JP2019502844A - 斜角先端レール鉄道 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)レールのプレフォーム斜め遊間の幅が同じである場合、レールの切削角が(0°〜90°で)漸次的に小さくなると、レール接続部の軌道平面(黒太線で囲んだ領域)に形成された横方向遊間欠けの長さも漸次的に短くなり(破線が通過する遊間の空白領域に示される)、レール接続部の軌道平面に横方向貫通欠けが形成される確率も小さくなり、車輪とレール遊間との衝撃の確率が低くなる。
(2)斜角先端レールの切削角が(0°〜90°で)大きいほど、斜角先端レールのプレフォーム遊間の幅変化によるレール遊間の横方向欠けの長さ変化への影響が大きくなり、斜角先端レールの切削角が小さいほど、斜角先端レールのプレフォーム遊間の幅変化によるレール遊間の横方向欠けの長さ変化への影響が小さい。
tanθ=PC(横方向欠けの幅)/DC(縦方向遊間の幅)
式(1)を変換して、式(2)と式(3)は得られる。
式(2)
PC(横方向欠けの幅)=tanθ×DC(縦方向遊間の幅)
式(3)
DC(縦方向遊間の幅)=PC(横方向欠けの幅)/tanθ
(1)90°>θ>45°の場合、tanθ>1であるため、縦方向遊間の幅(DC)の変化による横方向欠けの長さ(PC)変化への影響が大きく、斜角先端レールには大鋭角(90°>θ>45°)を適用すると、プレフォーム縦方向遊間の幅を減少させることで車輪とレールの間の衝撃を解消できるものの、鉄道の熱応力調整能力を著しく低下させ、この結果、より長尺のレールを用いるしかなく、斜角先端レール鉄道は温度差のより小さい地域だけで作動できるようになる。
(2)45°>θ>0°の場合、tanθ<1であるため、縦方向遊間の幅(DC)の変化による横方向欠けの長さ(PC)変化への影響が小さく、45°>θ>0°の区間では、∠θが徐々に小さくなるに伴い、横方向遊間の幅(PC)は正接値が大幅に減少することにより迅速に小さくなり、車輪とレール遊間との衝撃の確率も迅速に低下し、これは斜角先端レール鉄道には小鋭角斜角先端レールを好ましくは使用することの根本的な原因である。
sinθ=CE(斜め遊間の幅)/DC(縦方向遊間の幅)
式(5)
CE(斜め遊間の幅)=Sinθ×DC(縦方向遊間の幅)
式(6)
DC(縦方向遊間の幅)=CE(斜め遊間の幅)/Sinθ
tanθ=FD(斜角先端レールの底部幅)/AD(レール斜角先端の長さ)
式(7)を変換して、式(8)は得られる。
式(8)
AD(レール斜角先端の長さ)=FD(斜角先端レールの底部幅)/tanθ
tanθ=EC(レールの頭部幅)/BC(軌道平面の斜角先端長さ)
式(9)を変換して、式(10)は得られる。
式(10)
BC(軌道平面の斜角先端長さ)=EC(レールの頭部幅)/tanθ
斜角先端レール鉄道では、標準斜角先端レールの両端にある斜角先端がすべて交差して接続されるとともに、縦方向遊間が予め残され、且つ型番の異なる斜角先端レールの斜角先端長さと軌道平面の斜角先端長さが異なることから、鉄道の長さ設計も計算も面倒である。各種斜角先端レールの両端の斜角先端を除く中間部分を「有効長さ」として設定すると、「有効長さ」と交差して接続する斜角先端とを単位にして線路長さを計算し、このように、斜角先端レール鉄道の長さ設計と計算を簡素化させる。標準斜角先端レールの単線長さを設定することは、生産とテストの利便さのためである。aで標準斜角先端レールの斜角先端長さを示すと、標準斜角先端レールの単線長さと「有効長さ」は、標準斜角先端レールの単線長さ=有効長さ+2aといった関係を有し、標準斜角先端レールの「有効長さ」が25メートルであれば、標準斜角先端レールの単線長さ=(25+2a)メートルである。
レールの間の遊間はレールの縦軸線に垂直ではない。
斜角先端レール間に縦方向遊間クリアランスが残されている。
レール先端の切削面はレール底部の所在する平面に垂直であるが、レールの縦軸線に垂直ではない。
構造適合化を実現するために、長さと先端の切削方式が異なる以外、標準斜角先端レールの残りの設計(型番、規格、構造、材質及び生産基準)はすべて標準レールと同様であり、長さの適合化と斜角先端の相補化を実現するために、標準斜角先端レールの単線長さは(12.5×N+2a)メートルの設計範囲から選択され[aは標準斜角先端レールの斜角先端長さ、N=1、2、4、6、8、10である]、斜角先端の適合化を実現するために、標準レール先端について標準斜角先端レールと同一の切削基準に従い斜角先端改造を行う。
標準斜角先端レールの部分間隔交換と、標準斜角先端レールの両端にある隣接する標準レール先端の部分改造の方式で、ロングレールの間の横方向遊間を縦方向遊間クリアランスのある斜め遊間に切り替え、ロングレールを縦方向遊間クリアランスのある斜め遊間で複数のショートセクションに分割する。
標準斜角先端レールの間隔交換と標準斜角先端レールの両端にある隣接する標準レール先端の間隔改造の方式で、標準レール鉄道又はロングレール鉄道のレールの間の横方向遊間又は溶接継ぎ目をすべて縦方向遊間クリアランスのある斜め遊間に変更する。
標準斜角先端レールは、フラット先端レール・斜角先端レールの適合化・相補化設計を採用し、長さと先端の切削方式が標準レールと異なる以外、残りの設計(型番、規格、構造、材質及び生産基準)がすべて標準レールと同様である。
レールの両端の切削面は平行で、レール先端の切削面はレール底部の所在する平面に垂直であり、レールの縦軸線との夾角は反時計回り15°である。
標準斜角先端レールの切削方式は図7に示される。図7はレールの上面図であり、図7では、左側は横方向直角切削レールの模式図、右側は斜角先端レールの生産基準に準じて切削された標準斜角先端レールの模式図である。
標準斜角先端レールの「有効長さ」は25メートル、標準斜角先端レールの単線長さは(25+2a)メートルである[aは斜角先端レールの斜角先端長さである]。
標準レール鉄道と、ロングレール又は極長ロングレールを溶接して構成されて、締着方式で固定されたロングレール鉄道との2種類に大別され、各種高速鉄道にロング線路設計とロングレールが適用されるため、高速鉄道もロングレール鉄道に分類される。
ロングレール鉄道のロングレールの間で標準斜角先端レールに間隔的に交換して、ロングレールの間の横方向遊間をすべて斜め遊間に切り替えることで、ロングレール鉄道に存在する車輪とロングレールの間の遊間による衝撃の問題を解消し、同時に、異なる温度差の地域による熱応力放出のニーズに応じて、ロングレールごとに適当な比率で標準斜角先端レールを等間隔で交換し、縦方向遊間クリアランスのある斜め遊間でロングレールを複数のショートセクションに分け、斜角先端レール接続部での高いレール熱応力放出性能と枕木に締着された各ショートセクションのロングレールによる熱応力制限機能とを利用して、レール熱応力を間隔的に放出しレール熱応力を間隔的に制限するという統合的効果を奏し、それにより、ロングレール鉄道に存在するレール熱応力のリスクを解消し、ロングレール同士とロングレール自体について標準斜角先端レールを間隔的に交換することで、ロングレール鉄道に存在する車輪とレールの衝撃とレール熱応力の問題を完全に解消できる。
ロングレールの間のフラット先端接続部の一側から1本の標準レールを撤去し、レールが欠失した部位の両端にある標準レールのフラット先端について、標準斜角先端レールの斜角先端切削基準に準じて、斜角先端切削を行い、次にレールが欠失した部位で標準斜角先端レールを装着すればよい。ロングレールについては、まず、温度差の異なる地域による熱応力放出ニーズに応じて標準斜角先端レールの交換数を設計し、次にロングレールの等間隔溶接継ぎ目でそれぞれ1本の標準レールを撤去し、レールが欠失した部位の両端にある標準レールのフラット先端について、それぞれ標準斜角先端レールの斜角先端切削基準に準じて、斜角先端切削を行い、次にレールが欠失した部位でそれぞれ標準斜角先端レールを装着すればよい。改造施工はロングレール鉄道において同時に実施されることができ、レールの交換位置を設計するにあわって、後続改造をするときに標準斜角先端レールと「フラット先端を斜角先端に変更するレール」との長間隔と短間隔の組み合わせを考慮に入れるべきである。
標準斜角先端レールの部分間隔交換と、標準斜角先端レールの両端にある隣接する標準レール先端の部分改造の方式で、ロングレールの間の横方向遊間を縦方向遊間クリアランスのある斜め遊間に切り替え、ロングレールを縦方向遊間クリアランスのある斜め遊間で複数のショートセクションに分割する。
ロングレール鉄道について「部分間隔交換」の方式で初回改造を行った後、車輪とレールに対する耐衝撃性能は標準斜角先端レール鉄道と完全に同じであり、ロングレールで間隔的に交換する斜角先端レールの比率を調整することにより、各セクションのロングレールの熱応力放出能力を調整し、同時に各セクションの枕木に締着されたロングレールによる熱応力制限機能を利用して、レール熱応力を間隔的に放出しレール熱応力を間隔的に制限するという統合的効果を奏し、改造鉄道の熱応力調整性能を標準斜角先端レール鉄道と略同じにすることができる。線路交換周期と組み合わせて後続改造を行うとき、前記のように、「部分間隔交換」の方式で、ロングレール鉄道に溶接された標準レールを標準斜角先端レールに間隔的に交換し、且つ、「フラット先端を斜角先端に変更するレール」として間隔的に改造し、このようにして、ロングレール鉄道を「間隔交換」式の「フラット先端を斜角先端に変更する鉄道」改造でき、「フラット先端を斜角先端に変更する鉄道」の車輪とレールに対する耐衝撃性能と熱応力調整性能は標準斜角先端レール鉄道とは完全に同じであり、標準レール鉄道の技術的要件に応じてメンテナンスや保守を行うことができる。
標準レール鉄道又はロングレール鉄道の標準レールを、接続順番又は溶接順番に応じて配列させ、偶数位置にある標準レールをすべて撤去して、標準斜角先端レールに切り替え、奇数位置にある標準レールをすべて保留して、保留された標準レールの両端について標準斜角先端切削を行って改造し、次に、保留して斜角先端改造を行われた「フラット先端を斜角先端に変更するレール」と交換した標準斜角先端レールとを再び接続して、「フラット先端を斜角先端に変更する鉄道」を構成する。
標準斜角先端レールの間隔交換と、標準斜角先端レールの両端にある隣接する標準レール先端の間隔改造の方式で、各種フラット先端レール鉄道レールの間の横方向遊間又は溶接継ぎ目をすべて縦方向遊間クリアランスのある斜め遊間に変更する。
各種標準レール鉄道とロングレール鉄道について、「間隔交換」の方式で改造した後、線路上レールの間のすべての横方向遊間又は溶接継ぎ目は縦方向クリアランスのある斜め遊間に変わる。従って、「フラット先端を斜角先端に変更する鉄道」の車輪とレールに対する耐衝撃性能と熱応力調整性能のいずれも標準斜角先端レール鉄道と完全に同じであり、且つ、標準レール鉄道の技術的要件に従い線路全体のメンテナンスや保守を行うことができ、このような「フラット先端を斜角先端に変更する鉄道」はまた、標準斜角先端レール[長さ=(25+2a)メートル]と「フラット先端を斜角先端に変更するレール」[長さ=(25−2a)メートル]を間隔的に組み合わせて接続する特徴を有する。
既設の路盤、道床及び枕木の全部について標準斜角先端レール又は「フラット先端を斜角先端に変更するレール」に交換し、標準斜角先端レール又は「フラット先端を斜角先端に変更するレール」で斜角先端レール鉄道を構成する。
鉄道の元の線路の位置で斜角先端レール鉄道を再敷設する。
Claims (6)
- 小鋭角斜め遊間接続設計を用いた斜角先端レール鉄道であって、
小鋭角斜め遊間接続設計は、レール接続部での斜め遊間とレールの縦軸線の最小夾角(θ)が45°(θ=15°では、コストパフォーマンスは最高である)より小さいことを技術的特徴とする斜角先端レール鉄道。[レールの軌道平面(軌道平面の両側辺線に平行で且つ等距離である)の中心線がレールの縦軸線として設定される] - プレフォーム縦方向遊間設計を用いた斜角先端レール鉄道であって、
プレフォーム縦方向遊間設計は、斜角先端レール間に縦方向遊間クリアランスが予め残されていることを技術的特徴とする斜角先端レール鉄道。 - 標準斜角先端レールを用いて小鋭角斜め遊間接続設計を実現する斜角先端レール鉄道であって、
標準斜角先端レールは、斜角先端部位のレール腹部の厚みとレール頭部の幅が同じであり、レール両端の切削面が平行で、レール先端の切削面がレール底部の所在する平面に垂直で、レールの縦軸線との最小夾角(θ)が45°より小さいことを技術的特徴とする斜角先端レール鉄道。 - フラット先端レール・斜角先端レールの適合化・相補化設計を用いた斜角先端レール鉄道であって、
フラット先端レール・斜角先端レールの適合化・相補化設計は、構造適合化を実現するために、長さ、先端の切削方式及び斜角先端部位の構造設計が異なる以外、標準斜角先端レールの残りの設計(型番、規格、構造、材質及び生産基準)が標準レールと同様であり、長さの適合化と斜角先端の相補化を実現するために、標準斜角先端レールの単線長さが(12.5×N+2a)[aは標準斜角先端レールの斜角先端長さ、N=1、2、4、6、8、10である]メートルの設計範囲から選択され、斜め切削によるレール頭部の斜角先端の先端がぶら下がる問題、斜角先端部位の耐曲げ性能と負荷性能が低下する問題を解決するために、標準斜角先端レールの斜角先端部位でのレール腹部の厚みとレール頭部の幅を同じにし、斜角先端の適合化を実現するために、標準レール先端について、標準斜角先端レールと同様な切削基準に準じて、斜角先端改造を行うことを技術的特徴とする斜角先端レール鉄道。 - フラット先端レール・斜角先端レールの適合化・相補化設計を用いた斜角先端レール鉄道であって、
標準斜角先端レールは、斜角先端に改造された標準レールと適合性と相補性を有し、「部分間隔交換」と「間隔交換」の方式で、従来の各種鉄道を改造でき、
「部分間隔交換」は、標準斜角先端レールの部分間隔交換と、標準斜角先端レールの両端にある隣接する標準レール先端の部分改造の方式で、ロングレールの間の横方向遊間を縦方向遊間クリアランスのある斜め遊間に切り替え、ロングレールを縦方向遊間クリアランスのある斜め遊間で複数のショートセクションに分割することを技術的特徴とし、
「間隔交換」は、標準斜角先端レールの間隔交換と、標準斜角先端レールの両端にある隣接する標準レール先端の間隔改造の方式で、標準レール鉄道又はロングレール鉄道のレールの間の横方向遊間又は溶接継ぎ目をすべて縦方向遊間クリアランスのある斜め遊間に切り替えることを技術的特徴とする斜角先端レール鉄道。 - 「追加レール腹部型継ぎ目板」で斜角先端に改造された標準レールを締結する斜角先端レール鉄道であって、
「追加レール腹部型継ぎ目板」は、継ぎ目板の3つの側面がそれぞれレール腹部の曲面、レール頭部の下面及び底部の上面に密着して組み合わせ、継ぎ目板の外側平面がレール頭部の側面の幅と同様であることを技術的特徴とする斜角先端レール鉄道。
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