主要な研究開発成果(2018年度)

本誌は、公益財団法人 鉄道総合技術研究所における2018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. 局地的短時間強雨等に対応するリアルタイムハザードマップシステム

  • 局地的短時間強雨により生じる災害ハザードをリアルタイムに予測して、ハザードを避けた列車の停止位置や旅客の避難経路を算出するシステムを作成しました。
  • 降雨に対する現行の運転規制の判断を補助するシステムとして活用できます。

2. 電力設備用接地システムの耐雷性検査装置

  • 電力設備の接地システム検査用の新しい可搬型検査装置を開発しました。
  • 従来の検査装置よりも急峻な模擬雷電流による耐雷性評価が可能です。
  • 自動データ処理機能を備えているため、検査に特殊な専門スキルは不要です。

3. 輪重減少を抑制するコンテナ車用台車の上下動ダンパ

  • コンテナ車の輪重減少を抑えるため、台車の上下動ダンパを改良しました。
  • 車両試験装置で1車両の定置加振試験を実施し、実際の軌道水準変位を模擬した条件で、ダンパの改良による20%の輪重減少抑制効果を確認しました。

4. 鉄道高架橋の地震時危機耐性向上工法

  • 想定以上の地震動に対し危機耐性の高い高架橋を実現する工法を提案しました。
  • 地震後の高架橋の崩壊を防止する自重補償構造を開発しました。
  • 高架橋の崩壊挙動を制御し、早期復旧を図る倒壊方向制御構造を開発しました。

5. 駅火災時の避難安全性検証支援システム

  • 駅火災時の煙の拡散と旅客の避難状況を、時々刻々と視覚的に検証することができる避難安全検証支援システムを開発しました。
  • 駅の条件から想定される避難者数の分布を用いた避難安全性の検証が可能です。
  • 音声放送による避難誘導効果を含めた避難安全性の検証が可能です。

6. 鉄道沿線の早期津波浸水予測手法

  • 公的機関から配信される海域の津波データを利用し、鉄道沿線の津波浸水域と浸水深さを早期に予測する手法を開発しました。
  • 東北地方太平洋沖地震に対して、浸水面積で90%以上の精度で津波の到達する約1時間前に予測できることを確認しました。

7. 融雪期の斜面安定度判断システム

  • 気象データを用いて融雪期の斜面安定度を判断するシステムを開発しました。
  • 公開情報を利用することで、新たな観測機器を設置しなくても使用できます。
  • 従来手法に比べ、斜面安定度の低下を判断できた事例数が約20%増加しました。

8. 列車通過時の高架橋振動による電車線路設備の損傷低減対策

  • 列車通過時の高架橋と電柱の連成振動解析法を開発し、電車線路設備の振動が大きくなる条件を提示しました。
  • 列車通過時の高架橋振動による電車線路設備の損傷対策として、新しい線条支持金具構造を開発するとともに対策の要否を判定するフローを提案しました。

9. 触車事故防止のためのVR体験型教育手法

  • バーチャルリアリティ(VR)技術を活用して、線路内作業のリスクや触車事故の発生プロセスを学ぶ体験型の教育手法を開発しました。
  • 本教育手法を現場社員に試行した結果、ルールを完全に遵守する人が21ポイント増加しました。

10. 構造物の非線形挙動を含めた地震時走行安全性の評価手法

  • 構造物の非線形挙動を含めた地震時走行安全性の評価手法を開発しました。
  • 設計図書に基づき、既設高架区間の地震時走行性の弱点箇所を迅速に抽出でき、対策工の選定や優先順位付けに活用できます。

11. 左右振動加速度の実測値に基づく転覆限界風速

  • 車体左右振動加速度の実測値を適用する転覆限界風速の計算手法を提案し、列車の運行実態により即した転覆耐力の評価が可能となりました。
  • 車体左右振動加速度の発生頻度を分析して転覆限界風速を確率的に解釈すれば、想定する発生確率に応じた安全余裕を転覆耐力評価に見込むことができます。

Ⅱ.低コスト化

12. 振動分析と機械学習を用いた駆動用機器の状態監視手法

  • 振動を常時監視し、正常時と比較して異常を検知する手法を開発しました。
  • 機器の詳細な設計情報や故障時の異常振動のデータは不要です。
  • 周波数帯毎の異常振動発生率により、異常の種類と程度の評価が可能となります。

13. 車輪フランジ部の摩耗を低減する踏面摩擦材

  • 車輪フランジの摩耗・摩擦を固体潤滑で低減する、踏面摩擦材を開発しました。
  • 増粘着研磨材と潤滑材が一体成形され、現用の増粘着研磨子と互換性があります。
  • 振子式特急車両での現車試験により、約40%の車輪摩耗低減を確認しました。

14. 既設耐候性鋼橋に用いる高力ボルト摩擦接合方法

  • 補修・補強を要する耐候性鋼橋に対して、固着した緻密なさびを活用した高力ボルト摩擦接合方法を開発しました。
  • さびの状態と補修・補強部材の表面性状に応じた接合部の設計法を提案しました。
  • 従来の接合方法と比べて工事費は約1/3になりました。

15. 常時微動を用いた橋脚安定性モニタリング手法

  • 橋脚天端の常時微動から橋脚の固有振動数をモニタリングする手法を開発しました。
  • 地盤振動の影響が大きい環境下でも橋脚をモニタリングできます。
  • 衝撃振動試験による固有振動数の事前測定が不要です。

16. 地域鉄道に適した低コストロングレール軌道構造

  • 従来の1/2以下のコストで導入可能なロングレール軌道構造を開発しました。
  • 道床横抵抗力は、既設バラストにセメントを混合する増強工により確保します。
  • 実物大軌道模型を用い70度のレール温度上昇で座屈しないことを確認しました。

17. 可搬型軌道支持剛性測定装置(RFWD)による軌道支持状態の検査手法

  • 可搬型RFWDを用いて軌道の支持状態を迅速に検査する手法を開発しました。
  • 軌道復旧後の支持状態の判定や路盤改良の設計に活用できます。

18. レーザ測域センサによる車載型の建築限界支障判定装置

  • 線路沿線にある膨大な数の設備の建築限界支障判定を車上測定で可能としました。
  • 軌道検測車に搭載して測定でき、線区により手検測を最大9割削減できます。
  • 枕木方向の誤差は200mm以下であることを確認しました。

Ⅲ.環境との調和

19. 曲線区間で発生する車輪・レールからの音の音源特性

  • 曲線区間で車輪・レールから発生する10kHz以上の周波数域の高周波音の音源特性を地上測定により評価する手法を開発しました。
  • 曲線外側の台車前側の車輪が高周波音の主要な音源であることを特定しました。
  • 車輪・レールから発生する音の特性の評価や低減対策指針の検討に活用できます。

20. 省エネ施策評価のための列車運行電力シミュレーター

  • 複数線区、複数車両形式、電力貯蔵装置の設置を考慮して、列車運行に伴う消費電力量を実線区規模で計算できるシミュレーターを開発しました。
  • 新車や電力貯蔵装置の導入効果など、様々な省エネ施策の評価が可能です。

Ⅳ.利便性の向上

21. 新幹線車両向け上下制振制御手法

  • 新幹線の上下・ロール振動を抑制し乗り心地を向上する制振手法を開発しました。
  • 求められる乗り心地向上効果とコストに応じて2種類のダンパーと1種類のアクチュエーターを組み合わせて構成でき、ニーズに合わせたシステムにできます。
  • 最大4dB(LT値)以上の乗り心地向上効果を実走行模擬加振試験で確認しました。

22. 新幹線速度向上に向けた空力ブレーキ

  • 2枚1組の抵抗板で構成した小型・軽量な空力ブレーキ装置を開発しました。
  • 開発した装置を編成車両の屋根上に適正に配置することで、新幹線速度向上時の停止距離を約1割短縮できる可能性を示しました。

23. リニアレールブレーキのブレーキ力強化方法

  • 非接触式で、停電時の動作とレール温度上昇の抑制が可能なリニアレールブレーキのブレーキ力の強化方法を考案しました。
  • 磁界の歪みを活用する新たな設計手法と、補助電源を併用する新たな制御手法によって、これらの手法の導入前と比べてブレーキ力を約1.9倍に高めました。

24. 新幹線区間に対応するCPSトロリ線

  • 整備新幹線区間で標準的に用いられているPHCトロリ線と同等の高速性能を有し、小ロット製造が可能でコスト低減を実現したCPSトロリ線を開発しました。
  • 営業線での架設試験により施工性や長期の使用に問題がないことを確認しました。

25. 割引きっぷの発売上限数の制御によるイールドマネジメント手法

  • きっぷの販売実績データなどをもとに、収入を増やすための、割引きっぷの列車別の発売上限数を算出する手法を開発しました。
  • 割引きっぷの発売上限数の策定における意思決定を支援することができ、収入の増加と策定業務における負荷の軽減が可能です。

Ⅴ.基礎研究

26. 先頭車衝突試験と衝撃挙動シミュレーション

  • 実物車体を用いた衝突試験を実施し、車体の衝撃変形破壊挙動を把握しました。
  • 実車試験との比較検証により衝撃挙動シミュレーションの精度が向上し、最大変形量の誤差が約10%であることを確認しました。
  • 衝突事故時の乗客や乗務員の安全性向上策の検討などに活用できます。

27. 高速車両への着雪シミュレーション手法

  • 空気流シミュレータと粒子シミュレータを組み合わせ、高速車両への着雪形状を計算可能な着雪シミュレーション手法を開発しました。
  • 基本形状模型に対する着雪状況を再現できることを確認しました。
  • 着雪しにくい車体形状検討のためのツールとして活用できます。

28. 90GHz帯ミリ波による対列車通信システム

  • 約240km/hで走行する列車と地上間で、90GHz帯ミリ波により1.5Gbpsのデータ伝送が可能であることを世界で初めて実証しました。
  • 車上のカメラ映像や車両状態監視データの地上へのリアルタイム伝送や、車内でのインターネット接続サービス、動画コンテンツの提供等に活用できます。

29. 火山灰質土の含水変化に起因した降雨 ・ 地震時の斜面崩壊機構

  • 火山灰質土の含水変化と強度・変形特性を表現する構成モデルを提案しました。
  • 降雨・地震時の含水変化と強度変化のシミュレーションにより、火山灰堆積斜面の崩壊機構を明らかにしました。

30. コンクリートの膨張劣化を促進する影響要因

  • コンクリートに膨張劣化が生じる要因のひとつであるエトリンガイトの遅延生成は、アルカリシリカ反応により促進されることを明らかにしました。
  • 一般的な環境下のコンクリート構造物において、これらの複合劣化を考慮した維持管理を行う必要があることを示しました。
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