JPS5817842B2 - 軌条の転動疲労を回復させる方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄道レール等の軌条の、車輪の転勤による疲労
を回復させる方法に関するものである。

一般に鉄道レールにあっては、車輛の走行が繰返される
に従い、車輪の転勤衝撃によってレール表層が加工硬化
し、キレン等の損傷の生じることが知られている。

上記の硬化は、レールの転勤疲労、或は、疲労硬化等と
称され、いわゆる新幹線のような高速鉄道用レールでは
、新品のレールが転勤疲労するまでの期間も短かく、経
験によれば、走行総重量が一億トンを超えると、転勤疲
労によるキレン等の損傷が発生することが知見されてい
るため、通常、レール交換はそのレールの摩耗限界以前
になされるのが現状である。

従って、レールの転勤疲労を回復させることができれば
、レールはその摩耗限界まで使用可能となり、摩耗のみ
によるレール寿命は現状の数倍延びることが見込まれ、
経済的、疲労的に著しい合理化を図ることが可能となる
。

しかし、従来のレールの熱処理に関する技術は、レール
の敷設前或は敷設時に継目や溶接部等の硬度を増す焼入
れ方法や装置に関するもののみで、使用中のレールの転
勤疲労を回復する方法や同装置に関するものはその提案
すらなされていない。

本発明の発明者らは上記のような現状に鑑み、鉄道レー
ルのように車輪の転勤により表層が硬化する軌条の転勤
疲労を、その軌条を敷設したままの状態で容易に然も他
の機械等に悪影響を及ぼすことなく回復させる方法の開
発を目的として研究を重ねた結果、車輪の転勤により疲
労した軌条の上を、高周波誘導加熱のように急速に加熱
のできる加熱装置を走行させ乍ら、該加熱装置を以て前
記軌条の転勤疲労部分を急速に再結晶温度以上で変態点
以下の温度に加熱昇温し、この温度を短時間保温して放
冷すれば、転勤疲労した軌条を敷設したままその全長に
亘り連続的に転動疲労の回復を図ることができることを
知得した。

本発明は上記転勤疲労を回復させる方法を提供すること
を目的としてなされたもので、その構成は、転勤疲労し
た軌条の上を走行できる車輛に昇温用誘導子と保温用誘
導子とを支持部材を介して昇温自在に懸架し、前記両誘
導子を前記軌条の表層に近接させて前記車輛を走行させ
乍ら、疲労硬化した前記軌条の表層を、昇温用誘導子に
より該軌条の長手方向に沿って連続的に、再結晶温度以
上で変態点以下の温度に急速に加熱昇温させ、その温度
をｆｆ１１Ｍ用誘導子用土導子時間保持し放冷すること
？こよって、前記軌条の表層を疲労硬化前の硬度に軟化
させることを特徴とするものである。

次に本発明の実施例を図に拠り説明する。

Ｒは表層が疲労硬化したレール、１はその上を走行でき
る車輛、２は該車輛１の床板、３は前記床板２上に設置
したインバーター、４，４ａは整合トランス、５は該整
合トランス４，４ａを前記床板２に懸架する昇温自在の
懸架装置、６は前記レールＲを適宜温度に昇温するため
の昇温用誘導子、１は該昇温された前記レールＲをその
温度で短時間保温するための保温用誘導子で、誘導子６
１は前記整合トランス４，４ａと電気的に接続し前記レ
ールＲの上を転動すると共に当該両誘導子６．１と前記
レールＲとの距離調整可能のガイドローラ８，８を両端
部に具えた支持部材９に支持されている。

而して本発明方法を実施するための誘導加熱装置は上記
３〜９により構成され、誘導子は進行方向側にあるもの
を昇温用、他側にあるものを保温用として用い、進行方
向が逆になるときは切換えるようにしである。

尚、上記車輛１は単独で又は別の車輛に牽引されて転勤
疲労したレールＲ上を走行するものとし誘導子６．γに
は、架線からの商用周波数の交流電圧を車輛１に備えら
れている主変圧器により降圧し、インバーター３により
加熱周波数に変換して整合トランス４，４ａから電力を
供給するものとする。

また、前記誘導加熱装置は車輛１の左右両側に対称に装
設して２本のレールＲを同時に熱処理できるようにする
。

而して、本発明方法を実施する装置は上記のように構成
されるもので、その使用方法について述べれば次の通り
である。

まず、懸架装置５を上昇させ整合トランス４゜４ａ・誘
導子６．γ・支持部材９を、ガイド狛−ラ８がレールＲ
から離れるように支持した状態において車輛１をレール
Ｒの熱処理すべきところまで走行させる。

ここで懸架装置５を下降側へ１駆動してガイド和−ラ８
がレールＲ上に置かれるように前記整合トランス４，４
３等を降下させ、次いで誘導子６゜７をレールＲに近接
させてそれらに電力を供給し始め、前記車輛１を走行さ
せ乍ら昇温用誘導子６により転動疲労したレールＲの表
層付近を再結晶温度以上で変態点以下の温度ｔに加熱し
、更に保温用誘導子１により適宜時間前記の温度ｔを保
持した後、放冷するのである。

これにより上記レールＲの転勤疲労はその長手方向に沿
って連続的に熱処理され疲労前の硬度に軟化されること
によりその疲労が回復されるのである。

ここで放冷に際しては熱がレールの深部に放散してレー
ル表面の熱が奪われ、比較的早く冷却する。

尚、誘導子６．γとレールＲとのクリアランスはガイド
ローラ８によりレールＲの摩耗状態に応じて調整される
からレールＲの転勤疲労した表層は常に均一の温度に加
熱される。

また、前記熱処理に於ける加熱曲線は第３図々示の通り
であるが、実際にはかなり変動することがあるので、本
発明の実施に当っては、昇温温度と保温温度を測定し、
該温度の変動に応じて各インバーター３の出力を調整し
、常に正確な昇温温度、保温温度により熱処理すること
が望ましい。

即ち、そのためには第４図々示のように温度計ａ。

ｂ、ｃを両誘導子６．γの前後及び中間に置し、車輛１
が矢印の方向に走行しているときは、温度計す、ｃを用
い、温度計すはこの場合の昇温用誘導子６によりレール
Ｒの疲労部表層が設定の温度ｔまで上がっている否かを
測定し、温度計Ｃはこの場合の保温用誘導子７により前
記設定温度ｔが保持されているか否かを測定して、それ
ら温度の変動に応じ、各インバーター３を調整すればよ
く、また、車輛１が矢印と逆の方向に進行しているとき
は、温度計す、ａを用い、温度計すで昇温の測定、同ａ
で保温の測定を行い、それら温度の変動に応じて各イン
バーター３を調整すればよい。

尚、上記に於ける温度計ａ、ｃは誘導子６，１の長さに
より位置を移動できるようにし、また各温度計はレール
Ｒの頭部温度を測定するものとする。

一般に転勤疲労した鉄道レールの表層は、加工硬化現象
を起して、素材Ｈｖ ２２０〜２４０に対し硬化層Ｈｖ
３５０〜４．００と硬度の上昇が認められ、また−４
０ゆ／−〜−２０ｋｇ／、、、の圧縮残留応力が形成さ
れる。

このような表層状態のレールは、これをそのまま使用し
ていくと、転勤疲労が更に進んでその硬化層にクラック
が発生し、該クラックが次第に伝播して割れを拡大せし
め、ついにはレール折損を招来する可能性があるが、本
発明方法によりレール表層を３００℃〜７００℃で保温
時間０．５秒〜５秒間加熱すれば、疲労硬化していたレ
ール表層の硬度が素材と略同−値まで降下して軟化する
から、この後の車輛走行による転勤により前記軟化した
表層が摩耗してクラックの発生を防止できるのみならず
、従来考えられているレール表層部の削り取りや、バー
ナー等の外部加熱による低温加熱処理法のように手間、
作業時間を要することなくレール寿命の延長を図ること
ができる。

即ち、本発明方法による熱処理により前記レールの硬化
部は素材の硬度まで軟化するのであるが、このことは加
工硬化現象層の靭性の回復を意味し、クラック発生の防
止は勿論、発生していたクラックの伝播の防止に極めて
有効である。

また、転勤疲労によりレール表層に形成されていた圧縮
残留応力は、前記熱処理によるレール表層の再結晶温度
への上昇により極めて小さくなり、その後の冷却により
最終的にはレール表層に約４０ｋｇ／−の引張残留応力
が形成されることになる。

一般的にいって、引張残留応力は構造物にとって再書な
応力であるが、レールの場合、表層部は車輪の通過によ
り圧縮応力が働くため、熱処理後の転勤により前記引張
残留応力は消滅することになる。

それ故に前述のよ・うに３００℃〜７００℃という低温
で熱処理することによって、引張残留応力が最大＋４ｏ
ｋｇ／−あっても、クラック発生及びその伝播の防止に
有害なことはなく、むしろ、適度の引張残留応力を形成
するという点では逆に極めて効果的である。

また、本発明に於ては、加熱手段として高周波誘導加熱
を採用したので、軌条の転勤疲労した極めて薄い表層の
みの急速加熱が可能であるから、周辺の機材に悪影響を
与えず、消費電力が少なくて経済的でもあり、然も騒音
の殆んど出ない程度の走行速度で処理することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する装置の一例の縦断側面図
、第２図は同縦断正面図、第３図は本発明方法により熱
処理する際の加熱曲線を示す図表、第４図は本発明方法
に於ける温度測定法を示す略示図である。 Ｒ・・・・・・レール、１・・・・・・車輛、２・・・
・・・床板、３・・・・・・インバーター、４，４ａ・
・・・・・整合トランス、５・・・・・・懸架装置、６
・・・・・・昇温用誘導子、７・・・・・・保温用誘導
子、８・・・・・・ガイドローラ、９・・・・・・支持
部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 転動疲労した軌条の上を走行できる車輛に昇温用誘
   導子と保温用誘導子とを支持部材を介して昇降自在に懸
   架し、前記両誘鼾を前記軌条の表層に近接させて前記車
   輛を走行させ乍ら、疲労硬化した前記軌条の表層を、昇
   温用誘導子により該軌条の長手方向に沿って連続的に、
   再結晶温度以上で変態点以下の温度に急速に加熱昇温さ
   せ、その温度を保温用誘導子により短時間保持し放冷す
   ることによって、前記軌条の表層を疲労硬化前の硬度に
   軟化させることを特徴点する軌条の転勤疲労を回復させ
   る方法。