主要な研究開発成果(2016年度)

本誌は、公益財団法人 鉄道総合技術研究所における2016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. 短時間豪雨に対する盛土のり面工の効果

  • 短時間豪雨に特有な盛土崩壊メカニズムを明らかにしました。
  • のり面工により盛土の耐雨性能は1.3倍以上向上します。
  • 短時間豪雨に対する盛土のり面対策に活用できます。

2. 橋台の耐震補強工法の開発と設計法の提案

  • 施工時に橋台前面を支障しない耐震補強工法を開発しました。
  • レベル2地震動に対応した設計法を提案しました。
  • 無補強時と比較して、地震に対する耐力が2倍以上となることを確認しました。

3. 脈状注入による液状化対策工法の開発

  • 脈状の改良体を注入して地盤を密実化させる液状化対策工法を開発しました。
  • 注入量を1/3に低減でき、工期やコストを削減可能です。
  • 既設鉄道盛土直下地盤の液状化対策工法として適用されています。

4. 制震ダンパーによる地震対策法

  • 河川橋脚等で補強が困難な構造物に適用可能な制震装置の設計法を開発しました。
  • 補強要否を判定する設計線図により誤差約10%で制震効果の予測が可能です。
  • 設計実務に適用可能な制震装置の設計手引きと計算例を提供します。

5. 乗り上がり脱線を防止する台車

  • 乗り上がり脱線に対する安全性の向上を目的として、輪重減少抑制台車にアシスト操舵システムを組み込んだ「脱線しにくい台車」を開発しました。
  • 曲線部での乗り上がり脱線に対する安全性の指標である脱線係数が、一般的な構造の台車に比べ約60%改善されることを確認しました。

6. 空気ばねパンク時の走行安全性評価法

  • 車輪上昇量を指標とした空気ばねパンク時の走行安全性評価法を考案しました。
  • 空気ばねパンク状態で行う救援や回送について、鉄道事業者が曲線諸元に応じて予め走行安全性を評価し、要注意箇所を抽出可能になります。

7. 貨車状態監視用の無線通信ネットワーク

  • 貨車の増解結に応じて920MHz帯の無線通信ネットワークを自動的に構成し、各貨車の状態情報を機関車へ伝送して運転台に表示するシステムを提案しました。
  • 本システムは、目視による確認の約半分の時間で手ブレーキ状態を確認でき、さらに貨車の状態監視にも利用可能です。

8. 忌避音を利用した鹿衝撃事故防止手法の開発

  • 鹿衝撃事故防止のため、鹿警戒声を利用した忌避音を考案しました。
  • 忌避音吹鳴により鹿目撃回数が約45%減少しました。
  • GISを利用した衝撃事故マップからの吹鳴区間選定手法を考案しました。

9. コミュニケーションエラー防止訓練教材

  • 事故事例等の分析により、エラー発生原因を整理した「コミュニケーションエラー要因モデル」を作成しました。
  • 鉄道現場のコミュニケーションエラー要因に対応した訓練教材を作成しました。

Ⅱ.低コスト化

10. 矩形断面コンクリート充填鋼管部材の設計法

  • 矩形CFT部材の曲げ耐力・変形性能の算定法を提案しました。
  • 矩形CFT部材を用いると他部材に対して最大30%の断面縮小が図れます。
  • 駅ビル等の建築柱との接合性向上により接合部の施工費を10%低減できます。

11. 多階層型ニューラルネットワークを用いたトンネルひび割れ検出

  • 多階層型のニューラルネットワークを用いて、トンネル覆工面の画像からひび割れの有無を、90%以上の正解率で分類する手法を開発しました。
  • 人間の判断に近い検出結果が得られ、変状展開図の自動作成が可能となります。

12. 軌道変位の局所的な急進箇所の抽出と予測法

  • 高頻度に検測した軌道変位波形同士の位置補正を±25cm以内で精度良く行う手法を開発しました。
  • 位置補正後の波形から軌道変位の局所的な急進箇所を把握し、15日先までの推移を誤差±1mm以内で予測する手法を開発しました。

13. 施工性に優れたせん断キー方式弾性まくらぎ直結軌道の開発

  • 従来の構造と比較して、コンクリート道床の施工コストを60%削減できます。
  • 構造のスリム化によって敷設速度が1.7倍となり、工期を短縮できます。

14. 回折X線解析法による経年レールの削正手法

  • 回折X線解析法により、経年レールの転がり疲労の影響深さは約1.1mmであることを確認しました。
  • 経年レールでは、0.5億通トン経過毎の0.1mm削正を適用する前に、0.3mm削正し、その後0.5億通トン経過までに再度0.3mm削正することを提案します。

15. 電車線コネクターの耐疲労性の向上

  • 電車線コネクターの耐疲労性の評価判定図と、耐疲労設計指針を提案しました。
  • 電車線線条間の相対変位や共振に対し、疲労寿命が1千万回以上となるコネクターを試作しました。

16. 軽量・高剛性車両構体構造の提案

  • 軽量、高剛性を両立した構体を解析的に導出するアルゴリズムを開発しました。
  • 従来構造の車両と比べて構体質量が17%低減され、曲げ剛性が12%向上したプレス成型体による構体構造を提案しました。

17. C/C複合材製すり板の低廉化および使用限度厚さの明確化

  • 炭素繊維量半減と製造法変更により、C/C複合材製すり板の製造コストを20%削減しました。
  • 残存締結力およびすり板強度の観点から使用限度厚さを明確化しました。
  • C/C複合材製すり板の使用コストを従来比で約50%削減できました。

18. 電子連動装置の劣化・寿命評価手法

  • 電子連動装置の使用環境による故障率を算出する寿命評価手法を開発しました。
  • ケーススタディを実施し、装置寿命に最も寄与する電子部品を特定するとともに、故障リスクの経年変化を示しました。

Ⅲ.環境との調和

19. 交流き電回路における高調波解析モデルと抑制手法

  • PWM制御車の影響を考慮した高調波共振周波数と共振発生条件の算定手法を開発しました。
  • 共振抑制装置の設置位置と抑制効果の関係を明らかにしました。

20. 低周波空力音の測定評価手法の開発および発生源の解明

  • 列車が高速走行時に空力的な現象に起因して発生する低周波空力音を沿線で測定・評価する手法を開発しました。
  • 低周波空力音の発生源は台車を格納する車体下部空間であることを特定しました。
  • 開発した測定・評価手法は、走行試験等における低減効果の検証に活用できます。

Ⅳ.利便性の向上

21. 駅構内における旅客の群集密度と歩行速度

  • 旅客の群集密度と歩行速度を駅構内で精緻に計測する手法を開発しました。
  • 現在の駅における旅客の歩行速度は、既往の推定式による値よりも低い傾向にあることがわかりました。
  • 様々な条件下の歩行速度データに基づく推定式は駅施設の設計に活用できます。

22. 主電動機の電流差情報を用いた空転抑制制御方法

  • 主電動機の電流差を検知して、空転を早期に抑制する制御方法を開発しました。
  • 散水走行試験の結果により、平均加速度が5%以上向上することを確認しました。
  • 開発した再粘着制御方法が通勤電車で実用化されました。

23. ニューラルネットワークを用いた短時間先の遅延と乗車率の予測手法

  • 列車遅延データや乗車率データを使用して、現在時刻から数十分先までの列車遅延と乗車率を、ニューラルネットワークを用いて予測する手法を開発しました。
  • 実在通勤路線で検証した結果、列車遅延が概ね30秒以内の誤差で予測可能なことを確認しました。

Ⅴ.基礎研究

24. 盛土の不飽和状態を考慮した耐震診断法

  • 盛土内部の土は降雨後も間隙に水と空気が混在した不飽和状態を維持すること、および飽和状態より強度が高いことを、実測により明らかにしました。
  • 盛土の不飽和状態を考慮した耐震診断法を提案しました。
  • マニュアルを作成し、試設計で耐震補強工事費の最大20%削減を確認しました。

25. 実測値と解析値を融合させた橋りょうの維持管理指標の推定法

  • 実測値と解析値を比較して入力値の補正計算を繰り返し、橋りょうの維持管理に必要な固有振動数や最大変位を高精度に推定する方法を開発しました。
  • 約5分間で固有振動数や最大変位を推定し、現場で状態を判断できます。

26. 車輪フラット傷が台車に与える影響の定量評価

  • 車輪フラット傷により発生する軸箱上下振動加速度の最大値に対する車輪径の影響は小さく、フラット長さに応じて増加することを確認しました。
  • フラット近傍における車輪踏面と軌条輪の衝突位置が、走行速度により周方向に変化することを軸箱の振動加速度および軸箱降下量から明らかにしました。

27. トンネル火災時の熱気流予測シミュレーション

  • 熱気流の予測シミュレーション手法は、熱気流層の厚さを誤差10%、温度上昇量を誤差20%で予測可能です。
  • 火災時の避難誘導方法の検討や、地下駅等における換気設備の設計用ツールとして活用できます。

28. 意思決定スキル評価のための作業課題の開発

  • 鉄道の事故分析データより得られた意思決定エラー(判断ミス)情報から、ミスが頻出する作業場面を抽出し、その場面を模擬した作業課題を開発しました。
  • 作業課題実施中に、被験者の脳内で判断に関わる領域が活性化し、課題として適切であることを確認しました。

29. イットリウム系高温超電導コイルの起磁力と耐振動性の実証

  • 実機大のイットリウム系高温超電導コイルを製作し、コイル温度32Kで起磁力750kAを実証しました。
  • 最大加速度15G加振時の発熱は非加振時の12%増に留まり、剛性低下や通電特性の劣化が起きないことを確認しました。

・Ⅰ.5、Ⅴ.29の各件名は、国土交通省の補助金を受けて実施しました。
・Ⅰ.3の件名は、国土交通省の交通運輸技術開発推進制度の助成を受けて実施しました。
・Ⅰ.8の件名は、一般社団法人北海道開発技術センターとの共同研究により実施しました。
・Ⅱ.13の件名は、国立大学法人横浜国立大学との共同研究により実施しました。
・Ⅱ.17の件名は、株式会社ファインシンターとの共同研究により実施しました。
・Ⅴ.24の件名は、中央開発株式会社との共同研究により実施しました。

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