(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-17
(45)【発行日】2024-06-25
(54)【発明の名称】移動式ウォータージェットレール修理システム
(51)【国際特許分類】
B24C 1/04 20060101AFI20240618BHJP
B24C 11/00 20060101ALI20240618BHJP
B24C 3/12 20060101ALI20240618BHJP
B24C 7/00 20060101ALI20240618BHJP
B24C 5/04 20060101ALI20240618BHJP
B23P 17/00 20060101ALI20240618BHJP
E01B 31/17 20060101ALI20240618BHJP
【ＦＩ】
B24C1/04 F
B24C11/00 G
B24C3/12
B24C7/00 D
B24C5/04 Z
B24C5/04 B
B24C7/00 A
B24C7/00 E
B24C5/04 A
B23P17/00 A
E01B31/17
【請求項の数】
38
(21)【出願番号】P 2021510933
(86)(22)【出願日】2019-09-17
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-04
(86)【国際出願番号】 US2019051386
(87)【国際公開番号】W WO2020060962
(87)【国際公開日】2020-03-26
【審査請求日】2022-06-10
(31)【優先権主張番号】62/732,175
(32)【優先日】2018-09-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500036037
【氏名又は名称】ハイパーサーム インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】ジェイコブス、ジョープ
(72)【発明者】
【氏名】ヴィルトハーゲン、ヨハネス ペートルス ベルナルドゥス
【審査官】須中 栄治
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第０６１４８７３２（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開平０８－１８９０１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－１００２１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－０２４７３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－２９０１９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６２－０７５０００（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２４Ｃ１／００－１１／００
Ｂ２３Ｐ５／００－１７／０６
Ｂ２３Ｐ２３／００－２５／００
Ｂ２６Ｆ１／２６－１／３１
Ｂ２６Ｆ３／００－３／１６
Ｅ０１Ｂ２７／００－３７／００
Ｅ０１Ｈ１／００－１５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レール切断操作又はレール削正操作を実行するための平行移動可能な超高圧液体ジェットシステムであって、レールとの機械的接触を維持するように構成された平行移動可能なフレームと、
フレームに固定され、レールからの距離を維持し、レールに接触する液体ジェットを提供するように構成された液体ジェット処理ヘッドと、
液体ジェット処理ヘッドと連通する超高圧液体ポンプと、
液体ジェット処理ヘッドに流体の移動が可能なように接続され、液体ジェットに研磨剤の流れを導入するように構成された研磨剤供給システムと
を含み、超高圧液体ポンプは、レール切断操作又はレール削正操作のために、研磨剤を含む加圧液体を液体ジェット処理ヘッドに供給するように構成されている、超高圧液体ジェットシステム。
【請求項2】
フレームは、レールに接触するように構成された１つ以上の車輪に取り付けられている、請求項１に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項3】
レール処理操作中に１つ以上の車輪を介してレールに沿って平行移動するように構成されている、請求項２に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項4】
超高圧液体ポンプがフレーム上に配置されている、請求項１に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項5】
超高圧液体ポンプは、フレームとは別のユニットに配置され、フレームとは独立して、フレームとは異なる速度で移動することができる、請求項１に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項6】
０．０１ｍｍ～０．１ｍｍの直線寸法を有するレールの外側部分を除去するように構成されている、請求項１に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項7】
０．１ｍｍ～１．０ｍｍの直線寸法を有するレールの外側部分を除去するように構成されている、請求項１に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項8】
１．０ｍｍ～５．０ｍｍの直線寸法を有するレールの外側部分を除去するように構成されている、請求項１に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項9】
液体ジェット処理ヘッドは、接地面に対してある角度で液体ジェットをレールに提供するように構成されている、請求項１に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項10】
超高圧液体ポンプと連通し、接地面に対してそれぞれ第２及び第３の角度でレールにそれぞれ第２及び第３の液体ジェットを提供するように構成された第２及び第３の液体ジェット処理ヘッドをさらに含む、請求項９に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項11】
超高圧液体ポンプと連通し、接地面に対してそれぞれ第４、第５、第６の角度で第１のレールの反対側の第２のレールにそれぞれ第４、第５及び第６の液体ジェットを提供するように構成された第４、第５及び第６の液体ジェット処理ヘッドをさらに含む、請求項１０に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項12】
液体ジェット処理ヘッドは、フレームに取り付けられた位置決めシステムに固定されており、位置決めシステムは、レールに対して液体ジェット処理ヘッドを調整可能に位置決めするように構成されている、請求項１に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項13】
位置決めシステムは、フレームに取り付けられたガントリー又はロボットアームのうちの少なくとも１つを含み、フレームとは独立して移動可能である、請求項１２に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項14】
レールと係合するように構成された第２のフレームをさらに含み、第２のフレームは、超高圧液体ジェットシステムの動作中にフレームに対して移動可能である、請求項１２に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項15】
第２のフレームは、超高圧液体ポンプに流体の移動が可能なように接続された液体リザーバを含む、請求項１４に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項16】
液体リザーバは、少なくとも１，０００リットルの容量を有する、請求項１５に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項17】
第２のフレーム上に配置され、超高圧液体ポンプに動作可能に接続されている発電機をさらに含む、請求項１４に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項18】
液体ジェット処理ヘッドは、第２のフレームがレールに沿って平行移動する間にレールを処理するように構成されている、請求項１４に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項19】
液体ジェット処理ヘッドに流体の移動が可能なように接続されたノズルをさらに含む、請求項１に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項20】
超高圧液体ポンプは、レール切断操作又はレール削正操作のために少なくとも１３８ＭＰａ（２０，０００ＰＳＩ）の液体ジェットを生成するように構成されている、請求項１に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項21】
超高圧液体ポンプは、レール洗浄操作又は表面処理操作のために１．３８～１３．８ＭＰａ（２００～２，０００ＰＳＩ）の液体ジェットを生成するようにさらに構成されている、請求項１に記載の超高圧液体ジェットシステム。
【請求項22】
超高圧液体ジェットシステムを操作する方法であって、レールに対して、超高圧液体ポンプに流体の移動が可能なように接続された液体ジェット処理ヘッドを有する平行移動可能なフレームを配置すること、
超高圧液体ポンプを介して、液体ジェット処理ヘッドに、レールに接触する液体ジェットを形成する研磨剤を含む加圧流体を提供すること、
液体ジェット処理ヘッドをレールに対して平行移動させることにより、レールの並進方向に沿ってレールの直線長さに対してレール切断操作又はレール削正操作を実行すること
を含む、方法。
【請求項23】
フレームは、レールと係合するように構成された１つ以上の車輪を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
超高圧液体ポンプの動きはフレームの平行移動に相当する、請求項２２に記載の方法。
【請求項25】
超高圧液体ポンプはフレームに固定的に接続されている、請求項２２に記載の方法。
【請求項26】
超高圧液体ポンプは、フレームとは別個のユニットに配置され、フレームとは異なる速度で移動可能である、請求項２２に記載の方法。
【請求項27】
液体ジェット処理ヘッドは、接地面に対してある角度で液体ジェットをレールに提供するように構成されている、請求項２２に記載の方法。
【請求項28】
加圧流体は、レール切断操作又はレール削正操作の間、少なくとも１３８ＭＰａ（２０，０００ＰＳＩ）である、請求項２２に記載の方法。
【請求項29】
レール洗浄操作又は表面処理操作を実行することをさらに含み、加圧流体は、レール洗浄操作又は表面処理操作の間、１．３８～１３．８ＭＰａ（２００～２，０００ＰＳＩ）である、請求項２２に記載の方法。
【請求項30】
超高圧液体ポンプは、液体ジェットシステムの動作中に第１のフレームとは独立して移動可能な第２のフレームに含まれ、前記方法は、液体ジェットシステムの動作中にフレームとは異なる速度で第２のフレームを平行移動させることをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項31】
液体ジェット処理ヘッドは、接地面に対してある角度で液体ジェットをレールに提供するように構成されている、請求項２２に記載の方法。
【請求項32】
フレームは、超高圧液体ポンプに流体の移動が可能なように接続された第２及び第３の液体ジェット処理ヘッドをさらに含み、前記方法は、第２及び第３の液体ジェット処理ヘッドに、超高圧液体ポンプを介して、接地面に対してそれぞれ第２及び第３の角度でレールに接触する、それぞれ第２及び第３の液体ジェットを形成する加圧流体を提供することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項33】
超高圧液体ジェットシステムは、超高圧液体ポンプと連通する第４、第５、及び第６の液体ジェット処理ヘッドを含み、前記方法は、第４、第５、及び第６の液体ジェット処理ヘッドに、超高圧液体ポンプを介して、接地面に対してそれぞれ第４、第５、及び第６の角度でレールに接触する、それぞれ第４、第５、及び第６の液体ジェットを形成する加圧流体を提供することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項34】
レールの仕上げを調整するために、研磨剤又は速度設定の少なくとも１つを調整することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項35】
レール切断操作又はレール削正操作を実行するための超高圧液体ジェットシステム用の湾曲ジェットノズルであって、レールと係合するように構成されたフレームと、
接地面に対して異なる角度でフレームに取り付けられた少なくとも２つの液体ジェット処理ヘッドと、
少なくとも２つの液体ジェット処理ヘッドに流体の移動が可能なように接続された超高圧液体ポンプであって、少なくとも２つの液体ジェット処理ヘッドのそれぞれに研磨剤を含む加圧流体を提供して、レール切断操作又はレール削正操作のために、レールに接触する複合液体ジェットを形成する第１の液体ジェット及び第１の液体ジェットと交差する第２の液体ジェットを形成するように構成された超高圧液体ポンプを含む、
湾曲ジェットノズル。
【請求項36】
少なくとも２つの液体ジェット処理ヘッドのうちの少なくとも１つは、第１又は第２の液体ジェットのうちの少なくとも一方に扇形を生じさせる半径方向の変形を含む、請求項３５に記載のノズル。
【請求項37】
第１及び第２の液体ジェットは、第３の液体ジェットが、最初の切断操作の後に残る節くれのなくなった、処理操作中のレール上に滑らかな仕上がりをもたらす異なる軌道を有する流れを形成するように、鋭角で互いに交差するように配置される、請求項３５に記載のノズル。
【請求項38】
超高圧液体ジェットシステムを操作する方法であって、互いに距離を置いて配置された２本のレール上に、（ｉ）２本のレールに接触するための１組の車輪、及び（ｉｉ）超高圧液体ポンプに流体の移動が可能なように接続された２組の３つの液体ジェット処理ヘッドであって、３つの液体ジェット処理ヘッドの１つの組が２本のレールのうちの一方を対象とする２組の３つの液体ジェット処理ヘッドを有する、平行移動可能なフレームを配置すること、
２組の３つの液体ジェット処理ヘッドに、超高圧液体ポンプから、２本のレールに接触する２組の３つの液体ジェットを形成する研磨剤を含む加圧流体を提供すること、及び
レールに対してフレームを平行移動させることにより、平行移動の方向に沿ってレールの直線長さに対してレール切断操作又はレール削正操作を実行すること
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して、液体加圧システム及びプロセスの分野に関する。より具体的には、本発明は、加圧液体ジェットを使用してレールを復元及び洗浄するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液体加圧システムは、様々な用途向けに高圧（例えば、１３８～６２１Ｍｐａ（２０，０００～９０，０００ポンド／平方インチ（ＰＳＩ））の液体の流れを生成する。例えば、高圧液体は、液体ジェットカッティングヘッド、洗浄ツール、圧力容器、又は静水圧プレスに送達され得る。液体ジェットカッティングシステムの場合、液体は小さいオリフィスから高速で押し出され、小さい領域に大量のエネルギーが集中する。硬い材料を切断するために、液体ジェットは「研磨性」、すなわち切断能力を高めるために研磨性粒子を含むことができる。本明細書で使用される場合、「液体ジェット」という用語は、実質的に純粋なウォータージェット、液体ジェット、及び／又はスラリージェットを含む。しかしながら、当業者は、本発明が液体ポンプ又は同様の技術を使用する他のシステムに適用できることを容易に理解するであろう。
【0003】
鉄道は世界中の重要な交通手段である。ただし、長時間の使用や重い負荷により、レールが変形して摩耗する可能性がある。損傷したレールは、でこぼこした乗り心地、レールに接触する列車の車輪へのストレス、及びその他の損傷を引き起こし、損傷した線路の交換は非常に費用がかかる可能性がある。線路を修理するための既知の方法の１つは、大型の研削列車を使用して線路を機械加工することであるが、この方法は、特に損傷した領域に適用すると、大音量で、不快であり、かつ費用がかかる。音とその結果生じる火花は非常に不快であるため、これらの列車はしばしば「地獄の列車」と呼ばれる。さらに、この研削技術は、角の周囲や接合部では効果的ではない。必要なのは、既存の線路を処理（例えば、修復、整形及び復元）するための改善された方法である。
【発明の概要】
【0004】
本発明は、損傷した、摩耗した、又は汚れた鉄道レールを処理するために１つ以上の加圧液体流を使用する新しい移動式液体ジェットシステムを含む。このシステムは、１つ以上の加圧液体ジェットを介してレールを加工している間、移動中（例えば、それが扱っているまさにその線路上を移動するとき）に動作できるウォータージェットシステムを支持する移動式プラットフォーム（例えば、トラック、電車、鉄道車両、又はその他の鉄道システム）を含み得る。システムは、整備中のレールの上に又は隣接して配置することができるロボット又は他のモーションシステムを含むことができるが、整備されたレールに必ずしも取り付ける必要はない。いくつかの実施形態では、本発明は、道路に沿って走行するための１組のタイヤと、車両が線路に沿って及び／又は線路上を走行できるように展開可能な別の１組の鉄道車輪とを有し得るポータブルトラック搭載ユニット（例えば、図１Ａ参照）を含み得る。
【0005】
一態様では、本発明は、平行移動可能な超高圧液体ジェットシステムを特徴とする。液体ジェットシステムは、レールとの機械的接触を維持するように構成された平行移動可能なフレームを含む。液体ジェットシステムはまた、フレームに固定され、レールからの距離を維持するように、及び／又はレールに接触する液体ジェットを提供するように構成された液体ジェット処理ヘッドを含む。液体ジェットシステムはまた、液体ジェット処理ヘッドと連通する超高圧液体ポンプを含む。超高圧液体ポンプは、加圧液体を液体ジェット処理ヘッドに供給するように構成されている。
【0006】
いくつかの実施形態では、フレームは、レールに接触するように構成された１つ以上の車輪に取り付けられている。いくつかの実施形態では、システムは、レール処理操作中に１つ以上の車輪を介してレールに沿って平行移動するように構成されている。いくつかの実施形態では、超高圧液体ポンプがフレーム上に配置されている。いくつかの実施形態では、超高圧液体ポンプは、フレームとは別のユニットに配置され、フレームとは独立して、フレームとは異なる速度で移動することができる。いくつかの実施形態では、システムは、０．０１ｍｍ～０．１ｍｍの直線寸法を有するレールの外側部分を除去するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、０．１ｍｍ～１．０ｍｍの直線寸法を有するレールの外側部分を除去するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、１．０ｍｍ～５．０ｍｍの直線寸法を有するレールの外側部分を除去するように構成されている。
いくつかの実施形態では、液体ジェット処理ヘッドは、接地面に対してある角度で液体ジェットをレールに提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、超高圧液体ポンプと連通し、接地面に対してそれぞれ第２及び第３の角度でレールにそれぞれ第２及び第３の液体ジェットを提供するように構成された第２及び第３の液体ジェット処理ヘッドをさらに含む。いくつかの実施形態では、システムは、超高圧液体ポンプと連通し、接地面に対してそれぞれ第４、第５、第６の角度で第１のレールの反対側の第２のレールにそれぞれ第４、第５及び第６の液体ジェットを提供するように構成された第４、第５及び第６の液体ジェット処理ヘッドをさらに含む。
いくつかの実施形態では、液体ジェット処理ヘッドは、接地面に対してある角度で液体ジェットをレールに提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、超高圧液体ポンプと連通し、接地面に対してそれぞれ第２及び第３の角度でレールにそれぞれ第２及び第３の液体ジェットを提供するように構成された第２及び第３の液体ジェット処理ヘッドをさらに含む。いくつかの実施形態では、システムは、超高圧液体ポンプと連通し、接地面に対してそれぞれ第４、第５、第６の角度で第１のレールの反対側の第２のレールにそれぞれ第４、第５及び第６の液体ジェットを提供するように構成された第４、第５及び第６の液体ジェット処理ヘッドをさらに含む。
【0007】
いくつかの実施形態では、液体ジェット処理ヘッドは、フレームに取り付けられた位置決めシステムに固定されている。位置決めシステムは、レールに対して液体ジェット処理ヘッドを調整可能に位置決めするように構成されている。いくつかの実施形態では、位置決めシステムは、フレームに取り付けられたガントリー又はロボットアームのうちの少なくとも１つを含み、フレームとは独立して移動可能である。いくつかの実施形態では、第２のフレームは、レールと係合するように構成されている。第２のフレームは、超高圧液体ジェットシステムの動作中にフレームに対して移動可能である。いくつかの実施形態では、第２のフレームは、超高圧液体ポンプに流体の移動が可能なように接続された液体リザーバを含む。いくつかの実施形態では、液体リザーバは、少なくとも１，０００リットルの容量を有する。
【0008】
いくつかの実施形態では、第２のフレーム上に発電機が配置され、発電機は超高圧液体ポンプに動作可能に接続されている。いくつかの実施形態では、液体ジェット処理ヘッドは、第２のフレームがレールに沿って移動する間にレールを処理するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、液体ジェット処理ヘッドに流体の移動が可能なように接続されたノズルを含む。いくつかの実施形態では、液体ジェットシステムは、液体ジェット処理ヘッドに流体の移動が可能なように接続され、液体ジェットに研磨剤の流れを導入するように構成された研磨剤供給システムを含む。いくつかの実施形態では、超高圧液体ポンプは、レール切断操作又は削正操作のために少なくとも１３８Ｍｐａ（２０，０００ＰＳＩ）の液体ジェット、又は任意選択でより高い閾値、例えば２０７ＭＰａ（３０，０００ＰＳＩ）、２７６ＭＰａ（４０，０００ＰＳＩ）、３４５ＭＰａ（５０，０００ＰＳＩ）、４１４ＭＰａ（６０，０００ＰＳＩ）、４８３ＭＰａ（７０，０００ＰＳＩ）、５５２ＭＰａ（８０，０００ＰＳＩ）、６２１ＭＰａ（９０，０００ＰＳＩ）、又は６８９ＭＰａ（１００，０００ＰＳＩ）を生成するように構成されている。いくつかの実施形態では、超高圧液体ポンプは、レール洗浄操作又は表面処理操作のために１．３８～１３．８ＭＰａ（２００～２，０００ＰＳＩ）の液体ジェットを生成するように構成されている（例えば、低圧適用も可能である）。
【0009】
別の態様では、本発明は、超高圧液体ジェットシステムを操作する方法を特徴とする。この方法は、レールに対して、超高圧液体ポンプに流体の移動が可能なように接続された液体ジェット処理ヘッドを有する平行移動可能なフレームを配置することを含む。この方法はまた、超高圧液体ポンプを介して、液体ジェット処理ヘッドに、レールに接触する液体ジェットを形成する加圧流体を提供することを含む。この方法はまた、液体ジェット処理ヘッドをレールに対して平行移動させることを含み、それにより、レールの並進方向に沿ってレールの直線長さに対して処理操作を実行する。
【0010】
いくつかの実施形態では、フレームは、レールと係合するように構成された１つ以上の車輪を含む。いくつかの実施形態では、超高圧液体ポンプの動きはフレームの平行移動に相当する。いくつかの実施形態では、超高圧液体ポンプはフレームに固定的に接続されている。いくつかの実施形態では、超高圧液体ポンプは、フレームとは別個のユニットに配置され、フレームとは異なる速度で移動可能である。いくつかの実施形態では、液体ジェット処理ヘッドは、接地面に対してある角度で液体ジェットをレールに提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、加圧流体は、レール切断操作又は削正操作の間、少なくとも１３８Ｍｐａ（２０，０００ＰＳＩ）、又は任意選択でより高い閾値、例えば、２０７ＭＰａ（３０，０００ＰＳＩ）、２７６ＭＰａ（４０，０００ＰＳＩ）、３４５ＭＰａ（５０，０００ＰＳＩ）、４１４ＭＰａ（６０，０００ＰＳＩ）、４８３ＭＰａ（７０，０００ＰＳＩ）、５５２ＭＰａ（８０，０００ＰＳＩ）、６２１ＭＰａ（９０，０００ＰＳＩ）、又は６８９ＭＰａ（１００，０００ＰＳＩ）である。いくつかの実施形態では、加圧流体は、レール洗浄操作又は表面処理操作の間、１．３８～１３．８ＭＰａ（２００～２，０００ＰＳＩ）である。いくつかの実施形態では、超高圧液体ポンプは、液体ジェットシステムの動作中に第１のフレームとは独立して移動可能な第２のフレームに含まれる。いくつかの実施形態では、この方法は、液体ジェットシステムの動作中にフレームとは異なる速度で第２のフレームを平行移動させることをさらに含む。
【0011】
いくつかの実施形態では、液体ジェット処理ヘッドは、接地面に対してある角度で液体ジェットをレールに提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、フレームは、超高圧液体ポンプに流体の移動が可能なように接続された第２及び第３の液体ジェット処理ヘッドをさらに含む。いくつかの実施形態では、この方法は、第２及び第３の液体ジェット処理ヘッドに、超高圧液体ポンプを介して、接地面に対してそれぞれ第２及び第３の角度でレールに接触する、それぞれ第２及び第３の液体ジェットを形成する加圧流体を提供することをさらに含む。いくつかの実施形態では、超高圧液体ジェットシステムは、超高圧液体ポンプと連通する第４、第５、及び第６の液体ジェット処理ヘッドを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、第４、第５、及び第６の液体ジェット処理ヘッドに、超高圧液体ポンプを介して、接地面に対してそれぞれ第４、第５、及び第６の角度でレールに接触する、それぞれ第４、第５、及び第６の液体ジェットを形成する加圧流体を提供することをさらに含む。
【0012】
別の態様では、本発明は、超高圧液体ジェットシステム用の湾曲ジェットノズルを特徴とする。湾曲ジェットノズルは、レールと係合するように構成されたフレームを含む。湾曲ジェットノズルはまた、接地面に対して異なる角度でフレームに取り付けられた少なくとも２つの液体ジェット処理ヘッドを含む。湾曲ジェットノズルはまた、超高圧液体ポンプであって、少なくとも２つの液体ジェット処理ヘッドに流体の移動が可能なように接続され、少なくとも２つの液体ジェット処理ヘッドのそれぞれに加圧流体を提供して、レールに接触する１つの液体ジェットを形成するように構成された超高圧液体ポンプを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも２つの液体ジェット処理ヘッドは、鋭角で互いに交差する液体ジェットを提供して、最初の切断操作の後に残る節くれのなくなった、処理操作中のレール上に滑らかな仕上がりをもたらす異なる軌道を有する流れを作り出すように配置される。
【0013】
別の態様では、本発明は、超高圧液体ジェットシステムを操作する別の方法を特徴とする。この方法は、互いに距離を置いて配置された２本のレール上に、（ｉ）２本のレールに接触するための１組の車輪、及び（ｉｉ）超高圧液体ポンプに流体の移動が可能なように接続された２組の３つの液体ジェット処理ヘッドであって、３つの液体ジェット処理ヘッドの１つの組が２本のレールのうちの一方を対象とする２組の３つの液体ジェット処理ヘッドを有する、平行移動可能なフレームを配置することを含む。この方法はまた、２組の３つの液体ジェット処理ヘッドに、超高圧液体ポンプから、２本のレールに接触する２組の３つの液体ジェットを形成する加圧流体を提供することを含む。この方法はまた、レールに対してフレームを平行移動させることを含み、それにより、平行移動の方向に沿ってレールの直線長さに対して処理操作を実行する。
【0014】
別の態様では、本発明は、平行移動可能な超高圧液体ジェットシステムを特徴とする。このシステムは、レールとの機械的接触を維持するための第１の手段を含む。このシステムはまた、レールに接触する液体ジェットを提供するための第２の手段であって、第１の手段に取り付けられ、レールからの距離を維持するように構成された第２の手段を含む。このシステムはまた、加圧液体を第２の手段に供給するための第３の手段であって、第２の手段と連通する第３の手段を含む。
【0015】
いくつかの実施形態では、本発明は、処理中に、レールを削正し（例えば、損傷したレールの面又は体積を修復し又はその表面を新しくする）、メンテナンスの必要性を排除し、レール材料の狭い幅（例えば、約０．０３ｍｍ）のみを除去することができる。いくつかの実施形態では、「湾曲ジェット」研磨ウォータージェットノズルは、液体ジェットを扇状に広げ、及び／又はウォータージェットを湾曲した形態に再配向することができる。そのような湾曲ジェットノズルは、合流した流れが形成され、レールに遭遇する前に変更された軌道で流れるように、２つの線形又は曲線のウォータージェットを鋭角で交差させることによって形成することができ、又は別の手段によって湾曲させることができる。いくつかの実施形態では、本発明は、互いに対して異なる速度を有し得る（例えば、一方がカッティングヘッドを運び、他方が液体リザーバを運びながら異なる又は断続的な動きを有し得る）２つの連結された移動式ユニットを使用する。いくつかの実施形態では、カッティングヘッドの動きは、複数の要素を有し得る（例えば、レールに沿ったシステム自体の動きと、システムに対するガントリー又はアームの動き）。いくつかの実施形態では、ウォータージェットカッティングヘッド位置決め機構は、処理中の１つ以上のレールに沿って摺動することができる。いくつかの実施形態では、レールの表面は、液体ジェット（例えば、約１３８Ｍｐａ（約２０，０００ＰＳＩ）未満、例えば、１．３８～１３．８ＭＰａ（２００～２，０００ＰＳＩ）の低圧ウォータージェット）で表面処理することができる。
【0016】
上記の個々の特徴の１つ以上を使用して、液体ジェットシステム全体（例えば、ポンプ、流体供給、カッティングヘッドなどを含む）を移動させながら機能させて、レールの処理（修理及び予防保守の実施など）をすることができる。したがって、本発明は、古い又は損傷したレールを再調整し、既存のレールの予防保守を実施するための、迅速で、安価で、クリーンな方法を提供することができる。本発明は、ほぼいつでもどこでも、角の周囲や接合部を介する場合も含めて、処理を実行することができる。いくつかの実施形態では、本発明は、移動するのが非常に困難で時間のかかる可能性がある地獄の列車と比較して、物流の観点から非常に柔軟である。いくつかの実施形態では、本発明は、レールへの入熱がごくわずかであり（例えば、レール温度は９０℃を超えず、これはレールに感知できるほどの影響を及ぼさない）、これにより、製品及びレールの全体的な寿命を延ばすことができる。
【0017】
いくつかの実施形態では、本発明は環境に優しく、例えば、再生された水、砂及び金属を使用することができる。いくつかの実施形態では、本発明は、既存の技術と比較して、低いノイズレベルを生成する。いくつかの実施形態では、本発明は火花を生成せず、それにより、本発明を、特定のよりリスクの高い環境、例えば、化学プラントの近く、トンネル内、及び水路上でのレールの表面再建に独自に適合させることができる。いくつかの実施形態では、本発明は、高精度の結果を生成し、これにより、実施する必要のある手直し又は調整が少なくなる。いくつかの実施形態では、本発明は、例えば、主要な切断操作が行われた後にレール上で動作することができる節くれ除去ツールを使用して高品質の表面仕上げを提供し、かつ／又は、節くれ除去ツールは、本明細書に記載されるような１つ以上の「湾曲した」ジェット（又は「湾曲ジェットノズル」）を含み得る。
【0018】
いくつかの実施形態では、本発明は、表面処理及び削正の少なくとも２種類の処理を支援する。表面処理は、化学層のみ（例えば、鋼やレール材料ではない）の除去を含む場合があり、そのような用途では、通常、研磨剤は使用されない。削正は、線路の表層の除去を含む場合があり、そのような用途では、通常、研磨剤が使用される。一部の用途では、レールの０．１～０．２ｍｍのみが除去される。他の用途では、本発明は、レールの１．０～２．０ｍｍを除去することができる。そのような処理は、レールをさらに修理し又は交換することが必要になるまでに、通常使用でさらに５～１０年間長持ちさせるのに役立つ。いくつかの実施形態では、カッティングヘッドを、切断用途のために、レールから０．１ｍｍ～６０ｍｍ（例えば、０．１ｍｍ、３．１７ｍｍ（０．１２５インチ）、１２．７ｍｍ（０．５インチ）、又は３８．１ｍｍ（１．５インチ））離れた任意の場所に配置することができる。いくつかの他の実施形態では、カッティングヘッドを、噴霧用途のためにレールから２０～５０ｃｍ離れた任意の場所に配置することができる。いくつかの実施形態では、研磨機を、線路に実質的な熱を与えることなく、カッティングヘッドの後ろのレールに（例えば、サンドペーパーを使用して）適用することができる。いくつかの実施形態では、外側の縁はレールに載せられた列車の車輪に接触せず、したがって処理する必要がないので、各レールの内側の縁のみが処理される。いくつかの実施形態では、ノズルの直径（例えば、オリフィスサイズ）は、実行される操作に基づいて選択することができる。例えば、約０．２５４ｍｍ～１．１４ｍｍ（約０．０１０インチ～０．０４５インチ）、任意選択で０．２５４～０．６３５ｍｍ（０．０１０～０．０２５インチ）、任意選択で０．２５４～０．４０６ｍｍ（０．０１０～０．０１６）のオリフィスサイズを使用できる。いくつかの実施形態では、オリフィスの約２から３倍の大きさの直径を有する混合管を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
上記の説明は、添付の図面と併せて、以下の発明の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
【図1A】本発明の例示的な実施形態による、レール上に配置されたトラック搭載型ウォータージェットレール処理システムの斜視図である。
【図1B】本発明の例示的な実施形態による、レール上に配置されたトラック搭載型ウォータージェットレール処理システムの斜視図である。
【図2】本発明の例示的な実施形態による、トラック搭載型ウォータージェットレール処理係合運動システムの拡大斜視図である。
【図3】本発明の例示的な実施形態による、ウォータージェットレール移動式切断ユニット（ＭＣＵ）の背後で動作中に牽引されているウォータージェットレール処理システムの位置決め機構の斜視図である。
【図4】本発明の例示的な実施形態による、２本のレール上に搭載されたウォータージェットレールＭＣＵの位置決めシステムの上面図である。
【図5】本発明の例示的な実施形態による、レールの処理中の、位置決めシステムに取り付けられたカッティングヘッドの斜視図である。
【図6】本発明の例示的な実施形態による、レール表面を処理するＭＣＵのウォータージェットの概略図である。
【図7A】本発明の例示的な実施形態による、レール表面を処理する３つのウォータージェットカッティングヘッドの側面図である。
【図7B】本発明の例示的な実施形態による、レール表面を処理する３つのウォータージェットカッティングヘッドの正面図である。
【図7C】本発明の例示的な実施形態による、処理操作を受けたレール７５０の図である。
【図8】本発明の例示的な実施形態による、超高圧液体ジェットシステムを操作する方法のフローチャートである。
【図9A】本発明の例示的な実施形態による、直線ノズルを備えた２つのカッティングヘッドを有する液体ジェット材料処理システム用の湾曲ジェットノズルの図である。
【図9B】本発明の例示的な実施形態による、１つの直線ノズル及び１つの湾曲ノズルを有する液体ジェット材料処理システム用の湾曲ジェットノズルの図である。
【図11A】本発明の例示的な実施形態による、１つ以上の液体ジェットによるいくつかの幾何学的レール切断スキームの断面図である。
【図11B】本発明の例示的な実施形態による、１つ以上の液体ジェットによるいくつかの幾何学的レール切断スキームの断面図である。
【図12A】本発明の例示的な実施形態による、１つ以上のレール処理液体ジェットの研削及び切断構成の図解である。
【図12B】本発明の例示的な実施形態による、１つ以上のレール処理液体ジェットの研削及び切断構成の図解である。
【図12C】本発明の例示的な実施形態による、１つ以上のレール処理液体ジェットの研削及び切断構成の図解である。
【図12D】本発明の例示的な実施形態による、１つ以上のレール処理液体ジェットの研削及び切断構成の図解である。
【図12E】本発明の例示的な実施形態による、１つ以上のレール処理液体ジェットの研削及び切断構成の図解である。
【図12F】本発明の例示的な実施形態による、１つ以上のレール処理液体ジェットの研削及び切断構成の図解である。
【図12G】本発明の例示的な実施形態による、１つ以上のレール処理液体ジェットの研削及び切断構成の図解である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
図面の詳細な説明
図１Ａ～１Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、レール１２４上に配置されたトラック搭載型ウォータージェットレール処理システム（移動式切断ユニット又はＭＣＵ）１００の斜視図である。示されるように、ＭＣＵ１００は、任意の適切な軌陸両用車両（例えば、ボルボ（登録商標）Ｄ１３に基づく）であり得るトラック１０４を含む。ＭＣＵ１００はまた、電源１０８（例えば、１８５ｋＶＡ発電機）、流体供給器１１２（例えば、１つ以上の水タンク）、及び超高圧ウォータージェットシステム１１６（例えば、ハイパーサーム社（Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ，Ｉｎｃ．）提供のエンデューロマックス（Ｅｎｄｕｒｏｍａｘ）又はマキシエム（ｍａｘｉｅｍ）ポンプ）を含む。電源１０８は、ウォータージェットシステム１１６のウォータージェット切断コンポーネント（例えば、圧力スパイク及びドロップを最小化するポンプ及び／又は増圧器）に電力を供給するために、一定かつ十分に調整された電力を生成することができる。流体供給器１１２は、切削液を運ぶ１つ以上のリザーバ（例えば、約４０００リットルなどの少なくとも１，０００リットルの容量を有する）を含むことができ、１つ以上のタンク内に貯蔵することができ、例えば、トラックの中心部に寄せ集めて、又はトラック全体に分散させて、より均一な重量配分を実現する。切削液は、精製水、ウォータージェット切削スラリー、又は別の適切な混合物であり得る。ウォータージェットシステム１１６は、超高圧、例えば、約４１４ＭＰａ（約６０，０００ＰＳＩ）で処理及び／又は切断するように構成することができる。いくつかの用途では、システム１００は、供給された流体と研磨剤（例えば、ガーネット）を混合することができ、これは、高圧水流に供給されて、切断及び／又は処理操作を強化する。
図１Ａ～１Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、レール１２４上に配置されたトラック搭載型ウォータージェットレール処理システム（移動式切断ユニット又はＭＣＵ）１００の斜視図である。示されるように、ＭＣＵ１００は、任意の適切な軌陸両用車両（例えば、ボルボ（登録商標）Ｄ１３に基づく）であり得るトラック１０４を含む。ＭＣＵ１００はまた、電源１０８（例えば、１８５ｋＶＡ発電機）、流体供給器１１２（例えば、１つ以上の水タンク）、及び超高圧ウォータージェットシステム１１６（例えば、ハイパーサーム社（Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ，Ｉｎｃ．）提供のエンデューロマックス（Ｅｎｄｕｒｏｍａｘ）又はマキシエム（ｍａｘｉｅｍ）ポンプ）を含む。電源１０８は、ウォータージェットシステム１１６のウォータージェット切断コンポーネント（例えば、圧力スパイク及びドロップを最小化するポンプ及び／又は増圧器）に電力を供給するために、一定かつ十分に調整された電力を生成することができる。流体供給器１１２は、切削液を運ぶ１つ以上のリザーバ（例えば、約４０００リットルなどの少なくとも１，０００リットルの容量を有する）を含むことができ、１つ以上のタンク内に貯蔵することができ、例えば、トラックの中心部に寄せ集めて、又はトラック全体に分散させて、より均一な重量配分を実現する。切削液は、精製水、ウォータージェット切削スラリー、又は別の適切な混合物であり得る。ウォータージェットシステム１１６は、超高圧、例えば、約４１４ＭＰａ（約６０，０００ＰＳＩ）で処理及び／又は切断するように構成することができる。いくつかの用途では、システム１００は、供給された流体と研磨剤（例えば、ガーネット）を混合することができ、これは、高圧水流に供給されて、切断及び／又は処理操作を強化する。
【0021】
ウォータージェットシステム１１６は、レール１２４を処理するために（例えば、以下に示され、説明されるように）少なくとも１つのカッティングヘッドを含む。カッティングヘッドは、システム内の動きを考慮して、フレキシブルチューブ又はホースを介してウォータージェットシステム１１６のポンプに接続することができる。いくつかの実施形態では、ウォータージェットシステム１１６は、複数の（例えば、６つの）カッティングヘッドを含むことができる。ウォータージェットシステム１１６はまた、修理されるレール１２４に対してウォータージェットカッティングヘッドを配向するために（例えば、以下に示され、説明されるように）ガントリー、ロボットアーム、又は他の位置決め機構を含むことができる。ウォータージェットシステム１１６はまた、カッティングヘッドを配置し、及び／又はその処理パラメータを制御するために、ハイパーサーム社によって提供されるエッジ（Ｅｄｇｅ）（商標）コネクトシステムなどのＣＮＣコントローラを含むことができる。したがって、本発明は、発電機、ウォータージェットポンプ及び／又は増圧器、カッティングヘッド、切削液、研磨剤、及びコントローラを収容するプラットフォームを含むことができ、これらはすべて、移動中に完全に動作可能である。
【0022】
ＭＣＵ１００は、レール１２４と係合して機械的接触を維持することができるレール係合運動システム１２０を含む。動作前に、トラック１０４を通常のように運転して（例えば、レール係合運動システム２００が係合解除位置にある図２に示されるように）、レール１２４上にそれ自体を配置することができる。システム１２０は、残留する節くれがあれば除去し及び／又は潰すために、カッティングヘッドの後ろに節くれ除去ツールを含むことができる。この節くれ除去ツールは、位置決め機構３００上の従輪の一部の又は別個のアタッチメントであり得る。動作中、レール係合運動システム１２０は、トラックタイヤ１２８が地面ともレール１２４とも接触を維持しないように（例えば、図１Ａに示されるように）、所定の位置に下降し、トラック１０４を上昇させることができる。次に、ＭＣＵ１００は、レール係合運動システム１２０を使用してレール１２４に沿って移動して、レール処理操作、例えば、洗浄又は切断中にレールの周りを移動することができる。したがって、ＭＣＵ１００は、自己完結型の、完全に機能する、移動可能なウォータージェットカッティングシステムであり得る。いくつかの実施形態では、システムの１つ以上の構成要素は、それらがレール１２４と直接係合していなくても移動可能であり得る。
【0023】
図３は、本発明の例示的な実施形態による、ウォータージェットレール移動式切断ユニット（ＭＣＵ）３０４の後ろで動作中に牽引されるウォータージェットレール処理システムのための位置決め機構３００の斜視図である。位置決め機構３００は、ＭＣＵ３０４の動き自体に依存することなく、レール３０８に沿ったカッティングヘッドの大きな独立した動きを可能にする。いくつかの実施形態では、位置決め機構３００は、ＭＣＵ３０４に接続されたトレーラー３１２（又は取り付け可能な車又は他の適切な可動部品）内に含まれ得る。トレーラー３１２は、カッティングヘッドの動きを制御するガントリー形の機構であり得る。ＭＣＵ３０４がトレーラー３１２を前方に引っ張る（又は押す）と、カッティングヘッドは通過するレール３０８を処理する。この構成では、ガントリーは、ＭＣＵ３０４が動いている間にカッティングヘッドを動かすことができ（例えば、ＭＣＵ３０４自体によって提供される動きをレール上の処理操作に足す）、又はシステムをセクションごとに操作できるようにすることができる。（例えば、ＭＣＵ３０４が静止している間にレール３０８のセクションを処理する）。
【0024】
図４は、本発明の例示的な実施形態による、２本のレール４０４Ａ、４０４Ｂの上に載せられたウォータージェットレールＭＣＵの位置決めシステム４００の上面図である。動作中、ポータブルトラックシステム（例えば、上に示し、説明したもの）は、トラックが処理中のレール４０４Ａ、４０４Ｂに沿って走行できるように、線路４０４Ａ、４０４Ｂ上に配置される。位置決めシステム４００は、少なくとも１つのカッティングヘッド４０８を含み、レール４０４Ａ、４０４Ｂ上に配置されると、カッティングヘッド４０８は、処理されるレール４０４Ａ、４０４Ｂに対して配向される。発電機は、ウォータージェットポンプ及び／又は増圧器、制御機構及び／又はガントリー、ならびにＣＮＣに電力を供給する。増圧器は、水リザーバから水を受け取り、ウォータージェット切断分野において知られているように、水を超高圧（例えば、１３８Ｍｐａ（２０，０００ｐｓｉ）以上）に、好ましくは約４１４ＭＰａ（約６０，０００ｐｓｉ）及び／又は他の高圧（例えば、約６２１ＭＰａ（約９０，０００ｐｓｉ））に加圧する。加圧された水は、チューブ４１６を通ってカッティングヘッド４０８に送られ、そこで水は、研磨剤、例えばガーネットと混合される。ウォータージェット４１２がカッティングヘッド４０８を出るとき、レール４０４Ａの一部を切断し又は削り取る。
【0025】
図５は、本発明の例示的な実施形態による、レール５０８を（液体ジェット５１２を介して）処理中の、位置決めシステム５０４に取り付けられたカッティングヘッド５００の斜視図である。位置決め機構５０４は、位置決め機構５０４のフレームに対してカッティングヘッド５００の制御された動きを提供し、任意の数のパターン及び／又はプロファイルでレール５０８を横切って及び／又はレール５０８に沿ってジェットを移動させることができる。いくつかの実施形態では、ＭＣＵ（上記に示す）、位置決め機構５０４、及び／又はカッティングヘッド５０８の運動経路は、レール５０８の所望の切断仕上げ、形状、及び／又は輪郭をもたらすのに十分であるように、互いに対して制御又は変更される。いくつかの実施形態では、位置決め機構５０４は、カッティングヘッド５００を、それが切断しているレール５０８に対して制御する。レールは正確でなく幅が異なる可能性がある（例えば、レールが完全に直線ではない場合や、電車を支えられる程度に十分な直線又は配置でしかない場合がある）ため、このような機能は重要であり得る。別の実施形態では、複数のカッティングヘッドが位置決め機構５０４上に配置され、互いに対して移動して、レール上に複数の輪郭を生成するか、又は複数のレール上で切断する（例えば、以下でより詳細に説明するように）。
【0026】
本発明は、従来の液体ジェットカッティングヘッドの改善された位置決め及び移動を提供することができる。一般的なカッティングヘッドは、固定グリッド上で（例えば、ｘ－ｙ方向に）移動可能であるが、本発明では、レールに対する液体ジェットの角度を動かすための角度調整機構を提供することができる。そのような機構は、所望され得る特有の角度及び地面への近接性のために、本発明の状況において明確な利点を有することができる。例えば、一般的な液体ジェット切断のセットアップでは、カッティングヘッドの幅は重要ではないが、現在の状況では、より厳しい幾何学的制約がある。例えば、カッティングヘッドは、地面から十分に高い位置に配置して、石などの地面にある破片や、トラックの基部から上向きに延びるボルトに当たらないようにする必要があるが、レールに実際に接触するように十分な低さにし、また、希望の角度でレールに接触するように調整可能にする必要がある。複数のカッティングヘッドを含むセットアップでは、特に地面に対して低い位置にある場合、カッティングヘッドを使用できるスペースが特に狭くなる。そのような場合において、本発明は、より狭く、より薄いカッティングヘッドを含むことができる。
【0027】
図６は、本発明の例示的な実施形態による、レール表面６０４を処理するＭＣＵ６００のウォータージェットの概略図である。示されるように、レールの（例えば、表面が不規則な）小片６０８を取り除き、レール表面６０４にきれいな仕上げを残すことができる。いくつかの実施形態では、本発明は、１時間あたり５００メートルを超えるレールを処理することができる。このように、ウォータージェットの使用は、トンネル内、化学プラントの近く、乾燥状態などの火災の危険性が高い場合など、多くの場合に禁止されている研削列車に比べて大きな利点を提供できる。さらに、貨物列車用の特定のレールは非常に硬く、研削列車を使用して整形することはできない。ウォータージェットは、これらのレールの改修を可能にし、非常にコストのかかる交換の必要性をなくすか遅らせることができる。いくつかの実施形態では、本発明は、レール上に載せるための移動式フレーム上に配置されたポンプ、高圧給水ライン、及び／又はカッティングヘッドを含む。次に、このプラットフォームは、固定発電機、あるいはグリッド又は陸上電力と地域の給水設備に物理的に接続される。液体ジェットがレールを削正及び／又は整形する処理操作中（例えば、レールの一部を切断及び／又は除去する）、ノズルから線路までの距離は、約０．１ミリメートルから約３９ミリメートルの間で変化し、大抵は約０．１ミリメートルから約１３ミリメートルの範囲、いくつかの実施形態では、好ましくは、約０．１ミリメートルから約４ミリメートルの範囲である。液体ジェットカッティングヘッドのノズルの先端の間の距離は、実行される処理操作に基づいて選択することができる。いくつかの実施形態では、大気中での液体ジェット流の分散を最小限に抑え、処理されるレール上の焦点及び／又は衝撃点をコンパクトかつ正確にするために、可能な限り小さい距離を選択することが好ましい。
【0028】
液体ジェット自体は、ウォータージェットカッティングヘッドのノズルから出て、液体ジェットカッティングヘッドのオリフィス及び／又は混合管によって制御される直径を有するので、典型的には円形である。ノズル先端から出てくる液体ジェットの直径は、約０．１２７ｍｍ（約０．００５インチ）から約３．０５ｍｍ（約０．１２０インチ）の範囲、任意選択で約０．１９０ｍｍ（約０．００７５インチ）から約１．１４ｍｍ（約０．０４５インチ）の範囲、任意選択で約０．２５４ｍｍ（約０．０１０インチ）から０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）の範囲である。いくつかの実施形態では、好ましい範囲は、約０．２５４ｍｍ（約０．０１０インチ）から０．４０６ｍｍ（０．０１６インチ）の間である。典型的には、混合管はオリフィスの約３倍の大きさであるが、いくつかの実施形態では、約２倍の大きさであり得る。液体ジェット流の直径は、選択されたプロセスに基づいて調整及び／又は選択することができる。レール上の衝撃点及び／又は焦点における液体ジェット流の断面積は、通常、約０．０１２９ｍｍ２（約０．００００２ｉｎ２）から約３８．７ｍｍ２（約０．０６ｉｎ２）の範囲であり、約０．０２５８ｍｍ２（約０．００００４ｉｎ２）から約１．０３ｍｍ２（約０．００１６ｉｎ２）の範囲とすることができ、約０．０５１６ｍｍ２（約０．００００８ｉｎ２）から０．３２３ｍｍ２（０．０００５ｉｎ２）の範囲とすることができる。いくつかの実施形態では、上記範囲は、好ましくは約０．０５１６ｍｍ２（約０．００００８ｉｎ２）から０．１２９ｍｍ２（０．０００２ｉｎ２）の間である。
【0029】
図７Ａは、本発明の例示的な実施形態による、レール表面７１６を処理する３つのウォータージェットカッティングヘッド７０４、７０８、７１２の側面図である。この図では、ウォータージェットカッティングヘッド７０４は、地面に対して第１の角度でレール表面７１６に衝突する第１のウォータージェット７２０を提供する。システムが左から右に向かって移動するとき、第２のウォータージェットカッティングヘッド７０８は、地面に対して第２の角度でレール表面７１６に衝突する第２のウォータージェット７２４を提供し、第１のウォータージェット７２０が接触したばかりの実質的に同じ処理領域を通過する。第２のウォータージェット７２４は、レール表面７１６に対する位置及び角度の違いのために、追加のレール材料を除去する。第３のウォータージェットカッティングヘッド７１２は、第３のウォータージェット７２８を提供し、これは、地面に対して第３の角度でレール７１６に衝突し、やはり位置及び角度の違いのために追加のレール材料を除去する。衝突の詳細は、図７Ｂに見ることができる。これは、図７Ａの３つのウォータージェットカッティングヘッド７０４、７０８、７１２の正面図である。図７Ｃは、本発明の例示的な実施形態による、処理操作（例えば、上に示され、説明されたウォータージェットによるもの）を受けたレール７５０の図である。処理されたレール７５０は、未仕上げの外側の縁７５８と比較して高さ及び／又は幅を低減することができ、酸化や表面のへこみなどの摩耗及び亀裂のない滑らかで新しくなった外観を有し得る仕上げられた内側の縁７５４を含む。複数のカッティングヘッドで可能な切削形状のさらなる詳細を、以下、図１１Ａ～１１Ｂ及び図１２Ａ～１２Ｇに示す。
【0030】
図８は、本発明の例示的な実施形態による、超高圧液体ジェットシステムを操作する方法８００のフローチャートである。第１のステップ８０２において、平行移動可能なフレームは、レールに対して配置され、平行移動可能なフレームは、超高圧液体ポンプに流体の移動が可能なように接続された液体ジェット処理ヘッドを有する。第２のステップ８０４において、液体ジェット処理ヘッドに、超高圧液体ポンプを介して、レールに接触する液体ジェットを形成する加圧流体を提供する。第３のステップ８０６において、液体ジェット処理ヘッドは、レールに対して平行移動し、それにより、レールの並進方向に沿ってレールの直線長さに対して処理操作（例えば、レール部分の成形、削正、又は除去）を実行する。
【0031】
図９Ａは、本発明の例示的な実施形態による、直線ノズルを備えた２つのカッティングヘッド９０８、９１２を有する液体ジェット材料処理システム用の湾曲ジェットノズル９０４の図である（まとめて１種の「湾曲ジェットノズル」と呼ばれる）。カッティングヘッド９０８は、第１のベクトルｖ１によって示される速度で出される第１のウォータージェット９１６を提供し、一方、カッティングヘッド９１２は、第２のベクトルｖ２によって示される速度で出される第２のウォータージェット９２０を提供する。第１のウォータージェット９１６は、角度９２４で第２のウォータージェット９２０と交差して、第３のベクトルｖ１２によって示される複合速度を有する第３のウォータージェット９２８を形成する。第３のベクトルｖ１２は、第３のウォータージェット９２８が異なる軌道をとるようにする、ｖ１及びｖ２に基づく成分を有することができる。第３のウォータージェット９２８は、接触点又は表面９３６でレール９３２に接触することができる。接触は、ギザギザの縁や歪んだ縁ではなく、バフ掛け、研磨、又は仕上げされた縁が作成されるような、「軽いタッチ」が達成されるものにすることができる。例えば、流体が液体ジェットの形でカッティングヘッド９０８、９１２から出るとき、それは、空気抵抗、乱流などを含むいくつかの環境要因の影響を受ける可能性があり、これらは、全体として、より硬い縁の平滑化に正味の影響を及ぼす可能性がある。これらの要因は、流体ジェットがカッティングヘッド９０８、９１２から離れて、そしてカッティングヘッドから出て移動する距離が長くなるにつれて増加する可能性がある。カッティングヘッド９０８、９１２は、それらを所定の位置に保持するフレーム９４０に搭載することができる。ジェットは、以下の図１０Ａ～Ｃに示すように、多くの形状、例えば、直線状、曲線状、扇状、又は膨らんだ扇状の形を有することができる。
【0032】
図９Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、１つの直線ノズル９５８及び１つの湾曲ノズル９６２を有する液体ジェット材料処理システム用の別の湾曲ジェットノズル９５４の図である。カッティングヘッド９５８は、第１のベクトルｖ３によって示される速度で出される第１のウォータージェット９６６を提供し、一方、カッティングヘッド９６２は、第２のベクトルｖ４によって示される速度で出される第２のウォータージェット９７０を提供する。第１のウォータージェット９６６は、第２のウォータージェット９７０と角度９７４で交差して、第３のベクトルＶ３４によって示される複合速度を有する第３のウォータージェット９７８を形成する。複合速度ベクトルＶ３４は、例えば、上記の図９Ａに示すように、第３のウォータージェット９７８が異なる軌道をとるようにする、ｖ３及びｖ４に基づく成分を有することができる。第３のウォータージェット９７８は、接触点又は表面９８６でレール９８２に接触することができる。接触は、上記のように、ギザギザの縁や歪んだ縁ではなく、バフ掛け、研磨、又は仕上げされた縁が作成されるような、「軽いタッチ」が達成されるものにすることができる。いくつかの実施形態では、「湾曲」ウォータージェットノズルは、レールの複数の表面（例えば、レールの側面又は下面）に到達するように、又は特定の角度でワークピースに衝突するように、ウォータージェットを湾曲した様式で再配向する。この構成により、プロセスからドロスを低減又は排除したり、面取りを大幅に制御したりできる。カッティングヘッド９５８、９６２は、それらを所定の位置に保持し、及び／又はレール９８２の周りでそれらを操作するフレーム９９０に搭載することができる。１つ以上のカッティングヘッド（例えば、９６２）は、より戦略的かつ正確な位置決めを可能にし、より嵩張る直線カッティングヘッドが互いに空間的に干渉する問題を回避するために湾曲させることができる。ジェットは、多くの形状、例えば、直線状、曲線状、扇状の形を有することができる。一実施形態では、ウォータージェットは実質的に円形であり、半径方向に対称である（例えば、フラットジェットスプレーではない）。
【0033】
図１０Ａ～１０Ｃは、本発明の例示的な実施形態による、異なる液体ジェットカッティングヘッドノズルから出てくる液体のいくつかの流体の流れプロファイルの図である。図１０Ａに見られるように、直線ノズルの左側を流れる流体は、ｖ１＝ｖ２となるように、右側を流れる流体と等しいかほぼ等しい速度を有し、流体は最初はまっすぐな流れで現れ（外部の空気抵抗は流れ全体においてほぼ均一であるため）、徐々に消散する。しかし、湾曲ノズルでは、右側の流体が移動中に大きな弧を描くため、左側を流れる流体は右側を流れる流体よりも速度が遅くなる可能性がある。この場合、ｖ２はｖ１より大きくなる可能性があり、流体がノズルを出るときに遭遇する外力（空気抵抗など）に非対称性が存在する可能性がある。その結果、図１０Ｂに示すように、「扇形の」流れが出現する可能性がある。場合によっては、図１０Ａ又は図１０Ｂの流れプロファイルのいずれかは、図１０Ｃの左側に示すように（流れプロファイル（１））側方からは直線状に見えることがあるが、ノズルの形状の局所的な変形によって、図１０Ｃの右側に示すように膨らんだプロファイル（流れプロファイル（２））をもたらすこともできる。
【0034】
図１１Ａ～１１Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、１つ以上の液体ジェットによるいくつかの幾何学的レール切断スキームの断面図である。図１１Ａは、３つのカットに切断された第１のレール１１０４を示しており、最初にセクション１１０８、２番目にセクション１１１２、そして３番目にセクション１１１６を除去している。いくつかの実施形態では、空気抵抗、乱流、及び他の影響は、上記のように、これらの硬い線の「平滑化」に正味の影響を及ぼす可能性がある。したがって、連続したカットは、全体的に滑らかな仕上がりに貢献することができる。図１１Ｂは、３つのジェット１１５０、１１５２、１５５４によって同様に３つの部分に区分された第２のレール１１４０を示し、例えば、最初のセクション１１６０、２番目のセクション１１６２、及び３番目のセクション１１６４を示す。
【0035】
図１２Ａ～１２Ｇは、本発明の例示的な実施形態による、１つ以上のレール処理液体ジェットのいくつかの削正、整形、及び／又は切断構成の図である。図１２Ａでは、断面で示されるレール１２０２は、第１のカッティングヘッド１２０４から、研削操作のために第１の角度で流れ１２０６を受ける。図１２Ｂ～１２Ｃでは、同じレール（異なる時点で１２１２、１２２２として示されている）は、同様の操作のために、第２及び第３のカッティングヘッド１２１４、１２２４から、それぞれ第２及び第３の角度で、第２及び第３の流れ１２１６、１２２６をそれぞれ受ける。図１２Ｄ～１２Ｆでは、レール１２３２（異なる時点で１２４２、１２５２としても示されている）は、カッティングヘッド１２３４、１２４４、１２５４から、液体ジェット１２３６、１２４６、１２５６を受け、レールセクション１２３８、１２４８、１２５８を取り除く。図１２Ｇでは、同じレール１２６０が、カッティングヘッド１２６２Ａ、１２６２Ｂ、１２６２Ｃから、削正操作のためにレールと交差し、それぞれがスプレーに分散する液体ジェット１２６４Ａ、１２６４Ｂ、１２６４Ｃを受ける。
【0036】
これらの構成は例示的なものであり、本発明によって可能になった多種多様な切断及び研削操作を実証する。いくつかの実施形態において、本発明は、削正及び／又はコンディショニングに使用することができる。例えば、削正操作では、複数のノズルをレールの長さに沿って、レールに直交して、又はレールに対して別の角度で配置することができる。いくつかの実施形態では、材料を除去するために、ノズルはレールに近接して配置される（したがって、例えば、流れの速度が速く、空気抵抗などの散逸力の影響を受けない）。いくつかの実施形態では、仕上げ操作において、ノズルは、レールからさらに離れたところに配置される。いくつかの実施形態では、衝突角度は、衝突時に必要な力に依存する可能性があり、これは、達成される操作に依存する可能性がある（例えば、重い損傷は、軽い損傷とは異なる角度を必要とする可能性がある）。コンディショニング操作では、レールから望ましくない層を除去するために、例えば図１２Ｇのように、１つ以上のノズルをレールに対して長さ方向に配置することができる。使用する研磨剤の量は、ＭＣＵの速度と同様に変えることができる。いくつかの実施形態では、非常に厚くて硬い層を除去するために、ＭＣＵは、１ｍ／時未満、例えば、０．１～０．５ｍ／時で移動することができる。永続性の低い層の場合、ＭＣＵはより高速で、例えば最大２５ｍ／時で移動することができる。
【0037】
本発明は、特定の好ましい実施形態を参照して特に示され、説明されてきたが、当業者は、以下の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、そこから様々な変更及び詳細を行うことができることを理解されたい。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図12E】
【図12F】
【図12G】