落錘試験装置及び衝突ばねの算出方法
【課題】車輪を対象物に衝突させたときの変位を正確に計測することが可能な落錘試験装置を提供する。
【解決手段】車輪が横まくらぎ７１に衝突したときの変形を計測するための落錘試験装置１である。そして、上方から横まくらぎに向けて落下させる重錘２と、重錘の下面に設けられる車輪を模擬した車輪型接触子３と、車輪型接触子から水平方向に延伸される複数のターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・と、時刻とともにターゲット板の変位をそれぞれ計測する変位計５，・・・と、時刻とともに重錘の加速度を計測する加速度計６とを備えている。
【解決手段】車輪が横まくらぎ７１に衝突したときの変形を計測するための落錘試験装置１である。そして、上方から横まくらぎに向けて落下させる重錘２と、重錘の下面に設けられる車輪を模擬した車輪型接触子３と、車輪型接触子から水平方向に延伸される複数のターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・と、時刻とともにターゲット板の変位をそれぞれ計測する変位計５，・・・と、時刻とともに重錘の加速度を計測する加速度計６とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪が対象物に衝突したときの変形やそのときの衝突ばねの大きさなどを知るための試験に使用される落錘試験装置、及びその装置を使用した試験結果に基づいた衝突ばねの算出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、重錘を対象物に落下させたり、対象物を上方から床面に落下させたりすることで、対象物の変形や強度を試験する装置が知られている（特許文献１、２など参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１には、自動車などの大型の対象物の衝突試験に使用される落下試験装置が開示されている。この落下試験装置は、重錘を吊り上げる支柱の高さを抑えるために、重錘を自由落下させるだけではなく、加速装置によって重錘を加速して落下させる構成となっている。
【０００４】
一方、特許文献２には、対象物を床面に向けて落下させる落下試験装置が開示されている。この落下試験装置では、落下中に対象物が回転しないように、対象物の落下中の姿勢角度が固定できる構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０７７９０号公報
【特許文献２】特開２００５−３０９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、列車が高速で走行中に大地震が起きると、列車を構成する車両の車輪がレールから外れて、横まくらぎ上を走行する可能性があることが知られている。
【０００７】
そして、脱線によって車両の車輪が横まくらぎに衝突すると衝撃力が発生し、その衝撃力によって車両が持ち上がることになる。そこで、衝撃力の大きさと車両の跳ね上がり量との関係を解析によって確認しておくことが望まれるが、その解析において、車輪と横まくらぎとの衝突ばねをどのような値に設定するかが重要になる。
【０００８】
他方、車輪のような曲面を衝突させる場合は、平面に平面を衝突させる従来の落下試験装置とは異なり、対象物に重錘が衝突している間に重錘が傾いて正確な変位が計測できないおそれがある。また、衝突中に発生する変位は、重錘の落下開始からの全変位に比べて非常に小さく、双方の変位を正確に計測することは難しい。
【０００９】
そこで、本発明は、車輪を対象物に衝突させたときの変位を正確に計測することが可能な落錘試験装置、及び車輪と対象物とが衝突したときの衝突ばねの算出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の落錘試験装置は、車輪が対象物に衝突したときの変形を計測するための落錘試験装置であって、上方から前記対象物に向けて落下させる重錘と、前記重錘の下面に設けられる前記車輪を模擬した車輪型接触子と、前記車輪型接触子又は前記重錘から水平方向に延伸される複数のターゲット面と、時刻とともに前記ターゲット面の変位をそれぞれ計測する変位計と、時刻とともに前記重錘の加速度を計測する加速度計とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記ターゲット面は、対向する位置に対になって取り付けられることが好ましい。また、前記ターゲット面は、前記車輪型接触子の車軸方向の両側と、車軸直交方向の両側とに取り付けられる構成とすることもできる。
【００１２】
さらに、本発明の衝突ばねの算出方法は、上記の落錘試験装置を使った衝突ばねの算出方法であって、前記変位計及び前記加速度計による計測をおこないながら前記重錘の前記車輪型接触子を前記対象物に衝突させる工程と、前記変位計によって計測された複数のターゲット面の変位から平均変位を算出する工程と、前記加速度計によって計測された加速度に基づいて衝突開始時刻を決定し、その衝突開始時刻の平均変位を基準にして衝突中の食込み量を算出する工程と、前記加速度から算出される衝撃力と前記食込み量との関係から衝突ばねを算出する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記対象物の塑性変形量を求める工程と、前記食込み量から前記塑性変形量を差し引いた弾性変形量を求める工程とを備えた構成とすることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
このように構成された本発明の落錘試験装置は、重錘の下面に車輪を模擬した車輪型接触子が設けられている。また、車輪型接触子又は重錘から複数のターゲット面が水平方向に延伸されており、それらの変位が変位計によって計測される。さらに、重錘には加速度計が取り付けられている。
【００１５】
このため、車輪型接触子が対象物に傾いて衝突したとしても、複数のターゲット面で変位を計測することで傾きによる影響を取り除くことができる。また、加速度計の計測結果から衝突開始時刻を判定させることによって、局所的な変位を計測可能な感度の高い変位計を使用して、車輪を対象物に衝突させたときの変位を正確に計測することができる。
【００１６】
また、対となるターゲット面を対向する位置に取り付けることで、想定される一方向の傾きについては容易に取り除くことができる。さらに、車輪型接触子の車軸方向の両側と車軸直交方向の両側にターゲット面を設けることで、車輪型接触子の衝突時の様々な方向の傾きの影響をほとんど取り除くことができる。
【００１７】
また、上記した落錘試験装置を使って速度のある衝撃力と食込み量との関係を把握することができれば、走行する車輪が対象物に衝突しているときの動的な衝突ばねを算出することができる。
【００１８】
さらに、対象物の塑性変形量を計測して食込み量から差し引くことによって、衝突時に発生する最大の弾性変形量を算出することができ、実際に起きる現象に合った衝撃力が算出されるような的確な衝突ばねを設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態の落錘試験装置の構成を説明する斜視図である。
【図２】バラスト上に並べられた横まくらぎ上にレールを敷設する鉄道の軌道の構成を説明する斜視図である。
【図３】落錘試験装置の重錘及び車輪型接触子の構成を説明する正面図である。
【図４】落錘試験装置の重錘及び車輪型接触子の構成を説明する側面図である。
【図５】ターゲット板の取り付け位置を説明する平面図である。
【図６】落錘試験装置の計測結果を使った衝突ばねの算出方法を説明する図である。
【図７】衝撃力と食込み量との関係を示した図である。
【図８】脱線後に横まくらぎ上を車輪が走行するときの鉛直挙動を示した図と、そのときに車輪と横まくらぎ間に発生する接触力を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１，３，４，５は、本実施の形態の落錘試験装置１の構成を説明する図である。また、この落錘試験装置１の試験結果を使って衝突ばねを算出する目的を、図２を例にして説明する。
【００２１】
この図２は、横まくらぎ７１が配置される鉄道の軌道７を説明する斜視図である。この軌道７は、図２に示すように例えば鉄筋コンクリート製の道床コンクリート７３上に設けられる。この道床コンクリート７３の上には、バラスト７５が敷き詰められており、その上に軌道７の延伸方向に略直交する方向に向けて横まくらぎ７１が配置される。
【００２２】
この横まくらぎ７１は、例えばプレストレストコンクリートによって成形され、軌道７の延伸方向に一定の間隔を置いて平行に並べられる。また、その上には、レール７２，７２と、それと並行する逸脱防止ガード７４，７４とが敷設される。
【００２３】
続いて、高速走行中の車両の車輪がレール７２から外れた場合（脱線した場合）にどのような状態になるかをシミュレーションする解析について説明する。
【００２４】
図８は、時速270 kmで走行中の列車の車両の車輪が脱線した状態をシミュレーションした解析結果を示した図である。ここで、「まくらぎ走行ケース」とは脱線後に車輪が横まくらぎ７１，・・・上を走行するケースであり、「平坦面走行ケース」とは脱線後に車輪が平坦なコンクリート面上を走行するケースである。
【００２５】
このようなシミュレーションをおこなうにあたって、車輪と横まくらぎ７１（又はコンクリート面）とが接触するときの衝突ばねの値を設定する必要がある。すなわち、図８の下図に示した車輪の鉛直変位は、設定された衝突ばねの大きさによって変化する。このため、実際に起きる現象を忠実に再現するためには、衝突ばねの値、特に衝突時の速度によって変化するような動的な衝突ばねの値を的確に設定する必要がある。
【００２６】
そこで、本実施の形態の落錘試験装置１を使って、走行中の車輪が対象物としての横まくらぎ７１に衝突する状況を模擬した試験をおこない、その試験結果を使って動的な衝突ばねを求める。
【００２７】
この落錘試験装置１は、図１に示すように、上方から横まくらぎ７１の上面に向けて落下させる重錘２と、重錘２の下面に設けられる車輪型接触子３と、車輪型接触子から水平方向に延伸される複数のターゲット面としてのターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・と、ターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・の変位をそれぞれ計測する変位計５，・・・と、重錘２の加速度を計測する加速度計６とを主に備えている。
【００２８】
この重錘２は、図１，３−５に示すように、例えば鋼鉄などの磁性体によって円柱状に成形された錘である。この重錘２は、その上面に取り付けられる電磁石２１を介して所定の高さまで持ち上げられる。
【００２９】
この電磁石２１は、巻上げ器（図示省略）に繋がる吊りワイヤ２１ａによって任意の高さに吊り上げることできる。また、電磁石２１は、電源ケーブル２１ｂに接続されており、任意のタイミングで通電と遮断をして磁力の有無を切り替えることができる。
【００３０】
そして、所定の高さまで電磁石２１に吸着されて持ち上げられた重錘２は、通電を遮断することによって電磁石２１から切り離され、ガイドレール１１に沿って自由落下して横まくらぎ７１の上面に衝突することになる。この重錘２を持ち上げる高さを変えることによって、衝突時の速度を変化させることができる。
【００３１】
また、重錘２の内部には、時刻と加速度を計測する加速度計６が埋設されている。この加速度計６は、計測ケーブル（図示省略）によって重錘２の自由落下の支障とならない状態で外部の計測装置（図示省略）に接続されており、計測結果は逐次、計測装置に記録される。
【００３２】
さらに、重錘２の周面の対向する位置には、ガイドレール１１，１１に沿って移動させるための係合部２２，２２が設けられる。この係合部２２は、図３−５に示すように、重錘２の周面に裏面を当接させる板状のベース部２２ｂと、ベース部２２ｂの表面に直交して並行に突出される並行刃部２２ｃと、ベース部２２ｂを重錘２に固定させるボルト２２ａ，・・・とを備えている。
【００３３】
この並行刃部２２ｃは、一対の帯状板材をガイドレール１１の厚みより大きな間隔で配置することによって形成される。この並行刃部２２ｃの間隔がガイドレール１１の厚みに近いほど、重錘２はガイドレール１１に沿って真っ直ぐ落下することができるが、ガイドレール１１と並行刃部２２ｃとの接触が抵抗になるため落下速度及び衝撃力を低減させるおそれがある。このため、ガイドレール１１と並行刃部２２ｃとの間には、ある程度の離間を設ける。
【００３４】
また、車輪型接触子３は、車両の車輪を模擬して成形される。すなわち、図３に示すように車輪型接触子３の本体部３２の下方に設けられる車輪部３１は、車輪の下部のように円弧状に成形される。また、図４に示すように、車輪部３１の幅は、車輪の幅及び曲面を模擬して成形される。
【００３５】
このような車輪型接触子３は、図５に示すように、横まくらぎ７１の長手方向が車軸方向３Ｂと一致するように重錘２に取り付けられる。そして、車軸方向３Ｂに直交する車軸直交方向３Ａの重錘２の周面に係合部２２，２２が取り付けられる。すなわち、ガイドレール１１，１１は、車軸直交方向３Ａに横まくらぎ７１を挟んで立てられる。
【００３６】
そして、車輪型接触子３の鉛直方向の変位を計測するためのターゲット板４Ａ，４Ｂが、図３，４に示すように重錘２の下面に取り付けられる。ここで、図５に示すように、車軸直交方向３Ａの車輪型接触子３を挟んだ対向する位置に取り付けられるのがターゲット板４Ａ，４Ａとなり、車軸方向３Ｂの車輪型接触子３を挟んだ対向する位置に取り付けられるのがターゲット板４Ｂ，４Ｂとなる。
【００３７】
この車軸直交方向３Ａのターゲット板４Ａ，４Ａは、係合部２２，２２との干渉を避けるために中心（図５の一点鎖線３Ａ）から少しずらした位置に取り付けられる。
【００３８】
本実施の形態では、十字になるようにターゲット板４Ａ，４Ａ，４Ｂ，４Ｂを取り付け、主に車軸直交方向３Ａと車軸方向３Ｂの傾きの影響を取り除けるようにした。
【００３９】
すなわち、ガイドレール１１と並行刃部２２ｃとの間には接触による抵抗を低減するための隙間が確保されているので、重錘２及び車輪型接触子３は、吊り上げ時、落下時、横まくらぎ７１との衝突時に傾くおそれがある。
【００４０】
そして、車輪型接触子３は、車輪部３１が円弧状に成形されているため、横まくらぎ７１に衝突すると車軸直交方向３Ａに傾き易い。また、車輪型接触子３は、車輪幅を模擬しているため幅が狭く、横まくらぎ７１に衝突すると車軸方向３Ｂにも傾き易い。このため、車軸直交方向３Ａ（及び車軸方向３Ｂ）の車輪型接触子３を挟んだ対向する位置にターゲット板４Ａ，４Ａ（４Ｂ，４Ｂ）をそれぞれ配置して、傾きの影響を取り除けるようにする。
【００４１】
また、ターゲット板４Ａ，４Ｂは、重錘２の落下時及び横まくらぎ７１との衝突中に撓まない程度の剛性を備えた板材である。さらに、ターゲット板４Ａ，４Ｂの下面は、変位計５の計測基準面となるため、使用する変位計５の特性に合わせた面に形成される。
【００４２】
この変位計５は、時刻とともにターゲット板４Ａ，４Ｂの鉛直方向の変位をそれぞれ計測する計測器である。この変位計５は、計測ケーブル（図示省略）によって計測装置（図示省略）に接続されており、計測結果は逐次、計測装置に記録される。
【００４３】
このような変位計５には、渦電流変位計、レーザー変位計などが使用できる。ここで、重錘２を横まくらぎ７１に落下させた際の衝突は、数msec（1/1000秒程度）で終了するため、計測間隔が短い高サンプリングの計測が可能な変位計５を使用する必要がある。
【００４４】
渦電流変位計は、高周波磁界を利用した変位計である。すなわち、変位計５の内部のコイルに高周波電流を流して高周波磁界を発生させると、電磁誘導作用によって磁界内にあるターゲット板４Ａ，４Ｂの表面に磁束の通過と直交する方向の渦電流が流れることになる。この結果、コイルのインピーダンスが変化することになり、この発振状態の変化によって距離を計測することができる。
【００４５】
このような渦電流変位計は、計測間隔が短い高サンプリングの計測が可能である。但し、計測レンジ（計測可能範囲）が大きくても数mm程度であるため、車輪と横まくらぎ７１が直接、衝突するような食込み量が小さい（衝突速度が小さい）場合に適用することができる。
【００４６】
他方、横まくらぎ７１の表面に緩衝材などが設置されていたり、衝突速度が大きくなったりして、車輪が衝突した後の変位が大きくなる場合がある。このような場合には、高サンプリングのレーザー変位計を変位計５として使用することができる。
【００４７】
レーザー変位計は、ターゲット板４Ａ，４Ｂを反射面に利用した変位計である。このレーザー変位計は、高サンプリングのものであっても渦電流変位計ほどは高サンプリングで計測することはできないが、計測レンジを数cm程度にできるため、衝突速度が大きい場合や緩衝材が介在される場合などの食込み量が大きくなる場合にも適用することができる。
【００４８】
次に、本実施の形態の落錘試験装置１を使って試験をおこなった結果から衝突ばねを算出する方法について説明する。
【００４９】
まず、図１に示すように、落錘試験装置１のガイドレール１１，１１間に横まくらぎ７１を設置する。この際、横まくらぎ７１の長手方向とガイドレール１１，１１間方向とを直交させる。
【００５０】
続いて、ガイドレール１１，１１に重錘２の係合部２２，２２を嵌めて、重錘２を横まくらぎ７１上に配置する。なお、重錘２を先に設置して、その係合部２２，２２の位置に合わせてガイドレール１１，１１を立てても良い。
【００５１】
また、ターゲット板４Ａ，４Ａ，４Ｂ，４Ｂの真下にはそれぞれ変位計５，・・・を設置する。この変位計５は、ターゲット板４Ａ（４Ｂ）の真下に向けて張り出されたアーム上に設置する。
【００５２】
さらに、重錘２の上面に電磁石２１を吸着させて巻上げ器（図示省略）によって吊りワイヤ２１ａを巻き上げて、ガイドレール１１，１１に沿って重錘２を設定した高さまで持ち上げる。そして、電磁石２１の通電を遮断して磁力を消滅させ、重錘２を横まくらぎ７１の上面に向けて自由落下させる。
【００５３】
このようにして自由落下し始めた重錘２は、ガイドレール１１，１１と係合部２２，２２との関係で制御できる範囲で平面位置と姿勢が保たれた状態で落下する。
【００５４】
また、この落下中は、変位計５と加速度計６の計測が常時、おこなわれ、それらの計測値は計測装置に記録される。ここで、すべての変位計５，・・・と加速度計６の時間は同期されており、計測開始時間は同じになる。
【００５５】
図６に示した変位Ｕ１，・・・，Ｕ４のグラフは、ターゲット板４Ａ，４Ａ，４Ｂ，４Ｂの変位の計測結果である。重錘２を落下させた当初は、変位計５，・・・の計測レンジ外にターゲット板４Ａ，４Ａ，４Ｂ，４Ｂが位置しているため変位が計測されないが、車輪型接触子３が横まくらぎ７１に衝突するほど近づくと、計測が開始され、時刻とそのときの変位Ｕ１，・・・，Ｕ４が記録される。
【００５６】
一方、図６の最下段に示した加速度αのグラフは、重錘２の加速度の計測結果である。重錘２の加速度αは、自由落下している最中は一定の重力加速度のみであり、初期値を重力加速度の大きさに設定しておけば、加速度αは０のままである。そして、車輪型接触子３が横まくらぎ７１に衝突すると、重力加速度とは逆向きの加速度αが急激に発生することになる。
【００５７】
このように落錘試験装置１による試験結果としては、４つのターゲット板４Ａ，４Ａ，４Ｂ，４Ｂの変位Ｕ１，・・・，Ｕ４と時間との関係、及び重錘２の加速度αと時間との関係が得られる。
【００５８】
そこで、まず、４つの変位Ｕ１，・・・，Ｕ４から傾きの影響を取り除いた平均変位ＵＡを算出する。本実施の形態では、単純に４つの変位Ｕ１，・・・，Ｕ４を足して４で割った相加平均を平均変位ＵＡとして算出するが、計測位置によって重み付けをした加重平均などを平均変位ＵＡとすることもできる。
【００５９】
一方、加速度計６の計測結果から、加速度αが正の値を示した時刻を衝突開始時刻ＴＳとし、加速度αが０に戻った時刻を衝突終了時刻ＴＥとして読み取る。ここで、加速度計６の計測開始時刻と変位計５，・・・の計測開始時刻は同じに設定されているので、衝突開始時刻ＴＳの平均変位ＵＡが衝突開始時の変位となり、それを基準にした相対的な変位差が食込み量Ｖとなる。
【００６０】
また、加速度計６によって計測された加速度αと、重錘２を主とする落下物の質量との積から衝撃力Ｆを求めることができる。図７は、衝撃力Ｆと食込み量Ｖとの関係を示した図である。
【００６１】
このように衝撃力Ｆと食込み量Ｖとの関係を求めることができれば、衝撃力Ｆを食込み量Ｖで割ることによって衝突ばねの値を算出することができる。また、この衝突ばねの値は、自由落下によって生じた速度がある状態での衝撃力Ｆに対する値であるため、動的な衝突ばねの値が算出されているといえる。
【００６２】
また、落錘試験後に横まくらぎ７１の陥没深さをノギスなどで計測すると、衝突によって生じる塑性変形量ＶＰを求めることができる。そして、図７に示すように最大の食込み量Ｖmaxから塑性変形量ＶＰを差し引くことによって最大の弾性変形量ＶＥを求めることができる。
【００６３】
すなわち、図７に示すように、衝撃力Ｆの載荷時の経路Ｌ１と除荷時の経路Ｌ２とは異なっており、塑性変形量ＶＰを計測することによって、載荷時と除荷時とで異なる大きさの衝突ばねの値を設定することができる。
【００６４】
次に、本実施の形態の落錘試験装置１、及び衝突ばねの算出方法の作用について説明する。
【００６５】
このように構成された本実施の形態の落錘試験装置１は、重錘２の下面に車輪を模擬した車輪型接触子３が設けられている。また、車輪型接触子３から複数のターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・が水平方向に延伸されており、それらの変位が変位計５，・・・によって計測される。さらに、重錘２には加速度計６が取り付けられている。
【００６６】
このため、車輪型接触子３が横まくらぎ７１に傾いて衝突したとしても、複数のターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・で変位を計測することで傾きによる影響を取り除くことができる。
【００６７】
また、加速度計６の計測結果から衝突開始時刻ＴＳを判定させることによって、局所的な変位を計測可能な感度の高い変位計５を使用して、車輪を横まくらぎ７１に衝突させたときの変位を正確に計測することができる。すなわち、感度が高い変位計５は、計測レンジが数mmから数cmと狭いため、重錘２の落下開始から衝突までのすべてを計測することができないが、加速度計６によって衝突開始時刻ＴＳが判定できるのであれば、重錘２の落下開始からの変位を計測する必要がなく、高感度の変位計５によって衝突時の変位のみを計測すればよい。
【００６８】
さらに、対となるターゲット板４Ａ，４Ａ（４Ｂ，４Ｂ）を対向する位置に取り付けることで、想定される一方向の傾きについては容易に取り除くことができる。また、車輪型接触子３の車軸方向３Ｂの両側と車軸直交方向３Ａの両側にターゲット板４Ａ，４Ａ，４Ｂ，４Ｂを設けることで、車輪型接触子３の衝突時の様々な方向の傾きの影響をほとんど取り除くことができる。
【００６９】
さらに、落錘試験装置１を使って速度のある衝撃力Ｆと食込み量Ｖとの関係を把握することができれば、走行する車輪が横まくらぎ７１などの対象物に衝突しているときの動的な衝突ばねを算出することができる。
【００７０】
また、変位計５による計測終了後に横まくらぎ７１の塑性変形量ＶＰを計測して食込み量Ｖから差し引くことによって、衝突時に発生する最大の弾性変形量ＶＥを算出することができる。
【００７１】
このように衝突時に発生する最大の弾性変形量ＶＥが算出できれば、除荷時の衝突ばねの値を的確に設定することができる。すなわち、塑性変形量ＶＰが計測されていない場合は、除荷時の変形量が最大の食込み量Ｖmaxとなって過大に設定されるため、正確に衝撃力を求めることができないおそれがあるが、除荷時の衝突ばねの値を的確に設定することによって、実際に起きる現象に合った衝撃力を算出することができるようになる。
【００７２】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００７３】
例えば、前記実施の形態では、対象物として横まくらぎ７１について説明したが、これに限定されるものではなく、落錘試験装置１を使用して横まくらぎ７１以外の対象物に車輪が衝突したときの衝突ばねを求めることもできる。
【００７４】
また、前記実施の形態では、車輪型接触子３の側方からターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・が延伸される構成について説明したが、これに限定されるものではなく、重錘２の上面又は周面から水平方向にターゲット面が延伸される構成であってもよい。
【００７５】
さらに、前記実施の形態では、ターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・を十字配置になるように４箇所に取り付けたが、これに限定されるものではなく、一方向の傾きの影響のみを取り除けば良い場合はいずれか一対のターゲット板４Ａ，４Ａ（４Ｂ，４Ｂ）のみの配置でもよい。また、３対以上のターゲット面を設けることもできる。
【００７６】
また、前記実施の形態では、重錘２を自由落下させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、加速装置によって重錘２を加速させて落下させることもできる。
【符号の説明】
【００７７】
１ 落錘試験装置
２ 重錘
３ 車輪型接触子
３１ 車輪部
３Ａ 車軸直交方向
３Ｂ 車軸方向
４Ａ，４Ｂ ターゲット板（ターゲット面）
５ 変位計
６ 加速度計
Ｆ 衝撃力
ＴＳ 衝突開始時刻
Ｕ１，・・，Ｕ４ 変位
ＵＡ 平均変位
Ｖ 食込み量
ＶＥ 弾性変形量
ＶＰ 塑性変形量
α 加速度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪が対象物に衝突したときの変形やそのときの衝突ばねの大きさなどを知るための試験に使用される落錘試験装置、及びその装置を使用した試験結果に基づいた衝突ばねの算出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、重錘を対象物に落下させたり、対象物を上方から床面に落下させたりすることで、対象物の変形や強度を試験する装置が知られている（特許文献１、２など参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１には、自動車などの大型の対象物の衝突試験に使用される落下試験装置が開示されている。この落下試験装置は、重錘を吊り上げる支柱の高さを抑えるために、重錘を自由落下させるだけではなく、加速装置によって重錘を加速して落下させる構成となっている。
【０００４】
一方、特許文献２には、対象物を床面に向けて落下させる落下試験装置が開示されている。この落下試験装置では、落下中に対象物が回転しないように、対象物の落下中の姿勢角度が固定できる構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０７７９０号公報
【特許文献２】特開２００５−３０９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、列車が高速で走行中に大地震が起きると、列車を構成する車両の車輪がレールから外れて、横まくらぎ上を走行する可能性があることが知られている。
【０００７】
そして、脱線によって車両の車輪が横まくらぎに衝突すると衝撃力が発生し、その衝撃力によって車両が持ち上がることになる。そこで、衝撃力の大きさと車両の跳ね上がり量との関係を解析によって確認しておくことが望まれるが、その解析において、車輪と横まくらぎとの衝突ばねをどのような値に設定するかが重要になる。
【０００８】
他方、車輪のような曲面を衝突させる場合は、平面に平面を衝突させる従来の落下試験装置とは異なり、対象物に重錘が衝突している間に重錘が傾いて正確な変位が計測できないおそれがある。また、衝突中に発生する変位は、重錘の落下開始からの全変位に比べて非常に小さく、双方の変位を正確に計測することは難しい。
【０００９】
そこで、本発明は、車輪を対象物に衝突させたときの変位を正確に計測することが可能な落錘試験装置、及び車輪と対象物とが衝突したときの衝突ばねの算出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の落錘試験装置は、車輪が対象物に衝突したときの変形を計測するための落錘試験装置であって、上方から前記対象物に向けて落下させる重錘と、前記重錘の下面に設けられる前記車輪を模擬した車輪型接触子と、前記車輪型接触子又は前記重錘から水平方向に延伸される複数のターゲット面と、時刻とともに前記ターゲット面の変位をそれぞれ計測する変位計と、時刻とともに前記重錘の加速度を計測する加速度計とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記ターゲット面は、対向する位置に対になって取り付けられることが好ましい。また、前記ターゲット面は、前記車輪型接触子の車軸方向の両側と、車軸直交方向の両側とに取り付けられる構成とすることもできる。
【００１２】
さらに、本発明の衝突ばねの算出方法は、上記の落錘試験装置を使った衝突ばねの算出方法であって、前記変位計及び前記加速度計による計測をおこないながら前記重錘の前記車輪型接触子を前記対象物に衝突させる工程と、前記変位計によって計測された複数のターゲット面の変位から平均変位を算出する工程と、前記加速度計によって計測された加速度に基づいて衝突開始時刻を決定し、その衝突開始時刻の平均変位を基準にして衝突中の食込み量を算出する工程と、前記加速度から算出される衝撃力と前記食込み量との関係から衝突ばねを算出する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記対象物の塑性変形量を求める工程と、前記食込み量から前記塑性変形量を差し引いた弾性変形量を求める工程とを備えた構成とすることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
このように構成された本発明の落錘試験装置は、重錘の下面に車輪を模擬した車輪型接触子が設けられている。また、車輪型接触子又は重錘から複数のターゲット面が水平方向に延伸されており、それらの変位が変位計によって計測される。さらに、重錘には加速度計が取り付けられている。
【００１５】
このため、車輪型接触子が対象物に傾いて衝突したとしても、複数のターゲット面で変位を計測することで傾きによる影響を取り除くことができる。また、加速度計の計測結果から衝突開始時刻を判定させることによって、局所的な変位を計測可能な感度の高い変位計を使用して、車輪を対象物に衝突させたときの変位を正確に計測することができる。
【００１６】
また、対となるターゲット面を対向する位置に取り付けることで、想定される一方向の傾きについては容易に取り除くことができる。さらに、車輪型接触子の車軸方向の両側と車軸直交方向の両側にターゲット面を設けることで、車輪型接触子の衝突時の様々な方向の傾きの影響をほとんど取り除くことができる。
【００１７】
また、上記した落錘試験装置を使って速度のある衝撃力と食込み量との関係を把握することができれば、走行する車輪が対象物に衝突しているときの動的な衝突ばねを算出することができる。
【００１８】
さらに、対象物の塑性変形量を計測して食込み量から差し引くことによって、衝突時に発生する最大の弾性変形量を算出することができ、実際に起きる現象に合った衝撃力が算出されるような的確な衝突ばねを設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態の落錘試験装置の構成を説明する斜視図である。
【図２】バラスト上に並べられた横まくらぎ上にレールを敷設する鉄道の軌道の構成を説明する斜視図である。
【図３】落錘試験装置の重錘及び車輪型接触子の構成を説明する正面図である。
【図４】落錘試験装置の重錘及び車輪型接触子の構成を説明する側面図である。
【図５】ターゲット板の取り付け位置を説明する平面図である。
【図６】落錘試験装置の計測結果を使った衝突ばねの算出方法を説明する図である。
【図７】衝撃力と食込み量との関係を示した図である。
【図８】脱線後に横まくらぎ上を車輪が走行するときの鉛直挙動を示した図と、そのときに車輪と横まくらぎ間に発生する接触力を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１，３，４，５は、本実施の形態の落錘試験装置１の構成を説明する図である。また、この落錘試験装置１の試験結果を使って衝突ばねを算出する目的を、図２を例にして説明する。
【００２１】
この図２は、横まくらぎ７１が配置される鉄道の軌道７を説明する斜視図である。この軌道７は、図２に示すように例えば鉄筋コンクリート製の道床コンクリート７３上に設けられる。この道床コンクリート７３の上には、バラスト７５が敷き詰められており、その上に軌道７の延伸方向に略直交する方向に向けて横まくらぎ７１が配置される。
【００２２】
この横まくらぎ７１は、例えばプレストレストコンクリートによって成形され、軌道７の延伸方向に一定の間隔を置いて平行に並べられる。また、その上には、レール７２，７２と、それと並行する逸脱防止ガード７４，７４とが敷設される。
【００２３】
続いて、高速走行中の車両の車輪がレール７２から外れた場合（脱線した場合）にどのような状態になるかをシミュレーションする解析について説明する。
【００２４】
図８は、時速270 kmで走行中の列車の車両の車輪が脱線した状態をシミュレーションした解析結果を示した図である。ここで、「まくらぎ走行ケース」とは脱線後に車輪が横まくらぎ７１，・・・上を走行するケースであり、「平坦面走行ケース」とは脱線後に車輪が平坦なコンクリート面上を走行するケースである。
【００２５】
このようなシミュレーションをおこなうにあたって、車輪と横まくらぎ７１（又はコンクリート面）とが接触するときの衝突ばねの値を設定する必要がある。すなわち、図８の下図に示した車輪の鉛直変位は、設定された衝突ばねの大きさによって変化する。このため、実際に起きる現象を忠実に再現するためには、衝突ばねの値、特に衝突時の速度によって変化するような動的な衝突ばねの値を的確に設定する必要がある。
【００２６】
そこで、本実施の形態の落錘試験装置１を使って、走行中の車輪が対象物としての横まくらぎ７１に衝突する状況を模擬した試験をおこない、その試験結果を使って動的な衝突ばねを求める。
【００２７】
この落錘試験装置１は、図１に示すように、上方から横まくらぎ７１の上面に向けて落下させる重錘２と、重錘２の下面に設けられる車輪型接触子３と、車輪型接触子から水平方向に延伸される複数のターゲット面としてのターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・と、ターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・の変位をそれぞれ計測する変位計５，・・・と、重錘２の加速度を計測する加速度計６とを主に備えている。
【００２８】
この重錘２は、図１，３−５に示すように、例えば鋼鉄などの磁性体によって円柱状に成形された錘である。この重錘２は、その上面に取り付けられる電磁石２１を介して所定の高さまで持ち上げられる。
【００２９】
この電磁石２１は、巻上げ器（図示省略）に繋がる吊りワイヤ２１ａによって任意の高さに吊り上げることできる。また、電磁石２１は、電源ケーブル２１ｂに接続されており、任意のタイミングで通電と遮断をして磁力の有無を切り替えることができる。
【００３０】
そして、所定の高さまで電磁石２１に吸着されて持ち上げられた重錘２は、通電を遮断することによって電磁石２１から切り離され、ガイドレール１１に沿って自由落下して横まくらぎ７１の上面に衝突することになる。この重錘２を持ち上げる高さを変えることによって、衝突時の速度を変化させることができる。
【００３１】
また、重錘２の内部には、時刻と加速度を計測する加速度計６が埋設されている。この加速度計６は、計測ケーブル（図示省略）によって重錘２の自由落下の支障とならない状態で外部の計測装置（図示省略）に接続されており、計測結果は逐次、計測装置に記録される。
【００３２】
さらに、重錘２の周面の対向する位置には、ガイドレール１１，１１に沿って移動させるための係合部２２，２２が設けられる。この係合部２２は、図３−５に示すように、重錘２の周面に裏面を当接させる板状のベース部２２ｂと、ベース部２２ｂの表面に直交して並行に突出される並行刃部２２ｃと、ベース部２２ｂを重錘２に固定させるボルト２２ａ，・・・とを備えている。
【００３３】
この並行刃部２２ｃは、一対の帯状板材をガイドレール１１の厚みより大きな間隔で配置することによって形成される。この並行刃部２２ｃの間隔がガイドレール１１の厚みに近いほど、重錘２はガイドレール１１に沿って真っ直ぐ落下することができるが、ガイドレール１１と並行刃部２２ｃとの接触が抵抗になるため落下速度及び衝撃力を低減させるおそれがある。このため、ガイドレール１１と並行刃部２２ｃとの間には、ある程度の離間を設ける。
【００３４】
また、車輪型接触子３は、車両の車輪を模擬して成形される。すなわち、図３に示すように車輪型接触子３の本体部３２の下方に設けられる車輪部３１は、車輪の下部のように円弧状に成形される。また、図４に示すように、車輪部３１の幅は、車輪の幅及び曲面を模擬して成形される。
【００３５】
このような車輪型接触子３は、図５に示すように、横まくらぎ７１の長手方向が車軸方向３Ｂと一致するように重錘２に取り付けられる。そして、車軸方向３Ｂに直交する車軸直交方向３Ａの重錘２の周面に係合部２２，２２が取り付けられる。すなわち、ガイドレール１１，１１は、車軸直交方向３Ａに横まくらぎ７１を挟んで立てられる。
【００３６】
そして、車輪型接触子３の鉛直方向の変位を計測するためのターゲット板４Ａ，４Ｂが、図３，４に示すように重錘２の下面に取り付けられる。ここで、図５に示すように、車軸直交方向３Ａの車輪型接触子３を挟んだ対向する位置に取り付けられるのがターゲット板４Ａ，４Ａとなり、車軸方向３Ｂの車輪型接触子３を挟んだ対向する位置に取り付けられるのがターゲット板４Ｂ，４Ｂとなる。
【００３７】
この車軸直交方向３Ａのターゲット板４Ａ，４Ａは、係合部２２，２２との干渉を避けるために中心（図５の一点鎖線３Ａ）から少しずらした位置に取り付けられる。
【００３８】
本実施の形態では、十字になるようにターゲット板４Ａ，４Ａ，４Ｂ，４Ｂを取り付け、主に車軸直交方向３Ａと車軸方向３Ｂの傾きの影響を取り除けるようにした。
【００３９】
すなわち、ガイドレール１１と並行刃部２２ｃとの間には接触による抵抗を低減するための隙間が確保されているので、重錘２及び車輪型接触子３は、吊り上げ時、落下時、横まくらぎ７１との衝突時に傾くおそれがある。
【００４０】
そして、車輪型接触子３は、車輪部３１が円弧状に成形されているため、横まくらぎ７１に衝突すると車軸直交方向３Ａに傾き易い。また、車輪型接触子３は、車輪幅を模擬しているため幅が狭く、横まくらぎ７１に衝突すると車軸方向３Ｂにも傾き易い。このため、車軸直交方向３Ａ（及び車軸方向３Ｂ）の車輪型接触子３を挟んだ対向する位置にターゲット板４Ａ，４Ａ（４Ｂ，４Ｂ）をそれぞれ配置して、傾きの影響を取り除けるようにする。
【００４１】
また、ターゲット板４Ａ，４Ｂは、重錘２の落下時及び横まくらぎ７１との衝突中に撓まない程度の剛性を備えた板材である。さらに、ターゲット板４Ａ，４Ｂの下面は、変位計５の計測基準面となるため、使用する変位計５の特性に合わせた面に形成される。
【００４２】
この変位計５は、時刻とともにターゲット板４Ａ，４Ｂの鉛直方向の変位をそれぞれ計測する計測器である。この変位計５は、計測ケーブル（図示省略）によって計測装置（図示省略）に接続されており、計測結果は逐次、計測装置に記録される。
【００４３】
このような変位計５には、渦電流変位計、レーザー変位計などが使用できる。ここで、重錘２を横まくらぎ７１に落下させた際の衝突は、数msec（1/1000秒程度）で終了するため、計測間隔が短い高サンプリングの計測が可能な変位計５を使用する必要がある。
【００４４】
渦電流変位計は、高周波磁界を利用した変位計である。すなわち、変位計５の内部のコイルに高周波電流を流して高周波磁界を発生させると、電磁誘導作用によって磁界内にあるターゲット板４Ａ，４Ｂの表面に磁束の通過と直交する方向の渦電流が流れることになる。この結果、コイルのインピーダンスが変化することになり、この発振状態の変化によって距離を計測することができる。
【００４５】
このような渦電流変位計は、計測間隔が短い高サンプリングの計測が可能である。但し、計測レンジ（計測可能範囲）が大きくても数mm程度であるため、車輪と横まくらぎ７１が直接、衝突するような食込み量が小さい（衝突速度が小さい）場合に適用することができる。
【００４６】
他方、横まくらぎ７１の表面に緩衝材などが設置されていたり、衝突速度が大きくなったりして、車輪が衝突した後の変位が大きくなる場合がある。このような場合には、高サンプリングのレーザー変位計を変位計５として使用することができる。
【００４７】
レーザー変位計は、ターゲット板４Ａ，４Ｂを反射面に利用した変位計である。このレーザー変位計は、高サンプリングのものであっても渦電流変位計ほどは高サンプリングで計測することはできないが、計測レンジを数cm程度にできるため、衝突速度が大きい場合や緩衝材が介在される場合などの食込み量が大きくなる場合にも適用することができる。
【００４８】
次に、本実施の形態の落錘試験装置１を使って試験をおこなった結果から衝突ばねを算出する方法について説明する。
【００４９】
まず、図１に示すように、落錘試験装置１のガイドレール１１，１１間に横まくらぎ７１を設置する。この際、横まくらぎ７１の長手方向とガイドレール１１，１１間方向とを直交させる。
【００５０】
続いて、ガイドレール１１，１１に重錘２の係合部２２，２２を嵌めて、重錘２を横まくらぎ７１上に配置する。なお、重錘２を先に設置して、その係合部２２，２２の位置に合わせてガイドレール１１，１１を立てても良い。
【００５１】
また、ターゲット板４Ａ，４Ａ，４Ｂ，４Ｂの真下にはそれぞれ変位計５，・・・を設置する。この変位計５は、ターゲット板４Ａ（４Ｂ）の真下に向けて張り出されたアーム上に設置する。
【００５２】
さらに、重錘２の上面に電磁石２１を吸着させて巻上げ器（図示省略）によって吊りワイヤ２１ａを巻き上げて、ガイドレール１１，１１に沿って重錘２を設定した高さまで持ち上げる。そして、電磁石２１の通電を遮断して磁力を消滅させ、重錘２を横まくらぎ７１の上面に向けて自由落下させる。
【００５３】
このようにして自由落下し始めた重錘２は、ガイドレール１１，１１と係合部２２，２２との関係で制御できる範囲で平面位置と姿勢が保たれた状態で落下する。
【００５４】
また、この落下中は、変位計５と加速度計６の計測が常時、おこなわれ、それらの計測値は計測装置に記録される。ここで、すべての変位計５，・・・と加速度計６の時間は同期されており、計測開始時間は同じになる。
【００５５】
図６に示した変位Ｕ１，・・・，Ｕ４のグラフは、ターゲット板４Ａ，４Ａ，４Ｂ，４Ｂの変位の計測結果である。重錘２を落下させた当初は、変位計５，・・・の計測レンジ外にターゲット板４Ａ，４Ａ，４Ｂ，４Ｂが位置しているため変位が計測されないが、車輪型接触子３が横まくらぎ７１に衝突するほど近づくと、計測が開始され、時刻とそのときの変位Ｕ１，・・・，Ｕ４が記録される。
【００５６】
一方、図６の最下段に示した加速度αのグラフは、重錘２の加速度の計測結果である。重錘２の加速度αは、自由落下している最中は一定の重力加速度のみであり、初期値を重力加速度の大きさに設定しておけば、加速度αは０のままである。そして、車輪型接触子３が横まくらぎ７１に衝突すると、重力加速度とは逆向きの加速度αが急激に発生することになる。
【００５７】
このように落錘試験装置１による試験結果としては、４つのターゲット板４Ａ，４Ａ，４Ｂ，４Ｂの変位Ｕ１，・・・，Ｕ４と時間との関係、及び重錘２の加速度αと時間との関係が得られる。
【００５８】
そこで、まず、４つの変位Ｕ１，・・・，Ｕ４から傾きの影響を取り除いた平均変位ＵＡを算出する。本実施の形態では、単純に４つの変位Ｕ１，・・・，Ｕ４を足して４で割った相加平均を平均変位ＵＡとして算出するが、計測位置によって重み付けをした加重平均などを平均変位ＵＡとすることもできる。
【００５９】
一方、加速度計６の計測結果から、加速度αが正の値を示した時刻を衝突開始時刻ＴＳとし、加速度αが０に戻った時刻を衝突終了時刻ＴＥとして読み取る。ここで、加速度計６の計測開始時刻と変位計５，・・・の計測開始時刻は同じに設定されているので、衝突開始時刻ＴＳの平均変位ＵＡが衝突開始時の変位となり、それを基準にした相対的な変位差が食込み量Ｖとなる。
【００６０】
また、加速度計６によって計測された加速度αと、重錘２を主とする落下物の質量との積から衝撃力Ｆを求めることができる。図７は、衝撃力Ｆと食込み量Ｖとの関係を示した図である。
【００６１】
このように衝撃力Ｆと食込み量Ｖとの関係を求めることができれば、衝撃力Ｆを食込み量Ｖで割ることによって衝突ばねの値を算出することができる。また、この衝突ばねの値は、自由落下によって生じた速度がある状態での衝撃力Ｆに対する値であるため、動的な衝突ばねの値が算出されているといえる。
【００６２】
また、落錘試験後に横まくらぎ７１の陥没深さをノギスなどで計測すると、衝突によって生じる塑性変形量ＶＰを求めることができる。そして、図７に示すように最大の食込み量Ｖmaxから塑性変形量ＶＰを差し引くことによって最大の弾性変形量ＶＥを求めることができる。
【００６３】
すなわち、図７に示すように、衝撃力Ｆの載荷時の経路Ｌ１と除荷時の経路Ｌ２とは異なっており、塑性変形量ＶＰを計測することによって、載荷時と除荷時とで異なる大きさの衝突ばねの値を設定することができる。
【００６４】
次に、本実施の形態の落錘試験装置１、及び衝突ばねの算出方法の作用について説明する。
【００６５】
このように構成された本実施の形態の落錘試験装置１は、重錘２の下面に車輪を模擬した車輪型接触子３が設けられている。また、車輪型接触子３から複数のターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・が水平方向に延伸されており、それらの変位が変位計５，・・・によって計測される。さらに、重錘２には加速度計６が取り付けられている。
【００６６】
このため、車輪型接触子３が横まくらぎ７１に傾いて衝突したとしても、複数のターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・で変位を計測することで傾きによる影響を取り除くことができる。
【００６７】
また、加速度計６の計測結果から衝突開始時刻ＴＳを判定させることによって、局所的な変位を計測可能な感度の高い変位計５を使用して、車輪を横まくらぎ７１に衝突させたときの変位を正確に計測することができる。すなわち、感度が高い変位計５は、計測レンジが数mmから数cmと狭いため、重錘２の落下開始から衝突までのすべてを計測することができないが、加速度計６によって衝突開始時刻ＴＳが判定できるのであれば、重錘２の落下開始からの変位を計測する必要がなく、高感度の変位計５によって衝突時の変位のみを計測すればよい。
【００６８】
さらに、対となるターゲット板４Ａ，４Ａ（４Ｂ，４Ｂ）を対向する位置に取り付けることで、想定される一方向の傾きについては容易に取り除くことができる。また、車輪型接触子３の車軸方向３Ｂの両側と車軸直交方向３Ａの両側にターゲット板４Ａ，４Ａ，４Ｂ，４Ｂを設けることで、車輪型接触子３の衝突時の様々な方向の傾きの影響をほとんど取り除くことができる。
【００６９】
さらに、落錘試験装置１を使って速度のある衝撃力Ｆと食込み量Ｖとの関係を把握することができれば、走行する車輪が横まくらぎ７１などの対象物に衝突しているときの動的な衝突ばねを算出することができる。
【００７０】
また、変位計５による計測終了後に横まくらぎ７１の塑性変形量ＶＰを計測して食込み量Ｖから差し引くことによって、衝突時に発生する最大の弾性変形量ＶＥを算出することができる。
【００７１】
このように衝突時に発生する最大の弾性変形量ＶＥが算出できれば、除荷時の衝突ばねの値を的確に設定することができる。すなわち、塑性変形量ＶＰが計測されていない場合は、除荷時の変形量が最大の食込み量Ｖmaxとなって過大に設定されるため、正確に衝撃力を求めることができないおそれがあるが、除荷時の衝突ばねの値を的確に設定することによって、実際に起きる現象に合った衝撃力を算出することができるようになる。
【００７２】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００７３】
例えば、前記実施の形態では、対象物として横まくらぎ７１について説明したが、これに限定されるものではなく、落錘試験装置１を使用して横まくらぎ７１以外の対象物に車輪が衝突したときの衝突ばねを求めることもできる。
【００７４】
また、前記実施の形態では、車輪型接触子３の側方からターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・が延伸される構成について説明したが、これに限定されるものではなく、重錘２の上面又は周面から水平方向にターゲット面が延伸される構成であってもよい。
【００７５】
さらに、前記実施の形態では、ターゲット板４Ａ，４Ｂ，・・・を十字配置になるように４箇所に取り付けたが、これに限定されるものではなく、一方向の傾きの影響のみを取り除けば良い場合はいずれか一対のターゲット板４Ａ，４Ａ（４Ｂ，４Ｂ）のみの配置でもよい。また、３対以上のターゲット面を設けることもできる。
【００７６】
また、前記実施の形態では、重錘２を自由落下させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、加速装置によって重錘２を加速させて落下させることもできる。
【符号の説明】
【００７７】
１ 落錘試験装置
２ 重錘
３ 車輪型接触子
３１ 車輪部
３Ａ 車軸直交方向
３Ｂ 車軸方向
４Ａ，４Ｂ ターゲット板（ターゲット面）
５ 変位計
６ 加速度計
Ｆ 衝撃力
ＴＳ 衝突開始時刻
Ｕ１，・・，Ｕ４ 変位
ＵＡ 平均変位
Ｖ 食込み量
ＶＥ 弾性変形量
ＶＰ 塑性変形量
α 加速度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪が対象物に衝突したときの変形を計測するための落錘試験装置であって、
上方から前記対象物に向けて落下させる重錘と、
前記重錘の下面に設けられる前記車輪を模擬した車輪型接触子と、
前記車輪型接触子又は前記重錘から水平方向に延伸される複数のターゲット面と、
時刻とともに前記ターゲット面の変位をそれぞれ計測する変位計と、
時刻とともに前記重錘の加速度を計測する加速度計とを備えたことを特徴とする落錘試験装置。
【請求項２】
前記ターゲット面は、対向する位置に対になって取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の落錘試験装置。
【請求項３】
前記ターゲット面は、前記車輪型接触子の車軸方向の両側と、車軸直交方向の両側とに取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の落錘試験装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の落錘試験装置を使った衝突ばねの算出方法であって、
前記変位計及び前記加速度計による計測をおこないながら前記重錘の前記車輪型接触子を前記対象物に衝突させる工程と、
前記変位計によって計測された複数のターゲット面の変位から平均変位を算出する工程と、
前記加速度計によって計測された加速度に基づいて衝突開始時刻を決定し、その衝突開始時刻の平均変位を基準にして衝突中の食込み量を算出する工程と、
前記加速度から算出される衝撃力と前記食込み量との関係から衝突ばねを算出する工程とを備えたことを特徴とする衝突ばねの算出方法。
【請求項５】
前記対象物の塑性変形量を求める工程と、
前記食込み量から前記塑性変形量を差し引いた弾性変形量を求める工程とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の衝突ばねの算出方法。
【請求項１】
車輪が対象物に衝突したときの変形を計測するための落錘試験装置であって、
上方から前記対象物に向けて落下させる重錘と、
前記重錘の下面に設けられる前記車輪を模擬した車輪型接触子と、
前記車輪型接触子又は前記重錘から水平方向に延伸される複数のターゲット面と、
時刻とともに前記ターゲット面の変位をそれぞれ計測する変位計と、
時刻とともに前記重錘の加速度を計測する加速度計とを備えたことを特徴とする落錘試験装置。
【請求項２】
前記ターゲット面は、対向する位置に対になって取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の落錘試験装置。
【請求項３】
前記ターゲット面は、前記車輪型接触子の車軸方向の両側と、車軸直交方向の両側とに取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の落錘試験装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の落錘試験装置を使った衝突ばねの算出方法であって、
前記変位計及び前記加速度計による計測をおこないながら前記重錘の前記車輪型接触子を前記対象物に衝突させる工程と、
前記変位計によって計測された複数のターゲット面の変位から平均変位を算出する工程と、
前記加速度計によって計測された加速度に基づいて衝突開始時刻を決定し、その衝突開始時刻の平均変位を基準にして衝突中の食込み量を算出する工程と、
前記加速度から算出される衝撃力と前記食込み量との関係から衝突ばねを算出する工程とを備えたことを特徴とする衝突ばねの算出方法。
【請求項５】
前記対象物の塑性変形量を求める工程と、
前記食込み量から前記塑性変形量を差し引いた弾性変形量を求める工程とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の衝突ばねの算出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１６３４６７（Ｐ２０１２−１６３４６７Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７９６（Ｐ２０１１−２４７９６）
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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