(57)【要約】【課題】離線発生開始時のすり板の局部摩耗の形状を早期に予測することによって離線の発生を正確に予測し判定することができる離線発生予測装置、離線発生予測プログラム及び離線発生判定装置を提供する。【解決手段】摩耗形状予測演算部７ｃは、すり板の局部摩耗が進行して離線が発生を開始するときのこの局部摩耗の限界の形状を限界摩耗形状として予測演算する。離線発生判定部７ｇは、実際のすり板の局部摩耗の摩耗形状と限界摩耗形状とを比較して離線の発生の有無を判定する。離線発生判定部７ｇは、実際のすり板の局部摩耗の摩耗形状が限界摩耗形状を超えるときには、離線が発生する可能性が高いと判定する。一方、離線発生判定部７ｇは、実際のすり板の局部摩耗の摩耗形状が限界摩耗形状を超えていないときには、離線が発生する可能性が低いと判定する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線のトロリ線と摺動する集電装置のすり板とこのトロリ線とが離れる離線の発生を予測する離線発生予測装置であって、
前記すり板の局部摩耗が進行して前記離線が発生を開始するときのこの局部摩耗の限界の形状を限界摩耗形状として予測演算する摩耗形状予測演算部を備えること、
を特徴とする離線発生予測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の離線発生予測装置において、
前記摩耗形状予測演算部は、前記架線及び前記集電装置の振動モデルの運動方程式に基づいて、前記限界摩耗形状を予測演算すること、
を特徴とする離線発生予測装置。
【請求項３】
請求項２に記載の離線発生予測装置において、
前記摩耗形状予測演算部は、前記トロリ線の上下方向の変位と、前記すり板の上下方向の変位と、トロリ線及びすり板の左右方向の相対移動速度とに基づいて、前記限界摩耗形状を予測演算すること、
を特徴とする離線発生予測装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の離線発生予測装置において、
前記すり板の局部摩耗の摩耗形状を測定する摩耗形状測定装置の測定結果と、前記摩耗形状予測演算部の演算結果とに基づいて、前記離線の発生の有無を判定する離線発生判定部を備えること、
を特徴とする離線発生予測装置。
【請求項５】
架線のトロリ線と摺動する集電装置のすり板とこのトロリ線とが離れる離線の発生を予測する離線発生予測プログラムであって、
前記すり板の局部摩耗が進行して前記離線が発生を開始するときのこの局部摩耗の限界の形状を限界摩耗形状として予測演算する摩耗形状予測演算手順をコンピュータに実行させること、
を特徴とする離線発生予測プログラム。
【請求項６】
請求項５に記載の離線発生予測プログラムにおいて、
前記摩耗形状予測演算手順は、前記架線及び前記集電装置の振動モデルの運動方程式に基づいて、前記限界摩耗形状を予測演算する手順を含むこと、
を特徴とする離線発生予測プログラム。
【請求項７】
請求項６に記載の離線発生予測プログラムにおいて、
前記摩耗形状予測演算手順は、前記トロリ線の上下方向の変位と、前記すり板の上下方向の変位と、トロリ線及びすり板の左右方向の相対移動速度とに基づいて、前記限界摩耗形状を予測演算する手順を含むこと、
を特徴とする離線発生予測プログラム。
【請求項８】
請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の離線発生予測プログラムにおいて、
前記すり板の局部摩耗の摩耗形状を測定する摩耗形状測定装置の測定結果と、前記摩耗形状予測演算手順における演算結果とに基づいて、前記離線の発生の有無を判定する離線発生判定手順を含むこと、
を特徴とする離線発生予測プログラム。
【請求項９】
架線のトロリ線と摺動する集電装置のすり板とこのトロリ線とが離れる離線の発生の有無を判定する離線発生判定装置であって、
前記すり板の局部摩耗の摩耗形状と限界摩耗形状とを比較して、前記離線の発生の有無を判定するときに指標となる指標部を備え、
前記限界摩耗形状は、前記すり板の局部摩耗が進行して前記離線が発生を開始するときのこの局部摩耗の限界の形状であること、
を特徴とする離線発生判定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の離線発生判定装置において、
前記指標部は、前記すり板の局部摩耗の摩耗形状と照合する部分に前記限界摩耗形状が形成されていること、
を特徴とする離線発生判定装置。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の離線発生判定装置において、
前記指標部は、前記すり板の局部摩耗の摩耗形状と突き合わせる部分に前記限界摩耗形状が形成されていること、
を特徴とする離線発生判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、架線のトロリ線と摺動する集電装置のすり板とこのトロリ線とが離れる離線の発生を予測する離線発生予測装置、離線発生予測プログラム、及び架線のトロリ線と摺動する集電装置のすり板とこのトロリ線とが離れる離線の発生の有無を判定する離線発生判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のすり板の局部摩耗検出装置は、車両基地の入口に設置されてこの車両基地に入線する電車の集電装置のすり板の表面を連続的に測定するビームセンサと、このビームセンサを駆動するスライダ機構と、ビームセンサからの出力信号に基づいてすり板の摩耗量を演算する情報処理端末手段などを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来のすり板の局部摩耗検出装置では、ビームセンサからの出力信号に基づいて生成したすり板の表面形状データと、予め格納されているすり板の設計データとを比較して、情報処理端末手段がすり板の摩耗量を演算している。この従来のすり板の局部摩耗検出装置では、情報処理端末手段が演算したすり板の摩耗量が所定値を超えたときには、情報処理端末手段が作業者にすり板の確認を行わせて、すり板の修繕や交換を促している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2010-136563号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のすり板の局部摩耗検出装置では、検出精度が低いためすり板の局部摩耗がかなり進行しないと、このすり板の局部摩耗を検出することができない問題点がある。このため、従来のすり板の局部摩耗検出装置では、すり板の局部摩耗が発生する初期の段階でこのすり板の局部摩耗を発見することができず、車両基地の入口を車両が通過する前にすり板の局部摩耗が急激に進展したときには、このような局部摩耗を検出することができない問題点がある。また、従来のすり板の局部摩耗検出装置では、すり板の摩耗量に演算誤差が発生することがあり、すり板の修繕や交換の時期を正確に作業者に知らせることができない問題点がある。このため、すり板の摩耗量を演算しなくても、すり板の局部摩耗がどのような形状になったときに、すり板の修繕や交換の時期に達したのかを作業者に正確に知らせることができるような明確な判定基準を設けて欲しいという現場からの要請がある。
【０００５】
この発明の課題は、離線発生開始時のすり板の局部摩耗の形状を早期に予測することによって離線の発生を正確に予測し判定することができる離線発生予測装置、離線発生予測プログラム及び離線発生判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図２、図６及び図１０に示すように、架線（１）のトロリ線（１ａ）と摺動する集電装置（５）のすり板（５ｆ）とこのトロリ線とが離れる離線の発生を予測する離線発生予測装置であって、前記すり板の局部摩耗（Ｗ）が進行して前記離線が発生を開始するときのこの局部摩耗の限界の形状を限界摩耗形状（ｆ(x)）として予測演算する摩耗形状予測演算部（７ｃ）を備えることを特徴とする離線発生予測装置（７）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の離線発生予測装置において、図４に示すように、前記摩耗形状予測演算部は、前記架線及び前記集電装置の振動モデルの運動方程式に基づいて、前記限界摩耗形状を予測演算することを特徴とする離線発生予測装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載の離線発生予測装置において、図３に示すように、前記摩耗形状予測演算部は、前記トロリ線の上下方向の変位（ｙt）と、前記すり板の上下方向の変位（ｙ1）と、トロリ線及びすり板の左右方向の相対移動速度（ｖ）とに基づいて、前記限界摩耗形状を予測演算することを特徴とする離線発生予測装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の離線発生予測装置において、図６に示すように、前記すり板の局部摩耗の摩耗形状（ＷS）を測定する摩耗形状測定装置（６）の測定結果と、前記摩耗形状予測演算部の演算結果とに基づいて、前記離線の発生の有無を判定する離線発生判定部（７ｇ）を備えることを特徴とする離線発生予測装置である。
【００１０】
請求項５の発明は、図２、図６、図１０及び図１２に示すように、架線（１）のトロリ線（１ａ）と摺動する集電装置（５）のすり板（５ｆ）とこのトロリ線とが離れる離線の発生を予測する離線発生予測プログラムであって、前記すり板の局部摩耗（Ｗ）が進行して前記離線が発生を開始するときのこの局部摩耗の限界の形状を限界摩耗形状（ｆ(x)）として予測演算する摩耗形状予測演算手順（Ｓ１３０）をコンピュータに実行させることを特徴とする離線発生予測プログラムである。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項５に記載の離線発生予測プログラムにおいて、図４に示すように、前記摩耗形状予測演算手順は、前記架線及び前記集電装置の振動モデルの運動方程式に基づいて、前記限界摩耗形状を予測演算する手順を含むことを特徴とする離線発生予測プログラムである。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６に記載の離線発生予測プログラムにおいて、図３に示すように、前記摩耗形状予測演算手順は、前記トロリ線の上下方向の変位（ｙt）と、前記すり板の上下方向の変位（ｙ1）と、トロリ線及びすり板の左右方向の相対移動速度（ｖ）とに基づいて、前記限界摩耗形状を予測演算する手順を含むことを特徴とする離線発生予測プログラムである。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の離線発生予測プログラムにおいて、図６及び図１２に示すように、前記すり板の局部摩耗の摩耗形状を測定する摩耗形状測定装置（６）の測定結果と、前記摩耗形状予測演算手順における演算結果とに基づいて、前記離線の発生の有無を判定する離線発生判定手順（Ｓ１６０）を含むことを特徴とする離線発生予測プログラムである。
【００１４】
請求項９の発明は、図２、図６、図１０及び図１４〜図１９に示すように、架線（１）のトロリ線（１ａ）と摺動する集電装置（５）のすり板（５ｆ）とこのトロリ線とが離れる離線の発生の有無を判定する離線発生判定装置であって、前記すり板の局部摩耗（Ｗ）の摩耗形状（ＷS）と限界摩耗形状（ｆ(x)）とを比較して、前記離線の発生の有無を判定するときに指標となる指標部（８ｂ；８ｄ）を備え、前記限界摩耗形状は、前記すり板の局部摩耗が進行して前記離線が発生を開始するときのこの局部摩耗の限界の形状であることを特徴とする離線発生判定装置（８）である。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の離線発生判定装置において、図１４〜図１６に示すように、前記指標部（８ｂ）は、前記すり板の局部摩耗の摩耗形状と照合する部分に前記限界摩耗形状が形成されていることを特徴とする離線発生判定装置である。
【００１６】
請求項１１の発明は、請求項９又は請求項１０に記載の離線発生判定装置において、図１７〜図１９に示すように、前記指標部（８ｄ）は、前記すり板の局部摩耗の摩耗形状と突き合わせる部分に前記限界摩耗形状が形成されていることを特徴とする離線発生判定装置である。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によると、離線発生開始時のすり板の局部摩耗の形状を早期に予測することによって離線の発生を正確に予測し判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置によって離線の発生が予測される集電装置を備える車両を模式的に示す構成図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置によって離線の発生が予測される集電装置のすり板の局部摩耗の発生状況を模式的に示す正面図であり、（Ａ）は局部摩耗の発生前の状況を示す正面図であり、（Ｂ）は局部摩耗の発生後の状況を示す正面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置によって離線の発生が予測されるすり板とトロリ線との位置関係を説明するための平面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置によって離線の発生が予測される集電装置及び架線の振動モデルの模式図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置におけるすり板の局部摩耗の摩耗形状の測定原理を説明するための模式図である。
【図６】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置を模式的に示す構成図である。
【図７】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置の限界摩耗形状情報記憶部のデータ構造を概略的に示す模式図である。
【図８】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置の演算条件情報記憶部のデータ構造を概略的に示す模式図である。
【図９】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置の限界摩耗形状情報記憶部のデータ構造を概略的に示す模式図である。
【図１０】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置の離線発生判定部の判定動作を説明するために一例として示すグラフであり、（Ａ）は離線が発生する可能性が高いときのグラフであり、（Ｂ）は離線が発生する可能性が低いときのグラフである。
【図１１】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置の離線発生判定情報記憶部のデータ構造を概略的に示す模式図である。
【図１２】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置による予測演算結果を一例として示すグラフである。
【図１４】この発明の第２実施形態に係る離線発生判定装置の使用状態を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）はすり板の局部摩耗の一方の端部側の離線の発生を判定する場合の斜視図であり、（Ｂ）はすり板の局部摩耗の他方の端部側の離線の発生を判定する場合の斜視図である。
【図１５】この発明の第２実施形態に係る離線発生判定装置を概略的に示す外観図であり、（Ａ）はすり板の局部摩耗の一方の端部側の離線の発生を判定する場合の正面図であり、（Ｂ）はXV-XVB線で切断した状態を示す断面図である。（Ｃ）はすり板の局部摩耗の他方の端部側の離線の発生を判定する場合の正面図である。
【図１６】この発明の第２実施形態に係る離線発生判定装置を概略的に示す透過図であり、（Ａ）は離線が発生する可能性が高いときの透過図であり、（Ｂ）は離線が発生する可能性が低いときの透過図である。
【図１７】この発明の第３実施形態に係る離線発生判定装置の使用状態を概略的に示す斜視図であり、（Ａ）はすり板の局部摩耗の一方の端部側の離線の発生を判定する場合の斜視図であり、（Ｂ）はすり板の局部摩耗の他方の端部側の離線の発生を判定する場合の斜視図である。
【図１８】この発明の第３実施形態に係る離線発生判定装置を概略的に示す外観図であり、（Ａ）はすり板の局部摩耗の一方の端部側の離線の発生を判定する場合の正面図であり、（Ｂ）はXVII-XVIIB線で切断した状態を示す断面図である。（Ｃ）はすり板の局部摩耗の他方の端部側の離線の発生を判定する場合の正面図である。
【図１９】この発明の第３実施形態に係る離線発生判定装置を概略的に示す透過図であり、（Ａ）は離線が発生する可能性が高いときの透過図であり、（Ｂ）は離線が発生する可能性が低いときの透過図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１に示す架線１は、線路上空に架設される架空電車線である。架線１は、所定の間隔をあけて架線支持装置２によって支持点Ｐで支持されている。図１に示す架線１は、トロリ線１ａと、ちょう架線１ｂと、ハンガイヤー１ｃなどを備えるシンプルカテナリ式ちょう架方式の架線である。架線１は、トロリ線１ａ及びちょう架線１ｂの径間長（径間）Ｌが所定の長さ（例えば45〜50m程度）になるように架線支持装置２によって支持されている。ここで、径間長Ｌとは、トロリ線１ａが支持される支持点Ｐ間の距離である。
【００２０】
図１〜図４に示すトロリ線１ａは、集電装置５のすり板５ｆが接触する電線である。トロリ線１ａは、すり板５ｆが摺動（接触移動）することによって車両４に負荷電流を供給する。トロリ線１ａは、例えば、材質が硬銅又は銀若しくはすずなどを僅かに含有する銅合金であり、鋼線を銅で被覆した複合トロリ線（CSトロリ線）、鋼心をアルミニウムで被覆した複合トロリ線（TAトロリ線）、又は大きな引張強さと高い導電率を有する銅合金トロリ線でCr,Zr,Siを僅かに含有する銅合金を熱処理することによって特性を向上させたクロム・ジルコニウム系高強度銅合金トロリ（PHCトロリ線）などである。
【００２１】
図１に示すちょう架線１ｂは、トロリ線１ａを支持する線条（撚線）である。ちょう架線１ｂは、トロリ線１ａの重量による弛み（弛度）が小さくなるようにこのトロリ線１ａを吊るして水平に保持する。ハンガイヤー１ｃは、トロリ線１ａをちょう架線１ｂに吊り下げる架線金具（電車線金具）である。ハンガイヤー１ｃは、トロリ線１ａの高さを略一定に保持するようにこのトロリ線１ａの長さ方向に所定の間隔をあけて配置されている。
【００２２】
図１〜図４に示す架線支持装置２は、架線１を支持する装置である。架線支持装置２は、図１に示すトロリ線１ａ及びちょう架線１ｂを支持しており、図２及び図３に示すようにトロリ線１ａにトロリ線偏位Δを付与している。ここで、トロリ線偏位Δとは、図１に示す軌道３の左右のレール３ａの上面に対して垂直な軌道中心面と図２及び図３に示すトロリ線１ａとの間の最短距離であり、図１〜図３に示す集電装置５のすり板５ｆが左右方向に平均的に摩耗して、このすり板５ｆの同一箇所をトロリ線１ａが摺動しないように、トロリ線１ａの数径間周期で付与されるジグザグ偏位（左右偏位）である。図２及び図３に示すトロリ線偏位Δは、普通鉄道の場合には250mm以内に設定されており、新幹線の場合には300mm以内に設定されている。架線支持装置２は、図３に示すように、左右交互にトロリ線１ａが偏位するように、このトロリ線１ａを外側に引っ張る曲線引金具、又はトロリ線１ａの振動を抑えてこのトロリ線１ａを支持する振止金具などの架線金具である。
【００２３】
図１に示す軌道３は、車両４が走行する通路（線路）である。軌道３は、車両４の車輪４ｄが転がり接触する左右一対のレール３ａを備えている。車両４は、軌道３に沿って走行する移動体である。車両４は、例えば、電車又は電気機関車などの電気車（鉄道車両）である。車両４は、車体４ａと、屋根上面４ｂと、台車４ｃなどを備えている。車体４ａは、乗客又は貨物などの搭載物を積載し輸送するための構造物であり、屋根上面４ｂは集電装置５などの屋根上機器が設置される部分である。台車４ｃは、車体４ａを支持して走行する装置であり車輪４ｄなどを備えている。
【００２４】
図１〜図４に示す集電装置（パンタグラフ）５は、架線１のトロリ線１ａから電力を車両４に導くための装置である。集電装置５は、図１に示す台枠５ａと、碍子（がいし）５ｂと、枠組５ｃと、図４に示す主ばね（押上げ用ばね）５ｄと、図１〜図３に示す集電舟（舟体）５ｅと、図１〜図４に示すすり板５ｆと、図１〜図３に示すホーン５ｇと、図４に示す復元ばね５ｆなどを備えている。集電装置５は、図１〜図３に示すように、架線１のトロリ線１ａと摺動するすり板５ｆによってこのトロリ線１ａから集電する。図１に示す集電装置５は、車両４の進行方向に対して非対称であり、一方向又は両方向に使用可能なシングルアーム式パンタグラフである。
【００２５】
図１に示す台枠５ａは、枠組５ｃを支持して車体４ａの屋根上に設置される部材であり、碍子５ｂ上に設置されている。碍子５ｂは、車体４ａと台枠５ａとの間を電気的に絶縁する部材である。枠組５ｃは、集電舟５ｅを支持する部材であり、集電舟５ｅを支持した状態で上下方向に動作可能なリンク機構である。図４に示す主ばね５ｄは、枠組５ｃに上昇力を付与する部材であり、この枠組５ｃを上方に押し上げるように台枠５ａを取り付けられている。図１〜図３に示す集電舟５ｅは、すり板５ｆを取り付けて支持する部材である。図１〜図３に示す集電舟５ｅは、図２に示すように、一般にトロリ線１ａと直交する方向（まくらぎ方向）に伸びた細長い金属製の柱状部材である。
【００２６】
図１〜図４に示すすり板５ｆは、架線１のトロリ線１ａと摺動する部材である。すり板５ｆは、図２に示すように、車両４の進行方向と直交する方向に伸びた金属製又は炭素製の板状部材である。すり板５ｆは、集電舟５ｅとは別個に製造される別部品であり、この集電舟５ｅと一体に取り付けられている。すり板５ｆは、トロリ線１ａと接触移動（摺動）して大電流が流れるため、一定の機械的強度、導電性及び耐摩耗性などが要求される。すり板５ｆは、車両４が本線走行時に主にトロリ線１ａと摺動する主すり板として機能するすり板片であり、このすり板片を複数並べた状態で配置されている。すり板５ｆは、例えば、外観形状が略平行四辺形の薄板状部材であり、集電舟５ｅの中央部に取り付けられている。すり板５ｆは、図３に示すように、集電舟５ｅの進行する方向（すり板５ｆの長さ方向と直交する方向）に対して所定の傾斜角度で両端部が斜めに直線状に切断されている。すり板５ｆは、例えば、カーボン（炭素）を主原料とするカーボン系すり板、鉄又は銅などを主成分とする焼結合金すり板である。
【００２７】
図１〜図３に示すホーン５ｇは、車両４が分岐器を通過するときに、この分岐器の上方で交差する２本のトロリ線１ａのうち車両４の進行方向とは異なる方向のトロリ線１ａへの割込みを防止するための部材である。ホーン５ｇは、図２及び図３に示すように、集電舟５ｅの長さ方向の両端部から突出しており、図２に示すように先端部が湾曲して形成された金属製の部材である。図４に示す復元ばね５ｈは、トロリ線１ａに対する集電舟５ｅの追従性を向上させる部材であり、この枠組５ｃに支持された状態でこの集電舟５ｅとこの枠組５ｃとの間に取り付けられている。
【００２８】
図２（Ｂ）及び図４に示す局部摩耗Ｗは、すり板５ｆの摺動面に発生する局所的な摩耗である。局部摩耗Ｗは、すり板５ｆの摺動面の同一箇所でトロリ線１ａと摺動が続いたときに、この箇所のみですり板５ｆの摩耗が進行してこのすり板５ｆに発生する凹状の摩耗（段付き摩耗又は溝摩耗）である。局部摩耗Ｗは、トロリ線１ａとすり板５ｆとが離れる離線が発生したときに、このトロリ線１ａとこのすり板５ｆとの間にアークＡが発生し、このアークＡの発生によってすり板５ｆの摺動面に形成される。局部摩耗Ｗは、すり板５ｆが摩耗するときにある部位の摩耗だけが特に早く進行し、一旦すり板５ｆに発生すると成長してすり板５ｆの寿命を短くする。
【００２９】
図５に示す摩耗形状測定装置６は、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSを測定する装置である。摩耗形状測定装置６は、例えば、車両基地を出発した車両４がこの車両基地に帰着する毎に、この車両基地内の所定の停止位置にこの車両４を停止させた状態で、実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSをレーザ光によって測定するレーザ変位計などの計測装置である。摩耗形状測定装置６は、照射部６ａと、受光部６ｂと、保持部６ｃと、駆動部６ｄと、位置検出部６ｅと、摩耗形状演算部６ｆと、制御部６ｇなどを備えている。摩耗形状測定装置６は、離線発生予測装置７との間で相互に通信が可能なように接続されている。
【００３０】
照射部６ａは、すり板５ｆの上面にレーザ光を照射する手段である。受光部６ｂは、すり板５ｆの上面で反射する反射レーザ光を受光する手段である。保持部６ｃは、照射部６ａ及び受光部６ｂを保持する手段である。駆動部６ｄは、保持部６ｃを駆動する手段である。駆動部６ｄは、すり板５ｆの摺動面を含むこのすり板５ｆの上面にレーザ光が照射されるように、すり板５ｆの長さ方向（図中Ｘ軸方向）に保持部６ｃを駆動するとともに、このすり板５ｆの幅方向（図中Ｚ軸方向）に保持部６ｃを駆動する。駆動部６ｄは、例えば、保持部６ｃを駆動するための駆動力を発生するリニアモータ又は送りねじ機構などの駆動力発生部を備えている。位置検出部６ｅは、レーザ光の照射位置を検出する手段である。位置検出部６ｅは、例えば、保持部６ｃのＸ軸方向及びＺ軸方向の現在位置を検出することによって、すり板５ｆの上面のレーザ光の照射位置を検出するリニアエンコーダなどの位置検出装置である。位置検出部６ｅは、レーザ光の照射位置を検出位置信号（検出位置情報）として制御部６ｇに出力する。摩耗形状演算部６ｆは、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSを演算する手段である。摩耗形状演算部６ｆは、照射部６ａが照射するレーザ光と受光部６ｂが受光する反射レーザ光との位相差に基づいて、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSを演算する。摩耗形状演算部６ｆは、演算後の摩耗形状ＷSを摩耗形状信号（摩耗形状情報）として制御部６ｇに出力する。制御部６ｇは、摩耗形状測定装置６に関する種々の動作を制御する中央処理部（CPU）である。制御部６ｇは、位置検出部６ｅが出力する位置検出信号に基づいて駆動部６ｄを制御するとともに、摩耗形状演算部６ｆが出力する摩耗形状信号を離線発生予測装置７の信号入力部７ａに出力する。
【００３１】
図６に示す離線発生予測装置７は、集電装置５のすり板５ｆと架線１のトロリ線１ａとが離れる離線の発生を予測する装置である。離線発生予測装置７は、図３及び図４に示すトロリ線１ａ及びすり板５ｆの左右方向の相対移動速度ｖに基づいて離線の発生を予測する。離線発生予測装置７は、図６に示すように、信号入力部７ａと、摩耗形状情報記憶部７ｂと、摩耗形状予測演算部７ｃと、演算条件設定部７ｄと、演算条件情報記憶部７ｅと、限界摩耗形状情報記憶部７ｆと、離線発生判定部７ｇと、離線発生判定情報記憶部７ｈと、離線発生予測プログラム記憶部７ｉと、表示部７ｊと、制御部７ｋなどを備えている。離線発生予測装置７は、パーソナルコンピュータなどを中心として構成されており、離線発生予測プログラムに従って所定の処理を実行する。
【００３２】
図６に示す信号入力部７ａは、種々の信号を入力させる手段である。信号入力部７ａには、摩耗形状測定装置６が出力する摩耗形状情報が入力し、信号入力部７ａはこの摩耗形状情報を制御部７ｋに出力する。
【００３３】
図６に示す摩耗形状情報記憶部７ｂは、摩耗形状測定装置６が測定した摩耗形状情報を記憶する手段である。摩耗形状情報記憶部７ｂは、例えば、摩耗形状測定装置６が出力する摩耗形状情報をすり板５ｆ毎に記憶するメモリなどである。摩耗形状情報記憶部７ｂは、図７に示すように、各集電装置５のすり板５ｆを区別するために各すり板５ｆに対応して付与されている固有情報（すり板識別情報）Ｉ1，…，ＩNと対応する摩耗形状ＷSを摩耗形状情報Ｗ1，…，ＷNとして記憶する。
【００３４】
図６に示す摩耗形状予測演算部７ｃは、すり板５ｆの局部摩耗Ｗが進行して離線が発生を開始するときのこの局部摩耗Ｗの限界の形状を限界摩耗形状ｆ(x)として予測演算する手段である。ここで、限界摩耗形状ｆ(x)とは、トロリ線１ａとすり板５ｆとが接触を保てなくなって離線が発生を開始するときのすり板５ｆの局部摩耗Ｗの臨界形状である。摩耗形状予測演算部７ｃは、図２に示すようなすり板５ｆの局部摩耗Ｗの発生箇所に向かってトロリ線１ａが落ち込む場合に、トロリ線１ａとすり板５ｆとが接触を保てずに離線するときのこの局部摩耗Ｗの限界の形状を限界摩耗形状ｆ(x)として予測演算する。摩耗形状予測演算部７ｃは、図４に示す架線１及び集電装置５の振動モデルの運動方程式に基づいて、限界摩耗形状ｆ(x)を予測演算する。
【００３５】
図４に示す記号は、図１に示す架線１及び集電装置５によって構成される集電系の振動モデルの各要素である。図４に示すｙtは、トロリ線１ａの上下方向の変位(m)であり、ｙ1はすり板５ｆの上下方向の変位(m)であり、ｙ2は枠組５ｃの上下方向の変位(m)である。ｋtは、トロリ線１ａのばね定数(N/m)であり、ｋ1は復元ばね５ｈのばね定数(N/m)である。ｃtはトロリ線１ａの減衰係数(Ns/m)であり、ｃ1は復元ばね５ｈの減衰係数(Ns/m)であり、ｃ2は主ばね５ｄの減衰係数(Ns/m)である。ｍtは、トロリ線１ａの等価質量(kg)であり、ｍ1はすり板５ｆ及び集電舟５ｅの質量(kg)であり、ｍ2は枠組５ｃの質量(kg)である。ｖは、トロリ線１ａ及びすり板５ｆの左右方向の相対移動速度 (m/s)である。図５に示す振動モデルの運動方程式は、以下に示す数１〜数３によって表される。
【００３６】
【数１】
2014225956.tif 000003
【００３７】
【数２】
2014225956.tif 000004
【００３８】
【数３】
2014225956.tif 000005
【００３９】
ここで、数１及び数２に示すＮは、接触力(N)であり、トロリ線１ａとすり板５ｆとの間に作用する垂直方向の力である。数３に示すＦ0は、押上力(N)であり、トロリ線１ａに向かって集電舟５ｅを押し上げる力である。図２及び図４に示すすり板５ｆの局部摩耗Ｗの発生箇所にトロリ線１ａが落ち込んでいく場合には、トロリ線１ａ及びすり板５ｆの左右方向の相対移動速度ｖ(m/s)と局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSとによっては、すり板５ｆとトロリ線１ａとが接触を保てず離線する。このようなトロリ線１ａとすり板５ｆとが接触を保てなくなる限界では、接触力Ｎがゼロになるため、Ｎ＝０として以下の数４に示す初期条件のもとで数１を解くと、トロリ線１ａの上下方向の変位ｙtは以下に示す数５によって表される。
【００４０】
【数４】
2014225956.tif 000006
【００４１】
【数５】
2014225956.tif 000007
【００４２】
ここで、数４に示すＮ0は、静押上力(N)であり、トロリ線１ａとすり板５ｆとの間に作用する接触力Ｎのうち、動的な効果及び空気力に起因する接触力を含まない力である。静押上力Ｎ0は、停止時に集電舟５ｅがトロリ線１ａを押し上げている力に等しい。集電装置５の主ばねにダンパが取り付けられていない場合には、数３に示す主ばねの減衰定数ｃ2＝０となるため、すり板５ｆの上下方向の変位ｙ1は以下に示す数６によって表される。
【００４３】
【数６】
2014225956.tif 000008
【００４４】
限界摩耗形状ｆ(x)は、トロリ線１ａとすり板５ｆとの追随限界の和で表され、以下に示す数７によって表されるとともに、トロリ線１ａ及びすり板５ｆの左右方向の相対移動速度ｖは以下に示す数８によって表される。
【００４５】
【数７】
2014225956.tif 000009
【００４６】
【数８】
2014225956.tif 000010
【００４７】
ここで、数８に示すＶは、図１に示す車両４が車両基地を出発してから車両基地に帰着するまでにこの車両４が走行するときの最高速度(m/s)である。θは、図１に示す軌道３の左右のレール３ａ間の中心線（軌道中心線）と、図２及び図３に示すトロリ線１ａの中心線とが挟む角度である。摩耗形状予測演算部７ｃは、トロリ線１ａの上下方向の変位ｙtと、すり板５ｆの上下方向の変位ｙ1と、トロリ線１ａ及びすり板５ｆの左右方向の相対移動速度ｖとに基づいて、限界摩耗形状ｆ(x)を予測演算する。摩耗形状予測演算部７ｃは、数７に数８を代入するとともに、演算条件情報記憶部７ｅが記憶する演算条件情報に基づいて限界摩耗形状ｆ(x)を演算し、この演算結果を限界摩耗形状信号（限界摩耗形状情報）として制御部７ｋに出力する。
【００４８】
図６に示す演算条件設定部７ｄは、限界摩耗形状ｆ(x) を演算するために必要な演算条件を設定する手段である。演算条件設定部７ｄは、図４に示すトロリ線１ａのばね定数ｋtと、トロリ線１ａの減衰係数ｃtと、トロリ線１ａの等価質量ｍtと、すり板５ｆ及び集電舟５ｅの質量ｍ1と、復元ばね５ｈのばね定数ｋ1と、復元ばね５ｈの減衰係数ｃ1と、枠組５ｃの質量ｍ2と、主ばね５ｄの減衰係数ｃ2と、静押上力Ｎ0と、トロリ線１ａ及びすり板５ｆの左右方向の相対移動速度ｖとを集電装置５のすり板５ｆ毎に演算条件情報として設定する。演算条件設定部７ｄは、例えば、使用者の手動操作によって演算条件情報を入力する入力装置又は補助入力装置などである。演算条件設定部７ｄは、設定後の演算条件を演算条件信号（演算条件情報）として制御部７ｋに出力する。
【００４９】
図６に示す演算条件情報記憶部７ｅは、演算条件設定部７ｄが設定した演算条件情報を記憶する手段である。演算条件情報記憶部７ｅは、例えば、演算条件設定部７ｄが出力する演算条件情報をすり板５ｆ毎に記憶するメモリなどである。演算条件情報記憶部７ｅは、図８に示すように、各すり板５ｆの固有情報Ｉ1，…，ＩNと対応して演算条件情報が記憶されている。演算条件情報記憶部７ｅは、例えば、トロリ線１ａのばね定数ｋtに関するばね定数情報Ｋt1，…，ＫtNと、トロリ線１ａの減衰係数ｃtに関する減衰係数情報Ｃt1，…，ＣtNと、トロリ線１ａの等価質量ｍtに関する等価質量情報Ｍt1，…，ＭtNと、すり板５ｆ及び集電舟５ｅの質量ｍ1に関する質量情報Ｍ11，…，Ｍ1Nと、復元ばね５ｈのばね定数ｋ1に関するばね定数情報Ｋ11，…，Ｋ1Nと、復元ばね５ｈの減衰係数Ｃ1に関する減衰係数情報Ｃ11，…，Ｃ1Nと、枠組５ｃの質量ｍ2に関する質量情報Ｍ21，…，Ｍ2Nと、主ばね５ｄの減衰係数Ｃ2に関する減衰係数情報Ｃ21，…，Ｃ2Nと、静押上力Ｎ0に関する静押上力情報Ｎ01，…，Ｎ0Nと、トロリ線１ａ及びすり板５ｆの左右方向の相対移動速度ｖに関する相対移動速度情報Ｖ1，…，ＶNなどを各すり板５ｆの固有情報Ｉ1，…，ＩNと対応させて演算条件情報として記憶する。
【００５０】
図６に示す限界摩耗形状情報記憶部７ｆは、摩耗形状予測演算部７ｃが演算した限界摩耗形状情報を記憶する手段である。限界摩耗形状情報記憶部７ｆは、例えば、摩耗形状予測演算部７ｃが出力する限界摩耗形状情報をすり板５ｆ毎に記憶するメモリなどである。限界摩耗形状情報記憶部７ｆは、図９に示すように、各すり板５ｆの固有情報Ｉ1，…，ＩNに対応する限界摩耗形状ｆ(x)を限界摩耗形状情報Ｆ1，…，ＦNとして記憶する。
【００５１】
図６に示す離線発生判定部７ｇは、離線の発生の有無を判定する手段である。離線発生判定部７ｇは、摩耗形状測定装置６の測定結果と摩耗形状予測演算部７ｃの測定結果とに基づいて、離線の発生の有無を判定する。離線発生判定部７ｇは、図７に示す摩耗形状情報記憶部７ｂが記憶する摩耗形状情報Ｗ1，…と、図９に示す限界摩耗形状情報記憶部７ｆが記憶する限界摩耗形状情報Ｆ1，…とに基づいて、図１０に示す摩耗形状ＷSと限界摩耗形状ｆ(x)とを比較して離線の発生の有無を判定する。ここで、図１０に示す実線は、離線発生予測装置７が演算した限界摩耗形状ｆ(x)であり、点線は摩耗形状測定装置６が測定した実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSである。縦軸はすり板５ｆの垂直方向（厚さ方向）の距離（局部摩耗Ｗの深さ)(mm)であり、横軸はすり板５ｆのまくらぎ方向（長さ方向）の距離(mm)である。離線発生判定部７ｇは、例えば、図１０（Ａ）に点線で示す実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが、実線で示す限界摩耗形状ｆ(x)を超えるときには、離線が発生する可能性が高いと判定する。一方、離線発生判定部７ｇは、例えば、図１０（Ｂ）に点線で示す実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが、実線で示す限界摩耗形状ｆ(x)を超えていないときには、離線が発生する可能性が低いと判定する。離線発生判定部７ｇは、離線の発生の有無に応じた離線発生判定信号（路線発生判定情報）を制御部７ｋに出力する。
【００５２】
図１１に示す離線発生判定情報記憶部７ｈは、離線発生判定部７ｇが判定した離線の発生の有無に関する離線発生判定情報を記憶する手段である。離線発生判定情報記憶部７ｈは、例えば、離線発生判定部７ｇが出力する離線発生判定情報をすり板５ｆ毎に記憶するメモリなどである。離線発生判定情報記憶部７ｈは、図１１に示すように、各すり板５ｆの固有情報Ｉ1，…，ＩNに対応する離線の発生の有無を離線発生判定情報Ｌ1，…，ＬNとして記憶する。
【００５３】
図６に示す離線発生予測プログラム記憶部７ｉは、集電装置５のすり板５ｆと架線１のトロリ線１ａとが離れる離線の発生を予測する離線発生予測プログラムを記憶する手段である。離線発生予測プログラム記憶部７ｉは、情報記録媒体から読み取った離線発生予測プログラム、又は電気通信回線を通じて取り込まれた離線発生予測プログラムなどを記憶するメモリである。
【００５４】
表示部７ｊは、種々の情報を表示する手段である。表示部７ｊは、例えば、図１０に示すような実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSと、摩耗形状予測演算部７ｃが予測演算した限界摩耗形状ｆ(x)とを対比して表示したり、図１１に示すような各すり板５ｆの固有情報Ｉ1，…，ＩNと対応させて離線の発生の有無の判定結果を表示したりする。
【００５５】
図６に示す制御部７ｋは、離線発生予測装置７に関する種々の動作を制御する中央処理部（CPU）である。制御部７ｋは、離線発生予測プログラム記憶部７ｉから離線発生予測プログラムを読み出して、この離線発生予測プログラムに従って所定の評価処理を実行する。制御部７ｋは、例えば、信号入力部７ａが出力する摩耗形状情報Ｗ1，…を摩耗形状情報記憶部７ｂに出力したり、摩耗形状情報記憶部７ｂに摩耗形状情報Ｗ1，…の記憶を指令したり、演算条件設定部７ｄが出力する演算条件情報を演算条件情報記憶部７ｅに出力したり、演算条件情報記憶部７ｅに演算条件情報の記憶を指令したり、演算条件情報記憶部７ｅから演算条件情報を読み出して摩耗形状予測演算部７ｃに出力したり、摩耗形状予測演算部７ｃに限界摩耗形状ｆ(x)の演算を指令したり、摩耗形状予測演算部７ｃが出力する限界摩耗形状情報Ｆ1，…を限界摩耗形状情報記憶部７ｆに出力したり、摩耗形状情報記憶部７ｂから摩耗形状情報Ｗ1，…を読み出して離線発生判定部７ｇ及び表示部７ｊに出力したり、限界摩耗形状情報記憶部７ｆから限界摩耗形状情報Ｆ1，…を読み出して離線発生判定部７ｇ及び表示部７ｊに出力したり、離線発生判定部７ｇに離線の発生の有無の判定を指令したり、離線発生判定部７ｇが出力する離線発生判定情報Ｌ1，…を離線発生判定情報記憶部７ｈに出力したり、離線発生判定情報記憶部７ｈに離線発生判定情報Ｌ1，…の記憶を指令したり、離線発生判定情報記憶部７ｈから離線発生判定情報Ｌ1，…を読み出して表示部７ｊに出力したり、摩耗形状情報Ｗ1，…、限界摩耗形状情報Ｆ1，…及び離線発生判定情報Ｌ1，…の表示を表示部７ｊに指令したりする。制御部７ｋには、信号入力部７ａ、摩耗形状情報記憶部７ｂ、摩耗形状予測演算部７ｃ、演算条件設定部７ｄ、演算条件情報記憶部７ｅ、限界摩耗形状情報記憶部７ｆ、離線発生判定部７ｇ、離線発生判定情報記憶部７ｈ、離線発生予測プログラム記憶部７ｉ及び表示部７ｊなどが相互に通信可能なようにバスなどの通信手段によって接続されている。
【００５６】
次に、この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置の動作を説明する。
以下では、図６に示す制御部７ｋの動作を中心として説明する。
図１２に示すステップ（以下、Ｓという）１００において、離線発生予測プログラム記憶部７ｉから離線発生予測プログラムを制御部７ｋが読み込む。図示しない電源が使用者にON操作されると図６に示す離線発生予測装置７に電力が供給されて、離線発生予測プログラム記憶部７ｉから離線発生予測プログラムを制御部７ｋが読み込み、一連の離線発生予測処理を制御部７ｋが実行する。
【００５７】
Ｓ１１０において、演算条件情報が入力したか否かを制御部７ｋが判断する。図６に示す演算条件設定部７ｄを使用者が操作して、図４に示すトロリ線１ａのばね定数ｋtなどの演算条件が入力されると、演算条件設定部７ｄが演算条件情報を制御部７ｋに出力する。演算条件設定部７ｄから演算条件情報が入力したと制御部７ｋが判断したときにはＳ１２０に進み、演算条件設定部７ｄから演算条件情報が入力していないと制御部７ｋが判断したときには演算条件情報が入力するまでＳ１１０の判断を繰り返す。
【００５８】
Ｓ１２０において、演算条件情報の記憶を演算条件情報記憶部７ｅに制御部７ｋが指令する。演算条件設定部７ｄから演算条件情報が制御部７ｋに入力すると、この演算条件情報を制御部７ｋが演算条件情報記憶部７ｅに出力し、この演算条件情報の記憶を演算条件情報記憶部７ｅに指令する。その結果、図８に示すように、各すり板５ｆに対応する固有情報Ｉ1，…毎に、トロリ線１ａのばね定数情報Ｋt1，…などの演算条件情報を演算条件情報記憶部７ｅが記憶する。
【００５９】
Ｓ１３０において、限界摩耗形状ｆ(x)の演算を摩耗形状予測演算部７ｃに制御部７ｋが指令する。演算条件情報記憶部７ｅから演算条件情報を制御部７ｋが読み出してこの演算条件情報を摩耗形状予測演算部７ｃに制御部７ｋが出力する。その結果、摩耗形状予測演算部７ｃが演算条件情報を数５〜数８に代入して限界摩耗形状ｆ(x)を演算し、限界摩耗形状情報Ｆ1，…を限界摩耗形状情報記憶部７ｆに制御部７ｋが出力する。
【００６０】
Ｓ１４０において、限界摩耗形状情報Ｆ1，…の記憶を限界摩耗形状情報記憶部７ｆに制御部７ｋが指令する。摩耗形状予測演算部７ｃから限界摩耗形状情報Ｆ1，…が制御部７ｋに入力すると、この限界摩耗形状情報Ｆ1，…を制御部７ｋが限界摩耗形状情報記憶部７ｆに出力し、この限界摩耗形状情報Ｆ1，…の記憶を限界摩耗形状情報記憶部７ｆに指令する。その結果、図９に示すように、各すり板５ｆに対応する固有情報Ｉ1，…毎に限界摩耗形状情報Ｆ1，…を限界摩耗形状情報記憶部７ｆが記憶する。
【００６１】
Ｓ１５０において、同一のすり板５ｆの摩耗形状情報Ｗ1，…が存在するか否かを制御部７ｋが判断する。演算条件設定部７ｄによって設定された演算条件情報と対応するすり板５ｆの固有情報Ｉ1，…と同一の固有情報Ｉ1，…が付与されているすり板５ｆの摩耗形状情報Ｗ1，…が存在するか否かを制御部７ｋが判断する。演算条件情報と対応するすり板５ｆの固有情報Ｉ1，…をインデックスとして摩耗形状情報記憶部７ｂを制御部７ｋが参照して、このすり板５ｆの固有情報Ｉ1，…と同一の固有情報Ｉ1，…が付与されているすり板５ｆの摩耗形状情報Ｗ1，…を制御部７ｋが検索する。固有情報Ｉ1，…が同一のすり板５ｆの摩耗形状情報Ｗ1，…が存在すると制御部７ｋが判断したときにはＳ１６０に進み、固有情報Ｉ1，…が同一のすり板５ｆの摩耗形状情報Ｗ1，…が存在しないと制御部７ｋが判断したときには一連の離線発生予測処理を終了する。
【００６２】
Ｓ１６０において、離線の発生の有無の判定を離線発生判定部７ｇに制御部７ｋが指令する。固有情報Ｉ1，…が同一のすり板５ｆの摩耗形状情報Ｗ1，…を摩耗形状情報記憶部７ｂから制御部７ｋが読み出して、この摩耗形状情報Ｗ1，…を離線発生判定部７ｇに制御部７ｋが出力する。また、固有情報Ｉ1，…が同一のすり板５ｆの限界摩耗形状情報Ｆ1，…を限界摩耗形状情報記憶部７ｆから制御部７ｋが読み出して、この限界摩耗形状情報Ｆ1，…を離線発生判定部７ｇに制御部７ｋが出力する。すり板５ｆの局部摩耗Ｗが進行すると、大きな溝や段がすり板５ｆの摺動面に形成され、この溝や段の形成箇所にトロリ線１ａが拘束される。このため、すり板５ｆの同一箇所をトロリ線１ａが摺動を続けて、すり板５ｆの局部摩耗Ｗが急速に進行する。その結果、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが限界摩耗形状ｆ(x)を超えると、摩耗形状ＷSが限界摩耗形状ｆ(x)を超えた箇所で離線が発生して、局部摩耗Ｗが進行する。図１０に示すように、摩耗形状情報Ｗ1，…と限界摩耗形状情報Ｆ1，…とを離線発生判定部７ｇが比較して、摩耗形状ＷSが限界摩耗形状ｆ(x)を超えているか否かを離線発生判定部７ｇが判定する。例えば、図１０（Ａ）に示すように、実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが限界摩耗形状ｆ(x)を超えており、摩耗形状ＷSのほうが限界摩耗形状ｆ(x)よりも傾きが大きいときには、離線の発生の可能性が高いと離線発生判定部７ｇが判定し、離線発生有の離線発生判定情報Ｌ1，…を制御部７ｋに出力する。一方、図１０（Ｂ）に示すように、実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが限界摩耗形状ｆ(x)を超えておらず、摩耗形状ＷSのほうが限界摩耗形状ｆ(x)よりも傾きが小さいときには、離線の発生の可能性が低いと離線発生判定部７ｇが判定し、離線発生無の離線発生判定情報Ｌ1，…を制御部７ｋに出力する。
【００６３】
Ｓ１７０において、離線発生判定情報Ｌ1，…の記憶を離線発生判定情報記憶部７ｈに制御部７ｋが指令する。離線発生判定部７ｇから離線発生判定情報Ｌ1，…が制御部７ｋに入力すると、この離線発生判定情報Ｌ1，…を制御部７ｋが離線発生判定情報記憶部７ｈに出力し、この離線発生判定情報Ｌ1，…の記憶を離線発生判定情報記憶部７ｈに指令する。その結果、図１１に示すように、各すり板５ｆに対応する固有情報Ｉ1，…毎に離線発生判定情報Ｌ1，…を離線発生判定情報記憶部７ｈが記憶する。
【００６４】
Ｓ１８０において、摩耗形状情報Ｗ1，…、限界摩耗形状情報Ｆ1，…及び離線発生判定情報Ｌ1，…の表示を表示部７ｊに制御部７ｋが指令する。摩耗形状情報記憶部７ｂから摩耗形状情報Ｗ1，…を制御部７ｋが読み出すとともに、限界摩耗形状情報記憶部７ｆから限界摩耗形状情報Ｆ1，…を制御部７ｋが読み出すと、この摩耗形状情報Ｗ1，…及びこの限界摩耗形状情報Ｆ1，…を表示部７ｊに制御部７ｋが出力する。その結果、図１０に示すように、各すり板５ｆに対応する固有情報Ｉ1，…毎に、摩耗形状ＷSと限界摩耗形状ｆ(x)とを対比して表示部７ｊが表示画面上に表示する。また、離線発生判定部７ｇから離線発生判定情報Ｌ1，…が制御部７ｋに入力すると、この離線発生判定情報Ｌ1，…を制御部７ｋが表示部７ｊに出力し、図１１に示すように各すり板５ｆに対応する固有情報Ｉ1，…毎に、離線の発生の有無を表示部７ｊが表示画面上に表示する。
【００６５】
図１３に示す実線は、離線発生予測装置７による限界摩耗形状ｆ(x)の計算値であり、点線は摩耗形状測定装置６による離線発生後の実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSの実測値である。縦軸はすり板５ｆの垂直方向（厚さ方向）の距離（局部摩耗Ｗの深さ)(mm)であり、横軸はすり板５ｆのまくらぎ方向（長さ方向）の距離(mm)である。図１３に示すように、計算値のほうが実測値よりも傾きが大きくなっており、実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが限界摩耗形状ｆ(x)を超えているときに離線が発生している。その結果、実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSと限界摩耗形状ｆ(x)とを比較することによって、離線の発生の有無を判定可能であることが確認された。
【００６６】
この発明の第１実施形態に係る離線発生予測装置及び離線発生予測プログラムには、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、すり板５ｆの局部摩耗Ｗが進行して離線が発生を開始するときのこの局部摩耗Ｗの限界の形状を限界摩耗形状ｆ(x)として摩耗形状予測演算部７ｃが予測演算する。このため、すり板５ｆの表面形状が集電系の追従限界を超えて離線が発生するような形状となった場合に、すり板５ｆの局部摩耗Ｗが急速に進展すると仮定したときに、この集電系の追従限界を超える臨界形状を容易に予測演算することができる。例えば、すり板５ｆの局部摩耗Ｗが進展して離線が発生を開始する初期段階の局部摩耗Ｗの傾きなどを限界摩耗形状ｆ(x)として予め精度よく演算することができる。その結果、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSの傾きの変化によって、離線発生開始時のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの形状を早期に予測することができ、離線の発生を正確に予測し判定することができる。
【００６７】
(2) この第１実施形態では、架線１及び集電装置５の振動モデルの運動方程式に基づいて、摩耗形状予測演算部７ｃが限界摩耗形状ｆ(x)を予測演算する。このため、簡単な演算式によって離線発生開始時のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの形状を計算によって予測することができる。
【００６８】
(3) この第１実施形態では、トロリ線１ａの上下方向の変位ｙtと、すり板５ｆの上下方向の変位ｙ1と、トロリ線１ａ及びすり板５ｆの左右方向の相対移動速度ｖとに基づいて、摩耗形状予測演算部７ｃが限界摩耗形状ｆ(x)を予測演算する。このため、例えば、車両４が車両基地を出発してから車両基地に帰着するまでにこの車両４が走行するときの最高速度に基づいて、トロリ線１ａ及びすり板５ｆの左右方向の相対移動速度ｖを演算することによって、限界摩耗形状ｆ(x)を簡単に予測演算することができる。
【００６９】
(4) この第１実施形態では、局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSを測定する摩耗形状測定装置６の測定結果と、摩耗形状予測演算部７ｃの演算結果とに基づいて、離線発生判定部７ｇが離線の発生の有無を判定する。このため、局部摩耗Ｗの形状がどのような形状になったときにすり板５ｆを交換する必要があるかを容易に判断することができる。
【００７０】
（第２実施形態）
以下では、図１〜図１１に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図１４〜図１６に示す離線発生判定装置８は、集電装置５のすり板５ｆと架線１のトロリ線１ａとが離れる離線の発生の有無を判定する装置である。離線発生判定装置８は、実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの発生箇所に使用者が重ね合せることによって、この局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが限界摩耗形状ｆ(x)を超えているか否かを使用者が判定するときに判定基準として使用される定規である。離線発生判定装置８は、本体部８ａと指標部８ｂなどを備えている。離線発生判定装置８は、例えば、すり板５ｆ毎に離線の発生の有無を判定可能なように、各すり板５ｆに対応して複数用意されている。
【００７１】
本体部８ａは、離線発生判定装置８の本体を構成する部分である。本体部８ａは、外観が四角形の透明又は半透明の薄板状部材である。本体部８ａは、例えば、ポリカーボネートなどの合成樹脂又は強化ガラスなどによって形成されている。本体部８ａは、すり板５ｆの側面にこの本体部８ａの裏面側を使用者が密着させた状態で、このすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSをこの本体部８ａの表面側から使用者が視認可能な程度の透明度及び厚さに形成されている。
【００７２】
指標部８ｂは、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSと限界摩耗形状ｆ(x)とを比較して、離線の発生の有無を判定するときに指標となる部分である。指標部８ｂは、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSと照合する部分に限界摩耗形状ｆ(x)が形成されている。指標部８ｂは、例えば、本体部８ａの表面及び／又は裏面に限界摩耗形状ｆ(x)を印刷したり、限界摩耗形状ｆ(x)を表示した透明又は半透明のシートを貼り付けたり、限界摩耗形状ｆ(x)を深彫刻印したりして形成されている。
【００７３】
次に、この発明の第２実施形態に係る離線発生判定装置の使用方法を説明する。
先ず、図１４（Ａ）及び図１５（Ａ）に示すように、すり板５ｆの長さ方向における局部摩耗Ｗの一方の端部側の離線の発生を判定する。図１４（Ａ）、図１５（Ａ）及び図１６に示すように、離線発生判定装置８の指標部８ｂの水平な直線部分と、局部摩耗Ｗが形成されていないすり板５ｆの摺動面とが一致するように、図１５（Ｂ）に示すように離線発生判定装置８の本体部８ａの裏面をすり板５ｆの側面に使用者が密着させる。この状態で、実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが示す曲線部分の傾きと、指標部８ｂの限界摩耗形状ｆ(x)が示す曲線部分の傾きとを使用者が視覚によって比較する。例えば、図１６（Ａ）に示すように、点線で示す実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが、指標部８ｂが示す限界摩耗形状ｆ(x)を超える（摩耗形状ＷSの曲線部分の傾きが限界摩耗形状ｆ(x)の曲線部分の傾きよりも大きい）ときには、離線が発生する可能性が高いと使用者が判定する。一方、図１６（Ｂ）に示すように、点線で示す実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが、指標部８ｂに示す限界摩耗形状ｆ(x)を超えていない（摩耗形状ＷSの曲線部分の傾きが限界摩耗形状ｆ(x)の曲線部分の傾きよりも小さい）ときには、離線が発生する可能性が低いと使用者が判定する。次に、図１４（Ｂ）に示すように、すり板５ｆの長さ方向における局部摩耗Ｗの他方の端部側の離線の発生を判定する。この場合には、離線発生判定装置８の表裏を使用者が逆にして、すり板５ｆの長さ方向における局部摩耗Ｗの一方の端部側の離線の発生を判定する場合と同様に、この局部摩耗Ｗの他方の端部側の離線の発生の有無を使用者が判定する。
【００７４】
この発明の第２実施形態に係る離線発生判定装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第２実施形態では、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSと限界摩耗形状ｆ(x)とを比較して、離線の発生の有無を判定するときに指標部８ｂが指標となり、すり板５ｆの局部摩耗Ｗが進行して離線が発生を開始するときのこの局部摩耗Ｗの限界の形状が限界摩耗形状ｆ(x)である。このため、限界摩耗形状ｆ(x)を模擬した測定器具を基準定規として用意しておき、この基準定規をすり板５ｆに当てるだけで離線の発生の有無を簡単に判定することができる。
【００７５】
(2) この第２実施形態では、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSと照合する部分である指標部８ｂに、限界摩耗形状ｆ(x)が形成されている。このため、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSと指標部８ｂとを重ね合せて照合するだけで、離線の発生の有無を簡単に評価することができる。
【００７６】
（第３実施形態）
図１７〜図１９に示す離線発生判定装置８は、実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの発生箇所に使用者が突き合せることによって、この局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが限界摩耗形状ｆ(x)を超えているか否かを使用者が判定するときに判定基準として使用される定規である。離線発生判定装置８は、本体部８ｃと指標部８ｄなどを備えている。
【００７７】
本体部８ｃは、離線発生判定装置８の本体を構成する部分である。本体部８ｃは、外観が四角形の薄板状部材である。本体部８ｃは、例えば、ポリカーボネートなどの合成樹脂又はアルミニウムなどの金属によって形成されている。本体部８ｃは、局部摩耗Ｗが形成されていないすり板５ｆの摺動面に、この本体部８ｃの水平な下縁面を使用者が密着可能な程度の厚さに形成されている。
【００７８】
指標部８ｄは、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSと限界摩耗形状ｆ(x)とを比較して、離線の発生の有無を判定するときに指標となる部分である。指標部８ｄは、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSと突き合わせる部分に限界摩耗形状ｆ(x)が形成されている。指標部８ｄは、本体部８ｃの下縁部を限界摩耗形状ｆ(x)に切削したり、本体部８ｃに限界摩耗形状ｆ(x)を一体成型したり、本体部８ｃとともに限界摩耗形状ｆ(x)を鋳造したりして形成されている。
【００７９】
次に、この発明の第３実施形態に係る離線発生判定装置の使用方法を説明する。
先ず、図１７（Ａ）に示すように、すり板５ｆの長さ方向における局部摩耗Ｗの一方の端部側の離線の発生を判定する。図１７（Ａ）、図１８（Ａ）及び図１９に示すように、離線発生判定装置８の指標部８ｄの水平な直線部分と、局部摩耗Ｗが形成されていないすり板５ｆの摺動面とが一致するように、これらを使用者が密着させる。この状態で、実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが示す曲線部分の傾きと、指標部８ｄの限界摩耗形状ｆ(x)が示す曲線部分の傾きとを使用者が視覚によって比較する。図１９（Ａ）に示すように、摩耗形状ＷSが限界摩耗形状ｆ(x)を超える（摩耗形状ＷSの曲線部分の傾きが限界摩耗形状ｆ(x)の曲線部分の傾きよりも大きい）ときには、離線が発生する可能性が高いと使用者が判定する。一方、図１９（Ｂ）に示すように、実際のすり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSが限界摩耗形状ｆ(x)を超えていない（摩耗形状ＷSの曲線部分の傾きが限界摩耗形状ｆ(x)の曲線部分の傾きよりも小さい）ときには、離線が発生する可能性が低いと使用者が判定する。次に、図１７（Ｂ）に示すように、すり板５ｆの長さ方向における局部摩耗Ｗの他方の端部側の離線の発生を判定する。この場合には、離線発生判定装置８の表裏を使用者が逆にして、すり板５ｆの長さ方向における局部摩耗Ｗの一方の端部側の離線の発生を判定する場合と同様に、この局部摩耗Ｗの他方の端部側の離線の発生の有無を使用者が判定する。
【００８０】
この発明の第３実施形態に係る離線発生判定装置には、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第３実施形態では、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSと突き合わせる部分である指標部８ｄに、限界摩耗形状ｆ(x)が形成されている。このため、すり板５ｆの局部摩耗Ｗの摩耗形状ＷSと指標部８ｄとを突き合わせて比較するだけで、離線の発生の有無を簡単に評価することができる。
【００８１】
（他の実施形態）
この発明の実施形態に係るすり板の局部摩耗検出装置とその検出プログラムには、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、架線１がシンプルカテナリ式ちょう架方式の架線である場合を例に挙げて説明したが、このような架線方式に限定するものではない。例えば、シンプルカテナリ式ちょう架方式の架線１のトロリ線１ａとちょう架線１ｂとの間に補助ちょう架線を１本架設し、補助ちょう架線にトロリ線１ａをハンガイヤー１ｃによって吊り下げるコンパウンドカテナリ式ちょう架方式の架線についてもこの発明を適用することができる。同様に、シンプルカテナリ式ちょう架方式の架線を所定の間隔をあけて２組平行に架設したツインシンプルカテナリ式ちょう架方式の架線についてもこの発明を適用することができる。また、この第１実施形態では、電車線として架空式電車線路を例に挙げて説明したが、架空式電車線路のうち線条ではなく剛体を使用する剛体ちょう架式電車線路、導電性レールを使用する第三軌条式（サードレール式）電車線路などについてもこの発明を適用することができる。さらに、この第１実施形態では、集電装置５がシングルアーム式パンタグラフである場合を例に挙げて説明したが、車両４の進行方向に対して対称である菱形パンタグラフ又は翼型パンタグラフなどの他の形式のパンタグラフについてもこの発明を適用することができる。
【００８２】
(2) この第１実施形態では、摩耗形状測定装置６がレーザ変位計である場合を例に挙げて説明したが、レーザ変位計に限定するものではない。例えば、赤外線によって摩耗形状ＷSを測定する赤外線変位計、摩耗形状ＷSを三次元で測定するレーザビームプロファイラ、接触針又は回転体によって摩耗形状ＷSを測定する表面形状測定器などについてもこの発明を適用することができる。また、この第１実施形態では、離線の発生の有無の判定結果を表示部７ｊに表示する場合を例に挙げて説明したが、車両４を運転する乗務員や車両４の運行状況を管理する中央指令装置にこの判定結果を送信することもできる。さらに、この第２実施形態及び第３実施形態では、本体部８ａに指標部８ｂを形成する場合と、本体部８ｃに指標部８ｄを形成する場合とを例に挙げて説明したが、一つの本体部８ａに二つの指標部８ｂ，８ｄを形成することもできる。
【符号の説明】
【００８３】
１  架線
１ａ  トロリ線
２  架線支持装置
３  軌道
３ａ  レール
４  車両
５  集電装置
５ｆ  すり板
６  摩耗形状測定装置
６ａ  照射部
６ｂ  受光部
６ｃ  保持部
６ｄ  駆動部
６ｅ  位置検出部
６ｆ  摩耗形状演算部
６ｇ  制御部
７  離線発生予測装置
７ａ  信号入力部
７ｂ  摩耗形状情報記憶部
７ｃ  摩耗形状予測演算部
７ｄ  演算条件設定部
７ｅ  演算条件情報記憶部
７ｆ  限界摩耗形状情報記憶部
７ｇ  理伝発生判定部
７ｈ  離線発生判定情報記憶部
７ｉ  離線発生予測プログラム記憶部
７ｊ  表示部
７ｋ  制御部
８  離線発生判定装置
８ａ，８ｃ  本体部
８ｂ，８ｄ  指標部
Ａ  アーク
Ｌ  径間長
Ｐ  支持点
Ｖ  最高速度
ｖ  トロリ線及びすり板の左右方向の相対移動速度
Δ  トロリ線偏位
Ｗ  局部摩耗
ＷS  摩耗形状
ｆ(x)  限界摩耗形状
ｙt  トロリ線の上下方向の変位
ｙ1  すり板の上下方向の変位
ｙ2  枠組の上下方向の変位
ｋt  トロリ線のばね定数
ｋ1  復元ばねのばね定数
ｃt  トロリ線の減衰係数
ｃ1  復元ばねの減衰係数
ｃ2  主ばねの減衰係数
ｍt  トロリ線の等価質量
ｍ1  すり板及び集電舟の質量
ｍ2  枠組の質量
Ｆ0  押上力
Ｉ1，…，ＩN  固有情報
Ｗ1，…，ＷN  摩耗形状情報
Ｆ1，…，ＦN  限界摩耗形状情報
Ｋt1，…，ＫtN  トロリ線のばね定数情報
Ｃt1，…，ＣtN  トロリ線の減衰係数情報
Ｍt1，…，ＭtN  トロリ線の等価質量情報
Ｍ11，…，Ｍ1N  すり板及び集電舟の質量情報
Ｋ11，…，Ｋ1N  復元ばねのばね定数情報
Ｃ11，…，Ｃ1N  復元ばねの減衰係数情報
Ｍ21，…，Ｍ2N  枠組の質量情報
Ｃ21，…，Ｃ2N  主ばねの減衰係数情報
Ｎ01，…，Ｎ0N  静押上力情報
Ｖ1，…，ＶN  相対移動速度情報
Ｌ1，…，ＬN  離線発生判定情報
【図１】
2014225956.tif 000011
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2014225956.tif 000025
【図１６】
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【図１７】
2014225956.tif 000027
【図１８】
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【図１９】
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