JPH05656B2 - - Google Patents

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す
るフラツ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、乗務員からの
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つ
た。

この人海戦術を解消する車輪踏面の異常検出装
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
ルによつ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けて使用する場合に
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つた。

また、振動加速度計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
ツトによる衝撃が高周波であるという点が考慮さ
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
のローパスフイルターを通したり、あるいは、デ
ータのサンプリング周期が低い等で、検出波形が
鈍り、振動のピークを正確に捕えることが不可能
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つた。

この発明は、上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〕

上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
ンタフエース部を介してコンピユータに接続さ
れ、インタフエ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、前記コンピユータは、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
応じてフラツトか否かを判定するフラツト判定回
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、コンピユ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、
車輪踏面のフラツ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。増幅器からの出力は、インタフエース部を介
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ヤープなピ
ーク波形のフラツトに対しても、サンプリング周
期を、例えば、1KHz程度にしてデータ数を少な
くした場合にも、シヤ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、コンピユータは、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
てフラツトか否かを判定するフラツト判定回路
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
る車両に対して、それらの車輪踏面のフラツト
を、車輪単位で自動的に検出し得ることになる
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、フラツトによつて
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、上りまたは下り用の一対の
レール１，１にそれぞれ設定された間隔で水平に
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に作られた硬
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に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、車輪６の円
周長さの約1/2に相当する1.3ｍ位の間隔で取り付
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以内でフラツ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計２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組ずつのマグネツトセンサが
用いられ、これらのマグネツトセンサは、レール
１の底部にそれぞれ固定されて、レール１上を通
過する車輪６により該車輪６の車軸７を検知する
構成となつている。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、フラツ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で増幅されてデータ処理部Ｂに
入力される。これに対し、列車進入検知器３と車
輪検知器４からの出力は、直接データ処理部Ｂに
入力される。

データ処理部Ｂは、インタフエース部８と、ピ
ークホールド回路付きＡ／Ｄ変換回路９と、パー
ソナルコンピユータ（以下コンピユータという）
１０とから、主として構成されている。

インタフエース部８は、２つの違つたシステム
である振動検出部Ａ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計２からの振動加
速度は、増幅器５で増幅されてインタフエース部
８に入力され、列車進入検知器３と車輪検知器４
で検知された信号は、直接にインタフエース部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、20KHzの周波数まで応答してピークホールド
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イジタル変換し、コンピ
ユータ１０に入力される。このような特性（性
能）を備えたＡ／Ｄ変換回路を用いると、フラツ
トにより発生するシヤ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、サンプリングは1KHz程度で行なつてデータ
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付きＡ／Ｄ変換回路９
により、フラツトについて正確な判定を可能にす
る。

コンピユータ１０は、インタフエース部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
ラツトであつ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ら、例えば、フラ
ツト判定のスレツシヨルドレベルS_Lを基準列車速
度V₀に対する通過列車速度Ｖの比を取り、 S_L＝ａ（Ｖ／V₀）²＋ｂ（Ｖ／V₀）＋ｃ （ただしａ，ｂ，ｃは定数） というような式を用いて列車速度に重みを持させ
てフラツトを判定するフラツト判定回路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する処理範囲決定
回路１３と、車輪６の通過数を算出する車輪カウ
ンタ回路１４と、列車の通過時刻を記録するタイ
マ１５とから、主として構成されている。

このため、コンピユータ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ツ
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、コンピユータ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はコンピユータ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、例えばフロツピーデイスク等に記
録し、プリンタ１７は、振動検出を行なつた日
付、時刻、通過列車軸数および速度、フラツ
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、装置によるフラツ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によつ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ｂ）。

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１，
１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
後のチヤ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ヤートで
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変換したチヤートで
ある。これらのチヤートでは、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
つて列車の進入が最初に検知され、この検知信号
によつてデータ処理部Ｂが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のサンプリ
ングは高速度で行なわなくても、第３図ｃ，ｄに
おけるシヤ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
フラツトの判定は、車輪検知器４によつて検知さ
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軸目、２軸目、……ｎ軸目の
半周分のデータとして採用され、第３図ｆでは、
各車軸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が１軸目、２軸目、
……ｎ軸目の車輪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、コンピユータ１０内のフラツト判定回路１
２で演算された通過列車の速度に対するスレツシ
ヨルドレベル（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、スレツ
シヨルドレベルを超えるピークがあると、その車
輪６についてフラツト有りと判定する。第３図
ｅ，ｆにおいて、二点鎖線で通過列車のスレツシ
ヨルドレベルを示した場合、２軸目の左側（Ｌ
側）の車輪６にフラツトが有ると判定されること
になる。

上記フラツトの判定においては、フラツトを判
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させ、同じフラ
ツトであつ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、フラツトの判定は正しく、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１３に入力される列車速
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によつてカウントされ、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で処理されたデータは、コンピ
ユータ１０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
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付加し、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個以上設けるようにしてもよ
い。この場合、各振動加速度計２によつて検知さ
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となつて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つてフ
ラツトの判定をより正確に行なうことができる。

また、上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
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〕

この発明の車輪踏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、20KHz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1KHz程度の遅さでも、シヤープな
フラツ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) フラツトが車輪単位で特定できるので、フラ
ツト発生車輪の現車照合を迅速に行なうことが
できる。

(3) フラツト判定回路には、列車速度とフラツト
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ツトの判定が
できるので、低速域から高速域までの列車速度
に対するフラツトの検出を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、少ない装置によつ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ツト
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) 車輪のフラツト検出からその保守計画までを
コンピユ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、コンピユータにＡ／Ｄ変換回路やフラ
ツ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、
装置の検出場所への移動が容易となるので、検
出場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
を示すブロツク図、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図はフラツト
判定のプロセスを模式的に示した図面で、ａは列
車進入検知器による検知のチヤート、ｂは車輪検
知器による検知のチヤート、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
チヤート、ｅおよびｆは、ｃおよびｄのチヤート
をそれぞれＡ／Ｄ変換した後の振動加速度を示す
チヤートである。 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、８…インタフエース部、９…ピー
クホールド回路付きＡ／Ｄ変換回路、１０…コン
ピユータ、１１…速度演算回路、１２…フラツト
判定回路、１３…処理範囲決定回路、１４…車輪
カウンタ回路、１５…タイマ、１６…記録器、１
７…プリンタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   タフエース部を介してコンピユータに接続され、 インタフエ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、 前記コンピユータは、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
   てフラツトか否かを判定するフラツト判定回路
   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、 コンピユ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 車輪踏面の異常検出装置。