JP2018024428A - 車両の転覆防止装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】横風に対する車両の転覆を適切に防止する転覆防止装置を提供する。【解決手段】転覆防止装置30は、鉄道車両10の天井面に設けられ、断面形状が翼形状である翼形部31を備える。翼形部31は、横風に対する傾きが調整されて、当該横風の発生時に所定方向に空気力を発生させる。空気力は、車両幅方向において横風の発生側に向かって作用する成分と、鉛直下方方向に作用する成分とを有する。翼形部31は、楕円体を1/4分割した形状を有し、且つ側面視において中心角が90度の扇形状を有する。【選択図】図11
Description
本発明は、横風を原因として車両が転覆するのを防止する転覆防止装置に関する。
鉄道車両が側方から強風を受けると、風圧による抗力(横力)が車体に生じる。風速が大きい場合、車両を転覆させようとする横力が大きくなり、ある限界風速以上の風速が吹いた場合、車両は転覆することがある。
このような事故を未然に防ぐために、従来、様々な対策が講じられている。例えば鉄道沿線には、鉄道車両に作用する風圧を減じるための防風柵を設置することが行われている。
また、例えば特許文献1には、鉄道線路近傍に設置された列車風取入部と、前記列車風取入部で取り入れた列車風が通り抜けるダクトと、前記ダクトを通り抜けた列車風を排出する排出部とを備えるエアフェンス形成装置が開示されている。かかるエアフェンス形成装置では、地表を走行する鉄道列車の走行に伴って生じる列車風を利用してエアフェンスを形成することにより、強風による鉄道車両の転覆事故を防止する。
特許文献2には、左右のレールにそれぞれ対応し、通常走行時には車両限界内に保持されている複数の磁石と、前記磁石を移動させる操縦手段と、前記操縦手段の動作を制御する制御手段と、を備える転覆防止装置が開示されている。かかる転覆防止装置では、制御手段からの指令によって操縦手段が左右のレールへそれぞれ対応する磁石を移動させることで磁石とレールとの間に吸引力を生じさせる。これにより、強風による鉄道車両の転覆事故を防止する。
特許文献3には、鉄道車両の台車枠と車体との間に配置されるまくらばねの伸びを検出する検出器と、該検出器において検出された前記まくらばねの伸びが基準値を越えた場合にロックを解くように動作するロック装置と、該ロック装置のロックを解く動作により、レールの頭部に係合するように動作する台車脇に配置されるフックとを具備する転覆防止装置が開示されている。かかる転覆防止装置では、まくらばねの伸び量が限界値を越えたことを検出し、車両本体の車輪とレールの物理的一体化を図ることにより、強風による鉄道車両の転覆事故を防止する。
以上の特許文献1〜3に開示されているように、従来の転覆防止対策は、鉄道車両に付設される設備を利用したものである。しかしながら、鉄道車両本体に着目すると、例えば車両が受ける横力を低減するため、車両形状に丸みを帯びさせなどの対策は考えられているものの、車両本体のみに効果的な転覆防止対策を講じる提案はこれまでほとんどなされてない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、横風に対する車両の転覆を適切に防止する転覆防止装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、横風に対する車両の転覆防止装置であって、車両の天井面に設けられ、断面形状が翼形状である翼形部を備え、前記翼形部は、前記横風に対する傾きが調整されて、当該横風の発生時に所定方向に空気力を発生させ、前記空気力は、車両幅方向において前記横風の発生側に向かって作用する成分と、鉛直下方方向に作用する成分とを有し、前記翼形部は、楕円体を1/4分割した形状を有し、且つ側面視において中心角が90度の扇形状を有することを特徴としている。
本発明によれば、横風の発生時に、翼形部は空気力を発生させることができる。しかも、翼形部は、楕円体を1/4分割した形状を有し、且つ側面視において中心角が90度の扇形状を有しており、横風に対する翼形部の傾きを調整することで、当該翼形部は、車両幅方向において横風の発生側に向かって作用する成分と、鉛直下方方向に作用する成分とを有する空気力を発生させることができる。そうすると、横風の発生側に向かって作用する空気力によって、横風により車両に作用する横力を低減することができる。また、鉛直下方方向に作用する空気力は車両を鉛直下方に押えつけるように作用し、車両の輪重を増加させることができる。したがって、車両の転覆を防止することができる。また、翼形部はこのような方向に空気力を発生させることができるので、例えば竜巻など、突発的に横風が発生した場合にも対応することができる。
しかも翼形部は車両の天井部に設けられており、すなわち本発明は車両単体に効果的な転覆防止対策が講じられており、従来にない斬新なものである。かかる場合、車両に付設される設備などを考慮して対策を講じる必要がないため、転覆防止装置の設計の自由度を高くできる。さらに、地上設備側に転覆防止対策を講じる場合、対策費用が高額になる傾向があるが、本発明の転覆防止装置は車両本体に設けられる簡易なものであるため、対策費用を低廉化することも可能となる。
前記車両は鉄道車両であってもよい。
本発明によれば、突発的に強風が発生した場合でも、車両本体に設けられた翼形部を用いて、当該車両の転覆を適切に防止することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態では、車両として鉄道車両に本発明を適用した場合について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
<鉄道車両の転覆の原理>
先ず、鉄道車両の転覆の原理と転覆に至る限界の風速の考え方について説明する。図1は、横風、すなわち側方からの自然風を受けた鉄道車両の挙動を模式的に示した説明図である。鉄道車両に横風が作用すると、鉄道車両には風による横力が生じる。図1(a)に示すように横風が弱いとき、鉄道車両10は転覆することなく安全に走行できる。しかしながら、横風が強くなると、風上側の輪重、すなわちレール20が車輪11から受ける垂直下方の力が小さくなる。横風がさらに強くなり、ある風速に達すると図1(b)のように、風上側の輪重がゼロになり鉄道車両10が転覆する可能性が生じる。このような状態になる風速の最小値を転覆限界風速と呼んでいる。
先ず、鉄道車両の転覆の原理と転覆に至る限界の風速の考え方について説明する。図1は、横風、すなわち側方からの自然風を受けた鉄道車両の挙動を模式的に示した説明図である。鉄道車両に横風が作用すると、鉄道車両には風による横力が生じる。図1(a)に示すように横風が弱いとき、鉄道車両10は転覆することなく安全に走行できる。しかしながら、横風が強くなると、風上側の輪重、すなわちレール20が車輪11から受ける垂直下方の力が小さくなる。横風がさらに強くなり、ある風速に達すると図1(b)のように、風上側の輪重がゼロになり鉄道車両10が転覆する可能性が生じる。このような状態になる風速の最小値を転覆限界風速と呼んでいる。
<第1の参考例>
次に、本発明に係る第1の参考例としての鉄道車両の転覆防止装置について説明する。図2は、鉄道車両10に設けられる転覆防止装置30の構成の概略を示す斜視図である。図3は、鉄道車両10と転覆防止装置30に作用する力関係を示す説明図である。なお、図2及び図3において、X方向は鉄道車両10の進行方向(鉄道車両10の長手方向)を示し、Y方向は鉄道車両10の幅方向(鉄道車両10の短手方向)を示し、Z方向は鉛直方向を示している。
次に、本発明に係る第1の参考例としての鉄道車両の転覆防止装置について説明する。図2は、鉄道車両10に設けられる転覆防止装置30の構成の概略を示す斜視図である。図3は、鉄道車両10と転覆防止装置30に作用する力関係を示す説明図である。なお、図2及び図3において、X方向は鉄道車両10の進行方向(鉄道車両10の長手方向)を示し、Y方向は鉄道車両10の幅方向(鉄道車両10の短手方向)を示し、Z方向は鉛直方向を示している。
図2に示すように転覆防止装置30は、断面形状が翼形状の翼形部31と、翼形部31を支持する支持部32とを有している。支持部32は、鉄道車両10の天井面に設けられ、当該天井面から鉛直上方に延伸している。
以下、図3に示すようにY方向において負方向から正方向に向けて、且つX方向において正方向から負方向に向けて、横風Wが吹いている場合について説明する。かかる場合、翼形部31は、当該翼形部31の水平断面形状が翼形状となるように配置される。より具体的には、翼形部31は、Y方向において負方向から正方向に向けて、且つX方向において正方向から負方向に向けて、支持部32から延伸して配置される。また、翼形部31において、Y方向負方向側の側面31aは、Y方向正方向側の側面31bに比べて膨らんでいる。なお、翼形部31に用いられる材料は特に限定されるものではなく、例えは布製などの柔らかい材料であってもよいし、鋼製などの固い材料であってもよい。
このように翼形部31が配置されると、当該翼形部31に対して、Y方向において正方向から負方向に向かい、且つX方向において正方向から負方向に向かう空気力Fが発生する。この空気力Fのうち、Y方向成分である力FY(以下、対抗力FYという。)は、横風Wの発生側に向かって作用し、すなわち横風WのY方向成分に対抗するように作用する。したがって、この対抗力FYが、横風Wによって鉄道車両10に作用する横力を低減することができ、鉄道車両10の転覆を防止することができる。
転覆防止装置30は、通常走行時には鉄道車両10の内部に収納され、横風Wの発生時に鉄道車両10の天井面に配設される。
転覆防止装置30を鉄道車両10の天井面から飛び出させて配設するタイミングは、どのような方法で指定しても構わない。例えば風向風速計などを用いてもよい。かかる場合、風向風速計で鉄道車両10が受ける風の風向と風速を測定し、当該測定結果が予め定められた風速を超えた場合に、転覆防止装置30が配設される。或いは、例えば乗務員の目視によって横風Wの発生を判断し、転覆防止装置30を配設させてもよい。
そして、横風Wの発生時には、当該横風Wに対する翼形部31の傾きを調整することで、翼形部31は任意の方向に空気力Fを発生させることができる。すなわち、横風Wの風向に応じて、対抗力FYを当該横風Wに対抗させることができる。そうすると、例えば突発的に横風Wが発生した場合にも適切に対応することができる。
以上の第1の参考例によれば、横風Wの発生時に、翼形部31は空気力Fを発生させることができ、当該空気力FのY方向成分である対抗力FYによって、横風Wによる横力を低減して、鉄道車両10の転覆が防止される。一方で、空気力Fのうち、X方向成分である力FXは、鉄道車両10の進行方向と反対方向に作用する。すなわち、力FXによって鉄道車両10が減速し、例えば横風Wが発生した際に鉄道車両10が緊急停止する場合には、転覆防止装置30は有用となる。このように転覆防止装置30は、空力ブレーキとしても機能する。
なお、第1の参考例で図示した翼形部31と支持部32は、あくまで概念図であって、その具体的な形状や配置は任意に設計することができる。例えば図4に示すように支持部32を省略して、翼形部31を直接鉄道車両10の天井面に設けてもよい。また、支持部32は翼形部31に対して風上側と風下側のいずれに配置されていてもよい。要は、翼形部31が上述した空気力Fを発生せることができれば、本発明の効果を享受できるのである。
また、以上の第1の参考例において、図5に示すように翼形部31と支持部32はそれぞれ複数設けられていてもよい。かかる場合、より効果的に鉄道車両10の転覆を防止することができる。
<第2の参考例>
次に、本発明に係る第2の参考例としての鉄道車両の転覆防止装置について説明する。図6は、鉄道車両10に設けられる転覆防止装置30の構成の概略を示す斜視図である。図7は、鉄道車両10と転覆防止装置30に作用する力関係を示す説明図である。
次に、本発明に係る第2の参考例としての鉄道車両の転覆防止装置について説明する。図6は、鉄道車両10に設けられる転覆防止装置30の構成の概略を示す斜視図である。図7は、鉄道車両10と転覆防止装置30に作用する力関係を示す説明図である。
図6に示すように転覆防止装置30は、第1の参考例と同様に、翼形部31と一対の支持部32、32を有している。但し、第2の参考例においては、第1の参考例と異なり、翼形部31の配置が異なる。また、図示の例においては、一対の支持部32、32はX方向に並べて配置されている。
図6及び図7に示すように翼形部31は、当該翼形部31の鉛直断面形状が翼形状となるように配置される。より具体的には、翼形部31は、Y方向の負方向から正方向に向けて、支持部32、32から延伸して配置される。また、翼形部31において、鉛直下側(Z方向負方向側)の側面31aは、鉛直上側(Z方向負方向側)の側面31bに比べて膨らんでいる。
このように翼形部31が配置されると、当該翼形部31に対して、鉛直下方に向かう空気力Fが発生する。そうすると、空気力Fは鉄道車両10を鉛直下方に押えつけるように作用し、鉄道車両10の輪重を増加させる。したがって、鉄道車両10の転覆を防止することができる。
また転覆防止装置30は、第1の参考例と同様に、通常走行時には鉄道車両10の内部に収納され、横風Wの発生時に鉄道車両10の天井面に配設される。そして、横風Wの発生時には鉛直下方の空気力Fが発生するので、例えば突発的に横風Wが発生した場合にも適切に対応することができる。
なお、第2の参考例で図示した翼形部31と支持部32、32は、あくまで概念図であって、その具体的な形状や配置は任意に設計することができる。例えば、支持部32、32は翼形部31に対して風上側と風下側のいずれに配置されていてもよい。また、支持部32、32はY方向に並べて配置されていてもよい。翼形部31が上述した空気力Fを発生せることができれば、本発明の効果を享受できるのである。
また、以上の第2の参考例において、図8に示すように翼形部31と支持部32、32はそれぞれ複数設けられていてもよい。かかる場合、より効果的に鉄道車両10の転覆を防止することができる。
さらに、以上の第2の参考例において、図9に示すように転覆防止装置30は、ブレーキ板33を有していてもよい。ブレーキ板33は、例えば矩形状を有し、翼形部31のX方向正方向側に設けられている。なお、支持部32、32は省略される。かかる場合、ブレーキ板33には鉄道車両10の進行方向と反対方向に力が作用し、当該力によって鉄道車両10が減速する。したがって、転覆防止装置30を空力ブレーキとしても機能させることができる。なお、ブレーキ板33は、翼形部31のX方向負方向側に設けられていてもよい。
<第3の参考例>
次に、本発明に係る第3の参考例としての鉄道車両の転覆防止装置について説明する。図10は、鉄道車両10に設けられる転覆防止装置30の構成の概略を示す斜視図である。
次に、本発明に係る第3の参考例としての鉄道車両の転覆防止装置について説明する。図10は、鉄道車両10に設けられる転覆防止装置30の構成の概略を示す斜視図である。
図10に示すように転覆防止装置30は、第1の参考例の翼形部31と第2の参考例の翼形部31をそれぞれ複数有している。かかる場合、上述した第1の参考例の効果と第2の参考例の効果を両方享受することができ、鉄道車両10の転覆を防止することができる。
<本発明の実施形態>
次に、本発明に係る本発明の実施形態としての鉄道車両の転覆防止装置について説明する。図11は、鉄道車両10に設けられる転覆防止装置30の構成の概略を示す斜視図である。
次に、本発明に係る本発明の実施形態としての鉄道車両の転覆防止装置について説明する。図11は、鉄道車両10に設けられる転覆防止装置30の構成の概略を示す斜視図である。
図11に示すように転覆防止装置30は、第1の参考例〜第3の参考例と同様に、翼形部31と支持部32を有している。但し、本実施形態においては、第1の参考例〜第3の参考例と異なり、翼形部31の形状と配置が異なる。
翼形部31は、第1の参考例の翼形部31の特徴と第2の参考例の翼形部31の特徴を兼ね備えた形状を有している。すなわち、翼形部31は、略球体(略楕円体)を1/4分割した形状を有し、側面視において中心角が90度の略扇形状を有している。そして、翼形部31は、当該翼形部31の水平断面形状が翼形状となり、且つ鉛直断面形状が翼形状となるように配置される。
かかる場合、横風Wの発生時に、翼形部31には空気力Fが発生する。この空気力Fは、第1の参考例と同様に、水平方向のY方向成分である対抗力FYを有している。対抗力FYは横風Wの発生側に向かって作用し、横風Wによって鉄道車両10に作用する横力を低減することができる。また、空気力Fは、第2の参考例と同様に、鉛直下方に向かう成分を有している。このため、鉄道車両10の輪重を増加させることができる。以上により、本実施形態によれば、上述した第1の参考例の効果と第2の参考例の効果を両方享受することができ、鉄道車両10の転覆を防止することができる。
なお、本実施形態で図示した翼形部31と支持部32は、あくまで概念図であって、その具体的な形状や配置は任意に設計することができる。また、本実施形態において、翼形部31と支持部32はそれぞれ複数設けられていてもよい。
<その他の実施形態>
以上の実施形態及び参考例では、本発明を鉄道車両10に適用する場合について説明したが、本発明が適用される車両は鉄道車両10に限定されない。車両は、例えば自動車など、地上を走行する移動体であればよい。特に略直方体形状の荷台を有するトラックなどの車両の場合、横風Wによって車両が受ける横力が大きいため、本発明は特に有用となる。
以上の実施形態及び参考例では、本発明を鉄道車両10に適用する場合について説明したが、本発明が適用される車両は鉄道車両10に限定されない。車両は、例えば自動車など、地上を走行する移動体であればよい。特に略直方体形状の荷台を有するトラックなどの車両の場合、横風Wによって車両が受ける横力が大きいため、本発明は特に有用となる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、横風を原因として車両が転覆するのを防止する際に有用であって、特に突風に対する車両の転覆防止対策として有用である。
10 鉄道車両
11 車輪
20 レール
30 転覆防止装置
31 翼形部
32 支持部
33 ブレーキ板
11 車輪
20 レール
30 転覆防止装置
31 翼形部
32 支持部
33 ブレーキ板
Claims (2)
- 横風に対する車両の転覆防止装置であって、
車両の天井面に設けられ、断面形状が翼形状である翼形部を備え、
前記翼形部は、前記横風に対する傾きが調整されて、当該横風の発生時に所定方向に空気力を発生させ、
前記空気力は、車両幅方向において前記横風の発生側に向かって作用する成分と、鉛直下方方向に作用する成分とを有し、
前記翼形部は、楕円体を1/4分割した形状を有し、且つ側面視において中心角が90度の扇形状を有することを特徴とする、車両の転覆防止装置。 - 前記車両は鉄道車両であることを特徴とする、請求項1に記載の車両の転覆防止装置。
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