JP4810480B2 - 軌道検測車 - Google Patents
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Description
多数の営業列車が運行される本線区においては、営業車両とほぼ同じ規格の車両にレール変位量測定装置を搭載して、いわば大型の軌道検測車を構成し、高速度で走行させて各軌道狂いが検測されている。しかし、列車の運行回数が少ない閑散線区や、駅構内の側線などに対しては、大型の軌道検測車は適当でないので、中型もしくは小型の軌道検測車が利用されている。さらに、簡易な検測を行うために低速度走行による手押しの簡易型軌道検測車、牽引型軌道検測車も実用化されている。
この光学式レール変位量検出器にあっては、同時にレールとレールとの継目を示す信号も得られるが、それは、継目そのものが検出されるものではなく、レールとレールとを結合する継目接続板が検出されるものである。その検出信号は、継目検出が一部で欠けたり、未検出領域が発生するので、単に測定位置がずれたときの位置超過を検出する参考データとされるだけである。そこで、レール継目の検出について、出願人は、巻き方を相互に逆方向にして両者の検出電圧を同時に得る差動コイルを用いた電磁式のレール継目検出器を出願している(特願2005−64275号)。
また、軌道狂いを測定する差動トランスを用い非接触型の電磁式の水平方向のレール変位量検出器も公知である(特許文献2)。
そのため、レール高さの測定を伴う中速走行の軌道検測車は、レール高さ測定を光学式の測定装置に頼らざるを得なくなり、車両の小型化が難しい。しかも、レール高さ測定をローラ等をレールに接触させ、また、軌道狂いを測定車輪で測定する中速走行検測は、検出機構系の重量が重くなるので、2軸の走行台車が必要となり、この点でも小型化が難しくなる。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであり、レール高さ測定が容易で、2軸の走行台車が不要な1軸支持の軸箱形状で車体を支持することができ、50km/hから80km/h程度の中速走行に適した軌道検測車を提供することにある。
その結果、1軸支持の軸箱・板バネ支持機構を介して車体(車体フレームあるいはシャーシ)を直接走行車輪に結合することができ、2軸の走行台車が不要な1軸支持の軸箱形状で車体を支持することができる。それにより、車両全体を小型化することができる。
その結果、レール高さ測定が容易で、2軸の走行台車が不要となり、50km/hから80km/h程度の中速走行に適した小型の軌道検測車が容易に実現できる。
図1において、10は、50km/hから80km/h程度の中速検測用の軌道検測車であり、1は、その車体(車体フレームあるいはシャーシ)であって、左右の各レール11に対応して2つの車輪2,3が前後に設けられている。各車輪2,3の車軸2a,3aは、1軸支持の軸箱・板バネ支持機構4,5を介して直接車体1に結合され、車体1を支持している。
アーム2b,アーム3b,アーム3cには、それぞれ途中にレール11に対峙するように電磁センサ6a,6b,6cが直接あるいはブラケット(図示せず)を介して固定されている。
なお、図1では、説明の都合上、アームに直接電磁センサ6a,6b,6cが取付られているように図示しているが、実際には各アームと電磁センサとの間にブラケットが設けられ、電磁センサ6a,6b,6cは、このブラケットを介して図示する以上にレール11の頭部に接近して各アームに支持されるようにそれぞれ取付けられる。
車軸2a,3aは、それぞれ軸箱・板バネ支持機構4,5の軸箱に設けられた軸受で支持され、板バネを介して車体1側に固定される。そこで、それぞれのアーム2b,アーム3b,アーム3cの軸支は、車軸2a,3aそのものではなく、軸箱・板バネ支持機構4,5の軸箱あるいは軸受部を介してそれぞれ軸支されることになる。これにより、アーム2b,アーム3b,アーム3cは、レール横断方向には車輪2,3とともに移動するように車軸2a,3aにより拘束され、車体1に対して上下に移動する走行車輪、すなわち車輪2,3を基準にしてレールの高さに応じて電磁センサ6a,6b,6cを上下移動させる回動をする。
なお、図では、電磁センサ6a,6b,6cに厚さがあるが、変位センサ7a,7b,7cにより測定される車体1と電磁センサとの距離a,b,cは、電磁センサ6a,6b,6cの厚さが加算されて、実質的に電磁センサ6a,6b,6cの測定値a’,b’,c’に距離a,b,cをそれぞれ加算して車体1とレール11との距離が検出されるようにそれぞれ設定されている。さらに、図では1本のレール11だけを示しているが、これら電磁センサ6a,6b,6cと変位センサ7a,7b,7cとは、それぞれ左右の2本のレール11に対応して設けられている。
図2は、レールに対する電磁センサの距離、すなわち、センサ高さを測定する測定原理を説明するものである。それを車輪3を例に説明すると、その車軸3aとアーム3bと補助輪3d、そしてレール11との間に車輪3の半径Rを底辺とする細長い三角形が形成される。
そこで、補助輪3dがレール11の高さに応じて上下に移動すると、電磁センサ6bのレール11に対する高さが微少量変化する。この変化量をセンサ高さb’として電磁センサ6bが検出する。変位センサ7bによる車体1と電磁センサ6bとの距離をbとすると、車体1からレール11までの距離d2は、d2≒b+b’で算出することができる。
図3は、その軸箱・板バネ支持機構による走行車輪の車体取付構造の説明図である。
図3(a)の軌道検測車全体の側面図に示すように、軌道検測車10の全長は、10m足らずであり、前後で2個設けられた1軸の軸受走行車輪となっている。
図3(a)〜(c)に示すように、このときの軸箱・板バネ支持機構4,5の構造は、軸箱40と重ね板バネ41による支持機構、そして車軸2a,3bを受ける軸受部42とからなる。
軸箱40には特許文献2と同様な差動トランスからなる水平方向の軌道狂いを測定する電磁センサ44が取付けられている。なお、軸箱・板バネ支持機構5側は、アーム3cの陰となるのでそれを図示していない。
アーム(アーム2b,アーム3b,アーム3c)の長さは、500mm〜800mm程度の長さであるが、軸箱40にアーム(アーム2b,アーム3b,アーム3c)の片側を直接軸支すれば、アームの長さを短くできる。
重ね板バネ41の中央部にある胴締め41cは、これの下側で軸受部42を支持する構造を採る。
図3(c)の軸箱部分の内部平面図に示すように、軸受部42に支持円板46を取付けてアーム(アーム2b,アーム3b,アーム3c)の端部を支持円板46に軸ピン45を介してアームの端部をそれぞれリンク結合することで、アーム(アーム2b,アーム3b,アーム3c)を走行車輪を基準にして上下方向に回動させる。
これにより、前後1軸の走行車輪で2つで車体1を支持することができる。
検出回路20は、ケース62に電磁センサ部61とともに固定されてもよく、また、データ処理装置8と電磁センサ部61との間に配置されていてもよい。ケース62に樹脂充填固定されるものでは、検出回路20からデータ処理装置8への配線ライン(図示せず)は、車軸2a、3aの軸支されたアーム2b,3b,3c、軸箱・板バネ支持機構4,5を経て車体1に至り、データ処理装置8に接続されている。
空芯コイル61bの中心Obを中心線Oから外側にずらせる理由は、レールにはカーブがあるので、このときに軌道検測車10が内側にシフトしたときに中心Obが必要以上に内側にずれることで空芯コイル61a、61bが共に外れて電磁センサ部61の検出信号が得られなくなることを防止したものである。なお、軌道検測車10の外側へのずれは、車輪のフランジで阻止され、大きくずれることはない。
ここで、レール11の中心Oからの電磁センサ6の左右方向変位量について考えてみると、図4に示すような逆方向に向いた差動の三角形の空芯コイル61a,空芯コイル61bにおける差信号(BLa−BLb)は、レール中心に対する水平方向の位置ずれに応じて一方の検出信号のレベルが増加すると、他方の検出信号のレベルが減少し、しかもレール高さに応じてその差が増減する関係にある。
なお、巻き方を相互に逆方向にして両者の検出電圧を同時に得て、特に、これらの検出信号の差を採ることで差動動作における差電圧(図6(a)の(BLa−BLb)参照)を得ることができる。
なお、バイアス回路22は、抵抗R1〜R4と定電圧電源回路22aとからなり、空芯コイル61a、61bにそれぞれバイアス電流を流す回路である。
レールの継目の部分では、継目板とレールとレールの間隙とに応じて空芯コイル61a、61bのインダクタンスが変化し、それに応じた電圧が空芯コイル61a、61bの端子に発生するので差動増幅器21a,21bにそれに応じた検出信号を得ることができる。
データ処理装置8は、MPU81とメモリ82、インタフェース83、そしてこれらを接続するバス84等とを有し、距離パルスPLと、これに対応してA/D変換された差動増幅器21a,21bの信号をインタフェース83を介して測定データとして受けて空芯コイル61a、61bの検出信号の差と和の算出処理算等をする。
BLaが差動増幅器21aの測定データ、BLbが差動増幅器21bの測定データである。長丸で示す部分がレール継目位置の検出信号であり、その前後で波形に大きなピークを持つ凹凸の波があるのは、継目板によるものである。
なお、横軸は、距離パルスPLによるサンプル数、縦軸は電圧[mV]である。BLbの波形が小さいのは、空芯コイル61bがレール中心Oより10mmずれているからである。また、横軸の距離パルスPLによるサンプル数は、軌道検測車10の走行距離に対応している。
データ処理装置8において、これら測定データの差信号電圧(BLa−BLb)の演算した結果が図6(b)のグラフBLa−BLbである。これにより、レール継目位置の検出信号DLは、大きな波形の検出信号として得ることができる。しかし、軌道検測車2は、上下左右に揺れて走行するので、それによる検出波形の変動も大きい。
DLがレール継目位置検出信号であるが、ここでは、レール継目位置検出信号DLではなく、それ以外の波形部分Dに注目する。
そこで、あるサンプルレールに対してレール中心からの各左右方向のずれ量xを変数として軌道検測車10と同じ配置と同じ条件で電磁センサ6を高さ方向に移動して、レール中心から左右方向に移動位置に対応してサンプルレールと電磁センサ6との距離、すなわちレールの高さとの関係を測定したところ、図7のような特性グラフを得ることができた。
ここでのレール中心からの左右方向のずれ量xは、基本的には差動電磁センサ6の差信号(BLa−BLb)と和信号(BLa+BLb)との比=(BLa−BLb)/(BLa+BLb)で決定されるはずであるが、変数であるずれ量xと測定値比=(BLa−BLb)/(BLa+BLb)とを利用してこれらの間を整合させたところ、前記した式(1)が得られた。
x={(BLa−BLb−k1)/(BLa+BLb−k2)}×k3+k4……(1)
ここで、k1,k2は、差動電磁センサの配置と構造上から決定されるオフセット補正値、k3は、アンプの増幅率等で決定される検出回路構成による係数、k4は、差動電磁センサの取付状態等により決定される補正値である。
そこで、式(1)と図7の特性グラフを利用することで、差動電磁センサ6からの検出信号によりレール11に対するセンサ高さ[mm]を測定することが可能になる。
なお、差動電磁センサ6の構造と検出回路20の構成により前記の補正値k1〜k4は、実測データとの関係あるいはサンプルレールの測定によりそれぞれに適宜決定することができる。
なお、パラメータ領域82fには、式(1)のx={(BLa−BLb−k1)/((BLa+BLb−k2)}×k3+k4が記憶され、さらに各係数k1〜k4が記憶されている。
電磁センサの差信号・和信号算出プログラム82aは、これがコールされたときにMPU81に実行され、MPU81は、電磁センサ6の各コイルの差信号(BLa−BLb)と和信号(BLa+BLb)とをそれぞれに算出してメモリ82の作業領域82gに記憶し、電磁センサのレールずれ量算出プログラム82bをコールする。
電磁センサのレールずれ量算出プログラム82bは、これがコールされたときにMPU81に実行され、MPU81は、前記により算出された差信号(BLa−BLb)と和信号(BLa+BLb)を参照して前記式(1)に従ってレール11の中心Oからのずれ量xを求め、電磁センサのレール高さ算出プログラム82cをコールする。
電磁センサのレール高さ算出プログラム82cは、これがコールされたときにMPU81に実行され、ずれ量xからxに対応するか、図7における一番近い特性グラフをレール高さ算出テーブル82eにおいて参照して和信号(BLa+BLb)の電圧値からセンサ高さh[mm]を得る。なお、縦軸の高さh=0は、車体1が上下移動していないときのレール11に対する基準高さである。
次に、電磁センサ6aの測定データを選択して電磁センサの差信号・和信号算出プログラム82aをコールして実行し、電磁センサ6aに対応してセンサ高さa’を得て作業領域82gに記憶し、次に電磁センサ6bの測定データを選択して同様にして電磁センサ6bに対応してセンサ高さb’を得て作業領域82gに記憶し、同様にして電磁センサ6cに対応してセンサ高さc’を得て作業領域82gに記憶する。
そして、レール高さ変位量Vを算出する。これは、図1の電磁センサ6a,6b,6cと変位センサ7a,7b,7cとにより得た前記の検出値a,a’,b,b’,c,c’により、電磁センサ6a,6b,6cの位置、3点における車体1からレール11までの距離(a+a’),(c+c’),(b+b)を算出し、中間位置の電磁センサ6bの位置におけるレール高さの相対的変位量Vを次の(2)式より演算して算出して、メモリの所定の領域に現在の走行距離に対応して記録する。
なお、ここで算出されたレール高さ変位量V(相対的変位量)は他の軌道測定にも利用される。
V=K1(a+a’)+K2(c+c’)−(b+b’)……(2)
ただし、K1,K2は、弦nに対する比率であり、K1=n1/n,K2=n2/nである。
図1において、n[m]がレール11に対する測定弦の長さであり、電磁センサ6aと電磁センサ6cとの距離,n1[m]が電磁センサ6aと電磁センサ6b間の距離、n2[m]が電磁センサ6bと電磁センサ6c間の距離である。
また、実施例の図2では、電磁センサを設けたアームは、車軸あるいはその軸受に結合して補助輪が上下動する構造を採ることで走行方向に直交する方向の移動に対してアームは、車輪とともに移動するように拘束され、走行車輪を基準にしてレールの高さに応じて上下に回動するようになっているが、走行車輪を基準としてレールに対して電磁センサを上下動させるアームと補助輪との構造は、アームを軸箱に回動可能に枢支してもよく、軸支あるいは枢支の形態は、各種のものが考えられ、特に、図2のものに限定されるものではない。
2a,3a…車軸、2b,3b,3c…アーム、
2c,3d,3e…補助輪、4,5…軸箱・板バネ支持機構
6a,6b,6c…電磁センサ、
7a,7b,7c…変位センサ、
8…データ処理装置、81…MPU、
82…メモリ、83…インタフェース、84…バス、
9…距離パルス発生回路、10…軌道検測車、
11…レール、40…軸箱、41…重ね板バネ、42…軸受部、
43…ブラケット、44…軌道狂いを測定する電磁センサ、
82b…電磁センサのレールずれ量算出プログラム、
82c…電磁センサのレール高さ算出プログラム、
82d…レール高さ変位量算出プログラム、
82e…レール高さ算出テーブル、
82f…パラメータ領域、82g…作業領域。
Claims (6)
- レール変位量を測定する軌道検測車において、
レールの頭部の上部に対応させて前記軌道検測車に設けられた電磁センサと、
前記軌道検測車の車体と走行車輪との間に設けられ前記走行車輪の車軸と前記車体に結合する1軸支持の軸箱・板バネ支持機構と、
前記電磁センサと先端に設けられた前記レールに乗る補助輪とを有し、前記走行車輪を基準として、前記レール高さに応じて上下方向に回動して前記電磁センサを上下動させ走行方向に直交する方向の移動に対して前記走行車輪とともに移動するように拘束されたアームと、
前記電磁センサと前記アーム間に、前記電磁センサを前記レールに近づかせるブラケットとを備え、
前記電磁センサにより前記レール変位量を測定するための前記レールに対する高さを検出する軌道検測車。 - 前記電磁センサは、隣接して配置され相互に逆方向に巻かれた第1、第2の空芯コイルを有し、前記レールの中心に対する水平方向の位置ずれに応じて前記第1、第2の空芯コイルの一方の検出信号のレベルが増加すると、他方の検出信号のレベルが減少し、しかもレール高さに応じてその差が増減するコイル形状で前記電磁センサに配置されている請求項1記載の軌道検測車。
- 前記レールに対する高さは、前記第1、第2の空芯コイルのそれぞれの検出信号を得て前記第1、第2の空芯コイルの検出信号の和信号と差信号との比に基づいて前記電磁センサの前記レールに対する走行方向に直交する方向のずれ量を得て前記第1、第2の空芯コイルの検出信号の和信号と前記電磁センサのレールに対する高さとの関係を示す特性グラフを参照して前記ずれ量に対応する前記特性グラフに基づいて算出される請求項2記載の軌道検測車。
- レール変位量を測定する軌道検測車において、
レールの頭部の上部に対応させて前記軌道検測車に設けられた電磁センサと、
前記軌道検測車の車体と走行車輪との間に設けられ前記走行車輪の車軸と前記車体に結合する1軸支持の軸箱・板バネ支持機構と、
前記電磁センサと先端に設けられた前記レールに乗る補助輪とを有し、前記走行車輪を基準として、前記レール高さに応じて上下方向に回動して前記電磁センサを上下動させ走行方向に直交する方向の移動に対して前記走行車輪とともに移動するように拘束されたアームと、
前記電磁センサと前記アーム間に、前記電磁センサを前記レールに近づかせるブラケットとを備え、
前記電磁センサは、隣接して配置され相互に逆方向に巻かれた第1、第2の空芯コイルを有し、前記レールの中心に対する水平方向の位置ずれに応じて前記第1、第2の空芯コイルの一方の検出信号のレベルが増加すると、他方の検出信号のレベルが減少し、しかもレール高さに応じてその差が増減するコイル形状で前記電磁センサに配置され、
前記レールに対する高さは、前記第1、第2の空芯コイルのそれぞれの検出信号を得て前記第1、第2の空芯コイルの検出信号の和信号と差信号との比に基づいて前記電磁センサの前記レールに対する走行方向に直交する方向のずれ量を得て前記第1、第2の空芯コイルの検出信号の和信号と前記電磁センサのレールに対する高さとの関係を示す特性グラフを参照して前記ずれ量に対応する前記特性グラフに基づいて算出される軌道検測車。 - 前記車体に前記電磁センサに対応して設けられ前記電磁センサとの距離を測定する変位センサを有し、前記電磁センサと前記変位センサの出力に基づいて前記車体から前記レールまでの距離を測定する請求項1又は4に記載の軌道検測車。
- 前記ずれ量は、次の(1)式よりxとして得る請求項3又は4記載の軌道検測車。
x={(BLa−BLb−k1)/(BLa+BLb−k2)}×k3+k4……(1)
ただし、BLaは第1の空芯コイルの検出信号の電圧値、BLbは第2の空芯コイルの検出信号の電圧値、(BLa−BLb−k1)は前記差信号、(BLa+BLb−k2)は前記和信号であり、k1,k2,k3,k4は、それぞれ補正値である。
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