JP2013199157A

JP2013199157A - 輪軸操舵台車

Info

Publication number: JP2013199157A
Application number: JP2012067419A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Umehara; 康宏梅原
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03

Abstract

【課題】信頼性が高くかつ操舵動作遅れを低減した輪軸操舵台車を提供する。
【解決手段】車体に対してボギー角付与可能に取り付けられる台車枠１０と、台車枠に対して輪軸２０，３０をヨー方向に回動させる輪軸操舵装置とを有する輪軸操舵台車１を、輪軸操舵装置は、可変斜板１２０の角度に応じて第１のポート１３１を高圧とし第２のポート１３２を低圧とする第１の状態と、第１のポートを低圧とし第２のポートを高圧とする第２の状態と、第１のポート及び第２のポートを実質的に同圧力とする中立状態とを切替可能な可変容量型アキシャルピストンポンプ１００と、第１のポート及び第２のポートにそれぞれ接続されるとともに、第１の状態の際に輪軸を第１の方向に回動させ、第２の状態の際に輪軸を第２の方向に回動させる油圧駆動機構４０〜７０と、台車枠の車体に対する相対回動と連動して可変斜板の角度を変更する連動機構とを備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、曲線路走行時に台車枠に対して輪軸を操舵可能な輪軸操舵台車に関し、特に信頼性が高くかつ操舵動作遅れを低減したものに関する。

鉄道車両において、乗り上がり脱線の防止等を目的として、曲線通過時に外輪側の車輪フランジがレールを押圧する力である横圧を低減することが要望されている。
通常、鉄道車両においては、２組の輪軸が台車枠に取付けられているので、台車が曲線を走行するときは、自ずとアタック角（レールと輪軸との相対ヨー角）が生じる。
また、２台車が車体に対して取り付けられているので、曲線を走行するときは、ボギー角（車体と台車枠との相対ヨー角）が生じる。このようなボギー角の方向は曲線の方向によって決定される。

左右車輪を輪軸で結合した輪軸を、台車枠に対してヨー方向に回動させて操舵を行うと、横圧の低減に効果的であることがわかっている。
このような輪軸操舵台車に関する従来技術として、例えば特許文献１には、車体に対する台車枠の変位を検出し、検出された変位に応じて、輪軸を台車枠に対して強制的に操舵することが記載されている。
また、特許文献２には、車両の走行距離情報及び曲線データに基づいて、輪軸を操舵する油圧アクチュエータの発生力値を指示する操舵制御装置を有する輪軸操舵台車が記載されている。

特開２０００−２７２５１４号公報特開２００７−１９０９９８号公報

しかし、特許文献１に記載されたように、台車枠の回動（ボギー角付与）に対してパッシブに作動する油圧回路を用いたものでは、圧損などの影響により、操舵動作遅れや操舵角の不足が懸念される。
また、特許文献２に記載されたようなアクティブ型の輪軸操舵台車においては、仮に故障等によって逆方向の指令が入力された場合、逆操舵状態となってかえって横圧が増加する危険性があった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、信頼性が高くかつ操舵動作遅れを低減した輪軸操舵台車を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明の輪軸操舵台車は、左右一対の車輪を車軸で連結した輪軸と、前記輪軸の両端部を回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱を支持する軸箱支持装置が取り付けられるとともに、車体に対してボギー角付与可能に取り付けられる台車枠と、前記台車枠に対して前記輪軸をヨー方向に回動させる輪軸操舵装置とを有する輪軸操舵台車であって、前記輪軸操舵装置は、可変斜板の角度に応じて第１のポートを高圧とし第２のポートを低圧とする第１の状態と、前記第１のポートを低圧とし前記第２のポートを高圧とする第２の状態と、前記第１のポート及び前記第２のポートを実質的に同圧力とする中立状態とを切替可能な可変容量型アキシャルピストンポンプと、前記第１のポート及び前記第２のポートにそれぞれ接続されるとともに、前記第１の状態の際に前記輪軸を第１の方向に回動させ、前記第２の状態の際に前記輪軸を前記第１の方向とは反対方向である第２の方向に回動させる油圧駆動機構と、前記台車枠の前記車体に対する相対回動と連動して前記可変斜板の角度を変更する連動機構とを備えることを特徴とする輪軸操舵台車である。
これによれば、可変容量型アキシャルピストンポンプの可変斜板をボギー角と連動させることによって、輪軸操舵装置が逆方向に操舵を行うことは防止される。
また、ポンプを用いて輪軸操舵装置に作動油を供給するため、パッシブ油圧回路に対して操舵動作遅れを改善することができる。

以上のように、本発明によれば、信頼性が高くかつ操舵動作遅れを低減した輪軸操舵台車を提供することができる。

本発明を適用した輪軸操舵台車の実施形態の構成を示す模式図である。図１の輪軸操舵台車におけるボギー角とアキシャル型ピストンポンプ斜板との連動油圧機構の構成を示す模式図である。鉄道車両におけるボギー角と輪軸ヨー角との関係を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る輪軸操舵台車について説明する。
実施形態の輪軸操舵台車は、例えば、台車枠に１対の輪軸を操舵可能に取り付けるとともに、車体の下部にボギー角付与可能に取り付けられる２軸のボギー台車である。
図１に示すように、輪軸操舵台車１は、台車枠１０、１位輪軸２０、２位輪軸３０、第１アクチュエータ４０、第２アクチュエータ５０、第３アクチュエータ６０、第４アクチュエータ７０、スプリングＳ、アキュムレータＡ、ポンプ１００等を有して構成されている。

台車枠１０は、図示しない軸箱支持装置を介して１位輪軸２０、２位輪軸３０を支持するとともに、図示しない枕ばねを介して車体の下部に取付けられる構造部材である。
台車枠１０は、車体に対して鉛直軸回りに相対回動可能（ボギー角付与可能）に取付けられている。

１位輪軸２０、２位輪軸３０は、左右一対の車輪を車軸に固定して構成され、その両端部に設けられたジャーナル部を、図示しない軸箱によって回転可能に支持されている。
軸箱は、このジャーナル部を回転可能に支持する軸受及びその潤滑装置等を有して構成されている。
１位輪軸２０は、２位輪軸３０に対して進行方向前方側に配置されている。

第１アクチュエータ４０は、１位輪軸２０の右側（図１において上方）の軸箱と台車枠１０との間に設けられた油圧シリンダであって、台車枠１０に連結されたシリンダ、及び、軸箱に連結されたピストンロッドを備えている。
第１アクチュエータ４０は、ピストンよりも台車枠１０側の第１室、ピストンよりも軸箱側の第２室を有し、第１室を加圧することによって軸箱を台車枠１０から離間させ、第２室を加圧することによって軸箱を台車枠１０に近接させるようになっている。
第１アクチュエータ４０の第１室は、後述するポンプ１００の第１ポート１３１と連通している。
これらを接続する配管の途中には、アキュムレータＡが設けられている。

第２アクチュエータ５０は、１位輪軸２０の左側（図１において下方）の軸箱と台車枠１０との間に設けられた油圧シリンダであって、台車枠１０に連結されたシリンダ、及び、軸箱に連結されたピストンロッドを備えている。
第２アクチュエータ５０は、ピストンよりも台車枠１０側の第１室、ピストンよりも軸箱側の第２室を有し、第１室を加圧することによって軸箱を台車枠１０から離間させ、第２室を加圧することによって軸箱を台車枠１０に近接させるようになっている。
第２アクチュエータ５０の第２室は、第１アクチュエータ４０の第２室と連通している。

第３アクチュエータ６０は、２位輪軸３０の右側の軸箱と台車枠１０との間に設けられた油圧シリンダであって、台車枠１０に連結されたシリンダ、及び、軸箱に連結されたピストンロッドを備えている。
第３アクチュエータ６０は、ピストンよりも台車枠１０側の第１室、ピストンよりも軸箱側の第２室を有し、第１室を加圧することによって軸箱を台車枠１０から離間させ、第２室を加圧することによって軸箱を台車枠１０に近接させるようになっている。
第３アクチュエータ６０の第１室は、第２アクチュエータ５０の第１室と連通している。
これらを接続する配管の途中には、アキュムレータＡが設けられている。

第４アクチュエータ７０は、２位輪軸３０の左側の軸箱と台車枠１０との間に設けられた油圧シリンダであって、台車枠１０に連結されたシリンダ、及び、軸箱に連結されたピストンロッドを備えている。
第４アクチュエータ７０は、ピストンよりも台車枠１０側の第１室、ピストンよりも軸箱側の第２室を有し、第１室を加圧することによって軸箱を台車枠１０から離間させ、第２室を加圧することによって軸箱を台車枠１０に近接させるようになっている。
第４アクチュエータ７０の第２室は、第３アクチュエータ６０の第２室と連通している。
第４アクチュエータ７０の第１室は、後述するポンプ１００の第２ポート１３２と連通している。
これらを接続する配管の途中には、アキュムレータＡが設けられている。

スプリングＳは、各アクチュエータ４０〜７０と並列に配置されたコイルスプリング等のばね要素である。
スプリングＳは、各アクチュエータ４０〜７０への供給油圧を低減させた際に、各輪軸２０，３０を直進走行時の状態である中立状態に復帰させるリターンスプリングである。

ポンプ１００は、可変斜板を有する可変容量型のアキシャルピストンポンプである。
ポンプ１００は、シリンダブロック１１０、可変斜板１２０、ポートプレート１３０等を有して構成されている。

シリンダブロック１１０は、円柱状に形成され、回転軸１１０ａを介して図示しないモータによって回転駆動される部材である。
シリンダブロック１１０の内部には、周方向に分散して配置された複数のシリンダ１１１が形成されている。
シリンダ１１１は、シリンダブロック１１０の中心軸方向と平行に配置され、内部にはピストン１１２が軸方向に移動可能に挿入されている。
ピストン１１２の端部は、シリンダブロック１１０の可変斜板１２０側の端面から突出して配置され、シリンダブロック１１０の回転時に可変斜板１２０と摺動するようになっている。
シリンダ１１１に油を導入又は排出するポートは、可変斜板１２０側とは反対側におけるシリンダブロック１１０の端面に開口し、ポートプレート１３０と対向した配置されている。

可変斜板１２０は、シリンダブロック１１０のピストン１１２が突出する側の端面に対向して配置されている。
可変斜板１２０は、ピストン１１２の端部と当接、摺動して、ピストン１１２を駆動するカムとして機能するとともに、そのシリンダブロック１１０の回転軸に対する角度を変更可能となっている。
この可変斜板１２０の角度変更については、後に詳しく説明する。

ポートプレート１３０は、シリンダブロック１１０のポート側の端面と対向して配置されたシリンダブロック１１０と実質的に同心の円盤状の部材である。
ポートプレート１３０は、第１ポート１３１、第２ポート１３２を有して構成されている。
第１ポート１３１、第２ポート１３２は、それぞれポートプレート１３０の中心軸と同心の円弧状に形成され、ポートプレート１３０を厚さ方向（軸方向）に貫通して形成されている。
第１ポート１３１、第２ポート１３２は、ポートプレート１３０の軸対称に配置されている。
第１ポート１３１、第２ポート１３２は、シリンダブロック１１０の回転時に、シリンダブロック１１０の各シリンダ１１１のポートと順次連通するようになっている。

ポンプ１００は、シリンダブロック１１０を同一方向に回転させた状態で、可変斜板１２０の角度を変化させることによって、第１ポート１３１が第２ポート１３２に対して高圧となる第１の状態（正転状態）、第１ポート１３１と第２ポート１３２の圧力が実質的に同等となる中立状態、第２ポート１３２が第１ポート１３１に対して高圧となる第２の状態（逆転状態）を切替可能であり、また、第１、第２の状態における高圧側ポートの吐出油圧、油量を無段階に変化させることが可能である。

また、ポンプ１００には、以下説明するボギー角との連動油圧機構が設けられている。
図２は、図１の輪軸操舵台車におけるボギー角とアキシャル型ピストンポンプ斜板との連動油圧機構の構成を示す模式図であって、上から見た状態を示している。
図２に示すように、連動油圧機構２００は、第１マスタシリンダ２１０、第２マスタシリンダ２２０、第１スレーブシリンダ２３０、第２スレーブシリンダ２４０等を備えて構成されている。

第１マスタシリンダ２１０及び第２マスタシリンダ２２０は、それぞれ台車枠１０の右側端部、左側端部と、車体Ｂとの間に、車両前後方向にほぼ沿って配置されている。
各マスタシリンダ２１０，２２０において、シリンダは台車枠１０に取り付けられ、ピストンロッドの端部は、車体Ｂに対して揺動可能に連結されている。
図２（ａ）に示す状態から図２（ｂ）に示す状態のように、台車枠１０が車体Ｂに対して反時計回りに回動（ボギー角発生）した場合、第１マスタシリンダ２１０は作動油を吸引し、第２マスタシリンダ２２０は作動油を吐出するようになっている。
また、逆に台車枠１０が車体Ｂに対して時計回りに回動した場合、第１マスタシリンダ２１０は作動油を吐出し、第２マスタシリンダ２２０は作動油を吸引するようになっている。

第１スレーブシリンダ２３０及び第２スレーブシリンダ２４０は、可変斜板１２０の揺動中心軸を挟んだ両側にそれぞれ接続されている。
第１スレーブシリンダ２３０及び第２スレーブシリンダ２４０は、それぞれ第１マスタシリンダ２１０及び第２マスタシリンダ２２０から作動油を供給されることによって可変斜板１２０を押し、作動油を吸引されることによって可変斜板１２０を引くようになっている。
また、第１スレーブシリンダ２３０及び第２スレーブシリンダ２４０の第１マスタシリンダ２１０及び第２マスタシリンダ２２０と連通する側と反対側の室は、相互に連通している。

以上説明した構成により、連動油圧機構２００は、所定方向へのボギー角が発生すると、可変斜板１２０を第１の方向（例えば、図１に示す正転方向）に駆動し、所定方向とは逆のボギー角が発生すると、可変斜板１２０を第１の方向とは逆の第２の方向（例えば図１に示す逆転方向）に駆動するようになっている。
また、ボギー角が実質的に発生しない直進状態においては、連動油圧機構２００は、可変斜板１２０を図１に示す中立状態とするようになっている。

図３は、鉄道車両におけるボギー角と輪軸ヨー角との関係を示す図である。
図３に示すように、台車枠１０に発生するボギー角の方向と、台車枠１０に対して１位輪軸２０、２位輪軸３０を操舵すべき方向との関係は常に一定であり、さらに、ボギー角と目標操舵量との間にも実質的に比例関係が成り立つ。
本実施形態においては、第１〜第４アクチュエータ４０〜７０によって構成される油圧駆動機構（輪軸操舵機構）に油圧を供給するポンプ１００の可変斜板１２０を、台車ボギー角と連動させる構成としたことによって、本来付与すべき輪軸ヨー角と反対側に操舵が行われることは物理的にあり得ないようになっており、高い信頼性を有している。
また、例えばパッシブ油圧回路によって輪軸を操舵する従来技術に対して、操舵動作遅れを防止して良好な輪軸操舵を行い、曲線通過時の横圧を効果的に低減できる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上述した各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、輪軸操舵装置を構成する各アクチュエータの配置や油圧回路構成は、上述した実施形態に限定されず、適宜変更することができる。
また、実施形態では、台車のボギー角と可変容量型アキシャルピストンポンプの可変斜板とを油圧式の連動機構によって連動させているが、機械式の連動機構によって連動させるようにしてもよい。

１輪軸操舵台車１０台車枠
２０１位輪軸３０２位輪軸
４０第１アクチュエータ５０第２アクチュエータ
６０第３アクチュエータ７０第４アクチュエータ
ＡアキュムレータＳスプリング
１００ポンプ１１０シリンダブロック
１１０ａ回転軸１１１シリンダ
１１２ピストン１２０可変斜板
１３０ポートプレート１３１第１ポート
１３２第２ポート２００連動油圧機構
２１０第１マスタシリンダ２２０第２マスタシリンダ
２３０第１スレーブシリンダ２４０第２スレーブシリンダ
Ｂ車体

Claims

左右一対の車輪を車軸で連結した輪軸と、
前記輪軸の両端部を回転可能に支持する軸箱と、
前記軸箱を支持する軸箱支持装置が取り付けられるとともに、車体に対してボギー角付与可能に取り付けられる台車枠と、
前記台車枠に対して前記輪軸をヨー方向に回動させる輪軸操舵装置と
を有する輪軸操舵台車であって、
前記輪軸操舵装置は、
可変斜板の角度に応じて第１のポートを高圧とし第２のポートを低圧とする第１の状態と、前記第１のポートを低圧とし前記第２のポートを高圧とする第２の状態と、前記第１のポート及び前記第２のポートを実質的に同圧力とする中立状態とを切替可能な可変容量型アキシャルピストンポンプと、
前記第１のポート及び前記第２のポートにそれぞれ接続されるとともに、前記第１の状態の際に前記輪軸を第１の方向に回動させ、前記第２の状態の際に前記輪軸を前記第１の方向とは反対方向である第２の方向に回動させる油圧駆動機構と、
前記台車枠の前記車体に対する相対回動と連動して前記可変斜板の角度を変更する連動機構と
を備えることを特徴とする輪軸操舵台車。