JPH0238043B2 - Rongureerukyokubuhekominotatekyoshobo - Google Patents

Rongureerukyokubuhekominotatekyoshobo

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JPH0238043B2
JPH0238043B2 JP20433285A JP20433285A JPH0238043B2 JP H0238043 B2 JPH0238043 B2 JP H0238043B2 JP 20433285 A JP20433285 A JP 20433285A JP 20433285 A JP20433285 A JP 20433285A JP H0238043 B2 JPH0238043 B2 JP H0238043B2
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JP
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rail
heating
temperature
top surface
straightening
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Tadashi Takimoto
Kyoshi Myamoto
Saburo Mori
Shoji Sekino
Koichi Takahashi
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Railway Technical Research Institute
Nippon Kokan Koji KK
JFE Engineering Corp
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Railway Technical Research Institute
Nippon Kokan Koji KK
Nippon Kokan Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は敷設状態にあるロングレール頭頂面
に生じた局部凹みを取除いて、頭頂面を平坦化す
るロングレール局部凹みの縦矯正法に関する。
〔従来の技術〕
高速鉄道のレールには、列車の走行安定性、継
目騒音の低減、軌道保守費の軽減などのため、長
さ25mの定尺レールを溶接して、1.0〜1.5Kmに長
大化した溶接ロングレールが使用されている。
レールの溶接にはフラツシユ溶接、ガス圧接、
エンクローズアーク溶接あるいはテルミツト溶接
が用いられているが、いずれの工法でもレール溶
接時の加熱により、レール溶接部附近は工場で製
造されたままの均一な性質を持つたレール母材部
とは異なつた性質が与えられる。
第11図は溶接部中心からの距離(mm)を横軸
に、頭頂面の長さ(HB)を縦軸にとつて、フラ
ツシユ溶接でレールの溶接を行つたときの溶接部
近傍におけるレール頭頂面の硬さ分布の一例を示
す。図から明らかなように、溶接時の熱影響の及
ばない母材部は一定の硬さを示すが、溶接時の熱
影響を受けた部分では硬さの著しく低下した部分
が生じる。
レールはその頭頂面を車輪が転動通過するの
で、頭頂面の車輪と接触する部分が摩耗する。第
12図は溶接部中心からの距離(mm)を横軸に、
頭頂面の摩耗量(mm)を縦軸にとり第11図に示
した硬さ分布のレール頭頂面の通屯2.2憶トンに
おける摩耗状態を示す。レール頭頂面の摩耗状態
は溶接部以外の母材部ではほぼ平坦であるが、溶
接部近傍ではその硬さの変化に応じた形状に摩耗
する。
このため、高速列車の走行に際して、レール溶
接部の踏面状態によつては著しい衝撃音を発生す
るので、列車速度の維持・増加させるためには、
この踏面の微小な凹凸を除去することが必要とな
る。この微小な凹凸は研削のみで平坦にすること
もできるが、凹凸がある限度を超えると研削量が
大きくなつて非能率的・不経済である。
従来、レール頭頂面の微小な凹凸を除去する縦
方向のレール矯正法には大気温でレールに弾性
限界を超える曲げ荷重を加えて塑性変形せしめる
外力を主体とした矯正法、外力は枕木との締結
により拘束力程度にとどめて、レール頭部あるい
は底部を手持ちバーナを用いて局部的に加熱・冷
却して熱塑性変形させる局部的熱処理矯正法、及
びレール全断面をガスバーナなど適当な器具を
用いてA3変態点以上に加熱し、これに油圧装置
等で外力を加えて矯正する全体加熱矯正法などが
ある。
〔発明が解決しようとする問題点〕 外力を主体とした矯正法は油圧装置を用い、
常温近傍で静的曲げを行う方法であつて、曲げ
変形量の調整が容易のため矯正後の仕上がり精
度は良好である。
しかし、レールに対応する大きな荷重に耐え
る剛性が曲げ装置に要求されるため、曲げ装置
が大型となり通常は工場あるいは基地作業向で
ある。これを可搬型として作業性を改善しても
敷設して経年したロングレールの矯正には次の
ような問題点を生じる場合がある。すなわち経
年したレール頭頂面には軋み割れなどの表面欠
陥が存在する場合が多く、このような部分を矯
正するため大きな曲げ応力を加えると応力集中
により欠陥が拡大したり、なははだしい場合に
は脆性破断に至る恐れすらある。
局部的熱処理矯正法は特別の装置を必要とせ
ず簡便であるが、矯正量の再性に乏しく、加熱
温度が低いと矯正できず、逆に加熱温度が高い
と焼割れを生じるため温度管理が困難であり、
矯正精度を高めるためには高度な熟練を必要と
する問題点があつた。
全体加熱矯正法はリングバーナなどによりレ
ール全断面が高温に保持されているため、矯正
に要する外力は小さくてよい。しかし、敷設さ
れたロングレールの矯正法としては次のような
問題点がある。
第13図は引張試験温度(℃)を横軸に、引
張強さTSと耐力YS(Kg/mm2)を縦軸にとつて
レールの引張試験結果を示したものであり、図
から明らかなようにレール全断面をA3変態点
である750℃以上に加熱すると、レール強度は
小さくなつて容易に矯正できる。しかし、矯正
する時のレール温度が設定温度以下の場合には
レールに引張りの軸力が作用し、その温度差の
著しい状態、例えば矯正する時のレール温度が
敷設した時の温度より40℃低い時の引張り力
(引張り軸力/レール断面積)は約10Kg/mm2
なる。一方、レールの全断面を加熱した場合に
は、第13図に示すように耐力YSは7Kg/mm2
引張強さは9Kg/mm2以下となり、加熱範囲が引
張り力に耐えられなくなり、加熱範囲に凹み、
すなわちやせる現象も生じる。このため、冬期
の矯正作業は著しく制約される。
また、レール全断面加熱後の冷却を緩やかに
すると、転動荷重を受けて硬化した敷設レール
頭頂面の加熱範囲に軟化部を生じ、この部分が
他の部分より選択的に摩耗が進行し、結果的に
矯正した個所が短命となる。
この発明はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので、線路閉鎖を行わずに精度の高い縦矯
正のできるロングレールの縦矯正法を得ることを
目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るロングレール局部凹みの縦矯正
法は、 ロングレール頭頂面の局部凹み位置を中心と
して、頭部が引張り側になるようにレール底部
から外力を加えてレール長さ2mあたり1.0〜
2.5mmの予歪みを与え、 この状態で圧縮応力を受けているレール底部
の長さ方向を100〜220mmの範囲で750℃〜880℃
に加熱したのちに徐冷し、 上記レールの加熱・冷却にあたり、レール頭
部を300℃以下に保持することにより、ロング
レールの局部凹みを矯正する方法である。
〔作用〕
この発明においては、レールに弾性限界内で予
歪みを与えた後、レール底部をA3変態点以上に
加熱し、熱塑性変形させると共に、レール頭部を
300℃以下に保持することによりレール頭頂部の
加熱に伴う軟化すなわち耐摩耗性の低下を防止す
る。
〔実施例〕
以下、第1図に示すように頭頂面2の1個所又
は連続した2個所に発生した微小な凹み3を持つ
レール1を矯正する方法を具体的に説明する。な
お第1図において4はレール1の頭部、5は腹
部、6は底部である。
まず、第2図aに示すように敷設されたレール
1の凹み3を中心として、レール締結装置7を枕
木8の5〜6本分解放し、加圧台9を凹み3の両
側の枕木8の位置に装着する。また作業中列車が
走行してもレール1が横圧により移動して軌間拡
大をおこさないように保持具10を加圧台9の両
側の枕木8の位置に装着する。
次に、第2図bに示すように油圧ラーム11を
加圧台9の下に設置し、ホース12により接続さ
れた油圧ポンプ13を用いて加圧し、レール1を
持ち上げる。
レール1をレールの長さほぼ2mあたりで持ち
上げる量xは第3図に示す凹み深さdと第4図に
示す上越し量uとの和である。凹み深さdは通常
0.5〜2.0mm程度であり、上越し量uは実験の結果
0.5mm程度が適当である。したがつてレール1を
持ち上げる量xの範囲は、レールの長さ2mあた
りで1.0〜2.5mmとなる。60Kg/mレールを2m弦
で2.5mm持ち上げた場合、レール頭部4に加えら
れる引張り応力はほぼ8Kg/mm2あり、従来の外力
のみで塑性変形させる矯正法の場合にレール頭部
に加えられる引張り応力約50Kg/mm2以上に比して
著しく小さくなる。
したがつてレール1の頭頂面2に軋み割れなど
の欠陥が多少存在しても、欠陥の拡大あるいは脆
性破断の恐れは生じない。
上記のようにレール1を持ち上げた状態で、凹
み3直下のレール底部6に、第2図cに示すよう
に底部加熱用の小型炉14を装着し、ガスバーナ
15で所定の温度に加熱した後冷却する。
上記のように、レール1に予歪みを与えた状態
で、レール底部6の加熱を行うと、レール1は底
部6の熱膨張が大きいため、下方へ凹形に変形す
るが、底部6の加熱範囲では熱塑性変形がおこ
り、応力緩和も生じて、冷却後には、第5図に示
すように若干の凸量rが残留し、レール1の矯正
が行われる。なお矯正後必要な場合は第6図に示
すように研削して仕上げる。研削する場合の高低
差hは+0.3〜−0.1mm/mとする。
小型炉14で加熱するレール底部の範囲は実験
の結果、50N用レールで100〜200mm、60Kg/mの
レールで120〜220mm程度、すなわちレールの高さ
±50mm程度が適当である。この加熱するレール底
部の範囲が狭いと矯正が充分に行われず、逆にこ
の範囲が広すぎると座屈を生じてしまう。
また、レール断面における最高加熱温度は底部
6で750〜880℃、頭部4では300℃以下である。
底部6を750℃以上に加熱するのは、レール鋼
(C;0.6〜0.75%)ではA3変態点である750℃以
上で降伏点が極めて小さくなり、変形抵抗を失つ
た状態となつて容易に熱塑性変形を生じるためで
ある。逆に750℃以下では変形抵抗が大きく、十
分な矯正を行うことが困難である。
底部6の加熱温度の上限を880℃としたのは、
レール鋼を燒ならし温度の最高温度880℃以上に
加熱すると結晶が粗大化して材質が劣化し、もろ
くなると同時に底部6を880℃以上の高温にする
とレール頭部4を300℃以下に保持することが困
難となるためである。
レール部頭4を300℃以下に加熱するのは、第
13図に示すように300℃以下では引張強さTS、
耐力YSの低下が起きなく、転動荷重で硬化され
たレール頭頂面2に軟化部が発生せず、耐摩耗性
が損なわれないためである。
第7図は加熱開始からの時間(min)を横軸
に、温度(℃)を縦軸にとつて、レール1を加
熱・冷却したときのレール各部の加熱・冷却曲線
の一例を示す。図に示した加熱・冷却曲線はレー
ル温度が6〜12℃の場合であり、aは頭頂面、b
は腹部中心、cは底部中心の加熱・冷却曲線であ
る。
この加熱・冷却曲線は、まず小型炉14でレー
ル底部6を加熱し、レール底部6が所定の温度例
えば750℃に達した時にガスバーナ15を消火し、
その後炉冷及び空冷により徐冷し、レール底部6
の温度が300℃程度に達したら水冷する。この加
熱・冷却の際レール腹部5の最高加熱温度は500
℃以下、頭頂面2の最高加熱温度は300℃以下で
ある。
上記のようにレール底部6の温度が750℃、腹
部5の温度が500℃以下、頭頂面2の温度が300℃
以下の場合、レール1の耐力は約25Kg/mm2、引張
強さは約45Kg/mm2となり、設定温度からマイナス
40℃の冬期においてもレール強度は約10Kg/mm2
なる引張り力(引張り軸力/レール断面積)をは
るかに超えて安全である。
次に上記実施例により具体的にレール1を矯正
した結果を示す。
高速鉄道に長年敷設使用した60Kg/mのロング
レールの不動区間に生じた頭頂面2の凹みを矯正
した。この矯正において、枕木の締結装置緊解本
数は6本、レール温度はおおむね6〜12℃で、レ
ールの加熱・冷却はレール底部6の加熱範囲を約
200mmとし、第7図に示した加熱冷却曲線を適用
して行つた。
このレールの縦矯正の際、第8図に示すレール
の長さL=2mあたりの持ち上げる量x(mm/2
m)と矯正量y(mm/2m)との関係を第9図に
示す。持ち上げる量xと矯正量yとの直線的傾向
は回帰式y=1.095x−0.537であらわされ、相関
係数rは0.908であり、持ち上げる量xと矯正量
yとは、ほぼ完全な相関を示し矯正精度はきわめ
て高い。
また第10図に溶接部中心からの距離(mm)を
横軸に硬さ(Hs)を縦軸にとつて、矯正前後の
頭頂面2各部の硬さを示す。第10図に示すよう
に頭頂面2は加熱による硬さ変化が生じなく、矯
正後も矯正前の硬さを保持することができる。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したように、レールに弾性
限界内の予歪みを与えた後、レール底部をA3
態点以上に加熱し熱塑性変形させると共に、レー
ル頭部を300℃以下に保持してレールの縦矯正を
行うから、矯正の際もレールが充分な引張強さ、
耐力を有し、従来の矯正方法でしばしば発生した
レール断面積の減少なしで、かつ線路閉鎖を行わ
ずに精度の高い縦矯正を行うことができる。
また矯正後もレール頭頂面の硬さに変化が生じ
ないから、レール頭頂面の耐摩耗性を保持するこ
とができる。
さらに、レール頭部に大きな引張応力を与えな
いから、頭頂面に存在した微小な疵の拡大も防止
できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図はレールの斜視図、第2図a,b,c,
dはこの発明の実施例の説明図であり、第2図a
は平面図、第2図bは第2図aのA−A断面図、
第2図cは第2図aのB−B断面図、第2図dは
第2図aのC−C断面図、第3図〜第6図は上記
実施例の動作説明図、第7図は加熱・冷却曲線の
分布図、第8図は持ち上げる量xと矯正量yの説
明図、第9図は持ち上げる量xと矯正量yの特性
図、第10図は頭頂面硬さ分布図、第11図はロ
ングレール溶接時のレール頭頂面の硬さ分布図、
第12図は溶接部の摩耗量分布図、第13図はレ
ールの温度−引張強さ、耐力特性図である。 1:レール、2:頭頂面、3:凹み、4:頭
部、6:底部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ロングレール頭頂面の局部凹み位置を中心と
    して、頭部が引張り側になるようにレール底部か
    ら外力を与えて、レール長さ2mあたり1.0〜2.5
    mmの予歪みを与え、 この状態で、圧縮応力を受けているレール底部
    の長さ方向100〜220mmの範囲を加熱炉でおおい
    750℃〜880℃に加熱した後徐々に冷やし、上記レ
    ールの加熱・冷却にあたり、レール頭部を300℃
    以下に保持するロングレール局部凹みの縦矯正
    法。
JP20433285A 1985-09-18 1985-09-18 Rongureerukyokubuhekominotatekyoshobo Expired - Lifetime JPH0238043B2 (ja)

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