철도이야기

「선로는 계속 되어 어디까지나」라고 노래에 불리지만, 선로를 구이루고 있는 레일은, 결코 어디까지나 계속 되고 있는 것은 아니다.
레일 메이커의 신일본제철이나 JFE(원카와사키 제철·일본 강관)의 공장으로부터 출시되는 시점에서는, 레일은 원칙적으로 25 m이다.
따라서, 선로를 계속 되게 하기 위해서는, 이 25 m의 레일을 이어 맞출 필요가 있다.


이음매판에 의한 레일 접속( 「레이르엔지니아링」보다 배차)

레일과 레일을 접속하는 가장 원시적인 방법은, 위의 사진과 같이, 이음매판으로 불리는 판과 볼트로, 전후의 레일을 연결하는 방법이다.이음매판에 의한 접속은 초기 비용이 별로 들지 않는 것으로부터, 현재에도 저속 구간이나 이용자의 적은 노선에서는 많이 사용되고 있다.

그러나, 이 방법은, 이음매부에 틈새가 있기 위해, 차량이 통과할 때에 레일의 모퉁이를 두드려, 소음이 발생하는 것과 동시에, 이음매판, , 쇄석(바라스트)을 손상해 최악의 경우 파단·탈선에 결합되기 쉽다.특히, 고속 주행을 실시하는 구간에서는, 충격은 큰 것이 되어, 언제 대참사가 될지도 모른다.

교통량이 증대해, 열차의 고속화가 진행되어, 한층 더 노선 연선의 택지화가 진행되는 것에 따라, 안전성의 향상과 소음 대책이 철도 사업자중에서 더욱 더 중요한 과제가 되었다.거기서 추진할 수 있었던 것이, 레일과 레일을 용접에 의해서 이어 합해 한 개의 긴 레일로 하는, 롱 레일화이다.


레일 용접은 마이너 것을 포함하면 상당한 바리에이션이 있지만, 여기에서는 대표적인 네 개의 공법을 소개한다.


1. 플래시 버트 용접
http://nihon-engineer.co.jp/images/rw01.jpg
사진:(주) 일본 엔지니어링

플래시 버트 용접이란, 접속하고 싶은 레일에 대전류를 흘려, 레일끼리를 일순간 접촉시키고 불꽃(플래시)을 가라앉힐 수 있는 것을 반복해, 그 열로 단면을 용해 시켜 용접하는 방법이다.이물을 일절 개재시키지 않고, 모재만을 가열해 용해 시키기 위해, 신뢰성이 지극히 높다.한편, 대전력을 소비할 뿐만 아니라 용접 기계가 고가이고, 또 기계의 운반이 곤란한 것으로부터, 대기업의 공장내(JR의 레일 센터등 )에서의 용접이 기본이다.공장으로부터 한층 더 부설 개소까지 레일을 옮기려면 , 어느 정도의 길이(200 m) 이하가 아니면 안되어, 그 이상의 길이에 연결하려면 , 2.이하의 용접에 의지하지 않을 수 없다.


2. 가스 압접 용접
http://www.kte-net.co.jp/yousetu/PA19004411.JPG
사진:킨테츠 궤도 엔지니어링 주식회사

가스 압접이란, 가스 버너로 레일 단면을 쬐어, 용해점에 이르기 전에 압력을 더해 용접하는 방법이다.플래시 버트 용접과 같이, 접합부에 이물은 포함하지 않지만, 약간, 기술자의 기술에 의존하는 부분이 있어, 플래시 버트보다는 신뢰성이 뒤떨어진다.플래시 버트와 비교해서 기계의 가격은 싸고, 또 운반 어쩌면 들이마셔 모아 두어 선로 근처에서 정리해 용접할 때는, 이 공법이 채용되는 것도 많다.그러나, 3., 4.(와)과 비교하면 기동성에 뒤떨어져, 최종적인 용접은 엔크로즈드아크나 테르밋트에 양보하지 않을 수 없다.


3. 엔크로즈드아크 용접
http://www.mituwa-k.co.jp/_src/sc234/IMAG0034.JPG
사진:주식회사 산와 흥산

레일과 용접봉을 전극으로서 방전시켜, 그 열로 용접봉을 녹이면서 용접하는 방법이다.완전하게 일손에 의한 용접이기 위해, 이형 단면등 , 플래시 버트나 가스 압접에서는 형상상 실시할 수 없는 용접도 가능이다.또, 필요 기재도 간편하고, 현지에서의 용접이 가능이다.그 반면, 용접의 신뢰성이 기술자의 기량에 크게 의존한다.인내력의 필요한 작업이 되기 위해, 어디의 회사도, 품질의 격차와 인재육성의 수고로부터, 다른 용접공법으로 전환하는 경향이 있다.

4. 테르밋트 용접
http://www.kte-net.co.jp/yousetu/Isamitto_s.jpg
사진:킨테츠 궤도 엔지니어링 주식회사

산화철과 알루미늄을 반응시켜 용해한 순철을 꺼내, 그것을 주형으로 정형해 레일간의 틈새를 묻는 방법이다.기재를 운반하는 것이 용이한 일, 기술력을 그다지 필요로 하지 않는 것으로부터, 현지에서의 시공의 주류를 차지한다.최저한의 기술을 몸에 익힌 기술자라면 일정한 품질을 실현할 수 있다고 하는 의미에서는, 엔크로즈드아크보다 신뢰성은 높다.그 반면, 주물이기 위해, 플래시 버트나 가스 압접과 비교해서 강도적으로 뒤떨어진다.



레일 용접의 각 공법에는 각각 일장일단이 있어, 어떤 것이 베스트라고 할 것은 없다.현재 상태로서는, 그러한 이점을 살려, 공장에서 용접하는 경우는 플래시 버트, 현지 근처에서 정리해 용접하는 경우는 가스 압접, 현재 사용되고 있는 선로에 직접 용접하는 경우는 엔크로즈드아크 혹은 테르밋트라고 하는 패턴이 일반적이다.이 안에서 엔크로즈드아크는, 기술 계승의 문제로부터 쓸모없게 되어 가는 공법이며, 머지않아 신간선도 포함해 플래시 버트, 가스 압접, 테르밋트의 삼종에 좁혀지게 되는 것은 아닌가.

レール溶接各種

「線路は続くよどこまでも」と歌に唄われるが、線路を構¥成しているレールは、決してどこまでも続いているわけではない。
レールメーカーの新日本製鐡やJFE(元川崎製鉄・日本鋼管)の工場から出荷される時点では、レールは原則的に25mである。
したがって、線路を続かせるためには、この25mのレールをつなぎ合わせる必要がある。


継目板によるレール接続(「レイルエンヂニアリング」より拝借)

レールとレールを接続する最も原始的な方法は、上の写真のように、継目板と呼ばれる板とボルトで、前後のレールを繋ぐ方法である。継目板による接続は初期費用があまりかからないことから、現在でも低速区間や利用者の少ない路線では多く使われている。

しかし、この方法は、継目部に隙間があるため、車両が通過する際にレールの角を叩き、騒音が発生するとともに、継目板、まくらぎ、砕石(バラスト)を痛め、最悪の場合破断・脱線に結びつきやすい。特に、高速走行を行う区間では、衝撃は大きなものとなり、いつ大惨事になるかもわからない。

交通量が増大し、列車の高速化が進み、さらに路線沿線の宅地化が進むにつれ、安全性の向上と騒音対策が鉄道事業者の中で益々重要な課題となった。そこで推し進められたのが、レールとレールを溶接によってつなぎ合わせて一本の長いレールとする、ロングレール化である。


レール溶接はマイナーなものを含めるとかなりのバリエーションがあるが、ここでは代表¥的な四つの工法を紹介する。


1. フラッシュバット溶接
¥"http://nihon-engineer.co.jp/images/rw01.jpg¥"
写真:(株)日本エンジニアリング

フラッシュバット溶接とは、接続したいレールに大電流を流し、レール同士を一瞬接触させて火花(フラッシュ)を散らせることを繰り返し、その熱で端面を溶融させ溶接する方法である。異物を一切介在させず、母材のみを熱して溶融させるため、信頼性が極めて高い。一方、大電力を消費する上に溶接機械が高価であり、また機械の持ち運びが困難であることから、大企業の工場内(JRのレールセンター等)での溶接が基本である。工場からさらに敷設箇所までレールを運ぶには、ある程度の長さ(200m)以下でなければならず、それ以上の長さに繋ぐには、2.以下の溶接に頼らざるを得ない。


2. ガス圧接溶接
¥"http://www.kte-net.co.jp/yousetu/PA19004411.JPG¥"
写真:近鉄軌道エンジニアリング株式会社

ガス圧接とは、ガスバーナーでレール端面を炙り、溶融点に至る前に圧力を加えて溶接する方法である。フラッシュバット溶接と同様、接合部に異物は含まないが、若干、技術者の技術に依存する部分があり、フラッシュバットよりは信頼性が劣る。フラッシュバットと比べて機械の価格は安く、また持ち運びもしやすいため、線路近くでまとめて溶接する際は、この工法が採用されることも多い。しかし、3.、4.と比べると機動性に劣り、最終的な溶接はエンクローズドアークかテルミットに譲らざるを得ない。


3. エンクローズドアーク溶接
¥"http://www.mituwa-k.co.jp/_src/sc234/IMAG0034.JPG¥"
写真:株式会社 三和興産

レールと溶接棒を電極として放電させ、その熱で溶接棒を溶かしながら溶接する方法である。完全に人手による溶接であるため、異形断面等、フラッシュバットやガス圧接では形状上行えない溶接も可能¥である。また、必要機材も軽便で、現地での溶接が可能¥である。その半面、溶接の信頼性が技術者の技量に大きく依存する。忍耐力の必要な作業となるため、どこの会社も、品質のばらつきと人材育成の手間から、他の溶接工法に切り替える傾向がある。

4. テルミット溶接
¥"http://www.kte-net.co.jp/yousetu/Isamitto_s.jpg¥"
写真:近鉄軌道エンジニアリング株式会社

酸化鉄とアルミを反応させて溶解した純鉄を取り出し、それを鋳型で整形してレール間の隙間を埋める方法である。機材を持ち運ぶことが容易なこと、技術力をさほど要しないことから、現地での施工の主流を占める。最低限の技術を身につけた技術者なら一定の品質を実現できるという意味では、エンクローズドアークよりも信頼性は高い。その半面、鋳物であるため、フラッシュバットやガス圧接と比べ、強度的に劣る。



レール溶接の各工法にはそれぞれ一長一短があり、どれがベストということはない。現状では、それらの利点を活かし、工場で溶接する場合はフラッシュバット、現地近くでまとめて溶接する場合はガス圧接、現在使用されている線路に直接溶接する場合はエンクローズドアークもしくはテルミットというパターンが一般的である。この中でエンクローズドアークは、技術継承の問題から廃れ行く工法であり、いずれ新幹線も含め、フラッシュバット、ガス圧接、テルミットの三種に絞られることになるのではなかろうか。


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