JP2017109731A - 衝突エネルギ吸収構造を備えた鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、乗務員等の安全性を損なうことなく、衝突時の衝撃を緩和できる衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両を提供することである。
【解決手段】衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両であって、鉄道車両の車体は、床面をなす台枠と、台枠の長手方向の端部に備えられる端梁に固定される下梁と、端梁と前記下梁の上部に載置される第１端部床と、第１端部床の幅方向の中央部の前端部の上面に備えられるとともに貫通路枠を構成する一対の貫通路枠柱と、第１端部床の幅方向の端部の前端部の上面に備えられる隅柱と、隅柱の後方に備えられる乗務員室と、を備える衝突エネルギ吸収構造を有しており、貫通路枠柱は、長手方向寸法が幅方向寸法より大きい長方形断面を有するとともに、第１端部床に固定される貫通路枠柱の後端部の下方に下梁の長手方向の中央部が位置することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、鉄道車両が障害物に衝突した時に、鉄道車両の一部が塑性変形することによって衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両に関する。

鉄道車両の車体は、床面を形成する台枠と、この台枠の幅方向の両端部に立設されると共に車体の側面をなす側構体と、台枠の長手方向の両端部に立設される妻構体と、側構体および妻構体の上端部に配置されると共に車体の屋根をなす屋根構体とから構成される。

台枠は、台枠の幅方向の両端部に長手方向に沿って備えられる一対の側梁と、台枠の長手方向の両端部に幅方向に沿って備えられる側梁を有する。側梁から台枠の長手方向の中央部に向かって所定の寸法だけ離れた位置に、一対の側梁の間に架け渡されるとともに端梁に沿う態様で枕梁が備えられる。側梁および枕梁の中央部には、連結器が備えられる一対の中梁が配設される。

車体の長手方向の両端部に下面には軌道に沿って移動する台車が備えられており、台車の旋回中心となる中心ピンが、枕梁の幅方向の中央部から下方に垂下する態様で備えられる。台車と中心ピンとは牽引装置を介して接続されており、加速時の牽引力や減速時のブレーキ力は中心ピンを介して枕梁に伝達される。さらに、複数の鉄道車両が連結されて編成が構成された時に、連結器を介して隣接する鉄道車両からの引張り荷重や圧縮荷重が台枠をなす中梁に伝達されるため、枕梁や中梁を備える台枠は強固な剛性を備える。

鉄道車両が障害物に衝突した場合に、車体の床面をなす台枠は高い剛性を備えるため、台枠が塑性変形して衝突エネルギを吸収して乗客や乗務員等（以下、乗客等と記す）への衝撃を緩和することが期待できず、乗客等に衝撃が作用するおそれがある。

このため、鉄道車両が障害物へ衝突した場合に、塑性変形によって衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収装置を台枠の端梁に備えることによって、衝突に起因する乗客等への衝撃を緩和する技術が特許文献１に開示されている。

特開２００７−３２６５５０号公報

衝突エネルギ吸収装置（特許文献１）の衝突エネルギ吸収量は圧壊荷重と圧壊量（長手方向の圧壊寸法）の積で与えられる。このため、大きな衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収装置では、その圧壊荷重が大きくなり、乗客等が衝撃を受けるおそれがあった。

このため、衝突エネルギ吸収装置の他に、車体の一部に衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収構造を組み入れて、衝突時の圧壊（ピーク）荷重を低減して乗客等への衝撃を緩和する構成が考案されている。しかしながら、車体の一部に、衝突時に塑性変形する領域を設ける場合、その領域に乗務員室や避難経路となる乗降口等が含まれると、乗務員の安全性が損なわれたり、衝突後の避難誘導が困難になったりするなどの課題があった。

本発明の目的は、乗務員等の安全性を損なうことなく、衝突時の衝撃を緩和できる衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両を提供することである。

上記目的は、衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両であって、鉄道車両の車体は、床面をなす台枠と、台枠の長手方向の端部に備えられる端梁に固定される下梁と、端梁と前記下梁の上部に載置される第１端部床と、第１端部床の幅方向の中央部の前端部の上面に備えられるとともに貫通路枠を構成する一対の貫通路枠柱と、第１端部床の幅方向の端部の前端部の上面に備えられる隅柱と、隅柱の後方に備えられる乗務員室と、を備える衝突エネルギ吸収構造を有しており、貫通路枠柱は、長手方向寸法が幅方向寸法より大きい長方形断面を有するとともに、第１端部床に固定される貫通路枠柱の後端部の下方に下梁の長手方向の中央部が位置することを特徴とする衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両によって解決できる。

本発明によれば、乗務員等の安全性を損なうことなく、衝突時の衝撃を緩和できる衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両を提供することができる。

図１は、貫通路を先頭部に備える鉄道車両の一例を示す側面図である。 図２は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の（図１参照）の骨組みの斜視図である。 図３は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の長手方向に沿う方向の垂直断面図（図２Ａ−Ａ断面図）である。 図４は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の床面高さの水平断面図（図１Ｂ−Ｂ断面図）である。 図５は、鉄道車両の先頭部に備えられる下梁の斜視図である。 図６は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の床面高さの水平断面図（図１Ｂ−Ｂ断面図相当）であって、スリットを備える第１端部床の例である。 図７は、第１端部床と下梁に備えられるスリット形状の一例である。

以下、図面を参照して本発明による鉄道車両の一例を説明する。まず、以下の説明に供する鉄道車両に関係する各方向を、鉄道車両１の長手方向（レール方向）１００と、鉄道車両１の幅方向（枕木方向）１１０と、長手方向１００および幅方向１１０に交差する鉄道車両１の高さ方向１２０と定義する。以下、単に長手方向１００、幅方向１１０、高さ方向１２０と記す。

また、鉄道車両１の長手方向１００の端部（連結器４の側）から長手方向１００の中央部に向かう方向を後方と記し、同様に、鉄道車両１の長手方向１００の中央部に向かう変位（移動）を後退と記載する。

図１は、貫通路を先頭部に備える鉄道車両の一例を示す側面図である。鉄道車両１の車体３は、床面をなす台枠２０と、台枠２０の幅方向１１０の両端部に立設される側構体７と、台枠２０の長手方向１００の一方の端部に立設されるとともに運転室を含む丸妻構体１８と、その他方の端部に立設される（平）妻構体（図示なし）と、これら妻構体（１８）および側構体７の上端部に載置される屋根構体９から構成される。

丸妻構体１８は、衝突時に圧壊する範囲である圧壊領域（クラッシャブルゾーン）Ｅと、衝突時に圧壊しないで衝突前の形態を保持しようとする非圧壊領域（サバイバルゾーン）Ｆとを有する（図２、図３参照）。

運転席（乗務員室）を含む丸妻構体１８は、隣接する車両へ乗客等が移動するための貫通路１６ａ（図２参照）を備えており、貫通路１６ａは貫通路枠４０や蛇腹状の貫通路幌１６ｂなどから構成される。丸妻構体１８に含まれる乗務員室３００は、丸妻構体１８と台枠２０との接続部の幅方向１１０の両端部に備えられる（図４参照）。
側構体７は、採光または自然換気用の窓や、乗務員が乗降するための乗務員昇降口１４ａおよび乗客が乗降する乗客乗降口１４ｂを備える。さらに、鉄道車両１は、車体３の長手方向１００の両端部の下方を、軌道に沿って移動する台車５に支持される。

図２は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の（図１参照）の骨組みの斜視図であり、図３は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の長手方向に沿う方向の垂直断面図（図２Ａ−Ａ断面図）である。図４は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の床面高さの水平断面図（図１Ｂ−Ｂ断面図）であり、図５は、鉄道車両の先頭部に備えられる下梁の斜視図である。さらに、図６は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の床面高さの水平断面図（図１Ｂ−Ｂ断面図相当）であって、スリットを備える第１端部床板の例であり、図７は、第１端部床と下梁に備えられるスリット形状の一例である。

台枠２０（図４参照）は、幅方向１１０の両端部に長手方向１００に沿って備えられる側梁２２と、長手方向１００の一方の端部に、幅方向１１０に沿って備えられる端梁２５と、下方に台車５（図１参照）を備える枕梁２１と、端梁２５の幅方向１１０の中央部と枕梁２１の幅方向１１０の中央部を接続する一対の中央部中梁２３と、端梁２５の幅方向１１０の両端部と枕梁２１の幅方向１１０の両端部を接続する一対の端部中梁２４と、側梁２２の間に敷設される第２端部床２６ｂから主に構成される。

貫通路１６ａの下方に備えられる連結器４（図１参照）と連結器４に接続する緩衝装置（図示なし）は、中央部中梁２３に備えられ、鉄道車両１が他の車両と連結する時の衝撃や、鉄道車両１が加速したり減速したりする時の長手方向１００の振動を緩和する。

端梁２５の幅方向１１０の中央部には、片持ちの態様で長手方向１００に沿う一対の下梁３０が備えられる。下梁３０は、中央部中梁２３に連続する態様で、端梁２５に溶接などで固定される。下梁３０をなす側板３０ａの上端縁と端梁２５の上端縁に、略半円形状の第１端部床２６ａが載置されて溶接される（図３、図４、図５参照）。

側板３０ａの上端縁と第１端部床２６ａの下面との溶接部は、必ずしも上端縁の全長に沿って溶接する必要はなく、衝突時の圧壊荷重等を考慮して断続的な溶接部であっても良い。端梁２５の幅方向１１０の両端部には、長手方向１００に沿って片持ちの態様で、一対のエネルギ吸収装置９０（図４に、一方のそれのみを記す）が備えられる。

下梁３０は、長方形状の底板３０ｂと、底板３０ｂの幅方向１１０の両端部から立設する側板３０ａからなる部材であり、その長手方向１００に交差する断面形状はＣチャンネル状である。側板３０ａには、長手方向１００に沿うスリット３０ａｓが備えられる。同様に、底板３０ｂにも、同様の態様のスリット３０ｂｓが備えられる。これらスリットは、鉄道車両が障害物に衝突した時に、下梁３０の圧壊を促進したり、圧壊荷重を適切に設定したりするために備えられる。

第１端部床２６ａの長手方向１００の上面の端部（前端縁部）には、貫通路枠４０（貫通路枠柱４０ａ１）が立設され、長手方向１００の中央部に向かって順に、馬蹄形状の第１枠５０および第２枠７０が備えられる（図２参照）。第１枠５０は第１端部床２６ａの上面に備えられ、第２枠７０は第２端部床２６ｂ（台枠２０）の上面に備えられる（図３参照）。

貫通路枠４０は、第１端部床２６ａの長手方向１００の端部（前端縁部）に立設される一対の貫通路枠柱４０ａ１と、貫通路枠４０ａ１の上端部に架け渡される貫通路枠横梁４０ａ２から構成される。貫通路枠柱４０ａ１の断面形状は、長手方向１００寸法が、幅方向１１０寸法より大きい長方形断面である。

貫通路枠柱４０ａ１は、下梁３０に支持される第１端部板２６ａの上面に溶接等で固定される。貫通路枠柱４０ａ１の長手方向１００の寸法Ｌ１は、隅柱４６のその寸法Ｌ２より大きく設定されている。第１端部板２６ａに溶接された貫通路枠柱４０ａ１の長手方向の端部（以下、前端部と記す）は、隅柱４６の前端部よりも、長手方向寸法Ｌ３だけ、長手方向１００の端部側（以下、前側と記す）に位置する（図４参照）。

第１端部床２６ａに溶接された貫通路枠柱４０ａ１の長手方向１００の中央部側の端部（以下、後端部と記す）は、第１端部板２６ａ１の下方に位置する下梁３０の長手方向１００のほぼ中央部に対応する。

さらに、貫通路枠柱４０ａ１の長手方向１００の中央部の側（以下、後側）の第１端部床２６ａ１には、幅方向１１０に沿うスリット（切欠き）１５ａが備えられており、隅柱４６の後側には、同様のスリット（切欠き）１５ｂが備えられる（図６参照）。

第１端部床２６ａ１に備えられるスリット１５ａ（１５ｂ）と、上述した下梁３０に備えられるスリット３０ａｓ（３０ａｂ）は、溝部と、この溝部の両端に連続する楕円状の孔部４４とからなる。孔部４４の幅寸法（短径）Ｗ２は、溝部の幅寸法Ｗ１より大きく設定される（図７参照）。孔部４４を備えることにより、第１端部床２６ａ１および下梁３０が圧壊する時に、スリットの両端部に生じる亀裂等によって圧壊が急速に進行して、所定の衝撃エネルギが吸収されないことを抑制することができる。

第１枠５０は、第１端部床２６ａの幅方向１１０の両端部に立設される第１枠柱５０ａ１と、第１枠柱５０ａ１の上端部に架け渡されるアーチ状の第１枠円弧梁５０ａ２から構成される。同様に、第２枠７０は、第２端部床２６ｂの幅方向１１０の両端部に立設される第２枠柱７０ａ１と、第枠柱７０ａ１の上端部に架け渡されるアーチ状の第２枠円弧梁７０ａ２から構成される（図２、図３参照）。

第１枠円弧梁５０ａ２は、円弧に略水平に張られる弦のような態様の第１枠横梁５０ｂを備え、第１枠横梁５０ｂの上面に高さ方向１２０に沿って立設される一対の第１枠上部柱５０ｖが、第１枠円弧梁５０ａ２の下面と第１枠横梁５０ｂの上面とを接続する。同様に、第２枠円弧梁７０ａ２は、円弧に略水平に張られる弦のような態様の第２枠横梁７０ｂを備える(図２参照)。

貫通路枠４０の上部と第１枠５０の上部は、一対の第１縦斜梁３２ｕと、一対の第１長手梁３２Ｌで接続される。第１縦斜梁３２ｕは、貫通路枠４０をなす貫通路枠柱４０ａ１の上端部（貫通路枠横梁４０ａ２の両端部）と、第１枠円弧梁５０ａ２と第１枠上部柱５０ｖの接続部を略鉛直面内で傾斜して配置される態様で接続する。

第１長手梁３２Ｌは、貫通路枠柱４０ａ１の上端部（貫通路枠横梁４０ａ２の両端部）と、第１枠横梁５０ｂと第１枠上部柱５０ｖの接続部を長手方向１００に沿う方向に配置される態様で接続する。

第１枠５０と第２枠７０は、車体３をなす屋根構体９および側構体７の車外側面に沿うとともに長手方向１００に沿う複数の梁６２で接続される（図２、図３参照）。

さらに、丸妻構体１８の貫通路枠４０の幅方向１１０の両側には、第１端部床２６ａに立設されるとともに、第１枠円弧梁５０ａ２の幅方向１１０の両端部に接続する一対の隅柱４６が備えられる。隅柱４６の高さ方向１２０の中央部には、隅柱４６と貫通路枠柱４０ａ１とを接続するとともに、丸妻構体１８の曲面を構成する補強部材４５が備えられる。

鉄道車両１が線路上の障害物等に衝突した時に、衝撃を吸収しながら丸妻構体１８が圧壊する過程を説明する。障害物は、踏切で立ち往生したトラック等の大型の道路車両であると仮定する。

鉄道車両１が障害物に衝突すると、連結器４および折りたたまれた貫通路幌１６ｂに衝撃が伝わる。連結器４に接続する緩衝機構が圧縮されて、連結器４は、鉄道車両１の長手方向１００の中央部に向けて衝撃を吸収しながら後退する。続いて、貫通路幌１６ｂを有す貫通路枠４０が後退して、エネルギ吸収装置９０および下梁３０が圧壊するとともに、第１端部床２６ａも塑性変形する。

貫通路枠４０を構成する貫通路枠柱４０ａ１の後端部の下方は、下梁３０の長手方向１００のほぼ中央部に位置しており、下梁３０と第１端部床２６ａと貫通路枠柱４０ａ１とは溶接によって接続されている。このため、貫通路枠柱４０ａ１が衝突に伴い後退すると、貫通路枠柱４０ａの後端部が、下梁３０の中央部から下梁３０の端梁２５との接続部との間の領域９１（第１端部床２６ａの幅方向１１０の中央部）を強圧するので、この領域９１が後方に大きく圧壊して衝突エネルギを吸収する（図４参照）。

貫通路枠柱４０ａ１がさらに後退して、その後退量がＬ３を超過すると隅柱４６の後退に伴い、エネルギ吸収装置９０がさらに崩壊するとともに領域９２（第１端部床２６ａの幅方向１１０の両端部）の圧壊が開始して、衝突エネルギを吸収する。

つまり、乗務員室３００の近傍の領域９２における隅柱４６の後退に伴う隅柱４６の後方の第１端部床２６ａの圧壊および隅柱４６の下方に備えられるエネルギ吸収装置９０がさらに圧壊より以前に、乗務員室３００から離れる領域９１において、貫通路枠柱４０ａ１の後退に伴い、下梁３０および第１端部床２６ａ等の圧壊して多くの衝突エネルギを吸収するので、領域９２の圧壊量を小さくすることができる。

以上の構成によって、乗務員室３００を含む切妻構体１８を備える鉄道車両が、障害物に衝突した時、乗務員室３００から離れる第１端部床２６ａの幅方向中央部（領域９１）の長手方向１００の圧壊量を大きくして、より多くの衝突エネルギを吸収するとともに、乗務員室３００の近傍の第１端部床２６ａの幅方向１１０の両端部（領域９２）の長手方向１００の圧壊量を小さく設定している。

このため、乗務員室３００の変形等を抑制することができるので、乗務員等の安全性を損なうことなく、衝突時の衝撃を緩和できる衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両を提供することができる。

１…鉄道車両 ３…車体
４…連結器 ５…台車
７…側構体 ８…妻構体
９…屋根構体
１４ａ…乗務員乗降口 １４ｂ…乗客乗降口
１６ａ…貫通路 １６ｂ…貫通路幌
１８…丸妻構体（運転室） ２０…台枠
２１…枕梁 ２２…側梁
２３…中央部中梁 ２４…端部中梁
２５…端梁
２６ａ…第１端部床 ２６ｂ…第２端部床
３０…下梁
３０ａｓ、３０ｂｓ…スリット（切欠き）
３２Ｌ…第１長手梁 ３２ｕ…第１縦斜梁
４０…貫通路枠
４０ａ１…貫通路枠柱 ４０ａ２…貫通路枠横梁
４４…孔部 ４５…補強部材
４６…隅柱
５０…第１枠
５０ａ１…第１枠柱 ５０ａ２…第１枠円弧梁
５０ｂ…第１枠横梁 ５０ｖ…第１枠上部柱
６２…梁
７０…第２枠
７０ａ１…第２枠柱 ７０ａ２…第２枠円弧梁
７０ｂ…第２枠横梁
８０ａ、８０ｂ…出入り口フレーム
９０…エネルギ吸収装置 ９１、９２…変形量
１００…長手方向 １１０…幅方向
１２０…高さ方向

Claims (8)

1. 衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両であって、
   前記鉄道車両の車体は、
   床面をなす台枠と、
   前記台枠の長手方向の端部に備えられる端梁に固定される下梁と、
   前記端梁と前記下梁の上部に載置される第１端部床と、
   前記第１端部床の幅方向の中央部の前端部の上面に備えられるとともに貫通路枠を構成する一対の貫通路枠柱と、
   前記第１端部床の幅方向の端部の前端部の上面に備えられる隅柱と、
   前記隅柱の後方に備えられる乗務員室と、
   を備える衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
   前記貫通路枠柱は、長手方向寸法が幅方向寸法より大きい長方形断面を有するとともに、前記第１端部床に固定される前記貫通路枠柱の後端部の下方に前記下梁の長手方向の中央部が位置すること
   を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
2. 請求項１に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
   前記隅柱の前記第１端部床に当接する前端部は、前記貫通路枠柱の前記第１端部床に当接する前端部よりも、長手方向の後方に位置すること
   を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
3. 請求項１に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
   前記隅柱の下方に、前記端梁に片持ちの態様で衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収装置が備えられること
   を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
4. 請求項１に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
   前記貫通路枠柱の後端部の近傍の前記第１端部床と、
   前記隅柱の後端部の近傍の前記第１端部床と、に、
   幅方向に延びるスリットが備えられること
   を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
5. 請求項１に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
   前記下梁は、長方形状の底板と、前記底板の幅方向の両端部から立設する側板から構成されるとともにその長手方向の断面形状がＣチャンネル状であること
   を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
6. 請求項５に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
   前記底板に、前記下梁の長手方向に沿うスリットが備えられること
   を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
7. 請求項６に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
   前記側板に、前記下梁の長手方向に沿うスリットが備えられること
   を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
8. 請求項４または請求項６または請求項７のいずれかの一項に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
   前記スリットは、
   溝部と、前記溝部の両端部に備えられる孔部と、
   を有すること
   を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。

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