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フランジベアリング式クロッシング（FBFと略されることが多い）は、鉄道車両の車輪のフランジが車両の重量を支えるタイプのクロッシングです。従来は、車輪の踏面がレールの頭部に接して車両の重量を支え、フランジは車両を軌間内に収めるために使用されます。貨物鉄道で使用される最新のフランジベアリング式クロッシングは、分岐器やダイヤモンドクロッシングなど、レールが交差する箇所のメンテナンスコストを削減する手段として、比較的最近開発されたものです。
フランジ付き連結器は、人口密集地の都市部における騒音公害を軽減する手段として、路面電車で200年以上使用されてきた。 [ 1 ] 1995年、ロバート・ウィローは、この概念を幹線貨物および旅客サービスに応用した特許を米国で出願した。特許では、この技術は「車輪の踏面がフランジウェイの隙間を飛び越えるのではなく、フランジ上で連結器を通過するように設計されている」と説明されている。
車輪荷重をトレッド（トレッド支持荷重モードとして知られる）からフランジ（フランジ支持荷重モードとして知られる）へ徐々に移行させ、トレッドがレールから完全に離れるように車輪を持ち上げるには、フロッグの両側にランプが配置されます。[ 2 ]
従来のフログでは、鉄道車輪のフランジが十分なクリアランスを確保できるように、レールの走行面に約2 インチ (51 mm)の隙間が必要です。トレッドベアリングモードの車輪が高速でこの隙間に遭遇すると、隙間のレールの端に大きな動的荷重(特に衝撃荷重) が発生します。 [ 1 ] [ 3 ]この衝撃が繰り返し加わると、フログ部品に大きな金属疲労が発生し、最終的に破損します。これは、メンテナンスコストの増加、修理のための列車の遅延、フログと軌道構造全体の寿命の短縮に直接つながります。[ 4 ]
フランジが連続面上を完全フランジ支持モードで走行するため、従来のフロッグのフランジウェイギャップによって発生する衝撃荷重が排除されます。これにより、メンテナンスが軽減され、フロッグの寿命が延び、従来のフロッグと比較して初期コストの増加を上回る運用コストの削減につながります。[ 1 ]前述のように、フランジ支持フロッグは衝撃荷重が軽減されるため、従来のフロッグよりも静かで、住宅地の近くに設置する場合に潜在的な利点となります。
北米の鉄道における特定の用途向けに、いくつかのタイプのフランジベアリング式分岐器が開発されてきた。これらの分岐器は、片側または両側の脚にフランジベアリングを備えており、分岐器の一部として、あるいはダイヤモンド分岐器の一部として使用できる。
リフトフロッグは、直進（直線）ルートが頻繁に使用され、分岐（曲線）ルートが低速で時折しか使用されない分岐器で使用されます。フロッグは、直進ルートでは通常のレール面を持つ踏面ベアリング式で、分岐ルートではフランジベアリング式です。名称は、分岐レール上の車輪が直進レール上に持ち上げられることに由来します。直進ルートにはガードレールは必要ありませんが、分岐ルートでは鉄道車両が軌間を保てるようにガードレールが不可欠です。一般的な用途としては、留置線や使用頻度の低い産業用線路（どちらも高速・高トン数本線から分岐する特殊な側線です。[ 4 ]）などがあります。
分岐器では、踏面とフランジの両方にベアリングを備えた複合型フログが使用され、車輪の摩耗のさまざまな段階（車輪の踏面が薄くなり、フランジの高さが実質的に増加する）に対応するように設計されています。
注目すべきは、トレッド荷重環境が顕在化し始めると、従来の分岐器で問題を引き起こすのと同じ衝撃荷重が再び発生するということです。これらはほぼ鉄道操車場でのみ発生し、分岐器を通過する際に車両を軌間内に維持するための誘導が減少するため、鉄道車両は時速 10 マイル (16 km/h)以下で走行します。[ 4 ]
片方向低速ダイヤモンドクロッシングは、OWLSダイヤモンドと呼ばれることが多いダイヤモンドクロッシングで使用されます。このタイプのクロッシングは、分岐器のリフトクロッシングに似ています。交通量の多い路線は、通常のレール表面で踏面支持モードでダイヤモンドクロッシングを横断し、交通量の少ない路線は、フランジ支持モードで交通量の多い路線を横断します。交通量の多い路線にはフランジウェイギャップを横断する必要がないため、この路線を使用する車両は、線路設計で許可されている最大速度でダイヤモンドクロッシングを横断できます。交通量の少ない路線は、軌間制限が軽減されている状況にあり、交通量の多い路線のフランジウェイギャップを横断する必要があるため、この路線を使用する車両の速度は時速10マイル（16 km/h）以下に制限されます。OWLSダイヤモンドは、交通量が非常に少なく低速で運行している鉄道路線が、交通量が非常に多く高速で運行している鉄道路線を横断する場合によく使用されます。[ 4 ] [ 5 ]
フルフランジベアリングダイヤモンドクロッシングもダイヤモンドクロッシングで使用されます。これらのクロッシングは、ダイヤモンドを通過する両方の線路に対してフランジベアリングになっています。両方の線路がフランジベアリングになっているため、OWLS ダイヤモンドクロッシングの場合のように、一方の線路を使用する車両のフランジを持ち上げる必要がなく、ゲージの制約が大きくなります。したがって、車両は、どちらの線路でダイヤモンドクロッシングを通過するかに関係なく、軌道設計で許可されている最大速度でこれらのクロッシングを通過できます。今日ではこれらの使用例は非常に少ないですが、フルフランジベアリングダイヤモンドは、2 つの高速または高トン数の幹線が平面交差する必要がある場所で見られます。[ 4 ] [ 5 ]
交差クロッシングのフランジウェイの深さを規制する取り組みとして、米国連邦鉄道局(FRA) は、定義上、時速 10 マイル (16 km/h)を超える速度制限のある線路でのフランジベアリングクロッシングの使用を (米国では) 禁止する規則を作成しました。[ 6 ]このため、フルフランジベアリングダイヤモンドを設置するには FRA の免除が必要です。設置後、ダイヤモンド自体とダイヤモンドを通過する鉄道車両の両方について広範な検査が行われ、そのようなダイヤモンドの設置によって安全性が損なわれていないことを確認します。[ 7 ] FBF が実証された技術になれば、これは変わる可能性がありますが、厳格な検査はフルフランジベアリングダイヤモンドの広範な設置を阻害する要因となっています。[ 5 ]
2006年、CSXはオハイオ州シェルビーにフルフランジベアリングダイヤモンドを設置した。これは北米の貨物鉄道におけるこの技術の最初の適用例である。2008年、BNSF鉄道はミネソタ州ムーアヘッドに同様のダイヤモンドを2つ設置した。上記のように、両方の設置はFRAの義務付けられた検査を受けている。[ 4 ] [ 5 ] 2009年9月、BNSFはルイジアナ州ラファイエットの操車場に、踏面とフランジベアリングを組み合わせたフロッグを3つ設置した。設置以来、フロッグは上記のように摩耗しており、一部の車輪がすでに踏面とフランジベアリングを組み合わせたモードでフロッグを通過している証拠がある。[ 4 ] 2010年春現在、BNSFは自社の路線網全体に100基以上のリフトフロッグを設置した。[ 4 ] 2010年春現在、BNSFは2008年12月時点で、自社のシステムに22個のOWLSダイヤモンドを設置していた。、CSXは13台を設置した。[ 4 ] [ 5 ]
試験はまだ進行中ですが、管理された環境と営業運転の両方での結果が有望です。コロラド州プエブロの運輸技術センターは、さまざまな鉄道会社のために研究を行っている敷地内にOWLSダイヤモンドを設置しました。彼らの結果によると、OWLSダイヤモンドを通過する列車の動的荷重は、同じ列車がOWLSダイヤモンドを通過する速度の半分で従来のダイヤモンドを通過するときの荷重の半分です。[ 8 ] BNSFとCSXによるフルフランジベアリングダイヤモンドでの線路と車両の両方の検査では、予期せぬ摩耗は見られず、このようなダイヤモンドをより大規模に実装できる可能性が示唆されています。[ 4 ] [ 5 ]