JP7043198B2 - 軌道の健全性評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、軌道変位に基づいて、軌道を構成する軌道材料などの健全性が低下していないか評価する軌道の健全性評価方法に関する。

従来、軌道検測車を走行させて軌道変位（軌道狂い）を測定し、軌道変位が所定の管理目標値を超えた場合にはその箇所の狂いを整正する作業を施して、列車の動揺の低減を図る軌道管理が行われている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４－２４０２６２号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術のように、軌道を走行する軌道検測車によって軌道変位の異常を検出することはできるが、従来の軌道検測車では軌道を構成するインシュレータなどの軌道材料に生じた異常を検出することはできなかった。

本発明の目的は、測定した軌道変位に基づいて、軌道を構成する軌道材料などの健全性について評価することができる軌道の健全性評価方法を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明は、軌道の健全性評価方法であって、
列車に搭載した軌道変位測定装置によって、その列車が走行する軌道に生じている軌道変位を測定し、前記軌道変位の値を前記列車が前記軌道を走行した位置に対応付けて前記軌道変位の波形データを作成する第１工程と、
前記列車が前記軌道を走行する度に測定して得た、前記軌道変位の複数の波形データを蓄積する第２工程と、
前記複数の波形データに基づき、前記軌道変位を視認可能にした複数の波形を重ね合わせて表示する第３工程と、
重ね合わされた前記複数の波形のずれが閾値以上に大きな箇所を抽出して、前記軌道の経路中、前記軌道変位の値が測定の度にばらつく前記列車の走行位置を特定し、その特定された位置の情報を出力する第４工程と、
を備え、
前記波形データは、毎回乗客数が異なることにより列車重量が異なる営業列車にて測定された軌道変位の波形データを用いるように構成されており、
前記軌道がカーブしている領域に対する前記第４工程での処理は、軌間変位の波形と、外軌側のレールの通り変位の波形とに基づいて行うようにした。

列車が軌道を走行する際、軌道のレールには輪重や横圧が作用する。その横圧が強く作用した場合、レールが小返ることがある（図３（ｂ）参照）。
レールの小返りはレール締結装置など軌道を構成する軌道材料によって抑えられているが、軌道材料が劣化するなど異常が生じている場合、レールが小返り易くなっているので、その地点を走行する列車に搭載した軌道変位測定装置によって何らかの軌道変位が測定される。
また、輪重が強く作用した場合には、レールが沈み込むことがある。レールの沈み込みは枕木や砕石によって抑えられているが、状態が悪い場合はレールが沈み込みやすくなっているため、その地点を走行する列車に搭載した軌道変位測定装置によって何らかの軌道変位が測定される。
特に、営業列車は毎回乗客数が異なり、その列車重量が異なるため、レールに作用する輪重や横圧が営業列車毎に異なるので、レールが小返ったり沈み込んだりする程度が営業列車毎に異なることに起因し、測定される軌道変位の値は営業列車毎に異なる。
そこで、営業列車が軌道を走行する度に測定して得た複数の波形データに基づき、軌道変位を視認可能にした複数の波形を重ね合わせて表示すれば、重ね合わされた複数の波形のずれが大きな箇所を見つけることができる。そして、複数の波形のずれが大きな箇所であって、軌道変位の値が測定の度にばらつく箇所に対応させて、営業列車が軌道を走行した位置を特定することができる。
その特定した位置が、営業列車が走行した軌道中、軌道を構成する軌道材料の健全性が低下している地点に相当する。
このように、営業列車などに搭載した軌道変位測定装置によって測定した軌道変位に基づいて、軌道を構成する軌道材料の健全性について評価することができ、その軌道の健全性について評価することが可能になる。

また、重ね合わされた前記複数の波形のずれが閾値以上に大きな箇所を抽出して、前記軌道の経路中、前記軌道変位の値が測定の度にばらつく前記列車の走行位置を特定し、その特定された位置の情報を出力する第４工程を含むようにすることで、軌道を構成する軌道材料の健全性に異常がある箇所を自動的に抽出し、その箇所に対応する列車の走行位置を特定することが可能になる。

また、望ましくは、
前記第１工程で測定する軌道変位は、少なくとも軌間変位と通り変位であるようにする。
軌道変位のうち、軌間変位と通り変位にレールの小返りが影響を及ぼすので、軌間変位と通り変位の測定データがあれば、軌道を構成する軌道材料の健全性や軌道の健全性ついての評価を行うことが可能となる。

また、望ましくは、
前記軌道がカーブしている領域に対する前記第４工程での処理は、軌間変位の波形と、外軌側のレールの通り変位の波形とに基づいて行うようにする。
例えばレールが小返れば、軌間変位には必ずレールの小返りが波形となって現れる。また軌道がカーブしている領域では、内軌側のレールよりも外軌側のレールに輪重や横圧が作用するため、外軌側のレールの通り変位にレールの小返りによる波形が顕著に現れる。
このことから、軌道がカーブしている領域では、軌間変位の波形のずれと、外軌側のレールの通り変位の波形のずれに基づいて、軌道を構成する軌道材料の健全性や軌道の健全性について評価することができる。

本発明によれば、測定した軌道変位に基づいて、軌道の健全性について評価することができる。

営業列車に搭載されている軌道変位測定装置と、その軌道変位測定装置と無線通信を介して接続されている情報管理装置を示す説明図である。 営業列車が走行する軌道に関する説明図である。 営業列車が走行する軌道を構成する軌道材料に関する説明図（ａ）と、レールの小返りに関する説明図（ｂ）である。 情報管理装置の機能構成を示すブロック図である。 軌道変位を視認可能にした複数の波形の一例を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る軌道の健全性評価方法の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

本実施形態の軌道の健全性評価方法は、営業列車Ｔに搭載した軌道変位測定装置２０によって測定した軌道変位に基づいて、軌道Ｒを構成する軌道材料の健全性が低下していないか評価するための技術である。
図１に示すように、軌道Ｒを走行する営業列車Ｔに搭載されている軌道変位測定装置２０は、運転指令室などの現業箇所に設置されている情報管理装置１０と、無線通信を介して通信可能に接続されている。無線通信を介して接続された軌道変位測定装置２０と情報管理装置１０とで、軌道変位管理システム１００が構築されている。

まず、営業列車Ｔが走行する軌道Ｒについて説明する。
本実施形態の軌道Ｒは、例えば、図２、図３（ａ）に示すように、レール１が枕木２にレール締結装置によって締結されて構成されている。
レール締結装置は、レール１と枕木２の間に介装された絶縁パッド３と、レール１の底部上面に載置されたインシュレータ４と、枕木２に固設されているクリップ固定部５と、クリップ固定部５に取り付けられてインシュレータ４をレール１に向けて押圧するクリップ６を備えている。
つまり、本実施形態の軌道Ｒを構成する軌道材料は、レール１、枕木２、絶縁パッド３、インシュレータ４、クリップ固定部５、クリップ６である。
本実施形態では、これら軌道材料のうち、樹脂製のインシュレータ４の健全性が低下しているか否かの評価を行う。

図３（ａ）に示すように、営業列車Ｔが軌道Ｒを走行する際、レール１には輪重や横圧が作用する。その横圧が強く作用した場合、図３（ｂ）に示すように、レール１が小返ることがある。
このレール１の小返りをレール締結装置が抑えているが、これを長期間繰り返すうちにインシュレータ４が劣化し、特に、クリップ６が接触している部分など負荷がかかり易い部分が磨滅してしまう。
例えば、クリップ６が接触する部分のインシュレータ４が磨滅していると、レール１が小返り易くなるという不具合が生じるので、定期的な保守点検を行い、劣化したインシュレータ４を新たなものに交換するようにしている。
従来の保守点検は、作業者が軌道Ｒに沿って移動しつつ、目視によってインシュレータ４の劣化を判断するという煩雑な作業であったが、本発明者らは営業列車Ｔに搭載した軌道変位測定装置２０によって測定した軌道変位に基づいて、インシュレータ４の異常を早期発見するのを可能にする技術を実現した。

例えば、インシュレータ４が劣化していれば、レール１が小返り易いので、その地点を走行する軌道検測車によって何らかの軌道変位が検測されるが、所定重量の軌道検測車が所定速度で走行して測定した軌道変位の値は、毎回ほぼ同じ値になる。
これに対し、営業列車Ｔの場合は毎回乗客数が異なり、その列車重量が異なるため、レール１に作用する輪重や横圧が営業列車Ｔ毎に異なるので、レール１が小返る程度が営業列車Ｔ毎に異なる。
つまり、営業列車Ｔ毎にレール１が小返る程度が異なるために、測定される軌道変位の値は営業列車Ｔ毎に異なる。
そこで、本発明者らは、営業列車Ｔに搭載した軌道変位測定装置２０によって軌道変位を測定し、測定の度に軌道変位の値がばらつく地点を特定できれば、その地点にあるインシュレータ４の異常を発見できることを見出し、本発明をするに至った。

軌道変位測定装置２０は、例えば、加速度センサやジャイロセンサなどを備えた測定装置であり、営業列車Ｔが走行する軌道Ｒに生じている軌道変位を測定し、その測定データを情報管理装置１０に向けて送信する。
軌道変位としては、以下の５種類の変位が規定されている。
（１）通り変位（通り狂い）：レールの左右方向の変位
（２）高低変位（高低狂い）：レールの上下方向の変位
（３）軌間変位（軌間狂い）：左右のレールの間隔の変位
（４）水準変位（水準狂い）：左右のレールの高さの差
（５）平面性変位（平面性狂い）
本実施形態の軌道変位測定装置２０は、少なくとも通り変位と軌間変位の測定データを情報管理装置１０に送信する。これは軌道変位のうち、軌間変位と通り変位にレール１の小返りが影響を及ぼしていることによる。
つまり、通り変位と軌間変位の測定データがあれば、軌道Ｒを構成する軌道材料の健全性についての評価を行うことが可能となる。
なお、軌道変位測定装置２０の構成や動作は従来公知のものと同様であるので、ここでは詳述しない。

情報管理装置１０は、例えば図４に示すように、通信部１１と、記憶部１２と、表示部１３と、操作部１４と、制御部１５を備えている。

通信部１１は、例えば、アンテナや通信回路を有し、制御部１４による制御の下で軌道変位測定装置２０との間の通信を行う通信手段である。
この通信部１１によって、軌道変位測定装置２０から送信された軌道変位の測定データを受信する。

記憶部１２は、例えば、半導体メモリーであり、軌道変位測定装置２０から送信された軌道変位の測定データや、その測定データに基づく軌道変位の波形データを記憶し、蓄積する。

表示部１３は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子を用いたＦＰＤ（Flat Panel Display）などである。
この表示部１３には、軌道変位の波形データや、その波形データに基づく波形の画像などが表示される。

操作部１４は、例えばキーボード、マウス、タッチパネルであり、この操作部１４によって各種操作指示の入力や、各種データの入力や変更を行うことができる。

制御部１５は、情報管理装置１０の動作を中央制御する。具体的には、制御部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを有しており、ＲＡＭの作業領域に展開されたＲＯＭに記憶されたプログラムデータとＣＰＵとの協働により各部を統括制御する。
例えば、情報管理装置１０の制御部１５は、軌道変位測定装置２０から送信され、通信部１１で受信した軌道変位の測定データに所定の処理を施し、軌道変位の波形データを作成する。
また、制御部１５は、軌道変位の複数の波形データに基づき、軌道変位を視認可能にした複数の波形を重ね合わせて表示部１３に表示する処理を実行する。
また、制御部１５は、重ね合わされた複数の波形のずれが閾値以上に大きな箇所を抽出して、営業列車Ｔの軌道Ｒの経路中、軌道変位の値が測定の度にばらつく走行位置を特定し、その特定された走行位置の情報を出力する処理を実行する。

次に、軌道変位管理システム１００による、軌道材料の健全性評価方法について説明する。

営業列車Ｔが軌道Ｒを走行する際、その営業列車Ｔに搭載している軌道変位測定装置２０によって軌道Ｒの軌道変位を測定し、その測定データを情報管理装置１０に送信する。
情報管理装置１０の制御部１５は、軌道変位測定装置２０によって測定された軌道Ｒの軌道変位の測定データに基づき、軌道変位の波形データを作成する。
具体的には、制御部１５は、軌道変位の測定データに基づき、軌道変位の値を営業列車Ｔが軌道Ｒを走行した位置に対応付けるデータ処理を施し、軌道変位の波形データを作成する。

次いで、制御部１５は、作成した軌道変位の波形データを記憶部１２に記憶する。
そして、営業列車Ｔが軌道Ｒを走行する度に測定して得た軌道変位の波形データを記憶部１２に記憶することで、軌道変位の複数の波形データを蓄積する。

次いで、制御部１５は、記憶部１２に蓄積した軌道変位の複数の波形データに基づく複数の波形を可視化し、それら波形を重ね合わせて表示部１３に表示する。
例えば、図５に示すように、表示部１３には、軌道変位の波形として、軌間変位の波形と、右側（外軌側）のレールの通り変位の波形と、左側（内軌側）のレールの通り変位の波形とが表示される。

次いで、制御部１５は、重ね合わされた複数の波形のずれが閾値以上に大きな箇所を抽出して、営業列車Ｔの軌道Ｒ中、軌道変位の値が測定の度にばらつく走行位置を特定して、その結果を出力する。
本実施形態では、例えば閾値を「軌道変位；１［ｍｍ］」と設定しており、複数の波形において軌道変位の値に１［ｍｍ］以上の差がある箇所を抽出する処理を実行し、例えば、図５に示すように、「４Ｋ０５０Ｍ」の地点が測定の度に軌道変位の値がばらつく走行位置であると特定するようになっている。
そして、制御部１５は表示部１３に「４Ｋ０５０Ｍ地点において、軌道材料の健全性に問題がある」旨を示す表示を行い、インシュレータ４を新たなものに交換するために作業員を現地に派遣することを促す警報を発する。

このように、本実施形態の軌道材料の健全性評価方法によれば、営業列車Ｔに搭載した軌道変位測定装置２０によって測定した軌道変位に基づいて、インシュレータ４の健全性について評価することができ、その軌道Ｒの健全性について評価することができる。
そして、本発明によれば、営業列車Ｔが所定の軌道Ｒを複数回走行し、その走行の度に測定した軌道変位に基づいて、インシュレータ４の健全性が低下しているか否かの評価を行うことができるので、作業者が軌道Ｒに沿って移動しつつ、目視によってインシュレータ４の劣化を判断するというような従来の保守点検に比べ、インシュレータ４の異常を容易に発見することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態では、情報管理装置１０の制御部１５が、重ね合わされた複数の波形のずれが閾値以上に大きな箇所を抽出して、営業列車Ｔの軌道Ｒ中、軌道変位の値が測定の度にばらつく走行位置を特定したが、制御部１５による処理は、記憶部１２に蓄積した軌道変位の複数の波形データに基づく複数の波形を可視化し、それら波形を重ね合わせて表示部１３に表示するに留めてもよい。
記憶部１２に蓄積された軌道変位の複数の波形データに基づいて視認可能にされた複数の波形が重ね合わされて表示部１３に表示されていれば、重ね合わされた複数の波形のずれを保守作業員が見付けて、軌道変位の値が測定の度にばらつく走行位置を確認して特定することができるので、保守作業員の判断によってインシュレータ４の健全性に問題がある地点に作業員を派遣するなどの対処が可能になる。

また、軌道Ｒがカーブしている領域に対して本実施形態の軌道材料の健全性評価方法によるインシュレータ４の健全性についての評価を行う場合、軌間変位の波形と、外軌側のレールの通り変位の波形とに基づく処理を行うようにすればよい。
例えば、図５に示す３つの波形において、軌間変位の波形と、外軌側のレール（本実施形態では右側のレール）の通り変位の波形とに基づく処理を行うことで、インシュレータ４の健全性についての評価を行うことができる。
これは、軌間変位には必ずレール１の小返りが波形となって現れることと、内軌側のレールよりも外軌側のレールに輪重や横圧が作用するため、外軌側のレールの通り変位にレール１の小返りによる波形が顕著に現れることによる。
また換言すれば、内軌側のレールよりも外軌側のレールに輪重や横圧が作用するので、外軌側のレールほど小返りし易く、外軌側のレールに取り付けられたインシュレータ４の方が劣化・損傷し易い傾向がある。そこで、外軌側のレールの通り変位によるインシュレータ４の健全性についての評価を行い、外軌側のレールのインシュレータ４に異常がある場合、その交換の際にあわせて内軌側のレールに取り付けられているインシュレータ４の状態を確認し、必要に応じて交換すればよい。

なお、以上の実施の形態においては、軌道Ｒを構成する軌道材料のうち、インシュレータ４の健全性に関する評価を行うことを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、枕木２やクリップ６など他の軌道材料の健全性評価に本発明を適用してもよい。
また、上述していないが、レール１の締結にボルトなどの締結具が用いられている場合、ボルトの破損、ボルトのゆるみや脱落などに関する健全性評価に本発明を適用することもできる。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ レール
２ 枕木
３ 絶縁パッド
４ インシュレータ
５ クリップ固定部
６ クリップ
１０ 情報管理装置
１１ 通信部
１２ 記憶部
１３ 表示部
１４ 操作部
１５ 制御部
２０ 軌道変位測定装置
１００ 軌道変位管理システム
Ｔ 営業列車
Ｒ 軌道

Claims (2)

1. 列車に搭載した軌道変位測定装置によって、その列車が走行する軌道に生じている軌道変位を測定し、前記軌道変位の値を前記列車が前記軌道を走行した位置に対応付けて前記軌道変位の波形データを作成する第１工程と、
   前記列車が前記軌道を走行する度に測定して得た、前記軌道変位の複数の波形データを蓄積する第２工程と、
   前記複数の波形データに基づき、前記軌道変位を視認可能にした複数の波形を重ね合わせて表示する第３工程と、
   重ね合わされた前記複数の波形のずれが閾値以上に大きな箇所を抽出して、前記軌道の経路中、前記軌道変位の値が測定の度にばらつく前記列車の走行位置を特定し、その特定された位置の情報を出力する第４工程と、
   を備え、
   前記波形データは、毎回乗客数が異なることにより列車重量が異なる営業列車にて測定された軌道変位の波形データを用いるように構成されており、
   前記軌道がカーブしている領域に対する前記第４工程での処理は、軌間変位の波形と、外軌側のレールの通り変位の波形とに基づいて行うことを特徴とする軌道の健全性評価方法。
2. 前記第１工程で測定する軌道変位は、少なくとも軌間変位と通り変位であることを特徴とする請求項１に記載の軌道の健全性評価方法。

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