JP4586016B2 - レールの走行面を周囲研削によって加工するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、レールの走行面を加工するための装置に関し、特に、レールの走行面で調整可能かつレールに沿って移動可能な研削フレームによって周囲研削を可能とし、この研削フレームがレール長手方向に対して鋭角を成す旋回軸を有する周囲研削に対して自由に回転可能として配置した少なくとも１個の研削部材を具える装置に関するものである。

鉄道軌道におけるレールの場合、長期にわたる使用により磨耗が生じる。磨耗の主因はレール内の材料変位及び研削部材の亀裂形成にある。

列車車輪が走行する際にレールに引き起こされる力に起因する材料変位によって二つの磨耗現象が生じる。一方ではレールの材料が横方向に変位される。即ち、研削部材では列車の車輪が走行する側から別の側へ材料が変位する。プロファイルの変化が生じ、レールの使用・管理に不利な作用を及ぼす。他方では材料が長手方向に変位し、レール長手方向でうねりが形成される。これらのうねりは列車運行に支障を与え、走行騒音の発生及び騒音被害を増加させる。これらは不所望である。

材料変位によるレールの過度の損耗及び誘導的な変形を避けるために、レールを成形する鋼鉄は近年まで常に硬く合金されてきた。このため、所望のように損耗磨耗及び材料変形が低減するだけでなく、レールの亀裂形成の傾向が高まる。レールの亀裂は、多くの場合、走行面から始まり、対策が不十分であるとレール材料の内部へ深く拡がる。これらのレール内の亀裂は、特に最近の高速列車にとって危険であり、事故につながる恐れがある。例えば、イギリスにおける重大な鉄道事故は亀裂によるレール破損が原因であった。したがって、レール及び軌条施設の安全確保には、発生する亀裂を早期に処置／解消することが極めて重要である。

レールにおける既述したすべての欠陥又は変質を排除又は処理可能とする簡便かつ効果的な措置はレールを削磨することである。レールの走行面は、通常、約５／１００mmだけ削磨され、材料変位を調整すると共に、生じた細微な亀裂を平坦に研削する。

従来技術においては様々な研削方法及び研削装置が公知である。まず、回転駆動される研削部材によって作業を行う装置が公知である。自明のことながら、これらの装置は遅い前進速度でしかレールの加工を可能にしないのが不利である。多くの場合、遅行である。このことが支障であると感じられたため、特許文献１では請求項１の上位概念のすべての特徴を開示した研削装置が提案されている。この装置により、レール加工は、駆動されない研削部材のために約８０〜１２０ｋｍ／ｈの明らかに上昇した速度で実現可能となる。この進歩によりレールの切削加工は経済的なものとなる。

特許文献１に記載された装置は更に改良の余地を残すのが不利である。研削部材の唯一の具体的な実施形態として図示された形状において、研削面は研削部材の軸線方向で見て凹状を呈する。この形状は、上方走行面を含むレールの全体走行面及び上方走行面に側方で連なる両サイドエッジをオーバーラップする。ここには、開示された方法又は開示された装置の具体的な実施に係る重大な困難が隠されている。ポイント、軌道交差部、類似の軌道構造素子等を通過する際に研削工程は妨げられる。特許文献１に記載されたような形状とする研削部材は、ポイントの通過に際してレール外側（軌道の第２レールの反対側）でサイドエッジをオーバーラップする研削面部分と共にポイント又はタングの中心部に係留する。このことは、研削部材及び／又はポイントの損傷につながる。レールの研削に際して、装置は各ポイント又は類似の軌道構造素子の前で制動され、研削部材はレールから取り外される。加工の遅延に加えて、ポイント及び類似の軌道構造素子におけるレールは研削が不可能となり、上述のすべての不利を有するレール磨耗は排除することができない。
欧州特許第０７０８２０５号明細書

本発明の課題は、従来技術における装置を改良し、ポイント及び類似の軌道構造素子を同時に加工可能とし、そのために作業速度を著しく低減する必要がないものとする装置を提案することにある。

この課題を解決するため、本発明による装置は、研削フレームには少なくとも２個の研削部材を配置し、第１研削部材のレール加工のための第１研削面がレールの上方走行面のみを研削するために成形した輪郭を具え、第２研削部材のレール加工のための第２研削面がレールの上方走行面及びこの上方走行面に側方で連なる一方のサイドエッジを研削するために成形した輪郭を具えることを特徴とする。

本発明は、１個の車輪によって実際に通過される上方走行面及び必要とあらば車輪によって通過される走行エッジを研削するだけで研削処理は十分であるとの認識に基づくものである。軌道に敷設されたレールの場合、其々に対置するレールに対向するレールのインナーエッジだけを通過すると共に、それに応じて負荷を受ける。それに対して、レールのアウターエッジは、車輪によって通過されると共に、これらのエッジの研削が不必要とする明らかに少ない負荷を受ける。

レールのアウターエッジに当接する研削面部分は、上記特許文献１に記載された研削部材において、ポイント又は類似の軌道構造素子の通過に際する上述の問題を引き起こす。本発明による各研削部材が具える各研削面は、レールの上方走行面、あるいは、レールの上方走行面に連なるサイドエッジの一方とレールの上方走行面をオーバーラップする輪郭を具える。したがって、ポイントの通過又は類似の軌道構造素子の通過に際する上述の支障を避けると共に、本装置は軌道構造素子を具える領域でも高い前進速度でレールを研削することができる。

更に、本発明で投入される研削部材は、上記特許文献１に開示された研削部材に比べて、縮小した研削面をより小さい寸法とするのが有利である。研削部材の作製は高価であり、研削部材のサイズが大きくなるにつれ製造コストは増加する。小さな研削部材を使用することにより、製造時のコスト削減が可能となる。研削部材は自明のことながら定期的に補完すべき磨耗部品であるため、小さい研削部材は運用及び管理保全コストの面からも有利である。

少なくとも１個の研削部材は、旋回軸に対して回転対称として形成するのが好適である。

更に、少なくとも１個の研削部材は、レールの走行面に抗する押圧力の方向で堅固な支持によって選択的にオーバーラップ可能な弾性部材を通じて研削フレームに支持するのが好適である。研削部材の弾性的支持は、上述したレールのうねりの頂上領域において、弾性部材の弾性特性に依存する押圧力の増大を条件とする。したがって、レールの走行面における研削部材の押圧力の自己調節は其々の高さ誤差に応じて行われる。しかしながら、研削部材の待避可能性は必ずしも所望とは限らない。この理由から、弾性部材は選択的に堅固な支持によってオーバーラップ可能となる。

本発明の実施形態において、各研削部材は、レールに同時に着手するために設計される。レールの走行面の特定領域を研削するために特別に形成した２個の研削部材を配置することにより、研削部材は研削面に沿って特に的確に輪郭形成が可能となる。したがって、走行面の其々の領域を可能な限り正確に研削することができる。特に良好な研磨状態が実現し、研削後の極めて良好なレール形状はレールの良好な走行特性と一体化する。更に、研削部材は特に小型かつコンパクトに形成可能であり、既述のコスト的にも有利である。

レール走行面の個々の領域を研削するために投入された両方の研削部材を形成する場合、第１研削部材は概ね切頭錐体外周形状とする研削部材の軸線方向で僅かに凹状とした第１研削面を具え、第２研削部材は第１部分と第２部分とから構成される第２研削面を具える。第１部分は、概ね切頭錐体外周形状とする研削部材の軸線方向で僅かに凹状を示し、第２部分は第２研削部材の軸線方向で第１部分に隣接する。第２部分では第２研削面が第２研削部材の軸線方向で見て凹状に外方へ湾曲して延在する。

第１研削部材は、実際には切頭錐体として作製され、レールの上方走行面を研削するために使用される。研削開始によって、第１研削部材の第１研削面に、レールの上方走行面の湾曲に相補的に一致する僅かに凹状とするプロファイルが削入される。このように僅かに凹状とするプロファイルは、第１研削部材の第１研削面で既に作製時に形成可能である。第１研削部材の切頭錐体形状は、この第１研削部材で研削された上方走行面のプロファイルに鑑みて有利であることが実証される。

第２研削部材は、２部分に分割される第２研削面を具える。第１部分では第２研削部材もまた切頭錐体として成形される。この部分には第２部分が連なり、第２研削部材は凹状で外方に延在する“ネック部”を具える。この第２研削部材の形状により、走行面のエッジ、特に、インナーエッジ又は走行エッジの研削に良好な適性が与えられる。

第１研削部材の場合、第１研削面の軸線方向長さがレールの加工すべき上方走行面の幅に概ね一致するのが有利であるのに対し、第２研削部材の第２研削面の第１部分は、軸線方向において加工すべき上方走行面の幅よりも短いのが好適である。第１研削部材の第１研削面の軸線方向長さは、概ねレールの上方走行面の全幅に及ぶため、上方走行面の全体が第１研削部材によって確実に研削可能となる。殆どレールのインナーエッジだけを研削する第２研削部材については、切頭錐体の部分を短く形成する。それにより、第２研削部材の寸法は縮小され、コスト的にも有利となる。

研削フレームには、レール長手方向で見て複数個の研削部材を連続して配置することができる。旋回軸は全体として平行かつレール長手方向に対して鋭角に整列される。このような平行配置は、上記特許文献１の図５に示された公知の成形による研削部材に該当する。この配置により、特にコンパクトな構造が実現する。

研削フレームには代替的にレール長手方向で見て複数個の研削部材を連続して配置することができる。研削部材の旋回軸は概ね水平面内で交互に６０°〜１２０°、好適には約９０°の角度で互いに旋回すると共に、レール長手方向に対して鋭角に整列する。このような配置は、前述のようにコンパクトに構成されていないが、研削の成果に鑑みて有利である。

その他の考え得る構造的特徴、即ち、特に目直部材の性状及び配置又は研削部材の制動装置を具える可能性等については、上記特許文献１の記載を参照することができる。そこで開示された構造的措置は、レールに対して傾斜した自由に回転可能な研削部材を具える装置の原理に係るものであり、研削部材の特別な形状によって排除されない限り、本発明においても十分に応用可能とするものである。この意味において、上記特許文献１は本発明の記述に関連している。

本発明によれば、ポイントの通過又は類似の軌道構造素子の通過に際する支障を避けると共に、軌道構造素子を具える領域でも高い前進速度でレールを研削することができ、かつ、縮小した研削面をより小さい寸法とすることが可能になり、製造時のコスト削減が可能となる。

以下、本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。

図１は、本発明による装置の要部を形成する研削部材１０をレール１上に載置した状態として示す見取り図である。図２は、図１に示した配置を上方から見て示す平面図である。研削部材１０は、本発明による研削装置の研削フレーム（図示せず）に旋回軸１１で自由に回転可能として配置され、旋回軸に対して回転対称に構築される。切頭錐体形状とした研削部材１０は、軸線方向に僅かに凹状に湾曲した研削面１２を具える。図示した僅かな凹状湾曲は、既に研削部材１０の作製時に成形可能である。研削部材１０は切頭錐体として作製するのが好適であり、凹状湾曲はレール１の研削加工によって初めて上方の走行面２の湾曲に対する相補的な湾曲として研削面１２に具現化される。研削部材１０の旋回軸１１は水平方向に配置され、レール長手方向５に対して鋭角αに調整される。角度αは、図示の実施形態においては４０°とする。研削部材の直径は２００ｍｍである。

研削部材１０は研削面１２によってレール１の上方の走行面２だけをオーバーラップする。走行面のエッジ３，４は研削部材１０によって捕捉されない。

作動中には自由に回転可能として配置された研削部材１０がレール長手方向５に対する図示の傾斜位置でこの方向に引張される。それにより、欧州特許第０７０８５０２号明細書に記載された原理に従って研削作用が生じる。

図４では、本発明の装置に具えた第２研削部材２０をレール１上に載置した状態として示している。図４は、図３に示した配置を上方から見て示す平面図である。研削部材２０の旋回軸２１もまた本発明による研削装置の研削フレーム（図示せず）に自由に回転可能として配置され、研削部材２０は旋回軸２１に対して回転対称に構築される。研削部材２０は、２部分から構成された研削面２２を具える。第１部分２３では研削面が切頭錐体の外周面に対応する。第２部分２４では研削面が凹状に外方へ湾曲すると共に、研削部材２０のネック部２５を形成する。作動中の研削部材２０はネック部２５によってレール１のインナーエッジ３を包囲し、これを研削する。研削部材２０の旋回軸２１は水平方向に配置されると共に、レール長手方向５に対して鋭角αだけ調整される。角度αは図示の実施例では７２°、研削部材の直径は２００ｍｍとする。

自由に回転可能として配置された研削部材２０もまた作動中は図示のレール長手方向５に対する傾斜位置でこの方向に引張される。それにより、欧州特許第０７０８５０２号明細書に記載された原理に従って研削作用が研削部材２０についても生じる。

本発明による装置において、其々に複数個の研削部材１０，２０をレール長手方向でレール１に対して鋭角に連続して配置し、１個のユニットに統合する。装置を適切に形成することにより、成形の異なる研削部材１０，２０は走行面の異なる領域を加工するために、同時に一本のレールで着手可能となる。更に、本発明の装置は軌道の両方のレールを同時に加工するための平行に配置したユニットを具えることができる。研削部材１０，２０は、欧州特許第０７０８５０２号明細書に記載された実施形態と同様、既知の幾何学的配置とする研削部材によって示したように配置可能である。これらの研削部材は，其々に６０°〜１２０°、好適には約９０°の角度だけ水平方向の面内で互いに転向した旋回軸１１，２１に配置することができる。

図１〜４に示した両方の研削部材１０，２０を具える本発明の装置により、レール１の上方の走行面２及びインナーエッジ３を研削加工するが、アウターエッジ４は加工されない。このことは、本発明の基礎となる重要な認識に鑑みても不必要である。アウターエッジ４の領域では何れの研削部材１０，２０もレール１の走行面から突出しないため、ポイント又は類似の軌道構造素子の通過に際しても前述の問題はもはや生じない。

本発明による上方の走行面を研削する装置の研削部材をレール上に載置した状態として示す見取り図である。 図１に示した配置を上方から見て示す平面図である。 走行面のエッジを研削するための研削部材を図１に示した状態に対応するものとして示す見取り図である。 図３に示した配置を示す平面図である。

１ レール
２ 上方の走行面
３ インナーエッジ
４ アウターエッジ
５ レール長手方向
１０ 研削部材
１１ 旋回軸
１２ 研削面
２０ 研削部材
２１ 旋回軸
２２ 研削面
２３ 部分
２４ 部分
α 角度

Claims (8)

1. レールの走行面を加工するための装置であって、レールの走行面で調整可能かつレールに沿って移動可能な研削フレームによって周囲研削を可能とし、該研削フレームはレール長手方向に対して鋭角を成す旋回軸を有する周囲研削に対して自由に回転可能として配置した少なくとも２個の研削部材を具えるものにおいて、
   その第１研削部材はレールの上方走行面のみを研削するために成形した輪郭を有する第１研削面を具え、
   第２研削部材は、レールの上方走行面及びこの上方走行面に側方で連なる一方のサイドエッジを研削するために成形した輪郭を有する第２研削面を具え、
   第２研削面は、
   レールの上方走行面のみを研削するために成形した輪郭を有する第１部分と、
   第２研削部材の軸線方向で第１部分に隣接し上方走行面に連なる一方のサイドエッジのみを研削するために成形した輪郭を有する第２部分とから構成されている
   ことを特徴とする装置。
2. 研削部材は、旋回軸に対して回転対称とすることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 少なくとも１個の研削部材は、レールの走行面に抗した押圧力の方向で堅固な支持により選択的にオーバーラップ可能な弾性部材を通じて研削フレームに支持することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 第１研削部材は、概ね切頭錐体外周形状とする第１研削部材の軸線方向で僅かに凹状とした第１研削面を具えること、及び、第２研削部材は第２研削面を具え、該第２研削面は概ね切頭錐体外周形状とする第２研削部材の軸線方向で僅かに凹状とした第１部分と、第２研削部材の軸線方向で第１部分に隣接する第２部分とから構成され、第２部分では第２研削面が第２研削部材の軸線方向で見て凹状に外方へ湾曲して延在することを特徴とする請求項１〜３何れか一項に記載の装置。
5. 第１研削部材の第１研削面の軸線方向長さは、レールの加工すべき上方走行面の幅に概ね一致するのに対し、第２研削部材の第２研削面の第１部分は軸線方向で加工すべき上方走行面の幅より短いことを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 研削フレームにはレール長手方向で見て複数個の研削部材を連続的に配置し、旋回軸は全体としてレールに対して平行かつレール長手方向に対して鋭角に整列することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の装置。
7. 研削フレームにはレール長手方向で見て複数個の研削部材を連続的に配置し、旋回軸は概ね水平面内で交互に６０°〜１２０°の角度だけ互いに旋回すると共に、レール長手方向に対して鋭角に整列することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の装置。
8. 旋回軸は概ね水平面内で交互に約９０°の角度だけ互いに旋回することを特徴とする請求項７記載の装置。

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