JPS6333521B2 - - Google Patents
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- JPS6333521B2 JPS6333521B2 JP9496782A JP9496782A JPS6333521B2 JP S6333521 B2 JPS6333521 B2 JP S6333521B2 JP 9496782 A JP9496782 A JP 9496782A JP 9496782 A JP9496782 A JP 9496782A JP S6333521 B2 JPS6333521 B2 JP S6333521B2
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- JP
- Japan
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- rail
- axial force
- sensor
- track
- temperature
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 22
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 5
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- 241001669679 Eleotris Species 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
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- Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は磁気異方性センサを用いてレールの
内部応力を測定するレール軸力検出装置に関する
ものである。
内部応力を測定するレール軸力検出装置に関する
ものである。
鉄道線路を構成する軌道の構造は、第１図ａに
示すような路盤１、道床２、枕木３およびレール
４を主体として構成されている。レール４は通常
25M長のものが継目板５を用い所定の空隙６を設
けて締結されている。
示すような路盤１、道床２、枕木３およびレール
４を主体として構成されている。レール４は通常
25M長のものが継目板５を用い所定の空隙６を設
けて締結されている。
このような構造の軌道の力学状態は枕木３とレ
ール４による構造物の強度に、路盤１に対して道
床抵抗が組合されたものであつて、列車が与える
動荷重に耐えて力学的平衡を保つているものであ
る。
ール４による構造物の強度に、路盤１に対して道
床抵抗が組合されたものであつて、列車が与える
動荷重に耐えて力学的平衡を保つているものであ
る。
さて、軌道、殊にレールの温度変化は外気温の
それを上廻る場合があり、これによる軌道の力学
的平衡への影響には大きいものがある。すなわ
ち、レールは温度変化により伸縮力が生ずるが、
枕木、道床などにより伸縮が自由でないので、内
部応力として潜在する。しかしこれが軌道抵抗な
どに打勝つときは、継目部のボルトの折損、レー
ル自身の切断ないしはレールと枕木による構造物
の横すべり現象が発生する。これがいわゆる線路
の座屈現象であり、これらはいづれも重大な列車
事故の原因となるものである。
それを上廻る場合があり、これによる軌道の力学
的平衡への影響には大きいものがある。すなわ
ち、レールは温度変化により伸縮力が生ずるが、
枕木、道床などにより伸縮が自由でないので、内
部応力として潜在する。しかしこれが軌道抵抗な
どに打勝つときは、継目部のボルトの折損、レー
ル自身の切断ないしはレールと枕木による構造物
の横すべり現象が発生する。これがいわゆる線路
の座屈現象であり、これらはいづれも重大な列車
事故の原因となるものである。
軌道の力学的平衡状態を最適とするために、温
度25℃を標準として軌道整備設定が行なわれてい
る。すなわち、該温度においてレール４を所定の
位置におき、空隙６を規定値として、レール４が
枕木３に固定されるものである。この場合気温が
25℃に満たないときはレールを加熱して25℃とし
た上で上述の設定作業がなされる。
度25℃を標準として軌道整備設定が行なわれてい
る。すなわち、該温度においてレール４を所定の
位置におき、空隙６を規定値として、レール４が
枕木３に固定されるものである。この場合気温が
25℃に満たないときはレールを加熱して25℃とし
た上で上述の設定作業がなされる。
しかしながら、このように設定された軌道であ
つても、路盤１、道床２などの変化により軌道の
力学的状態に変動を来すことがあり、これに上記
の温度変化が重なるときレール軸力の異常状態が
発生するわけである。さらに最近においては、電
気運転のための電車電流によるレールの温度上昇
が上記応力発生の一因として取上げられる状況に
ある。
つても、路盤１、道床２などの変化により軌道の
力学的状態に変動を来すことがあり、これに上記
の温度変化が重なるときレール軸力の異常状態が
発生するわけである。さらに最近においては、電
気運転のための電車電流によるレールの温度上昇
が上記応力発生の一因として取上げられる状況に
ある。
列車の安全運転の基礎として軌道の安定のた
め、レール軸力を測定し軌道の力学的平衡状態を
把握することが望まれる所以である。これに対し
て、軌道応力を検出する手段として次に述べる手
方が考えられる。
め、レール軸力を測定し軌道の力学的平衡状態を
把握することが望まれる所以である。これに対し
て、軌道応力を検出する手段として次に述べる手
方が考えられる。
磁性体に外力を加えると、該磁性体の磁気特性
が変化するが、その際方向によつて磁気特性（例
えば磁気抵抗）が異なるいわゆる磁気異方性が伴
なうことはすでによく知られている。最近この磁
気異方性を検出するセンサ（以下単に異方性セン
サという）が開発されている。第２図ａはこの異
方性センサ７の構造を示すもので２個のＵ字コア
８ａ，８ｂにそれぞれ励振コイルE1，E2および
検出コイルD1，D2を巻き、第２図ｂに示すよう
に前記励磁コイルE1，E2を結線する。このよう
な異方性センサ７を磁気異方性を有する磁性体９
に接近させて、軸Ｃのまわりに回転するときは、
検出コイルD1，D2の両端の検出電圧νdは、第２
図ｃのパタンを描く。第２図ｃにおいて軸Ａは異
方性磁界の磁化容易軸（概ね外力の方向と一致す
る）である。
が変化するが、その際方向によつて磁気特性（例
えば磁気抵抗）が異なるいわゆる磁気異方性が伴
なうことはすでによく知られている。最近この磁
気異方性を検出するセンサ（以下単に異方性セン
サという）が開発されている。第２図ａはこの異
方性センサ７の構造を示すもので２個のＵ字コア
８ａ，８ｂにそれぞれ励振コイルE1，E2および
検出コイルD1，D2を巻き、第２図ｂに示すよう
に前記励磁コイルE1，E2を結線する。このよう
な異方性センサ７を磁気異方性を有する磁性体９
に接近させて、軸Ｃのまわりに回転するときは、
検出コイルD1，D2の両端の検出電圧νdは、第２
図ｃのパタンを描く。第２図ｃにおいて軸Ａは異
方性磁界の磁化容易軸（概ね外力の方向と一致す
る）である。
さて、外力すなわち内部応力による磁気異方性
の程度は、応力の大きさにより変るものであるか
ら、したがつて検出電圧νdも変化するわけであ
り、第２図ｃに示した検出電圧νdのパタンは応力
の大きさに応じて、実線から点線へと相似的に変
化する。
の程度は、応力の大きさにより変るものであるか
ら、したがつて検出電圧νdも変化するわけであ
り、第２図ｃに示した検出電圧νdのパタンは応力
の大きさに応じて、実線から点線へと相似的に変
化する。
一方、前記したように外気温または電車電流に
より、レール内部に生じた応力（レール軸力）も
また磁気異方性の程度を変化させるものであるか
ら、逆三段論法により、異方性センサによる検出
電圧値の変化量より、レールに生じた応力を推定
できる可能性がある。上記発明の要点は実にその
点にあり、予め現地軌道について標準設定状態に
おけるレールについて、異方性センサによる検出
電圧を測定して特性を承知しておき、後刻必要に
より検出電圧およびレール温度を測定して、軌道
応力の平衡性ないしその当否を判定する方式を構
成しているものである。
より、レール内部に生じた応力（レール軸力）も
また磁気異方性の程度を変化させるものであるか
ら、逆三段論法により、異方性センサによる検出
電圧値の変化量より、レールに生じた応力を推定
できる可能性がある。上記発明の要点は実にその
点にあり、予め現地軌道について標準設定状態に
おけるレールについて、異方性センサによる検出
電圧を測定して特性を承知しておき、後刻必要に
より検出電圧およびレール温度を測定して、軌道
応力の平衡性ないしその当否を判定する方式を構
成しているものである。
しかしながら、上記手方においては各軌道の標
準状態に対して、検出電圧νdを予め測定すること
が必要であり、その根本理由はレール毎に若干異
なる残留応力（レール製造時の外力の残留分）が
存在するからである。したがつて、各レールにつ
いて標準状態に対する検出電圧νdを測定すること
が必要となるが、これは実行上難点となる可能性
が大きい。
準状態に対して、検出電圧νdを予め測定すること
が必要であり、その根本理由はレール毎に若干異
なる残留応力（レール製造時の外力の残留分）が
存在するからである。したがつて、各レールにつ
いて標準状態に対する検出電圧νdを測定すること
が必要となるが、これは実行上難点となる可能性
が大きい。
そこで、残留応力に無関係に温度変化による磁
気異方性の程度ないしは状態変化を捉えて、内部
応力の値を推定することが問題を解く鍵である。
気異方性の程度ないしは状態変化を捉えて、内部
応力の値を推定することが問題を解く鍵である。
この発明は上記した軌道応力を測定する手方を
一歩進めて、信頼性がより大きく、実用上より効
率的な異方性センサを用いたレール軸力検出装置
を提供することを目的とするものである。
一歩進めて、信頼性がより大きく、実用上より効
率的な異方性センサを用いたレール軸力検出装置
を提供することを目的とするものである。
第３図ａ〜ｄはこの発明のレール軸力検測装置
を実施する端緒となつたレールに外力を加えた場
合の異方性センサの検出電圧の位相特性を示すも
ので第３図ａにおいて、レール４はその軸を鉛直
方向として荷重試験機１０にかける。異方性セン
サ７を例えば第３図ｂに示すように、レール４の
側面に接着する。なお、第３図ｃに示すように励
振コイルE1，E2の面と、磁化容易軸Ａ（圧力の方
向と一致するものとする）とがなす角θを0゜より
180゜に亘つて変化し、なお圧力Ｐをパラメータと
して変える。
を実施する端緒となつたレールに外力を加えた場
合の異方性センサの検出電圧の位相特性を示すも
ので第３図ａにおいて、レール４はその軸を鉛直
方向として荷重試験機１０にかける。異方性セン
サ７を例えば第３図ｂに示すように、レール４の
側面に接着する。なお、第３図ｃに示すように励
振コイルE1，E2の面と、磁化容易軸Ａ（圧力の方
向と一致するものとする）とがなす角θを0゜より
180゜に亘つて変化し、なお圧力Ｐをパラメータと
して変える。
このような実験によりえられた角度θに対する
検出電圧値のデータグラフの１例が第３図ｄであ
る。図において重要な点は、θ＝0゜においてはＰ
の値に拘らず、同一の電圧νd0から出発するが、
Ｐの増加により、θ＝90゜付近の電圧νd＝０の点
のθは慚次大きくなる。すなわち、νdの零点を与
えるθの値が推移することが見られる。この位相
推移量Δθは第３図ｃに示すように、圧縮力Ｐに
対してほぼ直線的である。
検出電圧値のデータグラフの１例が第３図ｄであ
る。図において重要な点は、θ＝0゜においてはＰ
の値に拘らず、同一の電圧νd0から出発するが、
Ｐの増加により、θ＝90゜付近の電圧νd＝０の点
のθは慚次大きくなる。すなわち、νdの零点を与
えるθの値が推移することが見られる。この位相
推移量Δθは第３図ｃに示すように、圧縮力Ｐに
対してほぼ直線的である。
上述した位相推移の事実は新しい知見であつ
て、同一種類のレールに限り、測定点をレール表
面上の一定位置に限れば、多くのレールについて
大凡の標準特性が見出しうる。そこで、そのよう
な標準特性を予め作成しておけば、任意のレール
の位相特性を測定することにより、内部応力値が
推定できる。ただし温度條件を考慮に入れるこ
と、レール種類毎に行なうなどが必要であること
は勿論である。
て、同一種類のレールに限り、測定点をレール表
面上の一定位置に限れば、多くのレールについて
大凡の標準特性が見出しうる。そこで、そのよう
な標準特性を予め作成しておけば、任意のレール
の位相特性を測定することにより、内部応力値が
推定できる。ただし温度條件を考慮に入れるこ
と、レール種類毎に行なうなどが必要であること
は勿論である。
この発明は上述したところに根拠をおき、検出
電圧の位相特性を測定し、レールの内部応力を算
出出力せんとするものである。
電圧の位相特性を測定し、レールの内部応力を算
出出力せんとするものである。
第４図ａ，ｂはこの発明によるレール軸力検出
装置に用いるレール軸力検出センサ１１の実施例
における構造並びにレール４への取付手段を説明
するもので、レール軸力検出センサ１１の内部に
は、第２図ａ，ｂで示した異方性センサ７が軸Ｃ
を中心に360゜回転自由の状態で組込まれており、
かつその回転角度θは第４図ｂに示したポテンシ
ヨメータ１２が異方性センサ７に直結されてい
て、角度θの情報信号が端子１３より出力できる
ものである。レール軸力検出センサ１１、温度計
１４はともに取付板１５に図示のように配設さ
れ、取付板１５は例えば蝶ねぢ１６または適当な
取付装置でレール４の特定の位置に固着される。
装置に用いるレール軸力検出センサ１１の実施例
における構造並びにレール４への取付手段を説明
するもので、レール軸力検出センサ１１の内部に
は、第２図ａ，ｂで示した異方性センサ７が軸Ｃ
を中心に360゜回転自由の状態で組込まれており、
かつその回転角度θは第４図ｂに示したポテンシ
ヨメータ１２が異方性センサ７に直結されてい
て、角度θの情報信号が端子１３より出力できる
ものである。レール軸力検出センサ１１、温度計
１４はともに取付板１５に図示のように配設さ
れ、取付板１５は例えば蝶ねぢ１６または適当な
取付装置でレール４の特定の位置に固着される。
第５図はこの発明によるレール軸力検出装置の
全体ブロツク構成の実施例で、前記異方性センサ
７の検出電圧νdは同期検波器１７において同期整
流されて、直流の検出電圧νdとなる。異方性セン
サ７の回転により角θが０〜360゜に亘り変化する
と、電圧Vdは擬SIN曲線を描き、４個の零点を
示す。零点検出器１９は電圧Vd＝０のとき、零
点パルスを発生してシフトレジスタ２１をシフト
する。一方、回転角θの値はポテンシヨメータ１
２から連続してアナログ量で出力されており、
Ａ／Ｄ回路２０を経て前記シフトレジスタ２１
に、上記零点パルス毎に取込まれる。前記したシ
フトレジスタ２１の出力側に接続されている減算
器２２により、相隣れる零点間のθの値が計算さ
れる。これより90゜を差引けば位相推移量Δθがえ
られる。ただしθ＝０〜360゜のうちにΔθの値は
４個えられるので、演算回路２３において、これ
ら４個のデータの絶対値平均を計算する。次に、
予めレールの実測により定めた応力Ｐ対位相推移
量Δθの換算テーブルにより、上記Δθに対応する
応力Ｐを出力するものである。この場合、上記４
個のデータのうちの最初のデータの符号の正、負
に応じて応力Ｐが、それぞれ圧縮力または引張力
である旨を記憶演算回路２３で判定し出力する。
なお、温度計１４よりの温度情報により、上記応
力値は温度換算回路２４において25℃の値に換算
される。
全体ブロツク構成の実施例で、前記異方性センサ
７の検出電圧νdは同期検波器１７において同期整
流されて、直流の検出電圧νdとなる。異方性セン
サ７の回転により角θが０〜360゜に亘り変化する
と、電圧Vdは擬SIN曲線を描き、４個の零点を
示す。零点検出器１９は電圧Vd＝０のとき、零
点パルスを発生してシフトレジスタ２１をシフト
する。一方、回転角θの値はポテンシヨメータ１
２から連続してアナログ量で出力されており、
Ａ／Ｄ回路２０を経て前記シフトレジスタ２１
に、上記零点パルス毎に取込まれる。前記したシ
フトレジスタ２１の出力側に接続されている減算
器２２により、相隣れる零点間のθの値が計算さ
れる。これより90゜を差引けば位相推移量Δθがえ
られる。ただしθ＝０〜360゜のうちにΔθの値は
４個えられるので、演算回路２３において、これ
ら４個のデータの絶対値平均を計算する。次に、
予めレールの実測により定めた応力Ｐ対位相推移
量Δθの換算テーブルにより、上記Δθに対応する
応力Ｐを出力するものである。この場合、上記４
個のデータのうちの最初のデータの符号の正、負
に応じて応力Ｐが、それぞれ圧縮力または引張力
である旨を記憶演算回路２３で判定し出力する。
なお、温度計１４よりの温度情報により、上記応
力値は温度換算回路２４において25℃の値に換算
される。
以上の説明より明らかなように、この発明によ
るレール軸力検出装置は、稼動中の任意のレール
に適用することができ、外気温度変化ないしは電
車電流に基因するレールの応力の増加量を簡易な
取扱いで検出測定できるものであり、レールの破
損、軌道の座屈現象などの重大事故を未然に防止
するために利用することができ、その効果は極め
て顕著なものがある。
るレール軸力検出装置は、稼動中の任意のレール
に適用することができ、外気温度変化ないしは電
車電流に基因するレールの応力の増加量を簡易な
取扱いで検出測定できるものであり、レールの破
損、軌道の座屈現象などの重大事故を未然に防止
するために利用することができ、その効果は極め
て顕著なものがある。
第１図は軌道構造図、第２図ａ，ｂ，ｃは磁気
異方性センサの構造、結線および特性図、第３図
ａ，ｂ，ｃはレールに磁気異方性センサを適用し
た試験方法の説明図、第３図ｄ，ｅは試験データ
を示す図、第４図ａ，ｂはこの発明によるレール
軸力検出センサの一実施例における構造およびレ
ールへの取付図、第５図はこの発明によるレール
軸力検出装置の一実施例における全体ブロツク系
統図を示す。 １……路盤、２……道床、３……枕木、４……
レール、５……継目板、６……空隙、７……異方
性センサ、８……コア、９……磁性体、１０……
荷重試験機、１１……レール軸力検出センサ、１
２……ポテンシヨメータ、１３……端子、１４…
…温度計、１５……取付板、１６……蝶ねぢ、１
７……同期検波器、１８……発振器、１９……零
点検出器、２０……Ａ／Ｄ回路、２１……シフト
レジスタ、２２……減算器、２３……記憶演算回
路、２４……温度換算回路、２５……Ｄ／Ａ回
路、２６……表示記録器。
異方性センサの構造、結線および特性図、第３図
ａ，ｂ，ｃはレールに磁気異方性センサを適用し
た試験方法の説明図、第３図ｄ，ｅは試験データ
を示す図、第４図ａ，ｂはこの発明によるレール
軸力検出センサの一実施例における構造およびレ
ールへの取付図、第５図はこの発明によるレール
軸力検出装置の一実施例における全体ブロツク系
統図を示す。 １……路盤、２……道床、３……枕木、４……
レール、５……継目板、６……空隙、７……異方
性センサ、８……コア、９……磁性体、１０……
荷重試験機、１１……レール軸力検出センサ、１
２……ポテンシヨメータ、１３……端子、１４…
…温度計、１５……取付板、１６……蝶ねぢ、１
７……同期検波器、１８……発振器、１９……零
点検出器、２０……Ａ／Ｄ回路、２１……シフト
レジスタ、２２……減算器、２３……記憶演算回
路、２４……温度換算回路、２５……Ｄ／Ａ回
路、２６……表示記録器。
Claims (1)
- １ 軌道を構成しているレールの表面に接着して
0゜〜360゜の範囲に回転できかつ該回転角度を示す
情報信号を出力できる磁気異方性センサを有する
レール軸力検出センサと、該磁気異方性センサの
検出信号の角度θに対する零点を検出してその点
の角度の位相推移量を算出できる零点検出器とシ
フトレジスタおよび減算器よりなる信号処理回路
と、上記レール軸力検出センサが有する温度計と
を備え前記温度計によりえられるレール温度信号
により温度補正されたレール軸力の値を出力でき
るようにしたことを特徴とするレール軸力検出装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9496782A JPS58213903A (ja) | 1982-06-04 | 1982-06-04 | レ−ル軸力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9496782A JPS58213903A (ja) | 1982-06-04 | 1982-06-04 | レ−ル軸力検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58213903A JPS58213903A (ja) | 1983-12-13 |
| JPS6333521B2 true JPS6333521B2 (ja) | 1988-07-06 |
Family
ID=14124684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9496782A Granted JPS58213903A (ja) | 1982-06-04 | 1982-06-04 | レ−ル軸力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58213903A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2849038B2 (ja) * | 1994-04-08 | 1999-01-20 | 新日本製鐵株式会社 | レール軸力測定方法および軸力測定可能なレール |
| GB0304192D0 (en) * | 2003-02-25 | 2003-03-26 | Accentus Plc | Measurement of thermally induced stress |
| US7502670B2 (en) * | 2004-07-26 | 2009-03-10 | Salient Systems, Inc. | System and method for determining rail safety limits |
| JP5128870B2 (ja) * | 2007-08-08 | 2013-01-23 | 東海旅客鉄道株式会社 | 接着絶縁レールの状態監視方法及び接着絶縁レールの状態監視装置 |
| EP2862778B1 (en) * | 2013-10-15 | 2017-01-04 | Bayern Engineering GmbH & Co. KG | Method for generating measurement results from sensor signals |
-
1982
- 1982-06-04 JP JP9496782A patent/JPS58213903A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58213903A (ja) | 1983-12-13 |
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