JP2000192986A - 走行台車の駆動車輪 - Google Patents

走行台車の駆動車輪

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JP2000192986A
JP2000192986A JP10373595A JP37359598A JP2000192986A JP 2000192986 A JP2000192986 A JP 2000192986A JP 10373595 A JP10373595 A JP 10373595A JP 37359598 A JP37359598 A JP 37359598A JP 2000192986 A JP2000192986 A JP 2000192986A
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Japan
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wheel
torque limiter
force
bush
wheels
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JP10373595A
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English (en)
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Kinjiro Tokunaga
金次郎 徳永
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FUKUDA ENGINEERING KK
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FUKUDA ENGINEERING KK
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(57)【要約】 【課題】 車輪面と走行レール間の滑りにより発生する
車輪摩耗の無い自走式走行台車の駆動車輪。 【解決手段】2個の駆動車輪の少なくとも一方の車輪に
トルクリミッタを内蔵させ、転動面に滑りが発生する前
に、トルクリミッタを利かせて摩擦力を利用して滑りを
生じさせないようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、生産工場,自動倉
庫等で荷物を搬送するのに使用する走行台車,トラバー
サ等の物流搬送機器の駆動車輪に関するものである。
【0002】
【従来の技術】走行台車は図5、6に示すように台車の
前後に走行車輪を2個づつ配し前後一方は駆動車輪,他
方は従動車輪にしており、4輪中2輪が駆動される。場
合によっては全輪駆動タイプもある。各車輪は、車軸に
抜け止め及び回り止めのキーにて固定されている。
【0003】従来の走行台車の駆動車輪構造であると、
各車輪の直径に偏差が存する場合には、同一距離を走行
するに当たって、当然に大径、小径の車輪間で相対滑り
を生じ、小径車輪が引かれるか、大径車輪が引き戻され
るかの滑りを生じるために摩耗する。この摩耗により直
径偏差が拡大されるとさらに摩耗が加速される、という
悪循環に陥る。そして、摩耗により車輪寿命が短くなる
ばかりでなく異音等を発生するようになる。 さらにま
た、左右車輪に直径差が生じると台車の蛇行および車輪
フランジの摩耗あるいはガイド輪(図示しない)の荷重
が大きくなり、損傷の原因になる。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、車輪摩耗の原
因の大半が車輪踏み面と走行レール間の滑りに起因する
ことに鑑み、2個の駆動車輪の少なくとも一方の車輪に
トルクリミッタを内蔵させ、車輪・レール間に滑りを生
じさせる外力が働いた場合に、転動面に滑りが発生する
前に、トルクリミッタを利かせて滑りを生じさせないよ
うにした。
【0005】
【発明の実施の態様】本発明を図1、図2に示す実施例
にしたがって説明する。台車フレーム1に軸受けされた
駆動軸2の両端に駆動車輪3、4を装着してあり、本実
施例にては、その車輪の一方にブッシュ式の滑り軸受け
5を内蔵させてある。このトルクリミッタは、無給油メ
タル、スベリ面の焼き入れ・潤滑などのを組み合わせた
ブッシュの摩擦力を利用する方式である。6はブッシュ
の抜け止めである。
【0006】このブッシュ式の摩擦力は車輪圧(Wd)
比例型であり、走行に必要な駆動力は走行台車の質量と
比例関係にある。他方走行車輪圧も走行台車の質量(重
量)に比例する。したがって摩擦力(Ft)は Ft=μ×Wd×d/D (μ:摩擦係数、 D:車輪
径、 d:ブッシュ内径) であるから、たとえば車輪圧が軽くなれば転動面に滑り
を生じやすくなるが、トルクリミッタの摩擦力も小さく
なり、転動面スリップをなくす方向に働く。一方、車輪
圧が大きくなり大きな駆動力を必要とする場合は、トル
クリミッタの摩擦力が大きくなり、トルク伝達力も大き
くなる。
【0007】したがって、摩擦力と車輪圧が比例関係に
あることは理想的である。大きな加速度,勾配を登坂す
るなどより大きな摩擦力を必要とする場合は、図3に示
すようにブッシュ径(d)を大きくし、かつすべり面7
をテーパにしてクサビ作用により大きな滑り接線力を得
るようにしても良い。この場合も摩擦力と車輪圧は比例
関係にある。
【0008】図4に示す方法は、軸2方向に圧縮スプリ
ング8を設けて摩擦力を得るものである。この摩擦力は
一定値型であるが、図1、図3の比例型と組み合わせて
使うことも可能である。
【0009】以上より、必要駆動力〈モータ)(F
d)、トルクリミッタの摩擦力(Ft)と転動面滑り力
(Fs)は、 Fs>Ft>Fd の関係になるように
設計すれば良い。すなわちモータのトルクを十分に伝
え,かつ転動面スリップを生じさせないようにすれば良
い。実計算としては実台車,空台車でそれぞれにチェッ
クし、また機械効率を考慮に入れる必要がある。いずれ
にしてもトルクリミッタの摩擦力(Ft)が車輪圧(W
d)に比例するのは実用化の高い設計を可能にする。
【0010】以下に駆動車輪の設計式について説明す
る。必要駆動力(Fd)は、機械効率等を考慮しなけれ
ば、{台車のころがり抵抗(F1)+加速力(F2)+
登坂力(F3)}である。 台車のころがり抵抗(F1)=車輪のころがり抵抗係数
(f)×台車の質量(Mc)×重力の加速度(g) 加速力(F2)=必要加速度(減速度)(a)×(M
c) 登坂力(F3)=走行レールの勾配(i)×(Mc)×
(g) であり、 車輪のころがり抵抗係数(f)=10/l000 必要加速度(減速度)(a)=0.3m/s 重力の加速度(g)=9.8m/s 走行レールの勾配(i)=0(水平の場合) であるから、
【0011】必要駆動力(Fd)=F1+F2+F3=
(f×Mc×g)+(a×Mc)+(i×Mc×g)=
(f×g+a+i×g)×Mc となる。次に、車輪ト
ルクリミッタの設定は、4輪中2輪駆動,駆動輪側が重
量の半分を支持すると考えた場合、車輪荷重(Wd)
は、1/2×Mc×gとなる。
【0012】車輪の転動面の滑り力(Fs)は、{車輪
と走行レール間の滑り摩擦係数(μ )×(Wd)}
である。 μは、ブッシュの滑り摩擦係数である。トル
クリミッタトルク(摩擦トルク)(Tt)は、 ブッシュ
の内径(d)×μ×Wd×1/2 である。そして、車
輪駆動力となるトルクリミッタの摩擦力(レール面にお
ける接線力)(Ft)は、 Tt/車輪径(D)×1/2
であり、前記Ttを置き換えると、 Ft=μ×Wd
×d/D となる。
【0013】しかるに車輪ブッシュを介して車輪駆動が
できる条件は、 車輪駆動力(Ft)必要駆動力(Fd) であるから、Ft、Fdをそれぞれ置き換えると、 Ft=μ×Wd×d/D>Fd=(f×g+a+i×g)
×Mc となり、 d/D>{(f×g+a+i×g)×Mc}/{μ×W
d} 車輪荷重(Wd)=1/2×Mc×g、すなわちMc/W
d=2/gであるから、 d/D>(f+a/g+i)×2/μ となる。
【0014】他方ブッシュ駆動力が車輪転動面スリップ
を生じさせないための条件は、 車輪の転動面の滑り力(Fs)>車輪駆動力(Ft) であるから、 Fs=μr×Wd>Ft=μ×Wd×d/D と置き換わり、 d/D<μr/μ となる。したがって、μr/μ>d/D>(f+a/g+
i)×2/μに帰結する。
【0015】このことは、ブッシュの内径と車輪径の比
を、{車輪と走行レール間の滑り摩擦係数(μ)/
ブッシュの滑り摩擦係数(μ)}の値より小さく、そし
て、{車輪のころがり抵抗係数(f)+必要加速度(減
速度)(a)/重力の加速度(g)+走行レールの勾配
(i)}の値より大きく設定すれば良いことになる。
【0016】なお、従動車輪は、駆動力を伝達する必要
がないのでそれぞれの車輪をフリーにすればよい。すな
わちベアリング内蔵型車輪にする。また、キー固定の通
し軸を使用する場合は、駆動車輪と同じく相対滑りを生
じ車輸摩耗の原因になるから、やはり少なくとも1輪に
トルクリミッタを内蔵させるようにする。
【0017】
【実施例】以下に設計例を示す。 台車の質量(Mc) 2000kg 走行レールの勾配(i) 0(水平) 車輪のころがり抵抗係数(f) 10/l000 必要加速度(減速度)(a) 0.3m/s 重力の加速度(g) 9.8m/s 台車のころがり抵抗(F1)=f×Mc×g=10/1000×2
000×g=196 (N) 加速力(F2)=a×Mc=0.3×2000=600 (N) 登坂力(F3)=i×Mc×g=0×2000×g=0
【0018】 必要駆動力(Fd)=F1+F2+F3 =(f×Mc×g)+(a×Mc)+(i×Mc×g) =(f×g+a+i×g)×Mc = (0.098+0.3+0)×2000=0.398×2000=796 (N)
【0019】 B.車輪トルクリミッタの設定: 1.車輪荷重 Wd=φ×Mc×g=0.5×2000×g=9800 (N) (4輪中2輪駆動,駆動輪側が重量の半分を支持するとする.φ=0.5) 2.ブッシュの滑り摩擦係数 μ=0.15 3.車輪径 D=250(mm) 4.ブッシュの内径 d(mm) 5.車輪と走行レール間の滑り摩擦係数 μ=0.3 車輪の転動面の滑り力 Fs=μ×Wd=0.3×9800=2940 (N) トルクリミッタトルク(摩擦トルク): Tt=μ×Wd×d/2 車輪駆動力(レール面における接線力):Ft=Tt/D×2=μ×Wd×d/D
【0020】 C.車輪ブッシュの駆動必要条件 しかるに車輪ブッシュを介して車輪駆動ができる条件は FtFd ただし Fd=(f×g+a+i×g)×Mc, Mc/Wd=1/φ/g d/D>(f+a/g+i)/μ/φ=(10/1000+0.3/9.8+0)/0.15/0.5= 0.54 d=0.54D=0.54×250=135 Ft=μ×Wd×d/D=0.15×9800×0.54=793.8 他方ブッシュ駆動力が車輪転動面スリップを生じさせないためには Fs>F t したがって、 d/D<μ/μ=0.3/0.l5=2.0 以上より、 2>d/D>0.54 となり、 2
D>d>0.54Dを満足するようなd値を設定すれば
良いことになる。以上は屋外での使用台車の設計の場合
であり、屋内の台車設計では、渇き状態なので概ね μ
r=0.25〜0.4 そして走行レールが結露する可能性、
あるいは油汚れの恐れがある環境下、もしくは水の使用
される条件下では概ね μr=0.08〜0.15 になるので
数値を入替えて設計する。
【0021】また実台車質量(2000Kg)の半分の質量で
ある空台車(質量:1000Kg、荷重:4900N)の時にも
Fs(1470N)Fd(796N)であり、台車加速時に車輪
スリップが生じない。したがって車輪摩耗も減じること
ができる。しかし、設計する時は、必要駆動力(Fd)
によりモーターの容量を決定するため、空台車に関し、
計算上 Fd>Ft となることがあり得るが、しかし
モータは大きな容量のものでも負荷に応じてトルクを発
生するので実際の発生するトルクは Fd<Ftとな
る。ただし誘導モータの場合起動時には定格よりも大き
なトルクを発生しFdmax>Ft となる場合があ
る。この場合でも Fd max<Fsを満足するよう
に設計すれば良い。要は起動時に車輪がスリップするの
を防止すればよく、起動は短時間定格であり、トルクリ
ミッタは滑りに対応できるように設計してあるから F
d max>Ft を許容する。むしろ誘導モータによ
る直接駆動の間題点であった起動時のショックを緩和
し、滑らかな起動立ち上がりを行うことができる。そし
てまた、インバータ駆動、直流モータ駆動などはトル
ク、回転数を制御できるので Fd<Fs を常時満足
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 駆動車輪の部分断面図
【図2】 図1の分解図
【図3】 駆動車輪の別の例を示す部分断面図
【図4】 駆動車輪のさらに別の例を示す部分断面図
【図5】 従来の駆動車輪を付けた走行車の底面図
【図6】 従来の駆動車輪の拡大図
【符号の説明】
1 台車フレーム 2 シャフト 3、4 駆動車輪 5 ブッシュ 6 ブッシュ回り止め 7 すべり面 8 圧縮ばね

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通し軸で結ばれた左右一対の駆動車輪の
    少なくとも一方にトルクリミッタを内蔵させてなる走行
    台車の駆動車輪。
  2. 【請求項2】 トルクリミッタが、ブッシュ式の滑り軸
    受け5を車輪に内蔵させてブッシュの摩擦力を利用する
    方式である請求項1に記載の走行台車の駆動車輪。
  3. 【請求項3】 このブッシュ式のトルクリミッタの摩
    擦力(Ft)が、次式の関係にある請求項2に記載の走
    行台車の駆動車輪。 Ft=μ×Wd×d/D (μ:摩擦係数、 Wd:車輪圧 D:車輪径、
    d:ブッシュ内径)
  4. 【請求項4】 ブッシュのすべり面をテーパにしてなる
    請求項2あるいは3に記載の走行台車の駆動車輪。
  5. 【請求項5】 必要駆動車輪力(Fd)、トルクリミッ
    タの摩擦力(Ft)と転動面滑り力(Fs)が、 Fs
    >Ft>Fd の関係にある請求項1から4の1に記載
    の走行台車の駆動車輪。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008538340A (ja) * 2005-04-18 2008-10-23 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 滑りクラッチ
JP2012101693A (ja) * 2010-11-10 2012-05-31 Daifuku Co Ltd 洗車装置の斜行防止機構

Cited By (3)

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JP4781427B2 (ja) * 2005-04-18 2011-09-28 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 滑りクラッチ
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