JP2020066376A - 鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】大型トラックに正面衝突する事故が発生した場合でも、先頭車両の前面妻構体を構成する妻柱が容易に台枠から破断されることのない鉄道車両を提供すること。【解決手段】先頭車両の前面妻構体を構成するものであって、一端が台枠に固定された妻柱１１を有する鉄道車両において、妻柱１１は、台枠１０の下端面より突出した突出柱部１１ａを備えること、Ｕ字形状であって、Ｕ字の底部内面が突出柱部１１ａに当接され、Ｕ字の一対の直線部１２ｂ、１２ｃが台枠１０の下面に溶接接合されているＵ字部材１２を有すること、を特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、先頭車両の前面妻構体を構成するものであって、一端が台枠に固定された妻柱を有する鉄道車両に関するものである。

従来、鉄道車両の先頭車両では、運転席が設けられた側の前面を前面妻構体として構成している。前面妻構体は、複数の妻柱を備えている。妻柱の一端（下端）は、鉄道車両の車体の底面の構造体であり、下面に台車が取り付けられる台枠に固定されている。妻柱の他端（上端）は、屋根構体に固定されるものと、窓枠を構成する水平部材に固定されるものとある。
図１０に、従来の妻構体の下端の一般的な固定方法を示す。中空パイプ製の四角柱である妻柱１１１の下部は、台枠１００に形成された凹部１００ａに挿入され、台枠１００の下面側から、妻柱１１１の３面で、隅肉溶接で形成された溶接部１１３により固定されている。

また、特許文献１では、台枠の上面に妻構体を溶接するときに、妻構体の一面を台枠の側面に延設し、延設した部分でも台枠に隅肉溶接することにより、溶接部分の長さを長くして溶接強度を強くすることが記載されている。
また、特許文献２では、妻柱をボルト結合により繋ぐ部材を設け、それらの組立体を台枠にボルト結合させる構造が記載され、これにより、溶接量を低減して、妻柱の強度を増大させることが記載されている。

特開2014-108635号公報 特開2015-071360号公報

しかし、従来の鉄道車両の妻柱を台枠に固定する固定構造には、次のような問題があった。
すなわち、踏切で立往生した自動車に、鉄道車両が衝突する事故が発生した場合に、普通乗用車や床面の低い自動車ならば、台枠が直接自動車に衝突するため、鉄道車両に損傷を与えることがほとんど無く、少なくとも鉄道車両側には問題がない。しかし、大型トラック等の荷台が高く重心が高い自動車が踏切に立往生した場合には、台枠より上で大型トラックの荷台が衝突することになる。
その場合には、図１１に示すように衝突力が直接、妻柱の台枠より上の部分にかかることになる。その場合には、妻柱１１１の固定部である溶接部１１３に大きなモーメント力がかかるため、溶接部１１３に過大な力が作用して溶接部１１３が破断する恐れがある。溶接部１１３が破断した場合、妻柱１１１が鉄道車両内部に侵入するため、運転室を大きく変形させ、運転士に被害を与える恐れがある。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、大型トラックに正面衝突する事故が発生した場合でも、先頭車両の前面妻構体を構成する妻柱が容易に台枠から破断されることのない鉄道車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の鉄道車両は、次の構成を有している。
（１）先頭車両の前面妻構体を構成するものであって、一端が台枠に固定された妻柱を有する鉄道車両において、妻柱は、台枠の下端面より突出した突出柱部を備えること、Ｕ字形状であって、Ｕ字の底部内面が突出柱部に当接され、Ｕ字の一対の直線部が台枠の下面に溶接接合されているＵ字部材を有すること、を特徴とする。
ここで、Ｕ字の底部が突出柱部に当接するとは、両者間の隙間に溶接部が形成され、溶接部を介して当接している場合も含むし、実際に部材同士が当接されている場合も含む。
（２）（１）に記載する鉄道車両において、Ｕ字部材の一対の直線部の先端に、直角に曲げられた直角曲げ部が形成されていること、台枠の下面に一対の穴が形成され、一対の穴に直角曲げ部が挿入されていること、を特徴とする。

（３）（１）または（２）に記載する鉄道車両において、妻柱の突出柱部に切欠き部が形成されていること、Ｕ字部材の底部が、切欠き部に挿入されることにより、Ｕ字部材の底部外面が妻柱の外周面と同じ面を形成していること、を特徴とする。
（４）（３）に記載する鉄道車両において、切欠き部が溝形状であること、を特徴とする。

本発明の鉄道車両は、上記構成を有することにより次のような作用・効果を奏する。
（１）先頭車両の前面妻構体を構成するものであって、一端が台枠に固定された妻柱を有する鉄道車両において、妻柱は、台枠の下端面より突出した突出柱部を備えること、Ｕ字形状であって、Ｕ字の底部内面が突出柱部に当接され、Ｕ字の一対の直線部が台枠の下面に溶接接合されているＵ字部材を有すること、を特徴とするので、Ｕ字部材の直線部を長くすれば、溶接部の長さを従来と比較して大きくでき、溶接部の強度を強くできるため、鉄道車両が大型トラック等と正面衝突する事故が発生した場合でも、Ｕ字部材の溶接部が破断することがない。確かに、妻柱の力を受けて台枠の上面が座屈し、妻柱が少し内側に向けて傾きが生じるが、妻柱が変形する量は従来と比較して格段に少ない。
したがって、妻柱が鉄道車両内部に侵入することが少なく、運転室を大きく変形させることがなく、運転士の安全を確保することができる。

（２）（１）に記載する鉄道車両において、Ｕ字部材の一対の直線部の先端に、直角に曲げられた直角曲げ部が形成されていること、台枠の下面に一対の穴が形成され、一対の穴に直角曲げ部が挿入されていること、を特徴とするので、Ｕ字部材の溶接部による強度の他に、直角曲げ部が台枠の穴に挿入され、直角曲げ部が直接力を受けることができるため、Ｕ字部材が前方に移動することを防ぐことができ、妻柱が鉄道車両内部に侵入することをより少なくでき、運転室を大きく変形させることがなく、運転士の安全を確保することができる。

（３）（１）または（２）に記載する鉄道車両において、妻柱の突出柱部に切欠き部が形成されていること、Ｕ字部材の底部が、切欠き部に挿入されることにより、Ｕ字部材の底部外面が妻柱の外周面と同じ面を形成していること、を特徴とするので、先頭車両の前面妻構体から突出する部材をなくすことができるため、鉄道車両のデザイン性を向上させることができる。

（４）（３）に記載する鉄道車両において、切欠き部が溝形状であること、を特徴とするので、溝形状であるため、妻柱とＵ字部材をしっかりと結合することができるため、Ｕ字部材が妻柱をより堅固に保持することができる。

（ａ）に、妻柱１１を台枠１０に固定する構造の底面図を示し、（ｂ）に（ａ）のＡＡ断面図を示し、（ｃ）に（ａ）のＢＢ断面図を示す。 Ｕ字部材１２の形状を示す図である。 第２の実施形態の妻柱１１の台枠１０への取付構造を示す図である。 Ｕ字部材１４の形状を示す図である。 第３の実施形態の妻柱３１の台枠１０への取付構造を示す図である。 第４の実施形態の妻柱３２の台枠１０への取付構造を示す図である。 （ａ）に、鉄道車両２０を前面から視た図を示し、（ｂ）に鉄道車両２０の側面図を示す。 前面妻構体２１と、屋根構体２４と、台枠１０を分離した形で示す図である。 前面妻構体２１を構成する６本の妻柱１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆを示す図である。 従来の妻構体の下端の一般的な固定方法を示す図である。 鉄道車両が大型トラックに衝突した場合に、衝突力が直接、妻柱の台枠より上の部分にかかることを示す図である。

本発明の実施形態であり、先頭車両である鉄道車両２０について、図面を参照しながら詳細に説明する。図７の（ａ）に、鉄道車両２０を前面から視た図を示し、（ｂ）に鉄道車両２０の側面図を示す。鉄道車両２０は、車体２５の下面に一対の台車２２、２３が取り付けられている。図８に、前面妻構体２１と、屋根構体２４と、台枠１０を分離した形で示す。
図９に、前面妻構体２１を構成する６本の妻柱１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆを示す。６本の妻柱１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆの下端部は、台枠１０に固定されている。妻柱１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｆは、上端が屋根構体２４に固定されている。妻柱１１Ｂ、１１Ｅは、上端が窓枠を構成する図示しない水平部材に固定されている。

次に、本発明の特徴である妻柱１１を台枠１０に固定する構造について説明する。図１の（ａ）に、妻柱１１を台枠１０に固定する構造の底面図を示し、（ｂ）に（ａ）のＡＡ断面図を示し、（ｃ）に（ａ）のＢＢ断面図を示す。図２に、Ｕ字部材１２の形状を示す。底部１２ｄより、一対の直線部１２ｂ、１２ｃが延設している。底部１２ｄの内周面を、底部内面１２ａと称し、外周面を、底部外面１２ｅと称している。
妻柱１１は、中空状パイプであり、断面が四角形状である。一辺の長さが約１００ｍｍである。台枠１０の前面には、妻柱１１を挿入するための凹部１０ａが形成されている。凹部１０ａの大きさは、妻柱１１が挿入されたときに妻柱１１の外周面と凹部１０ａの内周面との間に１〜２ｍｍ程度の隙間ができる大きさである。隙間を形成している理由は、妻柱１１と凹部１０ａとを隅肉溶接したときに、溶接ビードがその隙間に入り込んで溶接部分の深さを大きくするためである。

妻柱１１は、台枠１０の下面から突出柱部１１ａが突出して挿入されている。台枠１０の下面には、Ｕ字部材１２が溶接固定されている。Ｕ字部材１２は、図２に示すように、Ｕ字の底部内面１２ａ、一対の直線部１２ｂ、１２ｃを備えている。図１（ａ）に示すように、Ｕ字部材１２の底部内面１２ａと妻柱１１の外周面の間も少しの隙間を持たせている。これは、妻柱１１と底部内面１２ａとを隅肉溶接するときに、溶接ビードがその隙間に入り込んで溶接部分の深さを大きくするためである。本実施例では、隙間を持たせて溶接接合しているが、強度を弱めても良い場合には、当接させた状態で隅肉溶接しても良い。
いずれにしろ、（ｂ）に示すように、妻柱１１の台枠１０より上部で外力Ｆが作用した場合、妻柱１１と底部内面１２ａとは、圧縮方向の力を受けるため、妻柱１１と底部内面１２ａとの間の溶接部１３が破断する恐れは全くない。

図１の（ａ）に示すように、Ｕ字部材１２の一対の直線部１２ｂ、１２ｃが台枠１０に当接している両側面部、及び端面が隅肉溶接され、溶接部１３が形成されている。直線部１２ｂ、１２ｃの長さを任意に設計することにより、溶接部１３の長さを確保できるため、妻柱１１と凹部１０ａとの間のみ溶接する場合と比較して、十分な長さの溶接部１３を形成することができるため、Ｕ字部材１２を台枠１０に固定する強度を大きくすることができる。

したがって、図１の（ｂ）、（ｃ）に記すように、外力Ｆが妻柱１１の台枠１０の上面より上部で加わるため、妻柱１１がＵ字部材１２と当接している底部内面１２ａを介して、Ｕ字部材１２が強い力を受けるが、一対の直線部１２ｂ、１２ｃの両側に長い溶接部１３が形成されているため、Ｕ字部材１２が台枠１０から破断されることがない。
妻柱１１により、台枠１０の凹部１０ａの上面端が塑性変形されるため、妻柱１１も少し傾くことはあるが、傾きの程度は小さく、前面妻構体２１を大きく変形させることはなく、運転士に被害を与える恐れがない。

以上説明したように、本実施形態の鉄道車両２０によれば、（１）先頭車両の前面妻構体２１を構成するものであって、一端が台枠１０に固定された妻柱１１を有する鉄道車両２０において、妻柱１１は、台枠１０の下端面より突出した突出柱部１１ａを備えること、Ｕ字形状であって、Ｕ字の底部内面１２ａが突出柱部１１ａに当接され、Ｕ字の一対の直線部１２ｂ、１２ｃが台枠１０の下面に溶接接合されているＵ字部材１２を有すること、を特徴とするので、Ｕ字部材１２の直線部１２ｂ、１２ｃを長くすれば、溶接部１３の長さを従来と比較して大きくでき、溶接部１３の強度を強くできるため、鉄道車両２０が大型トラック等と正面衝突する事故が発生した場合でも、Ｕ字部材１２の溶接部１３が破断することがない。確かに、妻柱１１の力を受けて台枠１０の上面が座屈し、妻柱１１が少し内側に向けて傾きが生じるが、妻柱１１が変形する量は従来と比較して格段に少ない。
したがって、妻柱１１が鉄道車両２０内部に侵入することが少なく、運転室を大きく変形させることがなく、運転士の安全を確保することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と同じ内容については、図面上同じ符号を付して詳細な説明を割愛し、相違する点のみ詳細に説明する。
図３に、第２の実施形態の妻柱１１の台枠１０への取付構造を示し、図４に、Ｕ字部材１４の形状を示す。図３の（ａ）に、妻柱１１を台枠１０に固定する構造の底面図を示し、（ｂ）に（ａ）のＣＣ断面図を示し、（ｃ）に（ａ）のＤＤ断面図を示す。図４の（ｂ）がＵ字部材１４の平面図であり、（ａ）が側面図である。Ｕ字部材１４は、Ｕ字の底部内面１４ａ、一対の直線部１４ｂ、１４ｃを備えている。第１実施の形態と相違しているのは、図４に示すように、Ｕ字部材１４の一対の直線部１４ｂ、１４ｃの先端が直角に折り曲げられており、直角曲げ部１４ｄ、１４ｅが形成されている。また、台枠１０には、直角曲げ部１４ｄ、１４ｅに対応する位置に、一対の四角形状の穴１０ｂが形成されている。直角曲げ部１４ｄ、１４ｅは、各々穴１０ｂに挿入されている。穴１０ｂは、直角曲げ部１４ｄ、１４ｅより少し大きく形成されており、その隙間を溶接している。隙間を設けているのは、組立し易くするためであり、その隙間部分を隅肉溶接することにより、深くまで溶接個所を侵入させ、溶接部分の長さを大きくするためである。
第２の実施形態では、溶接部１３の他に、直角曲げ部１４ｄ、１４ｅが、穴１０ｂに当接することにより、Ｕ字部材１４に作用する力を受けるため、Ｕ字部材１４の溶接部１３が破断するのを防止している。直角曲げ部１４ｄ、１４ｅが穴１０ｂに当接して受ける力は大きいため、Ｕ字部材１４の破断荷重を大幅に増大することができる。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、Ｕ字部材１４の一対の直線部１４ｂ、１４ｃの先端に、直角に曲げられた直角曲げ部１４ｄ、１４ｅが形成されていること、台枠１０の下面に一対の穴１０ｂが形成され、一対の穴１０ｂに直角曲げ部１４ｄ、１４ｅが挿入されていること、を特徴とするので、Ｕ字部材１４の溶接部１３の他に、直角曲げ部１４ｄ、１４ｅが台枠１０の穴１０ｂに挿入され、Ｕ字部材１４に作用する力をダイレクトに受けることができ、Ｕ字部材１４が前方に移動することを妨げるため、妻柱１１が鉄道車両２０内部に侵入することをより少なくでき、運転室を大きく変形させることがなく、運転士の安全を確保することができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第１実施形態と同じ内容については、図面上同じ符号を付して詳細な説明を割愛し、相違する点のみ詳細に説明する。
図５に、第３の実施形態の妻柱３１の台枠１０への取付構造を示す。（ａ）は、底面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＥＥ断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＦＦ断面図である。図５に示すように、妻柱３１の突出柱部３１ａに切欠き部３１ｂが形成されており、切欠き部３１ｂにＵ字部材１２の底部１２ｄが挿入されている。これにより、Ｕ字部材１２の底部外面１２ｅが、妻柱３１の前面とほぼ同じ面を構成している。妻柱３１の突出柱部３１ａは、切欠き部３１ｂを形成しても強度的に問題ないように設計されている。

以上説明したように、第３の実施形態によれば、妻柱３１の突出柱部３１ａに切欠き部３１ｂが形成されていること、Ｕ字部材１２の底部１２ｄが、切欠き部３１ｂに挿入されることにより、Ｕ字部材１２の底部外面１２ｅが妻柱３１の外周面と同じ面を形成していること、を特徴とするので、先頭車両の鉄道車両２０の前面妻構体２１から突出する部材をなくすことができるため、鉄道車両２０のデザイン性を向上させることができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第１の実施形態と同じ内容については、図面上同じ符号を付して詳細な説明を割愛し、相違する点のみ詳細に説明する。
図６に、第４の実施形態の妻柱３２の台枠１０への取付構造を示す。（ａ）は、底面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＧＧ断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＨＨ断面図である。図６に示すように、妻柱３２の突出柱部３２ａに四角溝３２ｂが形成されており、四角溝３２ｂにＵ字部材１２の底部１２ｄが挿入されている。これにより、Ｕ字部材１２の底部外面１２ｅが、妻柱３２の前面とほぼ同じ面を構成している。妻柱３２の突出柱部３２ａは、四角溝３２ｂを形成しても強度的に問題ないように設計されている。

以上説明したように、第４の実施形態によれば、切欠き部が溝形状の四角溝３２ｂであること、を特徴とするので、溝形状であるため、妻柱３２とＵ字部材１２をしっかりと結合することができるため、Ｕ字部材１２が妻柱３２をより堅固に保持することができる。特に、妻柱３２を台枠１０から上向き後方に引き抜こうとする力に対する抵抗力を強化する効果がある。

なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、本実施例では、妻柱１１と凹部１０ａとの間に隙間を設けて、その隙間を利用して溶接部が隙間の中まで侵入するようにしているが、部品の精度を上げられるならば、隙間を小さくして始めから直接、妻柱１１と凹部１０ａとを当接させても良い。

１０ 台枠
１０ａ 凹部
１０ｂ 穴
１１、３１、３２ 妻柱
１２、１４ Ｕ字部材
１２ａ 底部内面
１２ｂ、１２ｃ 直線部
１３ 溶接部
１４ｄ、１４ｅ 直角曲げ部
２０ 鉄道車両
２１ 前面妻構体
２２、２３ 台車
２５ 車体
３１ａ 突出柱部
３１ｂ 切欠き部
３２ａ 突出柱部
３２ｂ 四角溝

Claims (4)

1. 先頭車両の前面妻構体を構成するものであって、一端が台枠に固定された妻柱を有する鉄道車両において、
   前記妻柱は、前記台枠の下端面より突出した突出柱部を備えること、
   Ｕ字形状であって、Ｕ字の底部内面が前記突出柱部に当接され、Ｕ字の一対の直線部が前記台枠の下面に溶接接合されているＵ字部材を有すること、
   を特徴とする鉄道車両。
2. 請求項１に記載する鉄道車両において、
   前記Ｕ字部材の前記一対の直線部の先端に、直角に曲げられた直角曲げ部が形成されていること、
   前記台枠の下面に一対の穴が形成され、前記一対の穴に前記直角曲げ部が挿入されていること、
   を特徴とする鉄道車両。
3. 請求項１または請求項２に記載する鉄道車両において、
   前記妻柱の前記突出柱部に切欠き部が形成されていること、
   前記Ｕ字部材の底部が、前記切欠き部に挿入されることにより、前記Ｕ字部材の底部外面が前記妻柱の外周面と同じ面を形成していること、
   を特徴とする鉄道車両。
4. 請求項３に記載する鉄道車両において、
   前記切欠き部が溝形状であること、
   を特徴とする鉄道車両。

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