(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールの接合部位を加熱しながら圧接するレールの加熱圧接方法において、
加熱により前記接合部位の塑性変形が始まる迄は、該接合部位に加わる圧接力が目標値となるように圧力制御を行い、
前記加熱による接合部位の塑性変形の開始を、該接合部位に加わる圧接力の低下により検知して、
加熱により前記接合部位の塑性変形が始まった後は、該接合部位の圧接量が目標値となるように変位制御を行い、
レールの温度上昇速度を反映した圧力低下を指標に前記圧力制御から前記変位制御に移行するタイミングを決定すると共に、
施工条件毎の圧力再調整を行うことなく、前記圧接力及び圧接量の制御を、インバータ電源により駆動信号の周波数が制御されるモータにより駆動される油圧ポンプにより制御される加圧シリンダにより行うことを特徴とするレールの加熱圧接方法。
【請求項２】
レールの接合部位を加熱しながら圧接するレールの加熱圧接装置において、
前記接合部位に加わる圧接力を検出するための圧力センサと、
前記接合部位の圧縮量を検出するための変位センサと、
加熱により前記接合部位の塑性変形が始まる迄は、該接合部位に加わる圧接力が目標値となるように圧力制御を行い、前記加熱による接合部位の塑性変形の開始を、該接合部位に加わる圧接力の低下により検知して、加熱により前記接合部位の塑性変形が始まった後は、該接合部位の圧接量が目標値となるように変位制御を行い、レールの温度上昇速度を反映した圧力低下を指標に前記圧力制御から前記変位制御に移行するタイミングを決定する制御手段と、
施工条件毎の圧力再調整を行うことなく、前記圧接力及び圧接量を制御するための、インバータ電源により駆動信号の周波数が制御されるモータにより駆動される油圧ポンプにより制御される加圧シリンダと、
を備えたことを特徴とするレールの加熱圧接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レールの加熱圧接方法及び装置に係り、特に、接合すべきレール同士をクランプすると共に、接合部位をガスバーナーで加熱しながら一方側から加圧して圧接を行うレールガス圧接機に用いるのに好適な、目標圧接量が正確に得られるレールの加熱圧接方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されたようなレールガス圧接機が知られている。図１及び図２に示すように、この種のレールガス圧接機２には、接合すべきレールＲ１、Ｒ２の長手方向に間隔をおいて、加圧シリンダ（アプセットシリンダとも称する）４、４が取り付けられた支持フレーム６と、接合すべき一方のレールＲ１をクランプして加圧を受ける固定フレーム８が対向配置されているとともに、支持フレーム６側内方には加圧シリンダ４で駆動される移動フレーム１０が設置されており、各フレーム６、８、１０はそれぞれ底部両側とレール上方に位置する頂部の３箇所をもって共有のガイドシャフト１４、１４、１４で組付けられている。
【０００３】
また、固定フレーム８と移動フレーム１０との間には、接合部位の加熱源であるガスバーナーを支持するバーナーケース１２が３本のガイドシャフト１４に上方から被せる着脱方式で設置されている。
【０００４】
固定フレーム８と移動フレーム１０には、それぞれレールＲ１、Ｒ２をクランプするためのクランプシリンダ１６、１８が取り付けられており、移動フレーム１０の前面には、接合後の余盛りを押し抜く押抜バイト部材２０が設けられている。また、移動フレーム１
０は、その後面に取り付けられるジョイントブロック２２、２３をもって加圧シリンダ４のロッド２４に連結されている。
【０００５】
図において、２５は、移動フレーム１０の上面に設けられる指示目盛、２６は、支持フレーム６に取り付けられる移動距離指示部材、２７は運搬用ロッド、２８は吊金具、２９は、移動フレーム１０の後面に取り付けられる、加圧時の補強部材としてのバックプレート、３０は、固定フレーム８側のバックプレートを示す。
【０００６】
移動フレーム１０は、図３に示すように、三角形状の外郭を有する形状に形成されており、底部両側と頂部にはガイドシャフト１４の挿通孔３１が形成されている。中央部位には底面側が開放されたレール収容部３２が形成されており、一側部にはクランプシリンダ１８の取付用孔３３が形成されている。固定フレーム８におけるクランプシリンダ１６の取付も同様である。また、他側部にはレールクランプ部材の一要素である固定チャックを取り付けるための固定チャック取付面３５が形成されている。図において、３７は、運搬用ロッド２７の挿通孔を示す。
【０００７】
移動フレーム１０でレールＲ２をクランプした状態を図５に示す。図において、７５は、押抜バイト部材２０の上部バイト、７７は底部バイト、８４は上部ベースプレート、８５は上部バイト本体、８６は底部バイトホルダ、８７は底部バイト本体である。
【０００８】
このようなレールガス圧接機における圧接量管理は、移動フレーム１０上に設けた指示目盛２５に対する、本体の支持フレーム６に取付けた移動距離支持部材２６の指示値を、作業員が目視することにより行われている。ただし、目標圧接量に到達しても、圧力操作とは連動していないため、加圧シリンダ４の前進は継続する。この間、作業員の目が指示目盛２５から離れているため、結果的に正確な最終圧接量が把握できていないという問題があった。
【０００９】
又、レールのガス圧接は、接合端面に１８〜２０トンの圧力を加えながら行うが、圧接機本体が出力している加圧力（アプセット力とも称する）は、接合するレール自体を引き寄せる力としても使われている。従って、長尺のレールを溶接する場合、その自重、またレール底面に働く接地抵抗分も考慮しなければならない。一方で、通常、ガス圧接工事を行う場合、事前にテストピースを作成し、各設定条件に不備はないか確認するが、テストピースは大概１ｍ未満のレール端材を使用して行うことが多い。その結果、確認試験では良好であっても、本施工において加圧力不足などを生じ、圧接不良を発生させるおそれがあった。
【００１０】
更に、ガスレール圧接機による圧接施工結果は、従来、作業員の手記入によっていた。このため、後日において圧接部の不具合が判明したとしても、施工時の状況把握は曖昧で、原因究明が困難な面があった。
【００１１】
又、従来のガスレール圧接機は、図６に例示する如く、圧接機本体２と操作盤１００の間が、シリンダ３箇所×往復、計６本のホース（１０〜１５ｍ）２０１〜２０６で接続されている。従って、接続の手間や誤接続、逆接続のおそれに加え、作業中の圧接機は脱着時など頻繁に移動するため、取り回しの面で不具合もあった。図において、１０４は加圧シリンダ４用の操作バルブ、１０５は加圧用油圧計、１１６は固定側クランプシリンダ１６用の操作バルブ、１１７はクランプ用油圧計、１１８は、移動側クランプシリンダ１８用の操作バルブ、１１９はクランプ用油圧計、１２０は、クランプ時の圧力（低圧）を制御するための圧力スイッチ、１２２は、圧接時の圧力（高圧）を制御するための圧力スイッチ、３００は油圧源、３０２は油圧ポンプ、３０４は、そのモータ、３０６はリリーフ弁である。
【００１２】
更に、圧接機の油圧操作は、操作盤１００で行っているが、操作要員として１名（Ａ）配置する必要がある。又、本体２側でクランプ確認などの作業を行う要員Ｂ、Ｃと、操作盤１００で操作する要員Ａが異なる為、安全性の面でも問題があった。
【００１３】
更に、被溶接レールＲ１、Ｒ２の芯出しは、最終的に圧接機本体２の剛性に頼るところが大きいが、３本シャフト構造では、その剛性が十分とは言えなかった。
【００１４】
又、このようなレールガス圧接機における従来の圧接制御は、図７に示す如く、圧力スイッチ１２２で常時圧力を監視し、シリンダ４による加圧力が圧力下限値と上限値の間の一定圧力範囲に入るように圧力で制御していた。即ち、バーナーによる加熱で熱膨張により圧力は一旦上昇するが、ある温度（約８００℃）に到達すると、塑性変形を生じ、圧力は低下する。
【００１５】
加圧力は、レール引き寄せにも使われるため、接合端面に働く加圧力は実際のところ不明で、不足している可能性がある。加圧条件・加熱状態に応じて、圧縮が促進するが、端面加圧力が不足の場合、圧縮工程において過加熱状態に至り、焼き割れなどの欠陥を発生させることもあった。
【００１６】
一方、レールガス圧接機ではないが、レール緊張器について、特許文献２の特に図１２には、変位制御と圧力制御を併用することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平５−２３７６６９号公報
【特許文献２】特開２００５−１４０６６号公報（図１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献２に記載の技術では、圧力制御から変位制御の切換を圧接時間により行っていたため、必ずしも的確な制御の切換ができないという問題点を有していた。
【００１９】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、圧力制御から変位制御への切換を的確に行って、目標圧接量が正確に得られるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、レールの接合部位を加熱しながら圧接するレールの加熱圧接方法において、加熱により前記接合部位の塑性変形が始まる迄は、該接合部位に加わる圧接力が目標値となるように圧力制御を行い、前記加熱による接合部位の塑性変形の開始を、該接合部位に加わる圧接力の低下により検知して、加熱により前記接合部位の塑性変形が始まった後は、該接合部位の圧接量が目標値となるように変位制御を行い、レールの温度上昇速度を反映した圧力低下を指標に前記圧力制御から前記変位制御に移行するタイミングを決定すると共に、施工条件毎の圧力再調整を行うことなく、前記圧接力及び圧接量の制御を、インバータ電源により駆動信号の周波数が制御されるモータにより駆動される油圧ポンプにより制御される加圧シリンダにより行うようにして、前記課題を解決したものである。
【００２２】
本発明は、又、レールの接合部位を加熱しながら圧接するレールの加熱圧接装置において、前記接合部位に加わる圧接力を検出するための圧力センサと、前記接合部位の圧縮量を検出するための変位センサと、加熱により前記接合部位の塑性変形が始まる迄は、該接合部位に加わる圧接力が目標値となるように圧力制御を行い、前記加熱による接合部位の塑性変形の開始を、該接合部位に加わる圧接力の低下により検知して、加熱により前記接合部位の塑性変形が始まった後は、該接合部位の圧接量が目標値となるように変位制御を行い、レールの温度上昇速度を反映した圧力低下を指標に前記圧力制御から前記変位制御に移行するタイミングを決定する制御手段と、施工条件毎の圧力再調整を行うことなく、前記圧接力及び圧接量を制御するための、インバータ電源により駆動信号の周波数が制御されるモータにより駆動される油圧ポンプにより制御される加圧シリンダと、を備えたことを特徴とするレールの加熱圧接装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、目標圧接量を正確に得ることができる。又、作業誤差による圧接量の過不足も防止され、継ぎ手品質の安定性も向上される。更に、レールの引き寄せ力に増減があっても、油圧源の出力が自動的に制御されるため、圧接欠陥のばらつきが低減される。又、本施工前の圧力再調整の手間も省略できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】特許文献１に記載された従来のレールガス圧接機の構成を示す平面図
【図２】同じく側面図
【図３】同じく移動フレームの概要正面図
【図４】同じく移動フレームの概要側面図
【図５】同じくレールをクランプした状態の移動フレームの概要正面図
【図６】従来のレールガス圧接機の油圧回路の一例を示す図
【図７】従来の一定圧力による圧接制御の一例を示すタイムチャート
【図８】本発明の実施形態の全体構成を示す図
【図９】同じく移動フレームの概要正面図
【図１０】同じく制御回路図
【図１１】同じく油圧回路図
【図１２】同じく圧接制御の概念を示すタイムチャート
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２６】
本実施形態は、従来例と同様のレールガス圧接機において、図８（全体図）、図９（移動フレームの概要正面図）、図１０（制御回路図）、図１１（油圧回路図）に示す如く、（１）圧接機本体２に、加圧シリンダ４に加わる油圧を検出する圧力センサ９０と、加圧シリンダ４のベースである支持フレーム６に対する移動フレーム１０の移動量を検出するための変位センサ９２を設けると共に、（２）図１１によく示される如く、圧接機本体２に油圧を分岐するための分岐マニホールド９４を設け、シリンダ操作バルブ１０４、１１６、１１８も圧接機本体２側に移して、油圧源３００と圧接機本体２を２本の油圧ホース２０１、２０２で接続するようにし、更に、（３）図９によく示される如く、本体上部のガイドシャフト１４を２本に増加させ、下部側のガイドシャフト１４´は、中実のガイドシャフト１４と同断面積以上の断面積を有する肉厚パイプに変更したものである。
【００２７】
前記制御装置４００は、図１０によく示される如く、ＣＰＵ４０２と、表示・設定入力ユニット４０４（図８参照）と、圧力センサ９０からの入力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４１０と、変位センサ９２からの入力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４１２と、ＣＰＵ４０２から出力される圧力誤差信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器４１４と、ＣＰＵ４０２から出力される変位誤差信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器４１６と、Ｄ／Ａ変換器４１４、４１６の出力に応じて、油圧源３００のモータ３０４に与える駆動信号の周波数を変えるためのインバータ（ＩＮＶ）電源４２０とを有する。図において、４０６は、ＣＦカード等の記録メディアである。
【００２８】
制御装置４００には、更に、図８に示される如く、主電源スイッチ４３０と、ポンプ電源スイッチ４３２と、非常停止スイッチ４３４と、受電灯４３６と、ブザー４３８が設けられている。
【００２９】
又、前記制御装置４００には、更に、図８によく示される如く、操作ペンダント５００が付設されている。この操作ペンダント５００には、例えば圧力切換スイッチ５０２と、圧接（計測）開始スイッチ５０４と、計測値確定・記録スイッチ５０６が設けられている。
【００３０】
図８において、９８は、圧接機本体２に設けられた中継箱、３１０は、油圧源３００に設けられた主油圧計である。
【００３１】
他の点については、図１〜図６に示した従来例と同じであるので、同じ符号を付して説明は省略する。
【００３２】
以下、図１２を参照して、作用を説明する。
【００３３】
各センサの計測値は、制御装置４００内のＣＰＵ４０２に送られる。これらの計測値は自動的に記録メディア４０６に送られ記録される。
【００３４】
圧接開始時は初期加圧力を加えるため、圧力センサ９０の計測値と圧力設定値を比較し、同一となるまでインバータ電源４２０に駆動指令が送られ、モータ３０４により油圧ポンプ３０２が駆動される。
【００３５】
バーナーケース１２に取付けられたガスバーナー（図示省略）の加熱による熱膨張により圧力は一旦上昇するが、ある温度（約８００℃）に達すると、レール圧接部の塑性変形が始まり、圧力が低下する。そこで、この塑性変形による圧力低下を圧力センサ９０で監視し、圧力が下限設定値に到達した段階で、変位制御へ移行する。制御移行のタイミングは、レールの温度上昇速度（ガスバーナーの燃焼状態など）にも左右されるため、圧力低下を指標にタイミングは判断することとしている。即ち、温度上昇速度が大きいときは、移行タイミングは早くなり、小さければ遅くなる。
【００３６】
このようにレール圧接部の塑性変形が始まった後は、変位センサ９２と変位設定値を比較し、これらが一致するまで、インバータ電源４２０に駆動指令が送られる。
【００３７】
この時のインバータ電源４２０からは、周波数可変による油圧ポンプ３０２の吐出流量の制御が行われ、これにより加圧シリンダ４の速度、変位量が制御される。作動油を吐出させるのに必要なトルクは、インバータ電源４２０により、必要に応じて油圧ポンプ３０２のモータ３０４に供給される。従って、圧力制御のみの場合は必要であった、施工条件毎に行う圧力再調整は不要である。
【００３８】
変位センサ９２の計測値が目標圧接量Ｌに達した時点で、油圧ポンプ３０２が停止され、圧接工程が終了する。
【００３９】
このように、圧接機本体２に設置した圧力センサ９０、変位センサ９２、及び、制御装置４００内部のＣＰＵ４０２により、加圧力、圧接力、圧接時間などの圧接結果はもとより、これらの経時変化も記録できるようにしている。これらのデータは、ＣＦカードなどの小型記録メディア４０６に転送記録され、これを取り出して持ち帰ることで、事務所内のＰＣなどで記録を確認、保存することができる。
【００４０】
このようにして、圧接結果、圧接中の経時変化も記録管理することで、後日、圧接不良発生時においても、当時の状況検証を行うことが容易になり、正当な再発防止策を講じることができるようになる。又、施工記録の管理も省力化される。
【００４１】
ここで、目標位置に到達するための圧力（電源出力）は、状況に応じて自動的に決まり、一定値（範囲）には収まらない。但し、施工管理上、平均加圧力はＣＰＵ４０２で算出し、記録することができる。
【００４２】
本実施形態においては、各シリンダ４、１６、１８への油圧分岐は、図１１に示した如く、圧接機本体２側に分岐マニホールド９４を設置して行うこととし、油圧源３００と圧接機本体２間に接続する油圧ホースの数を２本（２０１、２０２）に減らしている。又、各シリンダの操作バルブ１０４、１１６、１１８は、圧接機本体２側の各シリンダ４、１６、１８付近に搭載することで、クランプ確認などを行う要員Ｂ、Ｃ自身が操作するようにしている。更に、圧接（計測）開始スイッチ５０４などは、図８に示したように、制御装置４００より延長した操作ペンダント５００に搭載し、これも、圧接機本体２側で作業している要員自身で操作できるようにしている。
【００４３】
このように接続ホースの数を減らすことにより、装置準備の手間を減らし、誤接続や逆接続の可能性を減らすと共に、作業時の取り回し性も向上させている。又、油圧操作位置の変更、レバーの操作方向は、シリンダの作動方向と同一とすることにより、操作ミスなどによる事故の発生率を低減することができる。更に、圧接機本体２〜操作盤間の長尺ホース数減により、装置全体における必要油量の低減も図れる。
【００４４】
更に、被溶接レールＲの芯出しは、最終的に圧接機本体２の剛性に頼るところが大きいが、３本シャフト構造では、その剛性が不足している傾向にあった。
【００４５】
そこで、本実施形態においては、図９に示したように、本体上部の中実ガイドシャフト１４を２本に増加させ、下部側２本のガイドシャフト１４´は、上部の中実ガイドシャフト１４と同断面積以上を有する肉厚パイプに変更することで、断面係数及び断面２次モーメントを向上し、圧接機本体２の剛性を向上させている。これにより、被溶接レールＲの芯出し精度を向上し、圧接後の溶接部変形を低減させることができる。
【００４６】
本実施形態においては、油圧源３００内に、従来と同様の圧力スイッチ１２２を残しているので、従来と同様の一定圧力制御を行うこともできる。
【００４７】
なお、分岐マニホールド９４や操作ペンダント５００の設置、上部ガイドシャフト１４の２本化、下部ガイドシャフト１４´の中空パイプ化などは、省略することもできる。又、圧力スイッチ１２２も省略することができる。
【００４８】
更に、レール圧接部の加熱手段も、ガスバーナーに限定されない。
【符号の説明】
【００４９】
２…圧接機本体
４…加圧シリンダ
６…支持フレーム
１０…移動フレーム
１２…バーナーケース
１４、１４´…ガイドシャフト
１６、１８…クランプシリンダ
２７…固定フレーム
９０…圧力センサ
９２…変位センサ
９４…分岐マニホールド
３００…油圧源
３０２…油圧ポンプ
３０４…モータ
４００…制御装置
４０２…ＣＰＵ
４０６…記録メディア
４２０…インバータ電源
５００…操作ペンダント
５０４…圧接（計測）開始スイッチ
５０６…計測値確定・記録スイッチ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ…レール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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