(57)【要約】【課題】タンピングツールの貫入深さから道床状態を把握する方法と、この方法によって蓄積したデータの解析結果からタンピングツールを制御する扛上支援装置を提供する。【解決手段】タンピングツールを道床上へ落下させて枕木下の道床をつき固める作業は、タンピングツールの落下、引き上げを数回、繰り返して行う。本発明者らは、前記タンピングツールを落下させたときのタンピングツールが道床へ貫入する深さ（以下は、ツール深さという）が、道床抵抗と比例していることの相関関係を見出し、これを定量化してタンピング作業に対する評価の要素とすることとした。ツール深さは、例えばマルタイに装備されているポテンショメータを利用することで、タンピングツールの上下高さ位置を計測して求めることが可能である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンピングツールを道床上へ落下させて枕木下の道床をつき固めるマルチプルタイタンパの道床保守作業において、タンピングツールの道床への貫入深さをタンピングツールの上下位置を計測することで検知し、予め求めておいた貫入深さと道床抵抗との関係から、当該計測部分における道床抵抗を求めるようにしたことを特徴とする道床状態の検出方法。
【請求項２】
タンピングツールを道床上へ落下させて枕木下の道床をつき固めるマルチプルタイタンパの道床保守作業において、タンピングツールの道床への貫入深さをタンピングツールの上下位置を計測することで検知し、予め求めておいた貫入深さと軌道狂い速度との関係から、当該計測部分における軌道狂い速度を求めるようにしたことを特徴とする道床状態の検出方法。
【請求項３】
タンピングツールを道床上へ落下させて枕木下の道床をつき固めるマルチプルタイタンパの道床保守作業において、タンピングツールの道床への貫入深さをタンピングツールの上下位置を計測することで検知し、予め求めておいた貫入深さと地点平面扛上量の相関関係から、当該オペレータのつき固め操作の良否を判断するようにしたことを特徴とするつき固め操作の良否の判断方法。
【請求項４】
タンピングツールを道床上へ落下させて枕木下の道床をつき固めるマルチプルタイタンパの道床保守作業を支援する装置であって、タンピングツールの上下位置を計測して貫入深さを検知する貫入深さ測定器と、前記請求項１〜３の方法で求めた道床抵抗、軌道狂い速度、オペレータのつき固め操作の良否の判断結果等のデータを蓄積して解析し、当該道床保守作業を行う位置の最適なつき固め回数と扛上量とを求める演算装置と、当該演算装置で演算処理されたつき固め回数と扛上量とをタンピングツールの制御装置へ出力する制御部とで構成したことを特徴とする扛上支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線路の内外に対応して複数のタンピングツールが設けられたタンピングユニットを有し、各タンピングツールによって道床上のバラストをつき固めるマルチプルタイタンパ（以下は、マルタイと称する）において、タンピングツールの貫入深さから道床状態を検出する方法と、また検出した道床状態のデータを蓄積して解析し、つき固め回数と扛上量とを決定してタンピングツールを自動的に制御することのできる扛上支援装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マルタイは、タンピング作業の対象となる枕木をクランプ装置でレールごと持ち上げ、その状態でタンピングツールにより軌道上のバラストをつき固める保線機械である。通常は、タンピング作業の対象となる枕木の前後において、一組の二本のレールのそれぞれの内側一カ所ずつと、外側の二カ所ずつとの合計１２箇所を同時につき固めている。
【０００３】
特許文献１及び２に記載された技術にあっては、このようなマルタイによるタンピング作業において、レールが分岐している部分や踏切内又は信号ケーブルなどの付帯設備が設けられている箇所の線路情報をＩＤタグ等の非接触式の電子機器を用いて知るようにしている。マルタイでは、この線路情報に基づいてタンピング作業のできる箇所のみを自動的にタンピングし、できなかった箇所については、保線作業員の人力によるつき固めを行うようにしている。これらはあくまでも線路における付帯設備の情報である。
【特許文献１】特開平６−６４５４１号公報
【特許文献２】特開平１０−２６６１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、特許文献１及び２に記載された技術では、線路における付帯設備の情報については入手することが可能であるが、道床の状態を把握することはできなかった。そのため、つき固め回数や扛上量の決定については、マルタイを操作するオペレータの判断にたよっていた。従って、オペレータの熟練度合いによって、許容誤差の範囲内であっても、つき固め回数や扛上量にバラツキがあり、仕上がり具合に差が生じ、乗り心地の善し悪しが生じるという欠点があった。またつき固め作業後の道床状態にも個人によってバラツキを伴い、必要な保守周期が短くなる等の問題があった。
【０００５】
本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、タンピングツールの貫入深さから道床状態を把握する方法と、この方法によって蓄積したデータを解析した結果からタンピングツールを制御する扛上支援装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、タンピングツールを道床上へ落下させて枕木下の道床をつき固めるマルチプルタイタンパの道床保守作業において、タンピングツールの道床への貫入深さをタンピングツールの上下位置を計測することで検知し、予め求めておいた貫入深さと道床抵抗との関係から、当該計測部分における道床抵抗を求めるようにしたことを特徴とする道床状態の検出方法である。
【０００７】
本発明が採用した請求項２の手段は、タンピングツールを道床上へ落下させて枕木下の道床をつき固めるマルチプルタイタンパの道床保守作業において、タンピングツールの道床への貫入深さをタンピングツールの上下位置を計測することで検知し、予め求めておいた貫入深さと軌道狂い速度との関係から、当該計測部分における軌道狂い速度を求めるようにしたことを特徴とする道床状態の検出方法である。
【０００８】
本発明が採用した請求項３の手段は、タンピングツールを道床上へ落下させて枕木下の道床をつき固めるマルチプルタイタンパの道床保守作業において、タンピングツールの道床への貫入深さをタンピングツールの上下位置を計測することで検知し、予め求めておいた貫入深さと地点平面扛上量の相関関係から、当該オペレータのつき固め操作の良否を判断するようにしたことを特徴とするつき固め操作の良否の判断方法である。
【０００９】
本発明が採用した請求項４の手段は、タンピングツールを道床上へ落下させて枕木下の道床をつき固めるマルチプルタイタンパの道床保守作業を支援する装置であって、タンピングツールの上下位置を計測して貫入深さを検知する貫入深さ測定器と、前記請求項１〜３の方法で求めた道床抵抗、軌道狂い速度、オペレータのつき固め操作の良否の判断結果等のデータを蓄積して解析し、当該道床保守作業を行う位置の最適なつき固め回数と扛上量とを求める演算装置と、当該演算装置で演算処理されたつき固め回数と扛上量とをタンピングツールの制御装置へ出力する制御部とで構成したことを特徴とする扛上支援装置である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明にあっては、タンピングツールを道床上へ落下させて枕木下の道床をつき固める作業は、タンピングツールの落下、引き上げを数回、繰り返して行う。本発明者らは、前記タンピングツールを落下させたときのタンピングツールが道床へ貫入する深さ（以下は、ツール深さという）が、道床抵抗と比例していることの相関関係を見出し、これを定量化してタンピング作業に対する評価の要素とすることとした。ツール深さは、例えばマルタイに装備されているポテンショメータを利用することで、タンピングツールの上下高さ位置を計測して求めることが可能である。すなわち、ポテンショメータからの電気的信号を取り出し、タンピングツールの上下高さ位置を求め、その値からツール深さを求めるようにしている。そして、予め蓄積しておいたデータを解析して得られたツール深さと道床抵抗との関係式に、前記ツール深さの値を算入し、道床抵抗を求めるようにしている。
【００１１】
請求項２の発明にあっては、日常のタンピング作業におけるデータを蓄積して解析し、前記ツール深さと軌道狂い速度とが相関関係を有していることをも解明した。ツール深さは、道床抵抗と比例しており、ツール深さが浅い場合は、道床状態が固く、軌道狂いは生じにくく、軌道狂いが増加していく速度は遅いと判断できる。また逆に、ツール深さが深い場合は、道床状態が軟らかく、軌道狂いが生じ易く、軌道狂い進み速度は速いと判断できる。軌道狂い速度が速ければ、道床の保守周期は短く設定しなければならなくなる。
【００１２】
請求項３の発明にあっては、オペレータのつき固め操作の良否の判断を、ツール深さと地点平均扛上量との相関関係によって行うことが可能であることを見出している。オペレータのつき固め操作は、タンピング回数と、タンピングツールを道床の上へ落下させた後に行うバラストの締め固め（スクイズ）とが主である。スクイズは、枕木の前後におけるタンピングツールどうしの間隔を狭めたり、拡げたりすることによってバラストを締め固めるものである。
この請求項３の発明では、日常のタンピング作業におけるデータを蓄積し、その解析結果からツール深さと地点平均扛上量とが相関関係を有していることを見出した。そして、地点平均扛上量にバラツキがあると、そのオペレータのタンピング回数とスクイズとが適切でなく、つき固め操作は拙いということになる。このようにしてオペレータのつき固め操作の良否を蓄積した結果、あるツール深さに対する適正なタンピング回数と、スクイズ回数等とがわかり、これを定量化することで、オペレータの個人差が生じないように、マルタイの自動つき固めを可能ならしめるものである。
【００１３】
請求項４の発明にあっては、前記請求項１〜３によって得られた道床抵抗、軌道狂い速度、オペレータのつき固め操作の良否の判断結果等のデータを蓄積して解析している。これにより、当該道床保守作業を行う位置の最適なつき固め回数と扛上量とを求めることが可能である。本装置では、演算装置でこれを行っている。当該演算装置で演算処理されたつき固め回数と扛上量とは、タンピングツールの制御装置へ出力される。これにより、マルタイの自動化が可能であり、オペレータの個人差が仕上がり状態に影響しないようにでき、保守周期を延長させることのできる均一な仕上がり状態を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図１乃至図３は本発明の一実施の形態に係るものであり、図１はマルタイの扛上支援装置１の全体構成を示すブロック図、図２はツール深さ（枕木下からの深さ）を測定する場合のフローチャート、図３は扛上支援装置１のフローチャートである。図１に示すように、扛上支援装置１は、マルタイに既設の装置２と、自動化装置（中央制御装置）３とを利用するようにしている。
【００１５】
既設の装置は、タンピングツール（図示せず）の上下の高さ位置を計測するポテンショメータ４と、制御回路５と、左右の線路のレール頭頂面の高さ位置を計測するレベリング計測器６Ａ，６Ｂと、線路の通り（線路の曲がり具合）を計測する通りセンサー７と、タンピングツールを落下させてタンピングを開始させるタンピングペダル８と、落下させた後のタンピングツールの前後のツールどうしを開閉してバラストを締め固める動作を開始させるスクイズペダル９とを有している。前記制御回路５は、タンピングツールに昇降動作を行わせたり、待機位置で停止状態に保持したりするためのタンピング回路を有している。またレベリング計測器６Ａ，６Ｂに、左右の線路のレール頭頂面の高さ位置を計測させるレベリング回路及び、レール長手方向の凹凸の整正をするためのライニング回路、更にはタンピングツールの落下後にバラストの締め固めを行わせるスクイズ回路とを有している。
【００１６】
これらの既設装置の各計測機器並びに制御機器から出力される信号は、自動化装置３の演算装置（ＣＰＵ）１０へ出力され、計測機器からの数値データ並びにタンピング回数やスクイズ回数等のデータが蓄積保存される。
一方、扛上支援装置１は、前記自動化装置３からの蓄積データを演算処理する演算処理部と、当該演算処理部により得られた結果に基づいて、前記既設装置２の制御回路５へ信号を出力する制御処理部１１とを有している。
【００１７】
このように構成された扛上支援装置１では、図２に示すフローチャートに基づいて各枕木ごとのツール深さを計測している。ツール深さの計測は、マルタイが現場へ到着し、該当する枕木の位置へタンピングツールをセットした後に、以下の手順で行われる。先ず、タンピングユニット（左右の各線路における一組のタンピングツールの集合体）の上下高さ位置を読み込み、ロック位置でなければ、タンピング作業が開始されたものと判断し、タンピングツールを下降させる。これと同時にデータのロギング（記録）を開始し、カウンターをプリセットする。
【００１８】
そして、タンピングツールがＯＮ位置（収納位置よりも下方でスタンバイの位置）より下であるかどうかを判断する。ＯＮ位置より下である場合は、タンピングツールはタンピング作業位置に位置してタンピング作業を実施していることになる。このときのツール深さをポテンショメータ４の出力信号（電圧値）から計測する。続いて、左右のレベリングポテンショメータ６Ａ，６Ｂにより、扛上前（レールを持ち上げる前）のレール頭頂面の高さ位置を読み込み、タンピング及びスクイズ動作が終了した後に、レールをアンクランプしてレール頭頂面の高さ位置を読み込み、両者の差（扛上量）を演算する。
【００１９】
また通りが狂っている場合は、レールの位置を枕木ごと左右にずらして通りの修正を行うが、その通りを修正する前の通りの値（レール中心に対する左右方向のズレ）を通りセンサー７で測定する。そして、通りの修正はタンピング及びスクイズ後にレールを解放するときに行われるので、タンピング及びスクイズ後に通りの値を読み込み、両者の差を求めて通り移動量を計算する。更に、スクイズ回数とスクイズ時間とを計測し、これらの作業を行った地点の位置（キロ呈）を読み込む。
【００２０】
これで所定のタンピング及びスクイズ作業が終了となる。然る後は、タンピングユニットを上昇させ、その上限位置へ移動させる。上限位置にもどれば、上述した各作業中のデータを一時保存する。この一時保存された各データは、自動化装置３の中央演算装置１０へ出力され、データベースへ保存される。マルタイでは、タンピングユニットが収納位置であるかどうかを判断し、収納位置であれば全ての作業を完了し、次のタンピング作業を行う枕木の位置へ移動する。収納位置になければ、いずれかの作業位置にあり、タンピングツールの上下位置を確認するステップへ戻り、上述のルーチンを繰り返す。
【００２１】
本実施の形態では、このようにして収集したデータを蓄積し、解析した結果、以下のような相関関係を見出した。先ず、第一に、タンピングツールを道床に打ち込む際に生ずる道床の抵抗力は、ツール深さに比例するということである。ツール深さは、図２のフローチャートに基づいて説明した通り、マルタイに装備されているポテンショメータ４からの電気的信号を取り出し、タンピングツールの上下高さ位置を求め、その値から算出している。そして、予め蓄積しておいたデータを解析して得られたツール深さと道床抵抗との関係式に、前記ツール深さの値を算入し、道床抵抗を求めるようにしている。
【００２２】
第二に、ツール深さと、高低軌道狂い速度も相関関係があるということである。高低軌道狂い速度とは、左右の各レールのレール頭頂面の高さがある一定期間ごとに変化していく速度のことをいう。このツール深さと高低軌道狂い速度との相関関係は、図４に示すように、ツール深さが７０ｍｍの線を縦軸に引き、また一年間で軌道狂いが０ｍｍから整備目標値である７ｍｍに達するまでの軌道狂い速度の値が０．１９４ｍｍ／マヤ（１マヤとは年３６回軌道検査測定を行う周期のことで１０日前後に相当する）の線を横軸に引き、これら二つの線で区画された領域Ｉ，II, III, IV の領域に別けて収集したデータを解析した。ツール深さが７０ｍｍの線は、ツールブレードが枕木下まで完全に貫入するか否かを示す境界である。０．１９４／マヤの線は、放置しておけば、１年の間に１度は高低軌道狂い補正作業の投入対象となる境界である。
【００２３】
その結果、Ｉの領域は、適切な深さでツールが貫入し、軌道狂い速度も低い地点群である。IVの領域は、道床更換が五年以内に実施されていた区間であり、バラストの細粒化等はなく、ツールは貫入するが、バタツキ、白石化があり、狂い速度が大きく機能に支障を来していた。またIII の領域は、細粒化による道床固結が顕著で貫入抵抗が大きくなっている領域である。IIの領域は、不明な点が多いが、道床が固いなりに、軌道を保持していることがうかがえる。
この図４に示す相関関係に着目すると、軌道狂い速度からＩ，IIの領域であるか、III,IVの領域であるかの判別が可能であり、また道床更換の履歴からIII 領域か、IV領域かの判別が可能である。道床状態が良であると判断できるのは、Ｉ，IIの領域であり、III,IVの領域は不良である。
【００２４】
更に、本発明者らは、ツール深さと扛上量とが相関関係を有していることをも見出している。図５は、熟練者と初心者がマルタイ保守作業を行ったときの、施工後の仕上がりを扛上量の良化率で判断し、Ａ〜Ｅランクに別けて評価したものであり、目標扛上量に対してつき固め操作を行った後の扛上量とを比較して行った。同図の図（Ａ）は熟練者による保守作業のときのデータであり、図（Ｂ）は初心者による保守作業のときのデータである。また、これらのデータは、各作業者が作業を行った日ごとに区分けして表示したものである。図（Ａ）によれば、ツール深さに対する地点平均扛上量は纏まっており、しかも平均扛上量は０．９以上であって、貫入抵抗に対して適切なつき固め操作が存在していることが判る。更に扛上量の良化率は、Ａ〜Ｃランク内に納まっている。これに対して、同図の図（Ｂ）に示す初心者の場合は、扛上量の良化率はいずれもＤ又はＥランクであり、初回ツール深さの値が同一の場合に対する地点平均扛上量の値もバラバラであり、つき固め操作のパターンに大きなバラツキがあり、つき固め操作が下手であることが判る。
このように初回ツール深さと地点平均扛上量の相関関係から、オペレータのつき固め操作の良否を判断することが可能であり、熟練者のつき固め操作を定量化して模範とすることによって、現場における初回ツール深さからどのようなつき固め操作を行えばよいかのパターン化が可能である。
【００２５】
更にまた、本発明者らは、オペレータのつき固め操作を定量化するに際し、ツール深さとつき固め回数との相関関係について調査した。その結果は図６に示す通りであり、経験年数の浅い新人（初心者）がつき固め操作を行った場合は、全体的につき固め回数が少なく、道床の締め固めが甘く、保守周期の延伸が期待できない。しかも、大きな扛上量が要求される箇所についても、熟練者が何度もつき固めとリフティングを繰り返すのに対して、つき固めとリフティングが不足しがちである。これに対して熟練者がつき固め操作を行った場合は、全体的につき固め回数が多く、計画扛上量に対して適切なつき固め回数が施されていることが判る。
【００２６】
このように、本発明者らが蓄積したデータを解析することにより、ツール深さと貫入抵抗とに相関関係があり、またツール深さと高低軌道狂い速度との間にも相関関係があり、ツール深さから道床状態を把握することが可能であることが明らかとなった。更に、ツール深さと扛上量との間にも相関関係があり、これによりオペレータのつき固め操作の良否の判断が可能であること、加えてツール深さとつき固め回数との相関関係から現場において初回のツール深さがわかれば、適切なつき固め回数がわかるようになった。
【００２７】
本発明者らは、これらの相関関係から、熟練者のつき固め操作等からその現場でどのようなつき固め操作を行えばいいかを定量化し、これを図１に示す扛上支援装置１に組み込み、図３に示すフローチャートに基づいてマルタイの扛上作業の支援を行うようにしている。現場において、オペレータは、計画扛上量と通り移動量とが事前に行われた軌道測定車からのデータによって明らかとなっており、これらが設定値をクリアするように作業を行う。
【００２８】
而して、オペレータは、タンピングペダル８を踏んでタンピングツールを道床の上へ落下させる。そのときのツール深さが、ポテンショメータ４で計測され、自動化装置３の中央演算装置１０へ出力される。中央演算装置１では、そのデータ及び蓄積された過去のデータを扛上支援装置の演算処理及び制御処理部１１へ出力する。演算処理及び制御処理部１１では、そのデータに基づいて、マルタイ側へ最適なつき固め回数やスクイズ回数等を出力する。マルタイ側は、この出力信号に基づいて自動的に指示された回数のつき固めとスクイズを行う。なお、つき固めのたびごとに、扛上量が計測される。そして、扛上量と通り移動量とが設定値をクリアしたときをもって作業終了とし、次の枕木へ移動する。
【００２９】
このように本実施の形態における扛上支援装置１は、ツール深さと、道床抵抗、軌道狂い速度との相関関係、及びオペレータのつき固め操作の良否の判断結果等のデータを蓄積して解析している。これにより、当該道床保守作業を行う位置の最適なつき固め回数と扛上量とを求め、タンピングツールを自動的に制御することにより、オペレータの個人差が仕上がり状態に影響しないようにしている。また保守周期を延長させることのできる均一な仕上がり状態を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るものであり、マルタイ扛上支援装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るものであり、ツール深さを測定する場合のフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態に係るものであり、扛上支援装置のフローチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態に係るものであり、ツール深さと高低軌道狂い速度との相関関係を示す図面である。
【図５】本発明の一実施の形態に係るものであり、図（Ａ）は熟練者のつき固め操作によるツール深さと平均扛上量との相関関係を示す図面、図（Ｂ）は初心者のつき固め操作によるツール深さと平均扛上量との相関関係を示す図面である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るものであり、ツール深さとつき固め回数との相関関係を示す図面である。
【符号の説明】
【００３１】
１…扛上支援装置、２…既設装置、３…自動化装置、４…ポテンショメータ、５…制御  部、６Ａ…左レベリングポテンショメータ、６Ｂ…右レベリングポテンショメータ、７  …通りセンサ、８…タンピングペダル、９…スクイズペダル、１０…中央演算装置、１  １…演算処理及び制御処理部
【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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