DE112013007135T5

DE112013007135T5 - Schienenfahrzeug, das Seitenkraft reduzieren kann, und Verfahren zum Reduzieren von Seitenkraft

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Publication number: DE112013007135T5
Application number: DE112013007135.5T
Authority: DE
Inventors: Ryu Narikawa; Katuyuki Iwasaki; Takao Watanabe; Takashi Takahira; Kenjirou Gouda; Masataka Hidai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2033-06-08
Also published as: DE112013007135B4; GB2530677B; JPWO2014196080A1; JP6067850B2; GB2530677A; WO2014196080A1; GB201520260D0

Abstract

Wenn ein Schienenfahrzeug durch eine Kurve fährt, werden Längssteifigkeiten (Steifigkeiten bezüglich der Verlagerung in eine Längsrichtung) von Luftfedern (6a, 6b) gemäß der Fahrtrichtung gewechselt. Bezüglich der Luftfeder (6a), in der die Richtung eines Reaktionsmoments, das auf ein Fahrgestell wirkt, in Richtung (C) des Verhinderns des Einschlagens des Fahrgestells wirkt, wird die Längssteifigkeit relativ reduziert. Bezüglich der Luftfeder (6b), in der die Richtung eines Reaktionsmoments, das auf ein Fahrgestell wirkt, in Richtung (J) des Beschleunigens des Einschlagens eines Fahrzeugkörpers wirkt, wird die Längssteifigkeit relativ erhöht. Der Einfluss von Seitenkräften (H, G) auf eine Schiene kann ohne große Kostenerhöhung und Zunahme der ungefederten Masse durch einfaches Hinzufügen eines Mechanismus zum Wechseln der Längssteifigkeiten der Luftfedern (6a, 6b) gemäß der Fahrtrichtung auf diese Art minimiert werden.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit einem Mechanismus, der eine zwischen einem Fahrgestell, das das Schienenfahrzeug trägt, und einer Schiene erzeugten Seitenkraft reduzieren kann, wenn das Schienenfahrzeug durch eine Kurve fährt.
[Stand der Technik]
Ein typisches Fahrgestell für ein Schienenfahrzeug besteht aus einem Radsatz mit Rädern an beiden Enden einer Achse, einer Achslagereinheit, die den Radsatz drehbar trägt, und einem Fahrgestellrahmen, der einen Rahmen des Fahrgestells bildet. Das Lager wird elastisch in Längsrichtung, Querrichtung und senkrechter Richtung bezüglich des Fahrgestellrahmens durch eine Achslagertragvorrichtung gehalten. Außerdem ist eine Luftfeder zwischen einer oberen Fläche des Fahrgestellrahmens und einer unteren Fläche eines Fahrzeugkörpers vorgesehen. Durch diese Luftfeder wird der Fahrzeugkörper in Längsrichtung, Querrichtung und senkrechte Richtung bezüglich des Fahrgestells elastisch getragen.
Da die Tragsteifigkeit in die Längsrichtung der Achslagereinheit der Achslagertragvorrichtung relativ hoch ist, wenn das Schienenfahrzeug durch eine Kurve fährt, kann der Radsatz der Kurve nicht ausreichend folgen und wird tendenziell eine Seitenkraft erzeugt, die eine Kraft ist, mit der die Räder in Richtung Schwellen von Schienen gedrückt werden. Diese Seitenkraft beschleunigt den Verschleiß der Räder und Schienen und bewirkt Lärm aufgrund von Quietschgeräuschen zwischen den Rädern und Schienen. Aus diesem Grund besteht ein wichtiges Problem in der Frage, wie dies reduziert werden kann.
PTL 1 offenbart ein Schienenfahrzeugfahrgestell, das Seitenkräfte beim Fahren durch eine Kurve reduzieren kann. Die Zusammenfassung von PTL 1 enthält die Beschreibung, dass „die Lenkvorrichtung 6 des Schienenfahrzeugfahrgestells zwei Vorder- und Hinterradachsen 3, die drehbar um einen bestimmten Winkel zu einem Fahrgestellrahmen 2 vorgesehen sind, symmetrisch um das Fahrgestell dreht. Diese Vorrichtung 6 umfasst einen relativen Drehwinkel (α,) des Fahrgestellrahmens 2 zu dem Fahrzeugkörper 1 und schafft einen relativen Drehwinkel (β,) der Radachsen 3 zu dem Fahrgestellrahmen 2. Die Lenkvorrichtung 6 ist dafür konfiguriert, so zu arbeiten, dass eine Drehung auf die Radachsen aufgebracht wird, die um 20–35% des theoretischen relativen Drehwinkels erhöht ist. Außerdem wird, da der Verbindungsmechanismus der Lenkvorrichtung 6 horizontal angeordnet ist, ein gleicher Lenkvorgang auf die Vorder- und Hinterradachse des Fahrgestells aufgebracht.”
[Literaturliste]
[Patentliteratur]

[PTL 1 JP-A-10-203364 ]

[Kurzbeschreibung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Das in PTL 1 offenbarte Schienenfahrzeugfahrgestell weist auf: einen Lenkträger, der eine Drehachse hat, die konzentrisch mit der Drehmitte des Fahrgestellrahmens ist und eine Drehbewegung ähnlich wie der Fahrzeugkörper auf einer gekrümmten Schiene ausführt; ein Paar horizontale Hebel auf der linken und rechten Seite des Fahrgestellrahmens, deren Drehmitte sich jeweils in der Nähe der Mitte in der Längsrichtung von Seitenträgern auf der linken und rechten Seite des Fahrgestellrahmens befindet; eine Verbindung, die den Lenkträger mit den horizontalen Hebeln koppelt; und eine Kopplungsstange, die einen Punkt mit einem gleichen Abstand zur linken und rechten Seite von den Drehmitten der horizontalen Hebel koppelt, wobei sich Vorder- und hinter Achslagereinheiten auf der gleichen Seite der linken und der rechten Seite der Fahrgestellvorrichtung befinden.
Dieses Schienenfahrzeugfahrgestell bildet ein sogenanntes Lenkfahrgestell, das den Radsatz durch Umfassen eines relativen Drehwinkels das Fahrgestells zum Fahrzeugkörper lenkt und somit eine komplexe Struktur verwendet. Dies erhöht die Kosten, vermindert die Haltbarkeit und die Zuverlässigkeit. Außerdem besteht in einem Kurveneingangsabschnitt, der eine gerade Linie mit einer kreisförmigen Kurve verbindet, die Möglichkeit, dass keine ausreichende Lenkung ausgeführt werden kann, was wiederum die Wirkung der Reduzierung der Seitenkraft aufgrund einer Verzögerung des Drehvorgangs des Lenkträgers oder eines unzureichenden zum Lenken erforderlichen Einschlagwinkels des Fahrgestells verringert. Zusätzlich besteht, da die Kopplungsstange direkt mit dem Achslager verbunden ist, das Problem, dass die ungefederte Masse zunimmt und deren Einfluss auf die Schiene zunimmt.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein Schienenfahrzeug und ein Verfahren zum Reduzieren von Seitenkraft bereitzustellen, das den Verschleiß von Rädern und Schienen einschränken kann und außerdem Lärm wie beispielsweise Quietschgeräusche dazwischen durch das Reduzieren von Seitenkräften ohne eine Erhöhung der ungefederten Masse – die Schienenwartungskosten erhöhen kann oder eine komplexe Vorrichtung (Konfiguration) verwendet, was einen Faktor bei der Erhöhung der Wartungskosten darstellen kann – reduzieren kann.
[Lösung des Problems]
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, weist ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug auf: einen Fahrzeugkörper, in den Passagiere einsteigen; ein Fahrgestell mit einer Luftfeder, die den Fahrzeugkörper elastisch trägt; eine Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung, die die Steifigkeit in eine Längsrichtung der Luftfeder steuert; und eine Steuervorrichtung, die eine Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs, das aus dem Fahrzeugkörper und dem Fahrgestell besteht, erfasst und die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung steuert. Außerdem beinhaltet ein Verfahren zum Reduzieren von Seitenkraft für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug: Erfassen einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs; und Steuern der Längssteifigkeit einer Luftfeder, die in einem Fahrgestell vorgesehen ist, das das Fahrzeug trägt.
[Vorteilhafte Wirkung der Erfindung]
Mit den vorstehend beschriebenen Konfigurationen können ein Schienenfahrzeug und ein Verfahren zum Reduzieren von Seitenkraft für ein Schienenfahrzeug bereitgestellt werden, das den Verschleiß von Rädern und Schienen einschränken kann und außerdem Lärm wie beispielsweise Quietschgeräusche dazwischen durch das Reduzieren von Seitenkräften ohne eine Erhöhung der ungefederten Masse – die Schienenwartungskosten erhöhen kann oder eine komplexe Vorrichtung (Konfiguration) verwendet, was einen Faktor bei der Erhöhung der Wartungskosten darstellen kann – reduzieren kann. Andere Aufgaben, Konfigurationen und Wirkungen als die vorstehend beschriebenen werden durch die Beschreibung von nachstehenden Ausführungsformen klar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht auf ein Schienenfahrzeug gemäß Beispiel 1.
2 ist eine Schnittansicht, die den Zustand einer Luftfeder in einem vorderen Fahrgestell beim Fahren durch eine Kurve in Beispiel 1 zeigt.
3 ist eine Schnittansicht, die den Zustand einer Luftfeder in einem hinteren Fahrgestell beim Fahren durch eine Kurve in Beispiel 1 zeigt.
4 ist eine Ansicht, die das Moment auf der Grundlage einer Reaktionskraft einer Luftfeder zeigt, die zwischen einem Fahrzeugkörper und einem Fahrgestell beim Fahren durch eine Kurve erzeugt wird.
5 ist eine Ansicht, die die Einzelheiten und das Gleichgewicht eines Lenkmoments und eines Widerstandsmoments zeigt, die beim Fahren durch eine Kurve auf ein Fahrgestell wirken.
6 ist eine Ansicht, die die Wirkung der Reduzierung von Seitenkraft gemäß Beispiel 1 zeigt.
7 ist eine Schnittansicht, die den Zustand einer Luftfeder in einem vorderen Fahrgestell beim Fahren durch eine Kurve gemäß einer Modifizierung zeigt, die die Tragstruktur der Deckplatte in Beispiel 1 modifiziert.
8 ist eine Schnittansicht, die den Zustand einer Luftfeder in einem hinteren Fahrgestell beim Fahren durch eine Kurve gemäß einer Modifizierung zeigt, die die Tragstruktur der Deckplatte in Beispiel 1 modifiziert.
9 ist eine Draufsicht auf ein Schienenfahrzeugfahrgestell gemäß Beispiel 2.
10 ist eine Schnittansicht, die den Zustand und die Struktur einer Luftfeder in einem vorderen Fahrgestell beim Fahren durch eine Kurve in Beispiel 2 zeigt.
11 ist eine Schnittansicht, die den Zustand und die Struktur einer Luftfeder in einem vorderen Fahrgestell beim Fahren durch eine Kurve in Beispiel 2 zeigt.
12 ist eine Draufsicht auf ein Schienenfahrzeugfahrgestell gemäß Beispiel 3.
13 ist eine Draufsicht in dem Fall, in dem Beispiel 2 der Erfindung mit einem Zweipunktluftfedertragsystem gemäß Beispiel 4 auf Gelenkfahrzeuge angewendet wird.
14 ist eine Ansicht, die die Einzelheiten und das Gleichgewicht eines Lenkmoments und eines Widerstandsmoments zeigt, die auf Fahrgestelle wirken, wenn die Gelenkfahrzeuge mit dem Zweipunktluftfedertragsystem gemäß Beispiel 4 durch eine Kurve fahren.
15 ist eine Draufsicht in dem Fall, in dem Beispiel 2 der Erfindung auf Gelenkfahrzeuge mit einem Vierpunkluftfedertragsystem gemäß Beispiel 5 angewendet wird.
16 ist eine Ansicht, die die Einzelheiten und das Gleichgewicht eines Lenkmoments und eines Widerstandsmoments zeigt, die auf Fahrgestelle wirken, wenn die Gelenkfahrzeuge mit dem Vierpunktluftfedertragsystem gemäß Beispiel 5 durch eine Kurve fahren.
17 ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen Schienenfahrzeugs.
[Beschreibung von Ausführungsformen]
Nachstehend werden Beispiele der Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben.
[Beispiele]
[Beispiel 1]
Beispiel 1 der Erfindung wird beschrieben. 17 zeigt eine Seitenansicht eines herkömmlichen Schienenfahrzeugs. Ein Schienenfahrzeug 1 weist einen Fahrzeugkörper 1, der mit Passagieren und Fracht beladen ist, und ein Fahrgestell 2, das diesen Fahrzeugkörper 1 trägt, auf. Das Fahrgestell 2 weist einen Fahrgestellrahmen 3, der dessen Rahmen bildet, einen Radsatz 5 mit Rädern an beiden Enden einer Achse, eine Achslagereinheit 4, die den Radsatz 5 drehbar hält, eine Luftfeder 6, die an einer oberen Fläche des Fahrgestellrahmens 3 vorgesehen ist, und Ähnliches auf.
Die Achslagereinheit 4 wird in jeder von einer Längsrichtung, einer Querrichtung (Schwelle) und einer senkrechten Richtung bezüglich des Fahrgestellrahmens 3 von einer Achslagertragvorrichtung elastisch getragen. Der Fahrzeugkörper 1 wird in jede von einer Längsrichtung, einer Querrichtung (Schwelle) und einer senkrechten Richtung von der in dem Fahrgestell 2 vorgesehenen Luftfeder 6 elastisch getragen. In einem Mittelteil des Fahrgestellrahmens 3 ist eine Stelle (nicht gezeigt) vorgesehen, wo ein Zentrierstift (nicht gezeigt), der sich von der unteren Fläche des Fahrzeugkörpers nach unten erstreckt, eingeführt ist. Wenn das Schienenfahrzeug durch eine Kurve oder dergleichen fährt, dreht sich das Fahrgestell 2 im Wesentlichen innerhalb einer horizontalen Ebene um diesen Zentrierstift.
1 ist eine Draufsicht, die das Schienenfahrzeug gemäß diesem Beispiel schematisch zeigt. Der Fahrzeugkörper 1 wird über eine Luftfeder 6a von einem vorderen Fahrgestell 2a und über eine Luftfeder 6b von einem hinteren Fahrgestell 2b getragen. Wie nachstehend sind, unter Verwendung von 2 und 3 beschrieben, Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtungen 95a, 95b vor und hinter den Luftfedern 6a bzw. 6b vorgesehen und wird gemäß der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs durch eine in 1 gezeigte Steuervorrichtung 7 zwischen entsprechenden Aktuatoren 81a, 81b gewechselt. Die Steuervorrichtung 7 kann unter dem Boden des Fahrzeugkörpers 1 vorgesehen sein oder in einem in dem Fahrzeugkörper 1 angeordneten fahrzeuginternen Gerätschaftsraum vorgesehen sein.
Da die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtungen 95a und 95b im Wesentlichen die gleiche Konfiguration haben, wird die Konfiguration der Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung 95a unter Verwendung von 2 beschrieben. Die Vorrichtungen sind (in eine Richtung entlang der Längsrichtung des Fahrzeugkörpers 1) vor und hinter der Luftfeder 6a in der Form vorgesehen, dass sie einander von beiden Seiten der Luftfeder zugewandt sind. Die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung weist eine Deckplatte 84a, die eine Verformung einer Membran 63, die die Luftfeder 6 bildet, unterdrückt und den Aktuator 81a, der den Abstand (Lücke) zwischen der Deckplatte 84a und der Membran 63a steuert, auf.
In 1 ist, wenn die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs ein Pfeil E ist, das Fahrgestell 2a das vordere Fahrgestell und das Fahrgestell 2b das hintere Fahrgestell. Währenddessen ist, wenn die Fahrtrichtung ein Pfeil F ist, das Fahrgestell 2a das hintere Fahrgestell und das Fahrgestell 2b das vordere Fahrgestell. In den nachstehend beschriebenen Beispielen, die dieses Beispiel umfassen, wird nur die eine Fahrtrichtung im Fall des Pfeils E beschrieben, da ähnliche vorteilhafte Wirkungen unabhängig von der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs erreicht werden können.
2 und 3 sind Schnittansichten, die die Strukturen um die Luftfedern gemäß diesem Beispiel zeigen. Wenn die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs durch den Pfeil E oder den Pfeil F angegeben ist und das Schienenfahrzeug durch eine Kurve fährt, zeigt 2 den Betriebszustand der Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung 95a des vorderen Fahrgestells 2a und zeigt 3 den Betriebszustand der Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung 95b des hinteren Fahrgestells 2b.
In 2 weist die Luftfeder 6a eine obere Platte 61a, eine untere Platte 62a, die Membran 63a, die die obere Platte 61a und die untere Platte 62a verbindet, und ein unter der unteren Platte 62a angeordnetes Mehrschichtgummi 66a, das aus Metallplatten 64a und Gummis 65a gemacht ist, oder dergleichen auf. Die Metallplatten 64a und die Gummis 65a sind ringförmige Plattenelemente mit einer Öffnung in der Mitte. Diese sind abwechselnd gestapelt und bilden dadurch das zylinderförmige Mehrschichtgummi 66a mit einer Öffnung in der Mitte. Die Innenseite der Membran 63a ist mit Hochdruckluft gefüllt. Außerdem ist in der Nähe der Luftfeder 6a auf der unteren Fläche des Fahrzeugkörpers 1 ein Satz der Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtungen 95a, die sich in die Längsrichtung des Fahrzeugkörpers ausdehnen und zusammenziehen können, in der Form vorgesehen, dass sie einander von beiden Seiten der Luftfeder 6a entlang der Längsrichtung des Fahrzeugkörpers 1 zugewandt sind.
Die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung 95a weist hauptsächlich die Deckplatte 84a, die eine Verlagerung der Membran 63a, die die Luftfeder bildet, unterdrückt, und den Aktuator 81a, der mit dieser Deckplatte 84a verbunden ist und den Raum (Lücke) zwischen der Deckplatte 84a und der Membran 63a steuert, auf. Die Deckplatte 84a weist einen Kontaktteil 82a, der aus einem Element mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten besteht und in Kontakt mit der Membran 63a gebracht wird, und einen Trägerteil 83a, der den Kontaktteil 82a trägt und mit dem Aktuator 81a verbunden ist, auf.
Wenn sich der Aktuator 81a auf der Grundlage eines Befehls von der in 1 gezeigten Steuervorrichtung 7 ausdehnt oder zusammenzieht, kann der Abstand (Lücke) zwischen dem Kontaktteil 82a der Deckplatte 84a und der Membran 63a gesteuert werden. Die Anordnungsformen und Strukturen der Luftfeder, des Aktuators und dergleichen sowie die Betätigung auf der Grundlage des Befehls von der Steuervorrichtung 7 werden auf ähnliche Weise auf das in 3 gezeigte hintere Fahrgestell 2b angewendet.
In dem Zustand, in dem der Aktuator 81b so ausgelegt ist, dass er sich ausdehnt, und der Kontaktteil 82b nah an die Membran 63b gebracht wird, wie in 3 gezeigt, kontaktiert (kommt im Kontakt mit), wenn das Fahrgestell 2a einschlägt und die Luftfeder 6b in Längsrichtung verlagert wird, die Seitenfläche der verformten Membran 63b den Kontaktteil 82b. Damit wird, da die Verlagerung der Membran 63b unterdrückt wird und die Luftreaktionskraft der Membran 63b zunimmt, die Steifigkeit gegen die Längsverlagerung der Luftfeder 6b (nachstehend als Längssteifigkeit bezeichnet) erhöht.
4 zeigt eine schematische Darstellung des durch die Luftfederreaktionskraft, die beim Fahren durch eine Kurve auf das Fahrgestell 24 wirkt, bedingten Moments. Wenn das Schienenfahrzeug in die Richtung des Pfeils E fährt, ist das Fahrgestell 2a das vordere Fahrgestell und ist das Fahrgestell 2b das hintere Fahrgestell. Wenn das Schienenfahrzeug von einer geraden Linie in eine Kurve fährt, schlagen die Fahrgestelle, der Krümmung der Kurve folgend, ein und haben somit einen relativen Drehwinkel zu dem Fahrzeugkörper 1. Dementsprechend folgen obere Enden (obere Platten 61a, 61b) der Luftfedern 6a, 6b, die sich auf der linken Seite und der rechten Seite der Fahrgestelle 2 in dem Zustand, in dem sie in Bezug zu dem Fahrzeugkörper 1 einschlagen, befinden, dem Fahrzeugkörper 1 und folgen die unteren Enden (untere Platten 62a, 62b und Mehrschichtgummis 66a, 66b) der Luftfedern 6a, 6b den Fahrgestellen 2. Dadurch verformen sich die Luftfedern 6a, 6b in die Längsrichtung (Richtung eines Pfeils 100). Da die in die Längsrichtung verformten Luftfedern 6a, 6b versuchen, ihre ursprüngliche Form wieder anzunehmen, wird eine Luftfederreaktionskraft von dem Fahrzeugkörper 1 auf die Fahrgestelle 2 erzeugt. Die in dem vorderen Fahrgestell 2a, das durch die Kurve fährt, erzeugte Reaktionskraft der Luftfeder 6a verläuft in die von Pfeilen A, A' für die linke bzw. die rechte Seite angegebenen Richtungen. Auf ähnliche Weise verläuft die in dem hinteren Fahrgestell 2b erzeugte Reaktionskraft der Luftfeder 6b wie von Pfeilen B, B' für die linke bzw. rechte Seite angegeben.
Diese Luftfederreaktionskräfte A (A'), B (B') erzeugen ein Moment, das dahingehend wirkt, dass das vordere Fahrgestell 2a oder das hintere Fahrgestell 2b einschlägt, oder ein Widerstandsmoment in die umgekehrte Richtung zur Einschlagrichtung. Das heißt, ein durch die in dem vorderen Fahrgestell 2a erzeugte Luftfeder 68 bedingtes Moment C ist ein Moment gegen den Uhrzeigersinn in 4 und ein durch die in dem hinteren Fahrgestell 2b erzeugte Luftfeder 6b bedingtes Moment D ist ein Moment im Uhrzeigersinn in 4.
Zu diesem Zeitpunkt verläuft das Moment C, das auf das vordere Fahrgestell 2a wirkt, in die entgegengesetzte Richtung (umgekehrte Richtung) zu der Richtung des Einschlagens des vorderen Fahrgestells 2a, wenn das Fahrzeug von einer geraden Linie in eine Kurve fährt, und wirkt somit als ein Widerstandsmoment, das das Einschlagen des vorderen Fahrgestells 2a verhindert. Währenddessen verläuft das Moment D, das auf das hintere Fahrgestell 2b wirkt, in die gleiche Richtung wie die Richtung des Einschlagens des hinteren Fahrgestells 2b, wenn das Schienenfahrzeug von einer geraden Linie in eine Kurve fährt, und wirkt somit als ein Lenkmoment, das das Einschlagen des hinteren Fahrgestells 2b beschleunigt.
5 zeigt die Einzelheiten und das Gleichgewicht von Momenten, die beim Fahren durch eine Kurve auf jedes Fahrgestell wirken. Das in dem vorderen Fahrgestell 2a erzeugte Lenkmoment umfasst ein durch eine Seitenkraft H bedingtes Moment K und ein durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine Längskriechkraft, bedingtes Moment α. Außerdem umfasst das in dem vorderen Fahrgestell 2a erzeugte Widerstandsmoment ein durch Luftfederreaktionskräfte A, A' bedingtes Moment C und ein durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine Längskriechkraft, bedingtes Moment β. Währenddessen umfasst das in dem hinteren Fahrgestell 2b erzeugte Lenkmoment ein durch eine Seitenkraft G bedingtes Moment J, ein durch Luftfederreaktionskräfte B, B' bedingtes Moment D und ein durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine Längskriechkraft, bedingtes Moment γ. Außerdem ist das in dem hinteren Fahrgestell 2b erzeugte Widerstandsmoment ein durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine Längskriechkraft, bedingtes Moment δ.
Wenn das Schienenfahrzeug durch eine Kurve fährt, wird jedes Fahrgestell in einem Zustand (Position) mit einem relativen Dreh(Einschlags)winkel zu dem Fahrzeugkörper gehalten. Dadurch wird der Zustand, in dem das Lenkmoment, das die Summe der entsprechenden Momente in Lenkrichtung (Einschlagen) ist, und das Widerstandsmoment, das die Summe der entsprechenden Momente in die umgekehrte Richtung der Einschlagrichtung ist, im Gleichgewicht sind, in jedem Fahrgestell aufrechterhalten. Kurz gesagt gleichen sich in einem stationären Zustand beim Fahren durch eine Kurve in dem vorderen Fahrgestell 2a das Lenkmoment (Moment in die Lenkrichtung), das die Summe des Moments α und des Moments K ist, und das Widerstandsmoment (Moment in die umgekehrte Richtung der Lenkrichtung), das die Summe des Moments β und des Moments C ist, aus.
Auf ähnliche Weise gleichen sich in dem hinteren Fahrgestell 2b das Lenkmoment, das die Summe des Moments J, des Moments D und des Moments γ ist, und das Moment δ, das das Widerstandsmoment ist, aus. Eine solche ausgeglichene Beziehung zwischen der Summe der entsprechenden Momente, die das Lenkmoment bilden, und der Summe der entsprechenden Momente, die das Widerstandsmoment bilden, in jedem Fahrgestell beim Fahren durch eine Kurve ist gleich wie in den nachstehend beschriebenen Beispielen.
Hier wirken in dem vorderen Fahrgestell 2a das durch die Seitenkraft H bedingte Moment K und das durch die Luftfederreaktionskräfte A, A' bedingte Moment C in die entgegengesetzten (umgekehrten) Richtungen zueinander. Dadurch wird, da der ausgeglichene Zustand zwischen dem Lenkmoment und dem Widerstandsmoment, das auf das vorderen Fahrgestell 2 wirkt, aufrechterhalten wird, wenn das Moment C, das das Widerstandsmoment ist, reduziert wird, das Moment K, das das durch die Seitenkraft H bedingte Lenkmoment ist, reduziert. Das heißt, wenn das Moment K reduziert wird, kann die Seitenkraft H, die das Moment K bewirkt, folglich in sich selber reduziert werden.
Währenddessen wirken in dem hinteren Fahrgestell 2b das durch die Seitenkraft G bedingte Moment J und das durch die Luftfederreaktionskräfte B, B' bedingte Moment D in die gleiche Richtung. Außerdem wird in dem hinteren Fahrgestell 2b, da der ausgeglichene Zustand zwischen dem Lenkmoment und dem Widerstandsmoment aufrechterhalten wird, wenn das Moment D, das das Lenkmoment ist, erhöht wird, das Moment J, das das durch die Seitenkraft G bedingte Lenkmoment ist, reduziert und kann die Seitenkraft G auf dem hinteren Fahrgestell 2b folglich reduziert werden. Kurz gesagt kann in dem vorderen Fahrgestell 2a die Seitenkraft H durch Reduzierung der Längssteifigkeit der Luftfeder 6a reduziert werden und kann in dem hinteren Fahrgestell 2b die Seitenkraft G durch Erhöhung der Längssteifigkeit der Luftfeder 6b reduziert werden.
Somit wird in diesem Beispiel beim Fahren durch eine Kurve die Längssteifigkeit der Luftfeder 6a in dem vorderen Fahrgestell 2a auf einen zulässigen Mindestwert eingestellt, wodurch das Moment C, das auf das vordere Fahrgestell 2a wirkt, reduziert wird und somit die Seitenkraft H reduziert wird. Gleichzeitig wird die Längssteifigkeit der Luftfeder 6b in dem hinteren Fahrgestell 2b erhöht und wird somit das Moment D, das auf das hintere Fahrgestell 2b wirkt, erhöht, wodurch die Seitenkraft G reduziert wird.
Mit Bezugnahme auf 2 und 3 wird jetzt der Mechanismus (Aktionen) beschrieben, durch den das in dem Schienenfahrzeug in Beispiel 1 vorgesehene Fahrgestell die Seitenkraft reduziert. Wenn die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs die Richtung des Pfeils E in 1 ist, erfasst die Steuervorrichtung 7 die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs und gibt ein Befehlssignal zum Zusammenziehen an den Aktuator 81a, der die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung 95a in dem vorderen Fahrgestell 2a bildet, das den Fahrzeugkörper 1 trägt, und ein Befehlssignal zum Ausdehnen an den Aktuator 81b der Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung 95b in dem hinteren Fahrgestell 2b aus.
In diesem Beispiel wird sowohl in dem vorderen Fahrgestell 2a als auch in dem hinteren Fahrgestell 2b ein Eingangswert der Längssteifigkeit der Luftfedern 6a, 6b (Längssteifigkeit in dem Fall, in dem die Membranen 63a, 63b und die Kontaktteile 82a, 82b in den Luftfedern 6a, 6b nicht miteinander in Kontakt sind) auf einen Mindestwert innerhalb eines Bereichs eingestellt, der den Fahrkomfort selbst beim Fahren durch eine Kurve nicht beeinträchtigt. Dadurch hat, wenn ein Befehl zum Zusammenziehen von der Steuervorrichtung 7 an den Aktuator 81a geschickt wird und die Deckplatte 84a von der Membran 63a getrennt wird, die Längssteifigkeit der Luftfeder 6a diesen Eingangswert.
Währenddessen dehnt sich, wenn ein Befehl zum Ausdehnen von der Steuervorrichtung 7 an den Aktuator 81b geschickt wird, die Deckplatte 84b zu der Membran 63b hin aus und nähert sich dieser an und wird die Luftfeder 6b somit in die Längsrichtung verlagert. Dann kommt die seitliche Seite der Membran 63b in Kontakt mit der Deckplatte 84b und wird die Verformung der Membran 63b unterdrückt, was die Luftreaktionskraft erhöht. Somit wird die Längssteifigkeit der Luftfeder 6 erhöht.
Somit hat in dem vorderen Fahrgestell 2a die Längssteifigkeit der Luftfeder 6a den Eingangswert und wird das durch die Luftfederreaktionskräfte A, A' bedingte Moment C, das das Widerstandsmoment bildet, auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Lenkmoment und dem Widerstandsmoment, in 5 gezeigt, reduziert. Dadurch wird dementsprechend das durch die Seitenkraft H bedingte Lenkmoment K, das das Lenkmoment bildet, reduziert. Währenddessen reduziert auch in dem hinteren Fahrgestell 2b, da der ausgeglichene Zustand zwischen dem Lenkmoment und dem Widerstandsmoment aufrechterhalten wird, eine Zunahme der Längssteifigkeit der Luftfeder 6b und eine Zunahme des durch die Luftfederreaktionskräfte B, B' bedingten Moments D, das das Lenkmoment bildet, dementsprechend das durch die Seitenkraft G bedingte Moment J, das das Lenkmoment ist, und kann die Seitenkraft G auf dem hinteren Fahrgestell 2b reduziert werden.
In diesem Beispiel schickt die Steuervorrichtung 7 beispielsweise einen Befehl zum Zusammenziehen an den Aktuator 81a auf der Seite des vorderen Fahrgestells und einen Befehl zum Ausdehnen an den Aktuator 81b auf der Seite des hinteren Fahrgestell jedes Mal, wenn die Fahrtrichtung an einer Wendestelle als ein Startpunkt geändert wird, und hält die Steuervorrichtung 7 diesen Zustand aufrecht, bis eine Wendestelle als ein Endpunkt erreicht wird. Dadurch ermöglicht durch das Zusammenziehen und Ausdehnen der Aktuatoren 81a, 81b die Bereitstellung einer Verriegelungseinrichtung zum Halten des Zusammenziehens und Ausdehnens jedes Aktuators eine Verringerung des für die Betätigung der Aktuatoren erforderlichen Energieverbrauchs.
Die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs kann von der Steuervorrichtung 7 nicht nur am Anfang des Wendens, sondern auch über einen im Fahrzeug angeordneten Geschwindigkeitsdetektor, von einer Bodenvorrichtung empfangene Signale und das GPS oder dergleichen erfasst werden. Die Aktuatoren können, als die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtungen, in Richtung der Reduzierung der zum Zeitpunkt des Fahrens durch eine Kurve in Fahrtrichtung erzeugten Seitenkraft gesteuert werden und die Längssteifigkeiten der Luftfedern, die den Fahrzeugkörper elastisch tragen, können auf einen optimalen Wert eingestellt werden.
Außerdem fixiert, wenn aufgrund eines Fehlers oder dergleichen in der Steuervorrichtung 7 keines der Befehlssignale zum Zusammenziehen und Ausdehnen ausgegeben wird, diese Verriegelungsvorrichtung die Aktuatoren 81a, 81b in einer Zwischenposition zwischen der zusammengezogenen Position, die eingenommen wird, wenn der Aktuator nicht betätigt wird, und der ausgedehnten Position, die eingenommen wird, wenn der Aktuator betätigt wird.
Somit wird, selbst wenn die Luftfedern 6a, 6b beim Fahren durch eine Kurve oder dergleichen in die Längsrichtung verlagert werden, die Kraft, mit der die Deckplatten 84a, 84b die Verformung der Membranen 63a, 63b unterdrücken, im Vergleich zur Situation, wenn die Aktuatoren sich in der ausgedehnten Position befinden, entspannt. Dadurch werden die Längssteifigkeiten der Luftfedern 6a, 6b, wenn die entsprechenden Aktuatoren 81a, 81b in der Zwischenposition fixiert sind, auf einen allgemeinen Wert eingestellt, der höher ist als der vorhergehende Mindestwert, um die Fahrleistung nicht zu beeinträchtigen.
Auf diese Weise zieht sich in der Luftfeder 6a des vorderen Fahrgestells 2a der Aktuator 81a zusammen und dehnt sich der Abstand zwischen der Deckplatte 84a und der Membran 63a aus. Dadurch kommen, selbst wenn die Luftfeder 6a beim Fahren durch eine Kurve in Längsrichtung verlagert wird, die Membran 63a und die Deckplatte 84a nicht in Kontakt miteinander (kontaktieren einander) und hat die Längssteifigkeit der Luftfeder 6a den vorhergehenden Eingangswert. Somit nimmt das Moment C, das das Einschlagen verhindert (siehe 4), nicht zu.
Im Gegensatz dazu dehnt sich in der Luftfeder 6b des hinteren Fahrgestells 2b der Aktuator 81b aus und nimmt der Abstand (Lücke) zwischen der Deckplatte 84b und der Membran 63b ab. Dadurch kommt mit der Längsverlagerung der Luftfeder die seitliche Seite der Membran 63b in Kontakt mit dem Kontaktteil 83b und wird die Verformung der Membran 63b unterdrückt, wodurch die Luftreaktionskraft erhöht wird. Dadurch wird das Moment D, das das Einschlagen beschleunigt (siehe 4), erhöht. Da die Seitenkraft H an dem vorderen Fahrgestell 2a und die Seitenkraft G an dem hinteren Fahrgestell 2a durch die vorstehend beschriebenen Aktionen wirksam reduziert werden, kann der Verschleiß der Schienen und Räder unterdrückt werden und können Quietschgeräusche dazwischen reduziert werden.
Die an den Deckplatten 84a, 84b angebrachten Kontaktteile 82a, 82b sind aus einem Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten, wie beispielsweise selbstschmierendem Harz, gebildet und können somit den Verschleiß der Membranen 63a, 63b unterdrücken. Außerdem kann, wenn die Form der Kontaktteile 82a, 82b an die äußere Form (Doughnut-förmige Kurvenfläche) der Membranen 63a, 63b angepasst wird, der Verschleiß der Membranen 63a, 63b weiter unterdrückt werden. Durch das vorstehend beschriebene Verfahren zum Unterdrücken des Verschleißes der Membranen 63a, 63b kann eine Verringerung des Lebens (Ersatzzyklus) der Membranen 63a, 63b gegen den Vorgang der Erhöhung der Längssteifigkeiten der Luftfedern mit den Aktuatoren 81a, 81b eingeschränkt werden.
Die Vorgänge, wenn die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs in Richtung des Pfeils E verläuft, sind vorstehend beschrieben. Wenn die Fahrtrichtung in Richtung des Pfeils F in 1 verläuft und das Fahrgestell 2a das hintere Fahrgestell ist, während das Fahrgestell 2b das vordere Fahrgestell ist, führen die Aktuatoren 81 die entgegengesetzten (umgekehrten) Vorgänge aus und gibt die Steuervorrichtung 7 Befehle aus, um zu bewirken, dass der Aktuator 81a sich ausdehnt und der Aktuator 81b sich zusammenzieht.
6 zeigt ein Beispiel der Seitenkraftreduzierungswirkung gemäß diesem Beispiel. In 6 stellt die horizontale Achse Kilometerleistung (m) dar, wobei Kurveneingänge vor und nach einer kreisförmigen Kurve eingestellt werden. Die vertikale Achse stellt horizontale Kraft (KN) dar. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass die Seitenkraft sowohl in den Kurveneingängen als auch in der kreisförmigen Kurve im Vergleich zu einem herkömmlichen Fahrgestell reduziert werden kann.
In den in 2 und 3 gezeigten Konfigurationen führen die Deckplatten 84 aufgrund des Ausdehnens und Zusammenziehens der Aktuatoren 81a, 81b eine Translationsbewegung in die Längsrichtung des Fahrzeugs aus. Jedoch können unter Verwendung einer Konfiguration, in der sich, mit einer am oberen Ende der Deckplatte 84a in eine Richtung entlang der Richtung von Schwellen angeordneten Welle 85a und einer Klammer 86a, die die Welle 85a aufweist und an der unteren Fläche des Fahrzeugkörpers 1 befestigt ist, und mit dem Ausdehnen und Zusammenziehen des an der unteren Fläche des Fahrzeugkörpers installierten Aktuators 81a, die Deckplatte 84a um die Welle 85a dreht, um eine Änderung des Abstands zwischen der Membran 63a und der Deckplatte 84a zu ermöglichen, wie in 7 gezeigt, ähnliche Wirkungen wie bei der in 2 und 3 gezeigten Konfiguration erreicht werden.
7 zeigt den Zustand, in dem sich der Aktuator 81a zum Zeitpunkt des Fahrens durch eine Kurve in dem Fall, in dem die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs der Pfeil E ist (siehe 4), auf der Seite des vorderen Fahrgestells 2b zusammenzieht und in dem die Deckplatte 84a in die Richtung gedreht wird, in die der Kontaktteil 82a der Deckplatte 84a sich von der Membran 63a wegbewegt. Währenddessen zeigt 8 den Zustand, in dem der Aktuator 81b sich, im Gegensatz zur Seite des vorderen Fahrgestells 2b, auf der Seite des hinteren Fahrgestells 2b ausdehnt und in dem die Deckplatte 84b in die Richtung gedreht wird, in die der Kontaktteil 82b der Deckplatte 84b sich der Membran 63b nähert und dieser zugewandt ist.
Auf diese Weise werden die oberen Enden der Deckplatten 84a, 84b mit den Klammern 86a, 86b durch die Wellen 85a, 85b drehbar gekoppelt und werden die distalen Enden der Aktuatoren 81a, 81b drehbar mit den unteren Enden der Deckplatten 84a, 84b gekoppelt. Dadurch können die Deckplatten 84a, 84b selbst durch die kleinen Aktuatoren 81a, 81b mit kleinen Ausgaben sicher in optimalen Positionen positioniert werden. Somit kann die Freiheit in der Gestaltung um die Luftfedern 6a, 6b herum erhöht werden und kann der für die Betätigung der Aktuatoren 81a, 81b erforderliche Energieverbrauch reduziert werden. Außerdem kann eine Gewichtsreduzierung erleichtert werden.
[Beispiel 2]
Als Nächstes wird Beispiel 2 der Erfindung beschrieben. 9 ist eine Draufsicht, die schematisch ein Schienenfahrzeug gemäß diesem Beispiel zeigt. Wie in 10 und 11 gezeigt, hat dieses Schienenfahrzeug Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtungen 95a, 95b, die aus einer Steuervorrichtung 7 und Aktuatoren 81a, 81b gebildet sind. Die in 10 und 11 gezeigten Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtungen 95a, 95b unterscheiden sich von denen im Beispiel 1 und hier ist jeweils eine Vorrichtung für jede Luftfeder 6a, 6b vorgesehen, was eine Änderung der Längssteifigkeit ermöglicht.
10 zeigt den Zustand der in dem vorderen Fahrgestell 2a vorgesehenen Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung 95a beim Fahren durch eine Kurve in dem Fall, in dem die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs der Pfeil E ist (siehe 9). 11 zeigt den Zustand der in dem hinteren Fahrgestell 2b vorgesehenen Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung 95b entsprechend 10. Die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung 95a weist einen Aktuator 81a, der sich in die vertikale Richtung ausdehnen und zusammenziehen kann und in einem Mittelraum eines zylinderförmigen Mehrschichtgummis 66a innerhalb der Luftfeder 6a vorgesehen ist, und eine Anschlagdeckplatte 88a, die auf einer unteren Platte 62a in einem oberen Teil des Mehrschichtgummis 66a vorgesehen ist, das die Luftfeder 6a bildet, auf.
Der in dem in einem Mittelteil des Mehrschichtgummis 66a vorgesehenen Raum vorgesehene Aktuator 81a hat einen inneren Anschlag 87a an seinem distalen Ende. Die Anschlagsdeckplatte 88a ist ein kreisförmiges plattenartiges Element mit einem Freiraum im Mittelteil. Wenn sich der Aktuator 81a in die vertikale Richtung erstreckt, ist der innere Anschlag 87a in dem Mittelteil der Anschlagsdeckplatte 88a angeordnet und wird die Verlagerung des Mehrschichtgummis 66a unterdrückt.
Der innere Anschlag 87a hat eine äußere Randfläche in einer Stufenform mit einem Bereich mit einem kleineren Außendurchmesser koaxial an einem Bereich mit einem größeren Außendurchmesser. Der Bereich mit einem kleineren Außendurchmesser ist in dem Raum im Mittelteil der Anschlagsdeckplatte 88a angeordnet. Der Raum in dem Mittelteil der Anschlagsdeckplatte 88a, in dem der innere Anschlag 87a angeordnet ist, kann eine Öffnung sein, die sich zur Unterseite hin verbreitert, wobei deren Innendurchmesser zur Unterseite hin zunimmt, und der Außendurchmesser auf der unteren Seite dieser Öffnung kann so eingestellt werden, dass er größer ist als der Außendurchmesser des inneren Anschlags 87a, so dass der innere Anschlag 87a sicher darin angeordnet werden kann. Wenn sich der Aktuator 81a einzieht (zusammenzieht), greift der Bereich des inneren Anschlags 87a mit dem kleinen Durchmesser nicht an der (behindert nicht die) Anschlagsdeckplatte 88a an und kann das Mehrschichtgummi 66a in die Längsrichtung verlagert werden.
Währenddessen zeigt 11 den Zustand auf der Seite des hinteren Fahrgestells 2b. Obwohl die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung 95b eine ähnliche Konfiguration wie die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung 95a verwendet, wird der Zustand gezeigt, in dem der innere Anschlag 87b durch den Aktuator 81b in der Form gehalten wird, in der er sich nach oben erstreckt und in die Anschlagsdeckplatte 88b eintritt, und wobei die Verlagerung der Luftfeder 6 in die Längsrichtung unterdrückt wird. Die in diesem Beispiel verwendeten Aktuatoren 81a, 81b sind zylinderförmig gebildet und haben eine Konfiguration, die es ermöglicht, dass Luft durch das Innere gelangt. Die Aktuatoren 81a, 81b fungieren auch als Zufuhrrohre bei der Zufuhr von Druckluft zu den Luftfedern 6a, 6b.
Indem bewirkt wird, dass die Aktuatoren 81a, 81b sich ausdehnen und einziehen (zusammenziehen) und dadurch mit dem Außenrand (Flächen) der inneren Anschläge 87a, 87b in Angriff gelangen (Anliegen) und sich aus diesem Angriff lösen und mit dem Innenrand (Flächen) der Anschlagdeckplatten 88a, 88b in Angriff gelangen und sich daraus lösen, können die Steifigkeiten in die Längsrichtung der Luftfedern 6a, 6b geändert werden.
Als nächstes werden die Aktionen in dem in 9 gezeigten Beispiel 2 mit Bezugnahme auf 10 und 11 beschrieben. In 9 erfasst, wenn die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs der Pfeil E ist, die Steuervorrichtung 7 die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs, und bewirkt, dass sich der Aktuator 81a des vorderen Fahrgestells 2a zusammenzieht und dass sich der Aktuator 81b des hinteren Fahrgestells 2b ausdehnt. Zu diesem Zeitpunkt dehnt sich in der Luftfeder 6a des vorderen Fahrgestells 2a mit dem Zusammenziehen des Aktuators 81a der Abstand zwischen dem inneren Anschlag 87a und der Anschlagdeckplatte 88a aus und lösen sich der innere Anschlag 87a und die Anschlagsdeckplatte 88a aus dem Angriff miteinander, wie in 10 gezeigt. Dadurch sind, selbst wenn die Luftfeder 6a beim Fahren durch eine Kurve, in Längsrichtung verlagert wird der innere Anschlag 87a und die Anschlagsdeckplatte 88a nicht in Kontakt gelangen (einander nicht kontaktieren) und wird die ursprüngliche Längssteifigkeit der Luftfeder 6a aufrechterhalten.
Währenddessen nimmt in der Luftfeder 6b des hinteren Fahrgestells 2b mit dem Ausdehnen des Aktuators 81b der Abstand zwischen dem inneren Anschlag 87b und der Anschlagdeckplatte 88b ab und sind der innere Anschlag 87a und die Anschlagdeckplatte 88a im Angriff miteinander, wie in 11 gezeigt. Somit kontaktieren sich der innere Anschlag 87b und die Anschlagsdeckplatte 88b (kommen in Kontakt miteinander), wenn die Luftfeder 6b beim Fahren durch eine Kurve in Längsrichtung verlagert (verformt) wird. Wenn der innere Anschlag 87b und die Anschlagsdeckplatte 88b einander kontaktieren, wird die schiere Verformung des Mehrschichtgummis 66b beschränkt und nimmt somit die Steifigkeit des Mehrschichtgummis 66b nahezu unendlich zu.
Die Längssteifigkeiten der Luftfedern 6a, 6b werden durch die Summen der Längssteifigkeiten der Membranen 63a, 63b und der Längssteifigkeiten der Mehrschichtgummis 66a, 66b (Reihensteifigkeiten) ausgedrückt. Dadurch kann, wenn die Steifigkeit der Mehrschichtgummis 66b praktisch unendlich wird, die Längssteifigkeit der Luftfeder 6b höher gemacht werden als die Längssteifigkeit der Luftfeder 6a.
Außerdem sind in diesem Beispiel die Faktoren, die die Lenkmomente und die Widerstandsmomente bewirken, die auf das vordere Fahrgestell 2a und das hintere Fahrgestell 2b wirken, und die Einzelheiten dieser Momente ähnlich wie in 5. Dadurch können auch in diesem Beispiel wieder die Seitenkraft H auf dem vorderen Fahrgestell 2a und die Seitenkraft G auf dem hinteren Fahrgestell 2b durch Wechseln der Längssteifigkeit der Luftfeder 6a des vorderen Fahrgestells 2a und der Längssteifigkeit der Luftfeder 6b des hinteren Fahrgestells 2b gemäß der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs durch die Betätigung der Aktuatoren 81a, 81b reduziert werden.
Kurz gesagt sind in dem vorderen Fahrgestell 2a beim Fahren durch eine Kurve das Lenkmoment (Summe der entsprechenden Momente in Lenkrichtung (Einschlagen)) und das Widerstandsmoment (Summe der entsprechenden Momente in der Umkehrrichtung der Lenkrichtung) miteinander im Gleichgewicht. Dadurch wird, da die Richtung des durch die Seitenkraft H bedingten Moments K und die Richtung des durch die Luftfederreaktionskräfte A, A' bedingten Moments C entgegengesetzte (umgekehrte) Richtungen zueinander sind, wenn das Moment C, das das Widerstandsmoment ist, reduziert wird, das Moment K, das das mit dem Widerstandsmoment ausgeglichene Lenkmoment ist, auch reduziert.
Indem bewirkt wird, dass der Aktuator 81a sich zusammenzieht und dadurch die Längssteifigkeit der Luftfeder 6a auf einem niedrigen Niveau hält, kann das durch die Luftkraftreaktionskräfte A, A' bedingte Moment C, das das Widerstandsmoment bildet, reduziert werden. Mit dieser Reduzierung des Widerstandsmoments C wird das durch die Seitenkraft H bedingte Moment K, das das Lenkmoment bildet, reduziert. Dadurch wird die Seitenkraft H, die das Moment K bewirkt, folglich auch reduziert.
Somit wird in dem vorderen Fahrgestell 2a, da die Längssteifigkeit der Luftfeder 6a den Eingangswert hat und das durch die Luftfederreaktionskräfte A, A' bedingte Moment C, das das Widerstandsmoment bildet, auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Lenkmoment und Widerstandsmoment, in 5 gezeigt, reduziert wird, das durch die Seitenkraft H bedingte Lenkmoment K, das das Lenkmoment bildet, entsprechend reduziert.
Währenddessen wird auch in dem hinteren Fahrgestell 2b der ausgeglichene Zustand zwischen dem Lenkmoment und dem Widerstandsmoment aufrechterhalten. Dadurch wird durch Erhöhung der Längssteifigkeit der Luftfeder 6b und des durch die Luftfederreaktionskräfte B, B' bedingten Moments D, das das Lenkmoment ist, das durch die Seitenkraft G bedingte Moment J, das das Lenkmoment ist, reduziert und kann die Seitenkraft G auf dem hinteren Fahrgestell 2b reduziert werden.
Außerdem werden auch in dem hinteren Fahrgestell 2b beim Fahren durch eine Kurve das Lenkmoment (Summe der entsprechenden Momente in Lenkrichtung (Einschlagen)) und das Widerstandsmoment (Summe der entsprechenden Momente in die Umkehrrichtung der Lenkrichtung) auf ähnliche Weise miteinander ausgeglichen. Dadurch ermöglicht, da die Richtung des durch die Seitenkraft G bedingten Moments J und die Richtung des durch die Luftfederreaktionskräfte B, B' bedingten Moments D die gleiche Richtung ist, die Zunahme des Moments D die Abnahme des durch die Seitenkraft G bedingten Moments J.
Indem bewirkt wird, dass der Aktuator 81b sich ausdehnt und die Längssteifigkeit der Luftfeder 6b auf einem hohen Niveau gehalten wird, kann das durch die Luftfederreaktionskräfte B, B' bedingte Moment D erhöht werden. Folglich wird das Moment J um die Menge reduziert, die der Zunahme des Moments D entspricht, das das Lenkmoment ist, und wird somit die Seitenkraft G, die das Moment J bewirkt, folglich auch reduziert. Da die Seitenkraft H auf dem vorderen Fahrgestell 2a und die Seitenkraft G auf dem hinteren Fahrgestell 2b durch die vorstehend beschriebenen Aktionen wirksam reduziert werden, kann der Verschleiß der Schienen und Räder unterdrückt werden und können Quietschgeräusche dazwischen reduziert werden.
Die Vorgänge in den Aktuatoren 81a, 81b, wenn die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs der Pfeil E ist, und die vorteilhafte Wirkung, dass die Seitenkraft G und die Seitenkraft H letztendlich reduziert werden, sind vorstehend beschrieben. Wenn die Fahrtrichtung jedoch der Pfeil F in 9 ist und das Fahrgestell 2a das hintere Fahrgestell ist, während das Fahrgestell 2b das vorderen Fahrgestell ist, sind die Ausdehn- und Zusammenziehvorgänge der Aktuatoren 81a, 81b entgegengesetzt (umgekehrt) zu dem vorstehend beschriebenen Beispiel. Die Steuervorrichtung 7 schickt Befehle, um zu bewirken, dass sich der Aktuator 81a ausdehnt und der Aktuator 81b zusammenzieht.
In diesem Beispiel kann, da kein Installationsraum für die Aktuatoren auf der unteren Fläche des Fahrzeugkörpers erforderlich ist, anders als im Beispiel 1, auch die Wirkung erwartet werden, dass die Freiheit in der Gestaltung, wie beispielsweise die Fähigkeit, andere Vorrichtungen in der Nähe der Luftfedern an der unteren Fläche des Fahrzeugkörpers anzuordnen, erhöht wird. Die Eingangswerte der Längssteifigkeiten der Luftfedern 6a, 6b sind ähnlich wie im Beispiel 1 eingestellt.
[Beispiel 3]
Beispiel 3 der Erfindung wird jetzt beschrieben. 12 ist eine Draufsicht auf ein Fahrzeug, die schematisch Schienenfahrzeugfahrgestelle gemäß diesem Beispiel zeigt, die eine Steuervorrichtung 7 und Luftzufuhr/abgabeventile 89a, 89b aufweisen. In 12 ist, wenn die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs der Pfeil E ist, das Fahrgestell 2a das vordere Fahrgestell und das Fahrgestell 2b das hintere Fahrgestell. Wenn die Fahrtrichtung der Pfeil F ist, ist das Fahrgestell 2a das hintere Fahrgestell und das Fahrgestell 2b das vordere Fahrgestell.
Wenn die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs der Pfeil E ist, erfasst die Steuervorrichtung 7 die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs und betätigt die Luftzufuhr/abgabeventile 89a, 89b, die den Luftdruck der Luftfedern 6a, 6b einstellen. Das heißt, bezüglich der Luftfeder 6a des vorderen Fahrgestells 2a wird Innenluft in der Membran 63a abgegeben, um den Innendruck zu reduzieren, während bezüglich der Luftfeder 6b des hinteren Fahrgestells 2b der Membran 63b Luft zugeführt wird, um den Innendruck zu erhöhen. Die Längssteifigkeit der Luftfeder 6a des vorderen Fahrgestells 2a, wo der Innendruck reduziert wird, nimmt ab und die Längssteifigkeit der Luftfeder 6b des hinteren Fahrgestells 2b, wo der innere Druck erhöht wird, nimmt zu.
Wie in 5 gezeigt, sind in dem vorderen Fahrgestell 2a und dem hinteren Fahrgestell 2b das Lenkmoment (Summe der entsprechenden Momente in Lenkrichtung (Einschlagen)) und das Widerstandsmoment (Summe der entsprechenden Momente in die Umkehrrichtung der Lenkrichtung) im Gleichgewicht, wie in Beispielen 1 und 2 gezeigt. Dadurch wird in dem Fahrgestell 2a, da die Richtung des durch die Seitenkraft H bedingten Moments K und die Richtung des durch die Luftfederreaktionskräfte A, A' bedingten Moments C entgegengesetzte (umgekehrte) Richtungen sind, wenn das Moment C, das das Widerstandsmoment ist, reduziert wird, das durch die Seitenkraft H bedingte Moment K reduziert. Wenn das Moment K reduziert wird, wird folglich die Seitenkraft H, die das Moment K bewirkt, reduziert.
Währenddessen wird in dem hinteren Fahrgestell 2b, da die Richtung des durch die Seitenkraft G bedingten Moments J und die Richtung des durch die Luftfederreaktionskräfte B, B' bedingten Moments D die gleiche Richtung ist, wenn das Moment D erhöht wird, die Menge des Moments, die der Zunahme des Moments D entspricht, von dem durch die Seitenkraft G bedingten Moment J subtrahiert und nimmt das Moment J ab. Wenn das Moment J reduziert wird, wird folglich die Seitenkraft G, die das Moment J bewirkt, reduziert. Da die Seitenkraft H auf dem vorderen Fahrgestell 2a und die Seitenkraft G auf dem hinteren Fahrgestell 2b durch die oben beschriebenen Aktionen wirksam reduziert werden, kann der Verschleiß der Schienen und Räder unterdrückt werden und können Quietschgeräusche dazwischen reduziert werden.
Die Vorgänge, wenn die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs der Pfeil E ist, werden beschrieben. Wenn jedoch die Fahrtrichtung der Pfeil F in 12 ist und das Fahrgestell 2a das hintere Fahrgestell ist, während das Fahrgestell 2b das vordere Fahrgestell ist, gibt die Steuervorrichtung 7 Befehle aus, um der Luftfeder 6a Luft zuzuführen und Luft von der Luftfeder 6b abzugeben. Die Eingangswerte der Längssteifigkeiten der Luftfedern 6a, 6b sind ähnlich wie in Beispiel 1 eingestellt. In diesem Beispiel wird, da, anders als in Beispiel 1 und 2, keine Aktuatoren und Deckplatten erforderlich sind, sowohl die Wirkung erreicht, dass die Freiheit in der Gestaltung von Vorrichtungen unter dem Boden erhöht wird, als auch die Wirkung erreicht, dass eine Gewichtsreduzierung erleichtert wird.
[Beispiel 4]
Beispiele 1 bis 3 beziehen sich auf ein Drehgestellfahrzeug, in dem beide Enden in die Längsrichtung eines Fahrzeugkörpers von zwei Fahrgestellen getragen werden. Beispiel 4 wird jedoch auf Gelenkfahrzeuge angewendet, in denen ein Fahrgestell unter dem Kopplungsteil zwischen einem Fahrzeug und einem Fahrzeug angeordnet ist, und in denen das Ende eines Fahrzeugkörpers über zwei in diesem Fahrgestell vorgesehenen Luftfedern positioniert ist, während das Ende des anderen Fahrzeugkörpers über dem Ende dieses einen Fahrzeugkörpers positioniert ist. 13 und 14 stellen den Fall dar, in dem die Vorrichtungskonfiguration aus Beispiel 2 auf Gelenkfahrzeuge mit dem Zweipunktluftfedertragsystem gemäß diesem Beispiel angewendet wird.
13 ist eine Draufsicht, die ein Gelenkfahrgestell 2 und einen Fahrzeugkörper 1 mit dem Zweipunktluftfedertragsystem zeigt. In dem Zweipunktluftfedertragsystem sind beide Enden in der Richtung der Breite eines Hauptquerträgers 91, der sich von dem Fahrgestellrahmen eines Fahrzeugkörpers 1a zu dem anderen Fahrzeugkörper 1b erstreckt, auf einem Paar in dem Gelenkfahrgestell 2 vorgesehenen Luftfedern 6 positioniert. Dann ist eine Kopplungsvorrichtung 90, die in der Form vorgesehen ist, dass sie sich von dem Fahrgestellrahmen des anderen Fahrzeugkörpers 1b zu dem einen Fahrzeugkörper 1a erstreckt, mit einem Mittelteil in die Richtung der Breite (Richtung von Schwellen) dieses Hauptquerträgers 91 gekoppelt. Das heißt, die Kupplungsvorrichtung 90 das Fahrzeugkörpers 1b ist an der Oberseite des Hauptquerträgers 91 des Fahrzeugkörpers 1A positioniert und die untere Fläche des Hauptquerträgers 91 des Fahrzeugkörpers 1A, die den Kupplungsteil bildet, wird von den in dem Gelenkfahrgestell 2 vorgesehenen Luftfedern 6 elastisch getragen.
Wenn die Fahrtrichtung der Schienenfahrzeuge der Pfeil E ist, ist von dem Gelenkfahrgestell 2 aus betrachtet der Fahrzeugkörper 1a der vordere Fahrzeugkörper und der Fahrzeugkörper 1b der hintere Fahrzeugkörper. Wenn die Fahrtrichtung der Pfeil F ist, ist der Fahrzeugkörper 1a der hintere Fahrzeugkörper und der Fahrzeugkörper 1b der vordere Fahrzeugkörper. Wie in Beispiel 1 und dergleichen beschrieben, schlägt beim Fahren durch eine Kurve das Gelenkfahrgestell 2 in einer horizontalen Ebene unter dem Kopplungsteil zwischen dem Fahrzeugkörper 1a und dem Fahrzeugkörper 1b ein und wird dadurch ein relativer Winkel zwischen dem Gelenkfahrgestell 2 und dem Fahrzeugkörper 1a und dem Fahrzeugkörper 1b erzeugt. Außerdem werden, da die Luftfedern 6 entsprechend diesem relativen Winkel in Längsrichtung verlagert werden, Luftfederreaktionskräfte erzeugt, die auf das Gelenkfahrgestell 2 von dem Fahrzeugkörper 1a wirken.
Die Luftfederreaktionskräfte, die auf das Gelenkfahrgestell 2 von dem Fahrzeugkörper 1a wirken, wirken in die Richtung von Pfeilen L, L' und ein durch die Luftfederreaktionskräfte bedingtes Moment M wirkt auf das Gelenkfahrgestell 2 von dem Fahrzeugkörper 1a. Wenn das Schienenfahrzeug in die Richtung des Pfeils E fährt und der Fahrzeugkörper 1a der vordere Fahrzeugkörper ist, wirkt das Moment M als ein Lenkmoment, das das Einschlagen des Fahrgestells beschleunigt. Währenddessen wirkt, wenn das Schienenfahrzeug in die Richtung des Pfeils F fährt und der Fahrzeugkörper 1a der hintere Fahrzeugkörper ist, das Moment M als ein Widerstandsmoment, das das Einschlagen des Fahrgestells verhindert.
14 zeigt das Gleichgewicht von Momenten, die auf das Gelenkfahrgestell 2 wirken, durch das Luftfederzweipunkttragsystem beim Fahren durch eine Kurve. Wenn das Schienenfahrzeug in die Richtung des Pfeils E fährt und der Fahrzeugkörper 1a der vordere Fahrzeugkörper ist, beinhaltet jedes Moment, das das Lenkmoment bildet, ein durch eine Seitenkraft N bedingtes Moment P, ein durch Luftfederreaktionskräfte L, L' bedingtes Moment M und ein durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine Längskriechkraft, bedingtes Moment ε. Währenddessen beinhaltet jedes Moment, das das Widerstandsmoment bildet, ein durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine Längskriechkraft, bedingtes Moment ζ. An diesem Punkt sind wie in Beispiel 1 das Lenkmoment (Summe der entsprechenden Momente in Lenkrichtung (Einschlagen)) und das Moment ζ des Widerstandsmoments (Summe der entsprechenden Momente in die Umkehrrichtung der Lenkrichtung) im Gleichgewicht miteinander.
Außerdem ist, wenn das Schienenfahrzeug in die Richtung des Pfeils F fährt und der Fahrzeugkörper 1b der vordere Fahrzeugkörper ist, das Moment in die gleiche Richtung wie das Lenkmoment ein durch eine Seitenkraft N' bedingtes Moment P' und ein durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine Kriechkraft, bedingtes Moment ε' und das Moment in die gleiche Richtung wie das Widerstandsmoment ein durch Luftfederreaktionskräfte L, L' bedingtes Moment M und ein durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine Längskriechkraft, bedingtes Moment ζ'. An diesem Punkt sind das Lenkmoment (Summe der entsprechenden Momente in Lenkrichtung (Einschlagen)) und das Widerstandsmoment (Summe der entsprechenden Momente in die Umkehrrichtung der Lenkrichtung) miteinander im Gleichgewicht.
In dem Fall, in dem die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs die Richtung des Pfeils E ist und der Fahrzeugkörper 1a der vordere Fahrzeugkörper ist, sind die Richtung des durch die Seitenkraft N bedingten Moments P und die Richtung des durch die Luftfederreaktionskräfte L, L' bedingten Moments M die gleiche Richtung. Deshalb wird, wenn das Moment M erhöht wird, ein Moment, das dieser Erhöhung entspricht, von dem Moment P subtrahiert. Wenn das Moment P reduziert wird, wird folglich die Seitenkraft N, die das Moment P bewirkt, reduziert. Auf ähnliche Weise sind in dem Fall, in dem die Fahrtrichtung der Schienenfahrzeuge die Richtung des Pfeils F ist und der Fahrzeugkörper 1b der vordere Fahrzeugkörper ist, die Richtung des durch die Seitenkraft N' bedingten Moments P' und die Richtung des durch die Luftfederreaktionskräfte L, L' bedingten Moments M entgegengesetzte (umgekehrte) Richtungen. Dadurch kann, wenn das Moment M reduziert wird, das durch die Seitenkraft N' bedingte Moment P' auch reduziert werden und kann die Seitenkraft N', die das Moment P' bewirkt, folglich reduziert werden.
Kurz gesagt kann die Seitenkraft N, die auf das Fahrgestell 2 wirkt, durch Erhöhen der Längssteifigkeit der Luftfedern 6, wenn der von den Luftfedern 6 getragene Fahrzeugkörper 1a der vordere Fahrzeugkörper ist (wenn die Fahrtrichtung der Pfeil E ist) und durch Reduzieren der Längssteifigkeit der Luftfedern 6, wenn der nicht von den Luftfedern 6 getragene Fahrzeugkörper 1b der vordere Fahrzeugkörper ist (wenn die Fahrtrichtung der Pfeil F ist), reduziert werden.
Somit gibt, wenn das Schienenfahrzeug in die Richtung des Pfeils E fährt und der Fahrzeugkörper 1a der vordere Fahrzeugkörper ist, die Steuervorrichtung 7 einen Befehl aus, um zu bewirken, dass sich die Aktuatoren 81 ausdehnen, wodurch die Längssteifigkeit der Luftfedern 6 erhöht wird. An diesem Punkt nimmt, da das durch die Seitenkraft N bedingte Moment P, das auf das Fahrgestell 2 wirkt, und das durch die Längssteifigkeit der Luftfedern 6 bedingte Moment M in die gleiche Richtung wirken, wenn die Längssteifigkeit der Luftfedern zunimmt und das Moment M zunimmt, das Moment P ab und nimmt dadurch die Seitenkraft N, die das Moment P bewirkt, ab.
Außerdem werden beispielsweise in dem Fall, in dem die in 13 gezeigte Kopplungsteilkonfiguration an vier Stellen in Fahrzeugen eines aus fünf Fahrzeugen bestehenden Wagenzuges vorgesehen ist, und wenn die Fahrzeuge dieses Wagenzuges in die Richtung des Pfeils E fahren und die Fahrzeugkörper auf der Vorderseite in Fahrtrichtung von Luftfedern getragen werden, die Längssteifigkeiten aller Luftfedern in den vier Kopplungsteilen erhöht. Diese Steuerung ermöglicht die Reduzierung der Seitenkraft N.
Währenddessen gibt in dem Fall, in dem das Schienenfahrzeug in die Richtung des Pfeils F fährt und der Fahrzeugkörper 1b der vordere Fahrzeugkörper ist, die Steuervorrichtung 7 einen Befehl aus, um zu bewirken, dass die Aktuatoren 81 sich zusammenziehen, wodurch die Längssteifigkeiten der Luftfedern 6 in den vier Kopplungsteilen reduziert werden. Da die Längssteifigkeiten der Luftfedern 6 verringert werden, wird das Moment M in die gleiche Richtung wie das Widerstandsmoment reduziert.
An diesem Punkt wird, da das durch die Seitenkraft N bedingte Moment P', das auf das Gelenkfahrzeug 2 wirkt, und das durch die Längssteifigkeit der Luftfedern 6 bedingte Moment M in entgegengesetzte Richtungen wirken, wenn die Längssteifigkeit der Luftfedern reduziert wird und das Moment M reduziert wird, das durch die Seitenkraft bedingte Moment P' entsprechend reduziert und somit auch die Seitenkraft N' reduziert.
[Beispiel 5]
15 ist eine Draufsicht, die ein Gelenkfahrgestell 2 und einen Fahrzeugkörper 1 mit einem Vierpunkluftfedertragsystem zeigt. 15 und 16 zeigen den Fall, in dem die Vorrichtungskonfiguration aus Beispiel 2 auf Gelenkfahrzeuge mit dem Vierpunktluftfedertragsystem angewendet wird. In dem Vierpunktluftfedertragsystem sind insgesamt vier Luftfedern, die aus einem Satz von zwei Luftfedern 6a und einem Satz aus zwei Luftfedern 6b gebildet sind, auf der oberen Fläche des einzelnen Fahrgestells 2 positioniert. Ein Ende in Längsrichtung des Fahrzeugkörpers 1a ist auf den Luftfedern 6a positioniert und elastisch getragen und das andere Ende in die Längsrichtung des Fahrzeugkörpers 1b ist auf den Luftfedern 6b positioniert und elastisch getragen. Der Fahrzeugkörper 1a und der Fahrzeugkörper 1b sind durch eine Kopplungsvorrichtung 92, die an dem einen Ende des Fahrzeugkörpers 1a vorgesehen ist, und eine Kopplungsvorrichtung 90, die an dem anderen Ende des Fahrzeugkörpers 1b vorgesehen ist, miteinander gekoppelt.
Wenn das Schienenfahrzeug in die Richtung des Pfeils E fährt, ist der Fahrzeugkörper 1a der vordere Fahrzeugkörper und der Fahrzeugkörper 1b der hintere Fahrzeugkörper. Währenddessen ist, wenn das Schienenfahrzeug in die Richtung des Pfeils E fährt, der Fahrzeugkörper 1a der hintere Fahrzeugkörper und der Fahrzeugkörper 1b der vordere Fahrzeugkörper. Wenn das Schienenfahrzeug durch eine Kurve in die Richtung des Pfeils E fährt, schlägt das Gelenkfahrgestell 2 entlang der Kurve ein. Dadurch wird ein relativer Winkel zwischen dem Gelenkfahrgestell 2 und dem Fahrzeugkörper 1a und dem Fahrzeugkörper 1b erzeugt und werden die Luftfedern 6 in Längsrichtung verlagert (verformt). Die Verlagerung der Luftfedern 6 erzeugt Luftfederreaktionskräfte, die auf das Gelenkfahrgestell 2 von den Fahrzeugkörpern 1a, 1b wirken. In dem Fahrzeugkörper 1a wirken die auf das Gelenkfahrgestell 2 aufgebrachten Reaktionskräfte der Luftfedern 6a in die Richtung in der Pfeile Q, Q' und wird ein Moment R in dem Gelenkfahrgestell 2 erzeugt. Währenddessen wirken in dem Fahrzeugkörper 1b die auf das Gelenkfahrgestell 2 aufgebrachten Reaktionskräfte der Luftfedern 6b in die Richtungen der Pfeile S, S' und wird ein Moment T in dem Gelenkfahrgestell 2 erzeugt.
16 zeigt das Gleichgewicht zwischen den Momenten, die auf das Gelenkfahrgestell 2 mit dem Luftfedervierpunkttragsystem beim Fahren durch eine Kurve wirken. Wenn das Schienenfahrzeug in die Richtung des Pfeils E fährt und der Fahrzeugkörper 1a der vordere Fahrzeugkörper ist, ist das Moment in die gleiche Richtung wie das Lenkmoment ein durch eine Seitenkraft M bedingtes Moment V, ein durch die Luftfederreaktionskräfte Q, Q' bedingtes Moment R und ein durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine Längskriechkraft, bedingtes Moment η. Das Moment in die gleiche Richtung wie das Widerstandsmoment ist ein durch Luftkraftreaktionskräfte S, S' bedingtes Moment T und ein durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine Längskriechkraft, bedingtes Moment θ.
Wenn das Schienenfahrzeug währenddessen in die Richtung des Pfeils F fährt und der Fahrzeugkörper 1b der vordere Fahrzeugkörper ist, ist das Moment in die gleiche Richtung wie das Lenkmoment ein durch eine Seitenkraft U' bedingtes Moment V', ein durch die Luftfederreaktionskräfte S, S' bedingtes Moment T und ein durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine Längskriechkraft, bedingtes Moment η'. Das Moment in die gleiche Richtung wie das Widerstandsmoment ist ein durch Luftkraftreaktionskräfte Q, Q' bedingtes Moment R und ein durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine Längskriechkraft, bedingtes Moment θ'.
Wenn das Schienenfahrzeug in die Richtung des Pfeils E fährt und der Fahrzeugkörper 1a der vordere Fahrzeugkörper ist, ist die Richtung des durch die Seitenkraft N bedingten Moments V gleich der Richtung des durch die Reaktionskräfte Q, Q' der Luftfedern 6a bedingten Moments R und entgegengesetzt zu (umgekehrt) der Richtung des durch die Luftfederreaktionskräfte S, S' der Luftfedern 6b, die den hinteren Fahrzeugkörper 1b tragen, bedingten Moments T. Da das Lenkmoment (Summe der entsprechenden Momente in Lenkrichtung (Einschlagen)) und das Widerstandsmoment (Summe der entsprechenden Momente in die Umkehrrichtung der Lenkrichtung) miteinander im Gleichgewicht sind, nimmt, wenn das Moment R in die gleiche Richtung wie das Lenkmoment zunimmt, das durch die Seitenkraft U bedingte Moment V dementsprechend auf ähnliche Weise in die gleiche Richtung wie das Lenkmoment ab und kann die Seitenkraft U, die das Moment V bewirkt, folglich reduziert werden.
Außerdem nimmt, wenn das Moment T in die gleiche Richtung wie das Widerstandsmoment reduziert wird, die Summe der Widerstandsmomente selber ab und nimmt die Summe der Momente in die gleiche Richtung wie das Lenkmoment ab, so dass es mit der Summe der Momente in die gleiche Richtung wie dieses Widerstandsmoment ausgeglichen wird. Dadurch kann, da das durch die Seitenkraft des Lenkmoments bedingte Moment V als ein Teil der Summe der Lenkmomente reduziert wird, die Seitenkraft U, die das Moment V bewirkt, reduziert werden.
Wenn das Schienenfahrzeug in die Richtung des Pfeils F fährt und der Fahrzeugkörper 1b der vordere Fahrzeugkörper ist, ist die Richtung des durch die Seitenkraft U' bedingten Moments V' gleich der Richtung des durch die Luftfederreaktionskräfte S, S' der Luftfedern 6b, die den vorderen Fahrzeugkörper 1b tragen, bedingten Moments T und entgegengesetzt (umgekehrt) zu der Richtung des durch die Luftfederreaktionskräfte Q, Q' der Luftfedern 6a, die den hinteren Fahrzeugkörper 1a tragen, bedingten Moments R.
Da die Summe der Momente in die Richtung der Lenkrichtung und die Summe der Momente in die Richtung des Widerstandsmoments miteinander im Gleichgewicht sind, nimmt, wenn das Moment T in die Richtung des Lenkmoments zunimmt, das durch die Seitenkraft U' bedingte Moment V', das ein Moment in die Richtung des Lenkmoments ist, ab und kann somit die Seitenkraft U', die das Moment V bewirkt, reduziert werden.
Außerdem nimmt, wenn das Moment R, das ein Moment in die Richtung des Widerstandsmoments ist, reduziert wird, die Summe der Momente in die Richtung des Widerstandsmoments selber ab und nimmt die Summe der Momente in die Lenkrichtung, die damit ausgeglichen wird, ebenso ab. Dadurch kann, da das durch die Seitenkraft U' bedingte Moment V' des Lenkmoments, das ein Moment in die gleiche Richtung wie das Lenkmoment ist, reduziert wird, die Seitenkraft U', die das Moment V' bewirkt, reduziert werden.
Kurz gesagt kann die Seitenkraft, die auf das Gelenkfahrgestell 2 wirkt, durch Erhöhen der Längssteifigkeit der Luftfeder, die den vorderen Fahrzeugkörper trägt, und Reduzieren der Steifigkeit der Luftfedern, die den hinteren Fahrzeugkörper tragen, gemäß der Fahrtrichtung der Schienenfahrzeuge reduziert werden. Somit schickt, wenn das Schienenfahrzeug in Richtung des Pfeils E fährt und der Fahrzeugkörper 1a der vordere Fahrzeugkörper ist, die Steuervorrichtung 7 einen Befehl zum Ausdehnen an die Aktuatoren 81a, um die Längssteifigkeit der Luftfedern 6a auf der Vorderseite in Fahrtrichtung zu erhöhen, und einen Befehl zum Zusammenziehen an die Aktuatoren 81b, um die Längssteifigkeit der Luftfedern 6b auf der Seite gegenüber der Vorderseite in Fahrtrichtung zu reduzieren.
Mit der vorstehend beschriebenen Steuerung wird die Längssteifigkeit der Luftfedern 6a erhöht und die Längssteifigkeit der Luftfedern 6b reduziert. An diesem Punkt wird, da die Richtung des durch die Seitenkraft U, die auf das Gelenkfahrgestell 2 wirkt, bedingten Moments V, und die Richtung des durch die Luftfedern 6a bedingten Moments R die gleiche ist, wenn das Moment R zunimmt, das durch die Seitenkraft U bedingte Moment V reduziert und dadurch die Seitenkraft U, die das Moment V bewirkt, reduziert.
Wenn das Schienenfahrzeug in Richtung des Pfeils F fährt und der Fahrzeugkörper 1b der vordere Fahrzeugkörper ist, schickt die Steuervorrichtung 7 einen Befehl zum Ausdehnen an die Aktuatoren 81a, um die Längssteifigkeit der Luftfedern 6b auf der Vorderseite in Fahrtrichtung zu erhöhen, und schickt einen Befehl zum Zusammenziehen an die Aktuatoren 81b, um die Längssteifigkeit der Luftfedern 6a auf der Seite gegenüber der Vorderseite in Fahrtrichtung zu reduzieren. Mit der vorstehend beschriebenen Steuerung nimmt, da das durch die Seitenkraft U' bedingte Moment V' auf das Gelenkfahrgestell 2 wirkt, und das durch die Luftfederreaktionskräfte der Luftfedern 6a bedingte Moment T in die gleiche Richtung wirkt, wenn die Längssteifigkeit der Luftfedern 6b erhöht wird, um das Moment T zu erhöhen, das durch die Seitenkraft U' bedingte Moment V' ab und wird dadurch die Seitenkraft U', die das Moment V' bewirkt, reduziert. Da die Seitenkraft U und die Seitenkraft U' durch die vorhergehend beschriebenen Aktionen wirksam reduziert werden, kann der Verschleiß der Schienen und Räder unterdrückt werden und können dazwischen erzeugte Quietschgeräusche reduziert werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann, selbst in den Gelenkfahrzeugen, wenn das Fahrgestell an dem Kopplungsteil der Schienenfahrzeuge angeordnet ist, die Längssteifigkeit der Luftfedern in Bezug zu dem Lenkmoment reduziert werden und kann die Längssteifigkeit der Luftfedern im Bezug zu dem Widerstandsmoment gemäß der Fahrtrichtung beim Fahren durch eine Kurve erhöht werden. Die Eingangswerte der Längssteifigkeit der Luftfedern 6a, 6b werden ähnlich wie in Beispiel 1 eingestellt.
In diesem Beispiel wird das zweite Beispiel auf das Gelenkfahrgestell 2 mit dem Vierpunktluftfedertragsystem angewendet. Jedoch können auch das erste und das dritte Beispiel auf solche Gelenkfahrzeuge angewendet werden. Außerdem kann, wenn eine Mehrzahl von Schienenfahrzeugen gekoppelt wird, um einen Wagenzug zu bilden, die Änderung des Innendrucks der Luftfedern und die Betätigungen der Aktuatoren zwischen dem gesamten Wagenzug wechselbar gemacht werden.
In jedem Beispiel wird die Längssteifigkeit der Luftfedern auf der Seite, die die Vorderseite in Fahrtrichtung ist, reduziert und die Längssteifigkeit der Luftfedern auf der Seite, die die Rückseite in Fahrtrichtung ist, erhöht. Dies ist jedoch nicht beschränkend und es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden.
Das heißt, in Beispiel 1 werden beispielsweise die Eingangswerte der Längssteifigkeiten der Luftfedern 6a, 6b auf der Vorderseite und der Rückseite in Fahrtrichtung im Vorhinein auf optimale Werte innerhalb eines Bereiches eingestellt, der den Fahrkomfort und die Fahrstabilität, einschließlich beim Geradeausfahren und Fahren durch eine Kurve, nicht beeinträchtigt. Währenddessen werden, wenn keine Steuersignale von der Steuervorrichtung 7 an die Aktuatoren 81a, 81b ausgegeben werden, die Aktuatoren 81a, 81b an Positionen fixiert, so dass, selbst wenn die Luftfedern 6a, 6b auf der Vorderseite und der Rückseite in Fahrtrichtung in Längsrichtung verlagert werden, die Membranen 63a und 63b nicht in Kontakt mit den Deckplatten 84a, 84b kommen und die Längssteifigkeiten der Luftfedern 6 nicht verändert werden.
Dann kommen, wenn ein Befehl zur Erhöhung der Längssteifigkeit der Luftfedern nur an den Aktuator im Bezug zu den Luftfedern auf der Rückseite in Fahrtrichtung gesendet wird, die Membranen der Luftfedern auf der Vorderseite in Fahrtrichtung nicht in Kontakt mit den Deckplatten und wird die Längssteifigkeit der Luftfedern nicht verändert. Diese Konfiguration ermöglicht eine Vereinfachung der Steuerung durch die Steuervorrichtung 7 sowie eine Reduzierung der Kosten und eine Verlängerung der Lebensdauer der Aktuatoren. Eine solche Änderung kann auf ähnliche Weise auf Beispiele 2 und 3 angewendet werden.
Außerdem können, da die zum Zeitpunkt des Fahrens durch eine Kurve erzeugten Seitenkräfte nicht nur durch den Kurvenradius (R) der Kurve und die Fahrgeschwindigkeit, sondern auch durch die Form und die Spezifikationen des Fahrzeugs sowie die Anzahl von Passagieren oder dergleichen bezüglich jeder der Längssteifigkeiten der Luftfedern 6a, 6b in dem vorderen Fahrgestell 2a und dem hinteren Fahrgestell 2a beeinflusst werden, optimale Werte des Ausmaßes des Ausdehnens bzw. Zusammenziehens der entsprechenden Aktuatoren 81a, 81b in Echtzeit abgerufen werden und als Befehlswerte auf Grundlage einer Datenbank für Streckeninformation, von Diagrammen und dergleichen, einschließlich von Bodenelementen empfangener Fahrpositionsinformation, Positionsinformation über das GPS und des Radius (R) der Kurve oder dergleichen ausgegeben werden.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt und umfasst verschiedene Modifikationen. Beispielsweise geben die vorstehend beschriebenen Beispiele ausführliche Beschreibungen, um die Erfindung gut verständlich zu erläutern, und ist die Erfindung nicht notwendigerweise darauf beschränkt, sämtliche beschriebenen Konfigurationen aufzuweisen. Auch kann ein Teil der Konfiguration in einem Beispiel durch die Konfiguration in einem anderen Beispiel ersetzt werden und kann die Konfiguration in einem anderen Beispiel auch hinzugefügt werden. Außerdem sind bezüglich eines Teils der Konfiguration in jedem Beispiel Hinzufügen, Weglassen und Ersetzen mit einer anderen Konfiguration möglich.
Kurz gesagt umfasst die Erfindung Konfigurationen zum Erfassen der Fahrtrichtung eines Schienenfahrzeugs durch einen im Fahrzeug montierten Geschwindigkeitsdetektor, eine Bodenvorrichtung, am Beginn des Wendevorgangs und über das GPS oder dergleichen, Steuern eines Aktuators als eine Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung in Richtung der Reduzierung von beim Fahren durch eine Kurve erzeugten Seitenkräften und Einstellen der Längssteifigkeiten von Luftfedern, die den Fahrzeugkörper elastisch tragen, auf optimale Werte.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugkörper
2: Fahrgestell
3: Fahrgestellrahmen
4: Achslagereinheit
5: Radsatz
6: Luftfeder
7: Steuervorrichtung
61: obere Fläche
62: untere Platte
63: Membran
66: Mehrschichtgummi
81: Aktuator
84: Deckplatte
87: innerer Anschlag
88: Anschlagdeckplatte
89: Luftzufuhr/abgabeventil
90: Kopplungsvorrichtung
91: Hauptquerträger
92: Kopplungsvorrichtungsträger
95: Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung

Claims

Schienenfahrzeug, umfassend: einen Fahrzeugkörper, in den Passagiere einsteigen; ein Fahrgestell mit einer Luftfeder, die den Fahrzeugkörper elastisch trägt; eine Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung, die die Steifigkeit in eine Längsrichtung der Luftfeder steuert; und eine Steuervorrichtung, die eine Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs, das aus dem Fahrzeugkörper und dem Fahrgestell gebildet ist, erfasst und die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung steuert.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtungen so angeordnet sind, dass sie einander entlang der Längsrichtung des Fahrzeugkörpers von beiden Seiten der Luftfeder zugewandt sind, und das umfasst: eine Deckplatte, die in Kontakt mit einer Membran der Luftfeder gelangt; und einen Aktuator, der mit der Deckplatte verbunden ist und einen Abstand zwischen der Membran und der Deckplatte einstellt.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung umfasst: einen Aktuator, der innerhalb eines Mehrschichtgummis vorgesehen ist, das die Luftfeder bildet und einen Anschlag am distalen Ende hat; und eine Deckplatte, die an der Oberseite des Mehrschichtgummis vorgesehen ist und eine Öffnung hat, an der der Anschlag angreift.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Luftfederverlagerungsunterdrückungsvorrichtung ein Luftzufuhr/-abgabeventil umfasst, das den Luftdruck der Luftfeder einstellt.
Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Schienenfahrzeug ein Drehgestellfahrzeug ist, in dem beide Enden in Längsrichtung des Fahrzeugkörpers von dem Fahrgestell getragen werden.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 3, wobei das Schienenfahrzeug ein Zweipunktgetragenes Gelenkfahrzeug ist, wobei das Fahrgestell die Luftfedern an zwei Punkten hat und ein Ende des einen Fahrzeugs an der Oberseite eines Endes des anderen Fahrzeugs positioniert ist und das Ende des anderen Fahrzeugs an der Oberseite der Luftfeder des Fahrgestells positioniert ist.
Schienenfahrzeug nach Anspruch 3, wobei das Schienenfahrzeug ein Vierpunktgetragenes Gelenkfahrzeug ist, wobei das Fahrgestell die Luftfeder an vier Punkten hat und ein Ende des einen Fahrzeugs an der Oberseite der Luftfedern an zwei Punkten positioniert ist und ein Ende des anderen Fahrzeugs an der Oberseite der Luftfedern an zwei Punkten positioniert ist.
Verfahren zum Reduzieren von Seitenkraft für das Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs; und Steuern der Längssteifigkeit einer in einem Fahrgestell, das das Fahrzeug trägt, vorgesehenen Luftfeder.