JP4505476B2 - 複数台車の連結装置及び連結装置を用いた検査装置 - Google Patents

Description

この発明は、管(特に埋設管などの管の外径が3インチから8インチ程度の小径管であって90度のエルボ部を含む配管)の内側を連結された複数台の台車を通過するための、連結装置の構造に関する。

台車の構造体に対して比較的大きな径のエルボ管（ベンド：JIS B 0151-1995）及び直線状の管、あるいは小径管の直線状のものについては、様々な台車の連結方法が利用されている。特に台車を引くときはロープやワイヤーなどを用いる方法がある。しかしながら、小径管のエルボ部については、通過が困難なため実施されている例は非常に少なく、図5に示すようにワイヤーで連結したものや特許文献１に示すようにバネで連結したものがあった。また、特許文献２に示すような自在継手を使用して台車間を連結しているものも示されているが、90度エルボ管の通過については考慮されていない。さらに、特許文献３に示すように屈曲可能な連結部材として自在継手を利用しているが、この場合も装置の長さから比較的大きな径のエルボ管（ベンド：JIS B 0151-1995）での仕様となり、90°エルボの通過時に自在継手の屈折に発生する通称のカルダン誤差による考慮がなされていない。ところが小径管の場合では、90度エルボ管の両端においては継手を接続する際に溶接されることが多く、図4に示すような内面に溶接による凸部が存在しており、このことが大きな通過障害となり、通過できないことがあった。図5に示すような連結された台車が図4のエルボ部に差し掛かると、凸部に対して図7に示すような状況となり大きな通過抵抗となってしまう。図６に示すように台車間をバネで接続した場合は大きな牽引力を必要となり、台車や牽引装置などに多大な張力に耐える構造が必要となり実施することは不可能であった。
特開2001-349844号公報 特開平8-198103号公報 特開2002-318293号公報

従来技術による方法では、小径管のエルボ部を通過する連結台車を実施することができないため、新たな台車間の連結機構を生み出す必要があった。特にバネによる台車連結方法では台車間の距離が変動して長くなり、管内部の凸部に引っかかりやすくなってしまうため、台車間距離を最小限にする必要があった。

連結装置は、２つの屈折点を持つ棒状の連結装置であり、屈折点には十字軸式ジョイントを用いた自在継手を使用する。図8に示すように自在継手は、片方を固定したとき他方はいずれの方向にも屈折することができる。しかし、自在継手は屈折する角度により回転力が生じる。これは通称カルダン誤差と呼ばれ、その誤差は式（1）によって表される。

自在継手は、一方の軸回転力を交差角をもつ他方の軸に伝達する手段として利用され、一般的な例として、図12に示すような自動車のクランクシャフトに利用されている。この場合の使用方法では、2個の自在継手を図12に示すようにシャフト１とシャフト３を平行に接続することでシャフト１に対してシャフト２に生じる交差角による回転誤差は、シャフト２とシャフト３の間では逆方向に生じるため打ち消され、シャフト１とシャフト３では回転誤差は生じていない。本発明の連結装置に利用した場合は、2個の自在継手の曲がり方向が同一方向となるため、打ち消し効果は生ぜず、図13に示すように交差角Aと交差角Bによる回転誤差は加算され、回転力も加算されてしまう。一方、台車の構造を考えてみると、サスペンション機構付の車輪(図2)あるいはソリ(図3)が、管内壁に押し付けられているため、周方向の回転には大きな接触抵抗が生じてしまう。従って、カルダン誤差によって生じる回転力は大きな負荷となってしまうことが分かった。そこで、自在継手により発生する2台の台車間に発生する回転力を、図15に示すように２個の自在継手の間に軸が自由に回転できる機構を設けることで屈折により発生する回転力の伝達がなく、複数台の連結された台車のエルボ管における通過を容易にできることが分かった。

自由回転機構は、クレーンなどでワイヤーを使用した吊り下げにおいて、より線により生じる回転力が吊り荷に伝達しないように使用されているものである。図１の自由回動部は、図１５において自在継手（１）と自在継手（２）を継棒（３）により接続している。図１５の（７）及び（８）は、自在継手（１）及び自在継手（２）の自在屈折部である。継棒（３）の自在継手（１）の側は、差し込みあるいはネジによりつながり、１カ所以上のネジ（４）により固定し回転あるいは抜け離れを防止している。一方、自在継手（２）に差し込まれた側は、自由回動を確保するとともに抜け離れを防ぐために継棒（３）の全周に溝があり、この溝に自在継手（２）から１カ所以上にボルト（５）が差し込まれている。このことにより継棒（３）の抜け離れの防止と継棒（３）と自在継手（２）の自由回動が確保される。

また、自由回動を円滑にするためにボルト（５）の先端には回転自由なコマ（６）がはめられている。

また、図4のエルボ管を連結台車が通過す場合の牽引方向は、図9に示すイの方向が最も望ましいが、実際の連結された台車の牽引方向は図9に示すロの方向となる。従って、図9に示すロの方向をイの方向に近づけることが望ましいので、台車間距離をできるだけ短く連結する必要がある。本発明は、台車間距離を短くするし、大きな牽引力に耐えられる方法として自在継手を方向の変更に使用し、自在継手によって生じるカルダン誤差と呼ばれる回転角度誤差によって発生する回転力を自由回転機構により伝達しないようにした台車連結装置である。

本発明により、運河や道路に設置されている長距離埋設管を検査する装置として連結された台車によるシステムを通過させることが可能になった。

図11に、長距離埋設管に連結された台車を通過させて管内面からの検査を行う場合の実施例を示す。図10に図11に示す長距離埋設管の内部を通過させる検査装置として連結された台車の構成を示す。埋設管であっても短いものであれば様々な方法で検査装置を通過させる方法があるが、図11に示す長距離埋設管では、道路あるいは運河をまたいでいる鋼管では数百メートルに及ぶ長いものがあり複数のエルボ管が接続されている。このような埋設管を破損させないためには、状況（腐食による板厚減少）の検査が必要になるが、連結台車の押し込みは不可能であり牽引方式によるほかは無い。

図10及び図11に示す検査装置について説明する。検査装置としての台車構成は、先頭が回転モーター用電池搭載車、中間が超音波肉厚測定車、最後尾が信号増幅器搭載車となっている。さらに、連結台車の前後にはエルボ管部通過時のガイド用として車輪のみのユニットが連結されているので、全体として5台のユニットで構成される。すなわち、車輪のみのガイドユニット、電池搭載車、測定車、信号増幅器搭載車、車輪のみのガイドユニットの5台である。各ユニット間の連結に本発明である台車連結装置を利用するので、全部で4個の台車連結装置を使用する。連結装置は、図10に示すように2本の軸による十字式自在継手と、自在継手の中間に設けられた自由回転機構はジョイント棒と回転こまによって構成され、屈曲点間距離を30mmから40mmで製作される。図11に示す測定システムは、引き抜き側に設置されるロープ牽引機と装置挿入側に設置される超音波測定器と連結された測定台車によって構成される。ロープ牽引機は回転ドラムとモーターとモーター制御器で構成される。測定器側には信号線を巻き取る回転ドラムと超音波測定器（TC-5700）が設けられている。超音波測定車には超音波探触子が中心軸上に設置され、モーターによって回転する超音波反射板により長距離埋設管の内面より全周に肉厚測定が可能となっている。長距離埋設管の検査なので、超音波探触子と超音波測定器の距離が長く超音波信号が減衰してしまう事と長距離信号伝送によるノイズ対策のため信号増幅器を設ける必要があり、信号増幅器搭載車が必要であった。
このような台車連結装置を利用することにより、運河や道路に設置されたエルボ部分の多い長距離埋設管の内面からの検査が可能となった。

また、牽引方法については、図１４に示すようなガイド車の前方にピグを配置しての牽引方法もある。

本発明による台車連結装置を用いることにより、検査装置を運河や道路に設置されている埋設管だけでなく、大規模な工場の埋設管や高炉の冷却管等のメンテナンスにも使用可能である。

台車間の連結装置構成の概念図 車輪で台車と管内面の接触方法を示す図 そりで台車と管内面の接触方法を示す図 管のエルボ部を説明する図 ロープを利用した従来の台車連結方法 バネを利用した従来の台車連結方法 エルボ管のロープで連結した台車の通過説明図 自在継手の説明図 曲がり部を台車通過時における牽引力方向を説明する図 連結台車の図 長距離埋設管における連結台車の使用例 自在継手の一般的な使用例を説明する図 自在継手の台車連結に使用する際の説明図 ピグ方式の説明図 自在継手の詳細図

符号の説明

１自在継手
２自在継手
３継棒
４ネジ
５ボルト
６回転自由なコマ
７自在屈折部
８自在屈折部

Claims (2)

1. 配管内を通過する連結された複数の台車において、複数の十字軸式ジョイントを用いた自在継手と前記自在継手の間に設けられた自由回転機構によって構成される複数台車の連結装置。
2. 請求項１の連結装置を用いた複数台車で構成される検査装置。

Images