(57)【要約】【課題】簡単な構成で分かりやすい結果を得ることが可能な接触状態推定装置を提供する。【解決手段】車両の走行中における車輪とレールとの接触状態を推定する接触状態推定装置１である。  そして、車輪の断面形状を測定する車輪測定部２と、車両の走行中にレールの断面形状を測定するレール測定部３と、車両の走行中に車輪とレールとの相対的な断面の位置関係を測定する位置測定部４と、車輪測定部、レール測定部及び位置測定部の測定結果から、車輪とレールとの接触状態を推定する推定部６とを備えている。【選択図】図１
2020111250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行中における車輪とレールとの接触状態を推定する接触状態推定装置であって、
前記車輪の断面形状を測定する車輪測定部と、
前記車両の走行中に前記レールの断面形状を測定するレール測定部と、
前記車両の走行中に前記車輪と前記レールとの相対的な断面の位置関係を測定する位置測定部と、
前記車輪測定部、レール測定部及び位置測定部の測定結果から、前記車輪と前記レールとの接触状態を推定する推定部とを備えていることを特徴とする接触状態推定装置。
【請求項２】
前記車輪測定部は、前記車両の前後方向から前記車輪の表面形状を測定する形状測定センサを有し、
前記レール測定部は、前記レールの上方からレール頭部の表面形状を測定する形状測定センサを有していることを特徴とする請求項１に記載の接触状態推定装置。
【請求項３】
前記位置測定部は、前記車輪に対して固定点となる箇所に取り付けられるとともに、前記レール頭部との距離を測定する変位測定センサを有していることを特徴とする請求項２に記載の接触状態推定装置。
【請求項４】
前記車輪測定部、レール測定部及び位置測定部は、前記車両の台車の前後左右に取り付けられた４つの前記車輪に対してそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の接触状態推定装置。
【請求項５】
前記車輪には、荷重センサが取り付けられていて、前記推定部では、前記荷重センサの測定結果に基づいた前記車輪と前記レールとの接触状態が推定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の接触状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行中における車輪とレールとの接触状態を推定する接触状態推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レールの摩耗や損傷の発生は、走行する車両の車輪との接触によって起きる。すなわち、レールは、車輪からの荷重、摩擦等の影響によって金属疲労を受け、この金属疲労が進行すると、摩耗だけでなく、きしみ割れやシェリング等のき裂を生じることが知られている。
【０００３】
一方、車両の運動特性を把握することを目的として、車輪とレールとの接触位置及びこれに対応する接触面形状を評価する手法が、非特許文献１には開示されている。この非特許文献１に開示された手法では、接触直後の車輪及びレールの表面温度をサーモグラフィカメラで撮影した熱画像から、接触位置を推定することが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】山本大輔、「サーモグラフィカメラを用いた車輪とレールの接触位置の特定」、鉄道総研報告、Vol.32、No.6、p.23-28、2018.6、公益財団法人鉄道総合技術研究所、一般財団法人研友社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、様々な車両形式や総延長の長いレールの摩耗や損傷を効率的に把握するためには、できるだけ簡単な構成の装置によって、分かりやすい結果が得られることが望まれる。
そこで、本発明は、簡単な構成で分かりやすい結果を得ることが可能な接触状態推定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の接触状態推定装置は、車両の走行中における車輪とレールとの接触状態を推定する接触状態推定装置であって、前記車輪の断面形状を測定する車輪測定部と、前記車両の走行中に前記レールの断面形状を測定するレール測定部と、前記車両の走行中に前記車輪と前記レールとの相対的な断面の位置関係を測定する位置測定部と、前記車輪測定部、レール測定部及び位置測定部の測定結果から、前記車輪と前記レールとの接触状態を推定する推定部とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記車輪測定部は、前記車両の前後方向から前記車輪の表面形状を測定する形状測定センサを有し、前記レール測定部は、前記レールの上方からレール頭部の表面形状を測定する形状測定センサを有している構成とすることができる。さらに、前記位置測定部は、前記車輪に対して固定点となる箇所に取り付けられるとともに、前記レール頭部との距離を測定する変位測定センサを有している構成とすることができる。
【０００８】
また、前記車輪測定部、レール測定部及び位置測定部は、前記車両の台車の前後左右に取り付けられた４つの前記車輪に対してそれぞれ配置されていることが好ましい。さらに、前記車輪には、荷重センサが取り付けられていて、前記推定部では、前記荷重センサの測定結果に基づいた前記車輪と前記レールとの接触状態が推定される構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
このように構成された本発明の接触状態推定装置は、車輪の断面形状を測定する車輪測定部と、車両の走行中にレールの断面形状を測定するレール測定部と、車両の走行中に車輪とレールとの相対的な断面の位置関係を測定する位置測定部とを備えている。
【００１０】
このように数値でも得られるような測定結果から、車輪とレールとの接触状態を推定するのであれば、形状や位置を測定する簡単な構成の装置で、分かりやすい結果を得ることができるようになる。さらに、多くの車両形式や摩耗車輪による接触状態を、効率的に把握することができるようになる。
【００１１】
特に、車輪測定部及びレール測定部は、断面測定レーザなどの汎用の形状測定センサで構成することができる。また、位置測定部も、レーザ変位計などの汎用の変位測定センサで構成することができる。
【００１２】
そして、車輪測定部、レール測定部及び位置測定部は、車両の１つの台車の前後左右に取り付けられた４つの車輪に対してそれぞれ配置することで、一対のレールからなる軌道の測定を１度の走行で行えるうえに、台車の傾きなどの影響も考慮することができるようになる。
【００１３】
さらに、車輪に荷重センサが取り付けられていれば、実際に車輪とレールとが接触した測定時の輪重と横圧が正確に得られるようになるので、接触部の形状や面圧を推定することもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態の接触状態推定装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】本実施の形態の接触状態推定装置が取り付けられた測定車両の全体構成を示した説明図である。
【図３】車輪測定部及びレール測定部を備えた形状測定器を１つだけ示して説明する側面図である。
【図４】車輪測定部の測定状況を説明する図であって、（ａ）は１つの台車を平面視した場合の説明図、（ｂ）は測定対象となる車輪を拡大して示した説明図である。
【図５】レール測定部の測定状況を拡大して示した説明図である。
【図６】位置測定部を備えた変位測定器を１つだけ示して説明する側面図である。
【図７】位置測定部の測定状況を拡大して示した説明図である。
【図８】車輪に対するひずみゲージの取り付け状態を正面視及び断面視で例示した説明図である。
【図９】接触状態推定装置による車輪とレールとの接触状態の推定までの流れを説明するフローチャートである。
【図１０】接触部の曲率の算出方法の説明の際に参照する図であって、（ａ）は接触部を模式的に示した断面図、（ｂ）は接触部の座標を説明するために離隔させた拡大図である。
【図１１】接触部の形状の算出方法の説明の際に参照するために模式的に拡大した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の接触状態推定装置１の構成を説明するブロック図である。また、図２は、本実施の形態の接触状態推定装置１が取り付けられた車両である測定車両Ｔの全体構成を模式的に示した側面図である。
【００１６】
軌道を構成するレールＲのレール頭部Ｒ１は、レールＲに沿って走行する車両の車輪との接触部であり、車輪からの荷重や摩擦等の影響を受けて金属疲労が生じることになる。この金属疲労が進行すると、摩耗だけでなく、きしみ割れやシェリング等のき裂を生じることもある。
【００１７】
そこで、本実施の形態の接触状態推定装置１によって、車両の走行中における車輪とレールとの接触状態を推定できるようにし、レールや車輪における摩耗や損傷の発生予測などに活用する。すなわち、様々な車両形式や摩耗車輪による接触状態の変化などを推定できるようにする。
【００１８】
ここで、本実施の形態で説明する接触状態推定装置１が取り付けられる測定車両Ｔとしては、図２に示すように、直方体状の箱型の車体Ｔ１が、前後方向ＴＦに間隔を置いて配置される２台の台車Ｔ２，Ｔ２に支持された構成を例に説明する。この台車Ｔ２は、例えば図４（ａ）に示すように、一対のレールＲ，Ｒのそれぞれを走行する車輪Ｔ３，Ｔ３が、車軸Ｔ３１によって連結されており、１台の台車Ｔ２には前後方向ＴＦに２組の車輪Ｔ３，Ｔ３及び車軸Ｔ３１の組み合わせ（前軸部と後軸部）が設けられる。
【００１９】
一方、軌道は、幅方向ＲＢに間隔を置いた平行のレールＲ，Ｒによって形成される。レールＲは、図３及び図５に示すように、帯板状のレール底部Ｒ２と、そのレール底部Ｒ２に対して幅方向ＲＢの中央に略直交して形成される板状のウェブ部Ｒ３と、そのウェブ部Ｒ３の上縁に膨出して形成されるレール頭部Ｒ１とを有する一般的な形状となっている。そして、レール頭部Ｒ１の上面を頭頂面Ｒ１１（レール頭頂面）とし、頭頂面Ｒ１１の両縁から垂下した面をレール頭部Ｒ１の側面Ｒ１２とする。
【００２０】
そして、本実施の形態の接触状態推定装置１は、図１に示すように、車輪Ｔ３の断面形状を測定する車輪測定部２と、測定車両Ｔの走行中にレールＲの断面形状を測定するレール測定部３と、測定車両Ｔの走行中に車輪Ｔ３とレールＲとの相対的な断面の位置関係を測定する位置測定部４と、車輪Ｔ３に作用する荷重を測定する荷重測定部５と、車輪Ｔ３とレールＲとの接触状態を推定する推定部６とを備えている。
【００２１】
車輪測定部２では、形状測定センサである断面測定レーザ２１によって車輪Ｔ３の表面形状を測定し、断面演算部２２によって、車輪Ｔ３の断面を表す数値データが算出される。この断面演算部２２は、推定部６に設けることもできる。
【００２２】
レール測定部３では、形状測定センサである断面測定レーザ３１によってレールＲ（特にレール頭部Ｒ１）の表面形状を測定し、断面演算部３２によって、レールＲの断面を表す数値データが算出される。この断面演算部３２は、推定部６に設けることもできる。
【００２３】
位置測定部４では、変位測定センサであるレーザ変位計４１によってレール頭部Ｒ１（例えば側面Ｒ１２）との距離を測定し、変位演算部４２によって、車輪Ｔ３とレール頭部Ｒ１との相対的な断面の位置関係を表す数値データが算出される。すなわち、レーザ変位計４１が、車輪Ｔ３に対して固定点となる台車Ｔ２の枠体などに取り付けられていれば、レール頭部Ｒ１との距離を測定することで、車輪Ｔ３とレール頭部Ｒ１との相対的な幅方向ＲＢの位置関係を変位などとして算出することができる。この変位演算部４２は、推定部６に設けることもできる。
【００２４】
荷重測定部５では、車輪Ｔ３に作用する荷重をひずみ計５１によって測定し、荷重演算部５２によって、車輪Ｔ３の輪重と横圧を表す数値データが算出される。ここで、車輪Ｔ３がレールＲを下方向に押す力が輪重（Ｑ）であり、車輪Ｔ３がレールＲを横方向に押す力が横圧（Ｙ）である。要するに、車輪Ｔ３とレールＲの接触点に働く接触力（Ｐ）は、垂直成分（輪重Ｑ）と、水平成分（横圧Ｙ）とに分けられる。この荷重演算部５２は、推定部６に設けることもできる。
【００２５】
また、図示していないが、接触状態推定装置１は、記憶部を備えている。断面測定レーザ２１，３１、レーザ変位計４１及びひずみ計５１で検出された検出値、又は断面演算部２２，３２、変位演算部４２及び荷重演算部５２で演算処理された値は、記憶部に記録される。また、推定部６による推定結果も、記憶部に記録される。
【００２６】
この記憶部への記録は、位置情報も紐付けられて行われる。位置情報としては、軌道の起点からの距離、GPS（Global Positioning System）に基づく位置情報などが挙げられる。記憶部は、ハードディスクドライブ等の大容量記憶媒体、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリなどによって構成することができる。
【００２７】
次に、本実施の形態の接触状態推定装置１の測定車両Ｔに対する構成について説明する。この接触状態推定装置１は、図２に示すように、測定を行う構成は測定車両Ｔに取り付けられる。例えば、測定車両Ｔの前後方向ＴＦの前方の台車Ｔ２周辺に取り付けられる。
【００２８】
１台の台車Ｔ２には、前軸部と後軸部があり、軌道の幅方向ＲＢの両側にそれぞれ２輪の車輪Ｔ３，Ｔ３が配置されている。そして、それぞれの車輪Ｔ３に対して、測定車両Ｔの前後方向ＴＦに台車Ｔ２から離隔する位置の車体Ｔ１の下面に、それぞれ形状測定器１１が取り付けられる。また、台車Ｔ２の枠体には、車輪Ｔ３の外側で対向する位置に、それぞれ変位測定器１２が取り付けられる。なお、推定部６は、測定車両Ｔに搭載することもできるし、車両以外の場所に設置されたコンピュータに組み込むこともできる。
【００２９】
図３は、測定車両Ｔの前方を拡大して示した側面図である。そして、この図では、形状測定器１１の構成を説明するために、前軸部側の形状測定器１１だけを抜き出して図示している。この形状測定器１１は、車体Ｔ１の下面から垂下された函体の内部に、車輪測定部２とレール測定部３とが組み込まれている。
【００３０】
車輪測定部２に組み込まれた断面測定レーザ２１のレーザ光２１ａは、車輪Ｔ３に向けて照射され、レール測定部３に組み込まれた断面測定レーザ３１のレーザ光３１ａは、レールＲのレール頭部Ｒ１に向けて照射される。
【００３１】
図４は、車輪測定部２の測定状況を説明する図であって、図４（ａ）は１つの台車Ｔ２に配置された４つの車輪Ｔ３，・・・を平面視して示している。前軸部の車輪Ｔ３，Ｔ３の前方に配置された形状測定器１１，１１の断面測定レーザ２１，２１からは、車輪踏面に向けてレーザ光２１ａ，２１ａがそれぞれ照射される。
【００３２】
この測定状況を拡大して説明するのが図４（ｂ）である。この図に示すように、断面測定レーザ２１のレーザ光２１ａは、断面測定レーザ２１を中心にレールＲの幅方向ＲＢの両側に広がるため、照射範囲を車輪Ｔ３の厚みと同程度にすることで、車輪踏面の全幅の形状を測定することができる。そして、車輪Ｔ３を１周させることで、車輪Ｔ３の全周の測定が行うことができ、車輪Ｔ３の断面形状も取得できるようになる。
【００３３】
一方、図５は、レール測定部３の測定状況を説明する断面図を示している。レールＲの上方に配置された形状測定器１１の断面測定レーザ３１からは、レールＲのレール頭部Ｒ１の頭頂面Ｒ１１に向けてレーザ光３１ａが照射される。
【００３４】
この図に示すように、断面測定レーザ３１のレーザ光３１ａは、断面測定レーザ３１を中心にレールＲの幅方向ＲＢの両側に広がるため、照射範囲をレール頭部Ｒ１の幅と同程度にすることで、頭頂面Ｒ１１の全幅の形状を測定することができる。このレール頭部Ｒ１の測定は、測定車両Ｔを走行させながら連続して行われる。この結果、測定区間のレール頭部Ｒ１周辺のレールＲの断面形状が取得できるようになる。
【００３５】
図６は、測定車両Ｔの前方を拡大して示した側面図に、変位測定器１２の構成を説明するために、前軸部側の変位測定器１２だけを抜き出して図示している。この変位測定器１２は、台車Ｔ２に固定された函体の内部に、位置測定部４が組み込まれている。
【００３６】
位置測定部４に組み込まれたレーザ変位計４１のレーザ光４１ａは、レール頭部Ｒ１の側面Ｒ１２に向けて照射される。図７には、この測定状況を拡大して説明する断面図を示している。
【００３７】
レールＲの幅方向ＲＢの車輪Ｔ３の外側に張り出された台車Ｔ２の枠体には、変位測定器１２が取り付けられ、垂下された変位測定器１２の下端の内側面側のレーザ変位計４１からは、レール頭部Ｒ１の側面Ｒ１２に向けてレーザ光４１ａが照射される。
【００３８】
レーザ変位計４１では、変位測定器１２とレール頭部Ｒ１の側面Ｒ１２との距離を測定することができる。一方、変位測定器１２と車輪Ｔ３との位置関係は一定となるため、レーザ変位計４１によって測定された距離は、車輪Ｔ３とレールＲとの相対的な位置関係を示すものと言える。このレーザ変位計４１による距離の測定は、測定車両Ｔを走行させながら連続して行われる。そして、測定された距離の変化は、幅方向ＲＢの車輪Ｔ３とレールＲと位置関係の調整に使用することができる。
【００３９】
続いて、図８は、車輪Ｔ３に対するひずみ計５１（５１Ａ，５１Ｂ）の取り付け状態を説明する図である。測定車両Ｔの車輪Ｔ３に作用する輪重（Ｑ）及び横圧（Ｙ）を測定するためには、載荷中（走行中）に車輪Ｔ３に発生するひずみを測定すればよい。
【００４０】
詳細は、例えば、「石田弘明外３名、「鉄道車両の新しい輪重，横圧，脱線係数連続測定法（測定装置の開発）」、日本機械学会論文集（Ｃ編）、63巻、614号、p.97-103、1997.10」などに記載されている。
【００４１】
要するに、輪重（Ｑ）を測定するためには、車輪Ｔ３に最低45°の間隔で４組のブリッジが組めるようにひずみゲージ５１Ｂを取り付ける。また、横圧（Ｙ）を測定するためには、車輪Ｔ３に90°の間隔でひずみゲージ５１Ａを取り付ける。図８では、車輪Ｔ３の車軸Ｔ３１を通す軸穴Ｔ３２の周囲の板部に、45°間隔で穿孔された板穴Ｔ３３のそれぞれに、対となるひずみゲージ５１Ｂ，５１Ｂを取り付けた例を示している。また、車輪Ｔ３の板部の両側面には、対となるひずみゲージ５１Ａ，５１Ａを、軸穴Ｔ３２の周囲の周方向に90°間隔で取り付けた例を示している。
【００４２】
次に、本実施の形態の接触状態推定装置１を適用して行う、車輪Ｔ３とレールＲとの接触状態の推定までの流れを、図９に示したフローチャートを参照しながら説明する。
まず、上述した形状測定器１１及び変位測定器１２を、測定車両Ｔの進行方向の前方に位置する台車Ｔ２の４つの車輪Ｔ３，・・・に対して取り付ける（図２参照）。ここで、車両は、測定専用の車両でなくてもよく、どのような車両形式であっても測定車両Ｔにすることができる。
【００４３】
ステップＳ１では、車輪Ｔ３の断面形状の取得を行う。この工程は、レールＲの測定を行うための走行（測定走行）を行う前に実施することができる。すなわち、車輪Ｔ３の断面形状は、現時点の断面形状が取得できればよいので、測定走行前に、車輪測定部２の断面測定レーザ２１によって、車輪Ｔ３が少なくとも１周するように測定車両Ｔを移動させることで行う。
【００４４】
測定走行では、検査対象となる区間の軌道（レールＲ，Ｒ）に対して、実際に測定車両Ｔを走行させる。そして、走行中に、レール測定部３の断面測定レーザ３１によって、レールＲ（レール頭部Ｒ１）の断面形状の測定を行う（ステップＳ２）。
【００４５】
このステップＳ２までで、車輪Ｔ３の断面形状及びレールＲの断面形状は取得される。しかしながら、レールＲの幅方向ＲＢの車輪Ｔ３とレールＲ（レール頭部Ｒ１）との位置関係は、走行中は常に変化し、一定ではない。このため、これらの断面形状のデータだけでは、接触状態を推定することができない。
【００４６】
そこで、ステップＳ３では、ステップＳ２のレールＲの断面形状の測定と同時に、位置測定部４のレーザ変位計４１によって、レール頭部Ｒ１の側面Ｒ１２までの距離を測定する。そして、ステップＳ４では、このレーザ変位計４１による測定結果に基づいて、レールＲの幅方向ＲＢの車輪Ｔ３とレール頭部Ｒ１との位置合わせを行う。
【００４７】
こうして車輪Ｔ３とレール頭部Ｒ１の頭頂面Ｒ１１との相対的な位置関係を調整した後に、車輪Ｔ３とレールＲとの接触状態の推定を幾何的に行う。すなわち、接触部Ｃの曲率（ステップＳ５）、接触部Ｃの形状（ステップＳ６）及び接触部Ｃの面圧（ステップＳ７）を算出する。
【００４８】
ステップＳ５の接触部Ｃの曲率は、以下のようにして算出する。
まず、図１０（ａ）の接触部Ｃの模式的な拡大図（レールＲの断面図）に示すように、車輪Ｔ３とレール頭部Ｒ１の頭頂面Ｒ１１とが、互いに凸同士が接触する円弧同士の断面であると幾何的に仮定する。そして、その接触部Ｃについて、車輪Ｔ３側の座標Ｃ１ｗ（x1w, y1w）とレール頭部Ｒ１側の座標Ｃ１ｒ（x1r, y1r）を抽出する。また、図１０（ｂ）に示すように、車輪Ｔ３側の接触点Ｃ１ｗから一定の距離の座標（Ｃ２ｗ（x2w, y2w），Ｃ３ｗ（x3w, y3w））と、レール頭部Ｒ１側の接触点Ｃ１ｒから一定の距離の座標（Ｃ２ｒ（x2r, y2r），Ｃ３ｒ（x3r, y3r））とを抽出する。
【００４９】
そして、車輪Ｔ３側及びレール頭部Ｒ１側においてそれぞれ抽出した3点の座標を円の方程式（x2+y2+mx+ny+k=0）に代入して、(x-p)2+(y-q)2=R2に変換する。ここで、p,qは円の中心座標を示す。
また、Rは、接触部Ｃの曲線半径であり、車輪Ｔ３側の接触部Ｃにおける曲線半径をRwyとし、レール頭部Ｒ１側の接触部Ｃにおける曲線半径をRryとする。このようにして、接触部Ｃにおける車輪Ｔ３及びレール頭部Ｒ１の幅方向ＲＢの曲率を示すパラメータとして、車輪Ｔ３側の曲線半径Rwyと、レール頭部Ｒ１側の曲線半径Rryを算出する。
【００５０】
また、図１１の接触部Ｃの拡大図（レールＲの平面視）に示すように、ステップＳ６の接触部Ｃの形状として、接触部Ｃの幾何形状を楕円であると仮定して、その接触幅（a：長径半幅、b：短径半幅）を以下の式で算出する。
【００５１】
【数１】
2020111250.tif 000003
ここで、α，βは補助変数である。
【００５２】
また、E’は等価弾性係数であり、以下の式で与えられる。
【数２】
2020111250.tif 000004
ここで、Ewは車輪Ｔ３のヤング率、ErはレールＲのヤング率、νwは車輪Ｔ３のポアソン比、νrはレールＲのポアソン比を示す。
【００５３】
さらに、AとBは以下の式を満たす値である。
【数３】
2020111250.tif 000005
ここで、Rwxは前後方向ＴＦの車輪Ｔ３の曲線半径、Rwyは幅方向ＲＢの車輪Ｔ３の曲線半径、Rrxは前後方向ＴＦの頭頂面Ｒ１１の曲線半径、Rryは幅方向ＲＢの頭頂面Ｒ１１の曲線半径である。すなわち、車輪Ｔ３側の曲線半径Rwyとレール頭部Ｒ１側の曲線半径Rryは、ステップＳ５で算出した曲線半径である。
【００５４】
また、上記（数１）式のPは、荷重測定部５のひずみ計５１（ひずみゲージ５１Ａ，５１Ｂ）によって検出された値から算出された輪重（Ｑ）と横圧（Ｙ）の合力である接触力を示している。
【００５５】
そして、ステップＳ７の接触部Ｃの圧力分布となる面圧eは、以下の式で算出する。
【数４】
2020111250.tif 000006
【００５６】
このような接触部Ｃの曲率、形状及び面圧は、４つの車輪Ｔ３，・・・に対してそれぞれ取り付けられた形状測定器１１及び変位測定器１２の検出値に基づいて、それぞれ算出される。そして、それらの算出結果は、車輪Ｔ３とレールＲとの接触状態を示す推定結果として、レールＲの位置情報と共に記憶部に記録される。
【００５７】
次に、本実施の形態の接触状態推定装置１の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の接触状態推定装置１は、車輪Ｔ３の断面形状を測定する車輪測定部２と、測定車両Ｔの走行中にレールＲの断面形状を測定するレール測定部３と、測定車両Ｔの走行中に車輪Ｔ３とレールＲとの相対的な幅方向ＲＢの位置関係を測定する位置測定部４とを備えている。
【００５８】
このように数値で得られるような測定結果から、車輪Ｔ３とレールＲ（レール頭部Ｒ１，頭頂面Ｒ１１）との接触状態を幾何的に推定するのであれば、形状や位置を測定する簡単な装置の構成で、数値という分かりやすい結果を得ることができる。
【００５９】
さらに、このような車輪Ｔ３とレールＲとの接触状態の推定結果を収集することによって、レールＲや車輪Ｔ３における摩耗や損傷の発生予測などに活用することができるようになる。すなわち、レールＲの延伸方向に連続した接触状態の推定結果が得られるので、局所的な分析から全体的な分析まで、幅広く活用することができる。そして、多くの車両形式や摩耗車輪による接触状態を、効率的に把握することができるようになる。
【００６０】
また、車輪測定部２及びレール測定部３は、断面測定レーザ２１，３１のようにレーザ光を使用する汎用の形状測定センサで構成することができる。さらに、位置測定部４も、レーザ変位計４１のようにレーザ光を使用する汎用の変位測定センサで構成することができる。
【００６１】
そして、車輪測定部２、レール測定部３及び位置測定部４を、測定車両Ｔの１つの台車Ｔ２の前後左右に取り付けられた４つの車輪Ｔ３，・・・に対してそれぞれ配置することで、一対のレールＲ，Ｒからなる軌道の測定を１度の走行で行うことができる。さらに、走行中に台車Ｔ２に傾きなどが生じていたとしても、前後の車輪Ｔ３，Ｔ３の推定結果を比較することで、その影響も考慮することができるようになる。
【００６２】
また、車輪Ｔ３にひずみゲージ５１Ａ，５１Ｂなどのひずみ計５１が取り付けられていれば、車輪Ｔ３とレールＲ（レール頭部Ｒ１）とが接触した接触状態の測定時の実際の輪重及び横圧が正確に得られるようになるので、接触部Ｃの形状の推定や面圧の推定を行うこともできるようになる。
【００６３】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００６４】
例えば前記実施の形態では、１台の台車Ｔ２の４つの車輪Ｔ３，・・・に対して、それぞれ形状測定器１１及び変位測定器１２を配置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、１つの車輪Ｔ３に対してだけ形状測定器１１及び変位測定器１２を配置した接触状態推定装置とすることもできる。
【符号の説明】
【００６５】
１      ：接触状態推定装置
２      ：車輪測定部
２１    ：断面測定レーザ（形状測定センサ）
３      ：レール測定部
３１    ：断面測定レーザ（形状測定センサ）
４      ：位置測定部
４１    ：レーザ変位計（変位測定センサ）
５      ：荷重測定部
５１    ：ひずみ計（荷重センサ）
６      ：推定部
Ｔ      ：測定車両（車両）
Ｔ２    ：台車（固定点）
Ｔ３    ：車輪
Ｒ      ：レール
Ｒ１    ：レール頭部
ＴＦ    ：前後方向
ＲＢ    ：幅方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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