JP2007022513A - 列車の浮上及び脱線防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 地震発生時に台車に設けた係合ホイールをレールの頭部裏面側に位置させることで、係合ホイールと車輪でレールの頭部を挟み、これによって台車がレールから浮き上がらないようにし、車両をレールに結合することで、高速で走行する列車の場合でも脱線の発生を防ぐことができる列車の浮上及び脱線防止装置を提供する。
【解決手段】 車両における台車１の両側位置に、レールＡと直角方向に揺動自在となるエアシリンダ５と、このエアシリンダ５の下方に位置し、同じくレールＡと直角方向に揺動自在となる扁平な円盤状の回転ホイール１０を配置し、上下に位置するエアシリンダ５と回転ホイール１０を、エアシリンダ５の収縮状態で回転ホイール１０がレールＡの頭部上面に対して上部側方に位置し、エアシリンダ５の伸長状態で回転ホイール１０がレールＡの頭部裏面側に位置するように結合し、前記エアシリンダ５を列車の通常走行時は収縮させ、地震発生時に伸長させるようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、地震発生時の縦と前後左右の揺れにより、列車がレールから脱線するのを防止するための列車の浮上及び脱線防止装置に関する。

例えば、速度の速い新幹線の場合、中央司令室の早期地震検知システム（ユレダス）により、瞬時に地震発生の検出信号を列車に送り、非常ブレーキをかけると共に、送電を停止し、地震による脱線や転覆の発生を防ぐようにしている。

しかし、高速で走行する列車は、送電が停止され、非常ブレーキがかかっても、列車の高速慣性を停止させるまでには相当の距離と時間を要することになり、このため、列車が走行する状態で、地震が発生した場合、縦揺れから始まる横揺れがあっても、直線レール上は直線的に、カーブではカーブに沿って走行慣性があり、少しの間はレール上を走行し、瞬時には脱線しないと思われるが、地震の規模が大きいと車輪のフランジがレールの上面に乗り上げることで、脱線に至ることになる。

そこで、この発明の課題は、地震発生時、走行車に対し、早期地震検知システムにより、非常ブレーキや送電停止が瞬時に採られるが、同時に台車下部に取付けられたブラケット内にあるエアシリンダのピストンとその下部に設けた回転ホイールの揺動腕を接続し、また、エアシリンダの伸長により、回転ホイールがレールの頭部裏面側に入り、回転ホイールと車輪でレールの頭部を挟み、これによって台車がレールから浮き上がらないようにし、車両をレールに結合することで、高速で走行する列車の場合でも脱線の発生を防ぐことができると共に、レール側面の障害物や小突起物に衝突しても回転ホイールを外方に逃がすことができ、障害物や小突起を通過すると回転ホイールは元の位置に復帰することでレールに対して係合状態を継続して維持することができる列車の浮上及び脱線防止装置を提供することにある。

上記のような課題を解決するため、この発明は、車両における台車の両側位置に、レールと直角方向に揺動自在となるエアシリンダと、このエアシリンダの下方に位置し、同じくレールと直角方向に揺動自在となる揺動腕を配置し、この揺動腕の下端部に、扁平な円盤状の回転ホイールを、揺動腕が下方に回動してこの回転ホイールが水平姿勢になった状態でレールの頭部裏面側に係合するように可能に取付け、上下に位置する前記エアシリンダと揺動腕を、エアシリンダの収縮状態で回転ホイールがレールの頭部上面に対して上部側方に位置し、エアシリンダの伸長状態で回転ホイールの外周部がレールの頭部裏面側に結合するように結合し、前記エアシリンダを車両の通常走行時は収縮させ、地震発生時に伸長させるようにした構成を採用したものである。

また、上記揺動腕が、台車に設けたブラケットに支点となる一端側を枢止し、他端側を上記エアシリンダと枢止結合した主揺動腕と、この主揺動腕の一面側に重なるようにして、支点となる一端側を前記エアシリンダと枢止結合した副揺動腕とで形成され、この副揺動腕の一端側下端部に回転ホイールを垂直方向の軸で回転可能に取付け、前記主揺動腕と副揺動腕に、揺動腕の下方への回動時に回転ホイールを水平姿勢に保持するための位置決め手段と、副揺動腕に対して位置決め手段に常時作用する方向の回動弾性を付勢する弾性付与手段を設け、前記ブラケットに、回転ホイールの下降回動時にこの回転ホイールがレールの頭部上面に対して乗り上げた場合にこれを主揺動腕の角度変化によって検出し、エアシリンダを収縮させて再始動させるためのセンサを設けた構造とすることができる。

また、上記揺動腕に、列車の走行方向に揺動可能で常時中立位置に弾力的に保持された揺動アームを取付け、レールの近傍で回転ホイールに対する障害物の手前の位置に、列車の走行時にエアシリンダが伸長し、回転ホイールの外周部がレールの頭部裏面側に係合した状態で前記揺動アームの下端側が当接する当り棒を設置し、揺動アームがこの当り棒に当接して傾動したのをスイッチで検出し、前記エアシリンダを収縮させて回転ホイールをレールから離反させるようにした構造とすることができる。

更に、上記揺動腕における副揺動腕のエアシリンダ連結部と回転ホイールの間に可破壊部を設けるようにすることができる。

ここで、上記台車に対する脱線防止装置の取付けは、両側のレールに対して、回転ホイールが外側の側面に係合する配置とするのが好ましく、また、上記エアシリンダは、平常時は縮んでピストンで回転ホイールをレールよりも上方に引き上げ、地震発生に対し、エアシリンダは瞬時に伸長することで回転ホイールはレール頭部の裏側に挿入され、車輪とでレールの頭部を挟むことで列車の浮上を防ぐことになる。

上記回転ホイールは、扁平な円盤状に形成されているので、厚みが薄くなっており、このため、レールの側面下部にボルト等の突出部分があっても、これが障害物とならず、レール頭部の裏面側へ確実に挿入させることができ、レールに対して回転ホイールを係合させることができる。

また、台車と車体はボギー式のため、一車両前後二点として結ばれており、従って、縦と横の揺れに対し、台車以上に車体の振り幅は大きいので、脱線防止装置を車体の下部に設けるようにすればなおよい。

上記ブラケットに設けたセンサは、回転ホイールが下向きに回動したとき、レール頭部の裏面側に挿入できずにレールの上にあるとこれを主揺動腕で押されることによって検知し、信号を発するものであり、この信号はエア送気管の四方弁に送られ、即座にエアシリンダは収縮して回転ホイールを引き上げ、次いで、エアシリンダを伸長させて回転ホイールを下降させる動作を繰り返すことで、レール頭部の裏側に回転ホイールを確実に挿入させるものであり、このため、回転ホイールがレール上を走行することがない。

上記回転ホイールは、水平に回転可能で常時レールに接近する方向の回転弾性を付勢したので、レールの側面に継目板のような小突起物があってこれに接触した場合、レールの外方に逃げ、小突起を通過すると回転ホイールは元の位置に復帰することでレールに対して係合状態を継続して維持することになる。

また、ブラケットに取付けた副揺動腕の途中には、上方への引っ張り力には強いが、走行方向の衝撃に対して曲がりやすい又は折れやすいブレーカ溝による可破壊部を形成し、地震の時、ポイントやガイドレールに回転ホイールが当たった場合、可破壊部から副揺動腕が折れ、列車の走行に支障が発生しないようにしている。

この発明によると、地震発生時にエアシリンダが伸長し、回転ホイールをレールの頭部裏面側に挿入するようにしたので、地震発生時に回転ホイールと車輪でレールの頭部を挟み、これによって台車をレールから浮き上がらないようにすることができ、車両をレールに対して結合することで、高速で走行する列車の場合でも脱線の発生を防ぐことができる。

また、回転ホイールは、扁平な円盤状であるので、レールの側面に継目板やボルトのような小突起物があってもこれが障害物とならず、レール頭部の裏面側へ確実に挿入させることができ、レールに対して回転ホイールを正確に係合させることができる。

更に、回転ホイールをレール側面の障害物に対して外方に逃がすことで回転ホイールの破損を有効に防ぐことができ、しかも、障害物の通過後に回転ホイールは元の位置に復帰することでレールに対して係合状態に復帰し、台車をレールから浮き上がらないようにする状態を長く維持できる。

また、列車の通常走行時はエアシリンダを収縮させ、回転ホイールをレールの頭部上面に対して上部側方に位置させるので、線路にポイントや踏み切り、列車検出器、案内レール等が存在しても、列車の通常走行に全く支障を与えることがなく、既存の線路をそのまま使用して脱線防止を図ることができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図示のように、車両における２軸ボギー台車１の下部で、車輪間や車輪の前後の位置に、レールＡの幅方向に長く下縁がレールＡの上面に達しない程度のブラケット２をボルト３で固定し、このブラケット２の両側端部で両側レールＡの上部に位置する部分に、上端部が枢軸４でブラケット２に枢止され、この枢軸４を支点にレールＡと直角方向に揺動自在となるエアシリンダ５と、このエアシリンダ５の下方に位置し、基端がピン機構６でブラケット２に枢止され、ピン機構６を支点に同じくレールＡと直角方向に揺動自在となる揺動腕７を取付け、上下に位置するエアシリンダ５のピストンロッド５ａの下端と揺動腕７の先端側途中をピン機構８で結合し、エアシリンダ５の伸縮で揺動腕７がレールＡの長さ方向に対して直角方向に揺動するようになっている。

上記揺動腕７は、台車に設けたブラケット２に支点となる一端側をピン機構６で枢止し、他端側を上記エアシリンダ５とピン機構８で枢止結合して、ピン機構６を支点にレールＡと直角方向に揺動するようにした主揺動腕７ａと、この主揺動腕７ａに重なるようにして、支点となる一端側を前記エアシリンダ５とピン機構８で枢止結合し、ピン機構８を支点に、主揺動腕７ａに対してレールＡと直角方向に揺動するようにした副揺動腕７ｂとで形成され、この副揺動腕７ｂの一端側下端部に設けた筒状保持部９に、扁平な円盤状の回転ホイール１０を垂直方向の軸１１で回転可能に取付け、前記主揺動腕７ａと副揺動腕７ｂに、揺動腕７の下方への回動時に回転ホイール１０を水平姿勢に保持するための位置決め手段としてストッパーがあり、副揺動腕７ｂをストッパーに向けて引っ張る弾性付与手段が設けられている。

上記位置決め手段は、主揺動腕７ａの側面に副揺動腕７ｂの上縁が当接するよう設けたストッパー１２で形成され、また、弾性付与手段は、主揺動腕７ａと副揺動腕７ｂの他端側に張設したスプリング１３で形成され、副揺動腕７ｂに常時ストッパー１２に当接する弾性を付勢し、主揺動腕７ａはピン機構６を支点にレールＡと直角方向に揺動自在となり、また、主揺動腕７ａに取付けられた副揺動腕７ｂは、ピン機構８を支点にしてレールＡと直角方向に揺動自在となる。

上記副揺動腕７ｂの一端側下端部に軸１１で抜け止め状に取付けた回転ホイール１０は、エアシリンダ５の収縮状態でレールＡの頭部上面に対して上部側方に位置し（図１参照）、エアシリンダ５の伸長状態で回転ホイール１０がレールＡの頭部裏面側に位置する（図２参照）ようにし、前記エアシリンダ５は図１のように、列車の通常走行時は収縮させ、回転ホイール１０をレールＡの上面よりも上方に位置させるようにし、通常の走行に支障が生じないようにしている。

また、地震発生時に、エアシリンダ５を伸長させると、図２のように、回転ホイール１０がレールＡの側面で頭部裏面側に挿入され、回転ホイール１０と列車の車輪でレールＡの頭部を上下から挟み、これによって台車１がレールＡから浮き上がらないようにする。

上記ブラケット２には、回転ホイール１０の下降回動時に、この回転ホイール１０がレールＡの頭部上面に対して乗り上げた場合、主揺動腕７ａの突片１４が当接することによってこれを検出し、エアシリンダ５を収縮させて再始動させるためのセンサ１５が設けられている。

図３のように、上記センサ１５は、回転ホイール１０が下向きに回動したとき、レールＡの頭部の裏側に挿入できずにレールＡの上にあるとこれを検知して信号を発するものであり、この信号はエア送気管の切換え弁に送られ、即座にエアシリンダ５は収縮して回転ホイール１０を引き上げ、次いで、エアシリンダ５を伸長させて回転ホイール１０を下降させる動作を繰り返すことで、レールＡの頭部の裏面側に回転ホイール１０を確実に挿入させるものであり、このため、回転ホイール１０がレールＡ上を走行することがない。

図示のように、上記副揺動腕７ｂのエアシリンダ５の連結部と回転ホイール１０の間に、上下方向への引っ張り力には強いが、列車の走行方向の衝撃に対して曲がりやすい又は折れやすい薄肉厚の可破壊部１６を形成し、地震の時、ポイントやガイドレールに回転ホイール１０が当たった場合、副揺動腕７ｂの途中が可破壊部１６から折れ、列車の走行に支障が発生しないようにしている。

なお、上記台車１に対する回転ホイール１０の取付けは、両側のレールＡに対して、外側の側面に係合する配置にするのが好ましい。

図５は、列車の進行中において、回転ホイール１０がレールＡの頭部裏面側に入った場合に、ポイントやガイドレール等の障害物に回転ホイール１０が衝突するのを事前に回避するための構造を示し、主揺動腕７ａにおける回転ホイール１０側の端部に、列車の走行方向に途中の支点ボルト１７を中心に揺動可能となり、上端部両側の横揺れ防止スプリング１８で常時中立位置に弾力的に保持された揺動アーム１９を取付け、予め線路の障害物の手前の位置に、地面に打ち込まれた当り棒２０を設置し、揺動アーム１９がこの当り棒２０に当接して傾動したのをスイッチ２１で検出し、前記エアシリンダ５を収縮させて回転ホイール１０を引き上げ、レールＡから外側に離反させるようにしている。

このように、主揺動腕７ａに揺動アーム１９を取付け、線路における障害物の手前の位置に当り棒２０を設置しておけば、回転ホイール１０の外周部がレールＡの頭部裏面側に係合した状態で列車が走行するとき、障害物の手前で揺動アーム１９が当り棒２０に対して当接通過し、エアシリンダ５の収縮作動で回転ホイール１０がレールＡから外側に離反し、障害物への当接による回転ホイール１０の破損を防ぐことができ、エアシリンダ５は設定時間後に再び伸長して回転ホイール１０をレールＡの頭部裏面側に係合させることになる。

なお、列車の高速時におけるポイントや踏み切りの通過時間は、１〜２秒にすぎず、この時間の遅れでエアシリンダ５を伸長作動させれば、障害物の通過は支障なく行える。

また、図示省略したが、台車の前後に二台又はそれ以上の脱線防止装置を取付け、地震発生時に一つの脱線防止装置を作動させ、作動した脱線防止装置の副揺動腕７ｂが可破壊部１６から腕が折れると、予め設定した時間後に次の脱線防止装置を作動させ、レールＡに対する回転ホイール１０の係合が再度得られるようにすることができ、このような動作は、上記副揺動腕７ｂの可破壊部１６に近い位置に変位電気スイッチを設け、副揺動腕７ｂが破壊するとこれを変位電気スイッチで検出し、１〜２秒後に次の脱線防止装置に作動信号を送るようにすればよい。

この発明の脱線防止装置は、上記のような構成であり、列車の通常走行時は、図１に示すように、エアシリンダ５を収縮させ、回転ホイール１０をレールＡの頭部の上面に対して上部側方に位置させるので、線路にポイントや踏み切り、列車検出器、ガイドレール等が存在しても、列車の通常走行に全く支障を与えることがなく、既存の線路をそのまま使用して脱線防止を図ることができる。

また、地震が発生すると、通信手段による地震発生信号によって、図２の如く、エアシリンダ５は瞬時に伸長することで回転ホイール１０はレールＡの頭部の裏面側に挿入され、列車の車輪と回転ホイール１０でレールＡの頭部を上下から挟むことで列車の浮上を防ぎ、脱線の発生を防止することになる。

図３のように、センサ１５は、回転ホイール１０が下向きに回動したとき、レールＡの頭部の裏面側に挿入できずにレールＡの上にあると、これを主揺動腕７ａの角度変化による押圧により検知して信号を発するものであり、この信号はエア送気管の切換え弁に送られ、即座にエアシリンダ５は収縮して回転ホイール１０を引き上げ、次いで、エアシリンダ５を伸長させて回転ホイール１０を下降させる動作を繰り返すことで、レールＡの頭部裏側に回転ホイール１０を確実に挿入させるものであり、このため、回転ホイール１０がレールＡ上を走行することがない。

上記のように、回転ホイール１０がレールＡに係合した状態で、回転ホイール１０がレールＡの継目板Ｂのような小突起物に衝突すると、図４のように、回転ホイール１０は副揺動腕７ｂの揺動によりスプリング１３を伸長させて外方に逃げ、小突起物を通過するとレールＡへの係合位置に戻り、台車をレールＡから浮き上がらないようにする状態を長く維持できる。

なお、線路にポイントや踏み切り、列車検出器、ガイドレール等の障害物が存在する場合、図１乃至図４の例では、この障害物に回転ホイール１０が衝突することで、副揺動腕７ｂは途中の可破壊部１６から折れ、列車の走行に支障が発生しないようにしている。

また、図５の例では、線路における障害物の手前の位置に当り棒２０を設置しておけば、回転ホイール１０の外周部がレールＡの頭部裏面側に係合した状態で列車が走行するとき、障害物の手前で揺動アーム１９が当り棒２０に対して当接通過し、エアシリンダ５の収縮作動で回転ホイール１０がレールＡから外側に離反し、障害物への当接による回転ホイール１０の破損を防ぐことができ、エアシリンダ５は設定時間後に再び伸長して回転ホイール１０をレールＡの頭部裏面側に係合させることになる。

なお、台車１と車体はボギー式のため、一車両二点として結ばれており、従って、縦と横の揺れに対し、台車１以上に車体の振り幅は大きいので、脱線防止装置を車体の下部に設けるようにすればなおよい。

また、新幹線のような高速車両だけでなく、一般の通常列車においても取付けることができ、地震や衝突がある場合、通信手段によるか、あるいは、運転手の感覚や気転により、非常ブレーキをかけると、自動的に同調してエアシリンダ５は伸長し、回転ホイール１０をレールＡの頭部裏面側に係合させて脱線を防止する装置である。

脱線防止装置の通常の状態を示す正面図 脱線防止装置の地震発生時の状態を示す正面図 脱線防止装置におけるセンサの働きを示す正面図 脱線防止装置の回転ホイールがレール継目板のような小突起物を回避している状態を示す正面図 （ａ）は脱線防止装置の他の例を示す要部の正面図、（ｂ）は同側面図

符号の説明

１ 台車
２ ブラケット
３ ボルト
４ 枢軸
５ エアシリンダ
６ ピン機構
７ 揺動腕
８ ピン機構
９ 筒状保持部
１０ 回転ホイール
１１ 軸
１２ ストッパー
１３ スプリング
１４ 突片
１５ センサ
１６ 可破壊部
１７ 支点ボルト
１８ 横揺れ防止スプリング
１９ 揺動アーム
２０ 当り棒
２１ スイッチ
Ａ レール
Ｂ 継目板

Claims (4)

1. 車両における台車の両側位置に、レールと直角方向に揺動自在となるエアシリンダと、このエアシリンダの下方に位置し、同じくレールと直角方向に揺動自在となる揺動腕を配置し、この揺動腕の下端部に、扁平な円盤状の回転ホイールを、揺動腕が下方に回動してこの回転ホイールが水平姿勢になった状態でレールの頭部裏面側に係合するように可能に取付け、上下に位置する前記エアシリンダと揺動腕を、エアシリンダの収縮状態で回転ホイールがレールの頭部上面に対して上部側方に位置し、エアシリンダの伸長状態で回転ホイールの外周部がレールの頭部裏面側に結合するように結合し、前記エアシリンダを車両の通常走行時は収縮させ、地震発生時に伸長させるようにした列車の浮上及び脱線防止装置。
2. 上記揺動腕が、台車に設けたブラケットに支点となる一端側を枢止し、他端側を上記エアシリンダと枢止結合した主揺動腕と、この主揺動腕の一面側に重なるようにして、支点となる一端側を前記エアシリンダと枢止結合した副揺動腕とで形成され、この副揺動腕の一端側下端部に回転ホイールを垂直方向の軸で回転可能に取付け、前記主揺動腕と副揺動腕に、揺動腕の下方への回動時に回転ホイールを水平姿勢に保持するための位置決め手段と、副揺動腕に対して位置決め手段に常時作用する方向の回動弾性を付勢する弾性付与手段を設け、前記ブラケットに、回転ホイールの下降回動時にこの回転ホイールがレールの頭部上面に対して乗り上げた場合にこれを主揺動腕の角度変化によって検出し、エアシリンダを収縮させて再始動させるためのセンサを設けた請求項１に記載の列車の浮上及び脱線防止装置。
3. 上記揺動腕に、列車の走行方向に揺動可能で常時中立位置に弾力的に保持された揺動アームを取付け、レールの近傍で回転ホイールに対する障害物の手前の位置に、列車の走行時にエアシリンダが伸長し、回転ホイールの外周部がレールの頭部裏面側に係合した状態で前記揺動アームの下端側が当接する当り棒を設置し、揺動アームがこの当り棒に当接して傾動したのをスイッチで検出し、前記エアシリンダを収縮させて回転ホイールをレールから離反させるようにした請求項１又は２に記載の列車の浮上及び脱線防止装置。
4. 上記揺動腕における副揺動腕のエアシリンダ連結部と回転ホイールの間に可破壊部を設けた請求項１乃至３に記載の列車の浮上及び脱線防止装置。

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