CN101842247B - 铁道车辆用两轴转向架及铁道车辆 - Google Patents

铁道车辆用两轴转向架及铁道车辆 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铁道车辆用两轴转向架及铁道车辆。本发明的铁道车辆用两轴转向架既能尽可能地抑制成本上升，又能降低在曲线轨道上行驶时在前轮轴上产生的横压。其包括前轮轴和后轮轴，该前轮轴包括具有第1踏面斜度的车轮，该后轮轴包括具有与第1踏面斜度不同的第2踏面斜度的车轮。后轮轴的车轮的踏面斜度大于前轮轴的车轮的踏面斜度。

Description

铁道车辆用两轴转向架及铁道车辆
技术领域
本发明涉及铁道车辆用两轴转向架及具有该铁道车辆用两轴转向架的铁道车辆。 
背景技术
图7是表示铁道车辆用两轴转向架1在曲线轨道上行驶的状况的说明图。 
如图7所示，在转向架1在曲线轨道上行驶时，行进方向前侧的轮轴(以下称作“前轮轴”)2f外侧的车轮3和曲线轨道的外侧导轨5之间的左右方向的力F1(在本说明书中称作“横压”)较高。 
图8是表示在曲线轨道上行驶时的前轮轴2f的车轮3与曲线轨道的导轨5之间的关系的说明图。 
如图8所示，在曲线轨道上行驶时，前轮轴2f与导轨5的相对偏转角即冲角(attack angle)α(如图8所示，在曲线轨道中，将轮轴朝向外侧导轨的方向作为正值)变大。因此，车轮3产生过大的横向滑动(也称作“横向蠕滑”)，如图7的箭头所示，使转向架1产生横摆，在转向架1的前轮轴2f上产生横压F1。 
另一方面，在行进方向后侧的轮轴(以下称作“后轮轴”)2r中，几乎不产生后轮轴2r的横向位移，也几乎不产生左右车轮3的旋转半径差。因此，在内外的导轨5之间不能得到需要的车轮半径差(也称作“纯滚动径差”)，会产生较大的纵向滑动(也称作“纵向蠕滑”)。这样产生的纵向蠕滑力F2也成为导致前轮轴2f的横压F1增加的原因。 
在非专利文献1中记载着后轮轴的纵向蠕滑、其次是前轮 轴的横向蠕滑很可能是在半径小的曲线轨道的内侧导轨上产生波磨的主要原因。 
在专利文献1中公开了为了降低上述横压而使能自由旋转地支承前轮轴、后轮轴的前后的轴箱支承装置的刚性变化的发明、使后轮轴为独立车轮的发明。 
专利文献1：日本特许第2738114号公报 
非专利文献1：平成7年铁道技术联合专题论文集(J-Rail’95)“通过小半径曲线时的转向架、轨道的特性和对产生波磨的影响” 
但是，为了实施专利文献1所公开的发明，需要改造现存的转向架的轴箱支承装置、轮轴，需要较高的成本。 
图1是放大表示具有基本圆锥形状的踏面6的车轮7的一个例子的说明图。如图1所示，为了使在直线轨道上行驶时的直进性和在曲线轨道上行驶时的转弯性并存而在车轮7的踏面6上设有踏面斜度。踏面斜度使用在图1中的车轮基准点Z处踏面6相对于水平面所成的角度θ而确定，踏面斜度γ＝tanθ，该车轮基准点Z为基准线L与踏面6的交点，该基准线L是为了测定车轮半径R而在车轮7的宽度方向大致中央附近针对每个车轮设定的。踏面斜度γ通常设定为0.03～0.06的范围。在铁道车辆用两轴转向架中，4个车轮的踏面斜度都设定为相同的值。 
发明内容
本发明人进行了仔细钻研，结果发现通过使设在一个轮轴的车轮上的踏面斜度与设在另一个轮轴的车轮上的踏面斜度不同能解决上述问题，从而完成了本发明。 
本发明是一种铁道车辆用两轴转向架，其特征在于，该铁道车辆用两轴转向架包括第1轮轴和第2轮轴，该第1轮轴包括具有第1踏面斜度的车轮，该第2轮轴包括具有与第1踏面斜度不同的第2踏面斜度的车轮；上述具有第1踏面斜度的车轮以及上述具有第2踏面斜度的车轮均是直径从轨道外侧向轨道内侧渐增的车轮。采用本发明的铁道车辆用两轴转向架，能不改变现存的转向架的轴箱支承装置、轮轴的构造地、降低在曲线轨道上行驶时在前轮轴上产生的横压。
在使用本发明的铁道车辆用两轴转向架时，将第1轮轴和第2轮轴中的具有踏面斜度较大的车轮的轮轴配置在行进方向的后侧。采用本发明的铁道车辆用两轴转向架，既能通过使前轮轴的车轮具有上述的γ处于0.03～0.06范围内的通常的踏面斜度来确保在直线轨道上的行驶稳定性，又能通过使后轮轴的车轮的踏面斜度大于前轮轴的车轮的踏面斜度来降低过大的纵向滑动，从而能降低在曲线轨道上行驶时在前轮轴上产生的横压。 
从另一个观点看，本发明是在前后都具有两轴转向架的铁道车辆，在前后都具有两轴转向架的铁道车辆中，位于行进方向前侧的前转向架的横压大于位于行进方向后侧的后转向架的横压，在上述本发明的前后都具有两轴转向架的铁道车辆中，位于行进方向前侧的前转向架使用上述本发明的在进行方向后侧包括具有踏面斜度较大的车轮的轮轴的铁道车辆用两轴转向架，或者位于行进方向前侧的前转向架和位于行进方向后侧的后转向架均使用上述本发明的在进行方向后侧包括具有踏面斜度较大的车轮的轮轴的铁道车辆用两轴转向架。采用本发明，由于最前侧的轮轴的车轮具有上述通常的踏面斜度，因此能确保在直线轨道上的行驶稳定性，通过使前转向架的后轮轴的车轮的踏面斜度大于前轮轴的车轮的踏面斜度，能降低在曲线轨道上行驶时在前轮轴上产生的横压。 
另外，本发明是在前后都具有两轴转向架的铁道车辆，其特征在于，位于行进方向前侧的转向架是上述本发明的在行进方向后侧具有车轮的踏面斜度较大的轮轴的铁道车辆用两轴转向架，并且，位于行进方向后侧的转向架的行进方向前侧的轮轴的车轮的踏面斜度大于行进方向后侧的轮轴的车轮的踏面斜度。由此，在改变了车辆的行进方向的情况下，也能既确保直线轨道上的行驶稳定性，又降低在通过曲线轨道时在前轮轴上产生的横压。 
本发明直接使用现存的转向架而仅改变轮轴的踏面斜度就能实施，因此，既能尽量抑制成本上升，又能降低在曲线轨道上行驶时在前轮轴上产生的横压。由此，前轮轴的横压和后轮轴的纵向蠕滑力均能减少，因此，能抑制在半径小的曲线轨道的内侧导轨上产生的波磨。 
附图说明
图1是抽出表示具有基本圆锥形状的踏面的车轮的一个例子的说明图。 
图2是表示本发明的铁道车辆用两轴转向架在曲线轨道上行驶的状况的说明图。 
图3是表示进行模拟的后轮轴的车轮的踏面的说明图，图3的(a)表示踏面斜度为0.05的情况，图3的(b)表示踏面斜度为0.10的情况，图3的(c)表示踏面斜度为0.20的情况，图3的(d)表示踏面斜度为0.33的情况。 
图4是表示对组合具有各种踏面斜度的车轮时在前轮轴外侧的车轮产生的横压进行比较的图表。 
图5是表示对组合具有各种踏面斜度的车轮时在后轮轴产生的纵向蠕滑力进行比较的图表。 
图6是表示对组合具有各种踏面斜度的车轮时的综合蠕滑力进行比较的图表。 
图7是表示铁道车辆用两轴转向架在曲线轨道上行驶的状 况的说明图。 
图8是表示在曲线轨道上行驶时的前轮轴的车轮和曲线轨道的导轨之间的关系的说明图。 
附图标记说明
1、以往的铁道车辆用两轴转向架；2f、前轮轴；2r、后轮轴；3、车轮；4、本发明的铁道车辆用两轴转向架；5、导轨；6、踏面；7、车轮；8、踏面；9、车轮。 
具体实施方式
参照图1～6，说明本发明从构思到解决问题的经由和用于实施本发明的最佳方式。 
图2是表示本发明的铁道车辆用两轴转向架4在曲线轨道上行驶的状况的说明图。 
铁道车辆用两轴转向架4在曲线轨道上通过时，为了减小在后轮轴2r上产生的纵向蠕滑力F2，使内外的导轨5之间获得需要的车轮半径差即可。因此，若通过将后轮轴2r的车轮3的踏面3r的踏面斜度γ3r设定得较大而使后轮轴2r稍稍向外侧位移，则能接近纯滚动径差而降低纵向蠕滑力F2。并且，若将后轮轴2r的车轮3的踏面3r的踏面斜度γ3r设定得更大，则能获得大于等于纯滚动径差的车轮半径差。此时，纵向蠕滑力F2具有进一步降低在前轮轴2f的外侧车轮3上产生的横压的效果。 
但是，当不仅将后轮轴2r的车轮3的胎面3r的踏面斜度γ3r设定得较大，也将前轮轴2f的车轮3的踏面3f的踏面斜度γ3f设定得较大时，则会降低直线轨道上的行驶稳定性。因此，通过仅将后轮轴2r的车轮3的踏面3r的踏面斜度γ3r设定得较大、且使前轮轴2f的车轮3的踏面3f的踏面斜度γ3f为处于0.03～0.06范围内的通常的踏面斜度，也能确保直线轨道上的行驶稳定性。 
与将前轮轴2f的车轮3的踏面3f的踏面斜度γ3f和后轮轴2r的车轮3的踏面3r的踏面斜度γ3r均设定得较大的情况下相比，采用本发明的铁道车辆用两轴转向架1，能增加直线轨道上的行驶稳定性，并且，通过在曲线轨道上行驶时如图2所示地使后轮轴2r稍稍向外侧位移能降低在前轮轴2f的外侧车轮3上产生的横压。由此，能同时谋求维持直线轨道上的行驶稳定性和降低在曲线轨道上通过时的横压。 
本发明是基于以上的想法而做成的。下面，说明本发明的效果。 
为了确认本发明的效果，进行了仿效近郊通勤车辆以75km/h在半径300m、外轨加高105mm的曲线轨道上行驶状态的模拟。进行模拟的前轮轴的车轮的踏面斜度γ均为0.05。 
图3是表示进行模拟的后轮状的车轮9的踏面8的说明图，图3的(a)表示踏面斜度γ为0.05的情况，图3的(b)表示踏面斜度γ为0.10的情况，图3的(c)表示踏面斜度γ为0.20的情况，图3的(d)表示踏面斜度γ为0.33的情况。 
在图3的(a)～(d)中，与图1同样，附图标记L表示基准线，且附图标记Z表示车轮基准点。另外，图3的(a)～(d)所示的各种尺寸根据车轮的规格等而变动，仅是一个例子。 
在该模拟中，调查了在前轮轴的外侧车轮上产生的横压F1和在后轮轴上产生的纵向蠕滑力F2，且调查了对产生波磨有影响的、在外侧车轮上产生的横压F1和纵向蠕滑力F2之和F1+F2(以下将该和称作“综合蠕滑力”)。该综合蠕滑力(F1+F2)较小意味着难以产生波磨。 
将该模拟结果示于表1及图4～图6中。图4是表示对组合具有各种踏面斜度的车轮时在前轮轴的外侧车轮上产生的横压F1(kN)进行比较的图表，图5是表示对组合具有各种踏面斜 度的车轮时在后轮轴上产生的纵向蠕滑力F2(kN)进行比较的图表，图6是表示对组合具有各种踏面斜度的车轮时的综合蠕滑力(F1+F2)进行比较的图表。 
表1 
Figure GPA00001118724400071
在后轮轴的车轮的踏面斜度γ为0.10、0.20或0.33的本发明例中，在如图2所示地转向架4在曲线轨道上行驶时，如表1及图4所示，在前轮轴的外侧车轮上产生的横压F1减少。即，通过将后轮轴的车轮的踏面斜度设定得大于前轮轴的车轮的踏面斜度，而使后轮轴稍稍向外侧位移，从而使后轮轴的左右的车轮的纯滚动径差的不足量减少。 
通过该半径差的不足量减少，如表1及图5所示，纵向蠕滑力F2也变小，当半径差过多时，成为相反方向的纵向蠕滑力。由于该纵向蠕滑力的力矩为在前轮轴的外侧导轨上产生横压F1的原因，因此，由于能减少该纵向蠕滑力，因此能降低横压F1。 
另外，采用本发明，由于能降低横压F1及纵向蠕滑力F2，因此，如表1及图6所示，综合蠕滑力(F1+F2)也减少，由此，能抑制在半径小的曲线轨道的内侧导轨上产生的波磨。 
本发明不仅适用于通常的两轴转向架，而且也适用于配置 在被连结起来的两个车辆的连结部分的连接两轴转向架。 
另外，在将本发明的转向架与车身连结起来的装置中，可以应用摇枕悬吊方式、无枕梁方式等各种方式。 
工业实用性
本发明能用于在会产生波磨的半径小的曲线轨道上行驶的车辆的转向架。 

Claims (5)

1.一种铁道车辆用两轴转向架，其特征在于，
该铁道车辆用两轴转向架包括第1轮轴和第2轮轴，该第1轮轴包括具有第1踏面斜度的车轮；该第2轮轴包括具有与上述第1踏面斜度不同的第2踏面斜度的车轮；
上述具有第1踏面斜度的车轮以及上述具有第2踏面斜度的车轮均是直径从轨道外侧向轨道内侧渐增的车轮。
2.根据权利要求1所述的铁道车辆用两轴转向架，其特征在于，
上述第1轮轴和上述第2轮轴中的具有上述踏面斜度较大的车轮的轮轴被配置在行进方向的后侧。
3.一种铁道车辆，其为在前后都具有两轴转向架的铁道车辆，其特征在于，
位于行进方向前侧的转向架为权利要求2所述的铁道车辆用两轴转向架。
4.一种铁道车辆，其为在前后都具有两轴转向架的铁道车辆，其特征在于，
位于行进方向前侧和后侧的转向架均为权利要求2所述的铁道车辆用两轴转向架。
5.一种铁道车辆，其为在前后都具有两轴转向架的铁道车辆，其特征在于，
位于行进方向前侧的转向架为权利要求2所述的铁道车辆用两轴转向架，并且，位于行进方向后侧的转向架的、行进方向前侧的轮轴的车轮的踏面斜度大于行进方向后侧的轮轴的车轮的踏面斜度。
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