JP2007145073A - 先頭屋根に門型取っ手を備えた高速鉄道先頭車両 - Google Patents

Abstract

【課題】
先頭屋根に門型取っ手を備えた高速鉄道先頭車両について、往路走行及び復路走行のいずれでも上記門型取っ手による空気抵抗を可及的に低減して、騒音を抑制できるように、上記門型取っ手の形状構造を工夫すること。
【解決手段】
高速鉄道先頭車両の先頭屋根に設けた門型の取っ手で、前後の脚１ａ，１ａの間の横方向部１ｂを車両前後方向と平行状態で、脚１ａ，１ａが先頭屋根構造物に固定されている取っ手について、前後脚の横断面形状が前後方向に長い長円形状であり、前後の脚の間の横方向部が断面円形であり、その直径が上記脚の断面形状の短径と等しいこと。
【選択図】図２

Description

この発明は高速鉄道車両の先頭屋根に設けられた取っ手の構造に関するものであり、上記取っ手が高速空気流を切ることによって生じる騒音を低減することができるものである。

いわゆる新幹線等の超高速鉄道先頭車両の先頭屋根は流線形状をしており、このような先頭車両が１列車の前端、後端に連結されている。そして、先頭車両の先頭屋根に上って清掃、前面ガラス板の交換などの種々の作業をする場合の作業者の安全確保のため、門型の取っ手１（図１参照）が先頭車両の先頭屋根に１〜３つ設けられている。この取っ手１は、前面ガラス板２の上端直近に配置され、取り付け板３を介して屋根構造物４に固定されている（図１、図２（ａ）参照）。

以上は先頭屋根構造一般であるが、従来技術における取っ手１０（図４（ａ）参照）は、丸棒を曲げた門型のもので、前後の脚１０ａ、１０ａの間の横方向部１０ｂが前後方向（走行風の流れ方向と同じ）に平行である。この取っ手は作業者が手を掛けたり、あるいは命綱を引っ掛ける等のために用いられるが、先頭車両の先頭屋根表面から上方に突出していて、当該先頭屋根表面に沿って流れる高速空気流が脚１０ａ，１０ａに衝突する。これが騒音発生の一因となる。
この取っ手による空気抵抗を低減するために、取っ手の高さをできるだけ低くする等の工夫をしている。

なお、図４（ａ）の従来技術における取っ手１０は、負荷容量が１００ｋｇ以上で、一般的にはアルミニウム合金製の鋳造品であり、屋根構造物４に溶接又はボルト接合して固定されている。
図４（ｂ）の門型取っ手は、従来技術における他の形状のものであり、門型の前後の角を傾斜部にしているものである。

ところで、いわゆる新幹線等の高速鉄道車両の外面に設けた種々の取っ手について、取っ手による空気抵抗の低減等を課題とし、取っ手を折り畳んで車両外面のくぼみに収納することで、高速鉄道車両の外面から突出しないようにしたものがある（特許第３５２５２９１号）。このものは、取っ手が上記窪みに折り込まれるように、これを折り込み方向にばねで付勢しているものである。この公知技術を先頭車両の先頭屋根の取っ手に適用すれば、上記窪みのために表面の平滑さが幾分損なわれることはあるとしても、当該取っ手による風圧は低減される。この構成は、取っ手を折り込み自在にしかも安定的なものにすることが必要であり、また、折り込む窪みを上記先頭屋根の表面に設けなければならず、さらに、取っ手を使う度にこれを窪みから引き出す必要があるなどの問題がある。

上記の折り込み式と同様な発想によるものとして押し込み式のものが想定される（ただし、従来例は見当たらない）。これは取っ手を出し入れ自在に屋根に設け、使用しないときは屋根に設けた窪みに押し込んで収納し、使用するときに引き出すものである。このものについても、折り込み式のものと同様の問題がある。

他方、折り込み方式や押し込み式によらずに、取っ手の形状を工夫することで空気抵抗を低減し、騒音を可及的に小さくできることが常識的に予想され、上記の折り込みによるものに比して構成が簡単であり、コストも低い。しかし、高速鉄道車両の場合は、先頭車両の表面に沿って流れる空気流の方向が、往路走行と復路走行とで反対になり、先端から後方に向かう空気流と後方から先端に向かう空気流の取っ手に対する作用が異なる。すなわち、先頭車両の先頭屋根の形状は往路走行時の先端から後方への空気流の乱れが極力低減されるように工夫されていて、空気流は取っ手の脚１０ａに正面から衝突する。

ところが、復路走行時は、先頭屋根の上面を後方から先端に向かって真っ直ぐに空気が流れるわけではなく、進行方向に対して若干斜めに流れるので、この空気流が取っ手の脚１０ａに対して前後方向斜めの方向に衝突することになり、このために、往路走行と復路走行とで空気抵抗が違うことになる。
以上のように往路走行と復路走行とで空気抵抗が違うので、仮に、取っ手の空気抵抗低減効果が往路走行で高くても、復路走行で空気抵抗低減効果が低ければ、全体として、空気抵抗低減効果は高くないことになる。
特許第３５２５２９１号公報

そこで、この発明は、先頭屋根に門型取っ手を備えた高速鉄道先頭車両について、往路走行及び復路走行のいずれでも上記門型取っ手による空気抵抗を可及的に低減して、騒音を抑制できるように、上記門型取っ手の形状構造を工夫することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために採用した構成は、高速鉄道先頭車両の先頭屋根に設けた門型の取っ手で、前後の脚１ａ，１ａの間の横方向部１ｂを車両前後方向と平行状態で、脚１ａ，１ａが先頭屋根構造物に固定されている取っ手について、前後脚の横断面形状が前後方向に長い長円形状であり、前後の脚の間の横方向部の縦断面形状が円形またはほぼ円形であり、その横方向径が上記脚の断面形状の短径と等しいことである。

門型の取っ手の脚の横断面面積の下限は、当該脚の曲げ強度の確保、先頭屋根構造物への固定強度の確保等から自ずと制約がある。そして脚はその横断面形状が長円形であるから、前後方向からの空気流に対する抵抗が断面が円形の場合に比して小さく、空気流を攪乱させる効果が小さい。後端の先頭屋根に沿って後方に流れる高速空気流は、必ずしも真っ直ぐに前後方向とは限られず、このため上記取っ手に対する方向が安定しない。そして、高速空気流が取っ手に対して斜めに衝突するとき、脚が長円形であるから、断面形状が流線形のものに比して空気抵抗は小さく、空気流を攪乱させる効果も小さい。その理由の概略は、次のとおりである。すなわち、完全な翼型の場合は、斜め方向から風を受けるとき抵抗乱れが著しく大きくなるが、長円形の場合は、翼型の場合に比して抵抗乱れが大きくならないのである。

なお、断面長円形の棒材の空気抵抗の一般的特性は、図３に示すとおりであり、断面形状の長径ｃ／短径ｔが大きくなるにつれて空気抵抗が急激に低下し、ｃ／ｔが６以上で、ほぼ一定である。図３における曲線ａ）は、流速が一定の低速状態（ｓｕｂｃｒｉｔｉｃａｌ状態）での特性を示しており、曲線ｂ）は一定の高速状態（ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ状態）での特性を示している。
また、前後の脚１ａ，１ａの間の横方向部１ｂは断面形状が円形またはほぼ円形で、その横方向径は脚の横方向断面の短径（前後方向に対して直角方向の径）とほぼ等しいから、前後方向空気流に対する抵抗は極めて小さい。また、縦断面形状が円形またはほぼ円形であるから、横方向部１ｂの下面隙間を必要最小限（作業者が握るという動作、命綱の金具を引っ掛けるという動作などのために必要な最小限の下面隙間）にするとき、横方向部の上端の高さが低く抑えられるので、この横方向部による高速空気流に対する抵抗が可及的に抑制される。

〔実施態様１〕
実施態様１は、解決手段における門型取っ手の素材がアルミニウム合金の鋳造品（ダイキャスト品）であることである。
〔実施態様２〕
実施態様２は、実施態様１における門型取っ手の脚の横断面形状の長径Ｄが７．５ｍｍ〜３０ｍｍ，で、長径Ｄと短径ｄとの比Ｄ／ｄが２．０〜４．０であることである。

〔作用〕
上記の長径Ｄが「７．５ｍｍ〜３０ｍｍ」は、取っ手がアルミニウム合金の鋳造品であるとき、取っ手の負荷容量１００ｋｇを確保しながら、脚をできるだけ細くするのに適した実用上の数値である。
また、Ｄ／ｄが「２．０〜４．０」であることは、往路走行における上記取っ手の空気抵抗と復路走行における上記取っ手の空気抵抗の和が最小になる範囲である。

次いで、図１、図２等を参照しながら実施例を説明する。
先頭屋根構造は図１に示すとおりで、前記のとおりである。
この実施例の取っ手１はアルミニウム合金製の鋳造品であり、その取り付け構造は従来例と違いはない。
この取っ手の取り付け高さは、取り付け板３の表面から６０ｍｍで、前後の脚１ａの断面形状は図２（ｂ）に示すとおりの長円形であり、その前後方向長さ（長径）ｃは３０ｍｍ、短径ｔは１５ｍｍである。また、横方向部１ｂの縦断面形状は図２（ｃ）のとおりであり、内側部分（ｘ）と外側部分（ｙ）が合わさった形状であり、その内側部分（ｘ）は直径が上記短径ｔと等しい１５ｍｍの円形状の半分、その外側部分（ｙ）は短径１５ｍｍ、長径３０ｍｍの楕円形状の半分である。そして、脚１ａの横断面の面積は２６５ｍｍ^２であり、直径１８．４ｍｍの円形断面形状のもの（以下これを「比較例」という）とほぼ等しく、負荷容量もこれとほぼ等しい。
なお、脚１ａの端面中央に断面が円形の突出部１ｃ（直径１５ｍｍ）が突設されており、従来例と同様に、取り付け板３の孔に嵌め込まれ、溶接して取り付け板３に固定されている。

は、高速鉄道車両の先頭屋根の要部平面図である。 （ａ）は、実施例のＸ−Ｘ断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。 は、断面形状が長円形のもの断面形状と空気抵抗と相関を示す特性グラフである。 は、従来の門型取っ手の側面図である。

符号の説明

１：門型取っ手
１ａ：門型取っ手の脚
１ｂ：門型取っ手の横方向部
２：先頭屋根の前面ガラス板
３：取り付け板
４：先頭屋根の構造物
ｔ：門型取っ手の脚の断面長円形状における短径
ｃ：門型取っ手の脚の断面長円形状における長径

Claims (2)

1. 先頭屋根に門型の取っ手を備えた高速鉄道先頭車両において、
   上記取っ手の前後脚１ａ，１ａが、その間の横方向部１ｂを車両前後方向と平行状態にして先頭屋根構造に固定されているものであって、上記前後脚の横断面形状が前後方向に長い長円形状であり、前後脚の間の横方向部の縦断面形状が円形またはほぼ円形であり、その横方向径が上記脚の断面形状の短径と等しい高速鉄道の先頭車両。
2. 素材がアルミニウム合金の鋳造品（ダイキャスト品）である門型取っ手であり、上記取っ手の脚の横断面形状の長径Ｄが７．５ｍｍ〜３０ｍｍで、長径Ｄと短径ｄとの比Ｄ／ｄが２．０〜４．０である、請求項１の高速鉄道の先頭車両。

Images