JPH0780778A

JPH0780778A - レール締結ボルトのトルク管理方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0780778A
Application number: JP23164893A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Seki; 洋一関; Kanshirou Yamano; 幹市郎山野; Yoshihiro Naruse; 圭弘成瀬; Takeshi Tsutsui; 健筒井; Yoshiya Komura; 佳也甲村
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1995-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】締結ボルトの締め込み抵抗が異なっても締付
トルクを規定の値に管理できるレール締結ボルトのトル
ク管理方法およびその装置を提供する。【構成】枕木１にレール３を固定すべくネジ穴に起立
されたボルト４を昇降自在なインパクトレンチ１３で締
込む装置において、ボルト４を略中間位置まで締込むの
に要する予備締付時間Ｔ１を計測する計測手段２６と、
その予備締付時間Ｔ１に応じて残りのボルト４の増締時
間Ｔ２を設定する増締時間設定手段２７とを備えたこと
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道の保線作業に際し
てレールを枕木に固定するボルトの締付トルクを管理す
るレール締結ボルトのトルク管理方法およびその装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道のレールは締結ボルトによって枕木
に固定されているが、経年使用によりレールや枕木等が
劣化した場合には、締結ボルトを緊解して着脱しレール
や枕木等を交換しなければならない。かかる保線作業は
多数の熟練技能労働者を必要とする重労働であり、近
年、作業員の高齢化と人手不足により深刻な問題となっ
ている。

【０００３】そこで本出願人は、上記保線作業の中でも
かなりのウェイトを占める締結ボルトの着脱作業に着目
し、これを自動的に行う鉄道保線ロボットを開発した。
この鉄道保線ロボットは、鉄道のレール上に台車を走行
自在に設け、台車に締結ボルトを緊解するインパクトレ
ンチを設けて構成されている。

【０００４】インパクトレンチによって締結ボルトを締
め込む際の締付トルクの管理は、図１０に示すようにイ
ンパクトレンチの動作時間で行っていた。すなわち、イ
ンパクトレンチを作動させてからどの位の時間で規定の
締付トルクが得られるか予め実験しておき、その結果に
基づいて決定した締結終了時間ａをタイマ等にセットし
て行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなタ
イマによる締付トルクの管理では、ボルト・ナットの加
工精度の善し悪しやネジ部に付着したゴミ等の影響によ
って締め込み抵抗が大きくなった場合、インパクトレン
チの動作時間を一定にするだけでは対応できず、規定の
締付トルクが得られないこともある。すなわち、締結ボ
ルトの締め込みがかたい場合には、上記締結終了時間ａ
より長時間インパクトレンチを作動させなければ規定の
締付トルクが得られない。よってタイマ制御では対応で
きない。

【０００６】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、締結ボルトの締め込み抵抗が異なっても締付ト
ルクを規定の値に管理できるレール締結ボルトのトルク
管理方法およびその装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、枕木にレールを固定すべくネジ穴に起立さ
れたボルトを昇降自在なインパクトレンチで締込むに際
して、ボルトを略中間位置まで締込むのに要する予備締
付時間を計測し、その予備締付時間に応じて残りのボル
トの増締時間を設定するようにしたことを特徴とするレ
ール締結ボルトのトルク管理方法である。‥‥ また、枕木にレールを固定すべくネジ穴に起立されたボ
ルトを昇降自在なインパクトレンチで締込む装置におい
て、ボルトを略中間位置まで締込むのに要する予備締付
時間を計測する計測手段と、その予備締付時間に応じて
残りのボルトの増締時間を設定する増締時間設定手段と
を備えたことを特徴とするレール締結ボルトのトルク管
理装置である。‥‥ 上記増締時間設定手段が、設定された増締時間を調節す
る調節スイッチを有していてもよい。‥‥ 上記増締時間設定手段が、計測手段で求められた予備締
付時間の長短に応じて段階的に複数の増締時間を設定す
る多段設定器からなり、且つその段階的な増締時間をそ
れぞれ調節する調節スイッチを有していてもよい。‥‥

【０００８】

【作用】のトルク管理方法によれば、ネジ穴に起立されたボル
トを略中間位置まで締込むのに要する予備締付時間を計
測することにより、そのボルトの締込み固さが判別でき
る。よって、その予備締付時間の長短に応じて残りのボ
ルトの増締時間を設定するようにすれば、ボルトの締込
み固さに見合った増締時間となり、ボルトを適性なトル
クで締付けられる。

【０００９】のトルク管理装置によれば、計測手段が
ネジ穴に起立されたボルトを略中間位置まで締込むのに
要する予備締付時間を計測し、増締時間設定手段がその
予備締付時間に応じて残りのボルトの増締時間を設定す
る。これにより、ボルトの締込み固さに見合った増締時
間となり、ボルトを適性なトルクで締付けられる。

【００１０】の構成によれば、増締時間設定手段によ
って設定された増締時間を、調節スイッチで細かく調節
できる。これにより、ボルトの最終的な締付トルクを微
調整できる。

【００１１】の構成によれば、計測手段で求めた予備
締付時間の長短に応じて、増締時間設定手段を構成する
多段設定器が段階的に複数の増締時間を設定する。そし
て、それら段階的な増締時間をそれぞれ調節スイッチで
調節できる。これにより、たとえば予備締付時間が長く
ボルトの締込み固さが固いときには増締時間を長く、予
備締付時間が短くボルトの締込み固さが柔らかいときに
は増締時間を短くできる。すなわち、個々のボルトごと
に異なる締込み固さの違いに応じて、増締時間を細かく
調節することができる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００１３】図７〜図９に、レールの締結ボルトを着脱
する鉄道保線ロボットの概要を示す。図示するように、
枕木１に保持金具２を介して一対のレール３が締結ボル
ト４で固定されており、このレール３上に台車５が自走
自在に設けられている。台車５の下面には走行車輪６が
設けられている。走行車輪６は、２個の片鍔車輪６ａと
１個の通常車輪６ｂとからなっている。片鍔車輪６ａの
鍔の反対側と通常車輪６ｂの片側には、サイドローラ７
がガイドとして設けられている。片鍔車輪６ａの１個に
はスプロケット８が取り付けられており、このスプロケ
ット８をモータ９がチェーン１０を介して回転させるこ
とにより、片鍔車輪６ａが回転して台車５が自走するよ
うになっている。

【００１４】台車５上には、逆さＵ字状のメインフレー
ム１１が設けられており、メインフレーム１１の左右両
側には、サブフレーム１２が設けられている。サブフレ
ーム１２には、レール３を枕木１に止めている締結ボル
ト４を緊解するためのインパクトレンチ１３が設けられ
ている。インパクトレンチ１３を支持するサブフレーム
１２は、メインフレーム１１にネジ棒１４（中心を境に
右ネジと左ネジとが刻設されている）を介して取り付け
られている。よって、ネジ棒１４を回転させることによ
りインパクトレンチ１３が互いに近接離間移動すること
になる。これにより２個インパクトレンチ１３の間隔α
を適宜変更でき、様々な種類のボルトピッチβに対応で
きる。

【００１５】インパクトレンチ１３は、サブフレーム１
２に設けられたガイドレール１５に嵌合され、昇降自在
になっている。インパクトレンチ１３の昇降は、レンチ
１３をガイドレール１５に嵌合するブラケット１６に固
定されたワイヤ１７を、昇降モータ１８により巻取り又
は繰出しすることにより行われる。このときのインパク
トレンチ１３の高さは、メインフレーム１１に取り付け
られたドラム状の高さセンサ１９からインパクトレンチ
１３に固定された別のワイヤ２０を送り出し、その送出
長によって検出される。これにより、締結ボルト４のネ
ジ込み深さを検出できる。

【００１６】メインフレーム１１には、締結ボルト４の
位置を検出するボルトセンサ２１（光学式）が設けられ
ている。ボルトセンサ２１は、台車５がレール３上を走
行するときに締結ボルト３の位置を検出するものであ
る。また、台車５上には、台車５の自走モータ９やイン
パクトレンチ１３の電源等に用いられるエンジン発電機
２２が設けられていると共に、各種スイッチが設けられ
た制御盤２３が設けられている。

【００１７】この鉄道保線ロボットによれば、予め締結
ボルト４を枕木１に緩く立て込んでおきそのレール３上
に台車５を走行させると、ボルトセンサ２１が締結ボル
ト４の位置を検出してインパクトレンチ１３を下げ、そ
のボルトソケット２４で締結ボルト４を回転させること
により、締結ボルト４が自動的に締め込まれる。このと
きの締結ボルト４の締付トルクを規定の値に管理する構
成（請求項１および２の発明）を図１に示す。

【００１８】図示するように、インパクトレンチ１３の
高さを検出する高さセンサ１９には、タイマ２５が接続
されており、ボルト４の締込み深さとそれに要した時間
とを検出できるようになっている。よって、これら高さ
センサ１９とタイマ２５とからなる計測手段２６によ
り、枕木１に緩く立て込まれたボルト４を略中間位置
（有効ネジ長の約半分：図中Ｓ位置からＥ位置）まで締
込むのに要する予備締付時間Ｔ１を計測できる。計測さ
れた予備締付時間Ｔ１は増締時間設定手段２７に送られ
る。増締時間設定手段２７には、予備締付時間Ｔ１の長
短に応じて増締時間Ｔ２を設定する表２８（またはマッ
プ）が書き込まれている。

【００１９】すなわち、予備締付時間Ｔ１がＡ秒未満の
ときは増締時間Ｔ２をａ秒とし、Ｔ１がＡ秒〜Ｂ秒のと
きはＴ２をｂ秒とし、Ｔ１がＢ秒〜Ｃ秒のときはＴ２を
ｃ秒とする（Ａ＜Ｂ＜Ｃ，ａ＜ｂ＜ｃ）。そして、イン
パクトレンチ１３がその予備締付時間Ｔ１に応じた増締
時間Ｔ２だけボルト４の増締を行う。この増締は図１
中、ＭＳ位置以降とする。なお、Ｅ位置からＭＳ位置ま
では所定のαmm、ＭＳ位置のボルト４頭部下面から保持
金具２まではβmmとなっている。また、予備締付時間Ｔ
１がＣ秒以上のときはタイムオーバとし、次のボルト４
へ向かう。この場合、ボルト４が斜めに立て込まれてい
るとか、ネジ部に大きなゴミが付着していること等が考
えられる。

【００２０】この構成によれば、計測手段２６が枕木１
のネジ穴に起立されたボルト４を略中間位置まで締込む
のに要する予備締付時間Ｔ１を計測することにより、そ
のボルト４の締込み固さが判別できる。よって、予備締
付時間Ｔ１の長短に応じて増締時間設定手段２７が残り
のボルト４の増締時間Ｔ２を設定すれば、ボルト４の締
込み固さに見合った増締時間Ｔ２となり、ボルト４を適
性なトルクで締付けられる。

【００２１】別の実施例（請求項３の発明）を図２およ
び図３に示す。

【００２２】図２に示すように、この実施例は増締時間
設定手段２７に書き込まれた表２８が前実施例と異なっ
ている。増締時間設定手段２７は前実施例と同様に計測
手段２６で計測された予備締付時間Ｔ１の長短に応じて
増締時間Ｔ２を設定するものであるが、本実施例の特徴
は、上記増締時間設定手段２７が、設定された増締時間
Ｔ２を調節する調節スイッチ２９を有している点にあ
る。調節スイッチ２９は、図３(b) に示すようにダイヤ
ル状のものが用いられており、 0〜9 まで10段階に切り
替えられるようになっている。この調節スイッチ２９を
切り替えることにより、増締時間Ｔ２を調節できる。上
記調節スイッチ２９は図８に示す制御盤２３に設けられ
ている。

【００２３】本実施例にあっては、調節スイッチ２９の
2の位置が基準となっており、 3以上にすると増締時間
Ｔ２が基準時間より長くなり、 1以下にすると増締時間
Ｔ２が基準時間より短くなる。この 2の位置における基
準時間は、ボルト４のネジ部にゴミ等がない状態で予め
工場で実験した結果、適性な締付トルクが得られる増締
時間Ｔ２になっている。すなわち、調節スイッチ２９が
2の位置のときには、前実施例と同様に予備締付時間Ｔ
１がＡ秒未満で増締時間Ｔ２がａ秒となり、Ｔ１がＡ秒
〜Ｂ秒でＴ２がｂ秒となり、Ｔ１がＢ秒〜Ｃ秒でＴ２が
ｃ秒となっている。図中、Ｔ２はそれぞれ、ａ_-2＜ａ_-1
＜ａ＜ａ₁＜…＜ａ₇，ｂ_-2＜ｂ_-1＜ｂ＜ｂ₁＜…＜ｂ
₇，ｃ_-2＜ｃ_-1＜ｃ＜ｃ₁＜…＜ｃ₇の関係にある。

【００２４】ところで、実際の保線現場においては、予
め工場で実験した結果得られた増締時間Ｔ２よりもボル
ト４の締込みが全体的に固い場合や柔らかい場合があ
る。この場合に調節スイッチ２９のダイヤルを適宜切り
替えて増締時間Ｔ２の微調節を行えば、各現場ごとに微
妙に異なるボルト４の締込み固さに対応できる。たとえ
ば、ある現場においてボルト４の締込み固さが全体的に
工場基準より固い場合には、調節スイッチ２９を 3以上
にして予備締付時間Ｔ１に対する増締時間Ｔ２を長めに
する。調節スイッチ２９を 3以上のどのポジションにす
るかは、実際に何本かボルト４を締めてみてその締まり
具合をみて判断する。

【００２５】このように、増締時間設定手段２７によっ
て設定された増締時間Ｔ２を、調節スイッチ２９で細か
く調節できるので、現場現場によって異なるボルト４の
締込み固さに対応でき、ボルト４の最終的な締付トルク
を微調整できる。なお、図３(a) はボルト固さと増締時
間との関係を、調節スイッチ２９の位置ごとに表したも
のである。

【００２６】更に別の実施例（請求項４の発明）を図４
および図５に示す。

【００２７】図４に示すように、この実施例は増締時間
設定手段２７に書き込まれた表２８が前実施例と異なっ
ている。本実施例の特徴は、図５に示すように、上記増
締時間設定手段２７が計測手段２６で求められた予備締
付時間Ｔ１の長短に応じて増締時間Ｔ２を三段階に設定
する多段設定器３０からなり、且つその三段階の増締時
間Ｔ２をそれぞれ調節する調節スイッチ３１ａ，３１
ｂ，３１ｃを有している点にある。すなわち、予備締付
時間Ｔ１を短・中・長と分けて、それぞれボルト４の締
込み固さを柔らかい・普通・固いと分けている。

【００２８】この多段設定器３０には、予備締付時間Ｔ
１の短・中・長ごとにそれぞれ増締時間Ｔ２を調節する
ダイヤル状の調節スイッチ３１ａ，３１ｂ，３１ｃが設
けられている。各調節スイッチ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ
の下には、現在インパクトレンチ１３が締めているボル
ト４の固さを表示するＬＥＤ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが
設けられている。たとえば、現在インパクトレンチ１３
が締めているボルト４の締込み固さが柔らかい場合には
図中左端のＬＥＤ３２ａが点灯することになる。また、
このＬＥＤ３２は赤と緑の２色ランプからなっており、
レール３の内側のボルト４ａが赤、外側のボルト４ｂが
緑に対応している（図８参照）。よって、ＬＥＤ３２が
赤色点灯したときはレール３の内側のボルト４ａの固さ
を表し、緑色点灯したときはレール３の外側のボルト４
ｂの固さを表す。

【００２９】なお、２個のインパクトレンチ１３が同時
に作動してレール３の両側のボルト４ａ，４ｂを同時締
め込んだときで、双方のボルト４ａ，４ｂの固さが同じ
だった場合（たとえば双方のボルトがともに柔らかかっ
た場合）には、図中左端のＬＥＤ３２ａの赤色および緑
色ランプが同時に点灯するので全体として橙色の発光す
る。上記多段設定器３０や調節スイッチ３１やＬＥＤ３
２などは、図８に示す制御盤２３に設けられている。

【００３０】上記構成によれば、たとえば左端の調節ス
イッチ３２ａを 1のポジションにし、中央の調節スイッ
チ３２ｂを 2のポジションにし、右端の調節スイッチ３
２ｃを 3のポジションにしておけば、予備締付時間Ｔ１
がＡ′秒未満のときには増締時間Ｔ２が工場の基準時間
（ａ′秒）より若干短くなり、予備締付時間Ｔ１がＡ′
秒以上Ｂ′秒以下のときには増締時間Ｔ２が工場の基準
時間（ｂ′秒）となり、予備締付時間Ｔ１がＢ′秒以上
Ｃ′秒以下のときには増締時間Ｔ２が工場の基準時間
（ｃ′秒）より若干長くなる。これにより、個々のボル
ト４の締込み固さに応じて増締時間Ｔ２を微調節でき、
前実施例よりさらに細かいトルク管理ができる。ここ
で、図４の表２８の数値Ａ′〜Ｃ′及びａ′_-2〜
ａ′₇，ｂ′_-2〜ｂ′₇，ｃ′_-2〜ｃ′₇が図２の表２
８と異なるのは、例えば新幹線用と在来線用とでは数値
が変ってくるからである。

【００３１】実際に使用する場合には、インパクトレン
チ１３でボルト４を締め付けている最中にＬＥＤ３２が
点灯した位置の調節スイッチ３１のポジションを調整す
ることで、何本かボルト４を締めているうちに、ボルト
４の固さごとに最適な増締時間Ｔ２を探り当てることが
できる。これにより、個々のボルト４ごとに異なる締込
み固さの違いに応じて、増締時間Ｔ２を細かく調節する
ことができる。図６にこの実施例のフローチャートを示
す。

【００３２】なお、この実施例にあっては、ボルト４を
図１に示すＳ位置からＥ位置まで締め込むのに要する予
備締付時間Ｔ１がＣ秒以上のときには予備締付オーバタ
イムとし、次のボルト４へ向かうようにする。また、ボ
ルト４をＥ位置からＭＳ位置まで締め込むのに要する中
間締結時間がＤ秒以上のときにも中間締結オーバタイム
とし、次のボルト４へ向かうようにする（Ｄ＞Ｃ）。こ
れらの場合はボルト４のネジ部に付着したゴミなどによ
りそれ以上締め込むのは不可能と判断できるからであ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ボ
ルトの締め込み抵抗の大小に拘らず（即ちボルトの締め
込みが柔らかくても固くても）、ボルトを規定の締付ト
ルクで締付けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１および請求項２のレール締結
ボルトのトルク管理方法およびその装置の一実施例を示
す説明図である。

【図２】本発明の請求項３のレール締結ボルトのトルク
管理装置の一実施例を示す図である。

【図３】(a) は上記トルク管理装置の調節スイッチを切
り替えたときのグラフ、(b) は調節スイッチを示す図で
ある。

【図４】本発明の請求項４のレール締結ボルトのトルク
管理装置の一実施例を示す図である。

【図５】上記トルク管理装置の増締時間設定手段である
多段設定器、および調節スイッチを示す図である。

【図６】上記トルク管理装置のフローチャートを示す図
である。

【図７】鉄道保線ロボットの側面図である。

【図８】図７のVIII-VIII 線矢視図である。

【図９】図８のIX-IX 線矢視図である。

【図１０】従来の鉄道保線ロボットに設けられたインパ
クトレンチの締込トルクの管理を示す流れ図である。

【符号の説明】

１枕木３レール４ボルト１３インパクトレンチ２６計測手段２７増締時間設定手段Ｔ１予備締付時間Ｔ２増締時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者成瀬圭弘愛知県名古屋市港区昭和町13番地石川島播磨重工業株式会社名古屋工場内 (72)発明者筒井健愛知県名古屋市港区昭和町13番地石川島播磨重工業株式会社名古屋工場内 (72)発明者甲村佳也愛知県名古屋市港区昭和町13番地石川島播磨重工業株式会社名古屋工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】枕木にレールを固定すべくネジ穴に起立
されたボルトを昇降自在なインパクトレンチで締込むに
際して、ボルトを略中間位置まで締込むのに要する予備
締付時間を計測し、その予備締付時間に応じて残りのボ
ルトの増締時間を設定するようにしたことを特徴とする
レール締結ボルトのトルク管理方法。
【請求項２】枕木にレールを固定すべくネジ穴に起立
されたボルトを昇降自在なインパクトレンチで締込む装
置において、ボルトを略中間位置まで締込むのに要する
予備締付時間を計測する計測手段と、その予備締付時間
に応じて残りのボルトの増締時間を設定する増締時間設
定手段とを備えたことを特徴とするレール締結ボルトの
トルク管理装置。
【請求項３】上記増締時間設定手段が、設定された増
締時間を調節する調節スイッチを有することを特徴とす
る請求項２記載のレール締結ボルトのトルク管理装置。
【請求項４】上記増締時間設定手段が、計測手段で求
められた予備締付時間の長短に応じて段階的に複数の増
締時間を設定する多段設定器からなり、且つその段階的
な増締時間をそれぞれ調節する調節スイッチを有するこ
とを特徴とする請求項２記載のレール締結ボルトのトル
ク管理装置。