JP2006327533A

JP2006327533A - 鉄道車両用登坂性向上装置

Info

Publication number: JP2006327533A
Application number: JP2005157475A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Tarumi; 尚志垂水; Eiichi Maehashi; 栄一前橋
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】駆動軸による粘着推進力を増加することのできる鉄道車両用登坂性向上装置を提供すること。
【解決手段】軌道レール１１上を転動する車輪１２と、前記車輪を駆動する駆動手段と、軌道レール側に配設されたフランジ部を有する第２の軌道１４と、前記第２の軌道に接触し前記軌道レールと車輪との接触圧を増加させる接触圧増加手段を設けたので、軌道レールと車輪との接触圧を増加し、駆動軸による粘着推進力を増加することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、都市交通の効率化を目的とした複合交通システムに適した軽快鉄道車両、路面電車等の鉄道車両用登坂性向上装置に関する。

複合交通システムにおいて、既存の道路や鉄道を跨いだ立体交差、高架路への接続、都市部から高台や山岳域の住宅地へ向かって走行するために急勾配を登坂する必要が存在する。
従来の粘着方式鉄道では、車輪とレールとの間の粘着係数（摩擦係数）によって推力を得ており、最大でμ=０．３程度であり、実際にはこれより小さな値である。また、粘着によって得られる粘着推進力Ｆは、駆動軸の軸質量ｍと粘着係数μと重力加速度ｇによりＦ=μｍｇの関係を有しており、１車両内の駆動軸数が少なかったり、軸重が小さかったり、摩擦係数が小さい場合に粘着推進力も小さくなる。また、粘着係数を増加するために、砂や増粘着材をレールと車輪の間に撒くことが行われているが、粘着係数を増加するには限度があり、大きな牽引力の向上が得られない。

更に、レール間にラック式レール（歯車軌条）を設け、車体側に設けた歯車と噛み合わせることにより推力を得る方式も提案されている。
また、中央にレールを設置し、左右からそのレールをローラで挟み駆動力を伝達するフェル式と称される方式も提案されている。
また、特許文献１に示すように電磁吸引によりみかけ軸重を増加する方法も提案されている。
特開２００３−２５９９２号公報

しかしながら、上記従来の鉄道車両用登坂性向上装置では、以下の問題が残されている。すなわち、従来のレール間にラック式レール（歯車軌条）を設ける鉄道車両用登坂性向上装置では、歯車の摩耗保守や歯車の乗り上がり等の問題から低速運転しかできなかった。
また、左右からレールをローラで挟み駆動力を伝達するフェル式にあっては、設置重量の割には大きな推力の増加は得られなかった。
更に、電磁吸引によりみかけ軸重を増加する方法にあっても、電磁石と電力が別途必要であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、軌道レールと車輪との接触圧を増加させる接触圧増加手段を設け、駆動軸による粘着推進力を増加することのできる鉄道車両用登坂性向上装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の鉄道車両用登坂性向上装置は、軌道レール上を転動する車輪と、前記車輪を駆動する駆動手段と、軌道レール側に配設されたフランジ部を有する第２の軌道と、前記第２の軌道に接触し前記軌道レールと車輪との接触圧を増加させる接触圧増加手段を設けたことを特徴とする。

また、本発明にかかる鉄道車両用登坂性向上装置は、前記接触圧増加手段は、接触圧を調整可能であることを特徴とする。

また、本発明にかかる鉄道車両用登坂性向上装置において、前記接触圧増加手段は、前記第２の軌道のフランジ部を転動する転動体を有することを特徴とする。また、前記第２の軌道は、軌道レールの急勾配部に設置されたことを特徴とする。

また、本発明の鉄道車両用登坂性向上装置は、軌道レール上を転動する車輪と、前記車輪を駆動する駆動手段と、前記軌道レール側に配設されたフランジ部を有する第２の軌道と、前記第２の軌道のフランジ部に転動体で接触して前記軌道レールと車輪との接触圧を増加させる接触圧増加手段と、前記転動体を駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする。また、前記転動体は、フランジ部の背面と接触することを特徴とする。前記転動体は、フランジ部との接触圧を調整する調圧手段を備えたことを特徴とする。

本発明の鉄道車両用登坂性向上装置によれば、軌道レール上を転動する車輪と、前記車輪を駆動する駆動手段と、軌道レール側に配設されたフランジ部を有する第２の軌道と、前記第２の軌道に接触し前記軌道レールと車輪との接触圧を増加させる接触圧増加手段を設けたので、駆動軸にみかけ上の軸重増加重量を発生させ、駆動軸による粘着推進力を増加することができる。したがって、車両の登坂性能を向上するとともに、脱線転覆防止防止の効果も得られる。

以下、本発明にかかる鉄道車両用登坂性向上装置の実施の形態を、図１から図４を参照しながら説明する。鉄道車両用登坂性向上装置１０は、軌道レール１１上を転動する車輪１２と、この車輪１２を駆動する駆動手段１３と、軌道レール側に配設されたフランジ部１４ａを有する第２の軌道１４と、前記第２の軌道１４のフランジ部１４ａに接触して軌道レール１１と車輪１２との接触圧を増加させる接触圧増加手段１５を有している。車輪１２は、車軸１６に圧入固定されるとともに、台車枠１７の下に組み込まれている。また、台車枠１７と軸箱１８の間には軸バネ１９が取り付けられている。駆動手段１３からの動力は、自在継ぎ手１３ａ、ギアボックス（図示せず）等を介して車輪１２に伝達される。また、駆動手段１３は電気式の鉄道車両に限ることなく、ジーゼルエンジン等であってもよい。また、台車の前後方向の一方の車輪１２のみ駆動される形式の場合には、駆動車輪側の支持バネ２０のバネ定数を大きく設定する。また、アクチュエータ２３の取り付け位置も駆動車輪側にオフセットする。このように構成することにより、効果的に駆動力を増すことができる。

第２の軌道１４は、Ｈ鋼等が軌道レール１１のほぼ中間の枕木等に固定されることにより構成されている。また、第２の軌道１４のフランジ部１４ａの下面は、表面粗さを粗く加工してもよい。更に、第２の軌道１４は、図４に示すように軌道レール１１の勾配が急な部分にのみ設けてもよい。この場合、第２の軌道１４の急勾配の入口と出口の高さ寸法Ｈ０を大きく形成しておき、徐々に通常の寸法Ｈ１としてもよい。

接触圧増加手段１５は、台車枠１７に支持バネ２０を介して垂下されており、下端には第２の軌道１４のフランジ部１４ａの下面と接触する転動体である引き下げローラ２１、２１と第２の軌道１４の中央壁１４ｂを左右から挟み込む左右支持ローラ２２、２２を備えている。また、接触圧増加手段１５は、アクチュエータ２３によって台車枠１７に対する鉛直位置を調整することができる。アクチュエータ２３は、油圧式、空気圧式、電磁式等種々の方式のものを適用することができる。

以上のように構成した本実施形態の鉄道車両用登坂性向上装置１０によれば、平坦な区域から急勾配な路線に入る際に接触圧増加手段１５が第２の軌道１４の入口の高さ寸法Ｈ０と大きく形成した区域から通常の寸法Ｈ１に移行する際に、第２の軌道１４のフランジ部１４ａの下面が引き下げローラ２１に接触して徐々に支持バネ２０のバネ力に抗して引き下げられ、駆動軸にみかけ上の重力加速度αを加重することとなる。したがって、粘着推進力Ｆは、Ｆ=μｍ（ｇ＋α）となり、車輪１２の牽引力を増強することができる。また、急勾配な路線から平坦な区域に出る場合は、接触圧増加手段１５が徐々に働かなくなり、通常の牽引力に戻る。
また、第２の軌道１４の中央壁１４ｂが左右から左右支持ローラ２２、２２で支持されているので、引き下げローラ２１とフランジ部１４ａとの接触を安定させるとともに、車両が軌道中心にセンタリングされるので急曲線区間等において脱線転覆を防止して安全性を向上することができる

また、支持バネ２０による引き上げ力では足りない場合には、アクチュエータ２３によって引き下げローラ２１を更に引き上げることにより、軌道レール１１と車輪１２との接触圧を増加させることで、粘着推進力を更に増強することができる。

以上のように本発明の鉄道車両用登坂性向上装置によれば、粘着推進力を増強することができるので、従来の登山鉄道のように粘着式とラック式を併用していた区間に適用して保守作業を軽減できる。また、トラムと称される路面電車等の軽鉄道に適用して丘陵上に造成された住宅地と都市部とを急勾配路線で結んでアクセスすることができる。更に、高架路線と路面電車との接続や既存路線や道路との立体交差も急勾配路線とすることで、短距離で設置することができる。

本発明の他の実施の形態として、鉄道車両用登坂性向上装置１０を軌道レール１１上を転動する車輪１２と、この車輪１２を駆動する駆動手段１３と、前記軌道レール側に配設されたフランジ部１４ａを有する第２の軌道１４と、この第２の軌道１４のフランジ部１４ａに転動体である引き下げローラ２１で接触して前記軌道レール１１と車輪１２との接触圧を増加させる接触圧増加手段１５と、前記引き下げローラ２１を駆動する補助駆動手段２４とから構成してもよい。補助駆動手段２４は、図５に示すように巻き掛け伝導、或るいは歯車伝導２５によって引き下げローラ２１を回転駆動する。また、フランジ部１４ａの下面に摩擦係数の高い、粗面加工を施しておいてもよい。更に、第１の実施の形態と同様に調圧手段であるアクチュエータ２３によってフランジ部と引き下げローラ２１の接触圧を自由に調整できる。

このように構成した場合、鉄道車両の登坂力を更に向上することができる。また、フランジ部の下面を利用して登坂力を得ているので、例えば路面電車に適用した場合に他の車両（車）の走行によって上面が摩耗して摩擦力が低下しても、粗面化した下面によって充分な摩擦力を確保することができる。また、下面は雨や雪等の影響を受けることが少なく安定した摩擦力が得られる。更に、引き下げローラ２１をゴムタイヤ構造にしてもよい。このような構造とした場合、更に登坂力を向上することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態において軌道レール上を走行する車両について説明したが、ゴムタイヤ車両についても同様に急勾配な区間に適用してもよい。また、バッテリー式の車両にあっては、第２の軌道（Ｈ鋼）を鉄製として、第２の軌道と軌道レールとの間に電位を設定し、大量の電力を消費する登坂区間で地上側から給電してバッテリーの消耗を防止することができる。或いは、軌道レールと第２の軌道との間に抵抗回路を配設し、車両が勾配区間を下降する際に回生発電し、このエネルギーを回収することで円滑で安全な下降を可能とすることができる。また、第２の軌道を架線の代わりに使用することで、非電化区間であっても急勾配区間のみ、限定的に電化することができる。

本発明にかかる鉄道車両用登坂性向上装置の一実施形態を示す概略構成図である。同鉄道車両用登坂性向上装置を示す要部説明図である。同鉄道車両用登坂性向上装置を示す概略側面図である。同鉄道車両用登坂性向上装置における第２の軌道との関係を示す説明図である。本発明の第２の実施の形態を示す要部説明図である。

符号の説明

１０鉄道車両用登坂性向上装置１１軌道レール
１２車輪１３駆動手段
１４第２の軌道１４ａフランジ部
１５接触圧増加手段１６車軸
１７台車枠１８軸箱
１９軸バネ２０支持バネ
２１引き下げローラ（転動体）２２左右支持ローラ
２３アクチュエータ２４補助駆動手段

Claims

軌道レール上を転動する車輪と、
前記車輪を駆動する駆動手段と、
前記軌道レールに沿って配設されたフランジ部を有する第２の軌道と、
前記第２の軌道に接触し前記軌道レールと車輪との接触圧を増加させる接触圧増加手段を設けたことを特徴とする鉄道車両用登坂性向上装置。
前記接触圧増加手段は、接触圧を調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用登坂性向上装置。
前記接触圧増加手段は、前記第２の軌道のフランジ部を転動する転動体を有することを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両用登坂性向上装置。
前記第２の軌道は、軌道レールの急勾配部に設置されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載の鉄道車両用登坂性向上装置。
軌道レール上を転動する車輪と、前記車輪を駆動する駆動手段と、前記軌道レール側に配設されたフランジ部を有する第２の軌道と、前記第２の軌道のフランジ部に転動体で接触して前記軌道レールと車輪との接触圧を増加させる接触圧増加手段と、前記転動体を駆動する補助駆動手段とを備えたことを特徴とする鉄道車両用登坂性向上装置。
前記転動体は、フランジ部の下面と接触することを特徴とする請求項５に記載の鉄道車両用登坂性向上装置。
前記転動体は、フランジ部との接触圧を調整する調圧手段を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の鉄道車両用登坂性向上装置。