24. 接触面可視化による車輪転削痕の摩擦係数への影響評価

　車両の脱線に対する余裕度は、限界脱線係数が高いほど増加します。高い限界脱線係数を得るには、車輪フランジとレールの間の摩擦係数を低く抑えることが重要です。これまで、車輪転削直後の脱線が散発していたことから、車輪転削直後にはレールとの間の摩擦係数が高くなると考えられていますが、転削が摩擦係数におよぼす影響については十分に解明されていませんでした。
　そこで、転削直後の車輪とレールの接触面（図１）を超音波により可視化し、転削が摩擦係数に及ぼす影響を調べました。

　 転削直後の車輪フランジとレールのすべり接触を模擬した摩擦試験を実施した結果、転動開始後、摩擦係数が増加することがわかりました。　　
　そこで、摩擦係数が増加する過程における車輪とレールの接触面を可視化する技術を開発して接触状態の変化を調べました。
　その結果、転動回数20回目までに表面の凹凸（転削痕）がつぶれ、接触面の形状が急激に変化する傾向が見られました（図２）。
　可視化結果を解析して得られる接触面の隙間の程度と摩擦係数の変化を比較したところ、表面の凹凸がつぶれて接触面が密着（隙間の程度が低下）するにつれて、摩擦係数が増加することがわかりました（図３）。

　転削後に車輪表面に異物が付着するまでの間は、金属面同士が直接密着し、図３のように摩擦係数が高い状態が継続すると考えられます。
　このため、車輪転削直後には車輪フランジを潤滑することが、摩擦係数の低減に有効であると考えられます。