JPH04148839A - 車輪踏面の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は車輪踏面の異常検出装置に関し、鉄道におい
て騒音、振動源となる車輪踏面に発生ずるフラットや剥
離等の異常を、地上から自動的に検出するのに用いられ
る。

〔従来の技術〕

車輪踏面の異常の調査や検出は、これまで一部の線区を
除く多くの線区において、乗務員かるの申告や、検査係
員の添乗、営業線付近での聞き取り検査など人海戦術で
行なわれることが多かった。

この人海戦術を解消する車輪路面の異常検出装置として
は、（１）特公昭５８−２３７３号公報に記載されてい
るように、歪ゲージを用いるものや、（２）振動加速度
計を用いるものなどが提案されている。

前者の装置は、歪ゲージをレール腹部の数個所に貼り付
け、列車通過時の輪重の変化や曲げモーメントを記録し
、車輪踏面に異常があるものについては、衝撃の荷重が
重畳される原理を利用したものである。

また、後者の装置は、レールに振動加速度計を取り付け
て、振動加速度計からの出力の振動レベルによって車輪
踏面の異常を検出しようとするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

歪ゲージを用いる従来の装置では、新幹線のように輪重
や通過する速度がほぼ一定の列車に対しては、割合精度
の良い検出を行なうことができるが、多くの種別の列車
や、速度の異なる車両が通過するようなレールに貼り付
（、ｌて使用する場合には、車輪踏面の異常の検出精度
が悪くなる。その上、装置が大がかりとなるので、簡易
装置としては費用面、運用面で大きな問題があり、ロー
カルの営業線には適さない点があった。

また、振動加速度側を用いる従来の装置では、簡易なも
のが製作可能になるが、車輪踏面のフラットによる衝撃
が高周波であるという点が考１慮されていない。このた
め、高周波成分の吸収が多い枕木に振動加速度計を貼り
付けたり、５００Ｈｚ以下のローパスフィルターを通し
たり、あるいは、データのサンプリンク周期が低い等で
、検出波形が鈍り、振動のピークを正確に捕えることが
不ｉ−１丁能である。また、踏面の異常箇所がたまたま
振動加速度計の真上にこない限り、振動は減衰してさら
に検出精度は悪くなる。

その上、これらの装置では、車両の台車単位での検出を
行なうことはできるが、車輪単位での異常を特定するこ
とはできなかった。

この発明は、Ｌ記従来の不都合を解決するためになされ
たもので、重量、形式の異なる多くの種別の列車や、速
度の異なる車両からの振動加速度を高精度に取り込むこ
とができるとともに、車輪単位の異常の特定が可能であ
り、小型軽量化が容易で、しかも安価に製作することが
できる車輪踏面の異常検出装置の提供を目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

」１記目的を達成するために、この発明の装置では、２
つ以上の振動加速度計は、一対のレールの底部−１−面
にそれぞれ設定された間隔で固定され、一方のレールに
、振動加速度計のいずれよりも列車進入側に列車進入検
知器が固定されるとともに、各振動加速度計の間に車輪
検知器が配設され、列車進入検知器、車輪検知器、およ
び各振動加速度計からの出力電圧を増幅する増幅器は、
インタフェース部を介してコンピュータに接続され、イ
ンタフェース部を介して入力される増幅器からの出力を
、へ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路は、２０ＫＨｚの周波
数まで応答するピークホールド回路を備え、前記コンピ
ュータは、列車進入検知器と車輪検知器の出力により速
度を算出する速度演算回路と、Ａ／Ｄ変換回路からの出
力を列車速度に応じてフラン）か否かを判定するフラｙ
）判定回路と、列車速度と車輪検知器の出力によりその
車輪についてのデータ処理範囲を決定する処理範囲決定
回路と、車輪の通過数を算出する車輪カウンタ回路と、
列車の通過時刻を記録するタイマとにより構成され、コ
ンピュータには処理されたデータとその列車の通過時刻
を記録する記録器、およびデータをプリントするプリン
タが接続されて、車輪踏面の異常検出装置が構成されて
いる。

〔作　用〕

一対のレールのそれぞれに、２つ以上の振動加速度計が
設定された間隔で固定されているため、車輪踏面のフラ
ットがレールに与える大きな衝撃は、振動加速度計で検
知されて増幅器に入力される。増幅器かろの出力は、イ
ンタフェース部を介して２０ＫＨｚの周波数まで応答す
るピークホールド回路を備えたＡ／Ｄ変換回路に入力さ
れるため、振動加速度計で捕えられるきわめてシャープ
なピ−夕波形のフラットに対しても、サンプリング周期
を、例えば、ＩＫＨｚ程度にしてデータ数を少なくした
場合にも、シャープなピーク波形を正しく捕えて分析を
可能にする。

また、コンビニーりは、列車進入検知器と車輪検知器の
出力により速度を算出する速度演算回路と、１へ／Ｄ変
換回路からの出力を列車速度に応じてフラットか否かを
判定するフラット判定回路と、列車速度と車輪検知器の
出力によりその車輪についてのデータ処理範囲を決定す
る処理範囲決定回路と、車輪の通過数を算出する車輪カ
ウンタ回路と、列車の通過時刻を記録するタイマとを備
えているから、多くの種別の列車や、速度の異なる車両
に対しで、それらの車輪踏面のフラットを、車輪単位で
自動的に検出し得ることになる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図から第３図に示す図
面について説明する。

車輪踏面の異常検出装置は、フラットによって発生され
る振動を検出する振動検出部Ａと、検出されたデータを
演算処理するデータ処理部Ｂと、処理されたデータを記
録するデータ記録部Ｃとから、主として構成されている
（第１図参照）。

振動検出部Ａは、各レール１に取り付けられる複数個の
振動加速度計２と、一方のレール１に取り付けられる１
つずつの列車進入検知器３と車輪検知器４、および増幅
器５とからなる。

第２図において、複数個、例えば２つずつの振動加速度
計２，２は、上りまたは１ζり用の一対のレール１．１
にそれぞれ設定された間隔て水平に固定されている。レ
ール１に対する振動加速度計２の取り付けは、各レール
１の底部上面が水平方向に対して傾斜しているため、上
面が水平で、下面がレール１の底部上面と同じ傾きｊこ
作られた硬質ベークライト製のくさび形部材などを、レ
ール１の底部上面と振動加速度計２との間に挿入し、こ
れらを互に接着剤ｊこより固定して行なわれる。

振動加速度計２としては、圧電型センサが用いられ、２
つの振動加速度計２．２は、車軸６の円周長さの約１／
２に相当する１、３ｍ位の間隔て取り付けられる。これ
はどちらかの振動加速度計２で、あるレベル以上の振動
を捕えることができるようにするのがねらいであり、悪
くても振動加速度計２から６０〜７０ｃｍ以内でフラッ
ト部分による振動が捕えられるようにするためである。

一方のレール１に固定された２つの振動加速度計２．２
の中央部に、車輪検知器４が取り付けられ、この車輪検
知器４より列車進入側へ２ｍ程度離れたレール１の底部
に、列車進入検知器３が取り付けられている。それ故、
列車進入検知器３は、いずれの振動加速度計２よりも列
車進入側に位置し、列車進入側の振動加速度言１２と列
車進入検知器３との距離は、振動加速度計２．２の距離
に等しく、車輪６の円周長さの約１／２となる。

列車進入検知器３および車輪検知器４としては、例えば
、それぞれ１組ずつのマグネットセンサが用いろれ、こ
れらのマグネットセンサは、レール１の底部にそれぞれ
固定されて、レール１」二を通過する車輪６により該車
輪６の車軸７を検知する構成となっている。列車進入検
知器３は、列車の進入を検知すると、前記データ処理部
Ｂを起動する働きをし、車輪検知器４は、車輪６の通過
を知らせるとともに、フラットが発生している車輪６が
取り付けられた車軸７を特定するのに用いられる。

それぞれの振動加速度計２で捕えられた振動加速度は、
増幅器５て増幅されてデータ処理部Ｂに入力される。こ
れｊご対し、列車進入検知器３と車輪検知器４かあの出
力は、直接データ処理部Ｂに入力される。

データ処理部Ｂは、インタフェース部８と、ピークホー
ルド回路付きＡ　／　Ｉつ変換回路９と、パーソナルコ
ンピュータ　（以下コンピュータという）１０とかろ、
主として構成されている。

インタフェース部８は、２つの違った／スデトである振
動検出部、へとデータ処理部Ｂとを相互に結合して相互
作用を行なわせる場所で、振動検出部Ａで検出された各
振動加速度言１２かふの振動加速度は、増幅器５て増幅
されてインタフェース部８（二入力され、列車進入検知
器３と車輪検知器１で検知された信号は、直接にインタ
フェース部８に入力され、波形整形される。

ピークホールド回路付きＡ　／　Ｄ変換回路９には、２
０ＫＨｚの周波数まで応答してピークボールドするＡ／
Ｄ変換回路が用いられ、振動加速度計２からのアナログ
信号をディジタル変換し、コンピュータ１０に入力され
る。このような特性（性能）を１荀えたＡ／Ｄ変換回路
を用いるど、フラ７）により発生するシャープな振動波
形を正確に変換できることが、実験的に確認されている
。それ故、ザンプリングはＩＫＨｚ程度で行なってデー
タ数を少なくした場合にも、２０ＫＨｚの周波数まで応
答するピークホールド回路例きＡ　／　Ｄ変換回路９に
より、フラットについての正確な判定を可能にする。

コンピュータ１０は、インタフェース部８を介して入力
される列車進入検知器３と車輪検知器４の出力により列
車速度を演算する速度演算回路１１と、Ａ／Ｄ変換回路
９からの出力は、同じフラットであっても列車速度が速
くなるほど振動加速度が大きくなるという事実かろ、例
えば、フラット判定のスレソ／ヨルドレベルＳ１　を基
準列車速度Ｖ。ｊ、二対する通過列車速度Ｖの比を取り
、ＳＬ　＝ａ（Ｖ／Ｖｏ）２＝ｂ（＼、’　／　Ｖ　ｏ
）　−＝　ｃ（ただしａ、　　ｂ、　　ｃは定数） というような式を用し）で列車速度に重みを持たせてフ
ラットを判定するフラット判定回路１２と、前記速度演
算回路１１で演算された列車速度と車輪検知器４の出力
とにより、検知された車輪６についてのデータ処理範囲
を決定ずろ処理範囲決定回路１３と、車輪６の通過数を
算出する車軸カウンタ回路１４と、列車の通過時刻を記
録するクィマ１５とから、主として構成されている。

このため、コンピュータ１０で処理されたデータに基づ
いて、列車ダイヤから当該列車を一義的に特定すること
が可能となるだけでなく、速度の異なる車両に対して、
それらの車輪踏面のフラットを一定の基準速度に対する
比率に置き換えて車輪単位で自動的に検出することがで
きる。

データ記録部Ｃは、コンピュータ１０に接続される記録
器１６とプリンタ１７とから主として構成される。記録
器１６はコンピュータ１０で処理されたデータと、振動
加速度を検出された列車の通過時刻とを、例えばフロッ
ピーディスク等に記録し、プリンタ１７は、■振動検出
を行なった日付、時刻、■通過列車軸数および速度、■
フラットを検出した車両位置、車軸位置、左右別、振動
の大きさなどをプリントする。

次に、装置によるフラット判定のプロセスを列車進入方
向の左側のレール上を通過する車輪について第３図を参
照して説明する。

レールに設置された装置部分を列車が通過すると、列車
進入検知器３によって先ず列車の進入が検知され、その
後、列車進入検知器３の上を車軸７が通過する毎に、検
知信号が発生される（第３図（ａ））。これに対し、車
輪検知器４では、列車進入検知器３と車輪検知器４との
間を列車が通過するに要する時間だけ遅れて、列車進入
検知器３で検知されたのと同じ検知信号が検知される（
第３図Ｑ）））。

一方、間隔をあけて各レール１．１に取り付けられた振
動加速度計２．２では、常時レール１１上を走行してい
る列車の振動が検知される。第３図（Ｃ）は、列車進入
検知器３と車輪検知器４との間の振動加速度計２により
検出された振動の増幅後のチャートを示したもので、第
３図（ｄ）は、車輪検知器４より後側に設けられた振動
加速度計２により検出された振動加速度の増幅後のチャ
ートである。

第３図（ｅ）および（ｆ）は、それぞれ同図（Ｃ）およ
び（ｄ）をＡ／Ｄ変換回路９でＡ／Ｄ変換したチャート
である。これらのチャートでは、実線で示されていた変
換前の振動加速度は点の集合からなるグラフに変り、グ
ラフの始点は、列車進入検知器３によって列車の進入が
最初に検知され、この検知信号によってデータ処理部Ｂ
′ｂ＜起動された時点から始まる。この変換において、
Ａ／Ｄ変換回路９は２０ＫＨｚの周波数まで応答してピ
ークホールドする性能を有するから、Ａ／Ｄ変換回路９
のザンプリンタは高速度で行なわなくても、第３図（Ｃ
）、　（ｄ）におけるシャープなピークを正しく変換す
ることができる。

通過列車の各車軸７に取り付けられた車輪６のフラ７）
の判定には、車輪検知器４によって検知される各車軸７
の通過時間を中心にして、第３図（ｅ）では、車輪６の
半周分の通過に要する時間だけ手前の振動加速度が１軸
口、２軸目、・・・・・・・ｎ細口の半周分のデータと
して採用され、第３図（ｆ）でよ、各市軸７の通過時間
から車輪６の半周分の通過に要する時間だけの振動加速
度カ月軸回、２軸目、・・・・・・・・・ｎ軸回の車輪
６の残りの半周分のデータとして採用される。

これらの採用された各車輪６毎の半周分のデータは、コ
ンピュータ１０内のフラット判定回路１２で演算された
通過列車の速度に対するスレッショルドレベルく振動加
速度）と比較され、各車輪６の１周分に相当する振動加
速度の中に、スレッショルドレベルを超えるピークがあ
ると、その車輪６についてフラット有りと判定する。第
３図（ｅ）（ｆ）において、二点鎖線で通過列車のスレ
ッショルドレベルを示した場合、２軸口の左側（Ｌ側）
の車輪６にフラットが有ると判定されることになる。

１−記フラ７）の判定においては、フラットを判定する
レベルの決定に、Ａ／Ｄ変換回路９からの出力を列車速
度に応じて重みを持たせ、同じフラ、トであっても列車
速度が速くなるほど振動加速度が大きくなるという事実
が考慮されているから、フラットの判定は正しく、かつ
能率良く行なわれる。また、各車輪６についてのデータ
処理範囲は、処理範囲決定回路１３ｊこ入力される列車
速度と車輪検知器４からの出力とにより、処理範囲決定
回路１３で決定される。その上、車輪検知器４を通過し
た車軸７の本数は、車輪カウンタ回路１４によってカウ
ントされ、列車の通過時刻はタイマ１５により記録され
る。

データ処理部Ｂて処理されたデータは、コンピュータ１
０に接続された記録器１６により記録され、必要に応じ
てプリンタ１７によりプリントアウトされる。

それ故、プリントアウトされたデータに記録さし れている列車の通過時刻をその日の列車ダイヤと照合す
ると、多くの列車をテストした場合にも、それらの列車
をあとからでも特定することができる利便がある。

また、列車種別選別装置をイ］加し、列車種別のデータ
が同時に記録できるようにしておくと、さらに列車ダイ
ヤとの照合が容易になる。

なお、上記実施例では、振動加速度計２は最大直径を持
つ車輪の円周長さの１／２の間隔で取り付ける場合につ
いて説明したが、振動加速度計２は、最大直径を持つ車
輪の円周長さの１／ｎ　（ｎ≧３）の間隔で３個以」―
設けるようにしてもよい。

この場合、各振動加速度計２によって検知される有効デ
ータの範囲は、車輪６の円周長さの１／３．１／４、・
・・・・・・・・１／ｎとなって１／２の場合より短く
なるため、減衰の影響が少ないデータを使ってフラット
の判定をより正確に行なうことができる。

また、」―記実施例において振動加速度計２と別個に設
けられた増幅器５は、各振動加速度計２内」　Ｏ に増幅器が組み込まれた場合、省略してもよい。

〔発明の効果〕

この発明の車輪路面の異常検出装置によれば、次に記載
する効果を奏する。

（１）　　Ａ／Ｄ変換回路は、２０Ｋｌ（ｚまで応答す
るピークホールド回路を備えているので、サンプリング
周波数がＩＫＨｚ程度の遅さでも、ンヤープなフラット
波形を忠実に検出でき、ピークを見落とすことがない。

このため、処理すべきデータの数を減らすことが可能と
なり、リアルタイム処理を有利に行なうことができる。

（２）　　フラットが車輪単位で特定できるので、フラ
７）発生車輪の現車照合を迅速に行なうことができる。

（３）　　フラット判定回路には、列車速度とフラット
振動加速度レベルの関係が組み込まれ、基準の速度に対
する速度比率によりフラン）の判定ができるので、低速
域から高速域までの列車速度に対するフラットの検出を
１台の装置により行なうことができる。このため、種々
の速度で列車が走行している営業線にこの装置を用いる
と、少ない装置によってきわめてすぐれた性能を発揮す
る。

また、本願の装置により繰り返し得られた同一車両から
のデータに統計処理を施すことにより、レールと車輪の
当たりの相違による誤差の影響を除去して、車輪に発生
しているフラットについてのきわめて正確なデータを取
り出すことができる。

（４）車輪のフラット検出からその保守計画までをコン
ピュータで一貫して行なえるので、異常検出作業の効率
を向上するとともに、作業人員を大幅に削減することが
できる。

また、コンピュータにＡ／Ｄ変換回路やフラット判定装
置などが組み込めるので、装置を小型軽量に、かつ安価
に製作できる。このため、装置の検出湯所への移動が容
易となるので、検出湯所に常設しなければならない従来
の大型装置に比べて経費を大幅に節減することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の装置全体の構成を示すブ
ロック図、第２図は振動加速度計、列車進入検知器、お
よび車輪検知器をレールに取り付けた状態の一例を示す
斜視図、第３図はフラット判定のプロセスを模式的に示
した図面で、（ａ））ま列車進入検知器による検知のチ
ャート、（ｂ）は車輪検知器による検知のチャート、（
Ｃ）、　（ｄ）は同じ側のレールに取り付けられた２個
の振動加速度計により検出された増幅後のそれぞれの振
動加速度を示すチャート、（ｅ）および（ｆ）は、ＦＣ
）および（ｄ）のチャートをそれぞれＡ／Ｄ変換した後
の振動加速度を示すチャートである。 １・・・レール　　　　　　２・・・振動加速度計３・
・・列車進入検知器　　４・・車輪検知器５・・増幅器
　　　　　　６・・・車輪７・・車軸　　　　　　　訃
・・インタフェース部９・・・ピークホールド回路付き
Ａ／Ｄ変換回路１０・・・コンピュータ　　１１・・・
速度演算回路１２・・・フラット判定回路 １３・・・処理範囲決定回路 １４・・・車輪カウンタ回路 １５・・・クイマ　　　　　１６・・・記録器７・・・
プリンタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つ以上の振動加速度計は、一対のレールの底部
   上面にそれぞれ設定された間隔で固定され、一方のレー
   ルに、振動加速度計のいずれよりも列車進入側に列車進
   入検知器が固定されるとともに、各振動加速度計の間に
   車輪検知器が配設され、列車進入検知器、車輪検知器、
   および各振動加速度計からの出力電圧を増幅する増幅器
   は、インタフェース部を介してコンピュータに接続され
   、インタフェース部を介して入力される増幅器からの出
   力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路は、２０ＫＨｚの周
   波数まで応答するピークホールド回路を備え、 前記コンピュータは、列車進入検知器と車輪検知器の出
   力により速度を演算する速度演算回路と、Ａ／Ｄ変換回
   路からの出力を列車速度に応じてフラットか否かを判定
   するフラット判定回路と、列車速度と車輪検知器の出力
   によりその車輪についてのデータ処理範囲を決定する処
   理範囲決定回路と、車輪の通過数を算出する車輪カウン
   タ回路と、列車の通過時刻を記録するタイマとにより構
   成され、 コンピュータには処理されたデータとその列車の通過時
   刻を記録する記録器、およびデータをプリントするプリ
   ンタが接続されていることを特徴とする 車輪路面の異常検出装置。