JP2020006772A - 鉄道車両の取付機器防振支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンス性に配慮した鉄道車両の取付機器防振支持構造の提供。【解決手段】鉄道車両１００の床構体１２０に吊り下げ保持される床下機器である艤装ユニット１６０と、艤装ユニット１６０の保持にあたり防振ゴム２４０を用い、吊下ボルト１６５を介して床構体１２０（台枠１２１）に固定している鉄道車両１００の取付機器防振支持構造において、艤装ユニット１６０は、複数の吊下ボルト１６５によって支えられ、吊下ボルト１６５が吊り下げられる吊点位置は、吊下ボルト１６５にかかる吊点荷重が均一になるように配置される。【選択図】図５

Description

本発明は、鉄道車両の防振構造に関し、具体的には床下機器などを鉄道車両の床下に艤装するにあたって、主変圧器などからの振動を車体に伝達することを抑制するために防振ゴムを取り付ける為の技術である。

近年、特に高速車両などの静粛性を高めた車両において、乗客によって低周波振動を中心とした振動が気になるといった乗り心地に言及する声が出始めている。これは、他の振動要因からの振動が低減するにつれて、対策されていない震動源からの振動が問題となり始めたものと考えられる。例えば、鉄道車両用の電力変換装置や変圧器などの取付機器は、そうした振動源となり得るとされており、その取り付け方法が検討されている。

特許文献１には、鉄道車両用電力変換装置の支持構造に関する技術が開示されている。鉄道車両用電力変換装置の箱体が箱体に取り付けられた取付金が一対の防振ゴムに挟持された状態で、吊り下げ用レールから垂下された吊り下げボルトの軸部に挿通されている。この軸部の延出端にワッシャを介して螺着されたナットを締着して弾性的に支持されている。そして、軸部は取付金と非接触状態に取付金を挿通している。このような取り付け方法を採用することで、鉄道車両用電力変換装置からの振動を遮断することができる。

特許文献２には、鉄道車両の防振ゴム支持構造及びその防振ゴムのバネ定数の設定方法に関する技術が開示されている。主変圧器と取付金との間に上側の防振ゴム部材が、取付金とワッシャとの間に下側の防振ゴム部材が設けられ、主変圧器の取付金が上側の防振ゴム部材と下側の防振ゴム部材との間に挟まれた状態にある。取付金および防振ゴム部材には、貫通孔が形成され、その貫通孔内に吊下ボルトとそれらの周囲に配置される円筒状のスリーブ部材とが設けられる。このような構成によって、車内に伝わる振動や騒音を低減している。

特開２００７−３０８０４２号公報 特開２０１０−１１１１９７号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２の技術では、防振ゴム部材を使って鉄道車両に設けられる取付機器が生じる振動や騒音が客室に伝わることを防ぐとしているが、メンテナンス的な観点からの示唆はなされていない。実際に鉄道車両に防振ゴムを用いる事を考えると、防振ゴム部材は経年劣化が想定されるため、定期的な交換等の作業が必要となる。よって、このような防振ゴムの取付構造に関してもメンテナンスに配慮された設計になることが好ましい。

そこで、本発明はこの様な課題を解決する為に、メンテナンス性に配慮した鉄道車両の取付機器防振支持構造の提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様による鉄道車両の取付機器防振支持構造は、以下のような特徴を有する。

（１）鉄道車両の床構体に吊り下げ保持される床下機器と、該床下機器の保持にあたり防振ゴムを用い、吊下ボルトを介して前記床構体に固定している鉄道車両の取付機器防振支持構造において、前記床下機器は、複数の吊下ボルトによって支えられ、該吊下ボルトが吊り下げられる吊点位置は、前記吊下ボルトにかかる吊点荷重が均一になるように配置されること、を特徴とする。

上記（１）に記載の態様によって、防振支持構造のメンテナンス性が向上する。これは、複数の吊下ボルトに防振ゴムを用いて床下機器を保持する場合、複数の吊点で支持する必要があるが、この際に、吊点位置によって吊点荷重が異なる構成である場合には、防振ゴムの硬度を変更する必要性がある。異なる硬度の防振ゴムを用いるケースでは、吊点によって適切な振動減衰を実現出来る一方で、振動モードが吊点位置によって異なる為に、緩みが発生するなどの問題が生じやすくなると考えられる。その為、吊下ボルトにかかる吊点荷重を均一化することとした。こうすることで、同じ防振ゴムを用いる事ができて取り付けミスなどを防げるなど、メンテナンス性を向上することが可能となる他、防振ゴムの長寿命化に貢献し、交換サイクルの延長が期待できる。

（２）（１）に記載の鉄道車両の取付機器防振支持構造において、前記吊点位置は、前記鉄道車両の進行方向に対して直交するライン上に設けられ、該ライン上に設けられた前記吊点位置の前記吊点荷重は等しく設定されること、が好ましい。

（３）（２）に記載の鉄道車両の取付機器防振支持構造において、異なる前記ライン上に設けられた前記吊点位置の前記吊点荷重は、その差が前記防振ゴムの製品誤差の範囲内で収まるように設定されること、が好ましい。

上記（２）または（３）に記載の態様によって、吊下ボルトにかかる吊点荷重が均一化され、進行方向に対して直交するライン上に設けられていることで、鉄道車両の側面からのアクセスによって作業がし易くなる。また、ライン上に設けられた吊点位置の吊点荷重が等しく設定されることで、同じ防振ゴムを使っての交換作業が実現できる。そして、別のラインとの吊点荷重の差が設計上避けられない場合にも、防振ゴムの製品誤差範囲内に吊点荷重を抑えることで、同じ防振ゴムを使っての交換作業が実現できる。なお、ライン毎に異なる防振ゴムを使う事も想定されるが、その場合でもメンテナンス性の向上に寄与すると考える。

（４）（２）または（３）に記載の鉄道車両の取付機器防振支持構造において、前記床下機器の前記鉄道車両の進行方向に備える端子箱を２つに分割して設けること、が好ましい。

上記（４）に記載の態様によって、任意の場所に吊点位置を設定し易くなり、メンテナンス性にも寄与する。これは、ライン上に設けられた吊点位置に備えられる吊下ボルトを緩めるにあたり、工具を使う必要があるが、装置構成上、鉄道車両の進行方向に端子箱を設ける必要がある。この場合、真ん中辺りに設ける吊点位置の吊下ボルトへのアクセスが困難となる。そこで、端子箱を２つに分けることで、吊下ボルトへのアクセスを容易にすることができる。この結果、メンテナンス性の向上に寄与する。

本実施形態の、鉄道車両の模式側面図である。 本実施形態の、艤装ユニットの吊り下げを示す模式図である。 本実施形態の、吊下ボルト部分の拡大図である。 本実施形態の、防振ゴムの部品図である。 本実施形態の、艤装ユニットの平面図である。 本実施形態の、艤装ユニットと工具の関係を示す平面図である。 本実施形態の、艤装ユニットと工具の関係を示す側面図である。

まず、本発明の実施形態について、図面を用いて説明を行う。図１に、本実施形態の、鉄道車両の模式側面図を示す。鉄道車両１００は、台車１５０の上に車体１１０が支持されている。そして、車体１１０の下側には、艤装ユニット１６０が吊り下げられている。

図２に、艤装ユニットの吊り下げの様子を模式図に示す。艤装ユニット１６０には様々な機器が設けられるが、ここでは主変圧器２００とユニットクーラ２５０が備えられているとして説明する。主変圧器２００は、新幹線（登録商標）などの高速鉄道車両に用いる主回路に交流誘導電動機駆動方式を用いるようになっており、高電圧・大電流を扱うため、大容量のものが搭載される傾向にある。鉄道車両１００の上方に設けられた架線３００から、パンタグラフ１３０を介して主変圧器２００に伝え、ここから鉄道車両１００の動力などに使う電力が供給される。

この主変圧器２００とユニットクーラ２５０が艤装ユニット１６０として備えられており、艤装ユニット１６０は車体１１０の床構体１２０に含まれる台枠１２１に吊下ボルト１６５によって吊り下げられている。図３に、吊下ボルト部分の拡大図を示す。図４に、防振ゴムの部品図を示す。台枠１２１にはマウント部２３５を備える図示しない梁が複数設けられており、吊下ボルト１６５はこのマウント部２３５に固定される。図３に示されるブラケット２３０は、艤装ユニット１６０から延設されるものであり、ブラケット２３０が防振ゴム２４０に挟まれるように保持される。

防振ゴム２４０の構造は、図４に示すようにゴム部２４１とフランジ部２４２と芯金部２４３が一体的に設けられてなる。円筒形に形成された芯金部２４３の周囲にハット状のゴム部２４１が設けられている。また、ゴム部２４１の片面にはバネ性を有したフランジ部２４２が設けられている。芯金部２４３の高さに比べてゴム部２４１は上方向に突出して潰しシロＡが設けられ、下方向に若干控えられた変形シロＢが設けられている。

この防振ゴム２４０が用いられる際には、図３に示すように、芯金部２４３を吊下ボルト１６５が貫通し、ワッシャ２３３とマウント部２３５で潰しシロＡが潰れるように、フランジ部２４２同士でブラケット２３０を挟み込むようにして、艤装ユニット１６０を保持する。後述の防振ゴム２４５も同じ構造であり、防振ゴム２４５でサブブラケット２５１を挟む構成となっているが、ここでは説明を割愛する。

図５に、艤装ユニットの平面図を示す。艤装ユニット１６０には、主変圧器２００側にブラケット２３０が２箇所に設けられる他、ユニットクーラ２５０側にも２箇所にサブブラケット２５１が設けられる。なお便宜上、一方のブラケット２３０を第１ブラケット２３０Ａとし、他方を第２ブラケット２３０Ｂとする。なお、特に断りが無くブラケット２３０と表記する場合は、第１ブラケット２３０Ａまたは第２ブラケット２３０Ｂの何れかまたは両方を示すものとする。また、一方のサブブラケット２５１を第１サブブラケット２５１Ａとし、他方を第２サブブラケット２５１Ｂとする。なお、特に断りが無くサブブラケット２５１と表記する場合は、第１サブブラケット２５１Ａまたは第２サブブラケット２５１Ｂの何れかまたは両方を示すものとする。

第１ブラケット２３０Ａには、第１取付孔２３１Ａ乃至第４取付孔２３１Ｄの４つが設けられている。また、第２ブラケット２３０Ｂには、第１取付孔２３２Ａ乃至第４取付孔２３２Ｄの４つが設けられている。なお、特に断りなく第１取付孔２３１と記載する場合は、第１取付孔２３１Ａ乃至第４取付孔２３１Ｄの何れかを示すものとする。また、特に断りなく第２取付孔２３２と記載する場合は、第１取付孔２３２Ａ乃至第４取付孔２３２Ｄの何れかを示すものとする。第１サブブラケット２５１Ａには、取付孔２５２Ａが、第２サブブラケット２５１Ｂには、取付孔２５２Ｂが設けられている。特に断り無く取付孔２５２と記載する場合は、取付孔２５２Ａまたは取付孔２５２Ｂの何れかまたは両方を示しているものとする。よって、艤装ユニット１６０は全体で１０箇所にて吊下ボルト１６５により支持される。ここでブラケット２３０とサブブラケット２５１は同様に艤装ユニット１６０を車体１１０から吊り下げる働きをするものであるが、便宜上名称を変えて示している。

また、第１ブラケット２３０Ａに設けられる第１取付孔２３１Ａ乃至第４取付孔２３１Ｄの中心を貫くラインを第１ラインＬ１とし、第２ブラケット２３０Ｂに設けられる第１取付孔２３２Ａ乃至第４取付孔２３２Ｄの中心を貫くラインを第２ラインＬ２とする。また、サブブラケット２５１に設けられる取付孔２５２の中心を貫くラインは第３ラインＬ３としている。第１ラインＬ１、第２ラインＬ２、第３ラインＬ３はそれぞれ平行になるように、各第１取付孔２３１、第２取付孔２３２、取付孔２５２が設けられている。

なお、第１取付孔２３１Ａと第４取付孔２３１Ｄは第１ブラケット２３０Ａ長手方向の両端に、第２取付孔２３１Ｂと第３取付孔２３１Ｃは第１ブラケット２３０Ａ長手方向の中央辺りに並んで設けられている。同様に、第１取付孔２３２Ａと第４取付孔２３２Ｄは第２ブラケット２３０Ｂ長手方向の両端に、第２取付孔２３２Ｂと第３取付孔２３２Ｃは第２ブラケット２３０Ｂ長手方向の中央辺りに並んで設けられている。主変圧器２００の側面には第１端子箱２１０Ａと第２端子箱２１０Ｂが設けられている。第２取付孔２３１Ｂと第３取付孔２３１Ｃは、第１端子箱２１０Ａと第２端子箱２１０Ｂの間に配置される構成となっている。また、ブラケット２３０を吊り下げる際に用いられる防振ゴム２４０は、サブブラケット２５１を吊り下げる際に用いられる防振ゴム２４５とは、用いられるゴムの硬度が異なっている。

本実施形態の鉄道車両の取付機器防振支持構造は上記構成であるため、以下に示すような作用及び効果を奏する。

まず、鉄道車両１００の艤装ユニット１６０に用いた防振ゴム２４０の交換時における作業性が向上し、メンテナンス性が向上する。これは、鉄道車両１００の床構体１２０に吊り下げ保持される床下機器である艤装ユニット１６０と、艤装ユニット１６０の保持にあたり防振ゴム２４０を用い、吊下ボルト１６５を介して床構体１２０（台枠１２１）に固定している鉄道車両１００の取付機器防振支持構造において、艤装ユニット１６０は、複数の吊下ボルト１６５によって支えられ、吊下ボルト１６５が吊り下げられる吊点位置は、吊下ボルト１６５にかかる吊点荷重が均一になるように配置されること、を特徴とするからである。

図６に、艤装ユニットと工具の関係を平面図に示す。図７に、艤装ユニットと工具の関係を側面図に示す。艤装ユニット１６０に備えられたブラケット２３０とサブブラケット２５１には、それぞれ第１取付孔２３１Ａ乃至第４取付孔２３１Ｄと、第１取付孔２３２Ａ乃至第４取付孔２３２Ｄと、取付孔２５２が設けられている。第１ブラケット２３０Ａ側の第１取付孔２３１Ａ乃至第４取付孔２３１Ｄ、及び第２ブラケット２３０Ｂ側の第１取付孔２３２Ａ乃至第４取付孔２３２Ｄでは、それぞれの吊点位置（第１取付孔２３１Ａ乃至第４取付孔２３１Ｄの配置される中心位置）における吊点荷重が等しく設定されており、ここではＡ_１ｋｇｆとしておく。一方、第２ブラケット２３０Ｂでも同様に、設けられる第１ブラケット２３０Ａ側の第１取付孔２３１Ａ乃至第４取付孔２３１Ｄのそれぞれの吊点位置で、Ａ_２ｋｇｆとなるようにその位置が設定されている。

ここで、Ａ_１とＡ_２は防振ゴム２４０への荷重値が静荷重＋動荷重（０．３Ｇ）よりも許容荷重が大きくなるように設定されており、例えばゴム硬度±３度のものが選択されている。Ａ_１とＡ_２の数値が同値にできればそれに越したことはないが、設計上これが困難であったので、本実施形態では第１ブラケット２３０Ａと第２ブラケット２３０Ｂのそれぞれで、吊点荷重を等しくし、Ａ_１とＡ_２の数値は差が２０％以内の数値に収まるように設定をしている。もちろん、設計上、Ａ_１とＡ_２の数値が等しく設定されることが好ましい。

また、取付孔２５２Ａでの吊点荷重はＡ_３ｋｇｆに設定されており、ここだけ別の防振ゴム２４５が用いられている。つまり、図５に示すように、第１ラインＬ１と、第２ラインＬ２と、第３ラインＬ３にそれぞれ設けられている取付孔２３１、取付孔２３２、及び取付孔２５２はいずれも各ライン上では同じ数値になるように設定されている。

この結果、本実施形態では、艤装ユニット１６０の振動を車体１１０に伝わるのを防ぐのに使う防振ゴムは、防振ゴム２４０、２４５の２種に絞ることができ、同じブラケット上に並ぶ防振ゴムは同じ種類に統一することができるので、メンテナンス上、取り付け違いを起こしにくくする事ができる。

これまでは、各吊点位置にかかる荷重を揃えるという発想が無く、例えば特許文献１や特許文献２などにもそうした示唆が無かったように、積極的に防振ゴム２４０、２４５を艤装ユニット１６０の取り付けに採用してこなかった経緯がある。しかし、現実的に艤装ユニット１６０の防振を考えると、防振ゴム２４０、２４５の性能を維持するためには、数年に１回は交換が必要となってくる。このため、図６及び図７に示すように、工具１０を用いて防振ゴム２４０または防振ゴム２４５を交換することは必須となる。ここで、工具１０はトルクレンチを想定している。

この場合に、本実施形態のように第１ブラケット２３０Ａでは、何れも同じ防振ゴム２４０を用いられており、第２ブラケット２３０Ｂでも同様に同じ防振ゴム２４０が設けられていることで、同じライン上に配置された防振ゴム２４０は同じ種類で交換すれば良くなり、メンテナンス性が向上する上に、取り付けミスが発生しにくくなるというメリットが得られる。

また、吊点位置の吊点荷重を揃えることで、振動モードが単純化できるというメリットが挙げられる。吊点位置の吊点荷重がそれぞれ異なる場合、Ｚ軸方向の振動の他にＸ軸、Ｙ軸方向にも振動が発生し易くなる。実際に、第１ブラケット２３０Ａ及び第２ブラケット２３０Ｂでは、それぞれ４箇所の吊点位置を設定しているが、艤装ユニット１６０の質量は主変圧器２００とユニットクーラ２５０の中央付近に質量が集まることになるため、中央辺りで２箇所の吊点位置を設定しないと、均等荷重分散が困難である。これを考慮せずに吊点位置を設定すると、振動モードの解析が複雑化するので、防振ゴム２４０の選択が難しくなる。

これを吊点位置にかかる吊点荷重を、第１ライン、第２ライン、第３ラインでそれぞれ揃えることで、振動モードをＺ軸方向の振動のみを想定すれば良くなる。この結果、艤装ユニット１６０の防振構造の設計がし易くなる。この事は、単純な振動モードでの防振ゴム２４０の利用が可能となるので、防振ゴム２４０の長寿命化にも繋がる。

また、床下機器に相当する主変圧器２００とユニットクーラ２５０などに必要な端子箱２１０は、２つの第１端子箱２１０Ａ及び第２端子箱２１０Ｂに分割して艤装ユニット１６０に取り付けられている。第１端子箱２１０Ａ及び第２端子箱２１０Ｂは、鉄道車両１００の進行方向に面する艤装ユニット１６０の側面に設けられている。そして、第１端子箱２１０Ａと第２端子箱２１０Ｂの間には、第２取付孔２３１Ｂと第３取付孔２３１Ｃが設けられている。こうすることで、図６及び図７に示すように工具１０を使って吊下ボルト１６５にアクセスできることとなり、メンテナンスが可能となる。

以上、本発明に係る鉄道車両の取付機器防振支持構造に関する説明をしたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、ブラケット２３０の位置や吊点位置に関しても、艤装ユニット１６０の質量や重心位置に対応させて変更することを妨げない。

１０ 工具
１００ 鉄道車両
１２０ 床構体
１２１ 台枠
１５０ 台車
１６０ 艤装ユニット
１６５ 吊下ボルト
２００ 主変圧器
２４０ 防振ゴム
２５０ ユニットクーラ

Claims (4)

1. 鉄道車両の床構体に吊り下げ保持される床下機器と、該床下機器の保持にあたり防振ゴムを用い、吊下ボルトを介して前記床構体に固定している鉄道車両の取付機器防振支持構造において、
   前記床下機器は、複数の吊下ボルトによって支えられ、該吊下ボルトが吊り下げられる吊点位置は、前記吊下ボルトにかかる吊点荷重が均一になるように配置されること、
   を特徴とする鉄道車両の取付機器防振支持構造。
2. 請求項１に記載の鉄道車両の取付機器防振支持構造において、
   前記吊点位置は、前記鉄道車両の進行方向に対して直交するライン上に設けられ、該ライン上に設けられた前記吊点位置の前記吊点荷重は等しく設定されること、
   を特徴とする鉄道車両の取付機器防振支持構造。
3. 請求項２に記載の鉄道車両の取付機器防振支持構造において、
   異なる前記ライン上に設けられた前記吊点位置の前記吊点荷重は、その差が前記防振ゴムの製品誤差の範囲内で収まるように設定されること、
   を特徴とする鉄道車両の取付機器防振支持構造。
4. 請求項２または請求項３に記載の鉄道車両の取付機器防振支持構造において、
   前記床下機器の前記鉄道車両の進行方向に備える端子箱を２つに分割して設けること、
   を特徴とする鉄道車両の取付機器防振支持構造。

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