JP2017171109A - ダンパ及び鉄道車両用制振装置 - Google Patents

ダンパ及び鉄道車両用制振装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 減衰力を可変にして車体の振動を抑制するとともに、車体の加振を抑制できるようにしたとしても、台車一台当たりの電気的駆動弁の数を減らしてコストを低減できるダンパ及び鉄道車両用制振装置を提供する。【解決手段】 鉄道車両用制振装置Sは、鉄道車両Vの車体Bと台車Wとの間に介装される一対のダンパDL,DRを備え、これらのダンパDL,DRは、ともに、伸長或いは収縮の一方でのみ減衰力を発揮するとともに、上記減衰力が可変であり、一方のダンパDLは、台車Wに対して前記車体Bが左方向へ移動するときに減衰力を発揮し、他方のダンパDRは、台車Wに対して車体Bが右方向へ移動するときに減衰力を発揮する。【選択図】 図2

Description

本発明は、ダンパ及び鉄道車両用制振装置に関する。
従来、鉄道車両用制振装置の中には、鉄道車両の車体の進行方向に対する左右方向の振動を抑制するため、車体と台車との間に減衰力可変ダンパを介装したものがある(例えば、特許文献1,2)。
そして、上記鉄道車両用制振装置では、車体の振動をセンサで検出し、減衰力可変ダンパが車体の振動を抑制する方向の減衰力を発揮できる場合には減衰力を大きくし、減衰力可変ダンパが車体の振動を助長してしまう方向の減衰力しか発揮できない場合には減衰力を最小にして、パッシブなダンパでスカイフック制御を実現するようにしている。
特許第5364323号公報(図3) 特開2011−201332号公報
例えば、図7に示した特開2011−201332号公報に記載のシリンダ装置100は、モータ停止中に減衰力可変ダンパとして機能するものであり、車体と台車の一方に連結されるシリンダ101と、シリンダ101内に摺動自在に挿入されるピストン102と、シリンダ101内に挿入されてピストン102に連結されるとともに車体と台車の他方に連結されるロッド103と、シリンダ101内にピストン102で区画した伸側室R1と圧側室R2と、タンクTと、伸側室R1と圧側室R2とを連通する第一通路104の途中に設けた第一開閉弁105と、圧側室R2とタンクTとを連通する第二通路106の途中に設けた第二開閉弁107と、伸側室R1をタンクTへ接続する排出通路108と、排出通路108の途中に設けられ開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁109と、タンクTから圧側室R2へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路110と、圧側室R2から伸側室R1へ向かう液体の流れのみを許容する整流通路111とを備える。
上記構成によれば、モータ停止中に第二開閉弁107で第二通路106の連通を許容し、第一開閉弁105で第一通路104を遮断する場合、シリンダ装置100が伸長すると、ピストン102で圧縮される伸側室R1の液体が可変リリーフ弁109を押し開いてタンクTへ排出されるので、シリンダ装置100が伸長に抗する減衰力を発揮する。しかし、第二通路106が連通し、第一通路104が遮断された状態でシリンダ装置100が収縮すると、圧側室R2の液体が第二通路106を通ってタンクTへ流出するとともに、伸側室R1には整流通路111を介して液体が供給されるので、シリンダ装置100が抵抗なく収縮する。
また、モータ停止中に第一開閉弁105で第一通路104の連通を許容し、第二開閉弁107で第二通路106を遮断する場合、シリンダ装置100が収縮すると、ピストン102で圧縮される圧側室R2の液体が整流通路111を通って伸側室R1へ移動するとともに、ロッド進入体積分シリンダ内で余剰になった液体が可変リリーフ弁109を押し開いてタンクTへ排出されるので、シリンダ装置100が圧縮に抗する減衰力を発揮する。しかし、第一通路104が連通し、第二通路106が遮断された状態でシリンダ装置100が伸長すると、伸側室R1の液体が第一通路104を通って圧側室R2へ移動するとともに、ロッド退出体積分シリンダ内で不足する液体が吸込通路110を通って圧側室R2に供給されるので、シリンダ装置100が抵抗なく伸長できる。
よって、例えば、上記シリンダ装置100を、車体が進行方向左側へ移動したとき伸長し、進行方向右側へ移動したとき収縮するように設置したとすると、車体が左方向へ移動する際、第二通路106を連通して第一通路104を遮断するようにすれば、車体が左方向へ移動するとともに台車に対しても左方向へ移動する場合には、シリンダ装置100が伸長し、当該伸長に抗する減衰力を発揮して車体の左方向への移動を抑制するとともに、当該減衰力を可変リリーフ弁109の開弁圧の調節により変更できるが、台車が車体よりも速く左方向へ移動して、車体が左方向へ移動するものの台車に対しては右方向へ移動する場合には、シリンダ装置100が抵抗なく収縮して、車体の左方向への移動を助長せずに済む。
同様に、車体が右方向へ移動する際、第一通路104を連通して第二通路106を遮断するようにすれば、車体が右方向へ移動するとともに台車に対しても右方向へ移動する場合には、シリンダ装置100が収縮し、当該収縮に抗する減衰力を発揮して車体の右方向への移動を抑制するとともに、当該減衰力を可変リリーフ弁109の開弁圧の調節により変更できるが、台車が車体よりも速く右方向へ移動して、車体が右方向へ移動するものの台車に対しては左方向へ移動する場合には、シリンダ装置100が抵抗なく伸長して、車体の右方向への移動を助長せずに済む。
つまり、上記シリンダ装置100によれば、スカイフック制御則に基づくアクティブ制御を行う際に用いる演算でシリンダ装置100の伸長に抗する力(収縮方向の推力)と、収縮に抗する力(伸長方向の推力)を求め、シリンダ装置100がこれらの力を発揮できるように可変リリーフ弁109の開弁圧を制御すればよく、このようにしたとしても、車体の速度の方向と、車体と台車の相対速度の方向が一致しないときに台車の振動にて車体を加振してしまうことがない。
そして、このようにセミアクティブ制御を行う従来の鉄道車両用制振装置では、車体と一台の台車との間に減衰力可変ダンパであるシリンダ装置100を一本のみ介装するようにすれば、車体の左右方向の振動を抑制するとともに、車体の加振を抑制できるが、一本のシリンダ装置100(ダンパ)に、開閉弁である第一開閉弁105及び第二開閉弁107と、可変減衰弁である可変リリーフ弁109の三つの電磁弁が必要になる。そして、制御指令により駆動可能な、ソレノイドを利用する上記電磁弁、又はモータを利用した電動弁のような電気で駆動される弁(以下、「電気的駆動弁」という)は高価であるので、減衰力可変ダンパとして機能する上記シリンダ装置100を利用した従来の鉄道車両用制振装置では、台車一台当たりのシリンダ装置100を一本にしたとしても電気的駆動弁の数が多く、コストがかかる。
そこで、本発明は、減衰力を可変にして車体の振動を抑制するとともに、車体の加振を抑制できるようにしたとしても、台車一台当たりの電気的駆動弁の数を減らしてコストを低減できるダンパ及び鉄道車両用制御装置の提供を目的とする。
上記課題を解決する請求項1に記載の発明は、鉄道車両の車体と台車との間に介装される一対のダンパを備える。そして、両方の前記ダンパは、ともに、片効きであって減衰力が可変であり、一方の前記ダンパが前記台車に対して前記車体が左方向へ移動するときに減衰力を発揮し、他方の前記ダンパが前記台車に対して前記車体が右方向へ移動するときに減衰力を発揮する。このため、減衰力を可変にして車体の振動を抑制するとともに、車体の加振を抑制できるようにしても、一本のダンパ当たりの電気的駆動弁を可変減衰弁の一つにできるので、台車一台に一対のダンパを設けたとしても、台車一台当たりに必要な電気的駆動弁の数は二つである。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の構成を備えるとともに、前記一対のダンパが、ともに、収縮時にのみ減衰力を発揮する。このため、減衰力を可変にするための可変減衰弁をボトム側に取り付け易いので、ダンパの構造を簡易にしてコストを低減できる。
請求項3に記載の発明では、請求項1又は2に記載の構成を備えるとともに、少なくとも一方の前記ダンパが、シリンダと、前記シリンダの外周にタンクを形成する外筒と、前記シリンダ内に移動可能に挿入されて前記シリンダ内を伸側室と圧側室に区画するピストンと、前記ピストンに連結されて前記伸側室内を通り、前記シリンダから外方へ延びるロッドと、前記タンクと前記伸側室とを連通する連通路と、前記タンクから前記圧側室へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路と、前記圧側室を前記タンクへ接続する減衰通路と、前記減衰通路に設けた可変減衰弁とを有する。このため、ダンパの本体を小型化できるとともに、安価に製造できる。
請求項4に記載の発明では、請求項1又は2に記載の構成を備えるとともに、少なくとも一方の前記ダンパが、シリンダと、前記シリンダ外に設けたタンクと、前記シリンダ内に移動可能に挿入されて前記シリンダ内を伸側室と圧側室に区画するピストンと、前記ピストンに連結されて前記伸側室内を通り、前記シリンダから外方へ延びるロッドと、前記伸側室と前記圧側室とを連通する連通路と、前記タンクから前記圧側室へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路と、前記圧側室を前記タンクへ接続する減衰通路と、前記減衰通路に設けた可変減衰弁とを有する。このため、ダンパの本体を小型化できるとともに、安価に製造できる。
請求項5に記載の発明では、請求項3又は4に記載の構成を備えるとともに、前記可変減衰弁が前記シリンダに取り付けられており、前記シリンダは、前記車体に連結されている。このため、可変減衰弁に加わる振動を低減できる。
請求項6に記載の発明では、請求項1から5の何れか一項に記載の構成を備えるとともに、鉄道車両の一両に前記台車が前後に設けられており、前記各台車には、前記一対のダンパがそれぞれ設けられている。このため、車両一台当たりの電気的駆動弁を四つにできるので、より多くの電気的駆動弁を削減できて、コストの低減効果が高い。
請求項7に記載の発明は、ダンパに関し、シリンダと、前記シリンダの外周にタンクを形成する外筒と、前記シリンダ内に移動可能に挿入されて前記シリンダ内を伸側室と圧側室に区画するピストンと、前記ピストンに連結されて前記伸側室内を通り、前記シリンダから外方へ延びるロッドと、前記タンクと前記伸側室とを連通する連通路と、前記タンクから前記圧側室へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路と、前記圧側室を前記タンクへ接続する減衰通路と、前記減衰通路に設けた可変減衰弁とを備える。当該ダンパによれば、鉄道車両の車体と台車の間に一対逆向きに取り付けると、減衰力を可変にして車体の振動を抑制するとともに、車体の加振を抑制できる。また、このようにしたとしても、各ダンパに設けた電気的駆動弁の数は、可変減衰弁の一つである。よって、台車一台に一対のダンパを設けたとしても、台車一台当たりに必要な電気的駆動弁の数は二つである。
本発明のダンパ及び鉄道車両用制振装置によれば、減衰力を可変にして車体の振動を抑制するとともに、車体の加振を抑制できるようにしたとしても、台車一台当たりの電気的駆動弁の数を減らしてコストを低減できる。
本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用制振装置の取付状態を簡略的に示すとともに、車体正面を左側に向けて示した平面図である。 本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用制振装置の取付状態を簡略的に示した背面図である。 本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用制振装置のダンパを原理的に示した図である。 本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用制振装置のダンパの第一の変形例を原理的に示した図である。 本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用制振装置のダンパの第二の変形例を原理的に示した図である。 本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用制振装置の可変減衰弁の変形例を示した回路図である。 従来の鉄道車両用制振装置のシリンダ装置の回路図である。
以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。いくつかの図面を通して付された同じ符号は、同じ部品か対応する部品を示す。
図1,2に示すように、本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用制振装置Sは、鉄道車両Vに搭載されている。鉄道車両V及び当該鉄道車両Vへ取付状態にある鉄道車両用制振装置Sにおいて、特別な説明がない限り、鉄道車両Vの進行方向に向かって前後左右を単に「前」「後」「左」「右」という。図1に示すように、一両の鉄道車両Vには、前後二台の台車W,Wが設けられ、これらの台車W,Wで一つの車体Bを支えている。また、各台車Wは、図2に示すように、車体Bに設けた中心ピンPを中心に回転可能となっている。そして、車体Bと各台車Wとの間には空気ばねAが設けられており、車体Bは当該空気ばねAで弾性支持されるとともに、台車Wに対する上下左右の移動が許容されている。
つづいて、鉄道車両用制振装置Sは、車体Bと台車Wとの間に介装される二本で一対のダンパDL,DRを備える。一対のダンパDL,DRは、共通の構成を備えており、中心ピンPの左右両側に左右逆向きに取り付けられている。これらのダンパDL,DRは、中心ピンPを通って左右へ水平に延びる直線上に配置されると、車体Bの左右水平方向(以下、単に「横方向」という)の振動を抑制する力をダンパDL,DRが発揮する際、ヨー方向のモーメントが生じないので好ましいが、図1に示すように、中心ピンPの前後にダンパDL,DRをずらして配置してもよく、この場合には、各台車Wの前後の中央に寄せて一対のダンパDL,DRを配置するのが好ましい。
さらに、鉄道車両用制振装置Sは、セミアクティブ制御で車体Bの横方向の振動を抑制するようになっており、例えば、スカイフック制御を行って、車体Bの横方向の振動を抑制するようになっている。具体的には、鉄道車両用制振装置Sは、車体Bの横方向速度から車体の振動を抑制するための力を制御装置(図示せず)で求め、当該制御装置で上記求めた力通りにダンパDL,DRの減衰力を制御することで車体Bの横方向の振動を抑制する。そのため、鉄道車両用制振装置Sでは、車体Bの横方向の加速度を検出する加速度センサを備えていて、加速度センサで検出した加速度を積分して車体Bの横方向速度を得るようになっている。なお、車体Bの横方向の速度を求めるのに他のセンサ、手段を用いてもよく、スカイフック制御以外の制御で車体Bの横方向の振動を抑制するとしてもよい。
つづいて、各ダンパDL,DRは、図3に示すように、シリンダ1と、シリンダ1の外周を覆う外筒2と、シリンダ1内に摺動可能に挿入されるピストン3と、一端がピストン3に連結されて他端がシリンダ1外へ延びるロッド4と、シリンダ1及び外筒2の一方側開口を塞ぎ、ロッド4を軸方向移動自在に支える環状のヘッドキャップ5と、シリンダ1及び外筒2の他方側開口を塞ぐボトムキャップ6とを有する。そして、シリンダ1から突出するロッド4の先端と、ボトムキャップ6の末端には、それぞれ取付部材(図示せず)が設けられており、シリンダ1がボトムキャップ6に設けた取付部材を介して中心ピンP(図2)に連結され、ロッド4が当該ロッド4に設けた取付部材を介して台車W(図2)に連結される。よって、ダンパDL,DRは、車体Bと台車Wが左右方向に相対移動すると、ロッド4がシリンダ1及び外筒2に出入りして伸縮する。
シリンダ1内には、ピストン3で区画されるロッド4側の伸側室R1と、ピストン3側の圧側室R2が形成されており、ロッド4が伸側室R1の中心部を貫通する。そして、伸側室R1と圧側室R2に、作動油等の液体が充填される。また、シリンダ1の外周に、外筒2との間にできる筒状の空間はタンクTであり、液体と気体が充填されている。当該タンクT内は、気体の圧縮充填により加圧される必要はないが、加圧されていてもよい。
ピストン3の外周にはシリンダ1の内周に摺接する環状のシール30が設けられ、当該シール30は、伸側室R1と圧側室R2が直接連通するのを防止する。また、ヘッドキャップ5の内周には、ロッド4の外周に摺接する環状のシール50が設けられ、伸側室R1の液体が外気側へ漏れ出るのを防止する。また、シリンダ1とボトムキャップ6との間にも、図示しないシールが設けられ、当該シールは、後述する減衰通路7及び吸込通路8を介さずに、圧側室R2とタンクTが連通するのを防止する。さらに、外筒2とヘッドキャップ5との間、及び外筒2とボトムキャップ6との間も、溶接若しくは接着、又はシールの利用等により液密に塞がれている。
また、シリンダ1の図3中左端部には、シリンダ1の肉厚を貫通する孔1aが形成されており、伸側室R1とタンクTとを常に双方向に連通する。当該孔1aは、絞りとならないように配慮されている。また、ボトムキャップ6には、圧側室R2とタンクTとを連通する減衰通路7と、吸込通路8が形成されている。減衰通路7の途中には、可変リリーフ弁70が設けられ、圧側室R2内の圧力が所定の圧力に達すると開弁して減衰通路7を連通し、圧側室R2からタンクTへ向かう液体の流れを許容する。また、吸込通路8の途中には、逆止弁80が設けられ、タンクTから圧側室R2へ向かう液体の流れのみを許容する。
可変リリーフ弁70は、減衰通路7の途中に設けられ、減衰通路7を開閉する弁体70aと、減衰通路7を遮断するように弁体70aを附勢するばね70bと、通電時にばね70bに対抗する推力を発生する比例ソレノイド70cとを有して構成される。また、弁体70aには、減衰通路7の上流となる圧側室R2の圧力が減衰通路7を開放させるように作用する。よって、可変リリーフ弁70は、圧側室R2の圧力が開弁圧(リリーフ圧)を超えると、減衰通路7を開放させる方向へ弁体70aを押す圧側室R2の圧力に起因する推力と、比例ソレノイド70cによる推力との合力が、減衰通路7を遮断させる方向へ弁体70aを附勢するばね70bの附勢力に打ち勝つようになって、弁体70aを後退させて減衰通路7を開放する。
また、上記可変リリーフ弁70では、比例ソレノイド70cに供給する電流量を増大させると、比例ソレノイド70cが発生する推力を増大できるようになっている。よって、比例ソレノイド70cに供給する電流量を最大にすると可変リリーフ弁70の開弁圧が最小になり、比例ソレノイド70cに電流を全く供給しないと可変リリーフ弁70の開弁圧が最大になる。このように、上記比例ソレノイド70cに流れる電流量を調節すると、可変リリーフ弁70の開弁圧を調節できる。
以下、本実施の形態に係る鉄道車両用制振装置Sと、そのダンパDL,DRの作動について説明する。
ロッド4がシリンダ1から退出してダンパDL,DRが伸長する場合、ピストン3が図3中左方へ移動して伸側室R1が縮小し、圧側室R2が拡大する。すると、縮小する伸側室R1の液体が孔1aを通ってタンクTへ移動するとともに、拡大する圧側室R2には、吸込通路8を介して液体が供給される。液体は、孔1a及び吸込通路8を抵抗なく移動できるので、ダンパDL,DRは抵抗なく伸長できる。
反対に、ロッド4がシリンダ1に進入してダンパDL,DRが収縮する場合、ピストン3が図3中右方へ移動して圧側室R2が縮小し、伸側室R1が拡大する。すると、縮小する圧側室R2の液体が可変リリーフ弁70を押し開き、減衰通路7を通過してタンクTへ移動するとともに、拡大する伸側室R1には、孔1aを介してタンクTから液体が供給される。圧側室R2の圧力は可変リリーフ弁70の開弁圧に制御され、伸側室R1の圧力はタンクT内の圧力(以下、「タンク圧」という)と等しくなるので、圧側室R2の圧力と伸側室R1の圧力に差圧が生じ、当該差圧がピストン3に作用して、ピストン3の図3中右方への移動を妨げる減衰力として出力される。
また、前述のように鉄道車両Vでは、一台の台車Wにつき一対のダンパDL,DRが中心ピンPの左右両側に左右逆向きに取り付けられるとともに、各ダンパDL,DRのシリンダ1,1が中心ピンPに連結され、各ダンパDL,DRのロッド4,4が台車Wに連結されるようになっている。このため、車体Bが台車Wに対して左方向へ移動する場合には、左側のダンパDLが収縮するとともに右側のダンパDRが伸長し、反対に、車体Bが台車Wに対して右方向へ移動する場合には、右側のダンパDRが収縮するとともに左側のダンパDLが伸長する。
そして、鉄道車両用制振装置Sにおいて、車体Bが左方向へ移動する場合、左側のダンパDLに減衰力を発揮させるとともに、右側のダンパDRの可変リリーフ弁70への供給電流量を最大にして、当該ダンパDRに減衰力を発揮させないようにすると、車体Bが左方向へ移動するとともに、車体Bが台車Wに対して左方向へ移動する場合には、右側のダンパDRが抵抗なく伸長するとともに、左側のダンパDLが収縮して減衰力を発揮し、車体Bの左方向への移動を抑制するのに対し、車体Bが左方向へ移動するが、台車Wが車体Bよりも速く左方向へ移動して車体Bが台車Wに対しては右方向へ移動する場合には、左側のダンパDLが抵抗なく伸長するとともに、右側のダンパDRの減衰力が最小になっているので、右側のダンパDRも抵抗なく収縮する。
さらに、上記鉄道車両用制振装置Sにおいて、車体Bが右方向へ移動する場合、右側のダンパDRに減衰力を発揮させるとともに、左側のダンパDLの可変リリーフ弁70への供給電流量を最大にして、当該ダンパDLに減衰力を発揮させないようにすると、車体Bが右方向へ移動するとともに、車体Bが台車Wに対して右方向へ移動する場合には、左側のダンパDLが抵抗なく伸長するとともに、右側のダンパDRが収縮して減衰力を発揮し、車体Bの右方向への移動を抑制するのに対し、車体Bが右方向へ移動するが、台車Wが車体Bよりも速く右方向へ移動して車体Bが台車Wに対しては左方向へ移動する場合には、右側のダンパDRが抵抗なく伸長するとともに、左側のダンパDLの減衰力が最小になっているので、左側のダンパDLも抵抗なく収縮する。
よって、上記鉄道車両用制振装置Sによれば、スカイフック制御則に基づくアクティブ制御を行う際に用いる演算でダンパDL,DRの圧縮に抗する力である減衰力を求め、ダンパDL,DRが最適な減衰力を発揮できるように可変リリーフ弁70の開弁圧の制御をすればよく、このようにしたとしても、車体Bの速度の方向と、車体Bと台車Wの相対速度の方向が一致しないとき(前述のように、車体Bが左方向へ移動するが、車体Bが台車Wに対しては右方向へ移動する場合、又は、車体Bが右方向へ移動するが、車体Bが台車Wに対しては左方向へ移動する場合)に台車Wの振動にて車体Bを加振してしまうことがない。さらに、車体Bの移動方向が変わるのに応じて可変リリーフ弁70への供給電流量の設定を切換える必要があるが、車体Bの振動周波数は台車Wの振動周波数と比較して低く、車体Bは台車Wと比較してゆっくり動くので、可変リリーフ弁70への供給電流量の切換が間に合わなくなることがなく、可変リリーフ弁70に高い応答性が求められることがない。
以下、本実施の形態に係る鉄道車両用制振装置Sと、そのダンパDL,DRの作用効果について説明する。
本実施の形態において、ダンパDL,DRは、シリンダ1と、このシリンダ1の外周にタンクTを形成する外筒2と、シリンダ1内に移動可能に挿入されてシリンダ1内を伸側室R1と圧側室R2に区画するピストン3と、このピストン3に連結されて伸側室R1内を通り、シリンダ1から外方へ延びるロッド4と、タンクTと伸側室R1とを連通する孔(連通路)1aと、タンクTから圧側室R2へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路8と、圧側室R2をタンクTへ接続する減衰通路7と、この減衰通路7に設けた可変リリーフ弁(可変減衰弁)70とを備える。
上記構成によれば、ダンパDL,DRが圧縮時にのみ減衰力を発揮する圧効きのダンパとなって、伸長時には減衰力を発揮せずに抵抗なく伸長する。加えて、可変リリーフ弁70の開弁圧の調節により、ダンパDL,DRが収縮する際の減衰力を可変にできる。よって、一台の台車Wにつき、上記一対の圧効きのダンパDL,DRを左右に逆向きに取り付ければ、ダンパDL,DRの減衰力を可変にして車体Bの横方向の振動を抑制できるとともに、車体Bの加振を抑制できる。ダンパDL,DRを左右逆向きに取り付けるとは、車体Bが台車Wに対して横方向に移動する際、ダンパDL,DRの作動の方向が逆向きになるように取り付けることをいい、具体的には、車体Bと台車Wが左右一方へ相対移動する場合、一方のダンパDLが伸長して他方のダンパDRが収縮し、車体Bと台車Wが左右他方へ相対移動する場合、一方のダンパDLが収縮して他方のダンパDRが伸長するように取り付けられることをいう。つまり、一対のダンパDL,DRの配置は、図1,2に示す形態に限られず、適宜変更できる。
また、従来の鉄道車両用制振装置では、減衰力を可変にして車体Bの横方向の振動を抑制するとともに、車体Bの加振を抑制するには、台車一台当たりに少なくとも一本のシリンダ装置100が必要であり、シリンダ装置一本当たりに必要な電気的駆動弁の数は、開閉弁である第一開閉弁105及び第二開閉弁107と、可変減衰弁である可変リリーフ弁109の三つである。これに対して、一対のダンパDL,DRを利用する上記鉄道車両用制振装置Sでは、ダンパ一本につき必要な電気的駆動弁の数は、可変減衰弁である可変リリーフ弁70の一つである。よって、台車一台当たりに一対(二本)のダンパが必要になったとしても、一台の台車W当たりに必要な電気的駆動弁の数を二つにできて、従来よりも削減できる。つまり、上記ダンパDL,DRを利用する鉄道車両用制振装置Sでは、ソレノイドを利用する電磁弁、又はモータを利用する電動弁のような、電気的駆動弁の数を減らしてコストを低減できる。
また、従来のシリンダ装置100では、圧側室R2、伸側室R1、及びタンクTを液体が常に一方方向で循環するユニフロー型とされている。このようなユニフロー側のシリンダ装置100では、ロッド103の断面積をピストン102の断面積の二分の一にしている。なぜなら、このようにすると、ピストン102の伸側室R1側の受圧面積が圧側室R2側の受圧面積の二分の一になり、伸長時と圧縮時で発揮される力の大きさが同じになるので、制御を簡素にできるためである。そして、上記シリンダ装置100が伸縮時に発揮する力は、それぞれ、ピストン102の断面積の二分の一に伸側室R1の圧力を乗じた値となる。
これに対して、本実施の形態の上記ダンパDL,DRが発揮する力は、ピストン3の圧側室R2側の受圧面積に圧側室R2の圧力を乗じた値となる。よって、上記ダンパDL,DRで従来のシリンダ装置100と同等の力を得るとともに、変位量に対する流量を同じにして同等の応答性を得ようとする場合、ピストン3の断面積を従来の二分の一にできるので、シリンダ1の内径を従来よりも小さくできる。すると、シリンダ1の外径、及び外筒2の内外径が従来よりも小さくなって、ダンパDL,DRを小型化できる。このように、上記ダンパDL,DRは小型であるので、材料費を押さえてコストを低減できるとともに、一台の台車Wに一対設けたとしても、取り付けスペースを確保するのが容易である。
さらに、前述のように、シリンダ装置100がユニフロー型である場合、伸側室R1内の圧力が高くなる。このように、伸側室R1内が高圧になると、当該圧力がヘッドキャップ112を押し上げる方向へ作用するので、シリンダ装置100がシリンダ101の外周を覆う外筒を有して、当該外筒とシリンダ101との間にタンクTを形成する場合、外筒と、当該外筒とヘッドキャップ112との接合部と、外筒とボトムキャップ113との接合部に引張方向の荷重がかかる。よって、伸側室R1内が高圧になるシリンダ装置100では、外筒と、外筒の接合部の引張強度を上記荷重に耐えられる強度にする必要があり、高い強度を要求される。
これに対して、本実施の形態の上記ダンパDL,DRでは、伸側室R1の圧力がタンク圧で略一定であり、高圧にならないので、外筒2と、外筒2の接合部の引張に対する要求強度が低くなる。よって、外筒2の肉厚を薄くしたり、外筒2を合成樹脂で形成したりして、外筒2を安価且つ軽量に形成できる。加えて、外筒2とヘッドキャップ5及びボトムキャップ6を溶接により接合する場合には、要求性能が低いので溶接作業が容易になるとともに、これらの連結をスナップリング又は圧入等で行うようにしてもよく、簡易な連結方法を採用できる。
さらに、上記シリンダ装置100では、前述のように、伸側室R1内が高圧になるので、ロッド103の外周をシールする場合、外気側となる低圧側のシール114と、シリンダ101側となる高圧側のシール115の両方を直列に設ける必要がある。当該高圧側のシール115は、伸側室R1の圧力を受けて圧縮されて内径が縮径されるので、上記シール115はロッド103に強く押し付けられる傾向にある。よって、高圧側のシール115は摩耗され易く、交換頻度が高い。
これに対して、本実施の形態の上記ダンパDL,DRでは、前述のように、伸側室R1内が高圧にならないので、高圧側のシール115を廃し、低圧側のシール50のみを設ければ足りる。よって、部品数を少なくしてコストを低減できるとともに、シリンダ1に対するロッド4の動きを良好にできる。
これらの理由から、ダンパDL,DR及びシリンダ装置100において、電気的駆動弁等のバルブ類を除いた部分を本体とすると、ダンパDL,DRの本体をシリンダ装置100の本体と比較して格段に安価に製造できる。よって、一台の台車Wにつきダンパが二本(ダンパDL,DR)必要になったとしても、上記一対のダンパDL,DRを備える鉄道車両用制振装置Sによれば、シリンダ装置100を備える鉄道車両用制振装置と比較して台車W一台当たりのコストを低減できる。しかし、対となるダンパDL,DRの構成は、上記の限りではなく、適宜変更できる。図4には、ダンパDL,DRの第一の変形例を示し、図5には、ダンパDL,DRの第二の変形例を示している。
図4に示した第一の変形例に係るダンパD1は、シリンダ1と、このシリンダ1外に設けたタンクTと、シリンダ1内に移動可能に挿入されてシリンダ1内を伸側室R1と圧側室R2に区画するピストン3と、このピストン3に連結されて伸側室R1内を通り、シリンダ1から外方へ延びるロッド4と、伸側室R1と圧側室R2とを連通する孔(連通路)3aと、タンクTから圧側室R2へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路8と、圧側室R2をタンクTへ接続する減衰通路7と、この減衰通路7に設けた可変リリーフ弁(可変減衰弁)70とを有する。そして、上記孔3aは、絞りとならないように配慮されている。
上記構成によれば、ダンパD1が収縮時にのみ減衰力を発揮する圧効きのダンパとなって、伸長時には減衰力を発揮せずに抵抗なく伸長する。加えて、可変リリーフ弁70の開弁圧の調節により、ダンパD1が収縮する際の減衰力を可変にできる。よって、一台の台車Wにつき上記圧効きのダンパD1を一対左右逆向きに取り付けたり、当該ダンパD1と何れかのダンパDL,DRを左右逆向きに取り付けたりすれば、ダンパD1,D1の減衰力、又はダンパD1とダンパDL(DDR)の減衰力を可変にして車体Bの横方向の振動を抑制できるとともに、車体Bの加振を抑制できる。
そして、鉄道車両用制振装置Sが上記ダンパD1を利用する場合にも、ダンパ一本につき必要な電気的駆動弁の数は、可変減衰弁である可変リリーフ弁70の一つである。よって、台車一台当たりに一対(二本)のダンパが必要になったとしても、一台の台車W当たりに必要な電気的駆動弁の数を二つにできて、従来よりも削減できる。つまり、上記ダンパD1を利用する鉄道車両用制振装置Sでも、電気的駆動弁の数を減らしてコストを低減できる。そして、このような圧効きのダンパDL,DR,D1は、伸側室R1で吸込不良が生じても、伸側減衰力を発揮しないので、孔1a,3aが多少絞りとして機能しても問題はない。
また、ダンパD1が収縮する場合、縮小する圧側室R2の液体が拡大する伸側室R1に移動して、これらの圧力が等しくなるとともに、シリンダ1に進入するロッド体積分の液体が可変リリーフ弁70を押し開いてタンクTへ移動する。このため、シリンダ1内の圧力は可変リリーフ弁70の開弁圧となり、ダンパD1の発生する力は、上記圧力にピストン3における伸側室R1側と圧側室R2側の受圧面積差を乗じた値となる。上記ダンパD1では、伸側室R1の圧力が高圧になるので、ロッド4の外周に高圧側のシール51を設ける必要があるが、伸側室R1と圧側室R2を同圧にできるので、ピストン3外周のシール30(図3)を省略できる。
そして、上記ダンパD1で従来のシリンダ装置100と同等の力を得るとともに、同等の応答性を得ようとする場合、ピストン3の断面積を従来よりも小さくできる。なぜなら、このようにする場合、ピストン3の両側の受圧面積差を従来と同程度にすればよく、伸側室R1側の受圧面積は圧側室R2側の受圧面積の二分の一以下でもよいためである。このように、ピストン3の断面積を小さくすると、シリンダ1の内径を小さくできて、シリンダ1外径及び外筒2の内外径をも小さくできるので、ダンパD1を小型化できるとともに、コストを低減できる。また、上記ダンパD1では、伸側室R1とタンクTとを連通する通路が不要であるので、シリンダ1の外周に外筒2を利用してタンクTを設けず、当該タンクTをシリンダ1と横並びに設けてもよい。
つづいて、図5に示した第二の変形例に係るダンパD2は、シリンダ1と、このシリンダ1の外周にタンクTを形成する外筒2と、シリンダ1内に移動可能に挿入されてシリンダ1内を伸側室R1と圧側室R2に区画するピストン3と、このピストン3に連結されて伸側室R1内を通り、シリンダ1から外方へ延びるロッド4と、圧側室R2から伸側室R1へ向かう液体の流れのみを許容するピストン通路3bと、タンクTから圧側室R2へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路8と、伸側室R1をタンクTへ接続する減衰通路9と、この減衰通路9に設けた可変リリーフ弁(可変減衰弁)90とを有する。当該可変リリーフ弁90は、上記可変リリーフ弁70と同様に、減衰通路9の途中に設けられ、減衰通路9を開閉する弁体90aと、減衰通路9を遮断するように弁体90aを附勢するばね90bと、通電時にばね90bに対抗する推力を発生する比例ソレノイド90cとを有して構成される。また、弁体90aには、減衰通路9の上流となる伸側室R1の圧力が減衰通路9を開放させるように作用する。
上記構成によれば、ダンパD2が伸長時にのみ減衰力を発揮する伸効きのダンパとなって、収縮時には減衰力を発揮せずに抵抗なく収縮する。加えて、可変リリーフ弁90の開弁圧の調節により、ダンパD2が伸長する際の減衰力を可変にできる。よって、一台の台車Wにつき上記伸効きのダンパD2を一対左右逆向きに取り付けたり、伸効きのダンパD2と何れかの圧効きのダンパDL,DR,D1を左右同方向に取り付ければ、ダンパD2の減衰力、又はダンパD2とダンパDL(DR,D1)を可変にして車体Bの横方向の振動を抑制できるとともに、車体Bの加振を抑制できる。ダンパを左右同方向に取り付けるとは、車体Bが台車Wに対して横方向へ移動する際、両方のダンパが同時に伸縮するように取り付けられることをいう。
そして、鉄道車両用制振装置Sが上記ダンパD2を利用する場合にも、ダンパ一本につき必要な電気的駆動弁の数は、可変減衰弁である可変リリーフ弁90の一つである。よって、台車一台当たりに一対(二本)のダンパが必要になったとしても、一台の台車W当たりに必要な電気的駆動弁の数を二つにできて、従来よりも削減できる。つまり、上記ダンパD2を利用する鉄道車両用制振装置Sでも、電気的駆動弁の数を減らしてコストを低減できる。
また、本実施の形態において、減衰力を発揮するとともに当該減衰力を可変にするため、ダンパDL,DR,D1,D2に可変減衰弁を設けており、当該可変減衰弁として可変リリーフ弁70,90を利用している。当該可変リリーフ弁70,90は、比例ソレノイド70c,90cを有する電磁弁であり、通電が不能になるフェール時には、開弁圧が最大に固定された圧力制御弁として機能する。よって、フェール時においてダンパDL,DR,D1,D2の減衰力は、ピストン速度に対して一義的に決まる。なお、可変減衰弁は、例えば、モータを利用した電動弁であってもよく、減衰力を発揮するとともに減衰力を可変にするための構成は、適宜変更できる。図6には、可変減衰弁の変形例を示す。なお、当該変形例に係る可変減衰弁71は、圧側室R2とタンクTとを連通する減衰通路7に設けられるが、当該可変減衰弁71を伸側室R1とタンクTとを連通する減衰通路9に、可変リリーフ弁90に替えて設けてもよいのは勿論である。
図6に示す可変減衰弁71は、減衰通路7の途中に設けた第一リリーフ弁72と、第一リリーフ弁72を迂回する副通路7aに直列に設けた第二リリーフ弁73及び開閉弁74とを有して構成される。第一リリーフ弁72は、減衰通路7を開閉する弁体72aと、減衰通路7を遮断するように弁体72aを附勢するばね72bとを有するとともに、上流となる圧側室R2(図3)の圧力が減衰通路7を開放させるように弁体72aに作用する。また、第二リリーフ弁73は、副通路7aを開閉する弁体73aと、副通路7aを遮断するように弁体73aを附勢するばね73bとを有するとともに、上流となる圧側室R2の圧力が副通路7aを開放させるように弁体73aに作用する。また、開閉弁74は、第二リリーフ弁73の下流に設けられ、副通路7aを連通する連通ポジション又は副通路7aを遮断する遮断ポジションを採る弁体74aと、弁体74aが連通ポジションを採るように弁体74aを附勢するばね74bと、通電時にばね74bの附勢力に抗して弁体74aを遮断ポジションへ切換える比例ソレノイド74cと、弁体74aから第一リリーフ弁側へ延びるプッシュロッド74dとを有する。そして、通電時において比例ソレノイド74cの推力は、プッシュロッド74dを介して第一リリーフ弁72の弁体72aにも伝わるようになっており、上記推力は、ばね72bの附勢力に対抗する方向に作用する。
よって、第一リリーフ弁72は、圧側室R2の圧力が開弁圧を超えると、減衰通路7を開放させる方向へ弁体72aを押す圧側室R2の圧力に起因する推力と、比例ソレノイド74cによる推力との合力が、減衰通路7を遮断させる方向へ弁体72aを附勢するばね72bの附勢力に打ち勝つようになって、弁体72aを後退させて減衰通路7を開放する。つまり、第一リリーフ弁72は、開閉弁74の比例ソレノイド74cとともに、可変リリーフ弁を構成し、比例ソレノイド74cへの供給電流量の調整により開弁圧を調節できる。
さらに、上記可変減衰弁71において、フェール時には、開閉弁74が連通ポジションを採るので、第一リリーフ弁72の開弁圧が最大になったとしても、圧側室R2の圧力が第二リリーフ弁73の開弁圧を超えると、第二リリーフ弁73が副通路7aを開放する。また、通電時には、副通路7aは開閉弁74により遮断されているので、圧側室R2の液体が第二リリーフ弁73を通ってタンクTへ移動することはない。よって、上記可変減衰弁71によれば、制御時に作動する第一リリーフ弁72の開弁圧とフェール時に作動する第二リリーフ弁73の開弁圧を、相互に影響されることなく独立して設定できるので、制御時とフェール時の減衰力をそれぞれ最適にできる。
また、本実施の形態において、一両の鉄道車両Vには、台車Wが前後に設けられており、各台車W,Wには、それぞれ、一対のダンパDL,DRが設けられている。このため、従来の鉄道車両用制振装置では、一両の鉄道車両Vにつき六つの電気的駆動弁が必要であったところ、上記鉄道車両用制振装置Sでは、一両の鉄道車両Vにつき四つの電気的駆動弁で済むので、コストの低減効果が高い。そして、このような効果は、一対のダンパの一方又は両方に、ダンパD1,D2を利用する場合にも得られる。しかし、一方の台車Wにのみ本発明に係るダンパDL,DR,D1,D2を搭載し、他方の台車Wには従来のシリンダ装置100を利用してもよい。
また、本実施の形態において、可変リリーフ弁(可変減衰弁)70はシリンダ1に取り付けられており、シリンダ1が車体Bに連結されている。車体Bは、台車Wと比較すると振動しないので、当該車体Bに可変リリーフ弁70を取り付けると、可変リリーフ弁70の振動を抑制できる。そして、このような効果は、図5に示す可変リリーフ弁90のように、ヘッドキャップ5に装着されて、当該ヘッドキャップ5を介してシリンダ1に取り付けられる場合にも得られるとともに、可変減衰弁の構成問わず得られる。なお、本実施の形態において、上記可変リリーフ弁70は、ボトムキャップ6に装着されており、当該ボトムキャップ6を介してシリンダ1に取り付けられているが、シリンダ1に直接取り付けられてもよく、外筒2に取付けられて、当該外筒2とボトムキャップ6を介してシリンダ1に取り付けられていてもよい。また、可変リリーフ弁70,90若しくは可変減衰弁71が直接、若しくは他の部材を介して取り付けられるシリンダ1が台車Wに連結されると、配線のストローク余裕を確保しなければならないが、このようにしてもよい。
また、本実施の形態において、一台の台車Wに設けた一対のダンパDL,DRは、ともに、収縮時に減衰力を発揮する。つまり、一対のダンパDL,DRが共に圧効きであり、ボトムキャップ6に可変リリーフ弁70等の可変減衰弁を容易に設けられる。ここで、図5に示すダンパD2のように、可変減衰弁である可変リリーフ弁90をヘッドキャップ5に取り付けてもよいが、ヘッドキャップ5は、ロッド4の挿通を許容しつつ、シリンダ1及び外筒2の開口を塞ぐ部材であって、流路を形成して可変減衰弁を取り付けられるようにすると構造が複雑になる。また、ヘッドキャップ5には、多くの場合、ロッド4の外周を覆ってロッド4の摺動面を保護するダストブーツ(図示せず)の一端が取り付けられる。このため、ヘッドキャップ5に可変減衰弁を設けると、ダストブーツを避けて可変減衰弁を取り付けなければならず、取り付け難い。加えて、可変減衰弁は重いので、このような重量物をロッド4を支持する部分の近傍に取り付けると、当該部分がロッド4に対して傾いて、ロッド4の円滑な移動を妨げる虞がある。
これらの事情から、ボトムキャップ6に可変減衰弁を取り付けると、ダンパDL,DRの構造を簡易にして、コストを低減できるとともに、シリンダ1に対するロッド4の動きを良好にできる。このような効果は、ダンパD1でも得られるとともに、可変減衰弁の構造によらず得られるのは勿論である。なお、圧効きのダンパの構成は上記の限りではなく、適宜変更できる。また、一対のダンパDL,DRのうちの一方又は両方が伸効きのダンパ(例えば、ダンパD2)でもよく、片効きのダンパの組み合わせは適宜変更できる。
また、本実施の形態において、鉄道車両用制振装置Sは、鉄道車両Vの車体Bと台車Wとの間に介装される一対のダンパDL,DRを備える。そして、これらのダンパDL,DRは、ともに、収縮時にのみ減衰力を発揮するとともに、上記減衰力が可変であり、一方のダンパDLは、台車Wに対して車体Bが左方向へ移動するときに減衰力を発揮し、他方のダンパDRは、台車Wに対して車体Bが右方向へ移動するときに減衰力を発揮する。
上記構成によれば、減衰力を可変にして車体Bの横方向の振動を抑制するとともに、車体Bを加振するのを防止するに当たり、必要とされる電気的駆動弁の数がダンパDL,DRにつき一つである。よって、台車一台当たりに一対(二本)のダンパDL,DRが必要になったとしても、一台の台車W当たりに必要な電気的駆動弁の数を二つにできて、従来よりも削減できる。つまり、上記鉄道車両用制振装置Sでは、ソレノイドを利用する電磁弁、又はモータを利用する電動弁のような、電気的駆動弁の数を減らしてコストを低減できる。当該効果は、一対のダンパDL,DRのうちの一方又は両方をダンパD1,D2に替えても得られるのは勿論、片効きのダンパの構成、及び減衰力を発揮するとともに減衰力を可変にするための構成によらず得られる。
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形及び変更が可能である。
B・・・車体、DL,DR,D1,D2・・・ダンパ、R1・・・伸側室、R2・・・圧側室、S・・・鉄道車両用制振装置、T・・・タンク、V・・・鉄道車両、W・・・台車、1・・・シリンダ、1a,3a・・・孔(連通路)、2・・・外筒、3・・・ピストン、4・・・ロッド、7・・・減衰通路、8・・・吸込通路、70・・・可変リリーフ弁(可変減衰弁)、71・・・可変減衰弁

Claims (7)

  1. 鉄道車両の車体と台車との間に介装される一対のダンパを備え、
    前記ダンパは、ともに、伸長或いは収縮の一方でのみ減衰力を発揮するとともに、前記減衰力が可変であり、
    一方の前記ダンパは、前記台車に対して前記車体が左方向へ移動するときに減衰力を発揮し、
    他方の前記ダンパは、前記台車に対して前記車体が右方向へ移動するときに減衰力を発揮する
    ことを特徴とする鉄道車両用制振装置。
  2. 前記一対のダンパは、ともに、収縮時にのみ減衰力を発揮することを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両用制振装置。
  3. 少なくとも一方の前記ダンパは、シリンダと、前記シリンダの外周にタンクを形成する外筒と、前記シリンダ内に移動可能に挿入されて前記シリンダ内を伸側室と圧側室に区画するピストンと、前記ピストンに連結されて前記伸側室内を通り、前記シリンダから外方へ延びるロッドと、前記タンクと前記伸側室とを連通する連通路と、前記タンクから前記圧側室へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路と、前記圧側室を前記タンクへ接続する減衰通路と、前記減衰通路に設けた可変減衰弁とを有する
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の鉄道車両用制振装置。
  4. 少なくとも一方の前記ダンパは、シリンダと、前記シリンダ外に設けたタンクと、前記シリンダ内に移動可能に挿入されて前記シリンダ内を伸側室と圧側室に区画するピストンと、前記ピストンに連結されて前記伸側室内を通り、前記シリンダから外方へ延びるロッドと、前記伸側室と前記圧側室とを連通する連通路と、前記タンクから前記圧側室へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路と、前記圧側室を前記タンクへ接続する減衰通路と、前記減衰通路に設けた可変減衰弁とを有する
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の鉄道車両用制振装置。
  5. 前記可変減衰弁は、前記シリンダに取り付けられており、
    前記シリンダは、前記車体に連結されている
    ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の鉄道車両用制振装置。
  6. 鉄道車両の一両に前記台車が前後に設けられており、
    前記各台車には、前記一対のダンパがそれぞれ設けられている
    ことを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の鉄道車両用制振装置。
  7. シリンダと、
    前記シリンダの外周にタンクを形成する外筒と、
    前記シリンダ内に移動可能に挿入されて前記シリンダ内を伸側室と圧側室に区画するピストンと、
    前記ピストンに連結されて前記伸側室内を通り、前記シリンダから外方へ延びるロッドと、
    前記タンクと前記伸側室とを連通する連通路と、
    前記タンクから前記圧側室へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路と、
    前記圧側室を前記タンクへ接続する減衰通路と、前記減衰通路に設けた可変減衰弁とを備える
    ことを特徴とするダンパ。
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