JP4008082B2 - レールの締結具の脱落の検知装置及び方法、並びに、レールの位置の検知方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、レールを、スラブ軌道を包含する枕木等に締結するボルト等の締結具の脱落を、レール上を高速で走行しながら連続的に検知することのできるレール締結具の脱落の検知装置に関し、この検知装置を用いて、枕木上のどの締結具の脱落かを判定する方法に関し、更に、前記検知装置を用いて、レール上を高速で走行しながら、レール上の特定位置を検知する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道のレールの締結装置としては、図1に示すように、2枚の重ね板ばね1と締結具としてのボルト2を用いて行うのが一般的である。板ばね1はボルト2によって枕木3に押圧され、板ばね2の先端5によって、レール6の基部7を枕木に押圧して、レール6を枕木3に固定している。レール締結装置は、2本のレールの内側と外側とにそれぞれ設けられるので、1つの枕木には4つのレール締結装置が設けられ、締結具としてのボルトも4本設けられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、締結具の脱落(ヌケ)は、列車の脱線等の重大事故を招くおそれがあるので、あってはならない。そこで、定期的に、締結具の脱落を検査することが行われている。この締結具の脱落の検査は、保守作業員が線路巡回時に、レール沿いに歩行しながら目視及び打音によって行っている。この保守作業員による検査は、夜間が中心となるため、締結具の脱落を見落とすおそれがある。また、この検査は、保守作業員がレール沿いに歩行しながら行うので、歩行距離範囲内でしか検査できず、検査の範囲が短く制限されていつ。そこで、レールの締結具の脱落の検査を、レール上で車両を高速走行させながら自動的に広い範囲に行えるのが望ましい。
【0004】
前記の締結具の脱落の検査とは別に、検査用車両がレール上を走行しているときに、レール上での位置を自動的に計測することは既に行われている。従来の方法では、走行車両に速度発電機を搭載し、この速度発電機からの信号を積算してレール上での位置を算出している。また、前記した積算の誤差を修正するため、軌道上の特定位置に特定の識別手段を設けることも行われている。このレール上での位置の検知は、レールの締結具の脱落を保守作業員がレール沿いに歩行しながら行う場合には保守作業員によって知ることができるので必要ないが、レールの締結具の脱落を自動的に検知する場合には必要となる。そこで、レールの締結具の脱落の検査において、レール上で車両を高速走行させながら、脱落位置を追加の装置なく検知できるのが望ましい。
【0005】
従って、本発明の目的は、レールの締結具の脱落の検査をレール上で車両を高速走行させながら行えるレール締結具の脱落の検知装置を提供することにあり、この検知装置を用いて、枕木等(スラブ軌道を含む)上のどの締結具の脱落かを判定する方法を提供することにあり、前記の検知装置を用いて、レール上を高速で走行しながら、レール上の特定位置を検知する方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決する手段】
本発明によれば、レールの締結具の脱落を検知する装置であって、レール上を走行する台車の下面側に取付けられ、レールを、スラブ軌道を含む枕木等に締結する締結具の形状を検知するため、締結具の形状信号を出力する締結具センサであって枕木等毎に各レールの両側の前記締結具を同時に検知する4つの締結具センサと、該締結具センサのそれぞれからの締結具の形状信号を処理して締結具のレール上での脱落を判定する処理装置とを設けたことを特徴とするレール締結具の脱落の検知装置が提供される。
【0007】
【作用】
上記検知装置によって、台車をレール上で高速走行させながら、締結具センサからの締結具の形状信号を処理して締結具のレール上での脱落を判定することができ、これによって、保守作業員を、レール締結具の脱落の検査作業から解放することができ、人手に頼っていた検査作業を効率化し、人為的ミスも減少させることができる。
【0008】
また、本発明によれば、上記のレール締結具の脱落の検知装置を用いて、レール上の締結具を走行しながら枕木等毎に順次検知し、各枕木等について4個の締結具の形状を検知し、各枕木毎に締結具の脱落を判定することを特徴とするレール締結具の脱落の検知方法が提供される。このように、高速走行しながら各枕木等毎に4個の締結具の検知信号を用いて締結具の脱落を判定しているので、締結具の脱落の検知を正確にできる。
【0009】
更に、本発明によれば、レールの特定位置の検知方法であって、前記特定位置の枕木等には、他の位置の枕木等の締結具とは異なる形状の識別締結具を用いてレールを締結し、請求項1に記載のレール締結具の脱落の検知装置を用いて、前記識別締結具を検知して前記特定位置を検知する、ことを特徴とするレールの特定位置の検知方法が提供される。これにより、締結具の脱落位置の検知が、締結具の脱落の検知装置によって行うことができ、装置の追加なく、締結具の脱落の検知とその脱落した締結具の位置の検知が一緒に行われる。このレールの特定位置の検知方法において、前記識別締結具と通常の締結具が、前記特定位置にある複数の隣接の枕木等に、特定のパターンをもって配置し、該特定のパターンを認識及び判定することにより、レールの特定位置を検知することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。図2には、本発明に係るレールの締結具の脱落の検知装置10が示されている。検知装置10は、レール6の締結具すなわちボルト2を検知するボルトセンサユニット11と、このボルトセンサユニット11からの出力信号を受けて処理する処理装置13とを備えている。ボルトセンサユニット11は、検査用車両(図示せず)の台車(図示せず)の下面側に固定した取付基台(図示せず)に取付けられる。ボルトセンサユニット11には、2本のレール6の4本のボルト2(左レール軌内及び軌外並びに右レール軌内及び軌外にあるボルト)を検知する位置に、4個のボルトセンサ11a、11b、11c、11dが、設けられている。ボルトセンサとしては、レーザ式変位計を利用した距離センサが使用される。このレーザ式変位計を利用した距離センサは、レーザビームを対象物(ボルト)に当て、その反射ビームを受けてセンサと対象物との間の距離に対応する信号を出力するもので、公知のものである。
【0011】
処理装置13は、通常、検査用車両の中に設けられており、ボルトセンサユニット11の出力信号を受けて処理する。処理装置13は、必ずしも検査用車両になくてもよく、ボルトセンサユニット11からの信号を無線又は有線で遠隔地に送るようにすることによって、処理装置13を検査用車両とは別の場所に設けることができる。処理装置13には、ボルトセンサ11a〜11dの信号を受けて増幅する増幅器14と、増幅器14からのアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器15と、得られたディジタル信号を一旦記憶して保存する記憶部17と、記憶部17からのデータを演算処理する演算部18と、演算したデータからボルトの脱落を検知する脱落検知部19と、ボルトの脱落の検知データを出力する出力部21とを備えており、これらの部分に電力を供給する電源22が設けられている。また、演算部18と出力部21との間には、レールの特定位置の検知を行う位置検知部23が設けられている。出力部21は、例えば、プリンタやモニターディスプレイ等の出力装置に接続されて、検知結果を印刷したり、表示したりする。
【0012】
図3は、ボルトセンサユニット11のボルトセンサ11a〜11dの出力信号の波形を示している。図3の円Aで囲んだ部分において見られる波形について、図4を参照して説明する。ボルトセンサ11a〜11dは、車両の台車から対象物までの距離を常時計測して距離信号として出力している。また、各ボルトセンサは、台車の取付基台に、締結具としてのボルトを検知する位置に固定されているので、図4において、先ず枕木3に相当する第1のレベルの枕木信号25が現れ、次に板ばね1に相当する第2のレベルの板ばね信号26が現れ、そしてボルト2に相当する第3のレベルのボルト信号27が現れ、その後、ボルト信号27が無くなる(ボルト2を過ぎる)と再び板ばね信号26が現れ、板ばね1を過ぎると枕木信号25が現れ、枕木3を過ぎるその枕木信号25が終了する。図3において、各ボルトセンサ11a〜11dの出力信号は、レールを締結するボルト2から得られるボルト信号27が、レール横断方向毎に4個ずつ、示されており、この図3の信号からは、ボルト2の脱落(ヌケ)は認められない。
【0013】
図3及び図4から理解されるように、ボルトセンサの出力信号は、枕木3や板ばね1やボルト2の高さや直径等のボルトの形状を反映した波形信号である。そこで、レールの特定位置において使用するボルトの形状を、通常のものとは違う特定形状のものに代えて、このボルトを識別ボルトして用いることができる。図5は、レール6の左側に、通常のボルト2より頭部の高い形状の識別ボルト29を用いた例を示している。なお、図5のレール6の右側のボルト2は通常のボルトである。図6は、隣接する7本の枕木30〜36を利用して、これらの枕木に、通常のボルト2と識別ボルト29とを、特定のパターンをもって配置した例を示している。
【0014】
図6において、白丸(枕木35に見られる)は通常のボルト2を表しており、黒丸(枕木30、31、36に見られる)は識別ボルト29を表しているものとする。また、丸の中に十をつけたマーク38(枕木32〜34に見られる)は、通常のボルト2と識別ボルト29とを枕木毎に選択的に配置することを表している。図5の例では、1つのボルト締結装置に通常のボルト2と識別ボルト29を混在させている。しかしながら、本実施例においては、図6に示すように、1つの枕木には、通常のボルト2だけ、あるいは、識別ボルト29だけが使用され、通常のボルト2と識別ボルト29とを混在させることはない。これは、1つの枕木毎にボルトの脱落を検知するのが、ボルトの脱落の検知を正確にするので、1つの枕木には、通常のボルト2だけ、あるいは、識別ボルト29だけが使用される。通常のボルト2と識別ボルト29を混在させると、ボルトセンサからの出力信号が変化して、1つの枕木でのボルトの脱落を検知を行うことが困難になるからである。
【0015】
図6の例において、枕木30〜36のうち、両側の隣接する2つの枕木30、31、及び、枕木35、36においては、通常のボルト2を用いた枕木と識別ボルト29を用いた枕木とで、2つの固定のパターンが作られる。これらの固定パターンが、例えば、レール位置の検知の開始点及び終了点として利用できる。また、これらの固定パターンを、ボルトセンサからの出力信号の校正に使用することもできる。そして、中間の3本の枕木32〜34のパターンについては、通常のボルト2と識別ボルト29とを枕木毎に選択的に配置して、場所情報あるいは距離情報を示す情報パターンとして形成する。検知装置10において、ボルトセンサ11が、枕木30〜36を通過するとき、枕木30及び31(又は、枕木35及び36)の固定パターンを認識した後、枕木32〜34のパターンからレールの位置情報を得て、枕木35及び36(又は、枕木31及び32)の固定パターンを認識してその位置情報の識別を終了する。なお、図6の例のように、情報パターンを示す枕木の数を3本にした場合、8通りの情報を表現することができる。勿論、情報パターンを示す枕木の数は、3本に限ることなく、任意の数にすることができる。
【0016】
レールの保守点検作業において、レールの締結具(すなわちボルト)の脱落を検知する場合、先ず、検知装置1が設けられた車両を、軌道へ導入し、ボルトセンサユニット11及び処理装置13を動作させる。車両が走行すると、レール上の台車の下面側に取付けられたボルトセンサ11a〜11dが動作して、レーザビームを各レール2の両側に連続的に発し、ボルトセンサ11a〜11dは、地面や枕木及び締結装置から反射したビームを受光して、図3に示す距離信号を、それぞれ出力し始める。これらの信号は、処理装置13の増幅器14を経由してA/D変換器15に送られ、記憶部18に格納される。記憶部18のデータは、演算部18によって演算処理される。演算処理は、各枕木毎に4つの信号について行われる。この場合、1つの枕木の4つの信号のうち、いずれか3つの信号のボルト信号27の一致を確認することによって、ボルト信号の存在を確認して、信号のノイズ等による誤りや見逃しを防止でき、ボルトの脱落の判定を正確にできる。確認したボルト信号が、ボルトの脱落の判定に利用される。
【0017】
演算部18で演算処理されたデータは脱落検知部19へ送られ、前記の確認したボルト信号を用いて、枕木毎に、ボルトの脱落の判定が行われて、ボルト脱落の検知を行い、そのデータを出力部21へ送る。演算部18からは、位置検知部23にもデータが送られ、検査中のレールの位置を検知する。この検知には、通常のボルト2と識別ボルト29とを用いて、図6に示すように、レール上の特定位置(枕木30〜36)に、通常のボルト2と識別ボルト29を特定のパターンに配置したものを利用する。このパターンの認識は、検知装置10によって行われる。検知装置10は、先ず、レール上の図6のような特定のパターンを検知してその特定位置を検知する。次に、その検知後、枕木の本数や車両の走行時間及び走行速度等から、特定位置からの車両の距離を算出する等して、当該枕木のボルトの脱落位置を算出することができる。
【0018】
この通常のボルト2と識別ボルト29とによるパターンは、レールの特定位置の検知に有効に利用できるが、それ以外にも、ボルトの脱落の検知の校正に利用できる。枕木30、31、及び、枕木30、31には、それぞれ、固定のパターンが形成されている。このことを利用して、線路方向において、これらの固定パターン部分で一致することを確認することによって、正しいデータが得られていることを確認できる。また、枕木方向においても、固定パターンの部分において1つの枕木の4つの信号の一致を確認することによって、正しいデータが得られていることを確認できる。このように、レールの特定位置の複数の枕木の締結具すなわちボルトの形状を変えて、特定のパターンに配置することによって、レールの特定位置の検知ができ、また、検知装置10の校正もできる。更に、このパターンによって、検査や測定の開始点や終了点、検査や測定の中断ポイントの表示、中断した検査や測定の再開ポイントの表示、更には、検査対象であるボルトのキロ程の情報の表示等を行うことができる。
【0019】
このようにして、ボルトすなわち締結具の脱落を検知した後は、測定されたキロ程とともに、測定された枕木の本数等ともに、プリンタに出力されて、保守作業員に手渡される。保守作業員はそのデータをもとに脱落した締結具の改修作業を行うことになる。また、車両上では、モニターディスプレイ等に表示してそのデータをモニターすることができる。なお、実験において、レーザ式変位計を利用した距離センサを用いて、検査車両を、200km/hの高速で走行させて連続検知することができた。なお、実施例ではレールが枕木に締結されるものして説明したが、スラブ軌道も含まれる。
【0020】
【発明の効果】
本発明によれば、台車をレール上で高速走行させながら、締結具センサからの締結具の形状信号を処理して締結具のレール上での脱落を判定することができ、これにより、保守作業員を、レール締結具の脱落の検査作業から解放することができ、人手に頼っていた検査作業を効率化し、人為的ミスも減少することができる。レールの特定位置の枕木には他の位置の枕木の締結具とは異なる形状の識別締結具を用いてレールを枕木に締結して、レール締結具の脱落の検知装置を用いて、その識別締結具を検知して、締結具の脱落位置の検知が、1つの検知装置によって行われ、装置の追加なく行われる。この場合、識別締結具と通常の締結具とを、隣接する複数の枕木に、特定のパターンをもって配置し、該特定のパターンを認識することにより、レールの特定位置を検知することができ、そのパターンを利用して、レール締結具の脱落の検知装置の校正もできる。また、本発明の検知装置は変位計を利用した距離センサが締結具センサとして用いることができるので、保守点検作業用の車両以外にも、新幹線や在来線の営業車両に搭載することができ、保守作業員がレールに沿って巡回作業を行う場合に比較して極めて効率的な検査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】通常のレールの締結装置を示す正面図である。
【図2】本発明に係るレール締結具の脱落の検知装置のブロック図である。
【図3】ボルトセンサ11a〜11dの出力信号の波形図である。
【図4】図3の円Aで囲んだ部分の波形を説明する図である。
【図5】識別ボルトを用いたレールの締結装置の正面図である。
【図6】特定の複数の枕木に、識別ボルトと通常のボルトとで特定のパターンをもってレールを締結した例を示す平面図である。
【符号の説明】
1 板ばね
2 ボルト(締結具)
3 枕木
5 板ばねの先端
6 レール
10 レールの締結具の脱落の検知装置
11 ボルトセンサユニット
11a〜11d ボルトセンサ
13 処理装置
14 増幅器
15 A/D変換器
17 記憶部
18 演算部
19 脱落検知部
21 出力部
22 電源
23 位置検知部
25 枕木信号
26 板ばね信号
27 ボルト信号
29 識別ボルト
30〜36 枕木
Claims (4)
- レールの締結具の脱落を検知する装置において、
レール上を走行する台車の下面側に取付けられ、レールをスラブ軌道を包含する枕木等に締結する締結具の形状を検知するため、締結具の形状信号を出力する締結具センサであって枕木等毎に各レールの両側の前記締結具を同時に検知する4つの締結具センサと、
前記締結具センサのそれぞれからの締結具の形状信号を処理して締結具のレール上での脱落を判定する処理装置と
を設けたことを特徴とするレール締結具の脱落の検知装置。 - 請求項1に記載のレール締結具の脱落の検知装置を用いて、レール上の締結具を走行しながら枕木等毎に順次検知し、
各枕木等について4個の締結具の形状を検知し、各枕木等毎に締結具の脱落を判定する
ことを特徴とするレール締結具の脱落の検知方法。 - レールの特定位置の検知方法において、
前記特定位置の枕木等には、他の位置の枕木等の締結具とは異なる形状の識別締結具を用いてレールを締結し、
請求項1に記載のレール締結具の脱落の検知装置を用いて、前記識別締結具を検知して前記特定位置を検知する、
ことを特徴とするレールの特定位置の検知方法。 - 請求項3に記載のレールの特定位置の検知方法において、
前記識別締結具と通常の締結具が、前記特定位置にある複数の隣接する枕木等に、特定のパターンをもって配置されており、
該特定のパターンを認識及び判定することにより、レールの特定位置を検知する
ことを特徴とするレールの特定位置の検知方法。
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