JP2024009425A - トンネル用台車の車輪 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル内に簡易に設置した規格レール上をトンネル用台車が円滑に移動可能としたトンネル台車用車輪を提供する。【解決手段】頭部１３頂面の中央部１４が相対的に大きい曲率半径Ｒ１の凸曲面をなすとともに頭部１３頂面の両側縁部１５，１６が相対的に小さい曲率半径Ｒ２，Ｒ３の凸曲面をなす規格レール１に載置されてトンネル用台車Ｖを規格レール１に沿って移動可能に支持する車輪２であって、車輪２の外周面２１を、規格レール１の中央部１４の曲率半径Ｒ１と同一曲率半径の凹曲面に成形する【選択図】 図３

Description

本発明はトンネル用台車の車輪に関するものである。

トンネル工事においては、覆工コンクリート打設を行う型枠台車（スライドセントル）や、各種作業台車、養生台車、移動式プロテクターなど、大型のトンネル用台車に車輪を設けて、トンネル長手方向へ敷設したレール部材上を移動可能としている。この場合のレール部材としては市場で容易に入手できかつ十分な耐荷重性が保証されている鉄道用の規格レールを流用することが多い。

ところで、トンネル内でのレール部材の敷設は枕木によって確実な固定を行うことなく多くは簡易に路盤上に置いただけである。そして路盤が左右方向（トンネル幅方向）に傾斜していると、これに伴ってレール部材も左右方向へ傾く。特にトンネルの補修工事等の場合には実際に自動車が走行していた路盤上にレール部材を敷設することになるため、カーブ部分での傾斜や排水目的での傾斜によって、上記路盤の断面勾配は４～５％になることがある。

図８にはトンネル内でのレール部材の敷設構造の一例を示し、路盤Ｇ上に敷いた鉄板４の上にＵ字断面の溝型鋼５を置き、当該溝形鋼５の底壁中央に規格レール１が立設固定されている。規格レール１上に載置されてトンネル用台車Ｖを支持する車輪３は従来、図示するようにその外周面（踏み面）３１は単純な平面となっている。

図９に示すように、路盤Ｇが左右方向へ傾斜していると左右の規格レール１に高低差を生じてトンネル用台車Ｖも傾く。このため、車輪３は規格レール１上を傾斜方向へ滑り移動する（図９）。このため、車輪３の外周面の左右外側縁に大径の鍔部３２を形成して滑り移動を規制し脱輪を防止している。このような構造の車輪は例えば特許文献１（その図２、図３）に示されている。

特開２００１－１６４８８２

しかし、上記従来の車輪では、図９に示すように、鍔部３２を規格レール１の頭部側面に当接させて傾斜方向への車輪３の滑り移動を規制しているため、鍔部３２の側面と規格レール１の頭部１３側面との間の大きな摩擦によって、トンネル用台車Ｖの移動がスムーズに行われないという問題があった。また、鍔部３２から規格レール１の頭部１３に反力として横荷重（図中の矢印Ｅ）が作用して、規格レール１本来の耐荷重性が発揮されないおそれがあった。

なお、上記特許文献１には、レール部材としてパイプや丸棒を使用して、車輪の外周面をこれらの外周に沿った円弧状凹面にすることが提案されている（特許文献１の図５）が、パイプ等ではトンネル内の路盤上へ簡易に設置できないとともに、規格レールのような耐荷重性を確実に保証することは難しい。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、トンネル内に簡易に設置した規格レール上をトンネル用台車が円滑に移動可能としたトンネル台車用車輪を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本第１発明では、頭部（１３）頂面の中央部（１４）が相対的に大きい曲率半径（Ｒ１）の凸曲面をなすとともに前記頭部（１３）頂面の両側縁部（１５，１６）が相対的に小さい曲率半径（Ｒ２，Ｒ３）の凸曲面をなす規格レール（１）に載置されてトンネル用台車（Ｖ）を前記規格レール（１）に沿って移動可能に支持する車輪（２）であって、前記車輪（２）の外周面（２１）を、前記規格レール（１）の前記中央部（１４）の凸曲面に沿って湾曲する凹曲面に成形する。ここで、「沿う」とは、車輪外周面（２１）の凹曲面の曲率半径が前記中央部（１４）の凸曲面の曲率半径（Ｒ１）に一致している場合のみならず、前者が後者より小さい場合や反対に前者が後者より大きい場合を含む。

本第１発明においては、路盤の傾斜に伴って規格レール（およびトンネル用台車）が傾斜しても、規格レールの頭部頂面中央部の凸曲面に車輪の外周面の凹曲面が衝合していることによって車輪が傾斜方向へ滑り移動することは規制され、規格レール上を車輪がスムーズに転動して、車輪によって支持されたトンネル用台車の円滑な移動が保証される。

本第２発明では、前記車輪（２）の外周面（２１）を、前記規格レール（１）の前記中央部（１４）の曲率半径と同一曲率半径の凹曲面に成形する。なお、「同一」とは実質的に同一であれば良く、作用効果にほとんど影響を与えない加工上の誤差等を有する場合も「同一」に含まれる。

本第２発明においては、本第１発明の作用効果に加えて、トンネル用台車の鉛直荷重は規格レールの頭部頂面中央部の曲率中心に向けて作用するから、規格レールの耐荷重性も良好に発揮される。

本第３発明では、前記車輪（２）の外周面（２１）を、前記中央部（１４）の曲率半径よりも小さい曲率半径の凹曲面に成形する。

本第３発明においては、本第１発明の作用効果に加えて、車輪の外周面によって規格レールの頭部頂面を挟み込むような力が作用するから、規格レールに対するグリップ力が向上する。

本第４発明では、前記車輪（２）の外周面（２１）の幅を前記規格レール（１）の頭部（１３）の幅よりも大きくするとともに、前記外周面（２１）の両外側縁に、当該外周面（２１）から突出する鍔部（２２）を形成する。

本第４発明によれば、路盤が大きく傾斜する等によって規格レールの頭部頂面中央部の凸曲面と車輪の外周面の凹曲面の衝合が解消された場合には、車輪の鍔部の側面が規格レールの頭部の側面に当接して、規格レール上からの車輪の脱落が防止される。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。

以上のように、本発明のトンネル台車用車輪によれば、トンネル内に簡易に設置した規格レール上をトンネル用台車が円滑に移動することができるとともに、規格レールの耐荷重性も良好に発揮される。

規格レールの一例を示す断面図である。 本発明の第１実施形態を示す規格レール上に載置された車輪の正面図である。 規格レール上に載置された車輪の要部拡大正面図である。 傾斜した規格レール上に載置された車輪の要部拡大正面図である。 本発明の車輪を備えるトンネル用台車の一例である型枠台車の正面図である。 傾斜した規格レール上に載置された車輪の要部拡大正面図である。 本発明の第２実施形態における、規格レール上に載置された車輪の要部拡大正面図である。 規格レール上に載置された従来の車輪の正面図である。 傾斜路盤上に置かれた規格レール上に載置された従来の車輪の正面図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

（第１実施形態）
図１には規格レールの一例として JIS 50kg Ｎレールの断面を示す。規格レール１はレール高Ｈが１５３ｍｍで、広幅扁平な底部１１、底部１１の中央から上方へ壁状に延びる腹部１２、および腹部１２の上端中央に形成された狭幅厚肉の頭部１３よりなり、これら底部１１、腹部１２、頭部１３は中央線Ｃに対して左右対称の断面形状となっている。頭部１３の頂面は単純な平面ではなく、その大部分を占める中央部１４は、曲率半径Ｒ１が３００ｍｍと最も大径の、上方へ凸状の曲面となっている。なお、Ｃpはこの場合の曲率中心である。そして頭部頂面１３ａの両側縁部では内側部が曲率半径Ｒ２がより小さい８０ｍｍの凸曲面となり、外側部ではその曲率半径Ｒ３はさらに小さい１３ｍｍの凸曲面となっている。

ここにおいて、本発明では、図２に示すように、トンネル用台車（正確にはその脚部）Ｖを支持する車輪２はその外周面２１を凹曲面としてある。なお、図２の車輪外周面２１の凹曲面は理解を容易にするために実際よりも極端に描いてある。これはその詳細を示す図３においても同様である。他の構造は先に従来技術で説明したものと同一で、地盤Ｇ上に敷いた鉄板４上に置いた溝形鋼５の底壁上に規格レール１が固定立設されている。

車輪２の上記外周面２１の凹曲面は，図３に示すように、その曲率半径を、レール部材として使用する上述の規格レール１の、頭部頂面中央部１４の凸曲面に沿った凹曲面としてある。ここで、本実施形態においては、車輪外周面２１の凹曲面の曲率半径を、規格レール１の頭部頂面中央部１４の曲率半径Ｒ１に等しくしてある。そして、上記外周面２１の幅は規格レール１の頭部１３の幅よりも大きくなっており、外周面２１の左右の両外側縁には、確実に脱輪を防止するための鍔部２２が外周面２１から突出するように形成されている。なお、鍔部２２は必ずしも必要なものではない。

このような構造によれば、車輪２はその外周面２１が規格レール１の頭部頂面中央部１４に沿って左右均等に規格レール１上の中央に位置させられ、鍔部２２の側面が規格レール１の頭部１３の側面に接触することは無い。これにより規格レール１上を車輪３がスムーズに転動し、車輪３によって支持されたトンネル用台車Ｖ（図２参照）の円滑な移動が保証される。この際、トンネル用台車Ｖの鉛直荷重Ｆは規格レール１の頭部頂面中央部１４の曲率中心Ｃpに向けて作用するから、規格レール１の耐荷重性が良好に発揮される。また、トンネル用台車３が規格レール１上を移動する際に左右に振れても速やかに中央へ戻される調心作用も発揮される。なお図３中のＬは水平線である。

路盤が傾斜して、図４に示すように、これに伴って規格レール１（およびトンネル用台車Ｖ）が傾斜しても、規格レール１の頭部頂面中央部１４の凸曲面に車輪２の外周面２１の凹曲面が衝合していることによって車輪２が傾斜方向へ滑り移動することは規制される。これにより、車輪２の鍔部２２の側面が規格レール１の頭部１３の側面に接触することが避けられ、規格レール１上を車輪２がスムーズに転動して、車輪によって支持されたトンネル用台車Ｖの円滑な移動が保証される。また、この時もトンネル用台車Ｖの鉛直荷重Ｆは規格レール１の頭部頂面中央部１４の曲率中心Ｃｐに向けて作用するから、規格レール１の耐荷重性が良好に発揮される。

なお、図５に示すように、脚部６１，６２にジャッキ６３,６４を備えて脚部の長さを調節することによって(図５ではジャッキ６４をジャッキ６３よりも伸長させている)全体の傾斜姿勢を水平姿勢に戻すことが可能なトンネル用台車（図５は型枠台車の例を示す）Ｖの場合には、当該台車Ｖを水平姿勢に戻すのに伴って、図６に示すように、規格レール１の頭部頂面中央部１４の凸曲面に外周面２１の凹曲面が衝合した状態で、車輪２は垂直姿勢に戻される。この状態でも車輪２は規格レール１上をスムーズに転動し、車輪２によって支持されたトンネル用台車Ｖの円滑な移動が保証される。また、トンネル用台車Ｖの鉛直荷重Ｆはこの場合も規格レール１の曲率中心Ｃpに向けて作用するから、規格レール１の耐荷重性が良好に発揮される。

（第２実施形態）
図７に示すように、車輪２の外周面２１を、規格レール１の頭部頂面中央部１４の曲率半径よりも小さい曲率半径の凹曲面に成形すると、上記外周面２１が規格レール１の頭部１３頂面に対してレール幅方向の２点（Ｐ１，Ｐ２）で接するようになって、規格レール１の頭部１３頂面を挟み込む力が作用するようになるから、規格レール１に対するグリップ力が向上する。

１…規格レール、１３…頂部、１４…中央部、１５…内側部（側縁部）１６…外側部（側縁部）、２…車輪、２１…外周面、２２…鍔部、Ｖ…トンネル用台車、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…曲率半径。

Claims (4)

1. 頭部頂面の中央部が相対的に大きい曲率半径の凸曲面をなすとともに前記頭部頂面の両側縁部が相対的に小さい曲率半径の凸曲面をなす規格レールに載置されてトンネル用台車を前記規格レールに沿って移動可能に支持する車輪であって、前記車輪の外周面を、前記規格レールの前記中央部の凸曲面に沿って湾曲する凹曲面に成形したトンネル用台車の車輪。
2. 前記車輪の外周面を、前記規格レールの前記中央部の曲率半径と同一曲率半径の凹曲面に成形した請求項１に記載のトンネル用台車の車輪。
3. 前記車輪の外周面を、前記規格レールの前記中央部の曲率半径よりも小さい曲率半径の凹曲面に成形した請求項１に記載のトンネル用台車の車輪。
4. 前記車輪の外周面の幅を前記規格レールの頭部の幅よりも大きくするとともに、前記外周面の両外側縁に、当該外周面から突出する鍔部を形成した請求項１ないし３のいずれかに記載のトンネル用台車の車輪。