(57)【要約】【課題】レール継目におけるレールボンド接合部の耐久性を短期間で評価するため、当該レール継目を列車が通過する際の振動を断続的に繰り返し再現する振動試験を実現する。【解決手段】この振動試験方法は、レールボンドを接合した継目部におけるレールの頭部を連打部によって、列車通過時に前記継目部で発生する振動と近似した振動をレールに繰り返し発生させるように連打する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールボンドを接合した継目部におけるレールの頭部を連打部によって、列車通過時に前記継目部で発生する振動と近似した振動を前記レールに繰り返し発生させるように連打することを特徴とする振動試験方法。
【請求項２】
請求項１記載の振動試験方法において、
前記連打部は、前記レールの頭部を打撃する打撃部と、
前記打撃部の加震源であるコンプレッサとを備え、
前記打撃部の質量は１〜１０ｋｇであり、
前記コンプレッサは０．１〜１．０ＭＰａの空気圧を１０〜３０Ｈｚの周波数により繰り返し前記打撃部に付与して前記打撃部を連打させることを特徴とする振動試験方法。
【請求項３】
請求項２記載の振動試験方法において、
打点時における前記打撃部のクリアランスが３〜１０ｃｍであることを特徴とする振動試験方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載の振動試験方法において、
前記コンプレッサは空気圧及び周波数を変更可能であることを特徴とする振動試験方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の振動試験方法において、
前記連打部による連打開始からの時間を計測するタイマは、前記レールボンドの電気的導通状態を検出する導通センサの検出結果が非導通になると時間の計測を停止することを特徴とする振動試験方法。
【請求項６】
レールボンドを接合した継目部におけるレールの頭部を連打する連打部を備え、
前記連打部は、列車通過時に前記継目部で発生する振動と近似した振動を前記レールに繰り返し発生させるように、前記レールの頭部を連打することを特徴とする振動試験装置。
【請求項７】
請求項６記載の振動試験装置において、
前記連打部は、前記レールの頭部を打撃する打撃部と、
前記打撃部の加震源であるコンプレッサとを備え、
前記打撃部の質量は１〜１０ｋｇであり、
前記コンプレッサは０．１〜１．０ＭＰａの空気圧を１０〜３０Ｈｚの周波数により繰り返し前記打撃部に付与して前記打撃部を連打させることを特徴とする振動試験装置。
【請求項８】
請求項７記載の振動試験装置において、
打点時における前記打撃部のクリアランスが３〜１０ｃｍであることを特徴とする振動試験装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の振動試験装置において、
前記コンプレッサは空気圧及び周波数を変更可能であることを特徴とする振動試験装置。
【請求項１０】
請求項６〜９の何れか一項に記載の振動試験装置において、
前記レールボンドの電気的導通状態を検出する導通センサと、
前記連打部による連打開始からの時間を計測するタイマとを備え、
前記タイマは、前記導通センサの検出結果が非導通になると時間の計測を停止することを特徴とする振動試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動試験方法及び振動試験装置に係り、特にレールの継目に対して振動試験を施す振動試験方法及び振動試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、構造物に対して振動試験を実施する振動試験方法が開発されていて、当該振動試験方法を実施することにより、構造物の振動に関する特性が測定されるようになっている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３６５１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、鉄道のレールも鉄道の通過によって振動しているが、この振動が各レール間の継目に接合されたレールボンドに影響し、レールボンドが脱落する場合がある。このレールボンドの耐久性を評価すべく、特許文献１記載の振動試験方法を適用することも可能であるが、この振動試験方法は、対象物自体の振動を利用して当該対象物の振動特性を測定するものである。このため、この振動試験方法をレールに適用する場合，実際の列車通過が振動の発生源となるため、レールボンドの耐久性を評価するためには列車通行数等に依存し、通行頻度の少ない路線では多大な時間を要することになる。
【０００４】
本発明の課題は、レール継目におけるレールボンド接合部の耐久性を短期間で評価するため、当該レール継目を列車が通過する際の振動を断続的に繰り返し再現する振動試験を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明における振動試験方法は、
レールボンドを接合した継目部におけるレールの頭部を連打部によって、列車通過時に前記継目部で発生する振動と近似した振動を前記レールに繰り返し発生させるように連打することを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の振動試験方法において、
前記連打部は、前記レールの頭部を打撃する打撃部と、
前記打撃部の加震源であるコンプレッサとを備え、
前記打撃部の質量は１〜１０ｋｇであり、
前記コンプレッサは０．１〜１．０ＭＰａの空気圧を１０〜３０Ｈｚの周波数により繰り返し前記打撃部に付与して前記打撃部を連打させることを特徴としている。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の振動試験方法において、
打点時における前記打撃部のクリアランスが３〜１０ｃｍであることを特徴としている。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の振動試験方法において、
前記コンプレッサは空気圧及び周波数を変更可能であることを特徴としている。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の振動試験方法において、
前記連打部による連打開始からの時間を計測するタイマは、前記レールボンドの電気的導通状態を検出する導通センサの検出結果が非導通になると時間の計測を停止することを特徴としている。
【００１０】
請求項６記載の発明における振動試験装置は、
レールボンドを接合した継目部におけるレールの頭部を連打する連打部を備え、
前記連打部は、列車通過時に前記継目部で発生する振動と近似した振動を前記レールに繰り返し発生させるように、前記レールの頭部を連打することを特徴としている。
【００１１】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の振動試験装置において、
前記連打部は、前記レールの頭部を打撃する打撃部と、
前記打撃部の加震源であるコンプレッサとを備え、
前記打撃部の質量は１〜１０ｋｇであり、
前記コンプレッサは０．１〜１．０ＭＰａの空気圧を１０〜３０Ｈｚの周波数により繰り返し前記打撃部に付与して前記打撃部を連打させることを特徴としている。
【００１２】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の振動試験装置において、
打点時における前記打撃部のクリアランスが３〜１０ｃｍであることを特徴としている。
【００１３】
請求項９記載の発明は、請求項７又は８記載の振動試験装置において、
前記コンプレッサは空気圧及び周波数を変更可能であることを特徴としている。
【００１４】
請求項１０記載の発明は、請求項６〜９の何れか一項に記載の振動試験装置において、
前記レールボンドの電気的導通状態を検出する導通センサと、
前記連打部による連打開始からの時間を計測するタイマとを備え、
前記タイマは、前記導通センサの検出結果が非導通になると時間の計測を停止することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、列車通過時にレールの継目部で発生する振動と近似した振動をレールに繰り返し発生させるように、連打部がレールの頭部を連打しているので、試験地であっても実際に列車が通過する際の振動が再現されることになる。このため、実際のレール敷設地でなくともレールボンドの耐久性を短期間に評価することが可能となって、試験時の効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る振動試験方法について図を参照して説明する。まず、振動試験方法を実現する本実施形態の振動試験装置について説明する。図１、図２は、振動試験装置の概略構成図を表す説明図である。図１，２に示すように振動試験装置１は、試験施設に設置された軌道１００上に配置されている。図３は軌道１００の一部を拡大した拡大図である。図３に示すように、軌道１００を形成するレール１０１には、レールボンド１０２を接合した継目部１０３が設けられている。なお、図３では、実際のレール１０１に対して、列車の車輪Ｔによる衝撃が加わった際の状況を表している。この図３の通り、実際列車が継目部１０３を通過する際には、車輪Ｔからの衝撃によりレール１０１が湾曲し、当該湾曲によってレールボンド１０２やボンド接合部１０５も湾曲することになっている。
【００１７】
そして、図１及び図２に示すように、振動試験装置１には、レール１０１の頭部１０６を連打する連打部２と、軌道１００上に配置されて連打部２を固定する基台３とが設けられている。
【００１８】
連打部２には、レール１０１の頭部を打撃する金属製で棒状の打撃部４と、打撃部４を伸縮自在に保持する本体部５と、本体部５内に圧縮空気を所定の周波数で送出して打撃部４を伸縮させ振動させるコンプレッサ６とが備えられている。
打撃部４は、その先端部がレール１０１の頭部１０６のコーナーを打撃できるように位置決めされている。また、コンプレッサ６は、空気圧及び周波数を変更可能となっている。
【００１９】
ここで、図４は実軌道レールの継目部を列車が通過した際の加速度振幅波形の一例を表す線図であり、図５は実軌道レールの継目部を列車が通過した際の周波数スペクトルの一例を表す線図である。この図４，５は、６両編成の在来線特急３８１系が時速約９１ｋｍで実軌道レールの継目部を走行したときに得られた結果である。ここで、本発明者らは上記の振動試験装置１の諸条件を変えつつ、図４や図５の線図に近似する波形が振動試験装置１により再現されるか否かを検討した。なお、この実験時にレール１０１に付与される振動や、当該振動の周波数を測定すべく、レール１０１における連打部２によって連打される部分の近傍に加速度センサを配置して、その検出結果と、図４，図５の線図とを比較した。
【００２０】
本発明者らの実験によって、打撃部４の質量が１〜１０ｋｇ、打点時における打撃部４のクリアランスが３〜１０ｃｍ、コンプレッサ６の空気圧が０．１〜１．０ＭＰａ、コンプレッサ６の周波数（打撃周期）が１０〜３０Ｈｚであると、実軌道レールの継目部を列車が通過した振動に近似した振動がレール１０１に付与されることが分かった。例えば、打撃部４の質量を５ｋｇ、打点時における打撃部４のクリアランスを５ｃｍ、コンプレッサ６の空気圧を０．７ＭＰａ、コンプレッサ６の周波数を２０Ｈｚとして実験を行った。図６は当該実験により検出された加速度振幅波形の線図であり、図７は周波数スペクトルの線図である。
【００２１】
図４と図６を比較すると、実軌道上での振動加速度の最大振幅Ａと、実験による振動加速度の最大振幅Ｂとがほぼ同程度（最大振幅Ｂが最大振幅Ａの８５％程度）となっていることが分かる。また、図５と図７とを比較すると、実軌道上での周波数スペクトルでは１０ｋＨｚ以上の高い周波数成分において複数の加速度ピークが見られるが、これと同様に実験による周波数スペクトルにおいても１０ｋＨｚ以上の高い周波数成分で複数の加速度ピークが見られている。
【００２２】
このように、本発明に係る振動試験装置１で、列車通過時に実軌道レールの継目部で発生する振動と近似した振動をレール１０１に繰り返し発生させることが可能となっている。なお、実軌道レールの振動は設置個所によって特性が異なるので、検査対象となる実軌道レールの設置個所に応じて上記の諸条件を調整することが好ましい。
【００２３】
次に振動試験装置１で実行される振動試験方法について説明する。
まず、作業者は検査対象となる実軌道レールの設置個所に対応するように、上記した範囲内で諸条件を調整する。調整後、作業者は打撃部４の先端部を、レール１０１の頭部１０６のコーナーを打撃するように位置決めし、コンプレッサ６をＯＮとすることで連打を開始させる。この連打時においては、列車通過時に継目部で発生する振動と近似した振動がレールに繰り返し発生されることになる。
【００２４】
作業者は、連打時間を計測しながら目視によりレールボンド１０２やボンド接合部１０５の脱落を判断し、脱落した場合には時間の計測を停止する。その後、測定時間と、振動周波数（コンプレッサ６による振動発生周波数）とにより、実軌道上での脱落時間を推定する。
【００２５】
以上のように、本実施形態によれば、列車通過時にレールの継目部で発生する振動と近似した振動をレール１０１に繰り返し発生させるように、連打部がレール１０１の頭部を連打しているので、試験地であっても実際に列車が通過する際の振動が再現されることになる。このため、実際のレール敷設地でなくともレールボンド１０２の耐久性を評価することが可能となって、試験時の効率を高めることができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、本実施形態では、連打時間を計測しながら、目視によりレールボンド１０２やボンド接合部１０５の脱落を判断し、脱落により時間の計測を停止する場合を例示して説明しているが、時間の計測、脱落の判断を自動で行うようにしてもよい。例えば、振動試験装置１に、レールボンド１０２の電気的導通状態を検出する導通センサと、連打部２による連打開始からの時間を計測するタイマとを設けて、タイマが、導通センサの検出結果が非導通になると時間の計測を停止する構成とすることが挙げられる。これにより、作業者が常に目視していなくとも脱落までの時間を計測でき、より試験時の効率が高められることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る振動試験装置の概略構成図を表す正面図である。
【図２】図１の振動試験装置の概略構成図を表す上面視図である。
【図３】実際のレールに対して、列車の車輪による衝撃が加わった際の状況を表す説明図である。
【図４】実軌道レールの継目部を列車が通過した際の加速度振幅波形の一例を表す線図である。
【図５】実軌道レールの継目部を列車が通過した際の周波数スペクトルの一例を表す線図である。
【図６】図１の振動試験機を用いた実験により検出された加速度振幅波形の線図である。
【図７】図１の振動試験機を用いた実験により検出された周波数スペクトルの線図である。
【符号の説明】
【００２８】
１      振動試験装置
２      連打部
３      基台
４      打撃部
５      本体部
６      コンプレッサ
１００      線路
１０１      レール
１０２      レールボンド
１０３      継目部
１０５      ボンド接合部
１０６      頭部
Ａ      最大振幅
Ｂ      最大振幅
Ｔ      車輪
【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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