主要な研究開発成果(2015年度)

本誌は、公益財団法人 鉄道総合技術研究所における2015年度の主要な研究開発成果をまとめたものです。
本成果は、JR各社をはじめ、研究機関、大学、企業などの関係機関のご協力によって得られたものであり、厚く御礼申し上げます。

Ⅰ. 安全性の向上

1. 高性能早期警報用地震計

  • 地震諸元推定の精度と即時性、ならびにノイズ識別の性能を向上した早期警報用 地震計を開発しました。
  • 開発した地震計の最短警報出力時間は現行より1秒短縮できます。
  • 地震動とノイズの識別性能は現行と比較し7.4%向上できます。

2. 地震時に揺れやすい構造物の抽出法

  • 車両走行安全性が低下する弱点箇所を長大路線内から抽出する手法を提案しました。
  • 大規模観測や調査が不要で、設計図書等の情報のみで利用できます。
  • 硬い地盤上の背の高い構造物の事例では、減衰の推定精度が約50%向上しました。
  • ダンパーによる耐震補強を行う際の設計目標を算定できます。

3. 狭あい地における土留め壁の耐震補強技術

  • 地山補強材を急勾配化・長尺化した耐震補強技術を開発しました。
  • 無補強時と比較して、耐力が2倍以上となることを確認しました。
  • 土留め壁への耐震補強工法を選定する方法を取りまとめた設計マニュアルを作成しました。

4. 津波に対するコンクリート橋りょうの被害判定法

  • 津波によりコンクリート橋りょうに作用する流体力の算定手法を提案しました。
  • コンクリート桁の流出や橋脚の被害の判定手法を提案しました。
  • 津波に対する橋脚補強や桁流出防止工などの補強設計手法として提案します。

5. 斜面災害に対する融雪期の管理手法

  • 融雪期の斜面災害の警戒時期を判断する手法として、気象データから推定した融雪量に基づく斜面の安定性評価手法を開発しました。
  • 斜面災害の警戒箇所を地形と土質条件から抽出する調査手法を提案しました。

6. 片切片盛地形における車両の空気力係数の算定

  • 片切片盛地形における車両の空気力係数を定量評価しました。
  • 風向角90度の中間車の場合、切取高さ10mまたは15mの片切片盛地形では盛土よりも横風に対する安全性が高いことが分かりました。
  • 片切片盛地形の強風時安全性評価において空気力係数を指標として提案します。

7. 車両用潤滑グリースの劣化評価基準の改訂

  • 車軸軸受と主電動機軸受で使用されるグリースの管理基準値を改訂しました。
  • 在来線の約8割の車両形式で主電動機軸受に使用されているリチウム複合石けんグリースに対し、耐熱性の指標である滴点の変化値に替わる新たな基準を提案しました。
  • グリースの劣化評価の目安となる新たな管理基準値として提案します。

8. パンタグラフすり板の段付摩耗検知手法

  • 電車線設備損傷を防止するため、すり板の段付摩耗を検知する手法、ならびに小型・軽量・省電力の計測装置を開発しました。
  • 検知システム・計測装置を提案し、導入のためのノウハウを提供します。

9. 新しい接地構造による電力設備の耐雷性の向上

  • 電力設備の耐雷性向上のため新しい接地構造を開発しました。
  • 従来の構造に比べて、雷撃時に生じる過電圧が約50%に、接地構造内の電位差が約60%に低減することで、雷害の想定発生頻度は約20%に低減されます。

10. コンクリート電柱の保全判定方法の提案

  • コンクリート電柱の劣化状況、曲げ試験や材料分析を行い、主な劣化過程を明らかにしました。
  • コンクリート電柱の劣化状況に応じた新しい保全判定方法を提案しました。

11. 乗務員ドア扱い支援のための車上型ホーム検知装置

  • 停止位置目標板を画像から検出することでホーム側を検知する装置を開発しました。
  • ジャイロセンサーとGPSによる判定機能を追加することで、積雪時でもホーム検知精度は90%以上であることを確認しました。
  • 乗務員のドア扱い支援装置として提案します。

12. リスク情報を活用したヒューマンファクター分析法

  • 「鉄道総研式ヒューマンファクタ分析法」による分析を効率よく行う方法を提案しました。
  • ヒヤリハット等のリスク情報を活用し、作業や仕組みの改善を促します。

Ⅱ. 低コスト化

13. 液状化地盤中の杭基礎のシートパイル補強工法

  • 液状化地盤中の既設杭基礎を、先端加工鋼矢板で補強する工法を開発しました。
  • 本工法により既設杭基礎の作用荷重を約30%低減できることを確認し、設計マニュアルを作成しました。
  • 従来工法と比べて、約20%工事費を削減できます。

14. Iビーム橋りょう支点部疲労き裂の対策工法

  • 疲労き裂が発生したIビーム橋りょう支点部を、コンクリートで巻き立て補修する工法を開発しました。
  • Iビーム橋りょうに多い桁長7m以下の橋りょうに対して、本工法が適用できます。
  • 本工法は短時間での施工が可能で、工事費は架け替えた場合の約1/3にできます。

15. 新幹線バラスト軌道における道床流れ対策工法

  • 新幹線バラスト軌道の道床流れを起振機で再現し、発生原因を明らかにしました。
  • ポリマー水溶液によりバラストを安定化させる道床流れ対策工法を開発しました。
  • 施工コストを従来の約50%に抑制でき、対策後のつき固め補修も可能です。

16. スラブ軌道てん充層の劣化箇所抽出手法と補修方法

  • てん充層の劣化箇所を軌道検測データから抽出する手法を提案しました。
  • コストが従来の約40%の材料を用いたてん充層上部の隙間補修方法を開発しました。
  • 広範囲に劣化したてん充層の補修方法を開発しました。てん充層全面打ち替えの50%以下のコストで、てん充層のリニューアルが可能です。

17. 木まくらぎ構造曲線のPCまくらぎ化計画策定支援システム

  • 軌道、車両、運転条件に基づいてPCまくらぎ化の優先度を曲線別に算定し、施工計画の策定を支援するシステムを開発しました。
  • 部分的にPCまくらぎ化する際の適切な敷設割合も算出できます。
  • 半径が小さな曲線から順に選択する計画に比べて施工延長を15%短縮できました。

18. 特殊信号発光機の検査システム

  • 画像処理技術を用いた特殊信号発光機の検査システムを開発しました。
  • 列車運行時間帯に車上から検査できるので、モデル線での試算では従来に比べて検査の延べ時間を30%以下に削減できることを確認しました。

19. 920MHz帯無線センサーネットワークの適用可能性

  • 920MHz帯を利用する無線センサーネットワーク技術が、鉄道構造物や車両などの鉄道設備の監視に広く適用できることを実験により示しました。
  • 気象条件に影響されず、各種データを平均95%以上の到達率で伝送できます。

Ⅲ. 環境との調和

20. 燃料電池の長期劣化特性

  • 燃料電池鉄道車両の実用化のため、鉄道車両用燃料電池の耐久性を3600回以上の走行試験と10年間の発電試験で確認し、長期使用に耐えることを確認しました。
  • 不具合実績に基づくリスクの評価結果を反映した新規燃料電池の製作の指針として提案します。

21. 車輪偏摩耗が沿線騒音に与える影響の定量化と偏摩耗検出手法

  • 車輪踏面に発生する偏摩耗が沿線騒音に与える影響を明らかにしました。
  • 車輪踏面に発生する0.1mm以上の偏摩耗の大きさを、高架橋の裏面振動から検出する手法を提案しました。
  • 沿線騒音に影響を与える車輪偏摩耗検出手法として提案します。

22. 高温超電導フライホイール蓄電システムの実証

  • 軸受部に高温超電導磁気軸受を用いることで、フライホイールを非接触支持できる高温超電導フライホイール蓄電システムの実証機を開発しました。
  • 実証機では小型の高温超電導磁気軸受で質量4tonのフライホイールを非接触支持し、出力300kW、蓄電容量25kWhの性能を確認しました。

Ⅳ. 利便性の向上

23. 乗り心地の良い振子車両の制御システム

  • 振子車の乗り物酔いを低減する振子制御システムを開発しました。
  • 急曲線の乗り物酔い暴露量値を30%低減でき、既存振子車にも組み込み可能です。
  • 急曲線連続区間に投入する列車および既存振子車のリニューアル向けに提案します。

24. 高速用リニアレールブレーキの設計手法と性能検証

  • 非接触式で、停電時にも動作可能な、高速車両用の小型・軽量なリニアレールブレーキの設計手法を提案しました。
  • 模擬試験とシミュレーションにより、最高速度付近からの停止距離を、粘着 ブレーキのみに比べて約10%短縮できる見通しが得られました。

25. 車内温熱環境の快適性予測手法

  • 乗客の生理・心理状態と適合性の高い温熱快適性予測手法を提案しました。
  • 優等・通勤車両内での体感実験により、温熱快適性予測値と乗客の体感は、0.8を超える高い相関を示すことを確認しました。

26. 臨機応変な異常時アナウンス能力の育成支援プログラム

  • 車掌アナウンスにおいて、臨機応変さを向上させる教育手法を提案し、職場訓練で実施する訓練指導者向けの育成支援プログラムを開発しました。
  • 車掌訓練に試用し、臨機応変さの尺度得点が約20ポイント高まりました。
  • 指導者のための「学習支援教材」と「教授・評価支援教材」として提案しました。

27. 視覚障害者誘導用ブロックの視認性向上

  • 視覚障害者誘導用ブロックの視認性を向上するために、視覚障害者誘導用ブロックの両側に付加する「側帯」の要件を明らかにしました。
  • 「側帯」の幅を5〜15cm程度、視覚障害者誘導用ブロックとの輝度比を3程度以上とすることを提案しました。

Ⅴ. 基礎研究

28. 90GHz帯ミリ波による障害物監視システム

  • これまで鉄道で使われていない90GHz帯ミリ波と光ファイバー無線技術を組み合わせた線路内監視システムを提案しました。
  • 100m以上離れた位置から、複数の人物を約50cmの分解能で区別できることを確認しました。

29. 地震時における走行車両と地上設備の接触シミュレーション

  • 大規模地震で車両が脱線することを想定し、L型ガイドや逸脱防止構造等、各種の被害低減方策の効果を評価するために、従来は計算時間の制約から解析できなかった走行車両と地上設備の接触を、実用的な時間で計算可能な解析手法を開発しました。
  • 逸脱防止装置の効果確認や脱線時の地上設備との接触検討のツールとして使用します。

30. 横風風洞試験を再現する空力特性シミュレーション

  • 横風風洞試験を再現する流れの数値シミュレーション法を開発しました。
  • 風洞試験の横力係数について最大誤差20%以内で予測できることを確認しました。
  • 開発したシミュレーションは、試験条件絞り込みなど効率的な試験実施のためのツールとして使用します。

・Ⅰ.2、Ⅰ.4、Ⅱ.17、Ⅲ.20 の各件名は、国土交通省の補助金を受けて実施しました。
・Ⅴ.28 の件名は、総務省の補助金を受けて実施しました。
・Ⅲ.22 の件名は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の助成金を受けて実施しました。
・Ⅱ.19 の件名は、国立研究開発法人情報通信研究機構の委託研究「ソーシャル・ビッグデータ利活用・基盤技術の研究開発」により得られたものです。

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