JP2008049907A - Vehicle body supporting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車体支持装置に係り、特に、車両の台車と車体との間に設けられる流体圧シリンダを含む車体支持装置に関する。 The present invention relates to a vehicle body support device, and more particularly, to a vehicle body support device including a fluid pressure cylinder provided between a vehicle carriage and a vehicle body.
都市交通あるいは高速大量輸送手段としての軌道車両において、快適な乗心地の確保のために空気ばね又はコイルばねによって車体を台車上に支持する構造が広く用いられる。この場合、空気ばね又はコイルばねに対し常時車体重量が加わるので、車体の縦方向変位に対する支持力を最適化することができる。これに対し、車体の横方向の変位に対しては空気ばね又はコイルばねの横方向剛性が不足し、例えば車両が高速で曲線路を通過する際の車両の横方向変位を、空気ばね又はコイルばねのみで支えることが困難である。 2. Description of the Related Art In track vehicles as urban traffic or high-speed mass transportation means, a structure in which a vehicle body is supported on a carriage by an air spring or a coil spring is widely used to ensure a comfortable riding comfort. In this case, since the weight of the vehicle body is always applied to the air spring or the coil spring, the support force against the longitudinal displacement of the vehicle body can be optimized. On the other hand, the lateral stiffness of the air spring or coil spring is insufficient with respect to the lateral displacement of the vehicle body. For example, the lateral displacement of the vehicle when the vehicle passes through a curved road at a high speed It is difficult to support only with a spring.
そこで、台車と車体との間にストッパゴムを設け、車体の一定以上の横方向変位を抑制することが行われる。また、台車と車体との間に空気シリンダを設け、横方向変位に応じて車体を中心位置に引き戻すことが行われる。 Therefore, a stopper rubber is provided between the carriage and the vehicle body to suppress lateral displacement of the vehicle body beyond a certain level. Further, an air cylinder is provided between the carriage and the vehicle body, and the vehicle body is pulled back to the center position according to the lateral displacement.
例えば、特許文献1には、車両の台車と車体との間に車体の横変位に対して横方向剛性を生じさせる車体支持装置として、空気シリンダと、空気シリンダの左右シリンダ室に一定の空気圧を供給する案内弁と、横方向変位を案内弁にフィードバックするための機械的フィードバック系とを有する構成が開示されている。ここで、機械的フィードバック系は、空気シリンダのピストンに接続されたアームによって横方向に押されるスライド筒と、スライド筒内を移動可能な押し駒と、スライド筒内で押し駒を左方向に付勢するスプリングとを含む。そして、押し駒は案内弁のスプールを押すことができるように接触しており、押し駒の左方向の移動と、スライド筒の右方向の移動を規制するストッパのため、案内弁のスプールの移動範囲はアームの移動範囲よりも少なく規制される。これによって案内弁を小型にできることが述べられている。
For example,
なお、振り子車両において車体を支持する振り子梁を強制的に傾斜させるための空気圧シリンダの例であるが、特許文献2には、空気圧の導入によって伸縮する空気圧シリンダにおいて、その伸縮を検出する変位センサを内蔵する構成が開示されている。ここでは、磁歪線が内蔵されるセンサロッドを空気圧シリンダの端板から内部に軸方向に延ばして設け、ピストンに固定された永久磁石によって磁歪線を進む信号が跳ね返されることを利用して、端板からのピストンの位置を検出することが述べられている。なお、このピストンの位置に応じて精密に空気圧シリンダに供給する空気圧を制御するため、コイルと永久磁石を用いる駆動機構を有する空気圧サーボ弁が用いられる。
An example of a pneumatic cylinder for forcibly inclining a pendulum beam that supports a vehicle body in a pendulum vehicle is disclosed in
上記のように、横方向変位に応じて車体を中心位置に引き戻すために台車と車体との間に設けられる流体圧シリンダは、センタリングシリンダと呼ばれる。そしてセンタリングシリンダは横方向変位に応じて作動させるために、横方向変位のフィードバックが行われる。特許文献1においては、フィードバック系としては電気系を伴わない簡明な機械的フィードバック系が用いられるが、空気シリンダと案内弁と機械的フィードバック系の要素が組み合わされて全体が構成されるため、複雑な構成となっている。特許文献2は、センサが空気圧シリンダに内蔵されているが、電気的フィードバック系を用いて精密に空気圧を制御して振り子を傾斜させるものであり、車体を単に引き戻すセンタリングシリンダの例ではない。
As described above, the fluid pressure cylinder provided between the carriage and the vehicle body in order to return the vehicle body to the center position according to the lateral displacement is called a centering cylinder. In order to operate the centering cylinder in accordance with the lateral displacement, feedback of the lateral displacement is performed. In
本発明の目的は、機械的フィードバックを用いるセンタリングシリンダにおいて、各要素をコンパクトにまとめることが可能となる車体支持装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a vehicle body support device capable of compactly collecting each element in a centering cylinder using mechanical feedback.
本発明に係る車体支持装置は、車両の車体側又は台車側のいずれか一方側に接続されたシリンダ筐体と、車両の車体側又は台車側の他方側に接続されたピストン部とを有する流体圧シリンダと、流体圧シリンダのピストン部をスリーブとし、シリンダ筐体に固定されスリーブの中を相対的に移動可能なスプールを有し、車両が横方向移動することによって生じるスリーブに対するスプールの移動方向に応じて流体圧シリンダの伸縮方向を切り換える制御切換弁と、を有することを特徴とする。 A vehicle body support device according to the present invention includes a cylinder housing connected to either the vehicle body side or the trolley side of a vehicle and a piston portion connected to the other side of the vehicle body side or the trolley side of the vehicle. The pressure cylinder and the piston part of the fluid pressure cylinder are used as a sleeve, and have a spool fixed to the cylinder housing and relatively movable in the sleeve. The direction of movement of the spool relative to the sleeve caused by the lateral movement of the vehicle And a control switching valve for switching the expansion / contraction direction of the fluid pressure cylinder according to the above.
また、本発明に係る車体支持装置において、シリンダ筐体とピストン部のピストンヘッドとで仕切られる2つの気体室をヘッド側気体室及びロッド側気体室とし、ヘッド側気体室及びロッド側気体室にそれぞれ制御気体圧が供給され、制御切換弁は、スリーブとスプールの協働により、車両の横方向移動方向がロッド側気体室からヘッド側気体室の方向であるとき、ロッド側気体室を大気開放し、流体圧シリンダをロッド側気体室の方向に伸長させ、車両の横方向移動方向がヘッド側気体室からロッド側気体室の方向であるとき、ヘッド側気体室を大気開放し、流体圧シリンダをヘッド側気体室の方向に伸長させることが好ましい。 Further, in the vehicle body support device according to the present invention, the two gas chambers partitioned by the cylinder housing and the piston head of the piston portion are defined as a head side gas chamber and a rod side gas chamber, and the head side gas chamber and the rod side gas chamber are provided. Each control gas pressure is supplied, and the control switching valve opens the rod side gas chamber to the atmosphere when the lateral movement direction of the vehicle is from the rod side gas chamber to the head side gas chamber by the cooperation of the sleeve and the spool. The fluid pressure cylinder is extended in the direction of the rod side gas chamber. When the lateral movement direction of the vehicle is from the head side gas chamber to the rod side gas chamber, the head side gas chamber is opened to the atmosphere, and the fluid pressure cylinder Is preferably extended in the direction of the head-side gas chamber.
また、本発明に係る車体支持装置において、制御切換弁は、スリーブとスプールとの相対位置関係が中立位置にあるときは、ロッド側気体室もヘッド側気体室も共に大気開放せず、スプールがスリーブに対し中立位置より所定の制御切換距離を移動したときにロッド側気体室又はヘッド側気体室を大気開放することが好ましい。 In the vehicle support device according to the present invention, when the relative positional relationship between the sleeve and the spool is in the neutral position, the rod-side gas chamber and the head-side gas chamber do not release the atmosphere to the control switching valve. The rod-side gas chamber or the head-side gas chamber is preferably opened to the atmosphere when a predetermined control switching distance is moved from the neutral position with respect to the sleeve.
また、本発明に係る車体支持装置において、スリーブとスプールとの相対位置関係が中立位置にあるとき、ロッド側気体室とヘッド側気体室とを連通させ、スプールがスリーブに対し中立位置より所定の連通切換距離を移動したとき、ロッド側気体室とヘッド側気体室との間の連通を止める連通切換弁を有することが好ましい。 Further, in the vehicle body support device according to the present invention, when the relative positional relationship between the sleeve and the spool is in the neutral position, the rod-side gas chamber and the head-side gas chamber communicate with each other, and the spool is in a predetermined position from the neutral position with respect to the sleeve. It is preferable to have a communication switching valve that stops communication between the rod side gas chamber and the head side gas chamber when the communication switching distance is moved.
また、本発明に係る車体支持装置において、連通切換弁のためにスリーブに設けられる連通切換溝は、制御切換弁のためにスリーブに設けられる制御切換溝と異なる周方向位置に設けられることが好ましい。また、連通切換弁は、連通と共に大気開放することが好ましい。 Further, in the vehicle body support device according to the present invention, the communication switching groove provided in the sleeve for the communication switching valve is preferably provided at a circumferential position different from the control switching groove provided in the sleeve for the control switching valve. . The communication switching valve is preferably opened to the atmosphere together with the communication.
上記構成により、車両の車体側と台車側の間に設けられた流体圧シリンダのピストン部をスリーブとし、シリンダ筐体に固定されスリーブの中を相対的に移動可能なスプールを有し、車両が横方向移動することによって生じるスリーブに対するスプールの移動方向に応じて流体圧シリンダの伸縮方向を切り換える制御切換弁を有する。このように車両の横方向移動によって相対的に移動するスプールとスリーブから構成される制御切換弁を流体圧シリンダの内部に内蔵する構造としたので、機械的フィードバックを用いて、各要素をコンパクトにまとめられる。 With the above configuration, the piston portion of the fluid pressure cylinder provided between the vehicle body side and the carriage side of the vehicle is used as a sleeve, and the spool is fixed to the cylinder housing and relatively movable in the sleeve. A control switching valve is provided for switching the expansion / contraction direction of the fluid pressure cylinder in accordance with the moving direction of the spool relative to the sleeve generated by the lateral movement. As described above, since the control switching valve composed of the spool and the sleeve that move relatively by the lateral movement of the vehicle is built in the fluid pressure cylinder, each element is made compact by using mechanical feedback. It is put together.
また、流体圧シリンダのヘッド側気体室及びロッド側気体室にそれぞれ制御気体圧を供給し、制御切換弁によって、車両の横方向移動方向がロッド側気体室からヘッド側気体室の方向であるとき、ロッド側気体室を大気開放することで流体圧シリンダをロッド側気体室の方向に伸長させる。逆に、車両の横方向移動方向がヘッド側気体室からロッド側気体室の方向であるとき、ヘッド側気体室を大気開放することで流体圧シリンダをヘッド側気体室の方向に伸長させる。このように、機械的フィードバックを用いて、横方向移動する車両を中心位置に引き戻すことができる。 Further, when the control gas pressure is supplied to the head side gas chamber and the rod side gas chamber of the fluid pressure cylinder, respectively, and the lateral movement direction of the vehicle is from the rod side gas chamber to the head side gas chamber by the control switching valve. The fluid pressure cylinder is extended in the direction of the rod side gas chamber by opening the rod side gas chamber to the atmosphere. Conversely, when the lateral movement direction of the vehicle is from the head side gas chamber to the rod side gas chamber, the fluid pressure cylinder is extended in the direction of the head side gas chamber by opening the head side gas chamber to the atmosphere. In this way, the laterally moving vehicle can be pulled back to the center position using mechanical feedback.
また、車両が中立位置にあり、スリーブとスプールとの相対位置関係が中立位置にあるときは、ロッド側気体室もヘッド側気体室も共に大気開放せず、スプールがスリーブに対し中立位置より所定の制御切換距離を移動したときにロッド側気体室又はヘッド側気体室を大気開放することとするので、車両が中立位置から所定の制御切換距離の範囲を超えて横方向移動したときに、流体圧シリンダの引き戻し推力が本格的に作動する。これによって、中立位置付近における流体圧シリンダの細かな左右引き戻しを防止できる。 Further, when the vehicle is in the neutral position and the relative positional relationship between the sleeve and the spool is in the neutral position, neither the rod-side gas chamber nor the head-side gas chamber is released to the atmosphere, and the spool is predetermined from the neutral position with respect to the sleeve. The rod side gas chamber or head side gas chamber is opened to the atmosphere when the control switching distance is moved, so that when the vehicle moves laterally beyond the predetermined control switching distance from the neutral position, the fluid The pull-back thrust of the pressure cylinder operates in earnest. As a result, it is possible to prevent the fluid pressure cylinder from being pulled back left and right in the vicinity of the neutral position.
また、連通切換弁を設け、車両が中立位置にあり、スリーブとスプールとの相対位置関係が中立位置にあるとき、ロッド側気体室とヘッド側気体室とを連通させ、スプールがスリーブに対し中立位置より所定の連通切換距離を移動したとき、ロッド側気体室とヘッド側気体室との間の連通を止めるので、中立位置から所定の連通切換距離の範囲では車両を引き戻す推力を発生しない。したがって、中立位置でありながら、ロッド側気体室とヘッド側気体室との間の釣り合いの不平衡によって発生するオフセット推力の発生を抑制することができる。 In addition, a communication switching valve is provided so that when the vehicle is in the neutral position and the relative positional relationship between the sleeve and the spool is in the neutral position, the rod side gas chamber and the head side gas chamber communicate with each other, and the spool is neutral with respect to the sleeve. When the predetermined communication switching distance is moved from the position, the communication between the rod side gas chamber and the head side gas chamber is stopped, so that no thrust force for pulling back the vehicle is generated in the range of the predetermined communication switching distance from the neutral position. Accordingly, it is possible to suppress the generation of the offset thrust generated due to the imbalance in the balance between the rod side gas chamber and the head side gas chamber, while being in the neutral position.
また、連通切換弁のためにスリーブに設けられる連通切換溝は、制御切換弁のためにスリーブに設けられる制御切換溝と異なる周方向位置に設けられるので、同じスリーブを用いて連通切換と制御切換とを行うことができる。 Further, the communication switching groove provided in the sleeve for the communication switching valve is provided at a different circumferential position from the control switching groove provided in the sleeve for the control switching valve. And can be done.
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。なお、以下において、車体支持装置に用いられる流体を気体として説明する。ここで気体としては空気、窒素、不活性ガス等を用いることができる。もちろん、場合によっては、気体以外の流体、例えば油、水等を用いるものとしてもよい。したがって、以下では、車体支持装置を構成する流体圧シリンダを気体圧サーボシリンダとして説明するが、もちろん、気体以外の流体を用いる場合にも本発明が適用できる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the fluid used in the vehicle body support device will be described as a gas. Here, air, nitrogen, inert gas, or the like can be used as the gas. Of course, in some cases, a fluid other than a gas, such as oil or water, may be used. Therefore, in the following description, the fluid pressure cylinder constituting the vehicle body support apparatus will be described as a gas pressure servo cylinder. However, the present invention can be applied to the case of using a fluid other than gas.
また、車体支持装置が適用される軌道車両としては、1次ばねとしてのコイルばねが台車部と車軸との間に設けられ、2次ばねとしての空気ばねが台車部と車体部との間に設けられる構造のものとして説明するが、これ以外のばね構造、例えば、板ばね等のばねを用いてもよく、またこれ以外のばねの取り付け位置であってもよい。また、車両として、車体部を支持する振り子はりと傾斜手段を通じて振り子はりを傾斜可能にレール上で支持する台車部とを備える振り子車両であってもよい。 Moreover, as a track vehicle to which the vehicle body support device is applied, a coil spring as a primary spring is provided between the carriage portion and the axle, and an air spring as a secondary spring is provided between the carriage portion and the vehicle body portion. Although it demonstrates as a thing of the structure provided, springs other than this, for example, springs, such as a leaf | plate spring, may be used, and the attachment position of other springs may be sufficient. Further, the vehicle may be a pendulum vehicle including a pendulum beam that supports the vehicle body portion and a cart portion that supports the pendulum beam on the rail so that the pendulum beam can be tilted through the tilting means.
また、車体支持装置が設けられる車両上の位置としては、台車部と車体部との間の空間とし、特に気体圧シリンダのシリンダ筐体が台車部に、ピストンロッドが車体部に接続される構成として説明するが、これ以外の配置構成であってもよい。たとえば、気体圧シリンダのシリンダ筐体が車体部に、ピストンロッドが台車部に接続される構成であってもよい。すなわち、車両の車体側又は台車側のいずれか一方側にシリンダ筐体が接続され、車両の車体側又は台車側の他方側にピストン部、特にピストンロッドが接続される配置構成であればよい。なお、上記のように、台車部とは、車両の1次ばねより上方の台車枠等の台車構造の部分を指し、車体部とは、車両の2次ばねより上方の車体又はボルスタの構造部分を指している。 Further, the position on the vehicle where the vehicle body support device is provided is a space between the carriage portion and the vehicle body portion, and in particular, a structure in which the cylinder housing of the gas pressure cylinder is connected to the carriage portion and the piston rod is connected to the vehicle body portion. However, other arrangements may be used. For example, the cylinder housing of the gas pressure cylinder may be connected to the vehicle body portion, and the piston rod may be connected to the carriage portion. That is, any arrangement configuration in which the cylinder housing is connected to either the vehicle body side or the trolley side of the vehicle and the piston portion, particularly the piston rod, is connected to the other side of the vehicle body side or the trolley side of the vehicle. As described above, the trolley portion refers to a portion of the trolley structure such as a trolley frame above the primary spring of the vehicle, and the vehicle body portion refers to the structural portion of the vehicle body or bolster above the secondary spring of the vehicle. Pointing.
図1は、本発明に係る車体支持装置40が適用される車両10の構成図である。車両10は、車体部12と、台車部14と、車体部12と台車部14との間に設けられた2次ばねとしての空気ばね16と、車体部12に取り付けられた中心ピン18とを備える。また、車両10は、車輪20を支持する車軸と、車軸と台車部14との間に設けられた1次ばねとしてのコイルばね22を備える。車輪20はレール24の上を走行可能である。そして、車体部12と一体の中心ピン18と台車部14との間に、車体部12の横方向変位を引き戻すためのセンタリングシリンダとしての車体支持装置40と、車体部12の横方向変位等を吸収する機能を有するダンパ26とを備える。また、車体部12の横方向変位によって車体部12と台車部14とが過度に衝突することを抑制するストッパゴム28が中心ピン18と台車部14との間に設けられる。なお、横方向変位の方向をX方向として矢印で示した。図2以下でも必要に応じこのX方向を矢印で示してある。
FIG. 1 is a configuration diagram of a
図2は、センタリングシリンダとしての車体支持装置40の断面図で、(a)が平面断面図、(b)が正面断面図である。軸方向回りの角度で互いに90度異なるこの2つの断面図において異なる点は、後述する切換溝82,80と、排気開口56,57である。これらの切換溝82,80はお互いに重複することなく、また、これらの排気開口56,57もお互いに重複することがないように形成される。車体支持装置40は、車体が横方向変位するときに、気体圧を用いて車体を中立位置に引き戻す機能を有する装置である。車体支持装置40は、外観上1つの気体圧シリンダであるが、気体圧シリンダの内部に、車両が横方向移動する方向に応じて気体圧シリンダの伸縮方向を切り換える制御切換弁を内蔵している。具体的には、気体圧シリンダのピストン部をスリーブとし、そのスリーブの中に気体圧シリンダのシリンダ筐体に固定されるスプールが設けられる。そして、車両の横方向移動によって生じるスリーブとスプールとの間の相対的移動によって、機械的なフィードバックを行い、気体圧シリンダの2つの気体室の状態を切り換える機能を車体支持装置40自体が有している。
2A and 2B are cross-sectional views of the vehicle
図2(a),(b)に示されるように、車体支持装置40は、車両の台車部14に接続されるシリンダ筐体42と、車両の車体と一体の中心ピン18に接続されるピストンロッド46と、ピストンロッド46の一方端に設けられるピストンヘッド44とを有するピストン・シリンダ機構であって、ピストンヘッド44の前後に形成される2つの気体室48,50の間の差圧によってシリンダ筐体42に対してピストンヘッド44及びピストンロッド46を相対的に移動させることができる気体圧シリンダの1種である。ここでピストンヘッド44とピストンロッド46とは、ピストン部を構成する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the vehicle
そして、ピストン部をスリーブとして、そのスリーブの中に、一方端がシリンダ筐体42に固定され、他方端にランド部62を有するスプール60が設けられる。ピストン部のスリーブと、スプール60とは、車両の横方向移動に応じて気体圧シリンダの2つの気体室48,50の気体圧の状態を切り換える機能を有する切換弁の機能を有する。その意味で、車体支持装置40は、切換弁内蔵の気体圧シリンダである。
A
シリンダ筐体42は、概略円筒状の形状をなし、内面はピストンヘッド44が摺動可能な仕上げ面を有し、その一端には、ピストンヘッド44に固定されたピストンロッド46が出し入れされる開口部を有する。ピストンヘッド44は、概略円板状の形状をなし、その外周はシリンダ筐体42の内面と気密な状態で摺動可能な仕上げ面を有する。上記のようにピストンヘッド44とピストンロッド46とは、いわゆるピストン部を構成する。そして、上記のように、シリンダ筐体42は台車部14に取り付けられ、ピストンロッド46は車体部12と一体の中心ピン18に取り付けられる。
The
したがって、シリンダ筐体42とピストンヘッド44との協働により、ピストンヘッド44の前後に2つの気体室48,50が形成される。ここで2つの気体室48,50を区別して、ピストンヘッド44の前面側に位置する気体室をヘッド側気体室48と呼び、ピストンヘッド44の背面側、すなわちピストンロッド46とシリンダ筐体42とで形成される気体室をロッド側気体室50と呼ぶことにする。シリンダ筐体42の一方端には、ヘッド側気体室48に供給気体圧PSを供給するためのヘッド側給気口52が設けられ、他方端にはロッド側気体室50に供給気体圧PSを供給するためのロッド側給気口54が設けられる。図2に示すように、シリンダ筐体42の一方端とは台車部14に接続される側であり、他方端とはピストンロッド46が突き出る開口をふさぐ蓋の側、すなわち中心ピン18にピストンロッド46が接続される側である。ヘッド側給気口52及びロッド側給気口54には、それぞれ適当な絞り部が設けられることが好ましい。絞り部としては、適当なオリフィス機構を用いることができる。
Therefore, two
車体支持装置40に内蔵されるスリーブ・スプール機構による切換弁の様子の詳細について、図3を用いて説明する。図3は、図2(a)の一部を拡大した拡大平面断面図であり、スリーブ・スプール機構の部分を特に斜線を付して示してある。 スリーブ・スプール機構のスプール60は、内部に気体流路66を有する細長い部材で、その一方端はシリンダ筐体42の一方端に取り付け固定される。そして、他方端は、他の部分に比べ外径が大きいランド部62となっている。スプール60のランド部62以外の部分は、いわゆるステム部に相当する。スプール60の軸方向の全長は、車体支持装置40がストッパゴム28によって規制される伸縮範囲の中において、ピストンロッド46の中に形成されるスリーブとの間で相対的に移動可能とされる長さ以内に設定される。気体流路66は、スプール60がシリンダ筐体42に取り付けられる部分を一方端として、そこからスプール60の内部をランド部62の方向に延び、ランド部62の先端の開口を他方端とする。気体流路66の一方端には、ヘッド側気体室48に向けて開口する接続口64が設けられる。したがって、気体流路66は、ヘッド側気体室48の気体圧をPHとして、気体圧PHをランド部62の先端の開口を通して、スリーブ・スプール機構において後述する第1気体室70に導く機能を有する。
The details of the state of the switching valve by the sleeve / spool mechanism built in the vehicle
スリーブ・スプール機構のスリーブは、ピストン部の一部が用いられる。すなわち、ピストン部の軸中心にそって、スプール60を案内する内部穴が設けられ、この内部穴の内壁を、スリーブがスプール60を支持する支持内壁として、スリーブがピストン部の内部に形成される。具体的には、ピストン部のピストンヘッド44の中心軸の位置にスプール60のステム部を移動可能に支持する案内穴が設けられ、この案内穴は、ピストンロッド46の中心軸に沿って他方端、すなわち図2で説明した中心ピン18への接続側に向かって延び、途中でスプール60のランド部62を支持するために穴径が拡大される。
A part of the piston part is used for the sleeve of the sleeve / spool mechanism. That is, an internal hole for guiding the
ピストン部の内部に設けられランド部62を支持するための内壁と、ランド部62とによって、2つの気体室70,72が形成される。ここで2つの気体室70,72を区別して、ランド部62の前面側に位置する気体室を第1気体室70と呼び、ランド部62の背面側に形成される気体室を第2気体室72と呼ぶことにする。図3に示されるように、第1気体室70よりも第2気体室72のほうがピストンヘッド44側に形成されている。
Two
上記のように、第1気体室70には、スプール60の気体流路66によってヘッド側気体室48の気体圧PHが導かれる。第2気体室72にはロッド側気体室50に向けて開口する接続口74が設けられる。したがって、第2気体室72には、接続口74を介し、ロッド側気体室50の気体圧をPRとして、気体圧PRが導かれる。
As described above, the
このように、スリーブ・スプール機構において、スプール60のランド部62の前後の2つの気体室70,72には、それぞれヘッド側気体室48の気体圧PHとロッド側気体室50の気体圧PRが導かれる。ここで、気体圧PHを有する気体室と気体圧PRを有する気体室の配置順序に注目すると、ピストン・シリンダ機構とスリーブ・スプール機構とで逆になっている。すなわちピストン・シリンダ機構においては、気体圧PHを有する気体室48がシリンダ筐体42の一方端側、すなわち図2で説明した台車部14に接続される側であるのに対し、スリーブ・スプール機構においては、気体圧PHを有する気体室70がシリンダ筐体42の他方端側、すなわち図2で説明した車体部12と一体の中心ピン18に接続される側である。
As described above, in the sleeve / spool mechanism, the gas pressure P H in the head
ピストン部の内部に設けられるスリーブの内壁に、スプール60のランド部62の外周と協働して気体の流れを切り換える機能を有する切換溝80,82が設けられる。図3においては切換溝82が示され、図3の平面図に直交する方向から見た図2(b)の正面図に切換溝80が示されている。
Switching
この2つの切換溝80,82は、それぞれ異なる機能を有する。切換溝80は、ヘッド側気体室48又はロッド側気体室50の気体圧を、供給気体圧PSとするか、大気圧とするかを切り換え、これにより車体支持装置40の伸縮を制御する機能を有する。一方、切換溝82は、ヘッド側気体室48とロッド側気体室50との間を連通するかしないかを切り換え、これによって、中立位置におけるヘッド側気体室48とロッド側気体室50との間の気体圧差をなくす機能を有する。したがって、これらの機能の差に着目し、前者の切換溝を制御切換溝80、後者の切換溝を連通切換溝82と呼ぶことにする。上記のように、制御切換溝80と連通切換溝82とは、スリーブ内壁において、相互に異なる周方向位置にそれぞれ設けられる。
The two switching
図2に戻って、制御切換溝80と連通切換溝82とについて、ランド部62の軸方向に沿った長さと比較すると、制御切換溝80の溝長さは、ランド部62の軸方向に沿った長さより短く、連通切換溝82の溝長さは、ランド部62の軸方向に沿った長さより長い。制御切換溝80と連通切換溝82の配置は、車両の横方向変位がなく、車体部12が台車部14に対し中立位置にあるときのピストン・シリンダ機構の中立位置において、ランド部62の中央部に、これらの溝の溝長さの中央部が来るように設定される。図2、図3は、そのような車両の中立状態における各要素の配置状態を示している。
Returning to FIG. 2, when the
例えば、図2(a)の拡大図である図3に示されるように、連通切換溝82の軸方向に沿った配置は、ランド部62がちょうど溝長さの中央に来るように設定されている。連通切換溝82の溝長さはランド部62の軸方向長さより長いので、この状態では、ランド部62によって連通切換溝82はふさがれず、したがって、ランド部62の両側の気体室70,72は連通切換溝82によって連通されることになる。
For example, as shown in FIG. 3 which is an enlarged view of FIG. 2A, the arrangement along the axial direction of the
図3に示されるように、連通切換溝82は、排気開口56を介して大気に開放される。もっとも、第1気体室70と第2気体室72の気体圧を釣り合わせる機能からいえば、連通切換溝82は、第1気体室70と第2気体室72とを流体的に連通すればよいので、大気に開放しなくてもよい。例えば、連通切換溝82と排気開口56との間に適当な排気絞りを設けることができる。あるいは、排気開口56の外側に適当な排気絞りを設けてもよい。これによって、中立状態において、第1気体室70と第2気体室72とを大気圧より高めの気圧でもって連通することができる。排気絞りとしては適当なオリフィス機構等を用いることができる。
As shown in FIG. 3, the
また、図2(b)に示されるように、中立状態において、制御切換溝80の軸方向に沿った配置は、ランド部62がちょうど溝長さの中央に来るように設定されている。制御切換溝80の溝長さはランド部62の軸方向長さより短いので、この状態では、ランド部62によって制御切換溝80はふさがれ、したがって、ランド部62の両側の気体室70,72は、それぞれ独立の気体圧PH、PRを維持する。
Further, as shown in FIG. 2B, in the neutral state, the arrangement along the axial direction of the
制御切換溝80は、図2(b)に示されるように、排気開口57を介して大気に開放される。必要があれば、制御切換溝80と排気開口57との間に適当な絞り部を設けてもよい。絞り部としては適当なオリフィス機構等を用いることができる。制御切換溝80の溝長さはランド部62の軸方向長さより短いので、中立状態においては上記のようにランド部62が制御切換溝80をふさぐが、車両が横方向変位を受けて中立状態から外れると、ランド部62が制御切換溝80の一部をふさがなくなることが生じる。ランド部62の軸方向長さと制御切換溝80の溝長さの差を2δとすると、シリンダ筐体42に対するピストンロッド46の変位が、±δを超えると、ランド部62が制御切換溝80の一部をふさがなくなる。
The
δは、このように、(ランド部62の軸方向長さ−制御切換溝80の溝長さ)の半分の距離で、これは、制御切換溝80においていずれの気体室を大気に開放するか否かを切り換える限界の距離であるので、これを制御切換距離と呼ぶことができる。また、制御切換溝80における切換と連通切換溝82における切換とを連動するには、(連通切換溝82の溝長さ−ランド部62の軸方向長さ)の半分の距離をδとすればよい。ここでは、δが連通切換溝82において両側の気体室の間を、大気開放を通して連通するか否かの限界の距離であるので、これを連通切換距離と呼ぶことができる。もちろん、制御切換溝80における切換と連通切換溝82における切換とを連動しないものとすることもでき、その場合には、制御切換距離と連通切換距離とが互いに異なるものとして設定される。
In this way, δ is a half distance of (the axial length of the
図2(b)に示した+X方向、−X方向を用い、シリンダ筐体42を基準にして、ピストンロッド46が+X方向にδ以上変位したとすると、ピストンロッド46に設けられる制御切換溝80が、ランド部62に対し+X方向に移動する。その移動量がδ以上であると、制御切換溝80は、第1気体室70と連通し、排気開口57を介して大気に開放する。上記のように、第1気体室70は、スプール60の気体流路66を介してヘッド側気体室48と連通しているので、これによって、ヘッド側気体室48の気体圧PHが大気圧に開放される。なお、このとき、制御切換溝80は第2気体室72と連通していないので、第2気体室72と接続口74を介して連通しているロッド側気体室50には、ロッド側給気口54から供給される気体圧(PS)がそのまま維持されている。したがって、ピストンヘッド44の左右で(気体圧PS−大気圧)の差圧が生じ、ピストンヘッド44−X方向の推力を受け、ピストンヘッド44及びピストンロッド46は−X方向に移動し、+X方向に横方向変位した車両を−X方向に引き戻すことができる。ピストンロッド46が−X方向にδ以上変位した場合も同様に、+X方向に引き戻し推力を発生させることができる。
When the + X direction and the −X direction shown in FIG. 2B are used and the
このように、制御切換溝80はランド部62と協働して、ランド部62の両側の気体室70,72を大気に開放するかどうかを切り換える機能を有する。この機能は、気体の流れの状態を切り換える切換弁の機能と同様であるので、制御切換溝80とランド部62との協働の機能を制御切換弁の機能と呼ぶことができる。同様に、連通切換溝82はランド部62と協働して、ランド部62の両側の気体室70,72を連通するかどうかを切り換える機能を有する。この機能は、気体の流れの状態を切り換える切換弁の機能と同様であるので、連通切換溝82とランド部62との協働の機能を連通切換弁の機能と呼ぶことができる。
In this way, the
車両の様々な状態における上記構成の作用を図4から図13を用いて詳細に説明する。図4から図6は、車両が中立状態にある場合、図7から図9は車両が+X方向に変位した場合、図10から図12は車両が−X方向に変位した場合について、それぞれスリーブ・スプール機構の状態を示す図、ピストン・シリンダ機構における気体圧の状態を示す図、車体支持装置の作動点を示す図である。図13は、制御切換弁と連通切換弁の開口面積と変位量との関係を説明する図である。なお、以下では、連通切弁82についての排気開口56には排気絞り58が接続され、大気圧より高い気体圧の連通気体圧で連通が行われるものとして説明する。
The operation of the above configuration in various states of the vehicle will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 6 show the sleeves when the vehicle is in a neutral state, FIGS. 7 to 9 show the case where the vehicle is displaced in the + X direction, and FIGS. 10 to 12 show the case where the vehicle is displaced in the −X direction. It is a figure which shows the state of a spool mechanism, the figure which shows the state of the gas pressure in a piston and cylinder mechanism, and the figure which shows the operating point of a vehicle body support apparatus. FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between the opening area of the control switching valve and the communication switching valve and the amount of displacement. In the following description, it is assumed that an
最初に車両が中立状態にある場合を説明する。図4は、図3で説明したスリーブ・スプール機構を模式的に示した図である。図4(a)は、連通切換溝82とランド部62の協働、すなわち上記の連通切換弁の機能の様子を示す図で、CHとして示した部分がヘッド側気体室の気体圧PHを有する第1気体室70を連通するかどうかの切換弁の機能の部分で、CRとして示した部分がロッド側気体室の気体圧PRを有する第2気体室72を連通するかどうかの切換弁の機能の部分である。同様に、図4(b)は、制御切換溝80とランド部62の協働、すなわち上記の制御切換弁の機能の様子を示す図で、SHとして示した部分がヘッド側気体室の気体圧PHを有する第1気体室70を大気開放するかどうかの切換弁の機能の部分で、SRとして示した部分がロッド側気体室の気体圧PRを有する第2気体室72を大気開放するかどうかの切換弁の機能の部分である。
First, a case where the vehicle is in a neutral state will be described. FIG. 4 is a view schematically showing the sleeve / spool mechanism described in FIG. 4 (a) is the cooperation of the
車両が中立状態にあるときには、図3に関連して説明したように、制御切換溝80も連通切換溝82も、その溝長さの中心の位置がランド部62の軸方向の中心位置となるように設定される。この配置関係の設定は、車体支持装置40を台車部14及び中心ピン18に接続する際に行うことができる。したがって、車両が中立状態においては、連通切換弁におけるCHとCRとは排気絞り58によって大気圧より高い連通気体圧で連通し、制御切換弁におけるSHとSRとは大気に開放されない状態となる。
When the vehicle is in a neutral state, as described with reference to FIG. 3, the center position of the groove length of both the
図5は、ピストン・シリンダ機構を模式的に示し、そのヘッド側気体室48とロッド側気体室50における気体圧が、図4の結果を用いてどのようになるかを説明する図である。供給気体圧PSを有する気体は、ヘッド側給気口52を介してヘッド側気体室48に、ロッド側給気口54を介してロッド側気体室50にそれぞれ供給される。そして、図4で説明したように、ヘッド側気体室48は制御切換弁のSHによって大気圧に開放するかどうかが切り換えられ、ロッド側気体室50は制御切換弁のSRによって大気圧に開放するかどうかが切り換えられる。また、ヘッド側気体室48は連通切換弁のCHによって連通するかどうかが切り換えられ、ロッド側気体室50は連通切換弁のCRによって連通するかどうかが切り換えられる。図4の結果に従い、図5においては、制御切換弁のSHもSRも大気に開放せず、連通切換弁のCHとCRとは、排気絞り58によって大気圧より高い連通気体圧で連通する状態として示される。
FIG. 5 schematically shows the piston / cylinder mechanism, and is a diagram for explaining how the gas pressures in the head-
図6は、車両の横方向変位とピストン・シリンダ機構によって発生する推力Fとの関係を示す図上において、図5の結果の状態がどこにあるかを示す図で、いわば車体支持装置の作動点を示す図である。図6は横軸に車両の横方向変位を示すものとしてシリンダ筐体42を基準としたピストンロッド46のX方向変位をとり、縦軸にピストンヘッド44が発生する推力Fをとったものである。推力Fは、ピストンヘッド44の両側の気体室48,50の気体圧の差である差圧に基づいて求めることができ、推力Fの符号は、X方向変位の符号と同じ、すなわち+X方向を+Fとしてある。中立状態においてX方向変位はゼロである。そのときの推力は、ロッド側気体室48とヘッド側気体室50とが連通して同じ連通気体圧となっているが、ピストンヘッド44の受圧面積は、ピストン側気体室50側の方がロッド側気体室48の方よりもピストンロッド46の断面積の分だけ広い。したがって、中立状態において推力は、+ΔFだけオフセットする。排気絞り58の特性は、この推力ΔFの大きさが車体の横方向移動に影響のない程度となるようにして定めることができる。
FIG. 6 is a diagram showing where the result of FIG. 5 is on the diagram showing the relationship between the lateral displacement of the vehicle and the thrust F generated by the piston / cylinder mechanism. FIG. FIG. 6 shows the displacement in the X direction of the
図7から図9に示されるのは、車両が+X方向にδを超えた変位量で変位するときの状態である。δは、制御切換溝80に関連して説明したように、(ランド部62の軸方向長さ−制御切換溝80の溝長さ)の半分の距離であり、また、(連通切換溝82の溝長さ−ランド部62の軸方向長さ)の半分の距離でもある。図7は図4に、図8は図5に、図9は図6にそれぞれ対応するので、重複する説明は省略する。
7 to 9 show a state where the vehicle is displaced by a displacement amount exceeding δ in the + X direction. As described in connection with the
図7(a)においては、ピストンロッド46が+X方向に変位するので、連通切換弁のCHが排気絞り58を介して大気に開放されるがCRは大気に開放されず、結局第1気体室70と第2気体室72とは連通しないことが示されている。図7(b)においては、ピストンロッド46が+X方向に変位することで、制御切換弁のSHが大気に開放されるがSRは大気に開放されないことが示されている。図8では、図7の結果に従い、制御切換弁のSRは大気開放しないが、SHが大気開放され、連通切換弁のCHとCRとは連通しない状態として示される。
In FIG. 7 (a), the
図8における制御切換弁のSH,SR、連通切換弁のCH,CRの結果からは、ヘッド側気体室48が大気開放されて大気圧となるが、ロッド側気体室50は、供給気体圧PSに保持されるので、その差圧により、ピストンヘッド44は−X方向に推力を発生する。すなわち、図9において、車体支持装置の作動点は、横方向変位Xが+δを超え、推力Fは、供給気体圧PSと大気圧との差圧に相当する大きさの−Fの状態として示される。すなわち、+δを超える+X方向の横方向変位の場合は、これを引き戻す推力を生じさせることができる。
From the results of the control switching valves S H and S R and the communication switching valves C H and C R in FIG. 8, the head
図10から図12に示されるのは、車両が−X方向にδを超えた変位量で変位するときの状態である。図10は図4及び図7に、図11は図5及び図8に、図12は図6及び図9にそれぞれ対応するので、重複する説明は省略する。 FIGS. 10 to 12 show a state where the vehicle is displaced by a displacement amount exceeding δ in the −X direction. 10 corresponds to FIG. 4 and FIG. 7, FIG. 11 corresponds to FIG. 5 and FIG. 8, and FIG. 12 corresponds to FIG. 6 and FIG.
図10(a)においては、ピストンロッド46が−X方向に変位するので、連通切換弁のCRが排気絞り58を介して大気に開放されるがCHは大気に開放されず、結局第1気体室70と第2気体室72とは連通しないことが示されている。図10(b)においては、ピストンロッド46が−X方向に変位することで、制御切換弁のSRが大気に開放されるがSHは大気に開放されないことが示されている。図11では、図10の結果に従い、制御切換弁のSHは大気開放しないが、SRが大気開放され、連通切換弁のCHとCRとは連通しない状態として示される。
In FIG. 10 (a), the the
図11における制御切換弁のSH,SR、連通切換弁のCH,CRの結果からは、ロッド側気体室50が大気開放されて大気圧となるが、ヘッド側気体室48は、供給気体圧PSに保持されるので、その差圧により、ピストンヘッド44は+X方向に推力を発生する。すなわち、図12において、車体支持装置の作動点は、横方向変位Xが−δを超え、推力Fは、供給気体圧PSと大気圧との差圧に相当する大きさの+Fの状態として示される。すなわち、−δを超える−X方向の横方向変位の場合は、これを引き戻す推力を生じさせることができる。
From the results of the control switching valves S H and S R and the communication switching valves C H and C R in FIG. 11, the rod
図13は、制御切換弁のSH,SR、連通切換弁のCH,CRの開口面積、すなわちランド部62によってふさがれていない部分の広さが、横方向変位によってどのように変化するかを説明する図である。図13に示されるように、制御切換弁のSRは、−δを超えて−X方向に横方向変位が生じると次第にその開口面積が広くなり、制御切換弁のSHは、+δを超えて+X方向に横方向変位が生じると次第にその開口面積が広くなる。また、連通切換弁のCRは、+X方向に横方向変位が生じると次第にその開口面積が小さくなり、+δを超えると完全に閉じてしまう。連通切換弁のCHは、−X方向に横方向変位が生じると次第にその開口面積が小さくなり、−δを超えると完全に閉じてしまう。
FIG. 13 shows how the opening areas of the control switching valves S H and S R and the communication switching valves C H and C R , that is, the width of the portion not blocked by the
以上説明したように、車体支持装置40において、車両の横方向変位が制御切換距離の範囲である±δ以内の場合には引き戻す推力をほとんど発生させず、制御切換距離±δを超える横方向変位の場合に、その横方向変位を引き戻す推力を発生する作用を有する。
As described above, in the vehicle
10 車両、12 車体部、14 台車部、16 空気ばね、18 中心ピン、20 車輪、22 コイルばね、24 レール、26 ダンパ、28 ストッパゴム、40 車体支持装置、42 シリンダ筐体、44 ピストンヘッド、46 ピストンロッド、48,50,70,72 気体室、52 ヘッド側給気口、54 ロッド側給気口、56,57 排気開口、58 排気絞り、60 スプール、62 ランド部、64,74 接続口、66 気体流路、80,82 切換溝。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
流体圧シリンダのピストン部をスリーブとし、シリンダ筐体に固定されスリーブの中を相対的に移動可能なスプールを有し、車両が横方向移動することによって生じるスリーブに対するスプールの移動方向に応じて流体圧シリンダの伸縮方向を切り換える制御切換弁と、
を有することを特徴とする車体支持装置。 A fluid pressure cylinder having a cylinder housing connected to either the vehicle body side or the trolley side of the vehicle, and a piston portion connected to the other side of the vehicle body side or the trolley side;
The piston portion of the fluid pressure cylinder is a sleeve, and has a spool that is fixed to the cylinder housing and that can move relatively within the sleeve, and fluid according to the moving direction of the spool relative to the sleeve that is generated when the vehicle moves laterally. A control switching valve for switching the expansion / contraction direction of the pressure cylinder;
A vehicle body support device comprising:
シリンダ筐体とピストン部のピストンヘッドとで仕切られる2つの気体室をヘッド側気体室及びロッド側気体室とし、
ヘッド側気体室及びロッド側気体室にそれぞれ制御気体圧が供給され、
制御切換弁は、スリーブとスプールの協働により、
車両の横方向移動方向がロッド側気体室からヘッド側気体室の方向であるとき、ロッド側気体室を大気開放し、流体圧シリンダをロッド側気体室の方向に伸長させ、
車両の横方向移動方向がヘッド側気体室からロッド側気体室の方向であるとき、ヘッド側気体室を大気開放し、流体圧シリンダをヘッド側気体室の方向に伸長させることを特徴とする車体支持装置。 The vehicle body support device according to claim 1,
Two gas chambers partitioned by the cylinder housing and the piston head of the piston portion are referred to as a head side gas chamber and a rod side gas chamber,
Control gas pressure is supplied to the head side gas chamber and the rod side gas chamber,
The control switching valve is based on the cooperation of the sleeve and spool.
When the lateral movement direction of the vehicle is from the rod side gas chamber to the head side gas chamber, the rod side gas chamber is opened to the atmosphere, the fluid pressure cylinder is extended in the direction of the rod side gas chamber,
The vehicle body characterized in that when the lateral movement direction of the vehicle is from the head side gas chamber to the rod side gas chamber, the head side gas chamber is opened to the atmosphere and the fluid pressure cylinder is extended in the direction of the head side gas chamber. Support device.
制御切換弁は、スリーブとスプールとの相対位置関係が中立位置にあるときは、ロッド側気体室もヘッド側気体室も共に大気開放せず、スプールがスリーブに対し中立位置より所定の制御切換距離を移動したときにロッド側気体室又はヘッド側気体室を大気開放することを特徴とする車体支持装置。 The vehicle body support device according to claim 2,
When the relative positional relationship between the sleeve and the spool is in the neutral position, the control switching valve does not release both the rod side gas chamber and the head side gas chamber to the atmosphere, and the spool has a predetermined control switching distance from the neutral position to the sleeve. A vehicle body support device that opens the rod-side gas chamber or the head-side gas chamber to the atmosphere when moving.
スリーブとスプールとの相対位置関係が中立位置にあるとき、ロッド側気体室とヘッド側気体室とを連通させ、スプールがスリーブに対し中立位置より所定の連通切換距離を移動したとき、ロッド側気体室とヘッド側気体室との間の連通を止める連通切換弁を有することを特徴とする車体支持装置。 The vehicle body support device according to any one of claims 1, 2, and 3,
When the relative positional relationship between the sleeve and the spool is in the neutral position, the rod side gas chamber communicates with the head side gas chamber, and when the spool moves a predetermined communication switching distance from the neutral position with respect to the sleeve, the rod side gas A vehicle body support device having a communication switching valve for stopping communication between the chamber and the head side gas chamber.
連通切換弁のためにスリーブに設けられる連通切換溝は、制御切換弁のためにスリーブに設けられる制御切換溝と異なる周方向位置に設けられることを特徴とする車体支持装置。 The vehicle body support device according to claim 4,
The vehicle body support device, wherein the communication switching groove provided in the sleeve for the communication switching valve is provided at a circumferential position different from the control switching groove provided in the sleeve for the control switching valve.
連通切換弁は、連通と共に大気開放することを特徴とする車体支持装置。 The vehicle body support device according to claim 4,
The vehicle body support device, wherein the communication switching valve is opened to the atmosphere together with the communication.
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