JP4879849B2 - 自動芯合わせ式オートカプラ - Google Patents

Description

本発明は、所定位置に停止している鉄道車両等の移動体の電気回路に、地上の電源設備からの電気回線を接続する自動芯合わせ式オートカプラに関する。

電気設備を搭載した鉄道車両等の移動体を所定位置に停止させ、地上の電源設備から電力回線を接続して車上の電気設備を作動させることが行われる。例えば製鉄所におけるトピードカーなどの熔銑台車やスラグ台車などは、線路上の所定位置で停車させ、なべを傾動させて内容物である熔銑やスラグを排出したり精錬を行ったりする。作業場所が一定しているため、機関車に電源を搭載するよりも地上から電源を供給する方が便利であり、機関車も拘束されないので都合がよい。

地上からの電源を接続するには、地上側、車両側それぞれのケーブルの端部にコネクタを取り付け、これを連結するのが従来一般的である。特許文献１に記載のコネクタ（電気配線連結器）の一例を図１２、１３に示す。図１２はソケット５、図１３はプラグ６を示す斜視図で、５１、６１はケーシング、５２、６２は絶縁台、５３、６３は接触片（コンタクト）、４は接触片５３、６３に電気的に接続するケーブルである。ソケット５、プラグ６の機械的な連結はケーシング５１、６１によって行われ、電気回路の接続は内部の接触片５３、６３によって行われる。コネクタを使用することにより、このようにして数本から数十本の電気回路がワンタッチで接続できる。

一方、鉄道車両の電気回路の接続には、機械連結器に併置された電気連結器も使用される。特許文献２に記載の電気連結器を図１４、１５に示す。
図１４は機械連結器に電気連結器を付設した状態を示す正面図、図１５は側面図で、７は密着式の機械連結器、８はこれに一体となるように付設された電気連結器、８１はその箱体、８２は電気連結器の正面要部を覆う蓋、８３は相手側の電気連結器を検知する検知棒、８４は相手側の検知棒に押し当てられる当て板、８５は箱体８１内に配置された電気回路の接触片、４はこれに接続されるケーブルである。

連結されていない状態では電気連結器前面の開口は蓋８２によりふさがれて接触片８５の先端部分が水に濡れたり、塵埃が付着したりしないように保護されているが、連結される際は両側の電気連結器の検知棒８３が相手の当て板８４に押し当てられて後退し、検知棒に連動するラック機構等によって蓋８２が回転し、箱体８１の上方に退避して両側の接触片８５が接触するようになっている。なお、電気連結器が解放される場合は、検知棒８３が前進すると同時に図示しない戻しばねによって退避していた蓋８２が下降して再び箱体８１の前面をふさぐ。
特許第３８３８９３４号公報 実公平７−３０４４９号公報

ところで、所定位置に停止している鉄道車両等の移動体の電気回路に、地上の電源設備からの電力回線を接続する場合、このような従来の技術がそのまま適用できないことが多い。
まず電気の回路数が多いと、特許文献１に記載のようなコネクタを使用するには芯数の多い大型のものを使用しなければならないが、プラグやソケットが大きくなると同時に接続されるケーブルも太くなり、全体の重量が大きくなってこれを持ち上げて接続する作業が困難になる。また、高熱でかつ塵埃が多いような劣悪の環境下においてこのような作業を行うことは、労働衛生上も好ましくない。

特許文献２に記載されたような機械連結器に固定された電気連結器の場合は、作業員が直接その現場に立ち入らなくとも遠隔操作によって作業が可能であるが、接続しようとする移動体と地上設備との相対位置にばらつきがあるとこの構成では結合が困難であり、さらに電気回路を接続中に移動体側の高さや角度が大きく変化するような場合には、これに全く追随できない。

本発明は、大きな許容範囲で芯合わせが可能で、電気回路の接続中に移動体側の高さや角度が変化しても追随でき、かつ連結、解放作業をすべて遠隔操作で行うことのできる自動芯合わせ式オートカプラを実現することを目的とする。

本発明の自動芯合わせ式オートカプラの連結方法は、地上の所定位置の近傍に設置され、所定位置に停止した移動体に対し、この移動体に向けて前進後退可能な案内軸を有する地上装置の位置を合わせ、この案内軸を前記移動体に取り付けられた車上装置に向けて前進させ、車上装置の案内受けに嵌合させて芯合わせを行った後、前記案内軸に前進後退可能に取り付けられている地上装置側の電気連結器を前進させて案内受けに取り付けられている車上装置側の電気連結器と連結させ、これら電気連結器を連結させたまま前記案内軸を後退させて案内受けから解放することを特徴とする。

また、本発明の自動芯合わせ式オートカプラの解放方法は、前記の連結方法により連結されている電気連結器を連結させたまま、前記案内軸を車上装置に向けて前進させて再び案内受けに嵌合させ、地上装置側の電気連結器を車上装置側の電気連結器から解放して後退させ、ついで前記案内軸を後退させて案内受けから解放することを特徴とする。
本発明の自動芯合わせ式オートカプラは、地上の所定位置の近傍に設置される地上装置側の電気連結器と、前記所定位置に停止する移動体に設けられた車上装置側の電気連結器とを連結する自動芯合わせ式オートカプラであって、前記所定位置に停止した移動体を検知する位置センサと、この移動体に接近、離反可能な横行機構と、前記車上装置に向けて前進後退自在に、かつ首振り可能に支持された案内軸と、この案内軸に前進後退自在に取り付けられているスライドブロックを介して着脱可能に取り付けられている電気連結器とを備える地上装置と、前記案内軸と嵌合する案内受けと、この案内受けに付設されている電気連結器とを揺動可能に移動体に取り付けてなる車上装置とからなり、望ましくは前記案内軸が先端に向けてとがった形状であり、前記案内受けが先端の開いたラッパ形であり、また地上装置側の電気連結器に、地上装置側のスライドブロックまたは車上装置側の電気連結器のいずれか一方に選択的に係合するロック機構を設けた前記の自動芯合わせ式オートカプラであり、あるいはまた、地上装置の各摺動部、嵌合部にエアパージ用の空気ノズルを備える前記の自動芯合わせ式オートカプラである。

本発明によれば、大きな許容範囲で芯合わせが可能で、電気回路の接続中に移動体側の高さや角度が変化しても追随でき、かつ連結、解放作業をすべて遠隔操作で行うことのできる自動芯合わせ式オートカプラが実現し、労働衛生上の問題点が解消されるという、すぐれた効果を奏する。

本発明の実施例を図面により詳細に説明する。
本発明の自動芯合わせ式オートカプラは、鉄道車両等の移動体の停止する所定位置、例えば特定の作業の行われる線路脇の定められた位置に設けられる地上装置と、この位置に停車する移動体に取り付けられる車上装置とからなる。図１は地上装置１の移動体側から見た正面図、図２は移動体の移動方向から見た側面図で、１１はベース、１１１はベースの本体、１１２はその上面に設けられた横行レール、１１３は作動用の圧縮エアのエアタンク、１１４は電気関係を集めた端子台機器箱、１１５はエア関係のエア機器箱である。１２はベース１１の上を移動体の移動方向に移動（以下これを横行という）する横行フレーム、１２２は横行車輪、１２４は連結時の転倒を防止する転倒防止板、１２５は横行フレーム１２の端部に取り付けられたセンサアームである。

図３は横行フレーム１２を背面より見た斜視図、図４は同じく前面より見た部分斜視図で、１２１は本体、１２５はセンサアーム、１２７はセンサアーム回転用シリンダ、１３は横行フレーム１２の内部に吊り下げ支持されている吊り下げフレーム、１４はその内部に収納されている案内軸である。地上装置１は鉄道線路脇に設置されるものであるから通常時は建築限界内に納まっていることが必要であり、センサアーム１２５は使用するタイミング以外はこの図のように下降した待機位置となっている。

１３１は吊り下げフレーム本体、１３２はこれを吊り下げている吊り下げブロック、１３３は案内軸１４の前進後退のためのレール、１３４は吊り下げフレーム１３の後部を上下左右から吊っている釣り合いばね、１４１は案内軸本体、１４２はその両脇に取り付けられた車輪、１４３は前進後退用シリンダである。
ベース１１は地上に固定されている。横行フレーム１２は、図示しない横行シリンダによりベース１１上を横行できる。横行フレーム１２内には吊り下げフレーム１３が首振り可能に吊り下げられ、さらにその内部には案内軸１４が前進後退可能に収納されている。吊り下げフレーム１３は横行フレーム１２に対して前方位置で自在ピンを有する吊り下げブロック１３２により揺動自在に吊り下げられると同時に、後部は四方から釣り合いばね１３４で弾性支持されているので首振り可能である。また案内軸１４は吊り下げフレーム１３に対してレール１３３、車輪１４２、前進後退用シリンダ１４３により前進後退自在となっている。

図５は、吊り下げフレーム１３の内部に収納される案内軸１４およびこれに付帯する部分を示す側面図で、１５はスライドブロック、１５１はスライドブロック本体、１５２はスライドブロックの前進後退用シリンダ、１５４は電気連結器の解放用シリンダ、１６は電気連結器、１６１は電気連結器の箱体、１６２は電気連結器の支持アーム、１６６はガイドピン、１６７は追って説明するロックアームである。

支持アーム１６２、前進後退用シリンダ１５２は案内軸本体１４１に直結されているが、スライドブロック本体１５１は前進後退用シリンダ１５２を介して案内軸本体１４１とは別個に動くことができ、また電気連結器１６はロックアーム１６７に係止された状態ではスライドブロック本体１５１と同じ動きをする。
つぎに車上装置２を図６、７により説明する。図６は車上装置２を地上装置側から見た斜視図、図７は反対側から見た背面斜視図で、２１は取り付け用のフレーム、２２は地上装置側から移動体の位置を検知するための検知板、２３は地上装置の案内軸１４と嵌合する案内受け、２４は車上装置側の電気連結器である。検知板２２の大きさは例えば高さ300ｍｍ、幅200ｍｍで、車両限界内に納まるように取り付けられている。

電気連結器２４には蓋２４２、検知棒２４３、当て板２４４があるがこれは従来の技術において説明したものと同様のものである。２４５はピン孔で、図５の地上装置側の電気連結器１６におけるガイドピンに対応し、電気連結器１６、２４の連結の際の位置合わせを行う機能を有する。２４６は追って説明するロックアームに係止される係止ピンである。

背面に見える２３３はばね、２３４は防振ゴムである。防振ゴム２３４を中心にその四方にばね２３３を配置し、案内受け２３をフレーム２１に対して首振り可能に取り付けている。電気連結器２４は案内受け２３に直接固定されているが、安全のためフレーム２１からはチェーンで結んである。
図８は車上装置２を鉄道車両３に取り付けた例を示すレール方向から見た部分側面図で、３１は車両の台車、３２は車両の台枠である。車上装置２は車両３の側面に、案内受けその他を地上装置に向けて取り付けられている。

つづいて本発明の自動芯合わせ式オートカプラの使用方法を説明する。
実施例の移動体は、電気設備を搭載した特殊貨車である。このような特殊貨車としては、例えば製鉄所における熔銑台車やスラグ台車がある。これらは台枠の上に熔銑やスラグを受け入れる鍋を備えており、トピードカーの場合でいえばトピード内に最大600トンもの熔銑を受け入れることができるから、満載のときと空荷のときとでは台車のばねのたわみが大きく異なり、高低差を生じる。またトラニオン軸を中心として鍋を傾動するときには台枠が大きく傾く。さらに周辺には粉塵が発生し、かつ高温である。

機関車に牽引された特殊貨車が所定位置に停止する。停止精度を±300ｍｍとする。特殊貨車の側面には本発明の車上装置が取り付けられている。一方、所定位置の線路脇には本発明の地上装置が設置されている。
図９は、地上装置１が車上装置２に接近する状況を示す部分斜視図である。横行フレーム本体１２１の端部に取り付けられているセンサアーム１２５が待機状態から矢印のように起き上がり、横行フレーム１２が移動する。センサアーム１２５の先端にある近接センサ１２６が車上装置２の検知板２２に接近すると横行フレーム１２は停止する。近接センサ１２６の感度は30ｍｍである。これで車両のレール方向、すなわち地上装置１の横行レール１１２方向の位置関係が決まる。この状態で地上装置１の案内軸１４と、車上装置２の案内受け２３とは、ほぼ向き合っている筈である。

ついで案内軸１４が前進し、案内受け２３に嵌合する。図示したように、案内軸１４は先端に向けてとがった形状であり、案内受け２３は先端の開いたラッパ形であるから、多少の芯のずれがあっても最終的には正しく嵌合する。実施例のものでは垂直方向の芯ずれは＋60〜−122ｍｍ、水平方向の芯ずれは±45ｍｍまで許容できる。案内軸１４の断面は垂直方向180ｍｍ、水平方向150ｍｍであるが、案内受け２３の先端部分の寸法は垂直方向、水平方向ともに約２倍ある。なお案内軸１４、案内受け２３が結合されても、前記したように車上装置２側には高さの変動があり、軸は水平にはならず、俯仰角度が生じることは避けられない。したがって前記したように案内軸１４、案内受け２３のいずれも俯仰角度に対応できる支持構造となっている。

案内軸１４、案内受け２３が嵌合されると、電気連結器の連結作業が開始される。これを図１０の模式図により説明する。
（ａ）は初期状態、すなわち横行フレームが車上装置を検出して停止した状態である。案内軸１４、案内受け２３はまだ嵌合されていない。案内軸１４の下方には、支持アーム１６２に支持されてスライドブロック１５、電気連結器１６が待機している。なおこのとき、ロックアーム１６７によって電気連結器１６はスライドブロック１５に結合されている。１５３はスライドブロック１５に設けられた係止ピンである。

追って説明するように、ロックアーム１６７はこの図において反時計回りにばねで付勢されているが、（ａ）、（ｂ）の段階では解放用シリンダ１５４（この図の（ｃ）に示す）によってばね力に打ち勝って時計方向に押しているので、上記のように、電気連結器１６はスライドブロック１５に結合されている。
つぎに（ｂ）は案内軸１４が前進して、案内受け２３と嵌合した状態である。スライドブロック１５、電気連結器１６も前進するがまだ相手側との連結はされていない。

つづいて（ｃ）に示すように、スライドブロック１５、電気連結器１６が前進する。これは図５に示したスライドブロックの前進後退用シリンダ１５２を作動させて行う。電気連結器の芯合わせは、図５に示した電気連結器１６のガイドピン１６６と図６に示した電気連結器２４のピン孔２４５とで行う。許容値は車両の進行方向で±５ｍｍ、垂直方向で同じく±５ｍｍである。電気連結器１６が車上装置側の電気連結器２４と合体したら、スライドブロック１５に設けられている解放用シリンダ１５４を作動させてロックアーム１６７を切り換え、電気連結器１６と電気連結器２４との結合を固定する。ロックアーム１６７は、電気連結器１６をスライドブロック１５または電気連結器２４のいずれか一方に選択的に係合させるロック機構である。

つづいて（ｄ）に示すように案内軸１４およびスライドブロック１５を後退させ、これまでと逆の手順で初期の待機位置まで退避させる。
このときの電気連結器１６周辺を図１１に拡大して示す。スライドブロック１５が離れたことで解放用シリンダ１５４の影響がなくなり、引張りばね１５５によって電気連結器１６、２４の結合が保持される。電気連結器の芯数は、例えば動力回路用交流400Ｖ12芯、制御回路用交流100Ｖ11芯、インターロック用２芯合計25芯である。以上で地上側のケーブル４ａと車上側のケーブル４ｂが接続され、特殊貨車の電気設備が作動できる状態となる。

なお、圧力空気は地上装置１側のみにあり、地上装置１が離れた後、車上装置側ではシリンダは作用しないが、このロックアームはばね力によってロック状態を維持できる。
以上の操作は手動で行うことももちろん可能ではあるが、リミットスイッチやセンサを随所に設けることによってシーケンス制御による自動運転が望ましい。
電気連結器１６を残して地上装置１は車上装置２を離れ、特殊車両では電気設備を使用する作業が開始される。この間、特殊車両においては前記したように上下方向の変位や傾動、あるいは熔銑や火花の飛散などが予想されるので、地上装置１は待機位置まで退避するのが安全である。

特殊車両における作業が終了したら、再び図９に示した状態で位置検出を行い、図１０の（ａ）〜（ｃ）に準ずる操作を行う。ただし電気連結器１６は車上装置側にあるから、スライドブロック１５が単独である点のみ、始めのときと相違している。スライドブロック１５を前進させると図１０（ｃ）の状態となる。ここで解放用シリンダ１５４を作動させると電気連結器２４との連結が外れ、電気連結器１６はスライドブロック１５と連結されるので、スライドブロック１５を後退させることにより元通り地上装置１側に引き取ることができる。案内軸１４を後退させ、横行フレーム１２を元に戻せば初期状態に復帰する。

なお、連結作業が粉塵の多い場所で行われる場合は、電気接点や機械的な摺動面等を保護するため、地上装置の各摺動部、嵌合部、レール、シリンダロッド部等にエアパージ用の空気ノズルを多数設け、作動に先立って周囲の粉塵を除去するようにすることが望ましい。

本発明実施例の地上装置を示す正面図である。 本発明実施例の地上装置を示す側面図である。 本発明実施例の横行フレームを背面より見た斜視図である。 本発明実施例の横行フレームを前面より見た部分斜視図である。 本発明実施例の案内軸回りを示す側面図である。 本発明実施例の車上装置を示す斜視図である。 本発明実施例の車上装置を示す背面斜視図である。 本発明実施例の車上装置の取り付け状態を示す部分側面図である。 本発明実施例において地上装置が車上装置に接近する状態を示す部分斜視図である。 本発明実施例における連結作業を説明する模式図である。 本発明実施例における連結状態を示す部分側面図である。 従来の技術におけるソケットを示す斜視図である。 従来の技術におけるプラグを示す斜視図である。 従来の技術において機械連結器に電気連結器を付設した状態を示す正面図である。 同じく従来の技術において機械連結器に電気連結器を付設した状態を示す側面図である。

符号の説明

１ 地上装置
２ 車上装置
３ 移動体
４ ケーブル
５ ソケット
６ プラグ
７ 機械連結器
８ 電気連結器
１１ ベース
１２ 横行フレーム
１３ 吊り下げフレーム
１４ 案内軸
１５ スライドブロック
１６、２４ 電気連結器
２１、２３２ フレーム
２２ 検知板
２３ 案内受け
３１ 台車
３２ 台枠
５１、６１ ケーシング
５２、６２ 絶縁台
５３、６３、８５ 接触片
８１、１６１、２４１ 箱体
８２、１６３、２４２ 蓋
８３、１６４、２４３ 検知棒
８４、１６５、２４４ 当て板
１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、２３１ 本体
１１２ 横行レール
１１３ エアタンク
１１４ 端子台機器箱
１１５ エア機器箱
１２２、１４２ 車輪
１２４ 転倒防止板
１２５ センサアーム
１２６ 近接センサ
１２７ センサアーム回転用シリンダ
１３２ 吊り下げブロック
１３３ （案内軸用）レール
１３４ 釣り合いばね
１４３、１５２ 前進後退用シリンダ
１５３、２４６ 係止ピン
１５４ 解放用シリンダ
１５５ 引張りばね
１６２ 支持アーム
１６６ ガイドピン
１６７ ロックアーム
２３３ ばね
２３４ 防振ゴム
２４５ ピン孔

Claims (6)

1. 地上の所定位置の近傍に設置され、所定位置に停止した移動体に対し、この移動体に向けて前進後退可能な案内軸を有する地上装置の位置を合わせ、この案内軸を前記移動体に取り付けられた車上装置に向けて前進させ、車上装置の案内受けに嵌合させて芯合わせを行った後、前記案内軸に前進後退可能に取り付けられている地上装置側の電気連結器を前進させて案内受けに取り付けられている車上装置側の電気連結器と連結させ、これら電気連結器を連結させたまま前記案内軸を後退させて案内受けから解放することを特徴とする自動芯合わせ式オートカプラの連結方法。
2. 請求項１に記載の連結方法により連結されている電気連結器を連結させたまま、前記案内軸を車上装置に向けて前進させて再び案内受けに嵌合させ、地上装置側の電気連結器を車上装置側の電気連結器から解放して後退させ、ついで前記案内軸を後退させて案内受けから解放することを特徴とする自動芯合わせ式オートカプラの解放方法。
3. 地上の所定位置の近傍に設置される地上装置側の電気連結器と、前記所定位置に停止する移動体に設けられた車上装置側の電気連結器とを連結する自動芯合わせ式オートカプラであって、
   前記所定位置に停止した移動体を検知する位置センサと、この移動体に接近、離反可能な横行機構と、前記車上装置に向けて前進後退自在に、かつ首振り可能に支持された案内軸と、この案内軸に前進後退自在に取り付けられているスライドブロックを介して着脱可能に取り付けられている電気連結器とを備える地上装置と、
   前記案内軸と嵌合する案内受けと、この案内受けに付設されている電気連結器とを揺動可能に移動体に取り付けてなる車上装置と、
   からなる自動芯合わせ式オートカプラ。
4. 前記案内軸が先端に向けてとがった形状であり、前記案内受けが先端の開いたラッパ形である請求項３に記載の自動芯合わせ式オートカプラ。
5. 地上装置側の電気連結器に、地上装置側のスライドブロックまたは車上装置側の電気連結器のいずれか一方に選択的に係合するロック機構を設けた請求項３に記載の自動芯合わせ式オートカプラ。
6. 地上装置の各摺動部、嵌合部にエアパージ用の空気ノズルを備える請求項３ないし５に記載の自動芯合わせ式オートカプラ。

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