JPH0372943B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は敷設レールの軸応力測定測置に関
し、特に敷設された各レール毎にその軸応力を測
定し列車の運行に支障が有るか否かを判定する資
料を得ようとするものである。

＜発明の背景＞ 一般に軌道にはレールの継目部分に遊間を設
け、この遊間によりレールの熱膨張に伴なう伸縮
変形を吸収するようにしている。

ところでレールの継目は車輪に大きな衝撃を与
えること及び衝撃により振動が発生すること等に
よりレール枕部、道床バラストなどの摩耗、疲れ
が著るしく保守経費の増大を来す欠点がある。ま
た乗心地を悪くし、保安の面から見ても軌道の弱
点となつている。このような背景から現在は継目
をなくすためレールを連続溶接したロングレール
が実用化されている。20メートル程度の定尺レー
ルでは気温の変化とともに自由伸縮するが、レー
ルがこれ以上に長くなるとレールの伸縮は道床と
枕木間の縦方向道床抵抗に阻止され、軌道構造に
もよるが約200メートル以上の軌道長になるとレ
ールの中央部において不動区間を生じ、この不動
区間にあるレールは年間を通じて原則的に全く伸
縮しない現象を呈する。このため気温条件や軌道
構造が同一であれば、仮にロングレールの長さが
いくら長くなつてもレール端の伸縮量を同一にす
ることができる。このようにしてロングレール端
の伸縮量を定量化して伸縮継目によりその伸縮量
を吸収するようにしている。

しかし、実際のレールには、温度変化の他に列
車による制動力あるいは始動力等が繰り返し作用
している。これらの外力は温度変化のような比較
的ゆるやかな作用ではなく、振動あるいは衝撃を
伴う急激な作用であり、道床と枕木との間に十分
な縦方向の抵抗があつた場合でも、レールはこれ
ら外力により伸縮し、内部応力を生じる。

一方不動区間では気温変化に伴なう熱エネルギ
はレールの伸縮には消費されない。つまり、熱エ
ネルギはすべて熱応力としてレールに貯えられ
る。そのときのレール軸応力Ｐ（Kg）は、レール
鋼の弾性係数をＥ（Kg／cm²）、レールの断面積をＡ
（cm²）、線膨張係数をβ（＝1.14×10^-5）、レール敷
設時からの温度変化を△ｔ（℃）とすると周知の
ような次式が得られる。

Ｐ＝Ｅ・Ａ・β・△ｔ ……(1) 従つてロングレールの不動区間ではレールに生
じる軸応力Ｐに耐え得る座屈強度及び溶接強度が
要求される。

このようにロングレールの不動区間において熱
膨張及び伸縮変形に伴なつて軸応力が貯えられる
ためレールの軸応力を測定し、安全限界内である
か否かを監視できると都合がよい。

＜従来技術＞ 従来の軸応力測定方法としては例えば敷設レー
ルの近くに両端を自由端とし、自由伸縮が可能な
状態に設置した比較レールを設け、両レールの伸
縮量の差から敷設してあるレールの軸応力を求め
る方法と、抵抗線ひずみ計をレールに貼付け、伸
縮によるひずみ量を測定し応力を求める方法等が
考えられているが、何れも装置の取付、測定方法
が複雑で実用化がむずかしい欠点がある。このた
め一部の研究用を目的とする外は実施された例が
ない。

＜発明の目的＞ この発明は容易に実用化することができる敷設
レールの軸応力測定測置を提供しようとするもの
である。

＜発明の概要＞ この発明では敷設前の状態においてレールのそ
の長手方向において離れた二点の位置の底から
ほゞ同じ高さの位置に測尺用マークを付し、この
マーク間の距離とその状態におけるレール温度と
レールに付したレール番号と共に例えばコンピユ
ータのメモリに記憶し、敷設後適当な時期にレー
ルに付したマーク間距離とレール温度を測定し、
その測定値と敷設前の測定値とにより敷設されて
いるレールの軸応力をコンピユータにより演算し
て求めることができるようにしたものである。

この場合レールに付した測尺用マーク間距離と
レール温度を測定する手段を例えば可搬形とし、
各レールのマーク間距離とレール温度を測定して
その測定データをレール番号と共に符号化して可
聴周波数信号で変調する等の方法により電話回線
等を通じてコンピユータに伝送し、コンピユータ
に敷設前に測定した各レールの自由伸縮状態にお
けるマーク間距離及びそのときのレール温度を予
めコンピユータのメモリに記憶しておき、敷設後
に測定したレールのマーク間距離及びそのレール
温度のデータも同様にして伝送することによりコ
ンピユータにおいてこれらのデータと予め記憶し
ておいた自由伸縮状態におけるデータとから演算
して各レールに貯えられた軸応力を算出させるこ
とができる。

このように構成することにより多量の数のレー
ルの状態を管理することができ、この点で実用上
の効果は大である。

＜発明の実施例＞ レールに付す測尺用マークとしては例えばレー
ルにピンを植設するか、或はケガキ線を付すか、
シールの貼付等が考えられる。ここではレールに
ピンを植設する方法について説明する。

ピンの植設位置としては第１図に示すレール１
の腹部Ｂが最も適している。つまりケガキ線等を
付す場合はレール１の頭部Ａをマーク取付面とす
ることが考えられるが、列車通過時に起きる車輪
との摩擦により摩耗する点及び風雨塵埃等による
汚れが附きやすい点の欠点がある。またケガキ線
或はピンを植設する方式の何れの方式を採る場合
腹部側辺Ｃをマーク取付面に選定することが考え
られるが、Ｃの位置はレール結合金具２の取付位
置と重複する場合があり、また砕石によるキズ、
破損等が考えられる。

従つてマーク取付面はレール１の腹部Ｂに設定
することが最も適している。

第２図及び第３図にマークの取付構造の実施例
を示す。第２図に示す例では円柱状ピン３をレー
ル１の腹部Ｂに打込む構造とした場合を示す。つ
まりレール１の複部Ｂに穴を形成し、この穴にピ
ン３の先端側に形成した直径の小さい部分を圧入
し、この圧入によりピン３をレール１の腹部Ｂに
植設した場合を示す。

第３図の例ではレール１の腹部Ｂに比較的直径
が大きい穴４を形成し、この穴４内にピン３を収
納する構造とした場合を示す。つまりピン３は第
４図に示すように穴４の直径よりわずかに大きい
直径のフランジ３ａと、測尺用の基準面となるフ
ランジ３ｂとを有し、フランジ３ａを穴４に圧入
し、穴４の深さをフランジ３ａと３ｂの間隔程度
に選定する。

このような構造とすることによりピン３は穴４
内に収納され、風雨にさらされる率を小さくでき
汚れが付き難い構造とすることができる。ここで
更に穴４の開口部に例えばゴムキヤツプ５を嵌着
し、必要に応じてこのゴムキヤツプ５を取外すこ
とができる構造とすることにより、ピン３の周面
特にフランジ３ｂの周面に汚れが付くことを防止
でき、汚れが付着することによつて測定誤差が発
生しないようにすることができる。尚第２図の構
造においてもピン３の周面にゴムキヤツプを被せ
ておくことにより同様の効果を得ることができ
る。

ピン３によつて構成したマークは例えば10〜20
センチメートル程度の間隔で取付けられる。つま
りマーク間距離を大きく採れば測定精度を高く採
ることができる。然し乍らマーク間距離を大きく
採ると、後述するマーク間距離を測定する測尺手
段が大形になつてしまう不都合が生じる。この結
果マーク間距離はなるべく小さい方がよく10〜20
センチメートル程度とされる。レール鋼の線膨張
係数は11.4×10^-6となつているから、マーク間距
離を10センチメートルに設定した場合、温度１℃
の変化に対してマーク間距離は1.14×10^-3ミリメ
ートル伸縮することとなる。測尺手段の測定精度
を１／1000ミリとすると温度に対しては約±１℃
の精度と同じ程度の値となる。この程度の測定精
度が得られるならば実用上充分である。

第５図及び第６図にレール腹部の例えば10〜20
センチメートル離れた二点の位置の底部からほゞ
同じ高さの位置に付した測尺用マーク間の距離を
測定する測尺手段の一例を示す。第５図及び第６
図において６は測尺手段を示す。測尺手段６は基
準板７と、この基準板７上に取付けられた測定器
８とによつて構成することができる。測定器８は
一対の接触子８ａ，８ｂと、変位−電気変換器８
ｃとによつて構成することができる。接触子８
ａ，８ｂの何れか一方、例えば８ａが基準板７に
固定され、他方の接触子８ｂが基準板７に対して
レール１と平行な方向に移動自在に取付けられ
る。移動自在に取付けられた接触子８ｂに例えば
変位−電気変換器８ｃにツマミ８Ｅを設け、この
ツマミ８Ｅの軸の歯車と係合してツマミ８Ｅの回
動角度に応じて前後方向に移動する可動ロツド８
ｄを連結する。変位−電気変換器８ｃは例えば差
動トランス、磁気パターンを読取つて移動量を測
定する磁気式距離測定器或は光学的な例えばモワ
レ縞を読取つて移動量を測定する光学式距離測定
器等を利用することができる。

測尺手段６は接触子８ａ，８ｂがマークとして
付したピン３に対して所定の位置関係となるよう
に位置を調整することができるアタツチメント９
によつて支持される。アタツチメント９は基台９
ａと、この基台９ａをレール１の底面に締付る締
付ツマミ９ｂと、締付具９ｃと、基台９ａの一端
側において上下方向に移動できるように支持され
た移動台９ｄと、この移動台９ｄの高さ位置を設
定する高さ調整ツマミ９ｅと、基準板７をレール
１の腹部Ｂに対して平行となるように移動台９ｄ
に対して固定する固定ツマミ９ｆとによつて構成
することができる。

締付ツマミ９ｂによつて基台９ａをレール１の
底面に固定し、高さ調整ツマミ９ｅによつて接触
子８ａ，８ｂとピン３との高さ方向の位置関係を
合せる。基準板７の先端がレール１の腹部Ｂに接
触する位置で固定ツマミ９ｆを締付け基準板７を
移動台９ｄに固定する。

このようにアタツチメント９を用いることによ
りレール１の規格が異なつても測尺手段６をマー
クとして付したピン３に対して所定の関係に取付
けることができる構造としている。

この取付状態においてツマミ８Ｅの回動により
可動側の接触子８ｂを予め設定した一方のマーク
として付したピン３の接触点からL₁の距離にあ
る基準位置から他方のマークピン３に向かつて
L₂だけ移動させ、接触子８ｂをピン３の周面に
押当てることによりピン３−３の間の距離L₁＋
L₂を測定することができる。

つまり、変位−電気変換器８ｃにおいては、ツ
マミ８Ｅの回動により可動ロツド８ｄが他方のピ
ン３方向に移動する。この可動ロツド８ｄの移動
によつて接触子８ｂが徐々に他方のピン３に向か
つて移動し、そのピンと接触した時点でツマミの
回動を停止する。この可動ロツド８ｄの変位L₂
は例えば差動トランスを距離測定センサとし用い
ると、可動ロツド８ｄの移動変位に従つて差動ト
ランスの磁気的結合が変わるために、その出力電
圧が変化する。従つて、この出力電圧はあらかじ
め与えられている一方のピン３からの基準位置の
距離L₁に対応する基準電圧に加算することによ
つて、ピン３−３間の距離に対応する電圧値が求
められる。この電圧値はアナログ−デジタル変換
器によりデジタル信号に変換し、そのデジタル信
号により表示器１５に表示させることにより、ピ
ン３−３間の距離の値を知ることができる。

温度測定手段として用いられる温度センサ１６
には白金測温抵抗体、サーミスタ測温抵抗体、熱
電対等の素子があるが、±0.5℃の精度で測定する
ものが使用される。第６図において、基準板７の
先端に温度センサ１６を埋め込み、この温度セン
サ１をレール１の腹部Ｂに接触させることにより
レール１の温度を測定することができる。つま
り、例えば温度センサ１６としてサーミスタ温度
抵抗体を使用する場合には、レール１の腹部Ｂの
温度の変化によりサーミスタ温度抵抗体の抵抗値
が変化する。従つて、このサーミスタ温度抵抗体
に電圧を与えておくと、レール１の温度をサーミ
スタ温度抵抗体の電流値として検知され、この出
力を負荷抵抗に与えられ、電圧値として検出する
ことができる。この電圧値をアナログ−デジタル
変換器によりデジタル信号に変換し、そのデジタ
ル信号により表示器１７に表示させることにより
レール１の測尺マークピン３付近の温度を知るこ
とができる。

ここでこの発明においてはこの測定値をレール
１に対した番号と共にコンピユータに記憶し、各
レール毎にマーク間距離を登録できるように構成
する。第７図にその一例を示す。図中１１は現場
に携帯した可搬形の測定手段を示す。この例では
測定手段１１において測定したデジタルデータを
例えば電話回路１２を介して中央監視所１３に転
送し、中央監視所１３に設けたコンピユータ１４
のメモリデジタルデータを記憶するように構成し
た場合を示す。

測定手段１１は上記した測尺手段６と、この測
尺手段６から出力されるデジタル電気信号により
レール植設したマークピン３−３間の距離値を表
示する表示器１５と、温度センサ１６と、温度セ
ンサ１６で測定した温度のデジタル電気信号を表
示する温度表示器１７と、これら表示器１５と１
７に表示したデジタル値を中央監視所１３に転送
し、また中央監視所１３から送られて来る演算結
果を受信して表示器１５に表示させる送受信器１
８と、レール１の番号或は送信及び受信指令を入
力するためのキイーボード１９とによつて構成す
ることができる。

中央監視所１３にはコンピユータ１４の他に送
受信器２１と、表示器２２と、必要に応じてプリ
ンタ２３が設けられる。

データを中央監視所１３に伝送するにはキイー
ボード１９からレールに付した番号を入力し、そ
の番号と共に測尺手段６と温度センサ１６で測定
した測定値をデジタル信号として中央監視所１３
に伝送する。

中央監視所１３では測定手段１１から送られて
来るレール番号と測定値のデジタル信号を受信
し、コンピユータ１４に取込む。このようにして
ロングレールを敷設する前の、つまり自由伸縮状
態においてマーク間距離を測定し、その測定値の
デジタル信号を各レール毎に初期値としてコンピ
ユータ１４のメモリに記憶する。

ロングレールを敷設し、適当な時期に再びマー
ク間距離及びレール１の温度をデジタル信号とし
て測定する。この測定値と初期値とにより現在レ
ール１に貯えられた軸応力Ｐを求める。その演算
は Ｐ＝Ｅ・Ｓ・△ｌ／ｌ ……(2) △ｌ＝l₁−l₂ ……(3) で求めることができる。ここでｌは敷設後のマー
ク間距離、Ｅはレールの縦弾性係数（＝2.1×10⁶
Kg／cm²）、Ｓはレール断面積、△ｌは拘束された
伸縮量、l₁は自由伸縮状態での温度差に対する伸
び量（これは初期測定温度と現在の温度との差に
より演算して求める。）、l₂は敷設レールにおける
温度差に対する伸び量。

(2)式及び(3)式をコンピユータ１４において演算
し、表示器２２にレール１の軸応力Ｐの値を表示
すると共に必要に応じてプリンタ２３にプリント
アウトすることができる。また演算結果を測定手
段１１に転送し表示器１５に軸応力Ｐの値を表示
させることができる。

＜発明の効果＞ 以上説明したようにこの発明によればレールに
マークを付し、レールが自由伸縮状態にあるとき
そのマーク間距離を測定し、このデジタル信号に
変換された測定値を初期値として各レール毎にコ
ンピユータのメモリに記憶しておき、この記憶さ
れた初期値と敷設後におけるデジタル測定値とを
利用してレールに貯えられた軸応力Ｐを演算によ
り求めることができる。各測定データはレールの
番号に従つてコンピユータ１４に取込むから、多
くの数のレールの状態を管理でき、つまりレール
が安全限界内であるか否かを監視することができ
る。更に測定手段１１はマーク間距離を10センチ
メートル程度に選定することにより小形に作るこ
とができる。この結果携帯が容易であるから軌道
に沿つて電話回路の接続口を設けておけば順次移
動しながらデータを中央監視所１３に送ることが
できる。

尚上述では測定データを測定中に中央監視所１
３に転送する構造とした場合を説明したが、測定
手段１１にマイクロコンピユータを内蔵させ、こ
のマイクロコンピユータに自由伸縮状態の初期値
を登録し、この初期値を基に敷設後に発生するレ
ールの軸応力を演算させるように構成することも
できる。

また測定データを測定毎に伝送するのではな
く、例えば１日の測定データを記憶器に記憶さ
せ、その記憶器に取込んだデータをまとめて中央
監視所１３に伝送し、中央監視所１３においてま
とめて演算処理を行なうように構成することもで
きる。このように構成した場合は軌道に沿つて電
話回線の接続口を多数設けなくてよく、より一層
実用性が高い敷設レールの軸応力測定測置を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はレールの構造を説明するための断面
図、第２図及び第３図はマークの取付状態を説明
するための断面図、第４図はマークとして用いる
ピンの構造と防塵防水用ゴムキヤツプの構造を説
明するための斜視図、第５図は測尺手段の構造を
説明するための正面図、第６図はその側面図、第
７図はこの発明による軸応力測定装置の電気系の
一例を説明するためのブロツク図である。 １：レール、３：マークとしてレールに植設し
たピン、６：測尺手段、１４：レールの温度とマ
ーク間距離を記憶し軸応力を演算するコンピユー
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ａ レールに表示されたレール番号と、 Ｂ そのレールのその長手方向において離れた二
   点の位置の底部からほゞ同じ高さの位置に付し
   た測尺用マークと、 Ｃ この測尺用マーク間の距離を測定し、その計
   測距離を電気信号に変化して出力する測尺手段
   と、 Ｄ 上記レールの測尺用マーク付近のレールの温
   度を測定し、その計測温度を電気信号に変換し
   て出力する温度測定手段と、 Ｅ 敷設前のレールの上記測尺手段により得られ
   る距離と、上記温度測定手段により得られる温
   度を上記レール番号と共に記憶する手段と、 Ｆ レール敷設後に上記測尺手段及び上記温度測
   定手段により上記測尺用マーク間の距離とレー
   ルの温度を測定し、これら測定値と上記記憶手
   段に記憶されている敷設前の測定値とによりそ
   のレールにおける軸応力を演算する手段と、 この演算手段の演算値を表示する表示手段と、 を具備して成る敷設レールの軸応力測定装置。