JPH06286403A - 耐損傷性クレーンレール走行用車輪 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はクレーンレールの耐損傷性を高める
車輪形状を提供する。 【構成】 クレーンレールと接触する車輪踏面の軸方向
形状を凸状にし、該凸状の曲率を、幅中央部でレール頭
部幅の１／３〜１／４の範囲をＲ５００mm以上とし、残
り両幅端を適当な曲率でレール表面と接触しないように
車輪径を漸減的に小さくして、車輪が摩耗してもクレー
ンレールに偏荷重が負荷しない構造となっている。 【効果】 クレーンレールの損傷発生の主原因は偏荷重
負荷によるもので、偏荷重負荷を防止することでレール
寿命が延びることが示唆されていた。本発明の車輪は使
用期間中に車輪が摩耗しても、かつ蛇行などがあって
も、レールに偏荷重が負荷しにくい形状となっているた
め、レールの損傷発生までの寿命が従来車輪に比べて２
０倍以上延び、レールの耐損傷性を非常に高める車輪形
状である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐損傷性を高めたクレー
ンレール走行用車輪に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】港湾および重工業の荷役運搬機器として
各種のクレーンが活躍し、産業発展に多大な貢献をして
いる。そのクレーンの重荷重を支持しかつ走行を円滑に
する役目のクレーンレールは、年々クレーンの大型化・
高性能化によって、損傷が多発する傾向にある。この問
題について、例えば「日本鉄鋼協会講演会講演前刷集，
鉄と鋼，８５’−Ｓ１３３０，８６’−Ｓ１５５４，８
７’−Ｓ１２９１および８７’−Ｓ１２９２」によっ
て、実態調査と解析実験と原因調査から明らかにされる
ように、レールに偏荷重が負荷することが主な原因であ
るとされている。

【０００３】こうした解析結果に基づいて、例えば特公
平２−８０８１号公報の「車輪とレールが球面接触する
ように頭頂面の曲率半径を、また偏芯荷重が働いた場合
でも曲率止端部の応力集中を緩和するように腹部と底部
の曲率半径に設計したクレーンレール」、特開昭６０−
５０１１９号公報のように「レールの頭部、上首部、下
首部の表面部分に高硬質の圧縮応力を残留させたクレー
ンレール」など、耐損傷性に優れたクレーンレールが開
発されている。これらのクレーンレールの出現によって
耐損傷性がかなり改善されたものの、より過酷な環境で
使用した場合損傷発生が早めに起こる問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らはクレーン
レールに発生する問題について、クレーン実機で詳細に
調査、検討を行った。その結果、レールが損傷した場合
新品レールに取り替えられるが、車輪は踏面が摩耗した
まま継続して使用するため、新品レールと摩耗車輪の接
触が図２で示すように、摩耗車輪１は新品クレーンレー
ル２の側頭部分Ａのみに接触するため、新品レールの時
点から偏荷重が負荷し、レールの損傷発生を早めていた
ことが分かった。

【０００５】また、新品レールでなくても、車輪踏面が
摩耗した車輪ではクレーンの若干の蛇行により、摩耗の
少ない車輪のフランジ側踏面がレール頭側の頭部表面で
接触して偏荷重が負荷し、レール損傷を早めることも分
かった。したがって、クレーンレールの耐損傷性を一層
高めるためには、単にクレーンレール側の改善のみなら
ず、レールと接触する車輪の形状を、車輪踏面が摩耗し
てもレールに偏荷重が負荷しにくい形状にあらかじめし
ておくことが重要であることを明らかにした。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の主旨はクレーン
レール上を冠着走行する車輪の踏面幅中央部のレール頭
部幅１／３〜１／４幅範囲を、曲率半径が５００mm以上
の膨出円周断面形状に成形した耐損傷性クレーンレール
走行用車輪である。

【０００７】以下本発明ついて図面を用いながら詳細に
説明する。図３は従来の車輪断面の踏面形状とクレーン
レールの接触形状を示す。図において、１は車輪、ａの
部分が車輪踏面、ｂがフランジを示す。一方、２はクレ
ーンレール、ｃの部分がレール頭部幅、ｄが頭側面を示
す。すなわち、車輪１は、クレーンレール２の側面より
フランジｂで冠着するようにして走行する。

【０００８】従来のクレーンレール用車輪のレールと接
触する踏面は、車輪軸方向の曲率が無限大（直線）であ
る。したがって、車輪１の踏面は使用期間中にレール頭
表面（踏面）とよく接触する車輪１の踏面中央部のみが
摩耗し、車輪踏面の軸方向形状が図２に示すように、踏
面中央部で軸直径方向に凹む形状に変化する。

【０００９】その結果、新品レールとの接触あるいは新
品レールでなくとも車輪の蛇行によって、クレーンレー
ルの頭側面近傍の頭部表面で車輪フランジ近傍の踏面が
接触するために偏荷重が負荷し、レール損傷の発生を早
めていた。

【００１０】図１は本発明の車輪１の円周断面の踏面形
状を示す。踏面は中央部の部分イと部分イから車輪フラ
ンジまでの部分ロからなり、部分イをレール頭部幅の１
／３〜１／４の幅とし、かつ部分イの軸方向形状をＲ５
００mm以上とする。残りの部分ロはレール表面と接触し
ないように適当な曲率で漸減的に車輪径を小さくしてい
る。踏面の部分イの幅をレール頭部幅の１／３〜１／４
の範囲に限定する理由は、レールの転がり損傷に影響す
る接触応力を極力小さくしながら、なおかつ車輪が蛇行
した時レール頭部中央近傍のみに偏荷重が負荷するのを
防ぐためである。

【００１１】すなわち、部分イをレール頭部幅の１／４
幅より小さくすると、車輪およびレール表面の接触応力
が大きくなり、車輪およびレールの耐転がり疲労損傷性
を損なうことになる。逆に部分イをレール頭部幅の１／
３幅より大きくすると、レールの接触応力は小さくなる
が、車輪が摩耗した時、および蛇行時にレール頭部側面
に近い頭部表面で接触するようになり、レールに偏荷重
が負荷してレールの耐損傷性を損なう。

【００１２】また、部分イの車輪軸方向曲率を車輪径が
膨らむ方向にＲ５００mm以上と限定する理由も、レール
の転がり疲労損傷に影響する接触応力を極力小さくしな
がら、なおかつ車輪が摩耗した時および蛇行した時にレ
ール頭部中央近傍のみに荷重が負荷するのを防ぐためで
ある。すなわち、車輪軸方向曲率をＲ５００mmより小さ
な曲率とすると、車輪とレールは点接触するようになり
接触応力が大きくなって車輪とレールの転がり疲労損傷
が発生し易くなる。

【００１３】一方部分ロについては、部分イから車輪フ
ランジまで適当な曲率でレール表面と接触しないように
車輪径を漸減的に小さくしている。この理由は、車輪中
央部が長期間の使用で摩耗してもクレーンレールの頭側
部に偏荷重が負荷しにくいようにするためである。車輪
の摩耗はクレーンの種類にもよるが、耐用寿命中に最大
３０mm程度摩耗により車輪径が減少することが経験的に
知られており、輪重が６００kNを超えるような場合には
好ましくは車輪中央部とフランジ部の直径差が３０mm程
度あることが望ましいが、特に直径差を限定するもので
はない。

【００１４】

【実施例】本発明による車輪形状の有効性を確認するた
め、実機の重荷重溶鋼台車線を用いて従来車輪と本発明
車輪によるクレーンレールの損傷発生までの繰返し数を
比較した。結果を表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】本発明の車輪の場合、車輪踏面中央部の直
径は従来車輪と同じ１２００mmで、踏面中央部３５mmの
範囲の車輪軸方向曲率を無限大（直線）とし、該踏面中
央部から車輪フランジ端より５mmまでをＲ１００mmの曲
率で車輪直径が小さくなるようにし、車輪フランジ端近
傍をＲ５mmでフランジに直結する形状としている。重荷
重溶鋼台車線の輪重（車輪１個当たりの荷重）は７０
５．６kNで、非常に大きな輪重である。

【００１７】従来車輪を使用した場合、表１から明らか
なようにクレーンレールは４．５万回の繰返し数で破損
に至った。これに対し、本発明車輪の場合、１０３万回
の繰返し数でレールを交換することになったが、これは
レールに破損が発生したためではなく、レールのメタル
フローが大きくなって車輪フランジに接触するようにな
ったため、交換するに至ったものである。

【００１８】

【発明の効果】本発明車輪はクレーンレールに偏荷重を
負荷させないような形状となっているために、レールの
耐損傷性を著しく高める。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車輪の部分断面図である。

【図２】従来例の説明図である。

【図３】従来例の作用の説明図である。

【図４】実施例の本発明の説明図である。

【図５】実施例の従来例の説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 嘉明 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クレーンレール上を冠着走行する車輪の
   踏面幅中央部のレール頭部幅１／３〜１／４幅範囲を、
   曲率半径が５００mm以上の膨出円周断面形状に成形した
   ことを特徴とする耐損傷性クレーンレール走行用車輪。