JP4910043B2 - 輪軸の状態検出のための計測設備 - Google Patents

Description

本発明は、通過する鉄道車両の輪軸と車輪の状態を検出するために鉄道レールの軌きょうに配置され、複数のビーム走査光学装置を有する計測装置に係るものである。この計測装置は横から輪軸を誘導しながら輪軸が転動して進入する第１区間、輪軸の両車輪の外端を支持する補助レールを設置した計測区間、輪軸が転動して軌道に載る第３区間の３区間で構成されている。前記計測設備の第１区間と第３区間は軌きょうになっており、計測区間の下にビーム走査光学装置が取り付けられている。

この種の計測設備は、例えば以下の発明でも取り扱われている。
ホフマン、ディーター：「通過する軌条車両の車輪踏面形状摩耗点検」 ＥＰ ０ ２２８ ５００ Ｂ２ ウシルトＧ．／ノイマンＰ．：「ＡＲＧＵＳによる鉄道車両の車輪の自動現状診断」（雑誌「ＺＥＶ ｕｎｄ ＤＥＴ Ｇｌａｓｅｒｓ Ａｎｎａｌｅ」１２４，２０００年１２月１２日） ＷＯ ２００４／０８５９５７ Ａ１ ＵＳ−Ａ−５ ７９３ ４９２ ＷＯ ２００４／００８０６７ Ａ ＵＳ ２００３／０７２００１Ａ１ ＵＳ−Ａ−５ ６３６ ０２６

本発明との関連において特許文献２は、計測設備を設置する固体（１）のことを述べている。特許文献６は、計測設備を軌きょうとなっている通過軌道に固定する「堅牢な鋼板（１２）」である。

概して、周知の現在の技術水準では、計測装置とその上を走行する鉄道車両の重みでたわむ通過軌道の間に生じる相対運動を回避するために、計測装置と通過軌道の下に重い支持物を敷くことが必要になる。通常、計測設備と通過レールは重いコンクリート基礎の上に配置することになっている。この種のコンクリート基礎は費用がかさみ、計測設備全体の費用の半分におよぶこともある。

上述以外の現在の技術水準に準拠した周知の解決法では、重い基礎の使用を避け、計測設備を軌道の計測区間と接続する方法を採っている。この接続ゆえに、計測設備は、軌道を走行する鉄道車両の重みによる軌道のたわみに従って上下動する。この時、軌道と計測設備の間には相対運動は生じない。
例えば、特許文献４では、計測設備を箱形の長い容器であるトラフの中に配置し、そのトラフをプレートで軌道下に固定するようになっている。計測設備の個々の計測装置は、トラフ内の弾性ダンパーに取り付けられている。採光窓とカメラ用開口部を開けたカバープレートで覆って上からトラフに物が入らないようになっており、エアカーテンが採光窓とカメラのレンズをホコリや微少物、葉などから保護するようになっている。

特許文献５では、ビーム走査光学装置をそれぞれ、軌道のレールに割り当てられ固定されているプレート上に取り付けることになっている。ここで、ビーム走査光学装置はそれぞれ、計測対象物すなわち鉄道車両車輪から、垂直方向に少し離れたところに配置されている。ただし、この垂直方向の間隔が狭すぎると計測の精度、特に直径と形状の計測精度が落ちてしまう。

計測装置から計測対象物までの垂直方向の間隔が狭すぎることによる短所は、特許文献３で知られる解決法にも見られる。この解決法では、ビーム走査光学装置をそれぞれ厚い鋼板上に設置したハウジングに収納している。この鋼板（３種類の厚みを指定）は、軌道すなわちレールおよびマクラギとは関係なく、ダンパー上に設置されている。そのため計測設備は軌道のたわみの影響を受けないものの、複数の厚い鋼板に計測装置を取り付ける作業と、計測設備から計測対象物までの垂直方向の間隔が明らかに狭いことにより、特許文献３で取り上げられているようにコスト計算の結果が高めになる。

本発明は、計測設備を簡素化して低価格なものにするために、高額な基礎または固定設備を使用しないことを課題としたものである。

最新型のビーム走査光学装置の使用により、計測装置と通過軌道の間の相対運動が２５ｍｍ以内であれば問題ないという知見に基づき、本発明では計測設備を通過軌道と切り離している。この知見から、輪軸または鉄道車両の車輪の状態を検出するビーム走査光学装置を、計測設備の光学装置以外の部分に非接触で対向させ、計測設備の計測区間に対する指定位置に振動しないように軌道の路床上に設置しつつ、軌道の計測設備の第１および第３区間を軌道のバラスト床に弾力を持たせて敷設している。これにより、計測設備を通過軌道と接続するための高額な基礎またはその他堅牢な設備を作らなくてもよいのである。

好まれる実施の形態は、ビーム走査光学装置を、軌道の上部構造のバラスト床の層に比べて低めの軽量コンクリート層に設置するというものである。ビーム走査光学装置をベースプレートに設置すると、さらに大きなメリットが得られる。このようなベースプレートは、光学装置を設置すると四方を壁で囲まれた箱形のトラフを形成する。このトラフの幅は、その軌間によって決まる軌道全幅におよぶ。このトラフに、計測設備のビーム走査光学装置をすべて取り付けるように考えられている。これらビーム走査光学装置のうち、２基は鉄道車両の車輪と車輪の間隔（以下「ＡＲ寸法」とする）を計測するためのものである。また、別の２基は鉄道車両の輪軸の両車輪の断面形状をそれぞれ計測するビーム走査光学装置であり、さらに別の２基はあらかじめ決められた車輪の第１円周線のいずれかの区間に沿って輪軸の両車輪の直径を計測するビーム走査光学装置である。さらに２基のビーム走査光学装置で、車輪のあらかじめ決められた第２円周線のいずれかの区間に沿って輪軸の両車輪の直径を計測するが、第２円周線分は第１円周線から横に一定間隔を開けたところにある。ビーム走査光学装置は、ビームまたはレーザー光を生成し、輪軸またはその車輪の計測箇所へ投射する光源１つ、およびビームを投射された車輪表面から反射するビームを受け止め、それを電気シグナルに変換するレンズ１枚を有する。反射ビームから変換された電気シグナルは、分析評価設備に供給される。光路には、車輪上の投射光が直線を描く、扇形の光路が好んで採用される。これに関する適切な装置と技術については、特許文献１と特許文献２に詳述されている。

トラフもカバーで覆われているが、光路部分には穴が開けられている。この穴にもまた、計測時に開くことのできるカバーが付いている。さらにトラフは、トラフ内で正圧を生成する気体媒質源（特に空気）に接続されている。この接続により、水分や汚れがトラフ内に入り込むのを防ぎ、ビーム走査光学装置の効果が保たれる。

少なくとも、計測区間に輪軸が進入して行くための第１区間は、軌きょうを形成する軌道の一部であり、普通の鉄道軌道の軌きょうと大きな違いはない。第１区間の両レールの外側面と平行して移行レールが取り付けられている。この移行レールはなだらかな上り坂を形成して、計測区間部分で左右のレールヘッドから数ミリだけ高くなっており、計測区間を越えて行くための補助レールになる。

輪軸が転動しながら退出する第３区間は、輪軸が転動して入ってくる第１区間と同じ造り、つまり第３区間の両レールの外側面と平行に移行レールが取り付けられている。この移行レールはなだらかな下りを形成し、計測区間部分は左右のレールヘッドから数ミリだけ高くなっている。この移行レールの動作により輪軸が穏やかに、つまりガクンとするような急激な動きなしに、補助レールに乗り上げ、再び補助レールから降りることができる。補助レールでは、輪軸は車輪の溝の外側の細い幅のみがレールに載っており、その他の外形（特にフランジ）はレールに当たっておらず、フランジを計測するビーム走査光学装置で計測できる。

計測設備の第１、３区間はそれぞれ長さ２．５ｍおよび５ｍで、補助レールはそれより０．２５ｍおよび０．５ｍ長くなっている。計測設備は、輪軸重量３５トン以下の車両が５ｋｍ／ｈから５０ｋｍ／ｈの速度で走行できるように作られている。同設備は、両進行方向とも同じように走行できる。

ビーム走査光学装置が取り付けられたトラフは、第２トラフ内に配置されている。第１トラフの外壁と第２トラフの内壁の間隔は、四方全周にわたってほぼ同じである。場合によっては、第１トラフの位置を計測設備の計測区間に合わせて調整するのに利用できる中間壁または中間ブリッジが、第２トラフ内に配置されていることもある。第２トラフの内壁には、壁下側に沿って水分と汚れを排出する穴が開いている。特に第２トラフは、軌道の路床または軽量コンクリートの薄い層の上に配置されている平らなプレート上に設置するのが好ましい。第２トラフ内では、３本以上の高さを調節できる弾性サポートで第１トラフを支えており、ビーム走査光学装置は振動を受けないように設置されている。

計測設備１は、軌道３の軌きょう２に配置されている。図２は、軌きょう２のマクラギ４とその上に固定されているレール５を示している。軌きょう２は、路床７を覆うバラスト床６に敷設されている。
計測設備１は、鉄道車両（図示されていない）が転動しながら進行方向９に入ってくる第１区間８を有する。進行方向９にはまた、第１区間８に続いて第２区間があり、これが計測区間１０である。進行方向９ではさらに、計測区間１０に輪軸が転動しながら出て行く退出区間の第３区間１１が続く。第１区間８と第３区間１１の長さは同じである。区間８と１１は、バラスト床６に敷設したマクラギ１４に固定されているレール１２と１３を境界線としている。したがって第１区間８と第３区間１１は、軌道３の上部構造のバラスト床６内に設置されており、軌道３そのもののようになっている。
計測区間１０の範囲内に、穴の開いたマクラギが１本ある。したがって、軌道３の進行方向９に向かって、マクラギ１５と１６が計測区間１０の境界線となっている。マクラギ１５と１６の間に開いている溝には、第２トラフ１７が路床７に敷設されているプレート１８に設置されている。プレート１８は直接、路床７または軽量コンクリートの薄い層（図示されていない）に設置されている。アジャスターボルト１９で、第２トラフ１７をプレート１８に対して水平に調節できる。

第２トラフ１７内に第１トラフ２０が配置されている。第１トラフ２０は、第２トラフ１７内の振動を受けず、わずかに水平高さを調節できる弾性サポート２１上に設置されている。第１トラフ２０と第２トラフ１７の間にある中間壁２２は、第１トラフ２０も第２トラフ１７に向かって、測定区間１０に対して横から見て正確な位置に収めるためのものである。さらに、横向きのアジャスターボルト２３は、第２トラフ１７内で第１トラフ２０の位置合わせができたら緩める、または外すことになっている。これは、計測設備１の第１トラフ２０を支持する弾性サポート２１以外の部品と第１トラフ２０が、決して接触しないようにするためである。

図３は、この設備を別の方向から見て配置を一層明らかにするものである。第２トラフ１７はその下側２４の四方全体に横穴２５が開いている。この横穴２５から、必要に応じて汚れや雨水を排出できる。第１トラフ２０は、現在の技術水準に準拠したビーム走査光学装置２６が配置されている。このビーム走査光学装置２６も図４に示すように、向かい合わせで配置されている。

第１トラフ２０のカバー２７は中間壁２２上に達し、ビーム走査光学装置２６を汚れや損傷から保護するものである。カバー２７の両横端２８は、中間壁２２上に延びてはいるが、中間壁２２の上に載っているのではなく、第１トラフ２０の上端に載っている。第１トラフ２０に外気を供給するためのショートパイプ２９が、外側から第１トラフ２０の中へ挿入されている。空気は常に正圧で第１トラフ２０に送り込まれ、両横端２８下から出て行く。

図３で分かるように第１区間８のレール１２には、その外側面と平行に移行レール３０が配置されている。この移行レール３０は、レール５ら計測区間１０へ向かって緩やかな上り坂を形成し、支持レール３５に移行する手前でレール１２のレールヘッドをわずかに超える高さになる。この移行レール３０の上を輪軸３１の車輪が転動しながら、第１区間８からスムーズに計測区間１０へ移動する。

計測区間１０部分では、計測設備１はフラップ３２に覆われている。これらフラップ３２は輪軸３１がその上を転動する直前にのみ開き、通過すると再び閉じるものである。機構３３は、フラップ３２を動かす役割を果たす。上部の全体を覆うカバー３６で、計測設備１全体を覆い格納する。

計測設備とその上を転動する輪軸を横から見た透視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って計測設備を切断した時の図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って計測設備を切断した時の断面図である。 ビーム走査光学装置の配置図である。

符号の説明

１ 計測設備
２ 軌きょう
３ 軌道
４ マクラギ
５ レール
６ バラスト床
７ 路床
８ 第１区間
９ 進行方向
１０ 計測区間
１１ 第３区間
１２ レール
１３ レール
１４ マクラギ
１５ マクラギ
１６ マクラギ
１７ 第２トラフ
１８ プレート
１９ アジャスターボルト
２０ 第１トラフ
２１ 弾性サポート
２２ 中間壁
２３ アジャスターボルト
２４ 下側
２５ 横穴
２６ ビーム走査光学装置
２７ カバー
２８ 横端
２９ ショートパイプ
３０ 移行レール
３１ 輪軸
３２ フラップ
３３ 機構
３４ 車輪
３５ 支持レール
３６ 全体を覆うカバー

Claims (11)

1. 鉄道車両の輪軸が横から誘導されて転動しながら進入する第１区間、輪軸の両車輪の外端を支持する補助レールを備えた計測区間および輪軸が転動しながら軌道に退出して行く第３区間の３区間で構成され、軌きょうを形成する前記第１区間と第３区間も軌道（３）上部構造のバラスト床（６）に弾性を持たせて敷設されており、ビーム走査光学装置が非接触で計測区間下に計測設備（１）のその他の部分に対向し、さらに振動を受けないように軌道（３）の路床（７）上に置かれたベースプレート上に設備された計測設備（１）の計測区間（１０）のあらかじめ決められた位置に取り付けられており、ビーム走査光学装置のうちの２基は、車両の左右に配置された車輪の間隔を計測するために配置されており、前記ベースプレートは四方を内壁で囲まれた第１トラフ（２０）であり、光路用の開口部が開いた、計測中は開くことのできる複数のカバー（２７）を持ち、
   前記第１トラフ（２０）が第２トラフ（１７）内に、その両トラフの四方全周の壁がほぼ等間隔で配置されていることを特徴とする、鉄道軌道の軌きょうに設備された、鉄道車両が通過する際に複数のビーム走査光学装置で車両の輪軸と車輪の状態を検出する計測設備。
2. 請求項１に記載の、
   第２トラフ（１７）の内壁に、壁下側（２４）に沿って水分と汚れを排出する穴（２５）が付いていることを特徴とする計測設備。
3. 請求項２に記載の、
   第２トラフ（１７）が、軌道（３）の路床（７）または軽量コンクリートの薄い層に直接敷設された平らなプレート（１８）上に取り付けられていることを特徴とする計測設備。
4. 請求項１に記載の、
   第１トラフ（２０）が第２トラフ（１７）内で３本以上の弾性サポート（２１）上に取り付けられていることを特徴とする計測設備。
5. 請求項１から４に記載の、
   第１トラフ（２０）が圧縮空気源（２９）に接続されていることを特徴とする計測設備。
6. 請求項１に記載の、
   少なくとも輪軸（３１）が計測区間（１０）に進入する前の第１区間（８）に、２本のレール（１２）のそれぞれの外側面に平行に移行レール（３０）が配置されており、このなだらかな上り坂を形成する移行レール（３０）が計測区間（１０）部分でそれぞれのレールヘッドより数ミリ高くなって、計測区間（１０）を越えて行くための補助レールに移行する軌道部分を有することを特徴とする計測設備。
7. 請求項６に記載の、
   輪軸（３１）が転動しながら退出して行く第３区間（１１）が輪軸が進入する第１区間（８）と同じ設備になっていることを特徴とする計測設備。
8. 請求項１に記載の、
   第１区間（８）と第３区間（１１）の長さがそれぞれ２．５ｍおよび５ｍになっていることを特徴とする計測設備。
9. 請求項１に記載の、
   計測区間（１０）が０．２５ｍから０．５ｍの長さであることを特徴とする計測設備。
10. 請求項１に記載の、
    鉄道車両が５ｋｍから５０ｋｍの速度で走行できることを特徴とする計測設備（１）。
11. 請求項２に記載の、
    軌道（３）の両方向（９）に走行できることを特徴とする計測設備（１）。

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