JP2021079812A - 軌条点検装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レールを固定する締結具の緩みを的確に検出することを可能とした軌条点検装置を提案する。【解決手段】レール２上を走行する台車３と、台車３の下部に取り付けられた距離センサー４と、距離センサー４の計測結果を解析する解析手段６と、解析手段６の解析結果を表示する表示手段７とを備える軌条点検装置１である。距離センサー４は、ボルト２４の頂面と土台２２の上面の高さを測定する。解析手段６は、ボルト２４の頂面と前記土台２２の上面との高低差を算出するとともに、高低差が閾値以上であるか否かを判定する。表示手段７は、高低差とともに閾値に対する高低差の判定結果を表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、軌条点検装置に関する。

トンネル工事では、掘削土の搬出、機材等の搬入、作業員の輸送等を目的として、レールを走行する台車を使用する場合がある。レールは、坑内に敷設された複数の土台（枕木も含む）上に載置し、ボルト等からなる締結具を利用して土台に固定する。台車走行時の振動等によりレールの締結具に緩みが生じるおそれがあるため、レールを固定するボルトは、定期的に点検する必要がある。
締結具（ボルト）の緩みを調査する方法としては、検査員が軌条に沿って移動しながらハンマー等による打音調査や目視により確認するのが一般的である。ところが、多数設置されたボルトを個々に調査するには、多大な労力と時間がかかる。また、トンネル工事等で使用する軌条の検査は、工事の進捗に支障をきたすことがないように、限られた時間内に調査を実施する必要があるため、トンネル延長（軌条延長）が長い場合には検査員を増員する必要がある。
そのため、レールを走行しながらレール締結具の緩みを調査する点検装置が開発されている。例えば、特許文献１には、レーザー光を利用して、ボルトまたはナットの頂面およびレールの上面の高さを測定し、このボルトまたはナットの頂面とレールの上面との高低差によりボルトの緩みを点検する緩み検査装置が開示されている。
ところが、締結具に緩みが生じている場合、点検装置（台車等）が走行する際の振動によりレールにずれが生じる場合や、締結具の緩みに伴ってレールが浮き上がる場合があるため、ボルトの緩みを精度よく検出することができないおそれがある。

特開２０１０−２３０５２７号公報

本発明は、レールを固定する締結具の緩みを的確に検出することを可能とした軌条点検装置を提案することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明は、土台（枕木も含む）にレールを固定するボルトの緩みを点検する軌条点検装置であって、レール上を走行する台車と、前記台車の下部に取り付けられた距離センサーと、前記距離センサーの計測結果を解析する解析手段と、前記解析手段の解析結果を表示する表示手段とを備えるものである。前記距離センサーは前記ボルトの頂面と前記土台の上面の高さを測定し、前記解析手段は前記ボルトの頂面と前記土台の上面との高低差を算出するとともに前記高低差が閾値以上であるか否かを判定し、前記表示手段は前記高低差とともに前記判定結果を表示する。
かかる軌条点検装置によれば、レール上を走行する台車に設置された距離センサーにより測定を行うため、検査員がボルト毎に調査する場合に比べて労力と時間を短縮できる。また、ボルトの頂面と土台の上面との高低差によりボルトの緩みを検出するため、レールの浮き上がりやズレ等が測定に判定に影響することがなく、的確にボルトの緩みを検出することができる。

なお、前記距離センサーは、前記ボルトの頂面と当該ボルトの前後における前記土台の上面とを連続的に測定するのが望ましい。かかる軌条点検装置によれば、一台の距離センサーを利用してボルトの頂面および土台の上面を測定することができる。そのため、ボルト計測用の距離センサーと土台計測用の距離センサーとを別々に用意する必要がない。

また、前記土台が上下のフランジと前記フランジ同士を連結するウェブを備えた鋼材からなり、前記ボルトは上側の前記フランジの上方から当該フランジの下面に設けられたナットに螺合されていて、前記ボルトの頭部とレールクリップとの間には弾性材が介設されている場合には、前記距離センサーは、前記弾性材の弾性力により押し上げられた前記ボルトの頂面の高さを測定する。
また、前記土台が上下のフランジと前記フランジ同士を連結するウェブを備えた鋼材からなり、前記ボルトは上側の前記フランジの上方から当該フランジの下面に固定されたナットに螺合されている場合には、前記距離センサーは、前記ボルトが緩むことにより上側に浮き上がった前記ボルトの頂面の高さを測定する。
かかる軌条点検装置によれば、ボルトが緩んだ際に、土台に対して浮き上がるようにボルトが設置されているため、ボルトの頂面と土台の上面との高低差によりボルトの緩みを的確に把握することができる。
前記高低差が前記閾値以上である場合にマーキングを行うマーカー手段を備えていれば、緩みが生じた締結具の位置を把握しやすい。

本発明の軌条点検装置によれば、土台とボルトとの位置関係によりボルトの緩みを測定するため、レールのズレなどが影響することがない。そのため、レールを走行する台車を利用して、レールを固定する締結具の緩みを的確に検出することが可能となる。その結果、レールの締結具の点検に要する手間と時間を削減することができる。

本発明の実施形態に係る軌条点検装置の概要を示す側面図である。 レールと土台とを示す図であって、（ａ）は横断図、（ｂ）は側面図である。 軌条点検装置の概要を示す模式図である。 距離センサーを示す横断図である。 表示手段の概要を示す正面図である。

＜第一実施形態＞
第一実施形態では、施工中のトンネル内に敷設されたレール２の締結具２１の緩みを検出し、締め直す場合について説明する。締結具２１の緩みの検出には、図１に示すように、軌条点検装置１を使用する。
締結具２１は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、土台２２にレール２を固定するものである。本実施形態のレール２は、いわゆる平底レールであって、脚部２ａが頭部２ｂよりも幅広な板状を呈している。なお、レール２は平底レールに限定されるものではなく、例えば、橋型レール、双頭レール、牛頭レールであってもよい。レール２は、トンネルの延長方向に沿って敷設されていて、複数の土台２２上に連続して敷設されている。
土台２２は、上下のフランジ２２ａ，２２ａとフランジ２２ａ同士を連結するウェブ２２ｂとを備えた鋼材（Ｈ形鋼）からなる。本実施形態の土台２２は、トンネルの底部にトンネルの延長方向に沿って敷設されている。すなわち、土台２２は、レール２の下面に沿って敷設されている。

締結具２１は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、レール２の脚部２ａを上方から押え付けるレールクリップ２３と、レールクリップ２３を土台２２に固定するボルト２４およびナット２５とを備えている。
レール２の脚部２ａは、レールクリップ２３により土台２２に固定されている。本実施形態では、一対のレールクリップ２３，２３が、レール２（脚部２ａ）を挟んで対向するように設けられている。一対のレールクリップ２３，２３は、レール２の長手方向に間隔をあけて複数配設されている。レールクリップ２３は、ボルト２４により土台２２に固定する。ボルト２４は、レールクリップ２３を貫通して、土台２２の上側のフランジ２２ａに固定されている。ボルト２４は、フランジ２２ａを貫通して、フランジ２２ａの下面に設けられたナット２５に螺合されている。本実施形態では、ボルト２４の頭部とレールクリップ２３との間にスプリングワッシャー（弾性材）２６が介設されている。

軌条点検装置１は、ボルト２４の緩みを点検する。軌条点検装置１は、図１および図３に示すように、台車３と、距離センサー４と、記憶手段５と、解析手段６と、表示手段７と、マーカー手段８とを備えている。
台車３は、図１に示すように、台車本体３１と、台車本体３１に回転可能に設けられた車輪３２と、台車本体３１に設けられて車輪３２に回転力を付与するモータ等の動力源（図示せず）とを備えている。台車３は、車輪３２がレール２上で回転することで、レール２上を走行する。車輪３２は、台車３の前後左右にそれぞれ配設されている。台車３には、距離センサー４およびマーカー手段８が取り付けられている。

距離センサー４は、台車３の下部の左右において、前後の車輪３２，３２の間に取り付けられている（図１参照）。距離センサー４は、図４に示すように、レール２を固定するボルト２４の直上に位置するように設けられている。すなわち、台車３には、レール２を固定する各ボルト２４の上方に位置するように、計四つの距離センサー４が設けられている。距離センサー４は、ボルト２４の頂面と当該ボルト２４の前後における土台２２の上面とを連続的に測定する。すなわち、距離センサー４は、ボルト２４の頂面と土台２２の上面の高さを測定する。距離センサー４の測定結果は、記憶手段５に送信される。

記憶手段５には、距離センサー４から送信された測定データ（測定結果）が保存される。測定データには、各ボルト２４の位置情報や測定時間等も含まれている。なお、記憶手段５は、解析手段６とともにコンピュータＣの一部を構成している（図３参照）。

解析手段６は、距離センサー４の計測結果を解析する。解析手段６は、記憶手段５に保存された測定データを読み込み、図面化する（図５参照）。測定データを図面化する際には、例えば、縦軸を高さ、横軸を坑口（レール２の起点）からの距離としたグラフとする。
次に、ボルト２４毎にボルト２４の頂面と土台２２の上面との高低差を算出する。
そして、算出した高低差が、予め記憶されている閾値以上であるか否かを判定する。すなわち、高低差が閾値（例えば９ｍｍ）以上である場合にはＮＧとし、閾値未満の場合にはＯＫとする。
解析手段６による解析結果および解析手段６により作成したグラフは、記憶手段５に保存する。また、高低差がＮＧのボルト２４が発覚した場合には、解析手段６からマーカー手段８に信号が送信される。

表示手段７は、図５に示すように、距離センサー４による測定結果および解析手段６の解析結果を表示する。表示手段７は、コンピュータＣのモニターまたはタブレット端末であって、記憶手段５に保存されたグラフと解析結果を表示する。表示手段７には、図５に示すように、グラフと、画面の横に解析手段６により算出されたボルト２４の頂面と土台２２の上面との高低差および、高低差が閾値以上であるか否かの判定結果を表示する。本実施形態では、ボルト２４の頂面と土台２２の上面との高低差が閾値以上でＮＧとなったボルト２４の測定値と位置を画面左に表示する。画面の右側には、ＮＧとなったボルト２４の中から選択されたボルト２４の測定値（グラフ）を表示する。

マーカー手段８は、緩んだボルト２４（締結具２１）が検出された場合にマーキングを行う。本実施形態では、ボルト２４の頂面と土台２２の上面との高低差が閾値以上である場合に、当該ボルト２４または当該ボルト２４の近傍にマーキングを行う。こうすることで、マーキングにより緩んだボルト２４を作業員が見つけやすくなる。マーカー手段８は、図１に示すように、台車３の下部において、距離センサー４と干渉しない位置に設けられている。本実施形態では、距離センサー４の台車３の進行方向後ろ側にマーカー手段８が設けられている。マーカー手段８は、解析手段６によりボルト２４の頂面と土台２２の上面との高低差が閾値以上であるために送信された信号を受信した際にマーキングを行う。本実施形態のマーカー手段８は、塗料を噴射することによりマーキングを行う。なお、マーカー手段８の形態は、塗料を噴射するものの他に、粉体を落下させてマーキングするものや、マーカーペンによりマーキングするもの等がある。

軌条点検装置１を利用した締結具２１の緩みの検出は、施工が休止中の時間帯に行う。レール２上を台車３が走行しつつ、距離センサー４によりボルト２４の頂部と土台２２の上面との高さを計測する。ボルト２４および土台２２の高さの計測に伴い、解析手段６による解析を実施する。解析手段６の解析結果により、緩んでいるボルト２４が検出された場合には、表示手段７に当該ボルト２４が表示されるとともに、マーカー手段８によりマーキングが行われる。緩んだボルト２４が検出された場合は、作業員がマーキングされたボルト２４に対して締め直しを行う。

本実施形態の軌条点検装置１によれば、レール２上を走行する台車３に設置された距離センサー４により測定を行うため、検査員（作業員）がボルト２４毎に調査する場合に比べて労力と時間を短縮できる。また、ボルト２４の頂面と土台２２の上面との高低差によりボルト２４の緩みを検出するため、レール２の浮き上がりやズレ等が測定に判定に影響することがなく、的確にボルト２４の緩みを検出することができる。なお、ボルト２４は、製作上、軸部の長さに誤差が生じる場合があるため、ボルト２４を下向きに差し込んで、頭部の高さを測定すれば、軸部の長さの誤差がボルト２４の緩み調査に影響を及ぼすことがない。
ボルト２４とレールクリップ２３との間にはスプリングワッシャー（弾性材）２６が介設されているため、ボルト２４に緩んだ際には、ボルト２４の頭部がスプリングワッシャー２６の弾性力により押し上げられる。そのため、ボルト２４の頂面と土台２２の上面との高低差を測定するにより、ボルト２４の緩みを検出することができる。
緩んだボルト２４が発見された場合には、表示手段７に表示されるとともに、マーカー手段８によりマーキングが施される。そのため、作業員は、表示手段７により表示された位置において、マーキングが記されたボルト２４を締め直せばよい。ボルト２４を締め直した後、マーキングは消去するのが望ましい。

＜第二実施形態＞
第二実施形態では、第一実施形態と同様に、施工中のトンネル坑内に敷設されたレール２の締結具２１の緩みを検出し、締め直す場合について説明する。締結具２１の緩みの検出には、軌条点検装置１を使用する。第二実施形態の締結具２１は、土台２２の上側のフランジ２２ａの下面にナット２５が溶接されている点で、第一実施形態の締結具２１と異なっている。
締結具２１は、土台２２にレール２を固定するものであって、レール２の脚部２ａを上方から押え付けるレールクリップ２３と、レールクリップ２３を土台２２に固定するボルト２４と、ボルト２４を締着するナット２５とを備えている（図２参照）。
土台２２は、上下のフランジ２２ａとフランジ２２ａ同士を連結するウェブ２２ｂを備えた鋼材（Ｈ形鋼）からなる。土台２２は、トンネルの底部に敷設されている。レール２は、トンネル延長方向に沿って敷設されている。レール２の脚部２ａは、レールクリップ２３により土台２２に固定されている。本実施形態では、一対のレールクリップ２３が、レール２を挟んで対向するように設けられている。一対のレールクリップ２３は、レール２の長手方向に間隔をあけて複数配設されている。レールクリップ２３は、ボルト２４により土台２２に固定する。ボルト２４は、レールクリップ２３を貫通して、土台２２の上側のフランジ２２ａに固定されている。ボルト２４は、フランジ２２ａを貫通して、フランジ２２ａの下面に固定（溶接）されたナット２５に螺合されている。本実施形態では、ボルト２４の頭部とレールクリップ２３との間にワッシャーが介設されている。

軌条点検装置１は、ボルト２４の緩みを点検する。軌条点検装置１は、台車３と、距離センサー４と、記憶手段５と、解析手段６と、表示手段７と、マーカー手段８とを備えている（図１および図３参照）。なお、台車３、距離センサー４、記憶手段５、解析手段６、表示手段７およびマーカー手段８の詳細は、第一実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

本実施形態の軌条点検装置１によれば、レール２上を走行する台車３に設置された距離センサー４により測定を行うため、検査員がボルト２４毎に調査する場合に比べて労力と時間を短縮できる。また、ボルト２４の頂面と土台２２の上面との高低差によりボルト２４の緩みを検出するため、レール２の浮き上がりやズレ等が測定に判定に影響することがなく、的確にボルト２４の緩みを検出することができる。
緩んだボルト２４が発見された場合には、表示手段７に表示されるとともに、マーカー手段８によりマーキングが施される。そのため、作業員は、表示手段７により表示された位置において、マーキングが記されたボルト２４を締め直せばよい。
ボルト２４を締着するナット２５は、土台２２の上フランジの下面に固定されているため、ボルト２４に緩んだ際には、ボルト２４の頭部が上側に浮き上がる。そのため、ボルト２４の頂面と土台２２の上面との高低差を測定するにより、ボルト２４の緩みを検出することができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
前記各実施形態では、距離センサー４が、土台２２の上面とボルト２４の頂面とを連続的に測定する場合について説明したが、距離センサー４は、断続的に測定してもよい。すなわち、土台２２の上面およびボルト２４の頂面において、それぞれ少なくとも１点において高さを測定してもよい。
前記実施形態では、緩んだボルト２４に対して、マーカー手段８がマーキングを行うものとしたが、マーカー手段８がマーキングするボルト２４は限定されるものではない。例えば、緩んでいないボルト２４にマーキングをしてもよいし、緩んだボルト２４と緩んでいないボルト２４とを色分けすることですべてのボルト２４にマーキングを行ってもよい。なお、マーカー手段８は、必要に応じて使用すればよい。
前記軌条点検装置１によるボルト２４の緩みの確認は、施工中のトンネル坑内のレールに限定されるものではない。例えば、供用中の鉄道に使用してもよい。
土台２２は、必ずしもＨ形鋼である必要はなく、例えば、溝型鋼等の他の鋼材であってもよいし、コンクリート製や木製の土台２２であってもよい。
また、前記実施形態では、土台２２がレール２の延長方向に沿って敷設された鋼材である場合について説明したが、土台２２の構成は限定されるものではない。例えば、土台２２は、レール２の延長方向に間隔をあけて設けられた枕木であってもよい。

１ 軌条点検装置
２ レール
２２ 土台
２３ レールクリップ
２４ ボルト
２５ ナット
２６ スプリングワッシャー
３ 台車
４ 距離センサー
５ 記憶手段
６ 解析手段
７ 表示手段
８ マーカー手段

Claims (5)

1. 土台にレールを固定するボルトの緩みを点検する軌条点検装置であって、
   前記レール上を走行する台車と、
   前記台車の下部に取り付けられた距離センサーと、
   前記距離センサーの計測結果を解析する解析手段と、
   前記解析手段の解析結果を表示する表示手段と、を備えており、
   前記距離センサーは、前記ボルトの頂面と前記土台の上面の高さを測定し、
   前記解析手段は、前記ボルトの頂面と前記土台の上面との高低差を算出するとともに、前記高低差が閾値以上であるか否かを判定し、
   前記表示手段は、前記高低差とともに前記閾値に対する前記高低差の判定結果を表示することを特徴とする、軌条点検装置。
2. 前記距離センサーは、前記ボルトの頂面と当該ボルトの前後における前記土台の上面とを連続的に測定することを特徴とする、請求項１に記載の軌条点検装置。
3. 前記土台は、上下のフランジと前記フランジ同士を連結するウェブを備えた鋼材からなり、
   前記ボルトは、上側の前記フランジの上方から当該フランジの下面に設けられたナットに螺合されていて、
   前記ボルトの頭部とレールクリップとの間には弾性材が介設されており、
   前記距離センサーは、前記弾性材の弾性力により押し上げられた前記ボルトの頂面の高さを測定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の軌条点検装置。
4. 前記土台は、上下のフランジと前記フランジ同士を連結するウェブを備えた鋼材からなり、
   前記ボルトは、上側の前記フランジの上方から当該フランジの下面に固定されたナットに螺合されていて、
   前記距離センサーは、前記ボルトが緩むことにより上側に浮き上がった前記ボルトの頂面の高さを測定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の軌条点検装置。
5. 前記高低差が前記閾値以上である場合にマーキングを行うマーカー手段を備えていることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の軌条点検装置。

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