JPH0847797A

JPH0847797A - レールの溶接・処理装置

Info

Publication number: JPH0847797A
Application number: JP18346494A
Authority: JP
Inventors: Koichi Uchino; 耕一内野; Kazuo Sugino; 和男杉野; Makoto Okumura; 誠奥村; Kazuhisa Kono; 和久河野; Hideki Shidara; 英樹設楽; Shinji Muta; 晋二牟田
Original assignee: Mishima Kosan Co Ltd; Nippon Steel Corp; East Japan Railway Co
Current assignee: Mishima Kosan Co Ltd; Nippon Steel Corp; East Japan Railway Co
Priority date: 1994-08-04
Filing date: 1994-08-04
Publication date: 1996-02-20

Abstract

(57)【要約】【目的】レールの溶接に必要な一連の作業を効率的に
短時間で処理できる溶接・処理装置を提供すること。【構成】溶接する２本のレールを跨いで設置するベー
ス・フレーム構造に、２本のレールにそれぞれの長手方
向にテンションを加えるテンショナと、レールどうしの
芯合わせ及び上下方向の上反り操作を行なうアライメン
ト装置と、レールの捩じれ角度を修正する捩じれ修正装
置と、レールどうしの継ぎ目を溶接する溶接装置と、こ
の溶接装置によって形成された継ぎ目部分の余盛り肉を
切除する余盛り除去装置とを備え、レールに対するテン
ション付加から芯合わせ及び溶接前での上反りや捩じれ
の修正その後の溶接及び余盛り肉の切除も装置を交換す
ることなく一貫した連続作業を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道用のレールを現場
で溶接する装置に係り、溶接に必要な前後の一連の作業
を処理可能としたレールの溶接・処理装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】鉄道用のレールとして、たとえば「鉄と
鋼，Ｖｏｌ．７０，Ｎｏ．１０，１９８４，Ｐ１３４８
〜１３５６」のＰ１３４８に、「ロングレールの使用
は、列車の速度向上，乗り心地の改善，軌道保守作業の
軽減などに著しい効果があることが認められており、わ
が国でもロングレールが多く取り入れられている。」と
説明されているように、ロングレールが多用されるよう
になった。このロングレールでは、上記「鉄と鋼」のＰ
１３４８に「ロングレールはメーカーで圧延製造された
定尺レールを溶接し、所要長さのものとしている」と説
明されているように、レール間の継ぎ目を溶接によって
接合し、その表面をレール面と一様にすることで、音の
発生や車両への振動の影響をなくすようにしている。

【０００３】このようなロングレールを含めて、レール
を交換するときには、新しいレールを現場に置いた後に
様々な作業が必要である。

【０００４】まず、レールを搬入した後には、レールの
熱膨張を考慮してこれにテンションを与えて延ばした状
態で継ぎ目を溶接するため、溶接しようとする２本のレ
ールにテンションを加える。この後、レールどうしの通
り芯を一致させると共に捩じれの修正等のためのアライ
メント作業を行なう。これらのテンション付加及びアラ
イメント作業は、それぞれ専用のテンショナ及びアライ
メント装置を用いて独自に行われる。

【０００５】このような前処理の後、溶接装置によって
レール間の継ぎ目を溶接する。このとき、溶接肉を十分
に大きくとるので、溶接部分には余盛りが残る。このた
め、最後にこの余盛りをレール表面から切除する作業を
行なう。

【０００６】このように、現場でのレールの溶接には、
溶接作業の他に各種の前後処理が必要である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来では、
これらの各作業対象についてのそれぞれの専用機が利用
されていたに過ぎない。このため、各工程毎にテンショ
ナやアライメント装置及び余盛り切除装置をセットする
等の作業が必要であり。作業開始から完了までの時間が
長くなる傾向にある。したがって、全体の作業時間も列
車が通過しない深夜の限られた時間帯に限られるので、
１本のレールの交換・溶接に時間がかかることは作業効
率に大きな影響を与えることになる。

【０００８】本発明において解決すべき課題は、レール
の溶接に必要な一連の作業を効率的に短時間で処理でき
る溶接・処理装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、相対向して溶
接される２本のレールを跨いで設置するベース・フレー
ム構造を持ち、該ベース・フレーム構造に、前記２本の
レールにそれぞれの長手方向にテンションを加えるテン
ショナと、前記レールどうしの芯合わせ及び上下方向の
上反り操作を行なうアライメント装置と、前記レールの
捩じれ角度を修正する捩じれ修正装置と、前記レールど
うしの継ぎ目を溶接する溶接装置と、該溶接装置によっ
て形成された前記継ぎ目部分の余盛り肉を切除する余盛
り除去装置とを備えてなることを特徴とするレールの溶
接・処理装置である。

【００１０】アライメント装置は、昇降操作可能なテー
ブルと、このテーブルに連接されてレールを跨ぐ方向に
移動可能な芯合わせブロックと、この芯合わせブロック
に揺動可能に連結されレールの両側面を拘束可能なグリ
ッパとを備えた構成とすることができる。

【００１１】余盛り除去装置は、余盛り肉方向に進退し
て剪断する刃物を備え、この刃物の刃先先端を波形状と
した構成とすることができる。

【００１２】

【作用】ベース・フレーム構造に備えたテンショナによ
るレールに対するテンション付加から芯合わせ及び溶接
前での上反りや捩じれの修正等の一連の作業が一つの装
置で行え、その後の溶接及び余盛り肉の切除も装置を交
換することなく一貫した連続作業が可能となる。

【００１３】また、余盛り除去装置の刃先先端を波形状
とすることで、余盛り肉への切込みが鋭く行われて切除
のときの反力が小さくなり、余盛り除去装置をレールに
拘束固定するための保持力が少なくて済む。

【００１４】

【実施例】図１は本発明のレールの溶接・処理装置の平
面図、図２は正面図である。

【００１５】図において、２本のベース１を平行な姿勢
としてこれらの左右両端をフレーム２，３によって連結
して一体とし、全体を長方形の枠状の平面形状とする。
ベース１には４か所に高さ調整のためのネジ杆を利用し
たアジャスタ１０を設け、ベース１のレベル及び姿勢を
設定可能とする。

【００１６】ベース１の左右両端にはレールＲ₁，Ｒ₂
にテンションを与え、それぞれの継ぎ目の間の距離を適
正に設定するためのテンショナ４，５を設ける。

【００１７】左配置のテンショナ４は、ベース１にそれ
ぞれのロッド４ａ−１，４ｂ−１を連接した一対のシリ
ンダ４ａ，４ｂとこれらの基端に連接した一対のクラン
パ４ｃ，４ｄを備えたものである。これらのクランパ４
ｃ，４ｂはレールＲ₁の上下を跨ぐ姿勢で連結する補助
ブロック４ｅ，４ｆによって互いに連接され、ロッド４
ａ−１，４ｂ−１の進退動作によって、トング機構によ
りクランパ４ｃ，４ｄがレールＲ₁の両面を強固に挟持
する。

【００１８】一方、右配置のテンショナ５は、ベース１
の両端に連接した一対のコネクティングロッド５ａ，５
ｂの先端にクランパ５ｃ，５ｄを連接すると共に、これ
らのクランパ５ｃ，５ｄを補助ブロック５ｅ，５ｆによ
って連接したものである。そして、左配置のテンショナ
４のシリンダ４ａ，４ｂのロッド４ａ−１，４ｂ−１の
進出時には、クランパ５ｃ，５ｄがトング機構によって
レールＲ₂の両面を挟持可能とする。これにより、左右
のテンショナ４，５によって溶接しようとするレールＲ
₁，Ｒ₂の間を設定し、たとえば温度が３０℃のときの
レール長手方向の引張軸力が零となるようにテンション
を与える。すなわち、温度の低いときにレール長手方向
に引張応力が発生するようにテンションを付与する。

【００１９】フレーム２，３のそれぞれにはレール
Ｒ₁，Ｒ₂の通り芯及び上反りを調整するためのアライ
メント装置６を設ける。図３から図５に左配置のフレー
ム２側のアライメント装置６の詳細を示す。

【００２０】図３は図２のＡ−Ａ線矢視による縦断面
図、図４及び図５はそれぞれ図３のＢ−Ｂ線及びＣ−Ｃ
線矢視による要部の縦断面図である。

【００２１】門型のフレーム２に設けたガイドーシュー
２ａを貫通するガイドロッド６ａの下端にテーブル６ｂ
を備え、このテーブル６ｂをフレーム２にネジ接合した
操作ハンドル６ｃによって昇降可能とする。テーブル６
ｂの下面には、スライド軸受６ｄによって芯合わせブロ
ック６ｅを図３において左右方向に移動可能に連接す
る。この芯合わせブロック６ｅは、その左右両面をテー
ブル６ｂの左右両端に設けた一対の調整ハンドル６ｆ，
６ｇの先端に突き当てることによって、左右方向の位置
を任意に変更することができる。

【００２２】芯合わせブロック６ｅには、一対のグリッ
パ６ｈをピン６ｉによって揺動可能に連接する。これら
のグリッパ６ｈは、図３に示すようにレールＲ₁の側面
を挟み込む姿勢となったとき、芯合わせブロック６ｅに
着脱自在なロックピン６ｊによって図示の姿勢に拘束
し、レールＲ₁を左右に移動させたり上に引き上げたり
する操作を可能とする。

【００２３】更に、芯合わせブロック６ｅの中央には、
グリッパ６ｈによって拘束されたレールＲ₁の上面を押
圧する押圧スクリュー６ｋを設け、その上端のハンドル
６ｋ−１の回転操作によってレールＲ₁上面への接離動
作を可能とする。

【００２４】このような構成を持つアライメント装置６
は、右配置のフレーム３にも同様のものが組み込まれ、
溶接しようとする２本のレールＲ₁，Ｒ₂どうしの芯合
わせ及び溶接過程でのレールＲ₁，Ｒ₂の敷設面からの
引き上げを行なう。

【００２５】図２において、ベース１の左右方向の中央
部には、この中央部から左右に等しい距離をおいた位置
に捩じれ修正装置７を設ける。

【００２６】図６は図２のＤ−Ｄ線矢視位置での要部の
縦断面図であって、捩じれ修正装置７の詳細を示す図で
ある。

【００２７】捩じれ修正装置７はレールを挟んで設置さ
れるベース１のそれぞれに連接したターンバックル機構
を利用したものである。すなわち、円筒状の接続子７ａ
の両端にそれぞれ右ネジ及び左ネジとし雄ネジ杆７ｂ，
７ｃをそれぞれ螺合し、一方の雄ネジ杆７ｂの基端をベ
ース１側に上下に揺動可能に連接したものである。そし
て、他方の雄ネジ杆７ｃの先端をレールＲ₁の下端部側
に突き当て、両方の接続子７ａを回転操作することによ
って、両側のベース１に対するレールＲ₁の距離を調整
してその捩じれを修正する。

【００２８】更に、図示の例では、一方のレールＲ₁側
に被さる位置であってレールＲ₁，Ｒ₂の継ぎ目位置よ
りも左側に溶接後の余盛り肉を切除する余盛り除去装置
８を設ける。

【００２９】図７は余盛り除去装置８の平面図、図８の
（ａ）はその刃先側から見た正面図，同図の（ｂ）はそ
の側面図及び同図の（ｃ）は背面図である。

【００３０】余盛り除去装置８はベース１とは別体とし
て備え付けるものであり、２枚のプレートブロック８
ａ，８ｂの間であってレールＲ₁を挟む位置に２本のシ
リンダ８ｃを備えたものである。プレートブロック８ａ
はシリンダ８ｃのロッド８ｃ−１に連接され、中央には
余盛り肉を剪断除去する刃物８ｄを備えている。この刃
物８ｄは、正面から見て両側であってレールＲ₁の側面
に被さる部分の下端及びレールＲ₁の上面の被さる部分
の中央を前進方向に突き出した波状のプロフィルを持
つ。

【００３１】他方のプレートブロック８ｂには一対のブ
ラケット８ｅを固定し、それぞれにクランパ８ｆを連接
する。これらのクランパ８ｆは、レールＲ₁を跨ぐ姿勢
の補助ブロック８ｇに枢着され、ブラケット８ｅ及びこ
の補助ブロック８ｇとの間の２点支持によってレールＲ
₁の側面に対してトング機構を構成する。

【００３２】このような余盛り除去装置８では、図７に
示すようにシリンダ８ｃのロッド８ｃ−１が後退してい
るときに、刃物８ｄとレールＲ₁，Ｒ₂の継ぎ目部分の
溶接後の余盛り肉Ｗの位置関係を適切に設定する。この
とき、クランパ８ｆの先端部がレールＲ₁の側面に突き
当たるようにし、この後ロッド８ｃ−１を進出させる
と、プレートブロック８ｂが図において右側へ移動して
刃物８ｄが余盛り肉Ｗに突き当たる。そして、刃物８ｄ
が余盛り肉Ｗから受ける反力によって、ブラケット８ｅ
と補助ブロック８ｇに２点支持されているクランパ８ｆ
はトング機構によりレールＲ₁の側面を強く挟持し、レ
ールＲ₁に対する余盛り除去装置８の位置が固定され
る。したがって、ロッド８ｃ−１の進出によって刃物８
ｄが余盛り肉ＷをレールＲ₁，Ｒ₂の表面から切り離し
て除去する。

【００３３】この刃物８ｄによる余盛り肉Ｗの切除のと
き、刃物８ｄは先に説明したように波状の刃先を持つの
で、先端側で尖っている部分による余盛り肉Ｗへの切込
みが速やかに行われ、その後の剪断除去の際の反力も小
さくなる。したがって、クランパ８ｆによるトング機構
によるレールＲ₁の把持力も小さくて済み、シリンダ８
ｃも小型化できて全体の軽量化が可能となる。

【００３４】図１及び図２に戻って、ベース１のほぼ中
央部には、レールＲ₁，Ｒ₂の接合端を溶接するための
溶接装置９を配置する。

【００３５】この溶接装置９は、従来から一般に利用さ
れている三軸直動型のものであり、レールＲ₁，Ｒ₂に
対してその長手方向，平面直交方向及び鉛直方向にトー
チ９ａを移動可能としたロボット９ｂを備えたものであ
る。そして、このトーチ９ａ部分にはフレーム３側に配
置した溶接ワイヤ用のドラム９ｃから溶接ワイヤを供給
し、ロボット９ｂの制御によってレールＲ₁，Ｒ₂の継
ぎ目を所定の肉盛りで溶接を行う機構を持つ。

【００３６】以上の構成において、レールＲ₁，Ｒ₂の
溶接作業は次の要領で行なう。

【００３７】まず、レールＲ₁，Ｒ₂の接合面どうしの
間に適当な距離をおいて位置を仮決めした後にこれらの
レールＲ₁，Ｒ₂に対してベース１をほぼ平行な姿勢と
し、アジャスタ１ａによってレベルを適切に調整して設
置する。この設置の後に、レールＲ₁，Ｒ₂にテンショ
ンを加えるため、テンショナ４のシリンダ４ａ，４ｂを
作動してそれぞれのロッド４ａ−１，４ｂ−１を後退さ
せる。これにより、クランパ４ｃ，４ｄ，５ｃ，５ｄが
レールＲ₁，Ｒ₂をトング機構によって互いに接近する
方向に引き、レールＲ₁，Ｒ₂に初期テンションを与え
る。

【００３８】次いで、レールＲ₁，Ｒ₂の通し芯を合わ
せるため、図アライメント装置６によってそれぞれのレ
ールＲ₁，Ｒ₂の位置の調整を行なう。この作業の前で
あってベース１を設置するときには、グリッパ６ｈから
ロックピン６ｊを抜いておき、これらのグリッパ６ｈが
ピン６ｉ周りに揺動できるようにしておく。これによ
り、グリッパ６ｈがレールＲ₁，Ｒ₂に被さるときに
は、グリッパ６ｈの位置がずれていてもこれを左右に振
ることで、図３に示すようにその下端部をレールＲ
₁（Ｒ₂）の側面まで潜らせることができる。

【００３９】このグリッパ６ｈのレールＲ₁，Ｒ₂に対
するセットの後にロックピン６ｊによってグリッパ６ｈ
の姿勢を拘束し、レールＲ₁，Ｒ₂を保持可能とする。
そして、レールＲ₁側及びレールＲ₂側のそれぞれのア
ライメント装置６において、調整ハンドル６ｆ，６ｇを
回転操作することで、芯合わせブロック６ｅをテーブル
６ｂの幅方向にシフトさせることができる。したがっ
て、それぞれのアライメント装置６によるレールＲ₁，
Ｒ₂の芯合わせが可能となり、溶接前の前処理の一つの
工程が完了する。

【００４０】ここで、両方のレールＲ₁，Ｒ₂の芯合わ
せだけでなく、レールＲ₁，Ｒ₂の捩じれを修正する。
たとえば、図６において、レールＲ₁の上面が少し左下
がりとなるように傾斜して捩じれていたときには、左右
の捩じれ修正装置７の雄ネジ杆７ｃがレールＲ₁の左右
の底部側に突き当たっているので、右側の捩じれ修正装
置７の軸線を長くし左配置の捩じれ修正装置７のそれを
短くすればよい。この操作は、それぞれの接続子７ａを
決められた方向に回すだけでよく、これによってレール
Ｒ₁の捩じれの調整が行われる。

【００４１】また、捩じれ修正装置７によってレールＲ
₁，Ｒ₂の上面の姿勢を水平状態に設定することがで
き、継ぎ目部分への溶接のときに溶接溶鋼が流れ出てし
まうことが防止され、適正な溶接が行われる。

【００４２】以上のレールＲ₁，Ｒ₂の芯合わせ及び捩
じれ修正の後には、溶接によるレールＲ₁，Ｒ₂に残る
残留応力を軽減するため、アライメント装置６を利用し
てこれらのレールＲ₁，Ｒ₂の接合端側が少し上向きと
なるような上反りさせる。これは、操作ハンドル６ｃに
よってテーブル６ｂを引き上げ、これに一体のグリッパ
６ｈが図３に示す状態でレールＲ₁を上に動かすことに
よって行なうことができる。

【００４３】このようなレールＲ₁，Ｒ₂の上反りの設
定の後、溶接装置９のロボット９ｂを作動させることに
よって、そのトーチ９ａをレールＲ₁，Ｒ₂の継ぎ目部
分に整合させて所定の肉盛りの溶接が行われる。

【００４４】この溶接の後には、アライメント装置６の
テーブル６ｂを再び下降させてレールＲ₁，Ｒ₂を最初
の姿勢に戻し、その後余盛り除去装置８によって図７で
説明した要領で余盛り肉Ｗを切除する。

【００４５】この余盛り肉Ｗの切除作業の後、テンショ
ナ４のシリンダ４ａ，４ｂのロッド４ａ−１，４ｂ−１
を進出させてレールＲ₁，Ｒ₂に対する拘束を解き、ベ
ース１を撤去することによってレールＲ₁，Ｒ₂の間の
溶接作業が完了する。

【００４６】

【発明の効果】本発明では、溶接するレールのテンショ
ン付加から芯合わせ及び捩じれの修正，溶接及び余盛り
肉の切除作業が一つの装置で一貫して行えるので、従来
のようにテンショナや芯合わせ装置を作業順序に従って
設置及び撤去する場合に比べて作業効率が格段に向上す
る。このため、限られた時間内での作業であっても、作
業者の作業負担が大きくなることがなく、作業時間の短
縮も可能となる。

【００４７】また、余盛り除去装置の刃物は波状の刃先
を持つので、余盛り肉に対する切込み力が大きくなり、
その分だけ刃物を押す駆動力が小さくて済む。このた
め、余盛り除去装置には、刃物が受ける反力をトング機
構等によって受け止めるだけでよく、大型のシリンダ等
を必要とせず、装置の軽量化とこれに基づく作業負担の
軽減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレールの溶接・処理装置の概要を示す
平面図である。

【図２】図１の正面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線矢視による縦断面図であってア
ライメント装置の詳細を示す図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ線矢視による縦断面図である。

【図５】図３のＣ−Ｃ線矢視による縦断面図である。

【図６】捩じれ修正装置のレールに対する配置を示す要
部の縦断面図である。

【図７】余盛り除去装置の平面図である。

【図８】図７の余盛り除去装置の詳細であって同図の
（ａ）は刃物側から見た正面図、同図の（ｂ）は刃物部
分の要部を示す側面図、同図の（ｂ）は背面図である。

【符号の説明】

１ベース２フレーム３フレーム４テンショナ５テンショナ６アライメント装置７捩じれ修正装置８余盛り除去装置８ｄ刃物９溶接装置１０アジャスタＲ₁ レールＲ₂ レールＷ余盛り肉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内野耕一福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者杉野和男福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者奥村誠千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者河野和久東京都千代田区丸の内一丁目６番５号東日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者設楽英樹東京都千代田区丸の内一丁目６番５号東日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者牟田晋二福岡県北九州市八幡東区枝光２丁目１番15 号三島光産株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対向して溶接される２本のレールを跨
いで設置するベース・フレーム構造を持ち、該ベース・
フレーム構造に、前記２本のレールにそれぞれの長手方
向にテンションを加えるテンショナと、前記レールどう
しの芯合わせ及び上下方向の上反り操作を行なうアライ
メント装置と、前記レールの捩じれ角度を修正する捩じ
れ修正装置と、前記レールどうしの継ぎ目を溶接する溶
接装置と、該溶接装置によって形成された前記継ぎ目部
分の余盛り肉を切除する余盛り除去装置とを備えてなる
ことを特徴とするレールの溶接・処理装置。
【請求項２】前記アライメント装置は、昇降操作可能
なテーブルと、該テーブルに連接されて前記レールを跨
ぐ方向に移動可能な芯合わせブロックと、該芯合わせブ
ロックに揺動可能に連結され前記レールの両側面を拘束
可能なグリッパとを備えてなる請求項１記載のレールの
溶接・処理装置。
【請求項３】前記余盛り除去装置は、前記余盛り肉方
向に進退して剪断する刃物を備え、該刃物の刃先先端を
波形状としてなる請求項１記載のレールの溶接・処理装
置。