JP2014125138A - 鉄道車両の台枠構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルスタアンカまたはヨーダンパ支持用ブラケットの締結位置で下フランジに偶力が作用した時に上フランジ及び下フランジに生じる面外曲げ応力を低減することができる鉄道車両の台枠構造を提供する。
【解決手段】鉄道車両の台枠構造１Ａは、一端が台車に連結されたボルスタアンカまたはヨーダンパの他端が連結されるブラケット２と、下フランジ３１、上フランジ３３および側壁３２を有する側ハリ部３を備えている。ブラケット２は、車両長手方向に離間する位置で締結部材６により下フランジ３１に締結される。締結部材６の内側には、車両長手方向に互いに離間する、下フランジ３１、上フランジ３３および側壁３２に接合された一対のリブ７が配置されている。一対のリブ７の間にはこれらを橋架するように隔壁８が設けられている。隔壁８は、下フランジ３１および上フランジ３３に接合されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、台車からの荷重を受け止める鉄道車両の台枠構造に関する。

鉄道車両の車体と台車の間には、ボルスタアンカやヨーダンパが配置される（例えば、非特許文献１参照）。これらのボルスタアンカやヨーダンパは、台枠の側ハリから下向きに突出するブラケットに支持される。

ボルスタ付台車を用いた鉄道車両では、台車の推進力が、台車の枕ハリの両端からボルスタアンカおよびブラケットを介して側ハリにおける車体の枕ハリ近傍部分に伝えられる。ボルスタレス台車を用いた鉄道車両では、特に高速車両などでヨーダンパが採用され、ダンパ減衰力がブラケットを通じて側ハリにおける車体の枕ハリ近傍部分に伝えられる。

「わかりやすい鉄道技術［鉄道概論・車両編・運転編］」、公益財団法人鉄道総合技術研究所、平成23年10月31日、ｐ．41−43

図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、一般に、側ハリ１１０は、側壁１１２と、この側壁１１２の下端および上端から車幅方向内側に突出する下フランジ１１１および上フランジ１１３を有する。ボルスタアンカまたはヨーダンパ支持用のブラケット１２０は、ボルトおよびナットからなる締結部材１４０により下フランジ１１１に締結されることが多い。例えば、ブラケット１２０は、側ハリ１１０の側壁１１２よりもある程度車幅方向内側に配置される。

ブラケット１２０の下端には、ボルスタアンカまたはヨーダンパから車両長手方向の水平力（上述した台車の推進力またはダンパ減衰力）が作用する。この水平力は、車幅方向に延びる軸回りのモーメントにより、締結部材１４０が配置された締結位置での偶力Ｆとして下フランジ１１１に伝えられる。このような偶力Ｆは、下フランジ１１１を厚さ方向（面外方向）に波打つように撓ませる。下フランジ１１１の撓みを抑えるには、例えば、締結部材１４０を挟むように一対のリブ１３０を配置し、このリブ１３０によって下フランジ１１１を側壁１１２および上フランジ１１３と結合することが考えられる。

しかしながら、そのような構造では、締結部材１４０の外側に位置するリブ１３０が偶力Ｆによる上フランジ１１３及び下フランジ１１１の面外曲げ変形の支点となるために、上フランジ１１３及び下フランジ１１１に大きな面外曲げ応力が生じる。

そこで、本発明は、ボルスタアンカまたはヨーダンパ支持用ブラケットの締結位置で下フランジに偶力が作用した時に上フランジ及び下フランジに生じる面外曲げ応力を低減することができる鉄道車両の台枠構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の鉄道車両の台枠構造は、一端が台車に連結されたボルスタアンカまたはヨーダンパの他端が連結されるブラケットと、下フランジ、前記下フランジと対向する上フランジ、および前記下フランジと前記上フランジとをつなぐ側壁、を有する側ハリ部と、車両長手方向に離間する位置で前記ブラケットを前記下フランジに締結する締結部材と、前記締結部材の内側で車両長手方向に互いに離間する一対のリブであって、前記下フランジ、前記上フランジおよび前記側壁に接合された一対のリブと、前記一対のリブを橋架するように設けられ、前記下フランジおよび前記上フランジに接合された隔壁と、を備える。

上記の構成によれば、締結部材の内側に配置された一対のリブを隔壁が橋架しているので、リブの外側の締結位置で下フランジに偶力が作用したときには、隔壁が回転しようとする。しかし、隔壁は下フランジおよび上フランジに接合されているので、隔壁の回転は下フランジおよび上フランジに規制される。すなわち、隔壁は、下フランジに作用する偶力を下フランジおよび上フランジの面内力に変換する役割を果たす。従って、偶力作用時に上フランジ及び下フランジに生じる面外曲げ応力を低減することができる。

本発明の鉄道車両の台枠構造は、ボルスタアンカまたはヨーダンパ支持用ブラケットの締結位置で下フランジに偶力が作用した時に上フランジ及び下フランジに生じる面外曲げ応力を低減することができる。

（ａ）及び（ｂ）は鉄道車用の台枠および台車の側面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ第１実施形態に係る鉄道車両の台枠構造における要部の平面図、車幅方向内側からの側面図および背面図であり、（ｄ）は（ｂ）のII−II線に沿った断面図である。 隔壁の役割を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ第２実施形態に係る鉄道車両の台枠構造における要部の平面図、車幅方向内側からの側面図および背面図であり、（ｄ）は（ｂ）のIV−IV線に沿った断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ第３実施形態に係る鉄道車両の台枠構造における要部の平面図、車幅方向内側からの側面図および背面図であり、（ｄ）は（ｂ）のV−V線に沿った断面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ第４実施形態に係る鉄道車両の台枠構造における要部の背面図および下面図である。 変形例の鉄道車両の台枠構造における要部の背面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ仮想例の台枠構造における要部の車幅方向内側からの側面図および背面図であり、（ｃ）は（ａ）のVIII−VIII線に沿った断面図である。

（第１実施形態）
図２（ａ）〜（ｄ）に、第１実施形態に係る鉄道車両の台枠構造１Ａを示す。まず図１（ａ）を参照して、台枠１０と台車１１との関係を説明する。

台枠１０は、車両長手方向に延びる一対の側ハリ部３と、車幅方向に延在して側ハリ部３同士をつなぐ枕ハリ１４とを備える。枕ハリ１４には、空気ばね１３を介して台車１１が連結される。

図１（ａ）に示す台車１１はボルスタレス台車であり、台車１１と台枠１０の間にはヨーダンパ１２が配置されている。ヨーダンパ１２の一端は台車１１に連結され、他端は側ハリ部３から下向きに突出するブラケット２に連結されている。ただし、台車１１は、図１（ｂ）に示すボルスタ付台車１１’であってもよい。この場合、ボルスタアンカ１２’の一端が台車１１’に連結され、他端がブラケット２に連結される。

台枠構造１Ａは、台枠１０とブラケット２を含む。図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、台枠１０の側ハリ部３は、下フランジ３１、下フランジ３１と対向する上フランジ３３、および下フランジ３１と上フランジ３３とをつなぐ側壁３２、を有する。本実施形態では、側ハリ部３が、車幅方向内側に開口する正面視でコ字状（図２（ｃ）の背面視でも同形状）の主ハリ４と、主ハリ４の内面に沿う形状の補強部材５を含む。

主ハリ４は車両の全長に亘って延びる部材であり、主ハリ４の前端部および後端部は端バリに接続されている。補強部材５は、台枠１０が台車１１と重なる領域で主ハリ４を補強するためのものである。

主ハリ４は、鉛直方向に対して車幅方向外側に僅かに倒れた縦板部４２と、縦板部４２の下端および上端から車幅方向内側に突出する下桟部４１および上桟部４３を有する。同様に、補強部材５は、鉛直方向に対して車幅方向外側に僅かに倒れた縦板部５２と、縦板部５２の下端および上端から車幅方向内側に突出する下桟部５１および上桟部５３を有する。すなわち、主ハリ４の縦板部４２および補強部材５の縦板部５２が側ハリ部３の側壁３２を構成し、主ハリ４の下桟部４１および補強部材５の下桟部５１が側ハリ部３の下フランジ３１を構成し、主ハリ４の上桟部４３および補強部材５の上桟部５３が側ハリ部３の上フランジ３３を構成する。

下フランジ３１には、ブラケット２に対応する位置に、他の部分よりも車幅方向内側に張り出す張り出し部３４が設けられている。この張り出し部３４は、補強部材５の下桟部５１に一体的に形成された突出部により構成されている。すなわち、主ハリ４の下桟部４１は、ほぼ一定の幅で車両長手方向に延びている。同様に、上フランジ３３には、ブラケット２に対応する位置に、他の部分よりも車幅方向内側に張り出す張り出し部３５が設けられている。この張り出し部３５は、補強部材５の上桟部５３に一体的に形成された突出部により構成されている。すなわち、主ハリ４の上桟部４３は、ほぼ一定の幅で車両長手方向に延びている。本実施形態では、下フランジ３１の張り出し部３４の先端と上フランジ３３の張り出し部３５の先端が平面視でほぼ同じ位置に位置している。

ブラケット２は、車両長手方向に離間する位置で締結部材６により下フランジ３１の張り出し部３４に締結されている。本実施形態では、締結部材６が車両長手方向に離間する位置に２つずつ配置されている。各締結部材６は、ボルトおよびナットからなる。

ブラケット２は、水平方向に平行な矩形板状のベース２２と、ベース２２の中央から垂れ下がる、略三角形板状の支持部２１とを有する。ベース２２の四隅の近傍には、締結部材６を構成するボルトが挿通される貫通穴（図示せず）が設けられている。

締結部材６の内側には、車両長手方向に互いに離間する一対のリブ７が配置されている。各リブ７は、車両長手方向に垂直であり、下フランジ３１、側壁３２および上フランジ３３に溶接により接合されている。本実施形態では、各リブ７が、側壁３２から下フランジ３１の張り出し部３４および上フランジ３３の張り出し部３５の先端まで延びており、リブ７の車幅方向内側の端部が鉛直方向にストレートになっている。

さらに、本実施形態では、一対のリブ７の間にこれらのリブ７を橋架するように一対の隔壁８が設けられている。これらの隔壁８は、車幅方向に垂直であり、下フランジ３１の張り出し部３４と上フランジ３３の張り出し部３５との間に互いに平行に配置されている。

各隔壁８は、締結部材６の中心同士を車両長手方向に結ぶ線上に配置されている。また、各隔壁８は、一対のリブ７、下フランジ３１の張り出し部３４および上フランジ３３の張り出し部３５で囲まれる空間と同程度の大きさを有し、リブ７および張り出し部３４，３５に溶接により接合されている。なお、隔壁８は、必ずしも矩形状である必要はなく、隔壁８のコーナーは面取りされていてもよいし、隔壁８には例えば配線用の切欠きが設けられていてもよい。

以上説明したように、本実施形態の台枠構造１Ａでは、締結部材６の内側に配置された一対のリブ７を隔壁８が橋架しているので、リブ７の外側の締結位置で下フランジ３１に偶力が作用したときには、隔壁８が回転しようとする。しかし、隔壁８は下フランジ３１および上フランジ３３に接合されているので、隔壁８の回転は下フランジ３１および上フランジ３３に規制される。すなわち、図３に示すように、隔壁８は、下フランジ３１に作用する偶力Ｆを下フランジ３１の面内力Ｒ１および上フランジ３３の面内力Ｒ２に変換する役割を果たす（なお、隔壁８には、面内力Ｒ１，Ｒ２の反力ＲＲが作用する）。従って、偶力Ｆ作用時に上フランジ３３及び下フランジ３１に生じる面外曲げ応力を低減することができる。

さらに、本実施形態では、下フランジ３１だけでなく上フランジ３３にも張り出し部が設けられ、それらの張り出し部３４，３５の間に隔壁８が一対設けられているので、下フランジ３１に生じる曲げ応力の車幅方向の分布を均一化させることができ、曲げ応力の最大値を低下させることができる。

（第２実施形態）
次に、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して、第２実施形態に係る鉄道車両の台枠構造１Ｂを説明する。なお、本実施形態ならびに後述する第３および第４実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

本実施形態では、上フランジ３３の張り出し部３５の張り出し量が下フランジ３１の張り出し部３４の張り出し量よりも小さく設定されていて、平面視で張り出し部３５の先端が張り出し部３４の先端よりも車幅方向外側に位置している。このため、各リブ７の車幅方向内側の端部は、下フランジ３１の張り出し部３４の先端と上フランジ３３の張り出し部３５の先端とを結ぶように斜めになっている。

また、本実施形態では、一対のリブ７を橋架する隔壁８が、下フランジ３１の張り出し部３４と上フランジ３３の張り出し部３５の間に１つだけ設けられている。隔壁８は、車幅方向に垂直であり、４つの締結部材６の中央を通る車両長手方向の中心線上に配置されている。隔壁８は、第１実施形態と同様に、一対のリブ７、下フランジ３１の張り出し部３４および上フランジ３３の張り出し部３５で囲まれる空間と同程度の大きさを有し、リブ７および張り出し部３４，３５に溶接により接合されている。

さらに、本実施形態では、一対のリブ７の外側に一対の補強板８５が設けられている。各補強板８５は、車幅方向に垂直であり、隔壁８と対応する位置に配置されている。換言すれば、一対の補強板８５は、平面視で隔壁８と同一線上に位置している。各補強板８５は、略直角三角形状をなし、リブ７と下フランジ３１の張り出し部３４に溶接により接合されている。すなわち、リブ７と張り出し部３４とで形成されるコーナーは補強板８５により補強されている。

本実施形態でも、隔壁８によって第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、１つの隔壁８の両側に補強板８５が設けられているので、台枠構造１Ｂをシンプルにすることができる。

（第３実施形態）
次に、図５（ａ）〜（ｄ）を参照して、第３実施形態に係る鉄道車両の台枠構造１Ｃを説明する。本実施形態では、上フランジ３３に張り出し部が設けられておらず、上フランジ３３（主ハリ４の上桟部４３および補強部材５の上桟部５３）がほぼ一定の幅で車両長手方向に延びている。このため、各リブ７の車幅方向内側の端部は、下フランジ３１の張り出し部３４の先端と上フランジ３３の縁とを結ぶように、第２実施形態よりも緩やかな傾斜になっている。

さらに、本実施形態では、一対のリブ７を橋架する隔壁８が、車幅方向に垂直ではなく、リブ７の車幅方向内側の端部に沿う形状に形成されており、張り出し部３４の先端と上フランジ３３の縁とに跨って延びている。すなわち、隔壁８は、一対のリブ７、下フランジ３１および上フランジ３３で囲まれる空間を閉塞している。より詳しくは、隔壁８は、下フランジ３１の張り出し部３４から上フランジ３３に向かって、垂直部、傾斜部、水平部を形成するように折れ曲がっている。隔壁８は、リブ７、張り出し部３４および上フランジ３３に溶接により接合されている。

また、本実施形態では、締結部材６の外側にも、リブ７と同形状の第２のリブ７５が配置されている。

本実施形態でも、隔壁８によって第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、隔壁８がリブ７およびフランジ３１，３３と共に大きな箱状を形成するので、側ハリ部３における張り出し部３４を含むエリアの剛性を格段に高くすることができる。

（第４実施形態）
次に、図６（ａ）および（ｂ）を参照して、第４実施形態に係る鉄道車両の台枠構造１Ｄを説明する。本実施形態では、側ハリ部３を構成する主ハリ４の下桟部４１が、枕ハリ１４およびブラケット２に対応する位置で切り欠かれており、この切り欠かれた部分に取付座９および枕ハリ当板１５が配置されている。枕ハリ１４は、枕ハリ当板１５と、この枕ハリ当板１５上に載置された、下向きに開口する側面視でコ字状の部材１６とで構成されている。

取付座９は、ブラケット２のベース２２よりも僅かに大きな矩形状であり、その一部が補強部材５の下桟部５１よりも車幅方向内側に突出する状態で、下桟部５１に溶接により接合されている。すなわち、本実施形態では、側ハリ部３の下フランジ３１が、主ハリ４の下桟部４１、補強部材５の下桟部５１および取付座９で構成されており、取付座９は下フランジ３１の張り出し部３４を構成している。そして、各リブ７の下端は、補強部材５の下桟部５１および取付座９に接合されている。なお、隔壁８の下端は、補強部材５の下桟部５１に接合されていてもよいし、取付座９に接合されていてもよい。

本実施形態のように、取付面を一様に平滑にした取付座９を主ハリ４および補強部材５と別に設けることにより、下フランジ３１のブラケット２のベース２２との密着性がよくなる。また肉厚の取付座９を設ければ、溶接歪を抑えることができる。

さらに、本実施形態では、枕ハリ当板１５の端部が取付座９に接するように拡張されており、取付座９が枕ハリ１４の端部に溶接により接合されている。このように、取付座９を枕ハリ１４と一体化することにより、台車１１からの荷重を効率よく台枠１０に伝えることができる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、図７に示す変形例の台枠構造１Ｅのように、側ハリ部３の側壁３２は型材で構成されていてもよい。

１Ａ〜１Ｅ 鉄道車両の台枠構造
１０ 台枠
１１，１１’ 台車
１２ ヨーダンパ
１２’ ボルスタアンカ
１４ 枕ハリ
２ ブラケット
３ 側ハリ部
３１ 下フランジ
３２ 側壁
３３ 上フランジ
３４，３５ 張り出し部
４ 主ハリ
５ 補強部材
４１，５１ 下桟部
４３，５３ 上桟部
６ 締結部材
７ リブ
８ 隔壁
８５ 補強板
９ 取付座

Claims (8)

1. 一端が台車に連結されたボルスタアンカまたはヨーダンパの他端が連結されるブラケットと、
   下フランジ、前記下フランジと対向する上フランジ、および前記下フランジと前記上フランジとをつなぐ側壁、を有する側ハリ部と、
   車両長手方向に離間する位置で前記ブラケットを前記下フランジに締結する締結部材と、
   前記締結部材の内側で車両長手方向に互いに離間する一対のリブであって、前記下フランジ、前記上フランジおよび前記側壁に接合された一対のリブと、
   前記一対のリブを橋架するように設けられ、前記下フランジおよび前記上フランジに接合された隔壁と、
   を備えた、鉄道車両の台枠構造。
2. 前記下フランジは、前記ブラケットに対応する位置に、車幅方向内側に張り出す張り出し部を有し、この張り出し部に前記ブラケットが締結される、請求項１に記載の鉄道車両の台枠構造。
3. 前記上フランジは、前記ブラケットに対応する位置に、車幅方向内側に張り出す張り出し部を有し、
   前記隔壁は、前記下フランジの張り出し部と前記上フランジの張り出し部の間に互いに平行に一対設けられている、請求項２に記載の鉄道車両の台枠構造。
4. 前記上フランジは、前記ブラケットに対応する位置に、車幅方向内側に張り出す張り出し部を有し、
   前記隔壁は、前記下フランジの張り出し部と前記上フランジの張り出し部の間に配置されており、
   前記一対のリブの外側には、前記隔壁と対応する位置に、前記下フランジの張り出し部と前記リブとで形成されるコーナーを補強する補強板が設けられている、請求項２に記載の鉄道車両の台枠構造。
5. 前記隔壁は、前記一対のリブ、前記下フランジおよび前記上フランジで囲まれる空間を閉塞するように、前記一対のリブの車幅方向内側の端部に沿って前記下フランジの張り出し部の先端と前記上フランジの縁とに跨って延びている、請求項２に記載の鉄道車両の台枠構造。
6. 前記側ハリ部は、車幅方向内側に開口する正面視でコ字状の主ハリと、前記主ハリの内面に沿う形状の補強部材と、を含み、
   前記下フランジは、前記主ハリの下桟部および前記補強部材の下桟部で構成されており、
   前記上フランジは、前記主ハリの上桟部および前記補強部材の上桟部で構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鉄道車両の台枠構造。
7. 前記側ハリ部は、車幅方向内側に開口する正面視でコ字状の主ハリと、前記主ハリの内面に沿う形状の補強部材と、前記補強部材の下桟部に接合された取付座と、を含み、
   前記下フランジは、前記主ハリの下桟部、前記補強部材の下桟部および前記取付座で構成されており、
   前記上フランジは、前記主ハリの上桟部および前記補強部材の上桟部で構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鉄道車両の台枠構造。
8. 車幅方向に延在し、一対の前記側ハリ部をつなぐ枕ハリをさらに備え、
   前記側ハリ部の前記取付座は、前記枕ハリの端部に接合されて前記枕ハリと一体化された、請求項７に記載の鉄道車両の台枠構造。