JP7146814B2 - 軌道検測車および鉛直方向の軌道位置を検出する方法 - Google Patents

Description

本発明は、軌道の復元力（Nachgiebigkeit）を検出するための軌道検測車であって、２つのレール走行装置上に支持されて軌道上を走行可能な機械フレームと、荷重が加わった状態の軌道の鉛直方向距離を検出する第１の検測システムと、無荷重状態の軌道の鉛直方向距離を検出する第２の検測システムと、を備えた軌道検測車に関する。さらに本発明は、軌道検測車を用いて軌道を検測する方法に関する。

軌道の保守は、幾何学形状的な値に基づき行われる。これらの値のうちの１つは、荷重が加わった状態での鉛直方向の軌道位置である。通常は、軌道に沿って走行し、その際に鉛直方向の軌道位置を検出する軌道検測車の重量が、荷重として利用される。

軌道状態の判定に利用される１つの別の値は、軌道の復元力である。軌道の復元力を検出するためには、追加的に無荷重状態での軌道位置を測定し、荷重が加わった状態での軌道位置と比較する必要がある。通常、これは２つの別個の検測に基づき行われる。

独国特許発明第１０２２０１７５号明細書から公知の方法および軌道検測車を用いて、所定の検測通過部における軌道の復元力を検出することができる。このために軌道検測車には、２つの検測システムが配置されている。第１の検測システムは、空間固定された慣性基準系に対する、荷重が加わった状態での軌道位置を検出する。このとき、光学的な三角測量を用いて鉛直方向に検測する検測ヘッドが、横方向においてレール延在部に追従する。

第２の検測システムは、システム支持体に配置された、鉛直方向に検測する別の検測ヘッドでもって、同じ基準システムに対する、荷重無しでの軌道位置を検出する。第２の検測システムにおいても当然、横方向におけるレール追従を行う必要がある。さらに、補償装置および車体ローリング角補償器を介して、軌道検測車の移動を補償せねばならない。さらに、２つの検測システムを互いに合わせて調整するために、カメラおよび光源を備えた、手間のかかる複数の調整装置が必要とされている。

本発明の根底を成す課題は、請求項１の上位概念部に記載の軌道検測車ならびに軌道の復元力を簡単に検測可能な方法を提供することにある。

この課題は、本発明に基づき、請求項１および８記載の特徴によって解決される。本発明の有利な改良は、各従属請求項に記載されている。

第１の検測システムは、周知の慣性検測原理を用いてまたは鉛直方向の軸箱加速度の検測により、荷重が加わった状態での第１の鉛直方向の正矢の延在長さを検出し、ここではまず、形状に忠実な検測信号が検出される。次に、仮想の円弧弦に関して、評価装置を用いて、移動視点検測原理（Wandersehen-Messprinzip）における鉛直方向の正矢の延在長さに相当する３点信号が算出される（３点検測）。

第２の検測システムは、第２の鉛直方向の正矢の延在長さを検測するために設けられており、共通の基準と、荷重が加わった外側の２つの検測箇所と、その間に位置する、無荷重状態または荷重が減らされた状態の真ん中の検測箇所とを有しており、この場合、評価装置は、２つの正矢から、荷重が加わった状態の軌道の沈下を算出するために設けられている。２つのレール走行装置間の軌道の無荷重範囲は、第２の正矢の検測に含まれる。これにより、荷重が加わった状態での沈下を、第１の正矢と共に簡単に検測することができる。

このような軌道検測車は、荷重が加わった状態の軌道の復元力を一度の検測走行で検出し、その際に２つの鉛直方向の正矢の延在長さを検出するだけで済む。移動補償装置または２つの検測システムを互いに合わせて調整するための調整装置は必要とされない。したがって、軌道の沈下の簡単かつ効率的な検測が、少数のシステムコンポーネントを用いて行われる。

１つの改良は、第１の検測システムが、慣性検測システムとして形成されており、かつ一方のレール走行装置に取り付けられた検測フレームを有していることを想定している。このようにして、荷重が加わった状態の軌道の第１の鉛直方向の正矢の延在長さを検測するために、最新の軌道検測車において既存の検測システムが使用される。

この場合、検測フレームに、慣性検測ユニットと、軌道のレールに対する検測フレームの位置を検測するための少なくとも２つの位置検測装置とが配置されていると有利である。これにより、軌道の２本のレールの正確な延在が得られる。このような延在を、軌道検測車の走行速度に関係無く検出することができるようにするために、レール毎に、互いに離間した２つの位置検測装置が設けられている。

本発明の１つの改良された形態では、第２の検測システムは、外側の各検測点に、軌道位置検出用の外側の２つの検測車を有しており、かつその間に位置する検測点に、軌道位置検出用の真ん中の検測車を有している。これにより、第２の鉛直方向の正矢を直接に検出することを可能にする、丈夫な構造が与えられている。

この場合、有利には、外側の２つの検測車の間の基準として、少なくとも１つの検測弦が張られている。例えば、中心に張られた鋼弦の、真ん中の検測車の検測装置までの距離を、第２の鉛直方向の正矢として簡単に検測することができる。各レールにわたる検測弦を用いて、各レールに関して鉛直方向の正矢が検測可能である。

１本の検測弦だけが中心に張られている場合には、各レールに関して固有の第２の鉛直方向の正矢を検測することができるようにするために、各検測車にカント検測装置が装備されていると有利である。基準として機械フレームが利用される場合も有利である。この場合は、機械フレームに対する検測車の連続的な距離測定が行われる。

本発明の１つの別の改良された形態は、第２の検測システムが、機械フレームにおいて３つの検測箇所にわたって配置されておりかつ軌道の一方のレールに対する各距離を検測する、非接触式の距離検測装置を有していることを想定している。この場合、検測車は省かれており、機械フレームが共通の基準として用いられる。このために、不都合な振動の影響を回避する特に剛性の高い機械フレームが設けられる。

軌道検測車を用いて軌道を検測する、本発明による方法は、同じ弦長および弦分割を有する第１の鉛直方向の正矢と第２の鉛直方向の正矢とを検測し、鉛直方向の２つの正矢を減算して、荷重が加わった状態での軌道の沈下を算出することを想定している。このようにして、荷重が加わった状態での沈下の検測が、小さな計算手間で実施可能である。

上記方法の１つの簡単な手段では、第１の鉛直方向の正矢と第２の鉛直方向の正矢とを、それぞれ軌道中心において検測し、その際に軌道の平均的な沈下特性線を算出する。このような沈下算出は、多くの用途において十分である。

軌道状態のより正確な分析のために、第１の鉛直方向の正矢と第２の鉛直方向の正矢とを、軌道の２本のレールに関して別個に検測し、ひいては各レールに関して固有の沈下特性線を算出すると、有利である。

以下に、添付の図面を参照して本発明を例示的に説明する。

軌道検測車を示す斜視図である。 鉛直方向の軌道位置を示す図である。 第１の軌道位置における、検測車による第２の正矢の測定を示す図である。 第２の軌道位置における、検測車による第２の正矢の測定を示す図である。 距離検測装置による第２の正矢の測定を示す図である。

図１には、２つのレール走行装置３に支持されて軌道５の２本のレール４上を走行可能な機械フレーム２を備えた軌道検測車１が示されている。この場合、レール走行装置３は台車として形成されている。機械フレーム２には、運転室またはオペレータ室、駆動装置コンポーネント並びに様々な制御装置および検測装置を備えた車体６が据え付けられている。

第１の検測システム７は、レール走行装置３のうちの一方に配置されており、図１ではいわゆる慣性検測システムである。これに代えて、軌道５の鉛直方向での延在長さを荷重が加わった状態で検出する（例えば軸箱加速度の検測）、別の検測システムが用いられてもよい。

第１の検測システム７は、レール走行装置３の軸箱に結合されており、鉛直方向の軌道位置に正確に追従する検測フレーム８を有している。検測フレーム８には、慣性検測ユニット９が結合されている。慣性検測ユニット９は、静止状態の基準システムに対するあらゆる移動を検測し、軌道中心における空間曲線および／またはレール内縁の２つの空間曲線を供給する。

軌道５に対するレール走行装置３の横方向の相対移動を計算により補償するために、検測フレーム８の４点に位置検測装置１０が配置されている（光学式軌間検測システム）。位置検測装置１０は、レール４の内縁までの距離を連続的に検出するが、最低検測速度では、２つの位置検測装置１０でも足りる。これを用いて、横方向での軌道位置が正確に検出可能である。

第１の検測システム７により検出された検出データは、荷重が加わった状態での軌道位置の第１の鉛直方向の正矢１２の延在長さを算出するために評価装置１１に提供される。さらに評価装置１１には、第２の検測システム１３の結果が供給される。第２の検測システム１３は、第２の鉛直方向の正矢１４の延在長さを検測するために設けられている。

鉛直方向の正矢１２，１４としては周知のように、所定の円弧の弦に対する軌道位置またはレール延在部の鉛直方向の距離が示されている。この場合はいわゆる移動視点検測原理（３点検測）が用いられ、第１の鉛直方向の正矢１２の算出には仮想の検測弦が基準として利用される。

第２の検測システム１３により、軌道長手方向に見て２つの外側の検測箇所１５，１６における軌道位置が荷重を加わった状態で検測され、かつその間に位置する真ん中の検測箇所１７における軌道位置が、荷重無しでまたは減少した荷重を加えられた状態で検測される。この検測は、第１の鉛直方向の正矢１２の検測に対応して、共通の基準に対して行われる。

第２の検測システム１３は、例えば機械フレーム２に懸吊された真ん中の検測車１８を有しており、真ん中の検測車１８は、２つのレール走行装置３の間の、軌道５の無荷重区間内に配置されている。真ん中の検測車１８は小さな重量を有しているため、この重量は考慮しないままでよい。レール４の持ち上がりを防ぐだけに過ぎない、真ん中の検測車１８の重量を相殺する懸吊部を設ける、という可能性もある。

外側の２つの検測箇所１５，１６において、軌道５にはほぼ同じ大きさの荷重が加えられている。これは、機械フレーム２の重量が、車体６と様々な装置と共に、２つのレール走行装置３に対して均等に分配されていることにより達成される。これにより、いずれのレール走行装置３が荷重を加えているのかには関係無く、軌道５の観察箇所に、荷重が加わった状態において特徴的な沈下１９が生じることになる。

図２には、それぞれ異なる鉛直方向の軌道位置２０，２１，２２を有する複数の図が示されている。ここで、ｘ軸上には走行距離が表されており、ｙ軸上には完全に平坦な軌道位置からの鉛直方向の偏差が表されている。細い実線は無荷重状態の軌道位置２０に相当し、破線は荷重が加わった状態の軌道位置２１に相当する。太い実線は、軌道検測車１の走行中の実際の軌道位置２２を示している。より具体的に図示するために、平坦な軌道位置に対する偏差は誇張して示されている。

上の図では、軌道５をまだ走行しておらず、したがって、無荷重状態の軌道位置２０は、実際の軌道位置２２に相当する。その下の３つの図には、軌道５を走行した場合の時系列が示されている。ここで、レール走行装置３によって軌道５に加えられる荷重は、同じ点荷重２３により表されている。評価装置１１による第１の正矢１２の延在長さの算出の根底を成すのも、この想定である。

図３～図５には、幾何学形状的な関係が詳細に示されており、図３および図４には、３つの検測車１８，２４，２５が、第２の検測システム１３のコンポーネントとして設けられている。真ん中の検測車１８の隣は、外側の２つの検測車２４，２５であり、外側の２つの検測車２４，２５は、レール走行装置３のすぐ近くに、ひいては軌道５の、荷重が加えられる区間内に配置されている。台車として形成されたレール走行装置３の車軸間における外側の検測車２４，２５の各配置も、１つの有意な形態を成すものである。

外側の２つの検測車２４，２５の間には、検測弦２６が張られている。これに対して代替的に、機械フレーム２が共通の基準として用いられてもよく、この場合、機械フレームは相応に剛性が高く形成されている。さらに、機械フレーム２と個々の検測車１８，２４，２５との間の距離を検出するための、複数の距離検測装置が必要とされる。

図示の例では、対称的な弦分割が生じている。つまり、真ん中の検測車１８は、外側の２つの検測車２４，２５に対して同じ大きさの距離２７を有している。しかしまた、非対称的な弦分割も可能である。注意すべきは、外側の２つの検測車２４，２５に対する真ん中の検測車１８の十分な距離であり、これにより、荷重の加わった軌道区間の影響が真ん中の検測車１８に及ぶことが一切なくなる。

軌道検測車１が軌道５を走行している間に、この第２の検測システム１３により、第２の鉛直方向の正矢１４が連続的に検測される。これは具体的には、完全に平坦な軌道位置における配置に対する、真ん中の検測車１８の、検測弦２６からの鉛直方向の偏差である。１つの簡単な構成では、正矢検測は軌道中心で行われる。ただし、各レール４の鉛直方向の正矢が検測されてもよい。この場合は各レール４にわたり固有の検測弦２６が張られているか、または各検測車１８，２４，２５がカント検測装置（傾斜検測器）を有しており、これにより、軌道中心における所定の高さ位置からレール４の縦方向高さを推量することができる。

評価装置１１により、第１の検測システム７の記憶された軌道位置データから、第１の鉛直方向の正矢１２の算出が行われる。この場合、対応する結果を第２の検測システム１３に供給する、仮想の基準が利用される。これは例えば、仮想の検測弦２８であり、仮想の検測弦２８は、外側の検測箇所１５，１６を結び、ひいては第２の検測システム１３の検測弦２６に対して平行に延在している。

よって、第１の鉛直方向の正矢１２は、検測走行中に第１の検測システム７により真ん中の検測箇所１７において検出された、仮想の検測弦２８と軌道位置点２９との間の、算出された鉛直方向距離として生じる。したがって、真ん中の検測箇所１７における、荷重が加わった状態での沈下１９は、第１の鉛直方向の正矢１２と第２の鉛直方向の正矢１４との差として得られる。ここで、正矢１２，１４には正負の符号が付されている。

図３には、仮想の検測弦２８が、真ん中の検測箇所１７において、無荷重状態の軌道５と荷重が加わった軌道５との間に延在している状態が示されている。ここで、２つの正矢１２，１４はそれぞれ異なる正負の符号を有しており、減算により、２つの正矢１２，１４の絶対値の合計が得られる。これとは異なり、図４では、２つの正矢１２，１４が上向きに湾曲した軌道位置を表している。この状態は正常なケースに相当する。なぜならば、通常、所定の軌道区間の鉛直方向の正矢１２，１４は、荷重が加わった状態での沈下１９よりも大幅に大きくなっているからである。

図５には、検測車１８，２４，２５無しの第２の検測システム１３が示されている。この場合は、機械フレーム２が、３点検測用の共通の基準として用いられる。３つの検測箇所１５，１６，１７全ての上方に、非接触式の距離検測装置３０が配置されている。これを用いて、３つの検測箇所１５，１６，１７において、レール上縁と機械フレーム２との間の各距離３１，３２，３３が検出される。

１つの簡単な構成では、レール４に対する距離３１，３２，３３だけが検出される。ただし、２本のレール４のまたは軌道中心における沈下１９の検測のために、両レール４に関して距離検測を実施しなければならない。検出した距離３１，３２，３３から、評価装置１１によって、真ん中の検測箇所１７における第２の鉛直方向の正矢１４を簡単に算出することができる。具体的には、外側の２つの距離３１，３２の平均値に対する、真ん中の距離３３の差が求められる。さらに、距離検測装置３０の出力信号のフィルタリングにより、機械フレーム２の不都合な振動を除去することができる。

第１の鉛直方向の正矢１２の算出は、図３について説明したように、第１の検測システム７の、仮想の検測弦２８に関して記憶された検測値に基づき行われる。

大抵の用途に関して、第２の正矢１４の検測のために、外側の２つの検測箇所１５，１６が、最大の沈下を有する箇所に正確に位置していなくとも、無視することができる。これは、外側の検測車２４，２５が、荷重を加えるレール走行装置３の前または後ろに配置されている場合である。いずれにしろ、軌道５の凹んだ位置を確実に検出することができる。

それでもなお、本発明の１つの改良において軌道５の沈下を正確に検測することができるようにするために、評価装置１１のメモリには、軌道５の計算指数（例えば道床数または道床係数）が記憶されている。この場合は、検出した軌道５の復元力または撓み曲線に基づき、周知のＺｉｍｍｅｒｍａｎｎ法を用いて、レール走行装置３の下の最大沈下の算出が行われる。

Claims (3)

1. ２つのレール走行装置（３）上に支持されて軌道（５）上を走行可能な機械フレームと、荷重が加わった状態の前記軌道（５）の鉛直方向距離を検出する第１の検測システム（７）と、無荷重状態の前記軌道（５）の鉛直方向距離を検出する第２の検測システム（１３）とを備えた軌道検測車（１）を用いて、荷重が加わった外側の２つの検測箇所（１５，１６）と、その間に位置する、無荷重状態の真ん中の検測箇所（１７）とにおいて前記軌道（５）を検測する方法であって、前記第１の検測システム（７）は評価装置（１１）と結合されており、２つの前記検測システムは共通の基準を有している、方法において、
   前記評価装置（１１）により、第１の鉛直方向の正矢（１２）の延在長さを算出し、前記第２の検測システム（１３）により、第２の鉛直方向の正矢（１４）の延在長さを検測し、前記第１の鉛直方向の正矢（１２）と前記第２の鉛直方向の正矢（１４）とは、同じ弦長および弦分割を用いて検測され、鉛直方向の２つの前記正矢（１２，１４）を減算して、荷重が加わった状態での前記軌道（５）の沈下（１９）を算出することを特徴とする、方法。
2. 前記第１の鉛直方向の正矢（１２）と前記第２の鉛直方向の正矢（１４）とを、それぞれ軌道中心において検測し、これを用いて、前記軌道（５）の平均的な沈下特性線を算出する、請求項１記載の方法。
3. 前記第１の鉛直方向の正矢（１２）と前記第２の鉛直方向の正矢（１４）とを、前記軌道（５）の２本のレール（４）に関して別個に検測し、これを用いて、各レール（４）に関して沈下特性線を算出する、請求項１または２記載の方法。

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