JP2013241081A - 鉄道車両の台車枠 - Google Patents

Abstract

【課題】組立てに際して優れた溶接施工性を実現することが可能な鉄道車両の台車枠を提供する。
【解決手段】レール方向に沿って配置される左右に一対の側ばり２と、これらの側ばり２をつなぐ横ばり３とを備えた鉄道車両の台車枠１であって、横ばり３は、天板部材３１と、底板部材３２と、これらの板部材３１、３２の間に配置されて溶接接合された前後に一対の側板部材３３とから構成され、主電動機および歯車装置をそれぞれ取り付けるための受座４、５が配置される位置に対応して、天板部材３１および底板部材３２の前後の縁から受座支持部３４、３５が延び出しており、受座支持部３４、３５に受座４、５が溶接接合される。
【選択図】図３

Description

本発明は、鉄道車両の台車枠に関する。

鉄道車両は、台車枠に主電動機および歯車装置が取り付けられており、主電動機の動力が歯車装置を介して輪軸に伝達され、レール上を走行する。

図１は、従来の台車枠を示す平面図である。図２は、従来の台車枠の横ばりにおける受座の部位を拡大して示す平面図である。図１に示すように、台車枠１０１は、レール方向に沿って配置される左右に一対の側ばり１０２と、これらの側ばり１０２をつなぐ横ばり１０３とを備える。横ばり１０３は円筒状の鋼管で構成され、その両端のそれぞれを溶接によって側ばり１０２に接合されている。

横ばり１０３には、その外周面に、主電動機を取り付けるための受座（以下、「主電動機用受座」ともいう）１０４が溶接によって接合され、さらに、歯車装置を取り付けるための受座（以下、「歯車装置用受座」ともいう）１０５が溶接によって接合されている（例えば、特許文献１、２参照）。

ここで、主電動機用受座１０４および歯車装置用受座１０５と横ばり１０３は、もともとは完全に独立した別部材である。主電動機用受座１０４は、鉄道車両の走行中に主電動機から動力の反力および主電動機の自重といったような高負荷を受けるので、リブ構造が多用される。歯車装置用受座１０５も同様である。このため、従来の台車枠１０１では、リブ構造の各受座１０４、１０５が円筒状の横ばり１０３に溶接されることから、溶接線の短い溶接部が多くなる。溶接部は溶接の始点部と終点部で溶接品質が低下する傾向にあり、短い溶接線の場合はその傾向が顕在化し易い。

また、各受座１０４、１０５と横ばり１０３との溶接部には、鉄道車両の走行中に、各受座１０４、１０５が受ける高負荷によって応力集中が発生し易い。とりわけ、図２に示すように、横ばり１０３に接合される各受座１０４、１０５の上面部および下面部の裾（図２中、太線の円で囲った部分）には、「角止端」と称される隅肉溶接の止端が存在し、この角止端に応力が集中する。このため、角止端は、グラインダーなどによって滑らかに手入れすることが不可欠である。

台車枠は、組立てに際し、その施工の大半を溶接が占めることから、溶接施工性に優れることが要求される。しかし、従来の台車枠１０１では、上述のとおり、主電動機用受座１０４および歯車装置用受座１０５を横ばり１０３に溶接接合する際に、溶接線の短い溶接部が多い上、角止端の手入れが不可欠であるため、溶接部の品質低下が顕在化し易く、溶接施工の能率が低い。したがって、従来の台車枠１０１は組立てに際しての溶接施工性に乏しい。

特許第４２９２９８０号公報 特許第３８７３６５９号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、組立てに際して優れた溶接施工性を実現することが可能な鉄道車両の台車枠を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため、主電動機用受座および歯車装置用受座を横ばりに溶接接合する際に、溶接部の品質を確保しつつ、溶接施工の能率を向上させることを目標にし、溶接線の短い溶接部を低減するとともに、手入れが必要な角止端を削減することができる技術について鋭意検討を重ねた。その結果、横ばりを４面板合わせ構造とし、さらに、４面のそれぞれを構成する板部材のうちの天板部材および底板部材において、これと一体で、主電動機用受座および歯車装置用受座の上面部および下面部に相当する受座支持部を形成し、この受座支持部に受座を溶接接合するのが有効であることを知見した。

本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の鉄道車両の台車枠にある。すなわち、レール方向に沿って配置される左右に一対の側ばりと、これらの側ばりをつなぐ横ばりとを備えた鉄道車両の台車枠であって、横ばりは、天板部材と、底板部材と、これらの天板部材と底板部材の間に配置されて溶接接合された前後に一対の側板部材とから構成され、主電動機および歯車装置をそれぞれ取り付けるための受座が配置される位置に対応して、天板部材および底板部材の前後の縁から受座支持部が延び出しており、受座支持部に受座が溶接接合されることを特徴とする鉄道車両の台車枠である。

また、上記の台車枠は、前記受座支持部の左右の縁から前記天板部材および前記底板部材の前後の縁に至る輪郭形状が、３箇所以上で折れ曲がった裾状であることが好ましい。

以上の台車枠において、前記側ばりは、側ばり用天板部材と、側ばり用底板部材と、これらの側ばり用天板部材と側ばり用底板部材の間に配置されて溶接接合された左右に一対の側ばり用側板部材とから構成され、前記横ばりが配置される位置に対応して、側ばり用天板部材および側ばり用底板部材の左右の縁からつなぎ部が延び出しており、前記横ばりの左右の各端部をつなぎ部同士の間に挟み込んで溶接接合されていることが好ましい。

本発明の鉄道車両の台車枠によれば、主電動機用受座および歯車装置用受座を横ばりに溶接接合する際に、溶接線の短い溶接部を低減するとともに、手入れが必要な角止端を削減することができる。その結果として、溶接部の品質を確保しつつ、溶接施工の能率を向上させることができ、組立てに際して優れた溶接施工性を実現することが可能になる。

従来の台車枠を示す平面図である。 従来の台車枠の横ばりにおける受座の部位を拡大して示す平面図である。 本発明の台車枠の一例を示す斜視図であって、同図（ａ）は斜め上から見た状態を、同図（ｂ）は斜め下から見た状態をそれぞれ示す。 図３に示す台車枠の平面図である。 本発明の台車枠の横ばりにおける受座支持部で安全率を向上させる工夫の一例として、受座支持部の部位を拡大して示す断面図である。 本発明の台車枠の横ばりにおける受座支持部で安全率を向上させる工夫の別例として、受座支持部の部位を拡大して示す断面図である。

以下に、本発明の鉄道車両の台車枠について、その実施形態を詳述する。

図３は、本発明の台車枠の一例を示す斜視図であって、同図（ａ）は斜め上から見た状態を、同図（ｂ）は斜め下から見た状態をそれぞれ示す。図４は、図３に示す台車枠の平面図である。図４では、横ばりと側ばりをつなぐ部分でその一部を破断して示している。図３、図４に示すように、台車枠１は、レール方向に沿って配置される左右に一対の側ばり２と、これらの側ばり２をつなぐ横ばり３とを備える。本発明の台車枠１において、横ばり３は４面板合わせ構造であり、側ばり２も同様に４面板合わせ構造である。

具体的には、横ばり３は、天板部材（以下、「横ばり用天板部材」ともいう）３１と、底板部材（以下、「横ばり用底板部材」ともいう）３２と、前後に一対の側板部材（以下、「横ばり用側板部材」ともいう）３３とから構成される。これらの板部材３１〜３３は、鋼板をプレス成形し、必要に応じて曲げ加工を施したものである。横ばり用側板部材３３は横ばり用天板部材３１と横ばり用底板部材３２の間に配置され、横ばり用側板部材３３の上縁が横ばり用天板部材３１の下面に突き合わされて溶接接合されるとともに、横ばり用側板部材３３の下縁が横ばり用底板部材３２の上面に突き合わされて溶接接合され、これにより、横ばり３が組み立てられる。この横ばり３には、リブ構造の主電動機用受座４および歯車装置用受座５が溶接によって接合される。

左右に一対の側ばり２は、それぞれ、側ばり用天板部材２１と、側ばり用底板部材２２と、左右に一対の側ばり用側板部材２３とから構成される。これらの板部材２１〜２３も、鋼板をプレス成形し、必要に応じて曲げ加工を施したものである。側ばり用側板部材２３は側ばり用天板部材２１と側ばり用底板部材２２の間に配置され、側ばり用側板部材２３の上縁が側ばり用天板部材２１の下面に突き合わされて溶接接合されるとともに、側ばり用側板部材２３の下縁が側ばり用底板部材２２の上面に突き合わされて溶接接合され、これにより、側ばり２が組み立てられる。

なお、側ばり２の前後の各端には、ばね帽部材６が溶接接合される。ばね帽部材６は、輪軸を回転自在に支持する図示しない軸箱を取り付けるために用いられる。

横ばり３は、その左右の端部に側ばり２が溶接接合され、側ばり２をつなぐ。横ばり３と側ばり２をつなぐ部分は、以下のように構成される。側ばり２は、横ばり３が配置される位置に対応して、側ばり用天板部材２１および側ばり用底板部材２２の左右の縁からつなぎ部２４が延び出している。これらのつなぎ部２４は、予め、それぞれの側ばり用天板部材２１および側ばり用底板部材２２と一体で形成されている。一方、横ばり３は、横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２が横ばり用側板部材３３よりも短く形成され、横ばり用側板部材３３の左右の端部が横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２より突出した格好になっている。

そして、横ばり用側板部材３３の端部は、それぞれ側ばり２のつなぎ部２４同士の間に挟み込まれた状態で、その端縁が側ばり用側板部材２３に突き合わされて溶接接合されるとともに、その上縁が横ばり用天板部材３１の下面に、その下縁が横ばり用底板部材３２の上面にそれぞれ突き合わされて溶接接合される。さらに、横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２の端縁が、側ばり２のつなぎ部２４の端縁に同一面上で突き合わされて溶接接合される。こうして、横ばり３が側ばり２をつないだ状態になる。

このように、側ばり２から延び出すつなぎ部２４で横ばり３と側ばり２をつなぐことにより、横ばり３と側ばり２の上下面における溶接接合の位置が横ばり３上に配置されるようになるため、台車枠１に作用する荷重に伴う高応力を、強度が安定した横ばり３の両端部で安全に負担することができる。

ところで、本発明の台車枠１は、上述のとおりに横ばり３を４面板合わせ構造とするのに加え、横ばり３に主電動機用受座４および歯車装置用受座５を溶接接合するために、以下のように構成されている。横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２は、主電動機用受座４が配置される位置に対応して、それぞれの前後の縁から受座支持部（以下、「主電動機用受座支持部」ともいう）３４が延び出している。これらの受座支持部３４は、主電動機用受座４の上面部および下面部に相当し、予め、それぞれの横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２と一体で形成されている。

さらに、横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２は、歯車装置用受座５が配置される位置に対応して、それぞれの前後の縁から受座支持部（以下、「歯車装置用受座支持部」ともいう）３５が延び出している。これらの受座支持部３５は、歯車装置用受座５の上面部および下面部に相当し、予め、それぞれの横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２と一体で形成されている。リブ構造の主電動機用受座４および歯車装置用受座５は、それらの受座支持部３４、３５に、さらには横ばり用側板部材３３に溶接によって接合される。

このように、横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２、すなわち横ばり３と一体で、各受座４、５の上面部および下面部に相当する受座支持部３４、３５を形成し、これらの受座支持部３４、３５に受座４、５をそれぞれ溶接接合することにより、従来の台車枠１０１のような各受座１０４、１０５と横ばり１０３との溶接部の角止端（前記図２参照）は存在しなくなるので、手入れ工数を削減することができる。しかも、従来の台車枠１０１のような鋼管の横ばり１０３にではなく、４面構造の横ばり３にリブ構造の受座４、５を溶接接合することになるので、溶接線の短い溶接部は少なくて済む。

したがって、本発明の台車枠１は、各受座４、５を横ばり３に溶接接合する際に、溶接線の短い溶接部を低減するとともに、手入れが必要な角止端を削減することができる。その結果として、溶接部の品質を確保しつつ、溶接施工の能率を向上させることができ、組立てに際して優れた溶接施工性を実現することが可能になる。

ここで、各受座４、５は鉄道車両の走行中に高負荷を受けるので、横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２から延び出す受座支持部３４、３５の根元に応力集中が発生し易い。とりわけ、受座支持部３４、３５の左右の縁と、横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２の前後の縁とが交差する隅部には、応力が集中する。そして、応力が集中するその隅部に、横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２と横ばり用側板部材３３とを接合する溶接ビードが重なるか、近接していると、その隅部の疲労限度応力が低下することから、安全率が低下するおそれがある。このため、受座支持部３４、３５で安全率を向上させる工夫を施すことが望ましい。以下に、その工夫を例示する。

図５は、本発明の台車枠の横ばりにおける受座支持部で安全率を向上させる工夫の一例として、受座支持部の部位を拡大して示す断面図である。同図に示すように、横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２の前後の縁３１ａ、３２ａから、これらの板部材３１、３２と横ばり用側板部材３３とを接合する溶接ビードＷｇの境界までの距離をＬとし、横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２の前後の縁部を溶接ビードＷｇの境界より突出させる。

この場合、距離Ｌを長くとれば、応力が集中する上記の隅部、すなわち、受座支持部３４、３５の左右の縁３４ａ、３５ａと、横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２の前後の縁３１ａ、３２ａとが交差する隅部が、溶接ビードから遠ざかり、これに伴ってその隅部の疲労限度応力が公称応力に近づくため、受座支持部３４、３５で安全率を向上させることができる。距離Ｌは、台車を構成する各種部品との配置関係で許容できれば、可能な限り長い方がよい。なお、上記の隅部は、丸面取りされている。

図６は、本発明の台車枠の横ばりにおける受座支持部で安全率を向上させる工夫の別例として、受座支持部の部位を拡大して示す断面図である。同図に示すように、受座支持部３４、３５の左右の縁３４ａ、３５ａから横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２の前後の縁３１ａ、３２ａに至る輪郭形状を、横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２の縁３１ａ、３２ａ側から順に、点Ｐ１、点Ｐ２および点Ｐ３の３箇所で折れ曲がった裾状とするのが好ましい。折れ曲がった３箇所は、それぞれ丸面取りされている。

このように３箇所で折れ曲がった裾状の輪郭形状を採用することにより、特に、横ばり用天板部材３１および横ばり用底板部材３２の縁３１ａ、３２ａ側の２箇所（点Ｐ１、点Ｐ２）に応力集中が分散し、これに伴ってその各箇所の疲労限度応力が公称応力に近づくため、受座支持部３４、３５で安全率を向上させることができる。もっとも、３箇所以上の折れ曲がりであれば、同様の効果を奏する。

本発明の台車枠による効果を確認するため、下記の評価を行った。

［溶接施工性］
前記図３に示す本発明の台車枠と、前記図１に示す従来の台車枠について、主電動機用受座および歯車装置用受座を横ばりに溶接接合し、受座の溶接部に限定して溶接線の短い溶接部の数を調査した。ここでは、溶接線の短い溶接部として、長さが９９ｍｍ以下のものを抽出した。

調査の結果、溶接線の短い溶接部は、従来の台車枠では７４個であったのに対し、本発明の台車枠では１２個と著しく少なかった。このことから、本発明の台車枠は、各受座を横ばりに溶接接合する際に、溶接線の短い溶接部を低減することができ、溶接部の品質を確保できることが明らかとなった。

［受座に関する応力安全率］
前記図３に示す本発明の台車枠について、４面板合わせ構造の横ばりから延び出し、主電動機用受座の上面部に相当する受座支持部での応力安全率を調査した。また、比較のため、前記図１に示す従来の台車枠について、鋼管の横ばりに溶接接合された主電動機用受座の上面部での応力安全率を調査した。条件としては、受座に主電動機の上下荷重を負荷する静荷重試験を行い、その際に、本発明の台車枠では受座支持部に、従来の台車枠では受座の上面部にそれぞれ作用する応力を測定し、この応力から安全率を算出した。なお、溶接部の疲労限度は、ＪＩＳ−Ｅ−４２０７に基づいた方法で整理した。

調査の結果、安全率は、従来の台車枠では１．５にすぎなかったのに対し、本発明の台車枠では１．９と高くなった。このことから、本発明の台車枠は、受座に関する応力安全率を向上できることが明らかとなった。

その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、個々に４面板合わせ構造の横ばりと側ばりを接合する際、上記の実施形態では、横ばり用天板部材および横ばり用底板部材の端縁を、側ばりのつなぎ部の端縁に同一面上で突き合わせ溶接する態様を示したが、横ばり用天板部材および横ばり用底板部材の端縁部を、側ばりのつなぎ部の端縁部の下に、直接または当て金を介して重ね合わせ、これらを隅肉溶接するようにしても構わない。また、個々に４面板合わせ構造の横ばりと側ばりの剛性を確保するため、横ばりと側ばりの内部に補強板を溶接接合してもよい。

本発明の鉄道車両の台車枠は、あらゆる鉄道車両に有用である。

１：台車枠、 ２：側ばり、 ３：横ばり、 ４：主電動機用受座、
５：歯車装置用受座、 ６：ばね帽部材、
２１：側ばり用天板部材、 ２２：側ばり用底板部材、
２３：側ばり用側板部材、 ２４：つなぎ部、
３１：横ばり用天板部材、 ３１ａ：横ばり用天板部材の前後の縁、
３２ａ：横ばり用底板部材の前後の縁、
３２：横ばり用底板部材、 ３３：横ばり用側板部材、
３４：主電動機用受座支持部、 ３４ａ：主電動機用受座支持部の左右の縁、
３５：歯車装置用受座支持部、 ３５ａ：歯車装置用受座支持部の左右の縁、
Ｗｇ：溶接ビード

Claims (3)

1. レール方向に沿って配置される左右に一対の側ばりと、これらの側ばりをつなぐ横ばりとを備えた鉄道車両の台車枠であって、
   横ばりは、天板部材と、底板部材と、これらの天板部材と底板部材の間に配置されて溶接接合された前後に一対の側板部材とから構成され、主電動機および歯車装置をそれぞれ取り付けるための受座が配置される位置に対応して、天板部材および底板部材の前後の縁から受座支持部が延び出しており、受座支持部に受座が溶接接合されることを特徴とする鉄道車両の台車枠。
2. 前記受座支持部の左右の縁から前記天板部材および前記底板部材の前後の縁に至る輪郭形状が、３箇所以上で折れ曲がった裾状であることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両の台車枠。
3. 前記側ばりは、側ばり用天板部材と、側ばり用底板部材と、これらの側ばり用天板部材と側ばり用底板部材の間に配置されて溶接接合された左右に一対の側ばり用側板部材とから構成され、前記横ばりが配置される位置に対応して、側ばり用天板部材および側ばり用底板部材の左右の縁からつなぎ部が延び出しており、前記横ばりの左右の各端部をつなぎ部同士の間に挟み込んで溶接接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両の台車枠。

Images