JP3660716B2 - 軌道の横方向抵抗連続測定方法及び装置ならびに軌道安定機 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は軌道の横方向からの振動に対する抵抗を連続的に測定する方法、詳細には、振動発生器によって軌道の長手方向と交差する方向で且つ水平方向に振動する振動状態に軌道を置く方法、測定装置及び斯かる方法を実施する軌道安定機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続移動式軌道保守機は、オーストリア特許第３８０２８０Ｂ号により既に公知であるが、そこでは軌道タンパーが別個の機械フレームに配設された安定装置或いは振動装置に接続されている。この装置は、自走式で且つ他の軌道保守機とは独立している。この軌道保守機或いは動的軌道安定器とも呼ばれるものにとって、位置的な安定性及び特に突き固め等の結果として緩むバラスト道床に対する軌道の横抵抗は、比較的長期間に亙る交通荷重の結果として当然のごとく発生するバラスト道床の固め作業を一回の作業行程において人為的に予測することにより相当に改善される。これを行うため、２本のレールは安定化ユニットのローラ工具により把持され、軌道平面は流体駆動式振動発生器により機械の長手方向と交差する方向で且つ水平方向に振動する振動状態にセットされる。
【０００３】
同時にまた、機械フレームに固着された垂直ドライバによって静荷重が安定器すなわち軌道に及され、軌道はバラスト道床内へと擦り込まれ、言うならばバラスト道床を引き締め、それによって軌道を目標位置へと降下させる。これにより恒久的かつ一様に弾力のあるバラスト道床が作り出されるだけでなく、枕木とバラスト間の摩擦により決定される横方向抵抗の増加ももたらされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
バラスト道床の固められた状態は、横方向抵抗（ＱＶＷ）の値に基づくものであり、それが軌道の横方向位置の安定性を決定する。この横方向抵抗の測定は、通常、軌道保守機械の操作とは別個に実行される。「国際交通機関」誌の１９８１年６月号の第３頁〜６頁には、一例を挙げてそうした測定が軌道の個々の枕木により影響されるとの記述がある。この測定では最初に個々のレール係止具が取り除かれ、枕木の端面を露出させ、そこで流体シリンダからなる測定装置が枕木端部に取付けられ、枕木はその長手方向に若干動かされる。横方向抵抗は枕木に作用する力と変位距離とから導き出される。この種の測定は相当の作業が要求され、加えてスポット検査として使用できるだけである。
【０００５】
最後に、安定装置の振動振幅を測定して横方向抵抗を導き出すようにした測定装置を提供することは、米国特許第５１２７３３３号から公知である。
【０００６】
本発明の目的は、軌道の形状に影響を与えることなく、信頼できる測定結果が得られる測定方法を提供することにある。
【０００７】
斯かる目的は、振動発生器を駆動するのに要する動力を、横抵抗の測定値として記録する方法によって達成される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本方法ステップは、振動発生器が及ぼす軌道を振動させる動力すなわち軌道に伝達されるエネルギが、軌道の振動に抗する横方向抵抗に結び付くものであるという洞察に基づくものである。例えば振動周波数や振動振幅のような振動動力に影響与える要素と静荷重とが一定に保たれるならば、そのときは横方向抵抗は振動発生器に要求される動力から直接に導き出せることになる。この方法は、追加ステップを加えなくとも、横方向抵抗の測定が軌道の人為的初期安定化を期すための軌道安定化と併せ行うこともできるといった経済的に格別な利益を有するものである。かくして、軌道の結合構造補正操作を仕上げる軌道安定化と併せ、全軌道領域に関する横方向抵抗情報がもたらされるが、この情報は信頼でき、都合のよいことに、安全に対する横方向抵抗の重要性に鑑みて文書記録もできる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１の軌道安定機（機械）１は細長いフレーム２を有しており、フレームは軌道５のレール４上に軌道式台車３により支持されている。標準式鉄道車両として設計された機械１を連続的に前進させるために、軌道式台車３の各々には駆動装置６が取り付けられ、又、移動走行用に流体式原動機７が備えつけられている。機械１に設けられた駆動装置はすべて中央エネルギ供給ユニット８と流体システム１０の流体ユニット９とにより動作する。各端に配設された運転室は機械１の前進ならびに機械フレーム２に接続された２個の振動及び安定化ユニット１２の操作の両方をこなす操作及び制御機器１１を含んでおり、ユニット１２は軌道式台車３間の中央で機械フレーム２に接続され、かつ軌道の長手方向に一方が他方に追従するよう配設されている。これらのユニットは、フランジ付きローラ１３と回動可能なローラディスク１４とからなる工具を有する。フランジ付きローラ１３は、拡開機構（不図示）によってレール４の内面に向けて軌道と交差する方向に押圧され、別体の振動発生器２１によって機械の長手方向と交差する方向で且つ水平方向に振動される。振動発生器２１は、振動ユニット１２に接続されている。機械フレーム２に回動可能に接続されかつ流体シリンダとして設計された垂直高さ調整ドライバ１５は、軌道５上に静荷重を伝達するよう働く。軌道の振動と併せ達成される軌道の降下は高さ基準システム１６によって制御され、このシステムは軌道式台車３間に延びる各レール４用に測定ベースとしてワイヤコード１７を有する。フランジ付きローラとして設計された垂直方向に調整可能な追尾エレメント１８が、２個の振動ユニット１２間の軌道５上を案内され、各レール４に対し個々のワイヤコード１７と協働する高さ感知器１９を担持している。
【００１１】
測定装置２０は、例えば加速度検出器として設計されていて、各振動ユニット１２に付属していて、振動発生器２１によって生成された振動振幅を検出する。他の測定装置２２は、振動発生器２１の振動周波数を検出するよう働く。軌道５上に作用する静荷重を検出する圧力センサ２３が、各高さ調整ドライバ１５に付属している。他の圧力センサ２４が、それぞれ流体ポンプ２５（図２）と振動発生器２１との間に備わっていて、振動発生器２１を作動させるよう働く動作圧力を検出する。他の測定装置２６，２７が、機械１の前進速度すなわち動作速度を検出し、夫々移動距離を測定するよう働く。全ての測定装置と圧力センサは、計算ユニット２８と記録装置２９とに接続されている。
【００１２】
上記の圧力センサ２４は、図２の流体線図に図示されており、流体ポンプ２５と流体モータ３０によって動作可能とされた振動発生器２１との間の動作圧力を検出するよう設けられている。
【００１３】
図３には、横方向抵抗を測定するための測定装置の構成が概略図示してある。横断方向の加速度ａ（ｍ／ｓ ²）は、測定装置２０によって検出される。振動振幅ｘ_o は、二重積分によって計算ユニット２８に最後に与えられる。ｆは振動周波数を表し、それは計算ユニット２８にも供給される。静荷重Ｆ_v は、右手側だけでなく左手側の高さ調整ドライバ１５によっても個々に測定される。振動発生器２１を作動させるのに必要とされる動作圧力すなわち充填圧力Ｐ_p は、圧力センサ２４によって計算ユニット２８へと送られる。固定点に対する機械１による移動距離は、測定装置２７によって記録され、これにより測定された横方向抵抗に個々の軌道領域に対する精密な位置が割り当てられる。測定装置２６によって検出された機械１の速度とともに、前進速度の関数である横方向抵抗の影響が記録され考察される。
【００１４】
以下の記号は、横方向抵抗ＱＶＷを測定するため、以下に提示される理論的背景に向け用いられる。
【００１５】
μ バラスト道床と枕木との間の摩擦係数
ｄｔ 時間差分
ｄＷ エネルギ差分
ｆ 振動周波数
Ｆ_v 静荷重すなわち垂直な力
ｋ_o 係数
ｋ_v 係数
ｋ'_o 係数
ｋ'_v 係数
ｎ_p 振動ユニット１２の速度
Ｐ_ab 動力出力
Ｐ_DGS 振動ユニット１２の振動動力
Ｐ_g 軌道面とバラストの振動動力
Ｐ_p 振動発生器２１を作動させる動作圧力
Ｐ_r 摩擦動力
Ｐ_rot 回転動力成分
Ｐ_zu 動力入力
Ｑ_p 流体ポンプ２５の出力
ＱＶＷ 横方向抵抗
ＱＶＷ₁₀₀ 正規化された横方向抵抗（１００ＫＮ荷重時）
ｔ 時間
Ｖp 流体ポンプ２５の充填容積
ｘ_o 振動ユニット１２の振動振幅
ＫＮ キロニュートン
以下の式は、横方向抵抗測定用の理論的背景を説明するために提示するものである。
【００１６】
軌道５へと伝達される摩擦動力（Ｐ_r）は、
Ｐ_r＝ｄＷ／ｄｔ＝Ｆ・ｖ＝Ｆ_v・μ・ｘ_o・２πｆ・cos（２πｆｔ）
＝Ｆ_v・μ・ｘ_o・２πｆ・２／π＝Ｆ_v・μ・ｘ_o・４ｆ＝ＱＶＷ・ｘ_o・４ｆ
入力動力（Ｐ_zu）は、
Ｐ_zu＝Ｑ_p・Ｐ_p＝Ｖ_p・ｎ_p・Ｐ_p＝Ｖ_p・ｆ・Ｐ_p
一定の出力動力（Ｐ_ab）は、
Ｐ_ab＝Ｐ_DGS＋Ｐ_g＋Ｐ_rot
横方向抵抗（ＱＶＷ）の式は、以下の力の平衡から生ずる。
【００１７】
Ｐ_zu＝Ｖ_p・ｆ・Ｄ_p＝Ｐ_r＋Ｐ_ab＝ＱＶＷ・ｘ_o・４ｆ＋Ｐ_ab
（軌道安定機を操作して軌道５を目標位置まで降下させる間に）変動する垂直荷重すなわち静荷重による横方向抵抗（ＱＶＷ）への影響を取り除くため、その値は例えば１００ＫＮの垂直荷重（ＱＶＷ₁₀₀） によってさらに正規化さるべきである。一定のストローク容積を維持するため、流体ポンプの調整角度は変化させない。（さもなくば、ストローク容積を可変することもまた可能であるが、その場合にはその変化は検出さるべきであり、動力測定に含まれよう。）

振動振幅ｘ_oに対する一定値について、振動周波数ｆと静荷重Ｆ_vには、以下の式が成立する。
【００１８】
ＱＶＷ₁₀₀＝ｋ'_v・Ｐ_p−ｋ'_o
この式から分かるように、原則的には横方向抵抗の絶対値さえも測定できる。さらにまた、いずれの場合も、（軌道を目標位置にまで降下させる）安定化処理の間に横方向抵抗の質的挙動を測定することが可能である。
【００１９】
横方向抵抗測定を、軌道５を希望する目標位置へと制御して降下するのと併せ遂行するか、或いは既に安定化された軌道５を高さ調整ドライバ１５の最小限の操作をもって、降下させずに単に水平方向の横断振動をもって振動状態にセットするだけの別個の測定試行において遂行するかは随意選択的である。明らかに、記述した流体システムに代えて他のエネルギシステム、例えば電気エネルギを用いて振動発生器２１を作動させることも可能である。この場合、そのときの電流の変化が横方向抵抗に相関する測定値として用いられる筈である。
【図面の簡単な説明】
【図１】制御された軌道降下と併せ横方向抵抗を測定する機械として公知の軌道保守機械の側面図を示す図である
【図２】振動発生器を作動させる流体システムのための線図の一部を示す図である。
【図３】横方向抵抗を測定する様々な測定装置の単純化した概略図を示す図である。
【符号の説明】
１ 機械
２ 機械フレーム
３ 軌道式台車
１０ 流体システム
１２ 振動ユニット
１５ 流体式高さ調整ドライバ
１６ 高さ基準システム
２１ 振動発生器
２３ 圧力センサ
２９ 記録装置

Claims (5)

1. 軌道を振動発生器（２１）によって軌道の長手方向と交差する方向で且つ水平方向に振動させて、軌道の横方向の抵抗を連続的に測定する方法であって、前記振動発生器（２１）を作動させるのに要する動力を、横方向抵抗に相関する測定値として記録することを特徴とする方法。
2. 前記振動発生器（２１）を油圧で作動させるために必要な動作圧力（Ｐ_p） を、横方向抵抗に相関する測定値として記録する請求項１に記載の方法。
3. 前記動作圧力（Ｐｐ）に加えて、
   ａ）振動発生器（２１）の振動周波数（ｆ）
   ｂ）振動振幅（ｘ₀）
   ｃ）振動ユニット（１２）に垂直方向に作用する荷重（Ｆ_v）
   ｄ）機械の前進速度
   の内から少なくとも一つの測定値を記録する請求項２に記載の方法。
4. 請求項１に記載の方法を実施する軌道の横方向抵抗を連続的に測定する装置であって、軌道上に載置されると共に振動発生器（２１）を有し、調節装置によって軌道のレール上に固定自在な振動ユニット（１２）を備え、前記振動発生器（２１）が機械フレーム（２）に連結され且つ流体システム（１０）の流体ポンプ（２５）により動作可能であり、
   前記流体システム（１０）に圧力センサ（２４）が付設され、該圧力センサは振動発生器（２１）を作動させるのに必要な動作圧力（Ｐ_p） を検出し且つ、その各々が、前記機械フレーム（２）と前記振動ユニット（１２）との間に設けられた油圧式の高さ調整用駆動装置（１５）と連携して垂直荷重（Ｆ_v） を記録することを特徴とする装置。
5. 請求項１に記載の方法を実施する軌道を目標位置へ降下させる軌道安定機（１）であって、軌道式台車（３）に支持された機械フレーム（２）と、高さ調節用駆動装置（１５）によって該機械フレームに連結されると共に油圧ポンプ（２５）によって作動される振動発生器（２１）を有する振動又は安定化ユニット（１２）と、高さ基準システム（１６）とを備え、
   振動発生器（２１）の前方に設けられると共に振動発生器（２１）を動作させる動作圧力（Ｐ_p）を検出する圧力センサ（２４）と、動作圧力（Ｐ_p）に相関する横方向抵抗を記録する記録装置（２９）とを具備することを特徴とする軌道安定機。

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