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摩擦力測定装置

国内特許コード P07A011673
整理番号 /NO30694
掲載日 2007年11月22日
出願番号 特願2001-247798
公開番号 特開2003-057135
登録番号 特許第3848857号
出願日 平成13年8月17日(2001.8.17)
公開日 平成15年2月26日(2003.2.26)
登録日 平成18年9月1日(2006.9.1)
発明者
  • 前橋 栄一
  • 西山 幸夫
  • 伴 巧
出願人
  • 公益財団法人鉄道総合技術研究所
発明の名称 摩擦力測定装置
発明の概要 【課題】 車輪やレールの摩擦力測定を簡単に行うことができる摩擦力測定装置を提供する。
【解決手段】 ローラー支持部110を取付部材350で車輪Cに取り付け、次いで押し付け機構140及び自重キャンセル機構150を操作してローラー112を車輪踏面C´に押し付け、ローラー112の押圧力を設定する。そして、ローラー駆動部200でローラー112を回転させながら、車輪踏面C´とローラー112との間に働く摩擦力をロードセル201で測定する。角度可変機構310を適宜調整することにより、車輪Cの様々な位置に、ローラー112を様々な姿勢で取り付けることができる。ローラー112の位置が変わっても、押し付け機構140及び自重キャンセル機構150を操作して、ローラー112にかかる押し付け力が踏面C´にほぼ垂直にかかるように調整できる。
従来技術、競合技術の概要


従来より、鉄道のレール頭頂面の摩擦係数を測定する機器として、トリボメータが知られている。このトリボメータは、レール頭頂面の静摩擦係数及び動摩擦係数を、現場において簡単に測定することができる機器であって、現在広く使用されている。



図11は、トリボメータを組み込んだレール摩擦力測定装置の一例を示す図である。
図11に示すように、摩擦力測定装置のトリボメータ1は、鋼製ブロックからなる本体3を備えている。この本体3の下面には、鋼球5が固定されている。この鋼球5は、直径10mmであって、レールRの長手方向に沿って2個(あるいは3個)固定されている。これらの鋼球5の下端は、トリボメータ1をレールR上に設置した際に、レールR頭頂面に接する。トリボメータ1を設置した際の、鋼球5のレールR頭頂面への接触圧は、実際の鉄道車両の車輪とレール間の接触圧とほぼ等しく設計されている。



トリボメータ1の外側には、枠11が取り付けられている。この枠11には、走行輪13と案内輪15が回転可能に取り付けられている。走行輪13は、トリボメータ1を挟んで前後に2輪設けられている。これら走行輪13は、移動用の車輪である。案内輪15は、トリボメータ1の側部両側に2輪ずつ、計4輪設けられている(図11には片側の2輪のみ示されている)。各案内輪15は、枠11から垂下した軸16の下端に取り付けられている。各案内輪15は、外周面がレールRの頭頂部の側面に接するよう、横向きに配置されている。設置状態において、各案内輪15はレールR頭頂部の側面を挟んだ状態で配置され、外周面がレールRの頭頂部の側面に接触しつつ転動する。



枠11の前部(図11の左側)には、ロードセル21及びてこ23が取り付けられている。ロードセル21には、ケーブルを介して動歪み測定器25及び記録計(ペンレコーダ)27が接続されている。トリボメータ1がレールRの頭頂面上を移動する際に発生する摩擦力は、てこ23を介してロードセル21を圧縮する力に変換され、この力が動歪み測定器25で測定されて記録計27に記録される。さらに、枠11の前端部には、紐31が接続されている。この紐31の基端側は、巻取器33に巻き取られる。枠11と巻取器33は、紐31を介して接続されている。巻取器33で紐31を巻き取ると、紐31に引かれた枠11及びトリボメータ1が、レールRの長手方向に沿って移動する。



このような摩擦力測定装置において、力の伝達系(巻取器33、紐31、枠11)の途中に適当なばね定数のばねを挿入すると、トリボメータ1がレールR頭頂面上でいわゆるスティック・スリップ運動を起こす。このようにした場合は、レールRの静摩擦係数を得ることができる。あるいは、ばねを挿入せず、力の伝達系をほぼ剛体にした場合は、レールRの動摩擦係数を得ることができる。



次に、上記の摩擦力測定装置の使用方法について説明する。
まず、図11に示すように、トリボメータ1及び巻取器33をレールR頭頂部に設置する。設置状態においては、トリボメータ1は鋼球5を介してレールR頭頂面に接する。また、案内輪15の外周面は、レールR頭頂部の側面に接する。一方、巻取器33は、紐31をある程度引き出した状態で、トリボメータ1の前方(図11の左側)に設置される。



設置終了後、摩擦力を測定する際には、巻取器33を巻いて紐31を巻き取り、枠11を引っ張ってトリボメータ1を移動させる。この移動時には、案内輪15がレールR頭頂部の側面を転動して、トリボメータ1がレールRから外れないようガイドする。トリボメータ1の移動速度を調整するには、巻取器33の紐巻き上げ速度を適宜調整する。
そして、レールRの静摩擦係数を測定する場合は、巻取器33の作動後にトリボメータ1が動き出す直前の最大摩擦係数を読み取り、それらの平均値を記録計27に表示する。あるいは、レールRの動摩擦係数を測定する場合は、トリボメータ1の移動に伴い変動する摩擦係数の平均値を求め、それをチャート上に表示する。

産業上の利用分野


本発明は、鉄道車輪やレールの摩擦力測定に適した摩擦力測定装置に関する。特には、現場において、車輪の踏面やレールの表面の摩擦力測定を行うことができる摩擦力測定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
被測定物の表面に接して滑りながら回転するスリップローラーと、
該ローラーの回転駆動機構と、
該ローラーを前記被測定物の表面に押し付ける押し付け機構と、
該押し付け機構から前記スリップローラーにかかる押し付け力が前記被測定物の表面にほぼ垂直にかかるように、該押し付け機構及びスリップローラーの姿勢を調整可能な保持機構と、
前記被測定物の表面に対する前記スリップローラーの法線方向の押圧力を設定する押圧力設定機構と、
前記被測定物の表面と前記スリップローラーとの間に働く摩擦力を測る摩擦力計と、
を具備し、
前記回転駆動機構が、
前記スリップローラーの回転軸に巻かれた紐と、
前記スリップローラーの回転軸の横に配置された、該軸に巻かれた紐が横に延び出て巻回されたプーリーと、
前記紐の端部(反スリップローラー側端部)に連結された、該紐の張力を検知するテンションセンサと、
該テンションセンサを移動させて、前記紐を前記スリップローラーの回転軸から巻き出す紐引き機構と、
を有することを特徴とする摩擦力測定装置。

【請求項2】
前記紐引き機構が、前記テンションセンサを移動するための駆動力を発するモーターを有することを特徴とする請求項記載の摩擦力測定装置。

【請求項3】
被測定物の表面に接して滑りながら回転するスリップローラーと、
該ローラーの回転駆動機構と、
該ローラーを前記被測定物の表面に押し付ける押し付け機構と、
該押し付け機構から前記スリップローラーにかかる押し付け力が前記被測定物の表面にほぼ垂直にかかるように、該押し付け機構及びスリップローラーの姿勢を調整可能な保持機構と、
前記被測定物の表面に対する前記スリップローラーの法線方向の押圧力を設定する押圧力設定機構と、
前記被測定物の表面と前記スリップローラーとの間に働く摩擦力を測る摩擦力計と、
前記スリップローラー及び押し付け機構の自重が前記被測定物の表面にかからないようにする自重キャンセル機構と、
を具備し、
前記押し付け機構及び自重キャンセル機構として、
前記スリップローラーが軸支されたスライドブロックと、
該スライドブロックを上下にスライド可能に支持する支持ブロックと、
これらスライドブロックと支持ブロックとの間に配置された、該支持ブロックに対して該スライドブロックを支える弾性部材と、
を具備することを特徴とする摩擦力測定装置。

【請求項4】
前記スライドブロックと支持ブロックとの間に、該支持ブロックに対する前記スリップローラーの回転方向を変える回転方向可変手段が設けられていることを特徴とする請求項記載の摩擦力測定装置。

【請求項5】
被測定物の表面に接して滑りながら回転するスリップローラーと、
該ローラーの回転駆動機構と、
該ローラーを前記被測定物の表面に押し付ける押し付け機構と、
該押し付け機構から前記スリップローラーにかかる押し付け力が前記被測定物の表面にほぼ垂直にかかるように、該押し付け機構及びスリップローラーの姿勢を調整可能な保持機構と、
前記被測定物の表面に対する前記スリップローラーの法線方向の押圧力を設定する押圧力設定機構と、
前記被測定物の表面と前記スリップローラーとの間に働く摩擦力を測る摩擦力計と、
を具備し、
前記保持機構が、
前記押し付け機構及びスリップローラーが取り付けられた基体と、
該基体を前記被測定物に取り付ける取付部材と、
該取付部材と前記基体との間に配置された、該基体を前記被測定物の表面に対して任意の角度傾けた状態で支持する角度可変機構と、
該基体を前記被測定物の表面の所定位置に移動させる位置可変機構と、
を具備することを特徴とする摩擦力測定装置。

【請求項6】
前記取付部材が、
鉄道車輪のフランジ側側面に吸着する磁石を有する吸着部材と、
該吸着部材に接続された、鉄道車輪の踏面を跨いで逆フランジ側側面に係合する係合部材と、を備え、
前記角度可変機構が、
前記取付部材に対して前記基体を位置決めする位置決め部材と、
前記基体の回転角度を規定する角度規定部材と、を備え、
前記位置可変機構が、
前記取付部材に支持されて鉄道車輪の厚さ方向に沿って配置されるとともに、前記角度可変機構の位置決め部材が摺動可能に係合したガイド部材と、
該ガイド部材に対して前記角度可変機構の位置決め部材を固定する固定部材と、
を備えることを特徴とする請求項記載の摩擦力測定装置。

【請求項7】
前記取付部材が、
鉄道レールの頭頂部に係合する係合部材と、
該係合部材を鉄道レールの頭頂部に固定する固定部材と、を備え、
前記角度可変機構が、
前記取付部材に対して前記基体を位置決めする位置決め部材と、
前記基体の回転角度を規定する角度規定部材と、を備え、
前記位置可変機構が、
前記取付部材に支持されて鉄道レールの断面方向に沿って配置されるとともに、前記角度可変機構の位置決め部材が摺動可能に係合したガイド部材と、
を備えることを特徴とする請求項記載の摩擦力測定装置。

【請求項8】
前記押し付け機構の実際の押し付け力をモニタするモニタ機構をさらに具備することを特徴とする請求項1~いずれか1項記載の摩擦力測定装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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