レールガス圧接バーナー自動揺動装置の開発

レールガス圧接作業における加熱作業のスキルフリー化を図るため、レールガス圧接バーナー自動揺動装置を開発しました。

1.はじめに

ガス圧接法は、主要なレール溶接法として適用されていますが、接合面であるレール端面の研削作業工程やバーナーによるレール加熱作業工程において、熟練技能が必要とされています。特に加熱作業工程では、バーナーによる加熱位置が圧接界面に合致するように作業を実施する必要があり、集中加熱を継続した場合、レール表面が過剰に溶融し滴下します(以下、溶融滴下と記す)。よって、これを防ぐため、加熱作業工程の中盤から終盤にかけて、図1に示すようにバーナーを圧接界面を中心としてレール長手方向に往復運動(バーナー揺動操作)させることが不可欠となります。なお、本バーナー操作に標準となるマニュアル等は存在しません。そこで、加熱工程のスキルフリー化を図る目的から、バーナー揺動操作の標準化・機械化に関する検討を実施しました。

2.バーナー揺動工程の標準化に関する検討

バーナー揺動操作の標準化を図るため、『揺動開始タイミング』、『揺動幅』、および『揺動速度』をパラメータとした各揺動パターンで作製したガス圧接継手の品質を評価し、レールガス圧接施工に適用可能な一様な揺動パターンを提案しました。表1に、本検討で提案したJIS60kg普通レールガス圧接作業時のバーナー揺動パターンを示します。なお、当揺動パターンを適用することで、加熱作業中のレールの溶融滴下を回避可能であることも確認しています。

3.バーナー自動揺動装置の開発

上述したように、バーナー揺動操作の標準化について検討し、実作業に適用可能な揺動パターンを提案しました。揺動操作の標準化を図ることで継手品質のばらつきを縮小することは可能ですが、一様な揺動操作であっても、手動操作である限り少なからずばらつきが生じます。そこで、揺動操作の完全なスキルフリー化を図る目的から、提案した揺動パターンを再現可能な揺動機構について検討し、量産タイプのTGP-V型レールガス圧接機用のバーナー自動揺動装置を試作しました。図2に、当装置の外観および構造を示します。
当装置は、バーナーと揺動ブロックを連結棒で接続する構造であり、揺動ブロックをボールネジ機構で往復運動させ、バーナーの揺動を達成します。また、ガス圧接工程では、圧縮変形に伴い圧接界面が移動します(圧接界面の移動距離は、圧縮フレーム移動距離の1/2)が、当揺動装置は、圧接界面の移動に追随してバーナーの揺動中心を移動させる機構も有しています。

図1 バーナーの揺動操作
表1 提案したバーナー揺動パターン
(対象:JIS60kg普通レール)
図2 バーナー自動揺動装置

参考文献

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