JP2012206708A

JP2012206708A - 車輪踏面の形成方法及びその車輪踏面形状の構造

Info

Publication number: JP2012206708A
Application number: JP2012012341A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Yamamoto; 大輔山本; Yasufumi Suzuki; 康文鈴木
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2032-01-24
Also published as: JP6090712B2

Abstract

【課題】曲線通過性能の向上及び乗り上がり脱線をし難くすることができる、車輪踏面の形成方法及び車輪踏面形状の構造を提供する。
【解決手段】車輪踏面の形成方法において、車輪２のフランジ４の車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールに接触する車輪踏面３部分に車輪研磨装置６により微小凹凸５Ａを形成し、曲線通過性能の向上を図る。また、車輪のフランジの車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールと接触する車輪踏面部分に車輪削正時に凸部を付けて削正し、乗り上がり脱線をし難くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪踏面の形成方法及びその車輪踏面形状の構造に関するものである。

鉄道車両の車輪には勾配がつけられている。これにより、鉄道車両は直線区間でも曲線区間でも舵を切ることなく安定してレールに追従して走行することができるが、本来直線区間と曲線区間では相反する特性を持っている。すなわち、車輪踏面の勾配を大きくすれば曲線通過性能は向上するが直線区間の走行安定性は低下する。逆に車輪踏面の勾配を小さくすれば、直線走行安定性は向上するが曲線での通過性能が低下するため、車輪のフランジやレールゲージコーナーの摩耗が進展してメンテナンスコストが上昇する。このため、従来の技術では走行線区の特性を考慮した車輪踏面の形状を数値解析などで決めていた。しかしながら、車輪踏面の形状を変更した場合、車両の走行性能が変化したり、軌道の短絡不良を生じる場合があり、車輪踏面の形状を容易に変更することができなかった。また、直線区間と曲線区間の全てにおいて最適となる車輪踏面形状は存在しないため、曲線通過性能の不足を補うため、鉄道車両が曲線を検知し、曲線進入時に車輪のフランジに摩擦調整剤や潤滑材を押し付けることにより、車輪とレール間の摩擦係数を低減させる提案がなされていた。

さらに、車輪転削後の少ない走行距離の間、フランジの摩耗により摩耗係数が一時的に増加する時期があり、これが原因で乗り上がり脱線が発生する場合があり、同様の方法でフランジに油などの潤滑材を塗布して摩擦係数を低減させるようにしていた。
図７は従来の鉄道車輪の摩耗低減装置の要部拡大断面図である（下記特許文献１参照）。

この図において、１０１は鉄道車輪、１０２は鉄道車輪１０１の踏面部、１０３は鉄道車輪１０１のフランジ部、１０４は車輪踏面摩擦子、１０５は車輪踏面摩擦子１０４のバックメタル、１０６は摩擦シュー、１１１は車輪踏面摩擦子１０４の連結子、１１２は固形潤滑材、１１３は中間接合層である。
このように、車輪踏面摩擦子１０４の側面に中間接合層１１３を介して固形潤滑材１１２が配置されている。

したがって、車輪踏面摩擦子１０４の押付機構を利用して、鉄道車輪１０１のフランジ部１０３にこの固形潤滑材１１２を作用させることにより、鉄道車輪１０１のフランジ部１０３及びレールの摩耗の低減を図ることができる。

特開２００９−０９６２８０号公報

しかしながら、上記した車輪とレール間の摩擦係数を低減させる方法では、車輪踏面摩擦子に別部品としての摩擦調整剤や潤滑材を配置する必要があり、また、それらのメンテナンスも必要であった。
本発明では、上記状況に鑑みて、基本的な車輪踏面の形状（車輪断面形状）を変更せずに局所的に微小な凹凸または凸部をつけることで、走行安定性を変えずに、曲線通過性能の向上及び乗り上がり脱線をし難くすることができる、車輪踏面の形成方法及び車輪踏面形状の構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕車輪踏面の形成方法において、車輪のフランジの車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールと接触する車輪踏面部分に車輪研磨装置により微小凹凸を形成し、走行安定性を変えずに曲線通過性能の向上を図ることを特徴とする。
〔２〕上記〔１〕記載の車輪踏面の形成方法において、前記車輪研磨装置を車両の走行距離情報を用いて一定周期毎に動作させることを特徴とする。

〔３〕車輪踏面の形成方法において、車輪のフランジの車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールと接触する車輪踏面部分に車輪削正時に凸部を付けて削正し、乗り上がり脱線をし難くすることを特徴とする。
〔４〕上記〔３〕記載の車輪踏面の形成方法において、前記凸部が幅１２ｍｍ、高さ９０μｍの断面三角形状からなることを特徴とする。

〔５〕車輪踏面形状の構造において、車輪のフランジの車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールと接触する部分に微小凹凸を有することを特徴とする。
〔６〕車輪踏面形状の構造において、車輪のフランジの車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールと接触する部分に凸部を有することを特徴とする。
〔７〕上記〔６〕記載の車輪踏面形状の構造において、前記凸部が幅１２ｍｍ、高さ９０μｍの断面三角形状からなることを特徴とする。

本発明によれば、基本的な車輪踏面形状を変更することなく、走行安定性を変えずに、曲線通過性能の向上及び乗り上がり脱線の安全余裕の向上を図ることができる。

本発明の第１実施例を示す車輪研磨装置の車輪への設置状態を示す模式図である。車輪研磨装置により微小凹凸形状を形成した車輪踏面形状（その１）を示す図である。車輪研磨装置により微小凹凸形状を形成した車輪踏面形状（その２）を示す図である。車輪・レール間の接触点位置を示す図である。本発明の第２実施例を示す車輪削正時に凸部を形成した車輪踏面形状を示す図である。図５のＡ部拡大断面図である。従来の鉄道車輪の摩耗低減装置の要部拡大断面図である。

本発明の車輪踏面の形成方法は、車輪のフランジの車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールと接触する車輪踏面部分に車輪研磨装置により微小凹凸を形成し、走行安定性を変えずに曲線通過性能の向上を図る。
また、車輪のフランジの車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールと接触する車輪踏面部分に車輪削正時に凸部を付けて削正し、乗り上がり脱線をし難くする。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す車輪研磨装置の車輪への設置状態を示す模式図、図２は車輪研磨装置により微小凹凸形状を形成した車輪踏面形状（その１）を示す図、図３は車輪研磨装置により微小凹凸形状を形成した車輪踏面形状（その２）を示す図、図４は車輪・レール間の接触点位置を示す図である。

これらの図において、１は輪軸、２は輪軸１に固定される車輪、３は車輪踏面、４は車輪２のフランジ、５，１１はフランジ４の車輪幅方向反対側の車輪踏面３に位置する、微小凹凸５Ａ，１１Ａが形成された車輪踏面研磨部、６は車輪研磨装置であり、この車輪研磨装置６は台車枠（図示なし）に固定されており、その先端を矢印７の方向に移動してフランジ４の車輪幅方向反対側に位置する車輪踏面研磨部５，１１に押し付けることにより、車輪踏面３の所定の位置に微小凹凸５Ａ，１１Ａを形成する。また、８はレールである。

また、車輪踏面の形状に微小な凹凸をつける方法としては、台車枠に設置した車輪研磨装置６を用いて、一定周期毎に車輪踏面を削り、当該部位に常時微小凹凸が存在する形状構造とする。
さらに、車輪研磨装置６の先端部の凹凸形状を変化させて図３に示すような間隔を有する微小凹凸１１Ａを有する車輪踏面研磨部１１を形成するようにしてもよい。

図４は車輪・レール間の接触点位置（図中○印）を示しており、図４（ａ）は輪軸１が中立位置にある場合、図４（ｂ）は輪軸１が＋１０ｍｍ右移動位置にある場合を示している。図４（ａ）では、車輪２がレール８に図２で示した微小凹凸５Ａを形成する位置で接触していないことがわかる。この条件は直線走行時の位置関係である。一方、図４（ｂ）では、内軌側の車輪・レール間の接触点位置がフランジ４とは車輪幅方向反対側にあることがわかる。この位置は曲線通過時の接触点位置である。

このように、車輪２とレール７の接触面に微小凹凸５Ａを付けた方が微小凹凸５Ａを形成しない場合と比べて接線力低減効果が得られるため、曲線通過性能が向上するとともに車両が分岐や曲線を通過する際に横圧と脱線係数が下がり、乗り上がり脱線防止に対する安全余裕が向上する。なお、微小凹凸の高さ、ピッチ（山と山の間隔）ともに大きい方が、内軌側の接線力が低下するため、外軌側の横圧と脱線係数が下がる。

本発明で形成する微小凹凸５Ａ，１１Ａは、車輪２の寿命を延ばすために、常に削るのではなく、例えば、車両の走行距離情報を用いて一定周期ごとに車輪研磨装置を動作させて削ることで、曲線通過性能を向上させるのに好適な状態の微小凹凸５Ａ，１１Ａを保つように構成する。
また、車輪転削後の一時的にフランジ部の摩擦係数が増加する時期においても、上記したように、反フランジ側踏面に微小凹凸を設ける形状としたことで、横圧と脱線係数が下がるので、上記した乗り上がり脱線は発生し難くなる。つまり、車輪転削後の少ない走行距離の間に発生する乗り上がり脱線防止に対する安全余裕度を向上させることができる。

図５は本発明の第２実施例を示す車輪研磨装置により凸部を形成した車輪踏面形状を示す図、図６は図５のＡ部拡大断面図である。
図６に示すように、車輪２１のフランジ２３の車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールと接触する車輪踏面２２部分に車輪研磨装置により凸部２４を形成する。

その凸部２４の形状は、例えば、図６に示すように、幅Ｗが１２ｍｍ、高さＨが９０μｍの断面三角形状からなる。なお、Ｌは反フランジ側の端面から凸部２４の中心部との間の距離であり、例えば、１４ｍｍである。
特に、この実施例の車輪路面形状は、単純な形状で車輪削正がしやすいという利点もある。

上記のように構成することにより、凸部２４が摩耗してなくなるまでの間、横圧低減（脱線係数Ｑ／Ｐ低減）に寄与することができる。また、走行距離の増加に伴い凸部２４は摩耗して消滅するが、凸部２４のない元の車輪踏面形状に戻るだけであるため、この摩耗が車輪の走行性能に悪影響を与えることはない。さらに、凸部２４が消滅する時期には、フランジの摩耗も進行して摩擦係数が車輪転削後に比べて相対的に小さくなるため、乗り上がり脱線は発生し難くなる。つまり、上記した凸部２４の形成により、フランジ部の摩擦係数が大きくなる間のみ、外軌側の横圧と脱線係数Ｑ／Ｐを低減することができるため、乗り上がりを発生し難くし、安全余裕度を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の車輪踏面の形成方法及びその車輪踏面形状の構造は、走行安定性を低下させずに、輪軸の旋回性能を向上させることができる、車輪踏面の形成方法及び車輪踏面形状の構造として利用可能である。

１輪軸
２，２１車輪
３，２２車輪踏面
４，２３車輪のフランジ
５，１１車輪踏面研磨部
５Ａ，１１Ａ微小凹凸
６車輪研磨装置
７矢印
８レール
２４凸部

Claims

車輪のフランジの車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールと接触する車輪踏面部分に車輪研磨装置により微小凹凸を形成し、走行安定性を変えずに曲線通過性能の向上を図ることを特徴とする車輪踏面の形成方法。
請求項１記載の車輪踏面の形成方法において、前記車輪研磨装置を車両の走行距離情報を用いて一定周期毎に動作させることを特徴とする車輪踏面の形成方法。
車輪のフランジの車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールと接触する車輪踏面部分に車輪削正時に凸部を付けて削正し、乗り上がり脱線をし難くすることを特徴とする車輪踏面の形成方法。
請求項３記載の車輪踏面の形成方法において、前記凸部が幅１２ｍｍ、高さ９０μｍの断面三角形状からなることを特徴とする車輪踏面の形成方法。
車輪踏面形状の構造において、車輪のフランジの車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールと接触する部分に微小凹凸を有することを特徴とする車輪踏面形状の構造。
車輪踏面形状の構造において、車輪のフランジの車輪幅方向反対側に位置する鉄道車両の曲線通過時にレールと接触する部分に凸部を有することを特徴とする車輪踏面形状の構造。
請求項６記載の車輪踏面形状の構造において、前記凸部が幅１２ｍｍ、高さ９０μｍの断面三角形状からなることを特徴とする車輪踏面形状の構造。