JP2021012162A - Rail breakage detection device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、レール破断検出装置及び方法に関するものである。 The present disclosure relates to a rail rupture detection device and a method.
従来、鉄道の線路では、鉄道用車両の繰り返しの走行によって、レールが損傷を受けて破断してしまうことがある。そして、レールが破断すると、鉄道用車両の走行安定性が著しく低下する。そこで、鉄道事業者は、一般的に、軌道回路と呼ばれるシステムにおいて、鉄道用車両の位置を検出するためにレールに流す信号電流を利用して、レール破断を検出している。この場合、破断したレールが開口すると信号電流が遮断されることを利用して、レール破断を検出するようになっている。また、レールの破断によって生じる衝撃振動に起因する超音波がレールを伝播することを検出し、これにより、レール破断を検出する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 Conventionally, on railroad tracks, the rails may be damaged and broken due to repeated running of railroad vehicles. Then, when the rail breaks, the running stability of the railway vehicle is significantly reduced. Therefore, in a system called a track circuit, a railroad operator generally detects a rail breakage by using a signal current flowing through a rail to detect the position of a railroad vehicle. In this case, the rail breakage is detected by utilizing the fact that the signal current is cut off when the broken rail opens. Further, a method of detecting the propagation of ultrasonic waves caused by the shock vibration caused by the breakage of the rail propagating on the rail and thereby detecting the breakage of the rail has also been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、前記従来の技術では、線路周辺に設置された地上設備を使用してレール破断を検出するため、メンテナンスのために膨大なコストがかかってしまう。 However, in the above-mentioned conventional technique, since the rail breakage is detected by using the ground equipment installed around the track, a huge cost is required for maintenance.
ここでは、前記従来の技術の問題点を解決して、車両に取り付けられた非接触式の超音波送信プローブからの超音波をレールに送信し、超音波送信プローブから離れた位置で車両に取り付けられた非接触式の超音波受信プローブによってレールから超音波を受信することにより、簡素な構成で、低コストでありながら、車両の走行中にレール破断を検出することができるレール破断検出装置及び方法を提供することを目的とする。 Here, the problem of the conventional technique is solved, ultrasonic waves from the non-contact type ultrasonic transmission probe attached to the vehicle are transmitted to the rail, and the ultrasonic waves are attached to the vehicle at a position away from the ultrasonic transmission probe. A rail breakage detection device that can detect a rail breakage while the vehicle is running, with a simple configuration and low cost by receiving ultrasonic waves from the rail with a non-contact ultrasonic receiving probe. The purpose is to provide a method.
そのために、レール破断検出装置においては、車両に取り付けられた非接触式の超音波送信プローブと非接触式の超音波受信プローブとを備えるレール破断検出装置であって、前記超音波送信プローブ及び超音波受信プローブは、レールの長手方向に関して所定の離間距離以上に互いに離間し、かつ、少なくとも１つの輪軸が間に存在するように前記車両に取り付けられ、前記超音波受信プローブは、前記超音波送信プローブからレールに入力されて該レールを伝播した超音波を受信し、前記レールに入力された超音波の利得がない状態の継続時間が所定の閾値以上であると、レール破断があると判断する。 Therefore, the rail breakage detection device is a rail breakage detection device including a non-contact type ultrasonic transmission probe and a non-contact type ultrasonic reception probe attached to the vehicle, and is the above-mentioned ultrasonic transmission probe and ultrasonic. The ultrasonic receiving probes are attached to the vehicle so as to be separated from each other by a predetermined separation distance or more in the longitudinal direction of the rail and at least one wheel shaft is present between them, and the ultrasonic receiving probe is the ultrasonic transmitting probe. When the ultrasonic waves input from the probe to the rail and propagated through the rail are received and the duration of the ultrasonic waves input to the rail without gain is equal to or longer than a predetermined threshold, it is determined that the rail is broken. ..
他のレール破断検出装置においては、さらに、前記所定の離間距離は１００〔ｍｍ〕である。 In other rail rupture detection devices, the predetermined separation distance is 100 [mm].
更に他のレール破断検出装置においては、さらに、前記超音波送信プローブは、超音波が所定の入射角度でレールの頂面に入射するように前記車両に取り付けられ、前記超音波受信プローブは、所定の出射角度でレールの頂面から出射した超音波を受信するように前記車両に取り付けられる。 In yet another rail breakage detection device, the ultrasonic transmitting probe is further attached to the vehicle so that the ultrasonic waves are incident on the top surface of the rail at a predetermined incident angle, and the ultrasonic receiving probe is predetermined. It is attached to the vehicle so as to receive ultrasonic waves emitted from the top surface of the rail at the emission angle of.
更に他のレール破断検出装置においては、さらに、前記入射角度及び出射角度は、０〜１０度である。 In still another rail rupture detection device, the incident angle and the exit angle are 0 to 10 degrees.
更に他のレール破断検出装置においては、さらに、前記超音波送信プローブ及び超音波受信プローブは、レールの幅方向に関して前記超音波送信プローブの送信面及び前記超音波受信プローブの受信面がレールの頭部の幅方向の範囲内に位置するように前記車両に取り付けられる。 In still another rail breakage detection device, in the ultrasonic transmitting probe and the ultrasonic receiving probe, the transmitting surface of the ultrasonic transmitting probe and the receiving surface of the ultrasonic receiving probe are the heads of the rails in the width direction of the rail. It is attached to the vehicle so as to be located within a range in the width direction of the portion.
更に他のレール破断検出装置においては、さらに、前記レールの継目を検出する継目検出装置を更に備え、該継目検出装置が前記レールの継目を検出すると、前記レールに入力された超音波の利得がない状態の継続時間が所定の閾値以上であっても、レール破断があると判断しない。 In yet another rail breakage detecting device, a seam detecting device for detecting the seam of the rail is further provided, and when the seam detecting device detects the seam of the rail, the gain of the ultrasonic wave input to the rail is obtained. Even if the duration in the absence state is equal to or longer than a predetermined threshold value, it is not determined that the rail is broken.
レール破断検出方法においては、レールの長手方向に関して所定の離間距離以上に互いに離間し、かつ、少なくとも１つの輪軸が間に存在するように車両に取り付けられた非接触式の超音波送信プローブと非接触式の超音波受信プローブとによって、超音波をレールに入力するとともに、該レールを伝播した超音波を受信する工程と、前記レールに入力された超音波の利得がない状態の継続時間が所定の閾値以上であると、レール破断があると判断する工程とを含み、前記車両の走行中にレール破断を検出する。 In the rail breakage detection method, the non-contact type ultrasonic transmission probe attached to the vehicle so as to be separated from each other by a predetermined separation distance or more in the longitudinal direction of the rail and at least one wheel shaft is present between them is not used. The step of inputting ultrasonic waves to the rail by the contact type ultrasonic receiving probe and receiving the ultrasonic waves propagating on the rail, and the duration of the state where there is no gain of the ultrasonic waves input to the rail are predetermined. If it is equal to or more than the threshold value of, the rail breakage is detected during the traveling of the vehicle, including the step of determining that the rail breakage occurs.
本開示によれば、簡素な構成で、低コストでありながら、車両の走行中にレール破断を検出することができる。 According to the present disclosure, it is possible to detect a rail breakage while the vehicle is running with a simple configuration and at a low cost.
以下、実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
図１は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置が搭載された車両の一部を示す模式図、図２は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置の機能構成を示すブロック図、図３は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置の超音波プローブとレールとの位置関係を説明する第１の図、図４は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置の超音波プローブの角度に関する実験結果を示す表、図５は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置の超音波プローブと輪軸との位置関係を説明する図、図６は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置の超音波プローブとレールとの位置関係を説明する第２の図である。なお、図１において、（ａ）は超音波プローブが台車に取り付けられた状態を示す図、（ｂ）は超音波プローブが車体に取り付けられた状態を示す図である。 FIG. 1 is a schematic view showing a part of a vehicle equipped with the rail breakage detection device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a block diagram and a view showing a functional configuration of the rail breakage detection device according to the first embodiment. 3 is a first diagram for explaining the positional relationship between the rail and the ultrasonic probe of the rail breakage detection device according to the first embodiment, and FIG. 4 is the ultrasonic probe of the rail breakage detection device according to the first embodiment. A table showing the experimental results regarding the angle, FIG. 5 is a diagram for explaining the positional relationship between the ultrasonic probe and the wheel axis of the rail breakage detection device in the first embodiment, and FIG. 6 is a rail breakage detection in the first embodiment. It is a 2nd figure explaining the positional relationship between the ultrasonic probe of an apparatus, and a rail. In FIG. 1, FIG. 1A is a diagram showing a state in which the ultrasonic probe is attached to the bogie, and FIG. 1B is a diagram showing a state in which the ultrasonic probe is attached to the vehicle body.
図において、１１は、本実施の形態におけるレール破断検出装置１０が搭載された車両であり、１１ａは前記車両１１の車体である。前記車両１１は、鉄道用の車両であれば、いかなる種類の車両であってもよい。そして、１２は、前記車体１１ａを支持する台車であり、その骨組みとしての台車枠１２ａを有するとともに、輪軸１６を保持する。該輪軸１６は、１本の車軸１６ａと該車軸１６ａの両端に固定された左右一対の車輪１５を含んでいる。該車輪１５は、図示されない道床上に配設された図示されない複数本のまくらぎの上に敷設されたレール１７上を転動する部材である。なお、ここでは、各車体１１ａは２つの台車１２によって支持されるものとして説明するが、該台車１２の数は必ずしも２つに限定されるものではない。また、ここでは、各台車１２は２つの輪軸１６を保持するものとして説明するが、該輪軸１６の数は必ずしも２つに限定されるものではない。 In the figure, reference numeral 11 denotes a vehicle on which the rail breakage detection device 10 according to the present embodiment is mounted, and reference numeral 11a is a vehicle body of the vehicle 11. The vehicle 11 may be any type of vehicle as long as it is a railway vehicle. Reference numeral 12 denotes a bogie that supports the vehicle body 11a, has a bogie frame 12a as a frame thereof, and holds a wheel set 16. The wheel axle 16 includes one axle 16a and a pair of left and right wheels 15 fixed to both ends of the axle 16a. The wheel 15 is a member that rolls on a rail 17 laid on a plurality of pillows (not shown) arranged on a track bed (not shown). Although each vehicle body 11a is described here as being supported by two bogies 12, the number of bogies 12 is not necessarily limited to two. Further, although each carriage 12 is described here as holding two wheel sets 16, the number of the wheel sets 16 is not necessarily limited to two.
前記レール破断検出装置１０は、図２に示されるように、一対の超音波プローブとして、非接触式の超音波送信プローブである送信プローブ２１と、非接触式の超音波受信プローブである受信プローブ２２とを含んでいる。さらに、前記レール破断検出装置１０は、送信プローブ２１が送信した超音波と、受信プローブ２２が受信した超音波から、検査対象物であるレール１７の物性や状態を計測して評価する装置としてのパルサーレシーバ２４と、受信プローブ２２の受信信号を増幅してパルサーレシーバ２４に対して出力する前置増幅器である外部プリアンプ２５と、レール破断検出装置１０の各部の動作を制御する制御装置としての制御及び計測用コンピュータ２３とを含んでいる。本実施の形態におけるレール破断検出装置１０の構成は、図２に示されるものに限定される必要はなく、空中で超音波の送受信が可能であり、受信された超音波の強さを電気信号として出力し得るものであれば、いかなる種類の装置であってもよい。また、レール１７が破断しているか否かの判断は、制御及び計測用コンピュータ２３の図示されないディスプレイの表示を検査員がモニターすることによって行うことも可能であり、電気信号として出力された超音波の受信レベルが所定値以下となったことに基づいて判断することも可能である。 As shown in FIG. 2, the rail breakage detection device 10 includes a transmission probe 21 which is a non-contact type ultrasonic wave transmission probe and a reception probe which is a non-contact type ultrasonic wave reception probe as a pair of ultrasonic wave probes. 22 and is included. Further, the rail breakage detection device 10 is a device for measuring and evaluating the physical properties and state of the rail 17, which is an inspection target, from the ultrasonic waves transmitted by the transmitting probe 21 and the ultrasonic waves received by the receiving probe 22. Control as a control device for controlling the operation of the pulsar receiver 24, the external preamplifier 25 which is a preamplifier which amplifies the received signal of the receiving probe 22 and outputs it to the pulsar receiver 24, and the operation of each part of the rail breakage detection device 10. And the measurement computer 23. The configuration of the rail breakage detection device 10 in the present embodiment does not have to be limited to that shown in FIG. 2, and ultrasonic waves can be transmitted and received in the air, and the strength of the received ultrasonic waves is an electric signal. Any kind of device may be used as long as it can be output as. Further, it is also possible for the inspector to monitor the display of the control and measurement computer 23 (not shown) to determine whether or not the rail 17 is broken, and the ultrasonic wave output as an electric signal. It is also possible to make a judgment based on the fact that the reception level of is less than or equal to a predetermined value.
なお、本実施の形態において、レール破断検出装置１０、車両１１、レール１７等の各部及びその他の部材の構成及び動作を説明するために使用される上、下、左、右、前、後等の方向を示す表現は、絶対的なものでなく相対的なものであり、レール破断検出装置１０、車両１１、レール１７等の各部及びその他の部材が図に示される姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。 In the present embodiment, it is used to explain the configuration and operation of each part of the rail breakage detection device 10, the vehicle 11, the rail 17, and other members, and the upper, lower, left, right, front, rear, etc. The expression indicating the direction of is not absolute but relative, and is appropriate when each part such as the rail breakage detection device 10, the vehicle 11, the rail 17 and other members are in the posture shown in the figure. However, if the posture changes, it should be changed and interpreted according to the change in posture.
前記レール破断検出装置１０は、車両１１に取り付けられた送信プローブ２１から非接触でレール１７に超音波を送信し、レール１７の長手方向に関して送信プローブ２１から離れた位置で車両１１に取り付けられた受信プローブ２２が、レール１７を伝達した超音波を非接触で受信し、受信時の超音波の強さに基づいて、レール１７の破断を検出する。 The rail breakage detection device 10 transmits ultrasonic waves to the rail 17 in a non-contact manner from the transmission probe 21 attached to the vehicle 11, and is attached to the vehicle 11 at a position away from the transmission probe 21 in the longitudinal direction of the rail 17. The receiving probe 22 receives the ultrasonic waves transmitted through the rail 17 in a non-contact manner, and detects the breakage of the rail 17 based on the strength of the ultrasonic waves at the time of reception.
具体的には、図１（ａ）に示される例において、送信プローブ２１は、プローブ取付部材２１ａを介して、台車枠１２ａの一端に取り付けられ、受信プローブ２２は、プローブ取付部材２２ａを介して、同じ台車枠１２ａの他端に取り付けられている。そして、超音波は、模様Ｓで示されるように、送信プローブ２１から発信されて空中を伝播し、レール１７を伝播し、再び空中を伝播して受信プローブ２２によって受信される。また、図１（ｂ）に示される例において、送信プローブ２１は、プローブ取付部材２１ａを介して、台車枠１２ａの一端外側の位置において、車体１１ａの底部１１ｂに取り付けられ、受信プローブ２２は、プローブ取付部材２２ａを介して、同じ台車枠１２ａの他端外側の位置において、車体１１ａの底部１１ｂに取り付けられている。そして、超音波は、模様Ｓで示されるように、送信プローブ２１から発信されて空中を伝播し、レール１７を伝播し、再び空中を伝播して受信プローブ２２によって受信される。なお、前記送信プローブ２１及び受信プローブ２２は、台車枠１２ａ又は車体１１ａの底部１１ｂに限定されることなく、車両１１のいかなる部位に取り付けられていてもよい。 Specifically, in the example shown in FIG. 1A, the transmitting probe 21 is attached to one end of the bogie frame 12a via the probe mounting member 21a, and the receiving probe 22 is mounted via the probe mounting member 22a. , It is attached to the other end of the same bogie frame 12a. Then, as shown by the pattern S, the ultrasonic wave is transmitted from the transmitting probe 21 and propagates in the air, propagates on the rail 17, propagates in the air again, and is received by the receiving probe 22. Further, in the example shown in FIG. 1B, the transmitting probe 21 is attached to the bottom portion 11b of the vehicle body 11a at a position outside one end of the bogie frame 12a via the probe mounting member 21a, and the receiving probe 22 is It is attached to the bottom portion 11b of the vehicle body 11a at a position outside the other end of the same bogie frame 12a via the probe attachment member 22a. Then, as shown by the pattern S, the ultrasonic wave is transmitted from the transmitting probe 21 and propagates in the air, propagates on the rail 17, propagates in the air again, and is received by the receiving probe 22. The transmitting probe 21 and the receiving probe 22 are not limited to the bogie frame 12a or the bottom portion 11b of the vehicle body 11a, and may be attached to any part of the vehicle 11.
また、本実施の形態において、送信プローブ２１及び受信プローブ２２は、図３に示されるように、レール１７の長手方向に関して互いに離間した位置において、レール１７の上方の高さＨの箇所に位置するように、車両１１に取り付けられる。前記送信プローブ２１及び受信プローブ２２は、レール１７の頂面１７ａから７０〔ｍｍ〕以上上方に位置する、すなわち、Ｈ≧７０〔ｍｍ〕とすることが望ましい。一般に、鉄道用車両においては、該鉄道用車両に装着された装置等が地上設備と干渉しないようにするため、車両限界と呼ばれる、地上設備からの離間距離に関する制限が設定されている。本実施の形態における送信プローブ２１及び受信プローブ２２も、かかる制限に対応して、レール１７の頂面１７ａから７０〔ｍｍ〕以上上方に位置されることが望ましい。 Further, in the present embodiment, the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 are located at a height H above the rail 17 at positions separated from each other in the longitudinal direction of the rail 17, as shown in FIG. As described above, it is attached to the vehicle 11. It is desirable that the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 are located 70 [mm] or more above the top surface 17a of the rail 17, that is, H ≧ 70 [mm]. Generally, in a railroad vehicle, a limit regarding a distance from the ground equipment, which is called a vehicle limit, is set so that a device or the like mounted on the railroad vehicle does not interfere with the ground equipment. It is desirable that the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 in the present embodiment are also positioned 70 [mm] or more above the top surface 17a of the rail 17 in response to such restrictions.
さらに、図３に示されるように、前記送信プローブ２１は、送信される超音波がレール１７の頂面１７ａに対して斜めになるように、車両１１に取り付けられ、前記受信プローブ２２は、受信される超音波がレール１７の頂面１７ａに対して斜めになるように、車両１１に取り付けられる。 Further, as shown in FIG. 3, the transmitting probe 21 is attached to the vehicle 11 so that the transmitted ultrasonic waves are oblique to the top surface 17a of the rail 17, and the receiving probe 22 receives. The ultrasonic waves are attached to the vehicle 11 so as to be oblique to the top surface 17a of the rail 17.
具体的には、前記送信プローブ２１は、その送信面から出力される超音波が、頂面１７ａの垂線に対して、受信プローブ２２の方向に角度θだけ傾斜するように設定される。これにより、レール１７の頭部１７ｂにガイド波を発生させることができる。同様に、前記受信プローブ２２は、レール１７の頂面１７ａからその受信面に入力される超音波が、頂面１７ａの垂線に対して、送信プローブ２１の方向に角度θだけ傾斜するように設定される。これにより、レール１７を伝播したガイド波を検出することができる。すなわち、送信面からの超音波が入射角度θでレール１７の頂面１７ａに入射するように、送信プローブ２１が設定され、また、出射角度θでレール１７の頂面１７ａから出射した超音波が受信面に入射するように、受信プローブ２２が設定される。なお、前記入射角度θ及び出射角度θは、０〜１０度であることが望ましい。また、超音波の振動数は２０〜４００〔ｋＨｚ〕であることが望ましい。超音波の振動数が４００〔ｋＨｚ〕を超えると、超音波が空中を介して、レールに送受信することが困難になる。 Specifically, the transmitting probe 21 is set so that the ultrasonic waves output from the transmitting surface are inclined by an angle θ in the direction of the receiving probe 22 with respect to the perpendicular line of the top surface 17a. As a result, a guide wave can be generated at the head portion 17b of the rail 17. Similarly, the receiving probe 22 is set so that the ultrasonic waves input from the top surface 17a of the rail 17 to the receiving surface are inclined by an angle θ in the direction of the transmitting probe 21 with respect to the perpendicular line of the top surface 17a. Will be done. As a result, the guide wave propagating on the rail 17 can be detected. That is, the transmission probe 21 is set so that the ultrasonic waves from the transmission surface are incident on the top surface 17a of the rail 17 at the incident angle θ, and the ultrasonic waves emitted from the top surface 17a of the rail 17 at the emission angle θ. The receiving probe 22 is set so as to enter the receiving surface. It is desirable that the incident angle θ and the exit angle θ are 0 to 10 degrees. Further, it is desirable that the frequency of ultrasonic waves is 20 to 400 [kHz]. When the frequency of the ultrasonic wave exceeds 400 [kHz], it becomes difficult for the ultrasonic wave to be transmitted to and received from the rail via the air.
図４は、前記入射角度θ及び出射角度θを変化させて行われた実験の結果を示す表である。該表中の数字は、受信プローブ２２が受信した超音波の強さを示す出力電圧〔Ｖ〕であり、１．０が受信した超音波が強い状態を示している。また、実験は、送信プローブ２１及び受信プローブ２２として、送信面及び受信面のサイズが２０〔ｍｍ〕×２０〔ｍｍ〕のものを使用し、超音波の振動数を２００〔ｋＨｚ〕とし、レール１７の長手方向に関する送信プローブ２１と受信プローブ２２との離間距離を１００〔ｍｍ〕として行われた。 FIG. 4 is a table showing the results of experiments conducted by changing the incident angle θ and the exit angle θ. The numbers in the table are output voltages [V] indicating the intensity of the ultrasonic waves received by the receiving probe 22, and 1.0 indicates a state in which the received ultrasonic waves are strong. In the experiment, as the transmitting probe 21 and the receiving probe 22, the size of the transmitting surface and the receiving surface was 20 [mm] × 20 [mm], the frequency of the ultrasonic wave was set to 200 [kHz], and the rail was used. The separation distance between the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 in the longitudinal direction of 17 was set to 100 [mm].
レール１７に超音波を伝播させる場合、その頭部１７ｂにおいて発生させるガイド波は、レール１７の形状及び材料の特性から、横波に近いモードが減衰に小さなガイド波として有効であることが示されている（例えば、非特許文献１参照。）。
そのようなモードのガイド波がレール１７の頭部１７ｂに発生するようにするために重要となるのは、超音波の入射角度θである。超音波は、空気中からレール１７に入射する際に、透過及び反射を起こす。例えば、入射角度θを１０度を超えた値として更に大きくし、臨界角になると、全反射が起きる。超音波は、適切な入射角度θで空気中からレール１７に入射すると、モード変換を起こして縦波及び横波が発生し、このような波がガイド波としてレール１７の長手方向に伝播される。 It is the incident angle θ of the ultrasonic waves that is important in order for the guide wave of such a mode to be generated at the head portion 17b of the rail 17. Ultrasonic waves transmit and reflect when they enter the rail 17 from the air. For example, when the incident angle θ is further increased to a value exceeding 10 degrees and the critical angle is reached, total reflection occurs. When ultrasonic waves enter the rail 17 from the air at an appropriate incident angle θ, mode conversion occurs to generate longitudinal waves and transverse waves, and such waves are propagated in the longitudinal direction of the rail 17 as guide waves.
超音波の入射角度θが臨界角になると、全反射が起きるので、ガイド波が発生しないが、前記入射角度θが０〜１０度の範囲であると、ガイド波が発生して、レール１７の長手方向に伝播される。このことは、図４に示される実験結果からも、明らかである。 When the incident angle θ of ultrasonic waves reaches the critical angle, total reflection occurs, so no guide wave is generated. However, when the incident angle θ is in the range of 0 to 10 degrees, a guide wave is generated and the rail 17 It is propagated in the longitudinal direction. This is clear from the experimental results shown in FIG.
さらに、図５に示されるように、レール１７の長手方向に関して、互いに離間している送信プローブ２１と受信プローブ２２との間に、少なくとも１つの輪軸１６が存在する。すなわち、送信プローブ２１と受信プローブ２２とは、少なくとも１つの輪軸１６を間に挟むようにして、配設されている。これにより、太い矢印Ａで示されるように、送信プローブ２１から送信されてレール１７を伝播した超音波は、受信プローブ２２によって受信されるが、細い矢印Ｂで示されるように、送信プローブ２１から送信され、受信プローブ２２に向かって空気中だけを伝播する超音波は、輪軸１６によって遮断されるので、受信プローブ２２によって受信されることがない。したがって、送信プローブ２１から空気中だけを伝播して受信プローブ２２によって受信される超音波が、レール１７を伝播した超音波に対するノイズとして、悪影響を及ぼすことが防止される。 Further, as shown in FIG. 5, there is at least one wheel set 16 between the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 that are separated from each other in the longitudinal direction of the rail 17. That is, the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 are arranged so as to sandwich at least one wheel set 16. As a result, the ultrasonic waves transmitted from the transmitting probe 21 and propagating on the rail 17 as indicated by the thick arrow A are received by the receiving probe 22, but are received from the transmitting probe 21 as indicated by the thin arrow B. The ultrasonic waves transmitted and propagating only in the air toward the receiving probe 22 are blocked by the wheel set 16 and are not received by the receiving probe 22. Therefore, the ultrasonic waves propagating only in the air from the transmitting probe 21 and received by the receiving probe 22 are prevented from having an adverse effect as noise on the ultrasonic waves propagating on the rail 17.
さらに、レール１７の幅方向に関する送信プローブ２１及び受信プローブ２２の位置は、図６に示されるように、送信プローブ２１及び受信プローブ２２の送信面及び受信面がレール１７の頭部１７ｂの幅方向の範囲内であることが望ましい。例えば、送信プローブ２１及び受信プローブ２２の送信面及び受信面の幅Ｗ１は、望ましくは、約２０〔ｍｍ〕である。また、レール１７の頭部１７ｂの幅Ｗ２は、一般的な営業線で使用されている５０〔ｋｇＮ〕レール及び６０〔ｋｇＮ〕レールの場合、約６５〔ｍｍ〕である。 Further, as shown in FIG. 6, the positions of the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 with respect to the width direction of the rail 17 are such that the transmitting surface and the receiving surface of the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 are in the width direction of the head 17b of the rail 17. It is desirable that it is within the range of. For example, the width W1 of the transmitting surface and the receiving surface of the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 is preferably about 20 [mm]. Further, the width W2 of the head portion 17b of the rail 17 is about 65 [mm] in the case of the 50 [kgN] rail and the 60 [kgN] rail used in a general business line.
なお、レール１７の頂面１７ａにおいて、ゲージコーナ１７ｇ側の部分は、フィールドコーナ１７ｆ側の部分よりも、車輪１５との接触に起因する表面傷が多いので、超音波を伝達する際に、十分に大きな利得を得ることが困難である。そこで、送信プローブ２１及び受信プローブ２２の送信面及び受信面の幅Ｗ１は、レール１７の頂面１７ａの幅方向前面に超音波が行き渡るようなサイズであって、少なくともレール１７の頭部１７ｂの幅Ｗ２の１／３程度であることが望ましいので、２０〔ｍｍ〕以上とすることが望ましい。 In the top surface 17a of the rail 17, the portion on the gauge corner 17g side has more surface scratches due to contact with the wheel 15 than the portion on the field corner 17f side, so that it is sufficient when transmitting ultrasonic waves. It is difficult to obtain a large gain. Therefore, the width W1 of the transmission surface and the reception surface of the transmission probe 21 and the reception probe 22 has a size such that ultrasonic waves are spread over the front surface of the top surface 17a of the rail 17 in the width direction, and is at least the head portion 17b of the rail 17. Since it is desirable that the width is about 1/3 of W2, it is desirable that the width is 20 [mm] or more.
次に、前記構成のレール破断検出装置１０の動作について説明する。 Next, the operation of the rail rupture detection device 10 having the above configuration will be described.
図７は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置が搭載された車両がレールの正常箇所を走行する状態を示す図、図８は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置が搭載された車両がレールの破断箇所を走行する状態を示す第１の図、図９は第１の実施の形態におけるレールに発生した水平裂を示す斜視図、図１０は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置が搭載された車両がレールの水平裂箇所を走行する状態を示す図、図１１は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置が搭載された車両がレールの破断箇所を走行する状態を示す第２の図である。なお、図７及び８において、（ａ）は車両がレールを走行する状態の模式図、（ｂ）は受信された超音波の波形を示す図であり、図１０において、（ａ−１）及び（ａ−２）は水平裂と車両の位置関係を示す図、（ｂ−１）及び（ｂ−２）は（ａ−１）及び（ａ−２）において受信された超音波の波形を示す図であり、図１１において、（ａ−１）及び（ａ−２）は破断と車両の位置関係を示す図、（ｂ−１）及び（ｂ−２）は（ａ−１）及び（ａ−２）において受信された超音波の波形を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a state in which a vehicle equipped with the rail breakage detection device according to the first embodiment runs on a normal portion of the rail, and FIG. 8 is a diagram showing a state in which the rail breakage detection device according to the first embodiment is mounted. A first view showing a state in which a vehicle travels on a broken portion of a rail, FIG. 9 is a perspective view showing a horizontal crack generated in a rail in the first embodiment, and FIG. 10 is a rail break in the first embodiment. FIG. 11 is a diagram showing a state in which a vehicle equipped with a detection device travels in a horizontal crack portion of the rail, and FIG. 11 shows a state in which a vehicle equipped with a rail breakage detection device according to the first embodiment travels in a rail break portion. It is the 2nd figure which shows. In FIGS. 7 and 8, (a) is a schematic view of a state in which the vehicle is traveling on a rail, (b) is a diagram showing a waveform of received ultrasonic waves, and in FIG. 10, (a-1) and (A-2) is a diagram showing the positional relationship between the horizontal crack and the vehicle, and (b-1) and (b-2) are the waveforms of the ultrasonic waves received in (a-1) and (a-2). 11 and 11, in FIG. 11, (a-1) and (a-2) are diagrams showing the positional relationship between the breakage and the vehicle, and (b-1) and (b-2) are (a-1) and (a). It is a figure which shows the waveform of the ultrasonic wave received in -2).
本実施の形態におけるレール破断検出装置１０は、車両１１が走行している間、超音波の送受信を継続し、レール破断の検出を継続的に実行する。すなわち、図７（ａ）に示されるように、車両１１が走行している間、送信プローブ２１は、模様Ｓで示されるように、超音波を非接触で連続してレール１７に入力し、受信プローブ２２は、レール１７を伝播した超音波を非接触で連続して受信する。そして、受信プローブ２２が、受信した超音波の強さに応じた電気信号を、図７（ｂ）に示されるように、出力する。 The rail breakage detection device 10 in the present embodiment continuously transmits and receives ultrasonic waves while the vehicle 11 is traveling, and continuously executes detection of rail breakage. That is, as shown in FIG. 7A, while the vehicle 11 is traveling, the transmitting probe 21 continuously inputs ultrasonic waves to the rail 17 in a non-contact manner as shown by the pattern S. The receiving probe 22 continuously receives the ultrasonic waves propagating on the rail 17 in a non-contact manner. Then, the receiving probe 22 outputs an electric signal corresponding to the intensity of the received ultrasonic wave as shown in FIG. 7B.
しかし、図８（ａ）に示されるように、レール１７に破断１８ａが発生している場合に当該破断箇所を車両１１が走行すると、模様Ｓで示されるように、レール１７を伝播した超音波が破断１８ａによって遮断されてしまうので、受信プローブ２２は、レール１７を伝播した超音波を受信することができない。そのため、受信プローブ２２が出力する受信した超音波の強さに応じた電気信号は、図８（ｂ）に示されるようになる。すなわち、超音波の波形が検出されない状態となる。このように、超音波の波形が検出されない状態となる、すなわち、レール１７に入力された超音波の利得がなくなると、レール破断検出装置１０は、レール破断を検出したと判断する。 However, as shown in FIG. 8A, when the vehicle 11 travels through the fractured portion when the rail 17 has a fracture 18a, the ultrasonic wave propagating through the rail 17 is transmitted as shown by the pattern S. Is blocked by the break 18a, so that the receiving probe 22 cannot receive the ultrasonic waves propagating on the rail 17. Therefore, the electric signal corresponding to the intensity of the received ultrasonic wave output by the receiving probe 22 is shown in FIG. 8 (b). That is, the ultrasonic waveform is not detected. In this way, when the ultrasonic waveform is not detected, that is, when the gain of the ultrasonic waves input to the rail 17 disappears, the rail rupture detection device 10 determines that the rail rupture has been detected.
ところで、レール１７には、レール破断のような比較的重大な問題にまでは至らない程度の比較的軽微な傷が存在するが、このように比較的軽微な傷がレール破断と同等のレベルで検出されることは、却ってレール破断検出の信頼性を低下させることとなる。このような比較的軽微な傷の１つとして、図９に示されるような水平裂１８ｂを挙げることができる。該水平裂１８ｂは、レール１７の頭部１７ｂにおいて、レール１７の長手方向にほぼ水平に進展する傷である。 By the way, the rail 17 has relatively minor scratches that do not lead to a relatively serious problem such as rail fracture, and such relatively minor scratches are at the same level as rail fracture. Being detected, on the contrary, lowers the reliability of rail rupture detection. As one of such relatively minor scratches, a horizontal fissure 18b as shown in FIG. 9 can be mentioned. The horizontal fissure 18b is a scratch extending substantially horizontally in the longitudinal direction of the rail 17 at the head portion 17b of the rail 17.
このような比較的小さな水平裂１８ｂであっても、図１０（ａ−１）に示されるように、送信プローブ２１からレール１７に入力される超音波が遮断されると、図１０（ｂ−１）に示されるように、超音波の波形が検出されない状態となる。しかし、水平裂１８ｂが比較的小さいので、車両１１が矢印Ｃで示される進行方向に少しでも進行して、図１０（ａ−２）に示されるように、送信プローブ２１からの超音波がレール１７に入力される位置が水平裂１８ｂから外れると、太い矢印Ａで示されるように、送信プローブ２１から送信された超音波は、再び、レール１７を伝播し、受信プローブ２２によって受信され、図１０（ｂ−２）に示されるように、超音波の波形が検出される。 Even with such a relatively small horizontal fissure 18b, as shown in FIG. 10 (a-1), when the ultrasonic wave input from the transmitting probe 21 to the rail 17 is blocked, FIG. 10 (b-) As shown in 1), the ultrasonic waveform is not detected. However, since the horizontal fissure 18b is relatively small, the vehicle 11 advances even a little in the traveling direction indicated by the arrow C, and as shown in FIG. 10A-2, the ultrasonic waves from the transmitting probe 21 are railed. When the position input to 17 deviates from the horizontal fissure 18b, the ultrasonic waves transmitted from the transmitting probe 21 again propagate through the rail 17 and are received by the receiving probe 22, as indicated by the thick arrow A. As shown in 10 (b-2), the ultrasonic waveform is detected.
なお、水平裂１８ｂは、一般的は、１００〔ｍｍ〕以上の大きさにまで進展すると、レール１７の交換が必要とされている（例えば、非特許文献２参照。）。つまり、水平裂１８ｂは、１００〔ｍｍ〕以上の大きさにまで進展しなければ、検出する必要がない程度の軽微な傷である、と言える。
そうであるから、レール１７の長手方向に関する送信プローブ２１と受信プローブ２２との離間距離を１００〔ｍｍ〕以上とすることが望ましい。これにより、図１０（ｂ−１）に示されるように、受信プローブ２２が受信した超音波の波形が途絶えても、短時間のうちに、再び、図１０（ｂ−２）に示されるように、超音波の波形が検出されたならば、比較的軽微な傷を検出したものと判断することができ、レール破断の検出から除外することができる。 Therefore, it is desirable that the distance between the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 in the longitudinal direction of the rail 17 is 100 [mm] or more. As a result, as shown in FIG. 10 (b-1), even if the waveform of the ultrasonic wave received by the receiving probe 22 is interrupted, it is shown again in FIG. 10 (b-2) within a short time. In addition, if the ultrasonic waveform is detected, it can be determined that a relatively minor scratch is detected, and the rail breakage can be excluded from the detection.
一方、図１１（ｂ−１）に示されるように、受信プローブ２２が受信した超音波の波形が途絶えた後、ある程度の時間が経過しても、図１１（ｂ−２）に示されるように、依然として超音波の波形が検出されないのであれば、図１１（ａ−１）及び（ａ−２）に示されるように、レール１７に破断１８ａが発生している、と言える。 On the other hand, as shown in FIG. 11 (b-1), even after a certain period of time has elapsed after the waveform of the ultrasonic wave received by the receiving probe 22 is interrupted, as shown in FIG. 11 (b-2). If the ultrasonic waveform is still not detected, it can be said that the rail 17 has a fracture 18a as shown in FIGS. 11 (a-1) and 11 (a-2).
つまり、レール１７に入力された超音波の利得がない状態の継続時間が所定の閾値未満であれば、レール破断がないと判断し、レール１７に入力された超音波の利得がない状態の継続時間が所定の閾値以上であれば、レール破断があると判断することができる。したがって、レール破断の誤検出を防止することができる。 That is, if the duration of the ultrasonic gain input to the rail 17 is less than a predetermined threshold value, it is determined that there is no rail breakage, and the continuation of the ultrasonic gain input to the rail 17 is not present. If the time is equal to or greater than a predetermined threshold value, it can be determined that the rail is broken. Therefore, it is possible to prevent erroneous detection of rail breakage.
ここで、レール１７に入力された超音波の利得がない状態の継続時間をＴとし、レール１７の長手方向に関する送信プローブ２１と受信プローブ２２との離間距離をＬ１とし、レール１７の頂面１７ａから送信プローブ２１及び受信プローブ２２までの距離をＬ２とし、レール１７中の超音波の音速をｃ１とし、空気中の超音波の音速をｃ２とすると、次の式（１）が成立する。なお、車両１１の走行速度は、空気中の超音波の音速（１２２４〔ｋｍ／ｈ〕）と比べて大幅に低いので、無視することとする。
Ｔ≒Ｌ１／ｃ１＋２×Ｌ２／ｃ２ ・・・式（１）
Here, the duration of the state where there is no gain of the ultrasonic wave input to the rail 17 is T, the separation distance between the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 in the longitudinal direction of the rail 17 is L1, and the top surface 17a of the rail 17 is set. Assuming that the distance from the transmitting probe 21 to the receiving probe 22 is L2, the sound wave of the ultrasonic wave in the rail 17 is c1, and the sound wave of the ultrasonic wave in the air is c2, the following equation (1) is established. Since the traveling speed of the vehicle 11 is significantly lower than the speed of sound of ultrasonic waves in the air (1224 [km / h]), it is ignored.
T≈L1 / c1 + 2 × L2 / c2 ... Equation (1)
そして、前記閾値は、前述のように、Ｌ１を１００〔ｍｍ〕としたときのＴの値とすることが望ましい。 Then, as described above, it is desirable that the threshold value is the value of T when L1 is 100 [mm].
なお、車両１１がレール区間のどの位置にいるのかは、無線通信等によって常に把握可能であるので、車両１１に搭載されたレール破断検出装置１０によって検出された破断１８ａがレール区間のどの位置に存在するのかは、自動的に特定することができる。 Since the position of the vehicle 11 in the rail section can always be grasped by wireless communication or the like, the position of the fracture 18a detected by the rail fracture detection device 10 mounted on the vehicle 11 is located in the rail section. Whether it exists can be automatically identified.
次に、実際にレール破断検出装置１０を車両１１に搭載してレール破断の検出を行った例について説明する。 Next, an example in which the rail rupture detection device 10 is actually mounted on the vehicle 11 to detect the rail rupture will be described.
図１２は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置が実際に搭載された車両を示す図、図１３は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置が実際に搭載された車両の写真、図１４は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置が実際に搭載された車両が通常のレールを走行したときの写真、図１５は第１の実施の形態におけるレール破断検出装置が実際に搭載された車両が開口部のあるレールを走行したときの写真である。なお、図１３において、（ａ）は送信プローブの取付箇所を示す写真、（ｂ）は受信プローブの取付箇所を示す写真であり、図１４及び１５において、（ａ）は受信された超音波の波形を示す写真、（ｂ）は車両に搭載されたビデオカメラで撮影したレールの写真である。 FIG. 12 is a diagram showing a vehicle actually equipped with the rail breakage detection device according to the first embodiment, and FIG. 13 is a photograph and view of a vehicle actually equipped with the rail breakage detection device according to the first embodiment. 14 is a photograph of a vehicle actually equipped with the rail breakage detection device according to the first embodiment when traveling on a normal rail, and FIG. 15 shows a photograph in which the rail breakage detection device according to the first embodiment is actually mounted. It is a photograph when a vehicle runs on a rail with an opening. In FIG. 13, (a) is a photograph showing the attachment location of the transmission probe, (b) is a photograph showing the attachment location of the reception probe, and in FIGS. 14 and 15, (a) is a photograph of the received ultrasonic wave. A photograph showing the waveform, (b) is a photograph of the rail taken by a video camera mounted on the vehicle.
レール破断の検出は、レール破断検出装置１０を図１２に示されるような保守用車（モーターカ）に取り付けて行われた。送信プローブ２１及び受信プローブ２２は、図１２及び１３に示されるような箇所に取り付けられた。レール１７の長手方向に関する送信プローブ２１と受信プローブ２２との離間距離Ｌ１は、２．５〔ｍ〕であり、送信プローブ２１と受信プローブ２２との間に１つの輪軸１６が存在する。なお、送信プローブ２１及び受信プローブ２２は、送信面及び受信面のサイズが６０〔ｍｍ〕×６０〔ｍｍ〕のものであり、入射角度θが５度となるように設定され、超音波の振動数は１００〔ｋＨｚ〕である。なお、前記保守用車には、ビデオカメラも設置した。 The rail rupture detection was performed by attaching the rail rupture detection device 10 to a maintenance vehicle (motor) as shown in FIG. The transmitting probe 21 and the receiving probe 22 were attached at locations as shown in FIGS. 12 and 13. The distance L1 between the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 in the longitudinal direction of the rail 17 is 2.5 [m], and one wheel set 16 exists between the transmitting probe 21 and the receiving probe 22. The transmitting probe 21 and the receiving probe 22 have a size of the transmitting surface and the receiving surface of 60 [mm] × 60 [mm], are set so that the incident angle θ is 5 degrees, and the vibration of ultrasonic waves. The number is 100 [kHz]. A video camera was also installed in the maintenance vehicle.
そして、前記保守用車が図１４（ｂ）に示されるような通常のレール１７の上を走行した場合には、図１４（ａ）に示されるような超音波の波形が検出された。これに対して、前記保守用車が図１５（ｂ）に示されるような開口部のあるレール１７の上を走行した場合には、図１５（ａ）に示されるような超音波の波形が検出された。 Then, when the maintenance vehicle traveled on the normal rail 17 as shown in FIG. 14 (b), the ultrasonic waveform as shown in FIG. 14 (a) was detected. On the other hand, when the maintenance vehicle travels on the rail 17 having an opening as shown in FIG. 15 (b), the ultrasonic waveform as shown in FIG. 15 (a) is generated. was detected.
ところで、前記開口部は、レール１７がその長手方向に不連続となっているので、レール１７を伝播した超音波がそこで遮断される、という点において、レール１７に発生した破断１８ａと同様であり、むしろ、該破断１８ａは開口部の一形態であるとも言える。したがって、超音波による検出において、前記開口部はレール１７に発生した破断１８ａと等価である。 By the way, the opening is similar to the fracture 18a generated in the rail 17 in that the rail 17 is discontinuous in the longitudinal direction, so that the ultrasonic waves propagating in the rail 17 are blocked there. Rather, it can be said that the break 18a is a form of the opening. Therefore, in the detection by ultrasonic waves, the opening is equivalent to the fracture 18a generated in the rail 17.
図１４（ａ）の波形と図１５（ａ）の波形とを比較すると、開口部のあるレール１７の上を走行した場合には、レール１７に入力された超音波の利得がほとんどないことが、明らかであるから、これにより、前記開口部が検出されたことが分かる。したがって、実際に保守用車に搭載されたレール破断検出装置１０によって、レール１７に発生した破断１８ａを検出し得ることが実証された。 Comparing the waveform of FIG. 14 (a) with the waveform of FIG. 15 (a), when traveling on the rail 17 having an opening, there is almost no gain of the ultrasonic wave input to the rail 17. Since it is clear, it can be seen that the opening has been detected. Therefore, it was demonstrated that the rail rupture detection device 10 actually mounted on the maintenance vehicle can detect the rupture 18a generated on the rail 17.
このように、本実施の形態におけるレール破断検出装置１０は、車両１１に取り付けられた非接触式の送信プローブ２１と非接触式の受信プローブ２２とを備える。送信プローブ２１及び受信プローブ２２は、レール１７の長手方向に関して所定の離間距離以上に互いに離間し、かつ、少なくとも１つの輪軸１６が間に存在するように車両１１に取り付けられ、受信プローブ２２は、送信プローブ２１からレール１７に入力されてレール１７を伝播した超音波を受信する。そして、レール破断検出装置１０は、レール１７に入力された超音波の利得がない状態の継続時間が所定の閾値以上であると、レール破断があると判断する。これにより、レール破断検出装置１０は、簡素な構成で、低コストでありながら、車両１１の走行中に、レール破断を確実に検出することができる。 As described above, the rail breakage detection device 10 in the present embodiment includes the non-contact type transmission probe 21 and the non-contact type reception probe 22 attached to the vehicle 11. The transmitting probe 21 and the receiving probe 22 are attached to the vehicle 11 so as to be separated from each other by a predetermined separation distance or more in the longitudinal direction of the rail 17 and at least one wheel set 16 is present between them. The ultrasonic waves input from the transmission probe 21 to the rail 17 and propagated on the rail 17 are received. Then, the rail breakage detection device 10 determines that the rail breakage occurs when the duration of the ultrasonic wave input to the rail 17 without gain is equal to or longer than a predetermined threshold value. As a result, the rail rupture detection device 10 can reliably detect the rail rupture while the vehicle 11 is running, with a simple structure and low cost.
また、所定の離間距離は１００〔ｍｍ〕である。さらに、送信プローブ２１は、超音波が所定の入射角度θでレール１７の頂面１７ａに入射するように車両１１に取り付けられ、受信プローブ２２は、所定の出射角度θでレール１７の頂面１７ａから出射した超音波を受信するように車両１１に取り付けられる。さらに、入射角度θ及び出射角度θは、０〜１０度である。さらに、送信プローブ２１及び受信プローブ２２は、レール１７の幅方向に関して送信プローブ２１の送信面及び受信プローブ２２の受信面がレール１７の頭部１７ｂの幅方向の範囲内に位置するように車両１１に取り付けられる。 The predetermined separation distance is 100 [mm]. Further, the transmitting probe 21 is attached to the vehicle 11 so that ultrasonic waves are incident on the top surface 17a of the rail 17 at a predetermined incident angle θ, and the receiving probe 22 is attached to the top surface 17a of the rail 17 at a predetermined exit angle θ. It is attached to the vehicle 11 so as to receive the ultrasonic waves emitted from the vehicle 11. Further, the incident angle θ and the exit angle θ are 0 to 10 degrees. Further, the transmitting probe 21 and the receiving probe 22 are arranged so that the transmitting surface of the transmitting probe 21 and the receiving surface of the receiving probe 22 are located within the width direction of the head 17b of the rail 17 with respect to the width direction of the rail 17. Attached to.
次に、第２の実施の形態について説明する。なお、前記第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, the second embodiment will be described. For those having the same structure as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted by assigning the same reference numerals. Further, the description of the same operation and the same effect as that of the first embodiment will be omitted.
図１６は第２の実施の形態におけるレール継目部を示す斜視図、図１７は第２の実施の形態におけるレール破断検出装置が備える継目検出装置を示す模式図、図１８は第２の実施の形態におけるレール破断検出装置の動作を示すフローチャートである。 FIG. 16 is a perspective view showing a rail seam portion in the second embodiment, FIG. 17 is a schematic view showing a seam detection device included in the rail rupture detection device in the second embodiment, and FIG. 18 is a schematic view showing the seam detection device in the second embodiment. It is a flowchart which shows the operation of the rail breakage detection apparatus in a form.
図１６に示されるように、鉄道の線路には、隣接するレール１７同士を接続する継目部分が存在する。このような継目部分において、隣接するレール１７の端部の近傍部分同士は、継目板１９を介して相互に接続されるが、隣接するレール１７の端部同士の間には、開口部の一形態としての遊間１８ｃが存在する。そこで、本実施の形態におけるレール破断検出装置１０は、前記遊間１８ｃを破断１８ａと識別するために、図１７に示されるような複数のレーザ変位計２６等を継目検出装置として備える。 As shown in FIG. 16, the railroad track has a seam portion that connects adjacent rails 17. In such a seam portion, the portions near the ends of the adjacent rails 17 are connected to each other via the seam plate 19, but one of the openings is between the ends of the adjacent rails 17. There is a play space 18c as a form. Therefore, the rail breakage detection device 10 in the present embodiment includes a plurality of laser displacement meters 26 and the like as shown in FIG. 17 as a seam detection device in order to distinguish the gap 18c from the breakage 18a.
前記レーザ変位計２６は、レール１７の底部１７ｃの幅方向両端近傍に対応する位置において車両１１に取り付けられ、下方に向けてレーザビーム２７を出力し、下方に存在する物体によって反射されたレーザビーム２７を受光して、当該物体までの距離を計測する。したがって、車両１１が継目部分以外の箇所を走行している場合、前記レーザ変位計２６は、レール１７の底部１７ｃの上面までの距離を計測するが、車両１１が継目部分を通過する際には、底部１７ｃの上面よりも上方に位置する継目板１９の上面までの距離を計測することとなるので、計測した距離の相違に基づいて、継目板１９の存在を検出することができ、継目検出を行うことができる。 The laser displacement meter 26 is attached to the vehicle 11 at a position corresponding to the vicinity of both ends of the bottom portion 17c of the rail 17 in the width direction, outputs a laser beam 27 downward, and is a laser beam reflected by an object existing below. 27 is received and the distance to the object is measured. Therefore, when the vehicle 11 is traveling at a location other than the seam portion, the laser displacement meter 26 measures the distance to the upper surface of the bottom portion 17c of the rail 17, but when the vehicle 11 passes through the seam portion, Since the distance to the upper surface of the seam plate 19 located above the upper surface of the bottom 17c is measured, the presence of the seam plate 19 can be detected based on the difference in the measured distances, and the seam detection can be performed. It can be performed.
このように、継目検出装置としてのレーザ変位計２６が継目を検出すると、レール破断検出装置１０は、レール１７に入力された超音波の利得がない状態の継続時間が所定の閾値以上であっても、レール破断ではなく継目であると判断することができ、レール破断の誤検出を防止することができる。 As described above, when the laser displacement meter 26 as the seam detection device detects the seam, the rail rupture detection device 10 has a duration of no ultrasonic gain input to the rail 17 of a predetermined threshold value or more. However, it can be determined that the rail is not broken but a seam, and erroneous detection of the rail break can be prevented.
次に、本実施の形態におけるレール破断検出装置１０の動作を図１８に示されるフローチャートに従って説明する。 Next, the operation of the rail breakage detection device 10 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
まず、ステップＳ１で、レール破断検出装置１０は、車両１１が走行すると、随時、レール破断検出、及び、継目検出を行う。 First, in step S1, the rail rupture detection device 10 performs rail rupture detection and seam detection at any time when the vehicle 11 travels.
続いて、ステップＳ２で、レール破断検出装置１０は、レール開口部を検出する。具体的には、レール１７に入力された超音波の利得がない状態の継続時間が所定の閾値以上であると、レール１７に開口部があることが検出される。 Subsequently, in step S2, the rail rupture detection device 10 detects the rail opening. Specifically, when the duration of the ultrasonic wave input to the rail 17 without gain is equal to or longer than a predetermined threshold value, it is detected that the rail 17 has an opening.
続いて、ステップＳ３で、レール破断検出装置１０は、継目の有無を判断する。具体的には、レーザ変位計２６等が継目板１９を検出したか否かを判断する。 Subsequently, in step S3, the rail rupture detection device 10 determines the presence or absence of a seam. Specifically, it is determined whether or not the laser displacement meter 26 or the like has detected the seam plate 19.
そして、継目有の場合、すなわち、レーザ変位計２６が継目板１９を検出した場合、ステップＳ４で、レール破断検出装置１０は、継目検出と判断する。 Then, in the case of having a seam, that is, when the laser displacement meter 26 detects the seam plate 19, the rail breakage detecting device 10 determines that the seam is detected in step S4.
また、継目無の場合、すなわち、レーザ変位計２６が継目板１９を検出しなかった場合、ステップＳ５で、レール破断検出装置１０は、レール破断検出と判断する。 Further, in the case of no seam, that is, when the laser displacement meter 26 does not detect the seam plate 19, the rail breakage detection device 10 determines that the rail breakage is detected in step S5.
このように、本実施の形態において、レール破断検出装置１０は、レール１７の継目を検出するレーザ変位計２６を更に備える。そして、レール破断検出装置１０は、レーザ変位計２６がレール１７の継目を検出すると、レール１７に入力された超音波の利得がない状態の継続時間が所定の閾値以上であっても、レール破断があると判断しない。また、レーザ変位計２６は、レーザビーム２７によって継目の継目板１９を検出する。 As described above, in the present embodiment, the rail rupture detection device 10 further includes a laser displacement meter 26 for detecting the joint of the rail 17. Then, when the laser displacement meter 26 detects the joint of the rail 17, the rail breakage detection device 10 breaks the rail even if the duration of the state without the gain of the ultrasonic wave input to the rail 17 is equal to or longer than a predetermined threshold value. Do not judge that there is. Further, the laser displacement meter 26 detects the seam plate 19 at the seam by the laser beam 27.
これにより、レール１７の継目をレール破断であると判断してしまう誤検出を、確実に防止することができる。 As a result, it is possible to reliably prevent erroneous detection in which the joint of the rail 17 is determined to be a rail breakage.
なお、継目の検出にはレーザ変位計による方法に限らず、他の方法を用いても良い（例えば、特許文献２参照。）。
なお、その他の点の構成、作用及び効果については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。 Since the configurations, actions, and effects of other points are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
また、本明細書の開示は、好適で例示的な実施の形態に関する特徴を述べたものである。ここに添付された特許請求の範囲内及びその趣旨内における種々の他の実施の形態、修正及び変形は、当業者であれば、本明細書の開示を総覧することにより、当然に考え付くことである。 Also, the disclosure herein describes features relating to preferred and exemplary embodiments. Various other embodiments, modifications and modifications within the scope and purpose of the claims attached herein can be naturally conceived by those skilled in the art by reviewing the disclosure of the present specification. is there.
本開示は、レール破断検出装置及び方法に適用することができる。 The present disclosure can be applied to rail rupture detection devices and methods.
１０ レール破断検出装置
１１ 車両
１６ 輪軸
１７ レール
１７ａ 頂面
１７ｂ 頭部
１９ 継目板
２１ 送信プローブ
２２ 受信プローブ
２６ レーザ変位計
２７ レーザビーム
10 Rail breakage detection device 11 Vehicle 16 Wheelset 17 Rail 17a Top surface 17b Head 19 Seam plate 21 Transmission probe 22 Reception probe 26 Laser displacement meter 27 Laser beam
Claims (7)
前記超音波送信プローブ及び超音波受信プローブは、レールの長手方向に関して所定の離間距離以上に互いに離間し、かつ、少なくとも１つの輪軸が間に存在するように前記車両に取り付けられ、
前記超音波受信プローブは、前記超音波送信プローブからレールに入力されて該レールを伝播した超音波を受信し、
前記レールに入力された超音波の利得がない状態の継続時間が所定の閾値以上であると、レール破断があると判断することを特徴とするレール破断検出装置。 A rail rupture detection device including a non-contact ultrasonic transmitting probe and a non-contact ultrasonic receiving probe mounted on a vehicle.
The ultrasonic transmitting probe and the ultrasonic receiving probe are attached to the vehicle so as to be separated from each other by a predetermined distance or more in the longitudinal direction of the rail and at least one wheel set is present between them.
The ultrasonic wave receiving probe receives ultrasonic waves input from the ultrasonic wave transmitting probe to the rail and propagated on the rail.
A rail breakage detecting device, characterized in that it determines that there is a rail breakage when the duration of the ultrasonic wave input to the rail without gain is equal to or longer than a predetermined threshold value.
該継目検出装置が前記レールの継目を検出すると、前記レールに入力された超音波の利得がない状態の継続時間が所定の閾値以上であっても、レール破断があると判断しない請求項１〜５のいずれか１項に記載のレール破断検出装置。 Further provided with a seam detection device for detecting the seam of the rail,
When the seam detecting device detects a seam of the rail, it is not determined that the rail is broken even if the duration of the state without the gain of the ultrasonic wave input to the rail is equal to or longer than a predetermined threshold value. 5. The rail breakage detection device according to any one of 5.
前記レールに入力された超音波の利得がない状態の継続時間が所定の閾値以上であると、レール破断があると判断する工程とを含み、
前記車両の走行中にレール破断を検出することを特徴とするレール破断検出方法。 A non-contact ultrasonic transmitting probe and a non-contact ultrasonic receiving probe mounted on a vehicle so as to be separated from each other by a predetermined separation distance or more in the longitudinal direction of the rail and at least one wheel shaft is present between them. The process of inputting ultrasonic waves to the rail and receiving the ultrasonic waves propagating through the rail,
Including a step of determining that the rail is broken when the duration of the ultrasonic wave input to the rail without gain is equal to or longer than a predetermined threshold value.
A method for detecting rail breakage, which comprises detecting rail breakage while the vehicle is running.
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