JP2004082964A - 鉄道車両の車体傾斜方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車体1と台車2との間に空気バネ3L,3Rを左右離間して配置し、各空気バネ3L,3Rの高さを調整する高さ制御弁5L,5Rの弁棒8を梃子9L,9Rを介して回動する高さ調整棒4L,4Rにそれぞれシリンダ6L,6Rを設け、曲線路走行時には、前後の台車2の外軌側の空気シリンダのピストンロッドを常に最大限に伸張して車体1を傾斜させる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの作動により車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道車両が走行する曲線軌道には、曲線の内側と外側の起動に高低差、いわゆるカントが設けられ、曲線通過時に発生する車体床面での左右方向の加速度を低減している。しかし、鉄道車両の高速化に伴い、カントのみでは車体床面左右定常加速度の低減が充分ではなく、いわゆるカント不足が生じる。このため、車体を曲線内側に傾斜させて超過遠心力と重力の合力が車体床面に垂直に働くようにした車体傾斜装置が種々提案されている。
【0003】
例えば、振り子式車両の車体傾斜装置は、台車上にコロ装置を設けるとともに車体にバネ装置を介して曲面形状の振り子梁をコロ装置に結合させて設け、振り子梁と台車の間に設けたシリンダを作動制御器からの信号で作動させて強制的に車体を傾斜させるようにしている。車体傾斜方法は、速度検出器で検知した速度と、予め収集して記憶されている走行路線の曲線半径やカント量等の曲線形状情報とから演算器が、車体床面左右定常加速度を0とするために最適な傾斜角度を演算し、センサ等で車体傾斜角度を検出して、必要な車体傾斜角度に実際の車体傾斜角度が追随するよう作動制御器がシリンダのストローク量を連続的に制御する(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
一方、車体と台車との間に左右離間して配置された各空気バネに、各空気バネに対応して設けられた高さ調整棒を介して車体と台車間の上下変位量を高さ制御弁に伝達して空気バネ高さを調整可能な高さ調整機構を備えた鉄道車両でも、各空気バネの高さを強制的に変更して車体を傾斜させることが可能である。この種の車体傾斜装置は、左右の空気バネそれぞれに対応して設けられた高さ調整棒の設定長さに基づいて開閉タイミングが決定される高さ制御弁により、上記空気バネの高さを調整可能な高さ調整機構と、車体左右方向に設けられたトーションバーの両端にリンクを介して連設されたロッドを上記車体に取り付けて構成されたアンチローリング機構とを備え、アンチローリング機構のトーションバーとロッドとの間の油圧アクチュエータを駆動して車体を傾斜させるとともに、左右の高さ調整棒を連結するプッシュプルケーブルをリニアモータで長手方向に移動して、調整棒の設定長さを左右で逆方向に増減させ、高さ制御弁の弁棒を回動することにより、外軌側の空気バネに圧力空気を供給して、外軌側の空気バネを高くして車体を傾斜させる。この場合も、速度計が検出した走行速度、横加速度計が検出した走行方向と垂直に作用する横加速度、地点検知手段が検知した地点情報等を入力されたコントローラが、変位計が検出した油圧アクチュエータのピストンロッドの移動量をフィードバックしながら、最適な傾斜角度になるよう油圧アクチュエータを連続的に制御する(例えば、特許文献2参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−67944号公報(第2頁、第9図)
【0006】
【特許文献2】
特許第3193469号公報(第3〜4頁、第1図、第3図、第4図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のいずれの構成では、曲線半径やカント量等の曲線形状情報に対して最適な傾斜角度になるように各種の機器を搭載しなければならないので、構成が複雑でコストやメンテナンス上の問題がある。しかも、実際の運用では、多くの曲線においては、機構上の最大傾斜を行っても、車体床面左右定常加速度がある程度発生するような走行速度で走行している場合が多く、曲線軌道走行中の車体傾斜角度を曲線半径やカント量等の曲線形状に合わせて連続的に制御する必要性は少ない。
【0008】
そこで本発明は、曲線半径やカント量等の曲線形状に拘わらず車体傾斜角度を固定とすることにより、構成を簡略化して信頼性向上とコスト低減が図れる車体傾斜方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明は、台車上に傾斜可能に支持した車体を、台車と車体間に設けたアクチュエータの作動により傾斜させる鉄道車両の車体傾斜方法において、車体傾斜時に、前記アクチュエータを常に最大変位量作動させて、車体を最大角度に傾斜させることを特徴としている。前記アクチュエータとしては、振り子梁を揺動するシリンダ、車体と台車との間に左右離間して配置された各空気バネ、空気バネ高さを調整可能な高さ調整機構の高さ制御弁に車体と台車間の上下変位量を伝達する高さ調整棒の長さを変更するシリンダ、前記高さ制御弁を操作する電動回転駆動機構等が挙げられる。また、前記高さ制御弁は、開閉操作部と一体回転する回転部材と、該回転部材と近接して開閉操作部の位置を検出するリミットスイッチとを備え、該リミットスイッチは、前記アクチュエータの作動状態及び前記空気バネの伸縮状態を監視することが望ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示される各実施形態例に基づいて説明する。図1乃至図9は本発明の第1実施形態例を示すもので、車体1と台車2との間には、空気バネ3L,3Rが左右に離間して配置されている。以下、数字の後の「L」は左側に、「R」は右側に配置されたものを示す。各空気バネ3L,3Rには、乗客の乗り降りによる荷重の変動及び走行中の荷重の変動により空気バネ3L,3Rの高さが変化するのに対して車高を一定にするために、各空気バネ3L,3R内の圧力空気を給排する高さ調整機構として、高さ調整棒4L,4Rと高さ制御弁5L,5Rとが設けられている。
【0011】
前記高さ調整棒4L,4Rには、その上部にバネ力にて初期状態に復帰可能なアクチュエータとして空気シリンダ6L,6Rがそれぞれ設けられており、各空気シリンダ6L,6Rのピストンロッド7L,7Rの先端は、前記高さ制御弁5L,5Rの開閉操作部である弁棒8を回動する梃子9L,9Rに連結されている。弁棒8には、弁棒8と一体回転する回転部材10に、弁棒8の回転位置を検出するリミットスイッチSW1,SW2が設けられている。弁棒8には円盤11が固設され、該円盤11とケース12との間には、円盤11に形成された円弧状の長孔11a,11aに係合するボール13が配置され、回転部材10は、長孔11a,11aの長さ分回転する。
【0012】
この高さ調整機構は、荷重の変動に伴う車体1と台車2の距離の変化によって、高さ調整棒4L,4Rの先端位置、すなわち、空気シリンダ6L,6Rのピストンロッド7L,7Rの先端位置が変動することにより梃子9L,9Rを介して高さ制御弁5L,5Rの弁棒8を回動し、高さ制御弁5L,5Rを操作して空気源14から空気バネ3L,3Rへの空気の給排を制御する。
【0013】
前記各空気シリンダ6L,6Rは、バネ復帰単動シリンダで、空気源14との間の回路に設けられた電磁弁15の作動により、シリンダ室へ供給される圧力空気でピストンロッド7L,7Rを伸張し、シリンダ室の圧力空気を排気されると戻しバネの付勢力でピストンロッド7L,7Rを縮小して初期状態に復帰する。電磁弁15は、車体1に搭載された制御装置17からの指令により作動する。
【0014】
制御装置17は、車体1の昇降と車体1の傾斜を制御するもので、車高制御部18と、異常診断部19と、線路データ記憶部20と、地点情報検知部21とを有している。地点情報検知部21には、車速の検出及び走行路線の曲線部の手前に設置されたATS地上子からの地点情報信号を受信する車速・P点信号センサ22が接続されている。
【0015】
走行路線の曲線部走行時における車体1の傾斜は、車速・P点信号センサ22が受信したATS地上子からの地点情報信号及び検出した車速と、線路データ記憶部20に記憶された線路データとから車高制御部18が車体傾斜を行うか否かを判断し、車体傾斜を行うのであれば、曲線半径やカント量等の曲線形状情報に拘わらず、前後の台車2の傾斜させる側の空気シリンダ、例えば、本実施形態例では空気シリンダ6Rのピストンロッド7Rを常に最大限に伸張する。
【0016】
ピストンロッド7Rの伸張に伴い梃子9Rを介して高さ制御弁5Rの弁棒8が回動し、高さ制御弁5Rが開いて空気バネ3Rに空気源14から空気が供給され、空気バネ3Rが上方へ膨らんで車体1が設定された最大角度に傾斜する。
【0017】
走行路線の曲線部の終了に伴って車体1を水平に戻すには、曲線部終了位置の手前に設置されたATS地上子からの地点情報信号及び台車2に設けた車速・P点信号センサ22により検出される車速と、線路データ記憶部20に記憶された線路データとを比較して、空気シリンダ6Rのピストンロッド7Rを縮小し、空気バネ3R中の空気を排気して車体1を水平にする。
【0018】
この一連の車体傾斜過程において、弁棒8の回転位置を検出するリミットスイッチSW1,SW2は次のように作動する。先ず、図5(a)に示されるように、車体1の水平状態では、空気シリンダ6Rのピストンロッド7Rが縮小し、空気バネ3Rも縮んでいるので、回転部材10のリミットスイッチSW1,SW2は接点24a,24bにそれぞれ近接してONしている。次に、車体1を傾斜させるために、図5(b)に示されるように、ピストンロッド7Rが伸張すると梃子9Rが上昇して高さ制御弁5Rの弁棒8と回転部材10とが時計方向に回動し、リミットスイッチSW1は接点24aから離れてOFFに切り替わり、リミットスイッチSW2は接点24bから離れて接点25bに近接してON→OFF→ONに切り替わる。この段階では空気バネ3Rはまだ縮んでいるが、弁棒8が給気方向に回動しているので、空気バネ3Rが膨らむ。空気バネ3Rが膨らむことにより、車体1が台車2から上昇するので、図5(c)に示されるように、梃子9Rが水平状態に戻るから、回転部材10は、反時計方向に回動してリミットスイッチSW1,SW2が接点24a,24bにそれぞれ近接する。したがって、リミットスイッチSW1はOFFからONに切り替わり、リミットスイッチSW2はON→OFF→ONに切り替わる。車体1を水平状態に戻すために、図5(d)に示されるように、ピストンロッド7Rが縮小すると梃子9Rが下降して高さ制御弁5Rの弁棒8と回転部材10とが反時計方向に回動し、リミットスイッチSW1は接点24aから離れて接点25aに近接してON→OFF→ONに切り替わり、リミットスイッチSW2はONからOFFに切り替わる。この段階では空気バネ3Rはまだ膨らんでいるが弁棒8が排気方向に回動しているので、空気バネ3Rが縮み、車体1が下がって梃子9Rが水平状態になる図5(a)の状態に戻る。
【0019】
このように、車体1の傾斜及び水平戻しにおける空気シリンダ6Rのピストンロッド7Rの作動状態は、初期位置での停止状態と最大限に伸張した固定変位での停止状態及び伸縮速度のみで、ピストンロッド7Rの動作状態量をフィードバックしないオープンルーフ制御である。また、空気シリンダ6Rに対する傾斜指令は、固定変位への伸び指令と初期状態への縮み指令の2通りであり、それぞれの指令タイミングは、図6及び図7に示されるように、固定変位への伸び指令は、曲線軌道入口から(ピストンロッド7Rの伸び時間+ピストンロッド7Rの動作遅れ時間)t1×走行速度分手前の位置で行われ、初期状態への縮み指令は、曲線軌道出口からピストンロッド7Rの動作遅れ時間t2×走行速度分手前の位置で行われる。
【0020】
この空気シリンダ6Rのピストンロッド7Rを常に最大限に伸張する傾斜方法では、従来のアクチュエータを連続的に制御した場合と比べて、車体床面左右定常加速度に差が生じるのは、図8及び図9に示されるように、カント不足量が小さい領域、図8及び図9において0〜30mmの領域のみであるから、曲線軌道走行中の車体傾斜角度を曲線半径やカント量等の曲線形状に合わせて連続的に制御しなくても、乗客に与える影響は少ない。
【0021】
この結果、従来のアクチュエータを連続的に制御するために必要な部品や機構を削減して、車体傾斜装置の構成を簡略化して信頼性向上とコスト低減が図れる。また、リミットスイッチSW1,SW2のON・OFF切り替えを監視することによって、空気シリンダ6L,6Rのピストンロッド7L,7Rの作動状態及び空気3L,バネ3Rの伸縮状態を確認できるから、少ない部品点数で信頼性の向上とコスト低減が図れる。
【0022】
図10は本発明の第2実施形態例を示すもので、以降の実施形態例では、前記第1実施形態例と同一要素には同一の符号を付して説明する。本実施形態例は、高さ調整棒4Lと梃子9L、高さ調整棒4Rと梃子9Rとを直接連結し、高さ制御弁5L,5Rの弁棒8にそれぞれアクチュエータとして電動回転駆動機構の1つであるロータリーソレノイド30を設け、該ロータリーソレノイド30を車高制御部18からの電気信号により作動して、制御弁5L,5Rの弁棒8を回動することにより、高さ制御弁5L,5Rをそれぞれ操作して、各空気バネ3L,3Rの高さを変更して車体1を昇降又は傾斜させるものである。
【0023】
ロータリーソレノイド30は、防水ケース31に複列円筒コロ軸受32を介して回動可能に支持されたベース33と、該ベース33に固設されたコイル34と、該コイル34の励磁によって回転するアーマチュア35と、該アーマチュア35と一体回転するシャフト36と、アーマチュア35の回転範囲を規制するボール37と、回転したアーマチュア35を初期状態に復帰させる戻しバネ38とを有している。
【0024】
このロータリーソレノイド30には、梃子9L又は梃子9Rのシャフト39が接続され、荷重の変動に伴う車体1と台車2の距離の変化によって、高さ調整棒4L,4Rの先端位置が変動し、梃子9L,9Rが回動した場合には、梃子9L又は梃子9Rの回動力がロータリーソレノイド30の戻しバネ38の付勢力より弱いので、ロータリーソレノイド30が一体に回動する。
【0025】
前記シャフト36は、高さ制御弁5L,5Rの弁棒8にリンク梃子40を介して連結され、コイル34の励磁によって弁棒8を回動する。また、シャフト36には、弁棒8の回転位置を検出する前記リミットスイッチSW1,SW2を設けた回転部材10が固設されている。さらに、該リミットスイッチSW1,SW2及び前記コイル34には防水コネクタ41からの配線42,43がそれぞれ接続されている。
【0026】
この構成では、車体傾斜を行うのであれば、曲線半径やカント量等の曲線形状情報に拘わらず、車高制御部18からの電気信号によるコイル34の励磁でアーマチュア35を常に最大変位量回転駆動することにより、前記第1実施形態例と同様に、高さ制御弁5L,5Rを操作して、各空気バネ3L,3Rの高さを変更して車体1を設定された最大角度に傾斜させる。また、ロータリーソレノイド30の作動状態及び空気3L,バネ3Rの伸縮状態の確認は、前記第1実施形態例と同様に、リミットスイッチSW1,SW2のON・OFF切り替えを監視することによって行える。
【0027】
図11は本発明の第3実施形態例を示すもので、本実施形態例は、強制振り子式車体傾斜装置による車体傾斜方式に本発明を適用したもので、強制振り子式車体傾斜装置は、台車2上に設けたコロ装置40に、下面を曲面形状に形成した振り子梁41を設け、該振り子梁41上に設けた左右の空気バネ3L,3Rにて車体1を支持し、台車2と振り子梁41との間に設けたシリンダ42のピストンロッド43を伸縮させることによって、振り子梁41を揺動して車体1の傾斜を行う。
【0028】
車体1の水平状態では、シリンダ42のピストンロッド43は中立位置にあり、車体傾斜を行うのであれば、傾斜作動部44は、曲線半径やカント量等の曲線形状情報に拘わらず、車体1の左側を高くする場合はピストンロッド43を最大限に伸張し、車体1の右側を高くする場合はピストンロッド43を最大限に縮小する。これにより、車体1は、前記各実施形態例と同様に、設定された最大角度に傾斜する。
【0029】
図12は本発明の第4実施形態例を示すもので、本実施形態例は、車体1と台車2との間に左右離間して配置された各空気バネ3L,3Rのうち、外軌側の空気バネを膨らまして車体1を傾斜させる車体傾斜方式に本発明を適用したもので、車体傾斜を行うのであれば、傾斜作動部45は、曲線半径やカント量等の曲線形状情報に拘わらず、車体1の左側を高くする場合は空気バネ3Lを常に最大変位量膨らまし、車体1の右側を高くする場合は空気バネ3Rを常に最大変位量膨らまして、前記各実施形態例と同様に、車体1を設定された最大角度に傾斜するものである。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車体傾斜方法は、車体を傾斜させるアクチュエータを常に最大変位量作動するから、アクチュエータの動作状態量をフィードバックする必要がないため、従来のアクチュエータを連続的に制御するために必要な部品を削減して、車体傾斜機構の構成を簡略化して信頼性向上とコスト低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態例の車体傾斜状態を示す概略図
【図2】リミットスイッチの配置を示す概略図
【図3】リミットスイッチの正面図
【図4】車体傾斜装置の概略図
【図5】車体傾斜時におけるリミットスイッチの作動を示す概略図
【図6】車体傾斜指令のタイミングを示すチャート図
【図7】車体傾斜タイミングを示すチャート図
【図8】本発明の車体傾斜方法と従来の車体傾斜方法とにおけるカント不足量と床面左右定常加速度の比較を示すグラフ図
【図9】本発明の車体傾斜方法と従来の車体傾斜方法とにおけるカント不足量と車体傾斜角度の比較を示すグラフ図
【図10】第2実施形態例の高さ制御弁に設けたロータリーソレノイドの断面図
【図11】第3実施形態例の車体傾斜装置の概略図
【図12】第4実施形態例の車体傾斜装置の概略図
【符号の説明】
1…車体、2…台車、3L,3R…空気バネ、4L,4R…高さ調整棒、5L,5R…高さ制御弁、6L,6R…空気シリンダ、7L,7R…空気シリンダのピストンロッド、8…高さ制御弁の弁棒、9L,9R…梃子、12…空気源、15…電磁弁、17…制御装置、18…車高制御部、30…ロータリーソレノイド、SW1,SW2…リミットスイッチ、40…コロ装置、41…振り子梁、42…シリンダ、44,45…傾斜作動部
Claims (6)
- 台車上に傾斜可能に支持した車体を、台車と車体間に設けたアクチュエータの作動により傾斜させる鉄道車両の車体傾斜方法において、車体傾斜時に、前記アクチュエータを常に最大変位量作動させて、車体を最大角度に傾斜させることを特徴とする鉄道車両の車体傾斜方法。
- 前記アクチュエータは、振り子梁を揺動するシリンダであることを特徴とする請求項1記載の鉄道車両の車体傾斜方法。
- 前記アクチュエータは、車体と台車との間に左右離間して配置された各空気バネであることを特徴とする請求項1記載の鉄道車両の車体傾斜方法。
- 前記アクチュエータは、空気バネ高さを調整可能な高さ調整機構の高さ制御弁に車体と台車間の上下変位量を伝達する高さ調整棒の長さを変更するシリンダであることを特徴とする請求項1記載の鉄道車両の車体傾斜方法。
- 前記アクチュエータは、前記空気バネ高さを調整可能な高さ調整機構の高さ制御弁を操作する電動回転駆動機構であることを特徴とする請求項1記載の鉄道車両の車体傾斜方法。
- 前記高さ制御弁は、開閉操作部と一体回転する回転部材と、該回転部材と近接して開閉操作部の位置を検出するリミットスイッチとを備え、該リミットスイッチは、前記アクチュエータの作動状態及び前記空気バネの伸縮状態を監視することを特徴とする請求項4又は5に記載の鉄道車両の車体傾斜方法。
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