JP2008247174A

JP2008247174A - 軸箱支持装置

Info

Publication number: JP2008247174A
Application number: JP2007090502A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ishige; 真石毛
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】直線走行時の走行安定性を確保しつつ曲線走行時の操舵性能を向上した軸箱支持装置を提供する。
【解決手段】鉄道車両用台車の輪軸３０両端部に設けられる軸箱４０を、車両の進行方向にほぼ沿って延在する連結手段５３によって台車の台車枠１０に対して支持する軸箱支持装置５０を、連結手段は、本体部５５，５７，６０と、本体部を軸箱又は台車枠に対して車幅方向にほぼ沿った第１の回転軸回りに揺動可能に支持するブッシュ５６と、ブッシュを保持するとともに本体部に対して第１の回転軸に対して偏芯した第２の回転軸回りに回転可能に支持された偏芯カム部５８と、偏芯カム部を本体部との間に設けられ、偏芯カム部の本体部に対する回転時に所定の摩擦トルクを発生する摩擦部材５９と、を備える構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道の車体を支持してレール上を走行する鉄道車両用台車（以下、単に「台車」と称する）の軸箱支持装置に関する。特には、直線走行時の走行安定性を確保しつつ曲線走行時の操舵性能を向上した軸箱支持装置に関する。

台車は、輪軸に設けられる軸箱を、軸バネの伸縮等に応じて台車枠に対して変位可能に装着して構成されている（例えば、特許文献１参照）。このような鉄道車両用台車において、軸箱を台車枠に対して支持する機構は軸箱支持装置と称されている。
軸箱支持装置は、直線走行時における輪軸の蛇行等を防止しつつ、曲線走行時の転向性を確保するため、輪軸を台車枠に対して所定の剛性において弾性支持する。
特開２００２−２９３２３７号公報

鉄道車両の高速化に伴い、直線走行時の走行安定性を確保するためには、軸箱支持装置による輪軸の支持剛性を向上することが好ましい。しかし、軸箱支持装置の支持剛性を向上すると、曲線走行時における輪軸の鉛直軸回りの回転が困難となって操舵性能が低下し、曲線通過性能が低下してしまう。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、直線走行時の走行安定性を確保しつつ曲線走行時の操舵性能を向上した軸箱支持装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の軸箱支持装置は、鉄道車両用台車の輪軸両端部に設けられる軸箱を、車両の進行方向にほぼ沿って延在する連結手段によって該台車の台車枠に対して支持する軸箱支持装置であって、前記連結手段は、本体部と、該本体部を前記軸箱又は前記台車枠に対して車幅方向にほぼ沿った第１の回転軸回りに揺動可能に支持するブッシュと、前記ブッシュを保持するとともに前記本体部に対して前記第１の回転軸に対して偏芯した第２の回転軸回りに回転可能に支持された偏芯カム部と、前記偏芯カム部を前記本体部との間に設けられ、前記偏芯カム部の前記本体部に対する回転時に所定の摩擦トルクを発生する摩擦部材と、を備えることを特徴とする。
この場合において、偏芯カムとして、典型的には外周面と内周面とが偏芯して形成された円筒カムを用いることができる。

これによれば、直線走行時のように連結手段に作用する軸方向力が小さく、偏芯カム部と本体部との間に発生するトルクが、摩擦部材が発生する摩擦トルクよりも小さくなる場合には、偏芯カム部は本体部に対して実質的に固定された状態となる。このため、軸箱は台車枠に対して強固に拘束され、輪軸の鉛直軸回りの回動は抑制されて直線走行時の走行安定性が確保される。
これに対し、曲線走行時のように連結手段に定常的かつ大きな軸方向力が作用し、偏芯カム部と本体部との間に発生するトルクが、摩擦部材が発生する摩擦トルクを上回った場合には、偏芯カム部は本体部に対して第２の回転軸回りに回転し、軸箱の台車枠からの連結手段に沿った距離は大きく変化する。そして、輪軸の自己操舵機能によって、軸箱側支持部と台車枠支持部との距離は、外軌側では伸び、内軌側では縮むことによって、輪軸の操舵性能を発揮しやすくし、曲線通過性能を向上することができる。

本発明の軸箱支持装置は、前記ブッシュとして、前記軸箱又は前記台車枠に対して前記本体部を弾性支持する弾性体ブッシュを備える構成とすることができる。
これによれば、連結手段に作用する軸方向力が小さく偏芯カム部の回転が生じない場合であっても、弾性体ブッシュの変形によって最低限必要な変位量を確保することができる。また、偏芯カム部が回転した場合に、弾性体ブッシュのねじり変形に起因する反力をその復元力として用いることができる。

本発明の軸箱支持装置は、前記摩擦部材の前記摩擦トルクは、前記鉄道車両の直線走行時に前記本体部と前記偏芯カム部との間に作用する最大トルクよりも大きくかつ曲線走行時に前記輪軸の自己操舵機能によって前記本体部と前記偏芯カム部との間に作用するトルクよりも小さく設定される構成とすることができる。
これによれば、直進走行時における偏芯カムの回転を防止して走行安定性を確保するとともに、曲線走行時に偏芯カムを確実に回転させて輪軸の操舵性能を向上することができる。

以上のように、本発明によれば、ブッシュを保持しかつ本体部に対してブッシュとは偏芯した軸回りに回転可能に支持された偏芯カム部、及び、本体部に対する偏芯カム部の回転時に所定の摩擦トルクを発生させる摩擦部材を設けることによって、直線走行時の走行安定性を確保しつつ曲線走行時の操舵性能を向上することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明を適用した軸箱支持装置の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、通常の鉄道車両の技術におけるのと同様に、レールの長手方向（車両の進行方向）を前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直角をなす方向を左右方向（車幅方向）、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。

図１は、本実施形態の軸箱支持装置を有する２軸式台車の側面視図である。
台車１は、台車枠１０、空気バネ２０、輪軸３０、軸箱４０、軸箱支持装置５０等を備えている。

台車枠１０は、台車１を構成する構造部材であって、左右の側ばり、側ばりを中央でつなぐ横ばり等で構成されている。台車枠１０は空気バネ２０、牽引装置等の車体支持装置を介して車体に装着されている。

空気バネ２０は、台車枠１０と車体との間に設けられている。空気バネ２０は、台車１の左右に例えば１対が設けられ、台車枠１０の左右の側ばりの上部にそれぞれ固定されている。

輪軸３０は、２枚の車輪３１を車軸３２に圧入して組み立てたものである。
軸箱４０は、輪軸３０の車軸３２の両端部に設けられ、車軸を回転可能に支持する軸受、軸受を収容する軸箱体、潤滑装置等を備えて構成されている。

軸箱支持装置５０は、軸箱４０を台車枠１０に対して位置決めし、弾性支持する装置である。本実施形態において、軸箱支持装置５０は、モノリンク式のものであって、軸バネ５１、ダンパ５２、モノリンク５３等を備えている。

軸バネ５１は、軸箱４０の上部と台車枠１０の下部とにわたして設けられ、垂直方向の荷重を支持する。
ダンパ５２は、軸箱４０の側部と台車枠１０との間に設けられ、軸箱４０が台車枠に対して垂直方向に変位した際に、減衰力を発生する。

モノリンク５３は、台車枠１０と軸箱４０との間に設けられ、これらに対してピン継手により揺動可能に接続された連結部材である。台車枠１０のモノリンク５３との接続部１１は、軸箱４０に対して台車枠１０の前後方向における中央部側に配置されている。モノリンク５３は、一方の端部がこの接続部１１に連結されるとともに、他方の端部が軸箱４０の接続部４１に連結されている。

図２は、モノリンク５３の拡大断面図である。
モノリンク５３は、軸箱側ブッシュ５４、軸箱側ブッシュ保持部５５、台車枠側ブッシュ５６、台車枠側ブッシュ保持部５７、円筒カム部５８、摩擦部材５９、軸部６０等を備えて構成されている。

軸箱側ブッシュ５４は、軸箱４０をモノリンク５３に対して弾性支持するものであって、車軸方向と平行に配置され軸箱側ブッシュ保持部５５の貫通穴に圧入される外筒、及び、この外筒の内径側に配置された円環状の弾性体（ゴム等）を備えている。軸箱側ブッシュ５４は、この弾性体の内径側に、軸箱４０の接続部４１に支持されるピンを挿入することによって、軸箱４０に対してピン回りに回転可能に連結される。

軸箱側ブッシュ保持部５５は、中心軸が車軸方向にほぼ沿って配置された円筒状に形成され、その内径側に軸箱側ブッシュ５４が圧入され、保持されるものである。

台車枠側ブッシュ５６は、台車枠１０をモノリンク５３に対して弾性支持するものであって、車軸方向と平行に配置され台車枠側ブッシュ保持部５７の貫通穴に圧入される外筒、及び、この外筒の内径側に配置された円環状の弾性体（ゴム等）を備えている。台車枠側ブッシュ５６は、この弾性体の内径側に、台車枠１０の接続部１１に支持されるピンを挿入することによって、台車枠１０に対してピン回りに回転可能に連結される。

台車枠側ブッシュ保持部５７は、中心軸が車軸方向にほぼ沿って配置された円筒状に形成され、その内径側に台車枠側ブッシュ５６が円筒カム部５８を介して保持されるものである。

円筒カム部（円筒型偏芯カム部）５８は、台車枠側ブッシュ５６を保持した状態で、台車枠側ブッシュ保持部５７に対して台車枠側ブッシュ５６の中心軸に対して偏芯して配置された回転軸回りに回転可能に支持されている。円筒カム部５８は、内周面の中心軸と外周面の中心軸とが偏芯して配置された円筒状に形成されている。円筒カム部５８の内周面には、台車枠側ブッシュ５６の外筒が圧入され固定される。また、円筒カム部５８は、その外周面が台車枠側ブッシュ保持部５７の内周面と対向した状態で、台車枠側ブッシュ保持部５７の内径側に挿入される。

摩擦部材５９は、円筒カム部５８の外周面と台車枠側ブッシュ保持部５７の内周面との間に設けられ、例えばブレーキライニングの材質と同様の摩擦材によって形成されている。摩擦部材５９は、円筒カム部５８、台車枠側ブッシュ保持部５７のいずれか一方側に固定され、円筒カム部５８が台車枠側ブッシュ保持部５７に対して回転する際には、他方側の部材との摺動摩擦によって所定の摩擦トルクを発生する。

ここで、上述した摩擦トルクは、車両が直線を走行する際に、モノリンク５３に対して入力される過渡的かつ比較的小さな圧縮力及び引張力に起因して台車枠側ブッシュ保持部５７と円筒カム部５８との間に発生するトルクよりも大きくなるように設定される。また、摩擦トルクは、車両が曲線を走行する際に、輪軸３０の自己操舵機能によって入力される定常的かつ比較的大きな圧縮力及び引張力に起因して台車枠側ブッシュ保持部５７と円筒カム部５８との間に発生するトルクよりも小さくなるように設定される。
このような摩擦トルクの設定は、例えば、摩擦部材５９の材質、摩擦部材５９の摺動対象面の表面処理、摩擦部材５９の摺動面部に作用する面圧等を調整することによって行われる。

軸部６０は、上述した軸箱側ブッシュ保持部５５と台車枠側ブッシュ保持部５７とを連結する部分であって、これらの軸箱側ブッシュ保持部５５、台車枠側ブッシュ保持部５７及び軸部６０は一体に形成されている。

図３は、モノリンク５３に作用する外力と、台車枠１０の接続部１１に対する軸箱４０の接続部４１の変位との相関を示すグラフである。図３において、横軸はモノリンク５３に作用する外力を示し、右側が引張力、左側が圧縮力を示している。また、縦軸は台車枠１０の接続部１１に対する軸箱４０の接続部４１のモノリンク５３の長さ方向に沿った変位を示しており、上側が離間する方向、下側が近接する方向を示している。

図３に示すように、モノリンク５３に作用する引張力が小さい領域においては、外力と変位とは各ブッシュのたわみに起因する線形の相関を示す。その後、外力が大きくなって台車枠側ブッシュ保持部５７と円筒カム部５８との間に作用するトルクが、摩擦部材５９が発生する摩擦トルクを上回ると、円筒カム部５８が台車枠側ブッシュ保持部５７に対して回転し、変位が大きくなる。
また、圧縮側においても、上述した引張側と同様の特性を示す。

以上説明したように、本実施形態によれば、直進走行時のようにモノリンク５３に作用する軸方向力が小さく、円筒カム部５８と台車枠側ブッシュ保持部５７との間に発生するトルクが、摩擦部材５９が発生する摩擦トルクよりも小さくなる場合には、円筒カム部５８は台車枠側ブッシュ保持部５７に対して実質的に固定された状態となる。このため、軸箱４０は台車枠１０に対して強固に拘束され、輪軸３０の鉛直軸回りの回動は抑制されて直線走行時の走行安定性が確保される。

これに対し、曲線走行時のようにモノリンク５３に定常的かつ大きな軸方向力が作用し、円筒カム部５８と台車枠側ブッシュ保持部５７との間に発生するトルクが、摩擦部材５９が発生する摩擦トルクを上回った場合には、円筒カム部５８は台車枠側ブッシュ保持部５７に対して台車枠側ブッシュ５６の中心軸とは偏芯した回転中心軸回りに回転し、軸箱４０の接続部４１の台車枠１０の接続部１１からのモノリンク５３長さ方向に沿った距離は大きく変化する。そして、輪軸３０の自己操舵機能によって、軸箱４０側の接続部４１と台車枠１０側の接続部１１との距離は、外軌側では伸び、内軌側では縮むことによって、輪軸３０の操舵性能を発揮しやすくし、曲線通過性能を向上することができる。

また、回転カム部５８が弾性体ブッシュである台車枠側ブッシュ５６を保持する構成としたことによって、モノリンク５３に作用する軸方向力が小さく円筒カム部５８の回転が生じない場合であっても、台車枠側ブッシュ５６の変形によって最低限必要な変位量を確保することができる。また、円筒カム部５８が回転した場合に、台車枠側ブッシュ５６のねじり変形に起因する反力をその復元力として用いることができる。

（他の実施の形態）
なお、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
（１）上述した実施形態は、モノリンク式の軸箱支持装置であるが、本発明はこれに限らず、例えば、平行リンク式や軸ばり式等の他の形式の軸箱支持装置にも適用することができる。
（２）上述した実施形態は、円筒カム部を連結手段と台車枠との接続部に設けているが、本発明はこれに限らず、円筒カム部を連結手段と軸箱との接続部に設けてもよい。

本発明の実施形態である軸箱支持装置を有する台車の側面視図である。図１の軸箱支持装置におけるモノリンクの拡大断面図である。図２のモノリンクに作用する外力と伸縮量との相関を示すグラフである。

符号の説明

１台車
１０台車枠
２０空気バネ
３０輪軸
３１車輪
３２車軸
４０軸箱
５０軸箱支持装置
５１軸バネ
５２ダンパ
５３モノリンク
５４軸箱側ブッシュ
５５軸箱側ブッシュ保持部
５６台車枠側ブッシュ
５７台車枠側ブッシュ保持部
５８円筒カム部
５９摩擦部材
６０軸部

Claims

鉄道車両用台車の輪軸両端部に設けられる軸箱を、車両の進行方向にほぼ沿って延在する連結手段によって該台車の台車枠に対して支持する軸箱支持装置であって、
前記連結手段は、
本体部と、
該本体部を前記軸箱又は前記台車枠に対して車幅方向にほぼ沿った第１の回転軸回りに揺動可能に支持するブッシュと、
前記ブッシュを保持するとともに前記本体部に対して前記第１の回転軸に対して偏芯した第２の回転軸回りに回転可能に支持された偏芯カム部と、
前記偏芯カム部を前記本体部との間に設けられ、前記偏芯カム部の前記本体部に対する回転時に所定の摩擦トルクを発生する摩擦部材と、を備えることを特徴とする軸箱支持装置。
前記ブッシュとして、前記軸箱又は前記台車枠に対して前記本体部を弾性支持する弾性体ブッシュを備えること、を特徴とする請求項１に記載の軸箱支持装置。
前記摩擦部材の前記摩擦トルクは、前記鉄道車両の直線走行時に前記本体部と前記偏芯カム部との間に作用する最大トルクよりも大きくかつ曲線走行時に前記輪軸の自己操舵機能によって前記本体部と前記偏芯カム部との間に作用するトルクよりも小さく設定されること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の軸箱支持装置。