JP2005324595A - 鉄道車両のアンチローリングダンピング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車体と台車間の上下方向への相対的な平行移動や左右方向への相対的な平行移動に対してはダンピング（抵抗）作用を生じさせず、車体のローリング時にだけダンパが作用して減衰し、ローリングを低減することができる鉄道車両のアンチローリングダンピング装置を提供する。
【解決手段】略Ｖ形てこリンクＢ・Ｄの中心部を車幅中心位置ｓから両側にほぼ等距離をあけて車体側にそれぞれ回転可能に枢着し、左右のてこリンクＢ・Ｄの一端部間を中間位置にダンパＦを介設した連接ロッドＣで枢支連結するとともに、左右のてこリンクＢ・Ｄの他端部に上端をそれぞれ枢支連結した各鉛直リンクＡ・Ｅの下端を、台車１側に枢着した。
【選択図】 図２

Description

この発明は、鉄道車両のアンチローリングダンピング装置に関するものである。

この種のアンチローリングダンピング装置として、トーションバーを台車枠を横切る方向に配置し、側はりを貫通してトーションバーの一端部を突出させ、この突出部に２つのアームを備えたレバーを固定し、一方のアームと車体とを連接棒で接続し、他方のアームと台車枠との間にダンパを介設した構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

その他、台車枠の側はりの両側面に軸受を嵌合したブラケットを設け、軸受の内輪に捩り棒（トーションバー）を嵌合し、その捩り棒の両端にそれぞれ一定の長さをもつアームを固定し、各アームと車体に設けたブラケットとの間にダンパを介設した構造のものがある（例えば、特許文献２参照）。
特許２６５５７３０号公報（発明の詳細な説明および図１・図２） 特開平２−９２７７０号公報（実施例および図１・図３・図４）

上記各公報に記載のトーションバーを用いたアンチローリングダンピング装置では、台車に対して車体が相対的に左右にローリングした場合だけでなく、例えば車体が台車に対し上下方向に平行に移動した場合にもダンピング作用が生じる。このため、乗り心地が悪くなる。

この発明は上述の点に鑑みなされたもので、車体と台車間の上下方向への相対的な平行移動や左右方向への相対的な平行移動に対してはダンピング（抵抗）作用を生じさせず、車体のローリング時にだけダンパが作用して減衰し、ローリングを低減することができる鉄道車両のアンチローリングダンピング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明にかかるアンチローリングダンピング装置は、車体と台車との間において車幅中心位置を挟んで車幅方向に沿って装着される鉄道車両のアンチローリングダンピング装置であって、略Ｖ形てこリンクの中心部を車幅中心位置から両側にほぼ等距離をあけて車体側にそれぞれ回転可能に枢着し、左右の前記てこリンクの一端部間を中間位置にダンパを介設した連接ロッドで枢支連結するとともに、左右の前記てこリンクの他端部に上端をそれぞれ枢支連結した各鉛直リンクの下端を、台車側に枢着したことを特徴とする。

本発明にかかる鉄道車両のアンチローリングダンピング装置によれば、車体と台車間が相対的にローリング状態となる円弧状運動を行うと、左右の鉛直リンクが相対的に上下（鉛直）方向に変位し、この変位に伴って左右のてこリンクが相互に逆方向に回転する、これにより、連接ロッドの長さが変化するので、中間位置に介設されているダンパが緩衝作用を生じ、減衰力が働くので、ローリング運動が抑制される。一方、車体と台車間が相対的に上下方向に平行に併進運動したり、左右方向に平行に併進運動したりする場合には、左右の鉛直リンクは上下の同一方向に同一距離移動したりあるいは左右の同一方向に同一角度揺動したりするので、結果的に連接ロッドの長さは変化しないから、減衰力は働かない。このため、例えば、柔らかい空気ばねによる乗り心地が阻害されない。

請求項２に記載のように、前記台車に左右の側はりのほぼ中央部を一対の横はりで連結する平面視略Ｈ形台車枠を有するボルスタレス台車を使用し、前記各側はりのほぼ中央部上に枕ばねを設け、左右の枕ばね（空気ばね）上に跨って配置した四角柱状のアダプタを介して車体を載置し、前記各鉛直リンクの下端を一方の横はりに枢着し、一方の前記てこリンクを前記アダプタに回転可能に枢着するとともに、他方の前記てこリンクを前記アダプタの下端にブラケットを介して回転可能に枢着することができる。

請求項２に記載のアンチローリングダンピング装置におけるダンパの減衰力を計算で求めると、図１において、上下方向をｚ軸、左右方向をｙ軸とし、上向きと左向きを正にとる。車体が左側へロールし、車体と台車間の上下方向の相対変位が左右の空気ばね位置で−1/2Δｚ、1/2Δｚであるとき、左右の空気ばねの間隔をＬ１、左右の鉛直リンクの間隔をＬ２とすると、節点ｂ，ｇは1/2・L1/L2・Δｚ、−1/2・L1/L2・Δｚ変位する。さらに左右のてこリンクは、両辺のてこ比により、節点ｄ，ｅにおいてそれぞれ左右方向に−1/2・L1/L2・L4/L3・Δｚ、1/2・L1/L2・L4/L3・Δｚ変位する。したがって、連接ロッド中間のダンパはL1/L2・L4/L3・Δｚだけ変位し、この速度に応じた減衰力がロール方向の減衰力として発生する。

請求項３に記載のように、前記ダンパがオイルダンパであり、前記台車側の両側から左右一対のアンチロリンクを揺動自在に立設し、各アンチロリンクの上端部に揺動自在に一端部を連結したてこ部材の他端部間にトーションバーの両側部を固定し、トーションバーの両側部を前記車体側に支持することができる。

請求項３に記載のアンチローリングダンピング装置によれば、車体と台車間における左右逆位相のローリング運動に対してトーションバーがその捩れに抗することによる減衰力が発揮され、ローリング運動が抑制される。また、車体と台車間のローリング運動については、装置本来のアンチローリングダンピング機能が働いて減衰力が生じてローリングを抑制する。一方、上下方向の併進運動に対してはダンピング機能が生じないため、空気ばね等によるクッション機能が働き、優れた乗り心地が得られる。つまり、本発明の装置によれば、各装置による機能がそれぞれ分担され、本来の機能が生かされることになる。

本発明にかかる鉄道車両のアンチローリングダンピング装置は上記した構成からなるので、次のような優れた効果を奏する。

車体と台車間が相対的にローリングすると、連接ロッドの長さが変化するので、中間位置に介設されているダンパが緩衝作用を生じ、減衰力が働いてローリング運動が抑制される。一方、車体と台車間が相対的に上下方向に併進運動したり、左右方向に併進運動したりする場合には、連接ロッドの長さは変化しないので、減衰力が働かず、したがって、優れた乗り心地が得られる。

以下、本発明の鉄道車両のアンチローリングダンピング装置について実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はアンチローリングダンピング装置をボルスタレス台車に適用した実施例を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図で正規の状態を表している。

これらの図に示すように、ボルスタレス台車１は前後方向に延びる左右一対の側はり２を備えており、これらの側はり２の前後方向の中央部に一対の横はり３が一定の間隔をあ
けて連結され、平面視略Ｈ形の台車に構成されている。各側はり３の前後端部に軸はり４が備えられ、前後の軸はり４・４間に輪軸５が軸箱４ａを介して回転自在に取り付けられている。各側はり２の前後方向の中間位置上に空気ばねからなる枕ばね６が装着され、各枕ばね６上にばね座６ａ介して円柱状のアダプタ（ばね支持部）７が跨って配設されている。図示は省略するが、アダプタ７上に車体が支持されている。前後の横はり３は中央部で左右一対の連結部材８で一体に連結され、この連結部材８・８間に上下方向に車体牽引装置９が配設され、この車体牽引装置９の上面が車体の下面のアダプタ６に連結されている。なお、上記実施例では軸はり式の軸箱方式ボルスタレス台車を示したが、これは一例であって、ボルスタ付き台車にも適用できることはもとより、本発明は軸はり式に限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、板ばね式やウイングばね式、円筒案内式、円錐積層ゴム式などの軸箱方式に適用できる。

アンチローリングダンピング装置１０は、図２に示すように左右一対の鉛直リンクＡ・Ｅと、左右一対の略Ｖ形てこリンクＢ・Ｄと、オイルダンパＦを中間に介設した連接ロッドＣを備えている。左側鉛直リンクＡの下端は、後ろ側横はり３の中心軸線Ｓより左側で上下方向中間位置よりやや下側にピン１１で枢着している。また右側鉛直リンクＥの下端は、後ろ側横はり３の中心軸線Ｓより右側で上下方向中間位置よりやや上側にピン１２で枢着している。左側てこリンクＢの屈曲部は、アダプタ７の中心軸線Ｓより左側で下端に下向きに突設したブラケット１３にピン１４で回転自在に枢着している。また右側てこリンクＤの屈曲部は、アダプタ７の中心軸線Ｓより左側で下部にピン１５で回転自在に枢着している。

そして、左側てこリンクＢの短辺側端部と左側鉛直リンクＡの上端を枢支連結し、右側てこリンクＤの短辺側端部と右側鉛直リンクＥの上端を枢支連結している。さらに左側てこリンクＢの長辺側端部と右側てこリンクＤの長辺側端部とに、連接ロッドＣの左端と右端とをそれぞれピンで枢支連結している。この状態で、連接ロッドＣはやや右下がりに傾斜する。

このようにして本例のアンチローリングダンピング装置１０が構成されるが、この装置１０は下記のように動作する。すなわち、図３（ａ）は台車１に対し車体（アダプタ）７が上方へ７０ｍｍ併進した状態を示し、図３（ｂ）は台車１に対し車体（アダプタ）７が下方へ３０ｍｍ併進した状態を示すが、いずれの場合にも連接ロッドＣの全長は変化せず、したがってダンパＦによる減衰作用は生じない。このため、枕ばね６による本来のクッション作用が生じる。また、図３（ｃ）は図３（ｂ）の状態において台車１に対し車体（アダプタ）７が右側へ４０ｍｍ併進した状態を示すが、この場合にも連接ロッドＣの全長は変化せず、したがってダンパＦによる減衰作用は生じない。しかし、こうした車体の水平横移動については、減衰力を働かせて抑制する必要があるため、後述するトーションバー２１を配設している。

図４（ａ）は台車１に対し車体（アダプタ）７が左側へ７０ｍｍ傾斜（ローリング）した状態を示し、図４（ｂ）は台車１に対し車体（アダプタ）７が右側へ７０ｍｍ傾斜（ローリング）した状態を示すが、前者は連接ロッドＣの全長が延長され、ダンパＦによる減衰力が働いてローリングが抑制される。また、後者は連接ロッドＣの全長が短縮され、ダンパＦによる減衰力が働いてローリングが抑制される。

さて、本実施例では、図１・図５に示すように横はり３と平行に車幅方向に配置したトーションバー２１の両側部を車体７側にトーションバー軸受２２を介して支持している。一方、台車１の両側にアンチロリンク２３の下端部をゴム製の球面ブッシュ２４により支持している。同アンチロリンク２３の上端部に球面ブッシュ２６を介してテコ部材２５の一端部を取り付け、テコ部材２５の他端部間にトーションバー２１の両側部を非回転状態
に固定している。なお、図１中の符号２７はヨーダンパー、２８はヨーダンパー２７の車体７側取付部材である。

上記アンチローリングダンピング装置１０とともにトーションバー２１によるアンチローリング機構を備えたことにより、車体７がローリングした場合だけアンチローリングダンピング装置１０が働きダンパＦにより減衰力が効いて抑制するが、車体７の左右方向への水平移動時にはトーションバー２１が左右の移動を規制し、また車体７と台車１間のねじれはトーションバー２１が抑制するなど、機能を分担させている。とくに、車体の上下方向の併進運動にはアンチローリングダンピング装置１０もトーションバー２１も働かないため、枕ばね７の弾力だけが働き、乗り心地を良好にすることができる。

以上に、本発明のアンチローリングダンピング装置について一実施例を示したが、本発明では、例えば、ダンパをオイルダンパからガスダンパに代えたり、スプリング入りダンパに代えたりすることができ、スプリング入りダンパを用いる場合には上記トーションバー２１によるアンチローリング機構を省くことができる。

本発明のアンチローリングダンピング装置をボルスタレス台車に適用した実施例を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図で正規の状態を表している。 図３（ａ）は台車１に対し車体（アダプタ）７が上方へ７０ｍｍ併進した状態を示し、図３（ｂ）は台車１に対し車体（アダプタ）７が下方へ３０ｍｍ併進した状態を示す図２に対応する断面図である。図３（ｃ）は図３（ｂ）の状態において台車１に対し車体（アダプタ）７が右側へ４０ｍｍ併進した状態を示す図２に対応する断面図である。 図４（ａ）は台車１に対し車体（アダプタ）７が左側へ７０ｍｍ傾斜（ローリング）した状態を示し、図４（ｂ）は台車１に対し車体（アダプタ）７が右側へ７０ｍｍ傾斜（ローリング）した状態を示す図２に対応する断面図である。 トーションバーの車体および台車への取付状態を示す、図２に対応する正面図である。

符号の説明

１ ボルスタレス台車
２ 側はり
３ 横はり
４ 軸はり
５ 輪軸
６ 枕ばね（空気ばね）
７ アダプタ（ばね支持部）
８ 連結部材
９ 車体牽引装置
１０ アンチローリングダンピング装置
２１ トーションバー
２３ アンチロリンク
２５ テコ部材
２７ ヨーダンパ
Ａ・Ｅ 鉛直リンク
Ｂ・Ｄ 略Ｖ形てこリンク
Ｃ 連接ロッド
Ｆ オイルダンパ

Claims (3)

1. 車体と台車との間において車幅中心位置を挟んで車幅方向に沿って装着される鉄道車両のアンチローリングダンピング装置であって、
   略Ｖ形てこリンクの中心部を車幅中心位置から両側にほぼ等距離をあけて車体側にそれぞれ回転可能に枢着し、左右の前記てこリンクの一端部間を中間位置にダンパを介設した連接ロッドで枢支連結するとともに、
   左右の前記てこリンクの他端部に上端をそれぞれ枢支連結した各鉛直リンクの下端を、台車側に枢着したこと
   を特徴とする鉄道車両のアンチローリングダンピング装置。
2. 前記台車が左右の側はりのほぼ中央部を一対の横はりで連結する平面視略Ｈ形台車枠を有するボルスタレス台車であり、前記各側はりのほぼ中央部上に枕ばねを設け、左右の枕ばね上に跨って配置した四角柱状のアダプタを介して車体を載置し、
   前記各鉛直リンクの下端を一方の横はりに枢着し、一方の前記てこリンクを前記アダプタに回転可能に枢着するとともに、他方の前記てこリンクを前記アダプタの下端にブラケットを介して回転可能に枢着した請求項１記載の鉄道車両のアンチローリングダンピング装置。
3. 前記ダンパがオイルダンパであり、前記台車側の両側から左右一対のアンチロリンクを揺動自在に立設し、各アンチロリンクの上端部に揺動自在に一端部を連結したてこ部材の他端部間にトーションバーの両側部を固定し、トーションバーの両側部を前記車体側に支持した請求項１または２記載の鉄道車両のアンチローリングダンピング装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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