JPH07104147B2 - レールの摩耗検測方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、鉄道線路のレール上を走行しながら、レール
上面の波状摩耗等を連続的に検測するレールの摩耗検測
方法およびその装置に関するものである。

［従来の技術］ 鉄道道路の軌道のレール上面（レール頭部の上面）に
は、レール上を走行する車両の車輪との間の摩擦等によ
り、レール上面の長さ方向に波状に凹凸を呈する摩耗が
発生し、この波状の摩耗が進行すると、車両が通過する
ごとに、車両、軌道および路盤に激しい振動や衝撃を与
え、乗客の乗り心地を悪化するとともに、軌道や路盤の
破壊を促進し、また騒音を発生して、鉄道沿線に騒音公
害をひき起す等の不都合を生ずる。

そのため、従来より、これらの不都合が起生する前に、
そのレール上面に発生した摩耗を検測し、必要に応じて
レール頭部削正車等を用いて、前記波状摩耗や変形層を
削正、除去し、レール頭部の輪郭を修正することが行な
われている。しかして、レール上面に発生した波状摩耗
等の検測には相当の精度、正確さが要求される。

従来、上記のようにレール上面に発生した波状摩耗を検
測する技術としては、例えば特開昭51−114151号公報に
示されているように、レールの車輪転動面（頭部上面）
に沿ってフイーラを移動させ、この転動面の凹凸による
フイーラの運動を加速度計に伝達して電圧に変換し、こ
の電圧を増幅、濾波、整流して、この整流された曲線を
その速度に従って包絡して包絡曲線を求め、これにより
レールの波状摩耗の連続移動平均値を出し記録する、測
定記録方法と装置がある。

また、特開昭52−75459号公報に示されているように、
前後に車輪を備えた台枠に、レール踏面（上面）に対し
摺接するスキッドを設け、このスキッドに電気的手段等
による接触型もしくは非接触型の検出器を取付けてお
き、台枠を押動してスキッドをレール踏面に沿って摺接
移動させながら、前記検出器によりレール踏面の凹凸状
態を検出し記録するようにした、レール踏面の測定装置
が存する。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記特開昭51−114151号公報に示された方法、
装置による場合には、レールの転動面に沿ってフイーラ
を移動させる車両の前後の車輪が、転動面の摩耗による
凹凸状態や車輪の偏心等によって上下方向に変動する
と、フイーラも上下方向に変動し、大きな測定誤差を生
ずることになる。

また、上記特開昭52−75459号公報に示された装置の場
合にも、レール踏面の摩耗による凹凸状態等によって
は、レール踏面に摺接するスキッドの一端が上方へ変動
して傾斜し、検出器の測定に誤差が生じる。

一般に、レール上面の波状摩耗等はできるだけ早期にこ
れを検出して除去することが必要であるが、通常は、波
状摩耗等の凹凸差（波高）が約0.3mmになると、これを
削正することが行なわれている。しかし凹凸差が約0.3m
mの波状摩耗等を検出するには、検出器の測定誤差は0.1
mm以下であることが必要と考えられるが、上記の従来の
技術では測定誤差が大きく、定常的に0.1mm以下の測定
誤差の範囲で、凹凸差０〜0.3mmの波状摩耗等を検出す
ることができない。

そこで、レール上面の摩耗検出における測定誤差をでき
るだけ小さくするために、レール上面の凹凸を検測する
２個の検測器をレール長さ方向に一定間隔をおいて並設
し、これを検測台車により走行させながら、両検測器に
よりレール上面の凹凸を検測して、双方の検測値の差分
（勾配変化量）を求めるとともに、一定距離走行するご
とに前記差分を順次加算することにより、被測起点を基
準とするレール上面の凹凸量（つまり上下方向の変位
量）を求めて、摩耗を検出することにしたものである。

すなわち、例えば第６図に示すように、前後車輪3,4の
軸間距離Ｌの中心点Ｍを中心としてレール長さ方向に一
定間隔ｌを振り分けに２個の検測器A,Bを配して、両検
測器A,Bによる検測値の差分つまり勾配変化量をとるこ
ととした場合、レール１の頭部上面の凹凸状態等により
前後車輪3,4がレール上面に平行な標準位置から上下方
向に変動し、これに伴なって両検測器A,Bも上下に変位
してそれぞれA_L,B_Lの位置にきたときの、検測器Ａの測
定誤差α_Ａおよび検測器Ｂの測定誤差α_Ｂはそれぞれか
なり大きいが、前記のように両検測値の差分をとるため
に前記の測定誤差α_A,α_Ｂも差分（α_Ａ−α_Ｂ）される
ことになり、したがって実際の測定誤差はごく小さいも
のとなる。

ところで、上記のように２個の検測器による検測値の差
分によりレール上面の上下方向の変位量を求める場合、
波状摩耗等による凹凸を一定間隔ごとの検測地点間の直
線的な勾配変化量としてとられること、つまりレール長
さ方向一定間隔毎に変位量を検測することになり、その
間の凹凸状態が検測されないことになる。

そのため、特に、レール上面の波状摩耗等の凹凸状態を
正確に測定するには、第２図から明らかなように、２個
の検測器の間隔ｌを極力短くし、検測ピッチを小さくす
る必要があるが、両検測器同士の干渉（例えば磁気セン
サーの場合の磁気干渉等）や、構造上の制約により、両
検測器の間隔ｌを短くするのには限界がある。従って前
記間隔ｌと等しいピッチで検測するのでは、両検測地点
間の凹凸状態を正確に検測できないことになる。

本発明は、上記に鑑み、レール上面の凹凸状態等によっ
て検測台車が上下方向に変動したときの測定誤差を極力
小さくするために、２個の検測器を配して両検測値の差
分により検測開始点を基準とする上下方向変位量で摩耗
を検出するようにした場合において、検測ピッチを２個
の検測器の間隔より短いピッチで検測することにより、
波状摩耗等による凹凸状態を正確に検測しようとするも
のである。

［問題点を解決するための手段］ 上記の問題点を解決する本発明について、第１図、第２
図および第５図を参照して説明する。

本発明の検測方法においては、前車輪３と後車輪４によ
りレール１上を走行可能な検測台車２の前後車輪3,4の
略中間に、レール１の長さ方向に一定間隔ｌをおいて配
された２個の検測器A,Bにより、検測台車２を矢印方向
に走行させながら、検測器とレール上面のギャップを検
測して摩耗を検測する。このとき、検測開始時点におけ
るレール１上の検測台車２の走行方向後方側の検測器Ｂ
の位置を検測起点P₀とし、またこの検測起点P₀から走行
方向のレール上における前記２個の検測器A,Bの間隔ｌ
をＣ等分した距離毎の各点P₁,P₂,P₃……P_nを検測点とし
て設定する。そして２個の検測器A,Bにより、それぞれ
の位置の凹凸を検測して、一方の検測値から他方の検測
値を減じて両検測値の差分を求めるとともに、前記２個
の検測器間隔ｌの等分数Ｃで前記検測値の差分を除去す
ることとし、両検測器A,Bがレール上面の検測起点から
前記等分距離だけ走行する毎に検測点を設定し、各検測
点において、２個の検測器A,Bにより検測された検測値
の差分を前記検測器間隔ｌの等分数Ｃで除算して、その
除算値を、一つ前の非測点において変位量として求めら
れた値に加算して、前記等分距離毎の各検測点P₁,P₂,P₃
…P_nにおける前記検測起点に対するレール上面の上下方
向の変位量β₀,β₁,β₂,β₃,…β_ｎを順次求め、前記検
測起点を基準としてレール上面の摩耗を検測することを
特徴とする。

また、上記の方法を実施するための本発明装置は、前後
に車輪3,4を有しこの車輪によって軌道のレール１上を
走行可能な検測台車２と、レール１の長さ方向に一定間
隔をおいて前記検出台車２の前後車輪の略中間に配さ
れ、レール上面とのギャップによって摩耗を検測する２
個の検測器A,Bと、前記検測台車２が前記２個の検測器
A,Bの間隔ｌをＣ等分してその等分距離だけ走行するご
とにパルスを出力する走行検出器６と、前記２個の検測
器A,Bの出力する各検測値を入力し、両検測値の差分を
一方の検測値から他方の検測値を減じる演算を行ない、
その差分を前記間隔ｌを等分する数Ｃで除算する差分演
算器14と、前記走行検出器６からのパルスを入力するご
とにゲートを開き、差分演算器14から出力する前記差分
を前記間隔ｌの等分数Ｃで除算した値を総和演算器16に
入力させるゲート回路17と、検測台車の走行によって前
記走行検出器がパルスを出力する毎に、このゲート回路
17を介して入力された値を順次加算しその総和を演算し
て、前記走行検出器６がパルスを出力した位置のレール
上面の上下方向変位量を順次出力する総和演算器16とを
有することを特徴とする。

［作 用］ 上記した本発明方法において、第２図に示すように、レ
ール１の上面の検測開始位置の２点に位置する２個の検
測器A,Bが、その間隔ｌをＣ等分してその等分距離l/Cず
つ矢印方向に走行した点における検測器Ａの検測値を
A_C,A_C+1,A_C+2,…A_C+nとし、検測器Ｂの検測値をB₀,B₁,B
₂,…B_n-1,B_nとし、また検測起点P₀から前記等分距離l/C
のピッチで移動した各点を検測点P₁,P₂,P₃…P_nとして、
この各検測点でのレール_１上面の前記検測起点P₀に対す
る上下方向の変位量を、それぞれβ₀,β₁,β₂,…β_n-1,
β_ｎとすると、次の関係式が成立する。

この式を加算して整理すると、 ここで、Δβ_Ｐ＝〔A_C+P＝B_P〕/Cとすると、 となる。

この関係式は、上記本発明のごとく、２個の検測器A,B
により検測されたレール１の上面における２点の検測値
の差分を求めるとともに、両検測器A,Bの間隔ｌをＣ等
分してその等分数Ｃで前記両検測値の差分を除算し、２
個の検測器A,Bが前記等分距離だけ走行移動するごと
に、その各点における両検測器の差分を除算した値Δβ
_Ｐ（ｐ＝0,1,2,3…ｎ）を当該検測点の一つ前の検測点
において変位量として求められた値に加算することとす
れば、レール１の上面の前記等分距離毎の各検測点P₁,P
₂,P₃…P_nにおける検測起点P₀に対する上下方向の変位量
β₀,β₁,β₂,β_３…β_ｎを求めることができ、摩耗を検
出できることを示している。

従って、上記した本発明方法によれば、２個の検測器A,
Bの間隔ｌをＣ等分してその等分距離l/C毎の検測ピッチ
で、すなわち前記間隔ｌの1/2以下のごく短いピッチで
レール上面の検測起点に対する凹凸量、すなわち上下方
向の変位量を測定でき、これによりレール上面の摩耗を
検出することができる。

また、上記のように、レール長さ方向に一定の間隔ｌを
おいて配した２個の検測器A,Bによる検測値の差分をと
るために、レール１上を走行する検測台車２がレール上
面の凹凸状態等により上下方向に変動して検測器A,Bが
上下に変位した場合の実際の測定誤差も、きわめて小さ
くなる。

そして上記した本発明の検測装置によれば、検測台車２
が所定の速度でレール１上を走行して、これに装備した
２個の検測器A,Bによりレール１の上面の摩耗による凹
凸が検測されると、双方の検測値はそれぞれ差分演算器
14に入力され、この差分演算器14において２個の検測器
A,Bの間隔ｌを等分する数Ｃで前記両検測値の差分を求
め、かつこの差分を除算する差分演算 を行なう。

一方、検測台車２が検測器A,Bの間隔ｌのＣ等分された
等分距離だけ走行するごとに走行検出器６から走行パル
スが出力され、このパルスがゲート回路17に入力されて
ゲートを開き、前記差分演算器14が出力する差分を除算
した値Δβ_Ｐ＝〔A_p+2−B_p〕/C（ｐ＝0,1,2,3…ｎ）を
総和演算器16に入力させる。そして総和演算器16は、こ
の入力された値Δβ_Ｐを加算しその総和を演算して、走
行検出器６がパルスを出力した各位置のレール上面の上
下方向の変位量β₀,β₁,β_２…β_ｎを順次出力する。従
って２個の検測器A,Bの間隔ｌをＣ等分してその等分距
離l/C毎の検測ピッチでレール上面の検測起点に対する
上下方向の変位量によって、波状摩耗等による凹凸状態
を検出することができ、上記方法を実施できる。

［実施例］ 次に本発明の実施例を図面に基いて説明する。

先ず、第３図は、無接触型の検測器を使用した場合を示
しており、レール１の凹凸を検測する無接触型の検測器
A,Bは、検測台車２の前車輪３と後車輪４の軸間距離Ｌ
の中心点を中心として、レール１の長さ方向に振り分け
られた一定間隔ｌにおいて検測台車２に配設されてお
り、検測台車側の基準位置からの距離によってレール上
面の凹凸を検測する。この無接触型の検測器A,Bとして
は、レーザー変位センサの光を利用した光学式、ギャッ
プａの静電容量を検出する静電容量式、またはセンサヘ
ッドのコイルを高周波で発振させ、このセンサヘッドの
磁界内に金属物体が入ると電磁誘導により近接金属内に
誘導電流が流れることにより、センサヘッドのコイルの
インダクタンス損失を検出する磁気式等のセンサを用い
ることができる。

また検測台車２は、前後車輪3,4によってレール１上を
走行でき、またレール頭部削正車等の作業車（図示せ
ず）と設定、収納用油圧シリンダ５を介して連結され、
この油圧シリンダ５により、作業時にはレール１上に降
されて作業状態に設定され、前記作業車とともにレール
１上を走行し、回送時にはレール１より引き上げられて
車両限界内に収納される。検測台車２の後車輪４の車軸
端には検測台車２が一定の距離だけ、走行するごとに走
行パルスを出力する走行検出器６が設けられており、本
発明では特に２個の検測器A,Bの間隔ｌをＣ等分してそ
の等分距離だけ走行するごとにパルス発するものが用い
られる。例えば第２図のように前記間隔ｌを２等分する
距離ごとにパルスを発するものが用いられる。

また第４図は、レール接触型の検測器A,B走行検出器６
が設けられており、本発明では特に２個の検測器A,Bの
間隔ｌをＣ等分してその等分距離だけ走行するごとにパ
ルスを発するものが用いられる。例えば第２図のように
前記間隔ｌを２等分する距離ごとにパルスを発するもの
が用いられる。

また第４図は、レール接触型の検測器A,Bを上記と同様
の検測台車２に装備した例を示しており、２個の接触型
の検測器A,Bは第３図と同じく検測台車２のレール長さ
方向の中心振り分で間隔ｌをおいて配されている。この
検測器A,Bは、レール１との接触シュー８がバネ９でレ
ール１に押し付けられており、レール１の上面の凹凸を
接触シュー８を介してスライドシャフト10の上下変化量
としてとらえ、このスライドシャフト10の上下変化量を
電圧、または電流に変換するようになっており、ポテン
ショメータ、差動トランス等が用いられる。

そして、上記の検測器A,Bおよび走行検出器６等が第５
図に示す摩耗検測装置の検測部７を構成する。

演算部11は、作業車または検測台車２に設けられ、検測
部７の２個の検測器A,Bの出力する各検測値を、それぞ
れリニアライザ12a、12bにより直線性を補正し、ローパ
スフィルタ13a、13bにより所定周波数以上のノイズ等の
外乱を除去して入力し、一方の検測値から他方の検測値
を減じてその差分を演算するとともに、２個の検出器A,
Bの間隔ｌをＣ等分してその等分数Ｃで前記差分を除算
する差分演算器14と、走行検出器６より出力され、かつ
ワンショット回路15により波形整形されたパルスを入力
するごとにゲートを開き、差分演算器14が出力する除算
された値を、総和演算器16に入力させるゲート回路17
と、該ゲート回路17を介して入力された値を順次加算し
その総和を演算して、走行検出器６がパルスを出力した
位置のレール１上面の検測起点を基準とする凹凸量、つ
まり上下方向変位量を順次出力する総和演算器16とを有
している。

そして、総和演算器16の出力は、フィルタ回路18を介し
て記録器（図示せず）に送られ記録される。フィルタ回
路18は、ある設定された通過帯域のバンドパスフィルタ
19と、ある設定されたカットオフ周波数のローパスフィ
ルタ20とからなり、レール１の上面の波状摩耗の凹凸
は、その短波長成分をバンドパスフィルタ19により、そ
の長波長成分はローパスフィルタ20によりそれぞれ濾波
され記録される。

次に、上記の摩耗検測装置により、本発明の摩耗検測方
法を特に２個の検測器A,Bの間隔ｌを２等分して実施す
る場合（第２図）について説明する。作業車を介して検
測台車２が所定の速度でレール１上を走行して、検測器
A,Bによりレール１の上面の摩耗による凹凸が検測され
ると、その検測値はそれぞれリニアライザ12a,12bおよ
びローパスフィルタ13a,13bを介して差分演算器14に入
力され、その差分を演算するとともに２個の検測器A,B
の間隔ｌを２等分する数２で除算する。

一方、検測台車２が検測器A,Bの間隔ｌを等分したその
等分距離l/2だけ走行するごとに走行パルスを出力し、
このパルスはワンショット回路15により波形整形されて
ゲート回路17に入力されてゲートを開き、前記の差分演
算器14の出力する除算された差分の値Δβ_Ｐ＝〔A_P+2−
B_P〕/2（ｐ＝0,1,2,3…ｎ）を総和演算器16に入力させ
る。総和演算器16では、この入力された値Δβ_Ｐを順次
加算してその総和を演算し、走行検出器６が起点となる
検出起点P₀より矢印方向に走行してパルスを出力した各
点P₁,P₂,P₃…P_nのレール上面の前記検出起点P₀に対する
上下方向の変位量β₀,β₁,β_２…β_ｎを順次出力する。

例えば、走行検出器６がパルスP₁を発したときのP₁の位
置の変化量β_０は、点P₂の位置にある検測器Ａの出力A₂
と点P₀の位置にある検出器Ｂの出力B₀の差分の1/2とし
て出力される。すなわちP₁,P₂,P₃…P_nの各点の上下方向
の変位量β₀,β₁,β_２…β_ｎは、それぞれ すなわち となる。

こうして出力された変位量は、通常フィルタ回路により
設定された波長成分に濾波され記録器に送られ記録さ
れ、これにより摩耗状態が判別される。

［発明の効果］ 上記したように、本発明によれば、検測ピッチを２個の
検測器の間隔の1/2以下のかなり短いピッチで検測で
き、仮に両検測器の間に検測器同士が相互に干渉しない
充分な間隔を保有していても、その検測ピッチを短くす
ることができ、もちろん２個の検測器の検測値の差分を
とることで、測定誤差も小さくなる。それゆえ、レール
上面の波状摩耗等を、その凹凸状態に応じてその深さや
波長を正確に検測することができ、以ってレール頭部削
正車による波状摩耗等の削正を、摩耗状況に応じて適切
に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の説明図、第２図は第１図II部の拡
大図、第３図および第４図はそれぞれ本発明装置の検測
部の側面図、第５図は本発明装置のブロック線図、第６
図は測定誤差についての説明図である。 A,B……検測器、１……レール、２……検測台車、３…
…前車輪、４……後車輪、６……走行検出器、７……検
測部、11……演算部、14……差分演算器、16……総和演
算器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前後に有する車輪により軌道のレール上を
   走行可能な検測台車の前後車輪の略中間に、レールの長
   手方向に一定間隔をおいて２個の検測器を配設し、 検測開始時点におけるレール上の検測台車の走行方向後
   方側の検測器の位置を検測起点とし、また前記２個の検
   測器の間隔を等分してその等分距離だけ前記検測起点か
   ら走行方向に離れた位置を第１の検測点とし、 まず、前記２個の検出器により、それぞれの位置におい
   て検測器とレール上面のギャップを検測して、両検測値
   の差分を求めるとともに、この差分を前記検測器間隔の
   等分数で除算し、この除算値を前記第１の検測点におけ
   る検測起点に対するレール上面の上下方向の変位量と
   し、 次に、検測台車が前記等分距離だけ走行して走行方向後
   方側の検測器が第１の検測点に達した時、第１の検測点
   から前記等分距離だけ走行方向に離れた位置を第２の検
   測点として、２個の検出器により、それぞれの位置にお
   いて検測器とレール上面のギャップを検測して、両検測
   値の差分を求めるとともに、この差分を前記検測器間隔
   の等分数で除算し、この第２の検測点における除算値
   を、前記第１の検測点における差分の除算値に加算し
   て、この値を第２の検測点における検測起点に対するレ
   ール上面の上下方向の変位量とし、 以下同様に、検測台車が前記検測器間隔の等分距離だけ
   走行する毎に検測点を設定し、各検測点において、２個
   の検測器によりそれぞれ検測された検測値の差分を前記
   検測器間隔の等分数で除算して、その除算値を、当該検
   測点の一つ前の検測点において変位量として求められた
   値に加算して、当該検測点におけるレール上面の検測起
   点に対する上下方向の変位量とし、 こうして各検測点毎に、検測起点を基準とするレール上
   面の上下方向変位量を順次求めて、レール上面の摩耗を
   検測することを特徴とするレールの摩耗検測方法。
2. 【請求項２】前後に車輪を有し、これらの車輪によって
   軌道のレール上を走行可能な検測台車と、 この検測台車の前後車輪の略中間に、レールの長手方向
   に一定間隔をおいて配されかつ検測器とレール上面のギ
   ャップを検測する２個の検測器と、 前記検測台車が前記２個の検測器の間隔を等分してその
   等分距離だけ走行する毎にパルスを出力する走行検出器
   と、 前記２個の検測器の出力する各検測値を入力し、両検測
   値を差分するとともに、その差分を前記２個の検測器の
   間隔を等分する数で除算する演算を行なう差分演算器
   と、 前記走行検出器からのパルスを入力するごとにゲートを
   開き、前記差分演算器が出力する両検出値の差分を前記
   ２個の検測器の間隔を等分する数で除算した値を総和演
   算器に入力させるゲート回路と、 検測台車の走行によって前記走行検出器がパルスを出力
   する毎に、前記ゲート回路を介して入力された値を順次
   加算する総和演算を行ない、前記パルスを出力する距離
   毎の各点における検測起点に対するレール上面の上下方
   向の変位量を順次求め、その演算結果を逐一出力する総
   和演算器とを備え、 検測台車が２個の検測器間隔の等分した距離だけ走行す
   る毎の各点を検測点として、各検測点におけるレール上
   面の検測起点を基準とする上下方向変位量によって摩耗
   を検測するようにしたことを特徴とするレールの摩耗検
   測装置。