること
を特徴とする移動荷重載荷方法。
【請求項4】
上方から見た線路形状が曲線状に設定された外軌側レール(61)と内軌側レール(62)を有する被載荷部材を支持床(G)に設置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3B)に反力が支持されるようにしてm個(m:2以上の自然数)の外軌側垂直載荷用アクチュエータ(A21)を前記外軌側レール(61)の上方に前記外軌側レール(61)に沿って並べて配置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3B)に反力が支持されるようにしてm個(m:2以上の自然数)の外軌側水平載荷用アクチュエータ(A22)を前記外軌側レール(61)の側方に前記外軌側レール(61)に沿って並べて配置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3B)に反力が支持されるようにしてm個(m:2以上の自然数)の内軌側垂直載荷用アクチュエータ(A23)を前記内軌側レール(62)の上方に前記内軌側レール(62)に沿って並べて配置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3B)に反力が支持されるようにしてm個(m:2以上の自然数)の内軌側水平載荷用アクチュエータ(A24)を前記内軌側レール(62)の側方に前記内軌側レール(62)に沿って並べて配置し、前記各載荷用アクチュエータ(A21~A24)に駆動源(1B及び2B)を接続するとともに、前記載荷用アクチュエータ(A21~A24)の各々が前記外軌側レール(61)又は前記内軌側レール(62)の上面又は側面に加える垂直荷重又は水平荷重の値と時刻を載荷用アクチュエータごとに制御する制御手段(4B及びV21~V24)を設けた移動荷重載荷装置(102)を用い、
前記制御手段(4B及びV21~V24)の制御により、前記外軌側レール(61)の上面のある位置に線路の曲率半径及びレールの傾斜角度及び列車の速度に応じた垂直荷重を載荷するとともに前記外軌側レール(61)の側面で当該垂直載荷位置に対応する側面の位置に線路の曲率半径及びレールの傾斜角度及び列車の速度に応じた水平荷重を載荷しかつ内軌側レール(62)の上面で当該外軌側レール載荷位置に対応するレール上面位置に線路の曲率半径及びレールの傾斜角度及び列車の速度に応じた垂直荷重を載荷するとともに前記内軌側レール(62)の側面で当該垂直載荷位置に対応する側面の位置に線路の曲率半径及びレールの傾斜角度及び列車の速度に応じた水平荷重を載荷し、その後時間経過に応じて前記載荷用アクチュエータを線路方向に向かって順次切り替えながら作動させ、前記レール(61、62)に、移動荷重が曲線状の線路に沿って移動する場合と等価な効果を付与すること
を特徴とする移動荷重載荷方法
【請求項5】
上方から見た線路形状が曲線状に設定された外軌側レール(61)と内軌側レール(62)を有する被載荷部材を支持床(G)に設置し、支持床(G)又は前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3C)に回転可能に支持された回転軸(9C)のまわりに回転可能な支持フレーム(5C)に反力が支持されるようにしてk個(k:2以上の自然数)の外軌側載荷用アクチュエータ(A31)を前記外軌側レール(61)の上方に前記外軌側レール(61)に沿って並べて配置し、前記支持フレーム(5C)に反力が支持されるようにしてk個(k:2以上の自然数)の内軌側載荷用アクチュエータ(A32)を前記内軌側レール(62)の上方に前記内軌側レール(62)に沿って並べて配置し、前記各載荷用アクチュエータ(A31~A32)に駆動源を接続し、前記支持フレーム(5C)を回転駆動する支持フレーム駆動機構(6C)を設け、前記載荷用アクチュエータ(A31~A32)の各々が前記外軌側レール(61)又は前記内軌側レール(62)の上面に加える荷重の値と時刻を載荷用アクチュエータごとに制御するとともに前記支持フレーム(5C)が反力フレーム(3C)に対してなす角度を制御する制御手段(4C)を設けた移動荷重載荷装置(103)を用い、
前記制御手段(4C)の制御により、前記外軌側レール(61)の上面のある位置に線路の曲率半径及びレールの傾斜角度及び列車の速度に応じた荷重を載荷するとともに前記内軌側レール(62)の上面で当該外軌側レール載荷位置に対応するレール上面位置に線路の曲率半径及びレールの傾斜角度及び列車の速度に応じた荷重を載荷し、その後時間経過に応じて前記載荷用アクチュエータを線路方向に向かって順次切り替えながら作動させ、前記レール(61、62)に、移動荷重が曲線状の線路に沿って移動する場合と等価な効果を付与すること
を特徴とする移動荷重載荷方法
発明の詳細な説明 【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線又は曲線をなす移動方向に沿って移動する荷重を被載荷部材に付与する移動荷重載荷方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
鉄道や道路等の交通に供される構造物には、鉄道車両や自動車等の車輪等が構造物に接する箇所に荷重が作用し、この荷重により、構造物の各部に応力やひずみが生じる。鉄道車両や自動車等が移動すると、その移動に伴って、荷重の作用箇所が構造物の上を移動し、これに伴い構造物内の応力状態やひずみ状態が変化する。
【0003】
したがって、交通に供される構造物を最適に設計したり、構造物の弱点等を解明し、構造物への補強対策の効果を確認するためには、鉄道車両等の移動に伴って構造物に移動しながら作用する荷重(以下、「移動荷重」という。)に対する構造物の応力やひずみ等の挙動を正確に把握する必要がある。構造物の構成が簡易であったり、荷重のモデル化が可能な場合などには、移動荷重に対する構造物の挙動は、計算により求めることができる。
【0004】
また、構造物や荷重の構造が複雑であったり、モデル化が困難な場合には、実際の鉄道車両の車輪を用い、構造物の一部を模擬した部材(以下、「被載荷部材」という。)に実際に荷重を付与する載荷試験が行われていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の載荷試験方法では、実際の車輪を被載荷部材の上に載せ、所定の車軸重構を付与しながら、車輪を被載荷部材上で転動させるといった操作が必要となる。このため、荷重の移動速度を高速にするためには、車輪が加速時及び減速時に移動する部分を確保する必要があり、被載荷部材及び載荷装置が大型化するほか、得られる移動速度もそれほど高速にはできない、という問題があった。
【0006】
また、被載荷部材上で、所定の直線方向に車輪を転動させるため、同じ被載荷部材について移動載荷試験を何回も繰返す場合には、被載荷部材の終端部に到達した車輪を、いったん被載荷部材の始端部まで戻してセットし、再度同様の移動載荷手順を繰返す必要がある。このため、被載荷部材に対して多数回数の連続載荷を行うことは、煩雑な手間がかかり困難であった。
【0007】
また、実際の鉄道車両には、所定の間隔で車軸が配置されている。しかし、従来の載荷試験方式では、実際の車両の状態を再現しようとすると、載荷に用いる車輪の個数を増やし、所定の車軸間隔に配置することになるが、このようにすると、載荷試験装置が大型化し、それに伴い被載荷部材も大型化する必要があり、試験が非常に困難であった。
【0008】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、移動荷重を高速かつ多数回連続載荷可能で被載荷部材等を小型化し得る移動荷重載荷方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る移動荷重載荷方法は、
レール(51)を有する被載荷部材を支持床(G)に設置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3A)に反力が支持されるようにしてn個(n:2以上の自然数)の載荷用アクチュエータ(A11、A12、A13、…、A1n)を前記レール(51)の上方に前記レール(51)に沿って並べて配置し、前記載荷用アクチュエータ(A11~A1n)に駆動源(1A及び2A)を接続するとともに、前記載荷用アクチュエータ(A11~A1n)の各々が前記レール(51)の上面に加える荷重の値と時刻を載荷用アクチュエータごとに制御する制御手段(4A及びV11~V1n)を設けた移動荷重載荷装置(101)を用い、
前記制御手段(4A及びV11~V1n)の制御により、前記レール(51)の上面の位置x11のみに荷重f1を載荷し、その後時間t1秒の後に前記レール(51)の上面で前記位置x11に間隔をおいて隣接する位置x12のみに荷重f2を載荷し、その後時間t2秒の後に前記レール(51)の上面で前記位置x12に間隔をおいて前記位置x11とは反対側に隣接する位置x13のみに荷重f3を載荷するというようにして、前記レール(51)に、前記位置x11から前記位置x13へ向けて移動する荷重を作用させること
を特徴とする。
【0010】
また、本発明の請求項2に係る移動荷重載荷方法は、
レール(51)を有する被載荷部材を支持床(G)に設置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3A)に反力が支持されるようにしてn個(n:2以上の自然数)の載荷用アクチュエータ(A11、A12、A13、…、A1n)を前記レール(51)の上方に前記レール(51)に沿って並べて配置し、前記載荷用アクチュエータ(A11~A1n)に駆動源(1A及び2A)を接続するとともに、前記載荷用アクチュエータ(A11~A1n)の各々が前記レール(51)の上面に加える荷重の値と時刻を載荷用アクチュエータごとに制御する制御手段(4A及びV11~V1n)を設けた移動荷重載荷装置(101)を用い、
前記制御手段(4A及びV11~V1n)の制御により、前記レール(51)の上面の位置x11のみに荷重f1を載荷し、その後時間t1秒の後に前記レール(51)の上面で前記位置x11に間隔dをおいて隣接する位置x12のみに同一値の荷重f1を載荷し、その後同一値の時間t1秒の後に前記レール(51)の上面で前記位置x12に同一値の間隔dをおいて前記位置x11とは反対側に隣接する位置x13のみに同一値の荷重f1を載荷するというようにして、前記レール(51)に、前記位置x11から前記位置x13へ向けて一定荷重f1が一定速度で移動する場合と等価な効果を付与すること
を特徴とする。
【0011】
また、本発明の請求項3に係る移動荷重載荷方法は、
レール(51)を有する被載荷部材を支持床(G)に設置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3A)に反力が支持されるようにしてn個(n:2以上の自然数)の載荷用アクチュエータ(A11、A12、A13、…、A1n)を前記レール(51)の上方に前記レール(51)に沿って並べて配置し、前記載荷用アクチュエータ(A11~A1n)に駆動源(1A及び2A)を接続するとともに、前記載荷用アクチュエータ(A11~A1n)の各々が前記レール(51)の上面に加える荷重の値と時刻を載荷用アクチュエータごとに制御する制御手段(4A及びV11~V1n)を設けた移動荷重載荷装置(101)を用い、
前記制御手段(4A及びV11~V1n)の制御により、前記レール(51)の上面の第1位置に荷重f9を載荷するとともに前記レール(51)の上面の前記第1位置とは第1間隔値だけ離れた第2位置に荷重f10を載荷し、その後ある時間後に前記レール(51)の上面の第3位置に荷重f9を載荷するとともに前記レール(51)の上面の前記第3位置とは前記第1間隔値と等しい距離だけ離れた第4位置に荷重f10を載荷するというようにして、前記レール(51)に、前記第1間隔値を配して配置された2つの車輪が前記第1位置から前記第4位置へ向かう方向に移動する場合と等価な効果を
付与すること
を特徴とする。
【0012】
また、本発明の請求項4に係る移動荷重載荷方法は、
上方から見た線路形状が曲線状に設定された外軌側レール(61)と内軌側レール(62)を有する被載荷部材を支持床(G)に設置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3B)に反力が支持されるようにしてm個(m:2以上の自然数)の外軌側垂直載荷用アクチュエータ(A21)を前記外軌側レール(61)の上方に前記外軌側レール(61)に沿って並べて配置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3B)に反力が支持されるようにしてm個(m:2以上の自然数)の外軌側水平載荷用アクチュエータ(A22)を前記外軌側レール(61)の側方に前記外軌側レール(61)に沿って並べて配置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3B)に反力が支持されるようにしてm個(m:2以上の自然数)の内軌側垂直載荷用アクチュエータ(A23)を前記内軌側レール(62)の上方に前記内軌側レール(62)に沿って並べて配置し、前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3B)に反力が支持されるようにしてm個(m:2以上の自然数)の内軌側水平載荷用アクチュエータ(A24)を前記内軌側レール(62)の側方に前記内軌側レール(62)に沿って並べて配置し、前記各載荷用アクチュエータ(A21~A24)に駆動源(1B及び2B)を接続するとともに、前記載荷用アクチュエータ(A21~A24)の各々が前記外軌側レール(61)又は前記内軌側レール(62)の上面又は側面に加える垂直荷重又は水平荷重の値と時刻を載荷用アクチュエータごとに制御する制御手段(4B及びV21~V24)を設けた移動荷重載荷装置(102)を用い、
前記制御手段(4B及びV21~V24)の制御により、前記外軌側レール(61)の上面のある位置に線路の曲率半径及びレールの傾斜角度及び列車の速度に応じた垂直荷重を載荷するとともに前記外軌側レール(61)の側面で当該垂直載荷位置に対応する側面の位置に線路の曲率半径及びレールの傾斜角度及び列車の速度に応じた水平荷重を載荷しかつ内軌側レール(62)の上面で当該外軌側レール載荷位置に対応するレール上面位置に線路の曲率半径及びレールの傾斜角度及び列車の速度に応じた垂直荷重を載荷するとともに前記内軌側レール(62)の側面で当該垂直載荷位置に対応する側面の位置に線路の曲率半径及びレールの傾斜角度及び列車の速度に応じた水平荷重を載荷し、その後時間経過に応じて前記載荷用アクチュエータを線路方向に向かって順次切り替えながら作動させ、前記レール(61、62)に、移動荷重が曲線状の線路に沿って移動する場合と等価な効果を付与すること
を特徴とする。
【0013】
また、本発明の請求項5に係る移動荷重載荷方法は、
上方から見た線路形状が曲線状に設定された外軌側レール(61)と内軌側レール(62)を有する被載荷部材を支持床(G)に設置し、支持床(G)又は前記支持床(G)に固定された反力受けフレーム(3C)に回転可能に支持された回転軸(9C)のまわりに回転可能な支持フレーム(5C)に反力が支持されるようにしてk個(k:2以上の自然数)の外軌側載荷用アクチュエータ(A31)を前記外軌側レール(61)の上方に前記外軌側レール(61)に沿って並べて配置し、前記支持フレーム(5C)に反力が支持されるようにしてk個(k:2以上の自然数)の内軌側載荷用アクチュエータ(A32)を前記内軌側レール(62)の上方に前記内軌側レール(62)に沿って並べて配置し、前記各載荷用アクチュエータ(A31~A32)に駆動源を接続し、前記支持フレーム(5C)を回転駆動する支持フレーム駆動機構(6C)を設け、前記載荷用アクチュエータ(A31~A32)の各々が前記外軌側レール(61)又は前記内軌側レール(62)の上面に加える荷重の値と時刻を載荷用アクチュエータごとに制御するとともに前記支持フレーム(5C)が反力フレーム(3C)に対してなす角度を制御する制御手段(4C)を設けた移動荷重載荷装置(103)を用い、
前記制御手段(4C)の制御により、前記外軌側レール(61)の上面のある位置に線路の曲率半径及びレールの傾斜角度及び列車の速度に応じた荷重を載荷するとともに前記内軌側レール(62)の上面で当該外軌側レール載荷位置に対応するレール上面位置に線路の曲率半径及びレールの傾斜角度及び列車の速度に応じた荷重を載荷し、その後時間経過に応じて前記載荷用アクチュエータを線路方向に向かって順次切り替えながら作動させ、前記レール(61、62)に、移動荷重が曲線状の線路に沿って移動する場合と等価な効果を付与すること
を特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る移動荷重載荷装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0015】
(1)第1実施形態
図1は、本発明の第1実施形態である移動荷重載荷装置の構成を示す図である。
【0016】
図1に示すように、この移動荷重載荷装置101は、油圧源1Aと、配油管2Aと、n個(n:2以上の自然数)の制御弁V11、V12、V13、…、V1nと、図の左右方向に沿って並べて配置された載荷用アクチュエータA11、A12、A13、…、A1nと、反力受けフレーム3Aと、コントローラ4Aを備えて構成されている。
【0017】
油圧源1Aは、図示はしていないが、例えば、貯油タンクと、油圧ポンプ等を有しており、配油管2Aに作動油を送出する。配油管2Aは、油圧源1Aと各載荷用アクチュエータA11~A1nとの間を接続する管路であり、作動油を各載荷用アクチュエータA11~A1nに供給する。
【0018】
コントローラ4Aは、図示はしていないが、CPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)と、ROM(Read Only Memory:読出し専用メモリ)と、RAM(Random Access Memory:随時書込み読出しメモリ)等を有している。
【0019】
これらのうち、CPUは、各要素を統括し、各種演算や制御のプログラム実行等の処理を実行する部分である。ROMは、CPUの実行するプログラムや予め設定された情報等を格納した記憶装置である。RAMは、CPUにより演算された中間結果データ等を一時記憶する記憶装置である。
【0020】
このような構成により、CPUは、ROMに格納された演算プログラムを読み出し、ROMやRAM又は外部から与えられるデータ値に基づいて演算プログラムを実行する。なお、ROMやRAMのかわりにハードディスク装置を設けてもよい。
【0021】
制御弁V11~V1nは、配油管2Aが各載荷用アクチュエータA11~A1nに接続する箇所等に配置されている。各制御弁V11~V1nには、弁を開閉駆動する弁駆動機構(図示せず)が設けられている。弁駆動機構としては、例えば、ソレノイドのような電磁力を利用した機構等が用いられる。各制御弁V11~V1nの弁駆動機構は、コントローラ4Aに接続されており、コントローラ4Aの制御により、各制御弁V11~V1nの開放度が制御され、各載荷用アクチュエータA11~A1nに付与される油圧が制御される。
【0022】
また、図示はしていないが、各制御弁V11~V1nには、油圧を検出する圧力センサが設けられており、検出された油圧値はコントローラ4Aに出力され、フィードバック・サーボ制御が行われる。
【0023】
また、油圧源1Aは、コントローラ4Aと接続されている。また、油圧源1Aには、油圧を検出する圧力センサ(図示せず)が設けられており、検出された油圧値はコントローラ4Aに出力され、フィードバック・サーボ制御が行われる。このような構成により、コントローラ4Aの制御によって、油圧源1Aからの作動油の油圧が制御される。
【0024】
次に、載荷用アクチュエータA11~A1nの構成について、載荷用アクチュエータA11を例に挙げて説明する。載荷用アクチュエータA11は、シリンダ部C11とピストン部P11を有しており、シリンダ部C11には制御弁V11からの配油管が接続している。
【0025】
このような構成により、コントローラ4Aの制御によって制御弁V11が開放されると、油圧源1Aからの作動油が供給され、ピストン部P11がシリンダ部C11から突出するようになっている。他の載荷用アクチュエータA12~A1nについても同様である。
【0026】
載荷用アクチュエータA11~A1nは、反力受けフレーム3Aに支持されている。反力受けフレーム3Aは、所定の強度を有する部材であり、支持床Gに固定されている。また、載荷用アクチュエータA11~A1の図における下方には、レール51とまくらぎ52と道床砕石53からなる被載荷部材が設置されている。この被載荷部材は、支持床Gによって支持されている。
【0027】
このような構成により、載荷用アクチュエータA11のピストン部P11が突出すると、下方のレール51の上面を押接し、レール51に荷重を加えるようになっている。
【0028】
この際、レール51が載荷用アクチュエータA11のピストン部P11に及ぼす反力(荷重とは方向が逆で値が等しい力)は、シリンダ部C11を経て反力受けフレーム3Aに伝達され、反力は、反力受けフレーム3Aと支持床Gによって支持される。他の載荷用アクチュエータA12~A1nについても同様である。
【0029】
次に、上記した移動荷重載荷装置101の作用について、図1及び図2を参照しつつ説明する。最初は、図2(A)に示すように、どの載荷用アクチュエータもレール51を押接しておらず、無載荷状態となっている。
【0030】
次に、コントローラ4Aは、油圧源1Aに制御指令を出力し、配油管2A内に所定の油圧をかけた作動油を供給させる。また、コントローラ4Aは、制御弁V11を開放させる制御指令を出力するとともに、他の制御弁を閉塞させる制御指令を出力する。これにより、図2(B)に示すように、載荷用アクチュエータA11のみに油圧がかかり、レール51の上面の位置x11に荷重f1が載荷される。
【0031】
次に、所定時間t1秒の後に、コントローラ4Aは、制御弁V11を閉塞させる制御指令を出力するとともに、制御弁V12を開放させる制御指令を出力する。この際、これら以外の制御弁には、閉塞させる制御指令が出力される。これにより、図2(C)に示すように、載荷用アクチュエータA12のみに油圧がかかり、レール51の上面の位置x12に荷重f2が載荷される。
【0032】
次に、所定時間t2秒の後に、コントローラ4Aは、制御弁V12を閉塞させる制御指令を出力するとともに、制御弁V13を開放させる制御指令を出力する。この際、これら以外の制御弁には、閉塞させる制御指令が出力される。これにより、図2(D)に示すように、載荷用アクチュエータA13のみに油圧がかかり、レール51の上面の位置x13に荷重f3が載荷される。
【0033】
次に、所定時間t3秒の後に、コントローラ4Aは、制御弁V13を閉塞させる制御指令を出力するとともに、制御弁V14を開放させる制御指令を出力する。この際、これら以外の制御弁には、閉塞させる制御指令が出力される。これにより、図2(E)に示すように、載荷用アクチュエータA14のみに油圧がかかり、レール51の上面の位置x14に荷重f4が載荷される。
【0034】
すなわち、コントローラ4Aと制御弁V11~V1nは、複数個の載荷用アクチュエータA11~A1nを、移動方向(図の左から右へ向かう方向)に向かって順次切り替えながら、荷重をレール51に作用させるように制御する。
【0035】
上記において、各載荷用アクチュエータA11等の配置間隔が等しくdであるとする。また、コントローラ4Aが、荷重切り替え時間間隔がt1=t2=t3=t4となり、荷重値がf1=f2=f3=f4となるように油圧源1A及び制御弁V11等を制御すれば、荷重f1が図の左から右へ向かって等速度で移動した場合と等価な効果をレール51に付与することができる。
【0036】
例えば、載荷する荷重値としては、1つの載荷用アクチュエータA11で、100トン程度まで可能である。他の載荷用アクチュエータA12~A1nでも同様である。また、アクチュエータの配置間隔dを30cmとすれば、制御弁V11等の応答時間は3ミリ秒以下であるので、360km/時の高速移動載荷が十分可能となる。
【0037】
また、他の載荷方法も可能である。時間経過に応じて各制御弁の開放度を増減することにより各載荷用アクチュエータが付与する荷重値を増減させるようにコントローラ4Aが制御を行うように構成すれば、図3(A)においてf8で示すような分布の荷重を付与することも可能となる。図3(A)は、ある時刻の瞬間の状態を示した図であり、載荷用アクチュエータA11はレール51に荷重f5を付与し、載荷用アクチュエータA12はレール51に荷重f6を付与し、載荷用アクチュエータA13はレール51に荷重f7を付与している。この結果、荷重f5とf6とf7の重ね合わせとして荷重f8がレール51に付与される。
【0038】
図3(A)の状態の後、載荷用アクチュエータA13の荷重f7を増加させ、載荷用アクチュエータA12の荷重f6と載荷用アクチュエータA11の荷重f5を減少させるようにコントローラ4Aが各制御弁を制御すれば、重ね合わされた荷重f8のピーク(最大)値は、図の右側に移動する。このような制御により、実際の鉄道車両等の走行状態をより正確に再現することができる。
【0039】
すなわち、鉄道車両の車輪は鋼製であるが、レール上では弾性変形し、1点のみで接触するのではなく、微小な面でレールと接触する。このため、レール上での実際の荷重の移動は、上述したような挙動となるからである。
【0040】
また、上記以外の載荷方法も可能である。図3(B)は、ある時刻の瞬間の状態を示した図であり、載荷用アクチュエータA11はレール51に荷重f9を付与し、載荷用アクチュエータA14はレール51に荷重f10を付与している。図3(B)における載荷用アクチュエータA11のレール押圧点の位置は第1位置に相当し、図3(B)における載荷用アクチュエータA14のレール押圧点の位置は第2位置に相当している。また、第1位置と第2位置の間隔は第1間隔値に相当している。アクチュエータの配置間隔が等しくdであるとすれば、荷重f9と荷重f10との間隔は3dとなる。
【0041】
図3(B)の状態の後、コントローラ4Aは、載荷用アクチュエータA11の荷重を零に戻すとともに載荷用アクチュエータA12の荷重がf9となるように各制御弁を制御する。また、コントローラ4Aは、載荷用アクチュエータA14の荷重を零に戻すとともに載荷用アクチュエータA14の右隣の載荷用アクチュエータA15(図示せず)の荷重がf10となるように各制御弁を制御する。この場合の載荷用アクチュエータA12のレール押圧点の位置は第3位置に相当し、この場合の載荷用アクチュエータA15のレール押圧点の位置は第4位置に相当している。また、第3位置と第4位置の間隔は第1間隔値に相当している。
【0042】
このように制御すれば、荷重f9と荷重f10は、つねに3dの間隔を維持したまま、図の右側に移動する。この状態は、図3(B)に示すように、仮想的な車輪W1、W2が走行した状態と等価となる。このような制御により、実際の鉄道車両等の車軸や台車の配置状態の効果をより正確に再現することができる。
【0043】
上記した第1実施形態の移動荷重載荷装置101によれば、移動荷重を高速で移動させることができ、多数回の連続載荷を行うことが可能で、大型の被載荷部材や試験装置が不要である、という利点がある。
【0044】
(2)第2実施形態
次に、図4を参照しつつ、本発明の第2実施形態である移動荷重載荷装置の構成及び作用を説明する。
【0045】
図4に示す移動荷重載荷装置102は、軌道スラブ63とレール61及び62からなる線路の被載荷部材に移動荷重を付与する装置であり、図4は、線路の横断面を表した図である。図4に示すように、この移動荷重載荷装置102は、油圧源1Bと、配油管2Bと、制御弁V21等と、載荷用アクチュエータA21等と、反力受けフレーム3Bと、コントローラ4Bを備えて構成されている。
【0046】
図4は、横断面図であり、被載荷部材は、上方から見た形状が曲線状(例えば円弧曲線)となっている。図4に示す部分には、制御弁V21、V22、V23、V24からなる制御弁の組と、載荷用アクチュエータA21、A21、A23、…、A24からなる組が配置されている。
【0047】
これらのうち、載荷用アクチュエータA21は、曲線の外側(以下、「外軌側」という。)のレール61の上面に荷重を付与するように配置され、載荷用アクチュエータA22は、外軌側のレール61の側面に荷重を付与するように配置されている。また、載荷用アクチュエータA23は、曲線の内側(以下、「内軌側」という。)のレール62の上面に荷重を付与するように配置され、載荷用アクチュエータA24は、内軌側のレール62の側面に荷重を付与するように配置されている。
【0048】
このような構成により、載荷用アクチュエータA21及びA23は、鉄道車両の車輪からの荷重のうち垂直方向成分力に相当する力を、また載荷用アクチュエータA22及びA24は、鉄道車両の車輪からの荷重のうち水平方向成分力に相当する力を、それぞれレール61、62に付与することができるようになっている。ここに、載荷用アクチュエータA21は外軌側垂直載荷用アクチュエータに相当し、載荷用アクチュエータA22は外軌側水平載荷用アクチュエータに相当し、載荷用アクチュエータA23は内軌側垂直載荷用アクチュエータに相当し、載荷用アクチュエータA24は内軌側水平載荷用アクチュエータに相当している。
【0049】
また、曲線状の線路の進行方向に沿って、上記した制御弁の組がm組(m:2以上の自然数)と、載荷用アクチュエータの組がm組並べて配置されている。
【0050】
また、油圧源1Bと、配油管2Bと、制御弁V21等と、載荷用アクチュエータA21等と、反力受けフレーム3Bの構成は、第1実施形態の場合と同様である。第2実施形態の移動荷重載荷装置102が第1実施形態の移動荷重載荷装置101と異なる点は、コントローラ4Bにおける制御方法である。
【0051】
コントローラ4Bは、線路の曲線の曲率半径、レールの傾斜角度、列車の速度等に応じて計算される所定の荷重を、垂直方向の載荷用アクチュエータA21及びA23、水平方向の載荷用アクチュエータA22及びA24がレール61及び62に付与するように各制御弁を制御する。そして、m組の載荷用アクチュエータを線路方向に向かって順次切り替えながら作動させるように制御する。
【0052】
上記した第2実施形態の移動荷重載荷装置102によれば、第1実施形態と同様の利点に加え、移動荷重を曲線状の移動方向に沿って移動させることができる、という利点がある。
【0053】
(3)第3実施形態
次に、図5を参照しつつ、本発明の第3実施形態である移動荷重載荷装置の構成及び作用を説明する。
【0054】
図5に示す移動荷重載荷装置103は、第2実施形態の場合と同様な被載荷部材、すなわち線路の平面線形が曲線状をなす軌道スラブ63とレール61及び62からなる線路の被載荷部材に移動荷重を付与する装置であり、図5は、線路の横断面を表している。
【0055】
図5に示すように、この移動荷重載荷装置103は、載荷用アクチュエータA31等と、反力受けフレーム3Cと、コントローラ4Cと、支持フレーム5Cと、支持フレーム駆動機構6Cを備えて構成されている。また、図示はしていないが、この移動荷重載荷装置103は、第1、2実施形態の場合と同様の構成と作用を有する油圧源と、配油管と、制御弁を有し、これらは、載荷用アクチュエータA31、A32に接続されている。また、油圧源及び制御弁は、コントローラ4Cによって制御される。
【0056】
図5は、横断面図であり、被載荷部材は、上方から見た形状が曲線状(例えば円弧曲線)となっている。図5に示す部分には、載荷用アクチュエータA31、A32からなる組が配置されている。
【0057】
載荷用アクチュエータA31、A32は、レール61、62の上面に荷重を付与するように配置されている。ここに、載荷用アクチュエータA31は外軌側載荷用アクチュエータに相当し、載荷用アクチュエータA32は内軌側載荷用アクチュエータに相当している。
【0058】
また、曲線状の線路の進行方向に沿って、制御弁(図示せず)の組がk組(k:2以上の自然数)と、載荷用アクチュエータの組がk組と、並べて配置されている。
【0059】
この第3実施形態の移動荷重載荷装置103が上記した実施形態の移動荷重載荷装置と異なる点は、載荷用アクチュエータA31等の荷重を載荷する方向の角度が可変調整できる点にある。
【0060】
すなわち、支持フレーム5Cは、図5の紙面の手前から奥に向かう方向に配置される部材であり、凸面状の円筒曲面7Cを有している。また、反力フレーム3Cには、支持フレーム5Cの円筒曲面7Cよりもわずかに曲率半径の大きな凹面状の円筒曲面8Cが形成されており、支持フレーム5Cは、反力フレーム3Cの円筒曲面8Cに嵌合し、回転軸9Cの中心線のまわりに回転可能となっている。
【0061】
また、回転軸9Cは、反力フレーム3C又は支持床Gに固定された支点によって回転可能に支持されるとともに、支持フレーム駆動機構6Cによって回転駆動されるように構成されている。支持フレーム駆動機構6Cは、電動モータ等の駆動源(図示せず)と、歯車機構(図示せず)等を有しており、コントローラ4Cにより接続されており、支持フレーム5Cが反力フレーム3Cに対してなす角度は、コントローラ4Cによって制御されるように構成されている。
【0062】
このような構成により、コントローラ4Cは、線路の曲線の曲率半径、レールの傾斜角度、列車の速度等に応じて計算される所定の荷重を、載荷用アクチュエータA31及びA32がレール61及び62に付与するように各制御弁(図示せず)を制御する。そして、m組の載荷用アクチュエータを線路方向に向かって順次切り替えながら作動させるように制御する。
【0063】
上記した第3実施形態の移動荷重載荷装置103によれば、第2実施形態と同様の利点に加え、各レールへの載荷用アクチュエータについては、第2実施形態のように垂直方向載荷と水平方向載荷を行うのではなく、1方向の載荷用アクチュエータの載荷方向を変化させればよいため、載荷用アクチュエータの個数をより減少させることができ、載荷装置の構造をより簡素にすることができる、という利点がある。
【0064】
また、図5に示すように、支持床Gに、図5の紙面の手前から奥に向かう方向に沿って配置される部材である突条部10C及び11Cを設け、反力フレーム3Cの脚部に、突条部10Cに嵌合する溝状の嵌合溝部12Cと、突条部11Cに嵌合する溝状の嵌合溝13Cを設けることにより、反力フレーム3Cを、図5の紙面の手前から奥に向かう方向に摺動により移動させることができる。
【0065】
この場合、突条部10Cと嵌合溝部12Cは嵌合し、突条部11Cと嵌合溝部13Cは嵌合しているから、載荷用アクチュエータA31、A32の載荷による反力は支持床Gに確実に伝達される。
【0066】
上記各実施形態において、油圧源1Aと配油管2A、油圧源1Bと配油管2B、第3実施形態における図示しない油圧源と配油管は、駆動源に相当している。また、コントローラ4Aと各制御弁V11~V1n、コントローラ4Bと各制御弁V21~V24等、及びコントローラ4Cは、制御手段に相当している。
【0067】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0068】
例えば、上記した各実施形態では、載荷用アクチュエータA11等が、油圧源が発生する油圧により作動する機構である例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の原理により発生される力を利用する載荷手段、例えば、水圧や空気圧によりシリンダ-ピストン系に直線方向力を発生させる機構、電磁ソレノイドやリニアモータ等の電磁力により直線方向力を発生させる機構、電動モータ等の回転駆動源からの回転力を歯車等の公知の機械機構により直線方向力に変換する機構等であってもよい。
【0069】
た、本発明の移動荷重載荷装置は、上記実施形態で説明したもの以外の移動状態の荷重であっても再現可能である。例えば、移動体の加速状態、移動体の減速状態、移動体の移動時に発生する衝撃的な荷重、左右レールに付与する荷重の位相を変えることによる車両揺動効果の再現等である。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レールに移動方向に沿って移動する荷重を付与することができ、移動荷重を高速で移動させることができ、多数回の連続載荷を行うことが可能で、大型の被載荷部材や試験装置が不要である、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態である移動荷重載荷装置の構成を示す図である。
【図2】本発明の第1実施形態である移動荷重載荷装置の作用を説明する図(1)である。
【図3】本発明の第1実施形態である移動荷重載荷装置の作用を説明する図(2)である。
【図4】本発明の第2実施形態である移動荷重載荷装置の構成を示す図である。
【図5】本発明の第3実施形態である移動荷重載荷装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1A、1B 油圧源(駆動源)
2A、2B 配油管(駆動源)
3A~3C 反力受けフレーム
4A~4C コントローラ(制御手段)
5C 支持フレー
6C 支持フレーム駆動機
7C、8C 円筒曲面
9C 回転軸
10C、11C 突条部
12C、13C 嵌合溝部
51 レー
52 まくら
53 道床砕
61、62 レー
63 軌道スラ
101~103 移動荷重載荷装置
A11~A1n、A21~A24、A31、A32 載荷用アクチュエー
C11 シリンダ部
G 支持床
P11 ピストン部
V11~1n、V21~V24 制御弁(制御手段)
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4