JP2014141210A - 高速鉄道車両用スノープラウとそれを搭載した高速鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のスノープラウは、積雪の多い区間を高速で走行する際に、排障され飛散する雪の障害が発生するおそれがあった。また、この対策を施した翼フィン付スノープラウでは、フィンが空力騒音の音源となる可能性があった。
【解決手段】高速鉄道車両の先頭下部に設けられ、軌道上の積雪を排除する高速鉄道車両用スノープラウであって、前記軌道の中心線からそれぞれ軌道幅方向の外側後方に向かって延設される一対の側板を有し、前記一対の側板前縁の交差稜線が前記軌道に対して所定のすくい角で傾斜するＶ字型プラウと、前記Ｖ字型プラウ上縁からそれぞれ前記軌道幅方向の外側に向かって連続的に設けられ、上向きに凸の曲面状をなし、前記曲面の頂部稜線が前記Ｖ字型プラウ上縁に沿って伸びる押さえ翼と、前記押さえ翼の前記軌道幅方向の外側の側端縁から前記軌道外側に向けて水平に延設された水平部を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速鉄道車両の先頭車に装着され、冬季の降雪時に軌道上の積雪を排除するスノープラウに関するものである。

冬季に積雪のある軌道上を走行する場合がある高速鉄道車両は、積雪をかき分け、排除しながら走行しなければならない。このため先頭車両の下部にはスノープラウと呼ばれる排障装置が配設される。たとえば、特許文献１には、Ｖ字型のスノープラウが示されている。このＶ字型スノープラウは、従来使用されている基本的な形状である。

Ｖ字型スノープラウは、一対の直線状側板の先端を鋭角状になるように突き合わせ、軌道の中心に突き合わせ部分を車両の進行方向に合わせて配置する。このようにすることで、車両が走行すると、軌道上の積雪をＶ字型に突き合わされた直線状側板に沿って、軌道の中心から軌道の外へ押し流し、積雪を排除しながら走行することができる。

また、特許文献２には、２００系新幹線電車に採用されているスノープラウとして、Ｖ字型スノープラウの側板の上縁から軌道幅方向外側に向けて連続的に設けられ、上方に凸の曲面形状をなす押さえ翼を備えたもの（以後「押さえ翼付スノープラウ」と呼ぶ。）が示されている。

押さえ翼付スノープラウは、軌道上の積雪をＶ字に沿って軌道と平行に両側後方へ押し流すことによって、高速鉄道車両の自力排雪走行を可能とするとともに、側板上縁から延設された湾曲（押さえ翼部分）によって雪が飛散するのを防止するという効果があるとされた。

しかし、この押さえ翼付スノープラウは、車両が積雪中を高速走行すると、排障される積雪が押さえ翼を下から押し上げる力が働くため、上下方向のピッチングモーションが生じてしまうという問題があった。

特許文献２はこの問題を解決するために、押さえ翼付スノープラウに、軌道幅方向に延在する前縁から後方へ向かう上向きのすくい面を有するすくいプレートをさらに付加したスノープラウが開示されている。

また、２００系新幹線電車に採用されていた押さえ翼付スノープラウは、車両速度が速い場合に、排障される雪の運動エネルギーが非常に大きくなるので、跳ね上がった雪による障害も問題とされた。すなわち、押さえ翼付スノープラウでは押さえ翼によって雪の飛散が防止されるが、車両の走行速度が早くなると、押さえ翼だけでは雪の跳ね上がりを抑えきれなくなる。高速で跳ね上げられた雪の運動エネルギーは高いので、対向列車や地上機器に飛雪が高速で衝突すると、これらに障害を与えるおそれがあったわけである。さらに、高架の側壁を越えて、線路外の建造物、自動車、通行人にまで飛雪があたるといったおそれもあった。

特許文献３は、この問題を解決するために想到された発明で、押さえ翼付スノープラウに、押さえ翼後縁から連続的に設けられ、外側後方に向かうにつれて下方に向かって傾斜するフィンとをさらに備えるスノープラウ（以後「押さえ翼フィン付スノープラウ」と呼ぶ）が開示されている。

この押さえ翼フィン付スノープラウは、Ｖ字側板と押さえ翼によって、車両下方に向かって排雪しながら、Ｖ字スノープラウの外側に向かって押し流し、押さえ翼の後縁に設けられたフィンによって軌道外に排雪する。したがって、排除した雪が飛散して対向列車や地上設備に衝突することを回避することができるとされている。

特開２００６−３２７４５２号公報 特開２０１０−１２０５５５号公報 特開２０１０−２０１９８４号公報

積雪の多い区間を高速で走行するには、排雪抵抗を低くし、排雪時の上下方向の力を低減させることが自力排雪走行には必要である。その点、特許文献１および２（特に特許文献２）に開示されたスノープラウは、有効であると考えられる。しかし、走行速度が速くなった場合には、飛散する雪による障害の問題は非常に重要となる。特に駅を通過する際に、プラットフォームまで雪が跳ね上げられると、乗車待ちの乗客に高速の雪があたり、怪我をするおそれもある。また、雪が高架外に飛び出すと、沿線の家屋に損傷を与え住民の安全を損なうおそれもある。

この点特許文献３は、排障され飛散する雪の障害を低減するという課題を解決する発明を開示してはいる。しかしながら、特許文献３に示される押さえ翼フィン付スノープラウは、フィンが空力騒音の原因となる可能性があった。

本発明に係るスノープラウは、上記の課題に鑑みて想到されたものであり、従来構造と比較して空力騒音を増大させることなく、跳ね上げる雪の高さを低くすることのできるスノープラウを提供するものである。

具体的に本発明に係るスノープラウは、
高速鉄道車両の先頭下部に設けられ、軌道上の積雪を排除する高速鉄道車両用スノープラウであって、
前記軌道の中心線からそれぞれ軌道幅方向の外側後方に向かって延設される一対の側板を有し、前記一対の側板前縁の交差稜線が前記軌道に対して所定のすくい角で傾斜するＶ字型プラウと、
前記Ｖ字型プラウ上縁からそれぞれ前記軌道幅方向の外側に向かって連続的に設けられ、上向きに凸の曲面状をなし、前記曲面の頂部稜線が前記Ｖ字型プラウ上縁に沿って伸びる押さえ翼と、
前記押さえ翼の前記軌道幅方向の外側の側端縁から前記軌道外側に向けて水平に延設された水平部を備えることを特徴とする。

本発明に係るスノープラウは押さえ翼付スノープラウであって、押さえ翼の端部から軌道外側に向かう水平部を延設させたので、軌道の外側に向かって、押さえ翼によって押さえつけられながら押し流される雪の上向き方向の運動エネルギーが、水平部を通過している間に消失させられ、横向き方向の力だけに変えられる。したがって、水平面からの飛雪の角度が小さくなり、跳ね上がる雪の高さを低くすることができる。

また、雪の飛散を抑えるためにフィン付とした場合には、突起状のフィンが主流に曝されるため、空力騒音の音源となる可能性があった。しかし本発明に係る水平部の存在によって雪の飛散を抑える方式では、水平部を車体の一部として構成することが可能であるため、突起が主流に曝されることがなく騒音の音源にはならない。

本発明に係るスノープラウの斜視図である。 本発明に係るスノープラウの平面図である。 本発明に係るスノープラウの側面図と正面図である。 図３（ａ）の断面を示す図である。 本発明に係るスノープラウを実際の車両に組み込んだところを示す図である。 スノープラウの側面図を示す図である。 実施例のプラウの断面を示す図である。 比較例のプラウの断面を示す図である。

以下に本発明に係るスノープラウについて図を用いて説明を行う。なお、以下の説明は、本発明の１実施形態を例示したものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて改変することができる。

図１に本発明に係るスノープラウ１の斜視図を示す。本発明のスノープラウ１は、Ｖ字型プラウ１０と、押さえ翼２１、２２と、水平部３１、３２を含む。なお、以後の説明では、車両進行方向を「前方Ｆ」といい、軌道に沿って前方の反対方向を「後方Ｂｋ」といい、軌道から鉛直上方方向を「上方Ｕ」、鉛直方向で軌道に近づく方向を「下方Ｄ」とする。また軌道幅方向で軌道中央から外側方向を「軌道幅方向Ｓ」と呼ぶ。また、図中にはそれぞれのアルファベットを付した矢印で表す場合もある。

Ｖ字型プラウ１０は、一対の側板（主排障板）１１、１２によって構成されている。一対の側板１１、１２は、同形であり、三辺がそれぞれ長さの違う鈍角三角形をしている。最も短い辺を「短辺（それぞれ１１ａ、１２ａ）」（図１（ｂ）の拡大図参照。）、最も長い辺を「長辺（それぞれ１１ｃ、１２ｃ）」、残りの辺を「中辺（それぞれ１１ｂ、１２ｂ）」と呼ぶ。以後、短辺を前縁、長辺を下縁、中辺を上縁と呼ぶ。

Ｖ字型プラウ１０は、側板１１、１２の下縁１１ｃ、１２ｃを、軌道と平行な平面上に配置させ、前縁１１ａ、１２ａを前方Ｆ（車両進行方向）に向かって凸状に突き合わせ、一体とすることで、形成されている。前縁１１ａ、１２ａ同士が突き合わされた部分を「突き合わせ部１３」と呼ぶ。

図２には図１の平面図を示す。突き合わせ部１３では、両側板１１、１２の前縁１１ａ、１２ａ同士が会合し、交差稜線１３Ｌを形成する。側板１１、１２同士は、突き合わせ部１３から後方Ｂｋに向かうにしたがい、側板１１、１２同士が軌道幅方向Ｓに離れるように形成されている。すなわち、突き合わせ部１３を挟んで、側板１１、１２同士は所定の角度で突き合わされている。この角度をひらき角αと呼ぶ。

図３（ａ）には、図１の側面図を示す。側板１１、１２同士は鈍角三角形状であるので、前縁１１ａ、１２ａ同士を突き合わせ、下縁１１ｃ、１２ｃ同士を軌道面９に対して水平に配置し、突き合わせ部１３から後方に行くに従い側板１１、１２同士が広がるように配置すると、交差稜線１３Ｌは、側板１１、１２の下縁１１ｃ、１２ｃから後方かつ上方に向かって立ち上がる。この角度をすくい角βという。これは言い換えると、一対の側板１１、１２の前縁１１ａ、１２ａによって形成される交差稜線１３Ｌが軌道面９に対して所定のすくい角βで傾斜していると言える。

また、側板１１、１２同士の上縁１１ｂ、１２ｂは、後方Ｂｋに向かうに従い、下縁１１ｃ、１２ｃからの距離が短くなる。すなわち、側板１１、１２の上縁１１ｂ、１２ｂは後方に向かうに従い、下方Ｄに下がる。

Ｖ字型プラウ１０は、図３（ａ）のように側面視した際に、突き合わせ部１３の上方先端１５から、下縁１１ｃ、１２ｃの最後部（「後端１６」と呼ぶ）までを全長Ｌ０と呼ぶ。この全長Ｌ０を４等分し、上方先端１５からの全長Ｌ０に対する距離がそれぞれ１／４、２／４、３／４になる長さを、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３とする。なお、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、長さであるとともに、上方先端１５から、それぞれの距離だけ離れた点の位置をもいうものとする。以後スノープラウの形状はＬ１、Ｌ２、Ｌ３の位置での断面形状で表す。

図１を再び参照して、両側板１１、１２の上縁１１ｂ、１２ｂには、それぞれ軌道幅方向Ｓの外側に向かって連続的に設けられ、上向きに凸の曲面状をなし、曲面の頂部稜線２１ｔ、２２ｔが上縁１１ｂ、１２ｂに沿って伸びる押さえ翼２１、２２が設けられている。この押さえ翼２１、２２の下方Ｄを向く面（以後「内面２１ｆ、２２ｆ」という。図１（ｂ）参照。）は、側板１１、１２の上縁１１ｂ、１２ｂとスムーズに接続されている。押さえ翼２１、２２が上縁１１ｂ、１２ｂと接続している側の端部を基翼端２１ｂ、２２ｂとよぶ。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、図３（ａ）のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃの断面図を示す。図３（ａ）のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃは、突き合わせ部１３の上方先端１５から後方Ｂｋに向かって距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３だけ離れた部分の断面である。押さえ翼２１、２２は、上向きに凸の曲面状をしているので、側板１１、１２の上縁１１ｂ、１２ｂと接続していない押さえ翼２１、２２の側端縁２１ｓ、２２ｓは、軌道幅方向外側かつ下方に向かっている。押さえ翼２１、２２の側端縁２１ｓ、２２ｓが軌道面９となす角度をおさえ角δと呼ぶ。

図３（ａ）を再度参照して、押さえ翼２１の曲面の頂部稜線２１ｔは、接続している側板１１の上縁１１ｂに沿い、かつ平行に形成される。なお、ここで図３（ａ）では見えている側の側板１１についてだけで説明するが、隠れている側の側板１２についても同様であるのは言うまでもない。側板１１の上縁１１ｂは、交差稜線１３Ｌから後方Ｂｋに向かうに従い、下方Ｄに傾斜しているので、押さえ翼２１の曲面の頂部稜線２１ｔも、後方Ｂｋに行くに従い軌道面９からの高さは低くなる。

押さえ翼２１の頂部稜線２１ｔは、側板１１の上縁１１ｂと平行に形成されているが、押さえ翼２１を形成する曲面は車両進行方向の断面で一定若しくは相似形でなくてもよい。図４を再度参照するとわかるように、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、押さえ翼２１、２２の内面２１ｆ、２２ｆの曲面形状は、後方Ｂｋに行くに従い（図４（ａ）から（ｃ））曲面部分が小さくなるだけでなく、形状も変わっている。

ただし、側板１１、１２から連続的に形成されている部分（内面２１ｆ、２２ｆであって、上縁１１ｂ、１２ｂの近傍）は、場所によらず、同じ半径の円弧で構成されている。この点、押さえ翼２１、２２は、側板１１、１２の上縁１１ｂ、１２ｂから、同一円筒の側面形状で連続的に形成されていると言ってもよい。

再度図１を参照して、押さえ翼２１、２２の側端縁２１ｓ、２２ｓからは、水平部３１、３２が延設されている。水平部３１、３２は、軌道面９に垂直な面でスノープラウ１を切った時に、断面が軌道面９（図４（ａ）参照。）と平行になるように形成されている。水平部３１、３２の基端３１ｂ、３２ｂは、押さえ翼２１、２２の側端縁２１ｓ、２２ｓと連結されており、一体となっている。また、水平部３１、３２の外端３１ｃ、３２ｃは、軌道幅方向Ｓに向かって水平に延設されている。また、水平部３１、３２の基端３１ｂ、３２ｂから外端３１ｃ、３２ｃを水平部３１、３２の幅３１ｗ、３２ｗと呼ぶ。

図４を再度参照すると、突き合わせ部１３の上方先端１５からの距離が離れるに従い（図４（ａ）から（ｃ））、水平部３１、３２の下縁１１ｃ、１２ｃからの高さｈ１、ｈ２が低くなる。また、水平部３１、３２の幅３１ｗ、３２ｗも、突き合わせ部１３の上方先端１５からの距離が離れるに従い（図４（ａ）から（ｃ））、幅が狭くなる。

図５には、車両の先端形状も含めた本発明に係るスノープラウ１の斜視図を示す。これは、車両の進行方向正面から見て右斜め下方向から見た斜視図である。ここでは、前頭オオイ４０に続く、車両本体前下部に水平部３１、３２と押さえ翼２１、２２が形成され、押さえ翼２１、２２の基翼端２１ｂ、２２ｂが側板１１、１２の上縁１１ｂ、１２ｂと連続的になるように連結されている。

また、側板１１、１２によってＶ字型プラウ１０が形成されている。なお、側板１１、１２の突き合わせ部１３の近傍では、車両の先端形状に合わせるように、水平部３１、３２の幅３１ｗｘ、３２ｗｘが狭くなってもよい。なお、前頭オオイ４０の形状は特に限定されるものではない。

次に本発明のスノープラウ１の効果について説明する。図３（ｂ）には、本発明に係るスノープラウ１の正面図を示す。図３（ｂ）を参照して、軌道面９に積もった雪は、スノープラウ１が前方Ｆに移動すると、交差稜線１３Ｌを境にして、側板１１、１２に沿って後方Ｂｋかつ上方Ｕに向かって押し流される。この時積雪は、傾斜した側板１１、１２を上縁１１ｂ、１２ｂに向かって駆け上がり、押さえ翼２１、２２の内面２１ｆ、２２ｆに沿いながら下方に向かう（符号１８）。

側板１１、１２と押さえ翼２１、２２で囲まれた空間（図４（ｂ）の符号２８参照）からあふれた雪は、水平部３１、３２へ押し出される。そして水平部３１、３２から軌道外側に放出される。この時、軌道面９と水平部３１、３２の間の空間（図４（ｂ）の符号２９参照）は、軌道面９と平行な方向に向いているので、あふれた雪は、大部分が軌道面９と平行な方向に向かって放出される。

より詳細には、次のように考えられる。水平部３１、３２を設けたことにより、スノープラウ１の容積が増大するため、雪が溢れだしにくくなる。図８に示す水平部のない比較例では、押さえ翼（２１）２２から雪が溢れだす場合は、雪が内面（２１ｆ）２２ｆの円筒面に沿って送り出される。この雪が押さえ翼（２１）２２の側端縁（２１ｓ）２２ｓから開放された空間に排出されると、雪が拡散するという現象が起こる。

このため、押さえ翼（２１）２２の側端縁（２１ｓ）２２ｓの接線方向は斜め下向き（図４（ａ）参照。）に設けられる。しかし、その方向に雪が押し出されても、排出される際に拡散するため斜め上方に跳ね上げられる雪が存在する。ここで、図３（ｂ）を参照して、スノープラウ１の正面視において、斜め上方に跳ね上げられる雪が、水平方向となす角度のうち最も大きな角度を跳ね上げ角度ψとする。一方、図７に示す実施例のように押さえ翼（２１）２２の側端縁（２１ｓ）２２ｓに水平部（３１）３２を設けると、拡散し斜め上方に跳ね上げられようとした雪は水平部（３１）３２に衝突し、この間に面に対して垂直な方向の運動エネルギ（押し付けられる力）は減衰する。したがって、雪が排出される際には、ほぼ水平な方向に向かって放出される。

したがって、車両が高速走行して、スノープラウ１が軌道上の積雪を巻き上げても、その跳ね上げ角度ψを低く抑えることができる。また、このスノープラウ１を取り付けた鉄道車両は、積雪のある軌道上を高速で走行しても、飛雪は高く跳ね上げられることがない。

図６にスノープラウ５６の１例の側面図を示す。モデルスノープラウ５６は実車の前頭オオイの一部に相当する前頭オオイ４０が形成されている。Ｖ字型プラウ１０の前方先端１５から、左右の後端１６までの長さを全長Ｌ０とし、全長Ｌ０の４分の１の位置までの長さをＬ１、４分の２の長さをＬ２、４分の３の長さをＬ３とするのはすでに説明した通りである。このＬ１、Ｌ２、Ｌ３の距離の位置での断面形状で、実施例および比較例のスノープラウ５６の形状を説明する。

図７には実施例のスノープラウ５６を示す。なお、図７（ａ）〜（ｃ）の各図は、軌道中心から左半分だけの断面図を示す。また、図７（ａ）は、図６で距離Ｌ１での断面であり、図７（ｂ）は、距離Ｌ２での断面、図７（ｃ）は、距離Ｌ３での断面をそれぞれ示す。なお、以下図８もこの表示方法およびこの順番で断面を示す。

図７に示す実施例は、図４で示したスノープラウ１と同じスノープラウ５６である。実施例のスノープラウ５６は、側板１２に連続して形成された押さえ翼２２と、押さえ翼２２の側端縁２２ｓから延設された大きな水平部３２を有しているのが特徴である。

図８に示す比較例は、押さえ翼２２だけを有するスノープラウ５７である。つまり、比較例は水平部を有していない。

図７を再度参照して、水平部３２の長さをスノープラウ５６のＬ３の位置におけるＶ字型プラウ１０の幅の半分で規格化した値（規格化幅ＳＷとする。）で示す。この位置に注目するのは、雪の跳ね上げは、スノープラウの後方Ｂｋ側での水平部３２の影響が大きいと考えられるからである。

このＬ３の位置におけるＶ字型プラウ１０の幅の半分とは、図７（ｃ）で示すと、Ｗ３の長さである。すなわち、水平部３２の規格化幅ＳＷとは、３２ｗ／Ｗ３で表される。なお、符号３２ｗとは、水平部３２の幅である。（図４参照）。本発明に係るスノープラウはＳＷが０．２以上あればよい。

また、水平部３２の高さｈ２は、走行が想定される最大積雪深さ（「排雪深」とする）に対し、スノープラウ５６が搭載される車両が、仮に車両の空気バネの異常などで、車高が低くなっても積雪上面と干渉しない高さに設定するのが望ましい。そもそも水平部３２が埋まってしまうほどの積雪ならば、車両は走行できないからである。

以上のようにスノープラウ５６を装着した鉄道車両は、積雪状態の軌道上を高速で走行しても、軌道周囲の機器やすれ違う対向電車に損傷を与えるおそれが少なく、プラットフォーム上の利用客に雪を飛ばすおそれも小さい。また、スノープラウ５６を装着した場合、飛雪の跳ね上げられる角度が低いので、雪が高架外に飛び出し、沿線の家屋に損傷を与え住民の安全を損なうおそれも小さい。

本発明は積雪のある箇所を有する高速鉄道車両のスノープラウとして、好適に利用することができる。

１ スノープラウ
９ 軌道面
１０ Ｖ字型プラウ
１１、１２ 側板（主排障板）
１１ａ、１２ａ 前縁（短辺）
１１ｂ、１２ｂ 上縁（中辺）
１１ｃ、１２ｃ 下縁（長辺）
１３ 突き合わせ部
１３Ｌ 交差稜線
１４ 下方先端
１５ 上方先端
１６ 後端
１８ 雪の流れ
２１、２２ 押さえ翼
２１ｂ、２２ｂ 基翼端
２１ｆ、２２ｆ 内面
２１ｓ、２２ｓ 側端縁
２１ｔ、２２ｔ （曲面の）頂部稜線
２８ （側板と押さえ翼で囲まれた）空間
２９ （軌道面と水平部の間の）空間
３１、３２ 水平部
３１ｂ、３２ｂ 基端
３１ｃ、３２ｃ 外端
３１ｗ、３２ｗ （水平部の）幅
３９ 傾斜部
４０ 前頭オオイ
Ｌ０ スノープラウの全長
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ （Ｌ０に対して）１／４、２／４、３／４の位置または長さ
ＳＷ 規格化幅
α ひらき角
β すくい角
δ おさえ角
ψ 跳ね上げ角度

Claims (3)

1. 高速鉄道車両の先頭下部に設けられ、軌道上の積雪を排除する高速鉄道車両用スノープラウであって、
   前記軌道の中心線からそれぞれ軌道幅方向の外側後方に向かって延設される一対の側板を有し、前記一対の側板前縁の交差稜線が前記軌道に対して所定のすくい角で傾斜するＶ字型プラウと、
   前記Ｖ字型プラウ上縁からそれぞれ前記軌道幅方向の外側に向かって連続的に設けられ、上向きに凸の曲面状をなし、前記曲面の頂部稜線が前記Ｖ字型プラウ上縁に沿って伸びる押さえ翼と、
   前記押さえ翼の前記軌道幅方向の外側の側端縁から前記軌道外側に向けて水平に延設された水平部を備えることを特徴とする高速鉄道車両用スノープラウ。
2. 前記Ｖ字型プラウの下縁から前記水平部までの高さが、対象とする排雪深に対し、前記Ｖ字型プラウを搭載する車両の空気バネ故障などの異常時に、前記水平部が積雪上面と干渉しない高さである請求項１に記載された高速鉄道車両用スノープラウ。
3. 請求項１または２のいずれかの請求項に記載された高速鉄道車両用スノープラウを搭載した高速鉄道車両。