JP2019131090A - 軌条車両構体 - Google Patents

Abstract

【課題】質量や費用を極力増加させずに牽引力に対する強度を確保し、軽量で低コストな軌条車両構体を提供する【解決手段】枕梁端部上面板６４の端部と中梁上面板７１の端部に接合され長手方向の長さが中梁１３に対して十分に小さい水平補強板８０が、中梁１３の外方に向かって最も近い位置にある台枠下面板・リブ結合部５４において、水平補強板幅方向端部溶接８２により台枠下面板５２の下面に接合されている。これにより、牽引力が枕梁１４の長手方向の端部を上下方向（１０１）に引き離したり押し付けたりする力を、水平補強板幅方向端部溶接８２にも分担させることができるので、枕梁１４の長手方向の端部における強度的負担を軽減できる。よって、質量や費用を極力抑えつつ牽引力に対する強度を確保できるので、軽量で低コストな軌条車両構体を提供できる。【選択図】図３

Description

本発明は、軌条車両構体に関する。

軌条車両の構造体である軌条車両構体は、一般に、上面を構成する屋根構体と、側面を構成する側構体と、下面を構成する台枠と、長手方向の端面を構成する妻構体と、から成る。近年では、製作性の向上や遮音性の向上を目的として、対向する二枚の面板と該面板同士を接続する複数のリブから成るアルミニウム合金製の中空形材によって、屋根構体、側構体、台枠などを構成し、軌条車両構体に組み立てる手法が広まりつつある。

一般に、軌条車両構体は、長手方向端部寄りの台枠の下面に接合される枕梁を介して、走行装置である台車と結合される。枕梁の下面には、軌条車両構体の上下方向に延伸する中心ピンが接続され、中心ピンの下方向端部寄りにおいて、台車の牽引装置が結合される。台車が走行する際には、牽引装置を介して牽引力が中心ピンの下方向端部寄りに作用し、この牽引力に引っ張られて中心ピンを接続した軌条車両構体が台車の走行方向に移動する。

ここで、特許文献１に、従来の台枠構造の一例として、アルミニウム合金製の中空形材によって台枠を構成し、その下面に目の字状の断面を有し軌条車両構体の幅方向に延伸する枕梁を接合した構造が示されている。

特許第３８６８２０３号公報

従来の台枠構造においては、中梁上面板の軌条車両構体における幅方向の端部の溶接が台枠下面板の剛性の低い部位（台枠リブと結合されない部位）に存在する部位において、牽引力の多くを枕梁上面板の軌条車両構体における長手方向の端部の溶接で負担する構造となっていた。この場合、中梁上面板の軌条車両構体における幅方向の端部の溶接から中梁の外方に向かって最も近い位置にある台枠下面板・リブ結合部（剛性の高い部位）に位置する枕梁上面板の軌条車両構体における長手方向の端部の溶接において、力が集中的に伝達され、強度的に厳しい状態となっていた。以下、かかる問題点を具体的に説明する。

図１、図５及び図６を用いて、従来技術の台枠構造の詳細を説明する。図１は鉄道車両構体の斜視図であるが、後述する実施の形態と共通して使用する。なお、図１に示すように、鉄道車両構体の上下方向を上下方向（１０１）とし、それに直交する鉄道車両構体の幅方向と長手方向を、それぞれ幅方向（１０２）及び長手方向（１０３）とする。本明細書において、単に「上下方向」、「幅方向」、「長手方向」というときは、それぞれ上記の方向をいうものとする。
図５は従来技術における図１のＡ−Ａ断面図、図６は従来技術における図１のＢ−Ｂ断面図である。
鉄道車両構体１における長手方向（１０３）の端部寄りの台枠１０の下面に、枕梁１４が接合される。枕梁１４は、複数の部材を接合して組み立てられた目の字状の断面を有するアルミニウム合金製の中空形材であり、鉄道車両構体１における幅方向（１０２）に延伸している。
枕梁１４は、枕梁端部上面板６４の鉄道車両構体１における長手方向（１０３）の端部において、枕梁端部溶接６６により台枠１０の下面に接合される。枕梁下面板６２の下面には、鉄道車両構体１における上下方向（１０１）に延伸する中心ピン１７が、ボルト１８により接続される。中心ピン１７の下方向端部寄りには、台車の牽引装置（図示せず）が結合され、台車の走行によって、鉄道車両構体１における長手方向（１０３）に牽引力９０が作用する。

ここで、例えば、牽引力９０が図５の右方に作用した場合、枕梁１４には、図５の右方の端部を台枠１０寄りに押し付け、図５の左方の端部を台枠１０から引き離すような鉄道車両構体１における上下方向（１０１）の力が作用する。この力を、枕梁１４に接合され鉄道車両構体１における長手方向（１０３）に延伸する中梁１３にも負担させるため、中梁１３の鉄道車両構体１における長手方向（１０３）の延長線上にボルト１８を配置している。
中梁１３は、中梁上面板７１の鉄道車両構体１の幅方向（１０２）の端部において、中梁端部溶接７４により台枠１０の下面に接合される。枕梁１４と中梁１３は、台枠１０の下面に接合される前に接合されるので、両者が接合される部位の枕梁端部溶接６６は、台枠１０の下面に接合されない。

このような構成においては、枕梁１４の鉄道車両構体１における長手方向（１０３）の端部に作用する鉄道車両構体１における上下方向（１０１）の力が、枕梁端部溶接６６と中梁端部溶接７４を介して台枠１０に伝達される。
しかしながら、中梁端部溶接７４が台枠下面板５２の剛性の低い部位（その背面側で台枠リブ５３と結合されない部位）に存在する部位においては、この力を中梁１３で十分に受けることができず、この力の多くが枕梁端部溶接６６を介して台枠１０に伝達される。
特に、本来この力を台枠１０に伝達する役割を担う中梁端部溶接７４から中梁１３の外方に向かって最も近い位置にある台枠下面板・リブ結合部５４（剛性の高い部位）において、集中的に伝達される。このため、台枠下面板・リブ結合部５４に位置する枕梁端部溶接６６は、強度的に余裕がない。

この状態を回避するため、中梁上面板７１の鉄道車両構体１における幅方向（１０２）の長さを延長して、中梁端部溶接７４を台枠下面板・リブ結合部５４に位置させ、中梁端部溶接７４を介して台枠１０に力を伝達させる方法が考えられる。しかし、この場合、中梁１３の鉄道車両構体１における長手方向（１０３）の全長に渡って中梁上面板７１の鉄道車両構体１における幅方向（１０２）の寸法が増加することになるため、鉄道車両構体１の質量が増加するという問題がある。また、並行する中梁１３間の距離は、そこに取り付けられる連結器（図示せず）の構成によって変化するため、連結器の構成が異なる車種ごとに、中梁端部溶接７４が台枠下面板・リブ結合部５４に位置するような形状の中梁１３を用意する必要があり、製造費用の面からも望ましくない。

以上より、質量や費用を極力増加させずに、牽引力に対する強度を確保できる軌条車両構体が望まれていた。
本発明の目的は、質量や費用を極力増加させずに牽引力に対する強度を確保し、軽量で低コストな軌条車両構体を提供することにある。

上記課題を解決するために、代表的な本発明の軌条車両構体の一つは、屋根構体と、側構体と、台枠と、妻構体と、を有し、前記台枠の下面に、前記台枠の幅方向に延伸する枕梁と、前記台枠の長手方向に延伸する中梁を接合した軌条車両構体において、前記台枠は、台枠上面板と、台枠下面板と、前記台枠上面板と前記台枠下面板を結合する台枠リブで構成され、前記枕梁は、枕梁上面板と、枕梁下面板と、前記枕梁上面板と前記枕梁下面板を結合する枕梁リブで構成され、前記中梁は、中梁上面板と、中梁下面板と、前記中梁上面板と前記中梁下面板を結合する中梁リブで構成され、前記枕梁の長手方向の端部において、前記枕梁上面板と前記中梁上面板、前記枕梁下面板と前記中梁下面板及び前記枕梁リブと前記中梁リブが接合され、前記枕梁上面板の長手方向の端部と、前記中梁上面板の幅方向の端部は、前記台枠下面板の下面に接合されており、前記中梁と前記枕梁との接合部近傍において、前記枕梁上面板の端部と、前記中梁上面板の端部と、前記台枠リブに結合される部位の前記台枠下面板の下面とに、少なくとも３辺で接合される水平補強板を配置すること、により達成される。

本発明によれば、牽引力を枕梁上面板の軌条車両構体における長手方向の端部の溶接と剛性の高い台枠リブに結合される部位の台枠下面板の下面に位置する水平補強板の軌条車両構体における幅方向の端部の溶接で分担でき、質量や費用を極力抑えつつ牽引力に対する強度を確保できる。これにより、軽量で低コストな軌条車両構体を提供できる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

鉄道車両構体の斜視図である。 本発明の一実施形態における図１に示す鉄道車両構体の枕梁近傍のＡ−Ａについての長手方向の垂直断面図である。 本発明の一実施形態における図１に示す鉄道車両構体の枕梁近傍のＢ−Ｂについての幅方向の垂直断面図である。 本発明の一実施形態における図１に示す鉄道車両構体の領域Ｃについての垂直視図である。 従来例における図１に示す鉄道車両構体の枕梁近傍のＡ−Ａについての長手方向の垂直断面図である。 従来例における図１に示す鉄道車両構体の枕梁近傍のＢ−Ｂについての幅方向の垂直断面図である。

以下、図面を参照して、本発明による軌条車両構体の一実施形態を説明する。
図１は、軌条車両構体の一例である鉄道車両構体を模式的に示す斜視図である。鉄道車両構体１は、台枠１０の幅方向（１０２）の両端部に立設された側構体２０，２０（一方のみ図示）と、台枠１０の長手方向（１０３）の両端部に立設された妻構体４０，４０（一方のみ図示）と、側構体２０，２０と妻構体４０，４０との上下方向（１０１）の上端部に載置された屋根構体３０から構成される。

側構体２０，２０には、乗客が乗降するための出入口２２や、乗客が車外の景色を見ることができる窓２１が備えられる。妻構体４０，４０には、乗客が車両間を移動するための貫通路４１が備えられる。台枠１０の幅方向（１０２）の端部には長手方向（１０３）に延伸する側梁１１，１１が備えられ，台枠１０の長手方向（１０３）の端部には幅方向（１０２）に延伸する端梁１２，１２が備えられる。

以下、台枠１０の長手方向（１０３）の端部寄りの構成を説明する。台枠１０の下面には、鉄道車両構体１を走行装置である台車（図示せず）に結合するための枕梁１４が接合され、その前方（鉄道車両構体１の長手方向（１０３）の端部側）及び後方（鉄道車両構体１の長手方向（１０３）の中央側）には、それぞれ二つが並列して長手方向（１０３）に延伸する中梁１３，１３が接合される。

枕梁１４の前方に接合される中梁１３，１３の枕梁１４とは反対側の端部は、端梁１２に接合される。枕梁１４の後方に接合される中梁１３，１３の枕梁１４とは反対側の端部は、幅方向（１０２）に延伸する横梁１５に接合される。枕梁１４の下面の幅方向（１０２）の端部寄りには、空気ばね受１６が設けられ、台車の空気ばね（図示せず）と結合される。枕梁１４の下面の幅方向（１０２）の中央部には、上下方向（１０１）に延伸する中心ピン１７が設けられている。その上端に接合された板材を介して、中心ピン１７は枕梁１４の下面にボルト１８で結合され、その下部は台車の牽引力を伝達する牽引装置（図示せず）に結合される。これにより、台車が走行する際の牽引力が鉄道車両構体１に伝達され、鉄道車両構体１が長手方向（１０３）に走行することができる。枕梁１４の内部には、長手方向（１０３）に延伸する貫通管１９を配置するための開口が設けられる。

図２は図１における枕梁１４近傍のＡ−Ａ断面図、図３は図１における枕梁１４近傍のＢ−Ｂ断面図、図４は図１における枕梁１４近傍の領域Ｃの拡大図を示しているが、溶接部位は図示を省略している。図３において、台枠１０は、上面を構成する台枠上面板５１と、下面を構成する台枠下面板５２と、台枠上面板５１と台枠下面板５２をトラス状に接続する台枠リブ５３とから構成される中空形材であり、その押出方向を長手方向（１０３）と一致させている。

図２において、枕梁１４は、上面を構成する枕梁上面板６１と、下面を構成する枕梁下面板６２と、枕梁上面板６１と枕梁下面板６２をハシゴ状に接続する枕梁リブ６３とから構成される中空形材であり、その押出方向を幅方向（１０２）と一致させている。枕梁上面板６１の長手方向（１０３）の端部には、枕梁１４の長手方向（１０３）の端部方向に突出する枕梁端部上面板６４が存在する。また、枕梁下面板６２の長手方向（１０３）の端部には、枕梁１４の長手方向（１０３）の端部方向に突出する枕梁端部下面板６５が存在する。

図３において、中梁１３は、上面を構成する中梁上面板７１と、下面を構成する中梁下面板７２と、中梁上面板７１と中梁下面板７２とを端部で接続する中梁リブ７３とから構成されるコの字型の断面を有した形材であり、その押出方向を長手方向（１０３）と一致させている。

図２において、枕梁１４は、長手方向（１０３）の端部において、枕梁端部溶接６６により台枠下面板５２の下面に接合され、枕梁端部上面板６４と中梁上面板７１、枕梁端部下面板６５と中梁下面板７２及び枕梁リブ６３と中梁リブ７３とが接合される。図３において、中梁１３は、幅方向（１０２）の端部において、中梁端部溶接７４により台枠下面板５２の下面に接合される。図２において、枕梁１４と中梁１３は、台枠下面板５２の下面に接合される前に接合されるので、両者が接合される部位の枕梁端部溶接６６は、台枠下面板５２の下面に接合されない。枕梁下面板６２の下面には中心ピン１７がボルト１８で結合され、中心ピン１７の下部には牽引力９０が長手方向（１０３）に繰り返し作用する。図３において、ボルト１８は、中梁１３の長手方向（１０３）の延長線上に位置している。

図４において、枕梁１４の長手方向（１０３）の端部、且つ中梁１３の台枠１０における幅方向（１０２）の端部寄り（中梁１３と枕梁１４との接合部近傍）に水平補強板８０が配置される。一つの枕梁１４に対して計４つの水平補強板８０は、長手方向（１０３）の長さが中梁１３の長手方向（１０３）の長さに対して十分に小さい（たとえば半分未満である）５角形状の（ここでは長方形の１つの角を斜辺８３でカットした）平板である。このため鉄道車両構体の質量増加を抑制できる。ここで、水平補強板８０の外周の端縁を「辺」というとき、図２および図３において、その２辺は枕梁端部溶接６６と中梁端部溶接７４により、枕梁１４の枕梁端部上面板６４及び中梁１３の中梁上面板７１に接合されている。水平補強板８０は、枕梁１４と中梁１３が台枠下面板５２の下面に接合された後に接合されるので、３者が接合される部位の枕梁端部溶接６６と中梁端部溶接７４は、台枠下面板５２の下面にも接合されている。これにより接合強度を確保できる。

図３において、水平補強板８０の台枠１０における幅方向（１０２）の端部側の端縁８４は、中梁端部溶接７４から中梁１３の外方に向かって最も近い位置にある台枠下面板・リブ結合部５４において、水平補強板幅方向端部溶接８２により台枠下面板５２の下面に接合される。具体的には、台枠リブ５３に結合される部位の台枠下面板５２の下面の位置とは、上記の台枠下面板５２の溶接位置とが平面視で少なくとも一部が重なっている状態にある。
図２において、水平補強板８０の枕梁１４の長手方向（１０３）の端部側の端縁８５は、水平補強板長手方向端部溶接８１により台枠下面板５２の下面に接合される。
図４において、端縁８４と端縁８５は、長手方向（１０３）と幅方向（１０２）に対して傾いた斜辺８３によりカットされている。これにより質量増大を抑制できる。端縁８４，８５、および斜辺８３は、台枠下面板５２の下面に溶接により接合されて強度を確保しているが、例えば端縁８５及び／または斜辺８３の溶接を省略してもよい。これにより溶接の手間が省ける。

以上の構成によれば、牽引力９０が枕梁１４の長手方向（１０３）の端部を上下方向（１０１）に沿って引き離したり押し付けたりする力を、枕梁端部溶接６６と、剛性の高い部位に位置する水平補強板幅方向端部溶接８２とで分担して負担して台枠１０に伝達できるので、枕梁端部溶接６６の強度的負担を軽減できる。よって、質量や費用を極力抑えつつ牽引力に対する強度を確保できるので、軽量で低コストな鉄道車両構体を提供できる。
また、台枠１０に対する中梁１３の接合位置は、鉄道車両構体１の仕様によって異なることがあるが、そのたびに台枠リブ５３に結合される部位の台枠下面板５２の下面に接合できるように、中梁１３の形状を変更することはコストの増大を招く。かかる場合にも、本実施の形態によれば、異なる仕様に応じて水平補強板８０の形状を変更することにより対応できるので、コストを抑えながら全ての仕様に対して高強度の鉄道車両構体１を提供できる。

なお、本実施形態では、中梁１３は、枕梁１４の前方（鉄道車両構体１の長手方向（１０３）の端部側）及び後方（鉄道車両構体１の長手方向（１０３）の中央側）に配置されているが、前方のみに配置されることもある。この場合、水平補強板８０は、枕梁１４の前方のみに配置される。

また、本実施形態では、水平補強板８０は、枕梁１４の前方及び後方に配置されているが、枕梁１４の前方又は後方のどちらかのみに配置されていてもよい。また、本実施形態では、枕梁１４は、枕梁上面板６１と枕梁下面板６２をハシゴ状に接続する枕梁リブ６３を有する中空形材であり押出方向を幅方向（１０２）と一致させているが、枕梁リブ６３がトラス状であっても押出方向を長手方向（１０３）と一致させていてもよい。
また、本実施形態では、中梁１３は、コの字型の断面を有しているが、Ｉ型の断面などを有していてもよい。また、本実施形態では、中梁１３に対して強度的に厳しい傾向にある台枠１０の幅方向（１０２）の端部寄り（側構体寄り）に水平補強板８０を配置しているが、中梁１３と枕梁１４との接合部近傍として、台枠１０の幅方向（１０２）の中央寄り又は端部寄りと中央寄りの両方に配置していてもよい。

また、本実施形態では、水平補強板８０の長手方向（１０３）の長さが、中梁１３の長手方向（１０３）の長さに対して十分に小さいが、中梁１３の長手方向（１０３）の長さと同等であってもよい。この場合、鉄道車両構体１の質量が増加することと引き換えに、高強度を得る。
また、本実施形態では、水平補強板８０は枕梁１４と中梁１３が台枠下面板５２の下面に接合された後に接合されるので、３者が接合される部位の枕梁端部溶接６６と中梁端部溶接７４は台枠下面板５２の下面に接合されているが、枕梁１４と中梁１３が台枠下面板５２の下面に接合される前に、水平補強板８０を枕梁１４と中梁１３に接合して、３者が接合される部位の枕梁端部溶接６６と中梁端部溶接７４が台枠下面板５２の下面に接合されないようにしてもよい。

また、本実施形態では、水平補強板８０の台枠１０の幅方向（１０２）の端部側の端部は、中梁端部溶接７４から中梁１３の外方に向かって最も近い位置にある台枠下面板・リブ結合部５４において台枠下面板５２の下面に接合されているが、それより遠い位置にある台枠下面板・リブ結合部において台枠下面板５２の下面に接合されていてもよい。それにより設計の自由度が向上する。また、本実施形態では、水平補強板８０の台枠１０における幅方向（１０２）の端部側の端部と、枕梁１４における長手方向（１０３）の端部側の端部は、台枠１０における長手方向（１０３）と幅方向（１０２）に対して傾いた斜辺８３により結合されているが、これらは直接結合されていてもよい。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態における構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態における構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

１：鉄道車両構体、 １０：台枠、
１１：側梁、 １２：端梁、
１３：中梁、 １４：枕梁、
１５：横梁、 １６：空気ばね受、
１７：中心ピン、 １８：ボルト、
１９：貫通管、 ２０：側構体、
２１：窓、 ２２：出入口、
３０：屋根構体、 ４０：妻構体、
４１：貫通路、 ５１：台枠上面板、
５２：台枠下面板、 ５３：台枠リブ、
６１：枕梁上面板、 ６２：枕梁下面板、
６３：枕梁リブ、 ６４：枕梁端部上面板、
６５：枕梁端部下面板、 ６６：枕梁端部溶接、
７１：中梁上面板、 ７２：中梁下面板、
７３：中梁リブ、 ７４：中梁端部溶接、
８０：水平補強板、 ８１：水平補強板長手方向端部溶接、
８２：水平補強板幅方向端部溶接、 ８３：斜辺、
８４：端縁、 ８５：端縁、
９０：牽引力、 （１０１）：上下方向、
（１０２）：幅方向、 （１０３）：長手方向

Claims (7)

1. 屋根構体と、側構体と、台枠と、妻構体とを有し、前記台枠の下面に、前記台枠の幅方向に延伸する枕梁と、前記台枠の長手方向に延伸する中梁を接合した軌条車両構体において、
   前記台枠は、台枠上面板と、台枠下面板と、前記台枠上面板と前記台枠下面板を結合する台枠リブで構成され、
   前記枕梁は、枕梁上面板と、枕梁下面板と、前記枕梁上面板と前記枕梁下面板を結合する枕梁リブで構成され、
   前記中梁は、中梁上面板と、中梁下面板と、前記中梁上面板と前記中梁下面板を結合する中梁リブで構成され、
   前記枕梁の長手方向の端部において、前記枕梁上面板と前記中梁上面板、前記枕梁下面板と前記中梁下面板及び前記枕梁リブと前記中梁リブが接合され、
   前記枕梁上面板の長手方向の端部と、前記中梁上面板の幅方向の端部は、前記台枠下面板の下面に接合されており、
   前記中梁と前記枕梁との接合部近傍において、前記枕梁上面板の端部と、前記中梁上面板の端部と、前記台枠リブに結合される部位の前記台枠下面板の下面とに、少なくとも３辺で接合される水平補強板を配置すること、
   を特徴とする軌条車両構体。
2. 前記水平補強板の長手方向の長さが、前記中梁の長手方向の長さの半分未満であること、
   を特徴とする請求項１に記載の軌条車両構体。
3. 前記水平補強板の前記少なくとも３辺以外の残りの辺は、前記台枠下面板の下面に接合されること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の軌条車両構体。
4. 前記水平補強板の前記少なくとも３辺以外の残りの辺は、長手方向と幅方向に対して傾いた斜辺を有していること、
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軌条車両構体。
5. 前記水平補強板の前記枕梁上面板と接合される辺と、前記中梁上面板に接合される辺は、前記台枠下面板の下面に接合されていること、
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の軌条車両構体。
6. 前記水平補強板は、前記中梁上面板の幅方向の端部から前記中梁の外側に向かって最も近い位置にある前記台枠リブに結合される部位の前記台枠下面板の下面に接合されること、
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の軌条車両構体。
7. 前記水平補強板は、前記側構体寄りの前記中梁の幅方向の端部に配置されること、
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の軌条車両構体。

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