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レールグラインダー（またはレールグラインダー）は、摩耗した線路の形状を復元し、不規則性を除去して線路の寿命を延ばし、線路を使用する列車の乗り心地を改善するために使用される保守車両または列車です。レールグラインダーは、レールの波状摩耗の保守中の線路の寿命を延ばすために開発されました。レール研削は、変形や腐食を除去することによって、使用と摩擦による鉄道線路の変形を止めるために行われるプロセスです。[ 1 ]継続的に使用される鉄道線路は、波状摩耗や全体的な摩耗が発生する可能性が高くなります。レールグラインダーは、レールの波状摩耗が存在する場合、または線路に波状摩耗が発生し始める前に、線路を研削するために使用されます。主要な貨物列車の線路では、時間ではなくトン数間隔に基づいてレールグラインダーを使用して線路の保守を行っています。 [ 2 ]大都市の交通システムと地下鉄は、使用頻度の高い線路によく見られる波状摩耗に対処するために、計画的なレール研削プロセスを引き続き使用しています。レール研削装置は、単独の自走式車両に搭載される場合もあれば、専用のレール研削列車に搭載される場合もあり、広範囲の路線網で使用される場合は、乗務員宿舎が併設されることもある。100個以上ある研削砥石は、軌道を正しい形状に戻すために、制御された角度に設定される。
これらの機械は20世紀初頭から北米とヨーロッパで使用されてきた。製造は鉄道保守専門会社が行い、契約に基づいて運用する場合もある。
2000年代初頭には、鉄道保守技術においていくつかの進歩が見られました。中でも特筆すべきは、レール切削列車による軌道再整形技術の導入です。この技術は、プロファイルの精度と加工面の品質において優位性があるとされています。ヨーロッパ、特にドイツで広く受け入れられつつあるもう一つの技術は、高速研削です。高速研削は、切削や他の研削列車のようにレールを再整形することはできませんが、時速約80kmの作業速度により、 他の定期運行にほとんど、あるいは全く影響を与えることなく、欠陥の除去と予防を実現できます。
ERICO社は、鉄道業界向けに線路保守工具として手持ち式のレール研削機とドリルを製造しています。ERICO社は、鉄道用ドリルとレール研削機の動力源としてホンダの4ストロークエンジンを使用しています。レール研削機は、接着剤を取り付ける前のレールの準備に使用され、レールの準備、保守、修理が可能な多目的工具として機能します。[ 3 ]
研削品質指数（GQI）は、レールの形状を測定するために使用されるソフトウェアベースのテンプレートです。これにより、目標とするレール形状と実際のレール形状を比較できます。GQIソフトウェアは、レール研削機の前後に取り付けられたレーザーベースのハードウェアを利用します。レール研削機などの保守車両にレーザーベースのハードウェアを使用することで、作業員や請負業者は研削前後のレール形状を正確に測定できます。GQIは0（優先度低）から100（優先度高）まで評価されます。研削品質ソフトウェアは、測定値を個別に記録および文書化し、研削機の各パスの前後に、線路上の各レールに対してGQI評価を提供できます。GQIソフトウェアを使用する利点は、研削後のレポートを作成し、計画担当者が将来の研削プロファイルの優先順位付けと監視に役立てることができる点です。GQIレポートは、研削作業がレール形状を一貫して改善しているか、悪化させているかを判断するために、プロファイルの一貫性に関する分析も提供します。 GQIソフトウェアを使用することで、レール研削機の有効性をリアルタイムで正確に評価することも可能になり、作業の優先順位をより効率的に設定し、タイムリーに実行できるようになります。[ 4 ]
鉄道業界では、線路保守や建設中に保守車両を長時間使用することに伴うリスクがあります。一般的なリスクは、腰椎と椎体終板の垂直軸と水平軸への過剰な全身振動と衝撃への長時間の曝露であり、これは脊椎損傷や椎骨構造への長期的な損傷につながる可能性があります。米国産業衛生専門家会議（ACGIH）は全身振動の閾値を提案しており、一部のガイドラインはISO-2631規格にも基づいていますが、保守車両の曝露閾値は広く公表または施行されていません。ACGIH-TLVは全身振動を8時間以下に制限しています。欧州連合では、振動リスク研究の結果として、腰椎の構造的損傷のリスク評価モデル（VibRiskモデル）が提案されました。VibRiskモデルは、運転者の姿勢を考慮して、個々の腰椎レベルでの椎体終板損傷のより具体的なリスク評価を提供します。 VibRiskモデルを用いたリスク評価では、ISO-2631パート5規格が示唆するよりも、腰椎の各レベルで椎体終板の破損リスクが高いと評価されています。VibRiskが組み込んでいるISO-2631パート5規格に欠けている主な要因は、振動や複数の衝撃にさらされた際の作業者の姿勢が追加のストレス要因となることを認識している点です。[ 5 ]
レール波状摩耗またはレールのうなりは、レールと列車の車輪セットが時間とともに接触することによって発生するレールの摩耗の一種です。このプロセスが始まると、時間の経過とともに指数関数的に悪化し始めます。レール間の車輪セットの接触によって発生する摩耗は、時間の経過とともに残される多数の溝と頂上の形をとり、状況に応じてレール波状摩耗が発生する場合と発生しない場合があります。頻繁に使用され、継続的かつ絶え間ない摩耗にさらされるレールは、レール波状摩耗が発生します。レール波状摩耗は波長で表されます。[ 1 ]通常、激しく波状化したレールは、レール上面に20 mmから200 mm間隔で凹状の変形が生じます。[ 2 ]重大なレール波状摩耗は、レールの耐用年数を短縮し、影響を受けたレールの交換が必要になる場合があります。レール波状摩耗は、レールと列車の車輪間の接線方向、垂直方向、および軸方向の摩擦によって引き起こされます。[ 2 ]レールの波状摩耗は、列車の車輪と接触する下側のレールの摩擦によって生じます。過度の波状摩耗は、上側または外側のレールに見られる波長によって識別できます。[ 2 ]従来の炭素複合レールとは異なり、熱処理または合金化されたレールを使用することで、レールの波状摩耗を制限または軽減できます。 [ 2 ]摩耗傾向の推定値は、摩耗量を変化させる軌道と車輪セットの接触の変動を考慮して計算されます。高速車輪セットを使用することで、軌道の異なるラインの動的特性により、さまざまな程度のレールの波状摩耗が発生する可能性があります。高速鉄道軌道の研究では、4 種類の軌道 (RHEDA 200、AFTRAV、STEDEF、および高性能バラスト軌道)の波状摩耗発生傾向が調査され、検討された 4 種類の中で、バラスト軌道がレールの波状摩耗が最も起こりにくく、AFTRAV 軌道が 2 番目に信頼性が高いことがわかりました。[ 6 ]
一般的に、異なる波長の鉄道の波状変形にはいくつかの明確な原因があることが認められています。[ 7 ] [ 8 ]ある研究では、特定の短波長の鉄道の変形は主にピン留め共振によって引き起こされ、レールは周期的に配置された枕木の間に挟まれたかのように固定梁として振動します。高速で固定周波数の振動を引き起こす動的な列車と軌道の相互作用（軽負荷の地下鉄運行でよく見られる）と、レールが枕木に挟まれることによって生じる反共振が、レールの変形と「轟音」の波状変形を引き起こします。
レールの波状変形は、波状変形に対する耐性が高い材料組成のレールを選択することで防止できます。相対硬度の高い熱処理合金鋼レールは、相対硬度が高いため、ベッセマー鋼に比べて最も耐性があります。ブリネル硬度が320～360のレールが、波状変形に強いレールとして最適です。[ 9 ]列車は、鉄道システムの区間やレールに波状変形が影響しないように、線路上の速度を変化させることがあります。[9] 波状変形は、継続的に均一な摩擦によって引き起こされるため、列車の速度、方向、およびトン数を変化させることは、レールの波状変形の進行を抑制するのに有効です。 [ 2 ]地下鉄や主要な鉄道システムでは、列車の方向を変えることができないため、年1回または2年に1回のレール研削処理の使用がより適切になります。
レールの波状化が発生する兆候が現れる前に、予防的なレール研削が行われます。レールの波状化の最初の兆候が研削または整備されない場合、波状化は指数関数的に進行します。[ 2 ]予防的な研削は、摩擦による変形と線路の化学的劣化を取り除きます。[ 1 ]定期的なレール研削は、レールの轟音や短ピッチのレール波状化に対処するために使用される主要な保守作業です。[ 9 ]レール波状化の発生を防ぐために、レール研削作業は定期的に行われます。貨物鉄道が継続的に使用されている場合、同じ方向に長距離を走る貨物線にレール研削車を走らせることができます。[ 2 ]レール波状化は、摩擦によって増加するレールの炭素成長であり、指数関数的に成長します。[ 2 ]
レールの波状摩耗は、地域住民の騒音苦情の対象となることが多い。多くの場合、波状になったレールの振動は徐々に悪化し、摩擦と金属同士の接触が増加する。轟音を立てるレールの波状摩耗は、都市部や郊外のコミュニティで騒音苦情の一般的な原因であり、列車が中速で走行しているときに最も多く発生する。[ 2 ]これはしばしば短ピッチ波状摩耗と呼ばれ、コミュニティの反応の大部分の原因となっている。[ 9 ]交通機関のレールの波状摩耗によって引き起こされる大きくて不快な振動は、交通機関の乗客と鉄道が交差する地域のコミュニティの両方に影響を与える。短ピッチ波状摩耗は、通常の鉄道の摩擦よりもはるかに大きな騒音を発生させ、音のトーンは約 500 ～ 800 ヘルツである。[ 9 ] 短ピッチ波状摩耗は、定期的なレール研削メンテナンスが行われていない、またはほとんど使用されていない鉄道で最もよく見られる。レール支持の剛性は短ピッチ波状摩耗と直接相関している。