(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各砥石による一回の削正作業によって除去されるレールの削除量を記憶している第１データベース（ＤＢ１）と、削正対象となるレールの現状の表面形状を記憶している第２データベース（ＤＢ２）と、前記両データベースのデータに基づいてシミュレーション動作を実現するコンピュータ（ＰＣ）とを設け、前記第２データベースから読み出したデータに基づいて、現状のレール表面の断面形状を示し、その形状との関係で、各部の曲率半径がレールの当初形状と同一に設定された目標形状を特定させる特定手段（ＳＴ０）と、前記第１のデータベース及び前記第２のデータベースを参照し、前記第２のデータベースに記憶された削正対象となるレールの現状の表面形状に対し、前記第１のデータベースに記憶された一回の削正作業によって除去されるレールの削除分修正することにより得られる、一回の削正作業後のレール形状を算出する算出手段（ＳＴ４，ＳＴ５）とを備えることを特徴とするレール削正計画の支援装置。
【請求項２】
前記算出手段の算出結果に基づいてレール表面の断面形状を修正し、修正後のレール表面の断面形状を特定するデータを記憶する記憶手段（ＳＴ８）を更に備え、
前記修正後のレール表面の断面形状に基づき、前記算出手段（ＳＴ４，ＳＴ５）の動作を再度実行させるようにしている請求項１に記載の支援装置。
【請求項３】
前記算出手段によって算出されたレール状態を、前記特定手段（ＳＴ０）によって特定された目標形状と対比する対比手段（ＳＴ１，ＳＴ２）を更に備え、
両者の差異が所定値を下回った場合には、動作を終えるようにしている請求項２に記載の支援装置。
【請求項４】
前記算出手段による算出結果の適否を判定する判定手段（ＳＴ６）を更に備え、目標形状を越えて削正していない限り、前記算出手段の実行における砥石情報、及び削正位置情報を記憶するようにしている請求項１〜３の何れかに記載の支援装置。
【請求項５】
削正対象となるレールの現状の表面形状を記憶しているデータベースと、前記データベースのデータに基づいてシミュレーション動作を実現するコンピュータ（ＰＣ）とを設け、前記データベースから読み出したデータに基づいて、現状のレール表面の断面形状を示し、その形状との関係で、各部の曲率半径がレールの当初形状と同一に設定された目標形状を特定させる特定手段（ＳＴ１０）と、現状のレール表面の断面形状と目標形状とで形成される閉曲線内の面積を複数領域に区分し、各領域毎の面積を算出する分割手段（ＳＴ１１）と、前記各領域毎の面積と、予め特定されている各領域毎の一回当りの削正量とに基づいて、前記各領域毎における必要な削正回数を算出し、その内、最大削正回数を算出する回数算出手段（ＳＴ１２）と、前記回数算出手段の算出結果に基づいて、許容時間内に作業を完了できるか否かを判定する適否判定手段（ＳＴ１３，ＳＴ１４）とを備えることを特徴とするレール削正計画の支援装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レールを必要量だけ研削する場合に、最適な削正計画を指示できる支援装置に関し、特に鉄道車両のレール削正計画に好適に適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
レール上を列車が通過すると、レール頭部と車論との接触部には不可避的に磨耗や損傷が発生することになる。そして、この磨耗が波状に発生すると、その区間では、レールと車輪との接触音が「ガガガッ」と変化することになり、乗客にも認識されるところとなる。なお、この波状磨耗は、列車のブレーキ区間及び力行区間や急曲線区間に多発することがあり、列車通過数が累積されるに従って磨耗の程度が深くなり、騒音や軌道狂いの原因となっている。
【０００３】
一方、小さな凹凸や傷であっても、高速通過する列車では、騒音が大きくなるとともに軌道狂いが発生し易くなるなどの問題が発生し、更にこの傷が深くなるとレール折損というような最悪の状況も考えられる。
【０００４】
また、そもそも、鉄道車両のレールが不規則に磨耗すると、レールと車輪と当接位置が本来の位置から大きくずれる可能性もあり、このような場合には脱線事故の原因ともなり兼ねない。
【０００５】
そのため、レール頭頂面の表層に発生する疲労損傷の対策が必要となり、レールの疲労した部分を削り取ってレール表面を平滑化するとともに、レール傷を除去することによってレール寿命の延伸を図る方法が採られてきた。この補修作業はレール削正と呼ばれており、回転する砥石によって、走行中にこの作業を行うレール削正車が用いられている。
【０００６】
ところで、このようなレール削正には、レール表面の形状を正確に把握することが先ず必要であり、出願人は先に特許２０００−１５００４４号に係る断面形状の測定装置を提案している。この装置によれば、レール断面形状を正確に把握することで、レール削正作業の対象とすべき場所を特定することが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レール削正の対象となるレールの設置場所が特定されたとしても、最適な状態に削正できるか否かは、経験的な勘に頼るしかなく、最適な研削が実現できない可能性もあった。また、削正作業は、最終電車が通過した後、始発電車が走り始めるまでの限られた時間（例えば３時間）に完了させる必要があり、中途半端な段階で削正作業を中断させたのでは、却ってトラブルの原因になり兼ねない。
【０００８】
この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、目標とする形状ラインを実現するに最適な削正計画を立案できる支援装置を提供することを課題とする。また、限られた作業時間内に削正作業を終えることができるか否かを簡易に判定することができる支援装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るレール削正計画の支援装置は、各砥石による一回の削正作業によって除去されるレールの削除量を記憶している第１データベースＤＢ１と、削正対象となるレールの現状の表面形状を記憶している第２データベースＤＢ２と、前記両データベースのデータに基づいてシミュレーション動作を実現するコンピュータＰＣとを設け、前記第２データベースから読み出したデータに基づいて、現状のレール表面の断面形状を示し、その形状との関係で目標形状を特定させる特定手段（ＳＴ０）と、使用する砥石と削正位置の情報に基づいて前記第１データベースを参照し、一回の削正作業後のレール形状を算出する算出手段（ＳＴ４，ＳＴ５）とを備えている。
【００１０】
また、本発明に係るレール削正計画の支援装置は、削正対象となるレールの現状の表面形状を記憶しているデータベースと、前記データベースのデータに基づいてシミュレーション動作を実現するコンピュータＰＣとを設け、前記データベースから読み出したデータに基づいて、現状のレール表面の断面形状を示し、その形状との関係で目標形状を特定させる特定手段（ＳＴ１０）と、現状のレール表面の断面形状と目標形状とで形成される閉曲線内の面積を複数領域に区分し、各領域毎の面積を算出する分割手段（ＳＴ１１）と、前記各領域毎の面積と、予め特定されている各領域毎の一回当りの削正量とに基づいて、必要な削正回数を算出する回数算出手段（ＳＴ１２）と、前記回数算出手段の算出結果に基づいて、許容時間内に作業を完了できるか否かを判定する適否判定手段（ＳＴ１３，ＳＴ１４）とを備えている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に関連する削正車両ＥＱの一例について、その概略平面図を図示したものである。後述するレール削正計画の支援装置ＤＥＴは、図１のような削正削正車両ＥＱのレール研削（削正）量をシミュレーションして、最適な削正計画を構築するものである。
【００１２】
図１の削正車両ＥＱは、エンジン室を備えた動力車Ａと、運転室付き削正車Ｂと、中央に位置する削正車Ｃとが連結されて構成されている。この削正車両ＥＱは、鉄道レールＲＬを研削しつつ移動するが、この実施例では、レールＲＬを削正する１６個の砥石ＧＲ1〜ＧＲ16が配置されている。
【００１３】
図１のＩ−Ｉ線で切断した概略側面図（図２）に示すように、各砥石ＧＲは、駆動モータＭによって回転されつつ左右のレールＲＬに当接されるが、砥石の当接角度θは、任意に設定可能に構成されている。なお、当接角度θは、レール表面の接線と水平線Ｌ−Ｌとが形成する角度を意味している（図２参照）。
【００１４】
先に説明したように、この削正車ＥＱには、合計１６個の砥石ＧＲ1〜ＧＲ16が設置されているが、車両進行方向の前後に隣接する２つの砥石は同一の当接角度θに設定されるようになっている。そのため、この実施例の削正車両ＥＱでは、最大４つの異なる当接角度θ１〜θ４に設定され、左右のレールＲＬ，ＲＬが、それぞれ４つの方向から削正されることになる。
【００１５】
レールＲＬの一回当りの削正量は、砥石の種類、レールの種類、レールの表面形状、砥石の削正圧力などをパラメータとして変化するが、各レールＲＬの削正量は、砥石の種類ｉと削正圧力ｊとを特定して、レールの種類毎にデータベース化されている。なお、データベースを構成する個々の削正テーブルＴＢＬ（ｉ，ｊ）は、理論的にシミュレーションされ且つ実験的に検証されたものである。
【００１６】
以下、削正テーブルＴＢＬ（ｉ，ｊ）の作成方法から説明する。本来、レールの表面は、異なる曲率半径を有する複数の曲面が滑らかに連続して構成されているが、レール表面各部の微妙な摩耗の相違に係わらず、全体として各部の曲率半径は変化しないと擬制することができる。例えば、図３に例示するレールＲＬの場合には、曲率半径１３ｍｍの第１部Ｒ１と、曲率半径８０ｍｍの第２部Ｒ２と、曲率半径３００ｍｍの第３部Ｒ３とからなるが、使用による摩耗状況に係わらず、各部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、常に元の曲率半径を維持するものと簡略化することができる。
【００１７】
図４は、このような前提で作成された特定の削正テーブルＴＢＬ（ｉ，ｊ）の内容をグラフ化して表現したものである。各削正テーブルＴＢＬ（ｉ，ｊ）では、特定の曲率半径ｒを有する削正対象部分について、砥石とレールとの接触幅（レール表面の接線方向の削正幅Ｌ）を横軸にし、所定の削正圧力による一回の削正で削り取られる削正量Ｓを縦軸にしている。
【００１８】
先に説明したように、図４に示す削正量Ｓは、切除されるレール断面の削除面積で表わしている（図５参照）。図４のグラフを例にとると、曲率半径１３ｍｍのレール表面は、砥石との接触幅がＬ０（＝０．２ｍｍ）の状態で削正すると、Ｓ０（＝０．５ｍｍ2程度）の面積が削除される。同じ場所を次に削正する場合には、砥石との接触幅がＬ１に増加するが（図５参照）、実験結果によれば、削正断面積Ｓは徐々に飽和し、やがて、図４に示すように削正断面積Ｓは接触幅に係わらずほぼ一定状態となる。
【００１９】
図６は、本実施例に係る研削計画の支援装置ＤＥＴの構成を示すブロック図である。この支援装置ＤＥＴは、図４のような削正テーブルＴＢＬを備える参照データベースＤＢ１と、鉄道レールの現状の表面形状を蓄積している実測データベースＤＢ２と、データベースＤＢ１，ＤＢ２のデータに基づいてシミュレーション動作を実現するコンピュータＰＣとで構成されている。
【００２０】
鉄道レールの表面形状は、削正作業に先だって実際に測定されるが、好適には、特願２０００−１５００４号に開示された「断面形状の測定装置」が使用される。この測定装置によれば、原点からの放射方向の距離Ｒと基準線からの角度Φとによってレールの表面形状を正確に特定することが可能となる（図３）。そして、実測データベースＤＢ２には、曲座標（Ｒ，Φ）又は直交座標（Ｘ，Ｙ）によって表面形状が特定されている。
【００２１】
削正計画の立てるには、先ず、削正対象となるレールを実測データベースＤＢ２から読み出してコンピュータＰＣの表示装置に表示する（ＳＴ０）。削正対象となるレールＲＬは、摩耗によって形状が当初の形状とは非相似になっているので、次に、所望の目標形状を描画する（ＳＴ０）。
【００２２】
以上の処理は、半ば人為的に行われるが、その後は、図７のフローチャートの手順で自動的に行われる。なお、以降の説明では、便宜上、図１に示す左右各４対（各８個）存在する砥石のうち、１対の砥石のみ使用することにする。
【００２３】
先ず、実測データベースＤＢ２によって規定される実測ラインと、人為的に規定された目標ラインとの間の偏差を、削正砥石の削正方向（進出方向）に向けて計測し、偏差が最大となる位置（削正箇所）を特定する（ＳＴ１）。なお、この偏差は、レールに実測形状について、切削方向を所定角度ずつ（例えば５°）変化させて算出される。
【００２４】
次に、抽出された最大偏差δを目標偏差εと比較し（ＳＴ２）、最大偏差δ＜目標偏差εでなければ、最大偏差δの値と削正箇所に基づいて、砥石の種類と削正圧力のデフォルト値を特定する。例えば、図３の第１部Ｒ１と第３部Ｒ３では使用する砥石の種類が相違している。
【００２５】
次に、特定された砥石と削正圧力をキーワードにして参照データベースＤＢ１を検索して該当する参照テーブルＴＢＬを読み出す（ＳＴ４）。次に、コンピュータ上のレール形状（現状のレール形状）と、ステップＳＴ１で決定された削正箇所とに基づいて、削正幅Ｌ（砥石とレールの接触幅）を特定し、削正幅Ｌをキーワードにして参照テーブルＴＢＬから削正面積Ｓを算出する。また、これに合わせて、削正面積Ｓの分だけレールの形状データを修正し、必要に応じてコンピュータ上に表示する（ＳＴ５）。
【００２６】
具体的には、削正幅Ｌと平行な削正線を引き、削正線と元々の表面形状線とで形成される閉曲面を描き、その閉曲面で囲まれる面積が削正面積Ｓと一致する削正線を特定する。なお、図４のような参照テーブルＴＢＬは、曲率半径ｒの真円について削正することを前提にして得たデータであり、現実のレール表面とは必ずしも一致しないが、上記の手順で算出される削正線が、実際の削正結果と一致することが実験的に確認されている。
【００２７】
以上のようにして削正面積Ｓを実現する削正線がコンピュータＰＣで算出できたら、次に、その算出された削正線が、目標としているレール表面を越えていないか（つまり、削り過ぎでないか）を判定する（ＳＴ６）。ここで、もし削り過ぎなら、削正圧力を一段階減少させてステップＳＴ５に戻る。なお、削正圧力を所定段階減少させても削り過ぎとなる場合には、砥石の種類を変更する。
【００２８】
以上のような処理を繰り返せば、やがて、目標のレール表面を越えない削正線が得られるので、その場合には、そのときの削正圧力、砥石の種類、削正位置（削正角度）を計画テーブルＴＢＬ２に記録する（ＳＴ８）。また、得られた削正線にしたがって、削正対象のレールの表面形状データを修正してコンピュータに記憶する（ＳＴ８）。
【００２９】
その後、修正後のレールの表面形状についてステップＳＴ１以降の処理を繰り返す。このようにしてステップＳＴ１〜ＳＴ８の処理を繰り返すと、やがて、シミュレーションによって得られたレール表面形状が、目標のレール形状のほぼ一致するので（δ＜ε）この条件を満たした段階で処理を終える。なお、この段階では、計画テーブルＴＢＬ２に削正計画が構築できているので、印字処理などによってその結果を出力することになる。
【００３０】
ところで、以上の説明では、最大偏差の箇所を抽出して、その箇所から削正処理を開始したが、例えば、レールの両端から中央に向けて削正作業を進め、最後の仕上げ段階だけ図７の手順を採ったのでも良い。また、図４に示されているように、曲率半径が特に小さい角の部分を除けば、一回の削正作業によって切除される削正面積は、砥石の当接角度やレール表面の削正位置に係わらずほぼ一定となる。特に、何回かの削正作業を経た後は、曲率半径が小さい角の部分も含めて一回に除去される削正面積は一定となる。
【００３１】
従って、ステップＳＴ５のシミュレーション処理では、一回の削正作業によって除去される削正面積は、削正圧力によって決定される、所定の一定値であると擬制しても良い。曲率半径が小さい角の部分を除けば、このような処理によって得られる予想削正ラインが、実際の作業を経た後の実測ラインとほぼ一致することが確認されている。図８は、シミュレーションによって得られた予想削正ラインａと、削正後の実測ラインｂとがほぼ一致していることを示す図面である。
【００３２】
続いて、削正作業の対象となるレール距離と、目標形状と、削正作業時間とが与えられた場合に、その削正作業が可能か否かを判定する実施例について図９のフローチャートに基づいて説明する。この実施例によれば、例えば、図１０の実線で与えられる形状のレールにつき、その作業レール距離Ｌ（例えば２００ｍ）を、目標の形状まで一晩で削正できるか否かを簡易的に判定することができる。
【００３３】
図９に示すように、先ず、現状のレール形状との関係で目標形状を特定した後（ＳＴ１０）、レールの断面をその曲率半径に応じて数箇所の領域に区分して、各領域についての削正断面積Ｓｉを算出する（ＳＴ１１）。例えば、図１０の場合には、曲率の小さい領域ａと曲率の大きい領域ｂに区分され、それぞれの削正断面積がＳａ（ｍｍ2）、及びＳｂ（ｍｍ2）と算出される。
【００３４】
続いて、各領域の削正を終えるのに何回の削正作業が必要であるかを算出する（ＳＴ１２）。一回の削正作業で削除できる単位削正量ａ１，ａ２，・・・ａｉ（削正断面積ｍｍ2）は、各領域毎に予め実験的に特定されているので、削正断面積／単位削正量（＝Ｓｉ／ａｉ）の計算に基づき、必要な作業回数Ｎｉが算出される。なお、実際の削正作業においては、前記の各領域毎に削正箇所が正確に分離される訳ではないが、必要な作業回数を算出する上では何の問題も生じない。
【００３５】
次に、ステップＳＴ１２の処理で算出された削正回数Ｎ１，Ｎ２について、最大削正回数Ｎｍａｘを求める（ＳＴ１３）。なお、この際、同時に削正作業が可能か否かを考慮するが、図１０の場合には、Ｓａ部分とＳｂ部分は同時に削正可能であるので、Ｎ１とＮ２の大きい方の数が最大削正回数Ｎｍａｘとなる。なお、Ｓａ部分とＳｂ部分とが同時に削正できないような場合には、Ｎ１＋Ｎ２が最大削正回数Ｎｍａｘとなる。
【００３６】
最後に、ステップＳＴ１３で算出した最大削正回数Ｎｍａｘと、使用する削正車の作業能力に基づき、与えられた作業時間内に目標形状まで削正できるか否かが判定される（ＳＴ１４）。ここで削正車の作業能力とは、削正車の作業速度（＝単位時間当りの削正距離Ｄ）であり、Ｎｍａｘ回の作業に要する実時間は、作業レール距離Ｌに対して、Ｌ×Ｎｍａｘ／Ｄとして特定される。なお、特定された実時間に、作業の開始や終了に要する時間、その他必要な余裕時間を勘案して判定するのは勿論である。
【００３７】
以上説明した通り、この実施例では、一晩の作業（通常は３時間程度）で目標形状まで削正できるか否かが判定できるので、確実な作業計画を立てることが可能となる。なお、目標形状まで削正できない場合には、削正すべきレールの距離を短縮して一晩で削正可能な作業レール距離に修正するか、或いは、目標形状を作り直し、一晩で削正可能な便宜上の目標形状に修正する。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、目標とする形状ラインを実現するに最適な削正計画を立案できる支援装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連する削正車の一例について概略平面図を図示したものである。
【図２】図１のＩ−Ｉ線で切断した概略側面図である。
【図３】レールの表面形状を説明する図面である。
【図４】参照テーブルの内容をグラフ化して図示したものである。
【図５】レール表面の形状と、切除される削正面積の関係を説明する図面である。
【図６】実施例に係る支援装置のブロック図を図示したものである。
【図７】図６の装置の動作内容を説明するフローチャートである。
【図８】シミュレーションの結果と、実際の削正作業後の形状を対比して図示したものである。
【図９】第２実施例を説明するフローチャートである。
【図１０】第２実施例を説明する図面である。
【符号の説明】
ＲＬ      レール
ＤＢ１    第１データベース（参照データベース）
ＤＢ２    第２データベース（実測データベース）
ＰＣ      コンピュータ
ＳＴ０    第１手段
ＳＴ４，ＳＴ５  第２手段
ＳＴ５          第３手段
【図１】
0003980899.tif 000002
【図２】
0003980899.tif 000003
【図３】
0003980899.tif 000004
【図４】
0003980899.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003980899.tif 000007
【図７】
0003980899.tif 000008
【図８】
0003980899.tif 000009
【図９】
0003980899.tif 000010
【図１０】
0003980899.tif 000011